富水砂卵石地层土压平衡盾构长距离快速施工技术

富水砂卵石地层土压平衡盾构长距离快速施工技术杨书江中铁隧道股份有限公司一、简介二、盾构选型三、快速施工四、建构筑物的保护五、监控量测六、对今后施工的建议简介成都地质以地下水位高、卵石含量高硬度高、漂石含量高且局部密集成群著称。成都地铁1号线盾构4标左线隧道长2328.2米，包括火车南站～桐梓林站、桐梓林站～倪家桥站、倪家桥站～省体育馆站三个区间，区间长度分别为943.5米、888.5米、496.2米。区间隧道下穿火车南站民房、股道群、机场高速立交桥、二环路人南立交桥等建筑物，地下管线密集。隧道主要穿越〈3－7〉卵石土层，部分地段穿越〈4－4〉卵石土层，卵石含量高达55～80%，卵石成分主要为中等风化的岩浆岩与变质岩，单轴抗压强度65.5~184MPa。卵石粒径以30～70mm为主，局部80～120mm，地层中粒径大于200mm的漂石含量占0～22.3%（重量比）且局部密集成群，全线已发现最大漂石粒径达670mm，地下孔隙水主要赋存于砂卵石土层中，含水层总厚度18.2～23.8m，为强透水层，渗透系数12.53~27.4m/d，枯水期地下水位埋深3~5m，丰水期2~4m。盾构选型刀盘结构1)刀盘结构形式刀盘直径

6250mm，开挖直径6280mm。面板式结构，中心支撑方式。刀盘转速0～4.5rpm，可双向旋转。2）刀盘驱动采用液压驱动，由九个液压马达通过九个减速箱来驱动刀盘。主轴承外径为3000mm，设计寿命10000h，最大推力34210kN，额定扭矩6000kNm、脱困扭矩7150kNm。3）刀盘的开口形式开口率28％，有8个开口槽，刀盘开口部分加焊非封闭式隔栅，只允许粒径300mm以下的碴块进入土仓。4）碴土改良注入口设计刀盘面板上有8个泡沫注入口，隔仓壁上预留4个泡沫注入口备用。泡沫注入口也可以用来加注水、细粒膨润土和其它添加剂。5）耐磨设计在刀盘面板和外缘进行硬化处理并用进口焊条焊接格栅状的耐磨材料，每个进碴口的周圈进行硬化处理并堆焊耐磨材料。盾构选型刀具类型及组合初装刀为4把17寸中心双刃滚刀，32把17寸单刃滚刀，28把重型宽刃齿刀，8套刮刀。螺旋输送机采用轴式双螺旋形式，1号螺旋机长度13400mm，2号螺旋机长度8100mm，无极变速，转速0～22rpm，最大出碴量285m3/h。螺旋直径800mm，节距630mm，螺旋带高度290mm，粒径小于300mm的卵石可直接进入土仓并通过螺旋输送机输出。1号螺旋机前端1/3的螺旋焊接了耐磨块，对前1/3的螺旋筒内壁进行了耐磨处理。快速施工掘进参数◆始发段掘进车站围护结构采用直径1500mm的玻璃纤维筋人工挖孔桩，盾构始发时不凿除围护桩，可以避免围护结构凿除时引起的端头土体失稳。1）刀盘转速：刀盘转速控制在1.0rpm，并尽可能选择低速。2）推力：始发段掘进时总推力不宜大于1200t，推进速度不宜大于25mm/min。3）土仓压力：盾构破桩掘进时采用敞开式模式，进入原状土层后采用土压平衡模式掘进，土压力0.6～1.0bar◆正常段掘进1）土仓压力：控制3号压力传感器压力，并实时调整，在停机时适当提高土仓压力，避免地面发生较大的沉降。2）刀盘转速及贯入度：刀盘转速在1.0～1.1r/min，刀具贯入度在50-60mm，掘进速度可保持在50-70mm/min左右。在大粒径砂砾石地层中尽可能采用小转速掘进，可以较好地保护刀具。3）油缸推力及行程：相向两组油缸推力值差一般在50bar以内，四组油缸行程差一般不大于40mm，总推力在1200～1500t左右。4）掘进姿态：直线段水平姿态控制在0±5mm以内，曲线段水平姿态控制在0±10mm以内，掘进时每环姿态调整量控制在10mm以内

。富水砂卵石地层土压平衡盾构长距离快速施工技术◆贯通前50米掘进盾构距车站围护桩约50m时，根据盾构姿态测量和洞门复测结果，制定盾构姿态调整方案。土压0.6±0.1bar，速度40mm/min以内，推力1400t以内，刀盘转速1.0r/min。距离贯通面10m时遵循“小推力，低转速，少出土”的原则逐步降低土仓压力，盾构推进保持匀速、平稳，速度控制在20mm/min以内，土压0.4±0.1bar，推力1200t以内，刀盘转速0.8r/min。◆车站围护桩段掘进洞门围护结构采用4根桩径为1500mm的玻璃纤维筋人工挖孔桩，盾构破桩时遵循“小推力、低转速，减小扰动”的原则，确保不对车站端墙造成破坏。掘进模式从土压平衡逐步向敞开式过渡，破桩速度控制在10mm/min以内，推力不大于1000t。富水砂卵石地层土压平衡盾构长距离快速施工技术注浆◆洞门圈处注浆安装完＋2环管片后，盾尾已完全进入隧道内，停止掘进对洞门圈注浆。洞门圈处总注浆量约10m3，注浆压力不超过0.3MPa。◆同步注浆1）注浆压力上部压力稳定在0.1～0.12MPa，下部压力在0.18～0.2MPa。2）注浆量根据《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299－1999)，注浆量应控制在130%～180%。根据砂卵石地层的特点，同步注浆量确定为理论间隙的150%～200%，即为6.07～8.09m3/环。◆补充注浆在局部地段，同步注浆浆液凝固过程中可能存在局部不均匀、浆液凝固收缩或稀释流失，造成注浆不密实，根据检测结果，必要时进行二次补强补充注浆。补充注浆以水泥、水玻璃等材料为主，注浆压力不超过0.3MPa，注浆时以压力控制为主。富水砂卵石地层土压平衡盾构长距离快速施工技术碴土改良及出碴量控制◆碴土改良碴土改良对减少刀具磨耗、提高出碴效率具有关键性的作用。施工中不断摸索总结，采用泡沫剂、泥浆、水相结合的碴土改良工艺，每环泡沫剂用量一般在30～45L左右，泥浆加入量每环一般6m3。当碴土较干或碴土中夹有泥岩时可通过膨润土罐或盾构机前体上安装的水管向土仓内加入适量的水。◆出碴量控制出碴量采用体积和重量双重控制，每环约3.2～3.5矿车，体积约为55～58m3，重量110～117t。超出上述基准后必须及时分析原因采取相应处理措施。水平、垂直运输水平运输采用35T电瓶车牵引4节18m3矿车、2节管片车、1节砂浆车组成，车站内设置道岔，便于错车，提高运输效率。垂直运输配备16T、45T门吊各一台，分别负责管片等材料的下放及碴土起吊。富水砂卵石地层土压平衡盾构长距离快速施工技术换刀工艺的探讨左线隧道全长2328.2米更换刀具15次，平均145.5米换刀一次，最短换刀距离87米，刀具磨损极其严重。左线隧道换刀过程中进行了多种辅助工艺的试验。◆降水DK14+393处隧道底板埋深约15.9m，穿越的地层为密实卵石层。施工3口降水井降水，降水井距隧道中线5.5m，深度25～30m，至少提前7d开始降水。开仓后掌子面土体稳定，降水效果很好，安全、成功地实现了刀具检查和更换工作。隧道处于全断面卵石层中，只采用降水方式即可保持换刀工作面的稳定。富水砂卵石地层土压平衡盾构长距离快速施工技术◆降水＋人工挖孔桩在DK13+810处采取降水井+人工挖孔桩加固方案，在隧道中心线左侧设3口人工挖孔桩，两侧约4.5m处设有4口25m深的降水井，同时2号人工挖孔桩留作换刀和修复刀盘时的辅助降水井和通风井。◆降水＋人工挖孔桩＋高压旋喷注浆在DK14+075采用人工挖孔桩和高压旋喷桩组合的加固方式。在盾构机切口环正上方施工7根直径φ1200mm的人工挖孔桩，挖孔深度至盾壳上50cm，4号桩不浇注混凝土，作为仓内清碴、更换刀具、检修刀盘时的通风排烟通道。在刀盘前方施工4排高压旋喷桩，直径450mm，呈梅花型布置，共施工30根。为避免旋喷水泥浆液将刀盘刀具糊住，增加仓内清碴困难，控制第一排旋喷桩施工深度至盾构机的轮廓线的深度，其余3排旋喷桩施工深度均为20.5m。富水砂卵石地层土压平衡盾构长距离快速施工技术◆气压法换刀由于砂卵石地层透气性较好，采用气压法换刀关键是保持泥水仓或土仓内压力的稳定，即减少气体的逃逸。对土压平衡盾构而言，采用气压法换刀难度相对较大。停机换刀前，往土仓内注入优质膨润土泥浆，转动刀盘，在气压下浆液会逐步渗透到砂卵石层的孔隙中，进而形成泥膜，一般土仓内压力保持在0.08～0.1MPa，可以满足换刀的需要。◆换刀方案评价目前施工中采用气压法换刀，但当刀盘磨损严重或者刀座变形必须使用气割时，在气压法状态下无法实现，仍需采用常规加固方法。采用地表加固地层一方面受地表环境条件的限制，需要大量的协调工作；另一方面实际换刀地点与提前进行地层加固的地点可能不一致，往往造成资源的浪费和工期的延误。成都地铁地层以砂卵石为主，降水后骨架效应较好，可以维持土体的稳定，但在风化泥岩侵入隧道底部或者砂土、黏土层中，降水效果一般，需要在降水基础上辅助其它地层加固工艺。富水砂卵石地层土压平衡盾构长距离快速施工技术建(构)筑物的保护◆过火车南站股道群盾构始发30米后垂直下穿宽60m的火车南站10条股道，隧道顶距道碴底部7.69m。火车南站每天通过的车次共84次，其中货车61次，客车23次。为确保盾构顺利通过火车南站股道，提前对股道进行了扣轨加固。3号线为成昆铁路正线，5号线为预备线，车流量大，运载量重，为确保盾构机开挖过程中线路的安全，3号线用D16m型梁扣轨，梁基础为桩径

1.2m的人工挖孔桩，间距15.75m，跨度14.5m。5号线用D24m型梁扣轨，梁基础为桩径

1.6m的人工挖孔桩，间距23.75m，跨度19.5m。其余股道用56b型工字钢束梁扣轨，纵梁采用5根工字钢为一束，跨度为12.5米。横抬梁采用两根工字钢为一束，在枕木间连续设置。盾构下穿股道时未对铁路行车造成任何影响，且股道沉降微小，扣轨效果明显。富水提砂卵趣石地屠层土下压平抖衡盾栗构长敢距离鹅快速木施工童技术建(构)筑物匪的保稿护◆成奶都信载息港座加固盾构谅通过恋成都纤信息姜港时目，隧众道区在间已重经全众断面报处于胡致密毙卵石器地层暑之中通，并勿且基青底距况右线落隧道垦顶的柿距离宅尚有5.匠9m，但涉是考薯虑到疗此建蠢筑物锹为独赔立扩笨大基袍础，冒整体权性不胁强，丽为避门免盾盐构通乳过时封产生锡的不挂均匀捕沉降乳对建您筑物帽基础蹈的影紫响，饥在盾纪构通续过前畜，按初间距1.袄2米施愉工一罚排注乡丰浆孔享，进专行注酷浆加包固，雹同时脸在靠昆近建决筑物越基础腿一侧类施工辫一排悄跟踪映注浆手孔，室盾构啊通过唱时根奴据监保测情梯况进有行跟沉踪注线浆，延及时住填充极地层麦受扰玩动后照形成刊的空魄隙，枯确保顿建筑掘物基席础的寒稳定情和安边全。◆人溪南立虎交桥锋加固二环害路人采南立侦交桥止桩基杀距离泄隧道徐最近群约1.分5米，枝结合莲盾构豪掘进张以来罢的地谊表沉辆降规辆律，痛特别珍是盾它构过开机场况高速挣立交尝桥时箱的施凉工措樱施及播地表搏沉降晕情况塌，在嘱距离雨隧道址较近晃且靠圾近隧秩道侧宏的桩冶基进昨行花授管注豪浆加献固，埋在桩随边0.5米范气围内仿间隔1.飞2米采用课钢花管返垂直打吧入桥基销下2米的地丹层中，听对桥基笼进行注他浆加固肠。富水埋砂卵字石地冲层土胀压平雀衡盾迫构长勉距离衔快速处施工溪技术建(构)筑物桌的保恼护成都衫信息视港加糖固图富水侍砂卵绕石地兴层土躺压平曲衡盾勿构长跃距离师快速震施工宪技术建(构)筑物的罢保护人南锡立交稳桥加扬固图富水需砂卵鉴石地粪层土柜压平害衡盾直构长择距离飘快速治施工章技术建(构)筑物的命保护◆污水势管人民丢路污船水管筹是成趋都市锋主要政排污扰管道镇，每羡节管厘道长200论0mm，壁厚100扰mm，管伪径12势00散mm，管梅底埋孕深6.牲8～8.3米，排眼污峰值云约400量0m3锋/h，钢筋踏砼带形择基础，锹平口相亮接，采革用水泥世砂浆封签堵，砂成浆内埋韵入20号10×绿10镀锌铁雹丝网，演铁丝网悟埋入基洒础内10挣0m胆m。左线屯盾构隧糊道在ZDK森12+冈695信~+芬745段与污怕水管斜摩交，管顿底距离岭隧道顶兵部最近道距离1.8雪5m。采均取的日措施郑如下团：1)距离耗污水伸管15m处带驶压进垦仓检净查更惯换刀舱具，搬同时身对盾巴构机达各系则统进郑行全捉面的良维修担保养口，确夏保盾男构连日续掘服进。2)总推胸力15引00偿t，掘进妈速度40～60烛mm盾/m立in，刀盘别转速小墓于1.愿0r旱/m换in，土仓紧压力0.侦8～0.摸9b松ar，出碴贺量55～58名m3，注环浆量7～8m3，并根邻据情况铁补注浆畜。3)加强监霞控量测驼，监测齿信息及乞时反馈街指导施杰工。4)安排改专人24小时控对地挖表及叠污水扰管运框行情岩况进度行巡经查，寺出现束异常卫情况总及时察向盾涌构主兰司机电及项出目部耽领导凳反馈新信息窗，以州便及午时采草取措冰施。盾构帽于20勒08年5月20日～24日顺利什通过50米污水洞管，地奖表最大跑沉降6.佩16猫mm，污水烦管线运爸行正常凝。富水砂简卵石地沃层土压征平衡盾盼构长距逐离快速飘施工技柏术对今后棵施工的凯建议盾构选应型建议◆一号古线盾厨构存瞒在的齿问题一号线遭选用了7台海瑞颗克土压朋平衡盾着构机，崭从使用怜效果看剧，主要帜存在以吉下问题担：1）刀盘7台盾帽构机赞刀盘凭均为糠面板怪式结数构，冷开口栽率在25％～28％。稀由于因刀盘种采用唤中心痒支撑梅方式塌，刀寸盘中欣心部疑位无闷开口专，在伴泥岩眼中掘笼进时胡易形骡成泥恼饼，茧造成硬中心映刀具斜磨损稳严重盗。刀劝盘开技口率争相对羞较小略，不梦利于邪卵石我顺利遣进仓里，造凯成卵滑石的榜多次而破碎漂，增描大了伤对刀俗盘面删板的在磨损夜，另税外刀链盘轮职缘磨疑损比停较严骄重。2）刀段具主要州采用特单刃桑滚刀堤破岩献，由柏于卵默石随莲着刀借盘的毕转动容而移喂动，胀卵石限破碎诉比较具困难铲，增疲加了讲刀具淘的磨词损和社异常场损坏柄。3）螺旋寄输送机海瑞志克盾鸡构采真用双悲螺旋芦设计躬，可饱以有错效避师免富贫水地杰层掘拾进时摄的喷唱涌现闭象，唉由于响隧道侮埋身风浅，准水压震较低牛，大黄多数稿标段阅只保牛留了1号螺旋耽机，未智再安装2号螺吵旋机坡。另袄外仅1号螺旋聪机前端1/3段焊臂接了兴耐磨捏块，真造成泼螺旋韵叶片熄磨损完严重北，施榴工中份多次置进行庄了螺炮旋机勾叶片列的修绑复工暂作。富水匀砂卵承石地善层土管压平侨衡盾锻构长完距离龙快速执施工量技术对今后柿施工的着建议盾构选国型建议◆对二号挪线盾构贫选型的伐建议1)卵石献以排宾为主坚，破毛碎为贪辅刀盘菜采用漠中间认支撑省方式拿，辐迈条加贺小面兰板式猪结构叠，刀惭盘开味口率35％左右昌，同时捞加大刀铺盘中心农部位的秧开口率煤。采用直妹径90乓0m穷m轴式螺顾旋输送洒机，节志距63擦0m蹄m，螺旋午带高度34暴0m剥m，可以皱直接排耗放大部雀分的卵童石。预迎留二级蠢螺旋机渡接口，耗分段设鲁置检查擦窗口，闯以便及靠时检查睛修复磨量损的螺默旋机叶恩片。2)卵石不只破碎，暖直接排灰放采用辐养条式刀佛盘，开但口率65％左据右，复带式链螺旋若机排劫碴。亦日本乌在这粱方面淡成功古经验劈燕较多馒，日虹立盾压构机幸采用种直径100浊0mm的带式创螺旋机佣，可以滨输送L7荣25丹×￠670扁mm的卵石奋，直径845领mm的带猛式螺肚旋机乎，可翠以输厚送L6卧30卫×￠570洒mm的卵石似，即使疯在含大颈漂石的拼砂卵石宇地层中辫易完全被适用，航但成都塌地铁地抛下水位接较高，政带式螺梳旋机不系易形成怨土塞效须应，实愉际效果端还有待窑于验证晚。3)刀盘恭、螺错旋机犁的耐眠磨性谷能必子须在院一号愉线的绑基础非上大辨幅提渠高。富水拒砂卵匹石地证层土棋压平宗衡盾容构长兵距离顽快速度施工助技术对今后屯施工的净建议详尽曾的地遗质勘假察和赛建（难构）偿筑物孙管线男调查建设碌单位屠应提辞供尽商可能喜详尽矿的地卵质勘过察资贷料，蝇尤其盗古河尊道、躲不良迫地质件等，描施工饼单位芽应根海据详偷勘资终料制舒定地柄质补顽勘计功划。施工前求对盾构耻掘进影落响范围政内的建鞋（构）振筑物、阶地下管委线现状上进行调论查，以岗便制定挎相应的斗保护措此施。密切关背注车站辽施工进房诚展，了姑解车站若端头水汪文地质本条件，漂降水时危带泥带哀砂情况福。监控量菌测盾构铅掘进填实际携出碴灿量大贴于理招论出冻碴量碗时，鬼地层侮形成池空洞树，由靠于砂锁卵石洁地层缺的拱微效应橡，监刑测数屈据往栏往不纤能及章时反抄映实沫际沉屑降数惩值，件在地烈面各勇种荷敬载的换扰动虾下，安土体文分层脚沉降樱，最财终造腥成地富面塌委陷。敌施工轻中安辛排专叙人24小时不洪间断进宁行地表过巡查，揉但只能反起到事愁后补救缴作用。究采用地恼质雷达疤对盾构祥通过后宽的地层裹进行探繁测，所已得到的捞数据与洲实际情乳况相距静甚远，缴难以起啊到指导册性作用撞。二号线奏施工时乒应开展井地层探真测的相桶关研究倍，以便工提前采虎取措施率，防止亿地面塌荡陷。富水恩砂卵拔石地养层土舞压平浑衡盾逼构长声距离则快速总施工惜技术对今粘后施史工的交建议盾构美井端当头围虏护结哨构形队式及跃端头圾加固盾构裕始发桑前一康般先袖凿除认开挖醋范围内内的虽围护中结构借，凿献除过路程中宫极易延发生忧端头冷土体井失稳倾现象滨，给尸盾构给始发纸带来册了安虹全隐眨患。栏成都婶地铁旧在全射国首稼次使按用