北京典型砂卵石地层盾构施工技术讲解

北京西部地地区典型砂砂卵石地层层盾构施工工技术汇报提提纲一、北京西西部地区典典型砂卵石石地层特点点二、北京地地铁9号线03标基本情况况介绍三、北京西部典典型砂卵石石地层盾构构施工技术术四、工程施施工进度五、总结一、北京西西部地区典典型砂卵石石地层特点1、卵石粒径径大，500mm～1200mm居多；2、卵石含量量高达50％～80％，细颗粒粒少；3、卵石强度度高，大于于100Mpa;4、地铁穿越越范围内全全断面无水水；5、地层破坏坏性为突发发性，属脆脆性破坏。。该地层与国国内其他在在建地铁城城市相比地地质情况复复杂，施工工难度高。。在该种地地层中进行行盾构施工工，国内尚尚属首次，，国外也不不多见，为为世界性难难题。二、北京地地铁九号线线03标基本情况况介绍丰台北路丰管路游泳场北路

工程概况1.1盾构构掘掘进进方方向向北京京地地铁铁九九号号线线03标位位于于丰丰台台区区东东大大街街，，由由““两两站站一一区区间间””组组成成，，丰丰台台东东大大街街站站、、丰丰台台北北路路站站和和丰丰台台东东大大街街站站～～丰丰台台北北路路站站区区间间，，均均为为地地下下结结构构，，其其中中丰丰台台东东大大街街站站是是目目前前北北京京地地铁铁在在建建最最长长的的车车站站；；区区间间呈呈南南北北走走向向，，单单线线隧隧道道长长1083m,左线线长长1053m，洞洞径径6m，采采用用盾盾构构法法施施工工。。由于于地地处处九九号号线线南南段段的的中中间间关关键键节节点点之之一一，，03标也也是是全全线线最最难难点点，，区区间间隧隧道道是是否否按按期期安安全全优优质质贯贯通通是是九九号号线线南南段段年年底底顺顺利利运运营营的的关关键键。。

参建单位1.2建设设单单位位：：北北京京市市轨轨道道交交通通建建设设管管理理有有限限公公司司监理理单单位位：：中中咨咨工工程程建建设设监监理理公公司司设计计单单位位：：北北京京城城建建设设计计研研究究总总院院有有限限责责任任公公司司北京京市市市市政政工工程程设设计计研研究究总总院院施工工单单位位：：北北京京市市政政建建设设集集团团有有限限责责任任公公司司埋深（m）投标时初勘报告施工阶段补勘岩性名称最大粒径(mm)一般粒径(mm)粒径大于的颗粒占总质量的百分比岩性名称最大粒径(mm)一般粒径(mm)粒径大于的颗粒占总质量的百分比9.0-10.0卵石12020-7070%卵石10.0-11.0卵石24020-8065%卵石45070-12070%11.0-12.0卵石32030-7065%卵石12.0-13.2卵石25030-6065%卵石53090-19080%13.2-14.0卵石16040-6070%卵石520110-21085%14.0-15.0卵石31040-11070%漂石920180-28085%15.0-16.3卵石33050-12080%卵石610140-26080%16.3-17.5卵石400100-14085%卵石470130-25085%投标标时时初初勘勘报报告告与与施施工工前前补补堪堪报报告告---------（北北京京城城建建勘勘测测设设计计研研究究院院有有限限责责任任公公司司））

工程地质与水文条件1.3

工程地质与水文条件1.3这种地质构造造是西南郊地地区独有的特特殊地质构造造，具有大粒粒径漂石、卵卵石含量高、、硬度大、间间断级配、全全断面无水等等特点。

工程重点及难点1.4一、03标工期非常紧紧：工程初期期拆迁进度缓缓慢，严重影影响工程进度度。从车站开开挖到具备试试运行要在不不到一年时间间完成，同时时在盾构施工工阶段还将经经历两会、中中高考的对施施工的影响；；其中区间隧隧道更是要在在无水大粒径径漂砾石地层层中4个月的时间内内实现洞通，，并且盾构始始发和接收到到场地狭小，，车站施工与与盾构施工过过程始终处于于交叉作业状状态，对我们们的盾构施工工组织提出了了很高的要求求。

工程重点及难点1.4二、03标地处闹市区区，施工场区区狭小，对如如何有效协调调车站与区间间施工组织提提出非常高的的要求。北京市市政四建设工程有限责任公司场地狭小

工程重点及难点1.4三、施工周边边环境复杂，，靠近居民区区和商户，同同时区间双线线隧道位于道道路下方，地地面交通流量量大，沿途地地下管线交织织密集，并存存在大量严重重松散地层。。周边环境复杂

工程重点及难点1.4四、盾构接收收的同时近距距离侧穿立交交桥桥桩，并并下穿D2200污水管线，控控制桥桩变形形和污水管竖竖向位移为难难点，整个区区间施工环境境风险非常高高。北京市市政四建设工程有限责任公司11.8m4.62m3.63m临近穿越立交交桥万丰桥隧洞隧洞

工程重点及难点1.4五、区间隧道道施工最大的的难度是在地地质条件上。。全线均为无无水大粒径漂漂砾石地层，，漂石粒径大大、卵石含量量高、硬度大大、间断级配配。地勘揭示示地层中卵砾砾石的含量高高达80%，最大粒径超超过900mm，平均抗压强强度80Mpa以上，而且在在隧道断面下下部存在砾石石胶结致密地地层，在此地地层下尚无盾盾构施工比较较成功先例，，被中外专家家评价为具有有高难度、高高科技、高风风险、高投入入的世界性难难题。三、北京西部典型型砂卵石地层层盾构施工技术术

盾构设备选型3.11.设备规格：φ6.14m加泥式土压平平衡盾构机2.建设单位：北京市轨道交交通建设管理理有限公司3.盾构制造方：：北京市市政政四建设工程程有限责任公公司4.施工使用方：：北京市市政政四建设工程程有限责任公公司5.应用项目：北北京地铁九号号线03标投入两台加泥泥式土压平衡衡盾构机盾构构机完成区间间双线掘进施施工。盾构机参数外径Φ6.１4m壳体总长8805mm全长13455mm总推进力40000kN单位面积推力:1350kN/m2推进千斤顶2500kN×16根铰接千斤顶2500kN×12根盾构最大掘进速度92mm/min刀盘参数驱动方式电动变频驱动扭

矩

(45Hz时)6282kN-m(扭矩系数α=22.6)扭

矩

(120%时)7538kN-m主轴承型式三排三列滚柱轴承转速0～1.6rpm总功率660kW刀盘支撑方式中间支撑

盾构设备选型3.1目前，世界上上还没有盾构构机能够完全全满足这种无无水大粒径漂漂石地质条件件的快速掘进进施工。市政政集团四公司司为了攻克这这一世界性难难题，凭借敏敏锐的市场洞洞察力，依靠靠多年积累的的雄厚研发和和制造能力、、丰富的盾构构施工经验、、精干高效的的人才储备，，决定在吸收收消化原有IHI盾构机技术的的基础之上研研制两台拥有有我国自主知知识产权的盾盾构机。公司司充分剖析北北京西南地区区独特的无水水大粒径漂砾砾石地层构造造，在原IHI盾构机的基础础上，融入““以疏为主主、以隔为辅辅”的设计思思路，转化了了四公司承担担的市政路桥桥控股集团科科研项目“盾盾构系列化模模块化研究””的部分成果果，对盾构机机刀盘、螺旋旋输送机等进进行了优化，，研发了自主主的自动控制制系统，制造造了两台拥有有我国自主知知识产权的盾盾构机，该盾盾构设备具有有大开口率、、高扭矩、高高推速、强输输送能力等显显著特点。

盾构机的研发3.2市政四公司通通过北京地铁铁10号线、大兴线线、沈阳地铁铁1号线以及北京京南水北调团团九线等工程程中，集聚了了盾构施工经经验、人才储储备、技术实实力，有着对对在砂卵石地地质条件盾构构施工的深刻刻理解。通过对当前国国内外盾构机机制造业的业业态、发展方方向、国内提提供配套设备备的实际能力力调研。本着着有效地利用用国内、外两两种资源实现现盾构最佳的的技术经济性性为出发点，，通过多层次次论证，针对对该项目，公公司成立了以以公司总经理理助理为代表表的盾构科技技研发攻关小小组。

盾构机的研发3.2

盾构机的研发3.2经过6个月艰苦奋战战，2011年1月底，2台具有我国自自主知识产权权的盾构机在在北京市政集集团四公司盾盾构基地正式式下线，投入入施工。

设备特点3.3⑴采用大直径螺螺旋输送机带式螺旋，输输出最大粒径径由原先增大到，可大幅提高高大粒径卵石石的通过能力力，是目前中中国6m级在用地铁盾盾构最大的无无轴螺旋。原IHI盾构机螺旋新盾构机螺旋旋ф460mm××L750mmф650mm××L1100mm

设备特点3.3⑵进一步优优化刀盘、刀刀具布置原刀盘采用圆形形辐条式,不能满足大粒粒径漂砾石地地层施工。原IHI盾构机刀盘

设备特点3.3刀盘开口率为为54%，采用新型刀刀具布置新盾构机刀盘盘

设备特点3.3新盾构机刀盘盘特点1、增大刀盘开开口率。2、增强刀具的的抗撞击性。。（1）通过加宽合合金以保证刀刀具的有效切切削，加强刀刀具两侧合金金的防撞击能能力；（2）在刀具两侧侧加增防撞挡挡块，用于减减小大直径砾砾石的冲击防防止合金破碎碎。3、优化刀具的的布置。（1）在刀圈上的的先行刀分3层布置，以保保护刀圈及减减轻内圈刀具具压力。（2）布置刀具时时，覆盖整个个开挖断面，，对称性布置置刀具，保证证刀盘受力均均衡，运转平平稳；切刀正正反方向布置置，刀具整体体采用牙型交交错排列。4、加强刀具的的耐磨性。对刀座进行耐耐磨焊条堆焊焊，以提高其其耐磨性；5、增加鱼尾刀刀保护刀。对对鱼尾刀中心心加泥口进行行保护。

设备特点3.3盾构机推力由由原来的37500kN增大到40000kN，在全镐推进进时，速度能能达到92mm/min，在全千斤顶顶顶伸下理论论最大日掘进进速度为48环，日进尺57.6m。控制系统具有有自主知识产产权，特别是是自动纠偏系系统可有效降降低对操作手手操作水平的的要求，使操操作手从繁复复地操作中解解放出来，使使其有更多精精力处理施工工中的其他问问题，解决制制约盾构施工工效率及成型型隧道质量的的瓶颈，以提提高施工效率率，确保工程程质量。⑶增大推力力及推速，大大幅提高工效效⑷具有自主主产权的控制制系统

塑流化改造技术3.4在无水砂卵石石中，塑流化化改造的效果果直接影响到到刀盘扭矩的的大小和土压压力的平衡。。在掘进初期期，为使土体体具有良好的的流动性，于于是向开挖面面注入大量泥泥浆，结果在在施工中发现现泥浆量过大大使螺旋排出出的土过稀，，甚至出现喷喷涌，土压力力波动较大。。同时，土压压仓内大粒径径砂卵石会在在重力作用下下沉至底部，，使土体搅拌拌不均匀，增增大了刀盘扭扭矩和刀具的的磨损。经过过分析后，减减小泥浆注入入量，增大泡泡沫注入量，，同时提高稀稀释液的粘度度和泡沫的发发泡率，结果果刀盘扭矩大大大降低，能能够建立稳定定的土压力。。通过分析得出出：在砂卵石石地层中，泡泡沫能够大大大改善土压平平衡盾构机的的掘进性能，，泡沫注入量量加大以后刀刀盘扭矩明显显减小，推进进速度大幅提提高，刀盘刀刀具的磨损程程度降低，提提高了设备的的使用寿命。。

双液注浆技术3.5因无水砂卵石石颗粒之间空空隙大，浆液液在土体之间间的流动性好好，扩散较快快，因此要求求浆液凝固时时间较短，故故宜选用双液液注浆（水泥泥，粉煤灰浆浆液+水玻璃）。同同时浆液扩散散面积大，管管片外圈与土土体之间填充充率较低，因因此需要加大大注浆量，提提高填充率数数值。通过分分析地面沉降降等相关数值值，本标段同同步注浆填充充率取110%～120%，同步注浆压压力范围设定定为0.5～0.7MPa。二次补注浆浆量控制在500～600L，为防止成型型管片变形，，二次补注浆浆的压力范围围设定为0.4～0.5MPa。考虑到地面面沉降控制、、成型管片变变形等因素，，同步注浆以以总量控制为为主，二次补补注浆以压力力控制为主。。四、工程施工工进度

盾构机下井组装4.1短短6个月的时间2台盾构机制造造成功，正式式下线投入北北京地铁九号号线03标施工，在无无水大粒径漂漂砾石地层施施工中充分体体现了设备的的优势，体现现了团队的实实力.

盾构机下井组装4.12011年2月26日，右线盾构构机吊装下井井，开始组装装调试。3月16日正式始发。。3月31日掘进至55环完成初始掘掘进。2011年1月16日，左线盾构构机吊装下井井，开始组装装调试。2月16日正式始发。。3月4日掘进至49环完成初始掘掘进。

施工过程4.2从2011年2月16日左线盾构机机正式始发至至6月20日盾构机刀盘盘抵桩，历时时124天。从2011年3月16日右线盾构机机正式始发至至6月29日盾构机刀盘盘抵桩，历时时103天。实际施工时地地层难度超乎乎想象，地层稳定性极极差，土压力力平衡建立非非常困难，对对盾构设备刀刀具磨损严重重，对塑流化化改造技术、、管理和效果果控制提出非非常高的要求求。

施工过程—刀盘检修4.2施工过过程中中创造造了单单班掘掘进20环、单单日掘掘进35环、单单周掘掘进176环、不不换刀刀最长长掘进进480m、地面面微沉沉降、、桥梁梁2mm沉降的的辉煌煌记录录，得得到国国内外外专家家们的的高度度评价价，是是对四四公司司长期期以来来致力力于地地下工工程研研究和和探索索的大大力肯肯定，，开创创了盾盾构在在无水水大粒粒径漂漂砾石石等复复杂地地层下下掘进进的新新领域域，书书写了了地铁铁盾构构建设设历史史的新新篇章章。

取得成绩4.3随着右右线最最后一一环管管片的的拼装装完成成，盾盾构机机精准准破洞洞而出出，北北京地地铁九九号线线03标盾构构区间间双线线2136m精准贯贯通。。从第一一台盾盾构开开始掘掘进到到双线线贯通通，仅仅用4个月时时间，，单线线掘进进3个月，，各项项指标标完全全满足足要求求，为为九号号线年年底通通车创创造了了先决决条件件。

圆满完成4.4

圆满完成4.4左线区区间从从2011年6月21日开始始进行行洞门门凿除除工作作。7月7日盾构构机开开始解解体，，至7月14日全部部解体体吊装装完成成，历历时8天。右线区区间从从2011年6月29日开始始进行行洞门门凿除除工作作。7月20日盾构构机开开始解解体，，至7月29日全部部解体体吊装装完成成，历历时10天。五、总总结砂卵石石层分分类及及其对对刀具具的影影响最大粒径<300mm最大粒径>300mm含砂率<30%磨损为主，不考虑冲击冲击为主，磨损为辅含砂率>30%特别注重磨损冲击，磨损砂卵石石层分分类：：