上海m超大直径盾构穿越复合地层关键施工技术案例

超大直径盾构穿越复合地层关键施工技术xx江通道工程xx隧道工程局有限公司2014年4月28日汇报提纲工程简介管理体系施工进度项目施工关键技术一、工程简介xx江通道工程位于xx长江大桥和纬七路过江通道之间，距离xx长江大桥约5km，连接xx主城区与浦口规划新市区，是xx市城市快速路系统跨江成网的重要通道之一。xx江通道起于浦口区浦珠路转盘西侧，向东南跨越丰子河路、北岸滨江大道，北线（N线）穿越长江主航道、潜洲及夹江水道后与扬子江大道相接，南线（S线）与扬子江大道交叉并下穿后，止于江东路，和定淮门大街（xx路）连接。工程简介S线隧道工程地质纵断面图工程位置Φ14.5m衬砌厚0.6mΦ13.3m双层4车道隧道结构：双层四车道管片参数：

每环：7B+2L+1F

管片宽：2000mm

管片厚：600mm

楔形量：48mm安装方式：错缝拼装一个隧道，上下两层，四个车道，南上北下。工程概况地质复杂：隧道穿越粘土层、粉细砂、中粗砂、卵砾石层以及中风化粉砂岩地层。地质特点淤泥粉砂砂卵层粉质粘土泥岩角砾岩砂岩1468m480m580m1607mxx江通道工程盾构隧道特点工程特点435掘进距离长4135m

1开挖直径15.02m2险隧道穿越上软下硬复合地层施工风险大水压高石英含量高管片拼装精度高覆土厚度0.6D薄长大高大----盾构开挖直径达到15.02米，为目前世界上最大的泥水平衡盾构机之一；15.02m相当于5层楼高工程特点工程特点高----施工中承受的水压最高达0.74MPa，为国内之最；

复合地层岩石石英含量高达65%；

管片拼装精度高；

0.74MPaS线4135m长----盾构一次掘进距离离长达(S线4135m）薄----最小覆土厚度0.6D(D为隧道直径）工程特点0.6D险----地质条件复杂，需需穿越卵石层、泥泥岩层、砂岩层，，同时沿线需穿越越桩群和风井，并并可能存在孤石、、漂木、铁锚、沉船等不明障碍物物。工程特点风井二、管理体系系根据工程施工需要要，中交隧道工程程局有限公司组建建了项目经理部，，项目经理部下设设“七部两室”：：工程部、安质部部、物资部、设备备部、科技部、财财务部、计合部、、试验室、综合办办公室。根据工程程地域特点项目部部下设四个工区：：盾构工区、梅子子洲工区、江南工工区和管片预制场场。机构设置机构设置三、施工进度度管片预制场管片预制场：承担担2070环管片和2070块口型构件施工任任务，目前管片预预制完成1639环，口型构构件1839块。盾构工区盾构工区：：盾构掘进进1324m，管片共拼拼装662环，完成盾构构段内部结结构施工958m。梅子洲工区区梅子洲工区区：完成围围护结构、、水下开挖挖、混凝土土封底施工工，地下主主体结构基基本完成，，拟进入地地上风塔施施工。江南工区江南工区：：完成盾构构接收井，，连接线的的明挖基坑坑工程基本本完工。四、施工关关键技术汇报大纲复合地层超超大直径盾盾构掘进关关键技术管片预制与与拼装技术术隧道结构防防水内部结构同同步施工临江超深圆圆形深基坑坑施工复合地层超超大直径盾盾构掘进关关键技术刀盘直径:15m开口率：25.7%固定滚刀：：19英寸双刃滚滚刀45把（可更换换)17英寸双刃滚滚刀6把(可更换）可推出式滚滚刀：面板19英寸双刃滚滚刀32把（可更换换）外周19英寸双刃滚滚刀6把（不可更更换）刀具配置砂卵层、岩层掘进状态B、硬岩工况------

滚刀冲前头、刮刀当助手A、软土工况------刮刀上前线、滚刀躲后边软土掘进状态掘进工况刀具配置4个常压换刀刀舱：可常压更换换80把主切削刀刀，保持软软土掘进效效率作业人员在在刀盘幅条条内更换刀刀具常压更换切切削刀近十年来，，国内穿江江越河的大大直径盾构构隧道建设设得到了飞飞速的发展展。大直径、高高水压、长长距离是大型越江江隧道的共共同特点。。长距离掘进进对盾构机机刀具寿命提出了更高高的要求。。尤其是在复复合地层中中，刀具磨磨损不可避避免，在刀具无法满满足全程掘掘进寿命要要求的现状状下，不得不寻求中途更更换刀具的的技术突破破。刀具更换分为常常压开舱更更换和带压压开舱更换换两种方式式，地质复杂性、多多变性和周周边条件的的局限性，，尤其是深深水江河下下，很难实现常常压条件下下开舱更换换刀具，因因此带压开开舱更换刀刀具成为唯唯一的选择择。带压开舱分为为常规压缩缩空气条件件下开舱和和饱和压缩缩空气条件件下开舱两两种形式，，实践表明明后一种开开舱方法具具有极大的的优越性。。盾构开舱作作业1、泥膜的形形成机理和和泥水平衡衡在压力作用用下，泥水水中的悬浮浮颗粒随着着泥水渗入入到开挖面面土体颗粒粒空隙中，，产生填充充孔隙的阻阻塞和架桥桥效应，形形成泥膜。。压力泥水通通过泥膜对对挖掘面土土体产生支支撑的平衡衡效果。这这种动态的的平衡就叫叫泥水平衡衡。在盾构掘进进中，盾构构刀具不断断地切削开开挖面土体体的过程，，也是泥膜膜不断地被被破坏和再再建立的循循环过程。。不同的地地质其泥浆浆配置不同同，泥膜形形成时间也也各不相同同。盾构开舱作作业2、土层级配配与建膜关关系泥浆直接从土体中逸散土层有级配配、泥浆要要匹配泥浆在开挖面形成稳定泥膜盾构开舱作作业3、泥膜类型型根据泥浆在在土体中渗渗透的深度度和密封效效果，可分分为：泥皮皮泥膜和渗渗透泥膜。。渗透泥膜的的建膜速度度快，对泥泥浆指标变变化的敏感感度低，适适用于盾构构掘进中开开挖面的动动态支护。。缺点是泥泥浆滤量大大。泥皮泥膜的的建膜速度度慢，密封封性好，对对泥浆指标标变化的敏敏感度高，，泥浆滤失失量小，一一般用于开开挖面的静静态支护。。缺点是失失水易开裂裂和剥落。。盾构开舱作作业4、带压作业业的泥膜——复合泥膜要求：气密密性好；滤失量小；；寿寿命长；复合泥膜=渗透泥膜+泥皮泥膜泥膜的气密性研究带压作业泥膜的状态模拟压气管排水管盾构开舱作作业5、复合泥膜膜的关键技技术地层级配泥浆颗粒级配界面压差1渗透泥膜高指标泥浆界面压差2泥皮泥膜复合泥膜盾构开舱作作业常规压缩空空气开舱作作业流程常压区0.61～0.64MPa压力区泥水舱人闸舱气泡舱常规压缩空空气开舱存存在的弊端端作业人员呼吸压压缩空气，，呼吸气体体密度增加加，呼吸阻阻力增大，，工作能力力下降；压压缩空气中中氮气的麻醉醉作用，导致作业业人员风险险意识和判判断能力严严重降低，，容易出现现人身伤害害事故。超过压缩空气开开舱技术限于6.0bar的极限。每班次压气作作业均须执执行加压和和减压至常常压的程序序，每班次次的有效工作的的时间仅为为20～25min，减压总时时间大于180min，工作效率率低下，极极大的影响响工程进度度。每天多次执行减减压程序，，减压病发病病率较高，危害作业业人员身体体健康。饱和法开舱舱作业在一定压力力下，人体体血液和组组织中溶解解的气体的的压力与肺肺中该气体体的压力相相同情况下下的带压作作业方式叫叫饱和法开开舱作业穿梭舱运输穿梭舱与生活舱分离穿梭舱与盾构舱对接泥水舱人闸舱气压舱地面生活舱0.56PMPa氦氧饱和气体0.65MPa穿梭舱0.56MPa饱和法开舱舱作业流程程：人工配置混混合气体：：(5%O2/75%He/20%N2)饱和法开舱舱作业的优优点避免了常规规带压开舱每每次作业都都需要加压压、减压的的问题，使使得舱内工作时间大大大延长，每班次工工作时间最最长可达5h，在岩石地层层磨损严重重、维修工工作量大、维修持续时间较较长时，饱饱和法开舱舱技术能大大幅度减少停机换换刀作业时时间，加快工程进度，工作时间间比常规压压缩空气进进舱提高9倍。作业人员呼呼吸专用的的压缩氦氧氧混合气体体，既降低作业业人员呼吸吸阻力，又避免了氮麻麻醉情况的的发生。饱和潜水法法进舱作业业饱和潜水水换刀可可以在满满足不了了掌子面面支护压压力的情情况下进进行作业业，例如如泥膜无无法形成成的地层层或者支支护压力力达不到到掌子面面稳定需需要的程程度等情情况。另另外，在在打捞泥泥水仓底底部遇到到的异物物等工况况下也可可以使用用饱和潜潜水。挖掘舱气泡舱刀盘照明装置置预留孔孔可视系统统预留孔孔冲洗装置置预留孔孔气泡前舱舱壁安装装球阀作作为可视视系统预预留孔可视化刀刀具检测测系统螺杆法兰钢制外管手轮推进设计后视系统统可视化刀刀具检测测系统前视系统统可视化刀刀具检测测系统检测结果果刀具捕捉三维计算计算结果可视化刀刀具检测测系统通过对盾盾构机刀刀盘—驱动部深深化设计计，创新新研制出出刀盘—驱动部滑滑动装置置，运用用其功能能特性，，使刀盘盘整体脱脱离开挖挖面土体体。不仅仅在刀具具更换过过程中，，给新刀刀具留有有足够的的余量，，减小刀刀具安装装阻力；；而且在在盾构施施工中可可作为刀刀盘脱困困应急方方案。当当刀盘扭扭矩达到到上限时时，通过过该系统统可减少少掌子面面土体作作用在刀刀盘上的的扭矩，，使盾构构机恢复复到正常常掘进工工作中。。刀盘伸缩缩刀盘伸缩缩16.1m5道盾尾密密封刷------阻隔洞外外高压泥泥水进隧隧道，尾尾刷在掘掘进过程程中如有有损坏，，最内侧两两道可以检查和更更换。5道盾尾刷隔离1MPa水压和土压尾刷更换换管片预制与拼拼装技术术管片预制制隧道管片片：外径14.5m，内径13.3m，环宽2m，管片厚厚度0.6m，楔形量量为48mm。隧道衬衬砌采用用单层管管片，为为通用环环楔形管管片，每每环由10块管片构构成。其其中标准准块7块(B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7)，邻接块块2块(L1，L2)，封顶块块1块(F)。管片环环与环之之间用58根T30的纵向斜斜螺栓相相连接，，每环管管片块与与块间以以3根T36的环向斜斜螺栓连连接，环环向斜螺螺栓共30根。模具检测钢筋笼入模

预埋件安装管片预制制骨架成型混凝土振捣养护拆模管片预制制管片起吊

管片翻身管片静停降温区管片入水池养护管片预制制序号项

目检测要求检测方法允许误差(mm)1环缝间隙每环测6点插片≤0.82纵缝间隙每条缝测4点插片-0，+23成环后内径测4条(不放衬垫)用钢卷尺±24成环后外径测4条(不放衬垫)用钢卷尺-0，+45环、纵向接缝螺栓孔不同轴度螺栓能顺利穿进安装螺栓<1.0管片拼装装管片拼装装隧道结构构防水xx江通道工工程隧道道防水方方案三元乙丙橡胶断面海绵橡胶挡浆条断面隧道防水水螺栓孔防水聚醚聚氨酯密封条隧道防水水xx江通道工工程隧道道防水方方案隧道防水水隧道内部部结构施施工512mm厚上层车道板车道、立柱基础口型构件（预制）排烟通道500×1200mm车道纵梁500×500mm车道立柱（间距6m）预制混凝土隔墙板逃生楼梯逃生通道隧道内部部结构施施工隧道内部部结构施施工临江超深圆圆形深基基坑施工1200mm地下连续续墙，深深度62.452m墙间接头头采用“套铣接头头”内支撑体体系采用用一道顶顶冠梁+三道环