控制盾构施工中的地表沉降

控制盾构施工中的地表沉降第1页/共25页

西气东输二线工程是我国第一条引进境外天然气的大型管道工程，是国家“十一五”重大项目。在江西省九江市与湖北省武穴市之间穿越长江，隧道水平长度为2590m，隧道建成后，铺设一条直径为1219mm，压力10MPa的天然气管道。工程主要由竖井施工、管片预制和盾构掘进三部分组成。盾构机由始发竖井出发，分别经过750m泥质砂岩、1800m砂层和40m粉质粘土层后到达接收竖井。一工程概况第2页/共25页二小组概况小组名称管道四公司西气东输二线长江盾构项目部QC小组成立日期2009年1月小组类型现场型注册时间2009年8月课题名称控制盾构施工中的地表沉降组长刘广仁活动时间2009.08～2009.11注册编号GDSGS-09-08活动次数每周5次，共80次，出勤率100%QC教育时间人均80小时序号姓名性别年龄文化程度职务/职称小组分工1刘广仁男32大本经理/工程师QC方案策划2常喜平男30大本技术负责人/工程师方案实施3陈清锁男42大专副经理/助工方案实施4张

磊男28大本施工部长/助工方案实施5胡庆立男31大本质量部长/助工方案实施6王春征男27大专测量组长/助工方案实施7赵雪峰男27硕士盾构操作手/助工方案实施8程慧女27硕士技术员/助工方案实施9沈技男26大本盾构操作手/助工方案实施10杜伟男27本科技术员/助工资料整理第3页/共25页三选题理由

根据《地下铁路工程测量规范》相关规定:隧道在软弱地层掘进时,不能使地面或构筑物产生裂缝，地表沉降必须控制在－10mm～＋30mm以内。

09年8月盾构掘进至大堤前的河漫滩时，我小组对地表沉降进行观测，并将沉降值进行统计。

测量地表沉降第4页/共25页三选题理由大堤前河漫滩段地表沉降值统计表掘进里程(m)沉降值(mm)沉降平均值(mm)允许值(mm)2100＋2727-10~+302110＋26-10~+302120＋28-10~+302130＋25-10~+302140＋29-10~+30

由上表可以看出河漫滩的沉降平均值为+27mm，最大值为+29mm，已经接近最大允许值+30mm。因此，盾构以现有沉降水准穿越大堤是相当危险的。第5页/共25页1．地表覆盖层薄,土质松散

长江盾构穿越工程在穿越黄广大堤和进洞段施工时，盾构机的最小覆土层厚度仅为8米，是目前国内微型盾构机穿越最薄的覆土层厚度，且该段穿越地层主要为松散的粉土、粉砂层。三选题理由覆土厚度仅8m第6页/共25页三选题理由2．沉降关乎大堤、隧道安危大堤一旦发生大量沉降，不但会造成巨大的经济损失，而且将直接影响境外气源对国内的输送，甚至会威胁到武穴市人民的安全。盾构施工时必须控制住大堤和进洞段的沉降，确保盾构顺利安全贯通。因此，我QC小组将“控制盾构施工中的地表沉降”作为活动的课题。黄广长江大堤第7页/共25页四活动目标

隧道在大堤和进洞段掘进时,为使大堤与地层结构稳定,将地表沉降控制在－5mm～＋25mm以内。

观测桩号沉降量(mm)+30-5+25+20+10沉降允许范围150100150200250300第8页/共25页地表沉降量过大鱼刺图法泥水压力变化大蛇形掘进料XX管片变形泥浆性能差制图人：常喜平赵雪峰制图时间：2009年8月15日五原因分析机盾构机振动大连通阀不灵活人注浆压力控制差注浆不均匀环地层障碍物地层突变第9页/共25页五原因分析序号项

目要

因

确认确认方法负责人要因判断1注浆效果较差注浆不及时、压浆量不足及注浆压力不适当造成土体原状失衡。调

查分

析王春征是2盾构掘进振动掘进振动在卵石层和岩石层比较严重，但在砂层掘进振动对地层扰动很小。调

查分

析张

磊否3泥水压力变化大泥浆压力控制较差，无法有效地起到支撑地层的作用，造成刀盘前的土体失稳沉降。调

查分

析张

磊是4管片变形地层压力过大及导向油缸反作用力都会造成管片变形，增大地层空隙。现

场验

证赵雪峰刘新宽是5泥浆性能差在松散的地层中掘进，泥浆的性能差，流失严重，无法形成有效的泥膜，造成刀盘前土体失稳沉降。现

场验

证胡庆立是6盾构机后退盾构机因地层压力过大或操作原因后退，会造成开挖面土体坍塌，但可以通过调整油缸压力解决。现

场验

证沈

技否7地层中障碍物在掘进中发现有障碍物时会及时派人进行清除，不属于主要原因。现

场验

证沈

技张树凯否8蛇形掘进盾构机不能按照轴线掘进，上下起伏较大，产生超挖现象。调

查分

析胡庆立否第10页/共25页通过原因分析，我们确定出如下四条要因:

五原因分析泥浆性能差管片变形泥水压力变化大注浆效果差要因确认第11页/共25页六制定对策序号要

因对

策目

标措

施负责人1泥水压力变化大采用气压掘进模式使泥水舱压力和地层水土压力始终保持平衡状态。指导盾构司机学习，使其掌握在砂层和粉质粘土层中应用泥水加压平衡模式掘进。张

磊2注浆控制较

差严格控制注浆量与注浆速度使浆液能够及时均匀的填充盾尾空隙、减少对地层的扰动。按照相关技术要求控制注浆压力、注浆量保证注浆的及时性。王春征3管片变形提高成型隧道的稳定性控制管片变形在一定范围内,不对土体产生影响。提高管片拼装质量,将管片连成整体,减小推进油缸压力。张

磊刘新宽4泥浆性能较差调配高性能泥浆使泥浆较好地起到护壁作用。实验调配不同泥浆样本,并做好记录，并加强对泥浆工的技能培训。胡庆立第12页/共25页七对策实施实施一:采用气压掘进模式第13页/共25页

本工程采用单液浆进行同步注浆，管片单环理论注浆量为1.8m3/环，而实际注浆量控制在理论值的130%-180%，本工程注浆量为3m3/环。实施二:适当增加背填注浆量盾壳管片地层七对策实施砂浆填充中第14页/共25页

根据长江盾构工程的地质条件，调制一种适于掘进的泥浆，使泥浆的比重、粘度、滤失性、润滑性等指标符合现场施工要求。实施三:调配高性能泥浆七对策实施实验调配泥浆第15页/共25页

同时，现场安排质检人员时刻检测泥浆的性能，并根据现场实际需要调整泥浆参数来保证开挖面稳定，防止土体坍塌。实施三:调配高性能泥浆七对策实施检测泥浆粘度第16页/共25页实施四:提高成型隧道的稳定性

为了增加隧道的整体稳定性，在大堤及进洞段拼装带有预埋钢板的管片，钢板宽130mm，厚度为10mm。七对策实施预埋钢板的管片第17页/共25页拼装后的管片示意图七对策实施

当拼装好一环管片后，每两片之间用10mm厚的钢板焊接连接，每两环之间用[12槽钢均匀焊接连接5处。实施四:提高成型隧道的稳定性第18页/共25页八实施效果

9-11月QC小组对300个沉降观测桩进行观测，沉降观测桩的沉降观测数据统计如表所示：序号沉降量（mm）观测桩数量占百分比1>+25002+25~+205418%3+20~+1018963%4+10~04515%50~-5124%6<-500统计人：胡庆立时间：2009年11月30日第19页/共25页八实施效果活动前活动目标活动后活动前活动目标活动后29mm25mm23mm圆满完成活动目标

经统计，截至到11月底，隧道轴线上观测桩的最大沉降量未超过盾构施工规范要求（-10mm至+30mm），300个桩位的沉降量都在-5mm～+25mm以内。第20页/共25页九成果巩固

1．根据本次活动取得的成果，重新修订了《盾构施工地表沉降观测方案》，并将其进一步运用到工程施工中。

2．为了保证此次活动的成果得到有效应用，配置好各方面资源，使其能够达到预期的目标，项目部制定了严格的管理制度，并将此列入修订的《施工技术方案》中加以推广，避免本次QC活动攻关的问题日后再次影响施工。第21页/共25页九成果巩固第22页/共25页十总结和下一步计划

通过这