雙模式盾構機及施工簡介

雙模式盾構機及施工簡介,泥水/土壓,廣州市軌道交通九號線施工2標花都汽車城站-廣州北站盾構區(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、新的系統(tǒng)、新的產(chǎn)品，具有國家專利。,能在控制工程風險、減少地面預處理、嚴控敏感地段的地層沉降、快速掘進等方面發(fā)揮顯著地作用，從而能降低綜合成本，減少擾市擾民。,兩個模式可獨立運行又可互相支持。土壓模式下利用泥水系統(tǒng)穩(wěn)壓、造泥膜氣壓開倉等，泥水模式下利用土壓的泡沫系統(tǒng)注水防泥餅、利用螺旋機排大粒徑渣土等。,自穩(wěn)性強的地層采用土壓模式掘進，自穩(wěn)性差的地層采用泥水模式掘進。在地質和地面環(huán)境方面實現(xiàn)了最廣泛的通用性，,適應性強,環(huán)保經(jīng)濟,技術突破,功能齊全,雙模式盾構機的特點,切換便捷,兩種模式切換不需在特定條件下拆裝任何部件，實現(xiàn)安全、快速的連續(xù)切換。,隨著泥水、土壓盾構掘進的經(jīng)驗積累和對兩種模式盾構機的認識不斷加深，雙模式盾構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。,一般來說盾構設備的種類與地質條件是相對應的，目前采用的基本都是單模式盾構機。因此盾構機適應地層環(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)的地質情況變化較大，較為復雜的地段，地表建構筑物、江河流域、管線等復雜環(huán)境。單一掘進模式的盾構機容易出現(xiàn)掘進困難等問題。 傳統(tǒng)的單一模式盾構機是通過選型比選、適應性評估，一是選定土壓平衡式盾構機或泥水平衡式盾構機中的一種；二是同時選定兩種盾構機，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。,凡能滿足土壓盾構掘進、泥水盾構掘進施工的工程環(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。,開挖直徑6300盾構機主要結構部分,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50mm/min，配備了6個160KW刀盤電機（總功率960KW）、刀盤最大扭矩6528KN.m、刀盤轉速0.3-3.0rpm。,24個盾構機推進油缸（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。,盾構機P0泵小循環(huán)系統(tǒng),雙模式盾構機的主要構件、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,中筒體，含鉸接,3、主軸承,主軸承,與刀盤的定位,4、推進油缸,5、螺旋機,螺旋機全貌,螺旋機安裝就位,6、皮帶機,皮帶機全貌,皮帶機的安裝,7、拼裝機,拼裝機全貌,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,6個泡沫注漿口,16、泥水系統(tǒng),雙模式盾構機的對比,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，隨時滿足盾構模式連續(xù)切換的需求；,需建造滿足土壓盾構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停機。另外，使用的電瓶車為45T，相比泥水盾構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、又要會操作環(huán)流；其次對機修維保人員技術水平要求高。,龍門吊,泥漿處理系統(tǒng)，泥漿處理場地,電瓶車渣土運輸、管片,成型隧道,盾構機始發(fā),控制室,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；線路情況：動力線、照明線、視頻線、通訊線、,自來水管,污水管,氣管,泥漿管,照明、通訊,運輸通道,人行通道,風管,視頻線,盾構機應用情況簡介,工程應用概況,采用兩臺泥水/土壓雙模式盾構機施工，右線單線總長1679.608米，左線單線總長1682.883米，從花都汽車城站始發(fā)往廣州北站掘進。,盾構自西向東需下穿：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16次安全通過巖溶處理區(qū)域,左、右線盾構共進行了14次模式切換。初步掌握了盾構在全斷面砂層、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和應對措施管理。真正實現(xiàn)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。,本區(qū)間盾構開挖面以砂層為主占56%，灰?guī)r線長（上軟下硬）占45%，其余部分夾雜粘土；溶土洞見洞率為63%，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。就地層而言對沉降控制要求非常高： 一是盾構始發(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時掘進、在下穿天馬河河堤（高差8米）時均采用泥水模式通過，充分利用了雙模式盾構機在地質和地面環(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。 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，盾構在上軟下硬地層掘進超過450米，占33%。巖面最高達到4米，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、盾構進入巖溶區(qū)，沉降控制是關鍵。,應用效果,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,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設備的強度要求更高，且盾構姿態(tài)控制較難，容易形成抬頭或偏位。,三是安全順利通過溶土洞，未發(fā)生沉降過大、坍塌等問題。結合溶洞的處理及濃泥漿的技術，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)在盾構穿越溶洞區(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，盾構掘進有失壓（壓力偏低）、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，并結合濃泥漿或惰性漿的使用，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)進行泥膜制作，穩(wěn)定可行有效。區(qū)間共進行了4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注入改良劑，防結泥餅；結合雙模式環(huán)流系統(tǒng)，區(qū)間推進1300余米（其中粘土層占15%），開倉檢查無結泥餅現(xiàn)象。其次，利用螺旋機排大粒徑石塊，通過濃泥漿配置，利用其的特性來實現(xiàn)排石。,42*20cm,盾構機下穿的重大風險源： 1、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；而距離盾構隧道左線14.5米處即為農(nóng)新大橋橋樁，橋上車流繁多，施工中的地面保護非常重要，在這兩個因素盾構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 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。,盾構機下穿的重大風險源：2、建構筑物 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,盾構機下穿的重大風險源：2、建構筑