城市地铁泥水盾构硬岩段掘进技术.pdf

1城市地铁泥水盾构硬岩段掘进工法城市地铁泥水盾构硬岩段掘进工法1.前言1.前言我国地下隧道盾构施工技术日益成熟，盾构机设计与制造不断得到发展创新，盾构施工在安全性、经济性、质量和进度等方面优势明显，特别针对地下水丰富，地质复杂多变情况。目前国内城市地铁在长距离硬岩地层中常采用矿山法暗挖与盾构组合工法实施。采用盾构工法施工长距离硬岩成功案例较少。硬岩地层岩性复杂多变，对盾构机选型、设计制造、施工带来了极大的挑战。盾构施工长距离硬岩具有掘进距离长、工效慢、成本高、工期风险高等特性。如果盾构选型不合理或掘进参数设置不当极易造成刀具异常损坏、刀盘修复等风险。国内城市地铁在长距离硬岩地铁施工综合考虑经济、安全、进度等因素，常采用暗挖矿山法与盾构组合工法施工。但针对地下隧道穿越繁华市区、水文资源保护区、大型建（构）筑物、历史文物保护区等不具备暗挖爆破施工条件，只能采用盾构技术解决长距离硬岩掘进。综合盾构工法在技术、经济、安全等优势，长距离硬岩盾构掘进就成为必然选择。xx地铁 xx线荆溪新城站中间风井区间单线长约 1.8km，硬岩地层约 710 米，采用 2 台开挖直径为 6.52m 的气垫式泥水平衡盾构机施工，盾构下穿闽江、别墅区、平均埋深 55-69 米深山体。项目在借鉴 TBM 硬岩施工经验基础上，以地质为基础、设备为关键原则进行盾构施工管理，施工中做好掘进技术、施工管理，安全快速通过长距离硬岩地层。依托该项目进行泥水盾构硬岩掘进技术工法研究，最终形成了城市地铁泥水盾构长距离硬岩掘进工法成果，该工法取得了较好的社会和经济效益，为今后类似工程提供了可借鉴的成功工程案例。2.工法特点2.工法特点2.1 对周边环境影响小，绿色环保盾构机直接掘进硬岩，节约爆破施工资源投入，降低了对环境的不良影响。盾构硬岩掘进施工噪音低，泥浆处理厂能实现零污染排放。特别对城区隧道硬岩地层，盾构工法施工优势明显。2.2 工法适应性强，掘进高效该工法适应各种掘进环境，对高强度硬岩掘进适应性强，尤其对地面环境复杂隧道具有极大的优势。通过对盾构机的刀盘结构、刀具配置、刀间距，推进系统、泥舱内冲刷系统、盾体稳定性等进行针对性设计与优化，掘进中总结掘进参数并实时调整，定期检查刀具，加强换刀与掘进工序管理，掘进效率显著提升。2.3 经济效益明显正确的盾构机选型和动态的掘进参数管理，施工综合效率加快，极大缩短工期降低了施工成本投入。常规盾构机只需进行改造优化，有效提升盾构机适应范围，避免新造盾构机，减少经济投入。选择最优刀具配置，降低刀具消耗成本。硬岩掘进出渣的碎石和砂经过简单处理能直接做为原材料投入工程使用，经济效益最大化。3.适用范围3.适用范围该工法适用于城市地铁泥水盾构硬岩段掘进施工。4.工艺原理4.工艺原理1、对工程地质进行调研分析，以地质为基础，进行泥水盾构机针对性选型和设计优化提高适应性，通过刀具试验优化刀间距设置和刀具配置。2、硬岩施工中遵循“低贯入度、高转速、勤检查、早更换”原则。通过现场试掘进总结优化参数，动态调整掘进参数。3、优化刀具固定工艺，减少换刀频次，过程中不断总结刀具磨损规律，选择最优刀具配置方案。盾体中盾顶部设置防震装置设计，减缓盾构主机震动，改善掘进工况。24、加大日常刀具和盾构机关键部件的维护保养力度，实施强制性措施，确保设备的完好，施工过程中做好泥浆环流系统控制、管路磨损检测及修补工作，确保隧洞施工安全、快速、高效。5.5.施工工艺流程及操作要点施工工艺流程及操作要点5.15.1 城市地铁泥水盾构硬岩段掘进工法施工工艺流程城市地铁泥水盾构硬岩段掘进工法施工工艺流程详细施工工艺流程见图 5.1-1。图图 5.1-15.1-1 城市地铁泥水盾构硬岩段掘进工艺流程城市地铁泥水盾构硬岩段掘进工艺流程35.25.2 操作要点操作要点5.2.15.2.1 工程地质工程地质资料分析资料分析评估评估与补勘与补勘结合详勘资料和工程实际情况，对隧道所处硬岩地质、水文地质条件进行全面分析，调研国内相似地质施工经验，结合既有地质资料分析的结果，确定补充地质勘察方案。补充勘察关键位置选择应考虑：岩性发生变化或其它地质构造突变地段、岩石坚硬程度、风化程度、结构面发育情况、强度岩脉的分布与特征。针对高硬岩，采用理论分析、数值分析、现场试验、系统研发等方法。通过理论建模对盾构推力、刀具进行验算，以确定刀具性能满足掘进；通过地层分析研究，确定泥浆比重及环流控制标准；根据理论分析，确定各地层的扩散系数，确定砂浆使用类型及同步注浆量；通过理论分析计算，确定了不同强度岩石下刀盘滚刀挤压力、盾构机推力、贯入度等参数参考值，为硬岩段掘进参数确定提供参考。5.2.25.2.2 盾构机针对性设计与优化盾构机针对性设计与优化1、在高强度硬岩地层选择复合式结构新制刀盘，中心区域采用整体铸造