苏州市轨道交通4号线Ⅳ-TS-1标土建工程盾构机改造方案

1、苏州市轨道交通4号线-TS-1标土建工程 盾构机改造方案目录1.区间情况介绍11.1 区间隧道情况11.2 工程地质及水文22.改造方案编制说明52.1编制目的52.2主要技术依据52.3编制原则53.盾构设备情况63.1盾构机类型63.2盾构机主要参数63.3盾构机改造93.3.1同步注浆系统改造93.3.2盾构刀盘改造183.3.3阀门改造181.区间情况介绍1.1 区间隧道情况元和停车场出入场线盾构区间：采用一台盾构机掘进，线路从出入场线盾构井出场线线始发，向南延伸以R=345曲线转向西，然后以直线下穿黄埭塘，接着下穿苏虞张公路，再以直线接至苏虞张公路站。然后调头再从苏虞张公路站入场线始

2、发，向东延伸再次穿越苏虞张公路，然后左转到达出入场线盾构井，本区间出入段线总长1891.849m。苏虞张路站苏蠡路站区间：本区间线路区间从苏蠡路站右线始发后，以R=450曲线右转下穿大片12层民房、厂房以及农田后以缓和曲线接至苏虞张路站。然后调头再从苏虞张路站左线始发，左转到达苏蠡路站。右线长819.916m，左线长795.813m，左右线总长1615.729m盾构区间参数详见表1-1“盾构区间参数表”。表1-1 盾构区间参数表项目盾构井苏虞张路站苏虞张路站苏蠡路站区间起始位置本区间线路从苏虞张路站出站后以直线下穿苏虞张公路，接着以R-350曲线（入线段）转向北，下穿黄埭塘后，再以直线接至盾构

3、工作井。本盾构区间线路从苏虞张路站出发后，以R=450曲线下穿大片12层民房、厂房以及农田后以缓和曲线接至苏蠡站。线路里程（）右RCK0+246.010右RCK1+200.000，右线长953.99m左CCK0+246.010左CCK1+183.826, 左线长937.859m左DK0+585.633左DK1+405.549, 左线长819.916m右DK0+585.633右DK1+405.549, 右线长795.813m曲线最小曲线半径350m最小曲线半径450m线间距9.11113.816m1415.668m坡度“V”型，最大纵坡22.2，最小坡度5“V”型，最大坡度25.3，最小坡度3.

4、5埋深511.6m9.016.1m联络通道及泵房1处1处管片6块厚度350mm、环宽1.2m的环形预制钢筋混凝土管片，错缝拼装，组成外径6.2m，内径5.5m的圆形单洞隧道。本工程的管片用量为2919环，详见表2-2“区间隧道管片数量表”。衬砌的设计强度为C50，抗渗强度等级为S10。衬砌每环宽1.2m，由封顶块（K），领接块（B1、B2），标准块（A1、A2、A3）构成。纵、环向均采用M30弯螺栓连接。衬砌接缝间防水采用由三元乙丙橡胶制成的弹性密封垫。1.2 工程地质及水文（1）工程地质条件根据江苏省苏州地质工程勘察院提供的苏州轨道交通4号线（主线）岩土工程初步勘察报告（勘察编号：2010K

5、310）钻探结果显示，拟建轨道交通4号线的沿线70.3m以浅地基土土层为第四系全新世至早更新世沉积的疏松沉积物，以粘性土为主，间夹砂性土。根据地质资料，本区间地层层序自上而下依次为：1淤泥层：灰黑色，流塑，富含有机质，有腥臭味，有时含少量碎石及生活垃圾，主要分布在沿线各河道内，层厚0.300.50m，层底标高-0.250.05m，压缩性高，工程特性极差。3素填土层：褐黄灰灰黄色，松散松软，以粘性土为主，含植物根茎，夹少量碎石砖，局部勘探点表层含建筑垃圾及夹淤泥层，属第四纪全新世（Q44）近代人工堆积物，层厚1.008.10m，层底标高-4.791.77m。1粘土：褐黄灰黄色，可塑为主，局部硬塑

6、，含铁锰质结核，夹灰色条纹。为第四纪晚更新世（Q32-3）冲湖积相沉积物，层厚1.904.20m，层顶标高-2.40-1.76m。2粉质粘土：灰黄青灰，可塑为主。含铁锰质斑点及灰色团块，下部夹薄层粉土，局部粉土含量高。为第四纪晚更新世（Q32-3）冲湖积相沉积物，层厚1.006.30m，层顶标高-5.44-2.03m。3粉土：灰黄灰色，稍中密，饱和。夹少量薄层粉质粘土，含云母碎片，标贯击数平均值N16.0。为第四纪晚更新世（Q32-3）冲湖积相沉积物，层厚1.004.60m，层顶标高-8.91-4.40m。2粉砂或粉土：灰黄灰色，中密为主，饱和。夹薄层粉质粘土，局部为粉砂，含云母碎片，标贯击数

7、平均值N16.6，为第四纪晚更新世（Q32-2）海陆交互相沉积物，层厚0.909.00m，层顶标高-10.55-6.24m。1粉质粘土：灰色，软塑流塑。薄层理发育，夹少量粉土薄层。为第四纪晚更新世（Q32-2）海陆交互相沉积物，层厚1.5018.80m，层顶标高-18.89-7.33m。1粘土：暗绿灰黄色，可塑硬塑。含灰色团块、条纹、铁锰质斑点，下部见铁锰质结核，偶夹薄层粉质粘土。为第四纪晚更新世（Q32-1）冲湖积相沉积物，层厚1.9010.80m，层顶标高-21.10-13.40m。2粉质粘土夹粘土：灰黄青灰，可塑为主，局部软塑。含铁锰质斑点，局部粉粒含量高，下部夹少量薄层粉土。为第四纪晚

8、更新世（Q32-1）冲湖积相沉积物，层厚3.5015.40m，层顶标高-31.04-21.96m。1粉质粘土：青灰灰色，软塑流塑。薄层理发育，夹少量薄层粉土。为第四纪晚更新世（Q32-1）冲湖积相沉积物，层厚1.4013.50m，层顶标高-36.32-27.39m。2粉土或粉砂：灰色，密实为主，饱和。局部为粉砂，相城段以粉土夹粉质粘土为主，粉砂主要矿物成分为石英、长石，含云母碎片，为第四纪晚更新世（Q32-1）冲湖积相沉积物，层厚2.107.80m，层顶标高-38.37-27.90m。3粉质粘土：青灰灰色，软塑。薄层理发育，夹少量薄层粉土。为第四纪晚更新世（Q32-1）冲湖积相沉积物，层厚2.

9、7011.40m，层顶标高-41.69-34.50m。（2）水文地质条件根据埋藏特征，可将地下水分为孔隙潜水含水层、微承压含水层、承压含水层。（1）孔隙潜水含水层潜水含水层主要由全新统Q4填土层组成，勘察期间苏州测得潜水稳定水位为地面下1.01.50m左右，标高1.461.48m，据区域水文资料，苏州市历史最高潜水位为2.63m，近35年最高潜水位2.50m（1985国家高程基准），最低潜水位标高为0.21m，潜水位年变幅一般为12m。（2）微承压水微承压水含水层由晚更新世沉积成因的3、3粉土、2粉土或粉砂层组成，其隔水顶板为1、2粘性土层，隔水层底板为1、2粘性土层，具微承压性。据实测结果，

10、微承压水水头标高在-0.201.90m，该层为对车站基坑开挖有直接影响的含水层。富水性主要受含水介质厚度制约。该含水层的补给来源主要为潜水和地表水。（3）承压水根据钻探结果，本次补充勘察范围内承压水含水层由晚更新世沉积成因的土层组成，主要为2粉土或粉砂及粉土、粉土夹粉质粘土层，具承压性，属于本区第I承压水。据4号线实测资料，其水头标高在-0.225-2.92m之间。该含水层的补给来源主要为承压水的越流补给及地下迳流补给，以地下迳流及人工抽吸为主要排汇方式。据区域资料，承压水水头标高在-2.70m左右，年变幅1m左右。（4）环境水及土的腐蚀性评价根据气象资料，本地区干燥度指数小于1.5，属湿润区

11、，场地土层含水量一般大于30%，因此可判定本地区环境类型为类。根据4号线主线初勘施工时所取潜水及地表水、微承压水水样水质分析结果，补充勘察范围内地表水对混凝土有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋有微腐蚀性。潜水对混凝土有微腐蚀性，长期浸水环境中对钢筋混凝土结构中钢筋有微腐蚀性，干湿交替环境中对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性。微承压水对混凝土有微腐蚀性，长期浸水环境中对钢筋混凝土结构中钢筋有微腐蚀性，干湿交替情况下有微腐蚀性。苏州地区系水网化平原区，地下水位埋深较浅，据本地区气象条件，结合场地环境及环境水腐蚀性评价结果，经综合判别，场地土（包括地下水位以下及地下水位以上土体）对混凝土有微腐蚀性，

12、对钢筋混凝土结构中钢筋有微腐蚀性。2.改造方案编制说明2.1编制目的元和停车场出入场线盾构穿越黄埭塘、苏虞张公路，苏虞张路站苏蠡路站盾构穿越大量12层民房及厂房等施工风险较大。为了使盾构顺利穿越以上特殊区域，需对盾构机进行改造以满足施工需要制定本方案。2.2主要技术依据（1）小松盾构机电气及机械设计技术文件（2）苏州轨道交通4号线IV-TS-01标盾构区间设计图纸（3）苏州轨道交通4号线IV-TS-01标盾构区间岩土工程详细勘察报告（4）德国施维英注浆泵技术文件（5）国家其他相关规范及标准（6）我单位多年盾构施工经验2.3编制原则盾构穿越建（构）筑物引起地面沉降的主要原因分析：（1）盾构推进过

13、程中引起的土层受扰动，是引起地表沉降的主要因素。（2）受扰动土的再固结。一是地层因土体中孔隙水压力变化产生排水固结变形引起地面沉降。二是土体受扰动后，土体骨架还发生持续很长时间的压缩变形，在此土体蠕变过程中产生的地面沉降。（3）盾构施工过程中各项施工参数设定如掘进速度、土压设定、同步注浆量等均是影响地面沉降的主要因素。综上所述，在已知盾构穿越的土层性质、覆土深度、隧道直径及施工方法后，控制好盾构施工参数确保铁路安全。3.盾构设备情况3.1盾构机类型本标段选用1台最新日本小松公司生产的TM634PSX土压式平衡式盾构机。3.2盾构机主要参数1.盾构机的技术特点（1）盾构机选用满足软土地质施工的土

14、压平衡盾构机，在土仓内上下左右配置了4个具有高灵敏度的压力传感器，通过PLC能将土仓内的土压力传送到操作台上的触摸显示屏，并且能自动地与设定土压进行比较，调节螺旋机的转速，土压过高过低都会在操作台上报警，因此操作人员能很好地控制土压平衡，减少地面沉降，适合本工程软土层的需要。（2）刀盘结构为面板式,结构坚固、强度高、刚性大、耐磨程度高，且具有较大的刀盘开口率40，能适应粘性土地层中土压平衡掘进时切削排土要求工况。 （3）刀具选择及布局要求合理，安装、拆卸方式简便牢固。切削刀及刮刀采用可更换形式。在粘土层中在刀盘上难以产生“泥饼”及堵仓现象，适合粘性土地层中掘进。（4）盾构机采用8台55kW变频

15、电动机驱动，具有较大的扭矩和转速，可适应不同地层的掘进需要。（5）管片拼装机具有6个自由度，保证管片容易拼装及拼装的质量。管片拼装机通过辅助措施可以在盾尾密封刷位置进行管片安装，便于在隧道内实现盾尾密封刷的更换。（6）在螺旋输送机的径向排土口设有一道液压开闭闸门，在开启油缸上安装有行程传感器。在操作盘上可任意控制该闸门的开口度，根据掘进速度随时调节排土量，可形成良好的土塞，提高排土止水效果。为进一步确保施工安全，盾构机在组装过程中增设了一道防水闸门。（7）螺旋机排土口配置防喷涌的设施及保压装置。为了防止螺旋机出土口发生喷发，配备了保压泵送系统，能确保在地下水较大地层中的掘进。（8）具有良好可靠

16、的泡沫和添加济注入系统，用于开挖面、土仓及螺旋机中土体的改善。设有自动控制的膨润土及添加剂注入设备和管路，刀盘上有5个注入口能对开挖面的土体进行充分的改善，并且在土仓胸板处、人行闸处及螺旋输送机上也设置若干个膨润土及添加剂的注入口，从而达到改善碴土性质。 （9）具有良好可靠的同步注浆注入系统，能及时充填管片与地层的间隙，减小沉降。同步注浆注入系统可以采用单液浆，也可以采用双液浆。（10）盾构机主机的密封装置在较高压力状态下具有良好的防水功能。（11）电气和液压元件质量可靠、响应迅捷，防水性能好，适应隧道内的高温、高湿工作环境。（12）具有应对紧急突发事件的能力，如紧急停电时螺旋机出土闸门可以通

17、过操作台边上的开关关闭，并且在主机内及操作室内的操作台上各有1个紧急停止开关。（13）控制系统的自动化程度高且具有连锁功能，减少了劳动强度和错误操作的发生。（14）盾构机具有故障自诊断及故障内容显示功能，方便维修人员的检修。（15）具备高精度的盾构机导向测量系统。配备由（ROBOTEC）光波自动导向系统，导向精度高，能实时反映盾构机的当前位置和理论位置，并提供调整指示。盾构机主要参数如下：盾构本体盾构外径6340 mm机长7655 mm外壳板长6905 mm外壳板材质及厚度前壳体:40mm后壳体:45mm分割数分割3段尾封钢丝刷式3段推进速度06.0 cm/min总推力37730 KN (38

18、50T)管片拼装机形式旋转环液压动作式旋转角度×旋转速度左右各200度×01.2rpm升降范围×摇动范围0700mm×0800mm压进力×起吊力216kN×172kN(22T×17.5T)皮带输送机数量一套皮带宽650mm速度130m/min驱动电机18.5kw排土量280m3/h刀盘位置项目名称参数刀盘形式面板型驱动形式变频电机驱动开挖超挖直径（mm）开挖最大直径6340mm超挖直径6590mm最大转速1.3rmp扭矩5147KNm(100)脱困扭矩6176KNm(100)扭矩系数20.2（开挖直径6340mm）驱动功率5

19、5KW×8=440 KW刀盘开口率40超挖刀形式通过油缸伸出最大超挖量125mm（相对于最大开挖直径6340mm）中心刀数量1把先行刀数量12把主切削刀数量78把单刃刮刀数量12把仿形刀2把3.3盾构机改造区间使用的盾构机为小松TM634PSX土压平衡式盾构机，由于本标段长距离穿越黄埭塘及大量12民房及厂房，为了使盾构穿越黄埭塘及大量12民房及厂房的安全，特对本台盾构机进行了一系列的改造。具体改造情况如下：3.3.1同步注浆系统改造我标段使用的盾构机为小松TM634PMX土压平衡盾构机，采用日本PA-30C同步注浆泵。为安全穿越黄埭塘、苏虞张公路及大量房屋建筑群，现对该盾构机进行注浆

20、系统的改造工作，用德国施维英注浆泵替换原有的注浆泵，并对原有的同步注浆壳进行改造，取消原有的清洗管路，增加一路注浆备用管路。土压平衡式盾构机后配套土压平衡式盾构机本体剖面图土压平衡式盾构机剖面图德国施维英注浆泵德国施维英注浆泵的技术性能：更换后的同步注浆泵体包括2个带硬铬镀层的泵送缸，带2个泵送活塞，一个吸入和一个排出阀腔，液压驱动提升阀，这样，在吸入和排出转换的时候物料不会从吸入腔回冲到排出腔，保证无强烈磨损，1个水箱冲刷泵送缸，液压缸驱动泵送活塞和提升阀，控制-根据路径或时间-自动控制，液压阀带手动杆用于泵送-减压循环-反泵操作。原同步注浆系统存在的不足:1、仅有一个注浆泵，注浆分别向盾尾

21、处的4个注浆分管管路供料，注浆时统一设定压力及流量。2、注浆泵的吸浆口较小，浆液进泵量略少，当浆液粘稠及注“厚浆”时，注浆量不能及时填充盾构推进形成的间隙。3、当注浆孔堵塞时盾构必须停止推进才能清洗注浆管，容易造成周边土体不均匀沉降。4、注浆管外壳厚度较大，盾构进出洞时易造成对帘布橡胶板的损坏。(盾构机外径与洞圈间隙各18cm，注浆管厚度12cm，帘布橡胶板销轴占洞圈间隙5cm，剩余间隙1cm)5、当四个注浆管中个别浆管堵塞易造成大部分浆液流向通畅的管路，致使局部浆液不均匀，从而易导致地面不均匀沉降。更换后双泵注浆泵双泵注浆的优点：1、当浆管堵塞时启用备用浆管注浆。对注浆管的日常维修及保养不影

22、响正常盾构推进。2、双泵分流注浆，本次更改后的双泵分别管控1、4号及2、3号注浆管，可实现不同注浆压力及注浆方量。3、增大注浆功率及提高注浆速度。当需要注入粘稠度较大的浆液时可轻松注入管道内。4、注浆管厚度由原来的12 cm减小至8cm，降低了盾构进出洞风险。泵体改造步骤：(1)拆除1号台车上的日本PA-30C同步注浆泵。(2)割除盾尾上的4块同步注浆壳。(3)拆除3号台车上的原有同步注浆泵的液压泵源。(4)在1号台车上安装德国施维英同步注浆泵。(5)在3号台车上安装2台德国帕克泵作为施维英泵的液压泵源。(6)在3号台车上安装专用油路块和减压阀。(7)在3号台车上安装施维英泵专用控制箱和电箱。(8)在盾尾上焊接新设计的同步注浆壳（取消清洗管路增加一根备用注浆管路）。(9)在左侧双梁上新增一路同步注浆管路