过江段隧道施工风险预防及应急预案

目录目录 11、工程概况 1工程简介 1区间隧道过江段工程地质 1隧道穿越地层 1隧道断面内圆砾层分布情况 5有害气体〔沼气〕分布情况 10原区间内沼气情况的描述 10最新区间内沼气情况的描述 102、过江段隧道掘进施工主要施工风险 12盾构穿越段富含沼气 12圆砾层隧道掘进施工 12承压水段 123、盾构机针对性设计 12盾构机主图 13刀盘和刀具 13盾尾密封 15螺旋机 15加泥加水口 16应急注浆孔的设置 16同步注浆系统 17有毒有害气体监测装置 174、前期准备工作 17沼气释放试验 17掘进段施工试验 19渣土改进 19隧道通风 19沼气浓度的控制 20管片制作 215、沼气段穿越施工技术 21沼气释放 21施工监测 22监测标准 22监测设备 22监测要求 22隧道通风 23人员培训 23掘进施工要点 236、圆砾层段施工技术措施 24沼气预防措施 2562承压水预防措施 25掘进施工技术措施 257、承压水段施工技术措施 268、风险应急措施 28沼气含量超警戒线 28喷涌 29盾尾渗漏 29刀具磨损 29气压法换刀原理 30气压法供气方式及施工设备、材料 30气压换刀施工前期准备工作 31气压作业 33刀具检查和更换 43带压换刀施工考前须知 44盾构恢复掘进 458.4.8.应急措施 45其他预防和应急技术组织措施 46应急材料的配备 47机械设备配备 47应急指挥机构及分工 47人员联系方式 48应急汇报制度 491、工程概况滨江站～富春路站区间为杭州地铁1号线工程穿越钱塘江全地下区间，里程范围为K5＋880.274～K8＋835.859，区间左线总长为，区间右线总长为。在里程K6＋750和K8＋35处设风井2座，在K7＋220和K7＋810处设2座联络通道，其中K7＋220处联络通道兼排水泵站。本区间隧道始于滨江站〔江南大道～江陵路路口〕，沿江陵路向西北方向前行，过舟枫路、滨盛路、规化支路，至江南风井进洞，随后盾构机江南风井出洞继续向西北推进，过闻涛路，穿越南岸江堤和钱塘江，过江后穿越北岸江堤和之江路，再推进至江北风井进洞，盾构机在江北风井出洞后继续向西北沿婺江路推进至富春路站进洞，整条隧道完成。江南风井位于江陵路～闻涛路路口，江北风井位于之江路～婺江路路口，区间隧道采用2台盾构机先后从滨江站始发，穿越江南、江北风井后抵达富春路站。之间将穿越钱塘江，穿越长度约为1340m图1：区间隧道推进线路示意图隧道穿越地层过江段隧道掘进区域主要穿越的地层有：③5层粉砂夹砂质粉土、③7层砂质粉土、④3层淤泥质粉质粘土、⑥2层淤泥质粉质粘土、⑨1a层粉质粘土、⑨1b层含砂粉质粘土、⑿2层细砂、⑿4层圆砾。其土层特征描述和力学指标详见下表：土层特征描述表1.2－01土层特征③5层粉砂夹砂质粉土灰、青灰色，稍密，饱和，含有机质、云母屑，砂质粉土呈团块状。实测标贯锤击数4～16击,平均值7击。静力触探锥尖阻力qc=4.45～6.43MPa，平均值5.05MPa，侧壁阻力fs=38.4～73.2kPa，平均值43.8kPa。全区分布，，顶板埋深5.70～17.80m，顶板高程-11.80～1.27m，层厚1.10～7.60m。③7层砂质粉土色，稍密，很湿。含有机质、云母碎屑，具水平层理，夹淤泥质粉质粘土，摇振反响中等，切面无光泽反响，干强度较低，韧性较低，江中夹有淤泥质粉质粘土。实测标贯击数2～15击,平均值5击。静力触探锥尖阻力qc=1.58～5.45MPa，平均值3.81MPa，侧壁阻力fs=43.8～75.2kPa，平均值46.0kPa，属中等压缩性土。场区内局部缺失，顶板埋深8.20～24.00m，顶板高程-15.87～m～9.20m。④3层淤泥质粉质粘土灰色，流塑，具层理结构，层间夹粉砂。粉土薄层。无摇振反响，切面光滑，干强度中等，韧性中等，实测标贯击数2～6击，平均值2.7击。全区分布，顶板埋深18.30～23.90m，顶板高程-16.00～-m～6.70m。⑥2层淤泥质粉质粘土灰色，流塑，具层理结构，层间夹粉砂薄层。无摇振反响，切面光滑，干强度中等，韧性中等，实测标贯击数2～6击，平均值3.5击。静力触探锥尖阻力qc=0.97～4.44MPa，平均值1.47MPa，侧壁阻力fs=12.7～50.6kPa，平均值25.85kPa，属高压缩性土。局部缺失，顶板埋深14.40～29.00m，顶板高程-22.42～-m～7.50m。⑨1a层粉质粘土灰绿色、灰黄色，可塑～硬塑，含铁锰斑点，局部夹粉砂团块。实测标贯击数5～26击，平均值10击。静力触探锥尖阻力qc=0.79～7.42MPa，平均值2.66MPa，侧壁阻力fs=18.4～237.8kPa，平均值78.0kPa，属中等压缩性土。局部缺失，顶板埋深17.50～31.80m，顶板高程-26.14～-m～7.80m。⑨1b层含砂粉质粘土灰、灰黄色，软塑～可塑。含砂，含砂量5～15％。实测标贯击数6～25击，平均值16击。静力触探锥尖阻力qc=1.05～5.02MPa，平均值2.92MPa，侧壁阻力fs=27.3～180.2kPa，平均值87.3kPa，属中等压缩性土。局部缺失，顶板埋深18.40～34.70m，顶板高程-26.74～-m～⑿2层细砂灰、灰黄色，中密，饱和。含铁锰质结核，含云母片。实测标贯击数17～35击，平均值29击。个别孔分布，顶板埋深22.30～30.30m，顶板高程-28.23～-m，层厚0.80～5.60m。⑿4层圆砾杂色，中密～密实，饱和。圆砾直径0.2～2cm，含量20～35％，母岩成分以砂岩、熔结凝灰岩、灰岩为主，亚圆形，卵石粒径2～6cm为主，最大粒径10～25cm，含量25～35％，局部含块石，填充中粗砂，砂以石英质中粗砂为主，偶夹薄层粉土透镜体，实测重型动探击数9～100击，平均值36击，属低压缩性土。全区分布，顶板埋深23.40～35.60m，顶板高程-32.38～m，揭露最大层厚m。力学指标详见表1.2－02～－03。一区地层特征表层号土层名称天然状态的物理性指标液限塑限塑性指数液性指数压缩〔固结〕试验指标直剪试验静止侧压力系数渗透系数原位测试含水量密度土粒比重孔隙比饱和度压缩系数压缩模量固块垂直水平标贯湿干76g凝聚力摩擦角实测锤击数WoPPdGseSrWLWpIpILaEcφKoKvKHN%g/cm3﹣﹣%%%﹣﹣Mpa-1Mpakpa°﹣cm/scm/s击/30cm③2砂质粉土11③3砂质粉土夹粉砂③4砂质粉土3395③5粉砂夹砂质粉土6③6粉砂③7砂质粉土夹淤泥质粉质粘土③8粉砂④3淤泥质粉质粘土1.25⑥1淤泥粉质粘土19⑥2淤泥质粉质粘土43⑥3粉砂⑧2淤泥质粉质粘土155⑧3粉细砂1⑧2淤泥质粉质粘土15⑧3粉细砂⑽1粉质粘土14.9⑽2含砂粉质粘土2⒁1细砂16⒁2圆砾二区地层力学特征表1.2－03层号土层名称天然状态的物理性指标液限塑限塑性指数液性指数压缩〔固结〕试验指标直剪试验静止侧压力系数渗透系数原位测试含水量密度土粒比重孔隙比饱和度压缩系数压缩模量固块垂直水平标贯湿干76g凝聚力摩擦角实测锤击数WoPPdGseSrWLWpIpILaEcφKoKvKHN%g/cm3﹣﹣%%%﹣﹣Mpa-1Mpakpa°﹣cm/scm/s击/30cm①3砂质粉土③1砂质粉土③2砂质粉土3210③3砂质粉土夹粉砂15③4砂质粉土9③5粉砂夹砂质粉土1.9947③6粉砂95325③7砂质粉土45③8粉砂18④3淤泥质粉质粘土⑥1淤泥质粉质粘土1.183⑥2淤泥质粉质粘土4138⑧2淤泥质粉质粘土110⑨1a粉质粘土973416⑨1b含砂粉质粘土⑨3圆砾⑩1粉质粘土33⑿2细砂隧道断面内圆砾层分布情况〔1〕原地质详勘圆砾层的分布，根据原详勘资料“Ⅱ区地基土分析〞中描述：在桩号K6+957～K7+，⑿层细砂、圆砾层顶部1～2m分布盾构开挖范围的底部。从上述文字中，可以理解为圆砾层侵入隧道断面的区域不到50米，且仅侵入隧道断面1~2米。但根据地质勘探柱状图显示，圆砾层侵入隧道断面深度达2.26米左右，涉及区域约米。〔详见原详勘地质剖面图〕〔2〕地质补勘补勘圆砾层取样实照为进一步真实的弄清圆砾层侵入隧道断面的深度和侵入区域的长度，我工程部又特委托浙江省工程勘察院对隧道沿线地质进行补勘。根据新的地质补勘资料显示，圆砾层侵入隧道深度最大达左右，等于侵入了隧道半个断面，且侵入区域达440多米。圆砾层砾石最大长度近9厘米，宽度约4厘米，厚度约3～4厘米。见下面取样照片。〔详见补勘地质剖面图〕补勘圆砾层取样实照从施工风险考虑，为确保施工的平安，必须尽量将施工风险考虑全面。为此，根据两次地质勘探情况，实际施工应取综合两次勘探情况最不利情况作为施工参照。综合两次勘探结果，圆砾层侵入隧道断面长度达520多米，侵入深度达。〔附综合两次勘探后的地质剖面图及隧道轴线，包括冲刷线位置〕〔3〕建议调整轴线根据两次勘探资料综合分析，圆砾层侵入隧道断面和深度大大超过了原投标时的概况。从躲避施工风险角度上，应对隧道轴线作适当调整，尽量防止或减少圆砾层在隧道断面的侵入。此项内容在08年3月18日穿越钱塘江段施工技术方案专家评审会上得到了专家们的一致认可和确认。从圆砾层侵入隧道断面的长度和深度，及隧道所处地理环境来分析，圆砾层侵入隧道断面深度和长度越少越好。为此，根据专家会评审意见，建议将隧道轴线进行调整。调整分两种情况：1〕新包络线下隧道最小覆土3m按此设计轴线，圆砾层侵入隧道断面情况如下：侵入长度仅约51m，侵入隧道深度最大约为0.2〕新包络线下隧道最小覆土按此设计轴线，圆砾层侵入隧道断面情况如下：侵入长度仅约，侵入隧道深度最大约为。从上述两种轴线调整，在满足设计要求的前提下，尽可能选择冲刷线下隧道最小覆土3m，尽量减小江底圆砾层对隧道掘进施工带来的风险。1.2.3过江段承压水文〔1〕钱塘江水体钱塘江是浙江省第一河流，其发源于安徽休宁县境内怀玉山主峰六股尖，在浙江省海盐县澉浦注入杭州湾，干流长度668km，流域面积达55558km2，汇水面积达3.13万km2。其洪汛受梅汛控制，汛期时，江水面暴涨，据富春江芦茨水文站资料，钱塘江径流有明显的年际和年内变化，其最大年径流总量539亿m3〔1954年〕，最小年径流总量130亿m3〔1979年〕，多年年迳流量在301亿m3左右，实测最大洪峰流量达29000m3/s〔1955年〕，最小流量/s(1934年)。钱塘江属感潮型河流，呈不规那么半日潮型，水位直接受潮汐影响，变化幅度大，场区地处强潮河口，独特的地理环境形成了举世闻名的钱江涌潮。据杭州钱江四桥上游的闸口水文站资料，钱塘江历年最高潮水位〔1997年8月19日，黄海高程，下同〕，历年最低潮水位为〔1954年8月10日〕，多年平均高潮位，多年平均低潮位，多年平均潮差，历年最大潮差，多年平均涨潮历时1小时32分，多年平均落潮历时10小时53分；据杭州钱江二桥下游的七堡水文站资料，钱塘江历年最高潮水位〔1997年8月19日，1985年国家高程基准，下同〕，历年最低潮水位为〔1955年8月14日〕，多年平均高潮位，多年平均低潮位，多年平均潮差，历年最大潮差，多年平均涨潮历时1小时25分，多年平均落潮历时11小时01分。按内插法，邻近工程场区的钱塘江历年最高潮水位高程可取。钱塘江百年一遇最高洪水位m，300年一遇最高洪水位为。隧道区江面宽约1310米，勘探期间水面高程一般为2.80～4.80m，勘察期间受涌潮影响时，潮差约1～由于水动力条件复杂，钱塘江杭州段河槽极不稳定，历史上曾形成大冲大淤的变化，年内冲淤特点表现为“洪冲潮淤〞，随着两岸标准堤防的建成，岸线受到堤塘的限制，目前岸线已经根本趋于稳定。〔2〕地下水类型场地地下水主要为第四系松散岩类孔隙潜水、孔隙承压水以及基岩裂隙水。根据地下水的含水介质、赋存条件、水理性质和水力特征，勘探深度内可划分为第四系松散岩类孔隙潜水和承压水以及基岩裂隙水。1)潜水拟建场地浅层地下水属孔隙性潜水，主要赋存于表层填土及③1～③7层粉土、粉砂中，由大气降水和地表水径流补给，地下水位受季节以及钱塘江地表水的影响较大。～7.60m～2.02m～7.60m～0.97m，基坑降水停止后，根据后期观测，水位恢复为埋深左右〔高程为〕。根据钱塘江闸口和七堡历年最高潮水位高程，工程区钱塘江最高设计水位可取，目前北岸的地面高程左右，南岸的地面高程左右，考虑最不利的因素即洪水位持续时间较长，两岸地表积水及设计地面回填后高程北岸、南岸分别为7.84、6.75m，建议两岸的抗浮设计水位高程取设计地面高程，即南岸中间风井抗浮设计水位高程取，北岸中间风井抗浮设计水位高程取。2)孔隙承压水Ⅰ区有两层承压水。第一承压水分布于江南岸Ⅰ区内，含水层分布在⑥3粉砂层中，水量小～中等；该层位于盾构隧道底板以下一定深度，对盾构掘进无影响；由于地下连续墙穿透了⑥3层，第一承压水对江南中间风井施工也无影响。故本次勘测未实测第一承压水水头高度。第二孔隙承压水：钱塘江南岸承压含水层主要分布于深部的⒁层细砂、圆砾层中，水量较丰富，隔水层为上部的淤泥质土和粘土层〔④、⑥、⑧、⑩层〕。承压含水层顶板高程为-38.02～，隔水层顶板高程为-15.25～m；根据勘察在承压水抽水孔的1个观测孔中同时进行了承压水水头测试，将上部潜水含水层用铁制套管隔离，2007年3月至4月1日实测承压水头埋深在地表下6.25～7.45m，相应高程为-1.53～。北岸承压含水层主要分布于深部的⑿4层圆砾和⒁2层圆砾中，水量较丰富，隔水层为上部的淤泥质土和粘土层〔⑥、⑨层〕。承压含水层顶板高程为-26.00～，隔水层顶板高程为-14.02～m；根据勘察在承压水抽水孔的两个观测孔中同时进行了地下承压水水头测试，将上部潜水含水层用铁制套管隔离，2007年2月实测承压水头埋深在地表下，相应高程为；2007年3月至至4月1日实测承压水头埋深在地表下7.70～8.24米，相应高程为0.08～。根据周边类似钻孔灌注桩施工经验，由于承压水流速较小，承压水对钻孔灌注桩和地下连续墙施工无影响。江中段根据冲刷线下最小覆土，隧道断面内最大承压水压力将达。3)基岩水基岩裂隙水：赋存于强风化、中风化基岩中，含水量主要受构造和节理裂隙控制。由于场地基岩裂隙不发育，故基岩裂隙水水量一般不大。4〕土层渗透系数Ⅰ区土层渗透系数成果表表-3层号土名室内试验渗透系数〔cm/s〕现场抽水试验渗透系数〔cm/s〕KVKHK③2砂质粉土×10-4×10-4×10-3③4砂质粉土×10-4×10-4③5粉砂夹砂质粉土×10-5×10-5③6粉砂③7砂质粉土夹淤泥质粉质粘土×10-4×10-3④3淤泥质粉质粘土×10-8×10-8⑥1淤泥质粉质粘土⑥2淤泥质粉质粘土×10-7×10-6⑥3粉砂⑧2淤泥质粉质粘土×10-7×10-6⑧3细粉砂⑩1粉质粘土×10-6×10-7⑩2含砂粉质粘土×10-6×10-6Ⅱ区土层渗透系数成果表层号土名室内试验渗透系数〔cm/s〕现场抽水试验渗透系数〔cm/s〕KVKHK③1砂质粉土×10-42×10-4×10-3③2砂质粉土×10-4×10-4③3砂质粉土夹粉砂×10-4×10-4③4砂质粉土③5粉砂夹砂质粉土×10-4×10-4③6粉砂×10-4×10-4③7砂质粉土夹淤泥质粉质粘土×10-4×10-4③8粉砂×10-3×10-3④3淤泥质粉质粘土×10-7×10-7/⑥1淤泥质粉质粘土×10-7×10-6/⑥2淤泥质粉质粘土/⑥3粉砂/⑧2淤泥质粉质粘土/⑨1a粉质粘土×10-7×10-7/⑨1b含砂粉质粘土/⑿2细砂×10-3×10-3/⑿4圆砾层江北×10-2/江南×10-21.3有害气体〔沼气〕分布情况本区间隧道内掘进范围内存在大片的沼气含气层。1.3.1原区间内沼气情况的描述根据业主原提供的：«杭州地铁1号线Ⅱ标滨江站～富春路站区间岩土工程详细勘察报告»浙江华东建设工程〔2007.3〕的地质勘探资料。本工程区域内沼气情况的描述如下：“3.7不良地质作用和地下障碍物6〕〞中描述：本次勘察北岸及江中钻孔未发现有沼气。结合地热区域调查报告，初步分析滨江站至桩号K6+850，Ⅰ区内分布有沼气。根据上述资料，滨江站～江南风井～钱塘江南岸区域可能存在沼气。但江中及北岸无沼气。1.3.2最新区间内沼气情况的描述但根据业主于2008年2月2日下午召开的关于“过钱塘江过江隧道段、江南风井段有害气体〞会议，及2008年2月20日拿到的浙江省地矿勘察院施工的«杭州地铁1号线滨江站～富春路站区间地下有害气体特性研究报告〔江南风井段、钱塘江过江隧道段〕»〔1〕滨江站～江南岸：1〕滨江站～富春路站区间江南风井段地下气体主要成份为甲烷，其体积约占90.4%～92.8%；其次为氮气，约占5.31%～7.67%，二氧化碳约占1.53%～1.92%，还有一些微量的一氧化碳；2〕从滨盛路至钱塘江边的K6+500～K6+900里程范围内分布着压力大小不一的有害气体。一部份在里程K6+564附近小范围分布，另一局部沿南北方向呈长条状分布，与地铁隧道线交汇于江南风井位置；3〕江南风井段地下气体以囊状形式存在，主要赋存在⑥3层粉细砂层，含气层顶板埋深在地面以下26～27m处；含气层底板埋深在地面以下28～30m处；4〕江南风井段⑥2层淤泥质粉质粘土层为气源层，⑥3层粉细砂层为主要储气层；5〕K6+564附近气体分布范围较小，中心最大气压0.38MPa，而长条状气带分布范围较广，进一步向江中延伸，中心最大气压0.4Mpa；6〕实测得出江南风井段地下有害气体最大流量为/h。〔2〕过江隧道段：1〕过江隧道地下气体主要成份为甲烷，其体积约占91.6%～94.6%；其次为氮气，约占1.9%～5.7%，二氧化碳约占2.58%～3.44%，还有一些微量的一氧化碳；2〕过江隧道地铁盾构线自江南岸至主航道均存在有害气体，主航道至江北岸不存在有害气体；3〕过江隧道地下气体以囊状形式存在，主要赋存于细砂及圆砾层上部，含气层顶板埋深在地面以下21～23m处；含气层底板埋深在地面以下24～28m540m；4〕过江隧道的⑥2层淤泥质粉质粘土层为气源层，〔12〕2层细砂层为主要储气层；〔5〕钱塘江靠近南岸位置处气体压力较大，最大气压约0.22～0.39MPa，并沿结构线向北岸逐渐减小；〔6〕过江隧道地下有害气体最大流量为/h。关于沼气情况的描述，前后两次地质勘探资料在沼气分布范围、气流量等方面均存在较大的差异。以下图为新勘探过程中沼气段沼气释放时的照片。陆地上沼气释放情况的照片钱塘江中沼气释放的照片2、过江段隧道掘进施工主要施工风险盾构穿越段富含沼气根据新的有毒有害气体勘察报告，过江段靠江南岸一侧富含沼气，长度约540m，pa，流量达3/h。施工风险较大，在施工前和施工时应采取措施，确保施工平安。沼气段施工具体详见沼气段施工防治专项施工方案。根据调整冲刷线下隧道最小覆土情况，过江段盾构进入钱塘江将穿越近米的圆砾层，圆砾层最大侵入深度达米。上半部为砂层和砂性土，在施工中需采取措施，予以确保隧道轴线及施工平安。同时，圆砾层及砂性土层有可能对盾构刀具产生严重磨损，需进行江中换刀。气压换刀详见气压换刀专项施工方案。2.3承压水段本工程过江段盾构穿越地层为砂层和圆砾层，此地层除富含沼气外，还含承压水，在施工中需采取措施，预防螺旋机喷涌和盾尾渗漏。3、盾构机针对性设计根据地质详勘和补勘资料、有毒有害气体勘察报告，结合本工程地质状况，特别是过江段地质状况，综合两次盾构机专题专家评审会和一次穿越钱塘江段施工技术专家评审会意见，及成都地铁施工经验根底上，对本工程所采用的盾构机进行了针对性的设计。盾构机场景照片盾构机场景照片盾构机主图刀盘和刀具刀盘和刀具除了要适应本工程的砂性地层外，最主要是要满足过江段圆砾层段施工要求。〔1〕刀盘根据2次盾构机专家评审会的意见，除了在刀盘、刀具、螺旋机都部位按原要求加强耐磨外，还根据补勘结果，及总结成都地铁施工情况，对盾构机进行了改进：1〕增大盾构机开口率。开口率由原来的30%扩大到约40%；2〕配有2套刀具磨损检测装置。盾构机刀盘盾构机刀盘〔2〕刀具刀具设计根据本工程地质及成都地铁施工经验的根底上不断进行调整和改进。1〕刀具数量由原来的144把调整为191把。切削刀70把，弧面切削刀12把，中心刀1把，贝壳刀52把，撕裂刀21把，周边刀35把；2〕对撕裂刀的形状和耐磨程度作了改进，使刀具更加适应地层。现现改进型撕裂刀原设计撕裂刀盾尾密封盾构施工理论上有“护头护尾〞之说。而护尾就是指盾尾的防渗防漏。特别是在长距离江河底下及含承压水的砂性土层段施工时，盾尾密封的好坏尤关重要。盾尾密封本工程盾构机盾尾密封设计为三道盾尾密封，呈钝角形。采用焊接式钢丝密封刷二道和钢板刷一道，钢板刷的设置是提高刚性，使密封刷不易折断，更好的保证密封性能。在充足盾尾油脂的前提下，其盾尾密封结构能抵抗６Kg以上的水压。过江段区间隧道盾尾密封螺旋机螺旋机作为渣土的主要出口，也是承压水和沼气喷涌这两风险控制的关键所在。故螺旋机设计是本工程施工的一个重要组成局部，也是较为关键、重要的一个局部。根据工程勘探资料和有毒有害气体勘察报告，本工程螺旋机设计如下：〔1〕针对过江段圆砾层可能存在直径较大的卵石，故本工程采用是直径达∮800mm的大直径叶片螺旋机，其可提高出土效率和实现大颗粒出土。〔2〕螺旋机的壳体上设有2个加泥加水口，用来改善土体流动性。必要时可通过两加泥加水孔进行纳基膨润土或高分子聚合物等的加注，充填、密实螺旋机，使其快速起到土塞效应，防止和控制水气土结合，从螺旋机处发生喷涌现象。〔3〕设置2道液压控制闸门，在发生喷涌现象时，可起到关闭螺旋机，截断水气土等喷涌通道。〔4〕在螺旋机上部预留应急孔法兰与螺旋机间增设球阀，假设出现喷涌现象持续，无法按正常恢复施工时，通过关闭球阀，法兰盘上外接保压泵，进行恢复施工。〔5〕针对本工程隧道断面较长距离处圆砾层和砂性土层施工，故本工程盾构机螺旋机内部采用高强度耐磨材料处理。设置球阀，必要时安装设置球阀，必要时安装保压泵液压闸门液压闸门螺螺旋机除了上述在螺旋机上设置2个加泥加水口外，在土仓和刀盘正面各设置了4个加泥加水口，以改进刀盘正面渣土和土仓内的渣土。刀盘正面加纳基膨润土等，除改进渣土外，还能起到一定的保护刀盘、刀具作用。预留注浆孔在切口环和支承环后部设置2道应急注浆孔。在发生施工风险，需盾构前端紧急注浆时〔入盾尾渗漏严重、气压换刀时气从盾构外向后漏气、盾构机姿态不好时等〕，均可进行应急注浆。预留注浆孔预留注浆孔位置示意图预留注浆孔位置示意图同步注浆系统为独立液压控制系统的注浆系统，它由搅拌桶和斯维英泵组成。斯威英泵斯威英泵考虑到本工程穿越钱塘江段，盾构穿越断面存在有毒有害气体。故盾构机设计时就在螺旋机出口、盾尾上部、及第一节车架前端设置有毒有害气体自动监测报警装置。4、前期准备工作根据第二次有害气体的勘察，本区间段沼气分布较第一次地质详勘所示的范围要广，且显示的流量和压力均很大。最大压力MPa，最大3/h。假设预先不采取措施，由于沼气压力和流量均较大，盾构穿越过程中极易产生瞬间喷涌和沼气含量剧增等状况，施工风险将极大。为此，需采取以下措施来确保盾构穿越沼气段施工的平安。根据3月18日业主组织的穿越钱塘江施工技术方案专家评审会意见，为确保在盾构在沼气段的平安施工，在施工前必须预先对盾构穿越区域内的沼气进行泄压释放，在盾构穿越泄压断面内时将沼气层沼气压力泄放到0.05MPa以下，尽量降到最小。沼气释放分两个阶段：一个是试验阶段；一个是正式实施阶段。此工作都在隧道穿越前完成。由于地下沼气的具体含量，其钻孔释放后压力能否降到多大，沼气释放后对周边环境的影响有多大，沼气释放后的效果和释放后地下沼气的补充汇拢情况，沼气释放后对土体侧向抗力不均匀程度等不是很了解。考虑到江中具体实施时再了解此些状况，难度较大，时间紧迫，故采取预先在陆地上进行沼气释放试验。江南风井段放气孔平面布置图沼气释放试验在江南风井～钱塘江南岸大堤之间进行。此段一为沼气侵入隧道断面的前端区域；二为该区域相比照拟空旷，建构筑物相对较少，地形比拟有利，特别是对前期试验孔的保存方面特别有利。放气孔布置在地铁结构线两侧，原那么上每一侧由内向外各布置三排放气孔，最近一排距离结构线8米，各孔间距20米，放气孔总体呈梅花形布置，共布置28个放气孔。其中局部孔采取不等间距进行布置，以摸索合理的孔间距对沼气释放最合理经济。同时，试验工程中，根据孔位具体释放流量和压力不同，假设孔位流量超过25m3/h，那么在该孔周边进行加密布孔。通过此举可以进一步了解加密孔对大流量和高压沼气层释放的效果〔包括释放周期〕在沼气释放试验阶段，选择某些单孔释放量降低后，或本身沼气释放量很小的钻孔进行真空负压释放。以检查在沼气压力到一定程度后，地层内部还可能存在的沼气存量。对后部沼气释放和盾构穿越施工作技术参考。在K6+700左40m里程以及K6+580右15m处采用零星排放放气施工。K6+700左40m处布置5个放气孔，孔间距15m；K6+580右15m处布置3个放气孔，孔间距15m，共布置8个放气孔。具体孔位详见上图“江南风井段放气孔平面位置布置图〞。在进行陆地沼气释放试验时，需了解和掌握沼气释放孔的合理间距，释放压力值的可降范围，释放速度对周边环境的影响，释放时和释放一定时间内对周边环境的影响，及释放后沼气的汇拢情况。通过一系列试验成果，进一步完善江中段沼气的释放方案。渣土改进渣土改进是土压平衡盾构在砂性土和圆砾层施工中常用的一种有效方法。采取何种材料来进行改进将是渣土改进的关键。本工程渣土改进主要考虑采用纳基膨润土，在试验段将对膨润土使用情况进行进一步的试验。以确定膨润土改进渣土的效果。隧道通风为确保盾构平安掘进，根据以往类似工程施工经验，参考瓦斯隧道施工技术标准，本工程穿越钱塘江段施工通风方式将选用混和式通风，作为预防沼气浓度超标的主要措施。混合式通风就是将压入式和吸出式两种通风方式联合使用，其中压入式风机给工作面提供新鲜风流，吸出式风机从工作面排出污风。混合式通风兼有压入式和吸出式两者的优点，但也有缺点，即吸出式风机有引起瓦斯〔沼气〕爆炸的危险，需选用平安可靠的防爆风机。2〕风机选型①通风计算风速：平均风速不低于0.5~/s，最大可达6m/s。压入式风机初步选用SDF(A)型22×2kW通风机，2条隧道各用1台，另备1台作为应急风机。风机型号风量〔m3/min〕风压〔Pa〕高效风量〔m3/min〕最高点功率〔kW〕最大配用电机功率〔kW〕风机直径〔mm〕350~5501600~540039622×2655~860500~800720~390060022×2655~860吸出式风机初步选用FBCZNO13型防爆式抽出式轴流通风机。其转速达980r/min；风量达9.5～29m3/s；风压达178～694Pa；电机功率22KW。本工程风机设备分阶段布置，在滨江站～江南风井段对隧道内的通风量、风速等指标做响应的测试，以优化、确定江南风井～江北风井段风机的布置数量和形式。除了在滨江站～江南风井段进行通风数据的监测和摸索，还在沼气释放实验段进行通风试验。确定在一定距离下，隧道前端压入式通风管出口处的风速；开启抽出式风机时，隧道内部空气的流速，及混合式风机同时开启时，隧道内空气的移动风速等。沼气浓度的控制沼气段施工时，正常施工、警戒施工、中止作业及人员撤离的沼气浓度控制如下：根据测爆仪测试的甲烷浓度，0～0.25％为正常作业范围；0.25～0.5％开始警戒，并加强监测；0.5～1％中止作业，加强通风，进行监察；1～1.5％疏散作业人员，切断电源，禁止人员入内，隧道内配置应急灯，并开启。假设施工人员重新进入施工现场，必须经检测人员检测，沼气浓度小于0.25％时，方可恢复施工。在掘进试验段施工时，对沼气浓度监控进行试验。确定通风状态下对沼气浓度的可控性。〔1〕在一定监控沼气浓度下，单独采取压入式通风状态，测试其风管出口处风速；对隧道内沼气稀释速度；〔2〕在一定监控沼气浓度下，单独采取抽出式通风状态，其对隧道内沼气稀释情况；〔3〕在一定监控沼气浓度下，单独采取混合式通风状态，其对隧道内沼气稀释情况。上述试验必须在平安控制浓度1％以下状态进行，一般不得超越警戒线浓度进行冒险试验。假设出现超浓度情况，应按相关要求进行，即停止施工后，在进行相关数据的摸索。通过对上述状态的摸索和了解，确定通风系统对隧道内沼气的可控程度，以利于在江中气压段施工时采取相应的通风措施和应急措施。对于盾构长距离穿越钱塘江，隧道断面含圆砾层、粉砂层等对盾构掘进不利的地层。为预防该地层对盾构刀具产生较大磨损，需在江中进行气压换刀。故在管片生产上预先考虑气压法换刀施工的闸墙预留装置。根据情况，将预先生产2环带有预留装置的管片。根据冲刷线下最浅覆土隧道轴线，隧道穿越圆砾层区域约有，分2局部穿越。第一段长度约65m，最大侵入隧道断面深度；第二段长度约118m，最大侵入隧道断面深度；前后两段间距约120m。故该2环管片将拼装在盾构进第一段圆砾层时和进第一段圆砾层后约80m距离处。5、沼气段穿越施工技术5.1沼气释放陆地试验段沼气释放试验孔在试验后继续保持，待盾构穿越后在回填；江中段沼气释放孔原那么上按沼气试验段结果进行布孔释放。江中沼气释放孔按有毒有害气体勘探报告探明的沼气含气范围向北适当进行延伸50～100m，预防后部沼气存在。假设探明有沼气存在，那么必须再向后延伸。江中段靠江南岸侧，钻探船只无法进入区域释放孔采取架排架进行钻探释放；江中段其他释放孔采取钻探船江中定位钻探。沼气释放实验段试验应在穿越前5个月左右完成；江中段沼气释放工作原那么上应在穿越施工前3个月完成，即试验结束后，立即进行江中段沼气释放工作。并在穿越前1个月进行探孔复查，如发现沼气量积聚，沼气压力上升，需继续持续释放的，那么继续释放，并调整和完善后续的释放措施。具体可根据沼气试验段的试验结果进行调整。沼气释放孔原那么上能保存的，应保存至盾构穿越后，再充填掉。江中段钻探孔根据航道水务实际情况，假设能保存的那么保存至盾构穿越后回填；假设不能保存那么前期释放后，必须在穿越前1个月左右进行重新钻孔复查。监测标准沼气段施工时，正常施工、警戒施工、中止作业及人员撤离的沼气浓度：根据测爆仪测试的甲烷浓度，0～0.25％为正常作业范围；0.25～0.5％开始警戒，并加强监测；0.5～1％中止作业，加强通风，进行监察；1～1.5％疏散作业人员，切断电源，禁止人员入内，隧道内开启防爆应急灯。假设施工人员重新进入施工现场，必须经检测人员检测，沼气浓度小于0.25％时，方可恢复施工。监测设备监测设备的配置是对隧道掘进面及成形隧道内有毒有害气体具体含量的直观监测，是指导有毒有害气体段施工的一个重要预防措施。本工程过江段区域施工时，在盾构机的螺旋机出口、盾尾和第一节车架处设置固定式自动报警有毒有害其他监测装置。另外，在隧道施工面及成形隧道内再配置1台手持式有害气体监测仪器〔可监测沼气、一氧化碳、硫化氢和氧气的浓度〕，3台手持式沼气监测仪器。手持式监测仪器在有毒有害气体段施工时，进行人工24小时的监测。所有监测设备在施工前必须到位，并经检验合格后投入使用。另，考虑到第一、第二、第三节车架电器设备较多，且较接近沼气涌出源，故除第一节车架已放置了固定式自动监测报警装置外，在第二和第三节车架间固定放置一把移动式手持有害气体监测仪器，作为该区域特定的检测设备。监测要求〔1〕在沼气段施工时，沼气监测人员落实到班组。进行专人专项工作。每班配置；〔2〕正常情况下，监测人员应每小时进行监测数据记录，每班推进结束后进行书面沼气监测报告；〔3〕特殊情况下，监测人员应每小时进行监测数据记录，同时汇报给工程部；并根据工程部下发指令调整监测频率和汇报次数。〔4〕沼气浓度到达0.25％时，应立即通知作业班长；并作好相关记录；〔5〕沼气浓度到达0.4警戒值时，应立即通知作业班长，同时汇报工程部；并作好相关记录；〔6〕沼气浓度到达0.5警戒值时，应立即汇报工程部；同时，每上升0.1％向工程部汇报一次；并作好相关记录；〔7〕沼气浓度到达0.95％警戒值时，应立即通知作业班长，作好中止施工准备；并汇报工程部；作好相关记录；〔8〕沼气浓度到达1%警戒值时，应立即通知作业班长，停止施工，关闭所有非防爆施工电器设备；启动应急照明；准备疏散工作人员；同时汇报工程部；并作好相关记录；〔9〕沼气浓度到达1.4%警戒值时，除防爆照明和防爆风开启外，其他所有设备全部关闭，施工人员〔包括沼气监测人员〕全部撤离隧道；〔10〕待通风一段时间后，监测人员佩戴防毒面具，由隧道外部逐步向内监测，假设隧道内沼气浓度到达或超过1.4%，监测人员不得继续深入。待确定隧道内沼气浓度小于0.25％含量时，方可确认其他施工人员进隧道，恢复施工。隧道通风是沼气段隧道施工的主要预防和处理措施。〔1〕在沼气含量小于等于0.25％时，按正常通风采用压入式向隧道内输送新鲜空气和稀释隧道内少量沼气；〔2〕沼气含量大于0.25％时，开始考虑加强通风，启动混合式式通风系统。即同时开启抽出式风机；尽量将隧道内沼气含量控制在0.25％以下，保障隧道掘进施工的正常进行。5.5人员培训〔1〕对所有施工人员必须进行有害气体的预防、应急培训；并对其进行平安技术交底，强化平安生产意识。〔2〕对沼气监测必须有专人进行。每推进班组均设有专人进行监测。5.6掘进施工要点1〕施工前制定有害气体段施工的规章制度，和报警警戒线，监测人员按监测要求进行监测；2〕确保所有监测设备处于正常运转监测状态，监测人员必须作好监测工作及相关记录；3〕隧道内压入式通风设备应24小时开启，一旦沼气含量到达警戒区域时，应增开启吸出式风机，进一步加强通风。4〕一旦隧道内沼气含量到达中止施工警戒值时，必须停止施工，待通风稀释平安后再恢复施工。5〕施工过程中加强对明火使用的管理，进入隧道严禁带明火〔包括打火机和香烟〕。隧道内禁止吸烟等；6〕加强过程中的平安管理，特别是工作面的明火使用和监测管理；动用明火必须经工程部审批同意，并隧道内沼气含量小于0.25％以下方可进行。7〕隧道内工作面、车架等区域配备灭火机外，隧道工作面区域还应配备水灭消防管路。且必须确保水灭管路时刻畅通和有效。8〕加强对隧道施工质量的控制，主要包括：隧道轴线控制〔严禁强纠和猛纠〕、隧道成环质量控制等；9〕加强对成环隧道质量的控制，主要包括：螺栓的复拧、同步注浆后壁后补压浆的加强；10〕控制螺旋机开口率，并根据需要往螺旋机内进行加泥等措施，形成土塞效应，预防喷涌影响施工；11〕采用进口盾尾油脂，加强盾尾油脂的压注和管理，明确每环盾尾油脂压注量，过程中予以抽查，以预防和确保盾尾密封。6、圆砾层段施工技术措施过江段盾构刚进入钱塘江将穿越近米的圆砾层，且圆砾层最大侵入深度达米。上半部为含砂粉质粘土层和砂性土，断面土体软硬不均；且此段施工区域为承压水和沼气富存区域，在施工中需采取措施，予以确保隧道轴线及施工平安。按冲刷线下最浅覆土隧道穿越圆砾层位置如下表。里程环号(按江南风井出洞后计算)K7＋006.3～K207环～261环K7＋191.0～K361环～460环层号岩层名称颗粒组成〔mm〕碎石砾石砂粒粉粒粘粒>

6060

~

4040

~

2020

~

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2%%%%%%%%%%(12)2粉砂层(12)4圆砾层圆砾层及砂层颗粒分析如下：盾构在圆砾层施工，既要考虑其地质的不良影响〔圆砾层、砂层，及含沼气和承压水〕，又要考虑环境的不利因素〔位于钱塘江下〕，故在粉砂层及圆砾层段施工时应注意：6.1沼气预防措施沼气处理按上述“5、沼气段穿越施工技术〞进行；62承压水预防措施承压水处理按下述“7、承压水段施工技术〞进行；6.3掘进施工技术措施1〕土体改进渣土改进就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓或螺旋输送机内注入膨润土或泡沫，利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土渣混合的方法。在卵石层中施工，通过渣土改进，可以更好地建立正面平衡压力，降低透水性，另外盾构切削下来的渣土也具有更好的流塑性和稠度。土量改进一般采用膨润土或泡沫等，考虑到粉砂层和圆砾层的特殊情况，本工程主要采用膨润土。砂卵土中，膨润土浆液添加量约为土体量的20～30％。具体根据实际情况作调整。2〕推进速度在圆砾层掘进中，因其岩性强度很高，快速掘进易造成正面砾石层挤压、密实，加大对刀盘和刀具的磨损；同时，盾构断面内上下土层软硬不均，快速掘进易使轴线偏离设计轴线。故该段掘进中推进速度不宜过快。但考虑到砾石的自立性又不好，故既要保持土压平衡，又要控制推进速度。推进速度一般可设在1～2cm/min左右。3〕土压力设定考虑到正面土层的自立性相对较差，且富含沼气，故推进平衡压力不宜偏高。具体根据实际施工和监测情况及时进行调整。同时在千斤顶开启时，尽量注意上部推力应适当大于下部。4〕注浆量本区段施工时，应适当增加同步注浆量，注浆量可增加到150％～200％；并根据江底监测情况，及时进行二次补压浆。5〕刀具检查和调整在盾构进入江南风井后，根据前段施工对刀具的影响进行评估，进行刀具的检查和维修。同时，针对过江段地质情况适当进行刀具更换和调整。6〕刀具磨损检测和保护刀具磨损检测可以参照盾构机预装的2套刀具磨损检测装置，来初步确定刀具的磨损情况。在掘进过程中，根据穿越土层的不同，尽量调整膨润土等的充填量，减少砂性土和圆砾层对刀盘和刀具的磨损。7〕气压法换刀管片设置预先生产的闸墙预留装置的管片在盾构进第一段圆砾层时，即江南风井出洞后第207环和进第一段圆砾层后约80m〔江南风井出洞后第282环〕位置处进行拼装。7、承压水段施工技术措施盾构穿越钱塘江段，地下承压水压力将到达1.46～3.1kg不等，在施工中应采取以下措施：〔1〕土压力设定在盾构推出钱塘江大堤前后，隧道覆土厚度变化特别大，因此需先确定大堤的准确里程，在盾构切入大堤后，根据覆土厚度、水深、潮汐变化和监测数据及时调整土压力的设定值，减少对土体的扰动，保证大堤和江中隧道施工的平安。〔2〕监测制定合理的监测方案，加强沉降监测。盾构穿越大堤后，江中段施工采取跟踪观测的方法进行观测，将观测数据及时传送给施工技术人员进行分析，掌握盾构推进时切口前方及盾尾所对应的江底的沉降情况，并调整盾构推进的参数。〔3〕纠偏控制江中段隧道考虑隧道断面内地层复杂，给轴线控制带来一定的困难。过程中轴线纠偏要做到“勤纠、少纠〞，防止大幅度纠偏。〔4〕出土量控制每环盾构掘进出土理论方量约为38m3。一旦盾构掘进施工出土量没有控制好，出现较大的超挖现象，就可能出现正面土体失稳、坍塌，所以在江中段施工，必须在土压平衡状态下进行盾构掘进，过程中严格控制出土量。〔5〕同步注浆量控制在进入本段施工前，对前阶段盾构施工的同步注浆情况、沉降变形情况进行汇总、分析，得出适合本工程地质条件的同步注浆量。在本区段施工时，根据上述优化的同步注浆量严格控制，保证在掘进过程中及时填充建筑空隙，既不能因过少而造成江底大量沉降，也不能因过多而造成江底隆起，使钱塘江水涌入隧道。〔5〕防喷涌处理盾构螺旋机内设置二道反向闸门,另外在螺旋机尾部再设置一道手动闸门，作为承压水层施工时，一旦产生喷涌时，及时启动闸门，并进行加泥等措施，形成土塞效应，预防喷涌影响施工。〔6〕盾尾密封的管理在穿越钱塘江施工过程中，必须加强对盾尾油脂压住的管理，确保盾尾密封性能。盾尾油脂应采用进口优质油脂，并确保施工中及时、足量压注。〔7〕防止盾尾漏泥、漏水措施1〕技术措施为防止在江中段施工时、易发生的盾尾漏泥、漏水等现象，施工过程中重点做好以下事项：①按盾尾油脂压注程序，定期、定量、均匀地压注盾尾油脂。②每10环需对同步注浆浆液进行一次小样试验，严格控制浆液质量。在同步注浆过程中，合理掌握注浆压力，使注浆量、注浆流量与掘进速度等施工参数形成最正确参数匹配。严格控制同步注浆的压力，以免浆液进入盾尾，损坏盾尾密封装置，降低盾尾密封性能，引起盾尾漏泥、漏水。③管片做到居中拼装，以防盾构与管片之间的建筑空隙过分增大，降低盾尾密封效果，引发盾尾漏泥、漏水。④为在江中段推进过程中，在必要时可在盾尾与管片之间垫放海绵用以止水，封堵管片与盾构间的间隙。⑤在盾构工作面配置适量的双快水泥、木楔、回丝等堵漏材料及工具。2〕如果盾尾发生泄漏现象时，拟采用以下施工对策：①针对泄漏部位集中压注盾尾油脂。②采取盾构机上增设的注浆孔和盾尾后3环管片注浆孔进行注浆，减缓盾尾止水压力。③利用堵漏材料进行封堵。④如上述措施效果不佳时，可采用聚氨脂在盾尾后一定距离处压注，进行集中、快速封堵。〔8〕防止隧道上浮及保持纵向稳定的对策在江中段，土中含水量较高，土的渗透系数大，加上钱塘江潮汐的影响，隧道不可防止地存在上浮的现象，为了减少隧道的上浮量，使隧道尽快稳定，采取以下措施：1〕施工期间严格控制隧道轴线，使盾构尽量沿着设计轴线推进，下坡时千斤顶对管片有一个向上的分力，可控制高程在-20～-30mm内，以减少后期上浮；2〕每环均匀纠偏，减少对土体的扰动；3〕加强隧道纵向变形的监测，并根据监测的结果进行针对性的注浆纠正。如调整注浆浆液、注浆部位及注浆量，配制快凝及提高早期强度的浆液。8、风险应急措施8.1沼气含量超警戒线一旦隧道内沼气含量超过警戒值1.0％时，必须：(1)立即停止施工，关闭所有机电设备等易引起爆炸的电源和火源，启动应急照明；并紧急上报工程部；(2)继续加强隧道内通风。除正常开启压入式风机外，迅速开启防爆式吸出式风机；(3)撤离隧道内所有施工人员；(4)待加强通风后，监测人员应佩戴防毒面具在平安位置，逐步深入进行平安检测。8.2喷涌一旦螺旋机发生喷涌时，应：(1)立即关闭螺旋机出土口。假设液压闸门关闭不畅，那么启动后续的手动闸门进行关闭；(2)往螺旋机内加注膨润土或高分子聚合物等添加物，在螺旋机内形成土塞效应；(3)根据需要可同时往土仓加注膨润土或高分子聚合物等添加物；(4)除含卵砾石层外，其他软土层可采取闭口推进一小段后，逐步开启螺旋机，逐步恢复推进。假设采取上述方法喷涌还无法制止，无法迅速恢复推进时，可采取：关闭螺旋机上面两预留球阀，在外端法兰盘上设置保压泵。待保压泵接好后，开启球阀，通过保压泵进行排渣推进。8.3盾尾渗漏一旦在江底发生盾尾渗漏现象，必须采取：〔1〕减缓或停止推进，对渗漏点集中加注盾尾油脂，并加大整体盾尾油脂的压注量；〔2〕对盾尾渗漏严重处采用堵漏材料进行应急止水；〔3〕采取盾构机上增设的注浆孔和盾尾后3环管片注浆孔进行注浆，减缓盾尾止水压力。〔4〕如上述措施效果还不佳时，可采用聚氨脂在盾尾后一定距离处压注，进行集中、快速封堵。8.4刀具磨损过江段施工距离较长，从江南风井～江北风井全长约1600多米，其中1300米左右在钱塘江底下掘进。且穿越地层中大多为砂性土，局部还有圆砾层。穿越地层对盾构刀具非常不利，极有可能产生刀具磨损过度，影响盾构掘进。一般盾构机换刀的方式：〔1〕土体或岩体自立性好，正面无承压水或裂隙水等，可直接开仓进行换刀；〔2〕假设正面岩体自立性差，或正面有承压水或裂隙水等，可采取在盾构机前端进行地面注浆加固后，开仓进行换刀；〔3〕假设无法进行地面加固的，那么采取局部气压法进行换刀。考虑到本工程盾构穿越圆砾层时，一、在钱塘江下〔无法进行地面加固〕；二、断面土体自立性差，且富含承压水〔无法直接开仓换刀〕；三、断面富含沼气〔很难保障气压法施工的平安〕。故本工程的工况条件不符合地面加固开仓换刀和直接开仓换刀施工方法的要求。假设在江底刀具磨损严重，一定要在江底该区域进行换刀，也只有采取局部气压法进行换刀，但在含有沼气层的江底圆砾层和砂土层地层内进行气压换刀，在国内还不多见，施工风险极大,且工期较长。8气压法换刀原理采取气压法辅助换刀施工措施，就是用气压来稳定开挖面的土体，防止水、土涌入隧道内；当开挖面趋于稳定后，进入盾构仓内的换刀工作。8气压法供气方式及施工设备、材料供气方式有地面供气和隧道内供气两种方式。隧道内供气好处在于整个气体管路路径比拟短，气体压力管理比拟集中，反响及时，但是这种方式涉及到设备摆放、用电配合等工作，故不准备采用。地面供气好处在于比拟简便易行，本工程假设采取气压换刀，那么准备采用地面设置3台20立方空压机、3只6立方气罐，以及油水别离器、空气过滤器、后冷却器、止逆阀、各类阀门、压力仪表等配套设施，来供给气压换刀所需压缩空气，空气压力保持3kg以上。隧道内空气管路采用6寸钢管，将压缩空气直接送至变压舱和稳压舱。通过土仓壁上预留孔等，进入土仓内以及刀盘正面，支护稳定前方土体。耗气量计算：在气压法施工中，压缩空气消耗量主要包括开挖面的漏气量、隧道衬砌与盾尾间的漏气量、衬砌接缝漏气量，以及人员和材料进出气闸时的消耗量等等。耗气量采用经验公式进行计算。根据设计轴线资料，江中段隧道最深，结合水土合算，隧道最大埋深处〔隧道底部〕1Mpa。根据经验公式，=，L=70m，K=0.3，P=0.3Q＝D2×(1+×P×10)×L×K/(4×60)=67m—土质系数，当压力大于时，粘性土；砂性土。杭州地层暂考虑取。K为隧道长度的漏气系数。考虑到隧道内管片接缝和手孔均已进行封堵。目前配置的气源供气量为60～100m3/min，可以满足使用要求。压缩空气站系统原理图8.4.3气压换刀施工前期准备工作(1)气闸墙的设计及制造本次气压施工需要把隧道分隔成3个气压段，即气压段〔工作面〕、变压段〔气闸室〕、常压段。设置1道气闸墙来完成隔离。气闸室设置在气压墙后。气闸墙一般设置在车架后1～2环位置。气闸墙的制造与安装由加工密封构件经验丰富的机加工专业企业进行，加工过程中，着重提出了如下要求：1)严格按照设计图纸进行加工制造。2)严格保证各部件及气闸墙整体的平整度。3)严格确保所有螺栓螺孔的精确度和配合度。4)所有密封件，如：橡胶板，密封垫圈等的材料在符合设计要求的前提下都必须进行密封试验。5)必须保证在规定的节点之前完成加工制造任务。6)气闸墙安装的先后顺序为：左边板左边梁左侧板右侧板右边梁右边板框梁密封门。(2)气压换刀相关配套设施检修、保养1)水平运输系统保养对水平运输系统的检查保养，对轨枕、轨道、电机车平板作重点检查，对变形的轨枕、轨道及车轮受损严重的平板车进行更换，电机车进行一次二级例保，检查所有监控设施是否完好。2)垂直运输系统保养垂直运输系统的检修保养，主要针对32t、5t行车进行一次全面保养。3)供电系统对供电系统上下压配电间，进行一次检查，如发生外部停电，应确保尽快恢复。(3)技术交底对所有施工人员进行详细到位的技术交底，务求使每一位参加施工的人员清楚了解气压换刀的关键风险点以及在气压换刀过程中应当采取的重要施工技术措施。(4)气压专业培训在实行带压作业前，进舱作业人员必须进行专业的高压作业培训。1)专业培训带压作业的人员培训分为三个局部：理论知识培训；操作技能培训；心理培训。①理论知识培训：学习根本的医学常识和急救方法。其培训的效果要到达：培训人员通过培训要知道整个加压和降压对身体的影响，以及整个过程中各自应该遵循的规定和平衡外部气压和人体空腔内气压所要做出的鼓气动作。熟悉在加减压过程中，什么情况属于正常什么情况属于异常。并能在出现异常情况下做出正确的第一反响：知道根本的减压病的发病病症，并能根据自身情况做出判断。②操作技能培训：对从事带压换刀人员进行详细的带压环境下的技能培训。带压环境下的技能培训顾名思义就是要在真正的带压环境下进行培训其相关技能。要求：在培训过程中被培训人员要熟练掌握各种气阀的使用方法以及理解各种仪表显示的内容代表什么情况，并可根据仪表的显示对各种气阀进行正确操作，在舱内人员还要清楚加热系统的操作方法。另外还要清楚紧急逃生系统的各种功能和逃生步骤。③心理培训：高压培训成功与否都是以成功的心理培训做为根底。由于大多数人员在加压舱内作业的经验缺乏，会造成心情紧张。通过心理培训消除进仓人员的疑虑，缓解压力，使得作业人员在舱内能根本保持平稳的心理状态。(5)工人甄选首先尽量选定有换刀经验且头脑灵活的工人；其次，进场工人必须进行体检，只有体检合格者才能进入土仓带压作业。但凡忠有心脏、呼吸系统、耳喉鼻疾病者均不得进仓。(6)盾构机周边注浆固化考虑到气压法换刀时，气体从隧道外围逸窜，在盾构机本体处利用盾构预留注浆孔进行周边注浆充填，防止气体从盾构机本体外围周边漏气。土体土体土体土体注浆充填盾构机(7)气压段成形隧道密封气压墙安装等准备工作完成后，在正式进行气压施工前，先对隧道纵、环缝和手孔等用水泥和环氧乙脂进行密封。并先进行试压，满足稳压要求前方可进行气压换刀工作。(8)有毒有害气体监测气压换刀期间，全过程进行有毒有害气体监测。人员进入气压段前，必须先佩戴防毒面具〔或氧气〕，待监测人员检测确定平安后，方可摘除。监测在气压施工换刀时全过程进行。8气压作业8.1气压作业流程．7．气压作业流程示意图8.2建立气压平衡过程根据刀具磨损检测装置，初步确定盾构机换刀位置。一旦确定盾构机掘进到达预定气压换刀位置后，进行气压试验，土仓建立气压。①到达前1环盾构掘进参数土仓压力控制值在原有水平偏高0.2bar左右，保证土仓内充满渣土，建立土压平衡。在掘进的同时，向刀盘正面前方注入膨润土。同时，在掘进过程中保证同步注浆饱满。防止形成气体逃逸的通道。②推进停止后，继续旋转刀盘10分钟，同时以一定压力继续向刀盘正面以及土仓内注入膨润土泥浆。③停止旋转刀盘，继续以相同压力向刀盘正面注纳基膨润土浆液。④接下来等待15分钟并观察开挖仓能否保压且不能降低太快。如果在开挖仓中的空气压力能保住，进行进仓换刀操作；否那么那就意味着掌子面上部仍然有些地方没有形成泥膜。在这种情况下，有必要往掌子面前方继续注膨润土浆液，重复进行第③～④步操作：⑤盾构机土舱内需要平衡的压力包括所在地层的水压里和土压力。通过计算可以得出土舱中需要建立的气压，但根据以往施工经验和资料得出工作面最终压力要求比设定土压力高0．1～0．2bar左右：确定土舱压力后，开始对土舱进行加压操作。加压过程采用分阶段排土、分阶段加压的方式进行，出土量按照所换刀具位置确定。如果压力值稳定，说明土舱到达保压要求，排土位置到刀盘中心线以下，如图：如果压力值出现明显下降，必须停止出土再次注入膨润土转动刀盘直到所形成泥膜到达保压要求。缓慢出渣(刀盘不旋转)，同时往土压舱内注入压缩空气保证1号土压传感器的压力值在预设压力r左右。分析压力保持以及出土情况，进行针对行处理：a)压力能够保持，并能出渣到所需高度。在这种条件下，可以从人闸翻开土压舱闸门以进行下一步带压换刀和刀具的维护保养工作。b)压力不能保持但是出土正常。这就意味着掌子面某些地方泥膜并没有成功形成。在这种情形，往掌子面注膨润土浆液，出土时再次检查压力。c)如果压力不能保持并且出土也不正常，那么可能供气量缺乏，气体逃逸量过大，可增大供气量后继续试验。8.4.4.3进出土仓〔1〕出入土仓程序工程部根据前期培训情况给作业人员建立档案。把身体情况相近的人员尽量分配在一个工作组，每个工作组必须分配一名心理素质过硬的作业人员作为组长。在带压作业前根据每组人员的实际情况和所需建立的土舱压力设计编写加减压方案。方案中需列出需要建立的压力值，降压的步骤和每个步骤需要的时间以及在一个停留平台需要停留的时间和总的加压时间，具体编写数据参见隧道高气压作业减压表〔如下〕。计算出从加压到减压结束各种环节所需要总的压缩空气用量，检查储藏压缩空气是否能满足用气量。储藏压缩空气必须要留有足够的富裕量，如果不能满足要求必须加以解决才能进行带压作业。我国0．6～4．Okgf／cm2隧道高气压作业减压表注：各停留站间的移行时间为3min，已计入减压总时间内，如无第1停留站时的上升速率为每分钟0．1kgf／cm。工作压力在3.1～3.3bar时，减压方案如下：工作压力bar，工作时间2小时3.3bar―――――>bar，移行时间3分钟，本站停留时间5分钟bar―――――>bar，移行时间3分钟，本站停留时间10分钟―――――>1.2bar，移行时间3分钟，本站停留时间15分钟―――――>0.9bar，移行时间3分钟，本站停留时间25分钟―――――>0.6bar，移行时间3分钟，本站停留时间35分钟―――――>0.3bar，移行时间3分钟，本站停留时间50分钟―――――>0bar，移行时间5分钟减压总时间163分钟。〔2〕入闸考前须知1)入闸人员应在进闸作业前1个小时用餐完毕。应防止暴食零吃不易消化和产气的食物(如豆类、葱、蒜等)，以防止在消化过程中产生大量气体，减压时发生胀气、腹痛等不适感觉。作业前禁止饮酒，也不要吃得太饱。不能饮用碳酸饮料。2)作业人员多饮水，否那么缺水可能导致气压疾病病症加快出现。3)人员穿戴好干爽洁净的衣服。4)入闸人员主动向气压医师或兼职卫生员如实报告身体情况、主观感觉。经体检合格后立即解好大、小便，更换工作服，并随身携带保暖衣物(纯棉)。收交火种(火柴、打火机)；提前lO分钟左右集体入闸。5)未经医师或兼职卫生员许可，不得擅自进闸。6)只能在气阀操作顺利的情况下工作。否那么通知轮班的工程师或者气阀管理员。7)人员进入气压段前，应佩戴防毒面具〔或氧气〕后进入。并经检测人员检测正常时，方可卸脱面具〔或氧气〕。〔3〕入闸人体变化压力越高，吸入气体就越多，尤其是氮气，首先溶解在身体血液里，然后进入组织里。其饱和度取决于压力、持续时间以及组织吸收氮气的能力。脂肪组织尤其能吸收。从正常压力倒高压的沉淀物转变，会产生强烈的病症(压缩空气疾病)，比方耳痛、头痛、平衡性减弱和牙痛。如果空腔局部(例如鼻窦、耳膜、肠管、无效填充物)的空气补偿受阻(如感冒和鼻炎、咽炎等)，可能导致紊乱。〔4〕入闸步骤1)检查所有显示设备、应急和阀等。检查闸门密封件的清洁。2)入闸人员进入变压舱。3)关闭变压舱和气压舱之间的闸门，并确保其正确关闭。4)确保闸操作员和闸内人员之间的联系。(5)缓慢向变压舱内增压，直至到达操作压力。(6)变压舱内的压力等于作业气压舱内的压力后，变压舱与气压舱之间的平衡球阀可以小心地翻开。完成作业舱与主舱之间的压力均衡后，球阀必须关闭。(7)翻开通向作业气压舱的闸门。(8)在作业气压舱内作业时，通向作业气压舱的闸门必须保持翻开状态。气压舱剖面示意图人员进入土舱流程图．14．如下图：①原始位置：P2=P1＝P0P0：大气压力：支撑压力在开始时，只向气压舱加压。P2>P1＝PO②如果满足所有入闸条件，即可开始入闸过程。变压舱加压：P2>P1>POPO：大气压力P2：支撑压力P1：P0和P2之间不同的压力③压力补偿之后，进入工作气压土舱：P1＝P2>PO人员及材料后续入闸流程图．16．〔3〕出闸人体变化溶解到血液和组织里的气体必须在出闸过程中释放出来。出闸时压力慢慢降低，要释放的气体可以通过循环系统和肺排出体外。降压太快会导致体液和组织产生气泡(汽水瓶效应)。因此而引起的气栓病是由于正压而引发的最常见的健康损害。此外，细胞内气体的释放会造成临时性或永久性的组织损害。〔4〕出闸考前须知出闸过程中，作业人员必须遵守以下指令：1)穿上保暖的干衣服，防止受冻或颤抖。当感觉热时不要轻易减衣。因为较高的温度有利于氮气的置换，减低出现减压病的几率。2)防止浅呼吸或憋气，此类动作可能会导致身体受损。3)防止不自然的姿势。4)定期起立和活动四肢做到以上几点可以一定程度的改善氮气的置换减轻身体的不良反响。〔5〕出闸步骤(1)开启变压舱与工作舱之间的闸门。