软土地层盾构施工技术与管理-2013

防范风险，提高效益提高盾构施工技术与管理水平中铁十六局集团有限公司吴煊鹏2013年12月内容1，地质是基础2，设备是关键3，人员（、管理、技术）是保证4，技术先导，方案先行，落实到位5，标准化施工，制定规程，遵守规范6，信息化施工，7，提高技术水平，不断研究、总结、调整、提高8，用最基本的原理和方法去研究、解决问题，确保土体改良，土压控制和出土量的控制9，强化设备管理，物资材料配件管理10，风险预防、应急方案、快速反应与应对措施1，地质是基础地质条件，水文地质条件，主要地质特点的认识。详勘，精确掌握地质情况。该地质对盾构机设备的要求，或盾构机对该地质的适应性。主要地质风险，不良地质的处理渣土土体改良措施施工中注意地质的变化，改变技术措施施工中地质变化对盾构机的影响深化对该地质的认识，典型软土地层软土地层：隧道区间内，不同地段基本类似地质；隧道一个断面上，地质基本类似；隧道断面没有较硬地层。天津、苏州、杭州：但是要注意地层有砂层、砂层液化、淤泥质地层的不同可压缩性、含水率较大、有害气体等风险。软土地层盾构施工必须注意的六个技术重点。1盾构施工方案策划，盾构机选型、2刀具配置与改进、3选用合适的土体改良措施、4优化掘进参数5特殊地段的技术措施6加强盾构机维修保养有害气体特性有害气体喷发现象气体分布范围结论建议杭州地铁彭埠站～建华站有害气体补充勘察的结果看，有害气体不仅布满整个区间，而且在沪杭甬高速西南侧局部存在压力较大区域，且此处恰好有一座联络通道位于含气层位置。区间的有害气体会严重影响盾构掘进施工及联络通道的冰冻法施工。必须做好以下措施：1、提前有控放气重点对有害气体压力相对较大的区段进行有控放气。具体的有控放气措施参见本报告第四节“有控放气指导性措施”。2、设计单位根据含气层最大压力以及含气层顶板距离隧道结构线底部最近距离进行盾构掘进、隧道结构的稳定性验算，若验算结果不稳定，则可加密放气孔对整个区间进行有控放气，及其他相应措施，以确保隧道结构的安全稳定。3、采用高抗渗性材料由于K23+240.0~K23+440.0范围内的隧道结构位于含气层中，且K23+352.0处的联络通道也处于含气层位置，因此，该区域的有害气体渗入隧道的可能性较大。建议该区域的管片混凝土以及联络通道所使用的混凝土采用高抗渗等级标准。4、加强监测、改善通风条件设立专职有害气体监测人员，动态测定盾构推进过程中隧道内的有害气体浓度，并在盾构隧道内安装自动报警仪，必要时可在盾构机前端采用先进的有害气体探测设备。此外，隧道内应采用高功率的通风设备，保持隧道内空气流畅。5、施工安全规则（1）所有进入隧道的人员都要进行预防有害气体和消防等安全教育。（2）严禁在隧道内点火吸烟和烧烤其它可燃物，严禁携带火种或易燃物品进入隧道。（3）对易造成燃烧和爆炸的电器设备均应加以防爆装置，并建立机电的检查、维护专职制度。（4）在隧道内电焊、气割（焊）等作业必须严格控制。（5）施工场地必须配备足够的电气灭火器材。2，设备是关键盾构机选型盾构机监造盾构机改造盾构配套设备盾构机的组装调试质量盾构机的刀具配置与维修盾构机的维护保养盾构机的正确操作盾构机的各种表格，施工表格，维护保养表格盾构机的安全施工2.1、盾构机选型在盾构工程中，首要问题是选择适当的盾构机。盾构机的选型与选择盾构机厂家是相互联系的，在选型时，必须对国内、国际上各盾构机厂商、对国内外盾构技术的法发展有足够的了解。盾构机选型还必须对所选的盾构机结构、性能有较深的了解；熟悉各种盾构机的优点及对工程地质的适应性；才能保证所选盾构机先进性、适用性，完全能满足该工程的需要。在盾构机选型中，尤其要特别重视刀盘刀具的选型和配置。1.1盾构机选型依据盾构机选型主要应考虑以下几个因素：工程地质情况与施工场地大小业主招标文件中的工程要求管片形式、设计尺寸与分块角度盾构机的先进性、适应性与经济性盾构机厂商的信誉与业绩盾构机能否按期到达现场1.2盾构机主要性能与参数的确定原则在复合地层施工的盾构机的主要参数的选型必须满足以下几个要求：（1）必须确保盾构机整体性能和配置满足复合地层的施工要求。（2）确保盾构机刀盘的强度与主驱动功率，刀具配置合理，使隧道掘进施工顺利。（3）保证永久隧道衬砌的安装质量。（4）主要参数有一定安全系数，确保盾构施工安全和作业效率。（5）土体改良设备配置齐全，对环境保护较好，地面沉降控制在在+1～-3cm以内。（6）机械性能良好，故障率低，可靠性高，并且能够适应地质条件的变化。1.3盾构机刀盘选型刀盘有辐条式、辐条加面板式，面板式几种。对于复合地层，盾构机首选复合式刀盘。对于刀盘的具体要求有：（1）刀盘采用面板式结构（焊接成型后机加工），刀盘可安装各种形式的滚刀和/或齿刀（撕裂刀）等，并配有超挖滚刀。刀盘和盾体材质性能指标不低于Q345B，刀盘强度必须满足最恶劣的地质条件而不变形或开裂。（2）在刀盘易磨损处及外缘采用耐磨材料制造、耐磨版、堆焊耐磨材料等措施，以保证刀盘的耐磨性、耐冲击性及外型精度。（3）刀盘开口率不宜过大，应具有防止刀盘中心结泥饼措施和装置。（4）刀盘上的所有刀具都可以在刀盘背部更换，为施工中在在土仓内更换提供方便。（5）刀盘驱动应具有足够的功率储备和良好的安全性。1.4刀盘设计、生产、监造技术原则（1）刀盘是盾构开挖的基础，必须保证刀盘的强度、耐磨性能和可靠性，否则，刀具配置再好，也起不到应有的作用。（2）刀盘设计过程之中，用户必须积极参与并根据自己的经验和知识，提出自己的要求。（3）刀盘必须着重考虑结构形式、直径尺寸、重量、开口率、刀具固定方式、耐磨保护措施等方面。（4）刀盘在制造、加工、热处理、焊接过程必须加强质量控制，施工单位在监造过程应查阅各种资料，检查过程和产品是否符合质量控制体系和标准。（5）根据其它单位刀盘使用经验，提出改进要求。（6）大直径刀盘要考虑分块的合理性，保证运输条件的前提下，着重考虑各分块在焊接后的精度与整体强度。（7）在复合地层中施工，盾构刀盘应优先选用面板式刀盘。对于辐条加面板式的刀盘，一定要确保刀盘结构的耐冲击性和刀盘强度的安全系数，不能无条件的相信厂家的有限元计算结果。在实际施工中，由于地质条件的变化，边际条件的突破，一定的强度裕度是必不可少的。组装调试质量刀具配置刀具选型与配置（1）刀具分类刀具按作用一般可分为：挖掘刀具；辅助刀具。挖掘刀具：中心挖掘刀具--鱼尾刀，中心滚刀，中心羊角刀等。面板挖掘刀具--单刃滚刀，双刃滚刀，贝壳刀，羊角刀等。超挖挖掘刀具--超挖滚刀，超挖刀，仿形刀等。周边挖掘刀具--周边刮刀等。辅助刀具：槽口刮刀，周边边缘刮刀，磨损监测刀，圆周耐磨刀等。刀具还可以按安装方式、刃口厚度、耐磨程度、是否可常压换刀等形式分类（2）刀具配置刀具配置要考虑刀具的轨迹线、刀刃间距、贯入度、开挖刀具与辅助刀具的高差、刮刀的切削角度、滚刀的启动扭矩等。在多年的盾构施工经验中，我们认为：；重型刀具配置要根据地质情况选刀具配置少是不行的，但也不是刀具布置的越多越好用；滚刀的启动扭矩不是越低越好；刀具的合金形式和数量和经济成本紧密关联，必须根据地质条件，隧道区间长度适当的选配。特别是监测刀具的布置不仅要考虑到面板刀具的状态监测，还要反应周边边缘刮刀的磨损状态，对于大直径盾构机更要特别注意。监测刀具与开挖刀具的高差应合理设计，既考虑到刀具的安全磨损程度，也要考虑刀具的合理磨损寿命。（3）刀具选型刀具选型包括：各种刀具的数量与配合；刀具厂家的选择。由于刀盘设计制造完成以后，刀具轨迹线、刀具高差，刀具安装形式、刀具形式都基本确定。我们所要选择的是挖掘刀具是全部采用滚刀，还是部分安装滚刀，还是全部安装软土刀具。在广深地区的复合地层盾构施工中，我们这3种形式都采用过，效果较好。微风化地层：安装全部滚刀；中风化地层：全部或大部分安装滚刀；强风化地层：部分安装滚刀；全风化地层：少部分或可不配置滚刀。软土地层：软土刀具（切削桩基特殊情况除外）由于各种地质条件状况不同，必须根据使用情况及时调整配置方案对于刀具厂家的选择，一是要经过招标，进行性价比选；二是根据各个厂家的刀具特点和优势，选用质量、服务好的厂家；三是在困难的地质条件下，必须选用性能更优越的刀具；四是国产刀具经过多年的发展改进，在性能、价格、服务等方面，已经全方位的达到国外同类刀具的水平。2.2刀具磨损监测与状态评估刀具有中心开挖、滚刀破岩、先行切削、刮刀犁松等几种开挖形式；刀具磨损有：一般有刀圈崩裂、偏磨；合金崩坏；正常磨损；磨损过度；刀座损坏等几种。如何根据刀具的磨损状况，来判别在该种地质条件下刀具的寿命，选用合理的换刀方案。如何根据刀具的磨损状况，来判别在该种地质条件下刀具刀具损坏的原因，是刀具质量问题，还是操作参数不合适，还是土体改良不到位。必须根据地质条件，刀具的磨损状况去分析研究，并提出改进措施。刀具的磨损监测一般应该将刀具监测装置、经验判别、开仓监测三种措施综合应用，才能达到基本准确的监测刀具的磨损状态。减少换刀次数，延长刀具寿命，提高施工效率，减少成本开支，防范换刀风险，就是我们加强刀具磨损监测和磨损状态评估的目的。2.3刀具的更换与修复盾构在复合地层里施工，滚刀消耗数量较多，为了降低经济成本，必须注意刀具的及时更换与修复。（1）常压刀具更换在刀具更换过程中，应该重点注意一下几个技术方面。对照刀盘配置图纸和方位，对每个刀具的磨损状况进行测量，并进行分析，根据使用时间和相对开挖长度，以确定合理的更换时间。常压更换刀具应该在稳定的土体中进行，防止坍塌等事故发生。常压更换刀具时，必须防止刀具固定螺栓没有拧紧，滚刀掉落，齿刀翻转等情况发生。（2）带压刀具更换带压换刀主要是带压作业的安全问题。要防止把磨损较小的刀具拆卸下来。带压作业技术要点：掌子面泥膜质量；压力设定和气压自动调节；人员培训与作业安全；防止遗留刀具等物品。（3）刀具修复我们在刀具应用方面，刀具修复主要还是指滚刀修理、刀座修复滚刀使用，要防止偏磨发生、滚刀壳体损坏，否则不能修复只能更换。2.4参数优化、调整滚刀启动扭矩、刀具的改进在盾构施工中，根据刀具使用情况，必须及时换刀、优化施工参数，防止滚刀偏磨。根据地质，调整滚刀的启动扭矩。并且根据刀具使用情况，和隧道长度以及地质条件，对原配置的刀具的可以进行改进。（1）对周边边缘刮刀的改进。原配刀具与改进后的刀具（2）刀具的改进其它例子原配置周边刮刀刀具与改进后刀具，刀头可换，保径刀SSP软土超前声探系统刀具磨损测量系统示意图安全技术操作规程3，人员（、管理、技术）是保证足够人员定人定岗定责岗前培训考核管理制度经济鼓励不断提高人员技术水平，提高人员对该地质熟悉程度，提高对该盾构机的掌控熟练程度。总体掌控，及时可控的调整参数，地面配合运输配合4，技术先导，方案先行，落实到位施工方案专项方案技术研究技术培训技术考核技术研究方法：100个技术问题。技术管理组织：专家技术组熟悉盾构工程情况（工程与水文地质；工程设计；重难点与特点；规模与工期）做好盾构工程筹划与施工组织设计保证盾构工程常规地段施工顺利确保盾构工程特殊地段施工安全强化盾构工程的管理5，标准化施工，制定规程，遵守规范完善盾构机各项安全操作技术规程双螺旋国家规范特殊地段施工标准化工地特殊地段的技术措施溶洞的处理穿越建构筑物和管线地段孤石的处理小半径隧道的施工小间距隧道的加固江河地段的技术措施其它特殊困难地段技术措施香港地铁管理的深圳4号线—管理模式的不同深圳儿童医院宿舍楼外貌—盾构正穿正穿深圳儿童医院宿舍楼加固可回收锚索施工照片（盾构刀盘遇到锚索缠绕）钻孔锚索张拉锚索回收回收后钢绞线穗莞深城际铁路隧道上方--东莞大朗镇地面几百栋房屋，没有地面加固条件。小间距施工广州区杨区间小半径隧道六站台11股道12股道9股道10股道7股道8股道4股道5股道6股道1股道2股道3股道五站台四站台三站台二站台一站台站前高架及