地铁区间盾构增设开仓换刀点专家论证方案.docx
《地铁区间盾构增设开仓换刀点专家论证方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地铁区间盾构增设开仓换刀点专家论证方案.docx（44页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
地铁区间盾构增设开仓换刀点专家论证方案
第一章编制依据1
第二章工程概况1
2.1工程概况1
2.2工程地质及水文地质2
第三章施工准备6
3.1组织准备6
3.2人员准备6
3.2土体加固7
3.3设备、材料及机具准备7
第四章开舱作业8
4.1换刀点设置8
4.2换刀施工前准备13
4.3带压换刀施工15
第五章开仓换刀作业施工安全保证措施25
第六章开仓换刀作业施工质量保证措施26
第七章开仓换刀作业施工环境保证措施29
第八章应急预案29
8.1应急领导机构29
8.2应急组织的分工职责30
8.3应急响应方案的制定32
8.4应急保障32
8.5事故报告与事故处置33
8.6监督管理34
8.7应急物资34
8.8停水、停电预防措施35
8.9善后处置与事故的调查处理35
第九章紧急情况下的应急和预防措施36
第一章编制依据
1、长春地铁2号线一期工程南关站～烟厂站区间工程结构施工图；
2、《长春地铁2号线一期工程南关站～烟厂站区间岩土工程勘察报告》（工程编号：
ZYDK-2012-GK085-26（详勘））
3、建筑地基基础工程施工质量验收规范
4、建筑工程施工质量验收统一标准
5、《盾构法隧道施工与验收规范》
6、《地下隧道工程施工与验收规范》
7、轨道交通盾构隧道工程施工质量验收标准
8、施工现场临时用电安全技术规程
9、建设工程施工现场安全防护、场容卫生、环境保护及保卫消防标准
第二章工程概况
2.1工程概况
图2-1南关站～烟厂站区间平面示意图
地铁2号线一期工程南关站~烟厂站区间，设计范围为K33+838.083~K35+97.756，盾构区间长约914m，暗挖长340m。
区间西接南关站，向东终于烟厂站，隧道覆土13~21m。
区间采用盾构法和矿山法施工。
区间在K34+824处设临时竖井（28.4m×13.2m），在临时施工竖井西侧和东侧分别设置1、2号施工横通道，两横通道与正线区间隧道均成45度斜交，临时竖井及1、2号施工横通道为西侧盾构区间提供盾构始发、平移、出土及下料条件，为满足工期及盾构始发出渣条件，区间在K35+050处新增竖井及横通道为矿山法区间提供施工条件。
区间在K34+425设置一处联络通道，在K34+767.5处1号横通道兼做联络通道并设置废水泵房。
2.2工程地质及水文地质
2.2.1地形地貌
长春地铁2号线一期工程南关站～烟厂站区间位于松辽波状平原东缘与吉东山地接址带，亚泰大街以西属长春波状台地，亚泰大街以东属伊通河一级阶地，场地西高东低，地面高程195.73～205.00m，隧道顶部埋深约13-21m。
2.2.2线路周边环境
区间西起南关站，沿解放大路、吉林大路向东至烟厂站。
沿线两侧主要建筑物较多，以住宅、酒店为主，从西向东下穿亚泰大街跨解放大路立交桥和伊通河长春大桥等。
离隧道较近的主要建筑物见表：
隧道周边主要建（构）筑物一览表2-1
编号
建（构）筑物名称
层数（地上/地下）
结构形式
基础形式
与隧道关系
F2056
通钢国际大厦
26/2
框架剪力墙
桩筏
与右线最近距离8.6m
F2057
中环16区1-2号楼
17/1
框架剪力墙
桩基
与左线最近距9.8m
F2059
住宅楼
7
砖混
不详
与左线最近距离19.0m
F2064
天安人寿大楼
5
砖混
毛石
与联络通道最近距23.9m
F2065
武夷嘉园1号楼
13/1
剪力墙
桩基
与左线最近距离24.1m
F2066
武夷嘉园30号楼
13/1
框架
桩基
与左线最近距离25.4m
Q002
亚泰大街跨解放大路立交桥
整体箱梁结构
灌注桩
隧道贴近桥基穿越，左线隧道距离桥基6.18m；右线隧道距离桥基7.03m。
Q003
长春大桥
跨线结构，台-墩-台式桥跨
灌注桩
位于隧道左右线之间，横跨伊通河。
左线隧道距离桥基5.86m；右线隧道距离桥基7.56m。
本区间隧道内存在大量地下管线，主要地下管线情况见表2-2：
隧道内主要地下管线一览表2-2
序号
管线名称
规格
埋深（m）
所处场地大概位置
备注
1
燃气
DN400
2.08
沿解放大路方向在隧道以南
2
中国电信
300×200
0.66
在亚泰大街以西，横穿隧道
中国电信
600×200
0.85
在亚泰大街以西，横穿隧道
3
热力
DN500
1．51
在亚泰大街以西，横穿隧道
4
污水
DN400
2.45
沿解放大路方向位于隧道结构范围内
5
污水
DN300
2.33
沿解放大路方向位于隧道结构范围内
6
给水
DN400
2.52
沿解放大路方向位于隧道结构范围内
7
给水
DN400
2.34
沿解放大路方向位于隧道结构范围内
8
污水
DN300
0.79
沿吉林大路方向在隧道以北
9
给水
DN300
2.96
沿吉林大路方向在隧道结构范围内
10
污水
DN500
2.42
沿吉林大路方向在隧道以北
2.2.3地层岩性
本区间垮越两个地貌单元，即长春波状台地及伊通河一级阶地，在亚泰大街处地层存在不整合断裂，亚泰大街以西为第四系中更新统地层，亚泰大街以东为全新统地层。
本区间揭露地层主要为第四系全新统人工填土层、第四系全新统冲洪积粘性土及砂土、第四系中更新统冲洪积粘性土及砂土、白垩纪泥岩层。
地层岩性特征表表2-3
时代成因
地层
编号
岩土
名称
土层
厚度（m）
层底
标高（m）
岩性描述
分布
情况
Q4ml
①
杂填土
1.20
～
5.10
190.74
～202.06
杂色-灰黑色,稍湿,松散-稍密,主要由碎石、碎砖块及粘性土组成,顶部一般为0.1～0.4m的沥青路面。
分布全线，平均厚度3.00m，局部有所变化
Q4al+pl
1
粉质
粘土
1.00
～
2.70
189.14
～
193.48
黄褐色,可塑～软塑，稍有光泽,干强度中等,韧性中等,含少量铁锰氧化物,夹粉土薄层，中等压缩性。
仅在区间东部少量钻孔揭露，平均厚度1.56m
2
粉质
粘土
0.40
～
3.70
190.90
～195.78
灰褐-灰黑色,可塑～软塑,稍有光泽,干强度和韧性中等,含有机质及砂粒,夹粉土薄层，中等压缩性。
分布在伊通河以东，平均厚度1.35m
3
粉细砂
0.60
～
2.80
189.88
～192.74
灰黑、局部黄褐色,饱和，松散-稍密，矿物成分主要由石英长石组成，磨圆度一般，级配一般，含少量粘性土，底部含少量中粗砂。
分布在亚泰大街以东，平均厚度1.34m
31
粉质
粘土
0.80
189.83～190.68
灰褐-灰黑色,坚硬,稍有光泽,干强度和韧性中等,含有机质及砂粒,中等压缩性。
仅在Q14CK2-12和Q14CK2-21钻孔中揭露
4
中粗砂
0.50
～
4.20
188.85
～195.45
灰褐-灰黑色,饱和,稍密-中密，矿物成分主要由石英、长石组成，磨圆度一般，级配一般，自上而下颗粒逐渐变粗，底部含少量砾石。
分布在亚泰大街以东，平均厚度1.79m
Q2al+pl
②2
粉质
粘土
0.70
～
7.20
193.08
～199.84
黄褐色，可塑偏软，局部软塑，稍有光泽，干强度及韧性中等，含少量铁锰氧化物，中等压缩性
分布在亚泰大街以西，平均厚度3.42m
②3
粉质
粘土
1.90
～
6.60
192.66
～194.92
黄褐色，可塑偏硬，局部硬塑，稍有光泽，干强度及韧性中等，含少量铁锰氧化物，中等压缩性
分布在亚泰大街以西，平均厚度3.84m
②6
粗砂
0.40
～
1.90
193.02
～195.45
黄褐色,中密～密实,饱和,长石石英质,含粘性土,主要矿物成份为长石、石英,呈次棱角状,有一定磨圆性,颗粒级配一般,自上而下颗粒逐渐变粗,强度增加,下部含砾石。
分布在亚泰大街以西，平均厚度1.23m
K
③1
全风化
泥岩
2.20
～
8.20
182.48～191.00
紫红色、浅绿色，以泥岩为主,夹泥质粉砂岩，泥质结构，层状构造；原岩结构基本破坏,砂岩岩芯呈砂土状,泥岩呈土状,遇水软化,易崩解,易钻进。
局部夹硅质胶结砂岩薄层，坚硬致密，最大抗压强度为38.89MPa。
分布全线，平均厚度约5.07m
③2
强风化
泥岩
10.60
～
19.50
166.64
～176.94
紫红色、灰绿色，以泥岩为主,夹泥质粉砂岩,泥质结构，层状构造,可见原岩结构,原岩结构大部分破坏,风化裂隙较为发育,裂隙面见铁锰质浸染,锤击声闷,泥岩岩芯呈柱状，遇水易软化易崩解,砂岩岩芯呈短柱状、块状及砂土状，局部夹钙质胶结砂岩薄层,坚硬致密,最大抗压强度28.17MPa。
分布全线，平均厚度约15.40m
③3
中风化
泥岩
12.00
～
32.00
141.86
～160.00
紫红色、灰绿色，泥岩为主,夹泥质粉砂岩,泥质结构，层状构造，裂隙面见铁锰质浸染,原岩结构部分破坏,风化裂隙发育,钻进难度增大,泥岩岩芯呈长柱状,较为完整,砂岩岩芯呈柱状，少量呈碎块状，局部夹钙质砂岩薄层,坚硬致密,最大抗压强18.40MPa。
分布全线
图2-2地质剖面图
2.2.4水文地质
本区间分为三层地下水，第一层为孔隙潜水；第二层为浅层承压水；第三层为泥岩裂隙水。
现分述如下：
（1）第一层为孔隙潜水
亚泰大街以东勘察期间稳定水位埋深2.00～4.30m，高程192.54～198.68m，含水层主要为粉质粘土②A1、②A2层。
（2）第二层为浅层承压水
亚泰大街以东根据烟厂站砂层的抽水试验及附近基坑开挖经验，最大承压水头为1.00m，局部无承压性，本区段地下水埋深3.00～6.50m，高程191.40～195.78m，以粉质粘土②A1、②A2层为相对隔水顶板，含水层为砂土②A3、②A4层。
本层地下水赋存于砂层孔隙内。
（3）第三层为泥岩裂隙水
分布整个区间，含水层为泥岩，赋存于泥岩裂隙内。
该层地下水水位受季节影响较小，其主要接受上层孔隙水的渗透及侧向径流补给，排泄方式主要为相对含水层中的侧向径流及人工开采。
长春地区的标准冻结深度为1.70m。
第三章施工准备
3.1组织准备
开舱施工准备：
成立指挥组1个、协调组1个、技术顾问组1个、舱内作业小组2个、地面监控量测组1个及应急组1个。
施工准备：
地面注浆加固作业队、地面监控测量组1个及应急组1个。
3.2人员准备
人员配置表见表3-1：
表3-1人员配置表
序号
岗位
数量
备注
1
土建工程师
2
2
机电工程师
8
3
安全员
2
4
换刀人员
12
3.2土体加固
为了保证盾构换刀时安全顺利进行，需对换刀处地层进行注浆加固，加固方式采用袖阀管注浆，间距为500mm×500mm，注浆浆液采用单液浆，注浆范围为8m×12m×12m，注浆范围见下图：
图3-1地质剖面图
图3-2袖阀管平面布置图
注浆完成后对加固区域进行取芯检测，要求加固后的地基应有良好的均匀性和自立性，其无侧限抗压强度不小于0.8MPa，渗透系数≤1.0x10-7/cm/s，保证在换刀过程中刀盘处围岩具有良好的自稳能力。
3.3设备、材料及机具准备
表3-2材料机具统计表
名称
规格/型号
数量
单位
备注
开舱施工材料
水泵
2
台
应急灯
60W
2
个
手电筒
2.5V
4
只
防水
变压器
36V
1
台
UPS电源
1
台
当开舱门十分困难时使用
5T千斤顶
1
个
应急材料
医用氧气瓶
3
个
担架
1
副
灭火器
2
个
干粉灭火器
应急灯
40W
2
个
名称
规格/型号
数量
单位
备注
木板
80×80CM
30
块
棉被
1M×0.2M
20
条
水泥、砂、速凝剂
若干
施工机具配置
起吊
拉链葫芦3T3个、短钢丝绳、长短撬棍
拆刀
气动扳手、扳手加长套筒、各种套筒、气动扳手用气管、风炮、风炮用气管、手锤
安全照明
24V行灯、鼓风机、供风管、冲洗用水管
土仓排水
潜水泵
工具箱
用于盛拆下来的螺栓螺母及各种工具等
第四章开舱作业
4.1换刀点设置
4.1.1南烟区间地层夹杂多层砂岩且强度达60～72.9Mpa，对刀具磨损尤为严重，全线单线原设计设置3处换刀点，掘进过程中根据前100m试验段刀具磨损情况具体确定换刀点位置。
右线盾构隧道于2016年12月30日完成前100m试掘进，在K34+626处第一次对刀具进行了带压开仓检查，结果显示刀具磨损严重，共更换9把滚刀。
刀具磨损见下表：
表4-1道具磨损情况表
刀具编号
刀盘位置
刀具磨损说明
照片
备注
1
边缘滚刀
刀刃不均匀磨损，其中磨损最严重达16mm
2
边缘滚刀
1、刀刃不均匀磨损，其中磨损最严重达15mm
2、一侧端盖出现严重磨损
3
边缘滚刀
1、刀刃不均匀磨损，其中磨损最严重达21mm
2、一侧端盖出现严重磨损
4
边缘滚刀
1、刀刃不均匀磨损，其中磨损最严重达19mm
2、一侧端盖出现严重磨损
5
边缘滚刀
1、刀刃不均匀磨损，其中磨损最严重达15mm
2、一侧端盖出现严重磨损
6
边缘滚刀
1、刀刃不均匀磨损，其中磨损最严重11mm
2、一侧端盖出现严重磨损
7
边缘滚刀
1、刀刃不均匀磨损，其中磨损最严重15mm
2、一侧端盖出现严重磨损
8
边缘滚刀
1、刀刃不均匀磨损，其中磨损最严重12mm
2、一侧端盖出现严重磨损
9
中心滚刀
刀刃出现崩裂，裂缝宽度达5mm，刀刃卡死，不能转动
4.1.2盾构掘进参数如下：
表4-2过程掘进参数
从上表中可以看出，盾构掘进过程中刀盘转矩过大，总推力大，推进速度平均值偏小。
4.1.3在掘进过程中随机留置土样，通过现场分析土样发现，盾构掘进土层主要为泥岩，其中夹杂强度较高砂岩。
现场留置土样见下图：
图4-1现场留置土样
4.1.4盾构接收端在导洞开挖过程中揭示地层情况为泥岩夹砂岩，砂岩强度较高，见下图：
图4-2现场开挖地层情况
4.1.5国内已有盾构施工开仓换刀案例
序号
施工地点
地质情况
采取措施
1
广州地铁二/八号线拆解段江泰路站～跃进村站
盾构穿越泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩，泥质及钙质胶结（单轴抗压强度为43-52.1Mpa）
174～250m/次进行换刀
2
大连地铁2号线103标联合路站至西安路站
盾构区间穿越地层为中风化钙质板岩、中风化辉绿岩、局部上半断面有全、强风化钙质板岩侵入，岩层的天然抗压强度为起伏波动巨大
掘进30m钻芯取样检测,岩石抗压强度为50Mpa,滚刀刀圈磨损量较小,刮刀部分有崩刃现象，掘进时对刀具冲击较大,部分滚刀螺栓出现脱落现象，掘进至48环时滚刀磨损较大，对滚刀进行更换
3
南京地铁一号线南延线工程5标南京南站～岔路口站区间
隧道穿越地层为中风化泥质粉砂岩，强风化泥质粉砂岩、粉质粘土层
150～200m/次进行换刀
4
北京枢纽北京站至北京西站地下直径线（天宁寺至和平门）
主要穿越的地层为卵石层、圆砾层，实际开挖揭露存在大粒径卵石并且存在砂层与卵石层胶结，最大强度约30Mpa。
50～173m/次进行换刀
4.1.6盾构开仓换刀专家咨询意见如下：
图4-3专家咨询意见表
4.1.7开仓换刀距离计算
国内目前对于滚刀磨损量的计算的经验公式：
δ=0.1KπDNL/V
（1）
δ——磨损量（mm）；
K——磨耗系数（mm/km）；
D——盾构刀盘外径（m）；
N——刀盘的转动速度（r/min）；
L——掘进距离（m）；
V——掘进速度（cm/min）
若用公式
（1）反推出掘进换刀里程，则：
L=10δV/（KπDN）
（2）
根据初始掘进试验段100米开仓换刀刀具磨损情况可得出：
刀具平均磨损15mm,刀盘转速1.3r/mim、掘进速度3.5cm/mim，可以得出磨耗系数K为0.146，
若以目前国内刀具寿命20mm磨损来计算，将磨耗系数k代入公式
（2），则
L=187m，故本区间合适的掘进换刀距离为187m。
4.1.8开仓换刀点位置
根据本次开仓检查结果、专家咨询意见、国内已有盾构施工开仓换刀案例及开仓换刀距离计算，开仓换刀间距不宜超过200m，原设计最后换刀点位置距盾构接收端距离为345m，且接收端实际开挖揭示岩层为泥岩夹砂岩，岩层未见明显变化趋势，故需要在原设计开仓换刀点的基础上，左、右线各增设一处开仓换刀点，见图4-4。
图4-4盾构换刀位置示意图
表4-4-1原设计刀具更换位置列表
序号
开仓换刀位置
（里程）
地质情况
地面环境
备注
1
ZK34+626
强风化泥岩
位于吉林大路535号新华印刷厂大门东侧20米处，主路与绿化带
2
YK34+626
强风化泥岩
主路与绿化带
3
ZK34+360
强风化泥岩
绿化带
4
YK34+360
强风化泥岩
绿化带
5
ZK34+177
强风化泥岩
辅路与绿化带
6
YK34+177
强风化泥岩
辅路与绿化带
表4-4-2新增刀具更换位置列表
序号
开仓换刀位置
（里程）
地质情况
地面环境
备注
1
ZK33+977
强风化泥岩
主路与中间隔离带
距接收端150m
2
YK33+977
强风化泥岩
辅路与绿化带
距接收端150m
4.2换刀施工前准备
4.2.1刀具更换程序
刀具的更换程序为：
开仓→刀盘清理→刀具拆除→安装新的刀具→做好详细的刀具更换记录→整体检查→关闭仓门。
4.2.2开仓准备工作
开仓前必须准备充分，尤其是开仓前的检查工作，同时准备充足的应急物资确保开仓安全。
（1）开仓前须观察渣土，根据渣土分析目前土仓开挖面水文地质情况，并对照地质勘查报告是否有较大出入，确定开挖面土质良好后，逐渐出土降低土压，清空上部土仓内渣土；
（2）根据出土方量计算土仓渣土清空情况后，进入人闸通过土仓壁上的球阀观察孔观察土仓开挖面稳定性情况，在打开球阀时若土仓压力显示很小，则基本没有气体流动，若发现打开球阀后长时间气体流动，则说明开挖面不稳定，有泥水涌入土仓；
（3）通过观察孔确定土仓开挖面安全情况下，准备空压机通风，选定已交底人员做准备，并分工明确，开仓作业机具及应急物资准备到位后开仓作业。
4.2.3仓内换刀作业措施
（1）土仓人行闸门打开后，人员不能立即进入土仓，必须先观察开挖面土体情况及土仓底部渣土情况，有无泥水涌入或冒气泡等现象，若发现异常情况，应继续观察或关闭仓门继续推进一段距离后再次确定开仓条件。
（2）在人员进入土仓前，用有害气体检测仪放入土仓底部进行检测，判断土仓内是否有有害气体存在，同时对土仓内温度进行检测，若发现有还气体或温度过高，应判断开仓条件是否具备，同时将盾构机空压机管插入土仓底部进行通风，待土仓内温度及空气条件适合人员进入时再进行土仓内作业。
（3）土仓内作业一次最多进入2人，并且作业时间不超过1个小时，人闸仓内必须有1～2个对应的接应和观察人员，盾构机上必须有安全员及项目部有经验的管理人员在场指挥监督，一旦发生异常情况立即停止开仓作业并及时处理。
（4）开仓作业及加压操作必须由具有作业经验及资质的相关人员来操作，禁止吸烟及饮酒，保持头脑清醒，一旦发生不适情况立即出仓到地面，不允许进仓作业。
（5）在换刀的作业过程中，须对使用的工具进行管理，防止作业过程中工具遗留在土仓内影响螺旋机及刀具等，换刀时通过导链将需要更换的刀具以及要还上的刀具运至仓内或刀盘指定位置。
（6）一般情况下仓内作业期间，保持推进油缸支撑在管片上，并保持一定推力以适当平衡开挖面土压，螺旋机土仓壁闸门处于半开状态，操作室必须有操作手值守，一旦发生情况，立即撤离仓内人员及设备关闭仓门，恢复土仓压力，重新评估开仓条件。
4.3带压换刀施工
4.3.1带压进仓作业程序
（1）人员进入土仓前检查
图4-2人员进入土仓前检查流程
（1）人员、材料经过准备仓进入土仓流程
确保准备仓和主仓间的门关闭
人（材料）进入准备仓
关闭准备仓门
准备仓升压
准备仓与主仓压力是否相等？
否
是
开启隔仓门，人员、材料进入主仓
关闭隔仓门
人员、材料进入土仓
土仓内工作完成
人员、设备进入主仓并关闭土仓密封门
开启人仓记录
主仓降压
主仓压力是否和外面大气压平衡？
否
是
打开主仓门
人员、设备离开主仓
停止记录器
图4-3人员、材料经过准备仓进入土仓流程图4-4人员离开土仓流程
（1）人员离开土仓
人员离开土仓的作业流程见上图中的图4-4。
4.3.2入闸步骤
检查所有显示设备和纸带记录器，加热、时钟、温度计、电话、应急电话和阀门等，检查闸门密封件的清洁。
（1）入闸人员进入主仓。
1）在主仓内打开双层带状纸记录器，并检查其功能完好以及纸量供应；
2）关闭主仓和前仓之间的闸门，并确保其正确关闭；
3）确保闸操作员和闸内人员之间的电话联系；
4）缓慢打开“VENTILATIONMAINCHAMBERON（向主仓通风）”球阀。
向主仓内的增压直到达到操作压力。
5）当主舱同作业舱内压力平衡时（通过“主舱压力表”及“作业舱压力表”读数），可以小心打开主舱和作业舱之间的“作业舱压力补偿”球阀。
一旦主舱同作业舱压力补偿完成，必须关闭球阀。
（2）打开通向作业仓的闸门。
在作业仓内作业时，通向作业仓的闸门必须保持打开状态。
在入闸过程中，在逃生门内的球阀或逃生门本身必须打开，入闸过程图示如下：
P0：
大气压
P1：
表面支撑压
P2：
P1及P0之间的压力
1）开始状态：
P1>P0
[1]挖掘舱[2]作业舱[3]主舱[4]前舱
在开始状态，只有挖掘仓是加压的。
所有正确入闸的条件都满足后，入闸过程方可开始。
2）主舱加压：
P1>P2>P0
[1]挖掘舱[2]作业舱[3]主舱[4]前舱压力补偿完成后，进入挖掘舱：
3）压力补偿完成后，进入挖掘舱：
P1>P0
[1]挖掘舱[2]作业舱[3]主舱[4]前舱
入闸开始总是通过主舱实现的，而前舱则始终不加压的。
（3）通过前舱入闸（后续入闸）
通过前舱入闸（后续入闸）通过
升级会员 