論述土壓平衡盾構(gòu)機帶壓開倉

張忠思

【摘要】隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，盾構(gòu)施工所遇到的地質(zhì)條件也愈發(fā)復雜，施工難度也愈來俞大。為此，盾構(gòu)機在掘進的過程中，通常都會頻繁的遇到刀具磨損切需要更換的問題，為此，就需要不斷地進行刀盤磨損或修補，處理掌子面前方的孤石或地面建筑物的樁基或刀盤泥餅等問題，這時就需要進行盾構(gòu)開倉施工。盾構(gòu)施工技術(shù)以期安全快速和高效的特性在越來越多的城市基礎(chǔ)建設(shè)的底下工程中開始使用。當使用盾構(gòu)機在進行掘進的時候，由于底層穩(wěn)定的需求，必須利用盾構(gòu)機構(gòu)及其配套設(shè)備來提供支持壓力，進行穩(wěn)定的支撐。但是在施工中還需要經(jīng)常檢查和維修，因此帶壓開倉操作成了盾構(gòu)機使用中必不可少的工作。本文對土壓平衡盾構(gòu)機進行帶壓進倉作業(yè)進行了要點的介紹與分析，對其中的關(guān)鍵點和參數(shù)做了詳細的解說與計算，為土壓平衡盾構(gòu)機帶壓進倉作業(yè)的工作安全與順利進行做一定的參考。但鑒于水平有限，所以文章全當拋磚引玉，如有闡述不足之處，還望同行能夠給予斧正，以更好的推進我國土木工程的進步及發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)機；開倉作業(yè)；盾構(gòu)

1帶壓開倉作業(yè)

1.1帶壓進倉地點的選擇

根據(jù)地質(zhì)補勘及詳勘資料，擬定在進入基巖凸起段前后進行刀具檢查和更換，具體位置根據(jù)掘進的各項參數(shù)與實際出渣情況確定。開倉時選擇在透水性、富水性、滲透系數(shù)相對較小的地層進行帶壓進倉作業(yè)。同時應避開建構(gòu)筑物、管線和水井等影響范圍。

1.2盾構(gòu)密封

1.2.1盾尾密封

1.2.1.1盾尾刷密封

本工程盾尾內(nèi)徑為6430mm，管片外徑為6200mm，盾尾密封由3道密封鋼刷，最大耐壓達到20ar。停機前對盾構(gòu)刷密封情況進行檢查，確保密封嚴密。在加壓過程中注意觀察盾尾刷密封情況，是否存在漏氣。

1.2.1.2加強同步注漿

在掘進到停機點前10環(huán)時對同步注漿系統(tǒng)進行檢查，重點檢查6根注漿管路是否正常運行。如果出現(xiàn)了管路不通等情況，漿泵無力，沖程數(shù)與實際泵送放量差距較大等情況，進行管路疏通和注漿泵的全面清洗，使整個注漿系統(tǒng)各個處于優(yōu)良的工作狀態(tài)。在掘進到停機點前5環(huán)時對整個膨潤土系統(tǒng)進行檢查，包括刀盤前方和盾體周圍兩個方向的膨潤土管路和膨潤土泵的運轉(zhuǎn)情況。整個系統(tǒng)的各部分檢查就緒后進行試注漿。試注漿過程中主要是觀察各管路的壓力是否正常，如果壓力過大或者過小都必須對系統(tǒng)進行調(diào)試，同步注漿壓力一般大于水土壓力lbar。

同步注漿漿液的配比根據(jù)現(xiàn)場情況確定，初凝時間控制在6h左右。盾構(gòu)機的開挖直徑為6.48m，管片外徑為6.2m，管片的寬度為1.2m，每環(huán)的理論注漿量為3.34m3，注漿量取環(huán)形間隙理論體積的1.3～1.8倍，即每環(huán)同步注漿量4.342m3～ 6.012m3，為了保證換刀的氣密性，每環(huán)的注漿量取6.1m3，同步注漿壓力控制大于水土壓力lbar左右。從停機點前3環(huán)開始，同步注漿應連續(xù)不中斷，并且要盡量保證掘進的連續(xù)性以保證注漿的連續(xù)與飽滿。

1.2.2鉸接密封

盾構(gòu)機鉸接有12組油缸組成，鉸接系統(tǒng)工作壓力高達6.Sbar，鉸接密封型式采用2道雙唇橡膠密封并具備緊急充氣功能。盾構(gòu)機鉸接采用集中自動潤滑的方式進行。建壓前對鉸接密封進行檢查，在加壓過程中注意觀察盾尾刷密封情況，是否存在漏氣。

1.2.3管片二次注漿

在掘進至開倉位置后對拖出盾尾的2～5環(huán)管片進行二次注漿封堵，防止盾尾的來水通過盾殼與開挖面的間隙流至刀盤，注漿采用水泥、水玻璃雙液漿進行封堵。盾尾二次注漿根據(jù)土倉壓力控制注漿壓力，以防漿液注入刀盤，刀盤應慢轉(zhuǎn)。

1.2.4盾體徑向注漿

利用徑向注漿孔注入衡盾泥或克泥效，對盾體進行包裹從而封堵盾體周圍土體來水。盾體徑向注漿封堵時根據(jù)土倉壓力控制注漿壓力，以防漿液注入刀盤，刀盤應慢轉(zhuǎn)。

1.3保壓作業(yè)技術(shù)

1.3.1壓力設(shè)置

1.3.1.1根據(jù)地下水位和地質(zhì)條件，確定進倉時倉室內(nèi)需要保持的氣壓。地層不穩(wěn)定時，根據(jù)水土合算重新計算壓力。

1.3.1.2掘進工作模式下，開挖倉壓力P根據(jù)掌子面水土壓力確定，其上限值Pmax為靜止土壓力，其下限值Pmin為主動土壓力。根據(jù)朗肯土壓力計算公式進行計算。根據(jù)本工程地質(zhì)條件，盾構(gòu)區(qū)間土壓力采用水土分算。

計算切口上限值和下限值，實際取值介于理論計算值的上、下限之間，取兩者平均值。

1.3.1.3盾構(gòu)的以下系統(tǒng)必須處于待命狀態(tài)：氣閘系統(tǒng)，低壓空氣系統(tǒng)。

1.3.2土倉加壓及保壓試驗

為了確保掌子面的穩(wěn)定，土倉加氣的過程中應遵循壓力平衡的原則。加氣的過程是一個對土倉加壓的過程，而螺旋輸送機出土又是一個減壓的過程。邊往土倉中加氣邊緩慢出土，盡可能保持住土倉壓力在極小的范圍內(nèi)變化。詳細統(tǒng)計出土量，將土倉內(nèi)的土體降到一定的高度。實現(xiàn)在土倉壓力恒定的情況下氣體與土體的置換。

當土倉內(nèi)土體位置下降為截面隧道的四分之三時，停止出土。開啟壓氣自動補償系統(tǒng)，輸入計算好的氣壓設(shè)定值。進行土倉內(nèi)保壓實驗，不得少于2小時。在這個過程中，土倉內(nèi)壓力不可低于輸入的設(shè)定值。壓氣自動補償系統(tǒng)工作正常，補氣的頻率越慢越少越好，注意觀察記錄。盾構(gòu)臺車上空壓機的工作壓力不應低于5bar，滿足我們前期設(shè)定的壓氣管路值。一切正常四小時后，打開人閘室內(nèi)頂部土倉壁上的平衡閥，可排出壓縮空氣，無水，無泥，此時可判斷地層保壓成功。

保壓成功后，繼續(xù)按前述的方法進行氣體與土體的置換。排出倉內(nèi)土體直至滿足我們更換刀具的位置，一般應在截面隧道的三分之二處。

盾構(gòu)機在氣壓的作用下，盡可能的后退5-8公分。為壓氣作業(yè)更換刀具，提供有利環(huán)境，提高換刀時的工作效率。

1.4入倉

1.4.1入倉前準備工作.在開始狀態(tài)下，只有土倉是加壓的。所有入艙準備工作完成后，入艙過程方可開始。

1.4.2主艙加壓。主艙加壓P1>P2>PO。

1.4.3進入作業(yè)艙。壓力補償完成后，進入作業(yè)艙。Pl>PO。入艙開始通過主艙實現(xiàn)，而副艙不加壓。

1.4.4通過副艙后續(xù)入艙。通過副艙入艙的過程與主艙操作類似。唯一不同點在于所使用的閥和顯示設(shè)備：副艙通風閥門、副艙放氣閥門、副艙排氣流量計、副艙壓力表副艙內(nèi)增壓：Pl >P2>PO，然后前艙內(nèi)壓力補償：Pl>PO。

如果另有一個人要進入主艙，便要進行后續(xù)入艙，后續(xù)入艙由副艙來實現(xiàn)。后續(xù)入艙的人員要凋整至主艙的壓力。每次后續(xù)入艙過程完成之后，副艙必須減壓，以允許再后續(xù)入艙過程。

1.4.5帶壓進倉相關(guān)注意事項

1.4.5.1作業(yè)人員進入主倉。關(guān)閉主倉倉門并確保它正確鎖好。操倉人員要通過對講機一直與坐在主倉中的人員聯(lián)系。

1.4.5.2主倉加壓之前，再一次檢查顯示儀表、供暖裝置、鐘表、溫度計、電話、緊急電話及閥門、倉門密封件是否干凈；再一次檢查作業(yè)所需工具設(shè)備材料是否齊備的放置在倉內(nèi)。

1.4.5.3關(guān)閉主倉倉門，確保關(guān)閉正確。

1.4.5.4緩慢地打開進氣閥，緩慢地升高主倉的壓力，加壓速率控制在0.05MPa/lOmin～ O.lMPa/lOmin。在加壓過程中，當發(fā)現(xiàn)進倉人員身體不適時，應立即通知操倉員停止加壓，若身體仍然不適，則應減壓出倉。達到預定的工作壓力，開啟出氣閥，建立主倉進出氣平衡，氣壓穩(wěn)定在+O.lhar的偏差之內(nèi)：加壓過程中，打開主倉外的卸壓球閥以保證主倉內(nèi)一定的通風量，流量計的流量值每人至少為：0.5m3/min。

1.4.5.5當主倉的壓力等于達到設(shè)定壓力時，主倉內(nèi)人員緩慢打開主倉和土倉之間的連通球閥。在土倉和人倉之間進行了壓力補償之后，壓力達到平衡，作業(yè)人員打開倉門，觀察倉內(nèi)情況，確認地層穩(wěn)定、空氣質(zhì)量良好后再進入土倉。

1.4.5.6進入土倉。打開土倉門后，先站在門口觀察土倉內(nèi)液位及掌子面情況，確保掌子面無塌落及漏水情況，液位穩(wěn)定后，人員進入土倉，開始相關(guān)作業(yè)。

1.4.5.8人員進倉后嚴禁倉外作業(yè)人員轉(zhuǎn)動刀盤、出渣等危及倉內(nèi)作業(yè)人員安全的操作。

1.5出倉

出倉前對攜帶的各項T具進行清點，反復核算確保所有工具全部帶出。

1.5.1在開始狀態(tài)下，Pl>PO

1.5.2主艙內(nèi)減壓P1>P2>PO

作業(yè)艙壓力波動，例如：壓力損失P1PO

通過緊急艙門后，任何情況下人都是“安全”的。作業(yè)艙內(nèi)的壓力波動將不再影響人艙內(nèi)的壓力情況。這樣的話，在作業(yè)艙發(fā)生壓力波動時，人員可以安全出艙。

1.5.3出艙過程結(jié)束，Pl>PO

1.6恢復掘進

當?shù)毒吒鼡Q完畢后，土倉內(nèi)存有大量的空氣，泥漿（渣土）渣土的占有量土倉總?cè)莘e的二分之一。為了保證地層的穩(wěn)定，在恢復推進初期采取輔助氣壓作業(yè)，循環(huán)泥漿不斷補充土倉或不斷掘進開挖增加土倉內(nèi)泥漿（渣土），同時壓氣作業(yè)的自動補償系統(tǒng)仍然在工作。首先確保土倉壓力保持在設(shè)定的數(shù)值上，倉壓會有一定的上升，這時打開人閘室頂部的平衡閥釋放一定量的壓縮空氣。注意要緩慢釋放，盡可能減少土倉壓力的波動，在倉壓不變的情況下，關(guān)閉壓氣作業(yè)的自動補償系統(tǒng)，正式恢復推進。

2盾構(gòu)保壓輔助措施洞內(nèi)加固保壓技術(shù)

在破碎巖層、松軟地層中或其他地質(zhì)條件較差的地段，換刀土體加固目前最常用的是通過地面進行加固刀盤前后左右的地層，達到加固目的后方可開倉換刀。當?shù)孛鏇]有加固空間，為了完成刀具的更換，對掌子面前方土體進行WSS注漿，加固掌子面前方土體，便于土倉內(nèi)氣壓的建立，保證氣壓換刀的順利進行。包括如下步驟：

2.1隧道內(nèi)注漿平臺的搭設(shè)

注漿加固之前，先采用鋼管腳手架在盾構(gòu)機中盾徑向孔下方搭設(shè)一注漿平臺，平臺從盾構(gòu)隧道底往上高度約4.3m，寬度約3米，平臺上方鋪設(shè)走道板，走道板與鋼管腳手架采用鐵絲進行固定。

2.2鉆機的就位

注漿平臺搭設(shè)完成后，由注漿班組長檢查無誤后，采用倒鏈將注漿機吊到注漿平臺上。凋整鉆機鉆進的方向，做好鉆孔之前的準備工作。

2.3鉆孔及注漿

鉆孔通過盾構(gòu)機中盾上的徑向孔，此徑向孔設(shè)置在盾構(gòu)機中盾，沿環(huán)向共設(shè)囂了8個，并與盾構(gòu)機成11.8度的斜交角度，洞內(nèi)注漿時一般只采用中盾上半部分的4個，這4個分別分部在3點位、1點位、11點位和9點位。

鉆孑L時，將徑向孔上封堵的法蘭盤拆掉，先沿徑向孔向盾體外鉆孔2米，然后停止鉆孔，開始注入磷酸進行封孑L，以免后鉆孔及注漿時，盾體外的泥水和漿液流入盾構(gòu)機內(nèi)。磷酸封孔以后，緊接著進行鉆進，鉆孔深度長度總長約在8米，刀盤前方約2米，之后停止鉆進，開始注漿。WSS注漿采用化學漿液，后退式注漿，注漿以控制注漿壓力為主，一般注漿為0.2～ 0.3MPa，達到0.3MPa后，進行后退，進行下段的注漿，直至注完為止。

2.4注漿期間地面監(jiān)測與盾構(gòu)機土倉壓力的控制

注漿之前，要求測量班組在盾構(gòu)機上方及前后10米范圍內(nèi)布設(shè)好地表及建構(gòu)筑物的測點，并取得初始值。注漿期間，每2小時監(jiān)測一次，并將結(jié)果及時通報給主要管理人員及注漿人員。盾構(gòu)機操作室內(nèi)要求土建工程師進行值班，觀察土倉壓力的變化，并每隔1小時轉(zhuǎn)動一次刀盤。一般土倉壓力達到1.5bar后停止注漿，待壓力降至設(shè)定值后在進行注漿，直至加固完成。

3人員健康風險管理

3.1有害氣體的檢測及濃度值控制

通過有害氣體檢測儀對倉內(nèi)氣體進行檢測，氣體檢測合格后方可進行施工，并按照要求做好記錄。

3 .1.1檢測位置：開倉前在開挖倉壁的隔板開孔處檢測，開倉后在倉內(nèi)檢測。

3.1.2檢測頻率：開倉作業(yè)過程中，正常情況下宜th～2h檢測一次，發(fā)現(xiàn)異常應加密檢測頻率。

3.1.3進入開挖倉前應由機長進行開挖倉內(nèi)氣體檢測，合格后方可批準進倉作業(yè)。進倉作業(yè)觀察人員在倉內(nèi)作業(yè)過程中應采用儀器實時進行檢測，并告知機長，應由機長負責監(jiān)督落實并記錄完整。

減壓過程中，人員要吸醫(yī)用氧氣減壓，要持續(xù)監(jiān)測人閘內(nèi)氣體，控制好氧氣濃度和有害氣體在規(guī)范要求范圍內(nèi)。

開倉作業(yè)時，應對開挖倉內(nèi)持續(xù)通風。

3.2換刀及孤石處理過程中的應急措施

3.2.1如果發(fā)現(xiàn)土體有塌方現(xiàn)象，人員必須立即返回人閘關(guān)閉閘門。進行半個小時的觀察后根據(jù)情況做出下一步安排。

3.2.2如果開挖倉內(nèi)著火，用噴淋系統(tǒng)滅火。如果火勢太大人員返回人閘關(guān)閉閘門，向開挖倉內(nèi)注入漿液滅火。

3.2.3如倉內(nèi)氣壓出現(xiàn)不穩(wěn)或泄漏量超過預警值，人員立即退回人閘。等待觀察結(jié)果進行下一步安排。

3.2.4如有人出現(xiàn)不適癥狀，倉內(nèi)人員立即通知操閘人員。不適人員通過前倉減壓出倉。

4結(jié)語

綜上所述，盾構(gòu)機帶壓開倉作業(yè)施工方法，特別是土壓平衡盾構(gòu)機開倉作業(yè)施工方法，對要點和重點做了詳細的分析，為盾構(gòu)設(shè)備良好的工作提供參考。

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