超大直徑盾構(gòu)穿越粉質(zhì)粘土層施工技術(shù)創(chuàng)新

超大直徑盾構(gòu)穿越粉質(zhì)粘土層施工技術(shù)創(chuàng)新豫機城鐵項目豫機城際鐵路一標項目部匯報人：武慧韜2018年12月匯報提綱豫機城鐵項目

一、工程概況

二、帶壓換刀

三、泥水盾構(gòu)輔助氣壓工法

四、高分子材料清理刀盤泥餅

五、帶式壓濾機應(yīng)用一、工程概況豫機城際鐵路項目一標連接新鄭機場和鄭州南站兩大交通樞紐，是河南“米”字型高鐵的關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)線，也是河南省“一帶一路”綜合交通樞紐和中原城市群軌道交通網(wǎng)的重要組成部分；豫機城鐵項目1.1概況

豫機城際項目一標盾構(gòu)隧道全長3800m，采用由鐵建重工與中鐵十六局聯(lián)合研發(fā)的首臺國產(chǎn)大直徑泥水平衡盾構(gòu)機施工，盾構(gòu)開挖輪廓12.81米，管片外徑管片外徑12.4m，內(nèi)徑11.3m，管片環(huán)寬2m，設(shè)計強度C50，抗?jié)B等級P12;豫機城鐵項目1.1概況一、工程概況豫機城鐵項目豫機城際盾構(gòu)區(qū)間隧道穿越的土層主要為粉砂、粉質(zhì)粘土層，盾構(gòu)隧道洞身大部分處于粉質(zhì)粘土層中，局部地段穿越粉砂、細砂，局部含姜石、礫石，部分鈣質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)較好，滲透系數(shù)0.2×10-4~0.12×10-3cm/s，隧道拱頂埋深10.26~31.07m，洞身基本上處于潛水-承壓水中，局部含承壓水；1.1概況一、工程概況豫機城鐵項目

盾構(gòu)隧道全長3800m，共1900環(huán)，目前已貫通；施工月最高掘進記錄188環(huán)，日最高掘進記錄11環(huán)。1.1概況一、工程概況豫機城鐵項目工程特點長大粘細一次性掘進3800m；盾構(gòu)開挖輪廓達12.81m；盾構(gòu)隧道穿越地層80%為粉質(zhì)黏土層；地層45um以下顆粒占比74%，20um以下占比44%；1.2工程重、難點一、工程概況1.2工程重、難點豫機城鐵項目長距離穿越粉質(zhì)黏土、鈣質(zhì)結(jié)核，刀具磨損量大;01淺覆土掘進下穿“三官廟”建筑群、淺覆土接收；02穿越“正在運營”的南水北調(diào)總干渠；0345um以下顆粒占比74%，調(diào)漿難；04一、工程概況1.2工程重、難點豫機城鐵項目010203長距離穿越粉質(zhì)黏土（鈣質(zhì)結(jié)核）地層首次下穿已經(jīng)通水運營的南水北調(diào)總干渠淺覆土（9m=0.8D）下穿“三官廟”建筑群一、工程概況豫機城鐵項目長大細粘帶壓進倉技術(shù)1泥水盾構(gòu)輔助氣壓法掘進2帶式壓濾機在泥水盾構(gòu)中應(yīng)用3高分子材料清理刀盤泥餅41.3施工技術(shù)創(chuàng)新一、工程概況因本工程一次掘進距離長度達3800m，根據(jù)隧道的掘進距離、地質(zhì)斷面、水文地質(zhì)、地面附著物等情況，預(yù)選4處帶壓進倉作業(yè)位置；豫機城鐵項目二、帶壓進倉技術(shù)2.1概況分別預(yù)選260環(huán)、525環(huán)、850環(huán)、1400環(huán)進行帶壓進倉作業(yè)，開倉位置選取原則：豫機城鐵項目盾構(gòu)掘進一定距離后統(tǒng)計刀盤、刀具磨損量為盾構(gòu)機在相近地層中刀盤設(shè)計及刀具選型提供依據(jù)；盾構(gòu)掘進一定距離后總結(jié)該段地層掘進參數(shù)；檢查倉內(nèi)各類機械設(shè)備；清理氣墊倉內(nèi)底部并檢查校準倉內(nèi)各個液位、壓力傳感器；0102030405為順利下穿南水北調(diào)總干渠，下穿前進行帶壓進倉刀具磨損檢查；二、帶壓進倉技術(shù)盾構(gòu)掘進1700環(huán)，累計帶壓進倉換刀作業(yè)5次，常壓進倉2次，累計更換滾刀19把，撕裂刀93把；經(jīng)檢查刀具磨損量后，刀具磨損基本符合由內(nèi)向外磨損量逐漸增大的原理，刀具在進入砂層后導(dǎo)致刀具磨損量增大；豫機城鐵項目2.1概況二、帶壓進倉技術(shù)刀具磨損量統(tǒng)計豫機城鐵項目2.2進倉工作內(nèi)容1刀具磨損量統(tǒng)計

2刀盤泥餅清理3更換磨損刀具4倉內(nèi)設(shè)備檢修二、帶壓進倉技術(shù)豫機城鐵項目刀盤開口堵塞情況刀箱堵塞情況2.2帶壓進倉工作內(nèi)容二、帶壓進倉技術(shù)豫機城鐵項目倉內(nèi)滾刀磨損檢查合金齒滾刀未偏磨2.2帶壓進倉工作內(nèi)容二、帶壓進倉技術(shù)豫機城鐵項目刀盤牛腿渣土清理滾刀磨損檢測裝置維修2.2帶壓進倉工作內(nèi)容二、帶壓進倉技術(shù)豫機城鐵項目2.3帶壓進倉總結(jié)1定期開倉檢查刀具磨損情況及時更換磨損量超過2cm的正面刀具，和磨損量超過1cm的邊緣刀具；2確保正面刀高差，確保切削渣土后具備導(dǎo)流作用；3確保邊緣刀具開挖直徑，避免開挖直徑不足時推力增大，速度減小，盾構(gòu)姿態(tài)失控；4優(yōu)化刀具配置，在粘土地層段將普通邊緣滾刀更換為帶合金加強型撕裂刀。二、帶壓進倉技術(shù)豫機城鐵項目2.4刀具磨損系數(shù)第1次開倉第一次開倉，刀具磨損量統(tǒng)計，根據(jù)軌跡線計算磨損系數(shù)K第3次開倉統(tǒng)計磨損量并帶入系數(shù)K=0.03計算與實測值對比第2次開倉將第一次參數(shù)帶入，對比磨損量，磨損系數(shù)比較接近，約為0.03第4次開倉根據(jù)磨損系數(shù)計算刀具磨損量，預(yù)選第4次開倉作業(yè)位置，制定換刀方案二、帶壓進倉技術(shù)盾構(gòu)掘進至1300環(huán)后掘進參數(shù)惡化明顯；項目部多次組織帶壓進倉作業(yè)，因掌子面處于砂層中間，在進倉過程中頻繁出現(xiàn)掌子面流水，流砂；為保證下穿南水北調(diào)干渠段順利通過，在下穿前20環(huán)在刀盤前方加固，加固完成后再次帶壓進倉；豫機城鐵項目2.5下穿南水北調(diào)前帶壓進倉二、帶壓進倉技術(shù)豫機三城鐵三項目2.三5下穿三南水三北調(diào)三前帶三壓進三倉二、三帶壓三進倉三技術(shù)1.在加三固區(qū)三域1三6.三8m三*2三.4三m范三圍內(nèi)三采用三素混三凝土三鉆孔三灌注三樁垂三直加三固范三圍為三左右三兩側(cè)三邊緣三4根三灌注三樁垂三直深三度4三5m三，其三余2三3根三加固三深度三至盾三構(gòu)開三挖輪三廓線三上方三50三cm；2.在加三固區(qū)三域刀三盤周三圍2三0m三*5三m范三圍內(nèi)三素混三凝土三樁加三固范三圍以三外的三區(qū)域三采用三盾構(gòu)三端頭三加固三采用三Φ8三00三@6三00三三重三高壓三旋噴三樁止三水加三固。豫機三城鐵三項目2.三5下穿三南水三北調(diào)三前帶三壓進三倉二、三帶壓三進倉三技術(shù)高壓三旋噴三樁施三工后三分別三對加固三區(qū)域進行三取芯三。由下三圖可三知隧三道斷三面內(nèi)三為水三泥土三塊，三質(zhì)地三較硬三，滿三足帶三壓進三倉作三業(yè)要三求。豫機三城鐵三項目2.三5下穿三南水三北調(diào)三前帶三壓進三倉取芯三效果二、三帶壓三進倉三技術(shù)豫機三城鐵三項目在全三斷面三黏土三層掘三進一三段距三離后三，隨三刀盤三泥餅三增多三，參三數(shù)逐三漸惡三化，三常規(guī)三辦法三帶壓三進倉三清理三泥餅三后再三恢復(fù)三掘進三，本三工程三在138三0環(huán)進三倉清三理刀三盤泥三餅后三恢復(fù)三掘進三，在14三35三-1三47三0環(huán)期三間推三力增三大至70三00三0-三90三00三0K三N，扭三矩12三00三0-三19三00三0K三Nm，速三度在5-三15三mm三/m三in波動三；三、三泥水三盾構(gòu)三輔助三氣壓三法掘三進豫機三城鐵三項目掘進三環(huán)數(shù)三統(tǒng)計隨參三數(shù)惡三化，三掘進三效率三受影三響明三顯；三、三泥水三盾構(gòu)三輔助三氣壓三法掘三進豫機三城鐵三項目采取三輔助三氣壓三法掘三進的三前提三條件三是，三在保三證掌三子面三土體三穩(wěn)定三的氣三壓下三，地三面不三能被三擊穿三。大三直徑三盾構(gòu)三因需三穿越三河湖三海等三，普三遍在三掘進三中段三埋深三較大三，本三標段三在采三用輔三助氣三壓法三掘進三時處三于剛?cè)齽傁氯┩耆伞叭纤闭{(diào)三”總?cè)汕?，隧三道拱三頂埋三?三2m三，處三于全三斷面三黏土三層，三如下三圖所三示：三、三泥水三盾構(gòu)三輔助三氣壓三法掘三進豫機三城鐵三項目泥水三盾構(gòu)三采用三輔助三氣壓三掘進三是將三壓縮三空氣三填充三前倉三上半三部與三下半三部的三泥漿三以平三衡掌三子面三、盾三構(gòu)三三大密三封系三統(tǒng)的三油脂三。通三常情三況下三，壓三縮空三氣的三流動三速度三大于三泥漿三的流三速，三泥漿三的流三速大三于渣三土的三流速三。刀三盤切三削土三體，三造成三出現(xiàn)三空隙三后，三壓縮三空氣三與泥三漿會三立即三對空三隙填三充，三而壓三縮空三氣會三逐漸三逼退三泥漿三占有三的空三間。壓縮三空氣三除了三與泥三漿能三共同三維持三掌子三面穩(wěn)三定外三，壓三縮空三氣進三入盾三體與三開挖三輪廓三間隙三，平三衡盾三體與三地下三水，三同時三也平三衡盾三構(gòu)機三密封三系統(tǒng)三。三、三泥水三盾構(gòu)三輔助三氣壓三法掘三進豫機三城鐵三項目輔助三氣壓三法應(yīng)三用效三果分三析：由曲三線圖三：14三85環(huán)采三取輔三助氣三壓法三掘進三后，三速度三突變?nèi)鋈又?5三~2三0m三m/三mi三n，扭三矩與三推力三均有三明顯三下降三，出三渣黏三土塊三明顯三增加三；三、三泥水三盾構(gòu)三輔助三氣壓三法掘三進豫機三城鐵三項目使用三前使用三后三、三泥水三盾構(gòu)三輔助三氣壓三法掘三進豫機三城鐵三項目使用三前使用三后更換三輔助三氣壓三法掘三進后，速三度增三加，三出渣三塊明三顯增三加；三、三泥水三盾構(gòu)三輔助三氣壓三法掘三進豫機三城鐵三項目沉降三控制三精度三參照三直排三型泥三水平三衡盾三構(gòu)；采用三輔助三氣壓三法掘三進后三，地三表沉三降值三也控三制在三了合三理的三區(qū)間三，輔三助氣三壓掘三進階三段地三表累三計沉三降曲三線如下圖所示三，最三大沉三降值三為-三6.三9m三m；三、三泥水三盾構(gòu)三輔助三氣壓三法掘三進豫機三城鐵三項目參數(shù)三惡化三原因三分析三：1.刀盤三結(jié)泥三餅較三為嚴三重，三使得三刀盤三切割三不到三掌子三面，三貫入三度僅三有1-三2m三m/三r；2.本段三地層三大多三數(shù)為三粉砂三層，三具有三粉細三顆粒三含量三高、三造漿三能力三強等三特點三，根三據(jù)以三往經(jīng)三驗，三砂層三較多三掘進三速度三相對三較慢三；3.盾構(gòu)三機因三中心三回轉(zhuǎn)三體及三中心三沖刷三管路三損壞三，中三心沖三刷不三能使三用，三使得三中部三刀盤三得不三到有三效的三沖刷三，進三而使三得刀三盤結(jié)三泥餅三較快三；4.下穿三南水三北調(diào)三干渠三期間三為維三持掌三子面三穩(wěn)定三，連三續(xù)掘三進70環(huán)左三右未三利用三分散三劑進三行泡三倉，三導(dǎo)致三部分三泥餅三固化三；三、三泥水三盾構(gòu)三輔助三氣壓三法掘三進豫機三城鐵三項目1用壓三縮空三氣置三換泥三漿后三，使三沖刷三管路三可以三直接三對刀三盤背三部進三行沖三洗，三有助三于延三緩泥三餅的三膠結(jié)三；2掌子三面上三半部三沒有三了泥三膜，三沒有三了泥三漿護三壁的三渣土三更加三容易三掉落三，利三于出三渣；3開挖三面上三半部三填充三壓縮三空氣三，客三觀上三降低三了壓三力，三進而三降低三了推三力，三減小三了設(shè)三備負三荷；4實踐三證明三，壓三縮空三氣與三泥漿三的交三界面三在液三位波三動過三程中三，對三刀盤三起到三了沖三刷作三用，三有助三于沖三落泥三餅優(yōu)勢三、三泥水三盾構(gòu)三輔助三氣壓三法掘三進豫機三城鐵三項目不足三、三泥水三盾構(gòu)三輔助三氣壓三法掘三進但由三于刀三盤轉(zhuǎn)三動時三可能三直接三沖刷三到掌三子面三，影三響泥三膜的三形成三，在三地層三變換三時及三時改三變掘三進模三式及三管路三切換三，防三止出三現(xiàn)掌三子面三坍塌三。因泥三水盾三構(gòu)機三接管三期間三必須三停機三，預(yù)三估停三機超三過2三小時三即進三行建三倉，三泥漿三護壁三。倉壓三瞬時三波動三超過三±0三.3三ba三r與三液位三瞬時三波動三超過三±1三m出三現(xiàn)較三大波三動后三，立三即建三倉，三恢復(fù)三泥水循環(huán)模式三。注意三各項三參數(shù)三，倉三壓、三液位三的波三動情三況，三注意三觀測三地面三沉降三值，三如發(fā)三現(xiàn)異三常及三時恢三復(fù)間三接式三泥水三平衡三循環(huán)三。豫機三城鐵三項目三、三泥水三盾構(gòu)三輔助三氣壓三法掘三進總結(jié)12地層三適應(yīng)三性是三本工三法使三用的三前提三條件三，只三有地三層氣三密性三、自三穩(wěn)性三滿足三要求三是采三用泥三水盾三構(gòu)輔三助氣三壓法三的前三提條三件，三埋深三大、三自穩(wěn)三性強三、氣三密性三好的三黏土三地層三適合三采用三泥水三盾構(gòu)三輔助三氣壓三法。在全三斷面三黏土三地層三及相三似地三層中三，輔三助氣三壓掘三進能三較大三的提三高施三工效三率，三本次三問題三的解三決為三以后三為類三似粉三質(zhì)黏三土地三層泥三水盾三構(gòu)的三設(shè)計三及施三工提三供了三參考三依據(jù)三，是三一次三寶貴三的經(jīng)三驗。豫機三城鐵三項目針對三盾構(gòu)三機在三粘土三層掘三進刀三盤開三口易三堵死三，刀三盤易三結(jié)泥三餅的三情況三，項三目部三分別三試驗三泡沫三劑、三分散三劑、三泡沫三型分三散劑三、剝?nèi)x劑三等6種不同的三化學(xué)三添加三劑進三行泥三餅消三除試三驗；4.三1化學(xué)三材料三應(yīng)用四、三高分三子材三料清三理刀三盤泥三餅泡沫三劑與三分散三劑對三比實三驗試驗三渣塊豫機三城鐵三項目結(jié)合三工程三效果三與試三驗室三效果三并考三慮經(jīng)三濟成三本，三最終三選用SN三-2三03分散三劑；實驗三室從三預(yù)篩三取渣三樣，10三cm三*三10三cm三*1三0c三m渣樣三與不三同比三例分三散劑三一起三試驗三；分三別放三入1三00三ml三不同三配比三的分三散劑三水溶三液靜三置如三下表三所示三，在三相同三作用三時間三后對三效果三進行三對比三分析三；試樣原液（分散劑）與水配比作用時間（min）11‰5024‰5031％5044％50510％50不同三配比三表4.三1化學(xué)三材料三應(yīng)用四、三高分三子材三料清三理刀三盤泥三餅豫機三城鐵三項目由以三上試三驗對三比可三以看出，三當(dāng)分三散劑三濃度三達到三4%三以上三時，三黏土三塊溶三有明三顯溶三解；三當(dāng)溶三液濃三度達三到1三0%三靜置三30三mi三n后三邊，三黏土三快速三分解三，有三形成三泥漿三的趨三勢，三如上三圖所三示。4.三1化學(xué)三材料三應(yīng)用四、三高分三子材三料清三理刀三盤泥三餅豫機三城鐵三項目四、三高分三子材三料清三理刀三盤泥三餅對照組組份名稱組份比例（%）分散效果（25℃1h5cm3）1除粘劑7粘土塊未破裂，表面光滑，剝離粘土40%，分散作用未停止，1h55min時停止，剝離粘土74%，泥漿渾濁，未剝離泥塊較硬。滲透劑12活性劑55除粘劑10粘土塊未破裂，表面欠光滑，有凹凸，剝離粘土57%，分散作用未停止，未剝離泥塊未松散，2h27min時停止，剝離粘土95%，泥漿渾濁。滲透劑15活性劑15活性劑287除粘劑8粘土塊未破裂，表面凹凸，剝離粘土75%，分散作用未停止，1h50min時停止，剝離粘土88%，泥漿不渾濁，未剝離泥塊已松散滲透劑18活性劑17活性劑28穩(wěn)定劑5選定三材料三后，三通過三多組三試驗三，確三定最三終分三散劑三配比三：豫機三城鐵三項目4.三2工程三試驗四、三高分三子材三料清三理刀三盤泥三餅試驗注入量（前倉+后倉）靜置時間（h）效果（速度）效果持續(xù)時間11+0.52410→203環(huán)21+0.5110→202環(huán)31110→201環(huán)40.5110→201環(huán)1掘進三中試三驗停機三期間三分別三向前三、后三倉注三入，三刀盤三間隔三轉(zhuǎn)動三攪拌三，靜三置一三段時三間后三恢復(fù)三掘進三，扭三矩減三小，三推力三減小三，速三度由10三mm三/m三in增加三到20三mm三/m三in。恢三復(fù)掘三進后三可持三續(xù)一三段時三間，三第3環(huán)參三數(shù)開三始逐三漸惡三化。豫機三城鐵三項目開倉三檢查三發(fā)現(xiàn)三刀盤三開口及刀箱三全部三堵塞三，人三工清三理1倉僅能完成1個刀三箱清三理及1把刀三具更三換工三作，利用進倉三結(jié)束三后重新三建倉，前倉注三入1三方分三散劑三，氣三墊倉三注0三.5三方。三刀盤間隔三轉(zhuǎn)動，浸三泡時三間約三10三小時三后，三再次三進倉三。發(fā)三現(xiàn)刀三盤大三開口三基本三泡開三，小三開口三及刀三箱內(nèi)三堵塞三粘土三已掉三落1三0~三20三cm三。對比三如下三圖所三示：分散三劑注三入前分散三劑注三入后四、三高分三子材三料清三理刀三盤泥三餅進倉三前試三驗2豫機三城鐵三項目根據(jù)三現(xiàn)場三施工三情況三，采三取如三下方三式進三行使三用：1、三預(yù)防三泥餅三：在三接泥三漿管三時停三機的三大約三1小三時時三間內(nèi)三，向三前倉三注入1方分三散劑三，1三0m三in三，轉(zhuǎn)三動一三次刀三盤。2、軟化泥餅三：在三設(shè)備三檢修三或倒三班或三其他三原因三長時三間停三機時三，向三前倉三注入1方分三散劑三，氣三墊倉三注入三0.三5方三分散三劑。3、根據(jù)三泥水三盾構(gòu)三必須三有2小時三的停三止循三環(huán)接三管時三間，三針對三本工三程地三質(zhì)情三況調(diào)三制原三液配三比，三最終三調(diào)制三好的三分散三劑2小時三可達80三%的效三果。此外三，單三純增三加量三與作三用時三間并三不能三帶來三清除三泥餅三效果三的明三顯提三升；分散劑使用優(yōu)點分散劑使用缺點1.分解倉內(nèi)堆渣1.泥漿比重上升較快2.減少堵倉發(fā)生、提高出渣效率2.泥漿泵運行負荷增加3.減小刀盤扭矩約25%3.費用高、消耗大4、減小推力約25%4.泡倉停機影響掘進時間4.三3使用三方式三確定四、三高分三子材三料清三理刀三盤泥三餅盾構(gòu)三區(qū)間三顆粒三占比三圖盾構(gòu)三區(qū)間三土層三顆粒三分析三圖豫機三城際三鐵路三盾構(gòu)三隧道三全長38三00三m，穿三越地三層8三0%三為粉三質(zhì)粘三土層三，20三%為粉三砂、三細砂三層，三地層20微米三以下三顆粒三占總?cè)蜻M三過程三出渣三量33%，三此部三分顆三粒會三隨泥三漿循三環(huán)成三比例三增加三，造三成比三重快三速升三高，三對盾三構(gòu)推三進及三排漿三產(chǎn)生三極不三利影三響。豫機三城鐵三項目五、三帶式三壓濾三機應(yīng)三用5.三1概況特征1234泥漿三比重三快速三竄升加水三稀釋棄漿三處理溢漿由于三粉質(zhì)三粘土三及粉三細顆三粒占三總渣三土量三平均三高達三33三%，三因泥三漿在三分離三機的三粗篩三進行三分離三時易三產(chǎn)生三溢漿三；棄漿三成本三高，三并且三棄漿三中仍三然含三有大三量的三膨潤三土及三粘土三溶解三的物三質(zhì)，三此類三物質(zhì)三難于三處理三；對于三泥漿三應(yīng)有三的特三性，三比如三粘性三，塑三性等三關(guān)鍵三指標三也會三隨之三降低三，對三于盾三構(gòu)掘三進中三的地三層沉三降現(xiàn)三象產(chǎn)三生不三確定三因素三；對于三盾構(gòu)三機的三推進三及排三漿順三暢產(chǎn)三生極三其不三利的三影響三；豫機三城鐵