某核電取水隧洞盾構(gòu)施工技術(shù)簡析

1、某核電取水隧洞盾構(gòu)施工技術(shù)簡析摘要：某核電廠取水隧洞采用土壓平衡盾構(gòu)施工工藝，介紹了某核電廠取水隧 洞土壓平衡盾構(gòu)施工工藝，通過對施工過程中遇到的重點難點總結(jié)分析，為同類 工程提供經(jīng)驗。關(guān)鍵詞：核電廠；隧洞；土壓平衡盾構(gòu)0引言某核電廠A、B號機(jī)組設(shè)計有2條取水隧洞，根據(jù)水文、地質(zhì)條件采用土壓 平衡盾構(gòu)掘進(jìn)模式施工，施工過程克服冬期施工、場地狹小、不良地質(zhì)條件等不 利因素順利貫通，本文介紹了某核電廠取水隧洞土壓平衡盾構(gòu)施工工藝，分析了 工程的重點難點。1工程概況取水隧洞按單機(jī)單洞平行布置，平面軸線由直線段、曲線段組成，隧洞在取 水建筑物后以29.20m中心線間距直線延伸，穿過觀景平臺區(qū)域后通過R

2、=400m 曲線將間距調(diào)整為47.72m，其后以47.72m線間距直線接入出口閘門井。A號機(jī) 組取水隧洞長度為1255.752m，B號機(jī)組取水隧洞長度為1269.617m。隧洞洞身范圍主要穿越強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，存在部分軟硬不均和硬巖段，為弱 中等透水巖體，施工范圍周邊無重要建構(gòu)筑物。2盾構(gòu)機(jī)選型隧洞范圍內(nèi)均為巖石，自穩(wěn)性較好，且地下水并不豐富，因此選用土壓平衡 式盾構(gòu)。土壓平衡盾構(gòu)主要由刀盤及刀盤驅(qū)動、盾殼、螺旋輸送機(jī)、皮帶輸送機(jī)、管 片安裝機(jī)、推進(jìn)油缸、同步注漿系統(tǒng)等組成。刀盤旋轉(zhuǎn)切削開挖面的泥土，破碎 的泥土通過刀盤開口進(jìn)入土倉，泥土落到土倉底部后，依靠盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏ν?過隔板給土倉內(nèi)的土碴

3、加壓，使土壓作用于開挖面以平衡開挖面的水土壓力，通 過螺旋輸送機(jī)將泥土運到皮帶輸送機(jī)上，然后輸送到停在軌道上的碴車上。3盾構(gòu)施工工藝流程盾構(gòu)施工主要包括：盾構(gòu)始發(fā)、盾構(gòu)正常掘進(jìn)、盾構(gòu)接收三大部分。3.1盾構(gòu)始發(fā)盾構(gòu)始發(fā)前場地布置包括：龍門吊、充電房、渣土池、供電系統(tǒng)、供排水及 污水防治系統(tǒng)的布置，始發(fā)端墻、導(dǎo)臺和反力墻施工，對洞口 10米范圍內(nèi)注漿 并在洞門設(shè)置橡膠密封環(huán)等止水措施。盾構(gòu)始發(fā)設(shè)置在廠區(qū)泵房基坑內(nèi)，受始發(fā)場地局限，采用分體始發(fā)。盾構(gòu)運輸包括垂直運輸和水平運輸，垂直運輸采用2臺40t龍門吊作為渣土 及管片等材料吊運設(shè)備，軌道梁垂直于線路方向運行；水平運輸采用35t蓄電池 電瓶車水平

4、運輸，配置兩列列車組，按照電瓶車+渣土箱+漿液車+平板車編組， 兩列車組完成盾構(gòu)推進(jìn)循環(huán)運輸，保證推進(jìn)的連續(xù)性。始發(fā)掘進(jìn)100m為試掘進(jìn)施工，通過試掘進(jìn)掌握盾構(gòu)機(jī)性能、掘進(jìn)參數(shù)、地 質(zhì)情況等，具體包括以下內(nèi)容：1）對盾構(gòu)機(jī)各部件、管線系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整；2）推進(jìn)速度、推力、扭矩等各種施工參數(shù)與設(shè)計參數(shù)的關(guān)系；3）了解地層特點，合理選擇同步注漿施工參數(shù)，確定膨潤土、泡沫等渣土改 良材料摻量；4）通過對地面變化檢測，調(diào)整推進(jìn)參數(shù)。試掘進(jìn)過程中需要不斷的對掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到適應(yīng)當(dāng)前施工條件的最 佳參數(shù)，可通過以下措施對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：1）用以滾刀為主的復(fù)合刀盤切削巖體，以低轉(zhuǎn)速、大扭矩推進(jìn)；2

5、）適當(dāng)提高掘進(jìn)土壓力（土倉壓力設(shè)定為理論值的1.21.3倍）以防止涌水， 并在掘進(jìn)中不斷調(diào)整優(yōu)化；3）土倉壓力通過采取設(shè)定掘進(jìn)速度、調(diào)整排土量或設(shè)定排土量、調(diào)整掘進(jìn)速 度兩種方法建立，并應(yīng)維持切削土量與排土量的平衡，以使土倉內(nèi)的壓力穩(wěn)定平 衡；4）盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度主要通過調(diào)整盾構(gòu)推進(jìn)力、轉(zhuǎn)速（扭矩）來控制，排土 量則主要通過調(diào)整螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。在實際掘進(jìn)施工中，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條 件、排出的渣土狀態(tài)，以及盾構(gòu)機(jī)的各項工作狀態(tài)參數(shù)等動態(tài)地調(diào)整優(yōu)化；5）掘進(jìn)時應(yīng)采取渣土改良措施增加渣土的流動性和止水性，密切觀察螺旋輸 送器的淤塞和出土情況以調(diào)整添加劑的摻量；6）推進(jìn)速度控制在2040mm/min

6、，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果和排土情況調(diào)整。螺旋 機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)設(shè)定土壓力與推進(jìn)速度匹配。3.2盾構(gòu)正常掘進(jìn)盾構(gòu)機(jī)在完成100m試掘進(jìn)后，對始發(fā)設(shè)施進(jìn)行必要的調(diào)整，調(diào)整工作包括: 拆除負(fù)環(huán)管片、鋪設(shè)雙線軌道、安裝通風(fēng)設(shè)施、其他各種管線的延伸和連接等。圖1隧道平面布置圖3.2.1盾構(gòu)掘進(jìn)操作要點1）盾構(gòu)推進(jìn)由操作司機(jī)在中央控制室內(nèi)控制。開始施工時，打開出土閘門， 依次開啟皮帶輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)和刀盤，推進(jìn)千斤頂，調(diào)整好各千斤頂?shù)挠蛪海?此時刀盤切削土體，盾構(gòu)前進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)根據(jù)設(shè)定的正面土壓力自動控制出土速度 或掘進(jìn)速度。盾構(gòu)司機(jī)參照儀表顯示以及人工測量調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)和各項施工參 數(shù)，使盾構(gòu)機(jī)始終按設(shè)計的軸線推進(jìn)；

7、2）盾構(gòu)掘進(jìn)出土與注漿同步進(jìn)行，要根據(jù)不同土質(zhì)和覆土厚度、地面建筑物 情況并配合監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，及時調(diào)整平衡壓力值的設(shè)定，同時根據(jù)推進(jìn)速度、出 土量和地層變形的監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整注漿量，從而將軸線和地層變形控制在允 許的范圍內(nèi)，地表施工后最大變形量在+10mm-30mm之內(nèi)；3）盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，將施工測量結(jié)果及時地與計算的三維坐標(biāo)相校核，及時 調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)。對初始出現(xiàn)的小偏差應(yīng)及時糾正，應(yīng)盡量避免盾構(gòu)機(jī)走蛇形， 控制每次糾偏的量，盾構(gòu)機(jī)一次糾偏量不宜過大，以減少對地層的擾動，并為管 片拼裝創(chuàng)造良好的條件；4）為防止盾構(gòu)掘進(jìn)時，地下水或同步注漿漿液從盾尾竄入隧洞，須在盾尾鋼 絲刷位置壓注盾尾油脂，

8、確保施工中盾尾與管片的間歇內(nèi)充滿盾尾油脂，以達(dá)到 盾構(gòu)的密封功能，盾尾油脂根據(jù)壓力自動壓注。施工中須不定時的進(jìn)行集中潤滑 油脂的壓注，保持盾構(gòu)機(jī)各部分的正常運轉(zhuǎn)。3.2.2掘進(jìn)中的沉降控制措施1）沿線的地面沉降觀測點建立以后，在掘進(jìn)開始以前應(yīng)取得初始數(shù)據(jù)，并將 所有的監(jiān)測點清晰地標(biāo)在線路平面圖上；2）盾構(gòu)機(jī)試掘進(jìn)時，將設(shè)置較密的沉降監(jiān)測點，以獲得盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)與地 面沉降的關(guān)系；3）掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭前20m后30m范圍內(nèi)，每天早晚至少測量一次， 范圍之外每周測一次，直至監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定為止;4）盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)適當(dāng)選用千斤頂和推力，根據(jù)地面沉降觀測成果確定土倉壓力，隨時調(diào)整掘進(jìn)方向，盡量減少蛇形和

9、超挖；5）掘進(jìn)過程中及時進(jìn)行回填注漿，保持適當(dāng)?shù)淖{壓力和注漿量，及時進(jìn)行 二次注漿；6）施工人員應(yīng)逐項、逐環(huán)、逐日做好施工記錄，記錄內(nèi)容包括：盾構(gòu)掘進(jìn)姿 態(tài)、管片拼裝、同步注漿、隧道滲漏水情況等，并將記錄的副本及時提交資料員 歸檔存放。3.2.3渣土改良渣土改良就是根據(jù)地質(zhì)條件選擇相應(yīng)的添加劑，通過盾構(gòu)機(jī)配置的專用裝置 注入刀盤面、土倉、或螺旋輸送機(jī)內(nèi)，利用刀盤的旋轉(zhuǎn)攪拌、土倉攪拌裝置攪拌 或螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)攪拌使添加劑與土渣混合，添加劑主要有泡沫、膨潤土以及聚 合物，渣土改良的主要作用：1）使渣土具有流塑性和較低的透水性，形成較好的土壓平衡效果而穩(wěn)定開挖 面，控制地表沉降；2）減少全風(fēng)化、強(qiáng)

10、風(fēng)化地層的滲透系數(shù)，使之具有較好的止水性，以控制地 下水流失及防止或減輕螺旋輸送機(jī)排土?xí)r的噴涌現(xiàn)象；3）改善渣土的流塑性，使切削下來的渣土順利快速進(jìn)入土倉，并利于螺旋輸 送機(jī)順利排土；4）改善渣土的流動性和減少其內(nèi)摩擦角，有效降低刀盤扭矩、降低對刀具和 螺旋輸送機(jī)的磨損、降低掘進(jìn)切削時的摩擦發(fā)熱，提高掘進(jìn)效率。3.2.4特殊地質(zhì)處理工程中遇到的特殊地質(zhì)情況主要是軟硬不均地層和穿越建構(gòu)筑物，主要問題 是盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)偏差不均衡，姿態(tài)控制不好，出土量過多、擾動大，容易引起地表 沉降，采取的主要措施有：1）土倉壓力控制在1.2bar，隨掘進(jìn)速度均勻出土，且每環(huán)出土量不得多于70m3；2）在上軟下硬土體中

11、掘進(jìn)時推力控制在10001300t左右，適當(dāng)加大盾構(gòu)機(jī) 下部千斤頂?shù)捻斖屏?，使盾?gòu)機(jī)平穩(wěn)推進(jìn)；3）加強(qiáng)盾尾同步注漿，采用注漿壓力和注漿量雙控措施，壓力控制在不大于 3bar，注漿量不低于6m3，還可以進(jìn)行二次注漿以補(bǔ)充掘進(jìn)中的土體空隙；4）加強(qiáng)地表沉降和建構(gòu)筑物基礎(chǔ)監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測成果，及時調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。4盾構(gòu)接收盾構(gòu)掘進(jìn)距離出洞口 100m時進(jìn)入盾構(gòu)接收段，在到達(dá)洞門前應(yīng)對軸線10m 范圍內(nèi)的土體注漿加固，完成盾構(gòu)接收端墻和接收導(dǎo)臺的施工，并在洞門安裝密 封圈防止漏水。掘進(jìn)時應(yīng)減低掘進(jìn)速度，減小推進(jìn)壓力，控制出土量并逐步減小 土倉壓力，增加地表沉降檢測頻率，并且不間斷的測量盾構(gòu)姿態(tài)確保能順利出

12、洞。5經(jīng)驗反饋在施工過程中遇到許多問題，雖然都逐一解決，但對工程的質(zhì)量、進(jìn)度產(chǎn)生 了一定的影響，主要內(nèi)容如下：1）由于盾構(gòu)始發(fā)場地不能滿足整體始發(fā)要求，因此采用分體始發(fā)，分體始發(fā) 管線接長需增加一倍，并且需要完成兩次管線安拆工作，始發(fā)時正好處于冬期施 工，設(shè)備管線暴露在外部易發(fā)生凍堵情況，導(dǎo)致整個始發(fā)過程工期增加一倍。建議合理調(diào)配施工場地，盡量采用整體始發(fā)的方式，同時避開冬期始發(fā)施工， 既降低了施工成本又加快了施工進(jìn)度。2）實際地質(zhì)情況與地勘資料不符，地勘中強(qiáng)風(fēng)化花崗巖區(qū)域出現(xiàn)大范圍中、 微風(fēng)化花崗巖，導(dǎo)致該區(qū)域刀盤磨損嚴(yán)重頻繁更換，推進(jìn)速度緩慢，后采取深孔 預(yù)裂爆破的方式處理。建議施工前應(yīng)對地質(zhì)補(bǔ)勘，加密勘察孔，盡可能的準(zhǔn)確了解地質(zhì)情況，提前 處理，避免發(fā)生突發(fā)情況影響施工進(jìn)度。3）由于曲線段半徑太小，導(dǎo)致管片拼裝錯臺過大，難以滿足規(guī)范要求。建議在直線與圓曲線間應(yīng)設(shè)置緩和曲線，避免轉(zhuǎn)彎過急影響管片拼裝質(zhì)量。6結(jié)語某核電廠A、B號取水隧洞順利貫通，安全、質(zhì)量、進(jìn)度方面管理效果較好， 工程中無安全、質(zhì)量事故發(fā)生，隧洞整體防水效果滿足設(shè)計要求，并且按期完成 施工。本文對土