廣州地鐵盾構(gòu)過江河施工技術(shù)

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萬事如意!盾構(gòu)過江、過河施工技術(shù)研究廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司廣州市地下鐵道設(shè)計(jì)研究院盾構(gòu)技術(shù)研究所魏康林一、盾構(gòu)過江風(fēng)險(xiǎn)分析

二、工程案例（以廣州過珠江為例）

1、工程概況水文地質(zhì)

2、施工重難點(diǎn)分析

3、掘進(jìn)模式

4、施工方法及主要技術(shù)措施

5、施工管理措施

6、異常情況及處理措施

三、盾構(gòu)過江的監(jiān)測方法探討

四、對(duì)于過錢塘江和新塘河的建議匯報(bào)的主要問題:一、盾構(gòu)過江風(fēng)險(xiǎn)分析2、盾構(gòu)機(jī)自身防水系統(tǒng)是最大的風(fēng)險(xiǎn)：（否則即使不在江底，同樣也有風(fēng)險(xiǎn)）①盾尾密封失效；②鉸接密封失效；③螺旋輸送機(jī)密封失效；④水壓力超過軸承最大密封壓力，造成軸承密封壓力失效；1、過江出現(xiàn)的種種問題涉及到盾構(gòu)施工問題的各個(gè)方面；3、江底特殊地層（上軟下硬、沼氣、古河道等）一、盾構(gòu)過江風(fēng)險(xiǎn)分析3、若要避免盾構(gòu)過江風(fēng)險(xiǎn)，要把絕大部分精力投入到對(duì)盾構(gòu)機(jī)的維修和保養(yǎng)方面，即“保頭、護(hù)尾、防密封”，要保證過江時(shí)盾構(gòu)機(jī)是在完全正常和安全狀態(tài)下運(yùn)行；4、基本的施工措施要保證：①盾構(gòu)機(jī)正確的掘進(jìn)姿態(tài)（避免擾動(dòng)）；②開倉或換刀時(shí)必要的保障和地層加固措施；③正確地控制各種施工參數(shù)，如出土量、注漿量、泡沫量、油脂量等等；④準(zhǔn)備充足的搶險(xiǎn)材料和物質(zhì)；⑤在鉸接密封之前的盾殼上預(yù)設(shè)徑向注漿孔。當(dāng)機(jī)頭前方塌方時(shí)，可以通過這些孔注入化學(xué)漿液或者水泥漿力保鉸接密封和盾尾密封的完好；⑥成立必要的指揮和決策機(jī)構(gòu)等（突發(fā)事件）。區(qū)間線路總平面圖侖頭海盾構(gòu)始發(fā)井盾構(gòu)吊出井官洲站官洲河

區(qū)間從侖頭盾構(gòu)始發(fā)井出發(fā)經(jīng)侖頭村后底崗?fù)ㄟ^侖頭村穿越侖頭海，到達(dá)官洲站；盾構(gòu)過站后再次始發(fā)經(jīng)官洲村穿越官洲河，到達(dá)盾構(gòu)吊出井。二、盾構(gòu)過江典型案例分析（土壓平衡式盾構(gòu)）1、工程概況區(qū)間隧道穿越侖頭海

侖頭海起止里程為YDK16+790～YDK17+360,全長570m，水面寬度418.87m，最大水深12.55m，隧道頂部距河底最小距離12.68m。

區(qū)間隧道穿越官洲河

官州河起止里程為YDK18+100～YDK18+383.5,全長283.5m，水面寬度約182.61m，最大水深9.71m，隧道頂部距河底最小距離7.1m。

2、工程水文地質(zhì)地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造為華南褶皺系湘桂粵褶皺帶粵中拗陷增城--臺(tái)山隆斷束的東莞盆地西端，構(gòu)造格架由近東西向的白堊系紅層組成的珠江向斜褶皺南翼及上元古界震旦系變質(zhì)巖東西向片麻巖理褶皺組成，并被北西向北亭斷裂，化龍斷裂所切割，廣三斷層在本區(qū)間穿過，破碎帶寬4～6m,其直接影響帶約150m。

工程地質(zhì)水文地質(zhì)本段線路按地下水賦存方式分為第四系砂層弱承壓水及基巖裂隙承壓水，地下水對(duì)鋼筋混凝土無腐蝕性。隧道穿越的地層主要為<6Z>、<7Z>、<8Z>地層，滲透系數(shù)為0.7m/d。

3、施工重、難點(diǎn)分析根據(jù)工程地質(zhì)情況，盾構(gòu)掘進(jìn)通過侖頭海、官洲河段掘進(jìn)有以下幾個(gè)難點(diǎn)：

1）工程水文地質(zhì)條件復(fù)雜，易出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象，施工難度大；

2）地層軟硬不均，對(duì)刀具磨損大，合理設(shè)定掘進(jìn)參數(shù)、推力、刀具配置等參數(shù)；

3）換刀位置選擇及換刀作業(yè)；

4）粉粒含量高，盾構(gòu)掘進(jìn)防結(jié)泥餅；

5）盾構(gòu)機(jī)穿過侖頭海河堤對(duì)沉降的控制。4、掘進(jìn)模式

1）侖頭海段掘進(jìn)模式

YDK16+790～YDK16+840盾構(gòu)穿過<6Z>地層，盾構(gòu)穿越地層單一，該段采用氣壓平衡模式掘進(jìn)。

YDK16+840～YDK16+900盾構(gòu)主要穿過<8Z>、<9Z>地層,施工時(shí)采用氣壓平衡模式掘進(jìn)。

YDK16+900～YDK17+080盾構(gòu)主要穿過<8Z>、<9Z>地層，屬穿越硬巖地層，采用氣壓平衡模式掘進(jìn)。

YDK17+080～YDK17+360盾構(gòu)主要穿越<7Z>、<8Z>、<9Z>復(fù)合地層，洞頂上覆蓋<7Z>、<6Z>很薄，最薄處僅為30cm，在ZDK17+210～230段洞頂切穿<3-2>透水砂層。該段既有上軟下硬地層，又有洞外水通過透水砂層進(jìn)入洞內(nèi)可能。采用土壓平衡掘進(jìn)模式。

2）官洲河段掘進(jìn)模式

YDK18+100～YDK18+270盾構(gòu)主要穿過<6Z>、<7Z>地層，隧道頂板以上有<5Z-2>地層出露，采用土壓平衡模式掘進(jìn)，施工時(shí)防止結(jié)泥餅。

YDK18+270～YDK18+383.5盾構(gòu)主要穿過<6Z>、<7Z>地層,采用土壓平衡模式掘進(jìn)，施工時(shí)防止結(jié)泥餅。

5、施工方法及主要技術(shù)措施1）施工總體措施概述盾構(gòu)過侖頭海根據(jù)侖頭海段工程水文地質(zhì)條件及盾構(gòu)施工特點(diǎn)：進(jìn)入侖頭海前YDK16+785處開倉換刀→進(jìn)入侖頭海段掘進(jìn)（260m）→侖頭海底YDK17+050處開倉換刀→繼續(xù)掘進(jìn)→盾構(gòu)過侖頭海施工結(jié)束。盾構(gòu)過官洲河根據(jù)官洲河段工程水文地質(zhì)條件及盾構(gòu)施工特點(diǎn)：進(jìn)入官洲河前YDK18+100處開倉換刀→進(jìn)入官洲河段掘進(jìn)（260m）→YDK18+383.5處換刀→盾構(gòu)過官洲河施工結(jié)束。2）具體技術(shù)措施認(rèn)真做好試掘進(jìn)及進(jìn)海、進(jìn)河前掘進(jìn)的總結(jié)工作，摸索出盾構(gòu)對(duì)不同地層的適應(yīng)情況，總結(jié)出不同地層盾構(gòu)機(jī)刀具的合理配置及掘進(jìn)參數(shù)；在過海、過河前對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行一次全面的保養(yǎng)檢修、更換刀具，安裝保壓泵渣系統(tǒng)（防噴涌）。盾構(gòu)機(jī)在海底、河底掘進(jìn)中，要每天進(jìn)行渣土性質(zhì)分析，嚴(yán)密監(jiān)視渣土的成分變化，判斷前方地層情況，及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。盾構(gòu)機(jī)在海底、河底掘進(jìn)中，要建立嚴(yán)格的渣土管理制度。對(duì)出渣量進(jìn)行認(rèn)真統(tǒng)計(jì)，每環(huán)出渣量與臨近的一個(gè)掘進(jìn)環(huán)出土量進(jìn)行比較。嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，按設(shè)定的壓力掘進(jìn)。為保護(hù)刀盤和刀具，在掘進(jìn)過程中推進(jìn)速度控制在15～35mm/min，刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.7～1.9r/min。盾構(gòu)過侖頭海在半徑為800m的曲線上掘進(jìn)時(shí)，嚴(yán)格控制鉸接油缸行程及行程差。在過海、過河之前，對(duì)盾尾密封刷進(jìn)行檢修并加足油脂，確保盾尾的密封性。

6、施工管理措施1）土壓平衡管理

土倉土壓力設(shè)定是土壓平衡掘進(jìn)模式的最重要的參數(shù)，土倉土壓力值的設(shè)定要充分考慮水頭壓力及水土壓力（及其變化，尤其是漲落潮），并應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)整，隨水頭、土層的變化而變化，以保證土倉的土壓力足以平衡開挖面的壓力。土倉壓力設(shè)定為0.16～0.24Mpa。

在海底、河底掘進(jìn)時(shí)，由于地層含水量高，水壓力高，注漿時(shí)遵循“同步注入，快速凝結(jié)，信息反饋，適當(dāng)補(bǔ)充”的原則。

注漿方式：盾尾同步注漿方式；

注漿材料：選用水泥、粉煤灰、膨潤土、砂混合漿液；

初凝時(shí)間：初凝時(shí)間5小時(shí)～8小時(shí)。在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中對(duì)漿液進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，摸索漿液在不同地層中適應(yīng)性；

注漿壓力：注漿壓力控制在0.2～0.3MPa（不可過大）。

注漿量：每環(huán)同步注漿量為理論注漿量的150％～180％，Q=6.1m3～7.3m3。注漿量還應(yīng)根據(jù)江底隆陷監(jiān)測情況隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整和動(dòng)態(tài)管理。

2）同步注漿管理3）刀具配置及更換

侖頭海段盾構(gòu)區(qū)間隧道穿越<7Z>、<8Z>、<9Z>地層，以<8Z>、<9Z>地層為主，單軸抗壓強(qiáng)度為26.2～90Mpa。此地層采用硬巖掘進(jìn)刀盤布置。刀盤布置：4把中心滾刀，31把單刃滾刀，64把切刀，8把弧形刮刀，1把超挖刀。

官洲河段盾構(gòu)區(qū)間隧道穿越<6Z>、<7Z>、<8Z>地層，以<6Z>、<7Z>地層為主，單軸抗壓強(qiáng)度為8.85Mpa。此地層采用軟巖刀盤布置。刀具配置：2把中心滾刀，18把正面齒刀，15把單刃滾刀，64把切刀，8把弧形刮刀，1把超挖刀。地段里程YDK16+785YDK17+050YDK17+350地層情況洞頂自下往上依次為<7Z>、<3-2>、<2-1A>、<1>自下往上依次為<8Z>、<7Z>、<5Z－1>、<2-2>地層<6Z>、<2-2>、<2-1A>、<1>洞身<7Z>地層<9Z>地層<9Z>、<8Z>、<7Z>地面建筑為侖頭環(huán)村路邊隧道上方為侖頭海無說明距上個(gè)換刀地段約300m，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)通過<7z>地層（有少量<8z>地層侵入隧道）后進(jìn)入預(yù)定換刀地段，洞身巖層整體性強(qiáng)，在無氣壓條件下?lián)Q刀，此處換刀后盾構(gòu)機(jī)將掘進(jìn)通過侖頭海底，為減小海底換刀機(jī)率，防止刀具帶病作業(yè)，更換整盤刀具。距離上個(gè)換刀地段約260米，隧道掘進(jìn)通過<9Z>、<8Z>、<7Z>地層，<9Z>地層約占1/2，無氣壓條件下?lián)Q刀。距離上次換刀地段約300m，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)通過<9Z>、<8Z>、<7Z><6Z>地層后進(jìn)入預(yù)定換刀地段，開始換刀作業(yè)，把部分正面單刃滾刀換成正面齒刀（16把）、部分中心滾刀換成中心齒刀（2把），以適應(yīng)盾構(gòu)機(jī)將要掘進(jìn)通過的<5Z>地層。檢查及更換刀具在無壓條件下進(jìn)行。線路坡度4.08‰4.08‰37‰覆蓋層厚度約30m。距離侖頭海底約15m。約15m。注：右線過侖頭海施工共換刀三次，換刀時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面檢修，檢查刀盤、刀具的磨損情況，修補(bǔ)刀盤、更換全部的刀具。在檢修刀具的同時(shí)，要對(duì)盾構(gòu)機(jī)的液壓、電氣、水循環(huán)、潤滑、注脂、注漿、泡沫、鉸接等系統(tǒng)進(jìn)行檢修，重點(diǎn)內(nèi)容包括：

—空壓機(jī)的檢測與維修

—螺旋輸送機(jī)閘門檢測與維修

—注脂系統(tǒng)的檢測與維修

—管片拼裝機(jī)的檢測與維修

—泡沫系統(tǒng)的檢測與維修

—盾尾密封檢查與維護(hù)

—鉸接密封檢查

—對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測

—檢查備件情況４）系統(tǒng)檢修7、異常情況及處理措施

1）噴涌及處理措施

a、控制好同步注漿，使?jié){液達(dá)到完全封閉襯砌空隙并的目的，避免土倉與管片背后形成水力通道。

b、盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，嚴(yán)格控制進(jìn)尺、出土量，保證盾構(gòu)機(jī)連續(xù)、均衡、快速通過。

c、向土倉中加入泡沫進(jìn)行碴土改良。

d、在噴水涌砂不嚴(yán)重時(shí)，采用螺旋輸送機(jī)尾部的雙平板閘門，交替啟閉，間隔排渣。當(dāng)噴水涌砂嚴(yán)重時(shí)，啟用保壓泵渣裝置排渣。

2）管片上浮及處理措施

a、選擇合適的漿液性能。根據(jù)注漿效果隨時(shí)調(diào)整漿液配比，不斷調(diào)整漿液性能。

b.控制好同步注漿壓力，在略高于注入面的水土壓力下保壓注漿，達(dá)到漿液保滿密實(shí)。

c.控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，發(fā)現(xiàn)偏差時(shí)應(yīng)及時(shí)逐步糾正，不得過急過猛，以免造成管片環(huán)面受力嚴(yán)重不均，使管片錯(cuò)位或上浮。當(dāng)管片上浮嚴(yán)重時(shí)，可將盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的洞軸線比隧道設(shè)計(jì)軸心線降低20～30mm掘進(jìn)。3）防止盾構(gòu)機(jī)鉸接密封滲漏

a、進(jìn)入侖頭海前，對(duì)盾構(gòu)機(jī)的鉸接密封進(jìn)行檢查，填料磨損嚴(yán)重、通過緊固密封很難恢復(fù)時(shí)，更換預(yù)應(yīng)力填料。

b、鉸接千斤頂?shù)男谐虘?yīng)設(shè)置在中位（75m）。行程伸出量不大于100mm，同時(shí)控制行程差不大于40㎜。以防止千斤活塞接近兩端。

c.向鉸接密封處注入足夠的潤滑脂，以保證密封良好。4）刀具磨損量大及防止措施

a、選擇適當(dāng)?shù)木蜻M(jìn)參數(shù)，保護(hù)好刀盤、刀具；

b、在刀盤面板處加入足量的泡沫，以增加渣土流塑性，防止在開口處結(jié)餅，同時(shí)為刀具降溫，減小刀具磨損；

c、選用強(qiáng)度和耐磨性高的滾刀安裝在刀盤邊緣及刀盤圓弧過度處，以保持掘進(jìn)直徑；強(qiáng)度和韌性較好的滾刀安裝在刀盤正面，承擔(dān)繁重地破巖任務(wù)；

d.盡量控制刀盤的振動(dòng)，也是減小刀具和機(jī)器損壞的重要措施；

e、選擇適當(dāng)位置進(jìn)行刀具檢查及換刀作業(yè)。

5）泥餅的預(yù)防及處理

a在到達(dá)易結(jié)泥餅地層前，采用軟巖掘進(jìn)刀盤布置，增大刀盤的開口率，減少結(jié)泥餅的機(jī)率。

b向刀盤切割面注射足夠的泡沫,改良渣土,防止在刀盤開口處結(jié)餅。

c必要時(shí)，可向螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入泡沫，以減輕碴土的栓塞作用。

d采用2/3倉土加氣壓模式掘進(jìn)，以便渣土流動(dòng)。

e加強(qiáng)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)的出土管理，密切注意開挖面的地質(zhì)情況和刀盤的工作狀態(tài)。

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一旦產(chǎn)生泥餅，必需盡快開倉清除。三、盾構(gòu)過江的監(jiān)測最常用的兩種過江監(jiān)測方法:1、聲納法監(jiān)測原理：聲納法是一種較普遍用于監(jiān)測江底沉降的方法，其特征是利用船只和衛(wèi)星定位系統(tǒng)在江面上的指定監(jiān)測點(diǎn)上通過聲納儀器對(duì)河床水深進(jìn)行測量，通過比較同一點(diǎn)前后兩次測量的數(shù)據(jù)得出江底的沉降情況。測量精度：定位測量精度為200mm，水深測量精度為100mm。2、傳感器法監(jiān)測原理：傳感器法是一種用于隧道過江施工中監(jiān)測河床沉降的方法，其特征在于通過采集沉入江底固定的水壓傳感裝置的信號(hào)，通過比較前后兩次所采集到的數(shù)據(jù)而得到傳感器埋設(shè)深度的變化，從而得到河床沉降的數(shù)據(jù)。測量精度：測量精度為20mm。江底檢測水位記錄儀三、盾構(gòu)過江的監(jiān)測3、測點(diǎn)布置測線的布設(shè)（每條隧道）有兩種：①沿隧道軸線方向布設(shè)，即在每條隧道的中軸線上布設(shè)一條中軸測線，