盾构过孤石段掘进工艺总结资料.docx

盾构过孤石段掘进工艺总结资料一、区间孤石概况 某城市地铁TA04标盾构区间隧道自DK18+238到DK18+829大部分在玄武湖下部中密密实的-4e2混合土中穿越，该层主要为角砾混砾砂、风化岩屑及少量粘性土，局部含有较大的孤石（主要分布在左线，勘探揭示的孤石具体分布情况见表1），单轴抗压强度最高46.35MPa，胶结性差，易坍塌，自稳性差，且含较丰富的弱承压水，因此隧道施工易产生围岩失稳问题，特别是孤石的分布对盾构推进影响较大。对于孤石的分布，由于尺寸相对较小，且分布有随机性，靠加密勘探无法有效的揭示其具体位置。另外，由于该段主要位于玄武湖底部，物探方法也无法有效使用。1，已勘明隧道开挖范围内孤石分布点位表（表1）：揭露孤石地勘孔号里程/掘进环号孤石埋深（米）D4Q7G29DK18+252/468.7环2122.7孤石（5#孤石点）D4Q7Z17DK18+309/421.2环2525.2孤石（4#孤石点）D4Q7Z35DK18+367/372.8环1919.6孤石（3#孤石点）D4Q7G67DK18+396/348.7环22.424.8孤石(隧道底板埋深23.5)（2#孤石点）D4Q7Z36DK18+426/323.7环15.216孤石（1#孤石点）勘测点布孔图：区段地质剖面图：部分地勘芯样照片：D4Q7G29(20-24m) D4Q7Z17(24-28m)D4Q7Z35(16-20m) 2，部分未勘明但根据掘进参数判断 当盾构掘进过程中刀盘扭矩参数变化较大、波动频繁，掘进速度跳动较大，且土压变化对推力、掘进速度、刀盘扭矩影响较小，四组刀盘伸缩油缸压力出现不均匀顺序变化，结合渣样分析，判别是否是掘进遇孤石。 在九锁区间左线里程DK18+孤石处理措施：盾构掘进孤石处理措施均需根据孤石的大小、位置、形状、周边环境等因素确定处理方法，目前孤石处理措施如下：1，地面提前预处理、物探法确定孤石大小范围，采取地面冲孔、挖孔处理孤石；、孤石区域注浆加固，是孤石与周围围岩土体固成一体，便于盾构机掘进通过。、小口径钻头钻孔爆破2，洞内处理（1）盾构超前注浆孔注浆，已达到对前方土体加固的目的，以使盾构顺利通过孤石。（2）对孤石进行静态爆破，大石化小，再把小石块从刀盘前方移进土仓由螺旋输送机排出土仓（3）若地层条件较好，则可直接开仓，对掌子面孤石用岩石分裂机破碎。（4）盾构机直接掘进由于隧道上方地面为玄武湖，不具备冲孔、挖孔条件，无法采用地面处理方式，且孤石大小不宜采取超前爆破施工，因此本项目采取了直接掘进过孤石。二、掘进工艺总结 1、掘进及同步注浆、设备上的准备 、刀盘刀具在盾构接近孤石区域前应选择合适的地层停机，对盾构机刀盘进行清理，同时检查更换刀具。2014年11月18日拼装环号303环 切口里程DK18+460.4 开舱清理查刀开舱滚刀及开口状况，及时冲洗刀盘清理后检查刀具，面板单刃滚刀、周边单刃滚刀、中心双刃刀以及齿刀刮刀均在正常磨损范围内，不予更换。2014年12月28日拼装环号338环 切口里程DK18+418.4 带压清舱换刀作业十三舱，清理泥饼及更换4把单刃滚刀 2015年3月27日拼装环号450环 切口里程DK18+284 开舱清理开口泥饼清理后可见掌子面、螺闸门的改造 孤石存在于混合土层中，在该区段掘进时很容易产生喷涌，首先我们在设备上解决，尽可能减少喷涌量，使皮带机能一次性带走，而防止盾尾掉渣落浆严重，减少清理量。 区间左线所使用的海瑞克S669型盾构后闸门安装的是单闸门，一旦闸门打开舱内压力会瞬间释放，使得闸门关闭迟缓而造成舱内失压，容易造成土体失稳。为此我们在螺闸门上做了一些改进： 改进前（闸门口监控截图） 第一次改进的手动闸阀（300板阀）第二次改进的启动薄型闸阀（300板阀）第二次改进后的启动板阀，该阀门可与螺闸门一起在驾驶室内超控，有效提高安全性能，同时可靠性较之手动闸阀要高得多。、掘进过程参数控制 隧道自里程DK18+519开始进入玄武湖后其埋深从17米延至26米，设计为29的下坡，计算中心土压1.6bar2.0bar。 、掘进模式的选择 盾构进入玄武湖底混合地层后，考虑到-4e2混合土自稳性差、易坍塌等特性，选择满舱建压推进和半舱加气保压推进两种模式。 满舱建压相对半舱加气保压掘进对土压控制较为容易，但相对压力要高出半舱气压的0.20.4bar，致使在获得同等速度时推力及刀盘扭矩明显比半舱加气掘进大；半舱加气保压掘进时对盾构操作手作业熟练度要求较高，必须能很好地根据掘进速度控制出渣量，防止土舱压力急剧下降而造成掌子面失稳塌陷。 半舱加气保压时可选择提高泡沫发泡率加大气体流量或启用SAM保压系统向土舱内加入压缩空气以达到土舱保压。前者的随意性较大，很容易造成大流量喷涌或底层击穿湖面冒气冒浆；后者可预先设定保压值，SAM系统灵敏度为0.1，当压力降低0.1时系统自动补气，同时当舱内压力急剧下降时补气流量会自动加大，达到迅速升压达到目标值的目的。在该混合土层孤石区段我们选择了满舱建压和半舱加气保压（启用SAM系统）相结合进行推进，以防止大面积塌方。当过小孤石时采用满舱建压掘进模式，通过较大孤石时采用半舱加气保压掘进模式。 掘进349环（DK18+396）2#孤石点、469环（DK18+252）5#孤石点采用半舱加气保压掘进；掘进其他小孤石点采用满舱建压掘进。469环玄武湖冒泡图、推力与扭矩 过孤石时，盾构机推力在1200015000KN之间，扭矩在1.52.5 MN.M之间。在此间区里很难控制，前方不均匀掌子面情况，致使推力波动较大，此时唯有以扭矩定推力，将扭矩控制在2.5MN.M内，为防止孤石环向转动漂移。掘进324环参数表、图： 推力曲线图刀盘扭矩曲线图1#孤石点掘进环耗时5小时多，推力相对平稳，但基本处于峰值，平均值为16324KN，超过了既定参数，刀盘扭矩波动较大，孤石对掌子面扰动较大。根据后期孤石掘进看该环掘进推力过大，应适当降低推力，让刀盘扭矩相应平稳，更有利于孤石切削破碎，在3#、4#孤石点得以应用，将总推力将至15000KN内，效果良好，刀盘扭矩曲线趋于平缓，无剧烈波动现象，但切削时间较长，刀盘结泥饼的风险增加，同时渣温升高至45摄氏度。2#、4#孤石点所采取半舱加气保压掘进，湖面有不同程度冒泡冒浆现象，但总推力及扭矩相应较之满舱降低，总推力在14000KN左右，扭矩在1.6MN.m,扭矩曲线波动范围降低。 、掘进速度与刀盘转速根据孤石大小选择盾构掘进速度与刀盘转速。对于1#、3#、4#孤石点掘进时，应该处孤石直径较小，掘进挤压切削时很容易与刀盘产生共转，加大土体扰动，增加刀盘扭矩，同时切削破碎速度降低，因此过此类孤石时采取高转速低速度掘进，速度控制在59mm/min，刀盘转速控制在1.51.8r/min。324环掘（1#孤石点）掘进速度与刀盘转速参数图：刀盘转速图掘进速度图高转速低速度掘进过孤石，尽管能取得较好的效果，但存在崩刀的风险。 拼装环338环带压更换刀具后，盾构掘过349环（2#孤石点）、373环（3#孤石点）位于383环换刀点拆除更换刀具，刀圈崩裂，刀毂受冲击较大有撞击痕迹。在掘进中刀盘转向不停转换，盾构转动角变化34。时可反转，频繁的刀盘转向变化也有利于孤石磨切破碎。 、 土压与出土量孤石点掘进时的土压根据计算土压及结合出渣量确定，不低于计算土压，当出土量明显超挖时，土压会上调10%20%。1#孤石点324环掘进时土压图（1、3号土压计分别显示顶部及腰部上部土压）孤石点出土时喷涌很难杜绝，一旦喷涌出土量就难以估计，且土压波动较大。因此盾构司机在操作时，螺旋机必须保持0.41.0r/min，螺闸门开启式不能仅开一条小缝泄压，这样会形成泥水分离，渣土会沉淀，在压力作用下易造成螺旋机泥饼，且混合土中的砾石砂砾等沉积易造成螺旋机卡转。 出土量控制我们采用的18m3土箱，在混合土层中掘进每箱土掘进行程控制在250mm300mm之间，同时兼顾注水量以及喷涌洒落量的大小。加气保压掘进时，出土速度应以掘进速度相匹配，以防止湖面冒气冒浆，尽可能位置土压的稳定。 渣土改良 为防止慢速长时间掘进刀盘结泥饼，采取了相应的渣土改良措施： 泡沫剂 选用康达特泡沫原液，泡沫比例2%，发泡率46，通过观察孔释放泡沫，泡沫能挂得住，常压下效果良好。 聚合物 选用中亿博安的聚合物，通过膨润土管路加入土舱内，对控制喷涌有一定帮助。、同步注浆根据海瑞克S669型盾构机开挖直径（64800mm）与管片外径（6200mm）计算同步浆液填充量：（3.24*3.24-3.1*3.1）*3.14*1.2*1.51.8=56m3 管片宽度 1200mm 混合土地层填充系数 150%180% 、同步浆液配比 根据相关经验和现场试验作出以下配比：南京地铁四号线九锁盾构区间同步浆液配比材料砂粉煤灰水泥膨润土水初凝时间厚浆500kg300kg0kg50kg300kg无水泥浆1500kg250kg50kg50kg270kg18h水泥浆2500kg200kg100kg50kg250kg10h水泥浆3500kg150kg150kg50kg300kg6h 在实际施工中根据地层条件、地下水情况、周边建筑情况再次做出配比调整。在孤石区掘进时采用了水泥砂浆3作为同步浆液，其初凝时间为6h，该类浆液24h固结强度大于0.2MPa，浆液固结收缩率5%，浆液倾析率5%。 、注浆参数选择 注浆量：考虑到孤石区掘进土体扰动较大，将同步注浆量在计算方量的基础上增加10%20%的量，即每一环的注浆量在7m3左右。注浆压力：同时严格将注浆压力控制在掘进断面静止水压力的100%120%，并略大于静止水压力，但不能超过4bar。 注浆时间与速度：严格执行掘进注浆，停止停注浆，补浆时盾尾油脂不能停，补浆条件为注浆压力未达到规定要求，相应区域设置注浆压力以供执行。同时现场值班技术员根据掘进出渣情况，做好了相应记录，一旦掘进环出现有超挖现象，当同步注浆孔到达该位置时，及时提醒盾构操作员对该位置进行补浆，已达到沉降控制要求，该处注浆压力设为静止水压力的120%。、管片拼装质量控制 盾构过孤石区时喷涌严重，致使盾尾渣土较多，清理难度加大，管片拼装前必须将盾尾清理干净，防止盾尾底部沉积泥沙，管片落不到底，造成错台错缝较大、管片浮动。遭遇严重喷涌出渣后的盾尾及桥架下方。 拼装前： 拼装工实测盾尾间隙，并如实做好记录。海瑞克S669型盾构机盾尾间隙理论最佳值为75mm，在拼装点位选取时以管片轴线偏差为依据，但盾尾间隙要作为考虑的对象，当盾尾间隙很小的情况下，盾尾间隙应作为最重要的因素考虑，以防止盾尾刷或管片损坏。拼装时以49mm为临界参数，当盾尾间隙低于该值时，必须以盾尾间隙为要因进行选型选点。49mm58mm为中间参数，管片选型时，两者重要性各占50%，可综合两重因素考虑。当盾尾间隙大于58mm时，选型以管片轴线作为最重要因素考虑，可不考虑盾尾间隙。拼装作业： 拼装工拼装作业时，严格遵守技术操作规程，作业时依顺序按拼装时点逐一回收推进千斤顶，严禁一次性将16组或8组千斤顶全部缩回。掘进千斤顶的撑靴平面应与管片平面吻合，防止撑坏管片密封条。 拼装作业后： 拼装工实测拼装后盾尾间隙，并如实记录，交给盾构司机，结合VMT盾构姿态掘进下一环。 拼装后管片螺丝必须拧紧，使用1000N.M的风动扳手依次拧紧螺丝，再拼装下一环时对上一拼装换的螺丝进行复紧。2、监控量测 过孤石段的监控量测工作至关重要，玄武湖水深12m，但湖底淤泥较深58m，监控量测点位布置后难以达到精确测量要求，但考虑到湖中过孤石时可能会引起塌陷，为防止大方塌陷，在湖中用20mm*4m的圆钢垂直打入湖中作为沉降控制监测点。 3、二次注浆 孤石点过后必须进行二次注浆，二次注浆的灰浆量根据监控量测或技术员记录的掘进情况进行调整，但过孤石点每环不低于0.4m3。同时过玄武湖底混