一级建造师铁路工程辅导:压气作业在地铁盾构施工中的应用

在盾构工法施工中,进舱对刀具进行检查处理大致有三种方法:1)加压进入土舱进行检查;2)对前方土体进行加固后在常压情况下进舱检查;3)从地面向下做竖井到刀盘前方从而实现对盾构刀具的检查和维修。
广州地铁盾构施工主要采用的是土压平衡式盾构机,在盾构时利用土舱内流动的土体来维持工作面上的土压平衡。在施工中,碰到上软下硬不稳定地层或者隧道上方有建筑物是常见的,刀具的检查更换作业十分困难,直接开舱可能造成开挖面坍塌甚至引起地面的沉陷,风险很大;对前方土体进行加固,要耗费较长的时间;从地面向下做竖井到刀盘前方,地面根本没有条件处理。在此条件下,使用人闸进行压气环境下刀具检查和更换作业无疑是最佳的选择。广州市轨道交通三号线[天—华]区间于2004年2月成功实施了国内地铁施工的首次压气作业,开舱检查刀具或者更换刀具,取得了良好的效果。压气作业施工方法在广州地铁三号线得到积极地推广,并使这一工法在国内逐渐走向成熟。
1 压气作业的原理
压气工法的原理是利用压缩空气注入隧道,万一隧道周围的改良土发生微小裂隙,可藉压缩空气的压力抑制地下水压,阻止地下水渗入开挖面,维持开挖面的稳定,给作业人员安全进入盾构机土舱提供条件。
压气对开挖面的稳定作用,可大致分为下述三种:1)可阻止来自开挖面的涌水,防止开挖面坍塌;2)由于气压作用于掌子面,能够加强掌子面的稳定;3)由于压气对围岩缝隙起到排挤水的作用,增加了粉砂、粘土层或含有粉砂粘土成分的砂质土的强度。
2 压气作业的地质条件
压气施工也并非任何地质条件都适用,由于覆土厚度、土质、地下水等条件的不同,有时压气施工法收不到预期的效果,采用压气施工法前必须仔细研究。
根据地铁隧道的埋深,以下几种地层比较适合压气作业:
1)粉砂质地基:透水性差,压气效果好,是适合压气施工的地基。只要注意覆土与压气气压的关系就不会发生喷涌现象,基本可以防止涌水。压气气压本身的支护作用,围岩的脱水作用产生的强度也会大大增强。
2)粘土质地基:土质软弱,开挖面不稳定时,可依靠压气气压本身的挡土作用和脱水作用使地基得到加固,故多采用压气法。
3)互层地基:一般的围岩都是由各种土质的互层构成,比较复杂,地下水压也往往被不透水层隔断。例如,即使是砂砾或砂质层,如果开挖面的上部有粉砂或粘土等透气性差的地层时,也是较为理想的压气施工地层。
3 人闸
3.1 综述
在维护和检查工作中,利用人闸将有关的人员和他们所需要的材料运送到土舱中,并使之处在受压状态下。
以德国海瑞克盾构机为例,其人闸由一个主舱室和一个副舱室组成,两个舱室用压力舱门隔开。主舱室依靠法兰与直接焊接在前体舱壁板上的过渡室连接;通过舱壁上的门可以进入土舱; 副舱室连接在主舱室的侧面。因此,进入主舱室必须先经过副舱室,副舱室用于在压气作业时的升压和减压过程以及紧急情况(紧急救助)。
根据舱室的容积,主舱室最多可以容纳3个人,副舱室容纳2个人。两个舱室均可独立工作,内部都装备有如下仪器:通讯系统、排气阀和进气阀、计时器、压力计、温度计、加热器。为了便于人闸管理员的操作,安装有下列仪器:通向两个舱室的排气阀和进气阀,通讯系统,带式记录系统,用于记录人闸舱室和土舱中的压力,人闸进气用的流量计。排气阀和进气阀仅能由舱内人员在异常情况下使用。升压和减压过程通常由人闸管理员执行。
3.2 维护/控制
每次关门之前检查门封,如有必要予以清理或更换;每月润滑门的连接机构一次;在人闸使用之前,检查是否所有的压力计正常工作,检查连接机构是否状态良好;按照规范检查带式记录器的功能。
3.3 安全装置
每个舱室都有一个安全阀,用以限制最大压力不超过3bar;还有电话和紧急电话
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