狮子洋隧道盾构施工技术Word下载.docx

1、隧道最大纵坡20，最小纵坡3。盾构隧道最大覆土52.3m，最小覆土7.8m；狮子洋水道最大水深26.4m，水深最大处的隧道覆土26.0m。隧道轨面最低点标高为-60.988m，与百年一遇高潮位的高差约64.2m。盾构隧道大部分处于微风化泥质粉砂岩、砂岩和砂砾岩中，局部位于淤泥质与粉质黏土中，部分地段穿越软硬不均底层，并通过多处断裂带和风化深槽；穿越基岩的最大单轴抗压强度为，渗透系数达10-4m/s，石英含量最高达%，岩石地层的黏粉粒（75m）含量达%。地下水主要为第四系地层的孔隙水和白垩系岩层的裂隙水，且具承压性，本标段隧道最大水压为。本标段工程有工程规模大、设计标准高、涉及工法多、工期紧、工

2、程地质复杂、水压力大、盾构掘进距离长等特点。同时，本工程存在明挖基坑地层软弱、长距离盾构掘进及刀具管理、高水压带压作业以及江底地中盾构对接与拆解等重难点。1.2 盾构设备本工程盾构设备是用于狮子洋隧道的专用复合式泥水盾构，盾构刀盘开挖最大直径11.18m，盾构主机加后配套全长71m，盾构主机长12.43m，总重约1300t；刀盘直径为11.182米，刀盘开口率31%，重约（含刀具）170t。刀具配置：45把单刃正滚刀5把单刃边滚刀10把中心刀（49、50号刀具在一个轨迹上），共60个刃，正滚刀轨迹间距为100mm，边滚刀轨迹间距从95mm38mm逐渐减小；另外，还装配了278把切刀、16把刮刀

3、及40把边缘保护刀。1.3 泥水处理厂泥水盾构是通过加压泥水来稳定开挖面，并通过泥水循环来携带碴土，达到出碴掘进的目的。现场建造了配套的泥水处理厂，占地面积约10000m2，泥浆处理能力为3000m3/h，为每台盾构机配备一套1500m3/h的泥水处理设备，整个泥水处理厂由泥浆制备系统和泥水分离系统两部分组成。泥水处理主要分为三步进行分离。分离出的碴土可直接外运，过滤、沉淀后的泥浆经调整后可供盾构机循环使用。1.4 管片厂广深港客运专线SD标工程施工共需管片4600环，钢筋混凝土总立方量约为15万m3。现场自建了日最高生产能力为12环管片的管片厂，共投入6套管片模具，厂房由2跨组成，长100m

4、，每跨宽24m，分为钢筋加工和管片成型两个车间。在管片车间北侧建有120m3全自动混凝土拌合站一座，为管片生产提供高性能的自拌混凝土。为加快管片生产进度和保证管片养护质量，管片脱模前采用蒸汽养护，提高脱模强度，并在管片车间东侧建造四个800m2的水养池，满足管片水养14天的要求。在厂房南侧有管片堆场约25000m2，堆场内地面全部硬化，管片在堆场内采用立放两层的堆放方式，外围增加堆场采用水平堆放方式。整个管片生产区域规划有完备的运输道路，并配备了相应用途和能力的桥吊、门吊和叉车等，覆盖整个管片厂区，便于管片的生产、养护、堆放、转载和装卸等环节，各种配套设施满足日均生产9环管片的生产能力。1.5

5、 施工中的关键技术概要狮子洋隧道的建设充满了曲折和艰辛，但有各级领导、专家的关心和支持，并通过项目上全体人员的攻关和努力，我们克服了许多的技术和管理困难，解决了一个又一个难题。业主又多次调整增加施工任务，左线掘进完成2600环（5200米），右线掘进完成2585环（5170米），每条线都比进口标段多掘进1公里，后面还同步开展了隧底填充、联络通道、嵌缝、二次衬砌和沟槽施工，基本做到了同步进行。目前已成功完成左右线隧道对接拆机工作。在狮子洋盾构掘进的施工中，大多数管理、技术和施工人员都是第一次接触泥水盾构，而且是大直径泥水盾构掘进复合地层，大直径的泥水盾构与之前的小直径的、或土压平衡盾构在施工理念

6、上有着本质的区别，施工中遇到了很多技术难题，主要包括：大直径泥水盾构始发与负环拼装、软弱地层盾构掘进与管片上浮、软硬不均高粘地层盾构掘进与带压进仓、富水硬岩地层盾构掘进与壁后注浆、岩层破碎带盾构掘进及 “地中对接”技术研究等。2 大直径泥水盾构始发与负环拼装盾构隧道始发技术是盾构法施工技术的关键，也是盾构施工成败的一个重要标志。大直径泥水盾构施工在洞口始发阶段掘进出问题的概率很高。根据狮子洋隧道两台盾构的始发施工经验，盾构始发的关键技术总结如下：2.1 本盾构始发的主要特点盾构隧道为大直径、高水压、特长水下隧道，盾构开挖直径大于10m；始发段地层软弱、地下水位高、水量大、渗透性强，洞顶覆土浅、

7、不足一倍洞径；本次盾构组装采用250t履带吊抬吊方式进行盾构机的下井组装，组装方式新颖、快速。采用大直径的气压调节式泥水平衡工作面的复合式盾构施工，始发时，对洞门密封、反力架及始发台等相关设施的要求，特别是对洞门密封的防止突水冒浆和保持压力要求高。2.2 始发盾构姿态设计与控制始发姿态的设计是非常关键的工作，应进行认真的模拟、设计和专家论证来最终确定。具体始发设计见“图2 盾构始发纵剖面图”。本次始发的始发段线路，平面处于半径为7000米的圆曲线和缓和曲线上， 竖向处于坡度为20的下坡段，为了实现盾构整机始发，采用割线始发，即将洞门内12米曲线的弦线向盾构井内延长，以此割线做为始发的平面中线，

8、始发坡度调整为10，并将始发洞门（预埋钢环）抬高50mm，即将盾构始发纵向轴线在10下坡的基础上整体抬高50mm。根据狮子洋隧道始发姿态的设计与控制经验，需注意以下几点关键问题：严格通过计算、实验，保证始发台强度刚度设计满足盾构始发要求；始发台定位准确、稳固；曲线割线始发姿态的设计；组装期检查复测始发台定位；做好盾构防旋转和防偏移措施；做好空推时始发控制；始发导轨的安装设计充分考虑刀盘及盾壳通过要求。2.3 负环管片拼装图3 拼装完成负环管片照片由于隧道管片最大块重量达13吨，故操作困难，安全风险高：盾尾长度长，第一环无支撑；未封闭成环，无参照难度大；设备刚调试好，无拼装经验；管片容易推偏，损

9、坏尾刷等；不能及时固定，是管片成环椭变。狮子洋隧道负环拼装采取的措施：第一环负环在拼装盾尾内下半圆垫钢板支撑，上半圆管片、特别是两块临接块时，要在盾尾盾壳上或反力架上焊接“L”型挂钩和吊耳，用“L”型挂钩吊住管片，并用道链对管片进行固定，以支撑管片并保证施工的安全，待封顶块纵向推插到位后，拆去道链，割除“L”型挂钩和吊耳，紧固封顶块与邻接块的螺栓。第一环负环管片拼装成圆后，管片在后移过程中，要保证每组千斤顶同步推进。其行程差小于50mm。第一环不要完全推出盾壳内的管片拼装垫台区域，只要保证第二环负环管片能安装即可。提前计算出此时第一环负环管片端面距反力架的长度，在每两块管片纵向接缝处、对应反力

10、架位置，在反力架上焊接一根H200的“H”型钢（共8根），长度与此长度一致，把第一环负环管片后推至此“H”型钢上。负环管片应采用错缝拼装。在第一环负环管片与“H”型钢挤紧后，从第二环负环开始就可基本按正常管片拼装方式进行，在第二环负环管片拼装完成后，即可割除第一环负环与反力架之间的“H”型钢，然后两环一起后移，并将第一环负环管片与反力架之间进行固定。2.4 始发泥水循环与压力设定始发泥水压力设定主要考虑：端头加固的质量和长度；止水箱的密封性能；保证泥水循环；反力架所能承受的反力；端头的埋深和荷载。压力设定的原则：在保证泥水循环最低压力和端头稳定的情况下，应尽量建立低压；在盾尾进入止水箱后，应及

11、时进行洞门注浆封闭，然后建立到正常压力。始发阶段泥水循环采用泥水模式，泥水盾构掘进的机理决定了，盾构机刚一开始掘进就要建压，这样才能保证泥水循环和出碴，本工程洞门密封采用双道折叶式翻板+双道帘布橡胶板，两道密封组成一个箱体，在盾构机推进后可以在中间注入油脂，增强密封效果。由于止水箱的密封效果并不能保太高的压力，会造成一定的漏浆。始发时的掘进速度一般都比较慢，因此，泥水循环的流量不必要过大。在盾尾全部进入止水箱（两道帘布橡胶板）后，应及时进行同步注浆，并在同步注浆的基础上利用洞门钢环上预留的注浆孔，通过预留注浆孔压注快凝化学浆液，彻底阻止洞门止水箱的漏浆问题，以便盾构掘进时更好地保持泥水压力。3

12、 软弱地层掘进与管片上浮泥水盾构软弱地层掘进关键为控制地表沉降、坍塌及盾构姿态和管片上浮控制。3.1 图5 泥水盾构工作原理图地表沉降、坍塌控制3.1.1 切口泥水压力控制工作面任何一点的泥水压力总是大于地下水压力，从而形成了一个向外的水力梯度，这是保持工作面稳定的基本条件。在软弱地层中掘进，泥水压力设定和保持稳定是软弱地层施工的关键： 压力应通过计算确定；大于地下水位压力；低于水土合重压力；经验值在倍地下水位压力。掘进过程中严格控制切口泥水压力波动，波动不宜超出 bar+ bar，以保证开挖面稳定；密切关注空压机供气系统，确保空压机供气的连续，压力波动不宜大于；气垫仓内泥水液位不宜出现较大波

13、动，液位波动控制在15%内；必要时采取人工调整参数，以减小切口泥水压力波动。3.1.2 主要施工参数控制主要依据理论计算值和盾构施工现场情况，结合停机期间开挖面稳定、液位平稳无波动时切口环泥水压力数据，进行反算优化施工参数。主要控制出碴量、出碴成份、进出浆流量差、比重差、注浆量、刀盘转速、推进速度、刀盘扭矩变化等，加强地表监测，确保盾构顺利安全通过浅埋段。3.1.3 保证盾尾或管片接缝的不泄漏目前看来，在软弱地层中掘进最大的风险莫过于盾尾和管片接缝泄漏，因为其危害性和处理难度非常大。主要通过以下几个方面控制：（1）保证盾尾刷的密封效果加强盾尾油脂的注入管理；盾构姿态调整幅度不宜过大，以免挤压损

14、伤盾尾；管片选型保证盾尾间隙不超标；管片安装尽量减少同时收油缸根数，以避免泥仓反力致使盾构机后退，损伤盾尾刷。（2）管片接缝不泄漏加强止水条粘贴效果控制；保证管片拼装质量，管片破损要在脱出盾尾前认真修补等强。3.2 盾构姿态控制根据本工程施工经验，富水软弱地层浅埋段盾构姿态的控制是个难点，也是重点。左线盾构在1环70环始发掘进出现盾构机“磕头”现象。掘进时采取加大底部油缸的推力“上抬刀盘，下拉盾尾”的措施，但每环掘进中刀盘上抬值总大于盾尾下拉值，同时停机或安装管片时刀盘的下沉值又小于盾尾上翘值，随着掘进出现盾构机整体慢慢上移的趋势。根据左线盾构在1环70环始发掘进盾构姿态变化，在左线70环22