盾構(gòu)在機(jī)場(chǎng)下方富水砂卵石地層帶壓換刀施工技術(shù)

揭定前

（中鐵建大橋工程局集團(tuán)第二工程有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

成都地鐵10號(hào)線二期工程土建1標(biāo)由兩個(gè)盾構(gòu)區(qū)間構(gòu)成：雙流西站～2#風(fēng)井盾構(gòu)區(qū)間、2#風(fēng)井～機(jī)場(chǎng)2航站樓站盾構(gòu)區(qū)間。后者左線長(zhǎng)4171.012m，右線長(zhǎng)4061.572m，依次下穿機(jī)場(chǎng)滑行跑道、國(guó)航維修基地后到達(dá)1#風(fēng)井進(jìn)行檢修換刀，二次始發(fā)后依次下穿中航貨站作業(yè)棚和900m停機(jī)坪區(qū)域、173號(hào)登機(jī)廊橋、G指廊，到達(dá)雙流機(jī)場(chǎng)2航站樓站。盾構(gòu)區(qū)間穿越地層主要為砂卵石和中等風(fēng)化泥巖，地下水富集。

在下穿900m停機(jī)坪區(qū)域時(shí)，為保證盾構(gòu)刀具正常工作和降低掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)，以保證停機(jī)坪下的沉降要求，需在合適的位置進(jìn)行檢刀換刀，而機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪下方無(wú)法采用常規(guī)的常規(guī)的“降水+地層加固”方法進(jìn)行，故采用帶壓開(kāi)倉(cāng)的方法進(jìn)行檢刀換刀。

1.2 帶壓開(kāi)倉(cāng)位置選取

帶壓開(kāi)倉(cāng)位置選取在拼裝環(huán)號(hào)1283環(huán)處，刀盤(pán)切口里程ZDK11+11581.211，此處盾構(gòu)機(jī)盾尾離開(kāi)聯(lián)絡(luò)通道6m，刀盤(pán)離機(jī)場(chǎng)行車道3.5m，選取原因如下：

1）盾體所處位置地面為機(jī)場(chǎng)地面服務(wù)車輛停放處，目前已打圍施工，打圍持續(xù)時(shí)間滿足帶壓開(kāi)倉(cāng)換刀期間，方便帶壓開(kāi)倉(cāng)過(guò)程和結(jié)束后的地面應(yīng)急處置；2）此處避開(kāi)了機(jī)場(chǎng)地面的管線和高桿燈等；3）盾構(gòu)機(jī)已連續(xù)掘進(jìn)通過(guò)聯(lián)絡(luò)通道，避免了帶壓開(kāi)倉(cāng)對(duì)后續(xù)冷凍法聯(lián)絡(luò)通道施工地層的影響。

1.3 帶壓開(kāi)倉(cāng)處地質(zhì)條件

帶壓開(kāi)倉(cāng)處洞身所處地層主要為3-5-3中密卵石土地層，并存在砂層。拱頂埋深19.45m，拱頂至水位線深度為11m，滲透系數(shù)k約為0.027～2.01m/d，平均為0.44m/d。

2 土倉(cāng)壓力確定

頂部開(kāi)挖面至地表主要為砂卵石地層少量粘土層，深度為19.49m；頂部開(kāi)挖面至地層水位線深度為11m；經(jīng)改良的碴土浮重密度為2000kg/m3，內(nèi)摩擦角φ=0°；原狀地層土體浮重密度為2130kg/m3，原狀地層內(nèi)摩擦角φ=45°，水的密度為1000kg/m3，粘聚力c=0。

計(jì)算土壓力為：

主動(dòng)土壓力：

主動(dòng)水土壓力：

故本次土倉(cāng)保壓設(shè)定為2.0bar。

3 施工工藝流程

3.1 停機(jī)準(zhǔn)備

1）渣土改良，為便于螺旋輸送機(jī)排渣并形成泥膜效應(yīng)，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)1279、1280、1281、1282時(shí)同時(shí)使用泡沫劑和膨潤(rùn)土對(duì)渣土進(jìn)行改良，具體為泡沫六路全開(kāi)每路流量20L/min，膨潤(rùn)土流量為25L/min。

2）同步注漿，為保證管片背后氣密性效果良好，管片背后必須填充密實(shí)且同步注漿必須填充飽滿，將停機(jī)前10環(huán)的同步注漿量控制在6m3（比正常掘進(jìn)段多注約1m3）。

3）雙液漿環(huán)封，為防止盾構(gòu)機(jī)后方的水因漿液填充不實(shí)等原因匯入土倉(cāng)，在盾尾后方采用雙液漿環(huán)封形成之水環(huán)［1］。盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)1281環(huán)時(shí)開(kāi)始在1274環(huán)進(jìn)行雙液漿環(huán)封，連續(xù)環(huán)封4環(huán)（1274、1275、1277、1279），邊掘進(jìn)邊注，1182環(huán)掘進(jìn)完成，1179環(huán)封完成。注漿順序?yàn)橄鹊撞吭賰蓚?cè)最后頂部，注漿孔位梅花型間隔錯(cuò)開(kāi)。水泥水玻璃雙液漿配比為水泥漿 （水泥：水）：水玻璃溶液 （水玻璃：水） =3（1：1）：1（1：1）。同時(shí)，1182環(huán)掘進(jìn)完成后在盾尾注入3m3膨潤(rùn)土，以防止停機(jī)過(guò)程盾尾被同步漿液和雙液漿包裹。

4）克泥效注入，為進(jìn)一步防止后方匯水和減少盾構(gòu)機(jī)被雙液漿和同步漿液包裹固結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)防止長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)和換刀過(guò)程中刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)造成盾體上方土體沉降，在盾體上方注入克泥效。盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)1281環(huán)、1282環(huán)時(shí)，連續(xù)兩環(huán)在中盾上方徑向孔連續(xù)注入克泥效，注入量為400kg/m3，每個(gè)徑向孔的注入壓力要達(dá)到4bar。

3.2 渣土置換

雙液漿環(huán)封及克泥效注入達(dá)到要求后，開(kāi)始用土倉(cāng)隔板上部11點(diǎn)位球閥往土倉(cāng)內(nèi)注入高密度膨潤(rùn)土進(jìn)行渣土置換，注入膨潤(rùn)土使土倉(cāng)壓力達(dá)到3bar，用螺旋輸送機(jī)往外排渣，同時(shí)持續(xù)往土倉(cāng)內(nèi)注入高密度膨潤(rùn)土。置換過(guò)程土倉(cāng)壓力≥2.0bar，當(dāng)＜2.0bar時(shí)立即暫停出渣，待土壓上漲到3.0bar后再恢復(fù)出渣，當(dāng)螺旋口渣土膨潤(rùn)土含量增大，達(dá)到60%停止出渣，以0.6r/min的速度轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)一圈，并記錄刀盤(pán)轉(zhuǎn)向，再次用螺旋出渣，直到膨潤(rùn)土含量增大到60%左右停止出渣，渣土置換完成。置換過(guò)程對(duì)出渣量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)便于后期回填倉(cāng)量計(jì)算［2］。

3.3 盾構(gòu)機(jī)后退

為方便盾構(gòu)刀具的更換，將盾構(gòu)機(jī)往后退8～10cm，此過(guò)程在拼裝模式下操作，首先將不帶傳感器的油缸回收2cm，然后用遙控器循環(huán)點(diǎn)動(dòng)回收帶傳感器的4根油缸，讓盾構(gòu)機(jī)后退，同時(shí)持續(xù)往土倉(cāng)注入高密度膨潤(rùn)土讓土倉(cāng)壓力保持在2.0bar以上（土倉(cāng)壓力降得過(guò)快可暫停回收油缸，待壓力恢復(fù)到3bar再進(jìn)行），當(dāng)盾構(gòu)機(jī)后退量達(dá)到2cm后把不帶傳感器的油缸收回2cm，再用遙控器循環(huán)點(diǎn)動(dòng)回收帶傳感器的4根油缸，讓盾構(gòu)機(jī)后退，4個(gè)循環(huán)后盾構(gòu)機(jī)后退8cm完成。

3.4 泥膜建立

盾構(gòu)機(jī)后退完成后持續(xù)往土倉(cāng)內(nèi)注入高密度膨潤(rùn)土進(jìn)行護(hù)壁滲透，當(dāng)壓力達(dá)到3bar時(shí)停止注入，靜置滲透后壓力會(huì)逐漸降低降到2.8bar左右，再繼續(xù)注入膨潤(rùn)土。同時(shí)安排人員排查盾尾、螺旋、鉸接、地面是否存在滲漏現(xiàn)象。

3.5 氣體保壓實(shí)驗(yàn)

1）膨潤(rùn)土置換，膨潤(rùn)土護(hù)壁滲透完成后開(kāi)始進(jìn)行氣體置換膨潤(rùn)土：用注漿管將土倉(cāng)壁上4點(diǎn)為和8點(diǎn)為球閥連接至漿液車，然后將空氣平衡系統(tǒng)壓力設(shè)定在3.1bar（避免土倉(cāng)壓力高，打開(kāi)閘閥時(shí)膨潤(rùn)土反向進(jìn)入平衡體統(tǒng)管路，造成堵塞），緩慢打開(kāi)土倉(cāng)壁平衡系統(tǒng)閘閥，查看平衡系統(tǒng)工作情況，同時(shí)開(kāi)始記錄空壓機(jī)加載和卸載時(shí)間。打開(kāi)土倉(cāng)壁上兩個(gè)球閥開(kāi)始置換膨潤(rùn)土，放膨潤(rùn)土球閥的開(kāi)度以土倉(cāng)壓力能穩(wěn)定在3.1bar為宜。當(dāng)球閥放出的全是氣體則置換完成，打開(kāi)人閘旁邊的土倉(cāng)壓力監(jiān)測(cè)表球閥，正常壓力顯示為3.1bar。

2）保壓實(shí)驗(yàn)，膨潤(rùn)土置換完成后進(jìn)行保壓試驗(yàn)：將平衡系統(tǒng)壓力緩慢調(diào)至2.0bar，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程為2h，過(guò)程中土倉(cāng)壓力無(wú)波動(dòng)，空壓機(jī)加載和卸載時(shí)間穩(wěn)定，則保壓實(shí)驗(yàn)成功滿足開(kāi)倉(cāng)條件。

3.6 過(guò)程管控

開(kāi)倉(cāng)前再次清點(diǎn)進(jìn)倉(cāng)的工具，進(jìn)倉(cāng)人員到位后對(duì)本倉(cāng)需要完成的工作和注意事項(xiàng)進(jìn)行交底，所有管理人員根據(jù)分工到位到崗，安全管理員通過(guò)氣體檢測(cè)口對(duì)艙內(nèi)氣體情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)確認(rèn)后，進(jìn)倉(cāng)人員進(jìn)入人倉(cāng)，關(guān)閉人倉(cāng)門(mén)開(kāi)始加壓，加壓速率為0.1MPa/mim。加壓完成后，進(jìn)倉(cāng)人員打開(kāi)土倉(cāng)閘門(mén)旁邊壓力平衡球閥和觀擦口球閥，確認(rèn)土倉(cāng)內(nèi)是否有水，確認(rèn)無(wú)水完成后緩慢打開(kāi)土倉(cāng)閘門(mén)，觀察掌子面情況穩(wěn)定則開(kāi)倉(cāng)成功。

倉(cāng)內(nèi)作業(yè)過(guò)程中隨時(shí)關(guān)注和詢問(wèn)艙內(nèi)情況并記錄，通過(guò)攝像頭監(jiān)督倉(cāng)內(nèi)情況和檢刀、換刀情況、螺栓復(fù)緊情況。空壓機(jī)記錄員每10min記錄一次空壓機(jī)加載和卸載時(shí)間，隨著時(shí)間的推進(jìn)加載時(shí)間會(huì)慢慢變長(zhǎng)，保持時(shí)間會(huì)慢慢變短，當(dāng)加載時(shí)間＞1min，或保持時(shí)間＜10s時(shí)建議重新建立泥膜。

每組作業(yè)人員進(jìn)倉(cāng)時(shí)間為5h，進(jìn)倉(cāng)加壓過(guò)程30min，工作時(shí)間3h，減壓出倉(cāng)過(guò)程90min。減壓和加壓過(guò)程嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行。

4 填倉(cāng)復(fù)推

檢刀換刀工作結(jié)束后人員和換刀機(jī)具撤出土倉(cāng)和人閘，根據(jù)進(jìn)倉(cāng)機(jī)具清單對(duì)進(jìn)行核對(duì)，避免長(zhǎng)大的工具例如撬棍等遺落土倉(cāng)內(nèi)卡進(jìn)螺旋。確認(rèn)完畢后通過(guò)膨潤(rùn)土注入管路，向土倉(cāng)內(nèi)注入惰性漿液以填充，注入壓力需＞2.0bar，當(dāng)回填充方量＞之前的出渣方量約0.5m3時(shí)關(guān)閉保壓平衡系統(tǒng)球閥，繼續(xù)注入惰性漿液至土倉(cāng)壓力穩(wěn)定在2.0bar，停止注入。待車輛及掘進(jìn)材料準(zhǔn)備到位后開(kāi)始推進(jìn)，推進(jìn)過(guò)程中加強(qiáng)地面檢測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)本次帶壓開(kāi)倉(cāng)檢刀換刀，為后續(xù)停機(jī)坪等風(fēng)險(xiǎn)源的穿越提供了設(shè)備保障，也成功嘗試了高密度膨潤(rùn)土在大埋深、高水壓、富水砂卵石地層中作為泥膜護(hù)壁材料的應(yīng)用。