帶壓換刀在淺埋覆土砂層施工中的應(yīng)用

帶壓換刀在淺埋覆土砂層施工中的應(yīng)用

近年來，隨著道教城市地鐵建設(shè)的快速發(fā)展，已建成地鐵的城市數(shù)量日益增多。由于安全要求的提高，地鐵范圍需要采用結(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè)。但在復(fù)雜的地質(zhì)情況下,盾構(gòu)刀盤的選擇極其重要,并且在特殊情況下更換刀盤的情況逐漸增多。如何保證安全、快速的更換刀盤是盾構(gòu)施工的難點(diǎn)。本文結(jié)合珠江新城旅客自動輸送系統(tǒng)體育中心站～林和西站盾構(gòu)區(qū)間施工中采用帶壓換刀,介紹了盾構(gòu)區(qū)間淺埋覆土砂層施工中采用帶壓換刀施工工藝。1盾構(gòu)刀盤受損體育中心站～林和西站盾構(gòu)區(qū)間右線隧道為廣州市軌道交通珠江新城旅客自動輸送系統(tǒng),位于廣州市天河區(qū)天河體育中心下方。2007年6月25日掘進(jìn)至292環(huán)處時,盾構(gòu)機(jī)覆土7.3m,地面為廣州市體育中心混凝土道路,盾構(gòu)掘進(jìn)出現(xiàn)推進(jìn)速度慢,推力小,扭矩小,易跳閘,易卡刀盤等現(xiàn)象,初步討論確定為刀盤受損。為了確切診斷盾構(gòu)機(jī)問題所在,需檢查刀盤,考慮盾構(gòu)機(jī)上部土體不穩(wěn)定,刀盤前方土體上部有含水量較大的〈3～2〉中粗砂層和穩(wěn)定性較差的〈4～1〉粉質(zhì)粘土層,且盾構(gòu)機(jī)覆土僅為7.3m,開倉存在上部土體坍塌的危險,為了確保工程安全實(shí)施,在經(jīng)過研究分析與準(zhǔn)備后,采用在淺埋覆土砂層地段的帶壓換刀方案。2砂層邊坡的平壓力換刀2.1壓力階段：通過壓力試驗(yàn)分析是否通過帶壓檢查刀芯2.1.1密度與密度經(jīng)檢測原泥漿平均密度1.18g/cm3,泥漿平均粘度20s,為確保開挖面的穩(wěn)定,采用高濃度泥漿,計算出需要加入的材料數(shù)量,往泥漿池加入了4.7噸膨潤土和6包(50kg/包)CMC(羧甲基纖維素鈉),攪拌均勻后測得泥漿平均密度1.32g/cm3,泥漿平均粘度32s。2.1.2水平土壓力確定此處開挖面地層含有滲透性地層,土壓力按主動土壓力計算,采取水土分算的方式。根據(jù)勘察報告,計算得出開挖面處水土壓力為106kpa。為確保開挖面的穩(wěn)定,提高了泥漿壓力,使壓力至少高于工作面水土壓力30kpa,最終確定泥漿壓力為150kpa。同時提高泥漿的保壓時間,泥漿保壓70min,確保形成均勻無缺損的泥膜。2.1.3工作艙壓力設(shè)定通過氣壓把土倉中的泥漿壓出倉形成空氣倉,壓力的設(shè)置要能平衡開挖面水土壓力,又要避免擊穿不良地層,同時考慮人在此壓力環(huán)境下帶壓換刀的舒適感,考慮上述原因,工作艙壓力設(shè)定高于開挖面水土壓力10～20kpa,設(shè)定為120kpa。2.1.4倉內(nèi)壓力情況方面,建議分為3個階段2007年7月18日晚上開始進(jìn)行保壓試驗(yàn),保壓試驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^空壓機(jī)運(yùn)行情況、氣體泄漏情況、保壓期土倉氣壓的曲線變化情況、保壓完畢后洗倉的渣土情況和地面監(jiān)測情況等,分析掌子面是否穩(wěn)定、倉內(nèi)氣壓能否保持穩(wěn)定等。保壓試驗(yàn)具體操作方案如圖1。通過對保壓試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后認(rèn)為:(1)掌子面基本穩(wěn)定;(2)雖然保壓試驗(yàn)過程中倉內(nèi)氣體有一定的泄漏,但空壓機(jī)仍能及時補(bǔ)充空氣,可以保持倉內(nèi)氣壓的穩(wěn)定,在準(zhǔn)備充分和科學(xué)操作的情況下具備帶壓開倉檢查刀具的條件。2.2壓痕檢查步驟：確認(rèn)壓痕檢查中是否需要壓環(huán)觸發(fā)刀2.2.1施工作業(yè)質(zhì)量保證方面結(jié)合開倉施工的具體情況,充分考慮到施工安全方面及施工作業(yè)質(zhì)量保證方面的問題,在開倉前針對施工過程中的操作注意事項(xiàng)組織進(jìn)倉人員進(jìn)行了培訓(xùn)學(xué)習(xí),并做好了設(shè)備、工具和物資檢查、準(zhǔn)備工作,后勤的保障準(zhǔn)備等。2.2.2地質(zhì)情況及物理環(huán)境第一次開倉先由有經(jīng)驗(yàn)的工程師進(jìn)入鑒定倉內(nèi)的工作狀況,包括掌子面地質(zhì)條件,泥餅結(jié)成情況,刀具磨損情況,土倉清理情況等。開倉檢查情況如下:土倉內(nèi)無水,土倉內(nèi)較干凈沒有結(jié)泥餅,掌子面頂部是砂層且有泥膜封堵,無滲水現(xiàn)象。2.3以先行刀為雙刀刀,保障雙刀換刀安全針對開倉檢查刀具情況,決定把全部的13把先行刀換成雙刃滾刀,同時采取盾尾漏氣封堵、刀盤開口封堵等到一系列技術(shù)措施來保證換刀的安全。2.3.1準(zhǔn)備好開始更換刀前的準(zhǔn)備工作2.3.2加強(qiáng)刀盤的使由于滾刀突出刀盤面比刮刀高3.5cm,刀盤往后退以保證滾刀的安裝空間,同時防止?jié)L刀安裝好之后,刀盤轉(zhuǎn)動過程滾刀不會破壞掌子面泥膜,因此在換刀之前把刀盤往后退5～10cm。2.3.3第二次開倉換刀為了防止漏氣,在盾構(gòu)機(jī)周邊由盾體內(nèi)向盾體外注入聚氨酯,注入盾尾油脂,并補(bǔ)充注漿,封堵盾體與圍巖之間的漏氣通道后效果如圖2。從進(jìn)倉檢查情況來看,掌子面比較穩(wěn)定,工況良好,氣壓能夠保證穩(wěn)定,不會造成大規(guī)模的坍塌,增加背板可以降低安全風(fēng)險,具備開倉條件,決定第二次進(jìn)倉換刀。換刀過程中,氣壓換刀與泥漿保壓循環(huán)分12小時循環(huán)進(jìn)行,白天開倉換刀12小時(每4小時一班),晚上12小時泥漿保壓以確保泥膜均勻不皸裂以提高開挖面的穩(wěn)定性。開倉先由有經(jīng)驗(yàn)的工程師和電工進(jìn)入,接通防爆照明燈,并在人閘、氣倉和土倉撒冰塊降溫,然后用鍬、鏟對切口環(huán)進(jìn)行清理,并進(jìn)一步了檢查土體穩(wěn)定情況,確定無危險做好支護(hù)之后,開始進(jìn)行換刀。為最大限度減少刀盤旋轉(zhuǎn)次數(shù)以減少對開挖面的影響,制訂出換刀次序,刀盤向左轉(zhuǎn)動依次更換刀具。3比較壓操作的變換和其他方法的變換分析本次項(xiàng)目4淺覆土帶壓換刀本次右線共換刀15把,15把貝殼刀全部更換為雙刃滾刀,從2007年8月4日～8月7日,共有32人次安全進(jìn)入土艙內(nèi)作業(yè)53.2小時,實(shí)現(xiàn)泥水盾構(gòu)在軟弱淺覆土砂層中的帶壓開艙作業(yè)。在實(shí)施過程中,氣壓設(shè)置控制為120kPa,氣壓穩(wěn)定,能平衡水土壓力,地面監(jiān)測未發(fā)現(xiàn)有擊穿地層漏氣的現(xiàn)象,地面沉降值在-8.1～+2.3之間,未對廣州市體育中心內(nèi)環(huán)境造成影響。帶壓換刀需做到以下幾點(diǎn):4.1總的來說,淺覆土砂層帶壓作業(yè)最重要的一點(diǎn)就是要能穩(wěn)住氣倉壓力,保住壓力,確保不良地層下開挖面的穩(wěn)定。4.2調(diào)配高質(zhì)量的泥漿,確保泥膜均勻密實(shí),保證泥膜的質(zhì)量,以防止泥膜擊穿,保住氣壓。4.3設(shè)置合適的氣壓,氣壓不是設(shè)置越高越好,淺覆土帶壓換刀氣壓的設(shè)置以高于開挖面的水土壓力10～20mpa為宜,氣壓的設(shè)置要確保開挖面的穩(wěn)定同時又要確保帶壓工作人員的健康舒適安全。4.4查找?guī)哼^程中泄氣通道并確保艙內(nèi)氣體的補(bǔ)充。泄氣通道可能是地質(zhì)鉆孔,也可能是砂層的透氣性,也可能是盾體與圍巖之間的通道,采取措施盡量封堵泄氣通道并同時不斷補(bǔ)充氣體保住氣壓。封堵地質(zhì)鉆孔;通過盾體由內(nèi)向外注聚氨酯、補(bǔ)充盾尾油脂和管片的注漿來封堵;配備足夠的空壓機(jī)補(bǔ)充氣體,并配備柴油機(jī)確保特殊情況。4.5合理選擇換刀的順序,盡量減少刀盤的轉(zhuǎn)動,刀盤的轉(zhuǎn)動破壞泥膜,減少對砂層的擾動,確保開挖面的穩(wěn)定。4.6淺覆土砂層下?lián)Q刀,開挖面有可能坍塌,使換刀工作非常危險,在此過程中必須時刻密切注意開挖面及地面的變化。4.7開倉前細(xì)化方案,注意做好以下工作:(1)保證換刀及后勤人員的配備;(2)盡可能在土倉進(jìn)氣口安裝流量表觀測倉內(nèi)供氣情況的變化,以及時反映倉內(nèi)氣體泄漏情況,確保人員安全;(3)每次換刀必須有管理人員先進(jìn)倉進(jìn)行工況檢查掌子面穩(wěn)定