S465S466盾构机在施工三标的适应性分析报告.docx

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S465S466盾构机在施工三标的适应性分析报告

附件四：

盾构机改造、维修协议书41

465/466号盾构机在【施工三标】的适应性分析报告

1、盾构机概况

我公司于2008年在深圳地铁5号线投中5302标，针对该标段地质水文情况，购置两台同年由海瑞克（广州）隧道设备有限公司生产的土压平衡式盾构机，编号S465、S466。

开挖直径为6280mm，装机功率达1650kw，全长82m，重达500t，最小曲线半径250m，刀盘额定扭矩4500kn/m，总推进力34210kn，最高掘进速度80mm/min，最大爬坡能力35‰。

在5302标区间施工过程中，两台盾构机性能稳定，适应性强，未出现较大的机械故障，并在预期时间内顺利完成了隧道掘进任务。

其中S465号盾构机累计掘进1961m，S466号累计掘进2231m。

依据此标段施工经验可知，这两台盾构机具有应对上软下硬、孤石等不良地层的能力，下穿、侧穿地表构（建）筑物和地下管线时能保持沉降在规范要求之内。

现计划将S465/466号盾构机于2014年4月投入到广州地铁十三号线三标项目部使用。

本项目对盾构机的各部件进行系统检测，并总结以往掘进过程的维修保养记录，对这两台盾构机作了客观、真实的性能分析，认为它们对本区间地质水文情况有良好的适应性，满足沉降要求，可投入至本标段使用。

2、盾构机在深圳地铁5号线5302标段内的使用效果分析

深圳地铁5号线5302标包括两个盾构区间，左线全长1961m，由S465号盾构机完成；右线全长2231m，由S466号盾构机完成。

其中【同乐站～洪浪站】区间于2008年12月1日始发，2009年10月6日完工；【翻身站～灵芝公园站】区间于2009年11月2日始发，2010年4月25日完工。

S465号盾构机于2008年12月1日从同乐站左线端头井始发，到达洪浪站后转场至灵芝站二次始发，于2010年4月25日在翻身站解体吊出。

S466号盾构机于2008年12月20日从同乐站右线始发，到达大浪站吊出转场至翻身站后二次始发，于2010年4月5日在灵芝站解体吊出。

2.1深圳项目盾构区间地质水文概况

深圳地铁5号线5302标段【同乐～大浪～灵芝】、【翻身～灵芝】盾构区间为两条平行的分离式的单线圆形隧道。

隧道洞身处于地下水水位以下，隧道结构覆土埋深约为9.3～23.7m，线路平面最小曲线半径为400，最大纵坡为28‰。

区间地质情况复杂、条件极差，存在较多孤石及上浮基岩，岩体强度极大，部分高达120Mpa以上。

主要穿越砾质粘性土、全风化花岗岩石、强风化花岗岩、部分穿越中、微风化岩层。

穿越地层同一断面软硬不均现象突出，地层存在不均匀现象，且变化频次多。

隧道区间场地内普遍存在饱和砂层和圆砾层，富水性大，结构松散，属较不稳定土体，透水性强，施工中易发生坍塌、涌水、涌砂等现象。

线路沿线场地地下水赋存条件主要为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水；孔隙水主要赋存在第四系砂层、粘性土及残积层中，砂层地下水略具承压性；基岩裂隙水主要赋存在花岗岩强～中等风化层中，略具承压性。

地下水位埋深0.6～3.2m，水位高程0.93～10.3m，水位变幅0.5～2.0m。

2.2深圳项目盾构区间地表建（构）筑物及地下管线情况

深圳地铁5号线5302标段沿线建筑物密集，主要集中穿越的建筑物以3～5层的民宅建筑居多，其中大部分为框架结构。

翻身至灵芝区间，沿创业一路下穿碧海花园、宝安立交桥、107国道、宝民路，海明宾馆、宝安汽车站、建安一路，主要建筑物碧海花园、宝晖大厦、创业立交、宝安汽车站、澎柏白金酒店公寓，其中下穿宝安立交桥桩基采用托换法进行桩基托换。

盾构区间场地均存在密集的电力、电信、雨水、上水、污水、燃气、路灯等地下管线管道，地下管线管道的走向与道路平行，局部斜交，施工风险较大。

兴东至洪浪区间线路沿创业路敷设，主要侧穿广深立交桥桩基，净距0.6m。

2.3殊地段盾构掘进效果描述

2.3.1上软下硬地层中盾构掘进效果

深圳地铁5号线5302标隧道沿线下部多处于中、微风化混合花岗岩，上部为淤泥质粉细砂及强风化混合花岗岩，属于典型的上软下硬地层。

盾构机在此类地层中掘进时需要对掘进模式、刀具更换、姿态控制、地面沉降控制、各个推进组油缸压力选择等一系列因素进行综合型考虑，防止由于前面刀盘受力不均而发生姿态不易控制的现象。

掘进中对刀盘刀具的性能极具考验。

在整个隧道掘进过程中两台盾构机均表现出良好的适应性，按照预计工期顺利完成了施工任务。

2.3.2穿越建（构）筑物及管线时掘进效果

深圳地铁5号线5302标段掘进时，盾构机需下穿较多地面构筑物及地下管线。

这些建筑物及管线对盾构掘进过程中的推力、扭矩大小、出土量的多少、同步注浆二次注浆、推进速度以及姿态控制、地表沉降均有严格要求，施工难度较大。

在该标段，这两台盾构机顺利穿越了地表建（构）筑物及地下管线，成功通过了孤石、上软下硬、淤泥软土等不良地层，得到各级主管单位的认可。

3、广州地铁13号线3标工程概况

广州地铁13号线3标包含【文园站～庙头站】区间，左线长2152.975m，右线长2151.891m。

包括盾构隧道、4个联络通道，其中3#联络通道为14#盾构井及中间风机房。

盾构区间结构形式为圆形断面，预制装配式单层衬砌；内径5.4m，管片厚度0.3m，外径6m，标准管片宽1.5m，每环6块管片。

3.1广州地铁13号线3标地质及水文特点

3.1.1地形、地貌

【文园站～庙头站】区间标高主要在6.9～7.6m之间，表现为珠江三角洲海陆冲积平原-剥蚀丘岗微台交互地貌。

地层岩性根据区域地质资料及野外地质钻探揭示，场区内均普遍为第四系松散层覆盖，下伏基岩主要由变质岩组成。

区间存在瘦狗岭断裂层，总体走向近东西向，大约在SE90～110°之间。

取岩石样单轴抗压强度2.25~11.25Mpa，属极软岩至软岩，力学性质差，强度较低。

具体岩土分层及其岩性特征如下所述：

区间范围岩土大致分层情况

施工范围工程地质大致分布示意图

沿线地形较为平坦，上覆土为第四系人工填土以及砂层，局部含淤泥层，下卧岩层，主要地层：

〈2-3〉蚝壳片中砂层，〈2-4〉海陆交互粉质粘土、粉土层，〈5Z-1〉混合花岗岩可塑残积土，〈5Z-2〉混合花岗岩硬塑残积土，〈6Z〉混合花岗岩全风化层，〈7Z〉混合花岗岩强风化层，〈8Z〉混合花岗岩中风化层。

岩土分层及其特征

根据沿线所揭露地层的地质时代、成因类型、岩性特征、风化程度等工程特性，将沿线岩土层分为七大层，各层内有必要的再细分亚层。

各岩土分层及其特征如下：

1）<1>人工填土层（Q[4]（ml））：

呈褐黄色、紫红色等，组成物主要为人工堆填的粉质粘土、中粗砂、碎石等，局部含有机质土，顶部0.2~0.3m为砼路面。

2）海陆交互相沉积层（Q[4]（mc））：

该层共分为5个亚层，分别为淤泥层、淤泥质土层、淤泥质粉细砂层、中粗砂层及粉质粘土层，各亚层的特征及分布如下：

a.<2-1A>淤泥层：

呈深灰色，流塑，主要成分为粘粒、有机质，局部含砂粒，有腥臭味。

标贯实测击数为1~4击，平均击数2.7击。

b.<2-1B>淤泥质土层：

呈深灰色，流塑，主要成分为粘粒、粉粒及有机质，局部含砂粒，略有腥臭味。

标贯实测击数为2~7击，平均击数4.4击。

c.<2-2>淤泥质粉细砂层：

呈灰色、浅黄色，饱和，松散，级配一般，颗粒较均匀，主要成分以石英颗粒为主，含少量粘粒及有机质。

标贯实测击数为4~12击，平均击数8.4击，渗透系数为2.6m/d。

d.<2-3>中粗砂层：

呈灰色，饱和，稍密为主，局部松散、中密。

级配良好，主要成分以石英中粗砂为主，局部夹薄层淤泥，含少量有机质成分，土质不均。

标贯实测击数为8~19击，平均击数11.2击，渗透系数为3m/d。

e.<2-4>粉质粘土层：

呈褐黄色，可塑~硬塑，粘性较好，韧性及干强度中等，局部含细砂，手捏具砂感。

标贯实测击数为6~21击，平均击数11.1击，渗透系数为0.007m/d，。

3）<5Z>残积土层（Q（el））：

根据母岩性质、残积土的状态和密实程度，划分为两个亚层，其特征分述如下：

a、<5Z-1>混合花岗岩可塑状残积砂质粘性土，呈薄层状或透镜体状分布。

土性：

褐红色，可塑，粘性一般，由粉粒、粘粒及砂粒组成，韧性及干强度中等，由下伏基岩残积而成。

标贯实测击数为8~20击，平均击数13击；修正后标贯击数为7~15.2击，平均击数11击，渗透系数为0.21m/d，。

b、<5Z-2>混合花岗岩硬塑状残积砂质粘性土，呈薄层状或透镜体状分布。

土性：

褐黄色、灰黄色，硬塑，粘性一般，由粉粒、粘粒及砂粒组成，韧性及干强度中等，由下伏基岩残积而成。

标贯实测击数为16~37击，平均击数23.5击；修正后标贯击数为14.3~30.2击，平均击数19.2击，渗透系数为0.24m/d，。

4）<6Z>混合花岗岩全风化带（Pz1）：

呈褐黄色，岩石风化剧烈，原岩组织结构已基本风化破坏，但尚可辨认，岩芯呈坚硬土柱状，遇水易软化崩解。

局部夹强风化碎块。

标贯实测击数为32~66击，平均击数43击；修正后标贯击数为29.1~49.1击，平均击数33.2击。

5）<7Z>混合花岗岩强风化带（Pz1）：

呈褐黄色，岩石风化强烈，原岩组织结构大部分破坏，节理裂隙发育，岩芯呈半岩半土状及碎块状，遇水软化崩解。

标贯实测击数为55~104击，平均击数72.3击；修正后标贯击数为48.9~76.5击，平均击数57击。

6）<8Z>混合花岗岩中风化带（Pz1）：

灰色，花岗变余结构，眼球状、块状构造，主要矿物成分为石英、长石，次为云母，长石大部分风化成小黄斑点。

裂隙发育，岩芯呈短柱状，碎块状，少量扁柱状，锤击声较清脆。

岩质较软，岩石天然抗压强度范围值fc=10.08~39.83MPa，平均值fc=21.26MPa，标准值fc=19.75MPa，属软质岩。

软化系数0.73，属软化岩石。

岩体基本质量等级为Ⅳ级。

其中盾构穿越地层地质饼图如下：

3.1.2水文特点

广州市热量丰富，日照时间长，雨量充沛。

气候和降雨量随冬、夏季风的转换而变化，每年5－9月为雨季，大气降水、地表水渗透补给地下水。

本项目区间位于三角洲地区，地形平坦，沿线地下水类型以及赋存方式有以下几种：

第四系孔隙水、构造裂隙水。

勘察期间地下水稳定水位埋深为1.40~5.40m，平均埋深为2.4m，标高为4.63~20.73m，平均标高为6.4m。

水位年变化幅度为1.00~2.50m。

场地地下水位同时会随临近珠江潮汐水位涨落而起伏变化。

3.2工程重难点

3.2.1存在下穿（侧穿）较多建（构）筑物及地下管线

广州地铁13号线3标盾构隧道需下穿（侧穿）临近的建（构）物多，施工保护要求严，特别是特高压的大鹏燃气管线及广州燃气管线属特高风险源，针对这些特高风险源、高风险源施工部位需制定专项方案并采取有效的加固措施。

盾构区间隧道出文园站后下穿双沙村密集浅基础房屋区、BRT双岗车站、广裕仓码有限公司、侧穿黄埔大桥30#墩~31#墩（最小距离4.68m）、亚钢厂房、庙头涌，大鹏煤气管线及广州煤气管线特高压燃气管道（特高压），庙头综合市场及商业街。

3.2.2存在不良地段

存在软硬不均、断裂带等不良地段。

对此具体描述如下：

区间穿过沿线地形较为平坦，上覆土为第四系人工填土以及砂层，局部含淤泥层，下卧岩层，主要地层：

〈2-3〉蚝壳片中砂层，〈2-4〉海陆交互粉质粘土、粉土层，〈6Z〉混合花岗岩全风化层，〈7Z〉混合花岗岩强风化层，〈8Z〉混合花岗岩中风化层。

软硬不均地层，主要体现为上软下硬，这给盾构掘进带来很大难度，容易出现刀具磨损严重、更换困难致使掘进受阻，刀盘磨耗致使刀盘强度和刚度降低而无法掘进，严重时刀盘受力不均致使主轴承受损或主轴承密封被破坏。

另外，盾构隧道需穿越F1（瘦狗岭）断裂破碎带，总体走向由东向西，大约在SE90～110°之间。

该断裂往东进入工作区后被北西向的文冲断裂右旋