鄧小杰

摘 要：富水砂層對(duì)刀具進(jìn)行檢查更換主要有三種方法：一是對(duì)前方土體進(jìn)行加固后在常壓下進(jìn)倉(cāng)；二是直接從地面豎井到刀盤前方進(jìn)倉(cāng)；第三種是將氣壓保持在開(kāi)挖面穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)進(jìn)倉(cāng)。厚桔區(qū)間結(jié)合工程實(shí)際情況，選擇第三種方式進(jìn)行帶壓換刀，可以安全高效的完成作業(yè)。本文結(jié)合江底穿越期間的帶壓換刀工程實(shí)例，包括注漿止水，建立泥膜，進(jìn)倉(cāng)作業(yè)等過(guò)程，對(duì)帶壓換刀技術(shù)進(jìn)行研究。對(duì)換刀過(guò)程中存在的隱患，進(jìn)行分析，提出有效解決措施。

關(guān)鍵詞：富水砂層；泥水盾構(gòu)；帶壓進(jìn)倉(cāng)；江底；換刀技術(shù)

引言

國(guó)內(nèi)大直徑泥水盾構(gòu)帶壓換刀成功實(shí)例已經(jīng)有南京緯三路過(guò)江通道，獅子洋隧道等，而小直徑盾構(gòu)帶壓換刀技術(shù)尚不成熟。近年來(lái)，我國(guó)城市地鐵建設(shè)發(fā)展迅猛，全國(guó)各地掀起了地鐵建設(shè)的熱潮，隨之帶來(lái)的就是地鐵施工工藝的飛速發(fā)展以及安全性要求的提高，地鐵區(qū)間普遍采用盾構(gòu)施工。而復(fù)雜地質(zhì)條件情況下的施工，換刀成為了其中的重要工序，如何安全、高效、經(jīng)濟(jì)的換刀成了施工中的難點(diǎn)，本文以福州地鐵2號(hào)線厚庭站～桔園洲站區(qū)間為例，介紹江底富水砂層帶壓換刀施工工藝供參考。

1工程概況

福州地鐵2號(hào)線厚庭站～桔園洲站區(qū)間，區(qū)間右線長(zhǎng) 2666.895m，左線長(zhǎng) 2668.959m，穿烏龍江長(zhǎng)1500m。區(qū)間隧道采用φ6480mm 泥水盾構(gòu)掘進(jìn)施工。厚庭至桔園洲區(qū)間沿科技東路向東行進(jìn)下穿烏龍江大堤，厚庭村、過(guò)烏龍江之后，下穿三環(huán)快速路、沿金祥路向東側(cè)穿星海灣花園小區(qū)、香江紅海園小區(qū)、金山桔園小區(qū)，最后到達(dá)金祥路桔園洲站。

縱斷面及地層情況如圖1所示，擬停機(jī)位置自上而下分別為粗中砂（稍密）和粗中砂（中密），刀盤頂部覆土厚度18.41m，高水位+5.5m對(duì)應(yīng)地下水深度26.85m（刀盤中心），低水位+1.9m對(duì)應(yīng)地下水深度23.25m（刀盤中心），高水位盾構(gòu)機(jī)中心水壓0.263MPa，低水位盾構(gòu)機(jī)中心水壓0.228MPa。

2帶壓進(jìn)倉(cāng)工程背景

根據(jù)前期地質(zhì)詳勘情況，厚庭站-桔園洲站區(qū)間出厚庭站后沿科技東路向東行進(jìn)并下穿烏龍江，之后到達(dá)金山片區(qū)，沿線地層巖性以中粗砂及卵石層為主，其所占比例為83.5%。盾構(gòu)在江底進(jìn)行長(zhǎng)距離掘進(jìn)，尤其通過(guò)砂卵石地層時(shí)，石英含量高，卵石強(qiáng)度高，對(duì)盾構(gòu)機(jī)的刀盤及刀具已經(jīng)產(chǎn)生一定的磨損，隨后盾構(gòu)機(jī)需穿越中間風(fēng)井的兩道玻璃纖維筋地連墻以及近20米長(zhǎng)的C20砼，若盾構(gòu)機(jī)刀盤周邊刀具磨損，盾構(gòu)將無(wú)法順利進(jìn)入風(fēng)井混凝土，江底的滲透系數(shù)35～55m/d，根據(jù)區(qū)間地質(zhì)情況、穿越風(fēng)井情況，結(jié)合厚桔區(qū)間過(guò)江段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估專家意見(jiàn)和施工經(jīng)驗(yàn)，為確保盾構(gòu)能夠順利穿越風(fēng)井，安全完成剩余區(qū)間施工，在到達(dá)風(fēng)井前，對(duì)盾構(gòu)刀盤周邊刀具進(jìn)行檢查和更換是必要的。

根據(jù)風(fēng)井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，需要滾刀才能安全高效通過(guò)風(fēng)井，故此次帶壓換刀主要更換撕裂刀為滾刀，并更換查刀時(shí)發(fā)現(xiàn)的磨損嚴(yán)重的刮刀。

3施工工藝流程

3.1注漿止水

換刀位置土層為粗中砂地層，滲透系數(shù)較大，有較大風(fēng)險(xiǎn)。

在到達(dá)預(yù)定開(kāi)倉(cāng)位置前，提前5環(huán)提高同步注漿量10%，填充密實(shí)土層與盾殼之間的間隙，阻斷管片與盾殼之間的水流通道。

停機(jī)之后，對(duì)脫出盾尾的后5環(huán)管片進(jìn)行配比10：1（體積比）的水泥～水玻璃雙液漿注入，填補(bǔ)同步注漿不密實(shí)區(qū)域，形成止水環(huán)帶，避免地下水沿管片外壁與開(kāi)挖空間之間的間隙進(jìn)入開(kāi)挖面。注漿壓力0.4～0.5Mpa，單孔注漿量0.6m?～0.8m?。漿液注入順序按照環(huán)號(hào)由大往小，距離盾尾較近的兩環(huán)考慮適當(dāng)減少注漿量，避免注漿量過(guò)大漿液反滲進(jìn)尾刷和同步注漿管路。

在二次注漿完成后，再次在盾構(gòu)機(jī)徑向注漿孔向外注入聚氨酯，形成整環(huán)止水帶。盾構(gòu)機(jī)在A環(huán)和D環(huán)各均布了8個(gè)帶球閥的注脂孔，進(jìn)行止水帶的注脂施工，見(jiàn)表1。

二次注漿及注聚氨酯時(shí)從下至上對(duì)稱依次注入，可根據(jù)上部孔位判斷下部孔位注入情況。

3.2掌子面泥膜的建立

3.2.1滲透泥膜建立

調(diào)制比重1.10～1.20g/cm?，粘度50S～60S（馬氏漏斗）的膨潤(rùn)土漿液。置換管路中泥漿，再置換泥水倉(cāng)中泥漿。

靜止刀盤，增大切口壓力（一般為大于靜止壓力0.02 MPa），用調(diào)制好的漿液循環(huán)配合靜壓形成泥膜。每循環(huán)1小時(shí)靜壓3小時(shí)，循環(huán)靜壓24小時(shí)，以保證成膜質(zhì)量。循環(huán)期間液位、氣壓無(wú)異常波動(dòng)，制膜完成。

3.2.2泥皮泥膜建立

滲透完成后，使用粘度120S～150S，比重1.20～1.30g/cm?的漿液在開(kāi)挖面形成一層致密的泥皮，阻隔地下水進(jìn)入，形成密封空氣環(huán)境。

泥膜建好之后，進(jìn)行空倉(cāng)試壓，確保泥膜完整。靜壓時(shí)氣泡倉(cāng)液位下降不大于10mm/h，且整個(gè)循環(huán)靜壓過(guò)程中無(wú)明顯液位、氣壓異常波動(dòng)，制膜完成。

3.3氣密性實(shí)驗(yàn)

（1）計(jì)算停機(jī)位置切口泥水壓力。根據(jù)土力學(xué)相關(guān)計(jì)算理論，采用水土分算原則進(jìn)行水土壓力的計(jì)算。

（2）降液位。將泥水倉(cāng)內(nèi)泥漿采用壓縮空氣置換，采用壓縮空氣支撐開(kāi)挖面。

（3）在降液位過(guò)程中，觀察空壓機(jī)流量與空壓機(jī)出口壓力波動(dòng)曲線，若空壓機(jī)出口壓力曲線異常波動(dòng)，則停止降液位并迅速回升液位。

（4）觀察三到五個(gè)小時(shí)，若無(wú)明顯液位波動(dòng)，說(shuō)明氣密性良好。

3.4帶壓進(jìn)倉(cāng)作業(yè)

第一次開(kāi)倉(cāng)由經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)工程師進(jìn)行倉(cāng)內(nèi)情況的鑒定，對(duì)掌子面地質(zhì)情況，泥膜建立情況，查看刀盤及刀具的磨損情況，對(duì)是否能進(jìn)倉(cāng)工作作出判斷。

進(jìn)倉(cāng)前準(zhǔn)備工作：

（1）進(jìn)倉(cāng)作業(yè)前檢查隧道內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、空壓機(jī)的運(yùn)行是否正常。

（2）醫(yī)護(hù)人員與專業(yè)操倉(cāng)人員配備齊全，突發(fā)情況及時(shí)作出反應(yīng)。

（3）檢查儀表及其他配件情況。endprint

在所有準(zhǔn)備工作及應(yīng)急保障工作具備后，開(kāi)始帶壓進(jìn)倉(cāng)作業(yè)，作業(yè)期間注意觀察掌子面穩(wěn)定性。

4風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)對(duì)措施

4.1倉(cāng)門漏漿

作業(yè)人員關(guān)閉倉(cāng)門后進(jìn)入主人倉(cāng)開(kāi)始減壓時(shí)，氣墊倉(cāng)液位異常波動(dòng)，主人倉(cāng)與泥水倉(cāng)之間的倉(cāng)門有氣體與泥漿滲入，危及作業(yè)人員生命安全。

緊急處理措施

（1）將泥水倉(cāng)液位降低至倉(cāng)門以下；

（2）降低泥水倉(cāng)切口水壓；

（3）對(duì)人倉(cāng)加壓至與掌子面平衡；

（4）排出主人倉(cāng)內(nèi)泥漿；

（5）人員轉(zhuǎn)移至副倉(cāng)減壓。

漏漿原因分析：帶壓作業(yè)人員換刀完成進(jìn)入主人倉(cāng)時(shí)，倉(cāng)門螺栓未擰緊或密封墊損壞便開(kāi)始升泥水倉(cāng)液位。當(dāng)人倉(cāng)內(nèi)壓力降低，泥水倉(cāng)壓力上升，因壓力差導(dǎo)致泥水倉(cāng)氣體和泥漿滲入主人倉(cāng)。

4.2泥膜破損

泥膜破損原因分析：因換刀作業(yè)開(kāi)挖面長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，會(huì)造成開(kāi)挖面泥膜失水收縮開(kāi)裂以及部分位置的泥膜脫落，導(dǎo)致泥膜密閉性能不佳甚至開(kāi)挖面不穩(wěn)定。

處理措施：

回升液位。在確認(rèn)旁通循環(huán)穩(wěn)定后打開(kāi)通往泥水倉(cāng)的閥，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)排泥流量差來(lái)小流量持續(xù)補(bǔ)漿。同時(shí)持續(xù)開(kāi)啟上部排氣閥，確保泥水倉(cāng)氣體能夠及時(shí)排出，不會(huì)擊穿開(kāi)挖面逸散至土體中。液位回升完畢后，用具有一定指標(biāo)濃度的泥漿通過(guò)一定次數(shù)的循環(huán)靜壓來(lái)修復(fù)泥膜。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)福州地鐵2號(hào)線帶壓換刀作業(yè)總結(jié)以下要點(diǎn)：

（1）掌子面泥膜的建立。由于砂、卵石地層滲透系數(shù)高達(dá)到35～55m/d，地層孔隙較大，建立泥膜尤為重要，需建立滲透性泥膜和泥皮型泥膜保證作業(yè)安全需要。

（2）選擇合適的支護(hù)壓力。支護(hù)壓力設(shè)定不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致地下水涌出，開(kāi)挖面坍塌、江底河床沉陷、開(kāi)挖面失穩(wěn)等重大事故，按照水土分算計(jì)算理論壓力后，將實(shí)際設(shè)定稍高于理論值，保障安全。

（3）倉(cāng)門的密封性能。倉(cāng)門密封出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)給作業(yè)人員帶來(lái)極大風(fēng)險(xiǎn)，必須保持倉(cāng)門密封的良好，要確定倉(cāng)門密封好后進(jìn)行下一步工作。

（4）換刀位置選取及刀具的運(yùn)輸。盡量選取3點(diǎn)鐘及9點(diǎn)鐘方向換刀，節(jié)省人員體力，高效換刀。

（5）當(dāng)盾構(gòu)機(jī)需要穿越強(qiáng)度大于50MPa的構(gòu)筑物時(shí)，需要更換滾刀才能順利通過(guò)。

本文針對(duì)福州地區(qū)富水砂層及穿越烏龍江實(shí)際情況，總結(jié)江底富水砂層帶壓換刀工程要點(diǎn)，可供類似工程作參考。

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