砂卵石地層盾構(gòu)施工要點(diǎn).ppt

砂卵石地層盾構(gòu)施工要點(diǎn) 前言 北京砂卵石地層使用盾構(gòu)到現(xiàn)在已有15年歷史了 成功的案列很多 全斷面砂卵石一次推進(jìn)1500m左右不換刀案例很多 下穿鐵路 公路 橋梁 樓房案例也很多 但現(xiàn)在大小問(wèn)題依然出現(xiàn)最近地鐵14 線(xiàn) 海淀電力隧道事故不斷 究其原因有幾方面 1 大粒徑砂卵石是世界性難題2 設(shè)備能力問(wèn)題 是成功的前提 3 施工的正確操作問(wèn)題 是成功的保證 重點(diǎn)討論 土壓盾構(gòu)設(shè)備的刀盤(pán)和土體改良 盾構(gòu)在大粒徑砂卵石地層推進(jìn)是世界難題 一 盾構(gòu)設(shè)備二 土體改良三 土壓建立 一 設(shè)備適應(yīng)性 1 刀盤(pán)扭矩及推力1 理論計(jì)算扭矩 1 切削土體所需的扭矩 2 刀盤(pán)自重產(chǎn)生的抵抗旋轉(zhuǎn)的扭矩 3 刀盤(pán)正面推力產(chǎn)生的抵抗旋轉(zhuǎn)扭矩 4 刀盤(pán)密封裝置產(chǎn)生的抵抗扭矩 5 刀盤(pán)正面的摩擦扭矩 6 刀盤(pán)周邊的摩擦扭矩 7 刀盤(pán)背面的摩擦扭矩 8 刀盤(pán)開(kāi)口處切削渣土所需的扭矩 9 刀盤(pán)在密封艙內(nèi)攪拌所需的扭矩 2 經(jīng)驗(yàn)公式 實(shí)踐發(fā)現(xiàn)裝備掘削扭矩與盾構(gòu)直徑的相關(guān)性極大 通?？捎孟率奖硎?式中 Te 裝備掘削扭矩 kN m De 盾構(gòu)外徑 m 扭矩系數(shù) 對(duì)泥水式而言 9 18kN m2 對(duì)土壓式而言 14 23kN m2 當(dāng)有漂石時(shí) 取25以上 3 盾構(gòu)推力單位面積的推力大于1200kN m2 當(dāng)卵石粒徑較大 比例較多可選單位面積的推力大于1200kN m2 選擇什么刀盤(pán) 2 刀盤(pán)形式 刀盤(pán)比較 砂卵石 松散地層 首選刀盤(pán) 1 輻條式刀盤(pán) 2 土體流道通暢 3 刀盤(pán)邊圈為直角 4 兼顧中心局部開(kāi)口率 流道通暢對(duì)盾構(gòu)扭矩的影響a 地鐵九號(hào)線(xiàn)3 標(biāo)中間差一個(gè)環(huán)扭矩差10 15 b 奧村盾構(gòu)去掉中間六塊鐵推薦速度80mm min變道130mm minc 中鐵鐵建在西安兩種刀盤(pán)同樣地層扭矩差30 40 9 線(xiàn)3標(biāo)和10 線(xiàn)二期9標(biāo)分別推左右線(xiàn)扭矩相差10 15 同樣地層條件去掉輻條支撐在相同扭矩下推進(jìn)速度由60 80mm min到110 130mm min 刀盤(pán)細(xì)部考慮 a側(cè)面形狀 磨損小 磨損較大 磨損大 b要考慮中心局部開(kāi)口率 此部位開(kāi)口率易偏小 c在需用刀具能布置開(kāi)及滿(mǎn)足刀盤(pán)強(qiáng)度的情況下 盡量加大開(kāi)口率 放兩張照片二處和典型刀盤(pán) XIANX 先行刀刀盤(pán) 滾刀刀盤(pán) 3 刀具及刀具布置刀具 先行刀 撕裂刀 切削刀 刮刀 滾刀在刀盤(pán)的布置 正常磨損刀具的正常磨損是指刀圈的磨損量超過(guò)了規(guī)定值 磨損量可用專(zhuān)用的量具進(jìn)行測(cè)量 刀圈偏磨如果滾刀在掘進(jìn)工作面不轉(zhuǎn)動(dòng) 由于刀圈和掘進(jìn)工作面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就會(huì)形成刀圈的偏磨 由于中心區(qū)滾刀線(xiàn)速度較小 承受載荷較大 中心區(qū)滾刀容易出現(xiàn)此現(xiàn)象 在掘進(jìn)時(shí)滾刀時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)不轉(zhuǎn) 或者在某個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)在其它點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間短 就會(huì)產(chǎn)生這樣的磨損 正常磨損 砂礫層地層弧形刮刀所形成的磨損 大粒徑卵石地層刀具破壞1 特點(diǎn)a貝型先行刀錛刀現(xiàn)象嚴(yán)重 b硬質(zhì)合金磨損在一般砂卵石地層是光面磨損在大粒徑卵石地層是小米粒狀往下掉 c魚(yú)尾刀磨損嚴(yán)重 2 對(duì)策a加寬貝型刀的厚度 加大硬質(zhì)合金塊的厚度 b同一軌跡布置不同種類(lèi)的先行刀 c開(kāi)發(fā)新型刀具 已使用鑲嵌硬質(zhì)合金的方鐵 圓柱型刀具 3 滾刀使用a砂卵石地層優(yōu)先考慮使用雙刃滾刀 b為增加滾刀壽命可考慮使用鑲嵌硬質(zhì)合金塊的滾刀 c適當(dāng)加大滾刀軌跡的間距 d滾刀先行刀混合使用 刀具布置1 刀具作用a先行刀保護(hù)切削刀 切削刀保護(hù)刀盤(pán)結(jié)構(gòu) b同一軌跡同類(lèi)刀具前進(jìn)方向超前的先磨損 滯后的在超前刀磨完前幾乎不磨損 2 使用多種刀具中心刀 先行刀 切削刀 周邊刀 注漿口保護(hù)刀 3 同一軌跡同類(lèi)刀具布置多層 以便增加推進(jìn)長(zhǎng)度 4 周邊保護(hù)刀和中心刀是考慮重點(diǎn) 5 刮刀布置要犬牙交錯(cuò) 不能聯(lián)排布設(shè) 先行刀刀盤(pán)布置 4 注漿口設(shè)置 1 每個(gè)注漿口有獨(dú)立的注漿系統(tǒng) 2 泥漿注入系統(tǒng)不少于2個(gè) 3 中心及最外側(cè)優(yōu)先考慮設(shè)泥漿注入口 原因 磨損最快刀具是中心刀和周邊刀刀具潤(rùn)滑 降溫泥漿效果好 5 攪拌棒設(shè)置 裝備在刀盤(pán)內(nèi)側(cè)可以覆蓋整個(gè)區(qū)域的固定攪拌翼是不對(duì)的牛腿以?xún)?nèi)部分不應(yīng)設(shè)固定攪拌棒 只設(shè)一個(gè)固定攪拌棒 6 螺旋機(jī)有軸 通過(guò)粒徑小 防涌噴效果好 無(wú)軸 通過(guò)粒徑大 防涌噴效果差 加工難度大 軸的磨損使用距離長(zhǎng) 誤區(qū)輻條式刀盤(pán)不加滾刀能否破卵石 二 土體改良 1 土體改良常用材料 1 泡沫的作用 a增加土體的和易性b增加土體的流動(dòng)性c降低土體的滲水性d降低土體對(duì)刀盤(pán)的粘付e減少盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán) 及刀具的磨損f降低刀盤(pán)的扭矩g因氣泡具有壓縮性土倉(cāng)壓力變化小 有利于切削面穩(wěn)定 2 膨潤(rùn)土天然澎潤(rùn)土主要以鈣基為主 可經(jīng)人工改性為鈉基澎潤(rùn)土 澎潤(rùn)土具有遇水膨脹的特性 鈉基澎潤(rùn)土膨脹時(shí)約為自身體積的15倍左右 利用澎潤(rùn)土遇水膨脹的性能 人們常用它做成防水材料 盾構(gòu)主要使用它的保水性 潤(rùn)滑性和觸變性 作用同泡沫 缺g 3 高分子聚合物作用同膨潤(rùn)土 和膨潤(rùn)土共同使用時(shí)能吸收膨潤(rùn)土泥漿的水 2 土體改良的目的 1 使土體由不能流動(dòng)變?yōu)榭闪鲃?dòng) 且有較好的和易性 2 提高土體的抗?jié)B性 3 使土體具有一定的潤(rùn)滑性 4 降低粘土的粘附力 5 土體有一定的保水性 3 推薦使用材料 1 無(wú)水砂卵石膨潤(rùn)土泥漿 泡沫每環(huán)加量W 土體積 孔隙率 120 150 泥漿與泡沫比例優(yōu)先用泥漿調(diào)整砂卵石和易性 其余部分泡沫補(bǔ)充 注意泡沫積和土壓有關(guān) 2 有水砂卵石一般情況下同無(wú)水砂卵石 遇有涌噴情況可加高分子 塌落度檢查一般5 10 改造好的土體 4 預(yù)改良土體 市政集團(tuán)獨(dú)創(chuàng) 1 無(wú)水砂卵石起因 地鐵9 線(xiàn)三標(biāo)盾構(gòu)推不動(dòng) 經(jīng)查原因 結(jié)合泥水平衡泥膜動(dòng)態(tài)滲透平衡創(chuàng)新 機(jī)理 分時(shí)注入不同濃度泥漿 泥漿提前滲入砂卵石地層 改變地層的 值 2 有水砂卵石防涌噴可引進(jìn)這個(gè)思路 三 土壓建立 建議 1 土壓大小有水大于水壓且不低于0 05Mpa無(wú)水不低于0 05Mpa2 穩(wěn)定土壓土壓保持任何時(shí)間都是穩(wěn)定的 土壓大小不受工序變化影響 土壓建立不好的后果 北京砂卵石地層盾構(gòu)施工現(xiàn)狀 盾構(gòu)在砂卵石地層施工技術(shù)是成熟的 在600mm大粒徑砂礫層技術(shù)是沒(méi)有問(wèn)題的 技術(shù)難度是一次推進(jìn)距離和如何降低成本 有800mm粒徑的砂卵石地層 技術(shù)還不太成熟 2含水小粒徑砂卵石 且含砂量大于30 地層案例 沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線(xiàn)13標(biāo) 四 案例 沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線(xiàn)13標(biāo)工程施工場(chǎng)地位于沈陽(yáng)市和平區(qū)與沈河區(qū)交接地段 標(biāo)段單線(xiàn)長(zhǎng)1330 267m 工程概況 四 案例 盾構(gòu)穿越斷面地層大部分為圓礫層 富含地下水 地層透水性很強(qiáng)本區(qū)間范圍內(nèi)的地形變化平緩 地面標(biāo)高介于49 64 51 72m 最大地面高差2 08m 地貌類(lèi)型為渾河新扇 勘察深度內(nèi)的由第四系全新統(tǒng)人工填筑層 Q4ml 第四系全新統(tǒng)渾河新扇沖洪積層 Q41al pl 第四系上更新統(tǒng)渾河老扇沖洪積層 Q32al pl 第四系下更新統(tǒng)冰水沉積地層 Q1fg1 組成 本區(qū)間隧道上覆地層主要為雜填土 層 粉質(zhì)粘土 1層 粉細(xì)砂 2層 中粗砂 3層 礫砂 4層和圓礫 5層 洞身穿越地層主要為粉質(zhì)粘土 1層 中粗砂 3層 中粗砂 3層 礫砂 4層 礫砂 4層 和圓礫 5層 圓礫 5層 四 案例 懷 中區(qū)間場(chǎng)地內(nèi)無(wú)地表水 在勘察深度內(nèi)均有地下水 地下水類(lèi)型為孔隙潛水 穩(wěn)定水位埋深在7 40 9 90m 相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高42 03 42 84m 地下水水溫14 15 地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為渾河側(cè)向補(bǔ)給及大氣降水垂直入滲補(bǔ)給 主要排泄方式為逕流排泄和地下水的人工開(kāi)采 地下水流向總的方向是由東向西 含水層的滲透系數(shù)平均值為85m d 標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度1 2m 房屋沉降第三方監(jiān)測(cè)數(shù)值在3mm左右 最大數(shù)值6mm 四 案例 地表建構(gòu)筑物統(tǒng)計(jì)表 四 案例 四 案例 四 案例 四 案例 四 案例 四 案例 四 案例 四 案例 四 案例 四 案例 區(qū)間隧道穿越中街路的步行街 長(zhǎng)約298 2m 右線(xiàn)隧道從步行街南邊房屋底穿過(guò) 左線(xiàn)從步行街街中心穿過(guò) 左線(xiàn)距離北邊房屋基礎(chǔ)最小6 23m 沈洲商場(chǎng) 距離南邊房屋最小5 54m 因此右線(xiàn)隧道掘進(jìn)通過(guò)步行街影響最大的是南邊的房屋建筑 四 案例 工程特點(diǎn) 四 案例 四 案例 該工程實(shí)施時(shí)間 2008年10月初至2009年9月中旬 1 單班 12小時(shí) 最快19環(huán) 2 單周最快179環(huán) 3 單月最快701環(huán) 沉降控制在5mm之內(nèi) 單向區(qū)間沒(méi)有檢修刀具 掘進(jìn)效果介紹 四 案例 3無(wú)水大粒徑砂卵石 且含砂量不均勻變化地層案例 北京地鐵九號(hào)線(xiàn)03標(biāo) 四 案例 豐臺(tái)東大街站 豐臺(tái)北路站區(qū)間沿豐臺(tái)東大街下方設(shè)置 整體呈南北走向 隧道覆土9 12m 工程概況 四 案例 豐臺(tái)東大街站 豐臺(tái)北路站區(qū)間沿豐臺(tái)東大街下方設(shè)置 整體呈南北走向 隧道覆土9 12m 盾構(gòu)穿越地質(zhì)自上而下依次為雜填土 粉質(zhì)粘土 5 卵石圓礫 卵石圓礫 盾構(gòu)機(jī)主要穿越層為圓礫卵石 層 地勘揭露最大粒徑420mm 估計(jì)最大粒徑不小于600mm 一般粒徑20 80mm 粒徑大于20mm的顆粒約為總質(zhì)量的55 75 卵石單軸抗壓強(qiáng)度87 74 165 16MPa 盾構(gòu)穿越地層內(nèi)無(wú)地下水 地質(zhì)水文條件 四 案例 車(chē)站挖掘礫石狀況 入洞口處礫石 四 案例 該地層中卵石粒徑