盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)課件

盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)第五軌道交通工程隊(duì)

——盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)目錄一、工程簡(jiǎn)介二、特殊地層2.1復(fù)合地層2.2復(fù)合盾構(gòu)三、復(fù)合地層盾構(gòu)施工3.1始發(fā)井端頭加固3.2特殊構(gòu)筑物加固3.3全斷面軟巖掘進(jìn)控制3.4上軟下硬段掘進(jìn)控制3.5全斷面硬巖掘進(jìn)控制3.6復(fù)合地層中帶壓作業(yè)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)2#盾構(gòu)始發(fā)井DK38+359位于東莞市大朗鎮(zhèn)大井頭村，施工左線(xiàn)隧道長(zhǎng)2925m，盾構(gòu)機(jī)于2012年8月始發(fā)，至2014年6月掘進(jìn)870環(huán)。隧道區(qū)間地質(zhì)復(fù)雜，全斷面軟巖、上軟下硬、全斷面硬巖交替出現(xiàn)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合地層，地表房屋密集，沿線(xiàn)房屋覆蓋率高達(dá)90%，且多為老舊無(wú)基礎(chǔ)的土磚房，道路空間狹小，地表注漿加固困難，因此盾構(gòu)掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)極大。一、工程簡(jiǎn)介1#盾構(gòu)井2#盾構(gòu)井風(fēng)井左線(xiàn)左線(xiàn)1#盾構(gòu)始發(fā)井DK33+951位于東莞市大朗鎮(zhèn)黎貝嶺村，施工左線(xiàn)隧道長(zhǎng)1452m，盾構(gòu)機(jī)于2011年11月始發(fā)，2014年4月貫通。隧道區(qū)間以全斷面硬巖為主，巖石硬度平均在80MPa以上，隧道最大埋深42m，縱坡24.4‰，地下水豐富，因此盾構(gòu)掘進(jìn)困難。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的工作原理則是向密封艙內(nèi)加入塑流化改性材料，與開(kāi)挖面切削下來(lái)的土體經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢?，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流體，同時(shí)通過(guò)伺服控制盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)千斤頂速度與螺旋輸送機(jī)向外排土的速度相匹配，經(jīng)艙內(nèi)塑流體向開(kāi)挖面?zhèn)鬟f設(shè)定的平衡壓力，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)始終在保持動(dòng)態(tài)平衡的條件下連續(xù)向前推進(jìn)。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)二、特殊地層1復(fù)合地層2砂層3鵝卵石地層4孤石5地質(zhì)斷裂帶6穿越江河等富水地層7穿越重要房屋、構(gòu)筑物、樁基礎(chǔ)8穿越有害物質(zhì)地層盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)2.1復(fù)合地層工程涉及的圍巖地層可宏觀的分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是均一地層，另一類(lèi)是復(fù)合地層。均一地層是指在開(kāi)挖斷面范圍內(nèi)和開(kāi)挖延伸方向上，由一種或若干種地層組成，但其巖土力學(xué)、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)等特性相近的地層或地層組合。復(fù)合地層是指在開(kāi)挖斷面范圍內(nèi)和開(kāi)挖延伸方向上，由兩種或兩種以上不同地層組成，且這些地層的巖土力學(xué)、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)等特性相差懸殊的地層組合。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)素填土粉質(zhì)粘土全風(fēng)化混合片麻巖強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖弱風(fēng)化混合片麻巖顏色呈褐黃色，黃褐色；單軸飽和抗壓強(qiáng)度≤5Mpa顏色褐黃色，巖芯呈碎石狀、短柱狀、節(jié)理裂隙發(fā)育；單軸飽和抗壓強(qiáng)度5-30Mpa顏色青灰色，節(jié)理裂隙交發(fā)育；單軸飽和抗壓強(qiáng)度≥60Mpa2#盾構(gòu)機(jī)沿線(xiàn)地質(zhì)縱斷面圖盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)地表密集房屋密集的建筑群狹小的街道和簡(jiǎn)易、脆弱的老舊房屋盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)2.2復(fù)合盾構(gòu)在復(fù)合地層中進(jìn)行盾構(gòu)施工，需要盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)具有廣泛的適應(yīng)性。對(duì)于盾構(gòu)機(jī)來(lái)說(shuō)，最關(guān)鍵的問(wèn)題就是采用什么刀盤(pán)結(jié)構(gòu)形式和刀具配置才能夠使盾構(gòu)機(jī)在整個(gè)隧道掘進(jìn)過(guò)程中達(dá)到最小的刀具磨損、最少的換刀次數(shù)和最快的掘進(jìn)速度。左線(xiàn)施工由中鐵二十局施工，采用法國(guó)NFM技術(shù)北方重工生產(chǎn)的直徑φ8.83m土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，右線(xiàn)施工由中鐵十六局施工，采用德國(guó)海瑞克生產(chǎn)的直徑直徑φ8.83m土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)左線(xiàn)盾構(gòu)刀盤(pán)右線(xiàn)盾構(gòu)刀盤(pán)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)刀盤(pán)配置左線(xiàn)盾構(gòu)刀盤(pán)右線(xiàn)盾構(gòu)刀盤(pán)開(kāi)挖直徑8860mm8830mm刀盤(pán)結(jié)構(gòu)形式刀盤(pán)整體采用輻條面板式，邊緣采用平面斜角式；刀盤(pán)面板由左、右兩部分拼接而成；滾刀布置在輻條上，刮刀布置在輻條兩側(cè)刀盤(pán)整體采用輻條面板式，邊緣采用平面圓角式；刀盤(pán)面板由上、下、左、右和中間五部分拼接而成；滾刀布置在面板上，刮刀布置在輻條兩側(cè)開(kāi)口率30%27%重量110T116T支撐形式中間支撐,6個(gè)牛腿中間支撐，8個(gè)牛腿主動(dòng)攪拌棒3根4根驅(qū)動(dòng)形式變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率9*220KW14*160KW轉(zhuǎn)速0-4.07r/min0-4.2r/min扭矩額定扭矩12680kNm脫困扭矩16484kNm額定扭矩8121kNm脫困扭矩11369kNm添加劑注入口8個(gè)，前裝式8個(gè)，背裝式刀具配置單刃滾刀17寸盤(pán)形滾刀，共計(jì)44把（其中正面滾刀40把，偏心滾刀4把）17寸盤(pán)形滾刀，共計(jì)45把（無(wú)偏心滾刀）雙刃滾刀17寸盤(pán)形滾刀，共計(jì)5把17寸盤(pán)形滾刀，共計(jì)4把滾刀間距76/92mm90/100mm滾刀軌距52條52條刮刀188把，其中周邊刮刀24把106把，其中周邊刮刀16把滾刀與刮刀高差140/95mm160/110mm超挖刀1個(gè)無(wú)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)三、復(fù)合地層盾構(gòu)施工始發(fā)井端頭加固特殊構(gòu)筑物加固全斷面軟巖掘進(jìn)控制上軟下硬段掘進(jìn)控制全斷面硬巖掘進(jìn)控制復(fù)合地層中帶壓作業(yè)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)3.1始發(fā)井端頭加固水紋地質(zhì)條件：本標(biāo)段勘察期間地下水位埋深1.00-5.45m，水位高程18.35-32.71m，水位變幅0.50-2.00m。巖石富水性和透水性與節(jié)理裂隙發(fā)育情況關(guān)系密切，節(jié)理裂隙發(fā)育的不均勻性導(dǎo)致其富水性和透水性也不均勻。加固目的：改良端頭土體，提高端頭土體強(qiáng)度，堵塞顆粒的間隙和地層的水，確保盾構(gòu)機(jī)始發(fā)安全。與一般地基加固的不同之處是不僅僅要有強(qiáng)度要求，還要有抗?jié)B透性要求。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)2#盾構(gòu)始發(fā)井端頭加固采用咬合旋噴樁，樁型為直徑600，間距為500mm，有效樁長(zhǎng)16.5m，端頭加固寬度為8m，長(zhǎng)度16.5m。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)為了確保盾構(gòu)始發(fā)時(shí)的洞門(mén)破除施工的安全以及各地層的穩(wěn)定，在左線(xiàn)端頭地連墻前方增加一排直徑1m的素砼樁加固，樁心間距為1m,素砼樁有效樁長(zhǎng)23m,共計(jì)13根；素砼樁間采用直徑0.6m的旋噴止水樁咬合，旋噴止水樁有效樁長(zhǎng)16.5m，空樁長(zhǎng)6.5m，共計(jì)14根。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)3.2特殊構(gòu)筑物加固本標(biāo)段盾構(gòu)區(qū)間隧道埋深13米—43米，隧道穿越大朗鎮(zhèn)老城區(qū)，地表房屋密集，構(gòu)筑物高達(dá)90%以上，其中包括高架橋、東明學(xué)校、華潤(rùn)萬(wàn)家超市、5-7層居民樓、天然基礎(chǔ)的土磚瓦房。在廣州地區(qū)的復(fù)合地層，在擾動(dòng)狀態(tài)下掌子面不穩(wěn)定，地面沉降量和沉降速率均較大，采取何種施工措施控制建構(gòu)筑物的變形是盾構(gòu)施工的難點(diǎn)。盾構(gòu)施工機(jī)理和地質(zhì)情況的限制，掘進(jìn)時(shí)將引起地面隆起和沉降。如沉降或隆起超過(guò)建構(gòu)筑物或管線(xiàn)允許的變形控制極限，造成地面建構(gòu)筑物和管線(xiàn)的變形、開(kāi)裂，甚至建筑物倒塌，可能帶來(lái)的糾紛對(duì)施工產(chǎn)生不可忽視的影響，不但影響施工進(jìn)度和施工安全，并且會(huì)造成嚴(yán)重的社會(huì)不良影響。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)本段隧道在GDK38+300處下穿省道S357銀朗南路，右線(xiàn)線(xiàn)路中心與銀朗南路線(xiàn)路中心以64°的交角與銀朗南路斜交，并下穿銀朗南路大井頭跨線(xiàn)橋，從橋跨樁基間穿過(guò)，呈西南至東北走向。隧道埋深約13m，左、右線(xiàn)線(xiàn)路中心間距約28.5m。盾構(gòu)隧道主體結(jié)構(gòu)分別從該橋的30m小箱梁兩跨間橋樁樁基之間穿過(guò),其中隧道左線(xiàn)從橋梁⑥號(hào)墩和⑦號(hào)墩之間穿過(guò)，隧道右線(xiàn)從橋梁⑦號(hào)墩和⑧號(hào)墩之間穿過(guò)。橋墩下部結(jié)構(gòu)采用2.5m（長(zhǎng)）*2.5m（寬）*1.5m（高）承臺(tái)結(jié)構(gòu)，承臺(tái)以下采用直徑1.5m樁基礎(chǔ)。其中樁基礎(chǔ)深度分別為：⑥號(hào)墩左樁長(zhǎng)34.22m、右樁長(zhǎng)32.5m；⑦號(hào)墩左樁長(zhǎng)34.98m、右樁長(zhǎng)33.5m；⑧號(hào)墩左樁長(zhǎng)38.39m、右樁長(zhǎng)36.82m。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)為保證盾構(gòu)施工期間大井頭跨線(xiàn)橋的安全，在橋樁基礎(chǔ)外布置兩排斜向袖閥管，鉆孔同排間距0.8m，兩排袖閥管距基礎(chǔ)邊的距離根據(jù)基礎(chǔ)深度來(lái)確定，采用梅花型布置，盡量減小無(wú)法加固區(qū)域；鉆孔布置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整鉆孔位置及間距。整個(gè)注漿結(jié)束后采取水泥砂漿進(jìn)行封堵處理。注漿深度為樁基基底以下2m或進(jìn)入微風(fēng)化巖層則注漿深度入微風(fēng)化層0.5m。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)房屋預(yù)注漿加固根據(jù)建筑物基礎(chǔ)、地質(zhì)水文及隧道埋深條件，對(duì)建筑物天然基礎(chǔ)下的松散土體及管樁周邊地層進(jìn)行主動(dòng)注漿加固，以改善天然基礎(chǔ)地層并加強(qiáng)管樁與土體摩阻力。房屋跟蹤注漿加固根據(jù)建筑物基礎(chǔ)、地質(zhì)水文及隧道埋深條件，對(duì)隧道開(kāi)挖中因失水、應(yīng)力釋放等形成的間隙或松散土層根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果進(jìn)行注漿，當(dāng)建筑物沉降變形監(jiān)控量測(cè)值大于設(shè)計(jì)警戒值（控制值的80%）時(shí)應(yīng)立即停止隧道開(kāi)挖及時(shí)對(duì)建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行單排袖閥管跟蹤注漿（跟蹤注漿加固施工方法同預(yù)注漿加固方法）。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)大朗鎮(zhèn)大井頭村盾構(gòu)左線(xiàn)盾構(gòu)右線(xiàn)30米邊界線(xiàn)掘進(jìn)方向盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)位于居民密集區(qū)段的天然基礎(chǔ)建筑物，由于道路狹小，場(chǎng)地有限，鉆機(jī)無(wú)法進(jìn)入時(shí)，鉆孔施工采用洛陽(yáng)鏟。有砼硬化的地面使用多功能砼鉆孔取芯機(jī)打穿硬化層，注漿鉆孔深度為4.5m?；A(chǔ)型式為樁基礎(chǔ)的框架結(jié)構(gòu)物，注漿加固深度超過(guò)15m的采用地質(zhì)鉆機(jī)施工。房屋基礎(chǔ)外布置兩排斜向袖閥管，鉆孔同排間距1.0m，兩排袖閥管距基礎(chǔ)邊的間距根據(jù)基礎(chǔ)深度確定（注漿深度為地面至建筑物基礎(chǔ)底以下2m），兩排注漿孔之間采用梅花型布置，盡量打設(shè)斜孔到房屋投影下方，盡量減小無(wú)法加固區(qū)域；鉆孔布置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整鉆孔位置及間距。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)3.3全斷面軟巖掘進(jìn)控制為了控制地表密集房屋的沉降，業(yè)主要求盾構(gòu)掘進(jìn)采取保守的滿(mǎn)倉(cāng)高壓模式，這種掘進(jìn)模式相對(duì)較為安全，但是滿(mǎn)倉(cāng)高壓增大了盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)負(fù)荷，盾構(gòu)掘進(jìn)緩慢，土倉(cāng)極易結(jié)泥餅，滾刀被包死最終導(dǎo)致偏磨，帶壓進(jìn)倉(cāng)清理泥餅、更換刀具頻繁。措施：嘗試保氣壓半倉(cāng)掘進(jìn)，減小盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)負(fù)荷，提高掘進(jìn)速度。土倉(cāng)加裝高壓水路，防止泥餅生成。調(diào)節(jié)發(fā)泡率，提高渣土改良效果。調(diào)整滾刀扭矩，防止刀具偏磨。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)3.4上軟下硬段掘進(jìn)控制上軟下硬地層掘進(jìn)過(guò)程中，最大危害是下面硬地層造成掘進(jìn)速度慢，但在較慢的掘進(jìn)速度下，刀盤(pán)對(duì)土體不斷擾動(dòng)，上面的軟土流入土倉(cāng)，容易造成超挖，導(dǎo)致地面嚴(yán)重沉降，甚至“塌通天”。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)措施帶壓作業(yè)嚴(yán)格按技術(shù)交底進(jìn)行，做好應(yīng)急準(zhǔn)備刀具選用配置合理，減少開(kāi)倉(cāng)頻率轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋輸送機(jī)，排出底部渣石嚴(yán)格控制頂壓，建立動(dòng)態(tài)平衡掘進(jìn)參數(shù)異常時(shí)及時(shí)分析調(diào)整采用小推力、低轉(zhuǎn)速模式掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)帶壓作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)極大掘進(jìn)速度慢，超挖難控制噴涌，出土量難控制刀具磨損異常盾構(gòu)姿態(tài)難控制盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)3.5全斷面硬巖掘進(jìn)控制全斷面硬巖盾構(gòu)掘進(jìn)相對(duì)較為安全，但是進(jìn)倉(cāng)檢查更換刀具頻繁。巖層過(guò)硬時(shí)如果檢查更換偏心刀不及時(shí)容易出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)卡殼。巖層過(guò)“脆”時(shí)掘進(jìn)容易出現(xiàn)大塊石頭，卡死螺旋輸送機(jī)、砸斷土倉(cāng)攪拌棒、泡沫管路、砸壞土倉(cāng)傳感器、管路連接箱。巖層過(guò)“硬”時(shí)刀具異常損壞。拱頂巖層過(guò)薄時(shí)，如果土倉(cāng)保壓過(guò)低會(huì)造成地層失水過(guò)多引起地表沉降。停機(jī)過(guò)長(zhǎng)時(shí)螺旋機(jī)會(huì)包死。巖層裂隙水過(guò)多時(shí)會(huì)造成管片上浮、螺旋輸送機(jī)噴涌。措施：1.定期進(jìn)倉(cāng)檢查更換刀具，尤其是檢查負(fù)責(zé)開(kāi)挖直徑的刀具以及中心刀具，防止盾構(gòu)機(jī)卡殼或中心變形。2.定期進(jìn)倉(cāng)復(fù)緊刀具螺栓，打撈土倉(cāng)金屬異物。3.采用高強(qiáng)耐磨刀具，有計(jì)劃分區(qū)域進(jìn)行更換，提高刀具使用效率。4.根據(jù)地層情況隨時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。5.在不明地層時(shí)或地層較為脆弱時(shí)采用保壓掘進(jìn)，防止地層失水過(guò)多。6.掘進(jìn)過(guò)程中加適量膨潤(rùn)土，改良渣土。7.足量進(jìn)行同步注漿，及時(shí)跟進(jìn)二次注漿，固定管片防止管片上浮。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)3.6復(fù)合地層中帶壓作業(yè)泥膜保壓技術(shù)2#盾構(gòu)機(jī)隧道區(qū)間地質(zhì)屬于標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合地層，進(jìn)倉(cāng)清理泥餅、更換刀具頻繁，但是地表房屋密集，無(wú)理想加固位置，進(jìn)倉(cāng)均采用高風(fēng)險(xiǎn)的帶壓作業(yè)。原理：通過(guò)向盾體周?chē)⑼羵}(cāng)注入膨潤(rùn)土泥漿，使盾體周?chē)罢谱用嫱馏w形成泥膜，封堵漏氣通道，防止地下水滲入，使土倉(cāng)形成一個(gè)密閉空間。特點(diǎn)：1、通過(guò)調(diào)整膨潤(rùn)土泥漿配比，使其既具有良好的滲透性封堵土層微小縫隙，同時(shí)又具有良好的附著性在掌子面形成一層泥膜，為帶壓作業(yè)創(chuàng)造良好條件。2、系統(tǒng)組織安排帶壓作業(yè)前期工作，嚴(yán)格控制置換、清倉(cāng)的過(guò)程細(xì)節(jié)和步驟，保證了泥膜效果，增大了帶壓作業(yè)的成功幾率，為帶壓作業(yè)爭(zhēng)取了寶貴的時(shí)間。盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)盾構(gòu)穿越特殊地層施工技術(shù)一氧化器是一種看不見(jiàn)的、無(wú)色、無(wú)味、無(wú)刺激、無(wú)法用五官感覺(jué)的氣體。50ppm健康成年人在八小時(shí)內(nèi)可以承受的最大濃度；200ppm2