富水砂卵石地质条件下盾构带压进舱施工工艺

关 超

中铁十六局集团地铁工程有限公司 北京 130000

1 工程概况

兰州轨道1 号线一期TJI- 5 项目迎马区间右线盾构施工中设计带压进舱作业，拟定本次带压开仓作业的位置为YDK13+400.946。

2 带压进舱

2.1 创造带压开舱环境

（1）增加同步灌浆量。准确界定带压力开舱的具体范围，根据实际施工进度，在停钻前5 环适度增加同步灌浆量，提高环外建筑空隙的填充率，保证严密性，最大限度减少气体损失。灌浆量的控制根据现场地层特性（稳定程度、渗透性）而定，可达到表面灌浆量的2.5 倍，为了提升灌浆效果，在增加灌浆量的同时增加灌浆压力，使参数相匹配。浆液的浓稠度也需适当提高，在此方面可以对凝固时间、浆液比重等参数做合理调整。

（2）应用黏土膜。为了加强泥浆护壁的效果及降低土壤的渗透性，调节浆液的比重和黏稠度需在机器停机前两环时进行。停机后制备新泥浆，用此部分代替挖掘舱库的泥浆，在此期间需要控制的是气压舱力，要求该值略高于作业压力0.2～0.5bar，产生良好的黏土膜进行护壁，替换结束后降低刀盘的转速，维持压力充足时间，保障黏土膜达到饱满水平[1]。

（3）密封漏气通道。①礃子面：关机后，礃子面泥浆将使用良好的新泥浆代替，促使礃子面表面产生良好的泥膜进行护壁，减少礃子面漏风概率[2]。②盾尾：为了挖掘缝隙回填充足，需增加同步灌浆数量，在关机前两环时进行；盾构尾部后2～5 环处，利用灌浆孔选择双浆液重复灌浆，使2～5 环密封；关机后，增加油脂的灌入数量，将盾尾刷密封腔封堵密实，防止气体从盾尾刷处泄漏。③盾构体：通过盾构机盾构上的高级灌浆孔对中盾构前方土体开始灌浆。（此工序根据实际需要实施）。④以上加固结束后，若有漏风通道，可使用膨胀性物料利用灌浆管道开始密封操作。因膨胀物料接触到水后进行膨胀，可很好地密封空隙，从而减少漏风率。采用上述方法密封漏风通道时，应避免泥浆回流到开挖舱库和泥浆凝固于盾构体的问题。

2.2 确定工作压力，实施保压实验

（1）工作压力测定方式：按照预备开仓施工范围的地质及水文情况推算出开仓理论施工压力，根据目前DZ052 的掘进参数以及设备埋深，本次带压开仓的参考压力为2.1～2.2bar；于现场测验，检验实际施工情况，判断是否与理论施工压力相符，在对现场状况形成准确的认识后，确定合适的工作压力，保证挖掘面的平稳性；较之于施工压力，带压开仓的计划压力略增加10～20kPa。

（2）保压试验方法。泥水盾构施工期间，保压的供气量应得到有效控制，若该值低于供气能力的10%，且开挖室内的气压在2h 内可维持相对稳定的状态，则表明保压试验合格。气压开启环节，若供应气量超出供气能力的50%，需停止气压作业，用浆气予以替代，并检查泥膜的实际状态，对其进行修复，直至保压测验结果满足要求。

3 带压进舱作业

3.1 带压开仓作业主要内容

（1）全面检查刀具，判断其是否存在磨损现象，若有磨损则进一步明确具体的程度，必要时予以更换，以便后续可继续施工。

（2）由专员进入开挖仓清理刀盘，检测刀具的姿态并纠偏。测量期间形成数据记录，生成书面报告。

（3）以预先确定的刀具更换方案为准提前准备好质量达标的刀具，根据要求进行更换，随后关闭前仓门。

（4）碎石机经一段时间的运行后可能有异常状况，为此需及时维修；修复管路及改造前闸门管路也较为关键。

（5）人员进仓，确认关闭前闸门。

（6）人员退出，调试常压进仓。分两种情况考虑：若常压成功，则在常压状态下安排维修、清理工作；若常压失败则带压清理碎石机并对其进行检修，碎石机维修毕带压开仓工作即宣告完毕。

3.2 带压开仓前设备检查

（1）盾构安全设备检查：通风设施、盾构的基础设施（风、水、电）、通信系统、防护设备、运输系统[3]。

（2）盾构监控设施检查：气体检测仪器、开挖仓内的压力传感器、视频监控系统。

（3）应急设备检查：消防设备、应急通信、应急照明、交通设备。

（4）加压仓检查：应急保压气源设备、应急备用电源、入闸系统、气压调节自动保压系统。需要注意的是，在加压仓的检查中，需要充分考虑到显示仪、加热系统、温度计等各类配套设备；此外，需检查如下几部分：主仓和中隔板的密封门，判断其是否存在严密性不足的问题；检查主仓的双倍条形记录器，判断该装置是否可正常运行。

3.3 土舱气压值参数计算

作为盾构带压作业的关键步骤，土舱气压值的计算既要满足标准数值的规定范围值，还要以工程的实际情况为依据，对作业场地内的土体厚度和地质条件为基础作专业的分析，最后遵照以下公式展开相关参数的计算工作，即工作气压为：

以现场的实际情况为计算依据，在注浆效果k 值为0.9、1.0、1.1 不同数值的情况下，所得出的土舱气压值均在规定值的4.5bar 以下，此时完全可借助压缩空气法展开相关的盾构带压作业，安全且效率佳。

3.4 带压开舱作业程序及要点

（1）对所有带压开舱作业人员做针对性技术交底，明确各自的分工和需要完成的工作任务。

（2）带压进仓流程直接从主舱进入土舱及从准备舱进入土舱的示意图见图1。

图1 人员进入土舱和通过准备仓进入土舱

3.5 人闸舱带压作业操作顺序

（1）调节保压系统。根据盾构站空压站的实际情况，做全面清理，确认系统无异常状况后关闭阀门。为便于检验和替换刀盘，根据标准利用泄浆泵排出泥水仓的泥浆，排放泥浆时也要充气保障舱中压力，防止压力减小出现开挖面不稳定现象。开启压力维持系统的各阀门，实现对空压站的有效调节，期间加强对泥浆仓内空气压力的检测，要求该值维持稳定或稍微超出原有压力。

（2）人闸仓操作。由具有资质的人员负责门仓操作，针对各项装置做全面的检查，具体包含密封和阀门、加热体系、显示器、条形记录仪、钟表、温度计，判断各自的性能。依据现行规范，完成对舱内的增压或减压操作，其中加压速度以0.05～0.10MPa/ 10min 为宜，以循序渐进的方式实现加压，降压则根据《盾构法开仓及气压作业技术规范》（CJJ 217—2014）[4]规范操作。

3.6 刀具更换作业要点

创建完善的安全质量责任制，入舱、检验刀盘、替换刀具、降压工作、输送需要认真根据流程实施。在带压开舱和替换刀具程序中，审核工作人员需追踪勘测地表的发展状况，入舱人员要经常关注刀盘内水位变化状况。带压施工进程中，应增加各项勘测仪器、空压机、气路、电路的勘测，若出现空压机阻滞需马上开启备用空压机；若停电则开启内燃发电机；若出现通道漏风，马上汇报且实时治理。避免出现突发意外状况，将勘测实时通报带班指挥员。

4 出舱和恢复掘进

4.1 减压出舱

释放包含“减压、停留、减压、停留”四个阶段，最终将压力降低至正常大气压。详细步骤为：作业经理打开纸带录音机→人员进入主舱→按照《带压作业泄压表》采取减压方案→闭塞通往土舱的闸门→保证作业经理与闸门内人员维持电话联系→通过“主舱放气”球阀和“主舱通风”球阀进行调节，并逐步降低主舱内压力到第一停留期压力→维持第一停留期压力→渐渐减少主舱内压力到第二停留期压力→直至减压结束→操作人员退出舱→作业经理终止录音机，记录闸室操作过程。

4.2 恢复掘进

带压作业结束后及时将土腔闸门关闭，向舱内灌入膨化的膨润浆液。并开启土腔壁上的平均阀，挤出里面空气，当膨润土泥浆从平均阀射出时，关闭平均阀。开挖过程中，当土腔压力达到土压力平衡压力时，检查土腔压力感应器，禁止灌入膨润土，慢慢开启刀盘。待刀盘旋转一定时间后，残余土和膨润土完全交融，可恢复盾构开挖。

盾构恢复掘进过程中，应安排专业人员对地表进行检查并检测沉降程度，按照提供的地表勘测数值及时调节挖进参考值，保证盾构作业稳定、安全。盾构通过换刀区后，连续勘测地表沉降程度，同时采用分段提升孔进行隧道二次灌浆。地表通过袖阀管打孔灌浆，灌浆前，安排专业人员对隧道内固定范围进行勘测。

5 质量保证具体措施

（1）进仓之前，全方位地检查盾构机人仓系统，确保无异常状况。

（2）有效清理泥水系统、盾尾，使其保持畅通。带压开仓应维持一段时间，在此过程中泥水循环系统保持旁通状态，此举的优势有两方面：一是维持掌子面的稳定性，二是使其他相关通道也仍然维持畅通的状态。此外，需要清理干净盾尾油脂管路、注浆管，以免发生堵塞现象，在清理时可以采取高压水、高压气流等方式。冬季温度较低，泥水系统存在结冰的可能，为规避此问题，要求每天旁通循环3 次或适当增加。

（3）泥水仓前端液位应合理，正常以50%较为合适，具体根据现场条件做灵活的调整，通常使作业对象露出泥浆面即可。

（4）有效形成掌子面泥膜，并且该部分必须维持稳定，具体根据液面的实际状态判断，其在特定气压状态下0.5h 无变化时，表明泥膜已经形成同时有良好的稳定性。

（5）非必要时不开仓，尽可能地减少开仓次数。

（6）加强监控，施工期间映及时监测地面沉降，若有异常则及时调节压力参数或是采取其它的方法，以保证掌子面稳定和地面安全。

6 结语

综上所述，泥水盾构采取带压入舱技术能够在砂卵石含水充足的状态下顺利应用，主要有以下几方面：

（1）土舱的作业压力值只考虑水压力而不考虑土压力，计算结论在现实运用中是安全的。

（2）带压入舱工作进行前，务必做好入舱前地下水密封、废弃渣土替换、泥浆膜定型、土壤舱气密实验工作。

（3）地表条件丰富且不完全加固条件的状况下，利用精确的组织和带压力开启操作，成功在富含水的砾石地层检验和替换工具头，为项目成功施展提供了重要前提。

（4）带压入舱操作技术具备一定的风险，除了做好入舱前的准备工作外，还要严格按要求实施入舱后操作及降压退出舱工作。