泥水盾构带压进仓气密性分析

泥水盾构带压进仓气密性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 黄学军＊，孟海峰 （中铁隧道集团二处有限公司，河北 燕郊０６５２０１） 摘　要：大直径气垫式泥水平衡盾构机在掘进过程中，在不同的地质条件下对盾构机的刀具都会有不 同程度的磨损，尤其是在以砂卵石为主的地层中，盾构机的刀盘、刀具更易磨损，为了保护盾构机刀盘 不能被轻易磨损，保证其使用寿命，需要经常带压进仓对磨损的刀具进行更换，但大直径泥水盾构带 压进仓作业，需要开挖仓内有良好的气密性来保证仓内的气压稳定，如何防止开挖仓内的高压气体逃 逸是解决该问题的关键。通过对北京铁路北京站至北京西站地下直径线２标 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 采用的１２．０４ｍ 泥水平衡盾构的带压进仓换刀的工程实例，对如何解决带压进仓作业的气密性问题进行了详细的介 绍，希望对类似工程有借鉴作用。 关键词：泥水盾构；带压进仓；气密性；注浆 中图分类号：Ｕ４５５．４３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４—５７１６（２０１１）０７—０２０２—０３ 　　由于气垫式泥水平衡盾构机有其优越的性能，越来 越多的被应用于城市地下隧道工程。其最主要的特点 是无论盾构机是在掘进还是在停机状态下都能以稳定 的气压来支撑掌子面和周边围岩，以保证地下隧道在开 挖过程中，将围岩结构由于应力释放所产生的不均匀沉 降控制在最小范围内。有效地保证隧道沿线的地面交 通和毗邻建（构）筑物不受影响。 但是盾构机在掘进过程中，尤其是砂卵石地层对盾 构机刀具的磨损是非常严重的，这就需要经常对磨损的 刀具进行更换。为了保证停机换刀作业时掌子面人员 的安全和地层的沉降不受影响，就必须带压进仓，由于 带压进仓作业需要降低开挖仓内的液位５０％左右，开 挖仓内的围岩有一半以上暴露在无泥浆支护状态下，很 容易造成仓内高压气体的逃逸，保不住仓内的压力，这 样仓内作业人员的安全和掌子面的稳定就难以保证。 我们需要做的就是———如何保压。 １　工程简介 １．１　工程概况 北京铁路枢纽北京站至北京西站地下直径线２标 工程位于北京市中心区。盾构隧道全长５１７５延米，即 ＤＫ１＋６２０～ＤＫ６＋７９５。盾构段隧道采用１台全新的 １２．０４ｍ膨润土－气垫式泥水平衡加压式盾构机，自 天宁寺盾构始发井４＃竖井始发后，沿天宁寺桥、西便门 桥向东，拐至长椿街，继续沿宣武门大街、前门大街向 东，到达祈年大街盾构到达废弃段。盾构隧道衬砌管片 内径１０．５ｍ，外径１１．６ｍ。 １．２　水文地质 沿线地层均为第四系全新统、上更新统冲洪积层和 第四系全新统人工堆积层，下伏基岩为上第三系中上新 统砾岩，隧道全部穿行在第四系全新统地层中，剥蚀面埋 深在隧道出口一带为３０～４０ｍ，宣武门附近为７０ｍ，至崇 文门附近急剧下降到１０８ｍ。本区冲洪积层的特点是垂 直方向上粘性土与非粘性土层交替产出，水平方向上自 西向东颗粒由粗变细，粘性土厚度变大。沿线地表普遍 分布一层人工堆积层，岩性为杂填土、填筑土，成份为粉 质粘土、粉土，夹碎石、瓦块、有机物等，厚３～６ｍ。以下 均为冲洪积层。工程作业层穿越的地层有：素填土、杂填 土、粉土、粘土、粉砂、细砂、中砂、粗砂、圆砾、卵石土。 本地质段主要是孔隙潜水，水位标高为＋２１．３～ ２１．７ｍ（水位埋深为２３．１３～２４．３１ｍ）。局部上层滞水 埋深３．７ｍ。地下水动态较复杂，同时受自然因素和人 为因素的影响，一般年最低水位出现在雨季前的５月前 后，高水位出现在雨季后的９月前后，年变化幅度为１～ ３ｍ。地下水的补给来源主要是潜水侧向径流、深部承 压水的垂直越流和少量护城河河水渗流。ＤＫ５＋４８０ 以西，地下水类型为孔隙潜水，以东则为孔隙承压水。 ２　带压进仓换刀的必要性分析 结合本工程盾构隧道所处的地理环境、地质水文特 ２０２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　西部探矿工程　　　　　　　　　　　　　　　２０１１年第７期 ＊ 收稿日期：２０１０－０９－１０　修回日期：２０１０－０９－２６ 第一作者简介：黄学军（１９７８－），男（汉族），宁夏中宁人，工程师，现从事地下工程技术及施工管理工作。 征，尤其在北京地区砂卵石为主的地层，采用单台盾构 独头掘进５１７５ｍ的具体施工情况，经过前４５０ｍ试验段 对盾构机刀具的适应性和磨损量的分析，这种砂卵石地 层对盾构机刀具的磨损是非常快的，几乎每掘进２００ｍ 左右就要对盾构机部分磨损严重的刀具进行更换。 根据本工程地质及沿线地下管线、建（构）筑物情 况，在前２ｋｍ范围内有 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 地选择了６个加固点进行 停机换刀，在盾构机到达之前先采取地面深孔注浆加固 结合洞内超前注浆加固措施。但由于盾构机刀具的磨 损速度较快，只在这６个加固点停机换刀远远满足不了 盾构机的换刀频次。结合前４５０ｍ盾构掘进刀具磨损 情况及第１、第２个加固点施工情况分析，在地面采取 加固措施后带压换刀有一定的局限性。 （１）地面加固占掘路手续办理时间较长，必须提前 办理，否则将影响地面加固施工进展，进而影响盾构施 工进度。 （２）地面加固地点选择限制，要求盾构掘进的距离 较长，平均距离３００ｍ左右。有可能在盾构未到达加固 点前，刀具已经磨损非常严重，到了不得不更换的地步。 若强行掘进，有可能损坏刀盘。 （３）盾构掘进到宣武门西大街以后，与地铁２号线 平行，地面交通繁忙，地下管线复杂，地面加固地点选择 及实施条件非常困难。 限于这些停机换刀点的局限性，就需要在非加固点 地段选择适当的位置对磨损量较大的刀具进行更换。 这样盾构机随时都可能停机，这对掌子面和开挖仓的气 密性要求非常严格。在非加固点停机带压进仓，如果开 挖仓内的气密性问题解决不了，补气量过大，一是人仓 和气垫仓、开挖仓内的压力无法达到平衡；二是开挖仓 内达不到设定压力容易造成掌子面失稳，进仓人员不安 全。如何能保证盾构机在任何位置停机时带压进仓的 气密性问题，是本文讨论的关键。 ３　气体逃逸的原因分析 截止２０１０年１月２日，盾构机累计掘进８４５ｍ，共 停机１３次，带压进仓２２７仓，平均每次进仓时间在 １００ｍｉｎ左右，根据历次带压进仓观察进气管路上ＳＡＭ－ ＳＯＮ阀门定位器的补气情况看，开挖仓内的气密性问 题已经逐步得到了很好的解决。我们经过不断的试验 和总结终于找到了开挖仓内气体逃逸的原因和防止气 体逃逸的解决办法。 根据盾构带压作业特点分析，带压作业漏气的原因 主要有以下几方面： （１）掌子面地层漏气：由于盾构穿越的地层以砂卵石 为主，地层孔隙率较大，带压进仓换刀需要将开挖仓内的 液位降至５０％以下，这时刀盘中心以上的掌子面以及盾 壳中心以上的围岩都处在无泥浆支护状态下，如果在掌 子面和围岩表面没有形成一层较好的泥膜，这时仓内的 高压气体就会从围岩表面的空隙逃到地层里面去。 （２）盾构设备本身密封不严造成漏气：当开挖仓内液 位降至５０％左右，盾构机刀盘中心以上部分没有泥浆，压 缩空气将直接作用在盾构的上半部分，压缩空气可能会 沿盾构本身密封不严的仓门、管道、阀门等地方逃逸。 （３）中盾预留管路漏气：中盾有一些预留注浆孔，如 果一些注浆孔的阀门关闭不严也是一部分气体逃逸的 途径。 （４）盾尾密封刷处漏气：盾尾是和管片相接的地方， 主要靠盾尾油脂和盾尾密封装置进行密封，如果有部分 盾尾刷损坏或者盾尾油脂注入量不够、分布不均匀而没 有形成完全的密封都容易造成气体的逃逸。 （５）盾壳周围地层漏气：降液位后，盾壳上部和围岩 之间已经没有泥浆填充，使盾壳上部分形成气体逃逸通 道，压缩空气将会沿盾壳上部分向后逃逸，若盾壳周围 地层没有良好的泥膜保护，压缩空气有可能向盾壳周围 地层中逃逸。 （６）管片接缝处向隧道内漏气：若同步注浆未充分 填充管片壁后的空隙和地层，压缩空气很可能沿管片壁 后的空隙向后逃逸，若管片拼装时错台较大、破损、止水 条脱落等缺陷造成管片接缝密封不严，则压缩空气会沿 这些缺陷向隧道内逃逸造成漏气。 综合以上漏气原因，并结合几次带压换刀情况分 析，在保证掌子面泥膜质量的条件下，造成带压作业漏 气的主要原因是盾壳和盾尾与地层间的缝隙封堵不严， 使压缩空气沿盾壳向盾构后方逃逸而漏气。 ４　带压进仓气密性的保障措施 根据几次带压进仓的结果看出，保证带压作业气密 性的最主要原因就是解决盾壳和盾尾后方的气密性问 题。只要盾构后方气密性好，压缩空气不泄露、不逃逸， 即使是掌子面地层没进行加固，带压进仓作业也是安全 的。根据盾构带压作业可能造成漏气的几个方面原因 分析，在非加固段进行带压作业时主要采取以下措施来 保证气密性。 （１）在预计的带压进仓作业点之前１５ｍ左右开始提 高泥浆质量，制备比重大小为１．０５，粘度为１８～２０ｓ的新 鲜泥浆来携渣循环，使高粘度泥浆充分渗入到盾壳周围 地层中，形成良好的泥膜，保证盾壳周围地层不会漏气。 （２）加强同步注浆量，保证６根同步注浆管通畅，能 够同时注浆。适当提高同步注浆压力，但不得超过盾尾 密封油脂的注脂压力。使同步注浆充分填充管片壁后 ３０２２０１１年第７期　　　　　　　　　　　　　　　西部探矿工程　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 空隙，并充分渗入地层的空隙中，隔断压缩空气向管片 壁后地层中逃逸的通道。 （３）加强管片拼装质量，避免管片破损或止水条脱 落，确保管片接缝密封性，防止压缩空气从管片接缝处 向隧道内逃逸。 （４）检查盾构本身的气密性，包括人仓、气垫仓门的 密封性，同步注浆管路、中盾注脂孔、超前注浆孔、冲刷 管等各个管路阀门关闭后的密封性，防止因盾构设备本 身密封不严而造成漏气。 （５）盾构到达预定的带压进仓换刀地点后，主要采取 泥浆置换和向中盾和盾尾注入高浓度泥浆和堵漏剂的方 法增加气密性，防止气体逃逸。具体施工 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 如下： ①盾构停机后先进行泥浆循环，将刀盘仓内切屑下 的渣土完全循环出地面，使刀盘仓内全部为泥浆充填。 ②然后在新浆池拌制高粘度泥浆，并适量添加Ⅱ型 制浆剂（堵漏剂）。泥浆粘度控制在９０～１００ｓ，比重为 １．０５，新浆拌制总量为１５０ｍ３。 ③向盾尾注入高浓度泥浆。在地面搅拌站拌制高浓 度膨润土浆，并添加堵漏剂或细锯末。膨润土浆液配合 比为膨润土∶Ⅱ型制浆剂（堵漏剂）∶水＝３００ｋｇ∶１５０ｋｇ ∶１０００ｋｇ（质量比）。泥浆比重控制在１．３以上。通过同 步注浆管路向盾尾脱出的管片壁后注入高浓度泥浆。注 浆压力控制为：根据该点的静止水土压力之和设定。压 注泥浆的终压比该点水土压力和大０．５～１．０ｂａｒ。 ④向中盾壁后注高浓度泥浆。向盾尾注入高粘度 泥浆完成后，利用中盾预留的６个注脂口向盾壳背后注 入高粘度泥浆。浆液拌制及浆液配比同第三部，采用同 步注浆系统间隔跳孔进行注浆，注浆压力控制为比刀盘 仓对应位置的压力大０．２ｂａｒ左右。注浆顺序是先向下 部注入比重为１．２左右的大比重泥浆，然后在上部注入 比重为１．０５左右的小比重泥浆。发现气垫仓液位上升 １０％后停止注浆，更换位置再继续注入。 ⑤将刀盘仓内置换高粘度泥浆。首先将新拌制的 高粘度泥浆从新浆池通过泥浆管输送到盾构机１号拖 车上的砂浆储存罐中。然后将气垫仓液位降至４５％～ ５０％，保持开挖仓中心压力等于该点的水土压力和。将 两根同步注浆管接在前盾中部的两根注浆口上，利用同 步注浆泵向开挖仓注入新制的高粘度泥浆。待气垫仓 液位上升至７０％左右时，开始利用排浆管缓慢排浆，降 低液位。待气垫仓液位降至４５％～５０％，继续向开挖 仓内注入新浆。如此循环，直至将１５０ｍ３ 高粘度新浆 置换完成。 ⑥泥浆置换完成后，即开始转动刀盘。刀盘转速控 制在１ｒ／ｍｉｎ左右，刀盘转动次数为５～１０ｒ。 ⑦然后开始保压，保压按照开挖仓中心起始压力起 算，每间隔３０ｍｉｎ提高压力０．１ｂａｒ，使终压比起始压力 高０．３～０．５ｂａｒ左右即开始保压，液位仍控制在５０％ 左右。保压时间不得低于３ｈ。 ⑧为防止盾壳周围填充的高粘度泥浆流失在刀盘仓 保压期间，应继续向中盾壁后补注高粘度泥浆，浆液拌制 及注浆压力控制同前，发现气垫仓液位上升即停止注浆。 ⑨带压进仓１～２次后，必须向中盾补注入高粘度 泥浆，否则有可能漏气严重，人员无法带压进仓。连续 进仓５～８次后，由于掌子面泥膜逐渐变薄，漏气现象将 逐渐严重。必须根据掌子面泥膜的变化情况，对刀盘仓 重新置换高粘度泥浆，以确保掌子面的气密性。同时必 须向中盾补注高粘度泥浆。 ５　泥浆置换注意事项 （１）在泥浆置换及降液位过程中应严密监视开挖仓 及气垫仓液面及压力变化，发生液位突变应马上停止注 浆。 （２）严格按技术交底要求设定压注泥浆的压力，并 时刻监视液位变化。发现异常情况，应调整注浆压力后 再进行。 （３）派专人在隧道内巡视观察管片变形情况，发现 管片变形、错台增大等情况时应马上停止注入。 （４）由专人负责，加强地面巡视和监测，发现异常情 况，马上通知主控室，停止注浆，立即采取相应的应急措 施。 （５）从中盾向盾壳外注泥浆时，当注浆压力达到设 定压力或泥水仓液位发生变化时即停止注浆；盾尾注泥 浆时，当注浆压力达到设定压力时即终止注浆。 参考文献： ［１］　洪开荣．广深港大断面特长水下盾构隧道的技术难点分析 ［Ｊ］．隧道建设，２００７，２７（６）：１－３． ［２］　陈馈．狮子洋隧道ＳＤⅢ标盾构选型设计与对接施工［Ｃ］／／ 中国中铁隧道集团２００７年水底隧道专题技术交流会论文 集．河南洛阳：中铁隧道集团有限公司，２００７：１４６－１５０． ［３］　徐军哲．盾构带压进仓作业工法（３．６ｂａｒ以内）［Ｃ］／／中国 中铁隧道集团工法专辑．洛阳：中铁隧道集团有限公司， ２００６． ［４］　刘树山．砂卵石地层盾构隧道刀具更换 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 研究［Ｊ］．隧道 建设，２００８，２８（３）：２６８－２７６． ［５］　杜闯东，贾航，王坤．大直径泥水盾构复合地层进仓技术比 较与应用［Ｊ］．隧道建设，２００９，２９（４）：４３５－４４０． ［６］　粱奎生．土压平衡式盾构带压进仓作业［Ｃ］／／中国中铁隧 道集团２００５年技术交流会论文集．河南洛阳：中铁隧道集 团有限公司，２００５：２４１－２４５． ４０２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　西部探矿工程　　　　　　　　　　　　　　　２０１１年第７期