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带压进仓换刀安全专项施工方案

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2020年5月29日
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第一章 工程概况
1.1工程概述
1.1.1体育中心站～育秀东路站区间
本区间线路出体育中心站后,主要沿湖滨北路地下敷设,向东北方向行进。区间沿线路北侧建筑主要为体育中心,并有少量1～3层砖混建筑等,区间沿路线南侧为筼筜湖。
区间起讫里程为右DK25+048.735～右DK25+393.359、左DK25+202.144～DK25+393.359。区间隧道右线长度为344.624m,左线长度为191.229m,其中长链为0.014m。区间隧道覆土厚度9.13～10.2m,平面最小曲线半径3000m,最大纵坡3.785‰。整个区间采用盾构法施工,育秀东路站小里程端为始发端头。
表1-1 体育中心站-育秀东路站区间设计要素表
线别
工法
区间隧道起讫里程(m)
长短链(m)
隧道长度(m)
左线
盾构法
ZDK25+202.144～ZDK25+393.359
长链0.014
191.229
右线
盾构法
YDK25+048.735～YDK25+393.359

344.624

图1-1体育中心站～育秀东路站区间平面图
1.1.2 育秀东路站～吕厝站区间
本区间线路出育秀东路站后,沿湖滨北路地下敷设,呈东西走向,先后下穿11#涵洞、连岳路电力管线、连岳路东侧箱涵,进入吕厝站。区间临近筼筜湖施工沿线左侧主要建(构)筑物有厦门国际信托、水岸筼筜、怡祥大厦、长升大酒店、英皇湖畔花苑、永升华庭、宏业大厦、宏益大厦,沿线右侧主要建(构)筑物有通宝大厦、嘉华大厦。
区间起讫里程为右DK25+876.259～右DK27+103.711、左DK25+876.259～左DK27+103.711。区间隧道右线长度为1227.452m,左线长度为1227.468m,其中长链为0.016m。区间隧道覆土厚度9.9～19.18m,平面最小曲线半径3000m,最大纵坡7.58‰,区间设置两座联络通道。整个区间采用盾构法施工,育秀东路站大里程端为始发端头。
表1-2 育秀东路站-吕厝站区间设计要素表
线别
工法
区间隧道起讫里程(m)
长短链(m)
隧道长度(m)
联络通道中心里程
左线
盾构法
ZDK25+876.259～ZDK27+103.711

1227.468
ZDK26+330、
ZDK26+730
右线
盾构法
YDK25+876.259～YDK27+103.711
长链0.016
1227.452
YDK26+330、
YDK26+730

图1-2育秀东路站～吕厝站区间平面图
区间带压开仓换刀位置根据需要选定位置。
1.2工程地质
1.2.1体育中心站～育秀东路站区间工程地质概况
本区间范围上覆地层为杂填土、素填土、淤泥,穿越地层为粉质黏土、粉细砂、淤泥质黏土、中砂、残积砂质黏性土、全风化花岗岩,下覆地层为残积砂质黏性土、全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩。经勘探,本区间范围并未存在孤石及基岩凸起,盾构区间主要穿越地层为淤泥层、粉质粘土、中砂、淤泥质粘性土。

图2-1 体育中心站～育秀东路站区间左线地质纵断面图
图2-2 体育中心站～育秀东路站区间右线地质纵断面图
1.2.2育秀东路站～吕厝站区间工程地质概况
本区间范围上覆地层为杂填土、素填土、淤泥、粉质黏土、中砂、残积砂质黏性土,穿越地层为粉质黏土、中粗砂、残积砂质黏性土、全风化花岗岩、局部为微风化花岗岩,下覆地层为残积砂质黏性土、全风化花岗岩、砂砾状强风化花岗岩、微风化花岗岩。本区间范围孤石发育,另外在右线隧道存在两处基岩凸起侵入洞身中下部,区间隧道主要经过地层为粉质粘土、残积砂质粘性土、全分化花岗岩、全分化辉绿岩、砂砾状强风化花岗岩、中风化花岗岩及微风化花岗岩,区间范围内孤石发育较多施工难度大。

图2-3育秀东路站～吕厝站区间地质纵断面图

图2-4 育秀东路站～吕厝站区间右线地质纵断面图
1.3水文地质
体育中心站～育秀东路站～吕厝站区间影响区分布的地表水系主要为线路南侧的筼筜湖,其属厦门岛内咸水湖泊,水域面积约1.5平方公里,湖内水量、水位主要受人为控制调蓄,勘察期间水面标高约在0m左右。
地下水按成因划分,主要分为三类:第四系松散岩类孔隙水,赋存于人工填土、第四系海积层及海陆交互相地层中;风化残积岩孔隙裂隙水赋存于风化残积层中;基岩裂隙水主要赋存于基岩中。
勘察期间地下水位埋深1.50～2.80m,标高-0.03～2.00m,浮动水位1～3m。
筼筜湖到区间隧道最小水平距离为16.02m(除11#桥涵以外),区间隧道到筼筜湖底的垂直距离为4.83m。筼筜湖水域到区间隧道的直线距离为18.8m,属于盾构影响范围以外的区域,施工时,需对加强水面情况监控工作,防止发生透水污染筼筜湖水,其位置关系图如下所示:

图2-5 区间隧道与筼筜湖水域位置关系
1.4周边环境及建(构)物情况
湖滨北路北侧现状管线有:d1200污水管、DN110路灯管、600x400通信管、d300雨水管、d300污水管、DN800给水管、500x300电力管等;
湖滨北路南侧现状管线有:d500-d1400海水压力管、1350×1000通信管沟、DN250给水管、d300雨水管、500×450电力管等;
横穿湖滨北路现状管线有:2孔3000×1500雨水箱涵、d1200截污管等。
11#桥涵现状管线有:北侧埋地d900×2污水管、DN110路灯管、600x400通信管、d300雨水管、d300污水管、DN800给水管、500x300电力管等;南侧d500海水压力管悬挂于桥梁上,1350×1000通信管沟、DN250给水管、500×450电力管埋设在桥梁下。区间范围内管线已基本确定,在孤石、基岩突起处理前,已使用探测仪器探查,爆破作业区域的的管线都是用人工挖探沟的方式探查过,作业区外的管线仍在进一步核实中,确保盾构作业过程中能够更详细的了解管线分布(详见管线保护专项方案)已明确的管线位置如下图所示:

图2-6 体～育区间管线分布图

图2-7 育～吕区间管线分布图
体育区间沿线北侧建筑主要为体育中心,并有少量1～3层砖混建筑,区间南侧为筼筜湖。

图2-8 体育中心站～育秀东路站区间周边建筑物
育吕区间周边主要建筑如图所示。线路沿湖滨北路地下敷设,呈东西走向,先后下穿11#桥涵、莲岳路电力管线、莲岳路东侧箱涵,进入吕厝站。

图2-9 育秀东路站～吕厝站区间周边建筑物
管段周边建筑与线路关系详见表2-1。
表2-1 区间周边建筑调查汇总表
建筑编号
名称
位置
与线路关系(附属/主体
/隧道边线)
建筑层数(上/下)
备注
1
体育中心主馆
湖滨东路408号
距离左线79m(水平距离)
砼

2
国际信托
莲滨里8号
距离区间左线17m(水平距离)
砼7-8/1
商用
3
筼筜街道办事处
莲滨里28-33号
距离区间左线15.4m(水平距离)
砼7-9/1
政府
4
水岸筼筜小区
莲滨里35-36号
距离区间左线16.4m(水平距离)
砼25-31/1
住宅/商用
5
污水处理厂宿舍
莲岳路100号之1-3
距离区间左线18.4m(水平距离)
砼7/0
住宅/商用
6
怡祥大厦
长青北里106号
距离区间左线17.7m(水平距离)
砼27-33/2
住宅/商用
7
江头中心k小区
长青路451-453
距离区间左线17.5m(水平距离)
砼7/0
住宅/商用
8
长升大酒店
长青路431号
距离区间左线20.6m(水平距离)
砼19/1
商用
9
英皇湖畔花苑小区
湖滨北路175号
距离区间左线14.7m(水平距离)
砼14-29/2
住宅/商用
10
永升华庭小区
湖滨北路185-191号
距离区间左线19.5m(水平距离)
砼11-12/1
住宅/商用
11
宝华花园小区
湖滨北路192-200号
距离区间左线17.8m(水平距离)
砼7/1
住宅/商用
12
宏业大厦
湖滨北路201号
距离区间左线16.7m(水平距离)
砼15/1
住宅/商用
13
宏益大厦
湖滨北路231-233号
距离区间左线16.7m(水平距离)
砼18-19/1
住宅/商用
14
宝龙中心
嘉禾路301号
距离区间右线17m(水平距离)
砼32/2
住宅/商用
15
莲坂小区
湖滨北路与嘉禾路交接
距离区间右线12.3m(水平距离)
砼8/0

16
嘉华大厦
长青路283号
距离区间右线14.3m(水平距离)
砼31/2
住宅/商用
17
金龙花园小区
长青路89号
距离区间右线9.3m(水平距离)
砼7-9/0
住宅
18
莲坂西小区
湖滨北路
距离区间右线13.1m(水平距离)
砼6-7/0
住宅/商用
19
通宝大厦
长青路1-3号
距离区间右线12.1m(水平距离)
砼18/1
商用
20
利海苑小区
莲岳路92-98号
距离区间右线11.8m(水平距离)
砼8/1
住宅商用
1.5参建单位
(1)监督单位:厦门市建设工程质量安全监督站
(2)建设单位:厦门轨道交通集团有限公司建设事业总部
(3)设计单位:中铁第一勘察设计院集团有限公司
(4)勘察单位:中铁第四勘察设计院集团有限公司
(5)施工单位:中国铁建股份有限公司
(6)监理单位:中铁华铁工程设计集团有限公司
(7)第三方监测单位:北京城建勘测设计研究院有限责任公司
(8)第三方测量单位:北京城建勘测设计研究院有限责任公司
(9)第三方检测单位:健研检测集团有限公司
第二章 编制依据
2.1编制依据
(1)<厦门市轨道交通2号线一期工程施工图设计-区间工程-体育中心站～育秀东路站-盾构区间-区间隧道平、纵断面>(中铁第一勘察设计院集团有限公司)
(2)<厦门市轨道交通2号线一期工程施工图设计-区间工程-育秀东路站～吕厝站-盾构区间-区间隧道平、纵断面>(中铁第一勘察设计院集团有限公司)
(3)厦门市轨道交通2号线一期工程土建2标二工区-盾构机设计图纸
(4)<厦门市轨道交通2号线一期工程施工图设计-区间工程-体育中心站～育秀东路站-盾构区间-风险专项设计>(中铁第一勘察设计院集团有限公司)
(5)<厦门市轨道交通2号线一期工程施工图设计-区间工程-育秀东路站～吕厝站-盾构区间-风险专项设计>(中铁第一勘察设计院集团有限公司)
(6)区间周边建构筑物及管线调查表。
(7)<盾构法隧道施工与验收规范>( GB50446- )。
(8)<空气潜水减压技术要求>(GB12521- )。
(9)<盾构法开仓及气压作业技术规范>(CJJ217- )。
(10)<厦门轨道交通2号线2标二工区体～育、育～吕区间盾构始发、掘进、到达安全专项施工方案>。
(11)<医用空气加压氧仓>(GB/T12130- )。
(12)<减压病加压治疗技术要求>(GB/T17870-1999)。
(13)现场孤石探查资料。
(14) -33厦轨道〔 〕204号关于印发<盾构施工管理规定(试行)>的通知。
(15) -800号-厦门轨道交通集团有限公司关于印发<盾构带压开仓作业安全管理规定>的通知。
2.2编制范围
本方案涉及的工程范围为厦门市轨道交通2号线2标二工区体～育、育～吕区间盾构带压进仓换刀等方面的内容,具体工程包括工程地质稳定性评估及超前注浆加固、开挖仓气压值确定、设备检查、膨润土准备、渣土置换、盾尾止水、土仓密封检验、人仓气密性试验、带压进仓检查、刀盘清理、刀具检查、刀具更换、仓门关闭确认、减压出仓施工等。

第三章 施工计划
3.1工期计划
根据体～育、育～吕区间盾构拟进行带压开仓换刀位置线路上需要处理的位置、总工期安排及施工经验(带压换一盘刀具约需20天),工期安排根据现场实际情况确定。
表3.1-1带压开仓换刀计划表
序号
施工项目
计划开始时间
计划结束时间
备注
1

根据现场实际情况选择
2

3

4

3.2材料机具计划
设备、工具、材料包括盾构机自身配备的压力保持系统等带压作业必备的配套系统,以及应急设备、进仓作业的专业工具等根据施工计划由机电部提出详细计划,机电部长签认,物质部及作业队准备。根据作业内容准备需更换的刀具、进仓作业所需工具等放入人仓或仓外。设备机具配置见下3.2-1、3.2-2、3.2-3、3.2-4、3.2-5、3.2-6,其中3.2-1~3.2-4为洞内超前注浆加固设备,在工程地质稳定性差时使用。
表3.2-1 超前注浆材料机具配置表
序号
名称
规格型号
单位
数量
备注
1
煤矿坑道钻机
ZLJ-350
台
1

2
双液变量注浆泵
SYB-70/4
台
1

3
泥浆搅拌桶
1m³
个
1

4
钻杆
Φ42mm×2m
根
6

5
注浆管
Φ19mm×20m
根
2

6
钢管
Φ36mm×4m
根
6

7
水泥
P.O42.5
t
10

8
水玻璃
35Be
t
5

9
磷酸
35kg
桶
4

表3.2-2 双液变量注浆泵 SYB-70/4 主要技术参数表
档 位
额定排量(L/min)
额定压力(Mpa)
往复次数(次/min)
快 档
70
2
72
慢 档
42
4
43
表3.2-3 基本参数
参数名称
参数值
活塞直径(mm)
62
活塞杆直径(mm)
28
行程长度(mm)
100
泵作用型式
卧式双缸双作用活塞型
吸浆管直径(mm)
32
排浆管直径(mm)
19
电机功率Kw
7.5 6 级
电机型号
Y2-160M-6
质量(约)
486Kg
外形尺寸(长×宽×高)
1806mm×750mm×780mm
三角带规格
B2261、5条
高压胶管规格
19AⅡ、2根
表3.2-4 ZLJ350煤矿用坑道钻机基本技术参数
产品型号/基本参数名称
ZLJ-350
立轴额定输出转矩 (N˙m)
350
使用钻杆(mm)

钻孔深度(m)

钻孔直径
开孔 (mm)
φ89
终孔 (mm)
≥φ50
立轴通径(mm)
φ44
立轴转速(rp/m)
120/214/375
立轴行程(mm)
400
额定起拔力(kN)
12(7MPa时)
额定推动力(kN)
9(7MPa时)
钻孔角度范围(°)
0~360
绞车提升能力(kN)
8.7/4.74/2.69
绞车单绳第一层提升速度(m/s)
0.25/0.45/0.79
卷筒容绳量(m)
30
钢丝绳直径(mm)
φ11
弹簧卡盘使用压力(MPa)
6
弹簧卡盘最大夹紧力(kN)
30
油泵型号

油泵额定压力(MPa)
8
油泵额定流量(L/min)
12
电机
型号
YBK 2 -132M-4
功率 (KW)
7.5
转速 (rp/m)
1400
额定电压 (V)
380/660
额定电流 (A)
13.4/8.8
质量(kg)
500
外形尺寸(长*宽*高)
1250mm*640mm*1265mm
表3.2-5 带压进仓换刀机具配置表
序号
项目分类
设备/机具/工具/材料名称
规格
数量
备注
1
检查盾构自身必备的气压系统设备
人员仓
双仓
1套

2
自动保压系统
SAMSON系统
2套

3
压缩空气供风系统

1套

4
应急照明系统

1套

5
通讯系统

1套

6
带压进仓作业人员设备/照明
潜水服

2套

7
防爆低压照明灯具

6个

8
防爆强光手电筒

4个

9
照明电缆及接头

2根

10
清理清洗工具
气管

2条
配备相应直管/弯管接头
11
水管

2条

12
球阀

4个

13
喷水嘴

2个

14
小尖铲

6把

15
小铁锹

4把

16
拍照、测量、标识工具
滚刀磨损检测工具

2把

17
卷尺
5m
2把

18
钢卷尺
1m
2把

19
数码照相机(可选择防爆)

1件

20
记事本

2本

21
油性笔

4支

22
带压进仓检查换刀工具
扭矩扳手

2把
配置所需型号的套筒
23
风动扳手

1把
配置所需型号的套筒
24
重型套筒

2把
配置所需型号的套筒
25
内六角扳手

1套

26
梅花扳手

1套

27
活动扳手

2把

28
手扳葫芦
1.5T
2个

29
链条葫芦
1.5T
2个

30
吊带

2根

31
钢丝绳

2根

32
榔头

2把

33
錾子

4个

34
钢丝钳

1把

35
小千斤顶

2个

36
绳子

20米
绑工具用
37
滚刀吊具

1个

38
安全防护设施
护目镜

20个

39
安全带

10条

40
站人踏板

根据实际情况而定
41
麻绳
8m
2条

42
灭火器

2
人闸内用
表3.2-6 刀具材料
序号
刀具名称
规格
数量
备注
1
单刃滚刀
伸出量175mm
35把

2
双联滚刀
伸出量175mm
6把

3
刮刀
高度140mm
43把

4
边刮刀
高度140mm
12把

3.3人员计划
结合以往带压进仓作业施工情况,为确保工作质量和安全,在作业人员安排方面优选体质好、有责任心和风险意识强的人员参与换刀作业,在带压进仓前针对施工过程中的操作注意事项组织施工人员进行培训学习,换刀前项目部组织进行体检,安排体检合格人员进行培训学习。
(1)所有带压作业工作人员,必须熟悉进仓作业程序并能严格遵守作业程序及安全规定。
(2)压力仓的操作控制由经过训练的人仓管理员执行。
(3)所有进仓人员必须经体检和培训合格后才能参与仓内作业。
(4)作业人员进仓时必须遵守和执行所有安全规则并熟悉刀盘及刀具的检查、刀具更换工作程序。
(5)必须严格遵守减压程序。
根据带压工作情况确定每天的进仓班次,每组进仓安排4人,带压换刀人员分工表见3.3-1。
表3.3-1 带压换刀人员分工表
序号
职务
姓名
联系电话
备注
1
项目经理
蒲亚平

2
项目书记
张杨

3
总工
王德发

4
安全总监
于朋飞

5
副经理
陈建

6
工程部部长
刘伟峰

7
安质部部长
于海深

8
物资部长
安志维

9
办公室主任
蔡培

10
实验室主任
银飞

11
监测
张友亮

12
技术员
牛瑞强

13
作业主管
史军豹

2人
14
带压工作人员
4人/每组(企业领导现场值班及应急指挥)
15
人员仓管理员
1人
16
运输人员
3人
17
自动保压系统操作员
2人
18
压气医务人员
2人
19
操仓员/观察员
2人
20
电工
唐东

1人
21
机械维修工
1人
22
刀具工程师
1人
23
机电工程师
1人
第四章 带压开仓换刀必要性
我部于 2月5日进行育吕区间左线掘进施工,左线共计1022环,右线共计1022环;体育区间左线158环,右线286环。拟在需要的位置进行带压开仓换刀。
由于盾构洞身范围地层为残积砂质粘性土、全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩、粗砂、淤泥、粉质粘土,且掘进距离较长,可能存在不确定的地下环境,因此盾构机刀具在孤石处磨损的可能性比较大,可能需要换刀后才能继续掘进,又由于育吕、体育区间均位于湖滨北路正下方,交通非常繁忙,地面进行地层加固所涉及的围挡占道会对岛内交通造成极大影响,交管部门审批极其困难,综合考虑现场地质条件,在必要的情况下进行带压开仓换刀(必要时进行洞内超前注浆加固),待刀具更换后继续掘进。
第五章 带压开仓换刀施工工艺技术
工程地质稳定性评估
5.1带压开仓换刀施工流程

否,超前注浆加固或更换位置
是否满足作业要求

是

开挖仓气压值确定

设备检查
是否合格
是
否,更换、维修设备

膨润土准备、渣土置换、盾壳后部止水

土仓、人仓气密性试验
是否合格
是
否,维修设备

带压进仓检查、清理、更换刀具
仓门关闭、减压出仓

图5.1-1带压开仓换刀施工流程图
5.1工程地质稳定性评估及超前注浆加固
在压气作业前对土仓进行保压实验,保压时间不小于2h,观察、记录仓内压力变化,仓内气体压力波动值不大于0.05bar时,可进行常压开仓换刀;反之,则需重进行洞内超前注浆加固。
5.1.1加固目的
由于育吕、体育区间均位于湖滨北路正下方,交通非常繁忙,地面进行地层加固所涉及的围挡占道会对岛内交通造成极大影响,交管部门审批极其困难,无法实现地面注浆加固,本区间拟采取超前注浆对刀盘前上方土体进行加固。
其主要目的是为了加固盾构开仓换刀区域刀盘前上方土体,尽可能减小土体透水性,使其形成一个半圆形密闭壳体,提高盾构刀盘前上方土体整体稳定性。利用盾构上6个超前注浆孔进行注浆,根据施工需要加固范围要求,拟采取超前10m范围进行注浆加固,注浆浆液采用双液浆,注浆压力结合注浆量双重控制,其中以土仓压力控制为主。
5.1.2施工工艺
整个超前注浆过程施工顺序为:搭设脚手架→固定钻机→钻孔作业→注水洗管→注入磷酸、水玻璃混合液→注浆作业→封孔作业。

5.1.2-1 超前10m注浆示意图

5.1.2-2超前注浆管剖面图

5.1.2-3超前注浆管布置平面图
5.1.3施工过程
超前注浆施工作业具体施工过程如下所示:
(1)在推进油缸撑靴上提前固定手拉葫芦,采用手拉葫芦将钻机先拉至拼装机上部,并进行固定。
(2)搭设施工作业平台采用4m长Φ36m钢管脚手架,采用扣件式连接,脚手架下部直接置于管片上。搭设高度距离管片顶部1.2m,且至拼装机顶以下0.3m,同时必须考虑钻机施工状态高度。脚手架搭设完成后,在上面铺设四块走道板,并用钢丝绑扎固定。
(3)施工作业平台铺设完成,将预先拉起钻机放置操作平台并进行固定,调整钻机位置与钻杆角度,钻杆水平仰角角度为13.5°,钻机及钻杆位置均固定好,便可进行下一道工序。
(4)开始进行钻孔作业,钻孔过程中两根管道同时进行注水,一方面防止堵塞钻杆,另一方面降低钻杆温度;每根钻杆长度为2m,在钻孔过程中,可根据超前注浆加固范围,连接对应根数钻杆;
(5)钻孔深度至8m,注入0.1m3水彻底清洗一遍注浆管,然后将磷酸液与水玻璃液按1:1配制完成注入钻孔,其中水玻璃液配合比为水:水玻璃=1:1,磷酸液配合比为水:磷酸=1:10,二者均为体积比;实际注入混合液量为0.2m3,注入量标准主要以参考钻孔外壁不持续漏水为准。
(6)注浆机具采用双液变量注浆泵,注浆前土仓憋满渣土,注浆压力控制在1Mpa~2Mpa左右,采用后退式注浆。双液浆注入量达0.3m3时土仓压力开始上涨,注入浆液量到1.5m3时压力涨至3.0bar,停止注浆并进行观察,注浆期间刀盘严禁旋转,如果土仓压力出现下降则继续注浆。注浆过程中每隔3min左右,转动钻杆以防被浆液包裹,每次转动钻杆不小于8转。依次直至土仓压力涨至3.5bar,根据土仓压力及波动大小,拔出10cm左右再次进行注浆,重复以上操作。直至钻杆退出0.85m,注浆至土仓压力升至3.5bar,持续观察15min至土仓压力基本稳定。
(7)上述操作完成后,注入预先配置好磷酸与水玻璃混合液进行封孔作业,注入量约为0.2m3;
(8)上述操作完成10min后,开始将钻杆缓慢退出,且边退边进行拆除。待钻杆全部退出后,为了防止流水涌泥及时将加垫100mm橡胶垫超前注浆管法兰盖上拧紧;
5.1.3注意事项
在整个注浆过程中,操作室值班司机必须时刻关注土仓压力以及各参数变化,并密切关注齿轮油泄露油箱油质以及主轴承密封性能;注浆期间必须间断性转动刀盘,防止浆液流入掌子面固结将刀盘卡住。
5.1.3施工监测
整个超前注浆作业过程中,地面必须进行24小时蹲守监测,并保持与隧道内通讯畅通。每次监测完成后,及时对监测数据做出分析并反馈给操作室值班司机,以便及时对注浆压力及注浆量做出合理调整,真正做到信息化指导施工作业。
5.2开挖仓气压值确定
带压进仓位置地下水位埋深约1.8-2.8m,洞底埋深均为21.5m,由此根据掌子面的稳定开仓气压计算方法确定如下:
P=Pw+Pr
式中:Pw——计算至隧道开挖中心的水头压力,及Pw=(21.5-1.8-3.24)×1*0.98×0.1=1.6bar;
Pr——考虑不同至条件、地面环境及开挖面位置的压力调整值,及0.3bar;
综合分析本次带压作业确定的气压值为1.9bar,实际开仓压力值根据保压实验结果进行调整。
5.3设备检查
(1)盾构机设备检查:开仓准备及作业期间,保证盾构机与开仓相关的机械设备和仪表都完好。提前对刀盘、空压机、电瓶车、龙门吊进行检修、调试,确保开仓作业期间刀盘能正常转动、渣土能正常外出以及物资能够正常供应。仓内按厦门轨道交通集团有限公司<盾构带压开仓作业安全管理规定>配备有害气体及氧气浓度监测设备、视频监控设备、自动喷淋设备、保温设备、通信设备和灭火设备并保证都能够正常运行。
(2)用电准备:除现有的电力系统外增加一台45kw广西玉柴柴油发电机(发电机组型号MYGF-45,输出功率45kw,输出电压400V/230V,输出电流81A,额定转速1500rpm,燃油牌号(标准)0#轻柴油(常温),尺寸1850*900*1400,重量850kg;柴油机型号YC4FA75L-D20,供油方式直喷,气缸数/敢提结构4/L型,转速1500rpm,过载能力110％),保证空压机能持续供气。每次带压开仓前检查柴油发电机设备完好性,并做好检查记录。
(3)用气准备:现场应准备一台APCOM42SCG-7柴油空压机(功率为全柴45kw,排气流量4.0m³/min,工作压力0.7Mpa,尺寸2110*1500*1620,重量780kg)及配套的线缆、管路、管路接头,空压机进场后需提前进行调试、运转、确保运行良好。 台车上预留好三通接口,确保在紧急情况下柴油空压机能够正常启动并能接入台车上预留三通接口上,保证开仓作业供气正常。每次带压开仓前检查备用空压机设备完好性,并做好检查记录。
(4)仓内用水准备:检查盾构机向仓内供水的管阀,保证仓内自来水供应。
(5)医疗设施准备:在3bar及以上压力作业时,现场应配备医疗仓、救护车、担架等急救设备。
(6)对相关仪表提前校准、标定,确保显示精确。
5.4膨润土准备
对盾构土仓周围的土体采用膨润土进行封堵,以减少气体逃逸。封堵地层间隙的材料应严格按相关要求进行进货检验,并按要求搅拌均匀,膨化时间不小于24h。
带压进仓过程中膨润土泥浆控制气压和漏气量起到极其重要的作用为了使膨润土泥浆的效果达到施工需要,在带压进仓前对配合比效果进行检验,初步膨润土配合比详见表5.4-1。
表5.4-1 膨润土配合比
膨润土(kg)
CMC(kg)
纯碱(kg)
水(kg)
备注
70
10
20
800
稠度≥100s
5.5渣土置换
初步准备的膨润土泥浆的量至少为土仓容量(30m3)的2/3,再多20%,约24m3膨润土。
开始置换渣土时,用螺旋输送机从土仓的底部排渣,同时启动手动加气注入系统。加气时,根据土仓内压力变化情况,调整手动阀的大小,保证土仓内压力稳定。土仓内的渣土排出2/3后(20m3),立即停止螺旋输送机排渣。开始经过膨润土系统,向土仓的顶部注入膨润土泥浆,在加膨润土的同时,逐步关闭手动加气,等到膨润土充满土仓体积的2/3后,开始保压。注入过程中应保证仓内压力基本稳定,注入完成后应低速转动刀盘半小时,保压2～3小时,同时对土仓内的压力进行持续监测。压力降低时,及时补充膨润土,压力始终基本稳定。置换过程中仓内压力设置为1.1倍~1.3倍工作压力。
5.6盾壳后部止水
带压进仓主要应保证刀盘前方周围地层和土仓气密性要求,因此封堵效果及进行封堵的位置至关重要,带压进仓前采用管片背后二次注浆和盾体径向注浆组合的方式。
倒数第5环、10环、15环、20环、25环进行系统双液注浆。所有注浆孔必须全部开孔注浆,确保壁后填充密实,形成封闭止水环。
二次注浆参数:
(1)、注浆压力:0.2～0.4Mpa。
(2)、注浆量:每环的压浆量一般为1～2m3,需要说明的是注浆量还受到注浆压力的影响,实际注浆量还应参考注浆压力来决定。
(3)、二次注浆材料配比:区间二次注浆采用水泥浆、水玻璃双液浆进行, 水泥浆采用P.C42.5普通硅酸盐水泥,水玻璃采用35Be′(波美度)的浓度, 水泥浆浆液水灰比为 1 : 1;水泥浆与水玻璃的配比( 体积比) 为:1:1。

图5.6-1 开挖面漏气示意图
5.7土仓气密性试验
为了确保带压进仓作业安全顺利进行,进仓前必须进行土仓密封效果进行试验。当仓内土体降低到设定高度且泥膜形成后,静置时间不小于2h,观察、记录仓内压力变化,仓内气体压力波动值不大于0.05bar时,可进行下步作业;反之,则需重新成膜,直至达到良好的密封效果。
5.8人仓气密性试验
人仓是作业人员出入土仓进行维护和检查的转换通道,出入土仓的工具和材料也有此经过,人仓分为主仓和辅仓,施工过程中主仓与土仓相连一直处于加压状态,辅仓一般处于无压模式。气密性试验是经过升压、降压试验来检查人仓门、土仓门、仓壁上各种管路是否漏气,根据相关经验,从0升压(不装消音器)至设计值不超过10min即为合格。
5.9带压进仓检查
作业前,工程部、物质部制订详细的作业指导书,并对所有参与人员进行书面、现场交底。带压作业人员在专业操作人员、医护和救生人员的配合下进行带压进仓检修工作,整个进仓施工过程严格按照带压进仓作业指导书和控制程序执行,施工过程实施签认制度。
(1)主仓加压
1)把所需刀具、工具等放入人仓,尽量把一个作业循环内所需的物品全部运入人仓,尽量避免动用辅仓。
2)加压之前,再一次检查显示仪表、供暖装置、钟表、温度计、电话、紧急电话及阀门、仓门密封件是否干净;再一次检查作业所需工具设备材料是否齐备的放置在仓内;
3)关闭主仓仓门,确保关闭正确;
4)关闭主仓与保护仓的仓门以及主仓与副仓之间密封门;
5)人闸值班员缓慢地打开进气阀;
6)严格按照20L/min的流量增加主仓室的压力,直到到达操作压力值。作业人员也能够根据自己身体的实际状况,在人仓内操作球阀来增加主仓室压力,但流量不得超过20L/min,直到达到1.9bar的工作压力;
7)加压过程中,打开主仓外的卸压球阀以保证主仓内一定的通风量,通风量必须保证至少500L/min,且建立主仓进出气平衡,气压稳定在1.9bar(±0.1bar);
8)主仓室内的人员可根据仓内温度调节加热系统;
9)在主仓和土仓之间进行了压力补偿之后,作业人员打开压力挡板的门,进入土仓。按照检查刀盘及换刀作业程序进行工作,并详细填写刀盘检查情况及刀具磨损损坏情况;
10)加压完成后人仓管理员停止记录仪
(2)副仓加压及人员进入
1)检查显示仪表、供暖装置、钟表、温度计、电话、紧急电话及阀门、仓门密封件是否干净;
2)作业人员进入辅仓、关闭副仓仓门,确保关闭正确;
3)使用电话,与人闸值班员保持联系;
4)人闸值班员缓慢地打开进气阀;
5)严格按照20L/min的流量增加副仓室的压力,直到到达操作压力值。作业人员也能够根据自己身体的实际状况,在人仓内操作球阀来增加副仓室压力,但流量不得超过20L/min,直到达到1.9bar的工作压力,在加压过程中,即使副仓内人员出现细微的不适(如头痛、耳膜不通、鼻塞等症状),也要停止加压并把人送出仓;
6)副仓里面的人员可根据需要调节供暖装置;
7)进气流量计的流量值每人至少为:0.5m3/min;
8)开启卸压球阀,建立副仓进出气平衡,气压稳定在1.9bar(±0.1bar)。
(3)人员进入主仓及土仓
1)开启副仓与主仓之间的压力平衡阀,消除两仓之间的气压差,但气压依然要稳定在1.9bar(±0.1bar)。
2)打开副仓与主仓之间密封门,人员进入主仓;
3)检查主仓内仪器仪表和电话使用是否正常,必要时调节供暖装置;
4)开启保护仓与主仓之间的压力平衡阀,消除两仓之间的气压差,但气压依然要稳定在1.9bar(±0.1bar);
5)打开保护仓与主仓、主仓与保护仓之间双向密封门及主仓与副仓密封门及,这样主仓、副仓、土仓连通,能够实施作业。
6)当操作人员进入土仓,发现辅助保压泥膜表面渗流水较大或存在脱落现象,应及时推出土仓,停止本次作业,待二次刀盘前面掌子面泥膜设置并检查满足要求后方可进仓施工。
(4)带压作业
加压操作完成后,作业人员带压进仓进入作业面。当带压作业人员进入工作状态后,应打开人仓外的卸压球阀,以保证人员仓内一定的通风量,改进仓内的空气质量(主要是调节空气中的氧气、一氧化碳、二氧化碳含量)。同时应加强隧道内部通风,以提高进入压力仓空气的质量。一般而言,不同压力下人体对各种含量参数的要求是不同的,这也是人体正常生理需求,进仓过程中要随时根据不同的压力调节不同的组成含量,主要是调节进气量。仓内通风调节空气质量时应注意主仓进气阀、主仓排气阀的使用方法,严格观察控制各种气体的含量及参数,以保证人员的安全。
为确保带压开仓作业安全进行,我部采取手持式气体检测仪+仓内通风的方式保证土仓内空气达标。手持式气体检测仪检测频率为每4小时检测1次。检测标准参照下表:
表5.9-1 开挖仓内气体条件要求
序号
气体
(%,按体积计)
1
一氧化碳
≤0.0024
2
二氧化碳
≤0.5
3
甲 烷
≤1
4
硫化氢
≤0.00066
5
氧 气
19~22
带压作业人员系好安全绳、打开高压头灯后,实施检查或更换刀具作业,辅助带压作业人员负责观察作业人员工作、安全状况,并保持与仓外操仓、医护人员联系,出现意外时对作业人员实施救援,并将险情向仓外人员报告,必要时,备用救护人员加压进入工作面,协助处理险情。
带压作业时间,应由专业医务人员根据作业人员身体状况、气压仓