盾构适应性及现状评估方案s60之欧阳史创编.docx
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盾构适应性及现状评估方案s60之欧阳史创编
杭州市轨道交通四号线4标
时间：
2021.02.10
创作：
欧阳史
海瑞克S601盾构机适应性及评估报告
武汉市汉阳市政建设集团公司
2016年5月
一、拟施工区间工况特点
水澄桥站～复兴路站区间为单圆盾构区间，左线起讫里程为:
左K8+130.161～左K9+291.233，长链0.519m；左线盾构长度分别为1161.591m、1161.714m。
1、线路概况
水澄桥站～复兴路站区间为单圆盾构区间，左线起讫里程为:
左K8+130.161～左K9+291.233，长链0.519m；右线起讫里程为:
右K8+130.161～右K9+291.233，长链0.642m。
左、右线盾构长度分别为1161.591m、1161.714m。
区间设置一个联络通道兼排水泵站，里程为：
右K8+700.590，区间最小曲线半径1000m，纵断面设置“V”字节能坡，隧道顶部埋深10.5～23m，最小纵坡3.5‰，最大纵坡27.209‰。
2、地质概况
隧道顶部埋深10.5～23m，盾构掘进范围将遇③6粉砂、③7-1砂质粉土、⑥1淤泥质粉质粘土、⒃夹含碎石粉质粘土、（21）1全风化安山玢岩、（21）2强风化安山玢岩及（21）3-1中风化上段安山玢岩，总体均匀性较差。
盾构穿越粉土、砂土层时，在水动力和盾构施工条件下，易发生管涌和流砂；粘土层具有高含水量、高压缩性和低强度的特点，易发生触变和流变；碎石土层均一性差，阻力大；安山玢岩含有大量粘性土，粘性大，具有一定膨胀性。
二、盾构机自身功能参数及配置
主部件名称
细目部件名称
参数
综述
盾构类型
土压平衡盾构
设备型号
6460mm
管片外径
6200mm
管片内径
5500mm
管片宽度
1500mm
管片分块
5+1
纵向连接螺栓数量
28
整机主要部件设计寿命
10KM
开挖直径
6480mm
前盾直径
6450mm
盾体长度
7800（不含刀盘）
整机总长
8200mm
主机及后配套总重
500t
最小平曲线半径
250m
最小竖曲线半径
250m
最大爬坡能力
30‰
刀盘
刀盘结构型式
复合型
开挖直径
6480mm
开口率
39%
刀具
现有刀具配置为中心刀1把、盘面焊接切刀36把、刮刀31对、边缘刮刀6对、注射口保护道5处、超挖刀1把、撕裂刀29把。
刀具高差设置
根据地层调整设置
主驱动
驱动型式
液压驱动
驱动功率
3X315=945KW
减速机厂家
力士乐
驱动马达数量
8
转速
0-4.5U/分钟
标称扭矩
4400kNm
脱困扭矩
5300kNm
主轴承形式
液压回转驱动
主轴承直径
2600mm
主轴承设计使用寿命
10KM
主轴承密封形式
唇形密封
主轴承密封润滑方式
自动润滑
前盾直径
6450mm
中盾直径
6440mm
尾盾直接
6430mm
盾尾间隙
30mm
土压传感器数量
5
推进
额定总推力/压力
约36500kN
推进油缸规格
2200mm
推进油缸数量
32
推进系统设计最大速度
9cm
管片安装模式下最大回缩速度
1600mm/min
位移传感器数量
4
推进油缸分区数量
4
铰接
类型
被动
油缸规格
200mm
油缸数量
14
位移传感器数量
4
盾尾油脂
泵站形式
双泵
管路数量
12
压力传感器数量
6
螺旋机
驱动型式
液压驱动
输送机壳体直径
800mm
最大脱困扭矩
219kNm
最大转速
19rpm
最大能力
280
叶片型式
轴式
伸缩机构型式
液压油缸
理论通过的卵石粒径
300mm
出碴门型式
单碴门
重量
26T
皮带
驱动类型
电动
皮带宽度
800mm
最大能力（理论）
450m³/h
注浆
盾尾上管路布置形式
埋置式
注浆管路数量
8
注浆泵数量
2
储浆罐容量
6方
压力传感器数量
4
泡沫
注入口数量
8
泡沫泵数量
1
泡沫发生器数量
4
控制模式
自动、半自动、手动
膨润土
刀盘上的注入点
8
膨润土泵数量
1
膨润土泵型式
挤压
安装功率
5.5kw
驱动方式
液压
移动行程（隧道轴向）
2,000mm
提升行程（隧道径向）
1,000mm
旋转角度
+/-200°
控制方式
无线电控制板
驱动形式
电驱
起吊重量
最大8吨
行走速度
双速
控制方式
遥控
管片小车
3x管片
空压机
空压机数量
1
每台空压机排量
10m³/min
额定压力
7.5bar
液压油
壳片68#
供电系统
初次电压
10kV/50Hz
二次电压
400V
变压器型式
油侵式
变压器总容量
1x（2000kVA）
电气系统防护等级
IP55
功率配置
刀盘驱动系统
945KW
刀盘补油系统
55KW
盾构推进系统
75KW
管片安装机液压系统
45KW
辅助系统
22KW
同步注浆系统
30KW
液压油过滤
15KW
主驱动润滑系统
4KW
膨润土泵
5.5KW
螺旋输送机液压系统
200kW
泡沫系统
7.5KW
砂浆搅拌系统
7.5KW
皮带输送机
36kW
油脂集中润滑系统
0.37KW
空压机
55kW
装机功率
约1579kW
台车
数量
5拖车+1连接桥
1.刀盘主要配置
刀盘结构型式
复合型
开挖直径
6480mm
开口率
39%
刀具
原刀具为可配置滚刀，根据不同地质条件更换刀具
刀具高差设置
根据地层调整设置
回转接头
中心回转
2.海瑞克S601盾构机刀盘刀具数量
现有刀具配置为中心刀1把、盘面焊接切刀36把、刮刀31对、边缘刮刀6对、注射口保护道5处、超挖刀1把、撕裂刀29把。
3刀具更改方案
为满足4标地质条件推进要求，拟更换部分软土刀具为滚刀，其他刀具不变，以适应硬岩地层。
拟更换配置刀具情况如下：
刀具类型
刀具数量
备注
单刃滚刀
35
刮刀
48
铲刀
8
三、盾构机对该工程适应性分析
1、线路适应性
根据工程线路工况，最小平面曲线R-350，竖曲线R-3000，最大坡度28‰。
盾构机最小平面曲线能力R-250，竖曲线能力R-250，最大爬坡能力30‰。
故S601完全能满足工况要求。
2、地层适应性
根据工程地层工况，不利条件主要有如下几个方面：
a、硬岩地层与上软下硬地层
b、地层含水量大且可能存在承压水
c、碎石夹粉质黏土层中块石颗粒较大
针对以上问题，拟采取如下应对措施：
a、更换现有软土刀具为滚刀，施工过程中优选泡沫材料，配合海瑞克盾构机液压驱动刀盘功率大的特点可有效解决。
如遇刀具偏磨较大情况可在人仓进行换刀作业。
b、地层含水量大且水头较高，盾构机自带铰接密封可有效防止铰接渗漏，盾尾密封由2道隔舱（12个孔）进行加压封闭，施工工程中应注意盾尾手涂、泵送油脂用量，尤其注意使用优质手涂油脂。
通过从膨润土泵注入高分子聚合物等措施可有效缓解螺旋机突涌。
c、刀盘开口率39%可应对通常块石，海瑞克盾构机主要动力系统均为液压驱动，通过刀具的调整可对块石有效破碎。
施工过程中注意泡沫的使用，防止黏土地层结泥饼现象的发生。
3、S601盾构机履历
工程项目
单线区间长度（M）
推进时间
主要推进地层
洪山广场~中南路（2号线）
1410
2011.6-2012.2
粉砂、黏土、石灰岩、钙质泥岩等
玉龙路~王家湾（4号线）
1420
2013.4-2014.3
黏土、粉细砂、泥岩
王家畈~蔡家湾（3号线）
1400
2014.4-2014.11
黏土
车城东路~体育中心南（6号线）
750
2015.4-2015.9
黏土、角砾、泥质粉砂岩
江城大道~车江区间风井（6号线）
1400
2015.11-2016.3
黏土、角砾、泥质粉砂岩
总计
6380
该盾构机目前已掘进6380m，施工过程中无重大设备故障，最高单日掘进效率18环，最高单月掘进效率320环。
该盾构机采购时即考虑应对2号线复杂地质条件，经过施工的检验，能满足强度较高的石灰岩、钙质泥岩的掘进，上软下硬地层的推进也较为顺利。
6号线盾构穿越南太子湖湖底含承压水角砾层，角砾颗粒较大（最大15cm），盾构施工中注重盾尾密封舱保压、开挖面保压与注入高分子聚合物防止螺旋机喷涌，通过以上措施的实施S601顺利完成掘进任务。
盾构机目前处于维修状态，计划维修完成时间为6月30日。
自评结论：
S601满足该工程掘进要求。
四、工程重难点及应对措施
1、在砂层中掘进
本盾构隧道穿越粉砂层，砂层透水性强，地下水丰富。
施工时极有可能出现喷涌，施工风险极大。
应对措施：
①选择合适配比的渣土改良添加剂，注入高分子材料进行渣土改良；
②浆液中加入适当比例的水玻璃，通过双液注浆方式填充密实管片与围岩之间的控制，堵住盾尾来水预防“喷涌”；
③通过注入管路转换，在螺旋机前端增加一条注入管路，注入原液高分子材料，高分子材料大量吸收渣土中水分后由液状渣土转变为塑性渣土，预防“喷涌”问题的发生。
2、在上软下硬地层中掘进
闸~八区间穿越全断面及半断面安山玢岩为上软下硬地层，是掘进施工的重难点。
应对措施：
①控制掘进速度，使盾构刀盘能对正面坚硬岩层进行充分破碎；
②调整盾构机推进千斤顶的区域油压，硬岩区域推进千斤顶油压较软岩部位适当加大，以控制千斤顶的合力作用点、抵消上抛力，控制好盾构轴线位置和隧道坡度。
③采用土压平衡模式，密切注意出土量，控制每环的出土量在额定的范围内，否则会造成地面的坍塌或沉陷。
3、盾构下穿南复路地下通道桩基与中河
两区间均有盾构下穿构筑物的情况，如何保证盾构施工过程对既有构筑物的影响是掘进施工的重难点。
应对措施：
①选择正确的掘进参数，加强地表沉降、地下水位及构筑物观测，并及时反馈施工。
加强过程控制管理，实施信息化施工，防止开挖面失稳引起过大的地沉降；同时也应防止地面由于土仓压力过大引起地表隆起。
②在盾构施工到达该段前，与构筑物业主建立直接联系，协调好各种关系，一旦发现异常能及时沟通、协商解决问题。
施工前要进一步调查建（构）筑物的详细情况，以便采取可靠的保护方案。
③根据监测结果调整盾构掘进参数及注浆参数，必要时进行洞内补充注浆。
主要通过结合沉降监测数据严格控制隧道掘进参数对建筑物实施保护。
当构筑物沉降达到报警值时迅速围蔽并于其四周布孔进行跟踪注浆以控制沉降。
④预备好钻机、压水泵和双液注浆泵，一旦出现因地层失水引起地表沉降较大，立即采取相应措施从地表向地层补充注水，以保证正常的地下水位，从而减小地表沉降。
必要时可从地表进行注浆止水和加固来控制地层沉降。
时间：
2021.02.10
创作：
欧阳史
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