武汉长江隧道工程盾构施工

1、一、武汉长江隧道盾构施工技术，1、工程概况2、工程重点和难点分析3、泥水盾构选型和性能4、关键施工技术5、浅覆土泥浆压顶措施6、科技创新1、工程概况1、工程位置武汉长江隧道是武汉市重点工程，是武汉市重要的跨河交通通道，位于武汉长江大桥1号桥和2号桥之间。起点是汉口大支路和明信街的交叉口，终点是武昌友谊大道南侧规划的胡莎路。布线平面如下图所示。2.工程范围包括盾构始发井、到达井、盾构隧道、联络通道、明挖暗挖隧道、六道甲、乙、丙、丁、戊、己、管理中心大楼、通风井、路面工程和机电设备安装工程等。主线隧道全长3630米，其中盾构隧道左右线长2538.6米，过河长度1310米。武汉长江隧道总平面图盾构区

2、间距离16米 28米，盾构区间最小曲线半径800米。该线的纵坡大致呈U形，最大下坡坡度为4.35%，最大上坡坡度为4.4%。隧道覆土厚度在6.8-43m之间。盾构隧道是一个双孔分裂隧道，外径为11000毫米，内径为10000毫米。采用通用(55毫米楔形)钢筋混凝土管片。隧道段底部有逃生通道和电缆通道，中部为交通车道，上部为特殊排烟通道。为了改善隧道的防灾条件，在两条盾构隧道之间设置了两条连接通道。4。隧道穿越地层岩性分布该盾构隧道依次穿越淤泥质粘土、粉细砂、中粗砂、卵石、上软下硬复合地层等。它具有地层多变、承压水高的特点。武汉长江隧道工程是一个高风险、高难度、大规模、技术复杂的系统工程，涉及多

3、个领域。技术特点和难点主要体现在两条长约2.5公里、外径11米的圆形隧道的设计、施工和施工组织上。总体情况可以用多变、漫长、庞大、深刻和困难的词语来概括：1。复杂多变的地质条件。盾构隧道穿越的地层主要由进出口段的粉质粘土、粘土和淤泥质粘土组成，河岸和河流中段的粉质细砂和中粗砂组成。河流中段部分穿过上软下硬的复合地层。地质条件复杂多变，隧道穿越地层渗透性强，最大水压达到0.6Mpa，对盾构机性能(适应性、可靠性和耐久性)要求高。2.项目重难点分析2。高水压。在0.6Mpa的最大水压下，盾构掘进的施工安全和防水是关键。关键是保证主轴承密封和屏蔽尾密封在高压下的正常运行和耐久性，以及管片组件的防水质

4、量。3.长距离隧道。长距离盾构掘进为中密、密实的粉细砂(应时含量高)，在河流中段的上软下硬地层中掘进，切割中等风化的基岩，对刀具尤其是偏刀磨损较大。盾构前端刀盘的耐用性和可靠性是过河成败的关键。4.周围环境复杂，难以保护。出入口部分被深埋，并贯穿许多重要建筑，如视听楼、长江防洪堤、武大铁路、鲁兹故居等。5.建造非常困难。施工中存在以下技术问题：高承压水砂层连接通道施工风险高；(2)特殊地段(浅覆土、上软下硬复合地层、小半径曲线地段)盾构掘进质量难以控制c .主要功能配置：土压屏蔽、加泥装置和泡沫注入装置；泥浆护罩：冲洗装置和气垫平衡装置；复合盾构：功能部件的更换和多模式平衡功能，(2)盾构机的

5、选择和排序基于土壤条件和岩性；开挖面稳定；隧道埋深和地下水位；设计隧道断面；沿线的环境条件和地点；衬里类型；时限；成本；辅助施工方法；设计路线、路线和坡度；选型原则：挖进去，抓紧，拿出来，快速成型，保护好环境；地质影响因素：土壤砂层和岩石层，应考虑特殊地质条件；一般来说，土层或粉土层选用土压平衡盾构；但是，砂层或卵石层选用浑水。岩层选用土压盾构；复合地层需要综合分析。主要因素有：地层渗透系数、岩土层的颗粒分布和成分、岩石强度、岩石的RQD指数和地质构造。环境因素：建筑与结构、场地环境和工程投资是控制地层变形能力的评价，泥水盾构优于土压盾构。但是，由于泥浆水处理系统的需要，要求工作场地大。从工程

6、投资来看，泥水盾构的造价一般比土压盾构高15 20%。泥水系统会造成噪音污染。武汉长江隧道盾构性能介绍通过对盾构穿越地层即高强度粉砂岩、粉砂和粉质粘土的分析，结合高水压和复杂周边环境条件的特点，采用复合泥水平衡盾构施工。它具有高效挖掘系统、泥水压力平衡功能、泥水输送和管道延伸功能、控制和故障显示功能、方向控制和引导系统、数据采集、处理和分析功能、分段安装功能、同步灌浆功能、泥水分离系统等基本功能.盾构机由法国NFM公司设计，但核心设备的进口零件除外，部分结构在中国制造。(1)盾构机类型：膨润土气垫泥水平衡盾构机；(2)开挖直径为11.38米；(3)重量：主机和后机组重量为1100吨(主机900

7、吨，后机组200吨)，其中刀盘总成160吨；(4)长度：整机56米，主机外壳11.71米；(5)最小转弯半径400米；(6)推力：最大推力121220千牛顿；(18组，共36个气缸)(7)扭矩：最大扭矩13650千牛米(0.85转/分)；最大速度5050纳米时的扭矩(2.3转/分)；释放扭矩17750千牛米；(8)速度：最大挖掘速度40毫米/分钟。(1)刀盘和刀具设计支撑方法：中心支撑(八根辐条)刀盘类型：复合刀盘(39 17”单刃滚刀，224把刀具)挖掘直径11380毫米，开口率30%(中心部分50%)滚刀安装半径2.0米至周边，间距108毫米；外围有32把保护刀；1把仿形刀；4刀具磨损检测

8、装置；刀头分为3块；刀盘和刀具经过耐磨处理，满足长距离挖掘的要求。三层刀具复合设计：(应对软土地层和硬岩层的交替推进功能)刮刀设计有两排硬质合金镶嵌物，形成两层切削层。在挖掘第一段砂和粘土时，第一排碳化物会挖掘土壤，这一排碳化物保护圆盘刀具免受磨损。在下部有岩石的隧道段，岩石磨掉铲运机上部40毫米，直到圆盘刀能够正常工作。这时，刮刀只刮岩石。当盾构到达第二段软土时，圆盘刀会很快磨损，第二排铲运机可以正常挖掘砂和粘土，直到挖掘结束。20毫米、11毫米，第二层滚刀部分、第一层刀具、第二层刀具、第二层普通材料在滚刀作用时磨损迅速，以及(2)刀盘驱动系统(1)变频电机驱动型，驱动功率为2008或160

9、0千瓦；如果外部压力为6巴，HBW润滑脂压力应为6.5巴，满足河底开挖的高水压和水阻力。(2)盾尾密封(防止泥浆、地下水等。从进入屏蔽体)，使用了四个屏蔽尾密封，即三排钢丝刷和一排钢板束。为了抵抗高水压和可能出现的砂漏，盾构尾部的密封性能主要取决于填充整个油脂桥腔的油脂来建立压力密封。润滑脂压力的设定值是根据以下原则设定的：如果底部灌浆管的最大压力设定值为N，则从盾尾到刀盘，三个盾尾润滑脂腔的压力依次为N 2、N 1和N。当局部层压力过高时，应考虑盾尾刷结构的承载能力，合理调整盾尾油脂室的压力。(4)采用先进的气垫泥浆保压技术，在开挖前的砂层中形成一层膨润土保护膜。位于主开挖室后面的独立气垫室

10、用于精确控制开挖室和盾构机前方膨润土保护膜的压力。该系统能保证开挖面的稳定性。泥浆压力设定泥浆压力采用静土压力(土和水的压力点)作为控制上限，主动土压力作为控制下限。穿越密集建筑物时，压力设定点接近上限。一般情况下，根据地层性质，砂质土、粉质土、粉质粘土等渗透系数较大的地层采用土和水。当地面负载偏置时，压力设定值应为过载和空载之间的中间值。判断合理性的依据：一、压力设定应通过地表沉降不断探索并及时修正。在高渗透率地层中，用泥浆漏失作为检查压力设定是否合理的依据是可行的。(5)推进系统最大推力121220kN气缸数量36个，推力3366kN对于单个气缸；(3)气缸冲程：2600毫米；油缸分组：4

11、组；最大推进速度40毫米/分钟；(6)泥水系统一是及时向开挖面密闭舱室提供开挖施工所需的泥浆。用优质膨润土制备的泥浆比重、粘度等技术指标必须满足在高渗透砂层中形成泥膜和稳定开挖面的要求。二是将切土砂形成的混合泥浆及时运至地面进行分离处理(符合环保要求后排放)，然后对回收的泥浆进行调整和利用。泥水盾构的泥水系统由四部分组成：制浆子系统；输送子系统；处理子系统；振动筛(振动筛和旋流器)更适合作为第一级分离。振动筛的功能是预处理泥浆并去除粗颗粒，如团块和团块。旋风处理子系统的主要功能是再次精炼分离出的介质和细颗粒浆料，并连续减小浆料颗粒尺寸。(4)泥水监测子系统、粘土地层泥浆密度小，流速小，但由于泥

12、水分离效果差，泥浆密度上升快，一般在1.2左右。砂土层中的泥浆密度大，流量大，泥浆流入量一般控制在1.1左右。砂层粘度的适当增加有利于工作面的稳定和泥水输送。(7)盾构导向系统，4。盾构施工关键技术，1。防护罩启动技术。盾构始发和到达技术的关键在于隧道入口处地基加固的范围和效果以及隧道环内止水的效果。(1)由于初始地基加固位于渗透性小的土层中，因此地基加固采用三轴搅拌桩和双管高压旋喷桩相结合的方法。土壤加固主要以搅拌桩为主，辅以高压旋喷桩，旋喷桩加固搅拌桩与连续墙之间的部分。见下图。(2)孔环止水装置：提供两个帘式橡胶止水。(3)辅助措施：增加降水井，降低地下水位，降低风险(5)经验地基加固长

13、度应综合考虑隧道洞口破坏后的土体稳定性和隧道洞口的密封防水效果，加固长度宜大于盾构机长度。(2)对于土体加固方法，从长江以南的初期效果来看，搅拌桩在粘土层中的效果非常好。(3)建议入口密封结构增加油脂腔，以提高防水效果。(2)浅埋段施工技术本工程盾构隧道进出口段和武昌深沟段的施工覆盖厚度小于1D，施工中易出现以下问题：(1)地表泥浆；(2)大面积地面沉降；(3)粘泥刀头；(4)线段向上浮动。采取以下措施：(1)合理设定压力，控制切口水压，尽量保持切口水压稳定。(2)盾构推进速度和姿态控制直接影响土体的沉降。应遵循快速高效施工的原则，优化工艺连接，快速通过。同时，盾构机的姿态变化不应太大或太频繁

14、。(3)粘土地层掘进进尺小、转速高。(4)密切关注开挖量的变化，及时采取措施控制超挖。(5)控制泥浆循环，避免管道堵塞造成压力突变。(6)灌浆采用中上部四根灌浆管进行。灌浆采用具有一定稠度和早期强度的水泥砂浆，防止管片上浮。(7)驱动河底砂层时，调整泥浆质量，增加泥浆粘度。盾构浅覆土下建筑物、盾构始发浅覆土下建筑物、盾构下铁路示意图、武昌长江防洪大堤、长江防洪大堤、隧道穿越位置、武昌长江防洪大堤、3、大直径盾构小半径曲线隧道管片损坏控制技术当盾构进入隧道半径800米曲线段施工时，管片被盾构壳挤压，管片错位和前后管片螺栓孔无法对准等。主要原因是焊接过程中盾尾不圆，导致盾尾局部间隙过小，大直径管片

15、组装时不可避免不圆(武汉长江隧道椭圆度约为3)；因此，当盾构机在弯道上行驶时，管片的外圆弧与盾尾内壁之间的距离沿圆周方向分布不均匀，导致一边间距小，另一边间距大，导致“卡钻”并导致管片开裂。采取的控制措施：(1)打磨盾尾突出部分(主要是45度角)；(2)保证盾构掘进过程中的每米纠偏；(3)合理选择分段组装点；(4)在拼装管片的过程中，管片在转弯方向的圆周面错开3mm；(5)严格的三向紧固等制度，确保组装成环的节段质量；(6)制定详细的管片修补计划，及时修补破损管片，确保防水效果。武汉长江隧道根据情况采用环氧树脂修复，效果良好。4、地面沉降控制从实际监测情况来看，在盾构掘进性能正常的情况下，地面

16、沉降可控制在20m左右，以保证周围环境的安全。根据地层沉降历史的变化曲线，盾构通过和盾构出洞后20m以内两个阶段是地表变形的主要阶段，约占总沉降量的80%。(1)平衡快速掘进保证了盾构机及其后配套设备的正常运行，使盾构机能够匀速施工，快速通过，减少盾构施工对其的影响。(2)施工参数的优化盾构施工时，必须严格控制切口的水压。同时，必须严格控制与切割压力相关的施工参数粘土层注浆充填率为160% 180%，砂层注浆充填率为130% 150%，基本上更合适。武汉长江隧道(5)严格控制纠偏量，严格控制盾构推进轴线，避免盾构纠偏量过大和过大，从而减少盾构推进对土层的扰动，控制地表变形。(6)信息化动态建设(7)畅通信息沟通渠