浅谈城市轨道交通工程盾构气压开仓作业施工技术管理要点

浅谈城市轨道交通工程盾构气压开仓作业施工技术管理要点

戴松林

广州轨道交通建设监理有限公司广东省广州市510000

摘要：地铁隧道盾构法施工中，需要经常检查及更换刀具，当地层条件不允许常压开仓，就需要进行带压作业，这是盾构施工中一项重大风险，本文结合XX工程【XX站～XX站】区间盾构左线气压开仓经验，对压气换刀作业的技术特点进行总结，希望对同行能起到借鉴作用。

关键词：更换刀具；压气作业

1.工程概况

XX站～XX站区间左线长1196.886m，采用土压平衡盾构施工，隧道拱顶的覆土埋深约为11～17.5m，区间呈“V”字型坡。根据地质剖面图，停机处隧道埋深10.91m，水位高于隧道顶约10.6m，隧道下方为<9>微风化泥质粉砂岩，隧道上覆地层主要为<7>强风化岩层、<6>全风化岩层和<5N-2>残积土层。

2.开仓目的

XX工程【XX站～XX站】区间左线盾构机2017年4月16号始发，在参建单位所有工程师的努力下，左线盾构机经过近1个半月掘进至207环，已顺利通过8根原裕和路小桥废弃桥桩，在进入190环左右以来，掘进困难，速度明显放慢（2~10mm/min）,扭矩较大且波动较大（3300kn.m~4000kn.m），推力较大（1200~1300T），结合以往经验，初步判断盾构机部分刀具已经损坏，为避免刀具、刀箱座、刀盘面板出现过大损坏，保护刀盘，确保接下来的掘进施工能安全、顺利的进行，应立即进行开仓检查更换刀具。然而该开仓位置隧道洞身顶部较为软弱，且地面为裕和路西行路面，车流量较大，直接开舱可能造成开挖面坍塌甚至引起地面的沉陷,风险很大，决定使用人闸进行压气环境下刀具检查和更换作业。

3.风险分析

3.1开仓部位周边地表水体发育，水文地质条件复杂，且地层在掘进过程中受扰动后，稳定性急剧下降，在已成环的盾构管片外形成透水通道，地下水进入土仓，造成掌子面不透水的<7>强风化岩层软化，开仓后很容易造成掌子面塌方、水土流失，地面为裕和路西行路面，车流量较大，开舱可能造成开挖面坍塌甚至引起地面的沉陷,风险很大。

3.2土仓空间狭小，设备故障会导致供氧不足，机械伤害、触电、中毒等风险较大。

4.压气开仓作业准备及操作要点

4.1方案比选及技术交底

各参建方通过分析地质条件、讨论，综合各方意见，决定在左线盾构机掘进至207环时进行压气开仓作业，并制定专项方案，多次召开专题讨论会，确定压气作业的步骤和参数，并对相关人员进行压气作业培训及安全技术交底。

4.2气压确定

根据隧道的埋深等计算土舱中顶部承受的垂直载荷，确定压气作业的空气压力，若土体不稳或继续有渗水现象，则调整气压值，但最高不得超过3bar，若从某一个气压值开始，土舱里基本无水及土体自稳并持续一小时，且气压保持不变，就认为是压气作业的气压。

4.3出渣清仓并建立泥膜

当盾构机掘进至确定的停机位置后，通过启动螺旋机将土仓内的渣土输出，尽可能地清空土仓内渣土，同时通过仓门预留的注浆孔向土仓内注膨润土，以便于增加土仓密闭性。判断依据主要结合：土仓的压力传感器的变化、螺旋机的出土情况、总的出渣量等。

4.4压气系统检查及气体检测

根据相关要求，气体检测包括施工单位自检和第三方检测，2017年6月3日，在监理人员见证下，施工单位按照《压气作业管理规范》对压气作业系统进行了系统全面的调试检查，确认两台空压机工作正常，人闸、土仓密封性良好，具备压气作业条件，同时第三方检测单位对仓内气体进行检测，根据检测结论显示气体检测未发现异常。

4.5盾尾补充注浆

2017年6月2日~2017年6日3日在盾尾后10环补充双液注浆做止水环，将管片与围岩的空隙填充密实，防止水流向土仓，从后往前逐环注浆，每环除K块外打开所有孔位，左右对角交替注浆，以防注浆错台，注浆完成后开仓前打开管片吊装孔及盾体径向孔检查注浆止水效果。

4.6进仓签认

2017年6月4日上午，监理单位按照XX地铁《开仓作业程序》审查了施工单位压气作业各项准备工作，认为符合开仓作业条件，签发同意开仓意见。

5.压气作业过程

5.1加压过程

对土仓进行加压，直到土舱的气压升到4.3中最后确定的压气作业压力时停止并稳压。压气作业人员进舱分级加压，并记录时间。

通入新鲜空气，仪表上显示土舱压力和主舱压力一致时，打开土舱门，认真观察土舱的土层情况，确认作业环境后，压气作业人员可以进入土仓，开展目标工作。

5.2作业过程

2017年6月4日下午，各项准备就绪后，第一批压气作业人员（4人）进仓开始检查刀具工作，刀盘前掌子面稳定，水位在刀盘4~8点位以下，刀盘未结泥饼，检查发现1把已经达到更换标准的滚刀，分别为双刃滚刀（38-40），同时发现双刃中心刀（1-3、2-4、5-7、6-8、9-11、10-12）已经掉落。

2017年6月4日晚班共作业2个班，第二批作业人员（4人），进仓更换38-40#刀，拆9-11#刀；第三批作业人员（3人）装9-11#刀，更换1-3#刀，同时检查发现刀盘面板前有4~5条的螺纹钢筋，缠在刀盘，无法取出。判断为过裕和路小桥旧桥桩桩的残留钢筋，钢筋为￠24的钢筋。

2017年6月5日白班共作业2个班，第四批作业人员（3人），进仓更换10-12#刀，拆5-7#、2-4#刀；第五批作业人员（3人），进仓装5-7#刀、拆6-8#刀，同时检查发现26-28#刀偏磨量为10~12mm，考虑到盾构机还要穿越<9>微风化层，遂决定对其进行更换，至此发现2把需要更换的滚刀。

2017年6月5日晚班共作业2个班，第六批作业人员（3人），进仓装2-4#刀，更换26-28#刀；第七批作业人员（3人），进仓装6-8#刀。

5.3减压过程

规定的作业时间到达后，作业人员撤回主舱，关闭舱门和连通阀门，按所选方案进行减压，减压完成，撤出人闸。

5.4作业结束关闭仓门

2017年6月6日上午，最后一班作业人员（4人）进入土仓，对刀具、刀具螺栓的紧固到位情况、确认后关闭所口、阀及仓门，施工单位检查后，监理单位组织验收合格后由总监下达盾构机恢复掘进指令。

6.结束语

XX工程【XX站～XX站】区间左线于2017年6月4～2017年6月6日顺利进行207环压气换刀作业，共8个班次，每班3~4个小时（包括减压加压时间），共27人/次。更换6把双刃中心刀（1-3、2-4、5-7、6-8、9-11、10-12），2把双刃滚刀（26-28、38-40）。

在压气开仓换刀作业过程中，在各参建方的共同努力下,控制有效、监测数据及时、响应迅速，保证了压气作业安全和地面建（构）筑安全，整个施工过程处于可控状态，顺利完成了刀具的检查及更换工作。通过本案例，最后总结以下体会：

（1）本次开仓换刀对于XX工程来说首次采用压气作业的形式进行，可为以后在xx地区盾构法施工的压气作业提供了宝贵的实践经验。

（2）盾构机刀具配置是盾构机刀具设计中非常重要的内容，其配置是否适合工程的地质条件，直接影响盾构机刀盘的使用寿命、切削效果、出土状况、掘进速度和施工效率，应最大程度的延长刀具的使用寿命，减少换刀频率，降低施工中频繁换刀的风险，做好对刀具监控、分析、比较、摸索，总结刀具的使用经验，将结果反馈，指导施工。

（3）左线盾构机滚刀磨损量均较小，只有2把需要更换，中心撕裂刀却已经全部断裂掉落，此次左线中心刀并未在刀具外缘加焊高强度的耐磨钢板，需要指出，应采取合理的盾构刀具堆焊工艺保证良好的焊接质量。

（4）施工前应进行风险预测及评价，针对重大风险源制定风险应对措施，及时编制专项施工方案、应急预案，做好应急物质准备，并切实执行。

（5）建立有效的联络机制，保证各作业界面通讯畅通，做到信息化施工。