黃澤群

（中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510420）

0 引言

地鐵盾構施工位于較深地層中，存在較多不可預見性因素，影響盾構機順利掘進，例如，刀盤結泥餅處理、孤石及硬巖處理、刀盤刀具磨損嚴重需進行檢查和更換等，都會對施工作業(yè)造成影響。其中，帶壓開倉換刀作業(yè)存在極大的風險，需要特別重視。

1 帶壓開倉技術原理

盾構機在帶砂層的復合地層掘進時，為防止盾構機在帶砂層的復合地層掘進中超方，導致地面沉降或塌陷，盾構施工中通常以快速通過為原則，減少盾構機停機時間。如因刀盤貫入度不夠、刀具偏磨造成渣溫過高，泡沫系統(tǒng)發(fā)泡效果不佳和加水不足等原因，導致刀盤結泥餅，則需帶壓開倉清理泥餅。而帶壓開倉的重難點為土倉保壓是否穩(wěn)定。因此本技術工藝原理主要為減少土倉內氣體流失，自動保壓系統(tǒng)加氣和排氣平衡，使土倉內形成相對“密閉”的空間。

2 帶壓開倉技術的控制要點

2.1 盾構機安全開倉原則

當前，盾構機開倉換刀主要利用人工形式進行，因此需要保障底層的穩(wěn)固堅實，禁止塌方等情況出現(xiàn)。為切實保障施工人員人身安全，開倉作業(yè)必須堅持按計劃開倉，開倉地質條件安全，盡量避免對地面環(huán)境造成影響，人員快進快出及開倉點預先設定等準則，如無特殊情況不能被動開倉。

2.2 盾構帶壓進倉作業(yè)的安全控制

地鐵隧道盾構掘進地段環(huán)境繁雜，不僅孤石眾多，而且河流叢生、建筑密布。同時，包括了大量被風化過的多種形式基巖，有的地段還會出現(xiàn)不同程度的斷面硬巖現(xiàn)象。受限于地質條件的特殊制約，盾構機在掘進穿越隧道時，機械設備的多處刀具及刀盤均會出現(xiàn)不同程度的磨損現(xiàn)象，故操作人員要根據(jù)實際情況對刀具展開全面細致的檢查，有必要利用帶壓形式展開作業(yè)。

2.3 開倉作業(yè)的地面監(jiān)測

在實際的開倉檢驗作業(yè)中，盾構機所用的刀盤前方附有2個可供地表數(shù)據(jù)監(jiān)測的顯示面，機械自身原有5個監(jiān)測點用以監(jiān)測地面，以每2h為一個檢測節(jié)點，分時間段對開倉后的地面實體參數(shù)予以檢查，確保其在正常狀態(tài)下運行。

3 盾構帶壓開倉技術的應用案例

3.1 工程概況

某軌道交通工程屬于典型的地鐵隧道區(qū)間項目，線路總長度2114.066m。區(qū)間采用盾構法施工，圓形斷面。區(qū)間隧道線間距為12m～27.5m，拱頂埋深約為10.2m～23.0m。且受限于現(xiàn)場實際拱頂埋深米數(shù)的影響，技術人員特選用盾構法施工，循序作業(yè)。依據(jù)前期的地質勘察資料可知，該施工地段土層分布較多，屬上軟下硬地層，抗壓程度較一般，地質條件略差，故在盾構機掘進時會出現(xiàn)不同程度的減壓及保壓情況，為解決該項問題，必須要將區(qū)域內的土體抗壓程度控制在12.6MPa～47.1MPa之間，以保證施工安全。

3.2 盾構機選型

在車站區(qū)間，要使用2臺CTE6650土壓平衡盾構機。盾構機的開挖直徑為6680mm，主要組成部分涵蓋主機和配套設備兩大項，主機較為簡單，在此不做過多闡述，后置的配套設備為關鍵組成部分，總長度在85m左右，其承載著整個盾構機的組成形態(tài)及實體操作運行，分橋架和車架2套不同的配置。其中負責掘進的主驅系統(tǒng)是由22組推進油缸主體負責，工作期間的驅動功率可達880kW，掘進速度為80mm/min，非常適用于地鐵隧道的區(qū)間施工作業(yè)。此次選用的盾構刀盤為“四輻條+四面板”形式，加以滾刀、切刀、仿行刀、保徑刀等配置，開挖外徑可達6680mm。

3.3 帶壓開倉關鍵技術分析

3.3.1 準備工作

（1）物料準備。首先要根據(jù)現(xiàn)場的施工條件做好物料清單，按照順序依次準備齊全；其次對機械設備展開全面檢查，確保進倉時各項功能都在正常狀態(tài)下。

（2）空壓機的檢查。對空壓機進行全面的檢驗和養(yǎng)護，具體包括更新濾芯、檢驗油位、電氣與機械體系的運轉試驗等。此外，為了避免受停電影響，必須配備200kW的柴油發(fā)電機及10m3/min空壓機1臺（包括盾構機上配置的2臺空壓機，共計3臺）確保空壓機的正常運行。

（3）手動閘的檢驗。檢驗手動閘箱內部的燈具、緊急聯(lián)系方式、壓力表、氣動閥、密封門等的安裝，確保其正常運行；除此之外，通過護罩空腔壁上的備用孔連接空氣管，并安裝壓力表用于測量土壤倉中的壓力。

（4）增加盾尾密封脂的注射量，促使盾尾密封脂壓力值達到4bar，通過盾構機提供的注油系統(tǒng)，將盾構尾部密封油注入螺桿機安全門，確保氣體不會從螺桿機中外泄。

（5）介于帶壓開倉具備一定的危險性，故在進倉前，操作人員一定要接受系統(tǒng)培訓，且體檢合格。

3.3.2 設備檢查

設備檢查工作不容小覷，操作人員要從機械設備的空壓機及管路方面著手，對盾構機展開全面的設備檢查工作：照明燈具是否處于正常狀態(tài)，緊急電話是否能夠使用，各種壓力表是否處于正常狀態(tài)，各種管路球閥開關是否處于正常狀態(tài)。只有進行充分的檢查，才能確保壓氣作業(yè)時的安全性。

3.3.3 人倉氣密性的試驗工作

在帶壓開倉作業(yè)中，人倉作為關鍵的通行道路，其氣密性試驗及安全狀態(tài)的檢測工作尤為重要。在盾構機帶壓作業(yè)加壓模式期間，人倉的氣密性會隨著隧道的掘進速度及長度產(chǎn)生不同數(shù)值的變化，施工人員要時刻保持氣壓在0.3bar以下狀態(tài)，如此才可安全作業(yè)[1]。

3.3.4 開倉壓力設定

常規(guī)情況下，倉內如無漏氣產(chǎn)生，表示壓力比較大，掌子面會表現(xiàn)得越來越穩(wěn)固；而介于地層自身密封性不高等特點，開倉的壓力數(shù)值倘若超過原有掌子面的受力程度，會隨即產(chǎn)生密封失敗且地面浸水等情況；待開倉的壓力數(shù)值處于較低的狀態(tài)，則進倉人員的健康狀態(tài)能夠保證。因此，要保證掌子面的穩(wěn)固，最大限度防止地面塌陷的情況。

3.3.5 開倉作業(yè)流程

作業(yè)流程為：停機→土倉注膨潤土→出土至入倉口部以下→氣密性試驗→壓力確定→帶壓檢查→帶壓作業(yè)→脫困掘進→恢復正常掘進。需要注意，刀具磨損嚴重或刀盤前形成泥餅造成掘進速度降低或碴溫升高等掘進異?，F(xiàn)象，經(jīng)綜合分析需停機進倉檢查。

3.3.6 開倉泥膜建立

此次施工中，技術人員需在開倉時根據(jù)現(xiàn)場的實際情況展開泥膜的分建工作，并按照黏度≥100MPa·s的規(guī)定范圍來配比膨潤土的泥漿參數(shù)，且將比重控制在1.3g/cm3以下，并以膨潤土∶水∶火堿=510kg∶830kg∶10kg的比例開展配比工作，在填充時確保土倉壓力數(shù)值符合要求[2]。注入膨潤土時，緩慢轉動刀盤持續(xù)時間≥2h，使膨潤土充分進入刀盤周圍土層，形成氣壓保護膜[3]。

3.3.7 氣體檢測

氣體檢測工作操作簡單但也不容忽視，氣體的密封程度合格與否，直接關系到操作人員的安危，故在施工人員進入土倉之前，要對其展開精確的氣體檢測，確保內部空氣質量合格。

3.3.8 壓氣操作

（1）升壓。該項操作可依照不同次數(shù)分別展開，所需壓力數(shù)值建議控制在1.9bar，隨即在不同次數(shù)的壓氣操作中，以倉內實際產(chǎn)生的氣體數(shù)值為標準和依據(jù)，在所有倉門處于關閉狀態(tài)下，科學合理地啟動進氣閥設置，循序漸進提升倉內的氣壓，確保其始終在一個平衡的狀態(tài)下運作。升壓第一分鐘倉壓不能超過0.025MPa，加壓速度不得超過0.015MPa/min，便于后續(xù)作業(yè)安全有續(xù)展開，且再度加壓要等到癥狀全部消失后才可以進行。

（2）穩(wěn)壓。當升壓達到預定值后，入倉值班員對進氣流量、出氣流量等進行調節(jié)。氣壓達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)后，與工作人員聯(lián)系，讓其打開平衡閥，如果出現(xiàn)壓力波動，值班員要隨時調節(jié)，時刻確保壓力保持穩(wěn)定狀態(tài)，能夠有空氣流入。

（3）開倉。作為帶壓作業(yè)的重要環(huán)節(jié)，開倉也具備一定的技術操作。首先在第一步開倉時，操作人員不可全力將其打開，需以縫隙的方式緩慢開啟，這樣做可避免渣土突然涌出；其次在開倉之后，要對倉內現(xiàn)有的影像資料予以記錄并上傳，由專業(yè)人士或項目負責人對掌子面的實際情況做出判斷，與此同時對盾構機的刀具磨損情況予以檢查[4]。

（4）減壓。作業(yè)人員完成相應工作退入主室后，關閉主室與氣倉隔離門，緩慢減低主倉壓力。減壓作業(yè)按每0.03MPa壓力段分段進行，每分段停留時間和減壓時間應嚴格按相關規(guī)定執(zhí)行[5]。

根據(jù)本工程的實際情況，操作人員使用了階段減壓對倉體展開減壓工作，依照減壓→穩(wěn)壓→穩(wěn)壓減壓→再穩(wěn)壓→再減壓的步驟循序開展，并對流程的壓力值控制在規(guī)定的范圍值之內。在對1.2bar減壓過程用時10min，穩(wěn)壓10min；1.2bar～0.9bar減壓過程用時6min，穩(wěn)壓15min；0.9bar～0.6bar減壓過程用時6min，穩(wěn)壓3Omin；0.6bar～0.3bar減壓過程用時6min，穩(wěn)壓40min；0.3bar～0bar減壓過程用時6min，然后人員出倉。

3.3.9 刀具檢修

（1）施工準備。施工人員按照換刀方案，預先準備施工時使用的刀具及工具，同時將下井施工所用的工具和需要替換的刀具放置在施工場地。

（2）刀具檢查及換刀分兩個階段實施。首先，清洗刀盤并檢驗刀具是否完好，按照刀盤和刀具表層的結泥狀況再進行清理工作，清洗過程中需密切關注刀具的磨損狀況；其次，主要是替換刀具，一是替換耗損嚴重的刀具，二是改良或替換下面幾種刀具：38#、39#、40#、41#邊滾刀進行墊高，挖掘直徑至6.29m；替換梁上所有12把邊刮刀，致使邊刮刀的挖掘直徑為6.28m。

（3）清理刀盤及刀具檢查。清潔和更換刀盤時，應合理組合，盡可能縮減刀盤的運行次數(shù)；施工人員應了解并控制現(xiàn)場作業(yè)工藝。使用高壓清潔機將刀盤清洗干凈，在清洗過程中盡可能降低對礃子面的影響，由刀盤的中心位置向周邊擴散進行沖洗，確保高壓清潔機的噴口向下沖刷，利用同向扭轉刀盤來完成整體刀盤的清洗工作。

（4）更換刀具標準及依據(jù)。檢查刀盤，記錄磨損刀盤號并拍照留底。更新刀具要符合以下條件：前滾刀環(huán)磨損20mm時、邊沿滾刀刀環(huán)磨損10mm時、中心滾刀刀環(huán)磨損25mm時，即更換新的刀片。

（5）換刀程序。刀頭旋轉到需要換刀的位置（前端和邊緣區(qū)域），風鎬工人鑿坑時，坑的體積和刀的體積大體一致，坑鑿好之后將所需替換的刀轉到坑中，拆刀工人先拆掉防護帽，利用氣動扳手拆卸液壓錘楔螺釘上的螺母，拆下夾板和液壓錘楔螺釘；在兩個刀環(huán)之間使用鋼絲套，用導鏈慢慢拉動，將其從夾緊槽中提起，滾刀與刀座分離。此時，刀具拆卸器將刀具取出，并將其運出土倉。

將新刀具（前部和邊緣區(qū)域的刀具）運輸?shù)酵寥纻}后，刀具安裝工人將新刀具的軸號反轉到刀盤的中心，放入刀架，然后慢慢推動刀架中的夾緊槽，推動軸楔螺釘并旋轉90°，使其與刀軸的斜面重合，然后安裝夾板并擰緊螺母（螺栓扭矩見刀頭或刀盤安裝圖設計標準），涂抹硅膠，擰緊防護帽。

刀頭旋轉到需要換刀的位置（中心滾刀），風鎬工人展開鑿開作業(yè)，當坑的體積是刀的一半時將坑鑿好，將所需更換的刀具旋轉到基坑中，拆卸刀具，先利用氣動扳手拆卸4顆螺栓，拆卸雙面楔塊后，在2個刀環(huán)之間使用鋼絲套，用導鏈慢慢拉動（維持水平和垂直角度），將刀具拉出刀座，中心滾刀離開刀座，這時拆卸工人完成拆刀任務，輸送出密封倉庫；新刀具輸送至密封倉庫后（核心區(qū)域的刀具），組裝工人將刀具軸號反轉到刀盤的中心，慢慢推至刀架底端（維持橫向和縱向的角度），然后安裝雙面楔塊，擰緊4道螺栓（螺栓扭矩見刀頭或刀盤安裝圖，先對角切割中心區(qū)域的四個螺栓，然后按圖紙設計要求進行緊固）。

（6）換刀規(guī)定及注意事項。更換刀具時應鎖定刀盤，更換下刀具時打開刀盤并旋轉它；刀盤旋轉前，土倉內全部人員務必撤離至盾構機并關閉土倉，刀盤停止旋轉并確定礃子面穩(wěn)定后，操作人員便可進入土倉開始施工。清洗刀盤、鑿坑等產(chǎn)生空氣污染和灰塵作業(yè)時，必須佩戴防護面罩；電焊、氣割產(chǎn)生火花時，確定是否有可燃氣體；必須在現(xiàn)場提供必要的治療創(chuàng)傷和燙傷的藥物和擔架。禁止壓氣人員進行重復作業(yè)，每班工作時間保證在6h之內。

（7）帶壓檢測。在施工人員完全進入副倉時，要以此時具體的系統(tǒng)程序對存在于主副倉間的氣壓予以處理，做到兩者氣壓平衡狀態(tài)，如此方可進入盾構機的主倉開始操作。兩人帶著壓力進入倉內（一人工作，一人負責聯(lián)絡和指揮），倉內的檢驗時間設定為2h。刀具的檢查方法主要有操作者攀爬刀具輻條，借助專用的儀器設備予以檢查。

3.3.10 恢復掘進作業(yè)

在一切的開倉操作結束后，隨即可開展連續(xù)的掘進作業(yè)。需要注意的是，在掘進之前，建議將膨潤土填充在倉內有氣壓的部位，可以很好地避免超挖現(xiàn)象的不定時產(chǎn)生，進而降低地面沉降。

4 結束語

本區(qū)間盾構穿越了多個既有的建筑物，施工范圍大且深，涉及多個土層的掘進作業(yè)，工序復雜多樣，且在整體帶壓開倉操作中，遇掌子面水量大的危險地段，運用了特殊的方式予以應急處理，為后續(xù)的相關作業(yè)提供了安全可靠的施工環(huán)境和有利條件，這在國內的同類工程中也極為少見。文中所闡述的帶壓開倉工序可作為指導資料，為業(yè)界同仁參考和借鑒。