土压平衡盾构机填仓开仓技术控制要点

土压平衡盾构机填仓开仓技术控制要点

叶浩霖

（广州轨道交通建设监理有限公司 广东 广州  510010）

摘要：本文主要通过工程实践，由于螺旋机无法排土，需要对土仓和螺旋机进行开仓检查，根据地质情况和盾构机设备情况，在无法进行常压及带压的情况下进行开仓，从而采取了填仓的工艺进行开仓，针对填仓施工工艺特点进行分析，保证开仓安全。

关键词：电力隧道；填仓开仓；安全技术控制

1、工程概况

1.1工程简介

本标段区间隧道采用盾构法施工，盾构机从4#工作井始发，沿西槎路地下向北，沿途下穿地铁八号线上步站出口，之后上跨地铁八号线地铁隧道，下穿地铁聚龙站，通过5#工作井，下穿地铁平沙站出入口到达6#工作井吊出。盾构机从1041环开始，掘进出现很多块石从螺旋机排除，期间并且因大量大于40cm粒径的块石卡在螺旋机内，螺旋机旋转压力30Mpa达到极限值，通过疏通仍存在不时卡螺旋机的情况，最后在1067环时，因卡螺旋机及土仓渣土无法外排原因，盾构机无法正常掘进。该处位置位于巨龙工业区西槎路西侧，隧道埋深约10m，隧道洞身地层主要为<5c-1b>可塑状残积粉质黏土层，经排查，排除螺旋机叶片损坏或变形的情况，通过不断伸缩、正、反转螺旋机，反转螺旋机往土仓塞木头、试块、块石等方法均未能解决无渣土外排的问题。

1.2地质情况

根据地质详勘资料，异物卡螺旋机位置自上而下地层主要为<1>、<4-2a>、<5c-2>、<8c-2>，隧道洞身地层为<5c-2>、<8c-2>。土层参数及地质特征如下：第〈5C-2〉层：硬塑状灰岩残积土：黄褐色、灰白色，硬塑，局部灰岩风化残积土，灰岩碎屑。该层土承载力高，变形小，土的工程性质较好，但开挖时可能出现崩塌，土的可挖性等级为Ⅱ级，围岩级别为Ⅴ级；第〈8C-2〉层：碳质灰岩中风化带：灰色，深灰色，隐晶质结构，层状构造，裂隙稍发育，岩体较破碎，岩芯多呈短柱状，岩质较硬，锤击声哑。局部以薄透镜体夹层出露于强风化或以薄层位于溶蚀空洞附近。刀盘上方为西槎路人行道，人行道存在的管线较多，无法对刀盘前方进行加固，另外因为盾构机没有带压开仓的相关设备，无法进行带压开仓，经研究，决定以填仓的方式进行常压开仓对土仓进行检查及清理土舱内大粒径块石。

2、填仓施工技术要点

2.1填仓施工流程

将土仓内填充满水泥浆浆液，初凝后在刀盘前方和土仓形成一道不透水的水泥浆帷幕，水泥浆帷幕与刀盘共同维持掌子面的稳定，实现常压安全开仓作业。通过对土仓检查后开仓，在开仓清理过程中对刀盘开口位置相对薄弱地方进行钢板封堵，确保安全的情况下进行清理块石。

2.2土仓内渣土冲洗

因螺旋机旋转未能实现土仓内的渣土外排，在土仓隔板1、2、4、5、7、8、10、11点点位的球阀注入高压水，从上部2点位置球阀排出，将块石、沙粒之间的泥浆尽可能冲洗干净出来，为后续从土仓注入的水泥浆能充分填充空隙做好基础准备工作。

2.3盾体及螺旋机注膨润土

为防止水泥浆注入过程中进入盾体外侧形成裹盾体和在螺旋机内固结形成栓塞，影响后续盾构机推进，在注入水泥浆前，需要把螺旋机内渣土排空，在盾体及螺旋机注入纳基膨润土，避免上述位置流入水泥浆，影响盾构恢复掘进。

2.4土仓内注水泥浆

经过试验，水泥浆液的配比如下：水泥300kg/m³、膨润土200kg/m³、水500kg/m³，注浆压力控制在1.8bar左右，注浆量为5-10方，水泥浆加入能够使膨润土水泥凝固强度不会太高，降低开仓后人工破除水泥块的难度。

注浆前在土仓注入空气，当土压上升至180kpa的同时收缩主推千斤顶，盾体后退2-3cm后，停止注入空气，防止注入孔堵塞，待土压开始下降后，在注入孔注入泡沫溶液，停止注入后及时关闭注入孔球阀。注浆材料及设备应在出土之前准备充足以保证能连续注浆,浆液制备应根据螺旋出土机岀土情况提前通知,尽量保证在出空土仓后立即注浆。从注水泥浆开始至注浆完成后12小时内,须不间断向刀盘主轴承内打油脂。

分别从土仓隔板的1、2、4、5、7、8、10、11点球阀向土仓内注入水泥浆。需从下部注入孔开始注入水泥浆，注满后逐步往上面的球阀注水泥浆，在注浆的同时，打开顶部2点位的球阀排气、排水，直到球阀排出水泥浆后关闭2号点位的球阀，最后利用土仓隔板最上面的球阀注入浆液，直至把土仓注满为止。在注浆的同时正反转转动刀盘，刀盘转速维持在0.5～0.8rpm，由于注浆时间过长,超过水泥浆初凝时间,刀盘扭矩将越来越大,最后刀盘停止转动时需使刀盘与中心旋转接头位置处于水平位置。

2.5测温

注浆结束后，利用电子测温仪测量土仓壁各区域的温度变化，土仓内由于注入了水泥浆会有一个升温过程，待土仓隔板最上部的温度升到最高而下降到一定温度且持续1天时间不发生变化时，测温工作结束，具备准备开仓的条件。

3、开仓前安全控制要点

3.1检查整个注浆效果

1、首先检查仓内浆液凝固情况,判断能否开仓。先打开土仓壁上的两个球阀,利用粗细10mm左右的钢筋向土仓内砸入,根据砸入的情况判断凝固的情况。然后再打开土仓门上方的球阀,同样的方法检查仓内凝固的情况,看是否还有水流出。如两个条件均满足,则可进行开仓准备工作。

2、盾构机刀盘前方加固效果

待土仓门打开后,先进行土仓清理。土仓清理完成后,观察掌子面泥浆帷幕固结情况和渗水情况。如两个条件均比较好,则清理块石、检查刀具工作方可继续,做好刀盘开口的防护工作,能保证开仓的安全。

3.2开仓安全防护措施

1、盾体注浆前，应对盾尾的同步注浆管注入膨润土，防止水泥浆浆液堵塞盾尾的同步注浆管；

2、盾体及螺旋机注浆前，应准备若干4寸变2寸变接头，以应不时之需。

3、待土仓注浆完成12小时后，检测土体加固效果前应检查气体保压系统施工安全可靠。

4、注浆浆液严格按照配比制作，并要按要求严格控制注浆压力；

5、仓内注浆接近满仓时，应回缩千斤顶，使浆液顺利到达刀盘前形成保护层，以便更好地支撑开挖面；

6、填仓过程中主轴承密封油脂每隔1小时加注一次；

7、打开仓门后，要对气体浓度进行检测，检测合同后方能开始清仓工作。清仓过程中要定期对仓内的气体进行检测，要做好仓内通风、换气的工作，确保仓内气体符合要求。

8、清理土仓或对刀具进行检查和更换期间，应加强掌子面上方地面及周边建筑物的沉降监测以及巡查工作，并确保地面人员与土仓人员的通信畅通；

9、作业期间，仓内照明要足够，并安排专人负责观察掌子面的变化情况，对松散水泥块要清除，对渗水点要及时用水泥浆封闭。

10、土仓清理完成后，必须在刀盘开口位置加焊钢板，确保掌子面的稳定后，方能对刀具进行检查及更换刀具等施工。

4、结束语

开仓是盾构隧道施工过程中的一个重大风险隐患，也是在盾构施工中不可避免的一个重要环节，确保开仓过程中的安全是首要任务。开仓前要提前策划，做好技术论证，认真做好安全工作，增强预防事故的主动性和有效性，充分做好风险辨识工作并制定相应措施，将风险点消灭在萌芽状态，就可以避免事故的发生。本文通过填仓这种非常规的开仓方式，成功地完成开仓任务，为后续其他工程在盾构开仓方面提供借鉴意义。