武汉地铁二号线S509清障液氮冻结方案(10.10).doc

武汉市轨道交通二号线越江隧道项目经理部 左线左线 S509S509 盾构机障碍物盾构机障碍物 处理方案处理方案 编制 审核 审批 中铁隧道集团有限公司 武汉地铁二号线越江隧道项目经理部 二 一 年十月四日 目目 录录 一一 工程概况工程概况 0 1 1 工程现状工程现状 0 2 2 盾构机停机位置周围环境条件及地质条件盾构机停机位置周围环境条件及地质条件 1 二二 施工准备施工准备 2 1 1 场地围挡及场地平面布置 场地围挡及场地平面布置 2 2 2 树木 路灯及管线改移和保护 树木 路灯及管线改移和保护 3 3 3 施工用水用电 施工用水用电 3 三三 施工方案施工方案 3 1 1 钻孔施工钻孔施工 4 1 11 1 液氮管的布置液氮管的布置 4 1 21 2 液氮孔施工液氮孔施工 5 1 31 3 测斜测斜 5 2 2 冻结施工冻结施工 5 2 12 1 液氮冻结液氮冻结 5 2 22 2 冻结时间估算冻结时间估算 6 3 3 带压进仓开挖洞室带压进仓开挖洞室 6 4 4 带压进仓切割钢管带压进仓切割钢管 7 5 5 检查泥水仓下部检查泥水仓下部 7 6 6 盾构恢复掘进盾构恢复掘进 7 7 7 冷冻拔管 场地注浆加固冷冻拔管 场地注浆加固 7 四四 主要技术要点主要技术要点 7 1 1 钻孔施工钻孔施工 7 2 2 液氮施工液氮施工 8 五五 施工工期施工工期 8 六六 保证工程质量的主要技术要求与措施保证工程质量的主要技术要求与措施 8 1 1 冻结工程质量的主要措施冻结工程质量的主要措施 8 2 2 冻结孔施工方面的具体要求及措施冻结孔施工方面的具体要求及措施 9 3 3 高粘度聚合物泥浆的具体要求及措施高粘度聚合物泥浆的具体要求及措施 9 七七 安全保证措施安全保证措施 9 八八 应急救援预案应急救援预案 10 一一 工程概况工程概况 武汉地铁二号线越江隧道工程右线总长约 3085 米 左线总长约 3098 米 其中长江江底 段约 1300 米 区间设武昌 汉口通风井 联络通道 5 座 其中 2 座联络通道设在风井内 2 座位于江中 一座位于武昌侧 本区间隧道线间距为 13m 16m 线路纵坡大致为 U 形 线 路最大下坡为 2 7 最大上坡为 2 56 隧道外径 6 2m 衬砌厚度为 0 35m 详见下图 1 图图 1 1 工程平面位置图工程平面位置图 盾构开挖直径 6520mm 盾构机总长度 84m 推进速度 0 60mm min 最大推力 36490KN 最大水土压力 6bar 隧道管片外径 6200mm 管片内径 5500mm 管片环宽 1 5m 1 1 工程现状工程现状 2010 年 8 月 21 日 18 点 20 分 左线盾构机 S509 在掘进 562 环至 1300mm 时 盾构机扭 矩突然开始波动 同时推力增大 盾构机停止推进 开始排查故障原因 2010 年 9 月 1 日 下午 13 点时分 在 3 8bar 的压力下进行带压进仓检查 经检查发 现掌子面内存在障碍物 两根直径 200mm 左右 壁厚 10mm 左右的钢管 在掌子面外露长度 分别为 1900mm 1030mm 在掌子面外地层中的长度不能确定 见图二 1900mm 长钢管 图 三 1030mm 长钢管 图四 障碍物钢管与刀盘位置示意图 掌子面下半部是否存在障碍物由于条件所限无法查明 图图 2 2 长长 1900mm1900mm 钢管钢管 图图 3 3 长长 1030mm1030mm 钢管钢管 障碍物与刀盘位置示意图 面对刀盘 障碍物与刀盘位置示意图 面对刀盘 2 2 盾构机停机位置周围环境条件及地质条件盾构机停机位置周围环境条件及地质条件 现左线盾构掘进至 561 环 刀盘位置处于新河街云涛土菜馆围栏外人行道上 详见图五 图图 5 5 左线盾构机平面位置图左线盾构机平面位置图 图图 6 6 左线盾构机断面位置图左线盾构机断面位置图 粉细砂 27 00 0 30 24 00 1 46 29 70 4 24 埋深32 5m 埋深39m 盾构机 目前左线 S509 盾构机顶部埋深 32 5m 底部埋深 39m 处于粉砂层中 其压缩模量为 10 3MPa 具中等偏低压缩性 抗剪指标 值约为 34 00 标贯击数一般 14 34 击 平均 22 4 击 图图 7 7 S509S509 盾构机地面位置图盾构机地面位置图 二二 施工准备施工准备 1 1 场地围挡及场地平面布置 场地围挡及场地平面布置 场地围挡如图 8 占用新河街 1 个非机动车道及人行道 隧道中线 刀盘位 置 图图 8 8 施工区域图施工区域图 图图 9 9 施工场地布置图施工场地布置图 2 2 树木 路灯及管线改移和保护 树木 路灯及管线改移和保护 如上图 8 掌子面周边冷冻范围内共需改移 4 棵树木 1 棵桂花树 2 棵香樟 1 棵法国 梧桐 和 1 个路灯 如图 9 施工钻孔及冷冻区域内 2 根 800 砼排水管道 在钻孔及冷冻过程中采取专项 保护方案进行管线保护 防止钻孔施工和冻胀作用对管线造成破坏 图图 9 9 施工区域管线图施工区域管线图 3 3 施工用水用电 施工用水用电 施工现场用水主要为 2 台钻机引孔制浆用水 给水管路借用云涛土菜管一根 25PVC 水 管 沿临时围挡敷设 施工用电主要为钻孔机械设备 泥浆泵 电焊机 现场照明等 动力电源采用 200 KW 的发电机 三三 施工方案施工方案 采用 掌子面液氮循环冷冻加固 带压进仓切割 方案 因盾构机埋深较深 且土体稳定性自立性差 因此采用 垂直钻孔冻结加固掌子面周边 带压进仓切割 的施工方案 即 在盾构机上部及掌子面前方利用垂直冻结孔冻结加固地层 使掌子面左右侧 上部和前方范围内土体冻结 形成 状冷冻加固体 起到带压进仓切 割钢管时稳定掌子面的作用 如施工工序图 10 冷冻运行 场地规划冷冻钻孔冷冻运行 带压开挖工作 面 切割钢管 B型孔拔高 继续冻 结 盾构掘进通过 冷冻拔管 地面加固 场地恢复 图图 1010 施工工序图施工工序图 第一 场地规划 做到三通一平 第二 液氮孔钻孔施工 第三 液氮循环冻结 第四 冷冻运行的同时带压开挖工作面 切割钢管 第五 降低液位 检查泥水仓下部 第六 A 型孔维持冻结 B 型孔拔除至盾壳以上 1m 位置然后继续冻结 第七 盾构机推进待盾尾脱离加固体后 进行同步注浆 待水泥浆达到强度后 停止冻 结 冷冻拔管 场地旋喷桩加固 第八 场地恢复 1 1 钻孔施工钻孔施工 1 11 1 液氮管的布置液氮管的布置 冻结孔梅花形布置 孔间距 1 0m 1 2m 三排冷冻孔布置如下图 11 所示 共计 31 个 A 型孔位于盾构机正上方 其深度根据盾构机顶部深度确定 孔底距盾构机周边 1m 共计 16 个 B 型孔孔深 42m 低于盾构机底部 3m 共计 13 个 同时设置 2 个测温孔 T1 T2 深 42m 图图 1111 冷冻孔布置图冷冻孔布置图 1 21 2 液氮孔施工液氮孔施工 1 液氮管 测温管和供液管规格 液氮管选用 108 5mm 无缝不锈钢钢管 供液管 采用 32 3 5mm 无缝钢管 测温管采用 45 4mm 无缝钢管 2 打钻设备选型 打钻选用 YGL 100 型履带式钻机二台 电机功率 22 0KW 钻孔使 用灯光测斜 选用 BW 250 50 型泥浆泵两台 电机功率 14 5KW 1 31 3 测斜测斜 利用经纬仪结合灯光对每个成孔进行测斜 偏斜率控制在 1 以内 2 2 冻结施工冻结施工 2 12 1 液氮冻结液氮冻结 液氮冷冻根据其效率 10cm 天的冷冻体扩散速率 冷冻运行 10 天后 冷冻体可完全交 圈 如下图 掌子面前方冷冻体厚度 2000mm 冷冻体距离掌子面 600mm 利于刀具的保护 也可保证泥水仓作业空间不结冰 切口环两侧冷冻体距离盾构机 440mm 图图 1212 冷冻体示意图冷冻体示意图 液氮冻结的关键环节为温度控制 液氮储罐出口的温度控制在 150 170 压力控 制在 0 1Mpa 0 15Mpa 为宜 冻结管出口温度控制在 50 70 压力控制在 0 05Mpa 0 1 Mpa 为宜 压力调节可使用液氮储罐上的散热板 温度调节使用每组回路中截止阀 采用液氮管两孔串接 保证各液氮管均匀向外扩散冷量 管路用不锈钢软管连接 管路 用低温液氮阀门控制 所有暴露冻结管路用保温泡沫板或棉花保温 用容积不小于 20000 升 的液氮容器 作为冻结期间液氮的缓冲和储备 以防液氮供应出现中断 2 22 2 冻结时间估算冻结时间估算 根据液氮在冻结管中单位时间的蒸发量不同 冻土的发展速度约在 1 5cm h 根据南京 地铁张府圆盾构出洞和佳木斯盾构出洞经验 取冻土的发展速度为 10cm T 冻结孔孔间距为 1000mm 加上 1 的偏斜 最大孔间距为 L 1000 840 1840mm 距此推算冻土交圈时间为 T 1840 2 100 9 2 天 取 10 天 冻土达到设计厚度 10 天 3 3 带压进仓开挖洞室带压进仓开挖洞室 冷冻运行开始后 使用高粘度聚合物泥浆每 2 天对泥水仓泥浆置换一次 每次泥浆置换 量不小于 60m3 并适当增大压力 保证掌子面优质泥膜的形成 冷冻钻孔开始后 同时测温孔 T1 T2 测定温度达到要求后 带压进仓使用铁锹 风镐 以及高压水管开挖洞室 洞室空间要求刀盘前方不小于 600mm 上方不小于 500mm 洞室开挖完成后 焊接钢板和槽钢施作简易支撑防止掌子面上方掉落土体 4 4 带压进仓切割钢管带压进仓切割钢管 1 由海瑞克公司负责设备维护 并更换配件 安装带压进仓所需设备 2 由德国北海公司负责进仓切割钢管 3 由中铁隧道集团负责高压灭火器 内燃空压机 医用氧等相关工具及车载医疗养 仓等 5 5 检查泥水仓下部检查泥水仓下部 增大泥水仓压力至 3 8bar 抽空泥水仓内所有液位 带压进仓检查掌子面下部是否还 存在障碍物 6 6 盾构恢复掘进盾构恢复掘进 A 型孔维持冻结 B 型孔冷冻管向上拔除至盾壳以上 1m 位置然后继续冻结 盾构机掘进 通过 7 7 冷冻拔管 场地注浆加固冷冻拔管 场地注浆加固 盾构机推进待盾尾脱离加固体后 进行同步注浆 待水泥浆达到强度后 停止冻结 冷 冻拔管 对每个冷冻孔进行 800 三重管高压旋喷桩加固 并根据对云涛土菜监测结果 进 行地面注浆减少冻融对地面建筑物的影响 四四 主要技术要点主要技术要点 1 1 钻孔施工钻孔施工 1 液氮孔钻孔垂直度 应满足施工组织设计要求 泥膜 钢管 开 挖 洞 室 钢管切割面 盾 构 机 盾壳 刀 盘 10mm钢板 10mm钢板 20mm槽钢 2 液氮孔的深度符合施工组织设计 3 供液管应下设到液氮孔底部 保证冻结深度 4 液氮管焊缝要经过验收后才能进行液氮管的下方 保证不漏气 5 液氮管的坡口应成 45 度角 保证焊接质量 6 不锈钢焊条要用专业的防护筒进行烘烤 保证干燥性 每节钢管的连接质量必须经过 验收后方可下放 2 2 液氮施工液氮施工 1 液氮孔回路温度控制在 50 90 2 由于液氮发展速度快 在冻结施工时经常转动刀盘以防止把盾构刀盘冻住影响盾构推 进 3 监测液氮各个回路温度并保持大致相同 4 回路管路要高于人体高度 以免液氮浓度较高造成人身伤亡事故 5 现场储备足量液氮 以防液氮供应出现中断 五五 施工工期施工工期 预计工期 截至盾构机恢复掘进 为 53 天 主要节点如下 序号工序名称开始时间结束时间工作天数 天 1 施工准备10 月 2 日10 月 11 日 10 2 液氮孔钻孔施工10 月 12 日11 月 1 日 20 3 液氮循环冻结11 月 2 日11 月 11 日 10 4 带压开挖工作面 切割钢管11 月 12 日11 月 16 日 5 5 带压进仓检查掌子面下部11 月 17 日11 月 17 日 1 6 B 型孔拔管至盾壳上部 1m11 月 18 日11 月 19 日 2 7 盾构机盾尾脱困11 月 20 日11 月 24 日 5 7 盾构机掘进11 月 25 日 8 8 后期拔管 地面加固12 月 3 日12 月 17 日 15 总工期 以盾构恢复掘进为止 10 月 2 日11 月 24 日 53 六六 保证工程质量的主要技术要求与措施保证工程质量的主要技术要求与措施 1 1 冻结工程质量的主要措施冻结工程质量的主要措施 1 建立健全质量保证体系 质量管理机构 组织机构和监督机构 为保证质量提供组织 保证 2 认真分析该工程地质资料 精心编制施工技术设计和施工组织设计 3 控制造孔和冻结器施工质量 确保冻结质量符合要求 2 2 冻结孔施工方面的具体要求及措施冻结孔施工方面的具体要求及措施 1 认真按图纸要求施工钻场基础 确保钻场基础平整 稳固 2 造孔使用牙轮钻头钻进 3 测温管的下放及焊接严格按冻结孔的质量要求施工 并及时绘制偏斜平面图 4 钻进时 应按深度及地层情况的需要 及时增减钻铤 要求作到均匀 匀速钻进 严 禁忽快忽慢 压力忽大忽小 5 合理掌握转速 压力及冲洗量 加尺或更换钻头时 钻具应下到距孔底 0 3 0 5m 处 扫孔 不准将钻具停在一个深度长期冲压 停电时 应将钻具提至安全深度 停电超过 2 小时 应将钻具全部提出 对所有钻具应经常详细检查 弯钻杆和磨损过大的钻杆禁 止使用 终孔时应复核钻具全长 并冲孔将岩粉排净 再下管 6 冻结管应进行地面配组 丈量全长 做好记录 下管时应清除管内异物 保持清洁 7 偏斜 冻结孔平均偏斜率不得大于 1 冻结孔终孔间距不大于设计值 否则应予以 补孔 冻结深度应满足设计要求 下管长度应不小于设计冻结孔深度 8 测斜 冻结孔施工过程中使用灯光经纬仪进行终孔和成孔测斜并及时绘制冻结孔偏斜 平面图 3 3 高粘度聚合物泥浆的具体要求及措施高粘度聚合物泥浆的具体要求及措施 1 采用高粘度聚合物泥浆在冷冻钻孔开始后 每 2 天对泥水仓内泥浆进行置换 以保证 掌子面泥膜的完好性 防止钻孔过程中出现漏气 影响掌子面压力稳定 七七 安全保证措施安全保证措施 本次盾构恢复正常推进仍然存在较多风险点 针对可能出现的问题制定相应措施 1 组织专门人员进行 24 小时监控 2 液氮储槽泄漏 由于液氮属于无色无味的气体 人员会在不知觉的情况下产生窒息 考虑到液氮安全使用问题 液氮需放在通风良好 远离生活区的位置 3 冷冻钻孔施工时 保证管线的安全 4 液氮冻结期间 盾构机刀盘要经常检查是否可以转动 5 带压作业人员进仓前必须先进行体检 体检合格后方能进行带压进仓作业 且进仓作 业人员进仓前严禁喝酒 6 进入泥水仓前先进行气体检测 确认气体无害后 方可进入泥水仓作业 7 在泥水仓内作业时 作业人员须栓好安全带 8 后勤及医疗救护人员随时在仓外待命 地面高压氧仓待命 9 舱外人员和主机室人员要随时观察气压仓和泥水仓压力变化情况 如有变化 及时通 知机械总工 10 事前联系好有高压氧舱的医院或单位 随时具备送往医院的保压的条件 11 内燃空压机 运输列车 盾构供电 盾构上的空压机 保压系统和照明系统应处于 良好的工作状态 派专人负责维护 12 地面巡视人员 时刻观察地面情况 并时刻保持和主机室人员 八八 应急救援预案应急救援预案 救援组织机构见下图 14 图图 1414 救援组织机构救援组织机构 1 救援领导小组 主要任务是施工风险的预防 控制 扑救 查处的管理指挥工作 负责调集人员 救援物资 车辆 抢救生命财产 事故现场的指挥工作 2 行动组 主要是在发生事故后 立即召集人员迅速进行救护 尽可能把事故控制在 最小限度 同时派人迅速报告项目领导 3 报警组 主要任务是负责听从第一到达事故现场领导的命令 报警时要清楚说明事 故发生时间 地点 方位 事故是否造成人员伤亡等情况 报警后 要立即派人在单位门口 和交叉路口迎接消防车等救援车辆 4 通讯联络组 主要任务是上传下达领导指令和有关情况 对内要告知事故发生情况 如发生伤人或塌方等事件 要对外联络 通知人员和设施迅速赶到事故现场进行抢救 5 疏散引导组 事故发生时 疏散组长应立即带领本组人员弄清本工程疏散出口和消 防通道情况 引导施工人员正确逃生 在要道关口处设专人指挥 克服拥挤情况 6 救护组 主要任务是及时赶到事故现场救护伤员 送往医院医治伤员和完成领导交 给的其他任务 险情发生时 项目经理 项目副经理 总工程师立即去现场组织成立抢险领