福州市軌道交通1號(hào)線土建工程03標(biāo)盾構(gòu)適應(yīng)性評(píng)審會(huì)

1、中鐵十一局集團(tuán)有限公司福州市軌道交通1號(hào)線土建工程03標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理部二0一三年一月 本標(biāo)段包括2站2區(qū)間。 福州火車站站斗門站區(qū)間為全地下盾構(gòu)區(qū)間，上行線為1013.393m，下行線1033.491m。區(qū)間自東浦路上的福州火車站站向南，沿著華林路過二環(huán)路，在六一北路路口轉(zhuǎn)西，繼續(xù)西行至永輝超市門口、晉安河?xùn)|側(cè)的斗門站。華林路為現(xiàn)狀四車道，規(guī)劃路寬在六一北路路口以北50m寬，往西轉(zhuǎn)向東西向的規(guī)劃路寬40m。沿線經(jīng)過的兩側(cè)高樓較多，主要有金輝大廈、龍城廣場(chǎng)、怡東賓館、順達(dá)大廈、鉑金時(shí)代、新澳福大廈、南洋飯店、福城花園住樓以及世紀(jì)明珠1#、2#樓等，隧道邊與建筑物基礎(chǔ)最小間距為1.53m。 本區(qū)間段共

2、計(jì)有三段平面曲線，曲線半徑分別為300/300、600/800、300/312m，線間距從12.0m變化到16.5m；縱斷面為V型坡，最大縱坡16.630，最小縱坡4，區(qū)間隧道覆土最大厚度16.1m，最小厚度9.0m。一、工程概況一、工程概況 斗門站樹兜站區(qū)間為全地下盾構(gòu)區(qū)間，上行線539.9m，下行線539.9m。斗門站樹兜站區(qū)間自華林路晉安河?xùn)|側(cè)的斗門站西行，下穿晉安河和無(wú)名河1，直至到達(dá)五四路口的樹兜站。華林路為現(xiàn)狀四車道，規(guī)劃路寬40m。沿線經(jīng)過的兩側(cè)高樓較多，主要有輕安大廈、金宏達(dá)中心綜合樓、省第一測(cè)繪院辦公樓，以及構(gòu)筑物華林路晉安河橋、華林路無(wú)名橋1等，隧道邊與改造后華林路晉安河橋

3、樁基最下間距為1m。 本區(qū)間有1段平面曲線，上下行線曲線半徑均為3000m，線間距13.5m，縱斷面為人字坡，最大縱坡5，最小縱坡3，區(qū)間隧道覆土最大厚度10.1m，最小厚度4.028m。 一、工程概況一、工程概況標(biāo)段示意圖標(biāo)段示意圖一、工程概況一、工程概況一、工程概況一、工程概況 火-斗區(qū)間：盾構(gòu)機(jī)從樹兜站吊出，轉(zhuǎn)場(chǎng)至斗門站東端，下井二次始發(fā)；下行線2013年7月15日始發(fā)，上行線2013年7月15日始發(fā)，2014年1月2日完成區(qū)間雙線隧道施工。盾構(gòu)籌劃：盾構(gòu)籌劃：本合同段采用2臺(tái)盾構(gòu)機(jī)完成兩個(gè)區(qū)間隧道施工。斗-樹區(qū)間：兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)間隔1個(gè)月，從斗門站西端始發(fā)。下行線2013年3月25日盾構(gòu)始

4、發(fā)，上行線2013年4月25日始發(fā)， 2013年7月15日完成區(qū)間雙線隧道施工。 樹兜站樹兜站福州火車福州火車 站站站站 斗門站斗門站2013.8.152013.7.152013.7.152013.6.152013.4.252013.3.252013.12.32014.1.2L=539.9mL（下行線）=1033.491mL（上行線）=1013.393m福州火車站站福州火車站站- -斗門站區(qū)間地質(zhì)剖面圖斗門站區(qū)間地質(zhì)剖面圖一、工程概況一、工程概況1雜填土 1淤泥 粉質(zhì)粘土（13）b殘積土（14）全風(fēng)化巖福州火車站站站斗門站區(qū)間盾構(gòu)主要穿越淤泥、粉質(zhì)粘土、殘積土福州火車站站站斗門站區(qū)間盾構(gòu)主要穿

5、越淤泥、粉質(zhì)粘土、殘積土層，局部下部穿越全風(fēng)化花崗巖。層，局部下部穿越全風(fēng)化花崗巖。斗門站斗門站- -樹兜站區(qū)間地質(zhì)剖面圖樹兜站區(qū)間地質(zhì)剖面圖一、工程概況一、工程概況1雜填土 1淤泥 粉質(zhì)粘土j粗砂斗門站樹兜站區(qū)間盾構(gòu)主要穿越全斷面淤泥層，局部下部穿越粉質(zhì)斗門站樹兜站區(qū)間盾構(gòu)主要穿越全斷面淤泥層，局部下部穿越粉質(zhì)粘土。粘土。第二章 盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)性評(píng)估及分析一、盾構(gòu)機(jī)整體結(jié)構(gòu)o 兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)制造主要針對(duì)：淤泥、粉質(zhì)粘土、粉土、粉砂、砂層等軟土層的施工，鉸接式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)具有以下特點(diǎn)，能滿足本工程的施工要求。盾構(gòu)機(jī)整體結(jié)構(gòu)盾構(gòu)機(jī)主機(jī)圖二、刀盤與刀具布置 （一）小松刀盤 1、刀盤形式

6、 刀盤主體結(jié)構(gòu)由輻條、側(cè)板、筋板、外緣板、后蓋板、耐磨合金條和支撐梁焊接而成。 開口率40% 刀盤配置較多的先行刀，提高刀盤的掘削性及刀盤與刀具的耐磨性。 2、刀具配置 主切削刀的布置一將刀盤分成內(nèi)、中、外3部分，內(nèi)部1條切削軌跡上配置1把切削刀，中間部1條切削軌跡上配置2把切削刀及外周部1條切削軌跡配置3把切削刀，在刀盤最外周配置刮刀每個(gè)切削軌跡上有6把。 先行刀也分成內(nèi)、中、外3部分，內(nèi)部1條切削軌跡上配置1把先行刀，中間部1條切削軌跡上配置2把先行刀，外周部1條切削軌跡配置4把先行刀。通過這樣的配置可以大大減輕刀具及面板的磨損，并且能有效的保證開挖直徑。切削刀周邊刮刀中心切削刀先行刀A先

7、行刀B切削刀、刮刀切削軌跡布置圖先行刀切削軌跡圖 （二）IHI盾構(gòu)機(jī)刀盤刀盤刀具配置 主切削刀（2）和先行刀 主切削刀（1）與先行刀 主切削刀（2）與泡沫保護(hù)刀 加強(qiáng)型先行刀 刀盤開挖直經(jīng)為6370mm。刀盤有6根輻條，分為16個(gè)軌跡線，每條軌跡線上配置兩把高出主切削刀30mm的先行刀以預(yù)破碎土體減少主切削刀磨損，同時(shí)還在刀盤最外圈增設(shè)2把高出50mm的加強(qiáng)型先行刀；同時(shí)刀盤還配置2把添加劑注入保護(hù)刀。 在刀盤中心區(qū)域設(shè)計(jì)中心魚尾刀刀，可以使盾構(gòu)機(jī)前方中心首先被掘削,加大中心土體的攪拌，使各種軟巖地層的挖掘以及向外輸送變得容易，并有效防止了刀盤前方結(jié)“泥餅”；同時(shí)因?yàn)榈侗P中心區(qū)域首先被挖掘，也

8、有利于控制盾構(gòu)機(jī)的方向。本盾構(gòu)機(jī)刀盤中央部挖掘不采用刮刀形式而采用大型中心刀，中心刀高度為550 mm，寬度為1,500 mm。三、主驅(qū)動(dòng)裝置 1）、刀盤變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)及輸出特性 兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)切削刀盤均通過6個(gè)中間支撐梁和主軸承安裝在盾構(gòu)機(jī)切口環(huán)上，由10臺(tái)55kW總功率550kW的變頻減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)。具有啟動(dòng)時(shí)電機(jī)頻率很低（解決了啟動(dòng)時(shí)電流大的問題），脫困力矩可達(dá)120%，并且能保持各驅(qū)動(dòng)電機(jī)同步等特點(diǎn)。 小松盾構(gòu)機(jī)刀盤轉(zhuǎn)速在0.30.8rpm時(shí)具有恒扭矩輸出，0.81.3rpm時(shí)具有恒功率輸出，額定扭矩（100%）時(shí)為6434kN-m ，扭矩在120%時(shí)，為7721kN-m。IHI盾構(gòu)機(jī)刀盤轉(zhuǎn)速

9、為01.7rpm額定扭矩（100%）時(shí)為4810kN-m ，扭矩在120%時(shí)，為5772kN-m，均能滿足各種地質(zhì)條件對(duì)扭矩和轉(zhuǎn)速的要求。刀盤扭矩與轉(zhuǎn)速輸出圖刀盤驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)造 整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置由固定部分、三排園柱滾子軸承、密封部分、變頻減速電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)軸承潤(rùn)滑、密封集中潤(rùn)滑系統(tǒng)等構(gòu)成。刀盤可順時(shí)針及逆時(shí)針回轉(zhuǎn)。 刀盤驅(qū)動(dòng)(包括密封、大軸承、小齒輪、減速機(jī)變頻電動(dòng)機(jī)組)作為一個(gè)整體組裝后再用螺栓固接在盾構(gòu)機(jī)切口環(huán)上，這樣更能保證刀盤密封與傳動(dòng)的可靠性與安全性，并且轉(zhuǎn)場(chǎng)、拆卸、安裝、維修方便。四、推進(jìn)系統(tǒng) 兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)配備了大排量、高壓力的變量泵，均采用一臺(tái)75kW的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。小松推進(jìn)油缸22只

10、，在工作壓力32.3MPa時(shí)，可產(chǎn)生總推力3850t的推力，22只油缸全伸可達(dá)到8.5cm/min。IHI推進(jìn)油缸16只，在工作壓力34.8MPa時(shí)，可產(chǎn)生總推力3750t的推力，16只油缸全伸可達(dá)到8.3cm/min。 均滿足1200mm和1500mm管片的方便使用。五、螺旋機(jī)系統(tǒng) 小松盾構(gòu)機(jī)螺旋輸送機(jī)由1臺(tái)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，采用2臺(tái)功率為90kW的變量泵供油，易于變速，耐沖擊。螺旋機(jī)的最大輸出扭矩71.8kNm，最大轉(zhuǎn)速25.5rpm，理論出土能力為270m3/h，IHI盾構(gòu)機(jī)采用1臺(tái)功率為75kW的變量泵和一臺(tái)功率為55kw的變量泵供油，易于變速，耐沖擊。理論出土能力為265m3/h，在以最

11、大掘進(jìn)速度（8.3cm/min）掘進(jìn)時(shí)，每小時(shí)最大出土量約210m3/h，能滿足排土需求。六、皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)皮帶機(jī)均由一臺(tái)37kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，小松機(jī)理論運(yùn)輸量為500m3h，IHI機(jī)理論運(yùn)輸量為400m3h，均能滿足碴土輸送的要求。七、鉸接系統(tǒng) 鉸接裝置均為為主動(dòng)鉸接形式，鉸接油缸安裝在前后殼體上、鉸接處有防水密封，小松盾構(gòu)機(jī)前后盾構(gòu)最大左右彎曲1.5度、上下彎曲1.0度，IHI盾構(gòu)機(jī)最大左右彎曲1.0度、上下彎曲0.5度。 前體與中體的鉸接部分設(shè)置有一道密封，在密封處中體上涂有一層特殊涂料，鉸接密封設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可耐1MPa水壓，能夠保證開挖過程中地下水不會(huì)由此處進(jìn)入到盾構(gòu)內(nèi)部。八、注入系

12、統(tǒng) （一）同步注漿系統(tǒng) 1）小松盾構(gòu)機(jī)配置了KSP12注漿泵一臺(tái)，1個(gè)8m3左右的漿液箱，內(nèi)有攪拌葉可以對(duì)漿液進(jìn)行攪拌及給活塞泵喂料， 1個(gè)0.6m3的B液（水玻璃）箱和泵送泵。 2）IHI盾構(gòu)機(jī)配置KSP12注漿泵一臺(tái)，容量為6m3漿液罐一個(gè)，可分別通過管路連接到盾殼上的4個(gè)注漿點(diǎn)，滿足掘進(jìn)速度為8.3cm/min時(shí)有足夠的注入量。 （二）、添加劑、聚合物、泡沫注入系統(tǒng) 為了能更好地改良地質(zhì)，可通過加泥系統(tǒng)向開挖面注入添加劑或發(fā)泡劑。 小松盾構(gòu)機(jī)在刀盤面上設(shè)置5個(gè)添加劑注入口，IHI盾構(gòu)機(jī)設(shè)置3個(gè)注入口，注入口可注入泥漿材料、發(fā)泡劑和水等添加劑，可對(duì)開挖面上的土壤進(jìn)行改良處理。添加劑、聚合物

13、、泡沫注入系統(tǒng)十一、盾構(gòu)機(jī)參數(shù)表第三章 本工程重點(diǎn)、特點(diǎn)、難點(diǎn) 一、工程特點(diǎn)、難點(diǎn)：在粘性土中掘進(jìn)時(shí)易產(chǎn)生刀盤結(jié)泥餅現(xiàn)象 根據(jù)本標(biāo)段地質(zhì)情況，隧道需要穿越粘土等粘性較大的土體，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，土體易粘結(jié)在刀盤中心區(qū)和土倉(cāng)中心區(qū)域形成“泥餅”，產(chǎn)生堵倉(cāng)現(xiàn)象，造成刀盤負(fù)荷增大。兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)在設(shè)計(jì)和從已使用的經(jīng)驗(yàn)上看對(duì)類情形具有很好的處理能力： 1）刀盤泥餅的產(chǎn)生與刀具的布置、形式以及刀盤的結(jié)構(gòu)和開口率有關(guān)。兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)均有較大刀盤中心開口率以增加對(duì)中心泥餅的破碎，配置主切削刀和先行刀，刀盤可正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)對(duì)開挖面進(jìn)行全斷面切削。根據(jù)在無(wú)錫和杭州的施工實(shí)例，兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的刀盤及刀具布置對(duì)本工程的粘土具有良好的適應(yīng)性

14、。 2）兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)在刀盤面板和土倉(cāng)胸壁上配置了多個(gè)添加劑注入口，配置了添加劑、聚合物注入系統(tǒng)及泡沫系統(tǒng)，可以根據(jù)需要注入水、添加劑、膨潤(rùn)土和泡沫劑，改良渣土流動(dòng)性，減少結(jié)泥餅。 3）兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)設(shè)置了多個(gè)攪拌棒，在刀盤轉(zhuǎn)臂及攪拌棒的攪合下添加劑和渣土充分?jǐn)嚭希黾铀芰餍?，利于出土。二、工程重點(diǎn)、難點(diǎn)：盾構(gòu)穿越河流，具有涌水風(fēng)險(xiǎn) 斗門站樹兜站穿越晉安河與華林四橋，具有較高風(fēng)險(xiǎn)，該盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)中我們使用以下方法防止噴涌： 1）通過盾構(gòu)機(jī)的土倉(cāng)和螺旋機(jī)壓力監(jiān)控功能隨時(shí)監(jiān)控壓力變化，一旦發(fā)生噴涌現(xiàn)象，首先關(guān)閉螺旋機(jī)出土口倉(cāng)門，然后在螺旋機(jī)下部排土口預(yù)留的保壓泵接口法蘭處接駁保壓泵碴系統(tǒng)，保證在掘進(jìn)中避免地

15、下水和流沙的大量噴出，保持土倉(cāng)內(nèi)的土壓穩(wěn)定。 2）通過調(diào)節(jié)該盾構(gòu)機(jī)螺旋機(jī)倉(cāng)門的開口度來(lái)改善噴涌現(xiàn)象。 3）通過該盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)壁上的添加劑注入口注入膨潤(rùn)土和聚合物，并向土倉(cāng)中加壓縮空氣將水置換和凝結(jié)。 三、重點(diǎn)、難點(diǎn)：沉降控制，穿越眾多建筑物 福州火車站站斗門站區(qū)間穿越建筑主要有金匯大廈、龍城廣場(chǎng)、怡東賓館、順達(dá)大廈、鉑金時(shí)代、新澳福大廈（金諾大廈）、南洋飯店、福城花園商住樓以及世紀(jì)明珠1#、2#樓等。斗門站樹兜站區(qū)間穿越建筑及河流主要有輕安大廈、金鴻達(dá)中心綜合樓、省第一測(cè)繪院辦公樓等。 兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)具有可靠、靈敏的土壓平衡調(diào)節(jié)能力，保證開挖面穩(wěn)定，與周圍土壓水壓力平衡。設(shè)備通過選擇適當(dāng)?shù)木蜻M(jìn)速度及

16、添加劑，控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)軸線，實(shí)時(shí)調(diào)整盾尾注漿量和盾尾油脂，并結(jié)合地面測(cè)量信息，防止地面沉降和隆起。為了最大限度的減少施工對(duì)周圍土體的擾動(dòng)，減少沉降，兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)配置上主要有： 土倉(cāng)壁上下左右位置均設(shè)置了4個(gè)高靈敏的土壓傳感器，經(jīng)plc將土壓信息實(shí)時(shí)的顯示在操作室的觸摸屏上，通過調(diào)節(jié)螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速，操作人員可以很好的控制土壓平衡。 同步注漿量可以自動(dòng)、手動(dòng)控制，并能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)。 盾構(gòu)機(jī)采用先進(jìn)的姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)和姿態(tài)計(jì)測(cè)系統(tǒng)，控制好盾構(gòu)機(jī)的軸線，避免不必要的蛇形。兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)均配備了精度為1s的測(cè)量系統(tǒng)，并且盾構(gòu)機(jī)的軸線能在顯示屏上清晰顯示，配備操作方便靈活的推進(jìn)系統(tǒng)和鉸接系統(tǒng)，很好的滿足軸線誤差在控制范圍

17、內(nèi)。四、難點(diǎn)：過小半徑曲線 本標(biāo)段福州火車站站斗門站區(qū)間盾構(gòu)最小平面曲線300m。盾構(gòu)機(jī)過小半徑曲線易于引起管片環(huán)變形、移動(dòng)、管片錯(cuò)臺(tái)、管片嚴(yán)重開裂、滲水等，兩臺(tái)該盾構(gòu)機(jī)有很好的過小曲線半徑的能力: 1）具有很強(qiáng)調(diào)節(jié)姿態(tài)能力的主動(dòng)鉸接系統(tǒng)。 2）推進(jìn)設(shè)置上下左右四個(gè)分區(qū)壓力液壓系統(tǒng)，可以靈活的調(diào)節(jié)分區(qū)壓力。 3）設(shè)置仿形刀，可擴(kuò)挖小半徑側(cè)，具有很好的轉(zhuǎn)彎能力。 4）臺(tái)車設(shè)置轉(zhuǎn)彎千斤頂、轉(zhuǎn)彎千斤桿，避免臺(tái)車脫軌、傾覆。第四章 本盾構(gòu)機(jī)履歷及保養(yǎng)內(nèi)容 1)小松盾構(gòu)機(jī)于2011年9月交于中鐵十一局用于杭州地鐵2號(hào)線一期工程SG21標(biāo)的盾構(gòu)掘進(jìn)的工作，掘進(jìn)履歷如下： 盾構(gòu)機(jī)出洞后，其狀態(tài)良好，公司對(duì)其進(jìn)行了項(xiàng)修。主要對(duì)盾構(gòu)機(jī)的整機(jī)進(jìn)行了清理和防銹噴漆，更換盾尾刷，并對(duì)土倉(cāng)及螺旋機(jī)的部分土壓傳感器和密封進(jìn)行更換。就刀盤的檢查來(lái)看，沒有發(fā)現(xiàn)損壞和變形的部位并且各刀具磨損較小、刀盤面板防銹漆清晰可見。液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)均良好。泡沫系統(tǒng)和注漿系統(tǒng)保持暢通。清理雙梁雜物，并對(duì)左側(cè)雙梁變形處進(jìn)行校正。 2）IHI盾構(gòu)機(jī)于2008年8月