北京典型砂卵石地層盾構(gòu)施工技術(shù)講解

北京西部地地區(qū)典型砂砂卵石地層層盾構(gòu)施工工技術(shù)匯報提提綱一、北京西西部地區(qū)典典型砂卵石石地層特點點二、北京地地鐵9號線03標(biāo)基本情況況介紹三、北京西部典典型砂卵石石地層盾構(gòu)構(gòu)施工技術(shù)術(shù)四、工程施施工進(jìn)度五、總結(jié)一、北京西西部地區(qū)典典型砂卵石石地層特點1、卵石粒徑徑大，500mm～1200mm居多；2、卵石含量量高達(dá)50％～80％，細(xì)顆粒粒少；3、卵石強度度高，大于于100Mpa;4、地鐵穿越越范圍內(nèi)全全斷面無水水；5、地層破壞壞性為突發(fā)發(fā)性，屬脆脆性破壞。。該地層與國國內(nèi)其他在在建地鐵城城市相比地地質(zhì)情況復(fù)復(fù)雜，施工工難度高。。在該種地地層中進(jìn)行行盾構(gòu)施工工，國內(nèi)尚尚屬首次，，國外也不不多見，為為世界性難難題。二、北京地地鐵九號線線03標(biāo)基本情況況介紹豐臺北路豐管路游泳場北路

工程概況1.1盾構(gòu)構(gòu)掘掘進(jìn)進(jìn)方方向向北京京地地鐵鐵九九號號線線03標(biāo)位位于于豐豐臺臺區(qū)區(qū)東東大大街街，，由由““兩兩站站一一區(qū)區(qū)間間””組組成成，，豐豐臺臺東東大大街街站站、、豐豐臺臺北北路路站站和和豐豐臺臺東東大大街街站站～～豐豐臺臺北北路路站站區(qū)區(qū)間間，，均均為為地地下下結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)，，其其中中豐豐臺臺東東大大街街站站是是目目前前北北京京地地鐵鐵在在建建最最長長的的車車站站；；區(qū)區(qū)間間呈呈南南北北走走向向，，單單線線隧隧道道長長1083m,左線線長長1053m，洞洞徑徑6m，采采用用盾盾構(gòu)構(gòu)法法施施工工。。由于于地地處處九九號號線線南南段段的的中中間間關(guān)關(guān)鍵鍵節(jié)節(jié)點點之之一一，，03標(biāo)也也是是全全線線最最難難點點，，區(qū)區(qū)間間隧隧道道是是否否按按期期安安全全優(yōu)優(yōu)質(zhì)質(zhì)貫貫通通是是九九號號線線南南段段年年底底順順利利運運營營的的關(guān)關(guān)鍵鍵。。

參建單位1.2建設(shè)設(shè)單單位位：：北北京京市市軌軌道道交交通通建建設(shè)設(shè)管管理理有有限限公公司司監(jiān)理理單單位位：：中中咨咨工工程程建建設(shè)設(shè)監(jiān)監(jiān)理理公公司司設(shè)計計單單位位：：北北京京城城建建設(shè)設(shè)計計研研究究總總院院有有限限責(zé)責(zé)任任公公司司北京京市市市市政政工工程程設(shè)設(shè)計計研研究究總總院院施工工單單位位：：北北京京市市政政建建設(shè)設(shè)集集團(tuán)團(tuán)有有限限責(zé)責(zé)任任公公司司埋深（m）投標(biāo)時初勘報告施工階段補勘巖性名稱最大粒徑(mm)一般粒徑(mm)粒徑大于的顆粒占總質(zhì)量的百分比巖性名稱最大粒徑(mm)一般粒徑(mm)粒徑大于的顆粒占總質(zhì)量的百分比9.0-10.0卵石12020-7070%卵石10.0-11.0卵石24020-8065%卵石45070-12070%11.0-12.0卵石32030-7065%卵石12.0-13.2卵石25030-6065%卵石53090-19080%13.2-14.0卵石16040-6070%卵石520110-21085%14.0-15.0卵石31040-11070%漂石920180-28085%15.0-16.3卵石33050-12080%卵石610140-26080%16.3-17.5卵石400100-14085%卵石470130-25085%投標(biāo)標(biāo)時時初初勘勘報報告告與與施施工工前前補補堪堪報報告告---------（北北京京城城建建勘勘測測設(shè)設(shè)計計研研究究院院有有限限責(zé)責(zé)任任公公司司））

工程地質(zhì)與水文條件1.3

工程地質(zhì)與水文條件1.3這種地質(zhì)構(gòu)造造是西南郊地地區(qū)獨有的特特殊地質(zhì)構(gòu)造造，具有大粒粒徑漂石、卵卵石含量高、、硬度大、間間斷級配、全全斷面無水等等特點。

工程重點及難點1.4一、03標(biāo)工期非常緊緊：工程初期期拆遷進(jìn)度緩緩慢，嚴(yán)重影影響工程進(jìn)度度。從車站開開挖到具備試試運行要在不不到一年時間間完成，同時時在盾構(gòu)施工工階段還將經(jīng)經(jīng)歷兩會、中中高考的對施施工的影響；；其中區(qū)間隧隧道更是要在在無水大粒徑徑漂礫石地層層中4個月的時間內(nèi)內(nèi)實現(xiàn)洞通，，并且盾構(gòu)始始發(fā)和接收到到場地狹小，，車站施工與與盾構(gòu)施工過過程始終處于于交叉作業(yè)狀狀態(tài)，對我們們的盾構(gòu)施工工組織提出了了很高的要求求。

工程重點及難點1.4二、03標(biāo)地處鬧市區(qū)區(qū)，施工場區(qū)區(qū)狹小，對如如何有效協(xié)調(diào)調(diào)車站與區(qū)間間施工組織提提出非常高的的要求。北京市市政四建設(shè)工程有限責(zé)任公司場地狹小

工程重點及難點1.4三、施工周邊邊環(huán)境復(fù)雜，，靠近居民區(qū)區(qū)和商戶，同同時區(qū)間雙線線隧道位于道道路下方，地地面交通流量量大，沿途地地下管線交織織密集，并存存在大量嚴(yán)重重松散地層。。周邊環(huán)境復(fù)雜

工程重點及難點1.4四、盾構(gòu)接收收的同時近距距離側(cè)穿立交交橋橋樁，并并下穿D2200污水管線，控控制橋樁變形形和污水管豎豎向位移為難難點，整個區(qū)區(qū)間施工環(huán)境境風(fēng)險非常高高。北京市市政四建設(shè)工程有限責(zé)任公司11.8m4.62m3.63m臨近穿越立交交橋萬豐橋隧洞隧洞

工程重點及難點1.4五、區(qū)間隧道道施工最大的的難度是在地地質(zhì)條件上。。全線均為無無水大粒徑漂漂礫石地層，，漂石粒徑大大、卵石含量量高、硬度大大、間斷級配配。地勘揭示示地層中卵礫礫石的含量高高達(dá)80%，最大粒徑超超過900mm，平均抗壓強強度80Mpa以上，而且在在隧道斷面下下部存在礫石石膠結(jié)致密地地層，在此地地層下尚無盾盾構(gòu)施工比較較成功先例，，被中外專家家評價為具有有高難度、高高科技、高風(fēng)風(fēng)險、高投入入的世界性難難題。三、北京西部典型型砂卵石地層層盾構(gòu)施工技術(shù)術(shù)

盾構(gòu)設(shè)備選型3.11.設(shè)備規(guī)格：φ6.14m加泥式土壓平平衡盾構(gòu)機(jī)2.建設(shè)單位：北京市軌道交交通建設(shè)管理理有限公司3.盾構(gòu)制造方：：北京市市政政四建設(shè)工程程有限責(zé)任公公司4.施工使用方：：北京市市政政四建設(shè)工程程有限責(zé)任公公司5.應(yīng)用項目：北北京地鐵九號號線03標(biāo)投入兩臺加泥泥式土壓平衡衡盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)構(gòu)機(jī)完成區(qū)間間雙線掘進(jìn)施施工。盾構(gòu)機(jī)參數(shù)外徑Φ6.１4m殼體總長8805mm全長13455mm總推進(jìn)力40000kN單位面積推力:1350kN/m2推進(jìn)千斤頂2500kN×16根鉸接千斤頂2500kN×12根盾構(gòu)最大掘進(jìn)速度92mm/min刀盤參數(shù)驅(qū)動方式電動變頻驅(qū)動扭

矩

(45Hz時)6282kN-m(扭矩系數(shù)α=22.6)扭

矩

(120%時)7538kN-m主軸承型式三排三列滾柱軸承轉(zhuǎn)速0～1.6rpm總功率660kW刀盤支撐方式中間支撐

盾構(gòu)設(shè)備選型3.1目前，世界上上還沒有盾構(gòu)構(gòu)機(jī)能夠完全全滿足這種無無水大粒徑漂漂石地質(zhì)條件件的快速掘進(jìn)進(jìn)施工。市政政集團(tuán)四公司司為了攻克這這一世界性難難題，憑借敏敏銳的市場洞洞察力，依靠靠多年積累的的雄厚研發(fā)和和制造能力、、豐富的盾構(gòu)構(gòu)施工經(jīng)驗、、精干高效的的人才儲備，，決定在吸收收消化原有IHI盾構(gòu)機(jī)技術(shù)的的基礎(chǔ)之上研研制兩臺擁有有我國自主知知識產(chǎn)權(quán)的盾盾構(gòu)機(jī)。公司司充分剖析北北京西南地區(qū)區(qū)獨特的無水水大粒徑漂礫礫石地層構(gòu)造造，在原IHI盾構(gòu)機(jī)的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，融入““以疏為主主、以隔為輔輔”的設(shè)計思思路，轉(zhuǎn)化了了四公司承擔(dān)擔(dān)的市政路橋橋控股集團(tuán)科科研項目“盾盾構(gòu)系列化模模塊化研究””的部分成果果，對盾構(gòu)機(jī)機(jī)刀盤、螺旋旋輸送機(jī)等進(jìn)進(jìn)行了優(yōu)化，，研發(fā)了自主主的自動控制制系統(tǒng)，制造造了兩臺擁有有我國自主知知識產(chǎn)權(quán)的盾盾構(gòu)機(jī)，該盾盾構(gòu)設(shè)備具有有大開口率、、高扭矩、高高推速、強輸輸送能力等顯顯著特點。

盾構(gòu)機(jī)的研發(fā)3.2市政四公司通通過北京地鐵鐵10號線、大興線線、沈陽地鐵鐵1號線以及北京京南水北調(diào)團(tuán)團(tuán)九線等工程程中，集聚了了盾構(gòu)施工經(jīng)經(jīng)驗、人才儲儲備、技術(shù)實實力，有著對對在砂卵石地地質(zhì)條件盾構(gòu)構(gòu)施工的深刻刻理解。通過對當(dāng)前國國內(nèi)外盾構(gòu)機(jī)機(jī)制造業(yè)的業(yè)業(yè)態(tài)、發(fā)展方方向、國內(nèi)提提供配套設(shè)備備的實際能力力調(diào)研。本著著有效地利用用國內(nèi)、外兩兩種資源實現(xiàn)現(xiàn)盾構(gòu)最佳的的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性性為出發(fā)點，，通過多層次次論證，針對對該項目，公公司成立了以以公司總經(jīng)理理助理為代表表的盾構(gòu)科技技研發(fā)攻關(guān)小小組。

盾構(gòu)機(jī)的研發(fā)3.2

盾構(gòu)機(jī)的研發(fā)3.2經(jīng)過6個月艱苦奮戰(zhàn)戰(zhàn)，2011年1月底，2臺具有我國自自主知識產(chǎn)權(quán)權(quán)的盾構(gòu)機(jī)在在北京市政集集團(tuán)四公司盾盾構(gòu)基地正式式下線，投入入施工。

設(shè)備特點3.3⑴采用大直徑螺螺旋輸送機(jī)帶式螺旋，輸輸出最大粒徑徑由原先增大到，可大幅提高高大粒徑卵石石的通過能力力，是目前中中國6m級在用地鐵盾盾構(gòu)最大的無無軸螺旋。原IHI盾構(gòu)機(jī)螺旋新盾構(gòu)機(jī)螺旋旋ф460mm××L750mmф650mm××L1100mm

設(shè)備特點3.3⑵進(jìn)一步優(yōu)優(yōu)化刀盤、刀刀具布置原刀盤采用圓形形輻條式,不能滿足大粒粒徑漂礫石地地層施工。原IHI盾構(gòu)機(jī)刀盤

設(shè)備特點3.3刀盤開口率為為54%，采用新型刀刀具布置新盾構(gòu)機(jī)刀盤盤

設(shè)備特點3.3新盾構(gòu)機(jī)刀盤盤特點1、增大刀盤開開口率。2、增強刀具的的抗撞擊性。。（1）通過加寬合合金以保證刀刀具的有效切切削，加強刀刀具兩側(cè)合金金的防撞擊能能力；（2）在刀具兩側(cè)側(cè)加增防撞擋擋塊，用于減減小大直徑礫礫石的沖擊防防止合金破碎碎。3、優(yōu)化刀具的的布置。（1）在刀圈上的的先行刀分3層布置，以保保護(hù)刀圈及減減輕內(nèi)圈刀具具壓力。（2）布置刀具時時，覆蓋整個個開挖斷面，，對稱性布置置刀具，保證證刀盤受力均均衡，運轉(zhuǎn)平平穩(wěn)；切刀正正反方向布置置，刀具整體體采用牙型交交錯排列。4、加強刀具的的耐磨性。對刀座進(jìn)行耐耐磨焊條堆焊焊，以提高其其耐磨性；5、增加魚尾刀刀保護(hù)刀。對對魚尾刀中心心加泥口進(jìn)行行保護(hù)。

設(shè)備特點3.3盾構(gòu)機(jī)推力由由原來的37500kN增大到40000kN，在全鎬推進(jìn)進(jìn)時，速度能能達(dá)到92mm/min，在全千斤頂頂頂伸下理論論最大日掘進(jìn)進(jìn)速度為48環(huán)，日進(jìn)尺57.6m?？刂葡到y(tǒng)具有有自主知識產(chǎn)產(chǎn)權(quán)，特別是是自動糾偏系系統(tǒng)可有效降降低對操作手手操作水平的的要求，使操操作手從繁復(fù)復(fù)地操作中解解放出來，使使其有更多精精力處理施工工中的其他問問題，解決制制約盾構(gòu)施工工效率及成型型隧道質(zhì)量的的瓶頸，以提提高施工效率率，確保工程程質(zhì)量。⑶增大推力力及推速，大大幅提高工效效⑷具有自主主產(chǎn)權(quán)的控制制系統(tǒng)

塑流化改造技術(shù)3.4在無水砂卵石石中，塑流化化改造的效果果直接影響到到刀盤扭矩的的大小和土壓壓力的平衡。。在掘進(jìn)初期期，為使土體體具有良好的的流動性，于于是向開挖面面注入大量泥泥漿，結(jié)果在在施工中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)泥漿量過大大使螺旋排出出的土過稀，，甚至出現(xiàn)噴噴涌，土壓力力波動較大。。同時，土壓壓倉內(nèi)大粒徑徑砂卵石會在在重力作用下下沉至底部，，使土體攪拌拌不均勻，增增大了刀盤扭扭矩和刀具的的磨損。經(jīng)過過分析后，減減小泥漿注入入量，增大泡泡沫注入量，，同時提高稀稀釋液的粘度度和泡沫的發(fā)發(fā)泡率，結(jié)果果刀盤扭矩大大大降低，能能夠建立穩(wěn)定定的土壓力。。通過分析得出出：在砂卵石石地層中，泡泡沫能夠大大大改善土壓平平衡盾構(gòu)機(jī)的的掘進(jìn)性能，，泡沫注入量量加大以后刀刀盤扭矩明顯顯減小，推進(jìn)進(jìn)速度大幅提提高，刀盤刀刀具的磨損程程度降低，提提高了設(shè)備的的使用壽命。。

雙液注漿技術(shù)3.5因無水砂卵石石顆粒之間空空隙大，漿液液在土體之間間的流動性好好，擴(kuò)散較快快，因此要求求漿液凝固時時間較短，故故宜選用雙液液注漿（水泥泥，粉煤灰漿漿液+水玻璃）。同同時漿液擴(kuò)散散面積大，管管片外圈與土土體之間填充充率較低，因因此需要加大大注漿量，提提高填充率數(shù)數(shù)值。通過分分析地面沉降降等相關(guān)數(shù)值值，本標(biāo)段同同步注漿填充充率取110%～120%，同步注漿壓壓力范圍設(shè)定定為0.5～0.7MPa。二次補注漿漿量控制在500～600L，為防止成型型管片變形，，二次補注漿漿的壓力范圍圍設(shè)定為0.4～0.5MPa。考慮到地面面沉降控制、、成型管片變變形等因素，，同步注漿以以總量控制為為主，二次補補注漿以壓力力控制為主。。四、工程施工工進(jìn)度

盾構(gòu)機(jī)下井組裝4.1短短6個月的時間2臺盾構(gòu)機(jī)制造造成功，正式式下線投入北北京地鐵九號號線03標(biāo)施工，在無無水大粒徑漂漂礫石地層施施工中充分體體現(xiàn)了設(shè)備的的優(yōu)勢，體現(xiàn)現(xiàn)了團(tuán)隊的實實力.

盾構(gòu)機(jī)下井組裝4.12011年2月26日，右線盾構(gòu)構(gòu)機(jī)吊裝下井井，開始組裝裝調(diào)試。3月16日正式始發(fā)。。3月31日掘進(jìn)至55環(huán)完成初始掘掘進(jìn)。2011年1月16日，左線盾構(gòu)構(gòu)機(jī)吊裝下井井，開始組裝裝調(diào)試。2月16日正式始發(fā)。。3月4日掘進(jìn)至49環(huán)完成初始掘掘進(jìn)。

施工過程4.2從2011年2月16日左線盾構(gòu)機(jī)機(jī)正式始發(fā)至至6月20日盾構(gòu)機(jī)刀盤盤抵樁，歷時時124天。從2011年3月16日右線盾構(gòu)機(jī)機(jī)正式始發(fā)至至6月29日盾構(gòu)機(jī)刀盤盤抵樁，歷時時103天。實際施工時地地層難度超乎乎想象，地層穩(wěn)定性極極差，土壓力力平衡建立非非常困難，對對盾構(gòu)設(shè)備刀刀具磨損嚴(yán)重重，對塑流化化改造技術(shù)、、管理和效果果控制提出非非常高的要求求。

施工過程—刀盤檢修4.2施工過過程中中創(chuàng)造造了單單班掘掘進(jìn)20環(huán)、單單日掘掘進(jìn)35環(huán)、單單周掘掘進(jìn)176環(huán)、不不換刀刀最長長掘進(jìn)進(jìn)480m、地面面微沉沉降、、橋梁梁2mm沉降的的輝煌煌記錄錄，得得到國國內(nèi)外外專家家們的的高度度評價價，是是對四四公司司長期期以來來致力力于地地下工工程研研究和和探索索的大大力肯肯定，，開創(chuàng)創(chuàng)了盾盾構(gòu)在在無水水大粒粒徑漂漂礫石石等復(fù)復(fù)雜地地層下下掘進(jìn)進(jìn)的新新領(lǐng)域域，書書寫了了地鐵鐵盾構(gòu)構(gòu)建設(shè)設(shè)歷史史的新新篇章章。

取得成績4.3隨著右右線最最后一一環(huán)管管片的的拼裝裝完成成，盾盾構(gòu)機(jī)機(jī)精準(zhǔn)準(zhǔn)破洞洞而出出，北北京地地鐵九九號線線03標(biāo)盾構(gòu)構(gòu)區(qū)間間雙線線2136m精準(zhǔn)貫貫通。。從第一一臺盾盾構(gòu)開開始掘掘進(jìn)到到雙線線貫通通，僅僅用4個月時時間，，單線線掘進(jìn)進(jìn)3個月，，各項項指標(biāo)標(biāo)完全全滿足足要求求，為為九號號線年年底通通車創(chuàng)創(chuàng)造了了先決決條件件。

圓滿完成4.4

圓滿完成4.4左線區(qū)區(qū)間從從2011年6月21日開始始進(jìn)行行洞門門鑿除除工作作。7月7日盾構(gòu)構(gòu)機(jī)開開始解解體，，至7月14日全部部解體體吊裝裝完成成，歷歷時8天。右線區(qū)區(qū)間從從2011年6月29日開始始進(jìn)行行洞門門鑿除除工作作。7月20日盾構(gòu)構(gòu)機(jī)開開始解解體，，至7月29日全部部解體體吊裝裝完成成，歷歷時10天。五、總總結(jié)砂卵石石層分分類及及其對對刀具具的影影響最大粒徑<300mm最大粒徑>300mm含砂率<30%磨損為主，不考慮沖擊沖擊為主，磨損為輔含砂率>30%特別注重磨損沖擊，磨損砂卵石石層分分類：：