超大直径盾构穿越粉质粘土层施工技术创新

超大直径盾构穿越粉质粘土层施工技术创新豫机城铁项目豫机城际铁路一标项目部汇报人：武慧韬2018年12月汇报提纲豫机城铁项目

一、工程概况

二、带压换刀

三、泥水盾构辅助气压工法

四、高分子材料清理刀盘泥饼

五、带式压滤机应用一、工程概况豫机城际铁路项目一标连接新郑机场和郑州南站两大交通枢纽，是河南“米”字型高铁的关键联络线，也是河南省“一带一路”综合交通枢纽和中原城市群轨道交通网的重要组成部分；豫机城铁项目1.1概况

豫机城际项目一标盾构隧道全长3800m，采用由铁建重工与中铁十六局联合研发的首台国产大直径泥水平衡盾构机施工，盾构开挖轮廓12.81米，管片外径管片外径12.4m，内径11.3m，管片环宽2m，设计强度C50，抗渗等级P12;豫机城铁项目1.1概况一、工程概况豫机城铁项目豫机城际盾构区间隧道穿越的土层主要为粉砂、粉质粘土层，盾构隧道洞身大部分处于粉质粘土层中，局部地段穿越粉砂、细砂，局部含姜石、砾石，部分钙质胶结，胶结较好，渗透系数0.2×10-4~0.12×10-3cm/s，隧道拱顶埋深10.26~31.07m，洞身基本上处于潜水-承压水中，局部含承压水；1.1概况一、工程概况豫机城铁项目

盾构隧道全长3800m，共1900环，目前已贯通；施工月最高掘进记录188环，日最高掘进记录11环。1.1概况一、工程概况豫机城铁项目工程特点长大粘细一次性掘进3800m；盾构开挖轮廓达12.81m；盾构隧道穿越地层80%为粉质黏土层；地层45um以下颗粒占比74%，20um以下占比44%；1.2工程重、难点一、工程概况1.2工程重、难点豫机城铁项目长距离穿越粉质黏土、钙质结核，刀具磨损量大;01浅覆土掘进下穿“三官庙”建筑群、浅覆土接收；02穿越“正在运营”的南水北调总干渠；0345um以下颗粒占比74%，调浆难；04一、工程概况1.2工程重、难点豫机城铁项目010203长距离穿越粉质黏土（钙质结核）地层首次下穿已经通水运营的南水北调总干渠浅覆土（9m=0.8D）下穿“三官庙”建筑群一、工程概况豫机城铁项目长大细粘带压进仓技术1泥水盾构辅助气压法掘进2带式压滤机在泥水盾构中应用3高分子材料清理刀盘泥饼41.3施工技术创新一、工程概况因本工程一次掘进距离长度达3800m，根据隧道的掘进距离、地质断面、水文地质、地面附着物等情况，预选4处带压进仓作业位置；豫机城铁项目二、带压进仓技术2.1概况分别预选260环、525环、850环、1400环进行带压进仓作业，开仓位置选取原则：豫机城铁项目盾构掘进一定距离后统计刀盘、刀具磨损量为盾构机在相近地层中刀盘设计及刀具选型提供依据；盾构掘进一定距离后总结该段地层掘进参数；检查仓内各类机械设备；清理气垫仓内底部并检查校准仓内各个液位、压力传感器；0102030405为顺利下穿南水北调总干渠，下穿前进行带压进仓刀具磨损检查；二、带压进仓技术盾构掘进1700环，累计带压进仓换刀作业5次，常压进仓2次，累计更换滚刀19把，撕裂刀93把；经检查刀具磨损量后，刀具磨损基本符合由内向外磨损量逐渐增大的原理，刀具在进入砂层后导致刀具磨损量增大；豫机城铁项目2.1概况二、带压进仓技术刀具磨损量统计豫机城铁项目2.2进仓工作内容1刀具磨损量统计

2刀盘泥饼清理3更换磨损刀具4仓内设备检修二、带压进仓技术豫机城铁项目刀盘开口堵塞情况刀箱堵塞情况2.2带压进仓工作内容二、带压进仓技术豫机城铁项目仓内滚刀磨损检查合金齿滚刀未偏磨2.2带压进仓工作内容二、带压进仓技术豫机城铁项目刀盘牛腿渣土清理滚刀磨损检测装置维修2.2带压进仓工作内容二、带压进仓技术豫机城铁项目2.3带压进仓总结1定期开仓检查刀具磨损情况及时更换磨损量超过2cm的正面刀具，和磨损量超过1cm的边缘刀具；2确保正面刀高差，确保切削渣土后具备导流作用；3确保边缘刀具开挖直径，避免开挖直径不足时推力增大，速度减小，盾构姿态失控；4优化刀具配置，在粘土地层段将普通边缘滚刀更换为带合金加强型撕裂刀。二、带压进仓技术豫机城铁项目2.4刀具磨损系数第1次开仓第一次开仓，刀具磨损量统计，根据轨迹线计算磨损系数K第3次开仓统计磨损量并带入系数K=0.03计算与实测值对比第2次开仓将第一次参数带入，对比磨损量，磨损系数比较接近，约为0.03第4次开仓根据磨损系数计算刀具磨损量，预选第4次开仓作业位置，制定换刀方案二、带压进仓技术盾构掘进至1300环后掘进参数恶化明显；项目部多次组织带压进仓作业，因掌子面处于砂层中间，在进仓过程中频繁出现掌子面流水，流砂；为保证下穿南水北调干渠段顺利通过，在下穿前20环在刀盘前方加固，加固完成后再次带压进仓；豫机城铁项目2.5下穿南水北调前带压进仓二、带压进仓技术豫机城忆铁项目2.5下穿茂南水桥北调误前带集压进灯仓二、带之压进仓国技术1.在加激固区昼域1垂6.絮8m泛*2揉.4杜m范嗽围内谱采用五素混滑凝土德钻孔静灌注寸桩垂萍直加退固范战围为乱左右舞两侧著边缘凤4根庸灌注简桩垂集直深万度4锁5m杀，其乐余2运3根谁加固水深度托至盾姑构开猛挖轮愤廓线剩上方年50暴cm；2.在加固赚区域刀迫盘周围夹20m坟*5m姨范围内雪素混凝著土桩加蹲固范围境以外的饱区域采创用盾构心端头加蹲固采用先Φ80抛0@6嗽00三藏重高压魔旋喷桩帅止水加室固。豫机绑城铁仙项目2.衣5下穿章南水前北调才前带么压进穷仓二、带宇压进仓购技术高压估旋喷池桩施原工后形分别始对加固薄区域进行超取芯度。由下图刻可知隧挠道断面等内为水谋泥土块写，质地颤较硬，县满足带愧压进仓始作业要渣求。豫机岛城铁姐项目2.邀5下穿各南水祖北调剧前带鲁压进末仓取芯效旁果二、项带压粘进仓晶技术豫机城销铁项目在全断欧面黏土转层掘进扣一段距册离后，李随刀盘在泥饼增钓多，参纷数逐渐尺恶化，密常规办先法带压延进仓清贡理泥饼零后再恢解复掘进早，本工训程在138扇0环进仓钥清理刀欠盘泥饼截后恢复立掘进，居在143肚5-1感470环期间求推力增斑大至70耗00裁0-职90并00厕0K懂N，扭志矩120释00-碎190涨00K埋Nm，速四度在5-恭15转mm唱/m包in波动；三、剥泥水拍盾构颤辅助袍气压光法掘驴进豫机城胃铁项目掘进扮环数酷统计随参企数恶金化，土掘进牢效率嘉受影约响明盲显；三、蓝泥水朱盾构带辅助块气压励法掘匆进豫机城隐铁项目采取辅野助气压锹法掘进昏的前提策条件是畅，在保遍证掌子脱面土体爱稳定的常气压下衫，地面当不能被划击穿。厘大直径燃盾构因份需穿越荐河湖海标等，普色遍在掘碍进中段导埋深较倒大，本蔽标段在窃采用辅峡助气压守法掘进则时处于敌刚刚下结穿完成清“南水英北调”葡总干渠愈，隧道伍拱顶埋窃深32亮m，处纹于全断晚面黏土冶层，如镰下图所葵示：三、欲泥水鼻盾构喂辅助流气压厨法掘费进豫机城馋铁项目泥水恒盾构陈采用碧辅助远气压匙掘进偶是将碑压缩耍空气徐填充读前仓旋上半愿部与演下半疮部的京泥浆洽以平亭衡掌佩子面处、盾喂构三鼓大密额封系埋统的竿油脂址。通呼常情吸况下嫩，压喜缩空就气的姿流动利速度漠大于演泥浆幼的流罚速，离泥浆误的流趴速大盾于渣掀土的盘流速重。刀诸盘切丘削土馋体，罪造成瞧出现绍空隙咬后，广压缩咐空气侄与泥芬浆会巾立即捞对空猛隙填宗充，颤而压奋缩空埋气会蜡逐渐营逼退量泥浆虫占有哪的空夫间。压缩空搁气除了辅与泥浆宁能共同耗维持掌巴子面稳查定外，魄压缩空折气进入谱盾体与返开挖轮疤廓间隙顷，平衡徒盾体与敏地下水浓，同时寸也平衡查盾构机策密封系麻统。三、俊泥水吓盾构凡辅助思气压以法掘缎进豫机城劣铁项目辅助气榨压法应狱用效果秃分析：由曲索线图沾：14食85环采叙取辅威助气仔压法绘掘进垦后，轿速度证突变荒，增邀加至15~记20m攀m/m药in，扭堆矩与脉推力递均有麻明显啦下降蹦，出皮渣黏荡土块盆明显选增加林；三、证泥水寄盾构酱辅助房诚气压本法掘词进豫机握城铁肥项目使用前使用后三、泥积水盾构东辅助气佛压法掘驳进豫机擦城铁埋项目使用前使用搅后更换辅享助气压地法掘进狱后，速度普增加，分出渣块晚明显增舟加；三、寻泥水岔盾构碑辅助阴气压馅法掘爸进豫机城粉铁项目沉降铅控制究精度汇参照烛直排芬型泥翁水平母衡盾拘构；采用辅挖助气压铺法掘进乐后，地泻表沉降投值也控竭制在了障合理的演区间，权辅助气栗压掘进城阶段地应表累计糊沉降曲价线如下图所示类，最赔大沉邀降值误为-劫6.祸9m至m；三、泥友水盾构围辅助气邀压法掘供进豫机攀城铁国项目参数撒恶化究原因药分析中：1.刀盘浩结泥猜饼较输为严滚重，种使得湾刀盘涨切割绍不到倒掌子朗面，葡贯入半度仅灵有1-2帅mm/戚r；2.本段座地层待大多忙数为退粉砂滔层，链具有进粉细漫颗粒放含量麻高、宁造浆虚能力炎强等胜特点公，根设据以挽往经兔验，茧砂层葛较多过掘进油速度臭相对和较慢迅；3.盾构机楼因中心洁回转体想及中心盖冲刷管具路损坏嘉，中心浮冲刷不稼能使用娘，使得镜中部刀凳盘得不上到有效械的冲刷蛮，进而尾使得刀趋盘结泥射饼较快故；4.下穿南染水北调火干渠期疮间为维核持掌子企面稳定牛，连续牲掘进70环左右麦未利用歇分散剂翠进行泡乏仓，导戒致部分谜泥饼固证化；三、申泥水吨盾构痒辅助却气压如法掘栽进豫机城择铁项目1用压缩奴空气置槐换泥浆蛛后，使冒冲刷管浇路可以甩直接对静刀盘背滥部进行捐冲洗，案有助于从延缓泥拾饼的胶评结；2掌子面汉上半部悠没有了贺泥膜，的没有了性泥浆护宋壁的渣麻土更加洽容易掉兴落，利讽于出渣芳；3开挖面归上半部请填充压佩缩空气蛇，客观砍上降低谁了压力枕，进而老降低了踢推力，熄减小了踪蝶设备负呢荷；4实践证督明，压块缩空气分与泥浆轻的交界织面在液本位波动亲过程中片，对刀厚盘起到恐了冲刷护作用，州有助于澡冲落泥薯饼优势三、泥庸水盾构尾辅助气怜压法掘登进豫机城看铁项目不足三、策泥水岛盾构默辅助那气压什法掘拍进但由蒙于刀树盘转畜动时劝可能势直接等冲刷命到掌敞子面嚼，影院响泥驳膜的炉形成嫩，在偏地层嫩变换翼时及宜时改怜变掘炎进模贩式及蠢管路亮切换膏，防全止出久现掌贪子面现坍塌零。因泥水狱盾构机躬接管期无间必须蠢停机，歼预估停捏机超过搁2小时赶即进行分建仓，址泥浆护爪壁。仓压瞬债时波动锄超过±侍0.3尾bar拆与液位孩瞬时波黎动超过央±1m联出现较王大波动趋后，立盖即建仓骄，恢复报泥水循环模式。注意各南项参数净，仓压甚、液位坦的波动价情况，磨注意观程测地面纺沉降值墙，如发走现异常转及时恢枯复间接窄式泥水歉平衡循夕环。豫机稼城铁富项目三、泥丢水盾构易辅助气段压法掘腔进总结12地层唤适应扇性是胞本工奶法使猪用的童前提四条件狐，只埋有地社层气扇密性口、自坝稳性牵满足惭要求拥是采晒用泥斧水盾谜构辅皱助气判压法迟的前遗提条育件，搅埋深蚕大、螺自稳坝性强疤、气膝密性阻好的秘黏土痕地层应适合堤采用镰泥水厦盾构居辅助附气压迫法。在全血断面顶黏土如地层含及相殃似地朴层中球，辅另助气此压掘染进能吧较大纲的提蔽高施捎工效替率，扬本次醒问题贡的解终决为激以后寄为类幻玉似粉摘质黏木土地障层泥叛水盾翁构的迷设计踪蝶及施食工提绿供了屡参考碍依据捎，是装一次猪宝贵布的经祥验。豫机箭城铁累项目针对势盾构慈机在劲粘土怀层掘压进刀雪盘开艘口易阿堵死灭，刀摇盘易虏结泥疯饼的弊情况朝，项红目部爬分别跪试验暂泡沫触剂、俯分散镜剂、构泡沫沸型分吵散剂疗、剥洲离剂拾等6种不同的蜘化学舌添加雨剂进盾行泥贴饼消灰除试段验；4.1化学买材料千应用四、高骨分子材淋料清理柴刀盘泥阅饼泡沫记剂与旦分散座剂对雨比实贫验试验咐渣块豫机剖城铁剥项目结合形工程参效果宇与试煤验室鸭效果俭并考疯虑经功济成舰本，非最终层选用SN伸-2常03分散剂召；实验涛室从风预筛额取渣冤样，10甘cm施*聪10自cm测*1伶0c岭m渣样与添不同比尖例分散唱剂一起债试验；凝分别放塔入10古0ml肠不同配啦比的分幅散剂水怀溶液静然置如下炼表所示缘瑞，在相杆同作用斗时间后夏对效果胳进行对萍比分析披；试样原液（分散剂）与水配比作用时间（min）11‰5024‰5031％5044％50510％50不同配模比表4.之1化学弃材料勿应用四、高宽分子材词料清理献刀盘泥筹饼豫机碌城铁膝项目由以统上试列验对商比可依以看出，寺当分京散剂星浓度植达到将4%网以上湾时，决黏土矩块溶扇有明猾显溶肝解；谜当溶击液浓晋度达井到1麻0%彩静置吗30勺mi捷n后推边，览黏土纤快速的分解鉴，有嗓形成岂泥浆竞的趋夜势，召如上扬图所息示。4.1化学岗材料收应用四、吗高分只子材抹料清拳理刀帅盘泥棚饼豫机城唉铁项目四、棕高分关子材脸料清廉理刀帮盘泥瞎饼对照组组份名称组份比例（%）分散效果（25℃1h5cm3）1除粘剂7粘土块未破裂，表面光滑，剥离粘土40%，分散作用未停止，1h55min时停止，剥离粘土74%，泥浆浑浊，未剥离泥块较硬。渗透剂12活性剂55除粘剂10粘土块未破裂，表面欠光滑，有凹凸，剥离粘土57%，分散作用未停止，未剥离泥块未松散，2h27min时停止，剥离粘土95%，泥浆浑浊。渗透剂15活性剂15活性剂287除粘剂8粘土块未破裂，表面凹凸，剥离粘土75%，分散作用未停止，1h50min时停止，剥离粘土88%，泥浆不浑浊，未剥离泥块已松散渗透剂18活性剂17活性剂28稳定剂5选定莫材料朴后，串通过笋多组米试验聚，确虹定最吼终分批散剂宵配比扛：豫机城责铁项目4.2工程岔试验四、广高分楚子材母料清弓理刀缓盘泥浩饼试验注入量（前仓+后仓）静置时间（h）效果（速度）效果持续时间11+0.52410→203环21+0.5110→202环31110→201环40.5110→201环1掘进中佳试验停机期国间分别笨向前、领后仓注枪入，刀撞盘间隔碰转动搅端拌，静阶置一段适时间后莲恢复掘蓝进，扭退矩减小猫，推力妹减小，容速度由10锹mm彼/m团in增加穴到20盼mm偿/m栋in。恢复霞掘进后砌可持续逐一段时狡间，第3环参数棵开始逐脑渐恶化王。豫机城炎铁项目开仓掩检查习发现滔刀盘乐开口及刀箱凡全部调堵塞生，人甚工清国理1仓仅能完成1个刀箱皮清理及1把刀喇具更排换工老作，利用进仓结醋束后重新建贿仓，前仓注茎入1数方分搁散剂柱，气茅垫仓惕注0芝.5蔽方。卧刀盘间隔希转动，浸泡继时间约聪10小馅时后，胸再次进趁仓。发遣现刀盘奥大开口魄基本泡条开，小咳开口及纹刀箱内拢堵塞粘僚土已掉但落10匠~20读cm。对比如琴下图所还示：分散剂饭注入前分散泼剂注厘入后四、高需分子材挺料清理革刀盘泥坚饼进仓前姥试验2豫机城垄铁项目根据晓现场揭施工梁情况削，采兔取如冰下方述式进菜行使道用：1、预并防泥饼疮：在接裹泥浆管认时停机淋的大约恋1小时休时间内饿，向前厚仓注入1方分牌散剂妄，1剩0m葵in徐，转咬动一迁次刀各盘。2、软化泥饼：巧在设备弃检修或绸倒班或筋其他原忘因长时嫌间停机捎时，向扩前仓注嗽入1方分移散剂浊，气加垫仓洗注入拌0.攻5方央分散翅剂。3、根据辱泥水陡盾构四必须沿有2小时衰的停霞止循限环接曲管时否间，略针对略本工晕程地竖质情熟况调驳制原摆液配汽比，循最终援调制则好的雾分散轰剂2小时艘可达80%的效果幸。此外，般单纯增调加量与坐作用时基间并不雨能带来奥清除泥陕饼效果少的明显绸提升；分散剂使用优点分散剂使用缺点1.分解仓内堆渣1.泥浆比重上升较快2.减少堵仓发生、提高出渣效率2.泥浆泵运行负荷增加3.减小刀盘扭矩约25%3.费用高、消耗大4、减小推力约25%4.泡仓停机影响掘进时间4.3使用称方式秧确定四、喷高分限子材鉴料清版理刀嘱盘泥斑饼盾构区血间颗粒菌占比图盾构炕区间响土层淹颗粒驰分析规图豫机城断际铁路虽盾构隧肺道全长380群0m，穿越赚地层8罗0%为绵粉质粘皱土层，20%为粉砂酬、细砂硬层，地劳层20微米资以下闻颗粒猎占总讯掘进投过程埋出渣舞量33%，此毒部分颗鲁粒会随寄泥浆循巷环成比素例增加钥，造成农比重快企速升高杠，对盾扒构推进踢及排浆灿产生极搞不利影柄响。豫机贵城铁究项目五、带值式压滤抽机应用5.角1概况特征1234泥浆榨比重硬快速猫窜升加水稀税释弃浆处就理溢浆由于粉钱质粘土冲及粉细训颗粒占季总渣土烫量平均捐高达3伟3%，职因泥浆挡在分离叫机的粗扎筛进行宪分离时犬易产生那溢浆；弃浆垮成本睁高，松并且乓弃浆箱中仍抽然含添有大太量的持膨润辫土及锁粘土苍溶解尾的物泡质，趟此类酱物质歌难于讽处理栗；对于途泥浆行应有兵的特糟性，雨比如躬粘性发，塑赏性等己关键增指标陡也会纱随之梳降低嘉，对揪于盾竹构掘赌进中竿的地鲁层沉吨降现符象产最生不两确定粘因素论；对于盾才构机的麻推进及欧排浆顺乌畅产生包极其不礼利的影混