浅谈土压平衡盾构带压开仓技术

高栋

摘要：盾构开仓是盾构施工过程中必不可少的环节，熟练掌握盾构开仓技术对盾构施工之安全、进度等管理极其重要。

关键词：盾构机;带压开仓;膨润土;泥膜

引言

盾构施工应预先根据盾构区间地质情况、区间长度、盾构刀具耐磨性等情況制定开仓换刀计划，确定换刀地点及换刀方法。开仓换刀地点的选取应尽量避免在建筑物、城市主干道及管线下方。

1.盾构开仓位置的选择

盾构开仓前宜预先确定开仓作业地点，并对地勘报告中开仓位置地质稳定性进行评估。开仓作业地点宜选择在地层较稳定或地面环境保护要求较低的地段。主动进仓点要综合考虑地质条件与周边环境条件，要避开管线、建（构）筑物、水体、地层分界面、交通路口等;被动进仓点应尽量选择地层较稳定段。

2.盾构开仓前准备工作

2.1开仓气压的确定

带压进仓首先要对开仓气压进行确定，且关键要确定的是气压的下限，再根据人体可承受的气压值，考虑一定的安全系数。压气压力的选择，因覆土厚度、地层渗透性、隧道直径、地下水埋深而异。理论上，土舱气压值应根据空仓底部的水土压力值确定，在进行压气作业前应进行压气实验，确定需要多大气压才能达到止水及土体的自稳。

2.2地层透气量的确定

盾构掘进过程中通过保压试验，统计盾构在该地层保压过程中持续不断每分钟加气量，估算开仓位置地层的透气量，开仓期间通过盾构设备供气弥补地层透气损失量。

2.3有限空间作业审批

进仓作业应严格按照有限空间作业相关规定，严格执行审批程序，确保进仓人员安全。严格遵循先检测、后作业的原则，并在作业过程中加强通风换气，对仓内氧气、有害气体、可燃气体浓度保持连续检测。缺氧或检测仪器出现报警时，必须立即停止作业，迅速撤离作业现场。

2.4作业人员准备

压气作业人员必须有相关施工经验、经过培训且体检合格，作业前进行技术、安全交底，告知作业注意事项。

2.5设备及材料准备

为保证仓内气压稳定，应提前配备大容量空压机及备用空压机并调试到位，开仓期间持续补充压缩空气。同时做好盾构各系统检查及泥膜形成材料、用电设备、消防设施、用水设施等各项准备工作。

2.6地下水封堵

开仓前应做好盾尾注浆、盾尾油脂、管片封环、盾体外封堵、螺旋机密封、管片背部止水等措施。

2.6.1盾尾注稠浆

在盾构停机前3～5环掘进中同步注浆用稠度较大的惰性浆液，注浆量为平常同步注浆量的1.2倍，使盾尾后空隙充分填充，防止注双液浆时浆液流入盾尾。

2.6.2注盾尾油脂

在盾构停机前加大盾尾油脂注入量，使每道油脂腔充满油脂，并且油脂压力大于同步注浆压力，防止注浆浆液进入盾尾刷。

2.6.3管片双液浆封环

在盾尾后第5环和第6环两环管片一周注双液浆，形成完整密封环，阻止成型隧道外地下水沿管片外流向盾构土仓。

2.6.4盾体外封堵

通过前盾径向注浆口向盾壳外注入粘度大于80s（马氏漏斗）的膨润土浓浆，使盾体外充满膨润土，阻止盾壳外地下水渗入土仓。

2.6.5螺旋机密封

螺旋机需提前检查密封情况，并复紧螺栓，必要时采用聚氨酯或环氧树脂进行密封。

2.6.6管片背部止水

盾尾后第3环、第4环注聚氨酯或环氧树脂材料以防止地下水涌入。

2.7渣土置换

置换渣土时，螺旋机从土仓底部排渣，同时启动手动加气，随时调整土仓压力。土仓内渣土排出2/3后，停止螺旋机排渣。通过膨润土系统向土仓顶部注入膨润土泥浆，同时逐步关闭手动加气，膨润土充满土舱2/3后，开始保压。整个过程需严格控制出土量，确保土舱压力基本稳定。

2.8泥浆渗透成膜

保压时膨润土泥浆的压力必须高于预定的进仓气压，膨润土泥浆注入压力应比地下水压力高1.2bar～1.4bar。过程中如果土仓压力有下降，则从土仓上部小流量补充膨润土泥浆。随着渗透时间延长，渗透量越来越小，2～3h后不需要补充膨润土泥浆仍能保持压力稳定，则地层缝隙基本被填充，可以进行成膜阶段工作。

渗透完成后，用高粘膨润土调制粘度大于80s的泥浆，置换土仓内大比重泥浆。保持土仓压力，每隔3h从土仓中部放浆取样测试一次，如果取样泥浆粘度小于60s则进行泥浆置换，如粘度大于60s则不需置换。保压持续6小时不需要补充泥浆则可判定泥膜制作成功，否则延长成膜时间。保压成膜过程可持续12小时，使泥膜厚度增厚，加强泥膜保压的可靠性。

2.9土仓气密性试验

泥膜制作完成后，首先打开进入土仓的自动加气阀门，从土仓中部缓慢放浆或螺旋输送机缓慢放浆，放出的泥浆与补充的压缩空气体积应相当（即仓内压力不能降低），直至放完土仓上半部泥浆。该过程必须时刻关注供气管压力，如供气管压力接近土仓压力说明泥膜闭气效果差，应立即停止放浆，继续制作泥膜。

如供气管压力远大于土仓压力，说明漏气量小，可继续放浆，放浆完成后，土仓上半部空间为压缩空气，空气自动保压系统自动维持仓内压力稳定。观察半小时，土仓上部和中部压力稳定，供气管压力较高且不下降，空压机不频繁启动，证明土仓内压缩空气保压良好，具备带压进仓条件。

3.带压进仓

3.1人仓气密性试验

人仓是作业人员进入土仓进行维修和检查的转换通道，进入土仓的工具和材料也由此通过，通常情况下人仓处于无压模式，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露气。

按施工经验，从0升压至设计值（3.6bar）不超过10min即为合格，降压操作过程通常会出现土仓门漏气现象，造成气压降不到0bar，按施工经验若降压后气压能小于0.3bar，则为安全，若气压降不到0.3bar，需要带压进行土仓门的密封处理。

3.2带压进仓检查

为进一步判断掌子面地质情况和刀具磨损情况，首先必须由专业工程技术人员进仓对掌子面地质情况和稳定性进行评判，同时对刀盘、刀具磨损情况进行检查，确定换刀方案和带压进仓前的各项准备工作。一般情况下，每组有效带压作业时间为3h左右，工作结束后按既定减压方案进行减压、出仓，下一组人员进仓。

作业人员入闸流程：进入主仓并关闭闸门→打开主仓内双层带状纸记录器→关闭主仓和副仓之间闸门→确保操作管理员和闸内人员之间电话联系→缓慢打开“向主仓通风”球阀→向主仓内增压达到操作压力→打开土仓与人闸间联通阀门确认无水流出→打开通向土仓的闸门→进入土仓作业，通向土仓的闸门必须保持打开状态。

3.3带压进仓作业

应先将作业工具、刀具等物品全部运入人仓，作业人员进入人仓。带压作业时应注意上部孤石并及时处理。富水砂卵石地层，泥膜对土仓密闭性非常重要。进仓作业不可破坏泥膜，如破坏，应及时调制泥浆进行修复。必须时刻观察泥膜有无开裂现象，如开裂严重，存在风险，需退出再次进行泥浆置换，形成泥膜。

3.4仓门关闭确认

仓内作业完毕后、关闭仓门前，应对土仓及刀盘前方进行全面检查，避免工具、杂物遗留在仓内。

4.减压出仓

出仓过程分为减压→停留→减压→停留，直至压力降至常压即减压结束，完成出仓程序。

结束语

盾构开仓是盾构施工过程中必不可少的环节，且开仓过程安全风险高、对工程进度影响大，熟练掌握盾构开仓技术对盾构施工之安全、进度等管理极其重要。