砂土复合地层盾构掘进施工工法

I砂土复合地层盾构掘进施工工法2019年12月Ⅱ 5.1施工工艺流程 45.2操作要点 6 6 6 8 8 5.2.7盾构掘进姿态控制 5.2.8盾构掘进施工监测 5.2.9砂土复合地层盾构掘进适应性分析 5.2.11刀具维护和更换 6.1材料计划 6.2劳动力组织 6.3施工机械配置 7.1同步注浆与二次注浆质量控制措施 7.2盾构掘进质量保证措施 Ⅱ 444砂土复合地层盾构掘进施工工法1、盾构合理的刀盘及刀具选型设置，恰当的刀盘开口率，较强的刀盘刀具3、地表沉降及周边建(构)筑物变形控制效果好，盾构连续穿越砂土复合5井(检查工作井)等施工措施，减少管线迁改和交通导改工程量。6、经济效益显著。通过合理的刀盘及刀具选型设施工工艺流程见图5.1-1。命675.2.1盾构刀盘刀具选型设置本工法相关的科研课题“盾构复合地层掘进刀具选型与应用技术研究”通过资料调研、理论分析手段，研究确定砂土复合地层盾构刀盘刀具选型如下。定的同时有利于砂土流动，渣土在能够快速的进泥饼，减小刀盘扭矩及砂层磨损，是砂土复合地层的合理选择。2、砂土复合地层盾构掘进宜采用“切削刀+先行刀+周边保护刀+中心鱼尾刀”组合配置，属于软土盾构刀具典型配置，各种类型刀具发挥不同作用，是砂土复合3、刀盘开口率宜提高至50%,在开挖面稳定控制、提高掘进效率、降低刀具磨损等方面达到合理平衡。且中心部位较大开口，可保证渣土进入土仓的顺畅性，防4、刀盘钢结构宜采用高强Q345B材料，并通过在受力主梁加强材料措施保证85.2.2合理渣土改良措施确定1、合理选择渣土改良添加剂选用合适的渣土改良添加剂。添加剂除具有改善开挖土体的流塑性能，还具有润滑刀盘、刀具和螺旋机及降低刀盘扭矩、保持开挖面稳定和提高开挖面止水性等作用。针对盾构刀盘刀具结构型式以及砂土复合地层情况，最终试验总结出适合砂确保出土顺畅。添加剂种类和注入量如下所示。(1)泡沫溶液的组成：泡沫添加剂3%～4%,水97%～97%。(2)泡沫组成：90～95%压缩空气和5～10%泡沫溶液混合而成。泡沫的注沫注入量原液约为50-100L。(3)通过注入系统向刀盘面、土仓或螺旋输送机内注入泡沫剂，利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与渣土混合。通过渣土改良，可以更好地建立正面平衡压力，降低透水性，另外盾构切削下来的渣土也具有更好的流塑性和稠度。2、盾构机渣土改良相关设备设置(1)渣土改良材料注入口泡沫喷口4个(单管单泵),膨润土喷口和泡沫喷口各自独立，在刀盘背部设有专门9根据本项目合理渣土改良添加剂研究结果，将刀盘加泥管(2)土仓中心搅拌设置盾构主驱动采用中间支承方式，土仓隔板是固定的，刀盘旋转时牛腿和搅拌棒对土仓内的土进行有效的搅拌，中心不易结泥饼。设置有6个主动搅拌棒和1个被动搅拌棒，被动搅拌棒上设置有高压喷水口，可以对刀盘中间部进行冲洗，能够有效5.2.3盾构设备施工前调试螺旋机系统、渣土改良系统、同步注浆系统、拼装机系统、二次注浆设备、控制电路及液压系统、电瓶车刹车及电路进行检测调试，确保各系统状况良好。经调试确保盾构机各系统、线路、管路等处于良好的工作状态。尤其注意泡沫系统和同步注对于损坏的部件立即更换，对存在故障隐患的部位及时排除，各个润滑部位及5.2.4盾构机合理掘进参数分析N=Qs/VsVs为设定的每转一周的理论排土量。Qs应与掘进速度决定的理论碴土量Qo相当，即：根据本工法相关科研课题研究结果，盾构掘进速度V可采用以下公式进行计刀具综合磨损系数，103mm/km;D为同轨迹布置m把刀时由上式可知，掘进速度V与刀具磨损量δ成反比，当磨损系数及其他参数相同时，提高掘进速度可降低刀具磨损量，从而增大不换刀一次掘进距离。砂土复合地层盾构掘进时刀盘容易结泥饼，刀盘、刀具易磨损，应针对砂土复合地层特点，重点对盾构推力和刀盘扭矩进行分析，从而保证盾构机能适应砂土复合地层掘进要求。擦，参考并总结相关资料文献，根据本工法相关科研课题研究结果，盾构推力可注浆量的确定是以盾尾空隙量为基础并结合地面建(构)筑物、砂土复合地止砂土复合地层沉降和建(构)筑物、管线沉降。式中，Q为充填体积，m³;λ为注浆率(砂土复合地层一般取180%~久性好和能防止地下水浸析的特点。水泥采用P42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰采浆液胶凝时间一般为3-10h,需根据地层条件和掘进砌出现渗漏水的情况，应及时跟进二次注浆(管片脱出盾尾5环后进行),根据监测数据，动态调整注浆量、注浆压力及注浆材料。注浆材行采集、统计、分析，确定盾构推进的施工参数设定范围，将开始掘进的100m1、了解和认识隧道穿越的砂土复合土层的地质条件，掌握这种地质下的土2、通过试掘进施工，加强对地面变形情况的监测分析，掌握3、盾构机初始掘进是从理论和经验上选取各项施工参数，在施工过程中根根据试掘进结果结合5.2.4节参数分析总结，确定本依托工程砂土复合地层盾构合理掘进参数(如下表5.2-1),为类似工程提供指导。项目1土仓压力(bar)2出土量(m³)3刀盘转速(rpm)4螺旋机转速(rpm)5盾构掘进速度(mm/min)6总推力(KN)78同步注浆(m³)9二次补浆(MPa)1、土压力控制砂土复合地层出土量控制在38～43m³/环为宜，具体数值根据添加剂的使用盾构穿越哈尔滨地区砂土复合地层掘进过程中，盾构推力约为8000kN~盾构穿越哈尔滨地区砂土复合地层掘进过程中，刀盘扭矩不宜大于(1)浆液配比及主要物理力学指标优化浆液配比，通过调整胶凝材料掺量来调整浆液稠度(稠度为11~水泥(kg)粉煤灰(kg)膨润土(kg)砂(kg)水(kg)浆液结石率：>95%,即固结收缩率<5%。浆液稠度：11-12cm/s浆液稳定性：倾析率(静置沉淀后上浮水体积与总体积之比)小于5%。(2)同步注浆压力(3)注浆量(4)注浆速度(5)注浆结束标准(1)注浆材料(2)注浆主要参数1)注浆压力2)注浆量3)注浆顺序4)注浆结束标准1、控制方法及基本原则(2)如果盾构机水平向右偏，则提高右侧分区的千斤顶压力，反之，则提±5mm/m以内。特殊情况下，倾角亦不宜超过±10mm/m,否则会因盾构机转弯过急引起盾尾间隙过小和管片的错台破裂等问题。(2)当盾构机下部砂土复合地层的土体较软时，为防止盾构机头下垂，适当保持上仰姿态。(3)操作盾构机时，注意上部千斤顶和下部千斤顶的行程差，两者不能相3、盾构机水平方向的控制原则(1)在直线段，盾构机的水平轴线偏差控制在±20mm以内，水平偏角控制在±3mm/m以内，否则会因盾构机急转引起盾尾间隙过小和管片错台破裂等问题。(2)在缓和曲线段及圆曲线段，盾构机的水平偏差应控制在±30mm以内，水平偏角应控制在±5mm/m内，曲线半径越小控制难度越大。(3)当开挖面内的砂土复合地层软硬相差较大且又处在曲线段时，盾构机的方向控制将比较困难，此时可降低掘进速度，合理调节各分区的千斤顶压力，必要时可将水平偏角放宽到±10mm/m,以加大盾构机的调向力度(通过该段后立即恢复水平偏角到5mm/m以内)。4、盾体脱离始发架前的方向控制在盾体脱离始发架前，盾构机的方向受始发架的限制，沿始发架的方向直线掘进，主要需注意盾体的旋转及保证各组推力油缸的推力平衡。5、盾构掘进姿态调整与纠偏实际施工中，由于盾构操作失误等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线(1)参照上述方法分区操作推进油缸来调整盾构机姿态，纠正偏差，将盾(2)当滚动超限时，及时采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。(3)一般纠偏逐步进行，不能一次到位。每环的纠偏量在水平方向上不超1、监控量测项目根据本工程特点，现场专项监测的主要内容包括：地表隆陷、地表建(构)监测项目监测必测项目观测和描述观测目测观测开挖面沉精密水准仪、钢尺1、沿隧道中心线布置，每30m设一收段应适当增加监测点；2、垂直1次/(3~5d1次1次1次/(1~1次/(3~于隧道轴线布置，7~11个，主要影响区的监测点间响区的监测点间距5～10m;隧道浮精密水准仪、钢每10环设一断面建(构)形精密水准仪、钢尺以内的建(构)筑物均需监测。建(构)筑物变形监测项目有：建(构)筑选测项目土体内部位移垂直分层仪每30m设一断面，必要时需加密水平仪内力和压力计和器每50～100m设一断面，必要时需加密应力压力计和器类别隧道结构周边建(构)筑物建(构)筑物地下管线沉降5.2.9砂土复合地层盾构掘进适应性分析1、基于盾构推力适应性分析通过盾构推力对侧压力系数反推回归分析侧压力系数与盾构区间砂土复合地层(注意砂土复合地层粘土层和砂层的含量)性质的相关性，从而判断盾构机刀盘刀具选型以及掘进参数是否适应该区间砂土复合地层。2、基于刀盘扭矩适应性分析通过盾构掘进刀盘扭矩数据统计回归分析和刀盘扭矩理论计算公式结果对比进(1)当掘进参数，如掘进速度、总推力、刀盘扭矩等发生异常时，可考虑(2)弄清盾构所处的地质情况、盾构刀盘的具体位置和地面建(构)筑物(3)确认需要进行刀具检查时，必须先对掌子面采取可靠的加固措施，确(1)刀具检查内容包括：刀具的磨损量和偏磨量，刀具的脱落、裂纹、松(2)刀具的合金齿和耐磨层的缺损和磨损以及刀座的变形情况。(3)主轴承土仓内密封处检查有无润滑油脂和齿轮油外泄情况。5、刀具检查工作实施(1)刀具检查准备工作1)检查工具：刀具检查量具、手电、对讲机等由盾构物资设备部落实，并2)对人闸进行气密式试验，试验必须满足设计要求。3)人闸操作人员进行专业的系统培训，且需掌握减压病的防治方法。4)刀具检查及更换的操作人员，需有特种作业证书，且在作业前必须通过5)人闸加压气压值的确定：先把密封土仓内土出空一半，打开密封土仓壁中部的两个大球阀，要求在球阀位置没有泥土，然后等待1小时后再检查密封土6)油脂储备需充足。在准备进行压力前，保证盾尾油脂的压注量。7)密封土仓加压。加压气压值确定后，盾构往前掘进1-2环，逐步清空土仓8)主仓加压。主仓加压时，人闸管理人员缓慢打开进气阀，使主仓压力缓9)在进行刀具检查前应准备好联络、通信工具，并安排专人值班，以确保(2)检查实施(1)换刀依据(2)刀具更换准备(3)刀具更换实施用导链缓慢拉动(保持水平和垂直的角度)将刀从刀座中拉出，中心刀具脱离刀座，将新刀的轴编号与刀盘圆心相反，缓慢推进(保持水平和垂直的角度)刀座(4)刀具更换技术保证措施1)刀具更换由专业人员进行，且是带压作业，设定压力值必须达到砂土复2)换刀过程中一定确保密封仓无人或无其它机具时方可转动刀盘。3)随时检查掌子面的稳定性和渗水情况。4)随时检查吊具是否有安全隐患。5)随时提醒拆装、吊装的安全操作。6)焊接和气割时要注意电及火的安全，应该配备灭火器。7)使用电工具必须是符合在潮湿环境及绝缘保护达到一级以上。8)保护眼睛和皮肤，必须穿戴安全装备。9)在密封舱工作无保证工作平台是否稳定时，必须系上保险带。10)在工作舱工作噪音大时必须戴耳套。6.材料与设备序号岗位名称工作地点主要职责1隧道及井口2盾构机操作2管片拼装手2负责管片拼装机操作3管片工4负责辅助拼装管片42负责注浆工作5司索工2负责井下吊装指挥6电瓶车司机4驾驶电瓶车7洞门杂工3负责井下吊装工作8杂工4隧道内清理渣土和其他辅助工作9电工2隧道照明架设和用电相关工作4隧道内吊装管片、轨道铺设管片修补工2修补隧道内破损管片轨道维修工2维修隧道内轨道序号岗位名称工作地点主要职责4隧道内设备维修、保养4操作龙门吊(两台门吊共用)22拌浆工4拌浆上料等辅助工作吊装工4吊装工作司索工2地面吊装指挥工作4焊工3焊接相关工作电工2充电工2电机车电池充电杂工56.3施工机械配置机械设备配置应结合施工进度总体要求，以1个区间为例设备配置见表6.3-1。序号1台12交直变频电力机车台23电瓶车蓄电池组组64节85台26管片车节47台8门式起重机台29套1序号台1台2始发托架套1台1台1小型泵站台1台1台1台3台3污水泵台3污水泵台2履带起重机台1汽车吊台1求实施注浆、检查、记录、分析，及时做出P(注浆压力)-Q(注浆量)—t4、做好注浆设备的维修保养，注浆材料供应，定时对注浆管路及设备进行1、掘进前明确设计线路的各项参数，并严格按照5.2.5节和6、要严格按照主管工程师的指令进行参数选择和操作，遇有突发情况，要7、掘进过程中，要有值班工程师全程监视盾构机的掘进(在现场或通过监控室的计算机)。(1)止水条的位置、种类是否正确；(2)止水条与管片是否连接牢固；(3)管片是否有不符合要求的裂缝、破损或者缺陷；(4)管片的类型是否正确；(5)管片的标志是否齐全，是否已经到达龄期；(6)管片的拼接面是否干净，尤其是止水条上不能有砂等杂物。4、根据洞内管片衬砌变形监测，及时进行信息反馈，修正注浆参数设计和在隧道施工中涉及到施工材料及管片吊运、施工用电(包括高压)、盾构进必须刷间距为400mm的红白相间警示油漆，所有水平杆伸出立杆外侧不超过8.2施工照明8.3隧道通风1、施工材料及管片的吊装设备，需满足现场吊装需求。对起重设备的操作孔深根据建(构)筑物基础深度确定。9.环保措施竖井(检查工作井)等施工成本投入，避免了换刀造成的人员安全风险，避免造1、本工程两台盾构机均从群力第六大道站大桩号始发至工农大街站吊出转了群力第六大道站～工农大街站区间、群力第六大道站～群力第五大道站区间保护刀、中心鱼尾刀及仿形刀等更换共302把。节省刀具更换费用约159万元，仓或人工开挖竖井(检查工作井)等施工措施成本约40万元。以上3项合计节约费用约300万元。六大道站区间、群力第六大道站~工农大街站区间、工农大街站~终点区间(暗挖),共计两站三区间，工程起至里程DK40+863.247~DK42+869.516,线路总长2008m,沿丽江路敷设。其中，盾构区间总长1239m。宝石花园群力国家城第六大道哈尔滨市第①阳光顾养花园阳光育博苑汇畅果蔬超市山水家园阳光印象图11.1-1区间隧道平面示意图区间隧道采用两台土压平衡盾构机进行施工，两台盾构均从群力第六大道站大桩号始发至工农大街站吊出转场回群力第六大道站小桩号，二次始发后至群力第五大道站吊出。盾构施工线路见下图。群力第五大道站群力第五大道站其中，群力第六大道站～工农大街站区间自群力第六大道站引出，沿丽江路侧建筑物以高层建筑为主。区间右线起点里程(内壁)右DK41+615.337,终点里程(内壁)右DK42+308.339,右线全长693m,在DK41+900位置设计一处旁通建(构)筑物距道路较远，周边较为开阔。区间右线起点里程右DK40+861.634,区间名称区间起讫里程区间长度转弯半径最大坡度隧道顶部埋深线路间距群六~工农右/左DK41+615.337~7.4~群六~~DK41+407.926左右%7.1m~区间盾构隧道为圆形断面，外径6m,净空尺寸为5.4m,盾构隧道的结构形(1)地形地貌为平缓；群力第六大道站～群力第五大道站区间区间地面高程在117.87~(2)岩土特性土层编号时代成因平均(m)湿度度状态1-1杂填土114.40~1.7~杂色稍湿由砖块、炉渣、建筑垃圾、碎石组成，面或人行道路面，局部分布。素填土120.96~2.8~褐黄以粉质黏土为主，含少量碎石，局部含块石，全场分布。2-1粉质黏土111.37~0.5~黄褐可塑含铁锰氧化物，稍布，局部分布。2-1-1细砂120.48~0.8~黄褐潮湿稍密主要矿物成分以石英、长石为主，含少量云母碎片，级配一般，局部分布。细砂Q₄Q104.25~1.6~灰色饱和密~中密主要矿物成分以石少量云母碎片，级场分布。2-3-1粉质黏土Q₄Q灰色可塑含铁锰氧化物，稍状分布，仅出现于57QX15钻孔中。中砂1.1~灰色饱和中密主要矿物成分以石少量云母碎片，级布，局部分布。中粗砂93.89~0.5~灰色饱和密~主要矿物成分以石少量云母碎片，级场分布。2-4-1粉质黏土Q₄Q100.77~1.1~灰色可塑含铁锰氧化物，稍布，局部分布。粉质黏土96.08~1.2~灰色可塑含铁锰氧化物，稍布，局部分布。7-1粉质黏土11.2~灰色可塑含铁锰氧化物，稍布，局部分布。中粗\\灰饱密~主要矿物成分以石砂色和少量云母碎片，级配一般，局部分布，仅出现于57QC01钻孔中。细砂1灰色饱和中密主要矿物成分以石少量云母碎片，级配一般，局部分布，钻孔中。土层编号土层名称时代成因层层厚均湿度密实度状态素填土117.87~由粉质黏土、碎石类土为主，建筑垃圾等组成，0~0.5m多2-1粉质黏土Q₄Q4可塑稍有光泽，粉砂湿～饱和稍密主要矿物成分以石英、长石为