富水砂卵石地質條件下盾構帶壓進艙施工工藝

關 超

中鐵十六局集團地鐵工程有限公司 北京 130000

1 工程概況

蘭州軌道1 號線一期TJI- 5 項目迎馬區間右線盾構施工中設計帶壓進艙作業，擬定本次帶壓開倉作業的位置為YDK13+400.946。

2 帶壓進艙

2.1 創造帶壓開艙環境

（1）增加同步灌漿量。準確界定帶壓力開艙的具體范圍，根據實際施工進度，在停鉆前5 環適度增加同步灌漿量，提高環外建筑空隙的填充率，保證嚴密性，最大限度減少氣體損失。灌漿量的控制根據現場地層特性（穩定程度、滲透性）而定，可達到表面灌漿量的2.5 倍，為了提升灌漿效果，在增加灌漿量的同時增加灌漿壓力，使參數相匹配。漿液的濃稠度也需適當提高，在此方面可以對凝固時間、漿液比重等參數做合理調整。

（2）應用黏土膜。為了加強泥漿護壁的效果及降低土壤的滲透性，調節漿液的比重和黏稠度需在機器停機前兩環時進行。停機后制備新泥漿，用此部分代替挖掘艙庫的泥漿，在此期間需要控制的是氣壓艙力，要求該值略高于作業壓力0.2～0.5bar，產生良好的黏土膜進行護壁，替換結束后降低刀盤的轉速，維持壓力充足時間，保障黏土膜達到飽滿水平[1]。

（3）密封漏氣通道。①礃子面：關機后，礃子面泥漿將使用良好的新泥漿代替，促使礃子面表面產生良好的泥膜進行護壁，減少礃子面漏風概率[2]。②盾尾：為了挖掘縫隙回填充足，需增加同步灌漿數量，在關機前兩環時進行；盾構尾部后2～5 環處，利用灌漿孔選擇雙漿液重復灌漿，使2～5 環密封；關機后，增加油脂的灌入數量，將盾尾刷密封腔封堵密實，防止氣體從盾尾刷處泄漏。③盾構體：通過盾構機盾構上的高級灌漿孔對中盾構前方土體開始灌漿。（此工序根據實際需要實施）。④以上加固結束后，若有漏風通道，可使用膨脹性物料利用灌漿管道開始密封操作。因膨脹物料接觸到水后進行膨脹，可很好地密封空隙，從而減少漏風率。采用上述方法密封漏風通道時，應避免泥漿回流到開挖艙庫和泥漿凝固于盾構體的問題。

2.2 確定工作壓力，實施保壓實驗

（1）工作壓力測定方式：按照預備開倉施工范圍的地質及水文情況推算出開倉理論施工壓力，根據目前DZ052 的掘進參數以及設備埋深，本次帶壓開倉的參考壓力為2.1～2.2bar；于現場測驗，檢驗實際施工情況，判斷是否與理論施工壓力相符，在對現場狀況形成準確的認識后，確定合適的工作壓力，保證挖掘面的平穩性；較之于施工壓力，帶壓開倉的計劃壓力略增加10～20kPa。

（2）保壓試驗方法。泥水盾構施工期間，保壓的供氣量應得到有效控制，若該值低于供氣能力的10%，且開挖室內的氣壓在2h 內可維持相對穩定的狀態，則表明保壓試驗合格。氣壓開啟環節，若供應氣量超出供氣能力的50%，需停止氣壓作業，用漿氣予以替代，并檢查泥膜的實際狀態，對其進行修復，直至保壓測驗結果滿足要求。

3 帶壓進艙作業

3.1 帶壓開倉作業主要內容

（1）全面檢查刀具，判斷其是否存在磨損現象，若有磨損則進一步明確具體的程度，必要時予以更換，以便后續可繼續施工。

（2）由專員進入開挖倉清理刀盤，檢測刀具的姿態并糾偏。測量期間形成數據記錄，生成書面報告。

（3）以預先確定的刀具更換方案為準提前準備好質量達標的刀具，根據要求進行更換，隨后關閉前倉門。

（4）碎石機經一段時間的運行后可能有異常狀況，為此需及時維修；修復管路及改造前閘門管路也較為關鍵。

（5）人員進倉，確認關閉前閘門。

（6）人員退出，調試常壓進倉。分兩種情況考慮：若常壓成功，則在常壓狀態下安排維修、清理工作；若常壓失敗則帶壓清理碎石機并對其進行檢修，碎石機維修畢帶壓開倉工作即宣告完畢。

3.2 帶壓開倉前設備檢查

（1）盾構安全設備檢查：通風設施、盾構的基礎設施（風、水、電）、通信系統、防護設備、運輸系統[3]。

（2）盾構監控設施檢查：氣體檢測儀器、開挖倉內的壓力傳感器、視頻監控系統。

（3）應急設備檢查：消防設備、應急通信、應急照明、交通設備。

（4）加壓倉檢查：應急保壓氣源設備、應急備用電源、入閘系統、氣壓調節自動保壓系統。需要注意的是，在加壓倉的檢查中，需要充分考慮到顯示儀、加熱系統、溫度計等各類配套設備；此外，需檢查如下幾部分：主倉和中隔板的密封門，判斷其是否存在嚴密性不足的問題；檢查主倉的雙倍條形記錄器，判斷該裝置是否可正常運行。

3.3 土艙氣壓值參數計算

作為盾構帶壓作業的關鍵步驟，土艙氣壓值的計算既要滿足標準數值的規定范圍值，還要以工程的實際情況為依據，對作業場地內的土體厚度和地質條件為基礎作專業的分析，最后遵照以下公式展開相關參數的計算工作，即工作氣壓為：

以現場的實際情況為計算依據，在注漿效果k 值為0.9、1.0、1.1 不同數值的情況下，所得出的土艙氣壓值均在規定值的4.5bar 以下，此時完全可借助壓縮空氣法展開相關的盾構帶壓作業，安全且效率佳。

3.4 帶壓開艙作業程序及要點

（1）對所有帶壓開艙作業人員做針對性技術交底，明確各自的分工和需要完成的工作任務。

（2）帶壓進倉流程直接從主艙進入土艙及從準備艙進入土艙的示意圖見圖1。

圖1 人員進入土艙和通過準備倉進入土艙

3.5 人閘艙帶壓作業操作順序

（1）調節保壓系統。根據盾構站空壓站的實際情況，做全面清理，確認系統無異常狀況后關閉閥門。為便于檢驗和替換刀盤，根據標準利用泄漿泵排出泥水倉的泥漿，排放泥漿時也要充氣保障艙中壓力，防止壓力減小出現開挖面不穩定現象。開啟壓力維持系統的各閥門，實現對空壓站的有效調節，期間加強對泥漿倉內空氣壓力的檢測，要求該值維持穩定或稍微超出原有壓力。

（2）人閘倉操作。由具有資質的人員負責門倉操作，針對各項裝置做全面的檢查，具體包含密封和閥門、加熱體系、顯示器、條形記錄儀、鐘表、溫度計，判斷各自的性能。依據現行規范，完成對艙內的增壓或減壓操作，其中加壓速度以0.05～0.10MPa/ 10min 為宜，以循序漸進的方式實現加壓，降壓則根據《盾構法開倉及氣壓作業技術規范》（CJJ 217—2014）[4]規范操作。

3.6 刀具更換作業要點

創建完善的安全質量責任制，入艙、檢驗刀盤、替換刀具、降壓工作、輸送需要認真根據流程實施。在帶壓開艙和替換刀具程序中，審核工作人員需追蹤勘測地表的發展狀況，入艙人員要經常關注刀盤內水位變化狀況。帶壓施工進程中，應增加各項勘測儀器、空壓機、氣路、電路的勘測，若出現空壓機阻滯需馬上開啟備用空壓機；若停電則開啟內燃發電機；若出現通道漏風，馬上匯報且實時治理。避免出現突發意外狀況，將勘測實時通報帶班指揮員。

4 出艙和恢復掘進

4.1 減壓出艙

釋放包含“減壓、停留、減壓、停留”四個階段，最終將壓力降低至正常大氣壓。詳細步驟為：作業經理打開紙帶錄音機→人員進入主艙→按照《帶壓作業泄壓表》采取減壓方案→閉塞通往土艙的閘門→保證作業經理與閘門內人員維持電話聯系→通過“主艙放氣”球閥和“主艙通風”球閥進行調節，并逐步降低主艙內壓力到第一停留期壓力→維持第一停留期壓力→漸漸減少主艙內壓力到第二停留期壓力→直至減壓結束→操作人員退出艙→作業經理終止錄音機，記錄閘室操作過程。

4.2 恢復掘進

帶壓作業結束后及時將土腔閘門關閉，向艙內灌入膨化的膨潤漿液。并開啟土腔壁上的平均閥，擠出里面空氣，當膨潤土泥漿從平均閥射出時，關閉平均閥。開挖過程中，當土腔壓力達到土壓力平衡壓力時，檢查土腔壓力感應器，禁止灌入膨潤土，慢慢開啟刀盤。待刀盤旋轉一定時間后，殘余土和膨潤土完全交融，可恢復盾構開挖。

盾構恢復掘進過程中，應安排專業人員對地表進行檢查并檢測沉降程度，按照提供的地表勘測數值及時調節挖進參考值，保證盾構作業穩定、安全。盾構通過換刀區后，連續勘測地表沉降程度，同時采用分段提升孔進行隧道二次灌漿。地表通過袖閥管打孔灌漿，灌漿前，安排專業人員對隧道內固定范圍進行勘測。

5 質量保證具體措施

（1）進倉之前，全方位地檢查盾構機人倉系統，確保無異常狀況。

（2）有效清理泥水系統、盾尾，使其保持暢通。帶壓開倉應維持一段時間，在此過程中泥水循環系統保持旁通狀態，此舉的優勢有兩方面：一是維持掌子面的穩定性，二是使其他相關通道也仍然維持暢通的狀態。此外，需要清理干凈盾尾油脂管路、注漿管，以免發生堵塞現象，在清理時可以采取高壓水、高壓氣流等方式。冬季溫度較低，泥水系統存在結冰的可能，為規避此問題，要求每天旁通循環3 次或適當增加。

（3）泥水倉前端液位應合理，正常以50%較為合適，具體根據現場條件做靈活的調整，通常使作業對象露出泥漿面即可。

（4）有效形成掌子面泥膜，并且該部分必須維持穩定，具體根據液面的實際狀態判斷，其在特定氣壓狀態下0.5h 無變化時，表明泥膜已經形成同時有良好的穩定性。

（5）非必要時不開倉，盡可能地減少開倉次數。

（6）加強監控，施工期間映及時監測地面沉降，若有異常則及時調節壓力參數或是采取其它的方法，以保證掌子面穩定和地面安全。

6 結語

綜上所述，泥水盾構采取帶壓入艙技術能夠在砂卵石含水充足的狀態下順利應用，主要有以下幾方面：

（1）土艙的作業壓力值只考慮水壓力而不考慮土壓力，計算結論在現實運用中是安全的。

（2）帶壓入艙工作進行前，務必做好入艙前地下水密封、廢棄渣土替換、泥漿膜定型、土壤艙氣密實驗工作。

（3）地表條件豐富且不完全加固條件的狀況下，利用精確的組織和帶壓力開啟操作，成功在富含水的礫石地層檢驗和替換工具頭，為項目成功施展提供了重要前提。

（4）帶壓入艙操作技術具備一定的風險，除了做好入艙前的準備工作外，還要嚴格按要求實施入艙后操作及降壓退出艙工作。