淺談土壓平衡盾構帶壓開倉技術

高棟

摘要：盾構開倉是盾構施工過程中必不可少的環節，熟練掌握盾構開倉技術對盾構施工之安全、進度等管理極其重要。

關鍵詞：盾構機;帶壓開倉;膨潤土;泥膜

引言

盾構施工應預先根據盾構區間地質情況、區間長度、盾構刀具耐磨性等情況制定開倉換刀計劃，確定換刀地點及換刀方法。開倉換刀地點的選取應盡量避免在建筑物、城市主干道及管線下方。

1.盾構開倉位置的選擇

盾構開倉前宜預先確定開倉作業地點，并對地勘報告中開倉位置地質穩定性進行評估。開倉作業地點宜選擇在地層較穩定或地面環境保護要求較低的地段。主動進倉點要綜合考慮地質條件與周邊環境條件，要避開管線、建（構）筑物、水體、地層分界面、交通路口等;被動進倉點應盡量選擇地層較穩定段。

2.盾構開倉前準備工作

2.1開倉氣壓的確定

帶壓進倉首先要對開倉氣壓進行確定，且關鍵要確定的是氣壓的下限，再根據人體可承受的氣壓值，考慮一定的安全系數。壓氣壓力的選擇，因覆土厚度、地層滲透性、隧道直徑、地下水埋深而異。理論上，土艙氣壓值應根據空倉底部的水土壓力值確定，在進行壓氣作業前應進行壓氣實驗，確定需要多大氣壓才能達到止水及土體的自穩。

2.2地層透氣量的確定

盾構掘進過程中通過保壓試驗，統計盾構在該地層保壓過程中持續不斷每分鐘加氣量，估算開倉位置地層的透氣量，開倉期間通過盾構設備供氣彌補地層透氣損失量。

2.3有限空間作業審批

進倉作業應嚴格按照有限空間作業相關規定，嚴格執行審批程序，確保進倉人員安全。嚴格遵循先檢測、后作業的原則，并在作業過程中加強通風換氣，對倉內氧氣、有害氣體、可燃氣體濃度保持連續檢測。缺氧或檢測儀器出現報警時，必須立即停止作業，迅速撤離作業現場。

2.4作業人員準備

壓氣作業人員必須有相關施工經驗、經過培訓且體檢合格，作業前進行技術、安全交底，告知作業注意事項。

2.5設備及材料準備

為保證倉內氣壓穩定，應提前配備大容量空壓機及備用空壓機并調試到位，開倉期間持續補充壓縮空氣。同時做好盾構各系統檢查及泥膜形成材料、用電設備、消防設施、用水設施等各項準備工作。

2.6地下水封堵

開倉前應做好盾尾注漿、盾尾油脂、管片封環、盾體外封堵、螺旋機密封、管片背部止水等措施。

2.6.1盾尾注稠漿

在盾構停機前3～5環掘進中同步注漿用稠度較大的惰性漿液，注漿量為平常同步注漿量的1.2倍，使盾尾后空隙充分填充，防止注雙液漿時漿液流入盾尾。

2.6.2注盾尾油脂

在盾構停機前加大盾尾油脂注入量，使每道油脂腔充滿油脂，并且油脂壓力大于同步注漿壓力，防止注漿漿液進入盾尾刷。

2.6.3管片雙液漿封環

在盾尾后第5環和第6環兩環管片一周注雙液漿，形成完整密封環，阻止成型隧道外地下水沿管片外流向盾構土倉。

2.6.4盾體外封堵

通過前盾徑向注漿口向盾殼外注入粘度大于80s（馬氏漏斗）的膨潤土濃漿，使盾體外充滿膨潤土，阻止盾殼外地下水滲入土倉。

2.6.5螺旋機密封

螺旋機需提前檢查密封情況，并復緊螺栓，必要時采用聚氨酯或環氧樹脂進行密封。

2.6.6管片背部止水

盾尾后第3環、第4環注聚氨酯或環氧樹脂材料以防止地下水涌入。

2.7渣土置換

置換渣土時，螺旋機從土倉底部排渣，同時啟動手動加氣，隨時調整土倉壓力。土倉內渣土排出2/3后，停止螺旋機排渣。通過膨潤土系統向土倉頂部注入膨潤土泥漿，同時逐步關閉手動加氣，膨潤土充滿土艙2/3后，開始保壓。整個過程需嚴格控制出土量，確保土艙壓力基本穩定。

2.8泥漿滲透成膜

保壓時膨潤土泥漿的壓力必須高于預定的進倉氣壓，膨潤土泥漿注入壓力應比地下水壓力高1.2bar～1.4bar。過程中如果土倉壓力有下降，則從土倉上部小流量補充膨潤土泥漿。隨著滲透時間延長，滲透量越來越小，2～3h后不需要補充膨潤土泥漿仍能保持壓力穩定，則地層縫隙基本被填充，可以進行成膜階段工作。

滲透完成后，用高粘膨潤土調制粘度大于80s的泥漿，置換土倉內大比重泥漿。保持土倉壓力，每隔3h從土倉中部放漿取樣測試一次，如果取樣泥漿粘度小于60s則進行泥漿置換，如粘度大于60s則不需置換。保壓持續6小時不需要補充泥漿則可判定泥膜制作成功，否則延長成膜時間。保壓成膜過程可持續12小時，使泥膜厚度增厚，加強泥膜保壓的可靠性。

2.9土倉氣密性試驗

泥膜制作完成后，首先打開進入土倉的自動加氣閥門，從土倉中部緩慢放漿或螺旋輸送機緩慢放漿，放出的泥漿與補充的壓縮空氣體積應相當（即倉內壓力不能降低），直至放完土倉上半部泥漿。該過程必須時刻關注供氣管壓力，如供氣管壓力接近土倉壓力說明泥膜閉氣效果差，應立即停止放漿，繼續制作泥膜。

如供氣管壓力遠大于土倉壓力，說明漏氣量小，可繼續放漿，放漿完成后，土倉上半部空間為壓縮空氣，空氣自動保壓系統自動維持倉內壓力穩定。觀察半小時，土倉上部和中部壓力穩定，供氣管壓力較高且不下降，空壓機不頻繁啟動，證明土倉內壓縮空氣保壓良好，具備帶壓進倉條件。

3.帶壓進倉

3.1人倉氣密性試驗

人倉是作業人員進入土倉進行維修和檢查的轉換通道，進入土倉的工具和材料也由此通過，通常情況下人倉處于無壓模式，帶壓作業時處于加壓模式，而氣密性試驗是通過升壓、降壓試驗來檢查人倉門、土倉門、倉壁上各種管路是否露氣。

按施工經驗，從0升壓至設計值（3.6bar）不超過10min即為合格，降壓操作過程通常會出現土倉門漏氣現象，造成氣壓降不到0bar，按施工經驗若降壓后氣壓能小于0.3bar，則為安全，若氣壓降不到0.3bar，需要帶壓進行土倉門的密封處理。

3.2帶壓進倉檢查

為進一步判斷掌子面地質情況和刀具磨損情況，首先必須由專業工程技術人員進倉對掌子面地質情況和穩定性進行評判，同時對刀盤、刀具磨損情況進行檢查，確定換刀方案和帶壓進倉前的各項準備工作。一般情況下，每組有效帶壓作業時間為3h左右，工作結束后按既定減壓方案進行減壓、出倉，下一組人員進倉。

作業人員入閘流程：進入主倉并關閉閘門→打開主倉內雙層帶狀紙記錄器→關閉主倉和副倉之間閘門→確保操作管理員和閘內人員之間電話聯系→緩慢打開“向主倉通風”球閥→向主倉內增壓達到操作壓力→打開土倉與人閘間聯通閥門確認無水流出→打開通向土倉的閘門→進入土倉作業，通向土倉的閘門必須保持打開狀態。

3.3帶壓進倉作業

應先將作業工具、刀具等物品全部運入人倉，作業人員進入人倉。帶壓作業時應注意上部孤石并及時處理。富水砂卵石地層，泥膜對土倉密閉性非常重要。進倉作業不可破壞泥膜，如破壞，應及時調制泥漿進行修復。必須時刻觀察泥膜有無開裂現象，如開裂嚴重，存在風險，需退出再次進行泥漿置換，形成泥膜。

3.4倉門關閉確認

倉內作業完畢后、關閉倉門前，應對土倉及刀盤前方進行全面檢查，避免工具、雜物遺留在倉內。

4.減壓出倉

出倉過程分為減壓→停留→減壓→停留，直至壓力降至常壓即減壓結束，完成出倉程序。

結束語

盾構開倉是盾構施工過程中必不可少的環節，且開倉過程安全風險高、對工程進度影響大，熟練掌握盾構開倉技術對盾構施工之安全、進度等管理極其重要。