海底隧道盾構(gòu)機(jī)棄殼解體施工安全管理

張宏虎

（中鐵南方投資集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程描述

廈門本島至翔安過海通道工程是連接廈門本島與翔安東部副中心的西南—東北向骨干線，包含2站2區(qū)間，即五劉區(qū)間、劉五店站、劉東區(qū)間、東界站，全長6.5 km。五劉區(qū)間長度為4 km，采用礦山法+盾構(gòu)法海底對(duì)接技術(shù)施工，其中，礦山法隧道長2.6 km，盾構(gòu)法隧道長1.4 km。

盾構(gòu)自劉五店站始發(fā)，掘進(jìn)至礦山法段與泥水盾構(gòu)段工法交接處停機(jī)，隧道內(nèi)拆除盾構(gòu)機(jī)棄置盾殼運(yùn)輸至劉五店站吊出。泥水盾構(gòu)區(qū)段線間距為15～25 m，最大坡度28‰，曲線半徑為800 m，隧道覆土厚度11.5～27 m，管片外徑6.7 m，內(nèi)徑6 m，壁厚0.35 m，環(huán)寬1.5 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C55，抗?jié)B等級(jí)為P12[1]。

2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)

盾構(gòu)自散體狀強(qiáng)風(fēng)化地層進(jìn)入全斷面微風(fēng)化閃長巖地層10環(huán)后接收，接收位置隧道底距離海平面約54 m，其中，海水深度約20 m，上覆地層厚度約27 m，自上而下分別為中粗礫砂層，全風(fēng)化花崗閃長巖，散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長巖，微風(fēng)化花崗閃長巖。

區(qū)間地表水主要為海水，海域深度3.4～20 m，區(qū)間處于廈門東海域，海域水域面積廣，屬港灣型強(qiáng)潮海區(qū)，潮汐性質(zhì)屬正規(guī)半日潮型。區(qū)間地下水可分為陸域地下水和海域地下水2段，其賦存形式分為松散巖類孔隙水、風(fēng)化殘積孔隙裂隙水、基巖裂隙水3種。

3 風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

采用檢查表法和作業(yè)條件風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法，對(duì)本工程風(fēng)險(xiǎn)因素深入辨識(shí)與分析，形成工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)清單，見表1。

表1 工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)清單

3.1 密封失效風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施

1）在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中做好盾尾刷保護(hù)措施，保證每環(huán)油脂注入量和壓力；掘進(jìn)盾構(gòu)姿態(tài)控制，根據(jù)盾尾間隙緩慢糾偏；每環(huán)對(duì)洞尾底部及時(shí)進(jìn)行清理和檢查；在保證盾尾間隙的前提下選取合理的管片拼裝點(diǎn)位，結(jié)合盾構(gòu)姿態(tài)及同步注漿量降低管片破損率及滲漏水；每天安排專人檢查第一道尾刷壓板和鋼絲受損情況，定期對(duì)尾刷受損情況進(jìn)行評(píng)估。

2）盾構(gòu)停機(jī)后盾尾連續(xù)注入油脂，使密封腔壓力略高于泥水倉壓力，嚴(yán)格進(jìn)行盾尾封堵注漿，將盾尾與管片的間隙通過填塞、注漿方式封堵密實(shí)。

3）將盾構(gòu)機(jī)前盾與中盾進(jìn)行焊接，防止長時(shí)間停機(jī)出現(xiàn)變形，導(dǎo)致盾構(gòu)滲漏水。

4）實(shí)現(xiàn)常壓進(jìn)倉后，采用鋼板進(jìn)行切口環(huán)焊接封堵。

3.2 開挖面失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施

1）做好地質(zhì)勘察，確保盾構(gòu)機(jī)停機(jī)處為全斷面微風(fēng)化閃長巖地層，從源頭上降低開挖面失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，盾構(gòu)最終停機(jī)位置選擇綜合地層穩(wěn)定性、涌水量、盾構(gòu)機(jī)狀態(tài)等因素進(jìn)行評(píng)判。

2）開挖面及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土封面，避免長時(shí)間暴露。

3）盾尾管片加強(qiáng)注漿堵水，防止盾構(gòu)后部地下水串流，確保封堵有效、安全、可靠。

4）盾構(gòu)機(jī)拆解完成后及時(shí)施作二襯。

3.3 隧道內(nèi)吊裝運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施

1）嚴(yán)格依照方案要求進(jìn)行吊點(diǎn)布設(shè)，吊點(diǎn)焊接完成后必須進(jìn)行檢測驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后方可使用。

2）采用倒鏈吊裝前將雜物清理干凈，對(duì)吊具進(jìn)行詳細(xì)檢查。

3）吊裝時(shí)應(yīng)緩慢拉動(dòng)，擬定好角度，必要時(shí)采取固定措施，防止被吊裝部件晃動(dòng)。

4）各類部件在運(yùn)輸前必須加固固定，并經(jīng)現(xiàn)場管理人員檢查驗(yàn)收后方可開始運(yùn)輸。

5）運(yùn)輸前對(duì)軌道進(jìn)行檢查，調(diào)整線型，防止運(yùn)輸過程中板車掉道，運(yùn)輸至彎道時(shí)減速慢行。

6）為了保證機(jī)車牽引運(yùn)輸?shù)陌踩煽啃裕O(shè)置常規(guī)制動(dòng)、緊急制動(dòng)和手制動(dòng)3種制動(dòng)方式。

3.4 隧道內(nèi)動(dòng)火作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施

1）做好通風(fēng)措施，及時(shí)將風(fēng)管延長至工作面，作業(yè)人員佩戴好防護(hù)用品。

2）隧道內(nèi)空間較小且封閉，對(duì)洞內(nèi)氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，發(fā)現(xiàn)異常立即停止作業(yè)。

3）動(dòng)火前嚴(yán)格履行動(dòng)火作業(yè)審批手續(xù)，對(duì)周邊易燃物進(jìn)行清理，配備足夠數(shù)量的消防器材，并安排專人監(jiān)督動(dòng)火。

4）電焊機(jī)做好絕緣及接地措施。

5）進(jìn)行高處切割作業(yè)時(shí)配備焊渣接火斗。

4 盾構(gòu)機(jī)簡介

盾構(gòu)為海瑞克公司生產(chǎn)制造，盾構(gòu)為盾體+1節(jié)橋架+6節(jié)臺(tái)車，主要部件基本參數(shù)如下：刀盤直徑為7.02 m，總重約800 kN（80 t），刀盤被分割成13個(gè)分塊，小塊長度小于2 m，質(zhì)量不超過5 t，中心塊直徑約3 m，質(zhì)量不超過40 t。主驅(qū)動(dòng)重量約650 kN（65 t），后主驅(qū)動(dòng)為直徑3.74 m、長2 m的圓柱體，最后拆除。人倉為雙艙式，主副倉規(guī)格均為DN1600 mm。管片安裝機(jī)總質(zhì)量約24 t。設(shè)備橋總質(zhì)量約26 t。

5 盾構(gòu)停機(jī)及周邊封堵

盾構(gòu)拆機(jī)前，需進(jìn)行盾體、盾尾、鉸接封堵地下水等準(zhǔn)備工作，盾構(gòu)設(shè)計(jì)停機(jī)點(diǎn)前7環(huán)采用多孔注漿管片，到達(dá)環(huán)采用側(cè)門預(yù)埋鋼板管片。盾構(gòu)機(jī)周邊封堵工藝如圖1所示。

圖1 盾構(gòu)機(jī)周邊封堵工藝圖

5.1 止水環(huán)施工

1）掘進(jìn)至進(jìn)入接收段全斷面微風(fēng)化花崗閃長巖10環(huán)，每環(huán)采用雙液漿進(jìn)行注漿止水。

2）二次注漿采用水泥漿液+水玻璃雙液漿，水泥漿水灰比在0.8~1.2，水玻璃加水稀釋至波美度35~40，注漿前進(jìn)行適配，控制凝固時(shí)間在20~30 s。

3）注漿過程中時(shí)刻關(guān)注注漿壓力變化，為防止注漿壓力過大，造成管片錯(cuò)臺(tái)，注漿壓力控制在0.4 MPa以下。

5.2 循環(huán)清倉

盾構(gòu)到達(dá)停機(jī)位置后，為減小人工清渣量，保持泥漿循環(huán)，盡量將倉內(nèi)泥漿全部清理完成。倉內(nèi)渣土清理后用清水進(jìn)行循環(huán)清洗，將管道內(nèi)泥漿清理掉，避免泥漿管拆除過程中泥漿污染隧道。清倉完成后拆除刀盤上各類刀具，停止環(huán)流。

5.3 管片加固措施

為防止拆機(jī)時(shí)因管片無油缸推壓引起管片環(huán)向及縱向松動(dòng)，造成管片環(huán)、縱縫漏水，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)對(duì)接位置后，需立即進(jìn)行管片加固處理。管片加固方式為：對(duì)到達(dá)段最后10環(huán)用［14 mm槽鋼將管片沿隧道縱向拉緊。

5.4 盾尾、鉸接及切口環(huán)焊接

1）將盾尾與管片間的空隙用鋼板與管片側(cè)面預(yù)埋鋼板焊接固定，然后用雙快水泥將間隙封堵密實(shí)，在上部預(yù)留1個(gè)30 cm的排氣口，然后自下而上，多次少量注入微膨脹水泥漿液，確保密實(shí)。

2）采用焊接鋼板封堵切口環(huán)與圍巖間縫隙，在上部預(yù)留1個(gè)30 cm的排氣口，然后用雙快水泥將間隙封堵密實(shí)，再通過盾體周圍的徑向孔注入微膨脹泥水漿液填充盾體與圍巖間隙。注漿應(yīng)多次少量，壓力不易太高，防止破壞切口環(huán)封堵鋼板。

3）中盾與盾尾之間鉸接銷焊接固定。

6 洞內(nèi)拆機(jī)及運(yùn)輸

拆機(jī)工作流程如圖2所示。拆機(jī)相關(guān)準(zhǔn)備工作及注意事項(xiàng)如下：

圖2 拆機(jī)工作流程圖

1）拆機(jī)前完成盾構(gòu)機(jī)所有部件、銷軸、螺栓的清潔和潤滑工作。

2）拆機(jī)前，重新制作所有部件、管路和電纜的標(biāo)簽工作，用于重新裝配。

3）拆機(jī)前，清空開挖倉及泥漿管路。

4）向盾構(gòu)機(jī)提供充足電力、照明、水和壓縮空氣，通風(fēng)、用電和排水要經(jīng)過計(jì)算，確保滿足施工需求。

5）準(zhǔn)備用于拆卸和運(yùn)輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)工具及特殊工具，如倒鏈、定滑輪、運(yùn)輸板車等，吊裝用倒鏈和卸扣需有相關(guān)合格證書，使用前要進(jìn)行詳細(xì)檢查，在使用時(shí)注意保護(hù)。

6）準(zhǔn)備相應(yīng)的吊機(jī)和索具設(shè)備，其中，吊裝用吊耳采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行焊接，吊耳選用鋼板厚度為20 mm的Q345鋼板加工，且吊耳拉應(yīng)力、剪應(yīng)力、局部擠壓應(yīng)力和焊縫要經(jīng)檢算合格。吊耳受力較復(fù)雜，要求在吊裝過程中倒鏈與豎直方向夾角不得大于60°。

7）預(yù)先準(zhǔn)備拆卸工作所需的支撐材料，如支撐型鋼等。

8）在高空作業(yè)時(shí)，準(zhǔn)備好腳手架、升降平臺(tái)和所需安全設(shè)備。

9）盾體內(nèi)功能部件如液壓塊、泵、閥、過濾器、小管道拆除后需要進(jìn)行清理打包以便再次使用，上述部件根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采用標(biāo)準(zhǔn)工具及小型吊具進(jìn)行拆解，拆卸的設(shè)備注意標(biāo)記及保護(hù)。

10）預(yù)先拆除流量計(jì)并委托專業(yè)單位保管運(yùn)輸。

11）準(zhǔn)備好各類液壓油、機(jī)油等回收用油桶，嚴(yán)禁直接排入隧道污染管片。

12）在工作開始前，預(yù)設(shè)逃生路線地圖和緊急集合點(diǎn)。

13）嚴(yán)格履行職責(zé)、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和遵守規(guī)定，落實(shí)臨時(shí)用電、動(dòng)火作業(yè)、起重吊裝和水平運(yùn)輸各項(xiàng)安全保障措施。

14）盾構(gòu)拆機(jī)完成后，為保證開挖面安全，及時(shí)對(duì)開挖面進(jìn)行封閉。開挖面采用C25噴射混凝土進(jìn)行封閉，厚度為5 cm，并安排人員巡查。

15）主驅(qū)動(dòng)、刀盤中心塊拆除完成后，為保證二襯厚度，將盾體內(nèi)剩余隔板、加強(qiáng)肋板等進(jìn)行割除。

7 洞內(nèi)盾構(gòu)棄殼解體的意義

1）盾構(gòu)法使得隧道修建跨越到機(jī)械化智能化全斷面施工，但諸多隧道工程由于不具備盾構(gòu)接收及吊出條件，無法使用盾構(gòu)法，而洞內(nèi)盾構(gòu)棄殼解體技術(shù)成功解決了此類問題。

2）本工程成功實(shí)現(xiàn)了礦山法+盾構(gòu)法海底對(duì)接技術(shù)，由于小里程段地質(zhì)條件復(fù)雜，存在多個(gè)風(fēng)化深槽，采用礦山法施工更加安全，大里程段具備盾構(gòu)施工條件，采用盾構(gòu)法施工更加快速環(huán)保，此對(duì)接技術(shù)使海底隧道修建工藝更加多元化，且符合隧道工程快速、安全、高質(zhì)和環(huán)保的發(fā)展要求。

3）本工程自行設(shè)計(jì)制作的一批專用重載板車、封堵鋼板、型鋼固定支撐以及攻克的刀盤輻條割除技術(shù)，作為洞內(nèi)拆機(jī)的技術(shù)積累，使盾構(gòu)機(jī)洞內(nèi)解體工法更加成熟。

4）盾構(gòu)機(jī)存在只能前進(jìn)不能后退的“窘狀”，洞內(nèi)盾構(gòu)棄殼解體技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)的“可進(jìn)可退”問題。

5）盾構(gòu)洞內(nèi)解體技術(shù)可以減少高成本拆遷或重要文物不可實(shí)現(xiàn)的拆遷，既大幅縮減了施工成本和工期，又減小了對(duì)人們生活環(huán)境的影響，甚至使重要文物得以保護(hù)。

6）城市軌道交通施工環(huán)境日益復(fù)雜，特別是海底隧道工程在越來越多的城市實(shí)施建設(shè)，洞內(nèi)盾構(gòu)棄殼解體技術(shù)的研究和總結(jié)，為后續(xù)類似工程的順利實(shí)施提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

8 結(jié)語

本文通過總結(jié)廈門本島至翔安過海通道工程海底洞內(nèi)盾構(gòu)機(jī)棄殼解體施工安全管理經(jīng)驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

1）停機(jī)處地質(zhì)穩(wěn)定可靠是先行條件，本工程盾構(gòu)機(jī)完全進(jìn)入微風(fēng)化花崗閃長巖，為拆機(jī)的順利實(shí)施提供了首要保障；

2）盾構(gòu)機(jī)“保頭護(hù)尾”是關(guān)鍵，即切口環(huán)、盾體、盾尾、鉸接處地下水封堵效果滿足要求后方可拆機(jī)；

3）嚴(yán)格管理臨時(shí)用電、通風(fēng)排水、水平運(yùn)輸、起重吊裝和動(dòng)火作業(yè)，確保拆機(jī)工作安全有序?qū)嵤?/p>