盾构土舱保压施工工法

2010-06-15陈军强

城市道桥与防洪 2010年8期

关键词：工法刀盘气压

陈军强

（宏润建设集团股份有限公司机施分公司，上海市200235）

0 前言

随着我国各大城市市政建设的大力发展，盾构法隧道施工施工的地质条件及施工环境越来越复杂。为了解决盾构在通过复杂地层、穿江过河、穿越密集建筑群等情况中遇到的施工困难，常需要进入土舱施工。当盾构在软弱、富水地段掘进时，必须采用带压进舱模式。

1 适用范围

本工法适用于所有经过改良或加固后能达到保压作业气密性要求的地层。特别是在含水量高或自立性差的复杂地质中，穿越江河湖海或密集建筑物群等特殊情况下，盾构既无法常压直接开舱又无法实施地面加固，保压加固是盾构开舱施工的最佳方法。保压施工都可以起到防止地下水过度流失、开挖面土体坍塌、地表大幅度沉降的作用。

2 工艺原理

盾构土舱保压施工工艺原理是：经过对盾构刀盘前方地层进行处理后，在保证刀盘前方周围地层和土舱满足气密性要求的条件下，通过在土舱内建立合理的气压来平衡刀盘前方的水、土压力，达到稳定开挖面和防止地下水渗入的目的，为在土舱内进行排障或换刀等工作创造条件。其工作原理见图1。

3 工法特点

（1）本工法施工在地下进行，施工受地表条件的限制较小。本工法适用地质范围较广，受地层地质情况影响较小，加固效果较好。

（2）本工法施工不占用地表，涉及的部门少，对环境及交通的影响较小。施工对地层结构影响及引起的地表沉降较小。加固施工不会固结刀盘，不会影响今后的地下工程施工。

（3）本工法施工成本较低、施工效率较高、施工工期较短，能在短时间内使土舱土体达到开舱要求的加固效果。

（4）本工法施工工艺要求较高，在富含水的沙砾层中施工时风险较大。施工中需要进行土体改良等辅助措施，并通过完善的保压系统和严格的操作规程，保障人员和设备的安全。

4 工艺流程

盾构保压施工工艺流程见图2。

5 操作要点

5.1 盾构推进异常

盾构推进过程中，推进情况及相应参数如有异常，要立即停机进行处理。异常情况主要有刀盘扭矩波动或升高、刀盘摒死、盾构推力升高、推进速度下降、盾壳卡死等。引起的原因有刀具磨损、前方遇到障碍物（如大块的漂石、掉落的刀具、地下桩基等）或特殊土体（如高粘性土、泌水粉砂土、致密加固土、硬岩、软硬复合层等）等。

5.2 地质情况初查

当盾构推进出现异常情况后，需要通过土压试验对土舱地质情况进行初查，确定开舱模式或保压施工压力。在盾构停止推进后，通过螺旋机将土舱排放至半空，再静置半小时，如果土舱上部压力上升不超过0.05 MPa，可尝试直接常压开舱，否则需采用保压开舱施工。

5.3 技术参数确定

（1）保压压力确定

保压施工时土舱气压的设定至关重要，气压过低易造成土体坍塌事故，过高则易造成地面喷发事故。土舱保压压力可以根据土舱土压试验结果、地质勘探资料、此前出土情况等来确定。保压基础压力取土舱土压试验半小时后的水土平衡压力，再根据地下水位、地质条件及此前出土情况对基础压力进行调整，一般土舱保压压力至少应比地下水压高0.02 MPa。

（2）需用气量计算

需用气量的计算是设备选型的前提，也是施工安全的保证。需用气量主要包括舱内人员用气、土舱漏气、工具耗气、系统漏气及备用气量。需用气量按式（1）计算。

式中：V——需用气量；

V1——舱内人员用气量；

V2——土舱漏气量；

V3——工具耗气量；

γ1——系统漏气率；

γ2——备用率。

式中：v——每人所需通风量；

N——舱内人数；

φ——刀盘开口率；

D——刀盘直径；

u——土体透气线速度（试验测得）。

经整理得：

系统已知参数见表1。

表1 系统已知参数

5.4 方案编制汇审

技术人员根据盾构异常情况及地质初查结果编制盾构保压开舱施工方案。施工方案要上报工程监理及业主代表进行审批。方案还要上报消防安全、劳动保障、专业医院、地方政府等相关部门备案。

5.5 准备人员设备

所有保压施工人员都必须按相关规范经过专业培训并取得相应证书。进舱前还必须经过专门的身体检查和相应的技能及安全教育。所有设备及材料必须有出厂合格证，并检验合格后，方可投入使用。所有设备及材料的型号规格必须根据保压施工参数进行计算选择。

5.6 土舱土体置换

保压开舱主要应保证刀盘前方周围地层和土舱满足气密性要求，土舱土体置换就是一个按此要求建立保压施工环境的过程。盾构掘进到进舱里程后停止掘进，用膨润土泥浆置换土舱内的碴土。置换完成后静置半小时，让泥浆充分渗透到地层形成泥膜。接着启动土舱自动供气系统，用气体置换膨润土泥浆。膨润土泥浆外排结束后，还应进行土舱气密性试验，要求泄露小于10 m3/min。