砂卵石地層盾構(gòu)施工要點(diǎn)

1、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(diǎn)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(jìn)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、刀盤扭矩及推力 1）理論計(jì)算扭矩 91iiTT （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

2、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2001210hrqhrdrqTwru)1(32308xrT )8 .0(32307dPrxTrkPlrT2062 dPrxT30532wSSPRnRnFT)(222221134223RWTr212GRT lrrT)(22219 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，通常可用下式表示： 式中：Te裝備掘削扭矩(kNm)； De盾構(gòu)外徑（m）； 扭矩系數(shù)。 對泥水式

3、而言，=918kN/m2； 對土壓式而言，=1423kN/m2， 當(dāng)有漂石時(shí)取25以上3eeDT 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。2、刀盤形式、刀盤形式刀盤比較刀盤比較砂卵石砂卵石(松散地層）松散地層）首選刀盤首選刀盤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)扭矩的影響流道通暢對盾構(gòu)扭矩的影響 a、地鐵九號線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、中鐵鐵建在西安 兩種刀盤同樣地層

4、扭矩差3040%9#線3標(biāo)和10#線二期9標(biāo)分別推左右線扭矩相差1015%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/min刀盤細(xì)部考慮刀盤細(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 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(qiáng)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先行刀刀盤先行刀刀盤滾刀刀盤滾刀刀盤3、刀具及刀具布置先行刀（撕裂刀）切削刀（刮刀）滾刀在刀盤的布置滾刀在刀盤的布置

5、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了規(guī)定值，磨損量可用專用的量具進(jìn)行測量。刀圈偏磨刀圈偏磨 如果滾刀在掘進(jìn)工作面不轉(zhuǎn)動，由于刀圈和掘進(jìn)工作面的相對運(yùn)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(jìn)時(shí)滾刀時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)不轉(zhuǎn)，或者在某個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動時(shí)間長在其它點(diǎn)轉(zhuǎn)動時(shí)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(yán)重。 2）對策 a 加寬貝型刀

6、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(dāng)加大滾刀軌跡的間距。 d滾刀先行刀混合使用刀具布置刀具布置 1）刀具作用 a先行刀保護(hù)切削刀，切削刀保護(hù)刀盤結(jié)構(gòu)。 b 同一軌跡同類刀具前進(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）同一軌跡同類刀具布置多層，以便增加推進(jìn)長度。 4）周邊保護(hù)刀和中心刀是考慮重點(diǎn)。 5）刮刀布置要

7、犬牙交錯(cuò)，不能聯(lián)排布設(shè)。先行刀刀盤布置先行刀刀盤布置4、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(gè)區(qū)域的固定攪拌翼是不對的裝備在刀盤內(nèi)側(cè)可以覆蓋整個(gè)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(gè)固定攪拌棒牛腿以內(nèi)部分不應(yīng)設(shè)固定攪拌棒，只設(shè)一個(gè)固定攪拌棒 6、螺旋機(jī) 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

8、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(jī)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(shí)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(shí)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

9、流動變?yōu)榭闪鲃樱矣休^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*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 一般情況下同無水砂卵石，遇有涌噴情況可加高分子塌落度檢查一般510改造好的土體 4、預(yù)改良土體（市政集團(tuán)獨(dú)創(chuàng)） （1）無水砂卵石 起因：地鐵9#線三標(biāo)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(jī)理：分時(shí)注入不同濃度泥漿，泥漿提前滲入

10、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。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0.05Mpa 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。土壓建立不好的后果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(jìn)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 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：沈陽地鐵一號線沈陽地鐵一號

11、線1313標(biāo)標(biāo)四、案例四、案例 沈陽地鐵一號線沈陽地鐵一號線1313標(biāo)工程施工場地位于沈陽市和平區(qū)與標(biāo)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(biāo)段單線長沈河區(qū)交接地段，標(biāo)段單線長1330.267 m1330.267 m。懷 遠(yuǎn) 門 站 中 街 站 工程概況：工程概況：四、案例四、案例盾構(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。地貌類型為渾河

12、新扇?？辈焐疃葍?nèi)的由第四。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（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

13、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 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7.409.90m，相當(dāng)于絕對標(biāo)高42.0342.84m。地下水水溫1415。地下水主要補(bǔ)給來源為渾河側(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

14、降第三方監(jiān)測數(shù)值在3mm左右；最大數(shù)值6mm。四、案例四、案例 建筑物名稱建筑物名稱與隧道的與隧道的關(guān)系關(guān)系線路通過范線路通過范圍圍結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型基礎(chǔ)類型及其它基礎(chǔ)類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車道城市主干道460Kpa10.638懷遠(yuǎn)門雙線上方DK16+780+812主樓高約8層、耳樓高約5層，灰砂磚墻、砼過梁結(jié)構(gòu)94年維修，樁基礎(chǔ)，樁長約。460Kpa11.688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。460Kpa1

15、1.438古籍書店雙線上方DK16+842+8664層磚混結(jié)構(gòu)年代久遠(yuǎn)，基礎(chǔ)不詳460Kpa13.088正陽小區(qū)81號雙線上方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,樁徑0.8,C20砼。開發(fā)商:沈河區(qū)房產(chǎn)局修建科；1993年修建460Kpa16.058盛京旅游文化廣場雙線上方DK17+018dkDK7+0653層基礎(chǔ)不詳，開發(fā)商:沈河區(qū)房產(chǎn)局17.888地表建構(gòu)筑物統(tǒng)計(jì)表地表建構(gòu)筑物統(tǒng)計(jì)表四、案例四、案例 建筑物名稱興隆軒線路通過范圍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)類型及其它基礎(chǔ)不詳?shù)鼗?/p>

16、載力460Kpa隧道覆土厚度(m)11.438四、案例四、案例 建筑物名稱懷遠(yuǎn)門線路通過范圍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、砼過梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型及其它樁基礎(chǔ)，樁長約10m地基承載力460Kpa隧道覆土厚度(m)11.688 備注94年維修過一次四、案例四、案例 建筑物名稱古籍書店線路通過范圍DK16+842DK16+866與隧道的關(guān)系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年維修過一次四、案例四、案例 建筑物名稱正陽小區(qū)線路通過范圍

17、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)類型及其它人工挖孔樁、樁長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 建筑物名稱盛京旅游文化廣場線路通過范圍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)類型及其它基礎(chǔ)不詳?shù)鼗休d力400Kpa隧道覆土厚度(m)17.888備注四、案例四、案例 建筑物名稱文軒陽光園線路通過范圍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)類型及其它挖孔樁最深9米，樁徑0.8-

18、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 建筑物名稱紫金商廈線路通過范圍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)類型及其它樁基類型不詳，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、案例建筑物名稱文化大樓線路通過范圍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)類型及其它樁基類型不詳，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

19、)21.968備注1993年修建四、案例四、案例 建筑物名稱沈陽春天線路通過范圍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)類型及其它人工挖孔樁，樁長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 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(jìn)通過步行街影響最大的是南邊的房屋建筑。四、案例四、案例工程特點(diǎn)工程特點(diǎn) 本段施工又不同于一般圓礫層的盾構(gòu)施

20、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性措施。工程特點(diǎn)工程特點(diǎn)四、案例四、案例 下穿建筑物沉降的控制下穿建筑物沉降的控制安全安全評評估估合理參數(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，刀盤轉(zhuǎn)速、塑流化改造、刀盤轉(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。減阻注減阻注漿漿 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，降低對盾構(gòu)外土體的低對盾構(gòu)外土體的擾動。擾動。加加強(qiáng)監(jiān)強(qiáng)監(jiān)控控 加強(qiáng)建筑物的監(jiān)加強(qiáng)建筑物的監(jiān)控量測，根據(jù)反控量測，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，對建筑物現(xiàn)施工前，對建筑物現(xiàn)況進(jìn)行安全評估，確況進(jìn)行安全評估，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)確定一級以此為依據(jù)確定一級匯報(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