李春杰

摘? 要：文章以廈門(mén)市軌道交通2號(hào)線二期工程某區(qū)間土壓平衡盾構(gòu)在上軟下硬（上部為凝灰熔巖殘積黏性土，下部為微風(fēng)化凝灰熔巖）的地層施工中遇到盾構(gòu)推力、刀盤(pán)扭矩、出渣溫度等參數(shù)出現(xiàn)明顯增大且刀盤(pán)頻繁卡死等情況，為保證工程的安全順利進(jìn)行，采用帶壓開(kāi)倉(cāng)技術(shù)進(jìn)倉(cāng)更換刀具及清理障礙物，實(shí)施效果良好，可為同類(lèi)工程提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：WSS注漿;泥膜建立;保壓試驗(yàn);壓力設(shè)定

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）05-0128-03

1 概述

隨著城市地鐵興建，盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，尤其是在軟硬不均地層掘進(jìn)施工時(shí)，盾構(gòu)易出現(xiàn)推力大、刀盤(pán)扭矩異常、渣溫異常等情況，易造成刀具偏磨損壞，使施工安全風(fēng)險(xiǎn)加大。因此，及時(shí)開(kāi)倉(cāng)檢查更換刀具是降低盾構(gòu)施工的關(guān)鍵舉措。廈門(mén)軌道交通2號(hào)線某區(qū)間全長(zhǎng)1143.350m，采用土壓平衡盾構(gòu)法施工，開(kāi)挖直徑6.48m，盾構(gòu)在掘進(jìn)至400環(huán)位置處存在基巖凸起，導(dǎo)致刀盤(pán)刀具磨損嚴(yán)重，需進(jìn)行帶壓進(jìn)倉(cāng)進(jìn)行刀具檢查及更換。

2 工程概述

盾構(gòu)停機(jī)開(kāi)倉(cāng)位置隧頂覆土深度約14.4m，該處地質(zhì)情況由上至下分布主要為<1-2>素填土、<8-1-2>粉質(zhì)粘土，隧道通過(guò)的地層主要為<11-3>凝灰熔巖殘疾粘性土、<12-1>全風(fēng)化凝灰熔巖、<12-2>散體狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖、<12-5>微風(fēng)化凝灰熔巖，為典型的上軟下硬的復(fù)合地層。

由于基巖凸起段地處馬鑾灣片區(qū)，原上覆地表為魚(yú)塘蝦塘等水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，地下水豐富，供給量充沛，地下水位埋深1.1～2.8m，區(qū)間砂層分布的承壓水其承壓性明顯，承壓水頭較高。

3 施工特點(diǎn)

在上軟下硬的地層中帶壓開(kāi)倉(cāng)施工保壓措施采用“WSS注漿加固+膨潤(rùn)土建泥膜”的方式，其特點(diǎn)如下：

（1）地面注漿加固采用WSS工法實(shí)施，WSS工法采用AB液（水玻璃和磷酸）和AC液（水玻璃和水泥漿）兩種漿液對(duì)地層加固止水處理。

（2）AB液具有良好的止水性，能夠調(diào)節(jié)固化時(shí)間，漿液固化后不收縮、對(duì)地下水無(wú)污染，是一種綠色環(huán)保材料。

（3）AC液具有強(qiáng)度高的特點(diǎn)，同時(shí)也能夠調(diào)節(jié)凝固時(shí)間，有效控制地層沉降。

（4）泥膜的建立，泥膜采用鈉級(jí)膨潤(rùn)土配置，要求漏斗粘度達(dá)到60～80s，主要為了保證帶壓開(kāi)倉(cāng)時(shí)土倉(cāng)的密封效果。

4 施工原理

盾構(gòu)停機(jī)后，首先對(duì)盾構(gòu)前盾、中盾、盾尾及土倉(cāng)注入膨潤(rùn)土，主要起到防止注漿加固時(shí)抱死問(wèn)題。其次，施工止水環(huán)，起到盾尾隔水作用，保證土倉(cāng)內(nèi)無(wú)水涌入，同時(shí)對(duì)盾體前方及上部的土體進(jìn)行WSS地面注漿加固，達(dá)到穩(wěn)定地層的目的;最后，通過(guò)泥膜建立、土倉(cāng)密封檢查及保壓系統(tǒng)調(diào)式等，滿(mǎn)足規(guī)范驗(yàn)收后，才能進(jìn)倉(cāng)作業(yè)。帶壓進(jìn)倉(cāng)施工工藝流程如圖2所示。

5 施工控制要點(diǎn)

5.1 盾尾止水環(huán)施工

在施作止水環(huán)時(shí)，應(yīng)從盾尾后3～6環(huán)進(jìn)行二次注漿雙液封堵，保證漿液充分與管片包裹，防止帶壓開(kāi)倉(cāng)過(guò)程中地下水涌入，同時(shí)也防止在保壓過(guò)程中氣壓從盾尾泄漏影響保壓效果。

（1）注漿前，用同步注漿管路向盾尾后方注入比較粘稠的膨潤(rùn)土，保護(hù)注漿管路和盾尾。

（2）從盾尾第3環(huán)向第6環(huán)開(kāi)始連續(xù)注漿，共計(jì)4環(huán)。主要通過(guò)管片吊裝孔注入雙液漿，雙液漿配合比例為：水玻璃：水=1：2（體積比），水泥：水=1：1（質(zhì)量比），水泥漿：水玻璃=1：1（體積比）。注漿完成后，在相應(yīng)的管片上開(kāi)孔檢查密封效果，無(wú)明顯流水為合格。

（3）注漿過(guò)程中，以注漿壓力為主，注漿量為輔的原則，壓力控制在0.2～0.35MPa，同時(shí)注意觀察土倉(cāng)壓力變化防止?jié){液竄入土倉(cāng)。如果有變化應(yīng)當(dāng)停止注漿，并適當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)，防止固結(jié)刀盤(pán)。

5.2 WSS注漿加固

WSS注漿加固范圍為盾構(gòu)刀盤(pán)切口環(huán)前3m以及切口環(huán)后2m，加固深度為隧道下3m，在盾構(gòu)體范圍內(nèi)的為盾體上2m，注漿孔采用1.5m梅花形布設(shè)。

5.4 泥膜建立

土倉(cāng)泥膜由鈉基膨潤(rùn)土和水絆制的高粘度泥漿形成，通過(guò)盾構(gòu)拌漿罐由注漿泵注入土倉(cāng)，泥膜泥漿每立方米配合比為80～100kg（膨潤(rùn)土）：10kg（水），粘稠度控制在60～80s，泥漿比重控制在1.1～1.15之間，泥漿注入量控制在約24m3左右。具體操作步驟如下：

（1）通過(guò)螺旋機(jī)出土將倉(cāng)內(nèi)土方高度降至盾構(gòu)機(jī)中心軸線位置。制作泥膜前，鉸接長(zhǎng)度宜伸長(zhǎng)50～80mm，有助于撤銷(xiāo)盾構(gòu)頂力后換刀作業(yè)。

（2）通過(guò)1#加泥加水管向土倉(cāng)頂部注入膨潤(rùn)土漿液，當(dāng)土倉(cāng)頂部壓力大于2.0bar的時(shí)候，開(kāi)始進(jìn)行渣土置換，過(guò)程中如果倉(cāng)內(nèi)壓力過(guò)高，加大出土，持續(xù)注入膨潤(rùn)土?？刂仆羵}(cāng)頂部壓力在2.0bar左右，此過(guò)程盡量少轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)，如遇出土不暢，短時(shí)間低速轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)（轉(zhuǎn)速0.2-0.4）。

（3）渣土置換完成后，關(guān)閉螺旋機(jī)閘門(mén)，進(jìn)行1-2小時(shí)的保壓，頂部壓力2.0bar以上。

（4）準(zhǔn)備好第二批膨潤(rùn)土溶液，開(kāi)啟螺旋機(jī)閘門(mén)，完成第二次渣土置換;頂部土壓力維持在1.4-1.5bar，持續(xù)觀察2h，頂部土壓力低于1.4bar，需補(bǔ)充注入膨潤(rùn)土，第二階段排土與第一階段排土總量控制在2/3土倉(cāng)容量左右，即22m3左右，等壓力穩(wěn)定之后，靜待6-12h，使膨潤(rùn)土充分進(jìn)入掌子面及周邊地層，形成密封泥膜，施工中盡量將膨潤(rùn)土滲入到土層中，采用壓力差的方式增加膨潤(rùn)土的滲透量。

（5）打開(kāi)排氣口球閥，進(jìn)行疏通，確保暢通無(wú)泥土，然后接入平衡閥氣管，并設(shè)定保壓控制柜壓力值為1.4bar，保壓2h，如果地面隆沉在5～-10mm以?xún)?nèi)，無(wú)泄氣冒泡現(xiàn)象，氣壓穩(wěn)定且變幅不超過(guò)0.05bar時(shí)，則證明泥膜氣密性良好。

圖4 泥膜形成現(xiàn)場(chǎng)照片5.5 設(shè)備保障措施

在帶壓開(kāi)倉(cāng)前應(yīng)對(duì)開(kāi)倉(cāng)所涉及的設(shè)備進(jìn)行全面排查，確保設(shè)備在開(kāi)倉(cāng)作業(yè)過(guò)程中正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（1）全面清潔人倉(cāng)，檢查倉(cāng)門(mén)的密封情況：清潔密封接觸面，確保倉(cāng)門(mén)密封效果，檢查刀盤(pán)操作箱操作是否正常;檢查測(cè)試防爆電話(huà)是否能使用;檢查壓力表安全閥、壓力記錄儀、空氣流量計(jì)、加熱器、照明燈等設(shè)備是否正常，壓力表、安全閥需由有資質(zhì)的檢測(cè)單位進(jìn)行鑒定，壓力記錄儀做功能性檢測(cè)。

（2）全面調(diào)試土倉(cāng)自動(dòng)保壓（samson）系統(tǒng)，確保管路通暢、系統(tǒng)正常工作，盾構(gòu)自帶2套保壓系統(tǒng)，應(yīng)分別檢查調(diào)試，根據(jù)預(yù)定的開(kāi)倉(cāng)土壓進(jìn)行調(diào)試，確定壓力變送器安全可靠，確保2套系統(tǒng)工作正常。需對(duì)盾構(gòu)配置的空壓機(jī)，包括濾芯、油位、排氣閥、油氣分離器、三聯(lián)件等進(jìn)行全面檢測(cè)，檢測(cè)供氣系統(tǒng)中的空氣凈化器、過(guò)濾器，檢測(cè)空壓機(jī)儀表及控制元件，保證空氣供應(yīng)正常。

（3）配備滿(mǎn)足施工要求的備用空壓機(jī)及備用電源在壓氣作業(yè)期間，必須保證電力不中斷，盾構(gòu)機(jī)絕不允許出現(xiàn)跳電的情況。

5.6 帶壓開(kāi)倉(cāng)實(shí)施

（1）進(jìn)倉(cāng)前準(zhǔn)備工作

進(jìn)倉(cāng)之前，再一次檢查儀表、供氣、排氣、通訊、照明、保壓、溫度計(jì)、緊急電話(huà)及閥門(mén)、倉(cāng)門(mén)密封是否干凈;再一次檢查作業(yè)所需工具設(shè)備材料是否齊備地放置在倉(cāng)內(nèi)。

（2）保壓試驗(yàn)

a.為防止保壓系統(tǒng)進(jìn)氣管路堵塞，把進(jìn)氣孔改至土倉(cāng)壁板最高點(diǎn)的，土倉(cāng)第一次排渣容積為1.505m3，離土倉(cāng)頂部大約60cm位置，并保證上部管路暢通，土倉(cāng)壓力維持在1.4bar。

b.第二次排渣將膨潤(rùn)土液位降到土倉(cāng)人閘門(mén)及保壓系統(tǒng)進(jìn)氣孔以下位置（2點(diǎn)-10點(diǎn)位置），并保證上部土壓計(jì)全部漏出來(lái)，保壓系統(tǒng)壓力設(shè)置為1.4bar，往土倉(cāng)加氣，土壓維持在1.4bar，3h后觀察土倉(cāng)壓力變化及保壓系統(tǒng)及空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示證明自動(dòng)保壓系統(tǒng)運(yùn)行良好，土倉(cāng)壓力沒(méi)有大的波動(dòng)，滿(mǎn)足規(guī)范要求，可以進(jìn)行下一步進(jìn)倉(cāng)。

（3）工作人員進(jìn)入副倉(cāng)，關(guān)閉副倉(cāng)倉(cāng)門(mén)，使用電話(huà)與人閘值班員保持聯(lián)系，依照主倉(cāng)加壓程序達(dá)到副倉(cāng)的壓力平衡。

（4）開(kāi)啟保護(hù)倉(cāng)與主倉(cāng)之間的壓力平衡閥，消除兩倉(cāng)之間的氣壓差，用氣體檢測(cè)儀檢查土倉(cāng)內(nèi)氣體，確保無(wú)有害氣體后才能進(jìn)倉(cāng)作業(yè)。

（5）進(jìn)倉(cāng)：擰松土倉(cāng)門(mén)鎖緊裝置，先開(kāi)一條縫，再緩慢開(kāi)啟，防止土倉(cāng)內(nèi)泥漿或渣土突然涌入人倉(cāng)。

（6）進(jìn)入土倉(cāng)。打開(kāi)土倉(cāng)門(mén)后，先站在門(mén)口觀察土倉(cāng)內(nèi)液位及掌子面穩(wěn)定性，確保掌子面無(wú)塌落及漏水情況，人員進(jìn)入土倉(cāng)，開(kāi)始相關(guān)作業(yè)。

（7）減壓出倉(cāng)工作

檢查所用工具保證所有工具帶出土倉(cāng)，人員全部進(jìn)入人倉(cāng)后，土倉(cāng)和氣倉(cāng)之間的土倉(cāng)門(mén)關(guān)閉，土倉(cāng)和氣倉(cāng)的連通閥關(guān)閉，氣倉(cāng)和人倉(cāng)之間的氣倉(cāng)門(mén)關(guān)閉，嚴(yán)格按照減壓方案進(jìn)行減壓。

5.7 恢復(fù)掘進(jìn)

換刀工作結(jié)束后，待人員與設(shè)備撤出土倉(cāng)和人閘后，啟動(dòng)刀盤(pán)，恢復(fù)掘進(jìn)（暫時(shí)不出土），為確保前部掌子面的穩(wěn)定性，恢復(fù)掘進(jìn)時(shí)，必須采用回填土的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)土壓代替氣壓。

6 結(jié)束語(yǔ)

土壓平衡盾構(gòu)在上軟下硬的復(fù)合地層中帶壓進(jìn)倉(cāng)的技術(shù)要求較高，風(fēng)險(xiǎn)難度較大，其中土倉(cāng)掌子面泥膜的建立及土倉(cāng)壓力的設(shè)定與計(jì)算是盾構(gòu)帶壓開(kāi)倉(cāng)施工成功的關(guān)鍵。廈門(mén)軌道交通2號(hào)線某區(qū)間盾構(gòu)在上軟下硬的復(fù)合地層中成功完成帶壓開(kāi)倉(cāng)施工，并取得了良好的效果，為今后類(lèi)似工程提供了參考和經(jīng)驗(yàn)，降低土壓平衡盾構(gòu)在復(fù)雜地質(zhì)情況下帶壓開(kāi)倉(cāng)施工的風(fēng)險(xiǎn)。

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