富水含大漂石砂卵石地层盾构法施工技术

PAGEPAGE163目录第一章工程概况 11工程位置、范围及主要工程量 12设计概况 13周边环境 34工程地质、水文地质及地震基本烈度 45气象条件 76工程项目施工相关方 7第二章工程特点及重难点 81工程特点 82工程重难点及应对措施 9第三章总体施工方案及施工顺序安排 151盾构区间隧道施工方案 152区间隧道分项工程施工方案 153施工顺序安排 16第四章盾构机选型及主要参数 181选型依据和选型原则 182对盾构机的设计要求 183盾构机型式的确定 194泥水平衡盾构机的工作原理及工作模式 215土压平衡盾构机的工作原理及工作模式 226S259盾构机的改造 247盾构机的主要组成与功能描述 348盾构机主要尺寸、技术参数 519盾构施工主要配套设备配置 55第五章施工准备 601施工总平面布置和临时工程 602施工图设计 673泥水处理系统土建工程 674盾构机改造 675管片生产准备工作 676建筑物、管线调查 67第六章盾构掘进施工 691盾构掘进参数优化 692砂卵石地层泥水盾构施工泥浆的配置和开挖面的稳定技术 743砂卵石地层泥水盾构带压进仓技术 874砂卵石地层土压平衡盾构碴土改良技术研究与应用 925砂卵石地层土压平衡盾构带压进仓技术 956砂卵石地层常压进仓地层加固技术 97第七章砂卵石地层盾构通过重要建筑物的施工技术 1041专项应对施工技术 1041.1盾构下穿火车南站股道 1041.2通过机场立交桥施工技术 1081.3近接通过x信息港施工技术 1101.4通过人南立交桥施工技术 1151.5通过Φ1200污水干管线施工技术 1202施工方法及施工工艺 1243实施效果 129第八章刀盘刀具管理及大漂石处理技术 1301刀盘刀具布置形式及刀具的破岩机理 1302刀盘磨损及防护 1313刀具磨损使用状况研究 1324刀具在砂卵石地层中掘进的磨损值 1345刀具更换情况统计分析 1356刀具的维修 1377刀盘刀具管理小结 1388大漂石处理技术 138第九章砂卵石地层盾构施工监控量测和信息化施工技术 1411地层位移的影响因素分析 1412地面沉降预测 1433砂卵石地层盾构掘进沉降监测及控制 1504体会与认识 162第一章工程概况工程位置、范围及主要工程量1.1工程位置x地铁1号线一期工程盾构x起于省体育馆站南端，止于火车南站北端。项目盾构井位于火车南站立交桥下，地势平坦，周边环境开阔。区间基本上处于城市主干道人民南路下方，沿线有大量的城市管线，多处管线埋设较深，对盾构掘进影响较大。同时隧道沿线穿过中国成达化工集团、建委大楼、二环路-人南立交桥、凯宾斯基饭店、x信息港（原电力调度中心）、美力国际俱乐部、机场立交桥等多处主要建（构）筑物，部分建（构）筑物距离隧道较近（最近30cm），需采取加固等方法进行处理。盾构试掘进段即下穿火车南站10股股道，对盾构始发掘进施工影响较大。1.2工程范围、主要工程量及工程造价隧道总长4909．867单线延米，其中左线隧道长2332.562单线延米，右线隧道长2577.305单线延米，线路基本沿人民南路中部敷设，分省体育馆路～倪家桥站区间、倪家桥站～桐梓林站区间、桐梓林站～火车南站站区间三个区间，设3处联络通道，工程范围如图1-1所示。本工程工程造价为x7.7775万元。图1-1工程范围示意图主要工程数量如表1-1。设计概况x地铁x线一期工程是x地铁建设规划中试验段，也是四川省十五期间的重点建设项目。该工程起点为红花堰（YDK/ZDK2+300），向南下穿火车北站，而后沿人民北路、人民中路、人民南路、南都西路至会展中心终点（YDK/ZDK20+920），正线全长18.62km。盾构x段隧道区间工程总长4909．867单线延米，起于省体育馆站南端，止于火车南站北端。线路基本沿人民南路中部敷设，分省体育馆路站～倪家桥站区间、倪家桥站～桐梓林站区间、桐梓林站～火车南站站区间三个区间。表1-1主要工程数量表工程项目里程（m）工程量（m）备注体育馆路站～倪家桥站左线ZDK11+855.3～ZDK12+353.2497.806单线延米ZDK13+400.183=ZDK13+400短链0.094右线YDK11+611.27～YDK12+353.2YDK12+320.175=YDK12+320长链0.175742.105联络通道YDK12+07013横延米倪家桥站～桐梓林站左线ZDK12+515.10～ZDK13+405.2890.283单线延米ZDK13+400.183=ZDK13+400长链0.183右线YDK12+515.10～YDK13+405.2890.1联络通道YDK13+125.111横延米桐梓林站～火车南站站左线ZDK13+565.6～ZDK14+510.7944.473单线延米ZDK14+399.373=ZDK14+400短链0.627右线YDK13+565.6～YDK14+510.7945.1联络通道YDK13+97212.89横延米合计4909．867单线延米2.1区间隧道设计概况区间隧道设计为外径6000mm内径5400mm的盾构隧道，管片厚度为300mm，幅宽采用1500mm。三个区间的纵坡形式为“V【省体育馆站~倪家桥站】区间线路选用R2000的曲线半径；设竖曲线4处，曲线半径R=3000m。线间距由13m逐渐变为16m，最大坡度为3.317‰，最小坡度为2‰。区间最大埋深为15m，最小埋深为14m。【倪家桥站~桐梓林站】区间线路出倪家桥站选用R＝600的曲线半径，中间R＝700的曲线半径，靠近桐梓林站选用R＝800的曲线半径；设竖曲线6处，曲线半径R＝3000m。线间距由11m逐步渐变为13m。最大坡度为22‰，最小坡度为13‰。区间最大埋深为21m，最小埋深为14m。【桐梓林站~火车南站站】区间两端选用R＝500的曲线半径，中间R＝400的曲线半径；设竖曲线8处，曲线半径R＝3000、5000m。线间距由11m逐步加大为18m。最大坡度为22‰，最小坡度为3‰。区间最大埋深为20.5m，最小埋深为15m。区间隧道平、纵端面如图1-2~1-10。2.2联络通道设计概况x地铁x线一期工程盾构x段共设联络通道3座，其中省体育馆站～倪家桥站区间联络通道1座13m，倪家桥站～桐梓林站区间联络通道1座11m（设泵房），桐梓林站～火车南站站区间联络通道1座12.89m（设泵房）。周边环境本区间基本上处于人民南路下方，人民南路为x市的主干道路，沿道路两侧敷设有大量的城市管线，同时在交叉路口还有大量横跨线路的管线存在。当线路处于道路两侧时，区间隧道的上方均存在管线，当线路处于道路中央时，与管线的干扰较小。其中在人民南路与二环路交叉路口的管线埋深较大。主要的城市管线有：污水管（最大管径达1400mm）、雨水管及管沟（最大管沟达3000×2000mm）、煤气、电力管及管沟、电信管及管沟等。与区间隧道有关系的既有建筑物见表1-2。表1-2区间隧道与既有建筑物关系表编号里程建筑物名称位置距左右线距离（m）结构类型及地面层数基础类型桩基础备注左线右线类型桩长（m）桩径（m）桩底1YDK12+704化八院人民南路四段基底距轨面8.49水平10.312层钢砼筏基钢混桩8.060.35标高489.32YDK12+813省建委大楼人民南路四段基底距轨面12.17水平6.6311层钢砼单独基础钢混桩8.431.4标高484.373YDK12+900人南二环立交桥人民南路四段水平最近4.46水平最近4.56扩大基础及桩基挖孔桩9.71.5-12.44YDK13+100达益大厦人民南路四段基底距轨面9.32水平最近5.7423层框架筏基5YDK13+910电力调度公司宿舍人民南路四段基底距轨面11.26水平最近3.34层框架扩大基础及桩基挖孔桩70.8标高487.056YDK14+250机场路立交桥人民南路四段水平5.25水平5.34桩基挖孔桩15和171.5标高478.927477.6167YDK14+430火车南站铁路股道火车南站下穿碎石道床，铁路股道距地铁轨面约15米，其中含1条正线股道，其余均为到发线工程地质、水文地质及地震基本烈度4.1工程地质标段内上覆第四系土层，下伏基岩为白垩系上统灌口组紫红色泥岩。从上至下见表1-3所列。表1-3区间地层分层及各层性状黄色，湿，硬塑为主，部分可塑，局部夹薄层粉质粘土。土体裂隙发育，含铁、锰质氧化物及其结核，混少量钙质结核，分布不连续，层厚0～2.4m。灰、褐黄色、黄色，饱和。卵石主要成份为花岗岩、闪长岩和石英岩，以亚圆形为主，少量圆形，分选性好。灰黄、黄色，饱和，中密为主，部分密实，含薄层细砂，卵石主要成份为花岗岩、闪长岩和石英岩，以亚圆形为主，少量圆形，分选性好。20～200mm卵石含量约占55～80％，粒径一般以30～70mm为主，部分粒径80～120mm，含少量漂石，最大粒径达210mm，卵石以弱风化为主。充填物以砂、中砂为主，含量约10～35％。各区间洞身穿越地层情况见表1-4、表1-5、表1-6。表1-4【省体育馆～倪家桥】洞身地层情况统计表里程长度占隧道总长比例(%)洞身地层描述及各土层厚度YDK11+612.170～YDK12+352.4740.23100上层<2-4>3米～6.28米(中)～2.5米，下层<3-4>3.5米～0米(中)～3.7米表1-5【倪家桥～桐梓林】洞身地层情况统计表里程长度占隧道总长比例(%)洞身地层描述及各土层厚度YDK12+515.9～YDK13+404.4888.5100上层<2-4>3米～0米(中)～5米，下层<3-4>3.3米～6.3米(中)～表1-6【桐梓林～火车南站】洞身地层情况统计表里程长度占隧道总长比例(%)洞身地层描述及各土层厚度YDK13+566.4～YDK13+740173.618.4上层<2-4>4米～0米，下层<3-4>2.3米～6.3米YDK13+740～YDK14+13039041.3<3-4>YDK14+130～YDK14+509.9379.940.3上层<2-4>0米～2.5米，下层<3-4>6.3米～3.8米4.2水文地质1、地下水的补给来源沿线地下水主要接受大气降水及地下水侧向径流补给。2、地下水的补给、径流、排泄及动态特征省体育馆～火车南站地下水补给府河，水力坡度平均值2.7‰左右。区内地下水具埋藏浅、季节性变化明显的特点。7、8、9月份为丰水期，11、12、1月份为枯水期，8月份地下水位埋藏最浅。根据四川省地矿厅环境地质监测总站对x市地下水动态长期观测资料，在天然状态下，丰水期地下水位正常埋深约为2米；地下水位年变幅约为1～2.5米；地下水自北西流向南东，水力坡度约为2‰。地下水水质类型为HCO3-Ca型、HCO3·SO4-Ca型；PH值一般在6.9～7.5之间，为中性水；以CaCO3计，含量一般在300～450mg/l，以硬水为主；矿化度小于1g/l，为低矿化淡水。经判定地下水对混凝土及钢筋混凝土结构中的钢筋均无腐蚀性，但对钢结构有弱腐蚀性。隧道主要在含水量丰富、补给充足的强透水的砂卵石土中通过，其埋深位于地下水位以下，地下水水压力对隧道施工及衬砌结构有较大影响。4.3地质构造及地震基本烈度x平原在构造位置上处于我国新华夏系第三沉降带之川西褶带的西南缘，界于龙门山隆褶带山前江油～灌县区域性断裂和龙泉山褶皱带之间，为一断陷盆地。x市区距龙泉山褶皱带20km，距龙门山隆褶带50km，区内断裂构造和地震活动较弱，历史上从未发生过强烈地震，从地壳的稳定性来看应属基本稳定区。x平原在构造体系上处于川西褶带的一隅。该体系于印支运动早期已具雏形。印支运动晚期已基本定形，进入喜山运动早期成为沉降中心，随着构造活动，周边参差错落抬升，中心相对沉降，中心接受了厚大的第四系松散堆积，四周成山，形成错落有致的盆地地貌景观。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），x地铁1号线一期工程通过地区的地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.40s，地震烈度为7°。气象条件x平原属亚热带湿润气候区，气候特点是春早、夏热、冬暖、日照少、无霜期长、降雨充沛而集中。多年平均气温16.2℃，极端最高气温38.3℃，极端最低气温－5.9℃；多年平均降雨量988.5mm，最大日降雨量195.2mm，降雨量多集中在5～9月，约占全年降雨量的84.1％；多年平均蒸发量1465.1mm，多年平均相对湿度82％；多年平均日照时间1228.3h，只有28％的白天有太阳；多年平均风速1.35m/s，最大风速14.8m/s，极大风速工程项目施工相关方建设单位：监理单位：设计单位：施工单位：管片生产单位：

第二章工程特点及重难点工程特点1.1工程建设意义重大本工程为x地铁试验段工程，通过该工程的建设，探索x地铁快速、经济的施工工法，试验成功后，将为x地铁后续工程建设提供针对性较强的参考和借鉴，同时可加快x地铁的建设速度，有效改善x市的交通状况，工程建设有重要意义。1.2盾构隧道洞身的富水饱和砂卵石地层，对盾构施工要求高盾构隧道埋深普遍不大，局部较浅，地下水位较高，地下水具有水流交替循环强烈，水位恢复迅速之特点。盾构需在富水饱和的砂卵石土地层中通过，盾构所通过地层中20～200mm卵石含量约占55～80%，漂石占0～22.3%（重量比），全线已发现最大漂石粒径670mm，大粒径砾石含量较高且局部富集成群。针对x地区特有地层进行合理的盾构选型和配套设施配置，在盾构掘进过程中选择合适的掘进参数和进行有效的泥水管理，在确保安全、经济的前提下保证施工进度和有效控制地表沉降。施工中易出现涌砂塌陷和盾构刀具非正常损坏而影响施工安全和质量，盾构施工风险较1.3地表环境复杂，对盾构施工时沉降控制要求高本标段全长2.572km（右线），线路呈南北向纵贯x市南郊，本段区间基本上均处于x市的中心干道——人民南路下方，线路下穿两大立交（二环路人南立交、机场立交桥）、一条铁路干线系统（火车南站），在盾构施工影响范围内的地面房屋较多，有电力调度中心四层房屋（下穿）、建委大楼、中国成达工程公司、凯宾斯基饭店等幢房屋，盾构掘进时易引起地层损失盾构下穿的人民南路两侧敷设有大量管线（城市管线主要为污水管〈最大管径达1400mm〉、雨水管及管沟〈最大管沟达3000×2000mm〉、煤气、电力管及管沟、电信管及管沟等），同时在交叉路口还有大量的横跨线路的管线存在。施工稍有不慎就有可能引起道路或管线破坏，造成不利的社会影响。施工过程如何保证地面交通和地下管线的不受隧道施工影响，保证所有交通的正常运行和地下管线的安全运行，这都对隧道施工沉降控制提出了很高的要求。1.4线路曲线段多，施工要求高省体育馆～倪家桥站区间线路选用R2000的曲线半径；设竖曲线4处，曲线半径R=3000m，倪家桥站～桐梓林站区间出倪家桥站选用R＝600的曲线半径，中间R＝700的曲线半径，靠近桐梓林站选用R＝800的曲线半径；设竖曲线6处，曲线半径R＝3000m。桐梓林站～火车南站站区间两端选用R＝500的曲线半径，中间R＝400的曲线半径；设竖曲线8处，曲线半径R＝3000、5000m。施工中对盾构掘进轴线的控制、管片选型与拼装和盾尾同步注浆要求较高。1.5盾构机经过4站3区间，共进行6次始发，4次过站，工序转换多。盾构机从火车南站下井，通过桐梓林站、倪家桥站2站，在省体育馆吊出，左右线分别在火车南站、桐梓林站、倪家桥站进行始发，工序转换较多。工程重难点及应对措施2.1盾构选型基于本工程隧道洞身穿越地层的特殊性和x地铁首次采用盾构法施工，盾构选型是本工程的关键所在，且盾构掘进是本标段工程关键线路上的关键工序，做好盾构选型，保证盾构机在富水饱和卵石土地层条件下良好的适应性和安全、快速掘进是本标段工程的重点。在施工过程中拟采取如下措施：1、组织局内技术专家进行研讨、比选，做到选型合理，设计先进。2、根据我单位多年来盾构施工经验（特别是x地区）认真分析地层有关特征和参数，供选型参考。3、进场后，立即进行地质补勘，进一步完善了工程的水文和地质资料。4、加强和国内外盾构制造商的沟通，制定科学合理的盾构选型设计。2.2盾构长距离穿越富水饱和卵石土地层的施工本工程盾构穿越的地层全为富水饱和砂卵石土层，卵石含量高达55～80%，卵石成分主要为中等风化的岩浆岩与变质岩，单轴抗压强度较高，卵石粒径以宽30～70mm为主，部分粒径80～120mm，钻孔中揭示的最大粒径约210mm，偶夹漂石，从火车南站端头井围护桩相应标高开挖出的卵石最大粒径达到360mm；地下水位较高，隧道穿越地层富水。施工时，受卵石土层的影响，刀盘、刀具由于不均匀的受力或外力的冲击，容易产生异常损坏。盾构在该类地层掘进时，刀盘、刀具和排泥管的磨损严重，盾构姿态调整与控制难度较大。如果局部大粒径卵石比预计的多时，泥水盾构的破碎机的破碎能力引起舱内大粒径卵石过量堆积。在施工中拟采取如下措施：（1）进行合理的盾构选型，针对x地区特有的地质情况进行有针对性的盾构选型。（2）有计划的刀具检查、维修与更换。盾构始发完成后，有计划地进行刀盘、刀具检查，预先采用在合适位置进行地层加固或带压作业等方式，有计划的进行刀具检查，并根据检查的结果进行刀具磨损分析、制定刀具维修与更换方案，进行有计划的刀具检查、维修与更换，确保设备完好率，提高施工效率，减少被动停机。（3）合理选择掘进参数。降低刀盘转速，减轻与卵石圆砾的碰撞冲击，减小盾构掘进对地层的扰动。适当降低掘进速度，加强盾构姿态调整与控制，保证盾构掘进方向满足规范及设计要求。（4）对泥水盾构施工应加强泥水管理，通过向泥水仓注入优质泥浆，在掌子面形成泥膜，维持掌子面的稳定，同时可降低卵石对刀盘、刀具的磨损。（5）加强泥水盾构机鄂式破碎机的维护与维修保养，通过气垫仓定期对鄂式破碎机进行日常维护与维修保养，确保设备完好率。（6）对土压盾构施工，综合利用泡沫系统和膨润土系统向刀盘前方和土仓内注入充足的泡沫和膨润土泥浆对碴土进行充分的改良，确保碴土改良效果，以减少刀盘扭矩，降低对刀盘刀具以及螺旋输送机的磨损。（7）调整注浆参数。适当加大注浆量，有效地填充盾尾空隙，并及时进行二次补充注浆，控制地表沉降。（8）针对本工程的实际情况，事先编制施工预案和进行现场准备，以防其它突发性事件的发生。2.3大漂石的处理本标段盾构穿越的地层全为富水饱和的卵石土层，卵石含量高达55～80%，卵石成分主要为中等风化的岩浆岩与变质岩类岩石，单轴抗压强度较高，卵石粒径以宽30～70mm为主，钻孔中揭示的最大粒径约210mm。根据地质详勘资料和全线地质咨询报告，盾构所通过的地层漂石（＞200mm）占0～22.3%（重量比），全线已发现最大漂石粒径达670mm，从火车南站端头井围护桩相应标高开挖出的卵石最大粒径达到360mm；大粒径砾石含量较高且局部富集成群。因此，无论选用何种盾构机，都有大粒径漂石处理问题。大漂石的处理是工程施工的难点，拟采取以下措施：1、采用面板式刀盘，对防止掌子面的坍塌有一定作用。2、盾构机刀盘上安装有切刀和双刃滚刀。两种刀具配合可以适应从极软土层至极硬砂卵石地层中的掘进。3、对大于400mm的大漂石或滚刀破岩能力不足时，考虑采用辅助措施：（1）在条件允许时优先考虑从地面加固地层，待掌子面有足够的自稳能力后，进入泥水仓/土仓利用液压锤进行大漂石的处理。（2）地表不具备加固条件时，利用盾构机上预留的超前注浆孔，对刀盘前方地层进行洞内超前注浆加固后，进仓处理大漂石。（3）洞内加固效果不佳难以确保进仓安全时，采用带压进仓方式进行处理。2.4地面沉降控制及建筑物/管线的保护工程施工影响范围内分布有类型各异的建（构）筑物和地下管线，线路下穿x市中心干道路人民南路，沿道路两侧敷设有大量管线，同时在交叉路口还有大量的横跨线路的管线存在；线路穿越两大立交（南二环立交、机场立交桥）、一条铁路干线系统（火车南站）：盾构隧道在倪家桥站～桐梓林站区间穿过二环路——人南立交，在桐梓林站～火车南站区间穿过电力调度中心四层房屋、机场立交桥、火车南站股道。施工过程如何保证地面建/构筑物和地下管线的不受隧道施工影响，保证所有的地面建/构筑物正常、安全使用和地下管线的安全、正常运行是本工程的重点。对此，拟采取如下措施：1、建（构）筑物/管线调查施工前详细调查各个建（构）筑物的结构及基础形式，事先进行摄影像及评估、备案。必要时请专门机构主持，制定变形控制管理标准；立足于信息化施工，监测建（构）筑物及管线的变化，建立变形与区间施工的相应关系，在调查的资料基础对建（构）筑物（/管线）进行计算、鉴定，确定建筑物加固处理方案。2、地面沉降控制及建筑物/管线的保护措施（1）保持盾构开挖面的稳定盾构开挖面的稳定可以通过优化掘进参数控制。掘进参数主要包括：刀盘和泥水舱压力、进排泥浆量、推进速度、千斤顶总推力、注浆压力与时间、注浆量、浆体性能、盾构姿态等。通过设定推进速度、调整排土量或设定排土量调整推进速度，确保土舱压力与地层压力的平衡。根据地层颗粒成分的变化，地下水压力等随时调整添加剂的成份、掺量等。（2）同步注浆和二次注浆为了减少和防止地面沉降，在盾构掘进中同步注浆，及时填充管片与围岩间的空隙。根据地质条件，确定浆液配比，注浆压力、注浆量及注浆的起止时间。在盾构穿越主要的建筑物区段，根据盾构掘进施工情况和地表沉降情况，必要时利用管片注浆孔进行二次补充注浆，以弥补同步注浆的不足，减少地表沉降。（3）地层加固根据建筑物/管线的结构类型及对沉降的敏感程度、沉降的允许值，制定建筑物及地面变形警界值。建立完善的监测网，及时反馈信息，及时进行跟踪注浆或补充注浆。对距离较近的既有建筑物基础，采取预注浆加固。对邻近管线，特别是重要的电力、通讯管线，及时与管线权属部门联系，加强保护，并按管线权属部门的要求做好监测，必要时采取地表跟踪注浆加固，确保管线的安全。（4）严格控制盾构机的姿态偏差量严格控制盾构机的姿态偏差量，防止因扰动地层导致地面沉降量的增加。2.5泥水长距离输送本工程盾构隧道右线长2577.305m，左线长2332.5621、采用大功率、大扬程、大排量的重型送排泥泵，其流量和扬程均具有较大的储备系数。泵的关键部件为转轴，转轴进行了耐磨保护，适应x地铁卵石土地层的磨损性介质。2、送泥泵采用1台大功率大扬程大流量重型伺服泥浆泵，排泥泵采用3台大功率大扬程大排量重型伺服泥浆泵，主排泥泵安装在盾构后配套拖车上，接力泵安装在盾构井底部，当掘进到1000m时在隧道内安装1台中继排泥泵。3、在盾构的泥水平衡仓的底部配置鄂式破碎机，对较大的卵石进行破碎；破碎机的后部设置拦石格栅，避免大卵石进入排泥管。4、泥浆系统安装电磁控制球阀和相应的旁通管路，可以实现在进排浆管中进行反循环，有效地防止在粘土地层中特别容易发生的堵管现象。5、在气仓的底部建议设计2个电磁球阀。在开挖模式下，可以在泥水平衡仓的上面实现反循环，以便清理在破碎机和仓室底部的沉积物。6、配备泥浆管线延伸系统，通过此系统保证盾构在正常掘进过程中的管线延伸，防止发生泥浆泄漏。7、采用远程控制式球阀通过PLC软件进行泥水系统的自动控制。2.6盾构机密封管理x地区地下水位较高，在富水饱和地层中掘进，做好盾构机密封的管理，防止泥沙、水泄入隧道内是施工的重点。1、密封设计图2-1铰接密封示意图（1）铰接密封设计为为双排充气密封（见图2-1图2-1铰接密封示意图（2）盾尾密封刷由三道钢丝密封刷及两个油脂注入管道构成，两道密封刷中间的空腔注入盾尾密封油脂。管片安装机设计为在必要时可以拆卸最后一环管片，以便更换后一道密封。（3）主轴承密封主轴承有两套密封系统：外密封系统负责泥水室内的密封，内密封系统则负责盾构后部的大气密封。密封材料均由耐磨聚合物制成。外密封系统是通过带有永久性失脂润滑油脂润滑和渗漏控制三重唇形密封系统进行来实现的。密封支撑直接和轴承通过螺纹连接固定在一起，并且作为主轴承结构的一部分从而充分保证同心度；内密封系统将小齿轮区和空气之间进行密封。如图2-2所示几道密封的作用：最外侧采用专用HBW脂密封保护外侧唇形密封；第二道密封脂以润滑脂保护唇形密封；第三道密封采用润滑油保护密封；第四道密封为空腔设计，可以随时在盾构机壳体内内检查主轴承密封状况。所有密封都可以在洞内更换。图图2-2主轴承密封示意图2、密封管理（1）在盾构掘进过程中，由专人监视盾尾密封情况。（2）主轴承密封管理主轴承密封的寿命可以达到5000～10000h，在区间隧道掘进过程中不需要更换，只要做好保养即可。（3）铰结密封管理若盾尾密封泄漏，由值班工程师对泄漏情况做好详细的记录。如果泄漏不太严重，调整盾尾间隙以及铰接油缸行程，及时向密封处注入油脂。如果铰接部位泄漏较为严重，则应立即停止掘进，反复打开紧急充气密封，然后反调节并紧固铰接油缸压板，同时打开管片的注浆孔进行双液注浆。（4）盾尾密封管理在盾尾的钢板中预埋了8根盾尾密封油脂注入管，盾尾油脂的注入可使盾尾密封刷和密封刷间的油脂与管片外弧面紧密结合，能阻止地下水及同步注浆浆液进入盾构机内部，防止地下水和同步注浆浆液的损失。必须确保盾尾油脂的供应量，盾尾油脂注入不满时严禁盾构掘进。盾尾油脂一般采用自动注入方式，在盾尾漏浆时可采用手动控制系统操作。主司机应平稳操作盾构机，避免急剧转弯，造成盾尾刷的损坏。若前2道盾尾刷损坏，可以在洞内进行更换。

第三章总体施工方案及施工顺序安排盾构区间隧道施工方案区间隧道采用2台盾构机施工。原计划第一台盾构机采用加压泥水平衡盾构施工右线隧道，第二台盾构机采用土压平衡式盾构机施工左线隧道。由于泥水盾构施工进度较慢，最终调整为泥水盾构施工右线隧道【火车南站～桐梓林站】和【桐梓林站～倪家桥站】区间，土压平衡盾构机在施工完成左线隧道全线后转场至倪家桥站再次始发施工右线隧道【倪家桥站～省体育馆站】区间。盾构施工顺序如图3-1。图3-1盾构施工顺序示意图图3-1盾构施工顺序示意图区间隧道分项工程施工方案（1）始发、到达端头地层加固施工方案始发、到达端头地层加固：含六个始发端头和六个到达端头，端头隧道范围主要为填土、粘土、卵石夹砂层等不稳定地层。为保证盾构始发、到达和盾构组装的安全，盾构始发和到达端头均采用井点降水，辅以跟踪注浆进行加固。加固隧道范围为端墙外纵向长度8m。联络通道（含泵房）地层加固:在YDK12+070设有一个联络通道，在YDK13+125.1及YDK13+972处各设有一个联络通道（含泵房）。地层加固均采用井点降水，辅以管棚注浆。（2）管片结构设计及生产方案盾构隧道采用管片拼装式衬砌，管片外径6000mm，厚300mm，环宽1.5m，为“3+2+1”为满足工程总体进度要求，投入6套管片模具（标准环4套，左转弯环1套，右转弯环1套），采取蒸汽养护提高管片质量、缩短管片生产周转周期。（3）盾构机组装始发方案盾构机经过六次整机始发。（4）施工运输方案施工水平运输采用38kg/m钢轨铺设单线（车站井内布置双线错车）。隧道每掘进一环，用编组列车完成材料和管片的水平运输，共配备2列编组列车，以缩短接料和长距离运输的等待时间。配备一台16T门吊完成材料、管片的垂直运输。碴土外运委托有资质的散体运输公司完成。（5）监测方案坚持监控量测跟踪，实施信息化施工，以控制地层变形和确保施工安全。（6）联络通道（含泵房）施工方案联络通道（含泵房）开挖衬砌工作根据左右线盾构施工的进展情况，YDK12+070处联络通道在左线隧道贯通后由左线向右线施工，YDK13+972和YDK13+125.1处联络通道由右线向左线施工。施工前先采用钢架在隧道内进行通道口加固，再采用专用切割机切开通道口；通道开挖采取人工使用风镐等机具非爆破开挖，碴土采用人工先装砂袋，再集中码到编组列车上运出洞；初期支护由人工配合砼喷射机、风钻等小型机具进行立钢架、网喷施工；人工铺设防水板，立设定型钢模板，通道二衬砼采用砼罐车运输、砼输送泵泵送砼入模；最后再由人工配合小型机具完成通道注浆等工作。（7）洞门施工方案洞门施工在盾构施工期间利用盾构过站、换刀等施工时间穿插进行，不影响盾构掘进的整体工期。洞门施工流程为：洞门环管片拆除，铺设止水带，人工立设定型模板，砼采用人工入模振捣，人工洒水养生。施工顺序安排（1）施工阶段划分根据本工程的规模及特点，施工期间主要分为三个阶段组织施工：⑴前期准备阶段：主要进行营地建设、围挡施工、现场布设、地质补充勘察、建构筑物和管线调查，并完成施工图设计和盾构机和管模采购或改造工作后，进行管片生产。⑵盾构隧道施工阶段：左右线盾构掘进施工及附属工程的施工。⑶退场及竣工验收阶段：工程实体完成后进行清理、缺陷修补及竣工交验。（2）施工顺序安排进场后进行施工准备阶段工程（包括营地建设、地质补勘、施工图设计、管线建（构）筑物调查、管片厂建设、管片生产等），待火车南站场地移交满足第一台盾构机进场下井组装后，右线顺序开始始发掘进，经过桐梓林站，到倪家桥站吊出。第二台盾构从火车南站进场下井组装，左线顺序开始掘进，经过桐梓林站、倪家桥站，到达省体育馆站吊出转场至倪家桥站组装始发掘进【倪家桥站～省体育馆站】右线隧道，再次到达省体育馆站后吊出。附属工程在主体结构施工期间穿插进行。

第四章盾构机选型及主要参数选型依据和选型原则盾构机的性能及其与地质条件的适应性是盾构隧道施工成败的关键。本标段的盾构选型主要依据x地铁1号线一期工程【省体育馆站～倪家桥站～桐梓林站～火车南站】土建施工项目招标文件、岩土工程勘察报告和设计图纸，参考国内已有盾构工程实例及相关的盾构技术规范，按照适用性、可靠性、先进性、经济性相统一的原则进行盾构机的选型。1.1盾构工程施工条件盾构隧道长度：区间隧道右线2561.737米，左线2317.205米；线路最大埋深：20m；隧道最小转弯半径：400m隧道结构设计：管片外径φ6.0m，管片内径φ5.4m，管片环宽1.2m工期计划：月平均进度150m。1.2工程地质、水文地质情况见第一章“工程概况”中相关内容。1.3盾构掘进区间的特点和难点见第二章“工程特点及重难点”中相关内容。对盾构机的设计要求结合本标段工程条件及工程地质特点，盾构机应具备以下功能特点：2.1基本功能要求要求盾构具有开挖系统、泥浆循环系统/出碴系统、管片安装系统、注浆系统、动力系统、控制系统、测量导向系统等基本功能。2.2对不同地质的适应性（1）对长距离在砂卵石地层中掘进的适应性盾构对长距离在卵石土地层中掘进的适应性是重点考虑的问题。这种地层砂卵石含量高，对刀盘、刀具、排泥管路的磨损性强。采购盾构时应重点考虑以下功能：①具备平衡掌子面水土压力的能力；②刀盘、刀具的高耐磨性；③合理的刀盘及刀具设计，恰当的刀盘开口率，合理的开口位置；④盾构本体在高水压状态下的防水密封性能；⑤带压进仓的功能；⑥管片壁后同步注浆系统能适应高水压。（2）具备处理大卵石和漂石的能力根据x地铁工程初勘报告及对x市内的基坑开挖情况调查分析和全线地质咨询报告，地铁所通过地层中漂石占0～22.3%（重量比），全线已发现最大漂石粒径670mm，大粒径卵石含量较高且局部富集成群。2.3精确的方向控制本工程存在500m半径线路曲线，盾构掘进区间距离较长，要求盾构导向系统具有很高的精度，以保证线路方向的正确性。盾构方向的控制包括两个方面：一是盾构本身能够进2.4环境保护盾构法施工的环境保护包括两个方面：首先是盾构施工时对周围自然环境的保护，即地面沉降满足设计要求，无大的噪声、震动等；再者要求盾构施工时使用的辅助材料如油脂、泥浆添加剂等不能对环境造成污染。2.5掘进速度满足计划工期要求为了保证本工程按期、按质、按量的完成，根据工期安排，考虑区间附属工程、盾构过站等因素，根据工期安排，日平均掘进指标在5m以上。考虑本工程地质特点，工期要求比较紧张。这要求盾构机要具有较高的掘进速度指标、良好的泥水输送和处理能力。2.6设备可靠性、技术先进性与经济性的统一盾构的可靠性是工程施工的重要保障，盾构的关键部件必须在施工过程中万无一失，做到百分之百的可靠。盾构机的可靠性表现在以下方面：⑴、整体设计的可靠性，即地质的适应性；⑵、设备本身的性能、质量、使用寿命等的可靠性。但盾构机设计同时也应该考虑到对先进技术的应用及经济因素的考虑。盾构选型及设计应该按照可靠性第一，技术先进性第二，经济性第三的原则进行。盾构机型式的确定3.1泥水平衡盾构方案根据欧美和日本的施工经验，两种不同类型盾构能够适应的地层渗水系数范围如下图4-1所示。图4-1可以看出，当地层的透水系数大于10-4m/s时，宜选用泥水盾构；当地层的透水系数小于10-7m/s时，可以选用土压平衡盾构；当地层的渗水系数在10-7m本工程隧道穿越地层的渗透系数为1.736×10-4m/s，大于10-4m/s，采用泥水盾构施工是可行的。泥水盾构利用泥浆作为支护材料，开挖面的稳定是利用泥浆的渗透形成不透水的泥膜图4-1图4-1地层渗透系数与盾构选型关系示意图土压平衡盾构能够适应较大的地质范围与地质条件，既能用于粘结性、非粘结性、有水或无水的软土、硬岩或卵石土层等多种复杂的地层；同时又具有土压平衡盾构的功能，施工速度较高，能有效的控制地表沉降。经过采取适当的辅助措施如加泥（膨润土）、加泡沫、聚合物等，可以在松散的砂、卵地层中很好地稳定开挖面，增强不透水性，从而可靠安全地掘进；特别是双螺旋的采用，即使土仓内的碴土处于液态状态，仍能连续出碴而不会发生喷涌，保证含水较高地层施工的安全可靠。另外土压平衡盾构机先进的带压作业设备人员仓加压系统、碴土报警系统及盾构机良好的密闭性能也为工程提供了可靠的保障。3.3盾构机的来源根据对本工程地质水文特点的分析，综合国内外盾构生产厂家对本地质特点的盾构机选型的参考意见，鉴于x地铁工程首次采用盾构法施工，本工程为地铁隧道区间盾构施工实验段，为了摸索和总结不同类型盾构机对x地层的适应性，为后续工程提供借鉴和参考，达到实验段施工的目的，决定在本工程的右线、左线分别采用泥水平衡盾构机、土压平衡盾构机施工。其中泥水盾构机采用曾用于重庆排水工程过江隧道的海瑞克S259泥水加压式盾构机改造而来的S367泥水加压盾构机，土压盾构机为新购海瑞克S401盾构机。泥水平衡盾构机的工作原理及工作模式盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进，推进过程中这个被称为盾构钢质组件不但要防护开挖出的土体，保证作业人员和机械设备的安全，还要承受来自地层的压力，防止地下水或流沙的入侵。泥水盾构是在盾构的前部刀盘后侧设置隔板，它与刀盘之间形成泥水仓（泥水压力室），将加压的泥浆送入泥水仓，当仓内充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，泥浆在压力的作用下缓慢向地层中渗透形成泥膜来支承掌子面稳定。根据泥水压力控制方式可以分为直接控制型泥水盾构（日本式）和间接控制型泥水盾构（德国式）。直接式控制型泥水盾构通过控制进浆泵转速或节流阀的开口比值实现压力控制（如图4-2），间接式控制型泥水盾构通过控制气压仓压力和气压仓液位实现压力控制（如图4-3）。间接控制型泥水平衡盾构与直接控制型相比，控制系统更为简化，对开挖面土层支护更为稳定，对地表沉陷的控制更为方便，所以本工程采用间接控制型泥水盾构（德国式）。图4图4-2直接控制型泥水盾构工作原理图（日本式）图4图4-3间接控制型泥水盾构工作原理图（德国式）土压平衡盾构机的工作原理及工作模式5.1土压平衡式盾构机的工作原理图4-4土压平衡工作原理示意图土压平衡工作原理：土压平衡盾构的开挖土仓由刀盘、切口环、隔板及添加剂注入系统组成。将刀盘切削下来的碴土填满土仓，在切削刀盘后面装有使土仓内土砂强制混合的搅拌臂。借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压，这一压力通过碴土及刀盘作用于整个作业面，使作业面稳定，同时用螺旋输送机排土，螺旋输送机排土量与盾构推进量相适应，掘进过程中始终维持开挖土量与排土量图4-4土压平衡工作原理示意图当土仓内的土压力大于地层土压力和水压力时，地表将会隆起；当土仓内的土压力小于地层土压力和水压力时，地表将会下沉；因此土仓内的土压力应与地层土压力和水压力平衡。碴土改良工作原理：土压平衡盾构维持工作面稳定的介质为碴土，为维持土仓内土压力的稳定和碴土的排出，土仓内的碴土必须具有：良好的塑性和流动性、良好的粘—软稠度、低的内摩擦力、低的透水性。一般情况下碴土不一定具有这些特性，刀盘扭矩较大，碴土流动困难，在土压力作用下易压实固结，容易产生泥饼或泥团，在透水性土层中，在水的作用下碴土在螺旋输送机内排出无法形成有效的压力递减，土仓内的土压力难以稳定，因此需要对开挖后的碴土进行改良，使其具有上述特性。根据地层情况，向开挖土仓内注入泡沫、粘土或添加剂，进行强制搅拌，使碴土具有可塑性和不透水性，螺旋机排土顺畅，土仓内的压力容易控制和稳定。5.2土压平衡式盾构机的工作模式针对本工程所选用的盾构机具有三种工作模式，即土压平衡模式（EPB）、敞开式(OPEN)和半敞开式(SEMI-OPEN)。土压平衡式掘进主要用于开挖面不能自稳、或地下水较多以及流塑性的软粘土地层、砂土层和卵石土层的盾构施工。土压平衡掘进可以有效地防止过大的地面沉降。盾构在土压平衡模式下工作时，盾构必须具备以下功能特点：1）盾构必须具有土仓土压监测功能，以便对土仓内的土压进行监控和调节；2）刀盘一定要适应软岩、卵石土开挖的需要，特别是刀盘开口率、刀盘开口的布置以及配置的刀具必须适应于软岩、卵石土层的开挖；3）盾构必须具有泡沫、膨润土、聚合物等添加剂和压缩空气注入系统；4）盾体本身必须具有一定的密封防水性能，具体就是指铰接密封和盾尾密封必须具有一定的防水性能；5）刀盘的主轴承密封必须能承受一定的土压力；6）用于在压力模式下人员进出土仓的人仓；7）螺旋输送机的出碴速度可以控制，可以随时关闭，并具有防喷涌的功能；8）在必要时盾构应具备超前注浆的能力，以应对特殊的地质情况。在土仓内提供平衡压力的方式主要有以下两种方式：一是在土仓内充满碴土以产生压力；二是向土仓内加注辅助材料。在本工程盾构施工中，采用土压平衡模式进行掘进。S259盾构机的改造6.1S259的现状S259盾构机于2004年10月顺利完成重庆排水工程过江隧道工程后，已经进行全面的维修保养，目前该盾构机存放在重庆，机况良好。S259盾构机仅完成掘进841.5米，这与盾构机设计寿命10Km相差较大，进行改造和维6.2S259的改造6.2根据本标段的水文地质、工期要求、周边环境等综合因素，S259盾构机需改造为开挖直径为6280mm的泥水加压式平衡盾构。盾构机按照隧道内径5.4m，管片厚度0.3m，最小转弯半径为250m，最大坡度为30‰进行设计和改造。6.21、刀盘部分S259原刀盘直径为6.6m，按本工程设计要求需重新设计制作刀盘，刀盘设计如下：刀盘直径6280mm、厚度400mm、开口率为35%、辐条式面板结构，刀盘上布置有安装各种刀具的刀座。刀盘的中心部位采用整体铸钢铸造，刀盘其他部位为焊接结构，刀盘中心装有回转接头和管路，刀具刀座定位满足所有刀具的背后安装。设计刀盘布置的刀具形式有滚刀、弧形刮刀、切刀、超挖刀。弧形刮刀对称分布，超挖刀最大超挖量为50mm。盾构机刀盘的周边设计三道耐磨条，耐磨条使用含钨、钴、镍等的合金材料，刀盘的面板采用MT焊条焊接成格栅状充分耐磨，保证刀盘在砂岩层的有效掘进。2、主机部分（1）盾壳的改造重新设计制作盾壳，盾壳各部分的尺寸为：前体外径6260mm，厚度60mm；中体外径6250mm，厚度40mm；盾尾外径6240mm,厚度40mm。盾壳材料采用优质结构钢。盾壳焊接采用自动焊。超前注浆孔分布在盾壳的上半周；盾尾密封刷为四道，承受压力为4.5bar；对盾尾铰接密封进行优化设计，铰接密封的盘根采用弹性及韧性较高的橡胶材料，使其能承受4.5bar的压力，保证能在盾构施工中最小转弯半径为250m（2）主机部件的安装①部件安装基座及框架的调整对相关部件的安装基座及框架进行调整以满足原机部件的安装尺寸，如管片安装机行走架、铰接油缸座、推进油缸座、破碎机安装座、齿轮油泵及配套油箱安装座、污水泵机座、ELS靶架、阀组固定架、控制盒接线盒架等，主机内楼梯和人行踏板等；②部件的安装完成上步工作后将原机部件移入安装，安装按从前向后顺序进行，部件安装完成后进行液压、电气管线的连接。主机内的传感器及电磁阀等电气元件安置在易于维护的位置，电气接线盒安置在人行踏板侧。③增加或更换相应的系统部件。完善自动化报警装置，增加开挖掌子面支撑力低于下限报警系统系统部件。推进系统、铰接系统、管片安装机系统液压管线采用无缝钢管和压力软管连接。对增加或更换的部件，根据需要在盾壳内安装相应的阀组、传感器及液压电气管线路配套设施。拆除拖车上冗余的原机部件。④其他盾构进场装机前一个月安装尾刷，装机时进行铰接密封和紧急气囊的安装。（3）后配套①连接桥及拖车架的改造根据5.4m的隧道内径，改造拖车及连接桥高度和宽度。拖车框架具体尺寸按照8.5m（长）×3.7m（宽）×3.1m（高）进行改造。②后配套部件的布局调整后配套尺寸改小后，其上部件布局包括安装基座作局部调整。部件布局严格按照净空高4.7m，宽5m进行调整，必要时部件可进行拖车与拖车之间的移位。布局考虑部件工作时的散热性能，便于安装和拆卸，及系统的维护和修理。拖车液压管路位于拖车架上部两侧，以提供拖车架内更大的空间，泥水输送管道从拖车的上方通过，在2号拖车管路移至左侧位置；人行踏板在拖车的两侧。（4）控制系统控制系统进行升级，扩展功能。控制系统采用无风扇西门子S7系列。工业电脑（PDV）进行软件升级满足盾构完善的报警要求需要。6.2改造后的盾构机按照“表4－1”所列项目进行检测，如检测合格表4－1S259各部件现状表及改造后性能表序号位置项目名称出厂参数现状维修、保养及改造方案备注1盾构整体机体总长大约8.17m（除刀盘外）；前盾外径6570mm;中体外径6560mm;盾尾外径655基本无磨损盾壳厚度前体厚度60mm；中体50mm；盾尾50mm前体厚度60mm；中体50mm；盾尾50mm；盾壳厚度基本无磨损更换新盾壳，新盾壳前体厚度60mm；中体40mm；盾尾40mm盾尾间隙盾尾间隙为130mm130mm，盾尾基本无变形，部分磨损更换新盾壳后盾尾间隙为75mm，需要更换3道全新的盾尾密封装备总功率2200KW2200KW，设备完好设备完好，只需进行日常保养即可投入使用最大掘进速度最大掘进速度80mm/min；较土层中的推进速度：80mm/min；设备完好最大掘进速度符合工程施工需要盾尾密封4道钢刷式密封4道密封刷，部分磨损更换4道全新的盾尾密封刷2刀盘开挖、超挖直径标准开挖直径为6600mm；超挖直径为6700标准开挖直径为6600mm；超挖直径为刀盘需要改造，改造后刀盘开挖直径6280m；仿形刀具性能良好，完全满足本工程的需要本盾构配置有仿形刀驱动形式液压驱动液压驱动驱动能力满足本工程需要，只需对设备进行日常保养维护开挖范围选用刀盘标称直径：6600mm选用刀盘标称直径：6600mm最大转速5转/分5转/分转速适合本工程需要最大扭矩最大扭矩：3500KN.m最大扭矩：3500KN.m经过计算扭矩完全适合本工程施工的需要扭矩系数α=20α=20扭矩系数是个估算值，根据日本盾构以及欧洲盾构的常用计算公式进行取值3铰接装置型式随动式锥形铰接随动式锥形铰接铰接密封部分出现渗漏需更换铰接密封中体与盾尾由12根铰接油缸相连，油缸行程150mm，总拉力8000KN，铰接机构适应本工程的需求；在盾壳改造后油缸布局需作相应的调整，需要更换全新铰接密封最大行程差（垂直、水平）垂直、水平：10-140mm垂直、水平：10-140mm部件功能完好，不需要改造；需要进行常规的保养维护最大转角（垂直、水平）约为30约为30盾构机的最小转弯半径为250m4仿形刀型式液压自动控制仿形刀液压自动控制仿形刀，刀具有轻微磨损对刀具进行常规维护和整修最大超挖量50mm50mm完全适合工程需要数量1个1个5搅拌器本盾构机没有配搅拌器6传感器土压传感器6个6个，传感器完好需要进行日常维护保养液压传感器50个50个，传感器完好需要进行日常维护保养7润滑系统各阀件性能良好良好需要进行日常维护和保养中心回转接头1个1个；状态良好由主润滑泵提供润滑，工作状态良好。铰接密封8根油脂注入管8根油脂注入管工作状态良好，无堵塞现象驱动部密封外密封、内密封外密封、内密封；外密封有轻微磨损外密封系统是通过带有永久性失脂润滑油脂润滑和渗漏控制三重唇形密封系统，内密封系统则负责盾构后部的大气密封。密封性能良好供脂距离约20米约20米系统工作正常油脂泵供脂流量约12.5ml/min可自动控制约12.5ml/min可自动控制系统工作正常，状况良好，需要日常保养供脂压力4~8bar，可调4~8bar可调设备状态完好，正在保养盾尾油脂3~10bar可调3~10bar可调8管片安装机类型全液压6自由度管片安装机全液压6自由度管片安装机，状态良好需要对设备进行必要的维护和润滑。设备状态完好，满足本工程的需要转速0.5m/s0.5m/s；状态良好满足本工程的需要提升能力最大扭矩：150KN.m；纵向驱动：50KN；吊起/举升：120KN最大扭矩：150KN.m；纵向驱动：50KN；吊起/举升：120KN；状态良好设备状态良好，满足本工程的需要径向行程径向行程：1000m;机身旋转角度：±220°；安装机头径向旋转：±2.5°；安装机头轴向旋转：±2°；倾斜：±2°径向行程：1000m;机身旋转角度：±220°；安装机头径向旋转：±2.5°；安装机头轴向旋转：±2°；倾斜：±2°设备状态良好，满足本工程的需要轴向行程2000mm2000mm；状态良好设备完全符合工程施工需要9整圆器没有配置整圆器10液压油缸推进油缸顶力总推力：37000KN总推力：37000KN；状态良好设备状态完好，经过计算完全满足本工程的需要系统状态良好行程2000mm2000mm状态良好，满足本工程的需要数量28根28根分为四个区域单独控制，提供更强的操作灵活性工作压力工作压力200bar，设定最大压力250bar工作压力200bar，设定最大压力250bar状态良好最高压力最高工作压力350~400bar左右最高工作压力350~400bar左右状态良好铰接油缸顶力8000KN8000KN；状态良好满足本工程的需要行程150mm150mm；状态良好满足本工程的需要数量12根12根满足本工程的需要工作压力150bar150bar满足本工程的需要最高压力200bar200bar满足本工程的需要管片拼装机提升油缸顶力120KN120KN；设备状态良好满足本工程的需要行程1000mm1000mm；状态良好满足本工程的需要数量2台2台；设备状态良好满足本工程的需要工作压力220bar220bar；设备状态良好满足本工程的需要最高压力220bar220bar；设备状态良好满足本工程的需要管片拼装机平移油缸顶力50KN50KN；设备状态良好满足本工程的需要行程2002000mm；状态良好满足本工程的需要数量2台2台；设备状态良好满足本工程的需要工作压力200bar220bar；设备状态良好满足本工程的需要最高压力220bar220bar；设备状态良好满足本工程的需要管片拼装机保持油缸顶力800KN左右800KN左右状态良好，满足本工程的需要行程40mm40mm状态良好，满足本工程的需要数量1台1台状态良好，满足本工程的需要工作压力100bar左右100bar左右状态良好，满足本工程的需要最高压力约110bar约110bar满足本工程的需要仿形刀油缸推力1410KN1410KN；状态良好满足本工程的需要行程50mm50mm；状态良好满足本工程的需要数量1把5刀刃滚刀1把5刀刃滚刀设备状态良好,本工程刀具拟改为齿刀满足本工程的需要工作压力60~200bar60~200bar满足本工程的需要最高压力200bar200bar满足本工程的需要管片运送器油缸顶力200KN200KN；设备状况良好够满足本工程的需要行程径向100mm轴向1500mm径向100mm轴向1500mm满足本工程的需要数量径向4台轴向1台径向4台轴向1台设备状况良好，能够满足本工程的需要工作压力200bar200bar能够满足本工程的需要最高压力220bar220bar能够满足本工程的需要11液压马达刀盘马达正常压力40~45Mpa左右40~45Mpa左右实际施工中正常工作压力在6~20mp左右变化，设定的最高工作压力为25Mpa马达转速2000~2650Rpm扭矩2785NM2785NM设备能力完全能够满足本工程的需要数量8台8台设备能力完全能够满足本工程的需要工作压力6~20mp6~20mp设备完好最高压力25mp25mp设备完好管片拼装器回转正常压力21~31.5Mpa21~31.5Mpa，状态良好完全满足本工程的需要转速48Rpm扭矩9061~13500N.M9061~13500N.M设备状态良好，完全满足本工程的需要数量2台2台，设备状态良好完全满足本工程的需要12液压泵刀盘回转排量750~800L/min750~800L/min设备状况良好，完全能够适应本工程需要工作压力35~40Mpa35~40Mpa，状态良好完全能够适应本工程需要转速1600rpm1600rpm状态良好完全能够适应本工程需要数量2台2台施工末期油样化验结果清澈的黄色，没有游离水和沉淀物清澈的黄色，没有游离水和沉淀物状态正常运动粘度：67.77；水含量%vol.：<0.05；闪点>190℃掘进和铰接排量124~170L/min124~170L/min状态良好完全能够适应本工程需要工作压力35~40Mpa35~40Mpa,状态良好完全能够适应本工程需要数量1台1台转速1800~2200rpm1800~2200rpm完全能够适应本工程需要施工末期油样化验结果清澈的黄色，没有游离水和沉淀物清澈的黄色，没有游离水和沉淀物，状态正常运动粘度：67.77；水含量%vol.：<0.05；闪点>190℃管片拼装器的回转排量210~252L/min210~252L/min，状态良好完全能够适应本工程需要工作压力28~35Mpa28~35Mpa，状态良好完全能够适应本工程需要数量1台1台转速1800rpm1800rpm，状态良好完全能够适应本工程需要施工末期油样化验结果清澈的黄色，没有游离水和沉淀物清澈的黄色，没有游离水和沉淀物，状态正常运动粘度：67.77；水含量%vol.：<0.05；闪点>190℃仿形刀排量42~84L/min42~84L/min，状态良好完全能够适应本工程需要工作压力28~38.5Mpa28~38.5Mpa，状态良好完全能够适应本工程需要数量1台1台转速3000rpm3000rpm，状态良好完全能够适应本工程需要施工末期油样化验结果清澈的黄色，没有游离水和沉淀物清澈的黄色，没有游离水和沉淀物状态正常运动粘度：67.77；水含量%vol.：<0.05；闪点>190℃13刀盘设计和刀具布置刀盘设计刀盘对复合地层的适应性刀盘的改造：原有刀盘尺寸偏大需要进行改造。改造后的刀盘直径为6280mm，刀具的刀座进行合理布局。改造后刀盘为辐条式面板结构，在刀盘上焊接有安装各种刀具的刀座。刀盘和主驱动通过一个很厚的法兰盘连接，刀盘背面和法兰盘通过四根Ф600mm，壁厚100mm的钢管焊接在一起，以传递足够的扭矩和推力。刀盘可以双向旋转。刀盘厚度400mm，长度1500mm，刀盘总重约50t；为了保证刀盘的整体结构强度和刚度，刀盘的中心部位采用整体铸钢铸造，周边和中心部件在制造时采用先栓接后焊接的方式连接。根据对刀盘设计模型在岩层模式下对每把刀具加载荷载的有限元分析结果显示，刀盘的强度和刚度均满足本标段施工的要求；刀盘的开口形式：进料口16个（8个主进料口+8个辅助进料口），均匀分布，刀盘开口率35刀盘的开口率刀盘的开口率为35%；通过经验计算以及同国内专家们的讨论，开口率完全能够满足本工程盾构施工的需要刀间距的布置间距：200刀具布置中心刀的类型根据实际地质情况考虑开口率要求配置4把中心滚刀，这样的设计完全可以满足根工程的需要先行刀本刀盘没有配置先行刀切刀/刮刀数量刀盘上布置了64把切刀和16把刮刀，各种刀具的高度差滚刀刃距刀盘面板的高度为16014人闸气压设备性能良好，完全能够满足本工程的需要保压泵碴装置采用泥水输送系统出碴，性能良好，满足本工程要求碴土改良装置碴土性能通过进料泵的泥浆进行改良，泥浆制作系统良好，完全能够满足本工程的需要有效的开挖面辅助支撑系统性能良好，完全能够满足本工程的需要15排碴超过上限的报警系统性能良好，满足本工程要求开挖掌子面支撑压力低于下限的报警系统安装相应传感器，升级软件即可满足本工程要求泥仓碴土的表观密度低于下限的报警性能良好，满足本工程要求盾构机掘进所配置的加气加压设备及防喷涌装置使用情况说明在我集团承建的重庆排水工程过江隧道施工中，盾构机的加气加压及泥水输送等设备运行良好。这些设备在使用中体现出良好的性能，主要体现在控制简便、灵活，设备运行非常稳定。该设备在施工与停机时进行了有计划的保养，我集团还特邀请了海瑞克的专家进行一道检测，并进行分析，对设备的在使用和维护上的操作记录进行了研讨，拟定了更合理的使用和维保规程，这对该设备在本工程中的使用提供了良好的基础并给与了保障。盾构机的主要组成与功能描述盾构是集开挖、出土、支护、注浆、导向等功能于一体的综合性设备，不同形式的盾构其主机结构特点及配套设施也是不同的。以下就本工程采用的泥水平衡盾构和土压平衡式盾构机的主要组成及功能分别予以描述：7.1泥水平衡盾构机的主要组成及功能描述泥水加压式盾构在结构上包括刀盘、盾体、人仓、碴土破碎系统、泥浆输送系统、管片安装机、管片小车和后配套拖车等；在功能上包括开挖系统、主驱动系统、推进系统、泥水系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、激光导向系统及通风、供水、供电系统等。功能描述如下：7.1.1（1）刀盘刀盘用来切削土体，也有支承掌子面的功能，同时具有搅拌泥土的功能。1）结构形式刀盘采用面板式结构，刀盘上焊接有安装各种刀具的刀座。刀盘通过法兰盘和主驱动连接，可以传递额定的扭矩和推力。刀盘中心装有回转接头和管路，以便联接超挖刀液压管路和聚合物注入管路。刀盘安装在主轴承的内齿圈上，通过8个液压马达驱动，刀盘支承在组合式大型滚柱轴承上。刀盘设计为双向旋转，转速可调。刀盘标称直径6280mm，刀盘厚度400mm，从法兰盘底面到刀盘面板高1200mm，刀盘总重约50t。为了保证刀盘的整体结构强度和刚度，刀盘的中心部位采用整体铸钢铸造，周边和中心部件在制造时采用先栓接后焊接的方式进行连接。2）刀盘的开口形式刀盘开口设进料口16个（8个主进料口+8个辅助进料口），每个进料口都焊有隔栅，用以阻止较大粒径碴块的进入，刀盘开口率为35%，便于土碴的流动，保证顺利出碴，在维修或换刀时可关闭泥浆管闸门，保证土仓内的压力及开挖面的稳定。3）刀盘的耐磨设计刀盘结构的保护是通过在刀盘开口部分和外缘焊接硬化表面。在刀盘每个进碴口的周圈进行硬化处理并堆焊耐磨材料；在刀盘的中心和外缘进行硬化处理并堆焊耐磨材料；在刀盘外圈设有保护刀具。盾构机刀盘的周边焊有三道耐磨条，刀盘的面板用进口MT焊条焊接有格栅状的耐磨材料，充分保证刀盘在岩层掘进时的耐磨性能。刀具排列的设计也能保护刀盘结构和刀座防止磨损。4）刀盘驱动及支撑形式刀盘驱动采用液压驱动，由八个液压马达通过八个减速箱来驱动刀盘。整个液压驱动系统采用闭式系统，这样盾构液压机械效率和容积效率较高。刀盘采用中间支撑方式。盾构机刀盘主轴承采用在隧道掘进机配套方面富有经验的轴承制造商RKS或ROTHEERDE公司的产品，主轴承外径Φ3200mm，主轴承的密封系统采用五道注脂密封构成，密封保护通过3种注射实现，主密封的设计寿命为5000h，主轴承的设计寿命为10000h。（2）刀具盾构刀盘面板装有撕裂刀、滚刀、刮刀、切刀和中心羊角刀，大多数刀具采用螺栓连接在刀盘面肋板上，可在泥水室内检查或更换刀具。本工程刀盘配置的刀具形式见表4-2。表4-2盾构机刀具形式盾构机刀具配置双刃滚刀：用于软、硬岩掘进，卵石、大漂石的破碎，刀刃距刀盘面