隧道盾构带压进仓作业施工

隧道 盾构带压进仓作业施工

一、 工艺概述

刀具磨损严重或刀盘前形成泥饼造成掘进速度降低，扭矩增大或碴温升高等掘进异常现象，需停机进仓检查。

当盾构在硬岩或自稳能力较强的地段掘进时，因地层本身有自稳能力，这种情况下可在无压下直接进入刀盘作业。当盾构在软岩、富水地段掘进时，由于地层自稳能力差，必须利用盾构自身及配套设备来提供使地层稳定的支撑压力（ EPB），这种情况下便需采用带压进仓模式来进行刀仓内的各项工作。

带压进仓作业工法是经过对刀盘前方地层加固处理后，在保证刀盘前方周围地层和土仓满足气密性要求的条件下，通过在土仓建立合理的气压来平衡刀盘前方水、土压力，达到稳定掌子面和防止地下水渗入的目的，为在土舱内维修作业创造工作条件。

二、 作业内容

刀具更换作业包括：初步计划、开仓审批、掌子面地层处理、气密性试验、刀盘检查、刀具更换、试掘进、恢复正常掘进。

三、 工艺流程图

图 1   带压作业工艺流程图

四、 工序步骤

1 、初步计划

负责刀盘的工程师根据总体规划，结合近期盾构机的掘进报告，可以初步的提出刀具的更换方案，提前做好设备、材料的准备，并与土木工程师及掘进司机沟通，确定准确的开仓地点和时间。

2 、开仓审批

开仓的技术方案经过工程部与设物部讨论，由两部部长签认，报予土木总工程师审批，同意后，方可开仓，并将结果报公司经理。

3 、掌子面地层处理

3.1 泥水平衡盾构

泥水平衡盾构掌子面处理主要是掌子面泥膜的形成，其形成的过程为：

拌制泥浆

①制浆材料：水、制浆剂；浆液配比：水：CTSH-1 制浆剂：CTSH-2 制浆剂：CTSH-3 制浆剂=30000：325：325：325（质量比）

②浆液性能要求：泥浆粘度 ＞ 150Ｓ

③泥浆拌制方法：在泥水分离站利用专用制浆设备拌制３0m3 新鲜浆液，静置 2～3h 待用。

运输浆液

①用 6 立方米的泥浆罐车将拌制好的泥浆运至盾构始发井端头；

②利用始发井端头的下料管将泥浆输送至井下的砂浆运输车内，下料前需将砂浆输送车彻底清理干净；砂浆运输车将泥浆运至工作面，并将泥浆输送至注浆罐内。

清洗刀盘仓

通过泥浆循环旁通模式充分清洗刀盘仓，一直到进出浆比重基本相等，清洗完毕。并通过旁通循环将气仓的液位保持到最低。

形成泥膜

用注浆泵通过预留的注入口，向刀盘仓注入拌制好的泥浆 20m3，泥浆注入的同时，要以较低的速度不断转动刀盘，将新鲜浆液与掌子面的泥浆混合均匀，当土仓液位较高时通过开启旁通阀和出浆阀使用 P2.1 泵和 P2.2 泵抽浆降低液位，降液位时注意不能使土仓压力有太大的波动。刀盘转到要求位置停止转动刀盘，静止 1 个小时，泥膜形成。

3.2 土压平衡盾构

土压平衡盾构掌子面处理是为确保刀盘前方周围地层的气密性和有效封堵刀盘后部来水，处理方法为利用设备自带的超前注浆孔对刀盘前周围地层进行注浆加固。在施工过程中注意以下几点：

在注浆前需向刀盘及土舱内注满膨润土，注入压力稍高于掘进时的土舱压力，一方面以保证刀盘、刀具不被注浆体固结，同时可使泥浆能在可注性较好的地层有一定的扩散范围和在掌子面形成一层封闭泥膜，增强刀盘前方地层的气密性和提高掌子面的自稳能力。

注浆管采用自加工的小导管，小导管按作业允许空间分节加工，通过设备自带的超前注浆孔分节打入地层，每节段间采用丝扣连接；每个孔注浆完成并等浆体初凝后，及时抽出注浆管。

注浆浆液宜选用扩散性好、凝结时间合理的双液浆，以达到充分加固地层和有效封堵刀盘后部来水（主要是对切口环及以后部位的封堵）的目的，提高掌子面地层在拟定压力范围的自稳能力和气密性。

要选择合适的注浆压力和终止压力，同时注意土仓压力变化，一方面保证地层的加固效果，另一方面不能因注浆压力过高而击穿盾尾、铰接密封（以注浆压力瞬间值不大于盾尾和铰接密封的额定压力值为标准） ,同时要注意防止浆液流到盾尾周围，造成再次掘进时推力太大。

注浆完成后等待龄期，一般为 8h，这时也要不停地转动刀盘，防止刀盘凝结无法转动。

4 、气密性试验

为了确保带压进仓作业安全顺利进行，进仓前必须进行人员舱气密性试验、土仓压气试验和土舱渗水量测定等工作。

4.1 人员仓气密性试验

人员仓是人员出入土舱进行维修和检查的转换通道，出入土舱的工具和材料也由此通过，通常情况下人员仓处于无压模式，带压作业时处于加压模式，而气密性试验是通过升压、降压试验来检查人仓门、土仓门、仓壁上各种管路是否漏气。根据现场经验，从 0 升压 （不装消音器）至设计值不超过 10min 即为合格；降压操作过程中通常会出现土仓门漏气现象，造成气压降不到 0，现场实践得出若降压后气压能小于 0.3bar 则为安全，若气压降不到 0.3bar 以下，则需要带压进行土仓门密封的处理。

4.2 土仓压气试验

泥水平衡盾构

将泥仓液位设定在某一值（一般是 50%），然后将泥仓压力设定为某一值，保持 2h，然后升高设定压力，再保持 2h，依次对压力进行升高直到设定压力达到最大设计值，如果液位没有变化或变化不超过 2%，则表明泥仓压气试验合格。

土压平衡盾构机

打开自动保压系统设定为设计值，将土仓中的碴土输出约 1/3，观察土仓压力值的变化，同时安排人员观察地面上漏气是否严重，若土仓压力无法保持，则重新恢复注浆，若土仓压力保持 2h 没有变化，则继续出土至 2/3，观察土仓压力值的变化，再保持 2h，若土仓压力没有变化或 不发生大的波动时（压力变化值＜ 0. 05bar） ，则表明土仓压气试验合格。

4.3 土仓渗水量测定

注浆封水只能封堵盾壳周围岩层、管片背后岩层中的裂隙水，对于掌子面上较大的裂隙水在压气情况下仍会不断地进入土仓。根据现场经验，测定的渗水量若大于 0.5m3/h，则不能安全地实施带压进仓作业，必须采取安全稳妥的排水措施。

5 、带压进仓检查

为了进一步判断掌子面的地质情况和刀盘刀具磨损情况，首先要由专业工程技术人员带压进仓对掌子面的地质情况和稳定性进行检查、确认，同时对刀盘、刀具磨损情况进行检查，确定换刀方案和各种带压换刀前的各项准备工作。

地质检查的工作内容有：掌子面地质情况素描、地层加固效果验证、掌子面出漏水情况、地层取样，并综合以上因素对掌子面稳定性进行判定，同时拍摄工程照片。

刀盘、刀具检查的工作内容有：测各种刀具的磨损量、测刀盘面板的磨损量，拍摄细部照片等，并根据检查结果制定下一步工作方案。

6 、带压进仓作业

根据技术部门制定的工作方案，施工人员在专业操仓和救生人员的配合下进行换刀、处理断螺栓、凿刀槽等工作。带压进仓作业流程如下：

6.1 确定减压方案

工程技术人员首先根据进仓检查情况和当前位置处的水土压力确定工作气压值，专业医务人员根据工作气压值、工作量大小、人员身体素质确定安全、稳妥的减压方案。

6.2 更换刀具

刀具更换的原则是先易后难，螺栓拆除采用风动扳手，螺栓紧固采用扭力扳手，确保刀具安装质量。

换刀过程中当遇到断螺栓时，一般采用以下两种处理方案：若断口在螺孔之外，则直接拆除；若断口在螺孔里面，则要用风动手钻打孔，用取丝器取出断螺栓，严禁采用电动工具。

6.3 减压出仓

一般情况下，每组有效带压作业时间为 3h 左右（在带压情况下作业人体很容易疲劳），工作结束后按既定的减压方案进行减压、出仓，下一组人员进仓。

7 、试掘进

经过检查，确认刀盘内没有人员、换刀工具或者其它物品，关闭仓门，准备开始掘进。在掘进之前，刀盘以低速空转 5-10 分钟，直到刀盘扭矩值很小且没有大的变化，逐渐加大推力，并保持 1 到 2 环的低推力推进，再根据掘进情况和碴土的状态选取正确的掘进参数。

五、 质量控制说明

1 、施工前的各种准备工作必须做充分，并经过技术部门的严格检查、确认。

2 、建立健全安全质量责任制，进仓、检查刀盘及换刀、减压作业、运输严格按规程操作。

3 、公司领导实行 24 小时现场值班制度，值班工程师现场 24 小时值班，并在值班过程中做好带压进仓作业的各种记录，整理后第二天及时上报公司。

4 、掌子面处理严格按照制定的方案进行，并做好土仓压气试验和渗水性试验。

5 、刀具更换机具使用要按照相关机具操作规程进行，螺栓安装要达到规定扭矩。

6 、在带压作业过程中，为确保作业人员安全，仓内压力要随时保持基本恒定，其波动值要控制在 0.05bar 以内。

7 、换刀工作完成后，作业人员要将土仓内所有的铁制工具拿出仓外，严格按照清单清点，确认无误后才可关闭土仓门。

8 、人员仓管理员必须认真履行带压作业人员的减压程序，并做好时间记录，坚决杜绝减少减压时间的现象与跳期减压的现象。

9 、工作人员减压后应禁止剧烈运动，注意多休息；禁止长时间热水浴；多饮水；加压后至少 24 小时后（完全没有压力了）才能乘坐飞机；带压作业后应随身携带应急工作卡，如果出现关节痛以及其它突发病症时要及时按照应急卡片联系负责医生，及时医治。

六、 工艺装备

七、作业组织

八、安全生产保证措施

1、进行必要的岗前培训，对作业人员上岗前针对进仓、检查刀盘及换刀、减压作业的特点进行安全教育，带压进仓人员要树立起安全作业的意识，按照培训知识注意保护自己；

2、带压进仓人员应佩戴好个人防护用品，不得穿皮鞋或鞋底很滑的鞋，防止意外伤亡事故的发生；

3、主控室内严禁闲杂人员进入，防止误操作；

4、盾构主机内严禁闲杂人员逗留，防止误操作；

5、仓外人员和主机室人员要随时观察气压、刀盘仓压力变化情况，如有变化，及时通知现场指挥人员；

6、人仓、自动保压系统及减压仓由专人负责操作，同时做好各项记录；

7、严格按照进仓安全操作规程作业，压力升降按阶梯次序进行；

8、保证人行走通道的畅通，保证信息沟通能够迅速，准确；

9、严禁带易燃、易爆、带电或化学物质（如密封胶）及饮料（矿泉水除外）进仓；

10、事前联系好有高压氧仓的医院或单位，随时具备送往医院的保压的条件；

11、内燃空压机、运输列车、盾构供电、盾构上的空压机、保压系统和照明系统应处于良好的工作状态，派专人负责维护。