軌道交通區(qū)間盾構帶壓開倉技術

曹海波

（中交<廣州>建設有限公司， 廣東 廣州510000）

1 工程概況

廣州市軌道交通十二號線工程，全長37.6km，沿線共設站25 座，其中換乘站17 座。官洲站～大學城北站區(qū)間起訖里程Z（Y）DK43+626.350～Z（Y）DK44+806.741，左右線長均為1180.391m，區(qū)間內設置2 座聯(lián)絡通道。為在安全的環(huán)境下順利推進施工進程，在該區(qū)間的左右線處分別設4 處常壓（帶壓）進倉點，以便在盾構施工期間及時完成刀具的更換操作，縮短中途間隔時間。

2 帶壓開倉簡介

在對軟巖、含水豐富地段進行挖掘時，因為地層的自穩(wěn)能力幾乎為零，所以必須由盾構機對地層提供穩(wěn)固的支撐并確保壓力合格，刀倉內的各項工作將采用帶壓進倉的方式進行施工。通過將壓縮空氣引入盾構機土倉，實現(xiàn)了帶壓情況下打開倉的目的，從而在盾構機前方的刀盤與外部土層之間形成封閉的壓氣空間。采用空氣壓縮作為承壓原材料，確保土層的穩(wěn)定性，使施工隊能夠安全進入穩(wěn)定的壓氣空間，并及時對盾構機進行換刀檢查。引入空氣壓縮壓力值，確保地表水不易滲入土倉。在項目建設過程中，根據(jù)項目建設的具體情況，需要注意地層無塌方發(fā)生為標準設定，參考開倉處水土壓力，一般不超過2.5bar。

作為盾構施工的一種技術措施，帶壓開倉作業(yè)主要有兩大應用優(yōu)勢：一是在處理當?shù)貙訔l件不好而又必須進行刀具檢查及更換時，可以節(jié)省地面加固的時間及費用；二是當出現(xiàn)刀具必須檢查或更換，而地層條件不穩(wěn)定，須進行加固才能開倉時，由于地面建構筑物、地表環(huán)境等原因無法在地面對地層進行加固時，只能通過帶壓開倉作業(yè)來進行換刀等工作。在項目建設過程中，根據(jù)項目建設的具體情況，需要注意以下幾個方面：

（1）采用分階段排土、加壓的方式操作；

（2）設定土壓力低于工作面最終壓力0.1～0.2bar；

（3）在開倉過程中保持此壓力，控制在可控范圍內；

（4）當需要添加原料以確保土體的氣密時，倉內應注入膨潤土漿液，并將刀盤旋轉，使倉庫中的土層與膨潤土充分混合，從而在開挖表面產(chǎn)生厚的泥皮，以保證其氣密性；

（5）在保證開挖安全性的情況下，土建工程師應確定土倉的穩(wěn)定性；在開挖坑表面出現(xiàn)異常時，立即組織人員從土倉退出，關閉倉門；

（6）應設置兩個以上的通信網(wǎng)絡，以保持相關機組與壓力倉內外、道路和室外機組之間的通信暢通。如有異常，應立即聯(lián)系；

（7）路面建（構）筑物、地下管線由專職人員監(jiān)督管理。如果發(fā)現(xiàn)任何異常，立即要求識別并報告解決方案。

3 開倉風險分析

3.1 開倉風險

開倉后需要完成的任務很多，如對土倉內污泥的清除、對刀盤控制面板的檢查、內外工具的維護、拆卸和更換、疏通泡沫管等?？梢源騻}四天，但務必確保礃子面和筒體的頂部安全穩(wěn)定，因為開倉的風險也系于刀盤和筒體頂部和礃子面。帶壓開倉時，雖然可通過壓力控制保持掌子面穩(wěn)定，但也存在較大風險：

（1）操作不當導致作業(yè)時氣壓壓力急劇變化，作業(yè)人員輕則會肺泡壓破導致減壓病，重則會導致癱瘓或生命危險；

（2）由于隧道施工作業(yè)面狹小，對作業(yè)人員的急救措施較難到位；

（3）壓氣作業(yè)作為一種新的特種作業(yè)行為，社會和行業(yè)都未建立健全相關的作業(yè)規(guī)程和安全防護要求，目前是根據(jù)潛水員標準進行作業(yè)。

3.2 確保開倉安全必須采取的措施

開倉措施如下：

（1）對管片注漿孔的灌漿應從盾尾第5～7 圈的盾尾進行。

（2）開啟倉門，檢測土倉地下水情況，判斷礃子面穩(wěn)定和滲水情況在允許范圍之內時，進入倉內進行作業(yè)。

（3）在非必須條件下進行超前注漿措施。

3.3 開倉目的和原則

開倉原則：盡快完成開倉和相關作業(yè)，縮短開倉時間，確保開倉安全。

開倉作業(yè)的主要目的為：檢查及更換刀具，確認刀盤磨損情況和泥餅情況，疏通堵塞的泡沫管。

檢查刀盤和刀具的損壞情況和泥餅情況；

檢查刀具損壞情況（一般正面滾刀刀圈磨損量20mm，中心刀刀圈10mm，邊緣滾刀刀圈10mm）。如果滿足上述類型，請務必更換滾刀。如果出現(xiàn)斷齒，務必更換齒刀和刮刀。

出現(xiàn)刀圈偏磨、軸承漏油、刀圈崩裂都必須得換。清除刀盤泥餅；清除土倉泥餅；疏通堵塞的泡沫管。

3.4 開倉前的準備工作

為了更好地保證工具的不斷創(chuàng)新，我們必須提前做好充分準備。前期準備包括：預計工具拆卸更換的前期準備、采購工具的前期準備、人員的前期準備、隧道施工自然通風的前期準備、離心水泵照明設備的前期準備這五大項的提前準備。由員工自行決定，由相關工程師確定，總工程師批準。確保足夠的原材料和設備。原材料、機械設備在投入使用前，由機電工程師、安全員、現(xiàn)場組長對其安全特性進行評價。

3.4.1 人員準備

帶壓開倉選用有資質的單位進行，進倉前人員需經(jīng)過職業(yè)病醫(yī)院檢查合格后才能進倉，患感冒或者流感人員不能進倉作業(yè)，進倉人員證件齊全。開倉前，組織施工隊對本工程施工過程中常見的操作問題進行培訓研究。員工培訓由機電部組織，工程部協(xié)助。培訓的主要內容包含：明確進倉目的及工作內容；換刀工具的操作及使用；有效布置刀盤和刀具；并能有效區(qū)分刀具的使用；對緊急情況的應變能力；泡沫管的疏通；泥餅的解除。

3.4.2 開倉新鮮空氣供應準備

確保拖車上空壓機工作正常，可持續(xù)供應新鮮空氣，用氣管從盾體內的備用氣閥接口接入新鮮空氣到土倉內，給倉內供應新鮮空氣，保持土倉內空氣質量。

3.4.3 刀具檢查前開挖面地層處理

為了更好地加強施工中地層穩(wěn)定性，減少加壓過程中的氣體排放，在停機器開倉的前一天逐步加氣，以產(chǎn)生并穩(wěn)定前端工作壓力。

開倉前，應對土倉內的土面進行壓低，以確保土倉的閘門打開。卸載過程中，再次觀察并穩(wěn)定前部工作壓力。在土層減少、土壓力穩(wěn)定的情況下，解決開挖表面土體的地質結構問題。

時刻關注主艙壓力表相關標準值的變化，并收集壓力數(shù)據(jù)。如果氣壓力降至一級壓力值，排氣閥和錦旗閥可以輕松調整，以在特定時間內保持主艙壓力的穩(wěn)定。然后持續(xù)釋放壓力，多次操作后倉庫內外壓力相同。

4 帶壓開倉的技術流程

4.1 泥膜護壁施工

洗倉，并使盾構機刀盤伸出到180mm 的位置。通過同步注漿機向土倉內注入黏度為30MPa·s（現(xiàn)場測試）膨潤土，當土倉壓力保持在1.8bar時，利用螺旋機出土以此平衡倉內壓力。當天共注膨潤土31.3m3，螺旋機出土25.17m3，出土渣樣從粗顆粒慢慢轉變?yōu)樾☆w粒，到次日從土倉壁9點位置取出膨潤土渣樣以測試黏度，為27.8MPa·s（小顆粒較多）。通過管片車放置的二次注漿機向土倉注入膨潤土，并提升倉內壓力到2.1bar，共注膨潤土21.4m3，出土19m3，預期把膨潤土黏度提升至45MPa·s。從土倉壁9 點球閥取出膨潤土渣樣，測試黏度為52MPa·s，相比于預期效果要好。應用盾構機刀盤可伸縮的功能使盾構機刀盤回縮至50mm 位置，并第二次注射膨潤土，將倉壓調整至2.5bar，膨潤土黏度調到50MPa·s，共注進土倉6m3，出土5.6m3。倉內取渣樣測試黏度57MPa·s，泥膜狀況較好。

4.2 進倉人數(shù)與時間

立足于帶壓工作情況，合理規(guī)劃每天的進倉班次。每次進倉人數(shù)按3人控制，并控制單個班次的作業(yè)時間，不超過5h。按照特定的流程開展帶壓開倉工作。

4.3 進倉前的壓力測試

組織無人壓力試驗，全過程中員工均不進入。經(jīng)過測試后判斷在試驗壓力條件下主艙和輔助倉各設備的運行狀態(tài)，給后續(xù)工作的開展提供重要的參考依據(jù)[1]。

關閉主艙的倉門與密封門、主艙和輔助倉的密封門，然后慢慢打開進氣閥，增加主艙的壓力，以便在短時間內完成升壓操作。但要避免增壓速率過快的情況，否則將明顯增加壓差，嚴重干擾員工的正常工作，甚至會對其生理健康造成危害，例如因壓差過大而高度擠壓耳鼓膜。

開啟排氣閥進入排氣階段，考慮到現(xiàn)場的安全要求，必須嚴格控制壓力，避免其在此階段大幅度提高；調節(jié)進氣閥和排氣閥，通過對兩類閥門裝置的控制將壓力降低速度穩(wěn)定在合理區(qū)間內；為滿足現(xiàn)場工作人員正常呼吸、高效作業(yè)的要求，在計算進氣流量時，以每人為單位，則流量值必須要＞0.5m3/min。

要實時留意對于主艙壓力表相關數(shù)值變化，及時采集壓力數(shù)據(jù)，若氣壓降至第一級壓力值，靈活調整排氣閥和進氣閥，以此來實現(xiàn)在指定時間內，主倉壓力可以對應地保持穩(wěn)定性。此后，重復減壓，經(jīng)過多次操作后使倉內外的壓力保持一致。

對于前述所提的加壓和減壓試驗中的各項數(shù)據(jù)均由專員采集并完整記錄，以便根據(jù)數(shù)據(jù)客觀分析。

按照主倉壓力試驗方法完成輔助倉的試驗工作，確保整個過程中壓力滿足特定要求，且完整記錄各項數(shù)據(jù)。

5 帶壓作業(yè)的技術要點

5.1 帶壓進倉

加壓前詳細檢查各方面情況，包含儀表運行情況、通信狀態(tài)、供氣及排氣的順暢程度、倉門密封性等，確保各項條件均正常；并再次檢查設備材料，明確其類別、數(shù)量等，要求妥善存放在倉內。

關閉主倉、工作倉的倉門及密封門，以緩慢的速度開啟進氣閥，使主艙的壓力逐步上升，直至其增加至設計值為止；再開啟出氣閥，通過調節(jié)達到主倉進出氣平衡的目的。

安排員工進入輔助倉，關閉該處的倉門，倉內人員積極與值班人員取得聯(lián)系，就相關工作要點展開溝通，由氣壓操作人員加壓。首先，使輔助倉的氣壓增加至0.3bar，由專員完成咽鼓管的調壓操作，此后穩(wěn)定5min，若該過程中無異常狀況則在15min 左右將該壓力值提升至1.7bar。考慮到兩倉間存在氣壓差的情況，倉內控制人員調節(jié)壓力平衡閥（指設置在輔助倉與主（倉）間的裝置），待該氣壓差得到有效控制后開啟輔助倉與主倉的密封門，安排專員進入主倉。

調節(jié)壓力平衡閥（設置在工作倉與主倉間），以便消除兩者間的氣壓差，經(jīng)檢查后若不存在有害氣體則進倉操作。期間各項壓力數(shù)據(jù)均由專員記錄，將其填至壓力控制表內。

土倉工作全程啟用自動保壓系統(tǒng)，以滿足工作人員的供氣要求，直至實測值達到設定值為止。在施工過程中，及時檢查氣體流量計的具體顯示值，根據(jù)該數(shù)據(jù)采取控制措施，保證土倉維持良好的通風狀態(tài)[2]。

5.2 刀具檢查注意事項

基于維護好掌子面穩(wěn)定性這一前提，負責對應作業(yè)任務小組成員要到土倉內去仔細核對刀具是否存在磨損。通常來說，每一個作業(yè)小組人數(shù)要控制在3 人作用，并服從帶壓進倉作業(yè)小組的領導。具體刀具檢查方法為：人站在刀盤輻條上，采取目測和利用量具相結合的方式檢查；在檢查過程中，所有作業(yè)都必須保證安全帶是佩戴好在身上的；由負責拍照、輔助與接應主倉、主倉內保持和外界聯(lián)絡的3 位作業(yè)人員帶壓進艙，等到確定主倉已上升到預計范圍內穩(wěn)定壓力值后，方可打開主倉與土倉之間艙門；正式進入到土艙，需率先檢測掌子面是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，確認無誤后即由負責拍照作業(yè)人員進行拍照，必要時還要開啟設想功能；完成上述步驟后，負責檢查刀人員可正式進入主艙；保證所有人員都在主艙外情況下，主艙內人員才可能將刀盤旋轉90°，與此同時，根據(jù)以上環(huán)節(jié)來進行循環(huán)作業(yè)，直至刀盤依據(jù)同一轉動方向旋轉完成270°為止；在結束拍攝工作后，負責拍照人員以及負責輔助與接應主倉人員要進入到主倉內且確保土艙門處于緊閉狀態(tài)；主倉降壓，人員出倉。

5.3 刀具更換

滾刀拆卸流程。通過轉動刀盤的方式來把準備進行拆卸刀具停止于三點鐘方向→清除螺栓孔→拆卸滾刀壓坑螺栓并取出→借助土艙吊環(huán)來懸掛完成1t 葫蘆，并使用吊帶捆綁待取出滾刀→取出滾刀（撬棍和葫蘆結合使用）。

滾刀安裝流程。采用轉動來把待裝刀具刀箱位置刀箱停止在三點鐘位置→入孔掏空（具體在待裝刀具刀箱深度約200mm 位置）→清潔刀箱→通過手拉葫蘆把待裝滾刀放入刀箱→緊固螺栓。

5.4 質量控制與技術要求

完善準備階段各項工作。鑒于帶壓進倉作業(yè)是屬于較特殊施工，因此相關操作人員必須要根據(jù)具體指示來全面做好準備階段各項工作，同時必須要經(jīng)過技術部門詳細檢查確認后方可正式開展施工[3]。

正式使用前，設備應投入試運行。負責管理技術和操作的相關人員應定期維護和試運行盾構機上的自帶設備；預埋設備應以電力機車的形式運輸至隧道機場外，并在進入前連接隧道機。

作業(yè)人員的身體檢查、培訓。該項工作應委托有經(jīng)驗的事業(yè)單位完成：按照規(guī)定嚴格篩選進倉人員；并開展帶壓作業(yè)注意亊項的交底培訓。

管片背后封水。對鄰近盾尾的1～3 環(huán)管片，利用吊裝螺栓孔進行周圈定壓定量注漿，達到管片背后巖層中裂隙水封堵的效果。

切口環(huán)部位封水。通過盾構機前體上的超前注漿孔開展注漿作業(yè)，從而封閉盾殼周圍巖層中的水，如果有必要應在拱頂部的孔中打入注漿芯管，并加固地層。

漿液等強。等待齡期通過為8h，此時仍然不能停止轉動刀盤，否則會導致刀盤凝結進而不能轉動。

5.5 開倉安全保障措施

專門編制關于開倉作業(yè)以及進倉作業(yè)的安全措施方面計劃，并要求全體參加作業(yè)流程施工人員定期開展技術交底，確定知曉作業(yè)程序及其相關要求。

在開啟倉以后，務必要率先明確掌子面是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，只有確保掌子面具有穩(wěn)定性方可進入土倉實施作業(yè)。

全程安排特定的人員時刻關注掌子面的穩(wěn)定情況，如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，所有人員必須馬上撤離和關閉倉門。一旦出現(xiàn)坍塌事故，如果實際情況允許則采取處理措施，如果情況被判定為難以控制時，就一定要立即將倉門關閉[4-5]。

在開倉前的水壓試驗以及檢查刀具的過程中，應設置在盾構切口范圍20m 以內設置警戒線，并安排相關工作人員按24 小時值班。

5.6 恢復正常掘進

完成刀具的檢查或結束換刀操作后，若現(xiàn)場無異常狀況，人員與設備撤出土倉和人閘，則啟用刀盤，繼續(xù)掘進。從現(xiàn)場地質條件來看，若遇到穩(wěn)定性不足的砂層，在該處恢復掘進時不宜采用土壓代替氣壓的方法，而是向土倉內注入適量的膨潤土，并在該過程中減小氣壓。隨著該操作的持續(xù)推進，待土壓完全代替氣壓后方可正式恢復盾構掘進作業(yè)，此時由專員操作刀盤和千斤頂。

6 結束語

盾構機在軌道交通區(qū)間隧道施工中取得廣泛的應用，帶壓換刀為常見的施工內容，其可以直接在洞內完成加固操作，不占用地面空間，對周邊的破壞性影響較小，在穿越復雜地層時具有可行性。本文則對軌道交通區(qū)間盾構帶壓開倉技術展開了分析，希望所闡述的內容可供同仁參考。