泥水盾构带压割除排浆管格栅施工技术.pdf

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泥水盾构带压割除排浆管格栅施工技术1 泥水盾构带压割除排浆管格栅施工技术2 泥水盾构带压割除排浆管格栅施工技术3 泥水盾构带压割除排浆管格栅施工技术4 泥水盾构带压割除排浆管格栅施工技术5 泥水盾构带压割除排浆管格栅施工技术6
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———文章编号:10094539(2019)02011305・隧道/地下工程・泥水盾构带压割除排浆管格栅施工技术毋海军(中铁十二局集团有限公司山西太原030024)摘要:以泥水盾构在徐州地铁2号线新元大道站至新区东站区间粉质黏土层施工为例,通过分析盾构机在该地层中泥水环流系统排渣不畅这一问题,详细介绍了泥水平衡盾构通过带压进仓方式割除排浆管路正前方格栅的施工工艺.从停机位置选择,带压进仓割除格栅的风险源分析,对割除作业的方案论证、条件验收、进仓工序、带压进仓作业等情况及处理过程进行了详细阐述,最终安全有序地完成了格栅割除作业,解决了泥水环流系统堵塞的问题,也为盾构顺利穿越故黄河创造了条件。关键词:泥水盾构带压进仓格栅割除中图分类号:U455.43文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1009-4539.2019.02.026ConstructionTechnologyforCuttingSieveGridoftheSlurryCircuitShieldMachineUnderHyperbaricConditionsWUHaijun(ChinaRailway12小BureauGroupCo.Ltd.,TaiyuanShanxi030024,China)Abstract:TakingtheconstructionofslurrytunnelboringmachinesinsiltyclaylayerbetweenXinyuanAvenueStationandXinchengquEastStationofXuzbouMetroLine2asanexample,byanalyzingtheproblemofslurrycirculationblockagewhentunnellinginsiltyclaygroundconditions,thisauthorintroducedindetailthetechnologyforcuttingandremovingthe加dinfrontoftheslurrycircuitofashieldbyhyperbariccutterheadinterventionmethod,includingselectionoftheparkingposition,risksourceanalysisforthecuttingoperationunderhyperbaricconditions。andexpoundedsomeworkingstepsofthecuttingoperation,suchastheschemedemonstration,acceptancecondition,proceduresofwarehousingandthecuttingworkswithpressure.Finally,thesridWascutandremovedsuccessfully,andthecirculationblockageproblemoftheslurrycircuitwassolved,whichcouldprovidetheprerequisitesfortheshieldcrossingbeneaththeYellowRiversmoothly.Keywords:slurryshieldmachine;warehousingoperationwithpressure;咖liecutting1概述目前,国内城市轨道交通迅猛发展,盾构法施工得到了很广泛的推广应用。但一些复杂的地质条件,也给正常的盾构施工效率带来不利的影响。泥水盾构机在黏土层中掘进目前始终是一个困扰…难题。本工程泥水盾构机在施工掘进过程中,开挖断——收稿日期:20181213基金项目:中铁十二局集团第二工程有限公司科技研发计划项目(公司科[2016]11号)作者简介:毋海军(1970一),男,山西太原人,高级工程师,主要从事盾构隧道施工及技术研究;E-mail:969495636@qq.com面粉质黏土、黏土较多。刀盘切削黏土层频繁形成泥团,当泥团直径超过格栅设计最大粒径17cm时,易造成格栅与安全门之间渣土堆积,从而造成环流排渣不畅,泥水仓压力异常,影响盾构掘进安全性旧J。因此必须割除排浆管前方格栅,增大渣土的通过粒径,以保障泥水循环的通畅性。2工程概况及地质2.1工程概况徐州城市轨道交通2号线一期工程10标包含两站两区间和出人段线,即新元大道站、新区东站、汉源大道站一新元大道站区间(701m)、新元大道铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2019102l113万方数据・隧道/地下工程・站一新区东站区间(1056m)、出入段线,区间均采用盾构法施工。隧道管片外径6.2m,厚度0.35m,环宽1.2m。区间总体施工示意见图1。图1区间总体施工示意新元大道站一新区东站区间起于新元大道与昆仑大道交叉口,沿昆仑大道布置,下穿故黄河且侧穿故黄河桥后到达新区东站。2.2工程地质—隧道拱顶覆土820m,由上而下的主要土层②②—②为回填土、5.2砂质粉土、53砂质粉土、4-3⑤⑤—⑤粉质黏土、3.4B砂质粉土、34黏土、3.4A黏土。2.3周边建筑物及地下管线周边环境建筑物现状见表1。表1周边环境建筑物现状与区间结构名称位置里程处理措施备注位置关系故黄左K23+225~侧穿故黄河桥,区间与加强监测,必要河桥左K23+435桥梁最小净距9.9in采取措施防护故右K23+270~下穿故黄河,河道与区优化盾构参数黄河右K23+600间的净距1lm根据管线相关资料及图纸,与线路平行和相交的管线有多条,对区间隧道施工有影响的管线为横跨区间的DNl200给水管和斜穿区间的DN425中压煤气管。沿线管线见表2,区间隧道与沿线管线位置关系见图2。表2沿线管线距离隧道管线类型埋深/m材质规格/mm压力最近距离排水管3.97砼DNl000约7.9m煤气管4.8l钢DN425中压约8.4m给水管3.41钢DNl200约7.8m114铁道建筑技术图2区间隧道与沿线管线位置关系3盾构选型50本区间隧道穿越故黄河故道及支流河道,故黄河及其支流河道共宽大约330m,水深2~4m,支流—河道水深12in。左线隧道距离故黄河桩基最小距离约9.0m,隧道顶板距离河底约12m。在本项目中,工程地质与水文地质比较复杂,地层渗透系数比较大,最后选择泥水平衡盾构,目的是为了更好地维持掌子面压力,防止地面沉降,保证黄河桥桩和故黄河河道的安全L3J。另外,从地层的适应性、盾构主体设备、刀盘型式和刀具布置、主驱动(润滑及密封)系统、泥水环流系统、同步注浆及二次补浆系统、推进及铰接系统、盾尾密封系统、管片安装系统、渣土破碎系统、管路延伸系统等对盾构适应性进行评估。本区间采用一台CTS6470H一0630泥水平衡盾构机施工。该盾构机的特点是通过由膨润土、外加剂制成的泥浆来平衡开挖仓的来自刀盘前方的水、土压力,保证盾构机安全、高速推进;拥有Samson保压系统和VMT自动导向测量系统,能够方便、直观、精准地控制盾构机切口水压和掘进姿态,具有先进的功能特陛。4格栅割除工艺新元大道站~新区东站区间泥水平衡盾构机于2017年8月1日始发,盾构从17环推进至34环时,掘进参数不理想,掘进速度20mm以下,推力约1100t,刀盘转速1.5—r/rain,扭矩700980kN・m,掘进过程中粉质黏土泥团较多,安全门与格栅之间容易堵塞,环流系统不顺畅,当掘进至34环时候,环—流系统出渣难度更大,切口水压波动0.30.6barRAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2019《02l万方数据・隧道/地下工程・之间,掘进受阻,掘进完成一环需要3h以上,严重影响施工进度,过河期间风险较大。气垫仓排浆管路前格栅设计最大颗粒通过直径为17cm。泥水分离站筛分出来泥团边缘有明显切削痕迹,证明格栅与安全门之间渣土堆积较为严重,渣土是被泥浆挤压通过格栅后排出的。泥团照片见图3。为保证盾构顺利穿越故黄河支流及主河道,现场决定对设备进行改进,采取带压进仓方式割除排浆管前方钢格栅,解决管路堵塞问题。4.1停机位置选择图3泥团实物此时盾构刀盘里程DK23+592.57处盾体上方存在DN425燃气管线,不适合盾构停机。现场决定在DK23+582.83处,即盾构推进至47环时停机,此时刀盘距离黄河支流河道4.5m,盾尾脱出燃气管线1.5m。进仓位置地质情况见图4,地面情况见图5。图4进仓位置地质断面图图5进仓位置平面图4.2带压进仓割除格栅风险根据进仓工作的施工方案,结合现场作业环境、工程特点等进行危险源的辨识分析,进仓工作危险源见表3。表3进仓工作危险源清单序评价危险源及潜在风险事故类别号对象进仓进仓时未按规章制度、相关程序作业,压1坍塌作业力损失引起隧道坍塌、地表沉降进仓仓内作业未按照要求使用低压防爆灯,2触电作业人体接触造成触电事故、用电不规范进仓易燃易爆、有毒气体,爆炸或导致人体中毒、窒息3作业中毒和爆燃进仓仓内环境湿滑,人员攀爬、行走的摔伤4摔伤坠落作业坠落进仓5交叉作业,造成高空抛物伤害物体打击作业进仓6减压不当引起的压缩空气疾病减压病作业由于工程特殊性,本次带压进仓还存在如下风险。(1)地层风险。盾构停机处位于故黄河侧面漫滩上,盾构机预斜穿故黄河支流。刀盘距离支流距离为14m,盾体侧面距离支流最近距离为4.5m,盾尾距离煤气管线1.5m。停机位置土层拱顶存在砂质粉土,刀盘面范围内为砂质粉土、粉质黏土、黏土。若仓内气体压力选择不慎,极有可能造成地下通道形成,造成泥膜护壁破坏、地下水连通倒灌至仓内、地表坍塌、煤气管线损坏、有害易燃气体泄漏‘等风险4|。(2)施工风险。一般情况下不允许高压环境下进行动火作业。在高压环境下,氧气浓度虽与外界环境一样,但是经过压缩,单位体积内氧气含量实际会增加,易产生可燃物燃烧、爆炸等危险;仓内有害气体含量超标会对作业人员身体造成危害;作业空间有限,对作业人员职业素养和操作水平提出了更高的要求bJ。(3)地质风险。在需带压作业地段,虽然采取一系列封堵加固措施和通过压缩空气来平衡掌子面水土压力,但仍存在许多不确定因素,当界面条件发生变化时候,掌子面仍存在有部分失稳或出现渗、漏水的可能,此状况极大威胁仓内底部作业的∞安全性,掌子面稳定情况至关重要J。铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUC丁『ONTECHNOLOGY2019(021115万方数据・隧道/地下工程・(4)位置风险。此次作业为排浆管前方格栅割(6)各材料和配件质量证明文件齐全,复试合格。除,由于格珊所处位置在气垫仓最底部,安全与环(7)设备机具准备到位,各种仪表工作正常。境风险高,人的空间建立和维持难度极大,人员安4.3.3进仓工序全保障难度较高。在带压进仓作业过程中,现场对仓内作业、设备4.3格栅割除作业运转情况、施工工具及材料、仓内压力及液位变化、地4.3.1方案论证面巡视及安全管理都职责到人,由专人负责,并成立为保证带压进仓作业安全、有效、快速完成,项领导小组对带压进仓作业施工进行总体协调。目部现场制定了专项带压进仓作业施工方案,并进为确保带压进仓作业安全有序展开,现场进仓行了内部专家讨论、专项方案外部论证会审工作,作业人员分为3组,每3人一组,指定一人为组长,提高了带压进仓作业的安全性、可靠性。仓内作业拟定人闸一人(密切观察气垫仓人员安全根据方案及专家意见进行了以下带压进仓作情况且与仓外保持通讯),气垫仓中部一人(观察底业准备:部作业人员安全及泥浆f-IN边情况,及时与底部作(1)制定人员职责机构,岗位职责到人。业人员和人闸人员联系),气垫仓底部一人(系好安(2)带压进仓作业设备检查维护(人闸、空压全带后施工作业),且制定以下工作计划:机、应急发电机等),并进行调试记录。(1)人员清点工具(锹、照明灯、气体检测仪、1/4(3)带压进仓作业工具、材料、配件等提前筹备水管、手电、头灯、铁钎、棉抹布、毛巾、矿泉水、相机、到位。安全绳、对讲机),确认工具准备到位,仓内外通讯(4)带压进仓作业切口水压计算复核。正常后仓内作业人员进入人闸。(5)支流河道填压处理,保证地面安全,防止河(2)打开气垫仓气体检测球阀(主仓右上侧),水倒灌。通过人闸内气体检测仪检测仓内气体,气体检测仪(6)完善地面监测方案,时刻注意地面沉降情况。无报警后人员仓内做好加压准备。(7)泥膜建立完善,确保泥膜质量,并按规范做(3)关闭人闸仓门,操仓人员根据加压规范开好保压实验。始给人闸加压(0.2bar/rain),时刻注意仓内人员状(8)聘用专业人员施工,并对作业人员进行施况(若人员感觉不适立即停止加压,减压后带出仓工和安全技术交底。内人员检查救治)。(9)制定应急预案,成立应急小组,保证施工(4)加压完毕后,对比人闸与气垫仓压力,确认安全【7】。压力保持一致后(即1.8bar)打开气垫仓仓门(仓4.3.2条件验收内气体检测仪打开再次检测气垫仓气体,确认气体所有准备工作到位后,项目部要组织条件验收检测无报警后,等5rain后方可进入气垫仓作业)。会议,并对以下施工条件进行逐一验收:(5)进入气垫仓后,先拿强光手电筒查看仓内(1)专项施工方案编审、专家论证、审批齐全情况,拍照。确定能作业后,再在仓内接人照明灯。有效。(6)然后接好冲洗水管,对气垫仓内平台及爬(2)准备带压进仓区域监测点布设完成,初始梯上泥浆冲洗干净,方便人员活动,避免因爬梯湿值已测取,控制值已确定。滑而跌倒。(3)有限空间作业施工准备完成。带压作业设(7)把安全绳放下去,观察仓内底部液位和渣备、供气装置、有害气体检测设备等已报验合格。土情况,留下影像资料,并向仓外人员反馈仓内渣(4)进仓人员安全培训完成,资料齐全,考核合土大概情况。格;施工和安全技术交底已完成。(8)人员根据实际情况把渣土清理到两侧或装(5)有针对性、可操作性的应急预案编制完成袋清理倒运至人闸,然后用水冲洗干净。并落实抢险设备、物资、人员;物资到位,通讯畅通,(9)清理干净后,进行现场格栅割除作业。应急、消防器材符合要求。(10)人员清点工具准备撤出,撤出前照明及水116铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2019t02l万方数据・隧道/地下工程・管都拿出仓外,关闭仓门,通知操仓人员开始减压(0.1bar/min)。4.3.4带压进仓作业情况及处理(1)在开挖面形成泥膜对防止气体泄露和维持开挖面土体稳定是气压开仓的关键因素旧J。在制—浆池内制做膨润土泥浆(黏度6070—s、比重1.01.20),利用盾构的泥浆环流系统送至盾构开挖仓—内,同时刀盘转动(刀盘转速0.91.2r/min),让原有残留的泥浆和新鲜的泥浆充分搅拌均匀,在开挖仓内形成的良好的泥膜。(2)泥膜制作完成后,为了确保开仓期间气压稳定以及检验供气设备的持续供气能力,开仓前进行保压试验,通过观察气压的变化情况、结合在地表进行的沉降监测情况,判断开挖仓内是否安全,然后决定人员可否进仓作业归J。仓内加气置换泥浆,为了确保掌子面的稳定,开挖仓加气的过程中应遵循压力平衡的原则。通过环流系统,在将气压仓液位降至最低后,打开泥水仓和气压仓之间的连通阀,使气体窜至泥水仓,并调整气压至进仓工作压力设定值。最终达到泥水仓内全部为气体填充,此时气压平衡掌子面水土压力,保持压力状态持续12h¨0|。(3)在保压过程中记录每次空压机加载起动时间,然后计算前后两次补气起动的间隔时间。通过每次空压机补气时间间隔变化可以判断泥水仓气体泄漏情况。如果保压试验过程中空压机每次补气间隔时间趋于一个稳定值,则说明通过泄漏通道的气体量趋于稳定,仓内气压可基本保持平稳¨1|。(4)在开挖仓和气垫仓的空间内,分别进行了2次从较高压降到工作压力的无补气降压试验,目的是了解压力变化前后气体泄漏情况,以此判断泥膜是否符合安全要求,人员能否举办进仓条件。(5)安排测量专业人员在刀盘至盾体区域实时进行地表监测,只要监测的数据在允许范围内,就可以正常进仓作业¨2|。(6)带压进仓人员进人气垫仓后,首先对仓内整个工作情况进行判断,如果发现气垫仓底部渣土堆积较多,施工不便,则要按照施工前制定的计划,先清除渣土和泥浆,然后再割除格栅,经过最短时间有序施工完成带压进仓作业。①清理渣土和泥浆,泥水仓底部渣土情况见图6。②清理安全门周围渣土,关闭安全门;安全门关闭后,清理底部渣土,装袋往气垫仓两边堆码,连接排污管路,抽排底部泥浆。安全门关闭情况见图7,气垫仓排污管路见图8。图6泥水仓底部渣土情况图7安全门关闭情况图8气垫仓排污管路③连接水下割具,割除格栅,取出割除的格栅,并拆除使用的工具,清理装袋渣土,编织袋取出气垫仓,清点工具、材料,打开安全门,人员进仓检查开启情况,确认开启到位后,人员出仓,完成作业。格栅割除前后对比见图9、图10。图9格栅割除前图10格栅割除后4.4现场同步措施4.4.1空压机运行监控盾构机配备1台55kW、2台90kW空压机,进仓作业时开启1台90kW空压机,其余2台空压机备用。为保证带压进仓作业安全性,项目部安排专人每30rain对空压机运行情况进行了记录,空压机平均一个循环8rain左右:加载1rain左右,卸载7rain左右,从而判断出仓内泄气量较小,保证了供气量及气垫仓压力稳定,满足带压进仓施工需求。4.4.2地面情况及处理为保障带压进仓作业安全性,现场安排专人对地面支流进行巡视,发现河面有气泡冒出,且有越来越大的趋势。河面气泡情况见表4。(下转第126页)铁道建翁技术RAILWAYCONSTRUC丁『ONTECHNOLOGY2019(02J117万方数据・隧道/地下工程・[4][5][6][7][8]刘进军.高速铁路长大隧道施工机械配套技术研究—[D].成都:西南交通大学,2012:57.徐光和.长大隧道快速施工技术[J].铁道工程学报,—2007(S1):385388.黄成光.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社,—2001:102132.李朋伟.基于多臂凿岩台车和湿喷机组的公路隧道施工机械化作业模式研究[D].重庆:重庆交通大学,—2014:2223.赖涤泉,汪西应,王金祥.隧道安全快速施工机械化关(上接第117页)表4新新区间带压开仓河面气泡统计序号时间位置单位数量备注l9.1刀盘前方5m个3气泡不大29.2刀盘前方5m个3气泡不大气泡数量增多,39.3刀盘左前方2m个4气泡变大气泡数量增多,49.4刀盘前方5111个8有部分气泡变大气泡数量减少,59.5刀盘前方3I/1个7气泡变小气泡数量减少,69.6刀盘前方3m个7气泡变小气泡数量增多,79.7刀盘前方3m个16有部分变大气泡数量增多,89.8刀盘前方3n1个21有部分变大键技术与装备研究[J].建设机械技术与管理,2009,—22(11):107113.[9]——关宝树.漫谈矿山法隧道技术第十一讲谈隧道施—工机械化[J].隧道建设,2016,36(10):11631170.[10]曹科.特长铁路隧道机械化施工设备配套技术探讨—[J].铁道建筑技术,2017(6):1518,36.[11]孙振宇.机械化栈桥在隧道施工中的应用探讨[J].铁—道建筑技术,2013(s1):219221,250.[12]高军.郑万高铁隧道新型锚杆施工工艺性试验研究—[J].铁道技术监督,2018,46(1):3437.———’—■——————————-・卜--+一一一一一--+一-・卜-_卜--卜--+一一卜一+--+一・+一一・卜一+-+一・卜一+-+-t-+一*+・构在黏土地层掘进排渣不畅情况,采取带压进仓割除排浆管格栅施工技术,并结合泥水盾构渣土分离情况,有效解决了设备设计限制造成的掘进困难问题,最终实现了盾构安全、顺利地通过故黄河及其支流并完成整个区间掘进任务,为下一步类似工程施工积累了经验。参考文献万方数据
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