南京纬三路超大直径盾构施工实习报告

南京纬三路超大直径盾构施工实习报告一、实习目的通过接触和参加实际施工工作中，充实和扩大自己对关于超大直径盾构机施工的知识了解，培养相应的应用能力，为以后盾构机施工中打下一定的基础。三、实习单位南京市纬三路过江隧道工程项目部四、实习地点南京市纬三路过江隧道工程项目部施工现场五、实习内容1、工程概况1.1、工程位置南京市纬三路过江通道是南京城市快速路系统跨江成网的最重要通道之一，工程位于长江大桥与纬七路南京长江隧道之间。标段工程地理位置图1.2、工程范围本工程北接江北岸浦口区浦珠路，南接江南定淮门大街(S线)和扬子江大道(N线)，施工内容包括：江北隧道明挖段（S线工区）、江北盾构始发井、S线隧道盾构段、梅子洲风井、南岸盾构接收井、江南S线明挖段、江南SB匝道明挖段，以及隧道内部结构、装修、工作井风塔建筑等。本标段主要工程分布如图。标段工程范围示意图1.3、设计参数1.3.1、主要技术标准本工程设计采用双管双层、X型8车道盾构隧道方案，设计标准见表。纬三路过江通道工程设计技术标准表1道路等级城市快速路8最小竖曲线半径凸形4500m，凹形2700m2设计车速80km/h9设计使用年限100年3车道数双向八车道10设计荷载公路～I级，人群荷载4.0kN/m24车道宽度(m)2×3.5+2×3.511抗震设防标准地震基本烈度7度5车道净高(m)4.512结构耐火等级一级6最小平曲线半径1000m13耐火极限2小时(RABT曲线)7最大纵坡4.5%14设计洪水位1/100设计，1/300校核1.3.2、工程内容南京纬三路过江通道项目SG～1标段S线工区主要内容见表。SG～1标段工程内容一览表序号工程项目里程范围分段长度(m)设计结构概况1江北明挖段明挖暗埋SDK3+355~SDK3+528173围护结构为0.8m、1.0m和1.2m地连墙，地下二层双跨C35P10钢筋砼结构。2江北始发井SDK3+528~SDK3+55325围护结构为1.2m厚地连墙，地下三层双跨C35P10钢筋砼结构。地面4层36.3m高风塔。3隧道盾构段（S线）SDK3+553.00~SDK7+687.604134.64梅子洲风井SDK6+761.4~SDK6+790.629.2围护结构为1.2m厚地连墙，圆形地下七层C35P10钢筋砼结构。地面5层33.1m高风塔。5江南接收井（S线）SDK7+687.6~SDK7+712.424.8围护结构为1.2m厚地连墙，地下三层单跨C35P10钢筋砼结构。6江南S线明挖段敞开段SDK8+145~SDK8+320175围护结构为SMW工法桩、水泥搅拌桩，U形C35S10钢筋砼结构。7明挖暗埋SDK7+712.4~SDK8+145432.5围护结构为地连墙、SMW工法桩，地下三层单跨到地下单层双跨C35P10钢筋砼结构。8江南SB匝道明挖段敞开段SBK0+125~SBK0+273.5148.5围护结构为SMW工法桩，水泥搅拌桩，U形C35P10钢筋砼结构。9明挖暗埋SBK0+043~SBK0+12582围护结构为SMW工法桩，地下单层单跨C35P10钢筋砼结构。江北明挖段173mS线盾构隧道4135mS线明挖段608mSB匝道230m2、工程特点大：超大直径盾构，开挖直径达14.96m，是目前世界上最大的盾构隧道之一。高：盾构隧道施工中存在三高，水压高（高达0.77MPa）、石英含量高（高达65%）、管片拼装精度高，均为国内最高。薄：江底隧道覆土厚度浅，隧道局部覆土厚度只有0.6D；长：盾构一次掘进距离长达4135m；险：隧道长距离穿越高石英含量的砂卵石层及复合地层，并可能存在不明障碍物；深基坑所处地层全部为饱和含水软土、粉细砂层。工程技术含量高，施工风险大。挤：本隧道为双层4车道结构，在盾构掘进时，洞内空间狭小，管线密布，运输繁忙，而内部结构必须紧跟施工，前后上下多工序同时作业，需要严密、科学的组织。杂：本工程涉及多个施工区段和众多专项施工技术，综合性强；周边环境复杂，不确定因素多，组织协调难度大。3、盾构机选型及适应性盾构机的性能、配置、功能及其与地质条件的适应性是盾构隧道施工成败的关键，本标段的盾构选型参考了国内外已有盾构工程实例，按照适应性、可靠性、先进性和经济性相统一的原则进行盾构机的选型。3.1、盾构机选型3.1.1、盾构选型条件盾构掘进长度：S线4135m；线路最大埋深：70m；隧道最小转弯半径：1000m；隧道结构设计：管片外径φ14.5m，内径φ13.3m，管片环宽2m；3.1.2、盾构机形式的确定泥水平衡盾构是在机械式盾构刀盘的后侧，设置一道封闭隔板，隔板与刀盘间的空间定义为泥水仓舱，把水、膨润土、及添加剂混合制成的泥水，经输送管道压入泥水舱，待泥水充满整个泥水舱，并具有一定压力，形成泥水压力室。通过泥水的加压作用和压力保持机构，能够维持开挖工作面的稳定。盾构推进时，旋转刀盘削切下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面泥水分析系统，将碴土、水分离后重新送回泥水舱，这就是泥水气压平衡盾构法的主要特征。根据对本工程地质水文特点的分析，综合国内外盾构生产厂家对本地质特点盾构机选型的参考意见，拟选用泥水加压平衡式盾构。主要原因如下：（1）泥水盾构可以降低施工风险地层中含大量卵石和水，高水压高土压，若采用土压平衡盾构则不利于碴土改良，难以形成土塞，这样不利于地表沉降的控制，且需加入大量的添加剂，使施工成本大大增加。而采用泥水盾构则可以降低此类风险。另一方面长距离砂卵石的存在，采用泥水盾构可更好保证施工安全。采用泥水盾构一方面可以提高隧道施工效率，另一方面可以避免地面沉降塌方。（2）地质因素适合采用泥水盾构根据地质因素分析，长距离的卵石土层、水文情况等均适合采用泥水加压式盾构机。综上所述，根据工程条件、地质特点、工期及施工要求，结合类似工程盾构的选型经验，在本工程宜采用泥水加压平衡式盾构机。（3）泥水盾构施工的特点在易发生流沙的地层中能稳定开挖面，可在正常大气压下施工作业；泥水传递速度快而且均匀，开挖面平衡土压力的控制精度高，对开挖面周围土体的干扰少，地面沉降量控制精度高；盾构出土，减少了运输车辆，进度快；刀盘、刀具磨损小，适合长距离施工；刀盘扭矩小，更适合大直径盾构隧道施工；适用于软弱的淤泥质黏土层、松散的砂土层、砂砾层、卵石层和硬土的互层等底层，特别适用于地层含水量大、上方有水体的过江隧道和海底隧道。（4）泥水平衡盾构工作原理适用于地下水压大（一般0.25-0.3Mpa以上），土体渗透系数大的地质状况。依靠泥水在切削面形成泥膜，通过加气压来调整泥水的压力达到切削面的稳定，其特点是泥水输送系统不参与压力调节。其压力舱由泥水舱（开挖舱）和气垫舱组成，通过改变气垫舱的压力，间接调整泥水舱的工作压力，这种控制方式反应灵敏，控制精度高。泥水舱内部的泥水在压力作用下，能够迅速渗入开挖面形成泥膜。由于泥水输送系统不参与压力调节，因此，可以选用更大功率的输送泵将开挖的渣土以泥浆的形式泵送至隧道外，可以选用大管径的输送管，具有作业效率高、环境清洁的特点。地面需要设置泥水处理系统，以供给适合的泥水，处理切削出的渣土。3.2、盾构机设计的功能及技术参数3.2.1、盾构机结构组成泥水加压式盾构在结构上包括刀盘、盾体、人舱、碴土破碎系统、泥浆输送系统、管片安装机、口字件安装系统和后配套拖车等；在功能上包括开挖系统、主驱动系统、推进系统、泥水系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、激光导向系统及通风、供水、供电系统等。复合式泥水盾构结构示意图3.2.1.1刀盘刀盘用来切削土体，也有支承掌子面的功能，同时具有搅拌泥土的功能。(1)结构形式刀盘采用面板+辐条式结构，刀盘上焊接有安装各种刀具的刀座。刀盘通过法兰盘和主驱动连接，可以传递额定的扭矩和推力。刀盘中心装有回转接头和管人员舱刀盘驱动组件进浆管破碎机推进油缸管片安装机刀盘排浆管路，以便联接各种管路。刀盘安装在主轴承的内齿圈上，通过电机马达驱动，刀盘支承在组合式大型滚柱轴承上。刀盘设计为双向旋转，转速可调。(2)刀盘的开口形式刀盘开口设进碴口16个(8个主进碴口+8个辅助进碴口)，刀盘开口率为26%，便于土碴的流动，保证顺利出碴，在维修或带压换刀时可关闭泥浆管闸门，保证泥水仓内的压力及开挖面的稳定。(3)刀盘的耐磨设计刀盘结构的保护是通过在刀盘开口部分和外缘焊接硬化表面。在刀盘每个进碴口的周圈进行硬化处理并堆焊耐磨材料；在刀盘的中心和外缘进行硬化处理并堆焊耐磨材料；在刀盘外圈设有保护刀具。盾构机刀盘的周边焊有三道耐磨条，刀盘的面板用进口MT焊条焊接有格栅状的耐磨材料，充分保证刀盘在岩层掘进时的耐磨性能。3.2.1.2刀具盾构刀盘面板装有先行刀、滚刀、刮刀、切刀、超挖刀(行程20~50mm)，超挖刀由液压系统控制伸缩。大多数刀具采用螺栓连接在刀盘面肋板上，可在泥水室内检查或更换。(1)刀具布置对刀具的保护刀盘上不同类型的刀具设计布局，考虑了卵石土层、全断面基岩地段掘进时对滚刀的保护，而采用的先行刀距离刀盘面板比滚刀距离刀盘面板高20mm，从而达到保护刀具的目的。(2)刀具的破岩机理盾构机采用滚刀进行破岩，其破岩形式属于滚压破碎岩石，是一种破碎量大、速度快的机械破岩方法，其特点是靠工具滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作用达到破碎岩石的目的。刀盘面板布置示意图(3)刀具的磨损检测及更换为及时掌握刀具的磨损状况，设计独特刀具磨损检测装置：预设的6~8把带液压检测刀具，通过液压油压力变化感知刀具磨损状况并显示在主控制室内，从而对刀具检查更换提供依据。磨损检测装置示意图独特的常压换刀设计：22把可常压更换型滚刀/切刀、2次推出式滚刀37个。通过人员仓进入刀盘辐臂内的工作仓，在此仓内维修人员先将可更换刀具退回到工作仓内，然后关闭闸门，进行刀具检修和更换，此过程在常规大气压下完成。常压换刀极好地解决了高压进仓换刀的危险，并提高了工作效率。3.2.1.3、人员舱（1）人员舱简介人员舱是人员出入泥水室进行维修和检查的转换通道，出入泥水室的工具和材料也由此通过。人员舱包括主舱和材料舱，它们由压力门隔开。主舱和中间舱之间有法兰连接，而中间舱直接焊接在压力隔板上。通过隔板上的门就可以进入泥水室。材料舱和主舱横向连接，这样从材料舱出来必须要经过主舱。材料舱的作用是在带压工作时运送设备、人员和出现紧急情况时的出入。人员舱配有自动保压系统，人员舱内压力一经设定后，完全由自动保压系统调节和控制舱内压力。进入人员舱的工作人员必须经过身体检查，并接受相关的专业技术培训。人员在带压模式进入人员舱工作时，需严格按照人员舱的安全操作规程和有关说明进行操作。同时必须保证有受过专业培训的技术人员现场控制，密切注意人员舱内人员的工作状况，且进入人员舱各舱的时间必须要严格遵守规定的时间。盾构机主要技术参数盾构机主要技术参数表主部件名称细目部件名称参数刀盘直径15000mm开口率26％刀具滚刀45把双刃滚刀＋6把中心刀切刀80把可更换式切削刀，中心部位15把导向切削刀，主切削刀256把先行刀32把（外周）超挖滚刀1把仿形刀1把切刀磨损检测装置12把推进系统推进油缸29×2个行程3050mm推进速度50mm/min行程传感器8个最大推力278400KN刀盘驱动主轴承寿命23000h额定扭矩36585kNm最大扭矩43588kNm脱困扭矩43588kNm功率18×170kW转速0.1~1.85rpm密封2×5道工作压力10bar破碎机驱动液压最大破碎粒径800mm最大破碎岩石强度260MPa盾尾密封5道管片安装机控制方式无线和有线控制旋转角度±210°旋转速度0~1.15rpm超前钻机钻机台数27泥水处理系统处理能力3200m3/h主管径500mm最大输送粒径150mm人员舱工作压力10bar测试压力12bar工作人员数主舱4人，应急舱4人注浆系统注浆泵能力60m3/h（3台×20m3/h）砂浆罐容量30m33.2.2、盾构机适应性分析3.2.2.1、对地质的适应性分析（1）在砂卵石地层中长距离掘进的适应性砂