砂卵石地層盾構(gòu)施工要點.ppt

砂卵石地層盾構(gòu)施工要點 前言 北京砂卵石地層使用盾構(gòu)到現(xiàn)在已有15年歷史了 成功的案列很多 全斷面砂卵石一次推進1500m左右不換刀案例很多 下穿鐵路 公路 橋梁 樓房案例也很多 但現(xiàn)在大小問題依然出現(xiàn)最近地鐵14 線 海淀電力隧道事故不斷 究其原因有幾方面 1 大粒徑砂卵石是世界性難題2 設(shè)備能力問題 是成功的前提 3 施工的正確操作問題 是成功的保證 重點討論 土壓盾構(gòu)設(shè)備的刀盤和土體改良 盾構(gòu)在大粒徑砂卵石地層推進是世界難題 一 盾構(gòu)設(shè)備二 土體改良三 土壓建立 一 設(shè)備適應(yīng)性 1 刀盤扭矩及推力1 理論計算扭矩 1 切削土體所需的扭矩 2 刀盤自重產(chǎn)生的抵抗旋轉(zhuǎn)的扭矩 3 刀盤正面推力產(chǎn)生的抵抗旋轉(zhuǎn)扭矩 4 刀盤密封裝置產(chǎn)生的抵抗扭矩 5 刀盤正面的摩擦扭矩 6 刀盤周邊的摩擦扭矩 7 刀盤背面的摩擦扭矩 8 刀盤開口處切削渣土所需的扭矩 9 刀盤在密封艙內(nèi)攪拌所需的扭矩 2 經(jīng)驗公式 實踐發(fā)現(xiàn)裝備掘削扭矩與盾構(gòu)直徑的相關(guān)性極大 通?？捎孟率奖硎?式中 Te 裝備掘削扭矩 kN m De 盾構(gòu)外徑 m 扭矩系數(shù) 對泥水式而言 9 18kN m2 對土壓式而言 14 23kN m2 當有漂石時 取25以上 3 盾構(gòu)推力單位面積的推力大于1200kN m2 當卵石粒徑較大 比例較多可選單位面積的推力大于1200kN m2 選擇什么刀盤 2 刀盤形式 刀盤比較 砂卵石 松散地層 首選刀盤 1 輻條式刀盤 2 土體流道通暢 3 刀盤邊圈為直角 4 兼顧中心局部開口率 流道通暢對盾構(gòu)扭矩的影響a 地鐵九號線3 標中間差一個環(huán)扭矩差10 15 b 奧村盾構(gòu)去掉中間六塊鐵推薦速度80mm min變道130mm minc 中鐵鐵建在西安兩種刀盤同樣地層扭矩差30 40 9 線3標和10 線二期9標分別推左右線扭矩相差10 15 同樣地層條件去掉輻條支撐在相同扭矩下推進速度由60 80mm min到110 130mm min 刀盤細部考慮 a側(cè)面形狀 磨損小 磨損較大 磨損大 b要考慮中心局部開口率 此部位開口率易偏小 c在需用刀具能布置開及滿足刀盤強度的情況下 盡量加大開口率 放兩張照片二處和典型刀盤 XIANX 先行刀刀盤 滾刀刀盤 3 刀具及刀具布置刀具 先行刀 撕裂刀 切削刀 刮刀 滾刀在刀盤的布置 正常磨損刀具的正常磨損是指刀圈的磨損量超過了規(guī)定值 磨損量可用專用的量具進行測量 刀圈偏磨如果滾刀在掘進工作面不轉(zhuǎn)動 由于刀圈和掘進工作面的相對運動就會形成刀圈的偏磨 由于中心區(qū)滾刀線速度較小 承受載荷較大 中心區(qū)滾刀容易出現(xiàn)此現(xiàn)象 在掘進時滾刀時轉(zhuǎn)時不轉(zhuǎn) 或者在某個點轉(zhuǎn)動時間長在其它點轉(zhuǎn)動時間短 就會產(chǎn)生這樣的磨損 正常磨損 砂礫層地層弧形刮刀所形成的磨損 大粒徑卵石地層刀具破壞1 特點a貝型先行刀錛刀現(xiàn)象嚴重 b硬質(zhì)合金磨損在一般砂卵石地層是光面磨損在大粒徑卵石地層是小米粒狀往下掉 c魚尾刀磨損嚴重 2 對策a加寬貝型刀的厚度 加大硬質(zhì)合金塊的厚度 b同一軌跡布置不同種類的先行刀 c開發(fā)新型刀具 已使用鑲嵌硬質(zhì)合金的方鐵 圓柱型刀具 3 滾刀使用a砂卵石地層優(yōu)先考慮使用雙刃滾刀 b為增加滾刀壽命可考慮使用鑲嵌硬質(zhì)合金塊的滾刀 c適當加大滾刀軌跡的間距 d滾刀先行刀混合使用 刀具布置1 刀具作用a先行刀保護切削刀 切削刀保護刀盤結(jié)構(gòu) b同一軌跡同類刀具前進方向超前的先磨損 滯后的在超前刀磨完前幾乎不磨損 2 使用多種刀具中心刀 先行刀 切削刀 周邊刀 注漿口保護刀 3 同一軌跡同類刀具布置多層 以便增加推進長度 4 周邊保護刀和中心刀是考慮重點 5 刮刀布置要犬牙交錯 不能聯(lián)排布設(shè) 先行刀刀盤布置 4 注漿口設(shè)置 1 每個注漿口有獨立的注漿系統(tǒng) 2 泥漿注入系統(tǒng)不少于2個 3 中心及最外側(cè)優(yōu)先考慮設(shè)泥漿注入口 原因 磨損最快刀具是中心刀和周邊刀刀具潤滑 降溫泥漿效果好 5 攪拌棒設(shè)置 裝備在刀盤內(nèi)側(cè)可以覆蓋整個區(qū)域的固定攪拌翼是不對的牛腿以內(nèi)部分不應(yīng)設(shè)固定攪拌棒 只設(shè)一個固定攪拌棒 6 螺旋機有軸 通過粒徑小 防涌噴效果好 無軸 通過粒徑大 防涌噴效果差 加工難度大 軸的磨損使用距離長 誤區(qū)輻條式刀盤不加滾刀能否破卵石 二 土體改良 1 土體改良常用材料 1 泡沫的作用 a增加土體的和易性b增加土體的流動性c降低土體的滲水性d降低土體對刀盤的粘付e減少盾構(gòu)機刀盤 及刀具的磨損f降低刀盤的扭矩g因氣泡具有壓縮性土倉壓力變化小 有利于切削面穩(wěn)定 2 膨潤土天然澎潤土主要以鈣基為主 可經(jīng)人工改性為鈉基澎潤土 澎潤土具有遇水膨脹的特性 鈉基澎潤土膨脹時約為自身體積的15倍左右 利用澎潤土遇水膨脹的性能 人們常用它做成防水材料 盾構(gòu)主要使用它的保水性 潤滑性和觸變性 作用同泡沫 缺g 3 高分子聚合物作用同膨潤土 和膨潤土共同使用時能吸收膨潤土泥漿的水 2 土體改良的目的 1 使土體由不能流動變?yōu)榭闪鲃?且有較好的和易性 2 提高土體的抗?jié)B性 3 使土體具有一定的潤滑性 4 降低粘土的粘附力 5 土體有一定的保水性 3 推薦使用材料 1 無水砂卵石膨潤土泥漿 泡沫每環(huán)加量W 土體積 孔隙率 120 150 泥漿與泡沫比例優(yōu)先用泥漿調(diào)整砂卵石和易性 其余部分泡沫補充 注意泡沫積和土壓有關(guān) 2 有水砂卵石一般情況下同無水砂卵石 遇有涌噴情況可加高分子 塌落度檢查一般5 10 改造好的土體 4 預改良土體 市政集團獨創(chuàng) 1 無水砂卵石起因 地鐵9 線三標盾構(gòu)推不動 經(jīng)查原因 結(jié)合泥水平衡泥膜動態(tài)滲透平衡創(chuàng)新 機理 分時注入不同濃度泥漿 泥漿提前滲入砂卵石地層 改變地層的 值 2 有水砂卵石防涌噴可引進這個思路 三 土壓建立 建議 1 土壓大小有水大于水壓且不低于0 05Mpa無水不低于0 05Mpa2 穩(wěn)定土壓土壓保持任何時間都是穩(wěn)定的 土壓大小不受工序變化影響 土壓建立不好的后果 北京砂卵石地層盾構(gòu)施工現(xiàn)狀 盾構(gòu)在砂卵石地層施工技術(shù)是成熟的 在600mm大粒徑砂礫層技術(shù)是沒有問題的 技術(shù)難度是一次推進距離和如何降低成本 有800mm粒徑的砂卵石地層 技術(shù)還不太成熟 2含水小粒徑砂卵石 且含砂量大于30 地層案例 沈陽地鐵一號線13標 四 案例 沈陽地鐵一號線13標工程施工場地位于沈陽市和平區(qū)與沈河區(qū)交接地段 標段單線長1330 267m 工程概況 四 案例 盾構(gòu)穿越斷面地層大部分為圓礫層 富含地下水 地層透水性很強本區(qū)間范圍內(nèi)的地形變化平緩 地面標高介于49 64 51 72m 最大地面高差2 08m 地貌類型為渾河新扇 勘察深度內(nèi)的由第四系全新統(tǒng)人工填筑層 Q4ml 第四系全新統(tǒng)渾河新扇沖洪積層 Q41al pl 第四系上更新統(tǒng)渾河老扇沖洪積層 Q32al pl 第四系下更新統(tǒng)冰水沉積地層 Q1fg1 組成 本區(qū)間隧道上覆地層主要為雜填土 層 粉質(zhì)粘土 1層 粉細砂 2層 中粗砂 3層 礫砂 4層和圓礫 5層 洞身穿越地層主要為粉質(zhì)粘土 1層 中粗砂 3層 中粗砂 3層 礫砂 4層 礫砂 4層 和圓礫 5層 圓礫 5層 四 案例 懷 中區(qū)間場地內(nèi)無地表水 在勘察深度內(nèi)均有地下水 地下水類型為孔隙潛水 穩(wěn)定水位埋深在7 40 9 90m 相當于絕對標高42 03 42 84m 地下水水溫14 15 地下水主要補給來源為渾河側(cè)向補給及大氣降水垂直入滲補給 主要排泄方式為逕流排泄和地下水的人工開采 地下水流向總的方向是由東向西 含水層的滲透系數(shù)平均值為85m d 標準凍結(jié)深度1 2m 房屋沉降第三方監(jiān)測數(shù)值在3mm左右 最大數(shù)值6mm 四 案例 地表建構(gòu)筑物統(tǒng)計表 四 案例 四 案例 四 案例 四 案例 四 案例 四 案例 四 案例 四 案例 四 案例 四 案例 區(qū)間隧道穿越中街路的步行街 長約298 2m 右線隧道從步行街南邊房屋底穿過 左線從步行街街中心穿過 左線距離北邊房屋基礎(chǔ)最小6 23m 沈洲商場 距離南邊房屋最小5 54m 因此右線隧道掘進通過步行街影響最大的是南邊的房屋建筑 四 案例 工程特點 四 案例 四 案例 該工程實施時間 2008年10月初至2009年9月中旬 1 單班 12小時 最快19環(huán) 2 單周最快179環(huán) 3 單月最快701環(huán) 沉降控制在5mm之內(nèi) 單向區(qū)間沒有檢修刀具 掘進效果介紹 四 案例 3無水大粒徑砂卵石 且含砂量不均勻變化地層案例 北京地鐵九號線03標 四 案例 豐臺東大街站 豐臺北路站區(qū)間沿豐臺東大街下方設(shè)置 整體呈南北走向 隧道覆土9 12m 工程概況 四 案例 豐臺東大街站 豐臺北路站區(qū)間沿豐臺東大街下方設(shè)置 整體呈南北走向 隧道覆土9 12m 盾構(gòu)穿越地質(zhì)自上而下依次為雜填土 粉質(zhì)粘土 5 卵石圓礫 卵石圓礫 盾構(gòu)機主要穿越層為圓礫卵石 層 地勘揭露最大粒徑420mm 估計最大粒徑不小于600mm 一般粒徑20 80mm 粒徑大于20mm的顆粒約為總質(zhì)量的55 75 卵石單軸抗壓強度87 74 165 16MPa 盾構(gòu)穿越地層內(nèi)無地下水 地質(zhì)水文條件 四 案例 車站挖掘礫石狀況 入洞口處礫石 四 案例 該地層中卵石粒徑