雙模式盾構(gòu)機(jī)及施工簡(jiǎn)介

雙模式盾構(gòu)機(jī)及施工簡(jiǎn)介,泥水/土壓,廣州市軌道交通九號(hào)線施工2標(biāo)花都汽車城站-廣州北站盾構(gòu)區(qū)間,盾體長(zhǎng)約8.92米，8節(jié)臺(tái)車總長(zhǎng)約77.35米。臺(tái)車上配套的設(shè)備比單一模式的盾構(gòu)機(jī)多，不僅布置環(huán)流系統(tǒng)設(shè)備，還布置渣土輸送系統(tǒng)。,新的概念、新的系統(tǒng)、新的產(chǎn)品，具有國(guó)家專利。,能在控制工程風(fēng)險(xiǎn)、減少地面預(yù)處理、嚴(yán)控敏感地段的地層沉降、快速掘進(jìn)等方面發(fā)揮顯著地作用，從而能降低綜合成本，減少擾市擾民。,兩個(gè)模式可獨(dú)立運(yùn)行又可互相支持。土壓模式下利用泥水系統(tǒng)穩(wěn)壓、造泥膜氣壓開倉等，泥水模式下利用土壓的泡沫系統(tǒng)注水防泥餅、利用螺旋機(jī)排大粒徑渣土等。,自穩(wěn)性強(qiáng)的地層采用土壓模式掘進(jìn)，自穩(wěn)性差的地層采用泥水模式掘進(jìn)。在地質(zhì)和地面環(huán)境方面實(shí)現(xiàn)了最廣泛的通用性，,適應(yīng)性強(qiáng),環(huán)保經(jīng)濟(jì),技術(shù)突破,功能齊全,雙模式盾構(gòu)機(jī)的特點(diǎn),切換便捷,兩種模式切換不需在特定條件下拆裝任何部件，實(shí)現(xiàn)安全、快速的連續(xù)切換。,隨著泥水、土壓盾構(gòu)掘進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)積累和對(duì)兩種模式盾構(gòu)機(jī)的認(rèn)識(shí)不斷加深，雙模式盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)理念逐步成熟。實(shí)現(xiàn)了泥水模式與土壓模式在同一盾構(gòu)機(jī)上集成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)泥水或者土壓盾構(gòu)掘進(jìn)功能并能快捷切換，該型設(shè)備系國(guó)際首創(chuàng)，目前已成功獲得國(guó)家專利。,一般來說盾構(gòu)設(shè)備的種類與地質(zhì)條件是相對(duì)應(yīng)的，目前采用的基本都是單模式盾構(gòu)機(jī)。因此盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)地層環(huán)境、地表環(huán)境和長(zhǎng)距離的工作能力受到極大限制。 特別是在穿越行進(jìn)地區(qū)的地質(zhì)情況變化較大，較為復(fù)雜的地段，地表建構(gòu)筑物、江河流域、管線等復(fù)雜環(huán)境。單一掘進(jìn)模式的盾構(gòu)機(jī)容易出現(xiàn)掘進(jìn)困難等問題。 傳統(tǒng)的單一模式盾構(gòu)機(jī)是通過選型比選、適應(yīng)性評(píng)估，一是選定土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)或泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)中的一種；二是同時(shí)選定兩種盾構(gòu)機(jī)，分別應(yīng)用到工程中，致使增加設(shè)備投入或增加始發(fā)工作井等高額的費(fèi)用。由于盾構(gòu)機(jī)單一模式的局限性，這種方法一旦選定，應(yīng)用在隧道施工中就無法更改，倘若必須要變更盾構(gòu)機(jī)則需花費(fèi)非常大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)和工期代價(jià)。影響施工工期，增加工程成本，對(duì)施工建設(shè)造成不利影響。,凡能滿足土壓盾構(gòu)掘進(jìn)、泥水盾構(gòu)掘進(jìn)施工的工程環(huán)境，均可適用。尤其是隧道區(qū)間較長(zhǎng)時(shí)需要穿越不同地層、地表建構(gòu)筑物、江河流域、管線等復(fù)雜環(huán)境，可以選取不同模式進(jìn)行掘進(jìn)施工。,開挖直徑6300盾構(gòu)機(jī)主要結(jié)構(gòu)部分,1、刀盤2、筒體3、主軸承4、推進(jìn)油缸5、螺旋機(jī)6、皮帶機(jī)7、拼裝機(jī)8、喂片機(jī)9、張出臺(tái)10、橋架11、雙軌梁12、電氣13、注漿系統(tǒng)14、臺(tái)車15、泡沫系統(tǒng)16、泥水系統(tǒng)（P2泵、P0泵、漿管）,根據(jù)配套設(shè)備外型、體積、重量靈活布置在臺(tái)車上，盡量縮短后續(xù)配套臺(tái)車總長(zhǎng)度。布置合理化的同時(shí)符合環(huán)境保護(hù)、防火及其它安全生產(chǎn)的要求，從而構(gòu)造更良好的操作和維護(hù)環(huán)境，便于安裝及維修。,設(shè)計(jì)掘進(jìn)速度為50mm/min，配備了6個(gè)160KW刀盤電機(jī)（總功率960KW）、刀盤最大扭矩6528KN.m、刀盤轉(zhuǎn)速0.3-3.0rpm。,24個(gè)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸（行程1900mm）、總推力最大3600噸、16個(gè)主動(dòng)鉸接油缸總推力最大3200噸。 注漿系統(tǒng)采用的是“單液同步注漿系統(tǒng)+二次雙液補(bǔ)充注漿”兩套系統(tǒng)+三臺(tái)柱塞泵”的配置方式。 六臺(tái)泡沫泵各自獨(dú)立提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了大流量、高壓力、故障率低，泡沫出孔無堵塞的設(shè)計(jì)要求。,盾構(gòu)機(jī)P0泵小循環(huán)系統(tǒng),雙模式盾構(gòu)機(jī)的主要構(gòu)件、系統(tǒng)簡(jiǎn)介,1、刀 盤,尺寸：6280mm，可選裝17寸滾刀和刮刀帶超挖刀，超挖范圍035mm。軟、硬地層刀具配置,2、筒體,前筒體,中筒體，含鉸接,3、主軸承,主軸承,與刀盤的定位,4、推進(jìn)油缸,5、螺旋機(jī),螺旋機(jī)全貌,螺旋機(jī)安裝就位,6、皮帶機(jī),皮帶機(jī)全貌,皮帶機(jī)的安裝,7、拼裝機(jī),拼裝機(jī)全貌,拼裝機(jī)定位,8、喂片機(jī),9、張出臺(tái),10、橋架,11、雙軌梁,雙軌梁的安裝,12、電氣,13、注漿系統(tǒng),14、臺(tái)車,15、泡沫系統(tǒng),泡沫泵,6個(gè)泡沫注漿口,16、泥水系統(tǒng),雙模式盾構(gòu)機(jī)的對(duì)比,配備、不配備,配備、不配備,龍門吊方面，由于需要吊運(yùn)渣土，所以需要配置45T式的；泥漿管路隨掘進(jìn)進(jìn)尺鋪設(shè)，隨時(shí)滿足盾構(gòu)模式連續(xù)切換的需求；,需建造滿足土壓盾構(gòu)掘進(jìn)的棄土渣池和泥水處理設(shè)備系統(tǒng)及泥漿處理的場(chǎng)地，在臨時(shí)占地規(guī)模與單一模式盾構(gòu)施工相比，需較大用地規(guī)模。但兩種場(chǎng)地可以互用臨時(shí)堆放渣土，減少了因渣土外運(yùn)因素影響盾構(gòu)停機(jī)。另外，使用的電瓶車為45T，相比泥水盾構(gòu)機(jī)對(duì)軌枕的鋪設(shè)和材料使用要求更高，采用43kg/m級(jí)軌道。,還有，對(duì)中控手（司機(jī)）專業(yè)業(yè)務(wù)水平高要求，既要會(huì)操作盾構(gòu)、又要會(huì)操作環(huán)流；其次對(duì)機(jī)修維保人員技術(shù)水平要求高。,龍門吊,泥漿處理系統(tǒng)，泥漿處理場(chǎng)地,電瓶車渣土運(yùn)輸、管片,成型隧道,盾構(gòu)機(jī)始發(fā),控制室,管路情況：自來水管、污水管、氣管、泥漿管、風(fēng)管；人行通道、水平運(yùn)輸通道；線路情況：動(dòng)力線、照明線、視頻線、通訊線、,自來水管,污水管,氣管,泥漿管,照明、通訊,運(yùn)輸通道,人行通道,風(fēng)管,視頻線,盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用情況簡(jiǎn)介,工程應(yīng)用概況,采用兩臺(tái)泥水/土壓雙模式盾構(gòu)機(jī)施工，右線單線總長(zhǎng)1679.608米，左線單線總長(zhǎng)1682.883米，從花都汽車城站始發(fā)往廣州北站掘進(jìn)。,盾構(gòu)自西向東需下穿：風(fēng)神大道、農(nóng)新路兩條主干道；下穿荔紅路下沉隧道、天馬河、農(nóng)新排水站、廣清高速公路、7.3米1.9米污水渠箱；側(cè)穿：天馬河西岸樓盤、天馬河一號(hào)樓盤、農(nóng)新大橋、祈福輝煌臺(tái)樓盤、布心塘村天然地基居民樓群，三維立體沉降控制要求非常高。,右線土壓模式始發(fā)現(xiàn)推進(jìn)完成820米,左線泥水模式始發(fā)現(xiàn)推進(jìn)完成590米,盾構(gòu)16次安全通過巖溶處理區(qū)域,左、右線盾構(gòu)共進(jìn)行了14次模式切換。初步掌握了盾構(gòu)在全斷面砂層、粘土層、加固體、灰?guī)r地層、上軟下硬復(fù)合地層等條件下的切換技術(shù)和應(yīng)對(duì)措施管理。真正實(shí)現(xiàn)不需在特定條件下拆裝任何部件，就能安全、快速的連續(xù)切換。,本區(qū)間盾構(gòu)開挖面以砂層為主占56%，灰?guī)r線長(zhǎng)（上軟下硬）占45%，其余部分夾雜粘土；溶土洞見洞率為63%，裂隙發(fā)育。巖面直接過度到砂層，砂層非常厚，滲透性大；線路沿風(fēng)神大道、農(nóng)新大道行進(jìn)。就地層而言對(duì)沉降控制要求非常高： 一是盾構(gòu)始發(fā)即開始下穿泥漿處理場(chǎng)（上覆大型設(shè)備）、風(fēng)神大道全斷面砂層時(shí)掘進(jìn)、在下穿天馬河河堤（高差8米）時(shí)均采用泥水模式通過，充分利用了雙模式盾構(gòu)機(jī)在地質(zhì)和地面環(huán)境方面的最廣泛通用性，做到了沉降控制優(yōu)良，減少振動(dòng)的施工效果。 二是掘進(jìn)巖面變化起伏非常大，同一環(huán)掘進(jìn)斷面巖面線不同，盾構(gòu)在上軟下硬地層掘進(jìn)超過450米，占33%。巖面最高達(dá)到4米，強(qiáng)度大、巖面起伏大，同一斷面上左、右線巖面變化大。由于上覆砂層很厚、盾構(gòu)進(jìn)入巖溶區(qū)，沉降控制是關(guān)鍵。,應(yīng)用效果,上軟下硬地區(qū)掘進(jìn)，裂隙發(fā)育,巖溶地區(qū)掘進(jìn)，裂隙發(fā)育，強(qiáng)度較大,在荔紅路、天馬河、農(nóng)新排水站、廣清高速公路、區(qū)域出現(xiàn)上軟下硬地層，微風(fēng)化巖侵入隧道高度在1m-4m；靠近廣州北站端出現(xiàn)全斷面巖層地層，上軟下硬地層對(duì)盾構(gòu)設(shè)備的強(qiáng)度要求更高，且盾構(gòu)姿態(tài)控制較難，容易形成抬頭或偏位。,三是安全順利通過溶土洞，未發(fā)生沉降過大、坍塌等問題。結(jié)合溶洞的處理及濃泥漿的技術(shù)，掘進(jìn)控制流暢。,四是土壓模式下利用泥水系統(tǒng)穩(wěn)壓，具體體現(xiàn)在盾構(gòu)穿越溶洞區(qū)域和全斷面富水砂層。由于巖溶裂隙很發(fā)育，砂層厚地下水豐富，盾構(gòu)掘進(jìn)有失壓（壓力偏低）、保壓困難、噴涌等現(xiàn)象；可快速利用管路將泥漿送至掌子面，快速穩(wěn)壓，并結(jié)合濃泥漿或惰性漿的使用，可有效解決上述問題。 在造泥膜進(jìn)行氣壓開倉方面：可有效利用泥水系統(tǒng)進(jìn)行泥膜制作，穩(wěn)定可行有效。區(qū)間共進(jìn)行了4次泥膜制作。 另外泥水模式下利用土壓的泡沫系統(tǒng)，在刀盤前方的注水孔和泡沫孔可進(jìn)行注入改良劑，防結(jié)泥餅；結(jié)合雙模式環(huán)流系統(tǒng)，區(qū)間推進(jìn)1300余米（其中粘土層占15%），開倉檢查無結(jié)泥餅現(xiàn)象。其次，利用螺旋機(jī)排大粒徑石塊，通過濃泥漿配置，利用其的特性來實(shí)現(xiàn)排石。,42*20cm,盾構(gòu)機(jī)下穿的重大風(fēng)險(xiǎn)源： 1、下穿河流 存在淺覆土、拋填石、溶洞發(fā)育、上軟下硬等復(fù)合地層，上覆砂層穩(wěn)定性極差。天馬河為花都區(qū)的景觀河，環(huán)境保護(hù)要求高；而距離盾構(gòu)隧道左線14.5米處即為農(nóng)新大橋橋樁，橋上車流繁多，施工中的地面保護(hù)非常重要，在這兩個(gè)因素盾構(gòu)下穿施工帶來了極大的困難。本案目前屬全國(guó)第一例在巖溶區(qū)下穿河流的施工。,2、下穿河流 除在各單位親歷指導(dǎo)，制定措施、落實(shí)應(yīng)急管理措施外。掘進(jìn)主要采用“泥水模式掘進(jìn)為主，土壓掘進(jìn)排石”的組合拳，充分發(fā)揮出雙模式盾構(gòu)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。也采用逆循環(huán)或備用管正循環(huán)+半逆循環(huán)的方式，有效避免了排渣困難的風(fēng)險(xiǎn)。在下穿段除部分冒氣泡外，無冒漿等異常問題。注漿系統(tǒng)和泡沫系統(tǒng)發(fā)揮穩(wěn)定。,盾構(gòu)機(jī)下穿的重大風(fēng)險(xiǎn)源：2、建構(gòu)筑物 一是在風(fēng)神大道至荔紅路段有一條1米直徑的污水管，近距隧道6米，沿隧道行進(jìn)方向共300米。該區(qū)域進(jìn)行了4次切換，巖溶區(qū)域。左線泥水、右線土壓模式均有使用，沉降控制較好。,安全順利，無異常,盾構(gòu)機(jī)下穿的重大風(fēng)險(xiǎn)源：2、建構(gòu)筑