盾構在機場下方富水砂卵石地層帶壓換刀施工技術

揭定前

（中鐵建大橋工程局集團第二工程有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程簡介

1.1 工程概況

成都地鐵10號線二期工程土建1標由兩個盾構區間構成：雙流西站～2#風井盾構區間、2#風井～機場2航站樓站盾構區間。后者左線長4171.012m，右線長4061.572m，依次下穿機場滑行跑道、國航維修基地后到達1#風井進行檢修換刀，二次始發后依次下穿中航貨站作業棚和900m停機坪區域、173號登機廊橋、G指廊，到達雙流機場2航站樓站。盾構區間穿越地層主要為砂卵石和中等風化泥巖，地下水富集。

在下穿900m停機坪區域時，為保證盾構刀具正常工作和降低掘進風險，以保證停機坪下的沉降要求，需在合適的位置進行檢刀換刀，而機場停機坪下方無法采用常規的常規的“降水+地層加固”方法進行，故采用帶壓開倉的方法進行檢刀換刀。

1.2 帶壓開倉位置選取

帶壓開倉位置選取在拼裝環號1283環處，刀盤切口里程ZDK11+11581.211，此處盾構機盾尾離開聯絡通道6m，刀盤離機場行車道3.5m，選取原因如下：

1）盾體所處位置地面為機場地面服務車輛停放處，目前已打圍施工，打圍持續時間滿足帶壓開倉換刀期間，方便帶壓開倉過程和結束后的地面應急處置；2）此處避開了機場地面的管線和高桿燈等；3）盾構機已連續掘進通過聯絡通道，避免了帶壓開倉對后續冷凍法聯絡通道施工地層的影響。

1.3 帶壓開倉處地質條件

帶壓開倉處洞身所處地層主要為3-5-3中密卵石土地層，并存在砂層。拱頂埋深19.45m，拱頂至水位線深度為11m，滲透系數k約為0.027～2.01m/d，平均為0.44m/d。

2 土倉壓力確定

頂部開挖面至地表主要為砂卵石地層少量粘土層，深度為19.49m；頂部開挖面至地層水位線深度為11m；經改良的碴土浮重密度為2000kg/m3，內摩擦角φ=0°；原狀地層土體浮重密度為2130kg/m3，原狀地層內摩擦角φ=45°，水的密度為1000kg/m3，粘聚力c=0。

計算土壓力為：

主動土壓力：

主動水土壓力：

故本次土倉保壓設定為2.0bar。

3 施工工藝流程

3.1 停機準備

1）渣土改良，為便于螺旋輸送機排渣并形成泥膜效應，盾構機在掘進1279、1280、1281、1282時同時使用泡沫劑和膨潤土對渣土進行改良，具體為泡沫六路全開每路流量20L/min，膨潤土流量為25L/min。

2）同步注漿，為保證管片背后氣密性效果良好，管片背后必須填充密實且同步注漿必須填充飽滿，將停機前10環的同步注漿量控制在6m3（比正常掘進段多注約1m3）。

3）雙液漿環封，為防止盾構機后方的水因漿液填充不實等原因匯入土倉，在盾尾后方采用雙液漿環封形成之水環［1］。盾構機在掘進1281環時開始在1274環進行雙液漿環封，連續環封4環（1274、1275、1277、1279），邊掘進邊注，1182環掘進完成，1179環封完成。注漿順序為先底部再兩側最后頂部，注漿孔位梅花型間隔錯開。水泥水玻璃雙液漿配比為水泥漿 （水泥：水）：水玻璃溶液 （水玻璃：水） =3（1：1）：1（1：1）。同時，1182環掘進完成后在盾尾注入3m3膨潤土，以防止停機過程盾尾被同步漿液和雙液漿包裹。

4）克泥效注入，為進一步防止后方匯水和減少盾構機被雙液漿和同步漿液包裹固結的風險，同時防止長時間停機和換刀過程中刀盤轉動造成盾體上方土體沉降，在盾體上方注入克泥效。盾構機在掘進1281環、1282環時，連續兩環在中盾上方徑向孔連續注入克泥效，注入量為400kg/m3，每個徑向孔的注入壓力要達到4bar。

3.2 渣土置換

雙液漿環封及克泥效注入達到要求后，開始用土倉隔板上部11點位球閥往土倉內注入高密度膨潤土進行渣土置換，注入膨潤土使土倉壓力達到3bar，用螺旋輸送機往外排渣，同時持續往土倉內注入高密度膨潤土。置換過程土倉壓力≥2.0bar，當＜2.0bar時立即暫停出渣，待土壓上漲到3.0bar后再恢復出渣，當螺旋口渣土膨潤土含量增大，達到60%停止出渣，以0.6r/min的速度轉動刀盤一圈，并記錄刀盤轉向，再次用螺旋出渣，直到膨潤土含量增大到60%左右停止出渣，渣土置換完成。置換過程對出渣量進行統計便于后期回填倉量計算［2］。

3.3 盾構機后退

為方便盾構刀具的更換，將盾構機往后退8～10cm，此過程在拼裝模式下操作，首先將不帶傳感器的油缸回收2cm，然后用遙控器循環點動回收帶傳感器的4根油缸，讓盾構機后退，同時持續往土倉注入高密度膨潤土讓土倉壓力保持在2.0bar以上（土倉壓力降得過快可暫停回收油缸，待壓力恢復到3bar再進行），當盾構機后退量達到2cm后把不帶傳感器的油缸收回2cm，再用遙控器循環點動回收帶傳感器的4根油缸，讓盾構機后退，4個循環后盾構機后退8cm完成。

3.4 泥膜建立

盾構機后退完成后持續往土倉內注入高密度膨潤土進行護壁滲透，當壓力達到3bar時停止注入，靜置滲透后壓力會逐漸降低降到2.8bar左右，再繼續注入膨潤土。同時安排人員排查盾尾、螺旋、鉸接、地面是否存在滲漏現象。

3.5 氣體保壓實驗

1）膨潤土置換，膨潤土護壁滲透完成后開始進行氣體置換膨潤土：用注漿管將土倉壁上4點為和8點為球閥連接至漿液車，然后將空氣平衡系統壓力設定在3.1bar（避免土倉壓力高，打開閘閥時膨潤土反向進入平衡體統管路，造成堵塞），緩慢打開土倉壁平衡系統閘閥，查看平衡系統工作情況，同時開始記錄空壓機加載和卸載時間。打開土倉壁上兩個球閥開始置換膨潤土，放膨潤土球閥的開度以土倉壓力能穩定在3.1bar為宜。當球閥放出的全是氣體則置換完成，打開人閘旁邊的土倉壓力監測表球閥，正常壓力顯示為3.1bar。

2）保壓實驗，膨潤土置換完成后進行保壓試驗：將平衡系統壓力緩慢調至2.0bar，整個試驗過程為2h，過程中土倉壓力無波動，空壓機加載和卸載時間穩定，則保壓實驗成功滿足開倉條件。

3.6 過程管控

開倉前再次清點進倉的工具，進倉人員到位后對本倉需要完成的工作和注意事項進行交底，所有管理人員根據分工到位到崗，安全管理員通過氣體檢測口對艙內氣體情況進行監測確認后，進倉人員進入人倉，關閉人倉門開始加壓，加壓速率為0.1MPa/mim。加壓完成后，進倉人員打開土倉閘門旁邊壓力平衡球閥和觀擦口球閥，確認土倉內是否有水，確認無水完成后緩慢打開土倉閘門，觀察掌子面情況穩定則開倉成功。

倉內作業過程中隨時關注和詢問艙內情況并記錄，通過攝像頭監督倉內情況和檢刀、換刀情況、螺栓復緊情況。空壓機記錄員每10min記錄一次空壓機加載和卸載時間，隨著時間的推進加載時間會慢慢變長，保持時間會慢慢變短，當加載時間＞1min，或保持時間＜10s時建議重新建立泥膜。

每組作業人員進倉時間為5h，進倉加壓過程30min，工作時間3h，減壓出倉過程90min。減壓和加壓過程嚴格按照規范要求進行。

4 填倉復推

檢刀換刀工作結束后人員和換刀機具撤出土倉和人閘，根據進倉機具清單對進行核對，避免長大的工具例如撬棍等遺落土倉內卡進螺旋。確認完畢后通過膨潤土注入管路，向土倉內注入惰性漿液以填充，注入壓力需＞2.0bar，當回填充方量＞之前的出渣方量約0.5m3時關閉保壓平衡系統球閥，繼續注入惰性漿液至土倉壓力穩定在2.0bar，停止注入。待車輛及掘進材料準備到位后開始推進，推進過程中加強地面檢測。

5 結語

經過本次帶壓開倉檢刀換刀，為后續停機坪等風險源的穿越提供了設備保障，也成功嘗試了高密度膨潤土在大埋深、高水壓、富水砂卵石地層中作為泥膜護壁材料的應用。