軌道交通區(qū)間盾構(gòu)帶壓開倉技術(shù)

曹海波

（中交<廣州>建設(shè)有限公司， 廣東 廣州510000）

1 工程概況

廣州市軌道交通十二號線工程，全長37.6km，沿線共設(shè)站25 座，其中換乘站17 座。官洲站～大學(xué)城北站區(qū)間起訖里程Z（Y）DK43+626.350～Z（Y）DK44+806.741，左右線長均為1180.391m，區(qū)間內(nèi)設(shè)置2 座聯(lián)絡(luò)通道。為在安全的環(huán)境下順利推進(jìn)施工進(jìn)程，在該區(qū)間的左右線處分別設(shè)4 處常壓（帶壓）進(jìn)倉點(diǎn)，以便在盾構(gòu)施工期間及時完成刀具的更換操作，縮短中途間隔時間。

2 帶壓開倉簡介

在對軟巖、含水豐富地段進(jìn)行挖掘時，因為地層的自穩(wěn)能力幾乎為零，所以必須由盾構(gòu)機(jī)對地層提供穩(wěn)固的支撐并確保壓力合格，刀倉內(nèi)的各項工作將采用帶壓進(jìn)倉的方式進(jìn)行施工。通過將壓縮空氣引入盾構(gòu)機(jī)土倉，實(shí)現(xiàn)了帶壓情況下打開倉的目的，從而在盾構(gòu)機(jī)前方的刀盤與外部土層之間形成封閉的壓氣空間。采用空氣壓縮作為承壓原材料，確保土層的穩(wěn)定性，使施工隊能夠安全進(jìn)入穩(wěn)定的壓氣空間，并及時對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行換刀檢查。引入空氣壓縮壓力值，確保地表水不易滲入土倉。在項目建設(shè)過程中，根據(jù)項目建設(shè)的具體情況，需要注意地層無塌方發(fā)生為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，參考開倉處水土壓力，一般不超過2.5bar。

作為盾構(gòu)施工的一種技術(shù)措施，帶壓開倉作業(yè)主要有兩大應(yīng)用優(yōu)勢：一是在處理當(dāng)?shù)貙訔l件不好而又必須進(jìn)行刀具檢查及更換時，可以節(jié)省地面加固的時間及費(fèi)用；二是當(dāng)出現(xiàn)刀具必須檢查或更換，而地層條件不穩(wěn)定，須進(jìn)行加固才能開倉時，由于地面建構(gòu)筑物、地表環(huán)境等原因無法在地面對地層進(jìn)行加固時，只能通過帶壓開倉作業(yè)來進(jìn)行換刀等工作。在項目建設(shè)過程中，根據(jù)項目建設(shè)的具體情況，需要注意以下幾個方面：

（1）采用分階段排土、加壓的方式操作；

（2）設(shè)定土壓力低于工作面最終壓力0.1～0.2bar；

（3）在開倉過程中保持此壓力，控制在可控范圍內(nèi)；

（4）當(dāng)需要添加原料以確保土體的氣密時，倉內(nèi)應(yīng)注入膨潤土漿液，并將刀盤旋轉(zhuǎn)，使倉庫中的土層與膨潤土充分混合，從而在開挖表面產(chǎn)生厚的泥皮，以保證其氣密性；

（5）在保證開挖安全性的情況下，土建工程師應(yīng)確定土倉的穩(wěn)定性；在開挖坑表面出現(xiàn)異常時，立即組織人員從土倉退出，關(guān)閉倉門；

（6）應(yīng)設(shè)置兩個以上的通信網(wǎng)絡(luò)，以保持相關(guān)機(jī)組與壓力倉內(nèi)外、道路和室外機(jī)組之間的通信暢通。如有異常，應(yīng)立即聯(lián)系；

（7）路面建（構(gòu)）筑物、地下管線由專職人員監(jiān)督管理。如果發(fā)現(xiàn)任何異常，立即要求識別并報告解決方案。

3 開倉風(fēng)險分析

3.1 開倉風(fēng)險

開倉后需要完成的任務(wù)很多，如對土倉內(nèi)污泥的清除、對刀盤控制面板的檢查、內(nèi)外工具的維護(hù)、拆卸和更換、疏通泡沫管等。可以打倉四天，但務(wù)必確保礃子面和筒體的頂部安全穩(wěn)定，因為開倉的風(fēng)險也系于刀盤和筒體頂部和礃子面。帶壓開倉時，雖然可通過壓力控制保持掌子面穩(wěn)定，但也存在較大風(fēng)險：

（1）操作不當(dāng)導(dǎo)致作業(yè)時氣壓壓力急劇變化，作業(yè)人員輕則會肺泡壓破導(dǎo)致減壓病，重則會導(dǎo)致癱瘓或生命危險；

（2）由于隧道施工作業(yè)面狹小，對作業(yè)人員的急救措施較難到位；

（3）壓氣作業(yè)作為一種新的特種作業(yè)行為，社會和行業(yè)都未建立健全相關(guān)的作業(yè)規(guī)程和安全防護(hù)要求，目前是根據(jù)潛水員標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)。

3.2 確保開倉安全必須采取的措施

開倉措施如下：

（1）對管片注漿孔的灌漿應(yīng)從盾尾第5～7 圈的盾尾進(jìn)行。

（2）開啟倉門，檢測土倉地下水情況，判斷礃子面穩(wěn)定和滲水情況在允許范圍之內(nèi)時，進(jìn)入倉內(nèi)進(jìn)行作業(yè)。

（3）在非必須條件下進(jìn)行超前注漿措施。

3.3 開倉目的和原則

開倉原則：盡快完成開倉和相關(guān)作業(yè)，縮短開倉時間，確保開倉安全。

開倉作業(yè)的主要目的為：檢查及更換刀具，確認(rèn)刀盤磨損情況和泥餅情況，疏通堵塞的泡沫管。

檢查刀盤和刀具的損壞情況和泥餅情況；

檢查刀具損壞情況（一般正面滾刀刀圈磨損量20mm，中心刀刀圈10mm，邊緣滾刀刀圈10mm）。如果滿足上述類型，請務(wù)必更換滾刀。如果出現(xiàn)斷齒，務(wù)必更換齒刀和刮刀。

出現(xiàn)刀圈偏磨、軸承漏油、刀圈崩裂都必須得換。清除刀盤泥餅；清除土倉泥餅；疏通堵塞的泡沫管。

3.4 開倉前的準(zhǔn)備工作

為了更好地保證工具的不斷創(chuàng)新，我們必須提前做好充分準(zhǔn)備。前期準(zhǔn)備包括：預(yù)計工具拆卸更換的前期準(zhǔn)備、采購工具的前期準(zhǔn)備、人員的前期準(zhǔn)備、隧道施工自然通風(fēng)的前期準(zhǔn)備、離心水泵照明設(shè)備的前期準(zhǔn)備這五大項的提前準(zhǔn)備。由員工自行決定，由相關(guān)工程師確定，總工程師批準(zhǔn)。確保足夠的原材料和設(shè)備。原材料、機(jī)械設(shè)備在投入使用前，由機(jī)電工程師、安全員、現(xiàn)場組長對其安全特性進(jìn)行評價。

3.4.1 人員準(zhǔn)備

帶壓開倉選用有資質(zhì)的單位進(jìn)行，進(jìn)倉前人員需經(jīng)過職業(yè)病醫(yī)院檢查合格后才能進(jìn)倉，患感冒或者流感人員不能進(jìn)倉作業(yè)，進(jìn)倉人員證件齊全。開倉前，組織施工隊對本工程施工過程中常見的操作問題進(jìn)行培訓(xùn)研究。員工培訓(xùn)由機(jī)電部組織，工程部協(xié)助。培訓(xùn)的主要內(nèi)容包含：明確進(jìn)倉目的及工作內(nèi)容；換刀工具的操作及使用；有效布置刀盤和刀具；并能有效區(qū)分刀具的使用；對緊急情況的應(yīng)變能力；泡沫管的疏通；泥餅的解除。

3.4.2 開倉新鮮空氣供應(yīng)準(zhǔn)備

確保拖車上空壓機(jī)工作正常，可持續(xù)供應(yīng)新鮮空氣，用氣管從盾體內(nèi)的備用氣閥接口接入新鮮空氣到土倉內(nèi)，給倉內(nèi)供應(yīng)新鮮空氣，保持土倉內(nèi)空氣質(zhì)量。

3.4.3 刀具檢查前開挖面地層處理

為了更好地加強(qiáng)施工中地層穩(wěn)定性，減少加壓過程中的氣體排放，在停機(jī)器開倉的前一天逐步加氣，以產(chǎn)生并穩(wěn)定前端工作壓力。

開倉前，應(yīng)對土倉內(nèi)的土面進(jìn)行壓低，以確保土倉的閘門打開。卸載過程中，再次觀察并穩(wěn)定前部工作壓力。在土層減少、土壓力穩(wěn)定的情況下，解決開挖表面土體的地質(zhì)結(jié)構(gòu)問題。

時刻關(guān)注主艙壓力表相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值的變化，并收集壓力數(shù)據(jù)。如果氣壓力降至一級壓力值，排氣閥和錦旗閥可以輕松調(diào)整，以在特定時間內(nèi)保持主艙壓力的穩(wěn)定。然后持續(xù)釋放壓力，多次操作后倉庫內(nèi)外壓力相同。

4 帶壓開倉的技術(shù)流程

4.1 泥膜護(hù)壁施工

洗倉，并使盾構(gòu)機(jī)刀盤伸出到180mm 的位置。通過同步注漿機(jī)向土倉內(nèi)注入黏度為30MPa·s（現(xiàn)場測試）膨潤土，當(dāng)土倉壓力保持在1.8bar時，利用螺旋機(jī)出土以此平衡倉內(nèi)壓力。當(dāng)天共注膨潤土31.3m3，螺旋機(jī)出土25.17m3，出土渣樣從粗顆粒慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)樾☆w粒，到次日從土倉壁9點(diǎn)位置取出膨潤土渣樣以測試黏度，為27.8MPa·s（小顆粒較多）。通過管片車放置的二次注漿機(jī)向土倉注入膨潤土，并提升倉內(nèi)壓力到2.1bar，共注膨潤土21.4m3，出土19m3，預(yù)期把膨潤土黏度提升至45MPa·s。從土倉壁9 點(diǎn)球閥取出膨潤土渣樣，測試黏度為52MPa·s，相比于預(yù)期效果要好。應(yīng)用盾構(gòu)機(jī)刀盤可伸縮的功能使盾構(gòu)機(jī)刀盤回縮至50mm 位置，并第二次注射膨潤土，將倉壓調(diào)整至2.5bar，膨潤土黏度調(diào)到50MPa·s，共注進(jìn)土倉6m3，出土5.6m3。倉內(nèi)取渣樣測試黏度57MPa·s，泥膜狀況較好。

4.2 進(jìn)倉人數(shù)與時間

立足于帶壓工作情況，合理規(guī)劃每天的進(jìn)倉班次。每次進(jìn)倉人數(shù)按3人控制，并控制單個班次的作業(yè)時間，不超過5h。按照特定的流程開展帶壓開倉工作。

4.3 進(jìn)倉前的壓力測試

組織無人壓力試驗，全過程中員工均不進(jìn)入。經(jīng)過測試后判斷在試驗壓力條件下主艙和輔助倉各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，給后續(xù)工作的開展提供重要的參考依據(jù)[1]。

關(guān)閉主艙的倉門與密封門、主艙和輔助倉的密封門，然后慢慢打開進(jìn)氣閥，增加主艙的壓力，以便在短時間內(nèi)完成升壓操作。但要避免增壓速率過快的情況，否則將明顯增加壓差，嚴(yán)重干擾員工的正常工作，甚至?xí)ζ渖斫】翟斐晌：Γ缫驂翰钸^大而高度擠壓耳鼓膜。

開啟排氣閥進(jìn)入排氣階段，考慮到現(xiàn)場的安全要求，必須嚴(yán)格控制壓力，避免其在此階段大幅度提高；調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥和排氣閥，通過對兩類閥門裝置的控制將壓力降低速度穩(wěn)定在合理區(qū)間內(nèi)；為滿足現(xiàn)場工作人員正常呼吸、高效作業(yè)的要求，在計算進(jìn)氣流量時，以每人為單位，則流量值必須要＞0.5m3/min。

要實(shí)時留意對于主艙壓力表相關(guān)數(shù)值變化，及時采集壓力數(shù)據(jù)，若氣壓降至第一級壓力值，靈活調(diào)整排氣閥和進(jìn)氣閥，以此來實(shí)現(xiàn)在指定時間內(nèi)，主倉壓力可以對應(yīng)地保持穩(wěn)定性。此后，重復(fù)減壓，經(jīng)過多次操作后使倉內(nèi)外的壓力保持一致。

對于前述所提的加壓和減壓試驗中的各項數(shù)據(jù)均由專員采集并完整記錄，以便根據(jù)數(shù)據(jù)客觀分析。

按照主倉壓力試驗方法完成輔助倉的試驗工作，確保整個過程中壓力滿足特定要求，且完整記錄各項數(shù)據(jù)。

5 帶壓作業(yè)的技術(shù)要點(diǎn)

5.1 帶壓進(jìn)倉

加壓前詳細(xì)檢查各方面情況，包含儀表運(yùn)行情況、通信狀態(tài)、供氣及排氣的順暢程度、倉門密封性等，確保各項條件均正常；并再次檢查設(shè)備材料，明確其類別、數(shù)量等，要求妥善存放在倉內(nèi)。

關(guān)閉主倉、工作倉的倉門及密封門，以緩慢的速度開啟進(jìn)氣閥，使主艙的壓力逐步上升，直至其增加至設(shè)計值為止；再開啟出氣閥，通過調(diào)節(jié)達(dá)到主倉進(jìn)出氣平衡的目的。

安排員工進(jìn)入輔助倉，關(guān)閉該處的倉門，倉內(nèi)人員積極與值班人員取得聯(lián)系，就相關(guān)工作要點(diǎn)展開溝通，由氣壓操作人員加壓。首先，使輔助倉的氣壓增加至0.3bar，由專員完成咽鼓管的調(diào)壓操作，此后穩(wěn)定5min，若該過程中無異常狀況則在15min 左右將該壓力值提升至1.7bar。考慮到兩倉間存在氣壓差的情況，倉內(nèi)控制人員調(diào)節(jié)壓力平衡閥（指設(shè)置在輔助倉與主（倉）間的裝置），待該氣壓差得到有效控制后開啟輔助倉與主倉的密封門，安排專員進(jìn)入主倉。

調(diào)節(jié)壓力平衡閥（設(shè)置在工作倉與主倉間），以便消除兩者間的氣壓差，經(jīng)檢查后若不存在有害氣體則進(jìn)倉操作。期間各項壓力數(shù)據(jù)均由專員記錄，將其填至壓力控制表內(nèi)。

土倉工作全程啟用自動保壓系統(tǒng)，以滿足工作人員的供氣要求，直至實(shí)測值達(dá)到設(shè)定值為止。在施工過程中，及時檢查氣體流量計的具體顯示值，根據(jù)該數(shù)據(jù)采取控制措施，保證土倉維持良好的通風(fēng)狀態(tài)[2]。

5.2 刀具檢查注意事項

基于維護(hù)好掌子面穩(wěn)定性這一前提，負(fù)責(zé)對應(yīng)作業(yè)任務(wù)小組成員要到土倉內(nèi)去仔細(xì)核對刀具是否存在磨損。通常來說，每一個作業(yè)小組人數(shù)要控制在3 人作用，并服從帶壓進(jìn)倉作業(yè)小組的領(lǐng)導(dǎo)。具體刀具檢查方法為：人站在刀盤輻條上，采取目測和利用量具相結(jié)合的方式檢查；在檢查過程中，所有作業(yè)都必須保證安全帶是佩戴好在身上的；由負(fù)責(zé)拍照、輔助與接應(yīng)主倉、主倉內(nèi)保持和外界聯(lián)絡(luò)的3 位作業(yè)人員帶壓進(jìn)艙，等到確定主倉已上升到預(yù)計范圍內(nèi)穩(wěn)定壓力值后，方可打開主倉與土倉之間艙門；正式進(jìn)入到土艙，需率先檢測掌子面是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，確認(rèn)無誤后即由負(fù)責(zé)拍照作業(yè)人員進(jìn)行拍照，必要時還要開啟設(shè)想功能；完成上述步驟后，負(fù)責(zé)檢查刀人員可正式進(jìn)入主艙；保證所有人員都在主艙外情況下，主艙內(nèi)人員才可能將刀盤旋轉(zhuǎn)90°，與此同時，根據(jù)以上環(huán)節(jié)來進(jìn)行循環(huán)作業(yè)，直至刀盤依據(jù)同一轉(zhuǎn)動方向旋轉(zhuǎn)完成270°為止；在結(jié)束拍攝工作后，負(fù)責(zé)拍照人員以及負(fù)責(zé)輔助與接應(yīng)主倉人員要進(jìn)入到主倉內(nèi)且確保土艙門處于緊閉狀態(tài)；主倉降壓，人員出倉。

5.3 刀具更換

滾刀拆卸流程。通過轉(zhuǎn)動刀盤的方式來把準(zhǔn)備進(jìn)行拆卸刀具停止于三點(diǎn)鐘方向→清除螺栓孔→拆卸滾刀壓坑螺栓并取出→借助土艙吊環(huán)來懸掛完成1t 葫蘆，并使用吊帶捆綁待取出滾刀→取出滾刀（撬棍和葫蘆結(jié)合使用）。

滾刀安裝流程。采用轉(zhuǎn)動來把待裝刀具刀箱位置刀箱停止在三點(diǎn)鐘位置→入孔掏空（具體在待裝刀具刀箱深度約200mm 位置）→清潔刀箱→通過手拉葫蘆把待裝滾刀放入刀箱→緊固螺栓。

5.4 質(zhì)量控制與技術(shù)要求

完善準(zhǔn)備階段各項工作。鑒于帶壓進(jìn)倉作業(yè)是屬于較特殊施工，因此相關(guān)操作人員必須要根據(jù)具體指示來全面做好準(zhǔn)備階段各項工作，同時必須要經(jīng)過技術(shù)部門詳細(xì)檢查確認(rèn)后方可正式開展施工[3]。

正式使用前，設(shè)備應(yīng)投入試運(yùn)行。負(fù)責(zé)管理技術(shù)和操作的相關(guān)人員應(yīng)定期維護(hù)和試運(yùn)行盾構(gòu)機(jī)上的自帶設(shè)備；預(yù)埋設(shè)備應(yīng)以電力機(jī)車的形式運(yùn)輸至隧道機(jī)場外，并在進(jìn)入前連接隧道機(jī)。

作業(yè)人員的身體檢查、培訓(xùn)。該項工作應(yīng)委托有經(jīng)驗的事業(yè)單位完成：按照規(guī)定嚴(yán)格篩選進(jìn)倉人員；并開展帶壓作業(yè)注意亊項的交底培訓(xùn)。

管片背后封水。對鄰近盾尾的1～3 環(huán)管片，利用吊裝螺栓孔進(jìn)行周圈定壓定量注漿，達(dá)到管片背后巖層中裂隙水封堵的效果。

切口環(huán)部位封水。通過盾構(gòu)機(jī)前體上的超前注漿孔開展注漿作業(yè)，從而封閉盾殼周圍巖層中的水，如果有必要應(yīng)在拱頂部的孔中打入注漿芯管，并加固地層。

漿液等強(qiáng)。等待齡期通過為8h，此時仍然不能停止轉(zhuǎn)動刀盤，否則會導(dǎo)致刀盤凝結(jié)進(jìn)而不能轉(zhuǎn)動。

5.5 開倉安全保障措施

專門編制關(guān)于開倉作業(yè)以及進(jìn)倉作業(yè)的安全措施方面計劃，并要求全體參加作業(yè)流程施工人員定期開展技術(shù)交底，確定知曉作業(yè)程序及其相關(guān)要求。

在開啟倉以后，務(wù)必要率先明確掌子面是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，只有確保掌子面具有穩(wěn)定性方可進(jìn)入土倉實(shí)施作業(yè)。

全程安排特定的人員時刻關(guān)注掌子面的穩(wěn)定情況，如果出現(xiàn)異常現(xiàn)象，所有人員必須馬上撤離和關(guān)閉倉門。一旦出現(xiàn)坍塌事故，如果實(shí)際情況允許則采取處理措施，如果情況被判定為難以控制時，就一定要立即將倉門關(guān)閉[4-5]。

在開倉前的水壓試驗以及檢查刀具的過程中，應(yīng)設(shè)置在盾構(gòu)切口范圍20m 以內(nèi)設(shè)置警戒線，并安排相關(guān)工作人員按24 小時值班。

5.6 恢復(fù)正常掘進(jìn)

完成刀具的檢查或結(jié)束換刀操作后，若現(xiàn)場無異常狀況，人員與設(shè)備撤出土倉和人閘，則啟用刀盤，繼續(xù)掘進(jìn)。從現(xiàn)場地質(zhì)條件來看，若遇到穩(wěn)定性不足的砂層，在該處恢復(fù)掘進(jìn)時不宜采用土壓代替氣壓的方法，而是向土倉內(nèi)注入適量的膨潤土，并在該過程中減小氣壓。隨著該操作的持續(xù)推進(jìn)，待土壓完全代替氣壓后方可正式恢復(fù)盾構(gòu)掘進(jìn)作業(yè)，此時由專員操作刀盤和千斤頂。

6 結(jié)束語

盾構(gòu)機(jī)在軌道交通區(qū)間隧道施工中取得廣泛的應(yīng)用，帶壓換刀為常見的施工內(nèi)容，其可以直接在洞內(nèi)完成加固操作，不占用地面空間，對周邊的破壞性影響較小，在穿越復(fù)雜地層時具有可行性。本文則對軌道交通區(qū)間盾構(gòu)帶壓開倉技術(shù)展開了分析，希望所闡述的內(nèi)容可供同仁參考。