砂卵石地層盾構(gòu)施工要點(diǎn)-文檔資料

1、12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(jìn)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(wèn)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(wèn)題（是成功的前提） 3、施工的正確操作問(wèn)題（是成功的保證） 重點(diǎn)討論：土壓盾構(gòu)設(shè)備的刀盤(pán)和土體改良3盾構(gòu)在大粒徑砂卵石地層推進(jìn)是世界難題4 一、盾構(gòu)設(shè)備 二、土體改良 三、土壓建立5一、設(shè)備適應(yīng)性 1、刀盤(pán)扭矩及推力、刀盤(pán)扭矩及推力 1）理論計(jì)算扭矩 91iiTT 6 （1）切削土體所需的扭矩 （2）刀盤(pán)自重產(chǎn)

2、生的抵抗旋轉(zhuǎn)的扭矩（3）刀盤(pán)正面推力產(chǎn)生的抵抗旋轉(zhuǎn)扭矩（4）刀盤(pán)密封裝置產(chǎn)生的抵抗扭矩（5）刀盤(pán)正面的摩擦扭矩（6）刀盤(pán)周邊的摩擦扭矩（7）刀盤(pán)背面的摩擦扭矩（8）刀盤(pán)開(kāi)口處切削渣土所需的扭矩（9）刀盤(pán)在密封艙內(nèi)攪拌所需的扭矩2001210hrqhrdrqTwru)1(32308xrT )8 .0(32307dPrxTrkPlrT2062 dPrxT30532wSSPRnRnFT)(222221134223RWTr212GRT lrrT)(222197 2）經(jīng)驗(yàn)公式： 實(shí)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?？捎孟率奖硎荆?式中：Te裝備掘削扭矩(kNm)； De盾構(gòu)外徑（m）； 扭矩

3、系數(shù)。 對(duì)泥水式而言，=918kN/m2； 對(duì)土壓式而言，=1423kN/m2， 當(dāng)有漂石時(shí)取25以上3eeDT8 3）盾構(gòu)推力 單位面積的推力大于1200kN/m2； 當(dāng)卵石粒徑較大，比例較多可選 單位面積的推力大于1200kN/m2。92、刀盤(pán)形式、刀盤(pán)形式10刀盤(pán)比較刀盤(pán)比較11砂卵石砂卵石(松散地層）松散地層）首選刀盤(pán)首選刀盤(pán)1）輻條式刀盤(pán)；2）土體流道通暢；3）刀盤(pán)邊圈為直角；4）兼顧中心局部開(kāi)口率。12流道通暢對(duì)盾構(gòu)扭矩的影響流道通暢對(duì)盾構(gòu)扭矩的影響 a、地鐵九號(hào)線3#標(biāo) 中間差一個(gè)環(huán)扭矩差1015% b、奧村盾構(gòu) 去掉中間六塊鐵推薦速度80mm/min變道130mm/min c、

4、中鐵鐵建在西安 兩種刀盤(pán)同樣地層扭矩差3040%139#線3標(biāo)和10#線二期9標(biāo)分別推左右線扭矩相差1015%14同樣地層條件去掉輻條支撐在相同扭矩下推進(jìn)速度由6080mm/min到110130mm/min15刀盤(pán)細(xì)部考慮刀盤(pán)細(xì)部考慮 ( () ) 平形平形( () )部分半圓形部分半圓形( () ) 全半全半圓圓形形a 側(cè)面形狀側(cè)面形狀磨損小磨損小磨損較大磨損較大磨損大磨損大16 b 要考慮中心局部開(kāi)口率，此部位開(kāi)口率易偏小。 c 在需用刀具能布置開(kāi)及滿(mǎn)足刀盤(pán)強(qiáng)度的情況下，盡量加大開(kāi)口率。 放兩張照片二處和典型刀盤(pán)XIANX先行刀刀盤(pán)先行刀刀盤(pán)滾刀刀盤(pán)滾刀刀盤(pán)173、刀具及刀具布置先行刀（撕

5、裂刀）切削刀（刮刀）181920滾刀在刀盤(pán)的布置滾刀在刀盤(pán)的布置21正常磨損正常磨損 刀具的正常磨損是指刀圈的磨損量超過(guò)了規(guī)定值，磨損量可用專(zhuān)用的量具進(jìn)行測(cè)量。22刀圈偏磨刀圈偏磨 如果滾刀在掘進(jìn)工作面不轉(zhuǎn)動(dòng)，由于刀圈和掘進(jìn)工作面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)就會(huì)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。23 在掘進(jìn)時(shí)滾刀時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)不轉(zhuǎn)，或者在某個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)在其它點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間短，就會(huì)產(chǎn)生這樣的磨損。24 正常磨損： 砂礫層地層弧形刮刀所形成的磨損。 25 大粒徑卵石地層刀具破壞大粒徑卵石地層刀具破壞 1）特點(diǎn) a 貝型先行刀錛刀現(xiàn)象嚴(yán)重。 b 硬質(zhì)合金磨損在一般砂卵石地層是光面

6、磨損在大粒徑卵石地層是小米粒狀往下掉。 c 魚(yú)尾刀磨損嚴(yán)重。 2）對(duì)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(lèi)的先行刀。 c 開(kāi)發(fā)新型刀具。（已使用鑲嵌硬質(zhì)合金的方鐵）圓柱型刀具。26 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(dāng)加大滾刀軌跡的間距。 d滾刀先行刀混合使用27刀具布置刀具布置 1）刀具作用 a先行刀保護(hù)切削刀，切削刀保護(hù)刀盤(pán)結(jié)構(gòu)。 b 同一軌跡同類(lèi)刀具前進(jìn)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(hù)刀。 3）同

7、一軌跡同類(lèi)刀具布置多層，以便增加推進(jìn)長(zhǎng)度。 4）周邊保護(hù)刀和中心刀是考慮重點(diǎn)。 5）刮刀布置要犬牙交錯(cuò)，不能聯(lián)排布設(shè)。28先行刀刀盤(pán)布置先行刀刀盤(pán)布置29304、注漿口設(shè)置 1）每個(gè)注漿口有獨(dú)立的注漿系統(tǒng)。 2）泥漿注入系統(tǒng)不少于2個(gè)。 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(rùn)滑、降溫泥漿效果好。315、攪拌棒設(shè)置32裝備在刀盤(pán)內(nèi)側(cè)可以覆蓋整個(gè)區(qū)域的固定攪拌翼是不對(duì)的裝備在刀盤(pán)內(nèi)側(cè)可以覆蓋整個(gè)區(qū)域的固定攪拌翼是不對(duì)的牛腿以?xún)?nèi)部分不應(yīng)設(shè)固定攪拌棒，只設(shè)一個(gè)固定攪拌棒牛腿以?xún)?nèi)部分不應(yīng)設(shè)固定攪拌棒，只設(shè)一個(gè)固定攪拌棒33 6、螺旋機(jī) 有軸：通過(guò)粒徑小，防涌噴

8、效果好。 無(wú)軸：通過(guò)粒徑大，防涌噴效果差，加工難度大，軸的磨損使用距離長(zhǎng)。 誤區(qū)輻條式刀盤(pán)不加滾刀能否破卵石？34 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(dòng)性 c降低土體的滲水性 d降低土體對(duì)刀盤(pán)的粘付 e減少盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)、及刀具的磨損 f降低刀盤(pán)的扭矩 g因氣泡具有壓縮性土倉(cāng)壓力變化小，有利于切削面穩(wěn)定。35（2） 膨潤(rùn)土 天然澎潤(rùn)土主要以鈣基為主，可經(jīng)人工改性為鈉基澎潤(rùn)土，澎潤(rùn)土具有遇水膨脹的特性，鈉基澎潤(rùn)土膨脹時(shí)約為自身體積的15倍左右。利用澎潤(rùn)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(rùn)滑性和觸變性 。作用同泡沫

9、(缺g)。 （3）高分子聚合物 作用同膨潤(rùn)土，和膨潤(rùn)土共同使用時(shí)能吸收膨潤(rùn)土泥漿的水。36 2、土體改良的目的 （1）使土體由不能流動(dòng)變?yōu)榭闪鲃?dòng)，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(rùn)滑性。 （4）降低粘土的粘附力。 （5）土體有一定的保水性37 3、推薦使用材料 （1）無(wú)水砂卵石 膨潤(rùn)土泥漿+泡沫 每環(huán)加量 W=土體積*孔隙率*120150% 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(bǔ)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(wú)水砂卵石，遇有涌噴情況可加高分子38塌落度檢查一般51039改造好的土體40 4、預(yù)改良土體（市政集

10、團(tuán)獨(dú)創(chuàng)） （1）無(wú)水砂卵石 起因：地鐵9#線三標(biāo)盾構(gòu)推不動(dòng)，經(jīng)查原因，結(jié)合泥水平衡泥膜動(dòng)態(tài)滲透平衡創(chuàng)新。 機(jī)理：分時(shí)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(jìn)這個(gè)思路。41三、土壓建立 建議： 1、土壓大小 有水大于水壓且不低于0.05Mpa 無(wú)水不低于0.05Mpa 2、穩(wěn)定土壓 土壓保持任何時(shí)間都是穩(wěn)定的； 土壓大小不受工序變化影響。42土壓建立不好的后果土壓建立不好的后果43 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(méi)有問(wèn)題的，技術(shù)難度是一次推進(jìn)距離和如何降低成本； 有 800mm 粒徑

11、的砂卵石地層，技術(shù)還不太成熟。 442 2 含水小粒徑砂卵石，且含砂量大含水小粒徑砂卵石，且含砂量大于于30%30%地層案例：地層案例：沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線1313標(biāo)標(biāo)四、案例四、案例45 沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線1313標(biāo)工程施工場(chǎng)地位于沈陽(yáng)市和平區(qū)與標(biāo)工程施工場(chǎng)地位于沈陽(yáng)市和平區(qū)與沈河區(qū)交接地段，標(biāo)段單線長(zhǎng)沈河區(qū)交接地段，標(biāo)段單線長(zhǎng)1330.267 m1330.267 m。懷 遠(yuǎn) 門(mén) 站 中 街 站 工程概況：工程概況：四、案例四、案例46盾構(gòu)穿越斷面地層大部分為圓礫層盾構(gòu)穿越斷面地層大部分為圓礫層, ,富含地下水富含地下水, ,地層透水性很強(qiáng)地層透水性很強(qiáng)本區(qū)間范圍內(nèi)的地形變

12、化平緩，地面標(biāo)高介于本區(qū)間范圍內(nèi)的地形變化平緩，地面標(biāo)高介于49.6449.6451.72m51.72m，最大地面高差最大地面高差2.08 m2.08 m。地貌類(lèi)型為渾河新扇?？辈焐疃葍?nèi)的由第四。地貌類(lèi)型為渾河新扇?？辈焐疃葍?nèi)的由第四系全新統(tǒng)人工填筑層（系全新統(tǒng)人工填筑層（Q4mlQ4ml）、第四系全新統(tǒng)渾河新扇沖洪積層）、第四系全新統(tǒng)渾河新扇沖洪積層（Q41al+plQ41al+pl）、第四系上更新統(tǒng)渾河老扇沖洪積層（）、第四系上更新統(tǒng)渾河老扇沖洪積層（Q32al+plQ32al+pl）、）、第四系下更新統(tǒng)冰水沉積地層（第四系下更新統(tǒng)冰水沉積地層（Q1fg1Q1fg1）組成。）組成。本區(qū)間隧

13、道上覆地層主要為雜填土層、粉質(zhì)粘土本區(qū)間隧道上覆地層主要為雜填土層、粉質(zhì)粘土1 1層、粉層、粉細(xì)砂細(xì)砂2 2層、中粗砂層、中粗砂3 3層，礫砂層，礫砂4 4層和圓礫層和圓礫5 5層，洞身層，洞身穿越地層主要為粉質(zhì)粘土穿越地層主要為粉質(zhì)粘土1 1層、中粗砂層、中粗砂3 3層，中粗砂層，中粗砂3 3層，礫砂層，礫砂4 4層、礫砂層、礫砂4 4層，和圓礫層，和圓礫5 5層、圓礫層、圓礫5 5層。層。四、案例四、案例47 懷中區(qū)間場(chǎng)地內(nèi)無(wú)地表水，在勘察深度內(nèi)均有地下水，地下水類(lèi)型為孔隙潛水，穩(wěn)定水位埋深在7.409.90m，相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高42.0342.84m。地下水水溫1415。地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為

14、渾河側(cè)向補(bǔ)給及大氣降水垂直入滲補(bǔ)給。主要排泄方式為逕流排泄和地下水的人工開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度1.2m。 房屋沉降第三方監(jiān)測(cè)數(shù)值在3mm左右；最大數(shù)值6mm。四、案例四、案例48 建筑物名稱(chēng)建筑物名稱(chēng)與隧道的與隧道的關(guān)系關(guān)系線路通過(guò)范線路通過(guò)范圍圍結(jié)構(gòu)類(lèi)型結(jié)構(gòu)類(lèi)型基礎(chǔ)類(lèi)型及其它基礎(chǔ)類(lèi)型及其它承載力承載力隧道隧道埋埋 深深(m)西順城街雙線上方DK16+767+780雙向8車(chē)道城市主干道460Kpa10.638懷遠(yuǎn)門(mén)雙線上方DK16+780+812主樓高約8層、耳樓高約5層，灰砂磚墻、砼過(guò)梁結(jié)構(gòu)94年維修，樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)約。460Kpa

15、11.688興隆軒右線上方DK16+783+7956層磚混結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不詳460Kpa11.438金昊名城左線外側(cè)DK16+783+7957層磚混結(jié)構(gòu)古建筑物加固而成。460Kpa11.438古籍書(shū)店雙線上方DK16+842+8664層磚混結(jié)構(gòu)年代久遠(yuǎn)，基礎(chǔ)不詳460Kpa13.088正陽(yáng)小區(qū)81號(hào)雙線上方DK16+866+9837層磚混結(jié)構(gòu)。樁底標(biāo)高約，樁基礎(chǔ)距離隧道頂部約。人工挖孔樁,樁長(zhǎng),樁徑0.8,C20砼。開(kāi)發(fā)商:沈河區(qū)房產(chǎn)局修建科；1993年修建460Kpa16.058盛京旅游文化廣場(chǎng)雙線上方DK17+018dkDK7+0653層基礎(chǔ)不詳，開(kāi)發(fā)商:沈河區(qū)房產(chǎn)局17.888地表建構(gòu)筑物統(tǒng)

16、計(jì)表地表建構(gòu)筑物統(tǒng)計(jì)表四、案例四、案例49 建筑物名稱(chēng)興隆軒線路通過(guò)范圍DK16+768DK16+780與隧道的關(guān)系右線隧道上方建筑物結(jié)構(gòu)形式6層磚混結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類(lèi)型及其它基礎(chǔ)不詳?shù)鼗休d力460Kpa隧道覆土厚度(m)11.438四、案例四、案例50 建筑物名稱(chēng)懷遠(yuǎn)門(mén)線路通過(guò)范圍DK16+780DK16+812與隧道的關(guān)系雙線隧道上方建筑物結(jié)構(gòu)形式主樓高約8層、耳樓高約5層，灰砂磚墻、砼過(guò)梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類(lèi)型及其它樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)約10m地基承載力460Kpa隧道覆土厚度(m)11.688 備注94年維修過(guò)一次四、案例四、案例51 建筑物名稱(chēng)古籍書(shū)店線路通過(guò)范圍DK16+842DK16+866與隧道的關(guān)系

17、雙線隧道上方建筑物結(jié)構(gòu)形式4層磚混結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類(lèi)型及其它年代較久，基礎(chǔ)不詳?shù)鼗休d力460Kpa隧道覆土厚度(m)13.088備注94年維修過(guò)一次四、案例四、案例52 建筑物名稱(chēng)正陽(yáng)小區(qū)線路通過(guò)范圍DK16+866DK16+983與隧道的關(guān)系雙線隧道上方建筑物結(jié)構(gòu)形式7層磚混結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類(lèi)型及其它人工挖孔樁、樁長(zhǎng)10米，樁基礎(chǔ)距離隧道頂部約5.5m地基承載力460Kpa隧道覆土厚度(m)16.058備注1993年建造四、案例四、案例53 建筑物名稱(chēng)盛京旅游文化廣場(chǎng)線路通過(guò)范圍DK17+018DK17+065與隧道的關(guān)系雙線隧道上方建筑物結(jié)構(gòu)形式3層磚混結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類(lèi)型及其它基礎(chǔ)不詳?shù)鼗休d力400Kpa隧

18、道覆土厚度(m)17.888備注四、案例四、案例54 建筑物名稱(chēng)文軒陽(yáng)光園線路通過(guò)范圍DK17+170DK17+240與隧道的關(guān)系雙線隧道上方建筑物結(jié)構(gòu)形式6層基礎(chǔ)類(lèi)型及其它挖孔樁最深9米，樁徑0.8-1.2米地基承載力400Kpa隧道覆土厚度(m)20.965備注2001年修建四、案例四、案例55 建筑物名稱(chēng)紫金商廈線路通過(guò)范圍DK17+280DK17+360與隧道的關(guān)系雙線隧道上方建筑物結(jié)構(gòu)形式地上7層，地下1層基礎(chǔ)類(lèi)型及其它樁基類(lèi)型不詳，樁基礎(chǔ)底標(biāo)高為39米，距離隧道頂約12.5m地基承載力400Kpa隧道覆土厚度(m)21.968備注1993年修建四、案例四、案例56建筑物名稱(chēng)文化大樓

19、線路通過(guò)范圍DK17+385DK17+422與隧道的關(guān)系雙線隧道上方建筑物結(jié)構(gòu)形式4層，局部5層基礎(chǔ)類(lèi)型及其它樁基類(lèi)型不詳，樁基礎(chǔ)底標(biāo)高為37.4m，距離隧道頂約11.1m地基承載力400Kpa隧道覆土厚度(m)21.968備注1993年修建四、案例四、案例57 建筑物名稱(chēng)沈陽(yáng)春天線路通過(guò)范圍DK17+660DK17+710與隧道的關(guān)系左線旁建筑物結(jié)構(gòu)形式地上7層，地下2層基礎(chǔ)類(lèi)型及其它人工挖孔樁，樁長(zhǎng)10m地基承載力540Kpa隧道覆土厚度(m)20.171備注1993年修建，底部有防空洞四、案例四、案例58 區(qū)間隧道穿越中街路的步行街，長(zhǎng)約298.2m，右線隧道從步行街南邊房屋底穿過(guò)，左線

20、從步行街街中心穿過(guò)，左線距離北邊房屋基礎(chǔ)最小6.23m（沈洲商場(chǎng)），距離南邊房屋最小5.54m。因此右線隧道掘進(jìn)通過(guò)步行街影響最大的是南邊的房屋建筑。四、案例四、案例59工程特點(diǎn)工程特點(diǎn) 本段施工又不同于一般圓礫層的盾構(gòu)施工，主要有以下本段施工又不同于一般圓礫層的盾構(gòu)施工，主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)，根據(jù)此特點(diǎn)，我們制定了一些針對(duì)性措施。幾個(gè)特點(diǎn)，根據(jù)此特點(diǎn)，我們制定了一些針對(duì)性措施。工程特點(diǎn)工程特點(diǎn)四、案例四、案例60 下穿建筑物沉降的控制下穿建筑物沉降的控制安全評(píng)估安全評(píng)估合理參數(shù)合理參數(shù) 合理調(diào)整盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)合理調(diào)整盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)（掘進(jìn)速度，土壓力控制，（掘進(jìn)速度，土壓力控制，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、塑流化

21、改造、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、塑流化改造、同步注漿、三次補(bǔ)注漿同步注漿、三次補(bǔ)注漿等），以快速、勻速、連等），以快速、勻速、連續(xù)的原則施工。續(xù)的原則施工。減阻注漿減阻注漿 在盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭、機(jī)在盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾外注入減阻漿液，尾外注入減阻漿液，從而降低推力，降從而降低推力，降低對(duì)盾構(gòu)外土體的低對(duì)盾構(gòu)外土體的擾動(dòng)。擾動(dòng)。加強(qiáng)監(jiān)控加強(qiáng)監(jiān)控 加強(qiáng)建筑物的監(jiān)加強(qiáng)建筑物的監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)反控量測(cè)，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整饋數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。掘進(jìn)參數(shù)。 施工前，對(duì)建筑物現(xiàn)施工前，對(duì)建筑物現(xiàn)況進(jìn)行安全評(píng)估，確況進(jìn)行安全評(píng)估，確定沉降等控制基準(zhǔn)值，定沉降等控制基準(zhǔn)值，以此為依據(jù)確定一級(jí)以此為依據(jù)確定一級(jí)匯報(bào)制度，確定預(yù)警匯報(bào)制度，確定預(yù)警值、警報(bào)值。值、警報(bào)值。四、案例四、案例61該工程實(shí)施時(shí)間：2008年10月初至2009年9月中旬。（1）單班（12小時(shí)）最快19環(huán)；（2）單周最快179環(huán)；（3）單月最