淺談土壓平衡盾構(gòu)帶壓開(kāi)倉(cāng)技術(shù)

高棟

摘要：盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)是盾構(gòu)施工過(guò)程中必不可少的環(huán)節(jié)，熟練掌握盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)技術(shù)對(duì)盾構(gòu)施工之安全、進(jìn)度等管理極其重要。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī);帶壓開(kāi)倉(cāng);膨潤(rùn)土;泥膜

引言

盾構(gòu)施工應(yīng)預(yù)先根據(jù)盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)情況、區(qū)間長(zhǎng)度、盾構(gòu)刀具耐磨性等情況制定開(kāi)倉(cāng)換刀計(jì)劃，確定換刀地點(diǎn)及換刀方法。開(kāi)倉(cāng)換刀地點(diǎn)的選取應(yīng)盡量避免在建筑物、城市主干道及管線下方。

1.盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)位置的選擇

盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)前宜預(yù)先確定開(kāi)倉(cāng)作業(yè)地點(diǎn)，并對(duì)地勘報(bào)告中開(kāi)倉(cāng)位置地質(zhì)穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。開(kāi)倉(cāng)作業(yè)地點(diǎn)宜選擇在地層較穩(wěn)定或地面環(huán)境保護(hù)要求較低的地段。主動(dòng)進(jìn)倉(cāng)點(diǎn)要綜合考慮地質(zhì)條件與周邊環(huán)境條件，要避開(kāi)管線、建（構(gòu)）筑物、水體、地層分界面、交通路口等;被動(dòng)進(jìn)倉(cāng)點(diǎn)應(yīng)盡量選擇地層較穩(wěn)定段。

2.盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)前準(zhǔn)備工作

2.1開(kāi)倉(cāng)氣壓的確定

帶壓進(jìn)倉(cāng)首先要對(duì)開(kāi)倉(cāng)氣壓進(jìn)行確定，且關(guān)鍵要確定的是氣壓的下限，再根據(jù)人體可承受的氣壓值，考慮一定的安全系數(shù)。壓氣壓力的選擇，因覆土厚度、地層滲透性、隧道直徑、地下水埋深而異。理論上，土艙氣壓值應(yīng)根據(jù)空倉(cāng)底部的水土壓力值確定，在進(jìn)行壓氣作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行壓氣實(shí)驗(yàn)，確定需要多大氣壓才能達(dá)到止水及土體的自穩(wěn)。

2.2地層透氣量的確定

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中通過(guò)保壓試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)盾構(gòu)在該地層保壓過(guò)程中持續(xù)不斷每分鐘加氣量，估算開(kāi)倉(cāng)位置地層的透氣量，開(kāi)倉(cāng)期間通過(guò)盾構(gòu)設(shè)備供氣彌補(bǔ)地層透氣損失量。

2.3有限空間作業(yè)審批

進(jìn)倉(cāng)作業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按照有限空間作業(yè)相關(guān)規(guī)定，嚴(yán)格執(zhí)行審批程序，確保進(jìn)倉(cāng)人員安全。嚴(yán)格遵循先檢測(cè)、后作業(yè)的原則，并在作業(yè)過(guò)程中加強(qiáng)通風(fēng)換氣，對(duì)倉(cāng)內(nèi)氧氣、有害氣體、可燃?xì)怏w濃度保持連續(xù)檢測(cè)。缺氧或檢測(cè)儀器出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，必須立即停止作業(yè)，迅速撤離作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

2.4作業(yè)人員準(zhǔn)備

壓氣作業(yè)人員必須有相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)、經(jīng)過(guò)培訓(xùn)且體檢合格，作業(yè)前進(jìn)行技術(shù)、安全交底，告知作業(yè)注意事項(xiàng)。

2.5設(shè)備及材料準(zhǔn)備

為保證倉(cāng)內(nèi)氣壓穩(wěn)定，應(yīng)提前配備大容量空壓機(jī)及備用空壓機(jī)并調(diào)試到位，開(kāi)倉(cāng)期間持續(xù)補(bǔ)充壓縮空氣。同時(shí)做好盾構(gòu)各系統(tǒng)檢查及泥膜形成材料、用電設(shè)備、消防設(shè)施、用水設(shè)施等各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。

2.6地下水封堵

開(kāi)倉(cāng)前應(yīng)做好盾尾注漿、盾尾油脂、管片封環(huán)、盾體外封堵、螺旋機(jī)密封、管片背部止水等措施。

2.6.1盾尾注稠漿

在盾構(gòu)停機(jī)前3～5環(huán)掘進(jìn)中同步注漿用稠度較大的惰性漿液，注漿量為平常同步注漿量的1.2倍，使盾尾后空隙充分填充，防止注雙液漿時(shí)漿液流入盾尾。

2.6.2注盾尾油脂

在盾構(gòu)停機(jī)前加大盾尾油脂注入量，使每道油脂腔充滿油脂，并且油脂壓力大于同步注漿壓力，防止注漿漿液進(jìn)入盾尾刷。

2.6.3管片雙液漿封環(huán)

在盾尾后第5環(huán)和第6環(huán)兩環(huán)管片一周注雙液漿，形成完整密封環(huán)，阻止成型隧道外地下水沿管片外流向盾構(gòu)土倉(cāng)。

2.6.4盾體外封堵

通過(guò)前盾徑向注漿口向盾殼外注入粘度大于80s（馬氏漏斗）的膨潤(rùn)土濃漿，使盾體外充滿膨潤(rùn)土，阻止盾殼外地下水滲入土倉(cāng)。

2.6.5螺旋機(jī)密封

螺旋機(jī)需提前檢查密封情況，并復(fù)緊螺栓，必要時(shí)采用聚氨酯或環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行密封。

2.6.6管片背部止水

盾尾后第3環(huán)、第4環(huán)注聚氨酯或環(huán)氧樹(shù)脂材料以防止地下水涌入。

2.7渣土置換

置換渣土?xí)r，螺旋機(jī)從土倉(cāng)底部排渣，同時(shí)啟動(dòng)手動(dòng)加氣，隨時(shí)調(diào)整土倉(cāng)壓力。土倉(cāng)內(nèi)渣土排出2/3后，停止螺旋機(jī)排渣。通過(guò)膨潤(rùn)土系統(tǒng)向土倉(cāng)頂部注入膨潤(rùn)土泥漿，同時(shí)逐步關(guān)閉手動(dòng)加氣，膨潤(rùn)土充滿土艙2/3后，開(kāi)始保壓。整個(gè)過(guò)程需嚴(yán)格控制出土量，確保土艙壓力基本穩(wěn)定。

2.8泥漿滲透成膜

保壓時(shí)膨潤(rùn)土泥漿的壓力必須高于預(yù)定的進(jìn)倉(cāng)氣壓，膨潤(rùn)土泥漿注入壓力應(yīng)比地下水壓力高1.2bar～1.4bar。過(guò)程中如果土倉(cāng)壓力有下降，則從土倉(cāng)上部小流量補(bǔ)充膨潤(rùn)土泥漿。隨著滲透時(shí)間延長(zhǎng)，滲透量越來(lái)越小，2～3h后不需要補(bǔ)充膨潤(rùn)土泥漿仍能保持壓力穩(wěn)定，則地層縫隙基本被填充，可以進(jìn)行成膜階段工作。

滲透完成后，用高粘膨潤(rùn)土調(diào)制粘度大于80s的泥漿，置換土倉(cāng)內(nèi)大比重泥漿。保持土倉(cāng)壓力，每隔3h從土倉(cāng)中部放漿取樣測(cè)試一次，如果取樣泥漿粘度小于60s則進(jìn)行泥漿置換，如粘度大于60s則不需置換。保壓持續(xù)6小時(shí)不需要補(bǔ)充泥漿則可判定泥膜制作成功，否則延長(zhǎng)成膜時(shí)間。保壓成膜過(guò)程可持續(xù)12小時(shí)，使泥膜厚度增厚，加強(qiáng)泥膜保壓的可靠性。

2.9土倉(cāng)氣密性試驗(yàn)

泥膜制作完成后，首先打開(kāi)進(jìn)入土倉(cāng)的自動(dòng)加氣閥門，從土倉(cāng)中部緩慢放漿或螺旋輸送機(jī)緩慢放漿，放出的泥漿與補(bǔ)充的壓縮空氣體積應(yīng)相當(dāng)（即倉(cāng)內(nèi)壓力不能降低），直至放完土倉(cāng)上半部泥漿。該過(guò)程必須時(shí)刻關(guān)注供氣管壓力，如供氣管壓力接近土倉(cāng)壓力說(shuō)明泥膜閉氣效果差，應(yīng)立即停止放漿，繼續(xù)制作泥膜。

如供氣管壓力遠(yuǎn)大于土倉(cāng)壓力，說(shuō)明漏氣量小，可繼續(xù)放漿，放漿完成后，土倉(cāng)上半部空間為壓縮空氣，空氣自動(dòng)保壓系統(tǒng)自動(dòng)維持倉(cāng)內(nèi)壓力穩(wěn)定。觀察半小時(shí)，土倉(cāng)上部和中部壓力穩(wěn)定，供氣管壓力較高且不下降，空壓機(jī)不頻繁啟動(dòng)，證明土倉(cāng)內(nèi)壓縮空氣保壓良好，具備帶壓進(jìn)倉(cāng)條件。

3.帶壓進(jìn)倉(cāng)

3.1人倉(cāng)氣密性試驗(yàn)

人倉(cāng)是作業(yè)人員進(jìn)入土倉(cāng)進(jìn)行維修和檢查的轉(zhuǎn)換通道，進(jìn)入土倉(cāng)的工具和材料也由此通過(guò)，通常情況下人倉(cāng)處于無(wú)壓模式，帶壓作業(yè)時(shí)處于加壓模式，而氣密性試驗(yàn)是通過(guò)升壓、降壓試驗(yàn)來(lái)檢查人倉(cāng)門、土倉(cāng)門、倉(cāng)壁上各種管路是否露氣。

按施工經(jīng)驗(yàn)，從0升壓至設(shè)計(jì)值（3.6bar）不超過(guò)10min即為合格，降壓操作過(guò)程通常會(huì)出現(xiàn)土倉(cāng)門漏氣現(xiàn)象，造成氣壓降不到0bar，按施工經(jīng)驗(yàn)若降壓后氣壓能小于0.3bar，則為安全，若氣壓降不到0.3bar，需要帶壓進(jìn)行土倉(cāng)門的密封處理。

3.2帶壓進(jìn)倉(cāng)檢查

為進(jìn)一步判斷掌子面地質(zhì)情況和刀具磨損情況，首先必須由專業(yè)工程技術(shù)人員進(jìn)倉(cāng)對(duì)掌子面地質(zhì)情況和穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)判，同時(shí)對(duì)刀盤、刀具磨損情況進(jìn)行檢查，確定換刀方案和帶壓進(jìn)倉(cāng)前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。一般情況下，每組有效帶壓作業(yè)時(shí)間為3h左右，工作結(jié)束后按既定減壓方案進(jìn)行減壓、出倉(cāng)，下一組人員進(jìn)倉(cāng)。

作業(yè)人員入閘流程：進(jìn)入主倉(cāng)并關(guān)閉閘門→打開(kāi)主倉(cāng)內(nèi)雙層帶狀紙記錄器→關(guān)閉主倉(cāng)和副倉(cāng)之間閘門→確保操作管理員和閘內(nèi)人員之間電話聯(lián)系→緩慢打開(kāi)“向主倉(cāng)通風(fēng)”球閥→向主倉(cāng)內(nèi)增壓達(dá)到操作壓力→打開(kāi)土倉(cāng)與人閘間聯(lián)通閥門確認(rèn)無(wú)水流出→打開(kāi)通向土倉(cāng)的閘門→進(jìn)入土倉(cāng)作業(yè)，通向土倉(cāng)的閘門必須保持打開(kāi)狀態(tài)。

3.3帶壓進(jìn)倉(cāng)作業(yè)

應(yīng)先將作業(yè)工具、刀具等物品全部運(yùn)入人倉(cāng)，作業(yè)人員進(jìn)入人倉(cāng)。帶壓作業(yè)時(shí)應(yīng)注意上部孤石并及時(shí)處理。富水砂卵石地層，泥膜對(duì)土倉(cāng)密閉性非常重要。進(jìn)倉(cāng)作業(yè)不可破壞泥膜，如破壞，應(yīng)及時(shí)調(diào)制泥漿進(jìn)行修復(fù)。必須時(shí)刻觀察泥膜有無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象，如開(kāi)裂嚴(yán)重，存在風(fēng)險(xiǎn)，需退出再次進(jìn)行泥漿置換，形成泥膜。

3.4倉(cāng)門關(guān)閉確認(rèn)

倉(cāng)內(nèi)作業(yè)完畢后、關(guān)閉倉(cāng)門前，應(yīng)對(duì)土倉(cāng)及刀盤前方進(jìn)行全面檢查，避免工具、雜物遺留在倉(cāng)內(nèi)。

4.減壓出倉(cāng)

出倉(cāng)過(guò)程分為減壓→停留→減壓→停留，直至壓力降至常壓即減壓結(jié)束，完成出倉(cāng)程序。

結(jié)束語(yǔ)

盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)是盾構(gòu)施工過(guò)程中必不可少的環(huán)節(jié)，且開(kāi)倉(cāng)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)高、對(duì)工程進(jìn)度影響大，熟練掌握盾構(gòu)開(kāi)倉(cāng)技術(shù)對(duì)盾構(gòu)施工之安全、進(jìn)度等管理極其重要。