張恒忠（上海地鐵咨詢監(jiān)理科技有限公司，上海 200032）

近年來，隨著國內(nèi)地鐵建設的高速發(fā)展，地鐵工程不僅在大中城市陸地下穿行，越來越多的地鐵線路常常還要下穿江、河、湖、海。海底隧道往往線路區(qū)間距離超長，且不易或無法在海床上增加工作井，再加之地質(zhì)的特殊情況，盾構(gòu)在推進過程中刀具磨損嚴重，就必須在區(qū)間內(nèi)進行查換刀具。如果查換刀具點的水文、地質(zhì)情況無法滿足常壓查換刀條件，就必須在帶壓情況下查換刀具，帶壓查換刀工作風險極大。有些地鐵工程在帶壓查換刀過程中出現(xiàn)過安全事故，既造成現(xiàn)場一些人員傷亡、財產(chǎn)損失，也對地鐵工程推進速度造成嚴重影響，還造成嚴重的社會負面影響。如何在保證工期、確保安全前提下進行查換刀具，一直困擾著各參建方（尤其是業(yè)主方）。筆者希望介紹的案例能給其他地鐵的各參建方起到參考作用。

1 工程概況

青島市地鐵 8 號線工程大洋站～青島北站區(qū)間共長約7.8 km，兩側(cè)陸域段共長 2.4 km；海域段共長約 5.4 km，海域段西側(cè)長 2.5 km（采用礦山法工法），海域段東側(cè)長約 2.9 km，采用泥水盾構(gòu)工法。泥水盾構(gòu)于 2 號風井始發(fā)，在膠州灣海底與西側(cè)礦山法隧道對接（海底對接段），棄殼接收。線路最大坡度為 28‰，區(qū)間最小埋深約為 26.49 m，最大埋深約為 51 m，區(qū)間襯砌環(huán)外徑 6.7 m，襯砌厚度 0.35 m。筆者介紹的就是海域段東側(cè)泥水盾構(gòu)帶壓查換刀施工監(jiān)理監(jiān)控內(nèi)容。

2 水文和地質(zhì)情況

2.1 水文情況

本工程區(qū)間海域段為膠州灣北部區(qū)域，地表水為海水，海水受潮汐影響，整體水深自西向東加大，最高潮位水深 3 m～11 m；地下水賦存方式主要為第四系松散巖類孔隙潛水、風化基巖孔隙水和構(gòu)造基巖裂隙水三種。

2.2 地質(zhì)情況

區(qū)間海域段主要穿越地層為盾構(gòu)區(qū)間穿越主要地層為：? 中粗砂（石英含量 47%～57%），?1粉質(zhì)黏土（石英含量 15%～25%），?11強風化火山角礫巖（石英含量 25～65%），?13強風化泥質(zhì)砂巖（石英含量15%～50%），?8-2強風化凝灰?guī)r（砂土狀碎裂巖），?11-2中風化火山角礫巖（石英含量 25%～65%），?13中風化泥質(zhì)粉砂巖（石英含量 15%～50%），?8-2中風化凝灰?guī)r（塊狀碎裂巖），?8微風化凝灰?guī)r，?8-3微風化凝灰?guī)r（JL）。海域段共穿越 2 條斷裂帶（F3 和 F4 斷裂帶），其中 F3 斷裂帶長 90 m、F4 斷裂帶長 613m。

圖1 東側(cè)過海段總平面圖

3 盾構(gòu)開倉（帶壓檢換刀具）作業(yè)風險分析

依據(jù)類似工程的施工經(jīng)驗和實際工況分析，主要安全風險如下。

（1）職業(yè)?。p壓病、氣壓性損傷、氮麻醉、氧中毒、中暑等）。

（2）意外傷害（重物砸傷及工具傷、滑倒摔傷或墜落傷、氣體中毒、倉門打開時機械傷害、設備誤操作意外停電、空壓機故障等）。

（3）擊穿覆土層（計算水土壓過高、泥膜質(zhì)量不能滿足要求或保壓設備不穩(wěn)等因素）。

（4）掌子面失穩(wěn)（地層斷面穩(wěn)定性差、泥膜質(zhì)量差、水土壓力設定不合理等因素）。

（5）盾尾后方涌水（盾尾刷油脂不足、同步注漿不到位、環(huán)箍注漿不到位等因素）。

4 監(jiān)理控制措施

4.1 進倉查換刀位置及前后范圍預確定

監(jiān)理部深知帶壓查換刀作業(yè)安全風險極大，科學合理確定查換刀位置至關重要，總監(jiān)帶隊組織專業(yè)監(jiān)理工程師、施工單位土建技術(shù)人員、地質(zhì)勘探技術(shù)負責人、設計負責人等成立專業(yè)小組，共同對地質(zhì)報告進行細致、深入研究分析，再結(jié)合盾構(gòu)刀具材料、品牌、耐磨性能及盾構(gòu)施工經(jīng)驗，首先確定查換刀位置初選原則如下。

（1）優(yōu)先選擇巖層穩(wěn)定、上部巖層覆蓋多及掌子面為全斷面硬巖地層。

（2）適合壓氣換刀地層：粉質(zhì)土層透水性差，壓氣效果較好。

（3）隧道正上方存在不小于 3 m 的黏土層且地下水位在黏土層以上。

（4）隧道正上方不存在砂層及淤泥層等孔隙比大、壓縮系數(shù)大的地層。

（5）盾構(gòu)掘進地層中的石英含量作為選擇預設查換刀位置/距離的一項重要依據(jù)。

明確查換刀位置初選原則之后，把初選位置及前后范圍編制成專項施工方案，報專業(yè)小組審核、審批，組織專家組進行咨詢，完善專家咨詢意見，組織專家進行評審、簽字確認；最后報總監(jiān)審批。

最終確定查換刀位置如下：海域段左線、右線預設查換刀具地點各 7 個，前后范圍 50 m（更換點情況略）。

4.2 進倉方式的判斷

當泥水盾構(gòu)掘進到預確定查換刀位置或盾構(gòu)掘進參數(shù)異常（初步判斷為刀具異常）時，要及時安排做好查換刀停機準備工作，在準備工作完成后，總監(jiān)組織各參建方一起對進倉方式進行判斷選擇。進倉方式分常壓和帶壓兩種方式。常壓進倉方式需滿足以下兩個條件：（1）掌子面穩(wěn)定，即掌子面沒有掉塊、圍巖完整性好；（2）泥水倉液位穩(wěn)定，即先把泥水倉液位降至1/2～1/3處，再把氣墊倉氣壓逐步緩慢降到常壓狀態(tài)，泥水倉液位基本沒有變化或變化很小處于可控狀態(tài)。常壓進倉查換刀工作效率高、風險小，具體管控措施不在文中贅述。如果不能滿足上述兩個條件就必須選擇帶壓進倉方式。筆者主要對帶壓進倉方式管控措施進行詳細講解。

4.3 帶壓進倉查換刀前監(jiān)理管控措施

4.3.1 監(jiān)理對進倉前現(xiàn)場準備工作檢查驗收

（1）監(jiān)理旁站注漿過程及注漿效果驗證。

同步注漿。盾構(gòu)到達預先設定的進倉里程點之前的 10環(huán)，應保證同步注漿效果，確保管片壁后空隙填充密實，無流水涌入刀盤，注漿壓力略大于氣墊倉的設定壓力即可。

環(huán)箍注漿。在掘進至開倉位置后，對脫出盾尾的3～5 環(huán)進行止水環(huán)箍注漿，以達到成圈的止水環(huán)箍，防止盾尾的來水通過盾殼與開挖面的間隙流至前倉，保證前方土倉內(nèi)土體的穩(wěn)定性。注漿采用水泥與水玻璃雙液漿進行封堵，封堵時根據(jù)泥水倉壓力控制注漿壓力，維持此壓力3 min～4 min 即可停止注漿，初凝時間控制在 6 h 左右。

盾體注入膨潤土漿液。主要目的是：減少前、中盾在后續(xù)復推過程中的摩擦阻力，對前中盾環(huán)向四周起到一定的潤滑作用，最大程度降低總推力消耗；在盾體與巖面空隙注入膨潤土漿液形成第二道防水線，阻擋盾尾后部地下水滲入土倉內(nèi)?，F(xiàn)場監(jiān)理對上述注漿過程進行旁站并做好旁站記錄，漿液凝固后進行效果驗證。

（2）盾尾刷油脂注入檢查驗收，主要防止盾尾后部地下水通過盾尾刷空隙滲入至隧道內(nèi)，油脂管道注脂壓力控制在 10 bar～14 bar，注入油脂量約 240 kg～480 kg，現(xiàn)場監(jiān)理全過程旁站、做好記錄并驗收簽字。

（3）監(jiān)理對泥膜建立和保壓實驗進行全過程見證。

泥膜建立。泥膜建立的好壞，很大程度影響掌子面穩(wěn)定性及掌子面滲漏水情況，因此泥膜建立過程控制是監(jiān)理管控工作重中之重。

第一步，采用比重為 1.1～1.15、黏度為 20 s～23 s 的稀泥漿進行約 6 h 的大循環(huán)漿液置換，使?jié){液在掌子面地層中形成較厚的泥膜滲透帶。

第二步，采用比重為 1.15～1.2、黏度為 25 s～30 s 的泥漿再進行約 6 h 的大循環(huán)漿液置，使?jié){液在開挖面表面進一步形成較厚的致密泥皮，靜止 2 h 后觀察液面穩(wěn)定情況。

第三步，當氣墊倉液位完全穩(wěn)定后，進行開挖倉氣體置換密封實驗。降壓或升壓的過程中，嚴格控制降升速度，液面變化的速度控制在 2 cm/min 之內(nèi)，切口壓力波動控制在設定值的 ±0.1 bar 之內(nèi)。

第四步，當氣體置換完畢并停止泥漿循環(huán)之后，為了確保在長時間進倉作業(yè)過程中開挖倉內(nèi)泥漿質(zhì)量的穩(wěn)定，必須采用黏度不小于 100 s（膨潤土 200 g，水 1 000 g，HS-3 15 g），比重不小于 1.2 的高濃度高質(zhì)量泥漿直接用同步注漿泵注向開挖倉。確保掌子面穩(wěn)定。

保壓實驗。在保壓實驗開始前，通過 Samson 系統(tǒng)將壓力最終設置為盾構(gòu)機切口壓力值；通過 samson 系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，保持氣墊倉和泥水倉氣壓穩(wěn)定。保持氣壓工作狀態(tài)持續(xù)不得低于 2 h，必要時延遲試驗時間，通過觀察氣壓的變化情況、保壓試驗前后渣土情況和監(jiān)測地面沉降情況，來判斷切口面是否穩(wěn)定、泥膜質(zhì)量是否良好。保壓實驗完成后確定進倉工作壓力。

4.3.2 總監(jiān)組織關鍵節(jié)點條件驗收會

監(jiān)理檢查驗收現(xiàn)場準備工作完成后，總監(jiān)立即組織各參加單位負責人及青島市市政管理處領導召開開倉前條件驗收會，會上主要審核、檢查內(nèi)容如下：檢查開倉查換刀專項施工方案及安全技術(shù)交底情況，專項應急預案及演練情況；審核帶壓進倉查換刀分包單位資質(zhì)（潛水作業(yè)）報審、開倉（換刀）人員培訓結(jié)業(yè)證書、潛水員證及空氣潛水證、體檢報告等；檢查設備報驗及調(diào)試情況(包括：氣體檢測設備、空氣、通風、保壓系統(tǒng)、壓力表、儲氣罐、空氣罐、防爆電話、安全閥監(jiān)測報告等)；監(jiān)測方案、基準點已復測合格，監(jiān)測控制點、監(jiān)測點已按監(jiān)測方案布置及并測取初始值情況；應急物資是否齊全并運送至施工現(xiàn)場，機械設備等已安裝調(diào)試完成情況；進一步核實、確認監(jiān)理現(xiàn)場旁站、驗收記錄；如果上述內(nèi)容全部滿足要求，關鍵節(jié)點驗收通過，可立刻安排帶壓開倉查換刀開始。

4.4 帶壓進倉查換刀過程中監(jiān)理管控措施

4.4.1 入倉前，洞內(nèi)監(jiān)理核對內(nèi)容

（1）進倉操作人員，倉外服務人員、監(jiān)督人員、管理人員是否到位，是否與人員分工表一致。

（2）按照工器具清單檢查作業(yè)所需工具設備材料是否齊備、是否一致。

（3）核查對入倉操作人員安全技術(shù)交底書內(nèi)容：本倉具體工作內(nèi)容，預定的工作壓力、加壓時間、工作時間、減壓時間是否明晰，是否符合規(guī)范，是否與方案一致。

（4）再一次檢查顯示儀表、供暖裝置、鐘表、溫度計、氣體檢測儀器、電話、緊急電話及閥門、倉門密封件是否干凈，是否有效。

4.4.2 入倉后，監(jiān)理工作要點

（1）洞內(nèi)監(jiān)理工作。監(jiān)督關閉主倉倉門并確保正確鎖好，操倉人員要通過對講機一直與坐在主倉中的人員聯(lián)系；觀察倉外氣壓表并做好記錄、觀察倉內(nèi)人員反應是否正常；監(jiān)督保證倉內(nèi)有一定通風量；記錄進倉后加壓時間、工作時間、減壓時間，如有異常立刻上報。

（2）地面監(jiān)控室監(jiān)理工作。觀察倉內(nèi)壓力；觀察倉內(nèi)液位變化情況；監(jiān)督施工單位在監(jiān)控室的指揮人員、值班人員 24 h 在崗。

4.4.3 出倉時監(jiān)理工作

監(jiān)督嚴格執(zhí)行出倉時壓力慢慢降低，通過人倉減壓方案減壓后離開人倉；跟蹤了解出倉人健康表現(xiàn)情況。第一倉人員出倉減壓后離開、第二倉人員入倉，不停歇地進行循環(huán)，直到查換刀具工作完成。

5 效果評價

本工程海域段泥水盾構(gòu)隧道區(qū)間長 2.9 km，歷經(jīng)約17 個月，左右線盾構(gòu)從 2 號風井始發(fā)到海底對接段棄殼接收，左右線共經(jīng)歷 4 次常壓查換刀，10 次帶壓查換刀工作；帶壓工作壓力設定最小為 3.5 bar、最大 5.1 bar，時間最短一次 7 d、時間最長一次 20 d，共換下各類刀具 300 余把，整個過程中無任何安全、質(zhì)量事故發(fā)生，且進度比計劃工期提前一個多月。業(yè)主認為監(jiān)理工作認真負責、監(jiān)控方法科學合理、監(jiān)管力度到位、表現(xiàn)突出，一次性獎勵監(jiān)理單位 50 萬元，同時監(jiān)理單位也得到青島市行政監(jiān)管部門通報表揚和高度肯定。