濟南軌道交通2 號線區間盾構帶壓開倉技術總結

霍永強

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原030024）

1 工程概況

濟南軌道交通2 號線歷山北路站～二環東路站區間（右線起訖里程SK18+649.696～SK20+732.213，全長2110.237m。左線起 訖 里 程 XK18+649.696 ～XK20+732.213， 線 路 總 長 度2114.066m）。區間采用盾構法施工，圓形斷面。區間隧道線間距為12～27.5m，拱頂埋深約為10.2～23.0m。

區間巖性主要為第四系地層及燕山期巖層，為上軟下硬地層，上部主要為黏土及碎石土層，下部為強～中風化閃長巖，土層飽和單軸抗壓強度0.3～12.6Mpa，巖層飽和單軸抗壓強度12.6-47.1Mpa，巖體基本質量等級Ⅲ～Ⅳ～Ⅴ級。

區間水位埋深一般為2-5m，年變幅1～2m，水質好。地下水主要為第四系松散孔隙水和巖漿巖裂隙水。區間承壓水含水層主要為碎石、殘積土、全風化閃長巖，承壓水水頭標高為26.0m。

2 盾構機選型

歷山北路站～二環東路站區間投入2 臺濟南中鐵重工生產的土壓平衡盾構機（型號：CTE6650）。盾構機的開挖直徑為6680mm，盾體直徑為6650/6640/6630mm。盾構機分為主機和后配套設備，后配套為一節橋架、六節車架，全長約85m。主驅系統采用22 組推進油缸數量，驅動功率880kW（共8 組電機）；最大掘進速度均可達到80mm/min。

本區間刀盤采用四輻條+四面板設計，中間式支撐。刀盤上設有滾刀、切刀、仿行刀、保徑刀等刀具，開挖外徑6680mm，同時可實現正反雙向旋轉出渣。刀具均可從刀盤背部更換。刀盤整體結構由Q345B 高強度鋼板焊接組成，刀盤主體結構的正常使用壽命大于10km。

3 區間帶壓開倉情況

歷山北路站～二環東路站區間施工時間為2018 年7 月4日～2020 年1 月6 日，區間盾構掘進期間共進行帶壓開倉6次，開倉檢查位置及開倉處置情況如表1、2 所示。

4 地面監測情況分析

盾構機開倉檢查時，刀盤前共布置2 個地表監測斷面，機身設置5 處地面監測點，開倉過程中每2 小時進行一次監測，開倉過程及開倉后地面監測數據較為穩定，無異常變化，各項施工參數選定滿足作業要求。

5 帶壓開倉技術總結

5.1 施工準備

物料準備：刀具、換刀工具、搶險物資等，做好物料清單。

技術準備：開倉檢查施工方案、進倉人員體檢合格、設備狀況良好。

表1 左線開倉情況

表2 右線開倉情況

人員準備：壓氣作業主管、人倉值班員、壓氣作業人員及候補壓氣人員。人員進倉前展開作業培訓，并且通過體格檢查。

5.2 設備檢查

空壓機、盾構機管路檢查合格；緊急照明正常、緊急電話正常；各類壓力表顯示正常；各類管路球閥開關正常，保證壓氣作業時安全可靠。

5.3 人倉氣密性試驗

人倉是人員出入土倉進行維修和檢查的轉換通道，帶壓作業時處于加壓模式，從0bar 升壓至設計值不超過10 分鐘為合格；降壓過程中通常會出現土倉門漏氣現象，造成氣壓降不到0bar，現場實踐得出若降壓后氣壓能小于0.3bar 則可安全開倉，若氣壓無法降到0.3bar 以下，則需要帶壓進行土倉門密封。

5.4 開倉壓力設定

理論情況下，若倉內不漏氣則壓力越高，掌子面越穩定；但實際地層的密封性并不完美，一旦設定值大于掌子面的承受壓力，有概率造成密封層破裂、地面冒泡等問題；壓力相對低一點，有利于進倉人員健康，但需注意掌子面穩定性，避免地面塌陷。

5.5 開倉作業流程

圖1 帶壓作業流程圖

5.6 開倉泥膜建立

本區間開倉泥膜采用膨潤土進行制作，要求膨潤土泥漿粘度不得小于100s，膨潤土漿液比重應大于1.3g/cm3；每方膨潤土材料摻入量如下：膨潤土：510kg、水：830kg、火堿：10.2kg。

向土倉內注入膨化好的膨潤土置換土倉內的渣土，在出渣時，出渣過程中隨時補充膨潤土，并注意土倉壓力變化，保持土倉壓力不小于停機前掘進時壓力。

5.7 氣體檢測

開倉前及開倉過程中，要對土倉內氣體進行檢測（不得低于2h/1 次），檢測合格后由土建工程師或現場負責人判斷情況，然后人員方可進入土倉進行檢測，全面檢測完畢且空氣質量合格后作業人員方可展開作業。

5.8 壓氣作業

5.8.1 升壓

第一倉土倉壓力建議設定為1.9bar，第二、三次土倉壓力根據情況及時調整。關閉主、副倉倉門并密封后，人倉值班人員緩慢扭動進氣閥，漸漸地升高主倉內壓力，勻速升壓至設定值，開啟出氣閥，建立主倉氣壓平衡。

升壓第一分鐘倉壓不能超過0.025MPa，加壓速度不得超過0.015MPa/min。出現作業人員耳內不適，立即停止加壓，直到癥狀消失后再繼續。若再次感覺不適，就必須停止升壓作業，讓不適人員減壓出倉，由候補人員代替。

5.8.2 穩壓

當升壓至預定值后，人倉值班員開始調節進、出氣流量，待氣壓穩定后聯系人倉內壓氣人員打開人倉與土倉之間平衡閥，之后若出現壓力波動，人倉值班員及時進行調節，始終保持壓力穩定，有足夠新鮮空氣進入。

5.8.3 開倉

開倉時先開一條縫，再平穩緩慢打開，防止渣土突出。開倉后，作業人員通過將實時影像上傳到地面，由工程師對掌子面的情況和穩定性進行判斷和確認，同時對刀盤和刀具磨損程度進行目測檢查，待開挖面穩定后，作業人員方可進入倉內作業。

5.8.4 倉內帶壓檢查

作業人員進入副倉，按照同樣步驟消除主副兩倉之間氣壓差，使主、副倉壓力平衡，然后進入主倉展開始作業。兩人帶壓進倉（一人作業，另一人在負責聯絡指揮），倉內檢查時間定為兩小時，刀具檢查方法：作業人員攀登上刀盤輻條，使用專用量具進行檢查。

5.9 恢復掘進

開倉作業完成后，在土倉內氣壓部分填充膨潤土，預防推進開始時造成超挖，從而引起地表沉降。按照設定好的掘進參數，緩慢恢復掘進。

5.10 注意事項

5.10.1 土倉內加壓、減壓及工作時間應嚴格按照《盾構法開倉及氣壓作業技術規范》CJJ217-2014 相關要求進行，絕對不能憑借個人感覺盲目操作。

5.10.2 壓氣作業人員嚴禁重復作業（24 小時內）且工作時間不得超過6 小時（不包括加減壓時間）。

5.10.3 如果在人員進倉期間，艙內水位上漲，優先考慮采用水泵抽水，如果滿足不了要求，可安排有豐富經驗的主司機，通過螺旋機排水，排水時確保倉內無人。

6 結論

本區間盾構穿越既有建構筑物多，工程埋深較深多為復合地層，且開倉掌子面水量極大，施工難度及風險極大，盾構機開倉檢修為地表建筑物安全，需要帶壓開倉，施工安全風險極高，國內同類工程經驗較少，通過本區間連續6 次帶壓開倉，我們總結出了安全可控的開倉流程，為今后類似情況施工積累了有效經驗。