雙模式盾構(gòu)機(jī)及施工簡(jiǎn)介

1、廣州市軌道交通九號(hào)線施工廣州市軌道交通九號(hào)線施工2 2標(biāo)標(biāo)花都汽車(chē)城站花都汽車(chē)城站- -廣州北站盾構(gòu)區(qū)間廣州北站盾構(gòu)區(qū)間 盾體長(zhǎng)約8.92米，8節(jié)臺(tái)車(chē)總長(zhǎng)約77.35米。臺(tái)車(chē)上配套的設(shè)備比單一模式的盾構(gòu)機(jī)多，不僅布置環(huán)流系統(tǒng)設(shè)備，還布置渣土輸送系統(tǒng)。新的概念、新的概念、新的系統(tǒng)、新的系統(tǒng)、新的產(chǎn)品，新的產(chǎn)品，具有國(guó)家專具有國(guó)家專利。利。能在控制工程能在控制工程風(fēng)險(xiǎn)、減少地風(fēng)險(xiǎn)、減少地面預(yù)處理、嚴(yán)面預(yù)處理、嚴(yán)控敏感地段的控敏感地段的地層沉降、快地層沉降、快速掘進(jìn)等方面速掘進(jìn)等方面發(fā)揮顯著地作發(fā)揮顯著地作用，從而能降用，從而能降低綜合成本，低綜合成本，減少擾市擾民減少擾市擾民。兩個(gè)模式可獨(dú)兩個(gè)模式

2、可獨(dú)立運(yùn)行又可互立運(yùn)行又可互相支持。土壓相支持。土壓模式下利用泥模式下利用泥水系統(tǒng)穩(wěn)壓、水系統(tǒng)穩(wěn)壓、造泥膜氣壓開(kāi)造泥膜氣壓開(kāi)倉(cāng)等，泥水模倉(cāng)等，泥水模式下利用土壓式下利用土壓的泡沫系統(tǒng)注的泡沫系統(tǒng)注水防泥餅、利水防泥餅、利用螺旋機(jī)排大用螺旋機(jī)排大粒徑渣土等。粒徑渣土等。自穩(wěn)性強(qiáng)的地自穩(wěn)性強(qiáng)的地層采用土壓模層采用土壓模式掘進(jìn)，自穩(wěn)式掘進(jìn)，自穩(wěn)性差的地層采性差的地層采用泥水模式掘用泥水模式掘進(jìn)。在地質(zhì)和進(jìn)。在地質(zhì)和地面環(huán)境方面地面環(huán)境方面實(shí)現(xiàn)了最廣泛實(shí)現(xiàn)了最廣泛的通用性，的通用性，適應(yīng)性強(qiáng)適應(yīng)性強(qiáng)環(huán)保經(jīng)濟(jì)環(huán)保經(jīng)濟(jì)技術(shù)突破技術(shù)突破功能齊全功能齊全 雙模式盾構(gòu)機(jī)的特點(diǎn)雙模式盾構(gòu)機(jī)的特點(diǎn)切換便捷切換便捷兩

3、種模式切兩種模式切換不需在特?fù)Q不需在特定條件下拆定條件下拆裝任何部件，裝任何部件，實(shí)現(xiàn)安全、實(shí)現(xiàn)安全、快速的連續(xù)快速的連續(xù)切換。切換。 隨著泥水、土壓盾構(gòu)掘進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)積累和對(duì)兩種模式盾構(gòu)機(jī)的認(rèn)識(shí)不斷加深，雙模式盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)理念逐步成熟。實(shí)現(xiàn)了泥水模式與土壓模式在同一盾構(gòu)機(jī)上集成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)泥水或者土壓盾構(gòu)掘進(jìn)功能并能快捷切換，該型設(shè)備系國(guó)際首創(chuàng)，目前已成功獲得國(guó)家專利。 雙模式盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)理念雙模式盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)理念 一般來(lái)說(shuō)盾構(gòu)設(shè)備的種類(lèi)與地質(zhì)條件是相對(duì)應(yīng)的，目前采用的基本都是單模式盾構(gòu)機(jī)。因此盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)地層環(huán)境、地表環(huán)境和長(zhǎng)距離的工作能力受到極大限制。 特別是在穿越行進(jìn)地區(qū)

4、的地質(zhì)情況變化較大，較為復(fù)雜的地段，地表建構(gòu)筑物、江河流域、管線等復(fù)雜環(huán)境。單一掘進(jìn)模式的盾構(gòu)機(jī)容易出現(xiàn)掘進(jìn)困難等問(wèn)題。 傳統(tǒng)的單一模式盾構(gòu)機(jī)是通過(guò)選型比選、適應(yīng)性評(píng)估，一是選定土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)或泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)中的一種；二是同時(shí)選定兩種盾構(gòu)機(jī)，分別應(yīng)用到工程中，致使增加設(shè)備投入或增加始發(fā)工作井等高額的費(fèi)用。由于盾構(gòu)機(jī)單一模式的局限性，這種方法一旦選定，應(yīng)用在隧道施工中就無(wú)法更改，倘若必須要變更盾構(gòu)機(jī)則需花費(fèi)非常大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)和工期代價(jià)。影響施工工期，增加工程成本，對(duì)施工建設(shè)造成不利影響。 凡能滿足土壓盾構(gòu)掘進(jìn)、泥水盾構(gòu)掘進(jìn)施工的工程環(huán)境，均可適用。尤其是隧道區(qū)間較長(zhǎng)時(shí)需要穿越不同地層、地表建構(gòu)

5、筑物、江河流域、管線等復(fù)雜環(huán)境，可以選取不同模式進(jìn)行掘進(jìn)施工。一機(jī)兩用一機(jī)兩用具備土壓盾構(gòu)機(jī)高效掘進(jìn)的特點(diǎn)達(dá)到泥水盾構(gòu)機(jī)沉降控制精度高的優(yōu)點(diǎn)開(kāi)挖直徑6300盾構(gòu)機(jī)主要結(jié)構(gòu)部分1、刀盤(pán)2、筒體3、主軸承4、推進(jìn)油缸5、螺旋機(jī)6、皮帶機(jī)7、拼裝機(jī)8、喂片機(jī)9、張出臺(tái)10、橋架11、雙軌梁12、電氣13、注漿系統(tǒng)14、臺(tái)車(chē)15、泡沫系統(tǒng)16、泥水系統(tǒng)（P2泵、P0泵、漿管） 根據(jù)配套設(shè)備外型、體積、重量靈活布置在臺(tái)車(chē)上，盡量縮短后續(xù)配套臺(tái)車(chē)總長(zhǎng)度。布置合理化的同時(shí)符合環(huán)境保護(hù)、防火及其它安全生產(chǎn)的要求，從而構(gòu)造更良好的操作和維護(hù)環(huán)境，便于安裝及維修。設(shè)計(jì)掘進(jìn)速度為設(shè)計(jì)掘進(jìn)速度為50mm/min50m

6、m/min，配備了，配備了6 6個(gè)個(gè)160KW160KW刀盤(pán)電機(jī)（總功率刀盤(pán)電機(jī)（總功率960KW960KW）、刀盤(pán)）、刀盤(pán)最大扭矩最大扭矩6528KN.m6528KN.m、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速0.3-3.0rpm0.3-3.0rpm。 24個(gè)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸（行程1900mm）、總推力最大3600噸、16個(gè)主動(dòng)鉸接油缸總推力最大3200噸。 注漿系統(tǒng)采用的是“單液同步注漿系統(tǒng)+二次雙液補(bǔ)充注漿”兩套系統(tǒng)+三臺(tái)柱塞泵”的配置方式。 六臺(tái)泡沫泵各自獨(dú)立提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了大流量、高壓力、故障率低，泡沫出孔無(wú)堵塞的設(shè)計(jì)要求。盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)機(jī)P0P0泵小循環(huán)系統(tǒng)泵小循環(huán)系統(tǒng)雙模式盾構(gòu)機(jī)的主要構(gòu)件、系統(tǒng)簡(jiǎn)介雙模式

7、盾構(gòu)機(jī)的主要構(gòu)件、系統(tǒng)簡(jiǎn)介1、刀 盤(pán) 尺寸：6280mm，可選裝17寸滾刀和刮刀 帶超挖刀，超挖范圍035mm。 軟、硬地層刀具配置2、筒體前筒體前筒體中筒體，含鉸接中筒體，含鉸接3、主軸承主軸承主軸承與刀盤(pán)的定位與刀盤(pán)的定位4、推進(jìn)油缸5、螺旋機(jī)螺旋機(jī)全貌螺旋機(jī)全貌螺旋機(jī)安裝就位螺旋機(jī)安裝就位6、皮帶機(jī)皮帶機(jī)全貌皮帶機(jī)全貌皮帶機(jī)的安裝皮帶機(jī)的安裝7、拼裝機(jī)拼裝機(jī)全貌拼裝機(jī)全貌拼裝機(jī)定位拼裝機(jī)定位8、喂片機(jī)9、張出臺(tái)10、橋架11、雙軌梁雙軌梁的安裝12、電氣13、注漿系統(tǒng)14、臺(tái)車(chē)15、泡沫系統(tǒng)泡沫泵泡沫泵6個(gè)泡沫注漿口個(gè)泡沫注漿口16、泥水系統(tǒng)雙模式盾構(gòu)機(jī)的對(duì)比雙模式盾構(gòu)機(jī)的對(duì)比雙模式盾構(gòu)

8、機(jī)、泥水盾構(gòu)機(jī)、土壓盾構(gòu)機(jī)三種設(shè)備上的對(duì)比序號(hào)項(xiàng)目各稱雙模式盾構(gòu)機(jī)泥水盾構(gòu)機(jī)土壓盾構(gòu)機(jī)備注1刀盤(pán)2盾體3人閘4主軸承5推進(jìn)及鉸接6拼裝機(jī)7螺旋機(jī)8皮帶機(jī)9P0、P1、P2泵、中繼泵10泥水系統(tǒng)閥組11泡沫系統(tǒng)配備、不配備配備、不配備后配套設(shè)備及主要材料的對(duì)比序號(hào)項(xiàng)目各稱雙模式盾構(gòu)機(jī)泥水盾構(gòu)機(jī)土壓盾構(gòu)機(jī)備注145T龍門(mén)吊225T/16T龍門(mén)吊3泥漿處理系統(tǒng)4泥漿處理場(chǎng)地5泥漿輸送管路6棄渣池743kg/m軌道822kg/m軌道9挖掘機(jī)2臺(tái)1臺(tái)1臺(tái)配備、不配備配備、不配備龍門(mén)吊方面，由于需要吊運(yùn)渣土，所以需要配置45T式的；泥漿管路隨掘進(jìn)進(jìn)尺鋪設(shè)，隨時(shí)滿足盾構(gòu)模式連續(xù)切換的需求； 需建造滿足土壓盾

9、構(gòu)掘進(jìn)的棄土渣池和泥水處理設(shè)備系統(tǒng)及泥漿處理的場(chǎng)地，在臨時(shí)占地規(guī)模與單一模式盾構(gòu)施工相比，需較大用地規(guī)模。但兩種場(chǎng)地可以互用臨時(shí)堆放渣土，減少了因渣土外運(yùn)因素影響盾構(gòu)停機(jī)。另外，使用的電瓶車(chē)為45T，相比泥水盾構(gòu)機(jī)對(duì)軌枕的鋪設(shè)和材料使用要求更高，采用43kg/m級(jí)軌道。還有，對(duì)中控手（司機(jī)）專業(yè)業(yè)務(wù)水平高要求，既要會(huì)操作盾構(gòu)、又要會(huì)操作環(huán)流；其次對(duì)機(jī)修維保人員技術(shù)水平要求高。人員配置上的對(duì)比序號(hào)項(xiàng)目各稱雙模式盾構(gòu)機(jī)泥水盾構(gòu)機(jī)土壓盾構(gòu)機(jī)備注1盾構(gòu)機(jī)中控手（司機(jī)）221每臺(tái)每班2泥漿處理機(jī)的操作3303管路（水管、氣管、風(fēng)管、泥漿管）連接331龍門(mén)吊龍門(mén)吊泥漿處理系統(tǒng)，泥漿處理場(chǎng)地泥漿處理系統(tǒng)，泥

10、漿處理場(chǎng)地電瓶車(chē)渣土運(yùn)輸、管片電瓶車(chē)渣土運(yùn)輸、管片成型隧道成型隧道盾構(gòu)機(jī)始發(fā)盾構(gòu)機(jī)始發(fā)控制室控制室管路情況：管路情況：自來(lái)水管、污水管、氣管、泥漿管、風(fēng)管；人行通道、水平運(yùn)輸通道；自來(lái)水管、污水管、氣管、泥漿管、風(fēng)管；人行通道、水平運(yùn)輸通道；線路情況：線路情況：動(dòng)力線、照明線、視頻線、通訊線、動(dòng)力線、照明線、視頻線、通訊線、自來(lái)水管自來(lái)水管污水管污水管氣管氣管泥漿管泥漿管照明、通訊照明、通訊運(yùn)輸通道運(yùn)輸通道人行通道人行通道風(fēng)管風(fēng)管視頻線視頻線盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用情況簡(jiǎn)介盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用情況簡(jiǎn)介工程應(yīng)用概況工程應(yīng)用概況采用兩臺(tái)泥水/土壓雙模式盾構(gòu)機(jī)施工，右線單線總長(zhǎng)1679.608米，左線單線總長(zhǎng)1682.88

11、3米，從花都汽車(chē)城站始發(fā)往廣州北站掘進(jìn)。盾構(gòu)自西向東需下穿：風(fēng)神大道、農(nóng)新路兩條主干道；下穿荔紅路下沉隧道、天馬河、農(nóng)新排水站、廣清高速公路、7.3米1.9米污水渠箱；側(cè)穿：天馬河西岸樓盤(pán)、天馬河一號(hào)樓盤(pán)、農(nóng)新大橋、祈福輝煌臺(tái)樓盤(pán)、布心塘村天然地基居民樓群，三維立體沉降控制要求非常高。右線土壓模式始發(fā)現(xiàn)推進(jìn)完成820米左線泥水模式始發(fā)現(xiàn)推進(jìn)完成590米盾構(gòu)16次安全通過(guò)巖溶處理區(qū)域左、右線盾構(gòu)共進(jìn)行了14次模式切換。初步掌握了盾構(gòu)在全斷面砂層、粘土層、加固體、灰?guī)r地層、上軟下硬復(fù)合地層等條件下的切換技術(shù)和應(yīng)對(duì)措施管理。真正實(shí)現(xiàn)不不需在特定條件下拆裝任何部件，就能安全、快速的連續(xù)切換。需在特定條

12、件下拆裝任何部件，就能安全、快速的連續(xù)切換。 本區(qū)間盾構(gòu)開(kāi)挖面以砂層為主占本區(qū)間盾構(gòu)開(kāi)挖面以砂層為主占56%56%，灰?guī)r線長(zhǎng)（上軟下硬）占，灰?guī)r線長(zhǎng)（上軟下硬）占45%45%，其余部分，其余部分夾雜粘土；溶土洞見(jiàn)洞率為夾雜粘土；溶土洞見(jiàn)洞率為63%63%，裂隙發(fā)育。巖面直接過(guò)度到砂層，砂層非常厚，裂隙發(fā)育。巖面直接過(guò)度到砂層，砂層非常厚，滲透性大；線路沿風(fēng)神大道、農(nóng)新大道行進(jìn)。滲透性大；線路沿風(fēng)神大道、農(nóng)新大道行進(jìn)。就地層而言對(duì)沉降控制要求非常高：就地層而言對(duì)沉降控制要求非常高： 一是一是盾構(gòu)始發(fā)即開(kāi)始下穿泥漿處理場(chǎng)（上覆大型設(shè)備）、風(fēng)神大道全斷面砂層盾構(gòu)始發(fā)即開(kāi)始下穿泥漿處理場(chǎng)（上覆大型設(shè)備

13、）、風(fēng)神大道全斷面砂層時(shí)掘進(jìn)、在下穿天馬河河堤（高差時(shí)掘進(jìn)、在下穿天馬河河堤（高差8 8米）時(shí)均采用泥水模式通過(guò)，充分利用了雙模米）時(shí)均采用泥水模式通過(guò)，充分利用了雙模式盾構(gòu)機(jī)在地質(zhì)和地面環(huán)境方面的最廣泛通用性，做到了沉降控制優(yōu)良，減少振動(dòng)式盾構(gòu)機(jī)在地質(zhì)和地面環(huán)境方面的最廣泛通用性，做到了沉降控制優(yōu)良，減少振動(dòng)的施工效果。的施工效果。 二是二是掘進(jìn)巖面變化起伏非常大，同一環(huán)掘進(jìn)斷面巖面線不同，盾構(gòu)在上軟下掘進(jìn)巖面變化起伏非常大，同一環(huán)掘進(jìn)斷面巖面線不同，盾構(gòu)在上軟下硬地層掘進(jìn)超過(guò)硬地層掘進(jìn)超過(guò)450450米，占米，占33%33%。巖面最高達(dá)到。巖面最高達(dá)到4 4米，強(qiáng)度大、巖面起伏大，同一斷米

14、，強(qiáng)度大、巖面起伏大，同一斷面上左、右線巖面變化大。由于上覆砂層很厚、盾構(gòu)進(jìn)入巖溶區(qū)，沉降控制是關(guān)鍵。面上左、右線巖面變化大。由于上覆砂層很厚、盾構(gòu)進(jìn)入巖溶區(qū)，沉降控制是關(guān)鍵。應(yīng)用效果應(yīng)用效果上軟下硬地區(qū)掘進(jìn)，裂隙發(fā)育上軟下硬地區(qū)掘進(jìn)，裂隙發(fā)育巖溶地區(qū)掘進(jìn)，裂隙發(fā)育，強(qiáng)度較大巖溶地區(qū)掘進(jìn)，裂隙發(fā)育，強(qiáng)度較大 在荔紅路、天馬河、農(nóng)新排水站、廣清高速公路、區(qū)域出現(xiàn)上軟下硬地層，微風(fēng)化巖侵入隧道高度在1m-4m；靠近廣州北站端出現(xiàn)全斷面巖層地層，上軟下硬地層對(duì)盾構(gòu)設(shè)備的強(qiáng)度要求更高，且盾構(gòu)姿態(tài)控制較難，容易形成抬頭或偏位。 編編 號(hào)號(hào)巖巖 層層 名名 稱稱范圍值（范圍值（MPa）平均值平均值（MPa

15、）標(biāo)準(zhǔn)值（標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)灰?guī)r強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)灰?guī)r中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖2.07-4.112.912.45中風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r中風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r20.1-4537.634.6微風(fēng)化灰?guī)r微風(fēng)化灰?guī)r41.8-93.267.565 三是安全順利通過(guò)溶土洞，未發(fā)生沉降過(guò)大、坍塌等問(wèn)題。結(jié)合溶洞的處三是安全順利通過(guò)溶土洞，未發(fā)生沉降過(guò)大、坍塌等問(wèn)題。結(jié)合溶洞的處理及濃泥漿的技術(shù)，掘進(jìn)控制流暢。理及濃泥漿的技術(shù)，掘進(jìn)控制流暢。 四是土壓模式下利用泥水系統(tǒng)穩(wěn)壓，具體體現(xiàn)在盾構(gòu)穿越土壓模式下利用泥水系統(tǒng)穩(wěn)壓，具體體現(xiàn)在盾構(gòu)穿越溶洞區(qū)域和全斷面區(qū)域和全斷面富水砂層。由于巖溶裂隙很發(fā)育，砂層厚地下水豐富，盾構(gòu)

16、掘進(jìn)有。由于巖溶裂隙很發(fā)育，砂層厚地下水豐富，盾構(gòu)掘進(jìn)有失壓（壓力偏（壓力偏低）、低）、保壓困難、噴涌等現(xiàn)象；可快速利用管路將泥漿送至掌子面，快速穩(wěn)壓，等現(xiàn)象；可快速利用管路將泥漿送至掌子面，快速穩(wěn)壓，并結(jié)合并結(jié)合濃泥漿或惰性漿的使用，可有效解決上述問(wèn)題。的使用，可有效解決上述問(wèn)題。 在造泥膜進(jìn)行氣壓開(kāi)倉(cāng)方面：可有效利用泥水系統(tǒng)進(jìn)行在造泥膜進(jìn)行氣壓開(kāi)倉(cāng)方面：可有效利用泥水系統(tǒng)進(jìn)行泥膜制作，穩(wěn)定可行有穩(wěn)定可行有效。效。區(qū)間共進(jìn)行了區(qū)間共進(jìn)行了4次泥膜制作。次泥膜制作。 另外泥水模式下利用土壓的泡沫系統(tǒng)，在刀盤(pán)前方的注水孔和泡沫孔可進(jìn)行泥水模式下利用土壓的泡沫系統(tǒng)，在刀盤(pán)前方的注水孔和泡沫孔可進(jìn)行

17、注入改良劑，改良劑，防結(jié)泥餅；結(jié)合雙模式環(huán)流系統(tǒng)，區(qū)間推進(jìn)；結(jié)合雙模式環(huán)流系統(tǒng)，區(qū)間推進(jìn)1300余米（其中粘土層占余米（其中粘土層占15%），開(kāi)倉(cāng)檢查無(wú)結(jié)泥餅現(xiàn)象。其次），開(kāi)倉(cāng)檢查無(wú)結(jié)泥餅現(xiàn)象。其次，利用螺旋機(jī)，利用螺旋機(jī)排大粒徑石塊，通過(guò)濃泥漿，通過(guò)濃泥漿配置，利用其的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)排石。配置，利用其的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)排石。 4242* *20cm20cm 盾構(gòu)機(jī)下穿的重大風(fēng)險(xiǎn)源：盾構(gòu)機(jī)下穿的重大風(fēng)險(xiǎn)源： 1、下穿河流、下穿河流 存在淺覆土、拋填石、溶洞發(fā)育、上軟下硬等復(fù)合地層，上覆砂層穩(wěn)定性極差。天馬河為花都區(qū)的景觀河，環(huán)境保護(hù)要求高；而距離盾構(gòu)隧道左線14.5米處即為農(nóng)新大橋橋樁，橋上車(chē)流繁多，施工中的地面保護(hù)非常重要，在這兩個(gè)因素盾構(gòu)下穿施工帶來(lái)了極大的困難。本案目前屬全國(guó)第一例在巖溶區(qū)下穿河流的施工。 2、下穿河流、下穿河流 除在各單位親歷指導(dǎo)，制定措施、落實(shí)應(yīng)急管理措施外。掘進(jìn)主要采用“泥水模式掘進(jìn)為主，土壓掘進(jìn)排石”的組合拳，充分發(fā)揮出雙模式盾構(gòu)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。也采用逆循環(huán)或備用管正循環(huán)+半逆循環(huán)的方式，有效避免了排渣困