淺析地下密閉空間施工中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定保壓的必要性和方法

賈劍虹

摘要：隨著地鐵建設(shè)的發(fā)展，盾構(gòu)工法在地鐵建設(shè)中起到了越來(lái)越重要的作用。它的優(yōu)越性，實(shí)際上是得益于盾構(gòu)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，正所謂“工欲善其事，必先利其器”。在盾構(gòu)機(jī)選型中刀具的選擇又是重中之重，要根據(jù)地質(zhì)情況選擇相匹配的盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)刀具布置是盾構(gòu)機(jī)配置的最重要的部分。而刀具又屬于易磨損性消耗品，需要經(jīng)常進(jìn)行更換，因?yàn)榈刭|(zhì)條件客觀存在的復(fù)雜性，在實(shí)際施工過(guò)程中，若區(qū)間較長(zhǎng)，需要進(jìn)行開(kāi)倉(cāng)檢查刀具和換刀，確保盾構(gòu)機(jī)能夠順利到達(dá)出洞，但盾構(gòu)換刀時(shí)一般處于較為惡劣的環(huán)境，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。本文以實(shí)際案例廣州市軌道交通十四號(hào)線支線工程【施工5標(biāo)】土建工程中盾構(gòu)區(qū)間碰到的軟弱地層開(kāi)倉(cāng)檢查及換刀為例，對(duì)非常規(guī)開(kāi)倉(cāng)中的帶壓開(kāi)倉(cāng)法進(jìn)行了介紹分析。

Abstract： With the development of subway construction， shield construction method has played an increasingly important role in subway construction. Its superiority is actually due to the development of the shield machine technology， and the so-called "workers must first sharpen their tools". In the selection of the shield machine， the choice of the tool is the most important. The matching shield machine should be selected according to the geological conditions. The cutter layout is the most important part of the shield machine configuration. The tool is also a wearable consumable and needs to be replaced frequently. Because of the objective complexity of the geological conditions， in the actual construction process， if the interval is long， it is necessary to open the warehouse to check the tool and change the tool to ensure that the shield machine can arrive the hole smoothly， but the shield tool replacing is generally in a relatively harsh environment， where there is greater security risk. In this paper， the actual case of the Guangzhou Rail Transit Line 14 branch line project [construction 5 standard] civil construction project in the shield section of the weak formation opening inspection and tool change as an example， the pressure opening method in unconventional opening in the open position was introduced and analyzed.

關(guān)鍵詞：盾構(gòu);帶壓開(kāi)倉(cāng);軟弱地層;衡盾泥;穩(wěn)定保壓

Key words： shield;open position with pressure;weak stratum;balance shield mud;stable pressure holding

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.43 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）10-0148-04

1 ?項(xiàng)目概況

廣州市軌道交通十四號(hào)線支線工程【施工5標(biāo)】土建工程項(xiàng)目造價(jià)6.748億元，施工內(nèi)容包括兩個(gè)盾構(gòu)隧道區(qū)間（馬楓區(qū)間長(zhǎng)1.87km、楓知區(qū)間長(zhǎng)2.06km）、6個(gè)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道和兩個(gè)地下車(chē)站。雙線兩區(qū)間總長(zhǎng)7.856km。如圖1所示。馬頭莊～楓下區(qū)間，起訖里程為支ZDK47+963.700～支ZDK49+834.700，區(qū)間左線全長(zhǎng)1869m。區(qū)間掘進(jìn)采用盾構(gòu)法施工，采用的盾構(gòu)設(shè)備為海瑞克土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，刀盤(pán)直徑6280mm，主要配置滾刀、刮刀、齒刀。

馬～楓區(qū)間左線盾構(gòu)在649環(huán)、797環(huán)、1044環(huán)已進(jìn)行3次刀具更換，在1044環(huán)刀具更換后恢復(fù)掘進(jìn)，目前已掘進(jìn)至1228環(huán)，共掘進(jìn)188環(huán)，其中通過(guò)了基巖爆破段，目前掘進(jìn)處尚有部分基巖受場(chǎng)地條件影響未完全爆破，掘進(jìn)過(guò)程中扭矩、推力逐漸變大、推進(jìn)速度小，經(jīng)對(duì)土樣、掘進(jìn)參數(shù)等綜合分析，因此在1228環(huán)（刀盤(pán)里程為ZDK47+982.370）處進(jìn)行帶壓開(kāi)倉(cāng)檢查及刀具更換工作。

①本次開(kāi)倉(cāng)位于馬楓區(qū)間左線隧道里程ZDK47+982.370處，隧道正上方為村道、農(nóng)田、河涌;隧道正上方無(wú)其他管線和其他建（構(gòu)）筑物。開(kāi)倉(cāng)位置及地面管線位置如圖2所示。②根據(jù)地質(zhì)詳勘及地質(zhì)補(bǔ)勘資料，馬楓區(qū)間左線盾構(gòu)里程ZDK47+982.370停機(jī)開(kāi)倉(cāng)處隧道穿越地層為<7H>強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層、<8H>中風(fēng)化花崗巖層，隧道上部覆土自上而下為：<1>素填土層（3.00米）、<3-2>中粗砂層（1.10米）、<5H-2>花崗巖硬塑殘積土（1.70米）、<6H>全風(fēng)化花崗巖層（2.30米），隧道埋深約8.10米。③根據(jù)項(xiàng)目工期及以往項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)（參照表1），經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析、比選，我們決定選取帶壓開(kāi)倉(cāng)檢查、換刀的方案。④根據(jù)本次盾構(gòu)停機(jī)位置（ZDK47+982.370）地層及水文地質(zhì)情況以及隧道埋深條件，隧道埋深8.10米，地下穩(wěn)定水位為0.5米，故本次開(kāi)倉(cāng)做作業(yè)擬設(shè)定壓氣作業(yè)工作壓力為0.85～1.0bar，最高不得超過(guò)1.2bar。

開(kāi)倉(cāng)位置地質(zhì)鉆孔位置如圖2所示;開(kāi)倉(cāng)位置地質(zhì)剖面如圖3所示。

2 ?帶壓開(kāi)倉(cāng)存在的困難和風(fēng)險(xiǎn)

①由于本段隧道上部主要為中粗砂層、殘積土層，地層情況及不穩(wěn)定易坍塌。②盾構(gòu)停機(jī)周邊環(huán)境密封性差，保壓較為困難。③如何實(shí)現(xiàn)盾尾及螺旋機(jī)的密封，因盾構(gòu)機(jī)停機(jī)較久，且出于保壓的目的，需要實(shí)現(xiàn)盾尾及螺旋機(jī)的密封。④確保掌子面穩(wěn)定性密閉，一旦出現(xiàn)掌子面失穩(wěn)的情況，將對(duì)倉(cāng)內(nèi)人員造成安全危害，并對(duì)地面周邊造成一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

以上幾個(gè)問(wèn)題，均與如何實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)及周邊環(huán)境的保壓?jiǎn)栴}有關(guān)，因此如何實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)在開(kāi)倉(cāng)檢查及換刀過(guò)程中的壓力穩(wěn)定與平衡，是本次開(kāi)倉(cāng)檢查及換刀能否成功的關(guān)鍵所在。

3 ?應(yīng)對(duì)措施

由于本段隧道上部主要為中粗砂層、殘積土層，地層情況不穩(wěn)定。針對(duì)這些問(wèn)題，我們?cè)陂_(kāi)倉(cāng)前采取施做泥膜護(hù)壁的方式加強(qiáng)土層的穩(wěn)定性，采用盾構(gòu)后部管片二次注漿施做止水環(huán)，衡盾泥漿液置換倉(cāng)內(nèi)渣土。具體如下：

3.1 止水環(huán)施工

盾殼止水環(huán)采用同步注漿、管片背后二次注漿和盾體徑向注漿組合注漿方式。土倉(cāng)保壓后對(duì)盾體外和盾尾管片進(jìn)行注漿。利用盾構(gòu)徑向注漿孔向盾體與圍巖間隙之間注入衡盾泥，形成止水密封環(huán)，堵住后部來(lái)水。在脫出盾尾后5環(huán)管片中做止水環(huán)。管片二次注漿注入雙液漿，在盾體外和管片形成密封止水環(huán)，保證后部來(lái)水不進(jìn)入土倉(cāng)，確保土倉(cāng)壓力穩(wěn)定和周邊影響范圍內(nèi)地層穩(wěn)定。

3.2 地面封堵

附近地面進(jìn)行過(guò)地質(zhì)勘察鉆孔，確保鉆孔密封完整。在停機(jī)后，精確在地面放樣刀盤(pán)位置，然后土倉(cāng)施壓，檢查地面是否存在漏氣情況，發(fā)現(xiàn)漏氣，用雙液注漿封堵。

3.3 盾尾及螺栓機(jī)的密封

盾尾注入盾尾油脂→壓入衡盾泥（注入量約1-2m3，注入壓力1.22.0bar）;如果出現(xiàn)盾尾或盾尾后部管片漏氣，涌水現(xiàn)象，在盾尾后倒數(shù)第3環(huán)，第4環(huán)的3，9點(diǎn)以上的每一個(gè)吊裝孔打開(kāi)，注入雙液漿止水環(huán)（雙液漿配比：水泥漿：水玻璃溶液=1：1），注入壓力控制在1.2-2.0bar，注入量在1-2m3，因管片背后空腔難以估計(jì)，因此最終以注入壓力進(jìn)行控制，確保管片背后空腔填充密實(shí)，避免水通道形成，螺旋機(jī)通過(guò)檢查閘門(mén)密封及螺旋機(jī)中留置土塞的方式保證密封。

3.4 掌子面穩(wěn)定性密閉

掌子面密閉效果是直接關(guān)系到在本地層中帶壓開(kāi)倉(cāng)成敗的關(guān)鍵，本次主要采用衡盾泥制作泥膜護(hù)壁的方式進(jìn)行掌子面的穩(wěn)定性密閉，泥膜護(hù)壁施工工藝及流程如下：

3.4.1 泥漿制作材料

泥膜護(hù)壁工法采用衡盾泥作為回填材料。衡盾泥具有如下特點(diǎn)：衡盾泥是一種以無(wú)機(jī)粘土為主要材料，通過(guò)改性后與增粘劑反應(yīng)形成一種高粘度的觸變泥漿，具有良好的和易性和粘附性，在水中不易被稀釋帶走，成膜穩(wěn)定，附著力好。衡盾泥漿體泥膜護(hù)壁具有較好的時(shí)效耐用性，封閉保壓效果穩(wěn)定，能滿足保壓開(kāi)倉(cāng)作業(yè)的需要。

3.4.2 衡盾泥泥膜護(hù)壁工藝

①衡盾泥配制。

1）根據(jù)地層的地質(zhì)條件和掘進(jìn)要求，選用適當(dāng)粘度的衡盾泥漿體配比;

2）配制流程：稱重A組份→加入需用的水量→充分?jǐn)嚢杈鶆颍ㄒ鬅o(wú)結(jié)團(tuán)微粒）→B組份與A組份漿體中按配比混合→泵送至土倉(cāng)

A組份：水=1：2.0（漿體）;A組份：B組份=15：1

3）A液制作。衡盾泥A液泥漿可以在地面制作，也可以在隧道內(nèi)制作，攪拌均勻無(wú)顆粒狀，無(wú)干粉狀，無(wú)塊狀。

4）A液與B液混合。通過(guò)臺(tái)車(chē)上同步注漿罐，將A液與B液倒入臥式攪拌槽內(nèi)進(jìn)行混合，A液放量不能超過(guò)臥式攪拌葉片的2/3高度，每次1-2m3，2min后目測(cè)達(dá)到效果。

②洗倉(cāng)。

注入位置利用土倉(cāng)隔板上部觀察孔，2點(diǎn)-10點(diǎn)以上孔位;當(dāng)土倉(cāng)內(nèi)填充飽滿后，亦可從超前注漿口和盾體徑向口進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

置換過(guò)程中，注入壓力設(shè)定為1.2bar，密切觀察土倉(cāng)上部壓力變化，動(dòng)態(tài)控制倉(cāng)內(nèi)壓力，要求如下：

1）控制土倉(cāng)上部壓力在1.2-1.5bar范圍內(nèi)，避免壓力過(guò)度波動(dòng)擾動(dòng)地層。2）當(dāng)壓力超過(guò)1.5bar時(shí)，應(yīng)暫停注入30min，觀察壓力變化，如30min內(nèi)壓力下降至1.2bar恢復(fù)壓漿。3）注入進(jìn)行至一定程度后，土倉(cāng)壓力基本穩(wěn)定，壓降較小，應(yīng)打開(kāi)螺旋機(jī)閘門(mén)適當(dāng)排土，但應(yīng)保證排土量與注入量基本平衡，并做好記錄。4）當(dāng)螺旋機(jī)排土中，出現(xiàn)衡盾泥成分時(shí)，可慢速（0.1rpm）旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)15-20°，再繼續(xù)壓漿?？梢愿鶕?jù)注入點(diǎn)位與出土口的相對(duì)位置關(guān)系自由選擇刀盤(pán)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向，應(yīng)保持該方向旋轉(zhuǎn)，直至土倉(cāng)置換完成。5）當(dāng)?shù)侗P(pán)旋轉(zhuǎn)一周后，且螺旋機(jī)出土連續(xù)為衡盾泥時(shí)，停止注入。6）注入過(guò)程中，如遇土倉(cāng)壓力停止上升或者反降情況，或者注漿流量異常時(shí)，應(yīng)低速轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)，促使衡盾泥與渣土混合，將大粒徑顆粒懸浮、裹攜、置換出來(lái)。7）置換完成后，可回縮推進(jìn)千斤頂使盾構(gòu)機(jī)后退5cm，便于更換刀具及在刀盤(pán)與掌子面之間建立5cm左右的泥膜。應(yīng)控制刀盤(pán)的低速旋轉(zhuǎn)（刀盤(pán)轉(zhuǎn)速0.1r/min），在控制壓力穩(wěn)定的情況下，邊后退邊注入衡盾泥，促使加厚了刀盤(pán)前方的衡盾泥厚度及均勻度，形成“泥墻”。

③分級(jí)加壓。

為了使衡盾泥能更加有效的填充滲透，在排土壓氣前進(jìn)行衡盾泥梯級(jí)加壓試驗(yàn)。

1）本次衡盾泥壓入從1.2bar壓至1.8bar，共分四個(gè)梯次壓入，每個(gè)梯次的壓力為0.2bar，即1.0-1.2、1.2-1.4、1.4-1.6，1.6-1.8，每個(gè)梯級(jí)共兩個(gè)小時(shí)的動(dòng)態(tài)注入，在每個(gè)梯級(jí)動(dòng)態(tài)注入過(guò)程中刀盤(pán)要三次低速轉(zhuǎn)動(dòng)（0.1轉(zhuǎn)/min，轉(zhuǎn)半圈），以保證注入和滲透的均勻性。2）當(dāng)注入壓力達(dá)到1.8bar梯級(jí)的時(shí)候，進(jìn)行12個(gè)小時(shí)的動(dòng)態(tài)保壓（1.8bar）注入試驗(yàn)，至少維持二個(gè)小時(shí)壓力不出現(xiàn)明顯下降（≤0.2bar），方可進(jìn)行排土壓氣過(guò)程，注入過(guò)程中要記錄壓力變化情況及每次補(bǔ)注的時(shí)間與注入量。3）開(kāi)倉(cāng)作業(yè)前，應(yīng)通過(guò)盾構(gòu)機(jī)中前體之間的徑向孔及超前注漿孔再次補(bǔ)注衡盾泥材料，進(jìn)一步填充施工間隙及加強(qiáng)衡盾泥滲透性，確保泥膜質(zhì)量。

3.5 保壓試驗(yàn)及檢查措施

①保壓：止水環(huán)施工、地面封堵、盾尾及螺栓機(jī)的密封、掌子面穩(wěn)定性密閉泥膜施做完成后。對(duì)土倉(cāng)進(jìn)行保壓試驗(yàn)：對(duì)土倉(cāng)進(jìn)行保壓試驗(yàn)，保壓試驗(yàn)8-12小時(shí)。試驗(yàn)過(guò)程做好壓力變化記錄，壓力變化值20-30分鐘記錄一次，保壓全過(guò)程壓力變化應(yīng)小于0.8bar。當(dāng)出現(xiàn)大于0.8bar時(shí)必須重新施做泥膜，泥膜施做完成后，再次進(jìn)行保壓試驗(yàn)，直至保壓在穩(wěn)定的范圍止。

②在保壓過(guò)程中加強(qiáng)地面監(jiān)測(cè)和地面管線監(jiān)測(cè)。地面監(jiān)測(cè)范圍為開(kāi)倉(cāng)位置前后30米。保壓期間安排測(cè)量人員對(duì)刀盤(pán)所在的位置地面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如刀盤(pán)正上方?jīng)]有監(jiān)測(cè)點(diǎn)，則進(jìn)行布設(shè)加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在刀盤(pán)正上方布設(shè)一個(gè)斷面的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，前后每間隔5米加密一個(gè)斷面監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并利用最近的地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率由高至低，保壓時(shí)的監(jiān)測(cè)頻率為每小時(shí)兩次，4次的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化速率小于3mm時(shí)監(jiān)測(cè)頻率改為每小時(shí)一次，每個(gè)頻率的4次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化速率小于3mm時(shí)，監(jiān)測(cè)頻率改為2小時(shí)一次。

保壓期間對(duì)地面和周邊情況加強(qiáng)巡視工作，檢查地面是否有漏氣現(xiàn)象，如有漏氣則進(jìn)行注漿封閉。保壓期間對(duì)地面進(jìn)行全時(shí)段巡視檢查，直至保壓試驗(yàn)完成為止。

③地質(zhì)鉆探孔監(jiān)控及防護(hù)措施。在加壓、保壓施工過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)鉆孔進(jìn)行監(jiān)控，檢查是否出現(xiàn)冒漿，是否出現(xiàn)漏氣，每30分鐘檢查一次，如出現(xiàn)冒漿、漏氣現(xiàn)象立即采取措施。如出現(xiàn)冒漿情況，保證土倉(cāng)壓力，停止注漿，采取地面注雙液漿加固方式對(duì)鉆孔位置進(jìn)行加固。完成后再加壓檢查。如出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，采用盾體注入衡盾泥進(jìn)行封堵，封堵完成后，土倉(cāng)加壓檢查是否還漏氣，如還是漏氣，采用地面注雙液漿方式對(duì)該孔位置進(jìn)行加固。完成后再加壓檢查是否漏氣。

通過(guò)以上措施的實(shí)施，在盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)檢查及換刀的過(guò)程中，盾構(gòu)土倉(cāng)的壓力始終穩(wěn)定的保持在1.2～1.5bar范圍內(nèi)，確保了周邊地層的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了安全順利的檢查及換刀工作。

4 ?本文小結(jié)

本文以廣州十四號(hào)線支線5標(biāo)盾構(gòu)區(qū)間施工為工程背景，對(duì)非常規(guī)開(kāi)倉(cāng)檢查、換刀中的帶壓開(kāi)倉(cāng)檢查及換刀進(jìn)行分析，并認(rèn)為如何實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)壓力的穩(wěn)定保壓是帶壓開(kāi)倉(cāng)能否成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此本文重點(diǎn)對(duì)如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定保壓的措施進(jìn)行了介紹與分析，并重點(diǎn)介紹了衡盾泥的使用，并提出了自己的觀點(diǎn)，對(duì)同類(lèi)施工有一定的借鑒作用。

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