泥水盾构机带压开舱作业在隧道施工中的应用赵亚党摘要：盾构施工作为先进的地下空间非开挖技术，近年来在市政工程中的应用越来越广，但地下隧道盾构施工经常会因刀具磨损、清除泥饼和更换刀具等原因，需要施工人员进入土舱内作业。由于土舱与开挖面存在刀盘开口，开挖面坍塌、涌水或涌砂等都会对舱内作业造成很大的威胁，因此，开舱作业在很大程度上受到了地质条件的制约。通过在砂层浅覆土段进行盾构气压开舱施工实践，对不良地层气压开舱作业中存在的问题进行了探讨。关键词：泥水盾构；换刀作业；泥膜；保压试验：U455：ADOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.11.1331开舱目的开舱目的分为以下2方面：①该盾构区间开舱是由于盾构机累计穿过房屋并切割基础灌注桩计96条后，出现残留钢筋堵塞在舱内泥浆出口格栅前后、管口、管前段，需开舱清理；②由于地质情况的变化，出现了上软、下硬的地层，隧道上部为砂层，底部为<6><7>地层，盾构机在掘进过程中沿<7>地层缓坡逐渐向上抬头，出现垂直姿态超限、盾尾卡死现象，在纠偏过程中采用了多种纠偏措施，需开舱检查刀盘、刀具磨损并换刀。2开舱条件由于上述目的的开舱为非计划性开舱，对地质的选择性较差，在隧道正上方和隧道范围内基本全部为砂层，仅在隧道底部存在0～1m厚的<6><7>地层，对开舱时掌子面的稳定作用不大，且砂层中的含水量、渗透系数高，属于全断面砂层。此外，盾构机上方为新建成的道路，车流量大、两侧房屋密集、商铺集中，开舱存在较高的风险。3常用的开舱换刀模式常用的开舱换刀模式有5种：①直接开舱换刀。在地基承载力较高、掌子面稳定性较好的条件下，可不采取任何加固方法，直接排空土舱内土体，进入土舱更换刀具。②降水加固。从地面建造降水井，通过降水实现土体固结，从而提高掌子面土体的稳定性。③地表注浆加固。从地表向地基注入水泥浆液（或其他加固浆液）加固土体，提高掌子面土体的稳定性。④围护桩加固。在掌子面周围建造围护桩，直接保证掌子面的稳定。⑤带压作业。通过向土舱注入压缩空气，以气压平衡代替舱内压力平衡。本工程中采用带压开舱换刀的方式。根据环境条件和地质情况，选用泥水压泥模带压开舱作业，其工作原理为：在泥水舱内注入特制的膨润土浆液，通过加压和保压系统使泥浆逐渐渗入掌子面土体几厘米，特制浆液嵌入土体颗粒间的缝隙，形成一层可支撑稳固正面土体的“泥膜”。这层“泥膜”可使掌子面土体稳定和不渗水，从而达到开舱的目的。本工程按泥浆渗透形成5cm厚的泥膜设计。经试验，压入舱内的泥浆用量为1.09～1.15g/cm3、黏度为75～80s，可保证在泥水舱形成稳定的护壁泥膜。在作业过程中，启动备用空压机和备用电源，以保证整个压气开舱作业过程中的压力稳定。本工程共进行泥模带压开舱15次，其中，该盾构区间开舱3次，另一盾构区间开舱12次，共换刀19把，并清理出了大量的残留钢筋，单次泥膜稳定时间达到14h，开舱作业取得了较大的成功。4开舱作业过程4.1制浆制浆材料采用易钻（Hydraul-EZ）专业制浆膨润土和配合剂。利用了专业制浆产品的以下6个特点：①高浓缩、高造浆率；②极佳的悬浮输送能力；③作用时间长，可以长时间保持泥浆性能稳定；④可形成薄的、致密的滤饼层，以防止泥浆漏失；⑤可消除黏土与页岩的水化膨胀，胶结黏附，防止刀具糊钻；⑥可承受中都的硬水和低pH值水。对于不同的地层形成泥膜需要的量不同，在目前的地层中，选用适合砂层中使用的配比，具体配比经过实验室试验调配后确定。4.2注入泥浆采用分次注入的方法，每次通过砂浆车运输进的泥浆约为6～7m2。通过放置在连接桥平台上的注浆泵、改装后的注浆管连接V11＼V12阀压入泥舱。在注浆的同时，打开下部V32出浆阀，将舱内原浆排出、置换。置换过程要平缓进行，并通过注浆泵的注入量和排浆阀的出浆量控制压力、液面平稳。通过计算，土舱内的泥浆约为40m2。在泥浆注入的过程中，每注一车后对排浆阀放出的泥浆进行参数测定。一般情况下，当排出的泥浆黏度到达40～60s时，就基本可满足制备泥膜需要的泥浆浓度，可开始加压制备泥膜。4.3加压形成泥膜在注入泥浆前，通过详细计算，重新确定切口压力。地面没有建筑物、附...