富水砂卵石地質(zhì)條件下盾構(gòu)帶壓進(jìn)艙施工工藝

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中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司 北京 130000

1 工程概況

蘭州軌道1 號(hào)線一期TJI- 5 項(xiàng)目迎馬區(qū)間右線盾構(gòu)施工中設(shè)計(jì)帶壓進(jìn)艙作業(yè)，擬定本次帶壓開倉(cāng)作業(yè)的位置為YDK13+400.946。

2 帶壓進(jìn)艙

2.1 創(chuàng)造帶壓開艙環(huán)境

（1）增加同步灌漿量。準(zhǔn)確界定帶壓力開艙的具體范圍，根據(jù)實(shí)際施工進(jìn)度，在停鉆前5 環(huán)適度增加同步灌漿量，提高環(huán)外建筑空隙的填充率，保證嚴(yán)密性，最大限度減少氣體損失。灌漿量的控制根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地層特性（穩(wěn)定程度、滲透性）而定，可達(dá)到表面灌漿量的2.5 倍，為了提升灌漿效果，在增加灌漿量的同時(shí)增加灌漿壓力，使參數(shù)相匹配。漿液的濃稠度也需適當(dāng)提高，在此方面可以對(duì)凝固時(shí)間、漿液比重等參數(shù)做合理調(diào)整。

（2）應(yīng)用黏土膜。為了加強(qiáng)泥漿護(hù)壁的效果及降低土壤的滲透性，調(diào)節(jié)漿液的比重和黏稠度需在機(jī)器停機(jī)前兩環(huán)時(shí)進(jìn)行。停機(jī)后制備新泥漿，用此部分代替挖掘艙庫(kù)的泥漿，在此期間需要控制的是氣壓艙力，要求該值略高于作業(yè)壓力0.2～0.5bar，產(chǎn)生良好的黏土膜進(jìn)行護(hù)壁，替換結(jié)束后降低刀盤的轉(zhuǎn)速，維持壓力充足時(shí)間，保障黏土膜達(dá)到飽滿水平[1]。

（3）密封漏氣通道。①礃子面：關(guān)機(jī)后，礃子面泥漿將使用良好的新泥漿代替，促使礃子面表面產(chǎn)生良好的泥膜進(jìn)行護(hù)壁，減少礃子面漏風(fēng)概率[2]。②盾尾：為了挖掘縫隙回填充足，需增加同步灌漿數(shù)量，在關(guān)機(jī)前兩環(huán)時(shí)進(jìn)行；盾構(gòu)尾部后2～5 環(huán)處，利用灌漿孔選擇雙漿液重復(fù)灌漿，使2～5 環(huán)密封；關(guān)機(jī)后，增加油脂的灌入數(shù)量，將盾尾刷密封腔封堵密實(shí)，防止氣體從盾尾刷處泄漏。③盾構(gòu)體：通過盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)上的高級(jí)灌漿孔對(duì)中盾構(gòu)前方土體開始灌漿。（此工序根據(jù)實(shí)際需要實(shí)施）。④以上加固結(jié)束后，若有漏風(fēng)通道，可使用膨脹性物料利用灌漿管道開始密封操作。因膨脹物料接觸到水后進(jìn)行膨脹，可很好地密封空隙，從而減少漏風(fēng)率。采用上述方法密封漏風(fēng)通道時(shí)，應(yīng)避免泥漿回流到開挖艙庫(kù)和泥漿凝固于盾構(gòu)體的問題。

2.2 確定工作壓力，實(shí)施保壓實(shí)驗(yàn)

（1）工作壓力測(cè)定方式：按照預(yù)備開倉(cāng)施工范圍的地質(zhì)及水文情況推算出開倉(cāng)理論施工壓力，根據(jù)目前DZ052 的掘進(jìn)參數(shù)以及設(shè)備埋深，本次帶壓開倉(cāng)的參考?jí)毫?.1～2.2bar；于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，檢驗(yàn)實(shí)際施工情況，判斷是否與理論施工壓力相符，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況形成準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)后，確定合適的工作壓力，保證挖掘面的平穩(wěn)性；較之于施工壓力，帶壓開倉(cāng)的計(jì)劃壓力略增加10～20kPa。

（2）保壓試驗(yàn)方法。泥水盾構(gòu)施工期間，保壓的供氣量應(yīng)得到有效控制，若該值低于供氣能力的10%，且開挖室內(nèi)的氣壓在2h 內(nèi)可維持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，則表明保壓試驗(yàn)合格。氣壓開啟環(huán)節(jié)，若供應(yīng)氣量超出供氣能力的50%，需停止氣壓作業(yè)，用漿氣予以替代，并檢查泥膜的實(shí)際狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，直至保壓測(cè)驗(yàn)結(jié)果滿足要求。

3 帶壓進(jìn)艙作業(yè)

3.1 帶壓開倉(cāng)作業(yè)主要內(nèi)容

（1）全面檢查刀具，判斷其是否存在磨損現(xiàn)象，若有磨損則進(jìn)一步明確具體的程度，必要時(shí)予以更換，以便后續(xù)可繼續(xù)施工。

（2）由專員進(jìn)入開挖倉(cāng)清理刀盤，檢測(cè)刀具的姿態(tài)并糾偏。測(cè)量期間形成數(shù)據(jù)記錄，生成書面報(bào)告。

（3）以預(yù)先確定的刀具更換方案為準(zhǔn)提前準(zhǔn)備好質(zhì)量達(dá)標(biāo)的刀具，根據(jù)要求進(jìn)行更換，隨后關(guān)閉前倉(cāng)門。

（4）碎石機(jī)經(jīng)一段時(shí)間的運(yùn)行后可能有異常狀況，為此需及時(shí)維修；修復(fù)管路及改造前閘門管路也較為關(guān)鍵。

（5）人員進(jìn)倉(cāng)，確認(rèn)關(guān)閉前閘門。

（6）人員退出，調(diào)試常壓進(jìn)倉(cāng)。分兩種情況考慮：若常壓成功，則在常壓狀態(tài)下安排維修、清理工作；若常壓失敗則帶壓清理碎石機(jī)并對(duì)其進(jìn)行檢修，碎石機(jī)維修畢帶壓開倉(cāng)工作即宣告完畢。

3.2 帶壓開倉(cāng)前設(shè)備檢查

（1）盾構(gòu)安全設(shè)備檢查：通風(fēng)設(shè)施、盾構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)施（風(fēng)、水、電）、通信系統(tǒng)、防護(hù)設(shè)備、運(yùn)輸系統(tǒng)[3]。

（2）盾構(gòu)監(jiān)控設(shè)施檢查：氣體檢測(cè)儀器、開挖倉(cāng)內(nèi)的壓力傳感器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

（3）應(yīng)急設(shè)備檢查：消防設(shè)備、應(yīng)急通信、應(yīng)急照明、交通設(shè)備。

（4）加壓倉(cāng)檢查：應(yīng)急保壓氣源設(shè)備、應(yīng)急備用電源、入閘系統(tǒng)、氣壓調(diào)節(jié)自動(dòng)保壓系統(tǒng)。需要注意的是，在加壓倉(cāng)的檢查中，需要充分考慮到顯示儀、加熱系統(tǒng)、溫度計(jì)等各類配套設(shè)備；此外，需檢查如下幾部分：主倉(cāng)和中隔板的密封門，判斷其是否存在嚴(yán)密性不足的問題；檢查主倉(cāng)的雙倍條形記錄器，判斷該裝置是否可正常運(yùn)行。

3.3 土艙氣壓值參數(shù)計(jì)算

作為盾構(gòu)帶壓作業(yè)的關(guān)鍵步驟，土艙氣壓值的計(jì)算既要滿足標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的規(guī)定范圍值，還要以工程的實(shí)際情況為依據(jù)，對(duì)作業(yè)場(chǎng)地內(nèi)的土體厚度和地質(zhì)條件為基礎(chǔ)作專業(yè)的分析，最后遵照以下公式展開相關(guān)參數(shù)的計(jì)算工作，即工作氣壓為：

以現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況為計(jì)算依據(jù)，在注漿效果k 值為0.9、1.0、1.1 不同數(shù)值的情況下，所得出的土艙氣壓值均在規(guī)定值的4.5bar 以下，此時(shí)完全可借助壓縮空氣法展開相關(guān)的盾構(gòu)帶壓作業(yè)，安全且效率佳。

3.4 帶壓開艙作業(yè)程序及要點(diǎn)

（1）對(duì)所有帶壓開艙作業(yè)人員做針對(duì)性技術(shù)交底，明確各自的分工和需要完成的工作任務(wù)。

（2）帶壓進(jìn)倉(cāng)流程直接從主艙進(jìn)入土艙及從準(zhǔn)備艙進(jìn)入土艙的示意圖見圖1。

圖1 人員進(jìn)入土艙和通過準(zhǔn)備倉(cāng)進(jìn)入土艙

3.5 人閘艙帶壓作業(yè)操作順序

（1）調(diào)節(jié)保壓系統(tǒng)。根據(jù)盾構(gòu)站空壓站的實(shí)際情況，做全面清理，確認(rèn)系統(tǒng)無異常狀況后關(guān)閉閥門。為便于檢驗(yàn)和替換刀盤，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)利用泄?jié){泵排出泥水倉(cāng)的泥漿，排放泥漿時(shí)也要充氣保障艙中壓力，防止壓力減小出現(xiàn)開挖面不穩(wěn)定現(xiàn)象。開啟壓力維持系統(tǒng)的各閥門，實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓站的有效調(diào)節(jié)，期間加強(qiáng)對(duì)泥漿倉(cāng)內(nèi)空氣壓力的檢測(cè)，要求該值維持穩(wěn)定或稍微超出原有壓力。

（2）人閘倉(cāng)操作。由具有資質(zhì)的人員負(fù)責(zé)門倉(cāng)操作，針對(duì)各項(xiàng)裝置做全面的檢查，具體包含密封和閥門、加熱體系、顯示器、條形記錄儀、鐘表、溫度計(jì)，判斷各自的性能。依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，完成對(duì)艙內(nèi)的增壓或減壓操作，其中加壓速度以0.05～0.10MPa/ 10min 為宜，以循序漸進(jìn)的方式實(shí)現(xiàn)加壓，降壓則根據(jù)《盾構(gòu)法開倉(cāng)及氣壓作業(yè)技術(shù)規(guī)范》（CJJ 217—2014）[4]規(guī)范操作。

3.6 刀具更換作業(yè)要點(diǎn)

創(chuàng)建完善的安全質(zhì)量責(zé)任制，入艙、檢驗(yàn)刀盤、替換刀具、降壓工作、輸送需要認(rèn)真根據(jù)流程實(shí)施。在帶壓開艙和替換刀具程序中，審核工作人員需追蹤勘測(cè)地表的發(fā)展?fàn)顩r，入艙人員要經(jīng)常關(guān)注刀盤內(nèi)水位變化狀況。帶壓施工進(jìn)程中，應(yīng)增加各項(xiàng)勘測(cè)儀器、空壓機(jī)、氣路、電路的勘測(cè)，若出現(xiàn)空壓機(jī)阻滯需馬上開啟備用空壓機(jī)；若停電則開啟內(nèi)燃發(fā)電機(jī)；若出現(xiàn)通道漏風(fēng)，馬上匯報(bào)且實(shí)時(shí)治理。避免出現(xiàn)突發(fā)意外狀況，將勘測(cè)實(shí)時(shí)通報(bào)帶班指揮員。

4 出艙和恢復(fù)掘進(jìn)

4.1 減壓出艙

釋放包含“減壓、停留、減壓、停留”四個(gè)階段，最終將壓力降低至正常大氣壓。詳細(xì)步驟為：作業(yè)經(jīng)理打開紙帶錄音機(jī)→人員進(jìn)入主艙→按照《帶壓作業(yè)泄壓表》采取減壓方案→閉塞通往土艙的閘門→保證作業(yè)經(jīng)理與閘門內(nèi)人員維持電話聯(lián)系→通過“主艙放氣”球閥和“主艙通風(fēng)”球閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，并逐步降低主艙內(nèi)壓力到第一停留期壓力→維持第一停留期壓力→漸漸減少主艙內(nèi)壓力到第二停留期壓力→直至減壓結(jié)束→操作人員退出艙→作業(yè)經(jīng)理終止錄音機(jī)，記錄閘室操作過程。

4.2 恢復(fù)掘進(jìn)

帶壓作業(yè)結(jié)束后及時(shí)將土腔閘門關(guān)閉，向艙內(nèi)灌入膨化的膨潤(rùn)漿液。并開啟土腔壁上的平均閥，擠出里面空氣，當(dāng)膨潤(rùn)土泥漿從平均閥射出時(shí)，關(guān)閉平均閥。開挖過程中，當(dāng)土腔壓力達(dá)到土壓力平衡壓力時(shí)，檢查土腔壓力感應(yīng)器，禁止灌入膨潤(rùn)土，慢慢開啟刀盤。待刀盤旋轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，殘余土和膨潤(rùn)土完全交融，可恢復(fù)盾構(gòu)開挖。

盾構(gòu)恢復(fù)掘進(jìn)過程中，應(yīng)安排專業(yè)人員對(duì)地表進(jìn)行檢查并檢測(cè)沉降程度，按照提供的地表勘測(cè)數(shù)值及時(shí)調(diào)節(jié)挖進(jìn)參考值，保證盾構(gòu)作業(yè)穩(wěn)定、安全。盾構(gòu)通過換刀區(qū)后，連續(xù)勘測(cè)地表沉降程度，同時(shí)采用分段提升孔進(jìn)行隧道二次灌漿。地表通過袖閥管打孔灌漿，灌漿前，安排專業(yè)人員對(duì)隧道內(nèi)固定范圍進(jìn)行勘測(cè)。

5 質(zhì)量保證具體措施

（1）進(jìn)倉(cāng)之前，全方位地檢查盾構(gòu)機(jī)人倉(cāng)系統(tǒng)，確保無異常狀況。

（2）有效清理泥水系統(tǒng)、盾尾，使其保持暢通。帶壓開倉(cāng)應(yīng)維持一段時(shí)間，在此過程中泥水循環(huán)系統(tǒng)保持旁通狀態(tài)，此舉的優(yōu)勢(shì)有兩方面：一是維持掌子面的穩(wěn)定性，二是使其他相關(guān)通道也仍然維持暢通的狀態(tài)。此外，需要清理干凈盾尾油脂管路、注漿管，以免發(fā)生堵塞現(xiàn)象，在清理時(shí)可以采取高壓水、高壓氣流等方式。冬季溫度較低，泥水系統(tǒng)存在結(jié)冰的可能，為規(guī)避此問題，要求每天旁通循環(huán)3 次或適當(dāng)增加。

（3）泥水倉(cāng)前端液位應(yīng)合理，正常以50%較為合適，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件做靈活的調(diào)整，通常使作業(yè)對(duì)象露出泥漿面即可。

（4）有效形成掌子面泥膜，并且該部分必須維持穩(wěn)定，具體根據(jù)液面的實(shí)際狀態(tài)判斷，其在特定氣壓狀態(tài)下0.5h 無變化時(shí)，表明泥膜已經(jīng)形成同時(shí)有良好的穩(wěn)定性。

（5）非必要時(shí)不開倉(cāng)，盡可能地減少開倉(cāng)次數(shù)。

（6）加強(qiáng)監(jiān)控，施工期間映及時(shí)監(jiān)測(cè)地面沉降，若有異常則及時(shí)調(diào)節(jié)壓力參數(shù)或是采取其它的方法，以保證掌子面穩(wěn)定和地面安全。

6 結(jié)語

綜上所述，泥水盾構(gòu)采取帶壓入艙技術(shù)能夠在砂卵石含水充足的狀態(tài)下順利應(yīng)用，主要有以下幾方面：

（1）土艙的作業(yè)壓力值只考慮水壓力而不考慮土壓力，計(jì)算結(jié)論在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用中是安全的。

（2）帶壓入艙工作進(jìn)行前，務(wù)必做好入艙前地下水密封、廢棄渣土替換、泥漿膜定型、土壤艙氣密實(shí)驗(yàn)工作。

（3）地表?xiàng)l件豐富且不完全加固條件的狀況下，利用精確的組織和帶壓力開啟操作，成功在富含水的礫石地層檢驗(yàn)和替換工具頭，為項(xiàng)目成功施展提供了重要前提。

（4）帶壓入艙操作技術(shù)具備一定的風(fēng)險(xiǎn)，除了做好入艙前的準(zhǔn)備工作外，還要嚴(yán)格按要求實(shí)施入艙后操作及降壓退出艙工作。