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泥岩地层掘进参数选择

2021-02-27 12:24 作者:菠菜评级 点击:

  泥岩地层掘进参数选择_建筑/土木_工程科技_专业资料。成都地铁四号线二期土建五标 泥岩地层掘进参数选择 一、工程概况 1、工程概况 2、工程地质及水文地质 二、影响掘进的主要参数 三、掘进参数的选择 1、掘进参数的设定 2、掘进参数的选择 一、工程概

  成都地铁四号线二期土建五标 泥岩地层掘进参数选择 一、工程概况 1、工程概况 2、工程地质及水文地质 二、影响掘进的主要参数 三、掘进参数的选择 1、掘进参数的设定 2、掘进参数的选择 一、工程概况 1、工程范围 十陵东站~西河镇站盾构区间位于成都市龙泉驿区境内, 盾构区 间隧道起于十陵东站东段 2#明挖区间,止于西端 3#明挖区间。盾构 区间起讫里程为 YDK43+999.3 ~ YDK44+900.700 , ZDK43+001.135 ~ ZDK44+900.700,左线m,右线m,全线m。区间隧道拱顶最大 覆土埋深 18m, 最小埋深 4.1m, 最小曲线‰),相应附属工程含 4 个洞门、1 个联 络通道兼泵房(里程 YDK44+530.000、ZDK44+530.078)。盾构区间下穿 的主要建筑物有绕城高速、燃气管线及成花铁路等; 十西盾构区间线、工程地质及水文地质 区间位于成都平原区与龙泉山低山丘陵区过渡带的成都东部台 地区,属川西平原岷江水系Ⅲ级阶地,主要为山前台地地貌,次为侵 蚀、堆积型丘、岗、谷地貌。随着城市的发展,测区范围地表大多已 被人工改造,房屋密集分布,道路纵横交错。 区间范围上覆第四系全新统人工填土(Q4ml) ;其下为第四系上 更新统冰水沉积、冲积成因的(Q3fgl+al)黏土,中更新统冰水沉积、 冲积成因的(Q2fgl+al)黏土夹卵石、卵石土;下伏白垩系上统灌口 组(K2g)泥岩。 按上述分层依据,结合本工程地质断面,划分岩土层。每个岩土 层描述如下: 1-1人工素填土(Q4ml) :黄褐、灰褐等杂色,松散~稍密,稍 湿, 以黏性土为主, 夹砖块、 混凝土碎块、 卵石等。 该土层均一性差, 多为欠压密土,结构疏松,多具强度低,压缩性高,受压易变形的特 点。该层广泛分布于场地地表,层厚 0~3.8m。 3-1-1软黏性土(Q3fgl+al) :灰黑色,软塑,粘性强,有臭味, 液性指数 IL=0.76~0.79,天然快剪指标:凝聚力 C=8~18kPa,内摩 擦角 Φ=6.9~14.2°。该层仅在 3 个钻孔中揭示,厚度变化较大,层厚 0~5m,顶板埋深 0~1.0m。 3-2-1黏土(Q3fgl+al) :棕黄、黄褐色,可塑~硬塑,粘性强, 含铁锰质结核, 夹灰白色高岭土团块, 岩芯呈土柱状, 能搓成 3~5mm 的细条。该层广泛分布于表层人工填土之下,层厚 0.8~15.9m,顶板 埋深 0~3.8m。 标贯实测击数平均值 N=15.6 击/30cm。 根据室内试验: 天然密度 ρ=1.72~2.08g/cm3,天然含水量ω =17.6~34.9%,天然孔 隙比 e=0.57~0.99,饱和度 Sr=63~100%,液限 WL=26.4~57%,塑限 WP=13.9~26.8%, 塑性指数 IP=12.5~30.2, 液性指数 IL=-0.16~0.59, 天然快剪指标:凝聚力 C=29~85kPa,内摩擦角 Φ=11.5~20.5°,压缩 系数 av=0.110~0.375MPa-1,压缩模量 Esv=4.87~12.78MPa。自由膨 胀率 Fs=37~61%,属弱~中等膨胀土。 4-1黏土夹卵石(Q2fgl+al) :灰褐色、棕黄色,硬塑,约夹 10~ 45%的卵石,卵石粒径以 30~80mm 为主,石质成分主要为砂岩、石 英砂岩、灰岩及花岗岩等,部分卵石已风化成砂状,该层卵石含量差 异较大。颗粒分析试验显示, 0.075 ~ 0.005mm 的黏粒含量为一般 19.8~33.4%,局部含量较高。该层主要分布于3-2-1黏土之下,层 厚 0~12.2m,顶板埋深 6.3~13.2m。该层黏土具有弱~中等膨胀。 4-2-1细砂(Q2fgl+al) :褐黄色,饱和,中密,主要成分以石英 为主,长石次之,分选性和磨圆度较好,黏粒含量约 25%。该层呈透 镜体状分布,层厚 0~1.5m,顶板埋深 12.2~16.2m。 4-5-2卵石土(Q2fgl+al) :棕黄色、灰褐色,饱和,密实,卵石 约占 50~70%,粒径 2~10cm,夹少量圆砾,余为细砂、黏土充填, 石质成分主要为砂岩、石英砂岩、灰岩及花岗岩等,卵石以亚圆形为 主,少量圆形,分选性差。根据相同地质单元的点荷载试验结果,换 算岩石单轴抗压强度平均值 R 为 64.3MPa~127.0MPa, 换算岩石单轴 抗压强度 Rmax=200.5MPa。 该层层厚 0~10m, 顶板埋深 7.4~16.8m。 5-1-1全风化泥岩(K2g) :紫红、褐红、肉红等色,呈土状,原 岩结构已破坏,偶夹少量碎石、角砾。该层层厚 0~11.4m,顶板埋 深 0~21.7m。标贯实测击数平均值 N=15.9 击/30cm。 5-1-2强风化泥岩 (K2g) : 紫红、 肉红色, 泥质结构, 泥质胶结。 岩芯呈土状、碎块状、饼状,少量短柱状。该层层厚 0~7.9m,顶板 埋深 12.5~33.1m。 5-1-3中等风化泥岩 (K2g) : 紫红色, 泥质结构, 泥、 钙质胶结, 中~厚层状构造,风化裂隙较发育,岩质软,锤击声哑,局部夹砂质 泥岩。岩芯多呈短柱状,少量长柱状。该层顶板埋深 18.1~32.1m。 根据室内试验: 天然密度 ρ=2.1~2.5g/cm3, 天然含水率ω =6.1~16.9%, 天然抗压强度 1.0~9.3MPa,饱和吸水率 ωsa=5.9%~31.7%,膨胀力 Pp=7~174kPa, 自由膨胀率 FS=20%~63%。 岩石坚硬程度分类为极软 岩~软岩,岩体基本质量等级分类为Ⅳ。 二、各掘进参数的相对关系 由于盾构机掘进是在埋深较深和密闭环境中进行, 掘进参数的选 择对盾构施工至关重要。 选择得当可以控制地表沉降, 延长刀具寿命, 并保证盾构机良好的工作状态等。 在掘进过程中主要考虑的参数有:土仓压力、刀盘转速、推进油 缸各分区油压、掘进速度、螺旋机转速、刀盘扭矩、出渣口仓门开口 大小、铰接油缸行程、同步注浆压力及速度、渣土改良添加剂等。 土仓压力是为了平衡开挖面压力及水压力, 以避免掌子面失稳坍 塌或地层失水过多引起的地表沉降。 掘进中对土压起主要调节作用的 参数有:刀盘转速,推进系统推力,螺旋机转速等。刀盘转速及推力 可以调节刀盘对掌子面的切削速度,从而调节切削的渣土量,螺旋机 转速调节出渣速度,通过刀盘转速、推力、螺旋机转速等来调节盾构 掘进的出渣量,同时又影响刀盘扭矩、掘进速度、土仓压力等相关掘 进参数的变化。 在掘进中我们需要根据不同的地质情况合理的设定相 对应的掘进参数以保证盾构掘进的连续性、安全性、稳定性及成型隧 道的质量。 三、掘进参数的选择 掘进参数的选择主要包括:刀盘转速、推力、土仓压力、螺旋机 转速、同步注浆压力及速度、渣土改良添加剂参数等。不同地层,掘 进参数的选择各不相同。 以下就以本标段的盾构掘进浅析泥岩地层掘 进参数的选择。 1、掘进参数的设定 (1)土仓压力 P1 土仓压力 P1 按深埋隧道与浅埋隧道两种情况进行计算。当隧道 埋深 H2D 时,为浅埋隧道;否则,为深埋隧道。 1)在浅埋隧道中,因隧道埋深较小,上覆水土产生的压力全部 作用于开挖面。其土仓压力计算如下。 主要取决于刀盘前的水土压力, 一般取刀盘中心处的水土压力为 准,按下式计算: P1=k0×γ ×h 式中: P1——土仓压力 k0——侧压力系数 γ ——土的容重 D——为盾构外径 2)当隧道埋深 H2D 时,由于隧道埋深较大,土体在隧道上方 形成拱效应,上部土体产生的土压力不会完全作用于开挖面。其土仓 压力计算如下: 土仓压力计算取值示意图 由上图可见: 盾构顶部埋深为 H 因 H>2D,故可确定盾构在土层中属于深埋状态,可按太沙基 (Terzaghi)理论计算盾构所受的垂直载荷。 先按下图所示松动圈土压计算模式计算出松动圈宽度 B: 松动圈计算模型 先求出松动圈高度 ha: ha ? B ? C /? ?tg? H ?tg? ?? ? B ?1 ? e ? ? H ?tg? ?? ? P 0 B ? ? e ? ? ? 式中: λ —地层的侧压系数 γ —为上覆地层的平均浮容重 C—凝聚力 φ —内摩擦角 3)盾构顶部所受垂直土压力: P1=ha·γ 根据盾构机的掘进位置及相应的地质情况, 可选取相应的参数代 入上式,一般情况下,土仓压力可在 1.0~2.0kg/cm2 范围内取值,具 体将取决于地面的监测结果。 (2) 千斤顶推力 F 确定推力需考虑以下因素:盾构机推进需克服的摩擦力。克服刀 盘前的水土压力。掘进速度。管片的承受能力。控制掘进方向。最大 扭矩。 最大推力 Fmax=3990t(30 个千斤顶) ,初始掘进阶段时 F900t, 正常掘进阶段时 F=800~1500t,特殊情况时 F=2000~3000t, (3) 刀盘转速 n1,n2 满足转速和扭矩曲线 rpm。 扭矩水平较高时,使用 n2 段,扭矩水平较低时使用 n1 段。 〈6〉及强 度小于〈6〉的地层,刀盘转速一般为 1~2 rpm; 〈7〉 〈8〉 〈9〉地层 可设为 2~ 2.5rpm 。 (4) 刀盘扭矩 T 正常掘进时, 扭矩应低于最大扭矩。 当工作扭矩超过最大扭矩时, 刀盘将停止转动,如多次正反转启动未果,即可启动脱困扭矩,使刀 盘重新启动。 刀盘的最大扭矩为 4377kN· m, 脱困扭矩为 5350kN· m, 正常施工扭矩一般小于 3750 kN·m。 (5) 螺旋器转速 n3 n3=0~19rpm,根据维持土仓压力的需要或出土口处的出土情况 进行调整。 (6) 掘进速度 v 根据土质、 扭矩、 推力和土仓压力等综合确定, 受土质影响最大。 vmax=8cm/min,一般 v=4~6cm/min。 (7) 注浆压力 P2 P2 是在注浆处的水土压力的基础上相应提高 0.5~1.0kg/cm2, 且 使浆液不会进入土仓和压坏管片, 并保证地面的隆陷值在允许范围内 (+10,-30mm) 。 (8) 注浆量 V1 V1 是在管片与土体之间的空隙体积的基础上,再考虑 1.2~1.5 扩大系数确定的。一般每环的注浆量 V1≈6m3。 (9) 发泡剂的掺量 m1 和空气的混合比例 m2 发泡剂在水中的掺量 m1 以及空气与发泡溶液的混合比例 m2 主 要根据地质情况确定,一般情况下,m1=2~6%,m2=10:1~20:1 (10) 左右推进千斤顶行程差Δ S ? Δ S 主要根据线路特点和盾构机在水平方向偏离设计轴线的程度来 确定的。Δ S 的大小也受到管片选型的影响。在管片选型正确的条件 下Δ S 的大小确定了盾构机方向改变的急缓程度。 (11) 盾构机俯仰角α α 根据线路特点和盾构机在竖直方向偏离设计轴线的程度来确 定的。α 的保持靠合理使用上部和下部的推进千斤顶。 (12) 盾构机滚转角β β 和刀盘转动方向及扭矩大小有关, 可以通过改变刀盘转动方向 和使用稳定器来控制,一般情况下,β 值不应超过±0.50?。 (13) 管片与盾尾的空隙δ 1~δ 4 δ 1~δ 4 可由人工测量,它反映了管片和盾构机的相对位置关 系,对确定下一环的管片类型和掘进参数有指导意义。理论值为δ 1= δ 2=δ 3=δ 4=75mm。通常在 45~90mm 之间波动。 (14) 铰接千斤顶 根据线路的走向, 铰接千斤顶可通过控制行程差调整盾构机的姿 态拟合线路。 在直线段时, 铰接千斤顶伸长量一致保持盾构机前体与中后体成 直线。在线路的曲线或者缓和曲线段(上、下坡)时,铰接千斤顶顺 着转弯方向有一定的行程差, 使得盾构机后体相对于中体有一定的折 角(最大为 3 度),与线路的弧线、掘进参数选择 本 标 段 盾 构 区 间 起 始 里 程 为 右 线)。盾构掘进过程中先后穿越抗浮压板(左线,隧道顶部距板底 0.8~1.05m,右 线 起 止 里 程 为 YDK44+027.592 ~ YDK44+087.08 , 隧 道 顶部 距 板 底 1.33~1.52m) ;绕城高速(左右线) ;燃气管线) ;成花铁路(Y(Z)DK44+670~690)几处重大风 险源后到达区间终止里程 Y(Z)DK44+900.7。 1)始发段掘进参数选择 本标段始发端头覆土厚度为 5.4m,为浅覆土。坡度为 28‰,结 合本工程地质断面,以及反力架受力情况等考虑,我部对始发段掘进 参数做了以下技术交底: 掘进速度 环数 mm/min 推力 t t.m rpm bar 扭矩 刀盘转速 1#土仓压力 备注 -7 5--15 ≦500t ≦150 0.9--1.2 0 采用泡沫剂对渣 土进行改良, 根据 -6 5--15 ≦500t ≦150 0.9--1.2 0--0.2 泡沫剂的特性, 泡 -5 10--20 ≦600t ≦180 1.0--1.3 0--0.2 沫混合液中原液 的比例为 0.5%— -4 10--20 ≦600t ≦200 1.0--1.3 0--0.2 1.5%。 泡沫混合液 和压缩空气流量 -3 20--30 ≦700t ≦200 1.0--1.3 0.2--0.3 比 例 为 1:8 ~ 1:12。 气体比例不 能过大, 在掘进中 -2 20--30 ≦700t ≦300 1.0--1.3 0.2--0.3 -1 20--30 ≦800t ≦300 1.0--1.3 0.3--0.5 操作手可根据每 环的渣土改良效 0 30--40 ≦1000t ≦300 1.0--1.5 0.3--0.5 果再做调整。 当盾尾全部进入洞门之后,停止掘进,开始封堵洞门,待洞门封 堵完成后恢复掘进,此时开始在掘进过程中进行同步注浆。采取注浆 量与注浆压力双控措施。每方浆液配合比如下: 水泥 200Kg 砂 600Kg 粉煤灰 320Kg 膨润土 60Kg 水 500Kg 在始发段掘进过程中, 我部严格按照掘进参数技术交底监控管理 盾构掘进参数,并加强地表检测频率,使盾构安全稳定的通过始发段 掘进。 2)穿越抗浮压板掘进参数选择 盾构隧道下穿成安渝高速 E 匝道区域施工抗浮压板, 左右线m , 左 线 抗 浮 压 板 起 止 里 程 为 ZDK44+011.485~ZDK44+070.08,隧道顶部距板底 0.8~1.05m,右线 抗浮压板起止里程为 YDK44+027.592~YDK44+087.08,隧道顶部距板 底 1.33~1.52m。以右线为例,抗浮压板环号为 20~60 环。 隧道与抗浮压板位置关系图 盾构下穿抗浮压板地段,隧道顶部覆土主要为黏土,隧道范围地 层为黏土和卵石土。 地质示意图 我部借鉴左线盾构穿越抗浮压板的经验, 在右线穿越前对掘进参 数等做出如下技术交底: 序 项目 号 内容 控制盾构机水平姿态±20mm;控制盾构机垂直姿态前点不超过-95,后点 1 掘进原则 不超过-130mm;控制管片错台、内部破损和裂纹。 ①推进速度 20~40mm/min;刀盘转速 0.9~1.2rpm;土压初步定为 0.6~ 0.8bar;总推力初步设定为 800~1200t,减少管片破损的机率。 2 掘进参数 ②减小泡沫的注入量和气体的注入量,并将泡沫原液比例调至 3.0%,保 证螺旋机能将土抽出的状态下,渣土尽可能改良偏干,保证土仓内底部和刀盘 前方底部渣土偏干,便于盾构机抬头。 ①推进至 500mm 时,先卸底部油缸压力,再卸左右油缸压力(先双后单), 推进油缸卸 3 力 ②目的:释放管片集中应力防止管片破损。 然后卸除顶部油缸压力;当推进至 1000mm 时,按上述方法再一次进行卸力。 ①管片选型按“推进油缸形成差不大于 50mm、盾尾间隙 65-85mm、紧跟盾 认线 片选型 ②当环掘进完成后,主司机和值班工程师将管片选型做好后,上报值班领 导进行复核。 构机姿态”三原则进行; 鉴于目前盾构机水平和垂直姿态情况,在掘进过程中,纠偏原则为“少量 5 纠偏原则 多次” ,水平纠偏量不大于 3mm/环,竖向纠偏量不大于 5mm/环,防止因纠偏量 过大造成管片错台和破损。 径向注浆孔 6 注膨润土 鉴于目前盾尾铰接力过大, 施工过程中每 2 环进行径向注浆孔注膨润土以 减少盾体的摩擦力,逐步减小铰接力。 ①调整同步注浆配合比为:水泥 120、砂 600、粉煤灰 350、膨润土 60、 水 500。 优化同步注 7 浆方法 底部点位。注浆压力控制在 2~3.5bar,按要求做到注浆量与注浆压力双控。 ③主要目的为最大程度上抬管片,保证管片姿态不超-100mm。 ②总注浆量为 5.5~6.5m ,在保证顶部注浆管路不堵塞的情况下,主要注 3 ①二次注浆为管片脱出盾尾 8 环后考虑注浆,暂定为每 2 环进行注浆。 二次注浆方 8 法 3.5bar,注浆量和注浆压力双控。 ③主要目的为最大程度上抬管片,保证管片姿态不超-100mm。 ②注浆点位为 4~8 点,注浆量为 0.5~0.8m /孔,注浆压力为 2.5~ 3 9 延迟管片螺 当环管片拼装完成后,采用棘轮扳手拧紧,待管片螺栓待脱出盾尾一环后 栓的复紧时间 再进行复紧。减少脱出盾尾管片的破损程度。 调整管片螺 10 栓 根据需要,管片螺栓调整为 M27、5.6 级,增大螺栓的拉伸率来控制管片 破损,待盾构掘进和管片质量正常后按设计进行更换 ①值班领导检查。以上措施的具体落实由顾连强、高军、权永华、孙锡山、 曹勇监督实施。 ②当班管理人员负责制,根据以上分工,各岗位管理人员紧盯施工过程, 11 管理制度 发现问题及时分析及时处理。 ③严格交接班管理制度。主司机或值班工程师、工班长、管片拼装手、值 班领导、技术负责人进行严格交接班,总结分析当天的掘进情况,发现问题及 时纠正。 盾构进入抗浮压板后,15--36 环盾构机垂直姿态出现下掉现象, 从 15 环的前点-13mm 后点-15mm,降到 21 环的前点-24mm 后点 -60mm。我部立即停机开会重新制定掘进参数,采取大推力 (1600~ 1800t)、高土压(1.1~1.3bar)、大趋向(+8~+10)的方式掘进,右线盾 构机姿态得到控制并好转。但在恢复掘进后,28--34 环管片出现连续 表皮破损,我部立即停机并邀请专家召开分析会,内容如下: ①随着盾构推进,盾尾对管片的约束力逐渐减小,加之为了保证 盾构机在抗浮压板下不 “栽头” ,稳定姿态,底部推进油缸压力大于 上部推进油缸压力,其次为了不让管片姿态下掉,底部注浆量占整环 注浆量的 70%,注浆压力大于顶部,管片出盾尾后顶部应力集中造成 管片破损。 ②在管片出盾尾过程中,我部采用 3 次螺栓复紧方式,在该段管 片螺栓等级为 8.8 级,拉伸率较小,管片略有错台即造成管片破损。 ③推力过大造成管片破损。 每环的启动掘进阶段(0-500mm 期间), 总推力达到 2000-2150t。 专家会议制定的技术措施为: ①降低土压,做好渣土改良,保证土仓内为实土压,土压控制在 0.5bar~0.6bar,逐步降低推力; ②掘进过程中从径向注浆孔注膨润土以减少盾体的摩擦力, 逐步 减小铰接力; ③掘进完成后,现场值班领导及相关技术人员根据盾尾间隙、油 缸行程差分析,综合考虑后确定管片类型及拼装点位; ④掘进中推进油缸的压力差不宜超过 60bar,禁止纠偏过激; ⑤注浆压力略高于土仓压力,4 路注浆管路均匀注浆; ⑥螺栓复紧采用棘轮扳手,扭矩不宜过大,8.8 级螺栓在 600~ 700N?m,5.6 级螺栓在 460N?m 左右。 2 月 14 日,右线盾构复推,并严格按照制定的措施进行推进。 37~39 环掘进过程中,盾构机垂直姿态前点共计下掉 29mm,后点共 计下掉 17mm,趋向从+1 降到-1。 对此我部立即停机,于 2 月 23 日召开盾构机姿态纠偏专家分析 会议,对盾构机姿态持续下掉的原因进行分析,并制定纠偏措施。 主要原因为: ①抗浮压板底距离隧顶约 1.3~1.5m, 在盾构姿态上抬过程中, 上 部土体受挤压至极限后,反作用于盾体,导致抬头困难; ②停机时间过长(2 月 2 日-14 日), 且盾构息工时为防止盾尾抱死 从同步注浆管路注入 5m?膨润土, 并从盾体径向注入 4m?膨润土, 长 时间停机后盾体四周土体经膨润土浸泡松散, 推进时盾构机上抬困难; ③盾尾后部由于膨润土较多,脱出盾尾的 2~3 环管片四周充满 膨润土,管片壁后填充物刚性较差,未能很好的对盾构机提供反力, 盾构抬头困难; ④盾尾可能被浆液包裹,铰接压力过大,导致姿态上抬困难; ⑤施工不连续性造成盾构机姿态下掉严重。 制定的主要措施为: ①人工挖除盾构机顶部覆土,排除上部土体挤压盾体因素; ②更换两把刀具,扩大开挖直径,提高盾构上抬的机率; ③对可能被包裹的盾体,进行了加注泡沫剂,减小盾体与土体的 摩擦力; ④制定纠偏方案,通过 40 环~60 环掘进缓慢实现纠偏,若姿态 偏差较大,可进行调线调坡。 根据专家会议精神和各方意见,并根据纠偏方案进行 40~60 环 的推进,初期按照模拟盾构机姿态进行推进,但很快发现盾构机姿态 下掉严重,根据经验垂直趋向达到+8~+10 才能平稳推进或保持缓慢 上抬,再次调整掘进参数,盾构机姿态逐渐好转,过程中管片破损得 到控制直至盾尾脱出抗浮压板。 结合左线盾构姿态控制经验及右线前期施工经验, 我部分析总结出抗浮压板 下盾构掘进参数如下: 上部土压 推进速度(mm) 推力(t) (bar) 刀盘转速(rpm) 扭矩(t?m) 800~1000 30~40 (总推力-铰接拉力) 1.4~1.7 1.2~1.5 100 注浆压力 滚动角(mm/m) 盾尾间隙(mm) (bar) 注浆量(m?) 行程差(mm) ±4 60~80 2.0~2.5 ≥6.0 ≤50 AC 油压差 BD 油压差(bar) (bar) 垂直趋向 水平趋向(mm/m) (mm/m) 出土量(m ) 3 以趋向为准 以趋向为准 5~7 ±3 ≤57 3)一般地段掘进参数的选择 盾尾在完全脱出抗浮压板之后,盾构进入一般地段施工。此阶段 随着盾构埋深逐渐增加,我部制定了以下掘进参数: 掘进速度 推力 t mm/min 扭矩 t.m 刀盘转速 rpm 1#土仓压 同步注浆 力 bar 四根管路均匀 30--50 ≦1000t ≦300 1.0--1.5 0.6--0.8 注浆 此阶段掘进过程中, 我部严控各项掘进参数以期保证盾构掘进的 连续性,安全性。但随着隧道埋深的逐渐加大,水压力及掌子面土压 逐渐增大,同步注浆浆液初凝时间较长,致使管片在脱出盾尾后出现 上浮现象。 我部针对此情况立即组织召开了内部会议并制定以下措施: 1、加大注浆量至每环不少于 7 方,以确保盾构施工间隙能填充 饱满。 2、调整上下同步注浆速度及压力差。上部注浆压力不低于 2.5bar,下部不高于 1.5bar。上部注浆量至少两倍于下部注浆量。 3、增大二次注浆频率,每两环进行一次二次注浆,注浆位置为 管片上部。 4、降低盾构机掘进姿态,姿态控制在-20——-30 之间,确保管 片在脱出盾尾后管片姿态不超限。 后续施工中我部严格按照上述措施执行, 逐步控制了管片的上浮 量在可控范围之内。 4)盾构穿越绕城高速掘进参数选择 盾构机在里程 Z(Y)DK44+170~220 范围内左右线正穿成都绕城高 速路基段,环号 114 ~ 147,盾构隧道覆土约 13.5m,盾构顶部距绕 城高速底部约 7m。隧道洞身处于 5-1-3 中风化泥岩,拱顶主要为密 实卵石土,局部有砂层。 隧道与绕城高速位置平面图 穿越绕城地质断面图 穿越绕城前,我部组织所有施工人员召开了安全技术交底会,技 术交底如下: 掘进过 程中土压力 (bar) 0.9~ 1.1 刀盘扭 矩 t.m 注浆量 3 (m ) 推进速 度(mm/min) 刀盘转速 (r/min) 待机土压 (bar) 出土量 3 (m ) 6~7.0 35~40 1.2--1.5 1.0~ 1.2 56 注浆压力 (bar) 泡沫比 例 2.0%--3 .0% ≤250 2.0--2.5 同步注浆与二次注浆浆液的配比 盾构和周围土体的建筑间隙是否填充饱满直接关系到地面沉降 量,因此必须保证同步注浆量充足,由于施工或地层原因导致浆液损 失,必须立即进行二次补浆以控制地面沉降。二次注浆采用水泥浆及 水玻璃双液浆,水泥浆水灰比 1:1,水泥浆和水玻璃体积比 1:1。 具体同步注浆配合比如表所示。 同步注浆浆液配合比(单位:kg/m ) 3 水泥 250kg 砂 600kg 粉煤灰 320kg 膨润土 60kg 水 530kg 稳步推进减少地层损失 土体超挖和土体扰动是地面沉降的主要原因, 因此在盾构穿越危 险源期间,加强盾构掘进控制,避免盾构姿态频繁调整造成的土体超 挖和扰动,并严格控制平衡压力和出土量。盾构推进过程中严格将推 进速度控制在 35~40mm/min,避免速度频繁变化。 加强沉降监测,信息化施工 技术保障措施的落实与响应的及时与否, 是盾构穿越危险源时控 制地面沉降的重中之重, 在盾构穿越危险源期间必须增加地表沉降监 测频率,并做到及时反馈,为掘进参数的优化调整提供可靠依据。 掘进控制措施 (1)土体改良 本标段使用盾构机为土压平衡式盾构, 其特点是用开挖出的土砂 作为支撑开挖面稳定的介质, 因此要求作为支撑介质的土砂具有良好 的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小。由于一般土壤不能完 全满足这些特性,所以要进行改良,其技术要点是在刀盘前部和泥土 仓中注入水、膨润土泥浆、粘土、聚合物或泡沫等材料,经搅拌,改 善开挖的土砂塑性、流动性,降低渣土的透水性。 结合该工程地质情况,我项目部根据地质、水文情况的变化渣土 改良选用优良泡沫剂或膨润土泥浆作为渣土改良材料。 (2)土仓压力的控制 本工程采用的盾构机均为土压平衡盾构机, 以土仓内的泥土压力 来平衡刀盘前端水土压力,从而保证掌子面稳定,而盾构掘进的前期 沉降和土仓平衡压力的设定有直接关系, 若土仓压力小于掌子面水土 压力,那刀盘前端土体就会产生沉降,因此平衡土压力也是盾构掘进 时地面沉降的重要控制因素,通过严格控制掘进过程中土压力,避免 波动过大引起开挖面的不稳定。 (3)纠偏控制 控制好盾构推进轴线,盾构机前后端和设计轴线mm 以内,并严格控制盾构姿态,避免盾构机频繁或大幅度调整姿 态。在盾构进入危险源范围前将盾构姿态调整到最佳状态,进入施工 范围后严格按照设计轴线推进。同时加强盾构机姿态的人工复核,确 保盾构机推进轴线和设计轴线的偏差在设计允许范围内。 (4)推进速度控制 推进速度的稳定对地面沉降的影响非常大。 速度的变化主要的加 大了对土体的扰动,因此将速度严格控制在 35mm/min~40mm/min 之间。 (5)盾尾防漏 盾构机在盾尾内有三道盾尾密封刷, 密封刷之间用盾尾密封油脂 填充,起到防止泥水进入隧道的作用。若盾尾密封装置密封效果不良 将引起同步注浆浆液损失,甚至泥水进入隧道,造成地层损失,引起 更大的地面沉降甚至坍塌。因此加强盾尾密封装置的维修保养,确保 密封效果,对控制地面沉降意义重大。在盾构穿越危险源前对盾尾密 封装置进行检修,穿越期间加大盾尾油脂的注入力度,确保盾尾密封 效果。 同步注浆与二次补浆 (1)同步注浆 同步注浆直接影响地面沉降控制效果,是地面沉降控制的根本。 盾构在穿越危险源时壁后注浆填充率控制在 150%~250%,按照该注 入率每环注浆量为 6m3 到 7m3, 但注浆压力不宜过大, 以不超过 5bar 为宜。 (2)二次注浆 二次注浆是控制地面后期沉降的主要技术措施, 二次注浆通过二 次注浆泵将水泥浆和水玻璃通过管片吊装孔注入管片与周围土体之 间,二次注浆采用压力控制,压力控制在 2~3bar 之间。二次注浆泵 安装在移动平台上,可对脱出盾尾 5 环后的管片进行二次注浆。 当盾尾后 5 环位置地面单日沉降量超过 4mm 时应及时进行二次 注浆。二次注浆时应作好记录,要求内容真实有效,详实全面,包括 注浆量,注浆压力值,注浆材料,配合比,注浆持续的时间等内容。 并观察隧道结构变化, 避免注浆压力过大影响隧道结构安全或浆液突 窜至地表。 注浆施工的各项参数 (注浆量、 注浆压力、 注浆的点位、 配合比、 持续时间等参数) 将根据地面沉降监测情况及时进行调整并严格执行。 地表及管线沉降监测 控制地面沉降,确保地面、建构筑物的安全稳定。 (1)在穿越绕城高速期间,派专人实行 4~6h/次监测,测量结 果及时反馈给主控制室。 (2)采取有效的地面与盾构控制室通信联络方式,联系内容包 括盾构掘进的里程、隧道内的作业情况等。 (3)及时对监测数据进行分析和整理,每天按时上报给业主、 监理等部门。 穿越绕城期间,我部严格按照上述制定的技术方案执行,确保盾 构安全、快速、稳定的穿越绕城高速。 5)盾构穿越燃气管线群掘进参数选择 盾构机在里程 Z(Y)DK44+465~475 范围内左右线 根燃气管 线, 分别为燃气管道 RQ 钢 DN159 (中压) 、 平通线 (中 压) 、 成德线 (高压) 、 威青线 (高压) , A 型管片,环号 306 ~ 312,盾构隧道覆土约 12.5m,盾构顶部距离 埋深最大的 720 威青线 强风化泥岩中。 隧道与燃气管线平面关系图 燃气管线群段地质图 我部针对穿越燃气管线召开了内部安全技术交底会议, 技术交底 内容如下: 序号 项目 内容 备注 ①控制盾构机掘进垂直姿态。 盾构机姿态控制目标: 垂直前点≦-25, 后点≦-40。 1 掘进原则 ②控制地面沉降量。沉降隆起目标:隆起≧+10,沉降≦-10。 2 掘进模式 土压平衡模式 最少土仓存土 1/2。 3 上部土压值 0.6~0.8bar 掘进过程中应结合各类掘进 4 掘进速度 30~40mm/min 参数综合考虑。 5 总推力 800t~1000t 6 刀盘转速 1.2~1.5rpm 水平:±15mm 确保姿态略微上抬。 7 盾构机姿态 垂直:前点≦-25mm,后点≦-40mm 纠偏量:不大于 3mm/环。 垂直趋向 0~+4 8 油压 上部油压≧60bar,下部油压 100~160bar 上下油压差 40~100bar 根据“盾构机姿态、盾尾间隙、油缸行程差” 9 管片拼装 三方面综合考虑。但目前盾构机为向上纠偏,管 片拼装要及时跟随。 10 螺栓复紧 复紧次数≦3 次, 主司机检查渣斗空斗情况和 11 渣量控制 总出渣量不超过 57m? 满斗情况,仔细统计出渣量。 同步注浆管 12 理 注浆量 6m?,注浆压力 2~2.5bar,注浆量分 布上部为 50%,下部 50%。 根据管片姿态和地面隆起情 况适当调整。 地表及管线 小时监测一次管线及地表沉降并及时上 报 司机根据地表及管线的检测 数据实时调整掘进参数 在穿越燃气管线过程中,因前期下雨,我部监测到地表及管线单 次形变量较大,我部立即调整了掘进参数:上部土压不低于 0.8bar, 并加大同步注浆量不低于 7 方后逐步控制管线及地面沉降在规范的 可控范围内直至盾尾安全脱离燃气管线)盾构穿越成花客运铁路段掘进参数选择 盾构机在里程 Y(Z)DK44+670~690 范围内左右线正穿成花货运专 线铁路。盾构掘进方向与铁路股道正线斜交,铁路轨道为碎石道床 , 已通车运营。铁路桥跨为 32.7m,基础为桩基础,桩径分别为 1.0m 和 1.5m。左线m,右线m, 环号 440 ~ 453。 隧道与成花铁路位置关系图 成花铁路段地质情况图 盾构穿越成花铁路前,我部根据此段地质、隧道埋深等情况,制 定了以下掘进参数并交底,交底内容如下: 序号 项目 内容 备注 ①控制盾构机掘进姿态 盾构机水平姿态控制目标:±15mm。 盾构机垂直姿态控制目标:垂直前点-10~-20mm,后点-40~-50mm。 1 掘进原则 ②控制地面沉降量 沉降隆起目标:隆起≧+10mm,沉降≦-10mm。 ③控制管片错台破损 2 掘进模式 土压平衡模式 最少土仓存土 1/2。 3 上部土压值 0.8~1.0ar 停机保压 1.2bar。 掘进过程中应结合各类掘进 4 掘进速度 25~35mm/min 参数综合考虑。 5 总推力 800t~1000t 6 刀盘转速 1.0~1.4rpm 水平:原则为±15mm。 盾构机姿态 7 控制 纠偏量: 不大于 3mm/环, “少量多次” 。 防止纠偏量过大造成管片错台和破损。 垂直:原则为垂直前点-10~-20mm,后点-40~-50mm。 上部油压 60~80bar 8 油压 下部油压 200~280bar 姿态控制在正常范围并平稳 推进,同时在姿态稳定的同时尽 量减少 AC 组油缸压差。 9 管片拼装 ①根据“跟进盾构机姿态、盾尾间隙 65~85、油缸行程差不大于 50mm”三方面 综合考虑。 ②当环掘进完成后,主司机和值班工程师将管片选型做好后,上报值班领导进行 复核。 10 螺栓复紧 在管片质量控制较好的情况下复紧次数≦3 次。 主司机检查渣斗空斗情况和 11 渣量控制 总出渣量不超过 57m? 满斗情况,仔细统计出渣量。 ①注浆量 6-7m?,注浆压力 2~2.5bar,注浆量分布上部为 55~60%,下部 40~ 12 同步注浆管理 45%。 ②根据地面隆起沉降情况适当调整。 ①暂定为:注浆点位上部,注浆压力:2.5~3.0bar。 13 二次注浆 ②具体根据现场施工情况确定。 14 渣土改良 泡沫原液比例为 1.0~2.0%,保持渣土的连续性和流塑性。 在盾构穿越成花铁路阶段加强地表及铁路桥墩的监测频率, 每两 小时测量一次并上报工区负责人以便随时调整掘进参数。 我部在盾构穿越期间,刀盘还未进入铁路段之前,监测到地面沉 降速率过大。 我部及时对掘进参数进行了调整优化并更改技术交底内 容下发。更改内容如下: 1、上部土压由 0.8--1.0bar 更改为掘进过程中上土压保持在 1.0--1.2bar。 2、掘进速度由 25--35mm/min 更改为 40--60mm/min。 3、增大注浆量保证每环不少于 7 方。 上部注浆压力 2.0--3.0bar。 上部注浆量不少于下部注浆量的 1.5 倍。 经调整后, 盾构在穿越成花铁路阶段地表沉降得到控制至盾尾完 全脱出成花铁路段。 7)出洞段掘进参数的选择 十西盾构区间设计终点里程为 ZDK44+900.700, 围护桩里程为 ZDK44+890.00~ZDK44+891.00。接收端头覆土厚度为 5m,为浅覆土, 端头地层为全断面黏土。坡度为 28‰上坡。端头上方为回填土然后 地表浇筑 30 后 C30 钢筋混凝土。 接收端范围地质图 在盾构到达前 30 环,因出洞段为浅覆土施工,我部组织施工人 员召开了技术交底会并对出洞段掘进参数做出以下交底: 速度 掘进阶 序号 段 推力 ( t) ( mm/mi n) 刀盘 转速 (rpm) 顶部 注 出土 浆量( m 土压 (bar) ?) 量( m?) 到达前 1 25 环 1000 以 30 ~ 45 内 1.3 0.5~ 6m ? 0.6 56 到达前 2 10 环 900 以内 20 ~ 35 1.2 0.5 6~ 56 7m ? 刀盘顶 3 住围护结构 700 以内 10 以内 1.5 / 6~ / 7m ? 我部严格按照上诉掘进参数执行,确保了左线 日,右线 日安全到达出洞。 在十西区间整条线路掘进中, 我部针对每个不同的地质阶段制定 不同的掘进参数并在过程中优化改良掘进参数,在此过程中,我部人 员不断学习总结,技术能力有了质的增长。

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