超大直径盾构穿越复合地层关键施工技术[详细]

1、超大直径盾构穿越复合地层 关键施工技术,xx江通道工程,xx隧道工程局有限公司 2014年4月28日,汇报提纲,工程简介 管理体系 施工进度 项目施工关键技术,一、工 程 简 介,xx江通道工程位于xx长江大桥和纬七路过江通道之间，距离xx长江大桥约5km，连接xx主城区与浦口规划新市区，是xx市城市快速路系统跨江成网的重要通道之一。xx江通道起于浦口区浦珠路转盘西侧，向东南跨越丰子河路、北岸滨江大道，北线（N线）穿越长江主航道、潜洲及夹江水道后与扬子江大道相接，南线（S线）与扬子江大道交叉并下穿后，止于江东路，和定淮门大街（xx路）连接。,工程简介,S线隧道工程地质纵断面图,工程位置,隧道结

2、构：双层四车道 管片参数： 每 环： 7B+2L+1F 管片宽： 2000mm 管片厚： 600mm 楔形量： 48mm 安装方式：错缝拼装,一个隧道，上下两层，四个车道，南上北下。,工程概况,地质复杂：隧道穿越粘土层、粉细砂、中粗砂、卵砾石层以及中风化粉砂岩地层。,地质特点,xx江通道工程盾构隧道特点,工程特点,大-盾构开挖直径达到15.02米，为目前世界上最大的泥水平衡盾构机之一；,15.02m,相当于5层楼高,工程特点,工程特点,高-施工中承受的水压最高达0.74MPa，为国内之最； 复合地层岩石石英含量高达65%； 管片拼装精度高；,0.74MPa,S线4135m,长-盾构一次掘进距离

3、长达(S线4135m）,薄-最小覆土厚度0.6D(D为隧道直径）,工程特点,0.6D,险-地质条件复杂，需穿越卵石层、泥岩层、砂岩层，同时沿线需穿越桩群和风井，并可能存在孤石、漂木、铁锚、沉船等不明障碍物。,工程特点,风井,二、管 理 体 系,根据工程施工需要，中交隧道工程局有限公司组建了项目经理部，项目经理部下设“七部两室”：工程部、安质部、物资部、设备部、科技部、财务部、计合部、试验室、综合办公室。根据工程地域特点项目部下设四个工区：盾构工区、梅子洲工区、江南工区和管片预制场。,机构设置,机构设置,三、施 工 进 度,管片预制场,管片预制场：承担2070环管片和2070块口型构件施工任务，

4、目前管片预制完成1639环，口型构件1839块。,盾构工区,盾构工区：盾构掘进1324m，管片共拼装662环，完成盾构段内部结构施工958m。,梅子洲工区,梅子洲工区：完成围护结构、水下开挖、混凝土封底施工，地下主体结构基本完成，拟进入地上风塔施工。,江南工区,江南工区：完成盾构接收井，连接线的明挖基坑工程基本完工。,四、施工关键技术,汇报大纲,复合地层超大直径盾构掘进关键技术 管片预制与拼装技术 隧道结构防水 内部结构同步施工 临江超深圆形深基坑施工,复合地层超大直径盾构掘进关键技术,刀盘直径:15m 开口率：25.7% 固定滚刀： 19英寸双刃滚刀45把（可更换) 17英寸双刃滚刀6把(可

5、更换） 可推出式滚刀： 面板 19英寸双刃滚刀32把（可更换） 外周 19英寸双刃滚刀6把（不可更换）,刀具配置,掘进工况,刀具配置,4个常压换刀舱：可常压更换80把主切削刀，保持软土掘进效率,作业人员在刀盘幅条内更换刀具,常压更换切削刀,近十年来，国内穿江越河的大直径盾构隧道建设得到了飞速的发展。大直径、高水压、长距离是大型越江隧道的共同特点。 长距离掘进对盾构机刀具寿命提出了更高的要求。 尤其是在复合地层中，刀具磨损不可避免，在刀具无法满足全程掘进寿命要求的现状下，不得不寻求中途更换刀具的技术突破。 刀具更换分为常压开舱更换和带压开舱更换两种方式，地质复杂性、多变性和周边条件的局限性，尤其

6、是深水江河下，很难实现常压条件下开舱更换刀具，因此带压开舱更换刀具成为唯一的选择。 带压开舱分为常规压缩空气条件下开舱和饱和压缩空气条件下开舱两种形式，实践表明后一种开舱方法具有极大的优越性。,盾构开舱作业,1、泥膜的形成机理和泥水平衡,在压力作用下，泥水中的悬浮颗粒随着泥水渗入到开挖面土体颗粒空隙中，产生填充孔隙的阻塞和架桥效应，形成泥膜。,压力泥水通过泥膜对挖掘面土体产生支撑的平衡效果。这种动态的平衡就叫泥水平衡。,在盾构掘进中，盾构刀具不断地切削开挖面土体的过程，也是泥膜不断地被破坏和再建立的循环过程。不同的地质其泥浆配置不同，泥膜形成时间也各不相同。,盾构开舱作业,2、土层级配与建膜关

7、系,泥浆直接从土体中逸散,土层有级配、泥浆要匹配,泥浆在开挖面形成稳定泥膜,盾构开舱作业,3、泥膜类型,根据泥浆在土体中渗透的深度和密封效果，可分为：泥皮泥膜和渗透泥膜。,渗透泥膜的建膜速度快，对泥浆指标变化的敏感度低，适用于盾构掘进中开挖面的动态支护。缺点是泥浆滤量大。,泥皮泥膜的建膜速度慢，密封性好，对泥浆指标变化的敏感度高，泥浆滤失量小，一般用于开挖面的静态支护。缺点是失水易开裂和剥落。,盾构开舱作业,4、带压作业的泥膜复合泥膜,要求：气密性好； 滤失量小； 寿命长；,复合泥膜=渗透泥膜+泥皮泥膜,泥膜的气密性研究,盾构开舱作业,5、复合泥膜的关键技术,渗透泥膜,泥皮泥膜,盾构开舱作业,

8、常规压缩空气开舱作业流程,常压区,0.610.64MPa 压力区,泥水舱,人闸舱,气泡舱,常规压缩空气开舱存在的弊端,作业人员呼吸压缩空气，呼吸气体密度增加，呼吸阻力增大，工作能力下降；压缩空气中氮气的麻醉作用，导致作业人员风险意识和判断能力严重降低，容易出现人身伤害事故。,超过压缩空气开舱技术限于6.0bar的极限。,每班次压气作业均须执行加压和减压至常压的程序，每班次的 有效工作的时间仅为2025min，减压总时间大于180min，工作效率低下，极大的影响工程进度。,每天多次执行减压程序，减压病发病率较高，危害作业人员身体健康。,饱和法开舱作业,在一定压力下，人体血液和组织中溶解的气体的压

9、力与肺中该气体的压力相同情况下的带压作业方式叫饱和法开舱作业,穿梭舱运输,穿梭舱与生活舱分离,穿梭舱与盾构舱对接,泥水舱,人闸舱,气压舱,地面生活舱 0.56PMPa氦氧饱和气体,0.65MPa,穿梭舱 0.56MPa,饱和法开舱作业流程：,人工配置混合气体： (5% O2 / 75% He / 20%N2),饱和法开舱作业的优点,避免了常规带压开舱每次作业都需要加压、减压的问题，使得舱内工作时间大大延长，每班次工作时间最长可达5h，在岩石地层磨损严重、维修工作量大、维修持续时间较长时，饱和法开舱技术能大幅度减少停机换刀作业时间，加快工程进度，工作时间比常规压缩空气进舱提高9倍。,作业人员呼吸

10、专用的压缩氦氧混合气体，既降低作业人员呼吸阻力，又避免了氮麻醉情况的发生。,饱和潜水法进舱作业,饱和潜水换刀可以在满足不了掌子面支护压力的情况下进行作业，例如泥膜无法形成的地层或者支护压力达不到掌子面稳定需要的程度等情况。另外，在打捞泥水仓底部遇到的异物等工况下也可以使用饱和潜水。,照明装置预留孔,可视系统预留孔,冲洗装置预留孔,气泡前舱壁安装球阀作为可视系统预留孔,可视化刀具检测系统,后视系统,可视化刀具检测系统,前视系统,可视化刀具检测系统,检测结果,刀具捕捉,三维计算,计算结果,可视化刀具检测系统,通过对盾构机刀盘驱动部深化设计，创新研制出刀盘驱动部滑动装置，运用其功能特性，使刀盘整体脱

11、离开挖面土体。不仅在刀具更换过程中，给新刀具留有足够的余量，减小刀具安装阻力；而且在盾构施工中可作为刀盘脱困应急方案。当刀盘扭矩达到上限时，通过该系统可减少掌子面土体作用在刀盘上的扭矩，使盾构机恢复到正常掘进工作中。,刀盘伸缩,刀盘伸缩,16.1m,5道盾尾密封刷-阻隔洞外高压泥水进隧道，尾刷在掘进过程中如有损坏，最内侧两道可以检查和更换。,尾刷更换,管片预制与拼装技术,管片预制,隧道管片：外径14.5m，内径13.3m，环宽2m，管片厚度0.6m，楔形量为48mm。隧道衬砌采用单层管片，为通用环楔形管片，每环由10块管片构成。其中标准块7块(B1，B2，B3，B4，B5，B6，B7)，邻接块

12、2块(L1，L2)，封顶块1块(F)。管片环与环之间用58根T30的纵向斜螺栓相连接，每环管片块与块间以3根T36的环向斜螺栓连接，环向斜螺栓共30根。,模具检测,钢筋笼入模,预埋件安装,管片预制,骨架成型,混凝土振捣,养护,拆模,管片预制,管片起吊,管片翻身,管片静停降温区,管片入水池养护,管片预制,管片拼装,管片拼装,隧道结构防水,xx江通道工程隧道防水方案,隧道防水,隧道防水,xx江通道工程隧道防水方案,隧道防水,隧道内部结构施工,隧道内部结构施工,隧道内部结构施工,临江超深圆形深基坑施工,1200mm地下连续墙，深度62.452m,墙间接头采用“套铣接头”,内支撑体系采用一道顶冠梁+三道环梁,盾构穿越区地连墙采用玻璃纤维(GFRP) 筋替代钢筋,坑内水下素砼回填加固与坑外高压旋喷 加固相结合,排水开挖与水下开挖相结合,风井内径26.8m,开挖深度47.953m,水下一次性灌注混凝土9000m3,梅子洲圆形深基坑,双高压旋喷施工技术成功解决了高水压、复合地层中地基加固桩体连续性差、不均匀等难题。,双高压旋喷桩,优化设计，采取抓斗机及旋挖钻相结合的成槽方式，克服了砂卵石地层超深地墙