盾構(gòu)帶壓換刀質(zhì)量與風(fēng)險(xiǎn)控制

盾構(gòu)帶壓換刀質(zhì)量與風(fēng)險(xiǎn)控制摘要：盾構(gòu)掘進(jìn)施工中換刀在所難免，其中以帶壓進(jìn)倉(cāng)換刀風(fēng)險(xiǎn)最高，特別是在泥膜護(hù)壁的情況下帶壓進(jìn)倉(cāng)更為危險(xiǎn)。本文通過(guò)案例風(fēng)險(xiǎn)，闡述了風(fēng)險(xiǎn)控制最關(guān)鍵的各個(gè)步驟。在將來(lái)盾構(gòu)施工管理中特別關(guān)注。關(guān)鍵詞：風(fēng)險(xiǎn)控制；泥膜制作；帶壓進(jìn)倉(cāng)1工程概況東莞軌道R2線珊美站~展覽中心站區(qū)間盾構(gòu)段隧道在里程ZDK29+690?ZDK29+768之間，縱向78m范圍穿越東莞市厚街鎮(zhèn)橫崗水庫(kù)排洪河道。盾構(gòu)隧道與排洪河道平面關(guān)系如下圖：圖1盾構(gòu)隧道與排洪渠平面關(guān)系圖2換刀原因珊展區(qū)間在該區(qū)域地層較為松散，左線盾構(gòu)機(jī)在前期掘進(jìn)過(guò)程中，地面沉降較大，造成河堤岸產(chǎn)生較大變形。右線盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至河道時(shí)進(jìn)一步加劇河堤岸的變形、位移、開(kāi)裂，且推進(jìn)參數(shù)異常，綜合判斷刀具已產(chǎn)生較大磨損，刀盤(pán)結(jié)泥餅的可能性很大。由于盾構(gòu)機(jī)正上方為河道，地質(zhì)條件很差，在河道換刀安全風(fēng)險(xiǎn)巨大。并且河堤附近地質(zhì)條件均不具備常壓開(kāi)倉(cāng)換刀條件，為此擬在河堤岸附近采取地面袖閥管注漿加固，對(duì)掌子面土體采取泥膜護(hù)壁輔助措施后，實(shí)行壓氣換刀作業(yè)。3地質(zhì)概況如圖所示，掘進(jìn)參數(shù)異常區(qū)域地質(zhì)條件由上至下分別是：＜1-1＞素填土，＜3-4＞全新統(tǒng)沖洪積淤泥質(zhì)粘土，＜3-1＞全新統(tǒng)沖洪積軟塑狀粉質(zhì)積土，＜3-10＞全新統(tǒng)沖洪積中砂，＜3-11＞全新統(tǒng)沖洪積粗砂，＜7-1＞全風(fēng)化砂巖、含礫砂巖，＜7-2＞強(qiáng)風(fēng)化砂巖、含礫砂巖，＜7-3＞中風(fēng)化砂巖、含礫砂巖。圖2區(qū)間左線縱斷面圖4換刀重點(diǎn)、難點(diǎn)分析及方案必選4.1重點(diǎn)難點(diǎn)分析從渣土抽樣及結(jié)合地質(zhì)剖面圖情況分析，底部＜7-2＞強(qiáng)風(fēng)化砂巖、含礫砂巖，＜7-3＞中風(fēng)化砂巖、含礫砂巖約占隧道斷面50%以上，強(qiáng)度高，對(duì)刀具磨損非常大。根據(jù)掘進(jìn)參數(shù)、地質(zhì)、地層判斷，本次刀具已發(fā)生了較大磨損，必須安排人員進(jìn)倉(cāng)檢查及更換刀具。從前期珊展左線的氣壓作業(yè)情況看，本地段土層較為疏散，土倉(cāng)壓力建立起2.0~2.5bar氣壓并不能有效控制掌子面塌方，如何穩(wěn)定掌子面，控制沉降是本次換刀面臨的最大難題。4.2方案比選穩(wěn)定掌子面措施有地面注漿加固、土倉(cāng)回填砂漿及泥膜護(hù)壁等。各方案特點(diǎn)如下：4.2.1地面加固特點(diǎn)：施工工藝簡(jiǎn)單，工期短，加固效果好，對(duì)地面場(chǎng)地要求高，征地及修復(fù)困難。4.2.2土倉(cāng)回填特點(diǎn)：加固效果較好、成本低，受地面建筑物影響小，但對(duì)施工工藝控制較強(qiáng)，盾構(gòu)機(jī)容易被回填材料包裹，盾構(gòu)脫困風(fēng)險(xiǎn)大。土倉(cāng)回填低標(biāo)號(hào)砂漿或者水泥漿液，一方面對(duì)回填材料強(qiáng)度掌握好，回填材料強(qiáng)度過(guò)高，將造成土倉(cāng)開(kāi)挖清理難度大，影響換刀進(jìn)度；若材料強(qiáng)度過(guò)低，加固效果又不明顯，給換刀帶來(lái)隱患。另一方面，注漿回填前，需充分做好盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)開(kāi)口、切口等封堵措施，防止回填時(shí)漿液串流到刀盤(pán)前方及盾尾后面，漿液包裹盾構(gòu)機(jī)，提高盾構(gòu)脫困難度。4.2.3泥膜護(hù)壁特點(diǎn)：工藝較簡(jiǎn)單、風(fēng)險(xiǎn)小、成本低，對(duì)膨潤(rùn)土膨化性能高、工序組織和過(guò)程控制強(qiáng)，泥膜容易失水、干縮、變形等，質(zhì)量難控制。5泥膜護(hù)壁施工工藝及流程圖3泥膜護(hù)壁施工工藝流程圖5.1洗倉(cāng)使用黏度為25±5s的高黏度泥漿（膨潤(rùn)土：水=1:12kg），將土倉(cāng)內(nèi)的渣土置換出來(lái)。直至土倉(cāng)壁3、9點(diǎn)位放出來(lái)的基本是泥漿，且螺旋輸送機(jī)所出來(lái)的渣土中大約有70%~80%為高黏度泥漿時(shí)。在置換過(guò)程中土倉(cāng)壓力應(yīng)保持在2.4~2.5bar。5.2分級(jí)加壓5.2.1關(guān)閉螺旋輸送機(jī)，向土倉(cāng)內(nèi)注入黏度為35±5s的高黏度泥漿（膨潤(rùn)土：水：純堿：CMC=1:12:00002:0.001kg），將土倉(cāng)壓力升至2.6~2.7bar。從土倉(cāng)壁的3、9點(diǎn)位置放出泥漿，直至放出的泥漿滿足35±5s的黏度，且含砂量與注入的泥漿相近。5.2.2向土倉(cāng)內(nèi)注入黏度為45±5s的高黏度泥漿（膨潤(rùn)土：水：純堿：CMC=1:10:00002:0.001kg），將土倉(cāng)壓力升至2.8~2.9bar。從土倉(cāng)壁的3、9點(diǎn)位置放出泥漿，直至放出的泥漿滿足45±5s的黏度，且含砂量與注入的泥漿相近。5.2.3向土倉(cāng)內(nèi)注入黏度為55±5s以上的高黏度泥漿（膨潤(rùn)土（易鉆）：水：添加劑（雷膨）=1:33:0.027kg），將土倉(cāng)壓力升至3.0~3.1bar。從土倉(cāng)壁的3、9點(diǎn)位置放出泥漿，直至放出的泥漿的黏度與注入的泥漿黏度相同，且含砂量與注入的泥漿相近。5.2.4繼續(xù)向土倉(cāng)內(nèi)注入黏度為60s以上的高黏度泥漿，將倉(cāng)壓升至3.4bar，停止轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)，靜止3~4小時(shí)。在分級(jí)加壓的過(guò)程中，每30分鐘測(cè)一次泥漿比重，看泥漿是否被稀釋?zhuān)乐沟貙邮鸬孛娉两怠?.3氣體置換從土倉(cāng)壁的3、9點(diǎn)位置放出泥漿，回收待用，同時(shí)向土倉(cāng)內(nèi)注入高壓氣體。以0.2bar為一個(gè)單位，將土倉(cāng)壓力由3.4bar緩慢降至2.4bar。至此，泥漿護(hù)比施工結(jié)束，壓氣作業(yè)正式開(kāi)始。圖4泥膜護(hù)壁效果圖5.4刀具更換施工情況隨著換刀施工的進(jìn)行，共計(jì)發(fā)現(xiàn)單刃滾刀磨損13把，中心滾刀磨損4把。其中邊緣滾刀偏磨4把，偏磨量在35~50mm，正常磨損2把，磨損量12~22mm。正面滾刀偏磨3把，偏磨量在33~42mm，正常磨損2把，磨損量在33mm左右;中心滾刀磨損4把，磨損量在25~45mm。圖6雙刃刀磨損情況6氣壓作業(yè)6.1總體施工方法及步驟壓氣作業(yè)是指通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)內(nèi)注入壓縮空氣，使盾構(gòu)機(jī)前端土倉(cāng)與外界土層形成一個(gè)密閉的壓氣空間，以壓縮空氣為壓力介質(zhì)保證土層穩(wěn)定，并能阻止地下水流入土倉(cāng)內(nèi)，使得作業(yè)人員能夠安全進(jìn)入穩(wěn)定壓氣空間內(nèi)，進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)刀具的檢查及更換工作?？傮w步驟如下：施工準(zhǔn)備工作9土倉(cāng)加壓置換、保壓9人員進(jìn)入人倉(cāng)，開(kāi)始加壓9人員進(jìn)入土倉(cāng)，更換刀具9人員進(jìn)入人倉(cāng)，開(kāi)始減壓9換刀結(jié)束，建立土壓、恢復(fù)推進(jìn)。在壓氣換刀作業(yè)中，要特別注意護(hù)壁泥漿的情況，若發(fā)現(xiàn)護(hù)壁泥漿干裂、脫落等情況時(shí)，要及時(shí)通知、報(bào)告情況，在必要的情況下，要重新進(jìn)行泥漿護(hù)壁的施工，形成新的泥膜，保證換刀工作的安全進(jìn)行。6.2氣壓作業(yè)準(zhǔn)備6.2.1檢查地面加固效果6.2.1.1地面加固完成后，在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)加固體前，在加固體上選取地點(diǎn)進(jìn)行鉆孔取樣，檢查袖閥管加固效果。6.2.1.2在盾尾脫離了河堤之后，從盾尾往河堤方向注雙液漿制作止水環(huán)。止水管不少于3環(huán)，盡量多地封堵后方河道的水力補(bǔ)充。6.2.2選擇合適的作業(yè)壓力值6.2.2.1作業(yè)壓力值的選擇主要取決于機(jī)頭刀盤(pán)位置的埋深、機(jī)頭刀盤(pán)位置地層的自穩(wěn)性以及壓氣作業(yè)人員身體承受壓力的能力等三個(gè)因素。6.2.2.2氣壓作業(yè)采取雙控制措施，同時(shí)滿足主動(dòng)土壓力和地下水位壓力兩個(gè)的穩(wěn)定。當(dāng)?shù)叵滤桓邥r(shí)，以河道的水位高度計(jì)算水壓力，河道水位降低時(shí)，壓氣力不低于盾構(gòu)機(jī)位置的主動(dòng)土壓力。6.2.3作業(yè)人員的選擇與培訓(xùn)從事壓氣作業(yè)的人員必須經(jīng)過(guò)身體健康檢查合格，并經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)的壓氣作業(yè)培訓(xùn)。6.2.4壓氣作業(yè)的施工管理壓氣作業(yè)是一項(xiàng)特殊的施工作業(yè)，具有高度的整體性、系統(tǒng)性，對(duì)施工過(guò)程中的設(shè)備物資準(zhǔn)備、人員安排、作業(yè)指揮以及后勤應(yīng)急救援準(zhǔn)備等各個(gè)環(huán)節(jié)的管理都有很高的要求。6.2.5空壓機(jī)檢查為保證壓氣作業(yè)的安全性，應(yīng)對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行全方位的檢查維護(hù)，確保空壓機(jī)處于正常工作狀態(tài)，必要時(shí)要再增加一臺(tái)空壓機(jī)以及發(fā)電應(yīng)急設(shè)備。6.2.6人閘檢查在大氣壓力下，檢查以下項(xiàng)目，保證符合要求。6.2.6.1氣體自動(dòng)平衡閥必須能正常工作；6.2.6.2緊急照明必須能正常照明；6.2.6.3緊急電話必須能正常通話；6.2.6.4各個(gè)壓力表必須能正常顯示；6.2.6.5主艙和前艙的溢流閥壓力調(diào)為3.0bar；6.2.6.6各個(gè)手動(dòng)球閥開(kāi)關(guān)必須正常；6.2.6.7流量計(jì)工作必須正常；6.2.6.8各個(gè)密封門(mén)開(kāi)關(guān)必須正常；6.2.6.9各個(gè)加熱裝置加熱必須正常。6.2.7人閘加減壓試驗(yàn)試驗(yàn)時(shí)不要求人員進(jìn)入，只進(jìn)行無(wú)人壓力試驗(yàn)，以檢查主艙與前艙的各功能部件在試驗(yàn)壓力下的工作情況。圖7人閘示意圖6.2.8換刀工具準(zhǔn)備工具、材料準(zhǔn)備：24V照明燈、M46梅花扳手、手電筒、風(fēng)鎬和換刀刀具等；壓氣人員準(zhǔn)備：壓氣作業(yè)主管、工人帶班、人閘值班員等。保盾尾的油脂注入量和砂漿注入量足夠。6.2.9氣體檢測(cè)在換刀前必須對(duì)倉(cāng)內(nèi)的空氣質(zhì)量做有毒氣體的氣體檢測(cè)，由于本次換刀為壓氣換刀，監(jiān)測(cè)設(shè)備無(wú)法直接進(jìn)入土倉(cāng)內(nèi)，所以將在建立了氣壓之后，將監(jiān)測(cè)裝置至于排氣孔的位置進(jìn)行氣體檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)合格后，施工人員方可進(jìn)入人艙內(nèi)進(jìn)行下一步的施工作業(yè)。在壓氣換刀期間，氣體檢測(cè)每3天進(jìn)行一次。6.2.10醫(yī)療救護(hù)準(zhǔn)備。6.2.10.1現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備氧氣袋若干；6.2.10.2將附近武警醫(yī)院等作為定點(diǎn)救護(hù)醫(yī)院，保證24小時(shí)配合及施工完成后施工人員的身體恢復(fù)。6.3氣壓作業(yè)6.3.1主艙加壓6.3.1.1檢查顯示儀表、供暖裝置、鐘表、溫度計(jì)、電話、緊急電話及閥門(mén)、艙門(mén)密封件是否干凈；6.3.1.2打開(kāi)主艙的自動(dòng)平衡低，檢查工作是否正常，紙帶是否足夠；6.3.1.3關(guān)閉主艙艙門(mén)，確保關(guān)閉正確；6.3.1.4關(guān)閉艙壁密封門(mén)（通常在進(jìn)行“土壓平衡”工作時(shí)關(guān)閉），并關(guān)閉主艙與前艙之間的密封門(mén)；6.3.1.5人孔艙管理員緩慢地打開(kāi)進(jìn)氣閥；6.3.1.6緩慢地升高主艙的壓力，直到達(dá)到工作壓力；6.3.1.7當(dāng)主艙內(nèi)壓力達(dá)到工作壓力時(shí)，人孔艙管理員關(guān)閉帶式記錄器；6.3.2主艙減壓6.3.2.1人孔艙管理員打開(kāi)帶式記錄器；6.3.2.2降低主艙的壓力，觀察主艙壓力表和進(jìn)氣流量計(jì)；6.3.2.3與此同時(shí)，人孔艙管理員同時(shí)打開(kāi)排氣閥，開(kāi)始排氣，無(wú)論如何此時(shí)壓力不可以再次升高；6.3.2.4調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥和排氣閥，直到達(dá)到排氣過(guò)程所規(guī)定的緩慢而恒定的壓力降低速度，進(jìn)氣流量計(jì)的流量值每人至少為：0.5m3/min；6.3.2.5觀察主艙壓力表，當(dāng)主艙內(nèi)部的氣壓降到第一級(jí)壓力值時(shí)，人孔艙管理員通過(guò)調(diào)節(jié)排氣閥和進(jìn)氣閥，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保持壓力恒定。人孔艙管理員應(yīng)通過(guò)主艙進(jìn)氣流量計(jì)經(jīng)常檢查人孔艙的排氣情況；6.3.2.6在保壓過(guò)程中重復(fù)（3）—（6）的步驟，直到艙內(nèi)壓力與外界的常壓相同；6.3.2.7人孔艙管理員關(guān)閉帶式記錄器并將減壓過(guò)程（日期、時(shí)間、壓力、等）記錄在人孔艙記錄本上。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，必須保證所有的過(guò)程都正常。6.3.3前艙加壓6.3.3.1檢查顯示儀表、氣體自動(dòng)平衡閥、供暖裝置、鐘表、溫度計(jì)、電話、緊急電話和閥門(mén)、艙門(mén)密封件是否干凈；6.3.3.2打開(kāi)前艙的帶式記錄器，檢查工作是否正常，紙帶是否足夠；6.3.3.3關(guān)閉前艙艙門(mén)，確保關(guān)閉正確；6.3.3.4關(guān)閉前艙與主艙之間的艙門(mén)，確保關(guān)閉正確；6.3.3.5人孔艙管理員緩慢地打開(kāi)進(jìn)氣閥；6.3.3.6緩慢地升高前艙的壓力，直到達(dá)到工作壓力；由于主艙與前艙之間有單向閥導(dǎo)通，壓縮空氣能從前艙進(jìn)入主艙，因此，加壓過(guò)程較為緩慢；6.3.3.7當(dāng)前艙內(nèi)壓力達(dá)到工作壓力時(shí)，人孔艙管理員關(guān)閉帶式記錄器。6.3.4前艙減壓6.3.4.1人孔艙管理員打開(kāi)帶式記錄器；6.3.4.2降低前艙的壓力，觀察前艙壓力表和前艙進(jìn)氣流量計(jì)；6.3.4.3與此同時(shí)，人孔艙管理員同時(shí)打開(kāi)排氣閥，開(kāi)始排氣，無(wú)論如何此時(shí)壓力不可以再次升高;6.3.4.4調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥和排氣閥，直到達(dá)到排氣過(guò)程所規(guī)定的緩慢而恒定的壓力降低速度，前艙進(jìn)氣流量計(jì)的流量值每人至少為：0.5m3/min；6.3.4.5觀察前艙壓力表，當(dāng)前艙內(nèi)部的氣壓降到第一級(jí)壓力值時(shí)，人孔艙管理員通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥和排氣閥，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保持壓力恒定。人孔艙管理員應(yīng)通過(guò)前艙進(jìn)氣流量計(jì)經(jīng)常檢查人孔艙的排氣情況；6.3.4.6在保壓過(guò)程中重復(fù)上述步驟，直到艙內(nèi)壓力與外界的常壓相同；6.3.4.7人孔艙管理員關(guān)閉帶式記錄器并將減壓過(guò)程（日期、時(shí)間、壓力、人數(shù)等）記錄在人孔艙記錄本上。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，必須保證所有的過(guò)程都正常。6.4注意事項(xiàng)6.4.1作業(yè)開(kāi)始時(shí)，在第一個(gè)人進(jìn)入上面土倉(cāng)空間前，人閘值班員應(yīng)持續(xù)充氣10分鐘，以確保上面土倉(cāng)空間內(nèi)空氣新鮮。6.4.2應(yīng)采用約為2.5bar的壓力為最大工作壓力。6.4.3應(yīng)嚴(yán)格遵守壓氣作業(yè)工作時(shí)間以24小時(shí)為一個(gè)周期，總的工作時(shí)間不得超過(guò)6小時(shí)。6.4.4工作人員必須是經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，且通過(guò)工作前身體檢查的健康工作人員。6.4.5進(jìn)行壓氣作業(yè)的人員在作業(yè)前不許飲酒，作業(yè)過(guò)程中不許飲用含有酒精的飲料。6.4.6在壓氣作業(yè)過(guò)程中不許吸煙。6.4.7當(dāng)工作艙溫度超過(guò)27°C時(shí)，必須采取特殊的充氣方法。如果溫度不能維持在27°C以下，壓氣作業(yè)必須停止。高溫下，必須向員工提供特殊的供水裝置。根據(jù)溫度情況，領(lǐng)班決定工作的安全與否，一旦他認(rèn)為溫度過(guò)高而不利于安全有效地工作，就必須中斷作業(yè)。減壓時(shí)，人閘內(nèi)的溫度不允許在5分鐘內(nèi)降至10C以下或升至27C以上。6.4.8在壓力超過(guò)14.7psi或1bar的環(huán)境下作業(yè)的人員，減壓后應(yīng)留在人閘附近或醫(yī)療艙內(nèi)一段時(shí)間。6.4.8.1當(dāng)總減壓時(shí)間小于30分時(shí)，停留1小時(shí)；6.4.8.2當(dāng)總減壓時(shí)間大于30分時(shí)，停留2小時(shí)。6.4.9作業(yè)后的6小時(shí)內(nèi)，不應(yīng)承擔(dān)較大強(qiáng)度的體力運(yùn)動(dòng)。交接班開(kāi)始時(shí)，對(duì)于即將結(jié)束壓氣作業(yè)的工人，可以返回到比較輕松的崗位上。作業(yè)結(jié)束后，在隧道出口處采用機(jī)械的方法，利用"人籃”沿著軸線將人工作業(yè)工人運(yùn)出來(lái)。作業(yè)后的24小時(shí)內(nèi)，不許飛行和潛水，必須留在（現(xiàn)場(chǎng)）附近。6.4.10必須認(rèn)真填寫(xiě)壓氣作業(yè)時(shí)間記錄表。7總結(jié)經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)本次采用泥膜護(hù)壁工法輔助壓氣開(kāi)倉(cāng)，完成了13把邊緣及正面滾刀的更換，有效提高了掌子面前方土層的穩(wěn)定性，為換刀施工爭(zhēng)取了寶貴的時(shí)間。由于掌子面穩(wěn)定，地面沉降沒(méi)有進(jìn)一步擴(kuò)展。通過(guò)對(duì)本次換刀施工情況研究分析，總結(jié)出結(jié)論如下：7.1在上軟下硬復(fù)合地層中，要嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，當(dāng)參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，切