土压平衡盾构机带压开仓建泥膜方案

摘  要：在盾构施工中，由于地层条件原因，常常会出现刀具偏磨、断裂等情况，根据不同地质会选择常压换刀或者带压换刀，常压换刀很常见也非常安全，带压开仓换刀复杂且不稳定因素较多，针对带压建泥膜选择合理的方案，总结并分析深圳地铁深外站-盐田站区间的带压开仓建泥膜技术方案。

关键词：盾构;带压换刀;建泥膜;

1 深圳地铁概况及换刀位置

深圳地铁深外站～盐田路站区间左线含明挖段和盾构段，车站顺盐田路布设为左线盾构施工提供场地;盾构段为双线分离式隧道。左线起讫里程为ZDK51+735.674～ZDK50+658.00，长1077.674m，小明挖段长18.59米（盾构推进）。

深盐盾构区间出明挖段后右转下穿明珠大道与盐田路十字路口，然后下穿集装箱堆场、盐田三村居民区，然后左转下穿货柜车停车场、侧穿盐排高速立交桥桩基进入深外站。

举例说明就盾构掘进拼装完成在646环处，刀盘切口里程DK50+771.68，刀盘位置651环于文汇停车场围墙与梧桐山大道交汇处。按照掘进方向，此段平面线型为左转圆曲线段，转弯半径为400米、顺线路方向坡度为29‰。地质勘探报告左线盾构刀盘停机位置地质情况由地表至下依次为：填碎石（3.5m）-素填土（1.71m）-可塑状粉质黏土（2.65m）-硬塑状粉质黏土（8.33m）-全风化中细粒花岗岩-（3.03m）。洞身地层：全风化中细粒花岗岩-（3.89m）砂土状强风化中细粒花岗岩-（1.66m）-块状强风化中细粒花岗岩（0.28m）;

盾构停机开仓处隧道埋深约19.29米，深外站至盐田路站勘察期间场地范围内水位埋深变化小，但地形高差较大、地下水高程变化范围较大，该段地面标高平均值35.6m，勘察期间水位标高30.6m。

2 开仓原因及技术分析

（1）左線盾构施工距上次带压开仓（第580环）已推进完成66环。刀盘自585环位置开仓检查更换刀具后，刀盘主要穿越地层：全风化花岗岩、砂土状强风化花岗岩、中风化花岗岩。但从出土渣样揭示微风化岩含量较多（与地质勘探不符）。

（2）推进610-624环时，渣样揭示微风化小石块含量较多，根据参数显示推力增大、扭矩增大、贯入度降低掘进速度缓慢，盾体内并伴有震感，判断此段地层为典型的上软下硬地层。在此地层中，由于刀具特性：自身硬度高而抗冲击力韧性差，安装于刀盘外缘的滚刀和正面滚刀以较高的速度切削土体与地层中的微风化岩发生碰撞时，很大可能造成刀具损坏。

（3）根据近几环的推进参数及出渣情况分析，刀具可能有不同程度的磨损及损坏情况。为保证盾构施工掘进效率，决定带压开仓检查与刀具更换。本次开仓距上次开仓后穿越地质情况基本都处于上软下硬地层，上部为砂层、下部为微风化、中风化花岗岩地层，硬度在80-110Mpa，取近5环的推进参数参考，推力平均在1300T-1550T，扭矩在1.4-1.7MN·m，刀盘转速1.5r/min，速度只有5-10mm/min。

3 开仓方案

（1）本次计划进行开仓作业，建“泥膜”查看刀盘情况，“泥膜”的组成为钠基膨润土、水、水玻璃的混合物。通过改性与增粘剂反应形成一种高粘度的触变泥浆，具有良好的和易性和粘附性，在水中不易被稀释带走，成膜稳定，附着力好，是一种绿色环保材料。

盾构机掘进的施工过程中，如遇到复杂的地质环境：全断面砂层、岩层裂隙发育的断层破碎带、砾卵石地层、江底贯通地层、上软下硬地层，采用“泥膜” 护壁具有一定的时效耐用性，封闭保压效果稳定，能满足保压开仓作业的需要。该材料黏附力强，包裹性好，能够解决大粒径卵石地层中的“滞排”问题。

（2）带压开仓“泥膜”的制作过程

分别配置膨润土：水=1：5; 1：7; 1：8（均为质量比）。

经过试配后，3-4小时膨化;分别测定其500ml粘度（ 1：5太稠无法测定粘度;测定1：7粘度，5分20秒后浆液留在马氏漏斗流不出;1：8粘度为 9分54秒达到理想效果，黏度达600pa.s达到施工要求），选定该钠基膨润土配比是=1：8。

配置好的膨润土：水玻璃=15：1，混合后经搅拌膨化效果明显，增加了浆体的隔水性、裹携性、粘附性。

（3）带压开仓-泥膜分布

本次膨润土材料共计注入35m³，置换过程出渣15 m³，另有约4 m³材料填充至切口环、掌子面刀盘背板及覆盖土仓内剩余渣土表面，剩余16 m³材料推测扩散填充至盾体周圈及之前盾构掘进过程中扰动而形成的松散土体或空洞中，以致在盾构机刀盘上方形成膨润土材料填充层区域。

（4）带压开仓-开仓目的

工作内容：

1）清理刀盘、刀箱开口。2）检查刀具磨损情况、更换损坏刀具。3）检查仓内搅拌棒及刀盘磨损情况。4）清理仓内及掌子面可能存在掉落的刀具破损件及大石块。5）确认地质是否与勘探情况相符。

进仓步骤：

1）缓慢出渣，将土仓内土体位置降到螺旋机口上方1m位置左右。2）进仓前对土仓通风换气，经气体检测合格人员方能做进仓准备。3）开仓后观察刀盘及掌子面地质情况，掌子面情况稳定，仓内无明显浑浊水流，方可进行进仓作业。4）清理刀盘，更换刀具。

完成本次开仓计划工作内容，预计5-7天。依次流程为施工准备、带压进仓，工作面稳定转换常压、确认围岩，气体检测、作业人员进仓、检查确认更换刀具、清理刀具拆除旧刀具、从土仓吊出旧刀具、安装新刀（安装新刀前经过新刀准备、运送刀具至人闸、运输刀具至土仓）、检查新道具牢固性、将工具，材料等清理出仓、关闭舱门、结束整个流程。

（5）带压开仓-控制要点

1）掌子面情况：

本次为带压开仓检查更换刀具，整个作业过程中由值班工程师在现场每仓实时掌控掌子面情况。如掌子面有较多水流、盾体有后方来水或土体发生位移及变形时及时组织人员撤离。关闭舱门，进行保压。

2）仓内换气（通风）及气体检测：

开仓过程中，对仓内气体持续检测，带压开仓作业过程中不间断进行仓内换气，保证仓内空气质量;确保仓内无易燃易爆物品，仓内外各设置一个气体检测仪，避免有毒有害气体以及易燃气体对人体造成伤害。

3）监测控制：

开仓期间增加了5个地表沉降监测点，并完成了初始值读取。开仓期间增加监测频率并将监测数据发至施工群内，监测数据异常，则停止开仓作业，人员撤离立即进行加固措施。

4）应急措施：

地面沉陷应急处置：①作业人员立即停止开仓作业并撤离。对沉陷区域进行围挡封闭，疏散周边人员。②对区域附近管线进行排查，如有管线及时通知产权单位共商管线处理方案。③根据沉陷区域大小，采取不同处置方案。小区域地面沉降无空洞，采取袖阀管补充注浆;大面积沉陷且有空洞，采用C15混凝土对空洞进行填充，再采用袖阀管注浆措施。④注浆完成后采用地质雷达对沉陷及周边区域进行空洞探测，如若有空洞，采取袖阀管补充注浆，注浆压力根据空洞埋深确定;如若无空洞则处理完成，恢复地面。

4 结论

以上是我在深圳地铁项目针对土压平衡盾构机带压开仓建泥膜方案的一些技术意见，泥膜制作的配比及置换都非常的关键，是否具备开仓条件判断如下：

（1）通过钠基膨润土的置换、分级加压、浆气置换过程中具体泄压时间、钠基膨润土补注量的详细记录情况，综合分析，并确定是否具备开仓条件。

（2）浆气置换以后，在开启samsons保压系统情况下，至开仓工作压力能够稳压6个小时，并满足空压机加载时间小于其卸载时间的10%，则认为泥膜护壁完成，否则应重新制作泥膜。

以上条件满足后方可进行带压开仓更换刀具。

作者简介：卢鹏飞（1992—4），男，内蒙古乌兰察布人，大专，工程师，研究方向：盾构施工。

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