地铁区间盾构增设开仓换刀点专家论证方案.docx

1、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 12.1 工程概况 12.2 工程地质及水文地质 2第三章 施工准备 63.1 组织准备 63.2 人员准备 63.2 土体加固 73.3 设备、材料及机具准备 7第四章 开舱作业 84.1 换刀点设置 84.2 换刀施工前准备 134.3 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 298.1应急领导机构 298.2应急组织的分工职责 308.3应急响应方案的制定 328.4应急保障 328.5事故报

2、告与事故处置 338.6监督管理 348.7应急物资 348.8停水、停电预防措施 358.9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

3、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+838.083K35+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1321m。区间采用盾构法和矿山法施工。区间在K34+824处设临时竖井（28.4m13.2m），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

4、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195.73205.00m，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

5、-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8.6mF2057中环16区1-2号楼17/1框架剪力墙桩基与左线最近距9.8mF2059住宅楼7砖混不详与左线最近距离19.0mF2064天安人寿大楼5砖混毛石与联络通道最近距23.9mF2065武夷嘉园1号楼13/1剪力墙桩基与左线最近距离24.1mF2066武夷嘉园30号楼13/1框架桩基与左线最近距离25.4mQ002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-

6、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DN4002.08沿解放大路方向在隧道以南2中国电信3002000.66在亚泰大街以西，横穿隧道中国电信6002000.85在亚泰大街以西，横穿隧道3热力DN500151在亚泰大街以西，横穿隧道4污水DN4002.45沿解放大路方向位于隧道结构范围内5污水DN3002.33沿解放大路方向位于隧道结构范围内6给水DN4002.52沿解放大路方向位于隧

7、道结构范围内7给水DN4002.34沿解放大路方向位于隧道结构范围内8污水DN3000.79沿吉林大路方向在隧道以北9给水DN3002.96沿吉林大路方向在隧道结构范围内10污水DN5002.42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

8、布情况Q4ml杂填土1.205.10190.74202.06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0.10.4m的沥青路面。分布全线，平均厚度3.00m，局部有所变化Q4al+pl1粉质粘土1.002.70189.14193.48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1.56m2粉质粘土0.403.70190.90195.78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1.35 m3粉细砂0.602

9、.80189.88192.74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1.34m31粉质粘土0.80189.83190.68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0.504.20188.85195.45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1.79mQ2al+pl2粉质粘土0.70

10、7.20193.08199.84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3.42m3粉质粘土1.906.60192.66194.92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3.84m6粗砂0.401.90193.02195.45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1.23mK1全风化泥岩2.208.2018

11、2.48191.00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5.07m2强风化泥岩10.6019.50166.64176.94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

12、约15.40 m3中风化泥岩12.0032.00141.86160.00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2.004.30m，高程192.54198.68m，含水层主要为粉质粘土A1、A2层。（2

13、）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3.006.50m，高程191.40195.78m，以粉质粘土A1、A2层为相对隔水顶板，含水层为砂土A3、A4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

14、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22机电工程师83安全员24换刀人员123.2 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500mm500mm，注浆浆液采用单液浆，注浆范围为8m12m12m，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-

15、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60W2个手电筒2.5V4只防水变压器36V1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40W2个名称规格/型号数量单位备注木板8080CM30块棉被1M0.2M20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

16、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6072.9Mpa，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16mm2边缘滚刀1、刀刃不均匀磨损，其中磨损最严重达15mm2、一侧端盖出现严重磨损

17、3边缘滚刀1、刀刃不均匀磨损，其中磨损最严重达21mm2、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19mm2、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15mm2、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11mm2、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15mm2、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12mm2、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

18、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）174250m/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

19、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150200m/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。50173m/次进行换刀4.

20、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： =0.1KDNL/V （1） 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=10V/（KDN） （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

21、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1ZK34+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2YK34+

22、626强风化泥岩主路与绿化带3ZK34+360强风化泥岩绿化带4YK34+360强风化泥岩绿化带5ZK34+177强风化泥岩辅路与绿化带6YK34+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1ZK33+977强风化泥岩主路与中间隔离带距接收端150m2YK33+977强风化泥岩辅路与绿化带距接收端150m4.2 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

23、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，

24、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12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

25、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

26、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

27、、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“VENTILATION MAIN CHAMBER ON（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：P1P0 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：P1P2P0 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：P1P0 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