[上海]15m超大直径盾构穿越复合地层关键施工技课件.ppt

1、超大直径盾构穿越复合地层关键施工技术xxxx江通道工程江通道工程xx 2014年4月28日汇报提纲汇报提纲 工程简介工程简介 管理体系管理体系 施工进度施工进度 项目施工关键技术项目施工关键技术一、工 程 简 介xx江通道工程位于xx长江大桥和纬七路过江通道之间，距离xx长江大桥约5km，连接xx主城区与浦口规划新市区，是xx市城市快速路系统跨江成网的重要通道之一。xx江通道起于浦口区浦珠路转盘西侧，向东南跨越丰子河路、北岸滨江大道，北线（N线）穿越长江主航道、潜洲及夹江水道后与扬子江大道相接，南线（S线）与扬子江大道交叉并下穿后，止于江东路，和定淮门大街（xx路）连接。工程简介工程简介S线隧

2、道工程地质纵断面图工程位置工程位置14.5m 衬砌厚衬砌厚0.6m 0.6m 13.3m 双层4车道 隧道结构：双层四车道隧道结构：双层四车道管片参数：管片参数： 每每 环：环： 7B+2L+1F7B+2L+1F 管片宽：管片宽： 2000mm2000mm 管片厚：管片厚： 600mm600mm 楔形量：楔形量： 48mm48mm安装方式：错缝拼装安装方式：错缝拼装一个隧道，上下两层，四个车道，南上北下。工程概况工程概况地质复杂：隧道穿越粘土层、粉细砂、中粗砂、卵砾石层以及中风化粉砂岩地层。地质特点地质特点淤淤 泥泥粉粉 砂砂砂砂 卵卵 层层粉粉质质粘粘土土泥泥 岩岩角角砾砾岩岩砂砂 岩岩14

3、68m480m580m1607mxx江通道工程盾构隧道特点工程特点工程特点435掘进距离长4135m 1开挖直径15.02m2险隧道穿越上软下硬复合地层施工风险大水压高石英含量高管片拼装精度高覆土厚度0.6D薄长大高大大-盾构开挖直径达到盾构开挖直径达到15.02米米，为目前世界上最大的泥水平衡盾构机之一；15.02m15.02m相当于相当于5 5层楼高层楼高工程特点工程特点工程特点工程特点高高-施工中承受的水压最高达0.74MPa，为国内之最； 复合地层岩石石英含量高达65%； 管片拼装精度高； 0.74MPa0.74MPaS S线线4135m4135m长长-盾构一次掘进距离长达(S线413

4、5m）薄薄-最小覆土厚度0.6D(D为隧道直径）工程特点工程特点0.6D险险-地质条件复杂，需穿越卵石层、泥岩层、砂岩层，同时沿线需穿越桩群和风井，并可能存在孤石、漂木、铁锚、沉船等不明障碍物。工程特点工程特点风井风井二、管 理 体 系 根据工程施工需要，中交隧道工程局有限公司组建了项目经理部，项目经理部下设“七部两室”：工程部、安质部、物资部、设备部、科技部、财务部、计合部、试验室、综合办公室。根据工程地域特点项目部下设四个工区：盾构工区、梅子洲工区、江南工区和管片预制场。机构设置机构设置机构设置机构设置三、施 工 进 度管片预制场管片预制场管片预制场：承担2070环管片和2070块口型构件

5、施工任务，目前管片预制完成16391639环，口型构件18391839块。盾构工区盾构工区盾构工区：盾构掘进1324m，管片共拼装662环，完成盾构段内部结构施工958m。梅子洲工区梅子洲工区梅子洲工区：完成围护结构、水下开挖、混凝土封底施工，地下主体结构基本完成，拟进入地上风塔施工。江南工区江南工区江南工区：完成盾构接收井，连接线的明挖基坑工程基本完工。四、施工关键技术汇报大纲l复合地层超大直径盾构掘进关键技术复合地层超大直径盾构掘进关键技术l管片预制与拼装技术管片预制与拼装技术l隧道结构防水隧道结构防水l内部结构同步施工内部结构同步施工l临江超深圆形深基坑施工临江超深圆形深基坑施工复合地层

6、超大直径盾构掘进关键技术复合地层超大直径盾构掘进关键技术刀盘直径刀盘直径:15m:15m 开口率：开口率：25.7%25.7%固定滚刀：固定滚刀：1919英寸双刃滚刀英寸双刃滚刀4545把（可更换把（可更换) )1717英寸双刃滚刀英寸双刃滚刀6 6把把( (可更换）可更换）可推出式滚刀：可推出式滚刀：面板面板 1919英寸双刃滚刀英寸双刃滚刀3232把（可把（可更换）更换）外周外周 1919英寸双刃滚刀英寸双刃滚刀6 6把（不可把（不可更换）更换）刀具配置刀具配置砂卵层、岩层掘进状态B、硬岩工况- 滚刀冲前头、刮刀当助手A、软土工况- 刮刀上前线、滚刀躲后边软土掘进状态掘进工况刀具配置刀具配

7、置4个常压换刀舱：个常压换刀舱：可常压更换可常压更换80把主切削刀，保持软土掘进效把主切削刀，保持软土掘进效率率作业人员在刀盘幅条内更换刀具常压更换切削刀常压更换切削刀l近十年来，国内穿江越河的大直径盾构隧道建设得到了飞速的近十年来，国内穿江越河的大直径盾构隧道建设得到了飞速的发展。发展。大直径、高水压、长距离大直径、高水压、长距离是大型越江隧道的共同特点。是大型越江隧道的共同特点。l长距离掘进对盾构机长距离掘进对盾构机刀具寿命刀具寿命提出了更高的要求。提出了更高的要求。l尤其是在复合地层中，刀具磨损不可避免，在刀具无法满足全尤其是在复合地层中，刀具磨损不可避免，在刀具无法满足全程掘进寿命要求

8、的现状下，不得不程掘进寿命要求的现状下，不得不寻求中途更换刀具的技术突寻求中途更换刀具的技术突破破。l刀具更换分为常压开舱更换和带压开舱更换两种方式，地质复刀具更换分为常压开舱更换和带压开舱更换两种方式，地质复杂性、多变性和周边条件的局限性，尤其是深水江河下，杂性、多变性和周边条件的局限性，尤其是深水江河下，很难很难实现常压条件下开舱更换刀具，因此带压开舱更换刀具成为唯实现常压条件下开舱更换刀具，因此带压开舱更换刀具成为唯一的选择一的选择。l带压开舱分为常规压缩空气条件下开舱和饱和压缩空气条件下带压开舱分为常规压缩空气条件下开舱和饱和压缩空气条件下开舱两种形式，实践表明后一种开舱方法具有极大的

9、优越性。开舱两种形式，实践表明后一种开舱方法具有极大的优越性。盾构开舱作业盾构开舱作业1、泥膜的形成机理和泥水平衡 在压力作用下，泥水中的悬浮在压力作用下，泥水中的悬浮颗粒随着泥水渗入到开挖面土体颗粒空颗粒随着泥水渗入到开挖面土体颗粒空隙中，产生填充孔隙的阻塞和架桥效应，隙中，产生填充孔隙的阻塞和架桥效应，形成泥膜。形成泥膜。 压力泥水通过泥膜对挖掘面土体产生支撑的平衡效果。这种动态的压力泥水通过泥膜对挖掘面土体产生支撑的平衡效果。这种动态的平衡就叫泥水平衡。平衡就叫泥水平衡。 在盾构掘进中，盾构刀具不断地切削开挖面土体的过程，也是泥在盾构掘进中，盾构刀具不断地切削开挖面土体的过程，也是泥膜不

10、断地被破坏和再建立的循环过程。不同的地质其泥浆配置不同，泥膜不断地被破坏和再建立的循环过程。不同的地质其泥浆配置不同，泥膜形成时间也各不相同。膜形成时间也各不相同。盾构开舱作业盾构开舱作业2、土层级配与建膜关系泥浆直接从土体中逸散泥浆直接从土体中逸散土层有级配、泥浆要匹配土层有级配、泥浆要匹配泥浆在开挖面形成稳定泥膜泥浆在开挖面形成稳定泥膜盾构开舱作业盾构开舱作业3、泥膜类型 根据泥浆在土体中渗透的深度和密封效果，可分为：泥皮泥膜根据泥浆在土体中渗透的深度和密封效果，可分为：泥皮泥膜和渗透泥膜。和渗透泥膜。 渗透泥膜的建膜速度快，对泥浆指标变渗透泥膜的建膜速度快，对泥浆指标变化的敏感度低，适用

11、于盾构掘进中开挖面化的敏感度低，适用于盾构掘进中开挖面的动态支护。缺点是泥浆滤量大。的动态支护。缺点是泥浆滤量大。 泥皮泥膜的建膜速度慢，密封性好，泥皮泥膜的建膜速度慢，密封性好，对泥浆指标变化的敏感度高，泥浆滤失对泥浆指标变化的敏感度高，泥浆滤失量小，一般用于开挖面的静态支护。缺量小，一般用于开挖面的静态支护。缺点是失水易开裂和剥落。点是失水易开裂和剥落。盾构开舱作业盾构开舱作业4、带压作业的泥膜复合泥膜泥膜的气密性研究带压作业泥膜的状态模拟压气管压气管盾构开舱作业盾构开舱作业5、复合泥膜的关键技术地层级配泥浆颗粒泥浆颗粒级配级配界面压差1渗透泥膜高指标泥浆界面压差2泥皮泥膜复合泥膜盾构开舱

12、作业盾构开舱作业常规压缩空气开舱作业流程常规压缩空气开舱作业流程常压区0.610.610.640.64MPaMPa压力区压力区泥泥水水舱舱人闸舱人闸舱气泡舱气泡舱常规压缩空气开舱存在的弊端常规压缩空气开舱存在的弊端l 作业人员呼吸压缩空气，呼吸气体密度增加，呼吸阻力增大，工作能力下降；压缩空气中氮气的麻醉作用，导致作业人员风险意识和判断能力严重降低，容易出现人身伤害事故。l 超过压缩空气开舱技术限于6.0bar的极限。l 每班次压气作业均须执行加压和减压至常压的程序，每班次的 有效工作的时间仅为2025min，减压总时间大于180min，工作效率低下，极大的影响工程进度。l 每天多次执行减压程

13、序，减压病发病率较高，危害作业人员身体健康。饱和法开舱作业饱和法开舱作业在一定压力下，人体血液和组织中溶解的气体的压力与肺中该气体的压力相同情况下的带压作业方式叫饱和法开舱作业穿梭舱运输穿梭舱运输穿梭舱与生活舱分离穿梭舱与生活舱分离穿梭舱与盾构舱对接穿梭舱与盾构舱对接泥泥水水舱舱人闸舱人闸舱气压舱气压舱地面生活舱地面生活舱0.56PMPa0.56PMPa氦氧饱和气体氦氧饱和气体0.65MPa0.65MPa穿梭舱穿梭舱0.56MPa0.56MPa饱和法开舱作业流程：饱和法开舱作业流程：人工配置混合气体：人工配置混合气体： (5% O2 / 75% He / 20%N2)饱和法开舱作业的优点饱和法

14、开舱作业的优点l 避免了常规带压开舱每次作业都需要加压、减压的问题，使得舱内工作时间大大延长，每班次工作时间最长可达5h，在岩石地层磨损严重、维修工作量大、维修持续时间较长时，饱和法开舱技术能大幅度减少停机换刀作业时间，加快工程进度，工作时间比常规压缩空气进舱提高9倍。l 作业人员呼吸专用的压缩氦氧混合气体，既降低作业人员呼吸阻力，又避免了氮麻醉情况的发生。饱和潜水法进舱作业饱和潜水法进舱作业饱和潜水换刀可以在满足不了掌子面支护压力的情况下进行作业，例如泥膜无法形成的地层或者支护压力达不到掌子面稳定需要的程度等情况。另外，在打捞泥水仓底部遇到的异物等工况下也可以使用饱和潜水。挖掘舱气泡舱刀盘照

15、明装置预留孔可视系统预留孔冲洗装置预留孔气泡前舱壁安装球阀作为可视系统预留孔可视化刀具检测系统可视化刀具检测系统螺杆法兰钢制外管手轮推进设计后视系统后视系统可视化刀具检测系统可视化刀具检测系统前视系统前视系统可视化刀具检测系统可视化刀具检测系统l 检测结果刀具捕捉三维计算计算结果可视化刀具检测系统可视化刀具检测系统通过对盾构机刀盘驱动部深化设计，创新研制出刀盘驱动部滑动装置，运用其功能特性，使刀盘整体脱离开挖面土体。不仅在刀具更换过程中，给新刀具留有足够的余量，减小刀具安装阻力；而且在盾构施工中可作为刀盘脱困应急方案。当刀盘扭矩达到上限时，通过该系统可减少掌子面土体作用在刀盘上的扭矩，使盾构机

16、恢复到正常掘进工作中。刀盘伸缩刀盘伸缩刀盘伸缩刀盘伸缩16.1m 5道盾尾密封刷-阻隔洞外高压泥水进隧道，尾刷在掘进过程中如有损坏，最内侧两道可以检查和更换。 5道盾尾刷隔离1MPa水压和土压尾刷更换尾刷更换l 管片预制与拼装技术管片预制与拼装技术管片预制管片预制 隧道管片：隧道管片：外径外径14.5m14.5m，内径，内径13.3m13.3m，环宽，环宽2m2m，管片厚度，管片厚度0.6m0.6m，楔形量，楔形量为为48mm48mm。隧道衬砌采用单层管片，为通用环楔形管片，每环由。隧道衬砌采用单层管片，为通用环楔形管片，每环由1010块管片构成。块管片构成。其中标准块其中标准块7 7块块(B

17、1(B1，B2B2，B3B3，B4B4，B5B5，B6B6，B7)B7)，邻接块，邻接块2 2块块(L1(L1，L2)L2)，封顶，封顶块块1 1块块(F)(F)。管片环与环之间用。管片环与环之间用5858根根T30T30的纵向斜螺栓相连接，每环管片块与块的纵向斜螺栓相连接，每环管片块与块间以间以3 3根根T36T36的环向斜螺栓连接，环向斜螺栓共的环向斜螺栓连接，环向斜螺栓共3030根。根。模具检测模具检测钢筋笼入模钢筋笼入模 预埋件安装预埋件安装 管片预制管片预制骨架成型骨架成型 混凝土振捣混凝土振捣养护养护拆模拆模管片预制管片预制管片起吊管片起吊 管片翻身管片翻身管片静停降温区管片静停降

18、温区管片入水池养护管片入水池养护管片预制管片预制序号项 目检 测 要 求检测方法允许误差(mm)1环缝间隙每环测6点插片0.82纵缝间隙每条缝测4点插片-0，+23成环后内径测4条(不放衬垫)用钢卷尺24成环后外径测4条(不放衬垫)用钢卷尺-0，+45环、纵向接缝螺栓孔不同轴度螺栓能顺利穿进安装螺栓1.0管片拼装管片拼装管片拼装管片拼装l 隧道结构防水隧道结构防水xx江通道工程隧道防水方案三元乙丙橡胶断面三元乙丙橡胶断面海绵橡胶挡浆条断面海绵橡胶挡浆条断面隧道防水隧道防水螺栓孔防水螺栓孔防水聚醚聚氨酯密封条聚醚聚氨酯密封条隧道防水隧道防水xx江通道工程隧道防水方案隧道防水隧道防水l 隧道内部结

19、构施工隧道内部结构施工512mm厚上层车道板车道、立柱基础口型构件（预制）（预制）排烟通道5001200mm车道纵梁500500mm车道立柱（间距6m）预制混凝土隔墙板逃生楼梯逃生通道隧道内部结构施工隧道内部结构施工中交隧道工程局有限公司中交隧道工程局有限公司隧道内部结构施工隧道内部结构施工l 临江超深圆形深基坑施工临江超深圆形深基坑施工n 1200mm地下连续墙，深度62.452m n 墙间接头采用“套铣接头” n 内支撑体系采用一道顶冠梁+三道环梁 n 盾构穿越区地连墙采用玻璃纤维玻璃纤维(GFRP)(GFRP) 筋替代钢筋n 坑内水下素砼回填水下素砼回填加固与坑外高压旋喷 加固相结合n

20、排水开挖与水下开挖水下开挖相结合 n 风井内径26.8mn 开挖深度47.953mn 水下一次性灌注混凝土9000m3梅子洲圆形深基坑梅子洲圆形深基坑双高压旋喷施工技术成功解决了高水压、复合地层中地基加固桩体连续性差、不均匀等难题。双高压旋喷桩双高压旋喷桩优化设计，采取抓斗机及旋挖钻相结合的成槽方式，克服了砂卵石地层超深地墙的成槽困难易塌孔等问题。抓斗机及旋挖钻相结合抓斗机及旋挖钻相结合 自主研发了玻璃纤维十字板，使盾构机可以直接切削地墙及接头穿越风井。玻璃纤维十字板玻璃纤维十字板 采用水下开挖成功的解决了承压水与长江连通带来的水头高的工程风险，在不降水的情况下施工，成功规避了基坑突涌及长江防洪堤变形等工程风险。水下开挖水下开挖一次性封底面积为565.6平方米，连续灌注混凝土9787立方米。大导管浇筑水下混凝土大导管浇筑水下混凝土xxxx江通道工程江通道工程