《小新盾构过海方案》PPT课件.ppt

广州市轨道交通四号线大学城专线【小新盾构区间】土建工程盾构过新造海施工方案,中铁隧道集团有限公司广州轨道交通四号线小新盾构项目经理部二00四年七月,汇报内容,一、工程概况二、施工重、难点三、施工方案概述四、施工方法及主要技术措施五、异常情况处理预案六、施工安全、质量保证措施和环境保护措施,一、工程概况,（一）盾构区间工程概况1、工程位置 广州市轨道交通四号线大学城专线【小谷围新造盾构区间】工程位于整条线路的最南部，线路从新造站北端的明挖始发井向北经过曾边村、新广公路、下穿510m宽新造海、新造北岸、练溪村，最后到达小谷围站南端的吊出井。,图11【小新区间】工程位置图,2、主要工程量,【小谷围新造盾构区间】工程主要由一个明挖始发井段、两个盾构隧道区段和一段矿山法隧道构成。明挖始发井段长81.7米；右线盾构隧道长1417.3m，中间风井马蹄形矿山法隧道扩大段长38m，矿山法圆形隧道长181m，采用盾构拼装管片通过；左线盾构隧道1598.3m，中间风井马蹄形矿山法隧道扩大段长38m。本标段工程的主要附属工程包括四个联络通道（一个与中间风井合建）、一个区间风井、一个废水泵房和八个洞门。,3、线路平纵断面设计概况,本标段区间隧道线间距为13.0m，隧道线路在平面上为直线。线路纵坡为“V”形坡，最大坡度为50，隧道覆土厚度在335m之间。,4、工程地质及水文地质,（1）工程地质 本区间所处地貌单元总体属珠江三角洲河网交错的冲积平原区，就其微地貌单元而言则属低台地地区，其间夹有新造海河床，局部分布有侵蚀堆积成因的台间谷地。本区间地形起伏稍大，地面高程为-9.5326.18m。风化基岩埋深较浅，表层分布有坡积土层，新造海河床及局部低洼地段分布有软土。,岩土的工程力学性质统计表,（2）水文地质,本区间含水地层主要为第四系砂层、和中风化混合岩，其中、层主要分布在新造海河床一带，分布不太广泛，厚度不大，但与地表水具有水力联系，故其涌水量较大。地层分布广泛，厚度较大，其渗透性及涌水量取决于裂隙的发育程度，根据抽水试验结果结合地区经验分析，该地层的涌水量具有明显的不均匀性。,地层渗透系数表,（二）盾构过海段工程概况,小新盾构区间Z(Y)DK22+363Z(Y)DK22+874）段约510m穿越新造海，新造海段水压力大、隧道覆土厚度变化大、洞身范围内地层软硬不均、变化频繁，如何保证盾构机顺利穿越新造海段是本工程施工的重点和难点。,1、平纵断面设计,在平面上，隧道处于直线上，详见图11；在纵断面上，YDK22+864550段线路处于4.21的上坡上，YDK22+624.198475.802段处于半径为5000m半径的上转竖曲线上，YDK22+550363段处于33.9的上坡上，详见图12、13。,2、工程地质与水文地质,盾构隧道穿越水道的宽度约510m，一般水深515.0m，最深17.1m，详勘探测发现河床底隧道最小覆土厚度约6.9m。,K1钻孔岩芯照片（YDK22+760）,(1)工程地质,新造海段隧道顶部覆盖土层较复杂，覆盖地层有、地层，隧道洞身范围内主要为砂质粘性土5Z2、混合岩全风化6Z、混合岩强风化7Z、混合岩中风化8Z、混合岩微风化9Z地层，小新区间左右线新造海段地质情况详见图12、图13。新造海段工程地质具有如下特点：隧道洞身范围内地层软硬不均，变化频繁，且普遍上软下硬，在盾构掘进过程中应注意保护好刀盘刀具。隧道穿越的水道深度普遍较深，且深度变化快，在盾构施工过程中要注意防喷碴、涌水。新造海段左右线地质情况统计见表11、表12所示。,表11【小新盾构区间】新造海段右线地层统计表,表12【小新盾构区间】新造海段左线地层统计表,(2)水文地质,在新造海段层中含水地层主要为第四系砂层、和中风化混合岩带，在新造海段、层分布不太广泛，厚度较薄，但与地下水体具水力联系，故其涌水量较大。地层分布广泛，厚度较大，虽然其渗透系数总体上较小，但其渗透性及涌水量取决于裂隙的发育程度。本段隧道各地层渗透系数见下表：,地层渗透系数(K)选用表,注：地层渗透系数的选用原则为：以经验值、室内渗透试验结果和前期勘察类似地层抽水试验资料综合提供。,二、施工难点,（1）保证开挖面稳定，控制施工扰动引起的沉降，避免发生涌水、冒顶等灾害。新造海段隧道顶板上方覆土条件复杂，且水压力相对土压力更大，如何控制施工扰动、防止地表沉降、确保盾构施工质量、避免发生涌水等灾害是新造海段施工的一大难点。（2）进行合理的刀具配置，设定合理的掘进参数，选择适当的换刀位置。隧道范围内存在混合岩中、微风化硬岩地层，且软硬不均，盾构掘进过程中对刀具的磨损大，如何进行合理的刀具配置，防止刀盘前方形成泥饼或刀具发生非正常磨损；如何在掘进过程中设定合理的盾构掘进参数，保护好刀盘、刀具，减小刀具的磨损量；在新造海内一次性通过的可能性不大，要换一次刀，甚至两次（预备一次），当刀具磨损到一定程度时，需要在新造海内选择适当位置进行换刀作业，如何选择适当位置，采取哪种措施来保证换刀工作的安全、快捷是本段盾构施工的一大难点。,三、施工方案概述,（一）盾构区间隧道施工总体筹划 盾构区间隧道采用盾构法施工，根据工程地质条件及合同工期的要求，本工程配置2台复合式土压平衡盾构机，1台为德国海瑞克公司生产，承担小新盾构区间右线的掘进施工任务；1台为日本小松公司生产，承担小新盾构区间左线的掘进施工任务。根据本工程的总体安排，本工程左右线两台盾构机掘进的总体筹划为：右线盾构2004年3月20日在盾构始发井下井组装，然后推进（包括盾构拼装管片通过暗挖段），于2005年2月19日到达小谷围盾构吊出井，于2005年3月1日从吊出井后拆卸离场；左线盾构2004年6月1日在盾构始发井下井组装，然后掘进左线，于2005年3月24日到达小谷围吊出井后拆卸离场。,右线盾构始发左线盾构始发,到达 过矿山法隧道2004.11.11 开始掘进 到达 过矿山法隧道2005.12.23 开始掘进,右线盾构到达 左线盾构到达,盾构始发井,中间风井,盾构吊出井,施工设计及施工组织：盾构隧道采用管片拼装式衬砌，管片环宽1.5m，错缝拼装。管片接缝采用遇水膨胀橡胶密封垫防水。管片委托广州建筑机械施工公司制作和运输。为满足工程总体进度要求，共投入4套标准环管片模具、1套转弯环管片模具于2004年3月28日正式开始管片生产，并采用蒸汽养护以提高管片质量、缩短模具周转周期。管片与围岩之间的环形间隙采用水泥砂浆同步注浆回填。,盾构隧道施工水平运输采用43Kg/m钢轨铺设单线、45T变频电机车牵引重载编组列车运输，每一掘进循环由两个列车编组完成运输作业。垂直运输由一台15T门吊下料(管片、轨线材料等)，两台45T门吊提升碴土与倾卸。碴土外运委托广州市有资质的散体运输公司完成。整个盾构施工过程坚持监控量测跟踪，实施信息化施工，以控制地层变形和确保施工安全。,小新盾构区间换刀计划,根据小新盾构区间工程地质情况和盾构施工特点，在小新盾构区间掘进施工过程中拟进行6次换刀：1.DK23+123处，盾构始发掘进196.9m后2.DK22879处，在盾构进入新造海前3.DK22630处，在新造海中部4.DK22400处，距离新造海西岸37m处5.DK22115处，风机房扩大段内6.ZDK21900处，左线到达小谷围岛前。,（二）盾构过海施工方案概述,1、盾构过海施工步骤 根据新造海段工程地质、水文地质条件结合盾构施工的难点、特点，施工步骤如下：地表加固 4#联络通道加固区内盾构机全面维修保养、刀具更换 进入新造海段掘进（252m）新造海内DK22+630处带压进仓更换刀具 继续新造海段（230m）新造海内DK22+400处带压进仓更换刀具 掘进通过新造海段，到达小谷围岛。2、盾构过海施工计划 3、设备配备,设备配备,详见施工方案中设备对比表,四、施工方法及主要技术措施,1.地表加固 在盾构到达新造海前，有一个4联络通道，其里程为DK22882，在本区间隧道中，4联络通道是与泵房合建的。盾构机在进入新造海之前拟进行一次全面的换刀作业，以保证盾构在新造海段掘进施工的顺利进行。为确保盾构机进入新造海之前的开仓换刀工作的安全，同时也为保证4联络通道的施工安全，在4联络通道位置提前进行地表加固。,1.1 工程地质情况,为详细探明4联络通道位置的地质情况，我部进行了补充地质钻探，共布置了7个补充地质钻探孔。目前这些钻孔的取芯钻探工作已全部完成，根据取芯情况发现：本次补充地质钻探的地质情况与详勘的地质情况基本吻合。但右线隧道范围内地层变好，详勘显示右线洞身范围内主要是混合岩强风化7Z地层，而本次补充钻探发现右线隧道洞身范围内大部分是微风化花岗岩，隧道上部有中风化地层，隧道顶部只有少量全、强风化地层。4联通道位置补充钻探地质情况详见附图41 4联通道补充钻探地质剖面图。,4联通道补充钻探地质剖面图,1.2 加固方法,根据补充钻探的地质情况，采用压密注浆对地层进行加固。压密注浆钻孔分为A、B、C、D、E、F、G、H、I共9排，其中A1A24、B1B25、C1C4、D1D5、E1E4、F1F25、G1G24共111个孔为外围1000压密注浆孔，注浆浆液采用水泥、水玻璃双液浆；H1H17、I1I17为内层1200压密注浆孔，注浆浆液采用单液浆，其钻孔布置见附图。压密注浆加固范围为：在隧道顶板以上6m到隧道底板以下2m范围内，深入微风化地层0.5m。外围注浆孔注浆浆液为水泥、水玻璃双液浆；内层注浆孔孔间距为1200mm，所用浆液为单液浆。压密注浆钻孔布置图见图4-2,图42 4#联络通道压密注浆钻孔布置图,2.加固区内盾构机全面维修保养、刀具更换,盾构机掘进到达里程DK22882处停机进行开仓换刀作业的同时对盾构机进行全面的保养工作，保证过海安全。2.1维保工作 针对两台盾构机的进行有针对性的保养。,（1）对海瑞克盾构机保养部位主要是：,a主驱动系统：b推进系统：c保压泵碴系统：d背衬注浆系统：e加泥系统：e聚合物系统:f人仓保压系统:g液压系统：h泡沫系统：,（2）针对小松盾构机保养部位主要是：,a主驱动系统：b推进系统：C背衬注浆系统：d加泥系统：e人仓保压系统:e液压系统：f泡沫系统：,2.2刀具更换,本次开仓换刀是盾构机进入新造海前最后一次换刀，换刀完成后盾构机将掘进259米到达DK22+630换刀位置，此区间掘进隧道范围内基本为全断面的强风化地层，局部夹有中风化地层，单轴抗压强度为16.540.5Mpa，为保证能顺利通过中风化地层到达DK22+630换刀位置，针对两台盾构机分别进行合理的换刀工作。,（1）针对海瑞克盾构机：,本次更换的刀具全部用新刀，其刀具布置为：4把中心滚刀、31把单刃滚刀（其中边滚刀11把，正滚刀20把）、60把切刀、8把弧形刮刀和1把超挖刀。详见图4-3 海瑞克盾构机刀盘刀具布置图。,图43 海瑞克盾构机刀盘刀具布置图,（2）针对小松盾构机：,本次更换的刀具全部用新刀，其刀具布置为：20把正滚刀、8把双刃滚刀、106把切刀、36把刮刀、30把先行刀和4把边刀。详见图4-4 小松盾构机刀盘刀具布置图。,图4-4 小松盾构机刀盘刀具布置图,3.进入新造海段掘进,盾构进入新造海掘进之前，首先对盾构到达4联通道前掘进的438m段的推力、土压力、注浆压力、注浆量、盾构机刀具对地层的适应性、刀具的磨损量等掘进施工参数进行认真的分析和总结，特别是对小松盾构机，通过分析、总结，掌握盾构机的各项性能指标和掘进施工参数，以指导盾构机在新造海内的掘进施工，保证盾构施工质量。本段在新造海内隧道上方覆土厚度变化大、水压力高、隧道范围内地层软硬不均，在新造海内的掘进施工时必须特别注意，掘进施工时采取以下措施：,（1）严格控制掘进参数 按土压平衡模式推进，每5m计算一次土压力，掘进时严格按设定压力推进。拟采用的土压力见表42 新造海段土压力值表。为保护刀盘和刀具，在掘进过程中推进速度20mm/min，刀盘转速1.71.9r/min，刀盘扭矩180bar。（2）建立碴土管理制度 在掘进时加入足量的泡沫剂进行充分的碴土改良，每环泡沫剂加入量35L，保证碴土良好的流动性，避免刀盘前方形成泥饼；出碴过程中，由值班工程师对碴土状况进行监控，发现异常及时通知主司机调整掘进参数，确保碴土改良效果。对出碴量进行认真统计，每环出碴量不得多于5矿车（约合70m3），防止因出碴量过多造成刀盘前方地下水损失过大、地层失稳、坍塌。,（3）采取有效措施，确保密封防水效果 盾构进入新造海前，对铰接密封和盾尾密封装置进行认真的检查、维护，确保密封效果。进入新造海掘进过程中要严格控制盾构掘进方向和铰接油缸的行程差，以确保铰接密封效果。同时加强盾构机铰接密封检查，保证不漏水漏砂。加强盾尾油脂的注入检查，确保盾尾油脂密封压力正常，保证盾尾密封的防渗漏效果。（4）加强洞内注浆管理 在新造海内掘进时，地层含水量大，水压力高，注浆时应遵循“同步注入、快速凝结、信息反馈、适当补充”的原则。注浆方式以同步注浆为主，注浆浆液为水泥砂浆，水泥砂浆的凝结时间应6小时，每环注浆量6m3。对注浆后的管片抽样打孔检查管片背后注浆的情况，发现注浆不饱满，应及时进行补充注浆。,（5）备用保压泵碴装置 在水量较大的地段掘进时采用保压泵碴装置出碴，以达到稳定土仓压力，防喷涌的目的。操作步骤：启动泵站打开液压阀组调节泵碴速度启动系统当泵碴系统工作一定时间后停止泵碴操作关闭螺旋输送机第一道仓门启动皮带机打开第二道仓门将较大有碴土颗粒由皮带机输送至碴车关闭第二道仓门停止皮带机打开第一道仓门调节泵碴速度启动系统从而完成一个循环。目前，海瑞克盾构机已安装保压泵碴装置，小松盾构机预留有保压泵碴装置的接口。,（6）加注高分子聚合物,当水压力高、碴土中含水量大时，向碴土中添加高分子聚合物进行碴土改良。高分子聚合物能增加水的稠度、吸收碴土中的水并改善碴土的结构，对于防止喷涌有一定效果。加注聚合物和操作步骤为：筒内加注聚合物检查管线打开通往土仓的球阀打开聚合物泵调节流量和压力进行聚合加注操作。,（7）施工监测 在盾构施工过程中，为及时发现盾构施工引起的地层沉降和位移，需要进行施工监测。监测信息反馈指导施工，施工过程中根据监测信息及时采取适当的技术措施，以控制地表变形，确保江底和江堤的安全。盾构隧道监测工作主要有江底地表的沉降和水平位移、潮位的水位变化、江堤的沉降和水平位移、盾构隧道结构内力、外力和变形等。其监测方法如下：建立验潮站 在盾构过新造海前1个月，在新造海岸边建立验潮站。找出潮位变化的规律，作为盾构过新造海段掘进施工的一项重要依据。掘进过程中根据潮位变化情况及时调整土仓压力等掘进参数，以控制地表变形，保证江底段的施工安全。,江底沉降监测 采用声纳法进行江底变形的监测。声纳法监测范围为刀盘前方30m到刀盘后方30m，监测频率为1次/2d，根据需要监测频率可适当调整。洞内管片监测 在新造海内隧道含水量高、水压力大，脱出盾尾的管片所受的上浮力较大，如果掘进过程中控制不当，易发生管片上浮。为及时发现管片的上浮情况，对安装后的管片进行监测，监测频率为2环/次或4次/天（停机时），监测结果及时反馈指导施工。,4、新造海内带压进仓更换刀具,根据地质情况准备在DK22630、DK22400两处停机实施带压进仓，在DK22630DK22400共230米的掘进过程中盾构机要通过强风化、中风化和微风化的不均匀地层，对盾构机的刀具的综合性能要求较高，因此在+630处更换性能较好的硬岩刀具，刀盘布置如图4-3、4-4所示。带压进仓前的准备工作：a提前对带压进仓人员进行身体检查；b请海瑞克人员对带压进仓人员进行培训；c初步预计在DK22+970位置进行一次带压进仓的实际操作。具体位置根据实际的掘进情况。,（1）超前注浆加固地层（预案）为确保带压进仓的安全，可利用盾构机自备的超前注浆孔向刀盘前方注浆加固土体，保证地层稳定。盾构机超前钻孔布置见图45。（2）开仓条件确定 新造海内的换刀位置上部为7Z地层、中部为8Z地层、下部为9Z地层，地层自稳能力较好，但富水且水压较大，不能正常进仓换刀，也无法进行地层加固因此采用带压进仓作业。,图45 超前钻孔布置图（海瑞克）,图45 超前钻孔布置图(小松),（3）对作业人员的要求 作业人员和空气仓的操作人员必须经过严格的培训，熟悉进舱作业程序和刀盘及刀具的检查、刀具更换工作程序，并能严格遵守作业程序及安全规定。（4）作业前准备工作 刀具工程师根据以前检查刀盘的情况与刀具的磨损情况提出刀具更换计划。作业人员根据计划准备作业所需的刀具、工具，并把进舱作业所需工具、预计所需更换的刀具等放入人仓或仓外。检查人舱内设备的完好性。检查显示仪、条形记录器、加热系统、钟、温度计、电话、紧急电话和阀等是否完好，检查门密封面是否干净、密封是否损坏。必须保证人舱内所有设备处于完好状态。计算确定压力P初水平侧向力水平水压力调整压力，经过计算给出能稳定掌子面的最低压气压力P初，再将最低压力乘以安全系数K便是我们进舱作业工作气压P工。,（5）进舱步骤,刀具、工具进仓人员进入主仓室打开主仓上的双倍条形记录器关闭主仓的空气仓门关闭卸压球阀增加主仓室的压力达到操作压力值打开卸压球阀开关打开压力挡板的门进入土仓检查刀盘及换刀作业程序。,（6）工作人员减压程序,减压过程分为减压停留再降压停留，直至压力降至常压即减压结束具体程序为:工作人员进入主仓选择减压方案关闭压力挡板上的小窗和压力补偿用压力挡板上的门阀人员仓管理员打开条形记录器逐渐降低主仓中的压力至第一停留期压力第一停留期压力保持逐渐降低主仓中的压力至第二停留期压力至减压结束人员出仓,（7）安全注意事项,犯有感冒或流感的人不能进入空气仓；不要将可能膨胀的饮品或食物带入空气仓；升压时的压力要上升缓慢，增加主仓室压力时风流量不得超过20Bl/min，在降压过程中流速计的值至少为0.5m3/min每人；定期检查流速计以确保主仓通风，严格记录空气仓手册。；人仓管理员通过电话与仓内工作人员联系随时监测空气仓人员的健康状况，一旦空气仓人员出现任何不适现象立即中断压缩空气并降压让不适人员离开空气仓。,5、继续新造海段掘进,刀具更换完毕后及时关闭仓门，并恢复掘进。恢复掘进前召开技术分析会，对盾构在新造海内掘进的掘进参数、碴土改良、管片安装、同步注浆、施工质量等各方面的情况进行认真分析、总结，进一步优化掘进参数、改进施工工艺、提高施工质量。,6、通过新造海段，到达小谷围岛,五、异常情况处理预案,新造海段水压力大，有可能发生喷碴、涌水等灾害；隧道覆土厚度变化大、洞身范围内地层软硬不均、变化频繁，有可能造成刀具的大量磨损，导致盾构机无法继续掘进；在新造海内工程地质、水文地质条件复杂，有可能发生管片破损、错台、上浮等问题，影响盾构施工质量。在盾构施工前应充分考虑到以上这些异常情况可能造成的重大危害，在施工过程中应积极采取有效措施，防止其危害，确保盾构施工的安全和质量。异常情况处理预案如下：,1、喷碴,在新造海段掘进施工过程中，由于碴土中含水量大、地表水压力高，出碴时碴土直接从螺旋输送机的仓门处往外喷碴，造成盾构推进速度慢、土压力无法保持，有可能造成地下水流失、地表失稳等。施工中采取如下措施：（1）启用保压泵碴装置出碴（2）备用加膨润土装置，进行碴土改良（3）向碴土中添加高分子聚合物，进一步改良碴土,2、涌水,新造海内一般水深515m，最大水深17m，水压力较大，有可能发生涌水，造成地下水流失、掌子面失稳。施工中采取如下措施：（1）利用超前注浆孔进行超前注浆，加固刀盘前方土体（2）启用保压泵碴装置出碴（3）向碴土中添加高分子聚合物，进一步改良碴土,3、地层软硬不均，刀具磨损大,由于新造海内地层软硬不均，变化频繁，盾构在掘进过程中对刀具的磨损较大，当刀具磨损到极限时，盾构机将无法继续向前推进，施工中采取如下措施：（1）选择适当的掘进参数，保护好刀盘刀具（2）加入足量的泡沫剂，减小刀具磨损（3）备用加泥装置，向土仓内加泥（4）选择适当位置开仓检查刀具,4、管片破损、错台、上浮,由于地层含水量大，地下水丰富，拼装后的管片所受的上浮力较大，有可能出现管片破损、错台、上浮等质量问题，施工中采取如下措施：（1）严格控制掘进推力，防止管片受力不均（2）使用快速凝结的水泥砂浆（3）进行管片姿态监测，建立信息反馈制度,六、施工安全、质量保证措施和环境保护措施,1.成立“盾构过海专项领导小组”2.该段注浆浆液为水泥砂浆，要求在砂浆拌制时必须严格按施工配比进行配料、拌制、使用，确保同步注浆效果；3.掘进过程中，现场的值班工程师、主司机及掘进班班长必须认真关注掘进参数的变化情况，及时反映施工过程中发现的异常情况；4.做好掘进过程中的巡查工作；5.做好管片姿态监测工作；6.确保有轨运输安全；7.保证洞内施工环境的清洁；8.及时抽出洞内V形坡底部的积水，确保机车运行安全；9.执行公司各项安全管理办法，工作人员在施工区域内必须戴好安全帽。,谢谢各位专家和领导！请您多提宝贵意见！,