氣墊式泥水盾構(gòu)施工風險及控制

1北京鐵路地下直徑線氣墊式-泥水盾構(gòu)施工風險及控制孫善輝盾構(gòu)及掘進技術(shù)國家重點實驗室中國.鄭州中鐵隧道集團有限公司2一、泥水盾構(gòu)工作原理二、基本構(gòu)造三、施工風險及控制四、結(jié)束語交流目錄一、泥水盾構(gòu)工作原理兩種掘進模式：泥水平衡模式（直接控制）和氣壓平衡模式（間接控制、又叫D模式）。泥水平衡模式：刀盤后側(cè)設(shè)置隔板，它與刀盤之間形成泥水壓力室，將加壓的泥水送入并充滿泥水壓力室后，通過加壓作用和壓力保持機構(gòu)，來謀求開挖面的穩(wěn)定。對于不透水的粘土，使泥漿壓力適當大于圍巖主動水土壓力來保證隧道開挖面的穩(wěn)定；對于透水性大的砂性土，泥漿滲入到土層內(nèi)一定深度，于很短時間內(nèi)在土層表面形成泥膜，改善圍巖的自承能力，并使泥漿壓力在開挖面上發(fā)揮有效的支護作用。

氣壓平衡模式：也叫間接控制模式或“D”模式，它由空氣和泥水雙重系統(tǒng)組成。在盾構(gòu)的泥水室內(nèi)，裝有一道隔板，將泥水室分割成兩部分，在隔扳的前面充滿壓力泥漿，隔板后面（盾構(gòu)軸線以上部分）加入壓縮空氣，形成氣壓緩沖層，氣壓作用在隔板后面的泥漿接觸面上，因此可通過泥水和空氣雙重系統(tǒng)來控制開挖面的支護壓力。該過程由操作者根據(jù)液位、壓力傳感器信息控制，設(shè)備上還有自鎖系統(tǒng)進行自我保護，故該模式更適合于圍巖不穩(wěn)定和沉降控制要求高的地質(zhì)情況。優(yōu)缺點對比：日系、德系。地層適應(yīng)性。泥水盾構(gòu)特點1.在復雜及不穩(wěn)定地層中能穩(wěn)定開挖面；2.泥水傳遞速度快而且均勻，開挖面平衡土壓力的控制精度高，對開挖面周邊土體的干擾少，地面沉降量控制精度高；3.刀盤、刀具磨損小，出土采取泥漿攜帶；4.刀盤所受扭矩小，更適合大直徑隧道施工；5.適用于軟弱的淤泥質(zhì)粘土層、松散的砂土層、沙礫層、卵石層和硬土的互層等地層。特別適用于地層含水量大、上方有水體的江河湖海隧道。6、缺點：費用高，泥水處理場占地面積大。二、基本構(gòu)造及部分系統(tǒng)下面以氣壓平衡式泥水盾構(gòu)為例，介紹泥水盾構(gòu)特有的系統(tǒng)，主要內(nèi)容包括盾構(gòu)構(gòu)造介紹、泥水循環(huán)系統(tǒng)、氣體保壓系統(tǒng)等。泥水盾構(gòu)構(gòu)造

泥水盾構(gòu)結(jié)構(gòu)主要包括刀盤、盾體、主驅(qū)動、人倉、管片安裝機、設(shè)備梁及吊機、推進缸、保壓裝置、破碎機等，拖車上布置的設(shè)備主要包括主排漿泵、控制室、空壓機、砂漿管、電器設(shè)備、水泵水箱、泥漿管延伸裝置等。不同的盾構(gòu)廠家，其布置不同。刀盤前盾中盾盾尾管片開挖倉氣墊室泥水倉門管片拼裝機設(shè)備橋推進油缸主驅(qū)動電機米字梁主軸承破碎機人倉門人倉進漿管排漿管減速器盾尾密封刷真空吸盤盾構(gòu)后配套拖車泥水循環(huán)系統(tǒng)

泥漿循環(huán)的方式包括旁通模式、開挖模式、反循環(huán)模式、隔離模式和長時間停機模式。旁通模式開挖模式反循環(huán)模式隔離模式長時間停機模式氣體保壓系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要功能就是保證開挖面的壓力穩(wěn)定。這也是間接控制式泥水盾構(gòu)的主要特點。泥水倉的壓力穩(wěn)定是直接關(guān)系到掌子面穩(wěn)定的重要因素，為保證工作面壓力的穩(wěn)定，泥水盾構(gòu)提供了一套專門的壓縮空氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)氣源由空壓機提供。氣體通過空壓機出口上方的粗濾器，然后通過兩條獨立的管線分配到人閘和開挖室。該系統(tǒng)布置了兩套獨立的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能根據(jù)設(shè)定值，自動調(diào)節(jié)氣倉內(nèi)壓力，使氣倉內(nèi)壓力一直穩(wěn)定在設(shè)定值。目前是使用的一般是SAMSON公司產(chǎn)品。其原理為，當壓力降低或升高，與設(shè)定值有偏差時，通過壓力的反饋，調(diào)整進氣閥或者排氣閥，對氣倉內(nèi)進行補氣或排氣，使壓力逐漸升高或降低到設(shè)定壓力值，直至與設(shè)定值平衡。因為掘進時液位總是存在一定的波動，其壓力有一定變化，SAMSON系統(tǒng)能根據(jù)壓力的反饋，及時對氣壓進行調(diào)整。壓力調(diào)節(jié)器進排氣閥三、施工風險及控制措施下面三以北三京鐵三路直三徑線12三m級泥三水盾三構(gòu)為三例，三從盾三構(gòu)運三輸、三組裝三調(diào)試三、始三發(fā)、三接收三、穿三越風三險源三及盾三構(gòu)機三主要三部件三及系三統(tǒng)(刀盤三刀具三、主三驅(qū)動三、推三進系三統(tǒng)、三循環(huán)三系統(tǒng)三等)等方三面，三介紹三其技三術(shù)難三點、三風險三及對三策措三施。（1）工三程概三論隧道三全長62三82三m，其三中51三75三m隧道三采用三盾構(gòu)三法施三工。三盾構(gòu)三法隧三道采三用一三臺全三新的Φ1三1.三97三m膨潤三土—氣墊三式泥三水加三壓平三衡盾三構(gòu)機三施工三。盾構(gòu)三由天三寧寺三橋北4#豎井三始發(fā)三，沿三天寧三寺橋三、西三便門三橋、盾構(gòu)隧道管片內(nèi)徑Φ10.5m，管片外徑Φ11.6m，環(huán)寬1.8m。管片環(huán)采用通用楔型環(huán)，每環(huán)管片由6塊標準塊、2塊鄰接塊和1塊封頂塊共九塊組成。（一）盾構(gòu)始發(fā)盾構(gòu)三隧道三主要三穿越三的地三層以三卵石三土、三圓礫三、中三砂、三粗砂三為主三，向三西卵三石粒三徑逐三漸加三大。三一般三粒徑20～40三mm，最三大粒三徑為55三0m三m，大三于20三mm的顆三粒含三量約三占總?cè)氐?0三%，亞三圓形三礫石三，中三粗砂三充填三。盾構(gòu)三隧道三所在三地層三主要三為空三隙潛三水和三孔隙三承壓三水，三地層三最大三滲透三系數(shù)K=三15三0三m/三d潛水三，最三大水三土壓三力為3b三ar。地三下水三位埋三深為23三.1三3～24三.3三1。（2）盾三構(gòu)始三發(fā)1）端三頭加三固效三果檢三查①端三頭加三固土三體強三度檢三查；②地三下水三位檢三查。2）洞三門鑿三除為了三防止三洞門三破除三后發(fā)三生涌三水涌三砂現(xiàn)三象，三先將三1m三厚的三地下三連續(xù)三墻鑿三除0三.6三m,三剩余三0.三4m三的保三護厚三度，三洞門三中心三魚尾三刀部三位Ф三1.三4m三范圍三內(nèi)多三鑿除三0.三2m三，并三將外三露的三玻璃三纖維三筋全三部割三除取三出，余三下連三續(xù)墻三由刀三盤直三接破三除。3）始三發(fā)件三安裝①設(shè)三計：三強度三、剛?cè)?、三精度三要求三；②安三裝：三精度三、安三裝順三序、三安裝三質(zhì)量三；③始三發(fā)件三相對三位置三、模三擬掘三進。（3）盾三構(gòu)組三裝調(diào)三試1）編三制相三關(guān)專三項方三案，三組織三召開三專家三論證三會；2）大三件吊三裝、三翻身三安全三（規(guī)三范、三試吊三、溜三鉤）三；3）大三件運三輸進三場順三序應(yīng)三與下三井組三裝順三序相三協(xié)調(diào)三；4）盾三構(gòu)組三裝調(diào)三試過三程嚴三格管三控，三防止三關(guān)鍵三遺漏三、錯三裝；5）刀三盤主三驅(qū)動三的連三接、三液壓三管路三的連三接、三主驅(qū)三動油三脂管三路的三連接三、盾三體的三連接三及焊三接等三；6）相三關(guān)驗三收工三作（三盾構(gòu)三組裝三調(diào)試三驗收三、始三發(fā)條三件的三驗收三、配三套系三統(tǒng)的三驗收三等）三。（4）試三掘進1）風三險：三始發(fā)三基座三、反三力架三變形三；洞三門密三封外三翻、三噴涌三；掌三子面三坍塌三；盾三構(gòu)姿三態(tài)差三等。2）始三發(fā)注三意事三項①第三一環(huán)三負環(huán)三管片三拼裝三質(zhì)量三（焊三接臨三時反三力裝三置、三與反三力架三垂直三密貼三、防三橢圓三變形三措施三等）三；②第三一環(huán)三負環(huán)三緩慢三平穩(wěn)三推出三盾尾三，及三時支三撐穩(wěn)三定；③防三扭塊三的作三用及三割除④刀三盤初三始貫三入洞三門注三意事三項（三潤滑三油脂三、刀三盤初三始轉(zhuǎn)三動等三）⑤初三始泥三漿循三環(huán)及三貫入三連續(xù)三墻注三意事三項（三無需三減壓三，僅三保持三泥漿三循環(huán)三維持三盾構(gòu)三掘進三即可三）⑥掌三子面三壓力三建立三（在三盾構(gòu)三主機三進入三洞門三前，三壓力三從小三到大三逐漸三建立三），三泥漿三循環(huán)三不可三長時三間不三掘進三狀態(tài)三下進三行掘三進模三式循三環(huán)；⑦及三時封三閉至三關(guān)重三要。粉質(zhì)三粘土三地層砂礫三石/砂卵三石地三層砂礫三石、三砂與三粘土三交互三地層典型三地層（二）盾構(gòu)地質(zhì)適應(yīng)性1、刀三盤刀三具改三造與三地層三適應(yīng)三性第一三次刀三盤改三造對三比圖砂卵三石板三結(jié)地三層抗壓三強度23三MP三a原切三、刮三刀原切三、刮三刀新切三、刮三刀保護三刀刀具名稱原有數(shù)量改造后數(shù)量切刀296把296+48+16=360把重型撕裂刀320周邊刮刀1632中心刀12把切刀魚尾狀5把雙聯(lián)滾刀雙刃滾刀034單刃滾刀08焊接合金刀096刀盤外周和過渡區(qū)撕裂刀052其中26把焊接可更換，26把不可更換改造三情況三表第二三次刀三盤改三造（三帶壓三動火三）改造三原因三：①三滾刀三刀間三距過三大無三法有三效松三動土三層；三②嚴三重的三“泥三餅”三及“三土包三石”三嚴重三磨損三、破三壞刀三盤刀三具；三③切三、刮三刀螺三栓受三大卵三石劇三烈沖三擊疲三勞斷三裂，三導致三大批三掉落三；④三刀打三刀。刀座三改造第三三次刀三座改三造（三帶壓三動火三）①刀三盤刀三具主三要磨三損、三破壞三情況⑴刀三盤本三體發(fā)三生較三大磨三損，三主要三是M2三8刀軌三跡對三應(yīng)的三刀盤三半徑5.三33三6米周三圈；M1三4、M1三5號刀三對應(yīng)三的3.三14三m半徑三周圈三；M4、M8刀箱三對應(yīng)三的1.三59三-2三.1三9m半徑三周圈三；M9刀箱三對應(yīng)三的半三徑為2.三19三-2三.5三1m周圈三；其三中1.三81三m半徑三周圈三磨損三最為三嚴重三，經(jīng)三測量三磨損三深度三最大三達到35三cm；⑵三刀盤三中心三區(qū)滾三刀刀三箱磨三損破三壞嚴三重（M1、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M1三1、M1三3、M1三4、M1三5），三已無三法安三裝滾三刀；三⑶周三邊刮三刀、三切刀三崩齒三、掉三落破三壞嚴三重。②主三要完三成情三況修復三滾刀三刀箱13個、三中心三刀刀三箱5個、三輻條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、三耐磨三鋼板32三6塊、三合金三刀3把。刀箱三已損三壞已更三換刀三具需更三換刀三具待確三認刀三具下頁三圖片三備注90度輻三條0度輻三條27三0度輻三條18三0度輻三條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度輻三條修三復前三后對三照圖2、帶三壓進三倉刀三具更三換及三動火三焊接①帶三壓進三倉準三備工三作：三高質(zhì)三量泥三漿制三備—刀盤三艙泥三漿置三換—旋轉(zhuǎn)三刀盤—封堵三漏氣三點—保壓—人、三材、三料、三機到三位—降低三液位—液位三、壓三力、三補氣三量穩(wěn)三定后三準備三進倉三。②帶三壓進三倉程三序：三專業(yè)三操艙三人員三到位—合格三進倉三人員三到位—交清三工作三內(nèi)容三和注三意事三項—進倉三加壓—氣墊三倉通三水、三電、三風—工作三時間三達到三規(guī)定三要求—通知三出艙—人員三關(guān)閉三倉門三確認三安全三后—掌子三面補三漿并三開始三減壓—出倉三交清三工作三所完三成情三況。③刀三盤艙三帶壓三條件三下動三火焊三接工三作原三理：三在常三規(guī)帶三壓作三業(yè)基三礎(chǔ)上三，通三過增三設(shè)一三些特三殊設(shè)三備設(shè)三施、三儀器三儀表三、人三員防三護及三相應(yīng)三盾構(gòu)三改裝三，實三現(xiàn)作三業(yè)人三員在三刀盤三艙壓三力狀三態(tài)下三的焊三接作三業(yè)，三并保三證作三業(yè)人三員能三夠呼三吸足三量的三新鮮三空氣三，焊三接產(chǎn)三生的三廢氣三能夠三及時三排出三，同三時保三證刀三盤艙三壓力三恒定三、掌三子面三穩(wěn)定三及作三業(yè)人三員的三健康三安全三。作三業(yè)過三程中三，全三程由三攝影三、進三排氣三流量三計、三氧氣三及有三害氣三體濃三度檢三測儀三和吸三氧控三制器三等專三用設(shè)三備設(shè)三施監(jiān)三控，三從而三保證三作業(yè)三期間三的安三全高質(zhì)三量泥三膜泥膜三開裂概念三：飽三和潛三水、三盾構(gòu)三飽和三氣體三帶壓三進倉程序三：首三先作三業(yè)人三員進三入高三壓居三住艙三，按三照加三壓表三緩慢三加壓三至預三定壓三力，三然后三全天三侯高三壓環(huán)三境下三觀察三其作三業(yè)人三員身三體、三心理三及生三活狀三態(tài)，三確認三安全三后，三然后三將中三轉(zhuǎn)艙三與生三活艙三對接三，進三艙換三刀作三業(yè)人三員進三入轉(zhuǎn)三運艙三，然三后將三中轉(zhuǎn)三艙轉(zhuǎn)三移到三盾構(gòu)三人艙三進行三對接三，作三業(yè)人三員進三入盾三構(gòu)人三艙，三然后三到達三刀盤三艙開三始工三作，三每次三單艙三作業(yè)三完成三后，三人員三再經(jīng)三轉(zhuǎn)運三艙進三入高三壓生三活艙三繼續(xù)三生活三，直三至所三有換三刀作三業(yè)完三成后三，最三后一三次性三減壓三。3、飽三和氣三體帶三壓進三倉法國70三1m，中三國48三0m，俄三羅斯三發(fā)現(xiàn)20三00三m深海三生物三。中國三海軍48三0米飽三和潛三水實三驗①減三壓?、跉馊龎簜廴比醢Y三及氧三中毒④二三氧化三碳中三毒及三氮麻三醉帶壓三作業(yè)三病理三知識4、刀三盤刀三具優(yōu)三化設(shè)三計伸縮三刀具三（常三壓換三刀裝三置）替補三刀具緊急三救援三刀具互換三性刀三具設(shè)三計5、刀三具磨三損檢三測裝三置①液三壓檢三測刀②藍三牙裝三置檢三測刀③電三極裝三置檢三測刀④示三蹤技三術(shù)⑤內(nèi)三窺鏡三技術(shù)帶壓三油路①主三軸承三：密三封（三油脂三注入三）；三保險三軸斷三裂；（三）各主要構(gòu)件及系統(tǒng)②破三碎機三：安三全防三護及三維修三安全三，氣三墊艙三常壓幻燈三片11③泥三漿（三艙）三門:安全三防護三；④變?nèi)l電三機：三冷卻三（循三環(huán)水三道清三潔）⑤推三進系三統(tǒng)：三油缸三沖缸三、密三封泄三壓及三液壓三油檢三測、三過濾三。⑥刀三盤、三盾殼三：卡三機處三理，三盾構(gòu)三后退三。⑦SA三MS三ON系統(tǒng)三檢修⑧尾三刷更三換⑨管三片拼三裝機三、管三片吊三機