李建華，何 偉，王百泉（.中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河南洛陽(yáng) 47009；.中鐵隧道集團(tuán)北京直徑線項(xiàng)目部，北京 00045）

開(kāi)挖艙高壓環(huán)境下盾構(gòu)刀盤(pán)動(dòng)火修復(fù)技術(shù)

李建華1，何 偉1，王百泉2
（1.中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河南洛陽(yáng) 471009；2.中鐵隧道集團(tuán)北京直徑線項(xiàng)目部，北京 100045）

摘要：為了解決盾構(gòu)在城市環(huán)境中長(zhǎng)距離掘進(jìn)時(shí)刀盤(pán)修復(fù)難題，結(jié)合北京鐵路地下直徑線工程的成功經(jīng)驗(yàn)，闡述帶壓動(dòng)火的整體思路，介紹帶壓動(dòng)火作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況，分析在焊接過(guò)程中保障作業(yè)空間安全、氣體環(huán)境的防爆安全、人員健康和作業(yè)可控的技術(shù)要求，研究高壓焊接技術(shù)涉及的焊接方法、焊接設(shè)備、焊接材料和焊接工藝等系列問(wèn)題，形成了完整的技術(shù)體系，并取得了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：隧道；砂卵石地層；盾構(gòu)；刀盤(pán)修復(fù)；帶壓動(dòng)火；環(huán)境安全保障；高壓焊接技術(shù)

0　引言

21世紀(jì)是人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用地下空間的世紀(jì)。盾構(gòu)施工以其安全、優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保等顯著優(yōu)點(diǎn)，已成為地下隧道施工的首選方法，并廣泛應(yīng)用于城市軌道交通、電力、水利水電、地下水庫(kù)與水處理、輸氣輸油、公路、鐵路、軍工等地下工程領(lǐng)域。

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，因地質(zhì)條件變化、地下障礙物等影響，刀盤(pán)刀具的磨損乃至損壞經(jīng)常發(fā)生，需及時(shí)進(jìn)行修復(fù)［1］。目前可行的修復(fù)方法有常壓修復(fù)和高壓修復(fù)2類(lèi)［2］。常壓修復(fù)即通過(guò)豎井或地層加固后常壓開(kāi)艙，在工廠或施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)作業(yè)，是現(xiàn)階段技術(shù)相對(duì)成熟的方法，應(yīng)用也較為常見(jiàn)；但是，常壓修復(fù)存在著較大的局限性，例如該方法對(duì)停機(jī)位置有諸多的要求和限制條件，在繁華城區(qū)進(jìn)行盾構(gòu)施工時(shí)難以完全得到滿(mǎn)足，時(shí)常造成盾構(gòu)掘進(jìn)速度下降、掘進(jìn)效率降低甚至停機(jī)等嚴(yán)重后果。此外，該方法會(huì)對(duì)修復(fù)成本和工期造成沉重壓力。高壓修復(fù)的原理是在停機(jī)位置刀盤(pán)前方建立高壓空間，由維修人員在該空間內(nèi)動(dòng)火修復(fù)刀盤(pán)［3］，這種方法適用于受環(huán)境條件限制無(wú)法開(kāi)鑿豎井或加固地面的位置，如江河、海底、建筑物或密集管線的下方。由此可見(jiàn)，高壓修復(fù)方式有利于拓寬盾構(gòu)的應(yīng)用范圍，不過(guò)高壓修復(fù)技術(shù)難度較大，在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用案例不多。

北京鐵路地下直徑線工程位于北京市中心城區(qū)，

沿途穿越地層以砂卵石為主，盾構(gòu)刀具磨損很快。據(jù)試驗(yàn)段盾構(gòu)施工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每隔100～150 m即需進(jìn)行刀具檢查更換［4］，且在帶壓換刀過(guò)程中發(fā)現(xiàn)刀盤(pán)出現(xiàn)了不同程度的磨損，為后續(xù)施工埋下了隱患。考慮到工程沿線建筑物林立，地下管線眾多，許多地方不具備常壓修復(fù)刀盤(pán)的條件；因此，高壓修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用及其效果成為了本工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為此工程技術(shù)人員聯(lián)合高校開(kāi)展了相關(guān)專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)的科研攻關(guān)，并取得了一系列成果。何峰等［5］、程明亮等［6］、孫善輝等［7］對(duì)壓縮空氣條件下的動(dòng)火作業(yè)工藝流程進(jìn)行了研究；李其修等［8］對(duì)密閉艙室動(dòng)火作業(yè)的有害氣體分布規(guī)律進(jìn)行了分析；孟海峰等［9］、黃學(xué)軍等［10］對(duì)艙室的氣密性維持和相應(yīng)的地層加固技術(shù)進(jìn)行了論述。在此基礎(chǔ)上，本文從環(huán)境安全、作業(yè)方法、技術(shù)參數(shù)、操作設(shè)備等多角度出發(fā)，對(duì)開(kāi)挖艙高壓環(huán)境下盾構(gòu)刀盤(pán)動(dòng)火焊接、切割修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了分析。

1　工程概況

北京鐵路地下直徑線工程是承啟北京站與北京西站的地下鐵路線工程，工程地處北京市中心城區(qū)，全長(zhǎng)9 151 m，采用多工法施工，其中盾構(gòu)隧道長(zhǎng)5 175 m。

直徑線工程的修建面臨著諸多的技術(shù)難題。首先是周邊環(huán)境較為復(fù)雜，沿線建（構(gòu)）筑物、管線眾多，如平行地鐵2號(hào)線4 km，最小距離僅1.7 m；下穿地鐵4號(hào)線宣武門(mén)站，最小凈距4.98 m；穿越天寧寺橋、西便門(mén)橋、前門(mén)箭樓、正陽(yáng)門(mén)火車(chē)站等特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。其次是工程地質(zhì)復(fù)雜，盾構(gòu)隧道西端（天寧寺至和平門(mén)）以卵石層、圓礫為主，并伴有強(qiáng)度較高的鈣質(zhì)膠結(jié)層；東端（和平門(mén)至崇文門(mén)）則以粉質(zhì)黏土層、粉土層和砂層地層為主。

直徑線工程盾構(gòu)掘進(jìn)施工過(guò)程中，因?yàn)閺?fù)雜的地質(zhì)條件、其他工程遺留于地下的鋼管等障礙物的影響，盾構(gòu)刀盤(pán)先后3次嚴(yán)重受損。受制于地面環(huán)境條件的限制，只能通過(guò)高壓環(huán)境下的動(dòng)火切割、焊接技術(shù)來(lái)解決［11］。

2　高壓環(huán)境空間構(gòu)建與安全維持技術(shù)

地下高壓作業(yè)空間的構(gòu)建，其實(shí)質(zhì)就是在地下某一區(qū)域內(nèi)將擬建立空間范圍的天然土體置換成可以平衡周?chē)翂毫Φ臍鈮?。高壓作業(yè)空間的安全維持，一是要維持空間氣壓的穩(wěn)定，以有效平衡周?chē)翂毫?，進(jìn)而保證作業(yè)面及停機(jī)位置周邊環(huán)境的安全；二是要對(duì)刀盤(pán)修復(fù)過(guò)程中作業(yè)空間高壓氣體漏失量進(jìn)行有效控制，避免環(huán)境氣壓波動(dòng)傷害作業(yè)人員、大量的氣體漏失造成地下某一區(qū)域土層形成滲透通道而引發(fā)土體失穩(wěn)、單位時(shí)間的氣體漏失量超過(guò)設(shè)備的單位時(shí)間補(bǔ)氣量導(dǎo)致空間壓力無(wú)法維持?？偠灾@項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是保證作業(yè)空間的氣壓穩(wěn)定，而就北京直徑線工程的地質(zhì)條件來(lái)看，開(kāi)挖艙氣密性問(wèn)題是砂卵石地層盾構(gòu)施工的一大難題。

實(shí)際施工中，保持作業(yè)空間氣密性和穩(wěn)定性采用了2條途徑。一是在有條件的停機(jī)點(diǎn)，根據(jù)停機(jī)點(diǎn)的埋深、水位標(biāo)高、地層地質(zhì)特點(diǎn)以及停機(jī)時(shí)長(zhǎng)，選擇垂直袖閥管分段注漿、高壓旋噴樁、鉆孔灌注樁、全回鉆鉆機(jī)咬合樁，利用盾構(gòu)自帶的全圓超前注漿等方式進(jìn)行地層加固，加強(qiáng)地層自穩(wěn)能力；二是通過(guò)優(yōu)質(zhì)泥膜、盾尾注漿、聚合物堵漏劑和氣囊密封等綜合手段，封堵高壓氣體的逃逸通道。

在宣武門(mén)西側(cè)DK5＋028處，經(jīng)帶壓進(jìn)艙檢查發(fā)現(xiàn)刀盤(pán)刀具磨損嚴(yán)重，需進(jìn)行刀盤(pán)改造和修復(fù)。該地點(diǎn)位于宣武門(mén)西大街國(guó)華旅館前中心綠化帶下方，刀盤(pán)維修時(shí)利用了空心樁技術(shù)預(yù)設(shè)帶壓作業(yè)空間。加固區(qū)以DK5＋028為中心施作3排玻璃纖維筋灌注樁，在隧道軸線上，群樁中間施作1根2.0 m的灌注樁，然后在2.0 m樁中間位置采用旋挖鉆鉆出1個(gè)1.3 m工作井，并加蓋封閉，如圖1所示。盾構(gòu)掘進(jìn)至第2排樁中間位置停機(jī)，使盾構(gòu)刀盤(pán)恰好將工作井臨近端井壁切除，然后在帶壓狀態(tài)下對(duì)刀盤(pán)刀具進(jìn)行切割或焊接作業(yè)。

圖1　復(fù)打空心樁施工平面示意圖（單位：mm）Fig.1 Position of hollow pile（mm）

在無(wú)條件進(jìn)行地層加固的刀盤(pán)檢修位置，主要通過(guò)氣密性封堵措施，維持刀盤(pán)前方密閉空間的氣壓與土壓平衡，從而保證維修空間的穩(wěn)定。在砂卵石地層中，由于氣體逃逸通道多，采用這種方法存在較大困難，包括掌子面地層漏氣、盾構(gòu)設(shè)備本身密封不嚴(yán)漏氣、中盾預(yù)留管路漏氣、盾尾密封刷漏氣、盾殼周?chē)貙勇?、管片接縫處漏氣等。針對(duì)各種漏氣通道，應(yīng)采用相應(yīng)的封堵方法。通過(guò)室內(nèi)泥漿配比試驗(yàn)和滲透試驗(yàn)，配置出了一種優(yōu)質(zhì)泥漿，黏度不低于90 Pa·s，黏聚性和柔軟性較好，不易開(kāi)裂，泥漿置換后通過(guò)在掘進(jìn)泥水壓基礎(chǔ)上增加一定壓力，并進(jìn)行不小于4 h的保壓后，可在開(kāi)挖面建立良好的泥膜，以避免高壓氣體向前方土體泄漏，并結(jié)合同步注漿、盾尾注漿、中盾壁后

注漿、加裝氣囊密封（如圖2所示）、加注聚合物堵漏劑等措施，較好地維持了檢修空間的氣密性。此外，對(duì)刀盤(pán)艙壓力進(jìn)行了嚴(yán)格控制，并對(duì)艙內(nèi)空氣質(zhì)量、泥膜質(zhì)量、作業(yè)空間構(gòu)造安全和沉降數(shù)據(jù)變化情況進(jìn)行了嚴(yán)密監(jiān)控，以保證高壓檢修空間的穩(wěn)定和安全。

圖2　氣囊密封裝置Fig.2 Sealing by air bag

3　高壓環(huán)境作業(yè)人員安全及健康保障技術(shù)

在焊接、切割及相關(guān)工藝過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些有害人體健康的氣態(tài)和顆粒狀態(tài)的物質(zhì)，包括氣體、煙霧和粉塵等，是人體可吸入的空氣污染物質(zhì)，危害人體健康，尤其是作業(yè)人員長(zhǎng)時(shí)間在密閉空間進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)時(shí)，更易加重對(duì)身體的損害程度。

對(duì)封閉空間內(nèi)壓力環(huán)境下火災(zāi)煙流特性進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真研究，試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D3所示。圖4為火源功率為49.7 kW時(shí)，不同時(shí)間下火源和艙門(mén)處溫度隨艙室高度變化情況。圖5為煙氣毒性評(píng)價(jià)有效劑量分?jǐn)?shù)FED（Fractional Effective Dose，主要考察氣體為CO和CO2）隨艙室縱向長(zhǎng)度的分布。

圖3　火災(zāi)煙流特性仿真試驗(yàn)?zāi)Ｐ虵ig.3 Simulation model for smoke flow in case of fire

研究結(jié)果表明：隨著火源功率的增大，艙室內(nèi)的FED數(shù)值均明顯增大，表明艙室內(nèi)煙氣毒性增加；同時(shí)，火源附近以及艙門(mén)處的FED數(shù)較其他位置大，是較為危險(xiǎn)的區(qū)域。隨著火源功率的增大，艙室內(nèi)CO2體積分?jǐn)?shù)從火源開(kāi)始燃燒后持續(xù)增加，但CO體積分?jǐn)?shù)在火源燃燒一段時(shí)間之后才開(kāi)始明顯增加。

針對(duì)煙霧對(duì)人身健康的傷害，開(kāi)發(fā)了一種作業(yè)人員在高壓密閉空間內(nèi)動(dòng)火作業(yè)過(guò)程中佩戴的專(zhuān)用呼吸面罩，如圖6所示。面罩分別連接凈化空氣輸送軟管和廢氣排放軟管，并配有減壓裝置，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)空氣壓力，保證人員正常呼吸。

圖4　火源和艙門(mén)處溫度隨艙室高度和時(shí)間變化情況Fig.4 Curves of temperature changes

圖5　FED隨艙室縱向長(zhǎng)度分布情況Fig.5 Correlation between FED and length of chamber

圖6　新型呼吸面罩Fig.6 New type of breathing mask

此外，對(duì)自動(dòng)保壓進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，增設(shè)了廢氣排放及氣體組分實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、高壓滅火和防爆裝備等，在實(shí)際施工中有效地保障了高壓環(huán)境下作業(yè)人員的安全。

4　高壓環(huán)境下刀盤(pán)切割焊接成套修復(fù)技術(shù)

4.1壓縮空氣爆炸燃燒試驗(yàn)

同常壓環(huán)境下的動(dòng)火作業(yè)相比，在壓縮空氣環(huán)境中進(jìn)行盾構(gòu)刀盤(pán)焊接修復(fù)時(shí)，既要考慮壓縮空氣對(duì)焊接行為的影響，又要考慮艙內(nèi)可能存在的可燃?xì)怏w的影響。常壓環(huán)境中可燃?xì)怏w的爆炸燃燒上下限已有成熟的研究結(jié)論，但高壓環(huán)境下的爆炸界限還是個(gè)新課題。為了保證高壓環(huán)境中動(dòng)火作業(yè)的安全，在國(guó)內(nèi)進(jìn)行了首次的≤0.7 MPa環(huán)境下不同體積比的可燃?xì)怏w密閉空間點(diǎn)火爆炸試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備采用了臥式防爆罐和高壓密封罐，可燃?xì)怏w由于種類(lèi)繁多，選用了甲烷進(jìn)行簡(jiǎn)化。

該次試驗(yàn)首先驗(yàn)證了純空氣介質(zhì)在0.1～0.7 MPa壓力下的爆炸情況，然后測(cè)試了甲烷和空氣混合體在常壓環(huán)境中的爆炸下限，最后通過(guò)環(huán)境壓力的改變，驗(yàn)證爆炸下限在不同壓力下是否會(huì)發(fā)生變化。部分試驗(yàn)記錄見(jiàn)表1。

表1　0.3 MPa甲烷和空氣混合氣體爆炸下限試驗(yàn)記錄Table 1 Explosion experiment data

試驗(yàn)結(jié)果顯示，在0～0.7 MPa壓力范圍內(nèi)，隨著環(huán)境壓力的增大，可燃?xì)怏w的燃燒明顯加劇，但并未發(fā)生爆炸。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的裝置及環(huán)境條件中，測(cè)得甲烷在常壓下的爆炸下限是體積比5.60%，而在加壓環(huán)境中，甲烷體積分?jǐn)?shù)≤體積比5.60%時(shí)，也并未發(fā)生爆炸。這一結(jié)論在實(shí)際施工中被作為重要的控制指標(biāo)。

4.2壓縮空氣環(huán)境下焊接電弧行為

為了保證動(dòng)火修復(fù)作業(yè)的質(zhì)量，考察壓縮空氣環(huán)境下焊接電弧行為，對(duì)高壓環(huán)境焊接電弧導(dǎo)電機(jī)制進(jìn)行了理論研究，采用有限元軟件CFD－ACE＋進(jìn)行了仿真模擬，并進(jìn)行了焊接電弧形態(tài)、電弧電特性的試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著環(huán)境壓力的增加，弧柱弧壓增加，電弧收縮。圖7是弧長(zhǎng)為5.5 mm時(shí)，在0.1～0.7 MPa壓力范圍內(nèi)測(cè)量得到的電弧靜特性曲線。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在空氣環(huán)境下，電弧靜特性隨環(huán)境壓力增加而向上平移，其平移量為5～10 V／MPa。圖8為溫度場(chǎng)模擬計(jì)算結(jié)果。從圖8可以發(fā)現(xiàn)隨著環(huán)境壓力的升高，電弧最高溫度在下降，且電弧收縮，電弧收縮結(jié)論與試驗(yàn)拍攝的電弧圖像（見(jiàn)圖9）結(jié)果一致。圖9的試驗(yàn)條件是焊接電流為100 A，電極間距為3 mm，從左到右分別是0.1、0.3、0.7 MPa壓力下的電弧圖像。

圖7　壓縮空氣環(huán)境下電弧靜特性曲線（弧長(zhǎng)l＝5.5 mm）Fig.7 Curves of static characteristics of arc under compressed air condition（arc length l＝5.5 mm）

圖8　焊接電弧溫度場(chǎng)Fig.8 Temperature field of welding arc

4.3高壓環(huán)境下無(wú)人自動(dòng)焊接工藝

在爆炸燃燒試驗(yàn)和焊接電弧行為研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了壓縮空氣環(huán)境下的無(wú)人自動(dòng)焊接試驗(yàn)。

圖9　試驗(yàn)拍攝的電弧圖像Fig.9 Picture of arc

焊接試驗(yàn)裝置主要由高壓氣體儲(chǔ)罐、高壓焊接實(shí)驗(yàn)艙、自動(dòng)焊接設(shè)備、攝像系統(tǒng)和中央控制臺(tái)組成。自動(dòng)焊接采用TIG焊（鎢極氬弧焊），焊接電源為高性能數(shù)字逆變焊接電源，在0～0.6 MPa壓力范圍內(nèi)，進(jìn)行平板自動(dòng)焊接試驗(yàn)，見(jiàn)圖10。

圖10　高壓環(huán)境下無(wú)人自動(dòng)焊接試驗(yàn)Fig.10 Automatic welding test under high pressure

試驗(yàn)結(jié)果表明，焊接過(guò)程是安全可控的，焊接質(zhì)量能夠達(dá)到美國(guó)焊接學(xué)會(huì)水下焊接標(biāo)準(zhǔn)AWS D3.6M∶1999規(guī)定的A類(lèi)焊縫要求。

4.4高壓環(huán)境下人工焊接切割工藝

經(jīng)過(guò)前期的理論和試驗(yàn)研究，在保證人員安全和過(guò)程可控的前提下，進(jìn)行了壓縮空氣環(huán)境中人工焊接切割試驗(yàn)。

帶壓進(jìn)艙人員在壓縮空氣環(huán)境中進(jìn)行了焊接、碳弧氣刨試驗(yàn)，完成了平焊、立焊、橫焊等多個(gè)位置的焊接，焊接質(zhì)量均能夠達(dá)到美國(guó)焊接學(xué)會(huì)水下焊接標(biāo)準(zhǔn)AWS D3.6M∶1999規(guī)定的A類(lèi)焊縫要求，從而形成了具有自主產(chǎn)權(quán)的成套盾構(gòu)刀盤(pán)帶壓動(dòng)火修復(fù)作業(yè)工藝。

5　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2012年9月，北京鐵路地下直徑線工程項(xiàng)目部組織進(jìn)行了盾構(gòu)隧道內(nèi)高壓環(huán)境下的焊接切割技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并取得了良好的效果。

現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)應(yīng)用試驗(yàn)在盾構(gòu)高壓艙內(nèi)進(jìn)行，焊接試驗(yàn)壓力分為0.15、0.22、0.3 MPa 3個(gè)級(jí)別，焊縫型式包括對(duì)接接頭坡口焊縫和堆焊縫。0.3 MPa壓力下的現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)如圖11所示。針對(duì)盾構(gòu)刀盤(pán)維修焊接切割工藝多樣、安全性與可靠性要求高以及作業(yè)空間狹小等特點(diǎn)，最終采用了伊薩公司ESAB650C型多功能焊機(jī)（見(jiàn)圖12）用于現(xiàn)場(chǎng)焊接修復(fù)試驗(yàn)。焊條包括焊接用焊條和堆焊用焊條，焊接用焊條采用了伊薩公司的OK 48.08焊條，堆焊用焊條采用了伊薩公司的UTR－C DUR600焊條。

圖11　0.3 MPa壓力下的現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)Fig.11 Welding under 0.3 MPa pressure

圖12　ESAB650C型多功能焊機(jī)Fig.12 ESAB650C multipurpose welding machine

試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，隨著環(huán)境壓力的增加，焊接電弧區(qū)域氧、氮分壓增加，焊縫金屬的韌性下降，試驗(yàn)后期選用了高韌性焊接材料，以提供足夠的韌性?xún)?chǔ)備。此外，根據(jù)氣體監(jiān)測(cè)結(jié)果，切割產(chǎn)生的廢氣遠(yuǎn)比焊接時(shí)多，因此，即使作業(yè)人員佩戴了專(zhuān)用呼吸面罩，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)仍對(duì)連續(xù)切割時(shí)間進(jìn)行了限制，同時(shí)加強(qiáng)了艙內(nèi)氣體監(jiān)測(cè)和強(qiáng)制換氣。

在該工程修建過(guò)程中，項(xiàng)目部獨(dú)立自主完成了帶壓動(dòng)火作業(yè)56艙，盾構(gòu)刀盤(pán)和沖刷管路得到了及時(shí)有效的修復(fù)，作業(yè)人員健康得到了良好保障，為工程的安全順利完工起到了至關(guān)重要的作用。

6　結(jié)論與討論

經(jīng)過(guò)大量的理論分析和試驗(yàn)研究，盾構(gòu)刀盤(pán)帶壓動(dòng)火修復(fù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自主產(chǎn)權(quán)，突破了國(guó)外技術(shù)壟斷，并在北京鐵路地下直徑線工程的實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。

1）形成了通過(guò)復(fù)打空心樁、注漿結(jié)合泥漿置換保壓、高黏度泥漿保壓及堵漏置換等多種方式構(gòu)建地下

高壓作業(yè)空間的技術(shù)，解決了當(dāng)?shù)孛鏃l件受限不能建修復(fù)井時(shí)，盾構(gòu)修復(fù)作業(yè)空間的構(gòu)建與安全保障問(wèn)題。

2）該項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，主要技術(shù)指標(biāo)在國(guó)際領(lǐng)域具有先進(jìn)水平，可實(shí)現(xiàn)0.6 MPa以?xún)?nèi)高壓環(huán)境作業(yè)空間構(gòu)建與維持，作業(yè)人員健康控制符合60 m以?xún)?nèi)潛水員作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，焊縫性能滿(mǎn)足美國(guó)焊接學(xué)會(huì)水下焊接標(biāo)準(zhǔn)A類(lèi)焊縫要求（國(guó)內(nèi)未建立類(lèi)似標(biāo)準(zhǔn)）。

3）在工程應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)作業(yè)人員培訓(xùn)和技術(shù)工藝試驗(yàn)總結(jié)，成立了國(guó)內(nèi)首支帶壓動(dòng)火作業(yè)團(tuán)隊(duì)和跨安全、高壓醫(yī)學(xué)、高壓潛水、土木、機(jī)械、電氣和焊接等多學(xué)科的高壓作業(yè)技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)，編制了全套的作業(yè)技術(shù)指南、人員操作安全控制規(guī)程和人員培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)指導(dǎo)文件，為盾構(gòu)刀盤(pán)帶壓動(dòng)火修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)于盾構(gòu)施工技術(shù)向深埋長(zhǎng)大隧道工程項(xiàng)目的推廣應(yīng)用具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

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Technologies for Repairing Shield Cutterhead by means of Welding under Pressure

LI Jianhua1，HE Wei1，WANG Baiquan2
（1.Survey，Design and Research Institute of China Railway Tunnel Group Co.，Ltd.，Luoyang 471009，Henan，China；2.Beijing Underground Rail Transit Line Project Department of China Railway Tunnel Group Co.，Ltd.，Beijing 100045，China）

Abstract：During the construction of Beijing underground rail transit line，the cutterhead of the shield machine has to be repaired in the urban area.In the paper，the concept of dynamic fire under pressure is presented，the site conditions of operation under dynamic fire are described，the technical requirements for the safety，health and environment of the welders are analyzed，the welding method，welding equipment，welding materials and welding techniques under pressure are studied，thus a complete technological system is established.In the end，satisfactory effect has been achieved in the project.

Keywords：tunnel；sandy gravel strata；shield；cutterhead repairing；dynamic fire；safety guarantee；welding technology under pressure

作者簡(jiǎn)介：第一李建華（1968—），男，江蘇金壇人，1993年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，隧道與地下工程專(zhuān)業(yè)，本科，教授級(jí)高級(jí)工程師，現(xiàn)從事隧道施工科研及技術(shù)管理工作。

基金項(xiàng)目：鐵道部科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃“復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下北京地下直徑線施工綜合技術(shù)研究”（2007G035）

收稿日期：2015－05－29；修回日期：2015－08－24

中圖分類(lèi)號(hào)：U 455

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1672－741X（2015）09－0891－06

DOI：10.3973／j.issn.1672－741X.2015.09.006