北京铁路地下直径线气垫式泥水盾构施工风险及控制

1北京铁路地下直径线气垫式-泥水盾构施工风险及控制孙善辉盾构及掘进技术国家重点实验室中国.郑州中铁隧道集团有限公司2一、泥水盾构工作原理二、基本构造三、施工风险及控制四、结束语交流目录一、泥水盾构工作原理两种掘进模式：泥水平衡模式（直接控制）和气压平衡模式（间接控制、又叫D模式）。泥水平衡模式：刀盘后侧设置隔板，它与刀盘之间形成泥水压力室，将加压的泥水送入并充满泥水压力室后，通过加压作用和压力保持机构，来谋求开挖面的稳定。对于不透水的粘土，使泥浆压力适当大于围岩主动水土压力来保证隧道开挖面的稳定；对于透水性大的砂性土，泥浆渗入到土层内一定深度，于很短时间内在土层表面形成泥膜，改善围岩的自承能力，并使泥浆压力在开挖面上发挥有效的支护作用。

气压平衡模式：也叫间接控制模式或“D”模式，它由空气和泥水双重系统组成。在盾构的泥水室内，装有一道隔板，将泥水室分割成两部分，在隔扳的前面充满压力泥浆，隔板后面（盾构轴线以上部分）加入压缩空气，形成气压缓冲层，气压作用在隔板后面的泥浆接触面上，因此可通过泥水和空气双重系统来控制开挖面的支护压力。该过程由操作者根据液位、压力传感器信息控制，设备上还有自锁系统进行自我保护，故该模式更适合于围岩不稳定和沉降控制要求高的地质情况。优缺点对比：日系、德系。地层适应性。泥水盾构特点1.在复杂及不稳定地层中能稳定开挖面；2.泥水传递速度快而且均匀，开挖面平衡土压力的控制精度高，对开挖面周边土体的干扰少，地面沉降量控制精度高；3.刀盘、刀具磨损小，出土采取泥浆携带；4.刀盘所受扭矩小，更适合大直径隧道施工；5.适用于软弱的淤泥质粘土层、松散的砂土层、沙砾层、卵石层和硬土的互层等地层。特别适用于地层含水量大、上方有水体的江河湖海隧道。6、缺点：费用高，泥水处理场占地面积大。二、基本构造及部分系统下面以气压平衡式泥水盾构为例，介绍泥水盾构特有的系统，主要内容包括盾构构造介绍、泥水循环系统、气体保压系统等。泥水盾构构造

泥水盾构结构主要包括刀盘、盾体、主驱动、人仓、管片安装机、设备梁及吊机、推进缸、保压装置、破碎机等，拖车上布置的设备主要包括主排浆泵、控制室、空压机、砂浆管、电器设备、水泵水箱、泥浆管延伸装置等。不同的盾构厂家，其布置不同。刀盘前盾中盾盾尾管片开挖仓气垫室泥水仓门管片拼装机设备桥推进油缸主驱动电机米字梁主轴承破碎机人仓门人仓进浆管排浆管减速器盾尾密封刷真空吸盘盾构后配套拖车泥水循环系统

泥浆循环的方式包括旁通模式、开挖模式、反循环模式、隔离模式和长时间停机模式。旁通模式开挖模式反循环模式隔离模式长时间停机模式气体保压系统

该系统的主要功能就是保证开挖面的压力稳定。这也是间接控制式泥水盾构的主要特点。泥水仓的压力稳定是直接关系到掌子面稳定的重要因素，为保证工作面压力的稳定，泥水盾构提供了一套专门的压缩空气系统。该系统气源由空压机提供。气体通过空压机出口上方的粗滤器，然后通过两条独立的管线分配到人闸和开挖室。该系统布置了两套独立的压力调节系统，能根据设定值，自动调节气仓内压力，使气仓内压力一直稳定在设定值。目前是使用的一般是SAMSON公司产品。其原理为，当压力降低或升高，与设定值有偏差时，通过压力的反馈，调整进气阀或者排气阀，对气仓内进行补气或排气，使压力逐渐升高或降低到设定压力值，直至与设定值平衡。因为掘进时液位总是存在一定的波动，其压力有一定变化，SAMSON系统能根据压力的反馈，及时对气压进行调整。压力调节器进排气阀三、施工风险及控制措施下面以袄北京铁鲜路直径亡线12m级泥王水盾反构为敏例，遗从盾济构运准输、或组装吃调试爱、始惰发、幅接收溪、穿另越风亩险源集及盾就构机仿主要猎部件候及系笼统(刀盘瞎刀具室、主翠驱动争、推眨进系妄统、盯循环答系统犁等)等方吹面，意介绍布其技魄术难缴点、碗风险收及对江策措钱施。（1）工程堡概论隧道全谋长62欢82悲m，其中517沾5m隧道口采用寨盾构计法施赤工。凤盾构毕法隧肌道采塞用一休台全止新的Φ11说.97神m膨润土—气垫式假泥水加纱压平衡错盾构机话施工。盾构由毫天宁寺游桥北4#竖井辨始发晒，沿宫天宁补寺桥似、西然便门黑桥、妙宣武笑门西膀大街暖，前盗门东达大街且，最训后到飞达终捏点祈灭年大茂街和掠暗挖蝴扩大往段对乘接后暮，在灵洞内叼解体嫁拆除俗吊出毯地面孩。盾构隧论道管片偶内径Φ10樱.5崖m，管笔片外肠径Φ11权.6射m，环存宽1.犬8m。管博片环玩采用侍通用笼楔型润环，连每环乞管片沾由6块标准录块、2块邻接歌块和1块封顶僵块共九沈块组成巴。（一）盾构始发盾构缎隧道敞主要劈燕穿越抗的地降层以画卵石榴土、蒜圆砾线、中选砂、霸粗砂牲为主甩，向贩西卵眠石粒柴径逐裤渐加谜大。咱一般妈粒径20～40固mm，最大义粒径为550煎mm，大改于20裁mm的颗粒讲含量约改占总重茄的60%，亚圆非形砾石茎，中粗宇砂充填齿。盾构隧淋道所在轻地层主禁要为空乎隙潜水扛和孔隙汪承压水邻，地层摆最大渗神透系数K=偏15病0族m/谋d潜水，宇最大水咱土压力食为3b的ar。地摄下水侮位埋追深为23.扩13～24.软31。（2）盾抚构始旱发1）端头乱加固效愧果检查①端挂头加巴固土觉体强管度检膨查；②地洽下水恋位检普查。2）洞门踪蝶凿除为了防妥止洞门义破除后篮发生涌数水涌砂惯现象，布先将1该m厚的续地下连足续墙凿备除0.判6m,付剩余0栏.4m剪的保护书厚度，件洞门中嫌心鱼尾遍刀部位夺Ф1.念4m范垄围内多刑凿除0达.2m县，并将盯外露的匆玻璃纤京维筋全蜜部割除扇取出，余炕下连每续墙漠由刀兽盘直事接破贼除。3）始发露件安装①设计探：强度酸、刚度币、精度结要求；②安锣装：挑精度麦、安炉装顺勇序、卧安装问质量范；③始帽发件彻相对扣位置弟、模圾拟掘吹进。（3）盾丛构组铁装调笛试1）编纯制相叠关专趟项方孙案，擦组织帮召开串专家绣论证洞会；2）大件腾吊装、境翻身安元全（规岗范、试霸吊、溜索钩）；3）大焰件运影输进任场顺木序应杯与下较井组怜装顺贩序相轿协调弊；4）盾构款组装调角试过程佣严格管会控，防某止关键责遗漏、群错装；5）刀侄盘主里驱动责的连荣接、阀液压马管路雨的连术接、此主驱胜动油局脂管购路的豆连接宅、盾作体的叠连接屑及焊范接等第；6）相宾关验吊收工穿作（概盾构察组装聪调试孝验收林、始婚发条驻件的净验收锈、配殖套系阁统的乳验收申等）粮。（4）试掘编进1）风险吼：始发醋基座、妨反力架金变形；相洞门密沾封外翻灵、喷涌绵；掌子蔬面坍塌佳；盾构若姿态差勒等。2）始发夹注意事怕项①第锡一环尤负环痛管片厦拼装置质量躬（焊笔接临卸时反届力装畅置、低与反歉力架染垂直笔密贴后、防匆椭圆死变形饥措施谱等）希；②第腥一环春负环给缓慢哀平稳辅推出堡盾尾叛，及越时支腰撑稳钉定；③防犹扭块课的作退用及峡割除④刀因盘初苦始贯饱入洞款门注刑意事哄项（方润滑牺油脂绳、刀病盘初肌始转汇动等嚼）⑤初躁始泥猛浆循翁环及协贯入脸连续腐墙注桥意事急项（兔无需坐减压混，仅箱保持程泥浆说循环隙维持朝盾构井掘进派即可幅）⑥掌子朝面压力帖建立（格在盾构轨主机进戒入洞门然前，压逢力从小密到大逐猪渐建立霜），泥袖浆循环担不可长产时间不叹掘进状幅态下进秒行掘进搬模式循砌环；⑦及时像封闭至阿关重要关。粉质粘专土地层砂砾需石/砂卵成石地俊层砂砾石摸、砂与昆粘土交绵互地层典型地妈层（二）盾构地质适应性1、刀咱盘刀哭具改见造与孕地层村适应萄性第一次研刀盘改元造对比判图砂卵石穗板结地汁层抗压强聋度23霜MP龙a原切暗、刮局刀原切、敌刮刀新切、赠刮刀保护刀刀具名称原有数量改造后数量切刀296把296+48+16=360把重型撕裂刀320周边刮刀1632中心刀12把切刀鱼尾状5把双联滚刀双刃滚刀034单刃滚刀08焊接合金刀096刀盘外周和过渡区撕裂刀052其中26把焊接可更换，26把不可更换改造玻情况禁表第二次探刀盘改六造（带蛋压动火宿）改造味原因皂：①犯滚刀牧刀间夹距过理大无粘法有啄效松蒙动土猫层；顽②严皇重的值“泥辟饼”分及“矩土包柏石”晓严重乞磨损骗、破余坏刀盛盘刀隶具；眼③切蛋、刮刚刀螺期栓受音大卵遮石剧渗烈冲智击疲剃劳断流裂，删导致准大批踢掉落驰；④臂刀打扬刀。刀座改放造第三次素刀座改貌造（带些压动火快）①刀盘两刀具主景要磨损第、破坏厅情况⑴刀证盘本达体发感生较喊大磨庸损，君主要追是M2熄8刀轨崖迹对纲应的镜刀盘扇半径5.脾33禽6米周圈训；M1救4、M15号刀徒对应牧的3.挂14延m半径串周圈忘；M4、M8刀箱对灾应的1.5通9-2血.19念m半径阁周圈蜡；M9刀箱对表应的半晚径为2.惯19求-2驴.5软1m周圈锅；其叠中1.8央1m半径周顾圈磨损昼最为严城重，经织测量磨桨损深度痒最大达斧到35c辫m；⑵哨刀盘上中心腔区滚奇刀刀着箱磨有损破势坏严摇重（M1、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M11、M13、M14、M15），已饥无法安羊装滚刀奇；⑶周显边刮刀罢、切刀脱崩齿、冻掉落破姻坏严重沟。②主鉴要完休成情痰况修复滚船刀刀箱13个、中闲心刀刀斗箱5个、阔辐条8根；降新焊别切刀受刀座129把、份新型猎撕裂固刀38把、耐黄磨钢板326块、合棉金刀3把。刀箱停已损腿坏已更换蛇刀具需更换倘刀具待确认窑刀具下页锤图片昆备注90度辐条0度辐条27栏0度辐条180度辐扶条08#15#04当#09#5#中心刀2#06#14#13#28蚁#26商#28妈A刮刮刮刮35#16苗#29#10雹#01#24#29A挪#34瓦#30#25堂#27看#31城#18绳#17榆#23样#22#21#20境#12#19坚#11#07乖#03#33般#38#39#36#32#37#刮00#270度辐谋条修区复前救后对亡照图2、带混压进针仓刀摩具更白换及冰动火思焊接①带压蜂进仓准皇备工作矿：高质衬量泥浆得制备—刀盘拔舱泥施浆置们换—旋转集刀盘—封堵叮漏气锡点—保压—人、和材、趋料、弱机到林位—降低液循位—液位、漠压力、际补气量眉稳定后强准备进膀仓。②带压誓进仓程累序：专坡业操舱搅人员到脆位—合格进酷仓人员毙到位—交清工拼作内容千和注意域事项—进仓厕加压—气垫仓塌通水、苹电、风—工作时壮间达到悠规定要迫求—通知舌出舱—人员关扒闭仓门秧确认安鸭全后—掌子凉面补骂浆并特开始己减压—出仓交淘清工作问所完成础情况。③刀盘务舱带压历条件下钥动火焊尸接工作猪原理：购在常规栏带压作倚业基础非上，通园过增设行一些特悼殊设备此设施、孝仪器仪姿表、人嚼员防护辨及相应扒盾构改杰装，实连现作业堡人员在缎刀盘舱恐压力状肌态下的浅焊接作今业，并绵保证作吩业人员制能够呼庸吸足量仍的新鲜担空气，机焊接产秩生的废柏气能够筑及时排胆出，同会时保证凯刀盘舱谁压力恒樱定、掌仍子面稳耻定及作雨业人员雾的健康歇安全。境作业过走程中，伟全程由葡摄影、泻进排气烤流量计唯、氧气刑及有害袍气体浓鼓度检测禁仪和吸章氧控制暖器等专狠用设备裙设施监砖控，从病而保证间作业期殿间的安舞全高质设量泥荡膜泥膜开含裂概念：学饱和潜秩水、盾者构饱和不气体带纲压进仓程序毕：首丹先作钥业人齿员进从入高睬压居软住舱两，按脸照加钥压表捏缓慢雪加压律至预递定压螺力，税然后培全天惕侯高孟压环堪境下蜘观察第其作磨业人汁员身需体、晒心理叼及生乳活状骂态，趟确认跃安全傲后，土然后竿将中详转舱辩与生浇活舱悦对接坊，进津舱换执刀作纷业人衫员进葛入转浸运舱律，然策后将风中转亏舱转渡移到元盾构贴人舱亩进行否对接递，作酒业人蚁员进惠入盾强构人夜舱，愁然后济到达退刀盘篮舱开示始工铸作，欺每次棕单舱恳作业辞完成腥后，生人员袍再经仆转运汪舱进邀入高川压生华活舱饥继续限生活次，直汉至所缘瑞有换御刀作彩业完朵成后械，最菜后一帅次性资减压势。3、饱和各气体带攀压进仓法国70屑1m，中惰国480盗m，俄罗寻斯发现20堂00润m深海冤生物刘。中国苹海军48余0米饱走和潜双水实寇验①减少压病②气压蛮伤③缺疫氧症梯及氧范中毒④二氧幕化碳中菠毒及氮钓麻醉带压作枣业病理捡知识4、刀街盘刀江具优犹化设悠计伸缩领刀具傍（常厦压换厉刀装唤置）替补刀盆具紧急救茅援刀具互换性奏刀具设销计5、刀具躁磨损检用测装置①液悬压检转测刀②蓝它牙装诱置检警测刀③电必极装样置检绕测刀④示衫踪技涌术⑤内换窥镜命技术带压油谜路①主轴哀承：密群封（油兔脂注入栋）；保客险轴断摊裂；（三）各主要构件及系统②破碎识机：安乱全防护章及维修泥安全，雪气垫舱棚常压幻灯南片11③泥浆链（舱）扛门:安全踏防护屡；④变甩频电暮机：挪冷却泡（循上环水脆道清标洁）⑤推进数系统：蝇油缸冲胸缸、密怖封泄压柴及液压辟油检测芳、过滤瓦。⑥刀盘防、盾壳倘：卡机拳处理，根盾构后绵退。⑦SAM络SON系统费检修⑧尾刷肢更换