雙模式盾構(gòu)機及施工簡介20150327

1、廣州市軌道交通九號線施工廣州市軌道交通九號線施工2 2標標花都汽車城站花都汽車城站- -廣州北站盾構(gòu)區(qū)間廣州北站盾構(gòu)區(qū)間 盾體長約8.92米，8節(jié)臺車總長約77.35米。臺車上配套的設備比單一模式的盾構(gòu)機多，不僅布置環(huán)流系統(tǒng)設備，還布置渣土輸送系統(tǒng)。新的概念、新的概念、新的系統(tǒng)、新的系統(tǒng)、新的產(chǎn)品，新的產(chǎn)品，具有國家專具有國家專利。利。能在控制工程能在控制工程風險、減少地風險、減少地面預處理、嚴面預處理、嚴控敏感地段的控敏感地段的地層沉降、快地層沉降、快速掘進等方面速掘進等方面發(fā)揮顯著地作發(fā)揮顯著地作用，從而能降用，從而能降低綜合成本，低綜合成本，減少擾市擾民減少擾市擾民。兩個模式可獨兩個模式

2、可獨立運行又可互立運行又可互相支持。土壓相支持。土壓模式下利用泥模式下利用泥水系統(tǒng)穩(wěn)壓、水系統(tǒng)穩(wěn)壓、造泥膜氣壓開造泥膜氣壓開倉等，泥水模倉等，泥水模式下利用土壓式下利用土壓的泡沫系統(tǒng)注的泡沫系統(tǒng)注水防泥餅、利水防泥餅、利用螺旋機排大用螺旋機排大粒徑渣土等。粒徑渣土等。自穩(wěn)性強的地自穩(wěn)性強的地層采用土壓模層采用土壓模式掘進，自穩(wěn)式掘進，自穩(wěn)性差的地層采性差的地層采用泥水模式掘用泥水模式掘進。在地質(zhì)和進。在地質(zhì)和地面環(huán)境方面地面環(huán)境方面實現(xiàn)了最廣泛實現(xiàn)了最廣泛的通用性，的通用性，適應性強適應性強環(huán)保經(jīng)濟環(huán)保經(jīng)濟技術(shù)突破技術(shù)突破功能齊全功能齊全 雙模式盾構(gòu)機的特點雙模式盾構(gòu)機的特點切換便捷切換便捷兩

3、種模式切兩種模式切換不需在特換不需在特定條件下拆定條件下拆裝任何部件，裝任何部件，實現(xiàn)安全、實現(xiàn)安全、快速的連續(xù)快速的連續(xù)切換。切換。 隨著泥水、土壓盾構(gòu)掘進的經(jīng)驗積累和對兩種模式盾構(gòu)機的認識不斷加深，雙模式盾構(gòu)機的設計理念逐步成熟。實現(xiàn)了泥水模式與土壓模式在同一盾構(gòu)機上集成的系統(tǒng)設計，能夠根據(jù)實際需要實現(xiàn)泥水或者土壓盾構(gòu)掘進功能并能快捷切換，該型設備系國際首創(chuàng)，目前已成功獲得國家專利。 雙模式盾構(gòu)機的設計理念雙模式盾構(gòu)機的設計理念 一般來說盾構(gòu)設備的種類與地質(zhì)條件是相對應的，目前采用的基本都是單模式盾構(gòu)機。因此盾構(gòu)機適應地層環(huán)境、地表環(huán)境和長距離的工作能力受到極大限制。 特別是在穿越行進地區(qū)

4、的地質(zhì)情況變化較大，較為復雜的地段，地表建構(gòu)筑物、江河流域、管線等復雜環(huán)境。單一掘進模式的盾構(gòu)機容易出現(xiàn)掘進困難等問題。 傳統(tǒng)的單一模式盾構(gòu)機是通過選型比選、適應性評估，一是選定土壓平衡式盾構(gòu)機或泥水平衡式盾構(gòu)機中的一種；二是同時選定兩種盾構(gòu)機，分別應用到工程中，致使增加設備投入或增加始發(fā)工作井等高額的費用。由于盾構(gòu)機單一模式的局限性，這種方法一旦選定，應用在隧道施工中就無法更改，倘若必須要變更盾構(gòu)機則需花費非常大的經(jīng)濟代價和工期代價。影響施工工期，增加工程成本，對施工建設造成不利影響。 凡能滿足土壓盾構(gòu)掘進、泥水盾構(gòu)掘進施工的工程環(huán)境，均可適用。尤其是隧道區(qū)間較長時需要穿越不同地層、地表建構(gòu)

5、筑物、江河流域、管線等復雜環(huán)境，可以選取不同模式進行掘進施工。一機兩用一機兩用具備土壓盾構(gòu)機高效掘進的特點達到泥水盾構(gòu)機沉降控制精度高的優(yōu)點開挖直徑6300盾構(gòu)機主要結(jié)構(gòu)部分1、刀盤2、筒體3、主軸承4、推進油缸5、螺旋機6、皮帶機7、拼裝機8、喂片機9、張出臺10、橋架11、雙軌梁12、電氣13、注漿系統(tǒng)14、臺車15、泡沫系統(tǒng)16、泥水系統(tǒng)（P2泵、P0泵、漿管） 根據(jù)配套設備外型、體積、重量靈活布置在臺車上，盡量縮短后續(xù)配套臺車總長度。布置合理化的同時符合環(huán)境保護、防火及其它安全生產(chǎn)的要求，從而構(gòu)造更良好的操作和維護環(huán)境，便于安裝及維修。設計掘進速度為設計掘進速度為50mm/min50m

6、m/min，配備了，配備了6 6個個160KW160KW刀盤電機（總功率刀盤電機（總功率960KW960KW）、刀盤）、刀盤最大扭矩最大扭矩6528KN.m6528KN.m、刀盤轉(zhuǎn)速、刀盤轉(zhuǎn)速0.3-3.0rpm0.3-3.0rpm。 24個盾構(gòu)機推進油缸（行程1900mm）、總推力最大3600噸、16個主動鉸接油缸總推力最大3200噸。 注漿系統(tǒng)采用的是“單液同步注漿系統(tǒng)+二次雙液補充注漿”兩套系統(tǒng)+三臺柱塞泵”的配置方式。 六臺泡沫泵各自獨立提供動力，實現(xiàn)了大流量、高壓力、故障率低，泡沫出孔無堵塞的設計要求。盾構(gòu)機盾構(gòu)機P0P0泵小循環(huán)系統(tǒng)泵小循環(huán)系統(tǒng)雙模式盾構(gòu)機的主要構(gòu)件、系統(tǒng)簡介雙模式

7、盾構(gòu)機的主要構(gòu)件、系統(tǒng)簡介1、刀 盤 尺寸：6280mm，可選裝17寸滾刀和刮刀 帶超挖刀，超挖范圍035mm。 軟、硬地層刀具配置2、筒體前筒體前筒體中筒體，含鉸接中筒體，含鉸接3、主軸承主軸承主軸承與刀盤的定位與刀盤的定位4、推進油缸5、螺旋機螺旋機全貌螺旋機全貌螺旋機安裝就位螺旋機安裝就位6、皮帶機皮帶機全貌皮帶機全貌皮帶機的安裝皮帶機的安裝7、拼裝機拼裝機全貌拼裝機全貌拼裝機定位拼裝機定位8、喂片機9、張出臺10、橋架11、雙軌梁雙軌梁的安裝12、電氣13、注漿系統(tǒng)14、臺車15、泡沫系統(tǒng)泡沫泵泡沫泵6個泡沫注漿口個泡沫注漿口16、泥水系統(tǒng)雙模式盾構(gòu)機的對比雙模式盾構(gòu)機的對比雙模式盾構(gòu)

8、機、泥水盾構(gòu)機、土壓盾構(gòu)機三種設備上的對比序號項目各稱雙模式盾構(gòu)機泥水盾構(gòu)機土壓盾構(gòu)機備注1刀盤2盾體3人閘4主軸承5推進及鉸接6拼裝機7螺旋機8皮帶機9P0、P1、P2泵、中繼泵10泥水系統(tǒng)閥組11泡沫系統(tǒng)配備、不配備配備、不配備后配套設備及主要材料的對比序號項目各稱雙模式盾構(gòu)機泥水盾構(gòu)機土壓盾構(gòu)機備注145T龍門吊225T/16T龍門吊3泥漿處理系統(tǒng)4泥漿處理場地5泥漿輸送管路6棄渣池743kg/m軌道822kg/m軌道9挖掘機2臺1臺1臺配備、不配備配備、不配備龍門吊方面，由于需要吊運渣土，所以需要配置45T式的；泥漿管路隨掘進進尺鋪設，隨時滿足盾構(gòu)模式連續(xù)切換的需求； 需建造滿足土壓盾

9、構(gòu)掘進的棄土渣池和泥水處理設備系統(tǒng)及泥漿處理的場地，在臨時占地規(guī)模與單一模式盾構(gòu)施工相比，需較大用地規(guī)模。但兩種場地可以互用臨時堆放渣土，減少了因渣土外運因素影響盾構(gòu)停機。另外，使用的電瓶車為45T，相比泥水盾構(gòu)機對軌枕的鋪設和材料使用要求更高，采用43kg/m級軌道。還有，對中控手（司機）專業(yè)業(yè)務水平高要求，既要會操作盾構(gòu)、又要會操作環(huán)流；其次對機修維保人員技術(shù)水平要求高。人員配置上的對比序號項目各稱雙模式盾構(gòu)機泥水盾構(gòu)機土壓盾構(gòu)機備注1盾構(gòu)機中控手（司機）221每臺每班2泥漿處理機的操作3303管路（水管、氣管、風管、泥漿管）連接331龍門吊龍門吊泥漿處理系統(tǒng)，泥漿處理場地泥漿處理系統(tǒng)，泥

10、漿處理場地電瓶車渣土運輸、管片電瓶車渣土運輸、管片成型隧道成型隧道盾構(gòu)機始發(fā)盾構(gòu)機始發(fā)控制室控制室管路情況：管路情況：自來水管、污水管、氣管、泥漿管、風管；人行通道、水平運輸通道；自來水管、污水管、氣管、泥漿管、風管；人行通道、水平運輸通道；線路情況：線路情況：動力線、照明線、視頻線、通訊線、動力線、照明線、視頻線、通訊線、自來水管自來水管污水管污水管氣管氣管泥漿管泥漿管照明、通訊照明、通訊運輸通道運輸通道人行通道人行通道風管風管視頻線視頻線盾構(gòu)機應用情況簡介盾構(gòu)機應用情況簡介工程應用概況工程應用概況采用兩臺泥水/土壓雙模式盾構(gòu)機施工，右線單線總長1679.608米，左線單線總長1682.88

11、3米，從花都汽車城站始發(fā)往廣州北站掘進。盾構(gòu)自西向東需下穿：風神大道、農(nóng)新路兩條主干道；下穿荔紅路下沉隧道、天馬河、農(nóng)新排水站、廣清高速公路、7.3米1.9米污水渠箱；側(cè)穿：天馬河西岸樓盤、天馬河一號樓盤、農(nóng)新大橋、祈福輝煌臺樓盤、布心塘村天然地基居民樓群，三維立體沉降控制要求非常高。右線土壓模式始發(fā)現(xiàn)推進完成820米左線泥水模式始發(fā)現(xiàn)推進完成590米盾構(gòu)16次安全通過巖溶處理區(qū)域左、右線盾構(gòu)共進行了14次模式切換。初步掌握了盾構(gòu)在全斷面砂層、粘土層、加固體、灰?guī)r地層、上軟下硬復合地層等條件下的切換技術(shù)和應對措施管理。真正實現(xiàn)不不需在特定條件下拆裝任何部件，就能安全、快速的連續(xù)切換。需在特定條

12、件下拆裝任何部件，就能安全、快速的連續(xù)切換。 本區(qū)間盾構(gòu)開挖面以砂層為主占本區(qū)間盾構(gòu)開挖面以砂層為主占56%56%，灰?guī)r線長（上軟下硬）占，灰?guī)r線長（上軟下硬）占45%45%，其余部分，其余部分夾雜粘土；溶土洞見洞率為夾雜粘土；溶土洞見洞率為63%63%，裂隙發(fā)育。巖面直接過度到砂層，砂層非常厚，裂隙發(fā)育。巖面直接過度到砂層，砂層非常厚，滲透性大；線路沿風神大道、農(nóng)新大道行進。滲透性大；線路沿風神大道、農(nóng)新大道行進。就地層而言對沉降控制要求非常高：就地層而言對沉降控制要求非常高： 一是一是盾構(gòu)始發(fā)即開始下穿泥漿處理場（上覆大型設備）、風神大道全斷面砂層盾構(gòu)始發(fā)即開始下穿泥漿處理場（上覆大型設備

13、）、風神大道全斷面砂層時掘進、在下穿天馬河河堤（高差時掘進、在下穿天馬河河堤（高差8 8米）時均采用泥水模式通過，充分利用了雙模米）時均采用泥水模式通過，充分利用了雙模式盾構(gòu)機在地質(zhì)和地面環(huán)境方面的最廣泛通用性，做到了沉降控制優(yōu)良，減少振動式盾構(gòu)機在地質(zhì)和地面環(huán)境方面的最廣泛通用性，做到了沉降控制優(yōu)良，減少振動的施工效果。的施工效果。 二是二是掘進巖面變化起伏非常大，同一環(huán)掘進斷面巖面線不同，盾構(gòu)在上軟下掘進巖面變化起伏非常大，同一環(huán)掘進斷面巖面線不同，盾構(gòu)在上軟下硬地層掘進超過硬地層掘進超過450450米，占米，占33%33%。巖面最高達到。巖面最高達到4 4米，強度大、巖面起伏大，同一斷米

14、，強度大、巖面起伏大，同一斷面上左、右線巖面變化大。由于上覆砂層很厚、盾構(gòu)進入巖溶區(qū)，沉降控制是關(guān)鍵。面上左、右線巖面變化大。由于上覆砂層很厚、盾構(gòu)進入巖溶區(qū)，沉降控制是關(guān)鍵。應用效果應用效果上軟下硬地區(qū)掘進，裂隙發(fā)育上軟下硬地區(qū)掘進，裂隙發(fā)育巖溶地區(qū)掘進，裂隙發(fā)育，強度較大巖溶地區(qū)掘進，裂隙發(fā)育，強度較大 在荔紅路、天馬河、農(nóng)新排水站、廣清高速公路、區(qū)域出現(xiàn)上軟下硬地層，微風化巖侵入隧道高度在1m-4m；靠近廣州北站端出現(xiàn)全斷面巖層地層，上軟下硬地層對盾構(gòu)設備的強度要求更高，且盾構(gòu)姿態(tài)控制較難，容易形成抬頭或偏位。 編編 號號巖巖 層層 名名 稱稱范圍值（范圍值（MPa）平均值平均值（MPa

15、）標準值（標準值（MPa）強風化碳質(zhì)灰?guī)r強風化碳質(zhì)灰?guī)r中風化泥質(zhì)粉砂巖中風化泥質(zhì)粉砂巖2.07-4.112.912.45中風化炭質(zhì)灰?guī)r中風化炭質(zhì)灰?guī)r20.1-4537.634.6微風化灰?guī)r微風化灰?guī)r41.8-93.267.565 三是安全順利通過溶土洞，未發(fā)生沉降過大、坍塌等問題。結(jié)合溶洞的處三是安全順利通過溶土洞，未發(fā)生沉降過大、坍塌等問題。結(jié)合溶洞的處理及濃泥漿的技術(shù)，掘進控制流暢。理及濃泥漿的技術(shù)，掘進控制流暢。 四是土壓模式下利用泥水系統(tǒng)穩(wěn)壓，具體體現(xiàn)在盾構(gòu)穿越土壓模式下利用泥水系統(tǒng)穩(wěn)壓，具體體現(xiàn)在盾構(gòu)穿越溶洞區(qū)域和全斷面區(qū)域和全斷面富水砂層。由于巖溶裂隙很發(fā)育，砂層厚地下水豐富，盾構(gòu)

16、掘進有。由于巖溶裂隙很發(fā)育，砂層厚地下水豐富，盾構(gòu)掘進有失壓（壓力偏（壓力偏低）、低）、保壓困難、噴涌等現(xiàn)象；可快速利用管路將泥漿送至掌子面，快速穩(wěn)壓，等現(xiàn)象；可快速利用管路將泥漿送至掌子面，快速穩(wěn)壓，并結(jié)合并結(jié)合濃泥漿或惰性漿的使用，可有效解決上述問題。的使用，可有效解決上述問題。 在造泥膜進行氣壓開倉方面：可有效利用泥水系統(tǒng)進行在造泥膜進行氣壓開倉方面：可有效利用泥水系統(tǒng)進行泥膜制作，穩(wěn)定可行有穩(wěn)定可行有效。效。區(qū)間共進行了區(qū)間共進行了4次泥膜制作。次泥膜制作。 另外泥水模式下利用土壓的泡沫系統(tǒng)，在刀盤前方的注水孔和泡沫孔可進行泥水模式下利用土壓的泡沫系統(tǒng)，在刀盤前方的注水孔和泡沫孔可進行

17、注入改良劑，改良劑，防結(jié)泥餅；結(jié)合雙模式環(huán)流系統(tǒng)，區(qū)間推進；結(jié)合雙模式環(huán)流系統(tǒng)，區(qū)間推進1300余米（其中粘土層占余米（其中粘土層占15%），開倉檢查無結(jié)泥餅現(xiàn)象。其次），開倉檢查無結(jié)泥餅現(xiàn)象。其次，利用螺旋機，利用螺旋機排大粒徑石塊，通過濃泥漿，通過濃泥漿配置，利用其的特性來實現(xiàn)排石。配置，利用其的特性來實現(xiàn)排石。 4242* *20cm20cm 盾構(gòu)機下穿的重大風險源：盾構(gòu)機下穿的重大風險源： 1、下穿河流、下穿河流 存在淺覆土、拋填石、溶洞發(fā)育、上軟下硬等復合地層，上覆砂層穩(wěn)定性極差。天馬河為花都區(qū)的景觀河，環(huán)境保護要求高；而距離盾構(gòu)隧道左線14.5米處即為農(nóng)新大橋橋樁，橋上車流繁多，施

18、工中的地面保護非常重要，在這兩個因素盾構(gòu)下穿施工帶來了極大的困難。本案目前屬全國第一例在巖溶區(qū)下穿河流的施工。 2、下穿河流、下穿河流 除在各單位親歷指導，制定措施、落實應急管理措施外。掘進主要采用“泥水模式掘進為主，土壓掘進排石”的組合拳，充分發(fā)揮出雙模式盾構(gòu)機的優(yōu)點。也采用逆循環(huán)或備用管正循環(huán)+半逆循環(huán)的方式，有效避免了排渣困難的風險。在下穿段除部分冒氣泡外，無冒漿等異常問題。注漿系統(tǒng)和泡沫系統(tǒng)發(fā)揮穩(wěn)定。 盾構(gòu)機下穿的重大風險源：盾構(gòu)機下穿的重大風險源：2、建構(gòu)筑物、建構(gòu)筑物 一是在風神大道至荔紅路段有一條1米直徑的污水管，近距隧道6米，沿隧道行進方向共300米。該區(qū)域進行了4次切換，巖溶區(qū)域。左線泥水、右線土壓模式均有使用，沉降控制較好。安全順利，無異常安全順利，無異常 盾