泥水盾構(gòu)在富水砂層中帶壓進(jìn)倉作業(yè)安全技術(shù)措施

馮東舉

（中交第二航務(wù)工程局第三工程有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江 430040)

1 工程概況

孟加拉卡納普里河底隧道項(xiàng)目,作為一項(xiàng)施工難度及安全風(fēng)險(xiǎn)均較大的中交海外長、大直徑隧道工程。泥水平衡盾構(gòu)設(shè)備主要是由中交天和機(jī)械制造有限公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)制造,開挖直徑12.16m。隧道襯砌采用通用楔形管片,5+2+1 錯(cuò)縫拼裝。成型盾構(gòu)管片外徑11800mm,內(nèi)徑10800mm,環(huán)寬2000mm,壁厚500mm,單條隧道總長為2.45 公里,雙線總長約4.9 公里。

盾構(gòu)掘進(jìn)穿越地層為第四系全新統(tǒng)沖積成因（Q4）的粘性土層和砂土層互層,以砂層為主,粘性土層夾薄層砂,砂層也夾薄層粘性土。粘性土以軟塑狀態(tài)為主,工程地質(zhì)性質(zhì)較差。因盾構(gòu)掘進(jìn)控制參數(shù)異常,推力過大,本項(xiàng)目進(jìn)行帶壓進(jìn)倉作業(yè)4 次,累計(jì)進(jìn)倉次數(shù)108 次,更換刀具19 只。以第三次帶壓進(jìn)倉作為例。

1.1 帶壓進(jìn)倉停機(jī)作業(yè)位置

本次停機(jī)帶壓進(jìn)倉位置位于西岸荒地,KZ3+023.55（刀盤里程）,盾尾所在位置里程為KZ3+010.3,管片拼裝環(huán)數(shù)為307 環(huán)（圖1）。

圖1 左線帶壓進(jìn)倉停機(jī)平面位置示意圖（管片位置）

1.2 停機(jī)位置斷面圖及工程地質(zhì)

擬停機(jī)位置自上而下分別為：

②停滯于淤泥層,粉質(zhì)多為黏土。

③1 粉、2 粉質(zhì)粘土、多為粉砂、3 粉砂、粉質(zhì)粘土、4僅為粉砂、5 粉質(zhì)為粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、6 粉質(zhì)為淤泥質(zhì)、8 粉質(zhì)是粘土、細(xì)砂。

④粉、細(xì)砂,停機(jī)刀盤覆土厚度31.03m,地下水水位在地表以下3.21m,刀盤中心水壓0.332MPa。

1.3 停機(jī)位置水土壓力

因本次停機(jī)位置隧道全斷面位于粉砂地層,頂部粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)黏土、粉砂交互,根據(jù)土力學(xué)相關(guān)規(guī)定,帶壓進(jìn)倉控制壓力可參考水土壓力分算值,并根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)至停機(jī)位置附近的實(shí)際切口壓力適當(dāng)調(diào)整。本次帶壓進(jìn)倉作業(yè)壓力在掌子面穩(wěn)定的前提下以低壓為宜,中心切口壓力暫定為3.6～3.9bar,同時(shí)將根據(jù)氣密性試驗(yàn)做適當(dāng)調(diào)整（表1）。

表1 水土壓力計(jì)算表（KZ3+039.1）

2 常壓進(jìn)倉風(fēng)險(xiǎn)控制措施

2.1 止水環(huán)箍的施工

2.1.1 同步注漿

根據(jù)盾尾刷的停機(jī)狀態(tài)進(jìn)行分析,掌握在前10 環(huán)的運(yùn)行狀態(tài),通過盾毛刷的拼裝、掘進(jìn)的方式,實(shí)現(xiàn)對注漿壓力的控制,使其拉力控制在0.6MPa 以內(nèi),保證同步注漿工作能夠順利完成,一旦停機(jī)時(shí)間過長,則需通過數(shù)據(jù)參數(shù)整合的方式,將停機(jī)時(shí)間進(jìn)行控制,避免打膨潤土、管道疏通的時(shí)間過長,只要將管道的上端、下端、左端、右端,分別打通6孔,每環(huán)總注漿量控制在14.0～18.0m3,304、305環(huán)注漿量為16m3,306、307、308 環(huán)每環(huán)18m3（308 環(huán)根據(jù)掘進(jìn)行程確定）,注漿時(shí)注漿壓力不得大于0.6MPa,防止擊穿盾尾,為后續(xù)更換盾尾刷的止水及加固提供前期保證條件。

2.1.2 管片背后注聚氨酯

在封閉后,可實(shí)現(xiàn)對注漿空間的控制,使其能夠延伸至盾尾通道,這樣一來,即可防止注漿體受到影響,運(yùn)用包裹的方式填充盾尾間隙以及盾尾,掌握影響盾構(gòu)機(jī)恢復(fù)掘進(jìn)的區(qū)域,在上述工作執(zhí)行完畢后方可進(jìn)行啟動(dòng),需對306 環(huán)22 個(gè)預(yù)留注漿孔注入聚氨酯,發(fā)泡填充盾尾管片至第四道尾刷外空間,形成隔離緩沖帶。同時(shí)應(yīng)及時(shí)對后2 道密封腔相應(yīng)位置進(jìn)行油脂壓注,確保密封腔壓力大于聚氨酯注入壓力,防止聚氨酯進(jìn)入盾尾刷。

2.1.3 盾體徑向孔注聚氨酯

停機(jī)后利用中盾后排14 個(gè)徑向孔向盾體周圍注入聚氨酯,使其與盾體周邊地下水反應(yīng)發(fā)泡,包裹盾體,阻擋后方地下水進(jìn)入刀盤前方。徑向孔注入聚氨酯壓力應(yīng)大于地下水壓,宜為0.4～0.5Mpa 左右,總注入量為1.4t(10KG 裝140 桶）左右,此時(shí)從隧道底部延伸到兩側(cè),每個(gè)孔內(nèi)需要注入約為100KG 的水。

2.1.4 二次注漿

306 環(huán)注入應(yīng)急聚氨酯后,對其后的303～305 共3 環(huán)管片進(jìn)行二次注漿,按照從下至上,定期通排同步注漿管路,以降低填充不實(shí)狀況的發(fā)生頻率,促使壓力結(jié)束前注漿工作能夠順利開展。

2.1.5 漿液等強(qiáng)

在注漿工作執(zhí)行完畢后,需靜待一些時(shí),確保漿液等強(qiáng),且以6 小時(shí)為時(shí)間間隔,適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)動(dòng)刀盤,避免刀盤出現(xiàn)凝結(jié),使其可以順利轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.2 掌子面泥膜建立

2.2.1 泥漿制備

結(jié)合地層表面的開挖情況進(jìn)行分析,合理配制泥漿并將不同指標(biāo)的泥漿進(jìn)行分離處理,保證其能夠相互融合。促使泥膜制作、滲透型泥漿泥可以按照同等比例應(yīng)用于施工區(qū)域,降低泥漿制備環(huán)節(jié)的問題出現(xiàn)頻率,讓滲透型泥漿可以滿足施工要求,增加泥漿在施工區(qū)域的實(shí)際比重并強(qiáng)化其氣密性,這樣則可保證后續(xù)帶壓作業(yè)工作可以順利開展,讓地層表面的開挖面趨于穩(wěn)定。

2.2.2 滲透型泥膜形成

盾構(gòu)機(jī)停止推進(jìn)后,將切口水壓比正常掘進(jìn)時(shí)提高0.2～0.5bar（左線暫定為4.8～5.1 bar）,至少24 小時(shí)后,當(dāng)循環(huán)期間液位、氣壓無異常波動(dòng),可認(rèn)為滲透膜已形成。

2.2.3 泥皮型泥膜形成

開挖面滲透帶形成后,為保證帶壓換刀的長時(shí)間作業(yè)安全,需在掌子面建立泥皮型泥膜,進(jìn)一步減少空氣漏失量,確保作業(yè)安全。同時(shí),壓力控制值比正常掘進(jìn)時(shí)提高0.1～0.2bar（左線暫定為4.7～4.8 bar）。

2.2.4 氣密性試驗(yàn)

采用自動(dòng)保壓系統(tǒng),設(shè)置壓力值為正常掘進(jìn)時(shí)的1.05倍（暫定5.0bar）,靜壓時(shí)觀察氣墊倉液位下降情況,觀察不小于2 小時(shí),當(dāng)液位變化不大于20mm/h,且整個(gè)靜壓過程中氣壓無異常波動(dòng),可認(rèn)為制膜完成,氣密性滿足帶壓進(jìn)倉作業(yè)要求；否則繼續(xù)進(jìn)行滲透泥膜和泥皮型泥膜的制作,直到氣密性試驗(yàn)滿足要求。

2.3 壓力設(shè)定

通過帶壓換刀工作進(jìn)行分析,掌握當(dāng)?shù)氐乃臈l件以及地質(zhì)條件,遵循水土分算的操作原理,掌握掘環(huán)節(jié)壓力設(shè)置狀況,保證在壓力設(shè)定環(huán)節(jié)不會(huì)出現(xiàn)紕漏,促使停機(jī)工作趨于穩(wěn)定,此時(shí)壓力設(shè)定初步數(shù)值可以規(guī)劃為4.65bar（具體操作方式如表1 中內(nèi)容所指）,在此基礎(chǔ)上,可以結(jié)合掘進(jìn)狀況,實(shí)現(xiàn)對該路段各項(xiàng)參數(shù)的整合,確認(rèn)泥水切口狀態(tài),具體設(shè)定根據(jù)掘進(jìn)至此段的泥水切口壓力進(jìn)行確定,使其壓力能夠穩(wěn)定地在此區(qū)域運(yùn)行。

2.4 降低液位

2.4.1 計(jì)算停機(jī)位置切口泥水壓力,如圖3 所示。

圖2 停機(jī)位置切口泥水壓力示意圖

2.4.2 確認(rèn)泥水倉中的狀態(tài),通過壓縮空氣置換的方式控制泥水壓力,保證開挖面不會(huì)出現(xiàn)異常,促使壓縮空氣可以完成支撐工作。

2.4.3 為避免開挖面出現(xiàn)氣密性不良的問題,可以根據(jù)開挖面的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析,掌握再生合計(jì)開挖環(huán)節(jié)的影響因素,促使誘發(fā)開挖面塌方等安全問題被控制,這樣一來,既可在降液位環(huán)節(jié),掌握空壓機(jī)出口壓力、空壓機(jī)流量的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),又可通過波動(dòng)曲線來測定空壓機(jī)出口區(qū)域的實(shí)際壓力,進(jìn)而避免曲線出現(xiàn)異常,使其可以順利地波動(dòng),讓其在規(guī)定限度內(nèi),完成液位的回升工作。

2.5 氣體檢測

2.5.1 在進(jìn)倉作業(yè)前采用手持氣體檢測儀通過隔倉板的排氣閥和人倉的減壓閥的排氣口對氣體進(jìn)行檢測,氣體檢測標(biāo)準(zhǔn)不合格不得開倉。需持續(xù)和加強(qiáng)通風(fēng),直到氣體檢測合格。

2.5.2 進(jìn)倉后可通過人倉內(nèi)自動(dòng)檢測儀檢測人倉內(nèi)氣體,手持氣體檢測儀可由專人對泥水倉內(nèi)氣體進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測。

2.6 刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)

進(jìn)艙檢查、更換刀具之前將需要檢查或更換刀具的輻條轉(zhuǎn)至12 點(diǎn)鐘方位,以利于人員進(jìn)艙進(jìn)行切削刀螺栓緊固和背裝刀具更換,刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)如圖3 所示。

圖3 待查刀具轉(zhuǎn)至12 點(diǎn)位

2.7 人倉的加壓與減壓

2.7.1 加壓步驟

確保工作人員接受培訓(xùn)后方可進(jìn)行加壓工作,首先檢查外部設(shè)備功能,掌握自動(dòng)卸壓器、顯示儀器、閘閥、密封件。在上述施工過程檢查完畢后,方可執(zhí)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募訅悍桨?執(zhí)行加壓工作。

2.7.2 減壓步驟

在工作人員帶領(lǐng)下,確認(rèn)加壓主倉狀態(tài),關(guān)閉外倉門,將記錄儀全部開啟,分步執(zhí)行加壓工作,促使倉內(nèi)的實(shí)際狀況都能被工作人員觀察到,促使工作人員能夠與內(nèi)部操作人員時(shí)刻保持聯(lián)系,一旦倉內(nèi)員工出現(xiàn)不適狀況,則需及時(shí)開啟主倉,使壓力平衡閥門被緩慢打開,完成減壓操作。

2.8 倉內(nèi)作業(yè)

2.8.1 工作人員在進(jìn)倉前期,需掌握倉內(nèi)的實(shí)際狀況,通過實(shí)時(shí)監(jiān)測的方式,保證技術(shù)人員能夠順利帶壓進(jìn)倉,從掌子面的穩(wěn)定狀況、地質(zhì)情況等方面進(jìn)行全面分析,避免在施工區(qū)域出現(xiàn)障礙物,使刀具、刀盤能夠正常運(yùn)行,設(shè)定可以滿足帶壓換刀要求的相關(guān)方案,促使前期準(zhǔn)備工作能夠順利完成。

2.8.2 加強(qiáng)對刀具布置工作的分析,掌握編制刀具的實(shí)際磨損狀態(tài),設(shè)定檢測表,促使各項(xiàng)磨損值能夠順利地編輯到表中,以降低刀具等相關(guān)工具的異常現(xiàn)象出現(xiàn)。

2.8.3 實(shí)施監(jiān)測倉內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),通過檢查、診斷的方式實(shí)現(xiàn)對施工全過程的監(jiān)控,促使拍照工作能夠在此區(qū)域內(nèi)順利實(shí)施。

2.8.4 檢修及更換出現(xiàn)故障的設(shè)備。

3 盾構(gòu)帶壓進(jìn)倉作業(yè)安全技術(shù)控制措施

3.1 執(zhí)行互防、自防、聯(lián)防方案,完成帶壓進(jìn)倉操作。

3.1.1 實(shí)時(shí)掌握刀盤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),通過全面控制的方式,避免刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)幅度過大,操作人員可以運(yùn)用對相關(guān)設(shè)備控制的方式,使刀盤能夠進(jìn)入倉內(nèi),讓盾構(gòu)司機(jī)執(zhí)行各項(xiàng)作業(yè)。但此時(shí),盾構(gòu)司機(jī)應(yīng)加強(qiáng)對主控制室內(nèi),按鈕、刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)等環(huán)節(jié)的控制,保證二者能夠在統(tǒng)一時(shí)間內(nèi)鎖定,避免主控制室內(nèi)存在其他操作人員,使其不會(huì)出現(xiàn)操作失誤的問題,降低刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)等操作不良所帶來的安全隱患,促使進(jìn)倉作業(yè)人員的人身安全得到保障。

3.1.2 合理監(jiān)測泥漿系統(tǒng),保證該系統(tǒng)和泥漿門之間能夠進(jìn)行互鎖。此時(shí)若泥漿門呈現(xiàn)開放狀態(tài),應(yīng)加強(qiáng)對倉內(nèi)各項(xiàng)工具的關(guān)注,維持泥漿現(xiàn)狀,使排漿系統(tǒng)能夠正常工作,同時(shí)應(yīng)設(shè)置專業(yè)的監(jiān)管人員避免系統(tǒng)出現(xiàn)誤啟動(dòng)問題,以降低倉內(nèi)作業(yè)人員所帶來的影響。

3.1.3 主控制室內(nèi),需增設(shè)2 到4 名盾構(gòu)員工,使其能夠?qū)χ骺刂剖覂?nèi)員工的各項(xiàng)操作進(jìn)行監(jiān)控,一旦出現(xiàn)無關(guān)人員,則嚴(yán)厲禁止其進(jìn)入。這樣則可保證主控制室內(nèi)的員工都為重要員工,不會(huì)出現(xiàn)設(shè)備誤啟動(dòng),操作失誤等問題,促使盾構(gòu)操作人員可以嚴(yán)格聽取現(xiàn)場指揮管理人員的指令。

3.2 在工作人員帶壓進(jìn)倉工作期間,需掌握倉內(nèi)各方氣體含量,監(jiān)測倉內(nèi)的數(shù)據(jù)信息,避免出現(xiàn)倉內(nèi)氣體含量超標(biāo)的問題,僅需確認(rèn)艙內(nèi)氧氣含量充足且無有毒氣體,既可讓工作人員進(jìn)入倉內(nèi),進(jìn)而保證工作人員的人身安全。

3.3 人倉內(nèi)禁止存放易燃物品；由于孟加拉當(dāng)?shù)靥鞖庋谉?進(jìn)艙作業(yè)時(shí)溫度較高,需提前采購冰塊備用和飲用水、食物等。

3.4 因制作泥膜的膨潤土非常濕滑,所以,作業(yè)人員需做好前期防護(hù)工作,身穿防護(hù)服,防滑鞋,在作業(yè)環(huán)節(jié)佩戴安全帶,禁止飲酒。

3.5 清點(diǎn)過渡艙內(nèi)工具：作業(yè)人員工作完成后,需將帶入泥水倉內(nèi)的工具全部帶出,不允許落在艙內(nèi),防止損壞刀盤。

3.6 與具有高壓氧艙（減壓倉）醫(yī)院簽署協(xié)議。現(xiàn)場配備專業(yè)減壓醫(yī)生并增加救護(hù)設(shè)備的應(yīng)用,以保證地面應(yīng)急救護(hù)車隨時(shí)待命。

4 結(jié)論

在實(shí)際工程施工中,帶壓進(jìn)艙作業(yè)首先應(yīng)該掌握維持掌子面穩(wěn)定、保證前艙氣密性、保證進(jìn)場人員健康等技術(shù)要點(diǎn),以及嚴(yán)格遵守帶壓進(jìn)艙注意事項(xiàng),可保證帶壓進(jìn)艙作業(yè)安全、高效地進(jìn)行,達(dá)到成功帶壓進(jìn)艙作業(yè)的目的。