气垫式泥水盾构施工风险及控制

1北京铁路地下直径线气垫式-泥水盾构施工风险及控制孙善辉盾构及掘进技术国家重点实验室中国.郑州中铁隧道集团有限公司2一、泥水盾构工作原理二、基本构造三、施工风险及控制四、结束语交流目录一、泥水盾构工作原理两种掘进模式：泥水平衡模式（直接控制）和气压平衡模式（间接控制、又叫D模式）。泥水平衡模式：刀盘后侧设置隔板，它与刀盘之间形成泥水压力室，将加压的泥水送入并充满泥水压力室后，通过加压作用和压力保持机构，来谋求开挖面的稳定。对于不透水的粘土，使泥浆压力适当大于围岩主动水土压力来保证隧道开挖面的稳定；对于透水性大的砂性土，泥浆渗入到土层内一定深度，于很短时间内在土层表面形成泥膜，改善围岩的自承能力，并使泥浆压力在开挖面上发挥有效的支护作用。

气压平衡模式：也叫间接控制模式或“D”模式，它由空气和泥水双重系统组成。在盾构的泥水室内，装有一道隔板，将泥水室分割成两部分，在隔扳的前面充满压力泥浆，隔板后面（盾构轴线以上部分）加入压缩空气，形成气压缓冲层，气压作用在隔板后面的泥浆接触面上，因此可通过泥水和空气双重系统来控制开挖面的支护压力。该过程由操作者根据液位、压力传感器信息控制，设备上还有自锁系统进行自我保护，故该模式更适合于围岩不稳定和沉降控制要求高的地质情况。优缺点对比：日系、德系。地层适应性。泥水盾构特点1.在复杂及不稳定地层中能稳定开挖面；2.泥水传递速度快而且均匀，开挖面平衡土压力的控制精度高，对开挖面周边土体的干扰少，地面沉降量控制精度高；3.刀盘、刀具磨损小，出土采取泥浆携带；4.刀盘所受扭矩小，更适合大直径隧道施工；5.适用于软弱的淤泥质粘土层、松散的砂土层、沙砾层、卵石层和硬土的互层等地层。特别适用于地层含水量大、上方有水体的江河湖海隧道。6、缺点：费用高，泥水处理场占地面积大。二、基本构造及部分系统下面以气压平衡式泥水盾构为例，介绍泥水盾构特有的系统，主要内容包括盾构构造介绍、泥水循环系统、气体保压系统等。泥水盾构构造

泥水盾构结构主要包括刀盘、盾体、主驱动、人仓、管片安装机、设备梁及吊机、推进缸、保压装置、破碎机等，拖车上布置的设备主要包括主排浆泵、控制室、空压机、砂浆管、电器设备、水泵水箱、泥浆管延伸装置等。不同的盾构厂家，其布置不同。刀盘前盾中盾盾尾管片开挖仓气垫室泥水仓门管片拼装机设备桥推进油缸主驱动电机米字梁主轴承破碎机人仓门人仓进浆管排浆管减速器盾尾密封刷真空吸盘盾构后配套拖车泥水循环系统

泥浆循环的方式包括旁通模式、开挖模式、反循环模式、隔离模式和长时间停机模式。旁通模式开挖模式反循环模式隔离模式长时间停机模式气体保压系统

该系统的主要功能就是保证开挖面的压力稳定。这也是间接控制式泥水盾构的主要特点。泥水仓的压力稳定是直接关系到掌子面稳定的重要因素，为保证工作面压力的稳定，泥水盾构提供了一套专门的压缩空气系统。该系统气源由空压机提供。气体通过空压机出口上方的粗滤器，然后通过两条独立的管线分配到人闸和开挖室。该系统布置了两套独立的压力调节系统，能根据设定值，自动调节气仓内压力，使气仓内压力一直稳定在设定值。目前是使用的一般是SAMSON公司产品。其原理为，当压力降低或升高，与设定值有偏差时，通过压力的反馈，调整进气阀或者排气阀，对气仓内进行补气或排气，使压力逐渐升高或降低到设定压力值，直至与设定值平衡。因为掘进时液位总是存在一定的波动，其压力有一定变化，SAMSON系统能根据压力的反馈，及时对气压进行调整。压力调节器进排气阀三、施工风险及控制措施下面三以北三京铁三路直三径线12三m级泥三水盾三构为三例，三从盾三构运三输、三组装三调试三、始三发、三接收三、穿三越风三险源三及盾三构机三主要三部件三及系三统(刀盘三刀具三、主三驱动三、推三进系三统、三循环三系统三等)等方三面，三介绍三其技三术难三点、三风险三及对三策措三施。（1）工三程概三论隧道三全长62三82三m，其三中51三75三m隧道三采用三盾构三法施三工。三盾构三法隧三道采三用一三台全三新的Φ1三1.三97三m膨润三土—气垫三式泥三水加三压平三衡盾三构机三施工三。盾构三由天三宁寺三桥北4#竖井三始发三，沿三天宁三寺桥三、西三便门三桥、盾构隧道管片内径Φ10.5m，管片外径Φ11.6m，环宽1.8m。管片环采用通用楔型环，每环管片由6块标准块、2块邻接块和1块封顶块共九块组成。（一）盾构始发盾构三隧道三主要三穿越三的地三层以三卵石三土、三圆砾三、中三砂、三粗砂三为主三，向三西卵三石粒三径逐三渐加三大。三一般三粒径20～40三mm，最三大粒三径为55三0m三m，大三于20三mm的颗三粒含三量约三占总三重的60三%，亚三圆形三砾石三，中三粗砂三充填三。盾构三隧道三所在三地层三主要三为空三隙潜三水和三孔隙三承压三水，三地层三最大三渗透三系数K=三15三0三m/三d潜水三，最三大水三土压三力为3b三ar。地三下水三位埋三深为23三.1三3～24三.3三1。（2）盾三构始三发1）端三头加三固效三果检三查①端三头加三固土三体强三度检三查；②地三下水三位检三查。2）洞三门凿三除为了三防止三洞门三破除三后发三生涌三水涌三砂现三象，三先将三1m三厚的三地下三连续三墙凿三除0三.6三m,三剩余三0.三4m三的保三护厚三度，三洞门三中心三鱼尾三刀部三位Ф三1.三4m三范围三内多三凿除三0.三2m三，并三将外三露的三玻璃三纤维三筋全三部割三除取三出，余三下连三续墙三由刀三盘直三接破三除。3）始三发件三安装①设三计：三强度三、刚三度、三精度三要求三；②安三装：三精度三、安三装顺三序、三安装三质量三；③始三发件三相对三位置三、模三拟掘三进。（3）盾三构组三装调三试1）编三制相三关专三项方三案，三组织三召开三专家三论证三会；2）大三件吊三装、三翻身三安全三（规三范、三试吊三、溜三钩）三；3）大三件运三输进三场顺三序应三与下三井组三装顺三序相三协调三；4）盾三构组三装调三试过三程严三格管三控，三防止三关键三遗漏三、错三装；5）刀三盘主三驱动三的连三接、三液压三管路三的连三接、三主驱三动油三脂管三路的三连接三、盾三体的三连接三及焊三接等三；6）相三关验三收工三作（三盾构三组装三调试三验收三、始三发条三件的三验收三、配三套系三统的三验收三等）三。（4）试三掘进1）风三险：三始发三基座三、反三力架三变形三；洞三门密三封外三翻、三喷涌三；掌三子面三坍塌三；盾三构姿三态差三等。2）始三发注三意事三项①第三一环三负环三管片三拼装三质量三（焊三接临三时反三力装三置、三与反三力架三垂直三密贴三、防三椭圆三变形三措施三等）三；②第三一环三负环三缓慢三平稳三推出三盾尾三，及三时支三撑稳三定；③防三扭块三的作三用及三割除④刀三盘初三始贯三入洞三门注三意事三项（三润滑三油脂三、刀三盘初三始转三动等三）⑤初三始泥三浆循三环及三贯入三连续三墙注三意事三项（三无需三减压三，仅三保持三泥浆三循环三维持三盾构三掘进三即可三）⑥掌三子面三压力三建立三（在三盾构三主机三进入三洞门三前，三压力三从小三到大三逐渐三建立三），三泥浆三循环三不可三长时三间不三掘进三状态三下进三行掘三进模三式循三环；⑦及三时封三闭至三关重三要。粉质三粘土三地层砂砾三石/砂卵三石地三层砂砾三石、三砂与三粘土三交互三地层典型三地层（二）盾构地质适应性1、刀三盘刀三具改三造与三地层三适应三性第一三次刀三盘改三造对三比图砂卵三石板三结地三层抗压三强度23三MP三a原切三、刮三刀原切三、刮三刀新切三、刮三刀保护三刀刀具名称原有数量改造后数量切刀296把296+48+16=360把重型撕裂刀320周边刮刀1632中心刀12把切刀鱼尾状5把双联滚刀双刃滚刀034单刃滚刀08焊接合金刀096刀盘外周和过渡区撕裂刀052其中26把焊接可更换，26把不可更换改造三情况三表第二三次刀三盘改三造（三带压三动火三）改造三原因三：①三滚刀三刀间三距过三大无三法有三效松三动土三层；三②严三重的三“泥三饼”三及“三土包三石”三严重三磨损三、破三坏刀三盘刀三具；三③切三、刮三刀螺三栓受三大卵三石剧三烈冲三击疲三劳断三裂，三导致三大批三掉落三；④三刀打三刀。刀座三改造第三三次刀三座改三造（三带压三动火三）①刀三盘刀三具主三要磨三损、三破坏三情况⑴刀三盘本三体发三生较三大磨三损，三主要三是M2三8刀轨三迹对三应的三刀盘三半径5.三33三6米周三圈；M1三4、M1三5号刀三对应三的3.三14三m半径三周圈三；M4、M8刀箱三对应三的1.三59三-2三.1三9m半径三周圈三；M9刀箱三对应三的半三径为2.三19三-2三.5三1m周圈三；其三中1.三81三m半径三周圈三磨损三最为三严重三，经三测量三磨损三深度三最大三达到35三cm；⑵三刀盘三中心三区滚三刀刀三箱磨三损破三坏严三重（M1、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M1三1、M1三3、M1三4、M1三5），三已无三法安三装滚三刀；三⑶周三边刮三刀、三切刀三崩齿三、掉三落破三坏严三重。②主三要完三成情三况修复三滚刀三刀箱13个、三中心三刀刀三箱5个、三辐条8根；三新焊三切刀三刀座12三9把、三新型三撕裂三刀38把、三耐磨三钢板32三6块、三合金三刀3把。刀箱三已损三坏已更三换刀三具需更三换刀三具待确三认刀三具下页三图片三备注90度辐三条0度辐三条27三0度辐三条18三0度辐三条08三#15三#04三#09三#5#中心三刀2#06三#14三#13三#28三#26三#28三A刮刮刮刮35三#16三#29三#10三#01三#24三#29三A#34三#30三#25三#27三#31三#18三#17三#23三#22三#21三#20三#12#19三#11#07三#03三#33三#38三#39#36三#32三#37三#刮00三#27三0度辐三条修三复前三后对三照图2、带三压进三仓刀三具更三换及三动火三焊接①带三压进三仓准三备工三作：三高质三量泥三浆制三备—刀盘三舱泥三浆置三换—旋转三刀盘—封堵三漏气三点—保压—人、三材、三料、三机到三位—降低三液位—液位三、压三力、三补气三量稳三定后三准备三进仓三。②带三压进三仓程三序：三专业三操舱三人员三到位—合格三进仓三人员三到位—交清三工作三内容三和注三意事三项—进仓三加压—气垫三仓通三水、三电、三风—工作三时间三达到三规定三要求—通知三出舱—人员三关闭三仓门三确认三安全三后—掌子三面补三浆并三开始三减压—出仓三交清三工作三所完三成情三况。③刀三盘舱三带压三条件三下动三火焊三接工三作原三理：三在常三规带三压作三业基三础上三，通三过增三设一三些特三殊设三备设三施、三仪器三仪表三、人三员防三护及三相应三盾构三改装三，实三现作三业人三员在三刀盘三舱压三力状三态下三的焊三接作三业，三并保三证作三业人三员能三够呼三吸足三量的三新鲜三空气三，焊三接产三生的三废气三能够三及时三排出三，同三时保三证刀三盘舱三压力三恒定三、掌三子面三稳定三及作三业人三员的三健康三安全三。作三业过三程中三，全三程由三摄影三、进三排气三流量三计、三氧气三及有三害气三体浓三度检三测仪三和吸三氧控三制器三等专三用设三备设三施监三控，三从而三保证三作业三期间三的安三全高质三量泥三膜泥膜三开裂概念三：饱三和潜三水、三盾构三饱和三气体三带压三进仓程序三：首三先作三业人三员进三入高三压居三住舱三，按三照加三压表三缓慢三加压三至预三定压三力，三然后三全天三侯高三压环三境下三观察三其作三业人三员身三体、三心理三及生三活状三态，三确认三安全三后，三然后三将中三转舱三与生三活舱三对接三，进三舱换三刀作三业人三员进三入转三运舱三，然三后将三中转三舱转三移到三盾构三人舱三进行三对接三，作三业人三员进三入盾三构人三舱，三然后三到达三刀盘三舱开三始工三作，三每次三单舱三作业三完成三后，三人员三再经三转运三舱进三入高三压生三活舱三继续三生活三，直三至所三有换三刀作三业完三成后三，最三后一三次性三减压三。3、饱三和气三体带三压进三仓法国70三1m，中三国48三0m，俄三罗斯三发现20三00三m深海三生物三。中国三海军48三0米饱三和潜三水实三验①减三压病②气三压伤③缺三氧症三及氧三中毒④二三氧化三碳中三毒及三氮麻三醉带压三作业三病理三知识4、刀三盘刀三具优三化设三计伸缩三刀具三（常三压换三刀装三置）替补三刀具紧急三救援三刀具互换三性刀三具设三计5、刀三具磨三损检三测装三置①液三压检三测刀②蓝三牙装三置检三测刀③电三极装三置检三测刀④示三踪技三术⑤内三窥镜三技术带压三油路①主三轴承三：密三封（三油脂三注入三）；三保险三轴断三裂；（三）各主要构件及系统②破三碎机三：安三全防三护及三维修三安全三，气三垫舱三常压幻灯三片11③泥三浆（三舱）三门:安全三防护三；④变三频电三机：三冷却三（循三环水三道清三洁）⑤推三进系三统：三油缸三冲缸三、密三封泄三压及三液压三油检三测、三过滤三。⑥刀三盘、三盾壳三：卡三机处三理，三盾构三后退三。⑦SA三MS三ON系统三检修⑧尾三刷更三换⑨管三片拼三装机三、管三片吊三机