成都地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)-楊書江1課件

富水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)長(zhǎng)距離快速施工技術(shù)一、簡(jiǎn)介二、盾構(gòu)選型三、快速施工四、建構(gòu)筑物的保護(hù)五、監(jiān)控量測(cè)六、對(duì)今后施工的建議簡(jiǎn)介成都地質(zhì)以地下水位高、卵石含量高硬度高、漂石含量高且局部密集成群著稱。成都地鐵1號(hào)線盾構(gòu)4標(biāo)左線隧道長(zhǎng)2328.2米，包括火車南站～桐梓林站、桐梓林站～倪家橋站、倪家橋站～省體育館站三個(gè)區(qū)間，區(qū)間長(zhǎng)度分別為943.5米、888.5米、496.2米。區(qū)間隧道下穿火車南站民房、股道群、機(jī)場(chǎng)高速立交橋、二環(huán)路人南立交橋等建筑物，地下管線密集。隧道主要穿越〈3－7〉卵石土層，部分地段穿越〈4－4〉卵石土層，卵石含量高達(dá)55～80%，卵石成分主要為中等風(fēng)化的巖漿巖與變質(zhì)巖，單軸抗壓強(qiáng)度65.5~184MPa。卵石粒徑以30～70mm為主，局部80～120mm，地層中粒徑大于200mm的漂石含量占0～22.3%（重量比）且局部密集成群，全線已發(fā)現(xiàn)最大漂石粒徑達(dá)670mm，地下孔隙水主要賦存于砂卵石土層中，含水層總厚度18.2～23.8m，為強(qiáng)透水層，滲透系數(shù)12.53~27.4m/d，枯水期地下水位埋深3~5m，豐水期2~4m。盾構(gòu)選型刀盤結(jié)構(gòu)1)刀盤結(jié)構(gòu)形式刀盤直徑

6250mm，開挖直徑6280mm。面板式結(jié)構(gòu)，中心支撐方式。刀盤轉(zhuǎn)速0～4.5rpm，可雙向旋轉(zhuǎn)。2）刀盤驅(qū)動(dòng)采用液壓驅(qū)動(dòng)，由九個(gè)液壓馬達(dá)通過(guò)九個(gè)減速箱來(lái)驅(qū)動(dòng)刀盤。主軸承外徑為3000mm，設(shè)計(jì)壽命10000h，最大推力34210kN，額定扭矩6000kNm、脫困扭矩7150kNm。3）刀盤的開口形式開口率28％，有8個(gè)開口槽，刀盤開口部分加焊非封閉式隔柵，只允許粒徑300mm以下的碴塊進(jìn)入土倉(cāng)。4）碴土改良注入口設(shè)計(jì)刀盤面板上有8個(gè)泡沫注入口，隔倉(cāng)壁上預(yù)留4個(gè)泡沫注入口備用。泡沫注入口也可以用來(lái)加注水、細(xì)粒膨潤(rùn)土和其它添加劑。5）耐磨設(shè)計(jì)在刀盤面板和外緣進(jìn)行硬化處理并用進(jìn)口焊條焊接格柵狀的耐磨材料，每個(gè)進(jìn)碴口的周圈進(jìn)行硬化處理并堆焊耐磨材料。盾構(gòu)選型刀具類型及組合初裝刀為4把17寸中心雙刃滾刀，32把17寸單刃滾刀，28把重型寬刃齒刀，8套刮刀。螺旋輸送機(jī)采用軸式雙螺旋形式，1號(hào)螺旋機(jī)長(zhǎng)度13400mm，2號(hào)螺旋機(jī)長(zhǎng)度8100mm，無(wú)極變速，轉(zhuǎn)速0～22rpm，最大出碴量285m3/h。螺旋直徑800mm，節(jié)距630mm，螺旋帶高度290mm，粒徑小于300mm的卵石可直接進(jìn)入土倉(cāng)并通過(guò)螺旋輸送機(jī)輸出。1號(hào)螺旋機(jī)前端1/3的螺旋焊接了耐磨塊，對(duì)前1/3的螺旋筒內(nèi)壁進(jìn)行了耐磨處理。富水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)長(zhǎng)距離快速施工技術(shù)◆貫通前50米掘進(jìn)盾構(gòu)距車站圍護(hù)樁約50m時(shí)，根據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量和洞門復(fù)測(cè)結(jié)果，制定盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整方案。土壓0.6±0.1bar，速度40mm/min以內(nèi)，推力1400t以內(nèi)，刀盤轉(zhuǎn)速1.0r/min。距離貫通面10m時(shí)遵循“小推力，低轉(zhuǎn)速，少出土”的原則逐步降低土倉(cāng)壓力，盾構(gòu)推進(jìn)保持勻速、平穩(wěn)，速度控制在20mm/min以內(nèi)，土壓0.4±0.1bar，推力1200t以內(nèi)，刀盤轉(zhuǎn)速0.8r/min。◆車站圍護(hù)樁段掘進(jìn)洞門圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用4根樁徑為1500mm的玻璃纖維筋人工挖孔樁，盾構(gòu)破樁時(shí)遵循“小推力、低轉(zhuǎn)速，減小擾動(dòng)”的原則，確保不對(duì)車站端墻造成破壞。掘進(jìn)模式從土壓平衡逐步向敞開式過(guò)渡，破樁速度控制在10mm/min以內(nèi)，推力不大于1000t。富水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)長(zhǎng)距離快速施工技術(shù)注漿◆洞門圈處注漿安裝完＋2環(huán)管片后，盾尾已完全進(jìn)入隧道內(nèi)，停止掘進(jìn)對(duì)洞門圈注漿。洞門圈處總注漿量約10m3，注漿壓力不超過(guò)0.3MPa?！敉阶{1）注漿壓力上部壓力穩(wěn)定在0.1～0.12MPa，下部壓力在0.18～0.2MPa。2）注漿量根據(jù)《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50299－1999)，注漿量應(yīng)控制在130%～180%。根據(jù)砂卵石地層的特點(diǎn)，同步注漿量確定為理論間隙的150%～200%，即為6.07～8.09m3/環(huán)?！粞a(bǔ)充注漿在局部地段，同步注漿漿液凝固過(guò)程中可能存在局部不均勻、漿液凝固收縮或稀釋流失，造成注漿不密實(shí)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，必要時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)充注漿。補(bǔ)充注漿以水泥、水玻璃等材料為主，注漿壓力不超過(guò)0.3MPa，注漿時(shí)以壓力控制為主。富水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)長(zhǎng)距離快速施工技術(shù)碴土改良及出碴量控制◆碴土改良碴土改良對(duì)減少刀具磨耗、提高出碴效率具有關(guān)鍵性的作用。施工中不斷摸索總結(jié)，采用泡沫劑、泥漿、水相結(jié)合的碴土改良工藝，每環(huán)泡沫劑用量一般在30～45L左右，泥漿加入量每環(huán)一般6m3。當(dāng)碴土較干或碴土中夾有泥巖時(shí)可通過(guò)膨潤(rùn)土罐或盾構(gòu)機(jī)前體上安裝的水管向土倉(cāng)內(nèi)加入適量的水?！舫霾炅靠刂瞥霾炅坎捎皿w積和重量雙重控制，每環(huán)約3.2～3.5礦車，體積約為55～58m3，重量110～117t。超出上述基準(zhǔn)后必須及時(shí)分析原因采取相應(yīng)處理措施。水平、垂直運(yùn)輸水平運(yùn)輸采用35T電瓶車牽引4節(jié)18m3礦車、2節(jié)管片車、1節(jié)砂漿車組成，車站內(nèi)設(shè)置道岔，便于錯(cuò)車，提高運(yùn)輸效率。垂直運(yùn)輸配備16T、45T門吊各一臺(tái)，分別負(fù)責(zé)管片等材料的下放及碴土起吊?！艚邓瓺K14+393處隧道底板埋深約15.9m，穿越的地層為密實(shí)卵石層。施工3口降水井降水，降水井距隧道中線5.5m，深度25～30m，至少提前7d開始降水。開倉(cāng)后掌子面土體穩(wěn)定，降水效果很好，安全、成功地實(shí)現(xiàn)了刀具檢查和更換工作。隧道處于全斷面卵石層中，只采用降水方式即可保持換刀工作面的穩(wěn)定。富水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)長(zhǎng)距離快速施工技術(shù)◆降水＋人工挖孔樁在DK13+810處采取降水井+人工挖孔樁加固方案，在隧道中心線左側(cè)設(shè)3口人工挖孔樁，兩側(cè)約4.5m處設(shè)有4口25m深的降水井，同時(shí)2號(hào)人工挖孔樁留作換刀和修復(fù)刀盤時(shí)的輔助降水井和通風(fēng)井。◆降水＋人工挖孔樁＋高壓旋噴注漿在DK14+075采用人工挖孔樁和高壓旋噴樁組合的加固方式。在盾構(gòu)機(jī)切口環(huán)正上方施工7根直徑φ1200mm的人工挖孔樁，挖孔深度至盾殼上50cm，4號(hào)樁不澆注混凝土，作為倉(cāng)內(nèi)清碴、更換刀具、檢修刀盤時(shí)的通風(fēng)排煙通道。在刀盤前方施工4排高壓旋噴樁，直徑450mm，呈梅花型布置，共施工30根。為避免旋噴水泥漿液將刀盤刀具糊住，增加倉(cāng)內(nèi)清碴困難，控制第一排旋噴樁施工深度至盾構(gòu)機(jī)的輪廓線的深度，其余3排旋噴樁施工深度均為20.5m。富水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)長(zhǎng)距離快速施工技術(shù)建(構(gòu))筑物的保護(hù)◆過(guò)火車南站股道群盾構(gòu)始發(fā)30米后垂直下穿寬60m的火車南站10條股道，隧道頂距道碴底部7.69m?；疖嚹险久刻焱ㄟ^(guò)的車次共84次，其中貨車61次，客車23次。為確保盾構(gòu)順利通過(guò)火車南站股道，提前對(duì)股道進(jìn)行了扣軌加固。3號(hào)線為成昆鐵路正線，5號(hào)線為預(yù)備線，車流量大，運(yùn)載量重，為確保盾構(gòu)機(jī)開挖過(guò)程中線路的安全，3號(hào)線用D16m型梁扣軌，梁基礎(chǔ)為樁徑

1.2m的人工挖孔樁，間距15.75m，跨度14.5m。5號(hào)線用D24m型梁扣軌，梁基礎(chǔ)為樁徑

1.6m的人工挖孔樁，間距23.75m，跨度19.5m。其余股道用56b型工字鋼束梁扣軌，縱梁采用5根工字鋼為一束，跨度為12.5米。橫抬梁采用兩根工字鋼為一束，在枕木間連續(xù)設(shè)置。盾構(gòu)下穿股道時(shí)未對(duì)鐵路行車造成任何影響，且股道沉降微小，扣軌效果明顯。富水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)長(zhǎng)距離快速施工技術(shù)建(構(gòu))筑物的保護(hù)成都信息港加固圖富水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)長(zhǎng)距離快速施工技術(shù)建(構(gòu))筑物的保護(hù)人南立交橋加固圖富水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)長(zhǎng)距離快速施工技術(shù)建(構(gòu))筑物的保護(hù)◆污水管人民路污水管是成都市主要排污管道，每節(jié)管道長(zhǎng)2000mm，壁厚100mm，管徑1200mm，管底埋深6.8～8.3米，排污峰值約4000m3/h，鋼筋砼帶形基礎(chǔ)，平口相接，采用水泥砂漿封堵，砂漿內(nèi)埋入20號(hào)10×10鍍鋅鐵絲網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)埋入基礎(chǔ)內(nèi)100mm。左線盾構(gòu)隧道在ZDK12+695~+745段與污水管斜交，管底距離隧道頂部最近距離1.85m。采取的措施如下：1)距離污水管15m處帶壓進(jìn)倉(cāng)檢查更換刀具，同時(shí)對(duì)盾構(gòu)機(jī)各系統(tǒng)進(jìn)行全面的維修保養(yǎng)，確保盾構(gòu)連續(xù)掘進(jìn)。2)總推力1500t，掘進(jìn)速度40～60mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速小于1.0r/min，土倉(cāng)壓力0.8～0.9bar，出碴量55～58m3，注漿量7～8m3，并根據(jù)情況補(bǔ)注漿。3)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，監(jiān)測(cè)信息及時(shí)反饋指導(dǎo)施工。4)安排專人24小時(shí)對(duì)地表及污水管運(yùn)行情況進(jìn)行巡查，出現(xiàn)異常情況及時(shí)向盾構(gòu)主司機(jī)及項(xiàng)目部領(lǐng)導(dǎo)反饋信息，以便及時(shí)采取措施。盾構(gòu)于2008年5月20日～24日順利通過(guò)50米污水管，地表最大沉降6.16mm，污水管線運(yùn)行正常。富水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)長(zhǎng)距離快速施工技術(shù)對(duì)今后施工的建議盾構(gòu)選型建議◆對(duì)二號(hào)線盾構(gòu)選型的建議1)卵石以排為主，破碎為輔刀盤采用中間支撐方式，輻條加小面板式結(jié)構(gòu)，刀盤開口率35％左右，同時(shí)加大刀盤中心部位的開口率。采用直徑900mm軸式螺旋輸送機(jī)，節(jié)距630mm，螺旋帶高度340mm，可以直接排放大部分的卵石。預(yù)留二級(jí)螺旋機(jī)接口，分段設(shè)置檢查窗口，以便及時(shí)檢查修復(fù)磨損的螺旋機(jī)葉片。2)卵石不破碎，直接排放采用輻條式刀盤，開口率65％左右，帶式螺旋機(jī)排碴。日本在這方面成功經(jīng)驗(yàn)較多，日立盾構(gòu)機(jī)采用直徑1000mm的帶式螺旋機(jī)，可以輸送L725×￠670mm的卵石，直徑845mm的帶式螺旋機(jī)，可以輸送L630×￠570mm的卵石，即使在含大漂石的砂卵石地層中易完全適用，但成都地鐵地下水位較高，帶式螺旋機(jī)不易形成土塞效應(yīng)，實(shí)際效果還有待于驗(yàn)證。3)刀盤、螺旋機(jī)的耐磨性能必須在一號(hào)線的基礎(chǔ)上大幅提高。富水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)長(zhǎng)距離快速施工技術(shù)對(duì)今后施工的建議詳盡的地質(zhì)勘察和建（構(gòu)）筑物管線調(diào)查建設(shè)單位應(yīng)提供盡可能詳盡的地質(zhì)勘察資料，尤其古河道、不良地質(zhì)等，施工單位應(yīng)根據(jù)詳勘資料制定地質(zhì)補(bǔ)勘計(jì)劃。

施工前對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)影響范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物、地下管線現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，以便制定相應(yīng)的保護(hù)措施。密切關(guān)注車站施工進(jìn)展，了解車站端頭水文地質(zhì)條件，降水時(shí)帶泥帶砂情況。監(jiān)控量測(cè)盾構(gòu)掘進(jìn)實(shí)際出碴量大于理論出碴量時(shí)，地層形成空洞，由于砂卵石地層的拱效應(yīng)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)往往不能及時(shí)反映實(shí)際沉降數(shù)值，在地面各種荷載的擾動(dòng)下，土體分層沉降，最終造成地面塌陷。施工中安排專人24小時(shí)不間斷進(jìn)行地表巡查，但只能起到事后補(bǔ)救作用。采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)盾構(gòu)通過(guò)后的地層進(jìn)行探測(cè)，所得到的數(shù)據(jù)與實(shí)際情況相距甚遠(yuǎn)，難以起到指導(dǎo)性作用。二號(hào)線施工時(shí)應(yīng)開展地層探測(cè)的相關(guān)研究，以便提前采取措施，防止地面塌陷。富水砂卵石地層土壓平衡盾構(gòu)長(zhǎng)距離快速施工技術(shù)結(jié)束語(yǔ)S401土壓平衡盾構(gòu)機(jī)2007年9月8日在火車南站始發(fā)，成功穿越火車南站股道群、行包房、民房及成都信息港、機(jī)場(chǎng)高速公路立交橋、二環(huán)路人南立交橋樁基影響帶、51m