廣州素有“地質(zhì)博物館”之稱,南北線地質(zhì)條件十分復(fù)雜,地下流砂層、地質(zhì)斷裂帶、高強(qiáng)度花崗巖孤石等,所有不利于施工的條件在廣州地下處處皆是,其困難程度被國(guó)內(nèi)外專家譽(yù)為“世界罕見”。盾構(gòu)在砂卵石上軟下硬地層中掘進(jìn),刀具磨損嚴(yán)重,因此選擇合適的時(shí)機(jī)進(jìn)艙對(duì)刀具進(jìn)行檢查及更換就成了一項(xiàng)無法回避的任務(wù)。
      在盾構(gòu)工法施工中,進(jìn)艙對(duì)刀具進(jìn)行檢查處理大致有三種方法:1)加壓進(jìn)入土艙進(jìn)行檢查;2)對(duì)前方土體進(jìn)行加固后在常壓情況下進(jìn)艙檢查;3)從地面向下做豎井到刀盤前方從而實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)刀具的檢查和維修。
      廣州地鐵盾構(gòu)施工主要采用的是土壓平衡式盾構(gòu)機(jī),在盾構(gòu)時(shí)利用土艙內(nèi)流動(dòng)的土體來維持工作面上的土壓平衡。在施工中,碰到上軟下硬不穩(wěn)定地層或者隧道上方有建筑物是常見的,刀具的檢查更換作業(yè)十分困難,直接開艙可能造成開挖面坍塌甚至引起地面的沉陷,風(fēng)險(xiǎn)很大;對(duì)前方土體進(jìn)行加固,要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間;從地面向下做豎井到刀盤前方,地面根本沒有條件處理。在此條件下,使用人閘進(jìn)行壓氣環(huán)境下刀具檢查和更換作業(yè)無疑是最佳的選擇。廣州市軌道交通三號(hào)線[天—華]區(qū)間于2004年2月成功實(shí)施了國(guó)內(nèi)地鐵施工的首次壓氣作業(yè),開艙檢查刀具或者更換刀具,取得了良好的效果。壓氣作業(yè)施工方法在廣州地鐵三號(hào)線得到積極地推廣,并使這一工法在國(guó)內(nèi)逐漸走向成熟。 
      1 壓氣作業(yè)的原理
      壓氣工法的原理是利用壓縮空氣注入隧道,萬一隧道周圍的改良土發(fā)生微小裂隙,可藉壓縮空氣的壓力抑制地下水壓,阻止地下水滲入開挖面,維持開挖面的穩(wěn)定,給作業(yè)人員安全進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)土艙提供條件。
      壓氣對(duì)開挖面的穩(wěn)定作用,可大致分為下述三種:1)可阻止來自開挖面的涌水,防止開挖面坍塌;2)由于氣壓作用于掌子面,能夠加強(qiáng)掌子面的穩(wěn)定;3)由于壓氣對(duì)圍巖縫隙起到排擠水的作用,增加了粉砂、粘土層或含有粉砂粘土成分的砂質(zhì)土的強(qiáng)度。 
      2 壓氣作業(yè)的地質(zhì)條件
      壓氣施工也并非任何地質(zhì)條件都適用,由于覆土厚度、土質(zhì)、地下水等條件的不同,有時(shí)壓氣施工法收不到預(yù)期的效果,采用壓氣施工法前必須仔細(xì)研究。
      根據(jù)地鐵隧道的埋深,以下幾種地層比較適合壓氣作業(yè):
      1)粉砂質(zhì)地基:透水性差,壓氣效果好,是適合壓氣施工的地基。只要注意覆土與壓氣氣壓的關(guān)系就不會(huì)發(fā)生噴涌現(xiàn)象,基本可以防止涌水。壓氣氣壓本身的支護(hù)作用,圍巖的脫水作用產(chǎn)生的強(qiáng)度也會(huì)大大增強(qiáng)。
      2)粘土質(zhì)地基:土質(zhì)軟弱,開挖面不穩(wěn)定時(shí),可依靠壓氣氣壓本身的擋土作用和脫水作用使地基得到加固,故多采用壓氣法。
      3)互層地基:一般的圍巖都是由各種土質(zhì)的互層構(gòu)成,比較復(fù)雜,地下水壓也往往被不透水層隔斷。例如,即使是砂礫或砂質(zhì)層,如果開挖面的上部有粉砂或粘土等透氣性差的地層時(shí),也是較為理想的壓氣施工地層。 
      3 人閘 
      3.1 綜述
      在維護(hù)和檢查工作中,利用人閘將有關(guān)的人員和他們所需要的材料運(yùn)送到土艙中,并使之處在受壓狀態(tài)下。
      以德國(guó)海瑞克盾構(gòu)機(jī)為例,其人閘由一個(gè)主艙室和一個(gè)副艙室組成,兩個(gè)艙室用壓力艙門隔開。主艙室依靠法蘭與直接焊接在前體艙壁板上的過渡室連接;通過艙壁上的門可以進(jìn)入土艙; 副艙室連接在主艙室的側(cè)面。因此,進(jìn)入主艙室必須先經(jīng)過副艙室,副艙室用于在壓氣作業(yè)時(shí)的升壓和減壓過程以及緊急情況(緊急救助)。
      根據(jù)艙室的容積,主艙室最多可以容納3個(gè)人,副艙室容納2個(gè)人。兩個(gè)艙室均可獨(dú)立工作,內(nèi)部都裝備有如下儀器:通訊系統(tǒng)、排氣閥和進(jìn)氣閥、計(jì)時(shí)器、壓力計(jì)、溫度計(jì)、加熱器。為了便于人閘管理員的操作,安裝有下列儀器:通向兩個(gè)艙室的排氣閥和進(jìn)氣閥,通訊系統(tǒng),帶式記錄系統(tǒng),用于記錄人閘艙室和土艙中的壓力,人閘進(jìn)氣用的流量計(jì)。排氣閥和進(jìn)氣閥僅能由艙內(nèi)人員在異常情況下使用。升壓和減壓過程通常由人閘管理員執(zhí)行。 
      3.2 維護(hù)/控制
      每次關(guān)門之前檢查門封,如有必要予以清理或更換;每月潤(rùn)滑門的連接機(jī)構(gòu)一次;在人閘使用之前,檢查是否所有的壓力計(jì)正常工作,檢查連接機(jī)構(gòu)是否狀態(tài)良好;按照規(guī)范檢查帶式記錄器的功能。 
      3.3 安全裝置
      每個(gè)艙室都有一個(gè)安全閥,用以限制最大壓力不超過3bar;還有電話和緊急電話。