江蘇地鐵延伸線qc成果盾構穿越淤泥質地層姿態(tài)控制

目錄一、工程簡介2二、小組簡介3三、選題理由3四、現(xiàn)狀調查3五、設定目標4六、原因分析461始發(fā)過程中始發(fā)基座偏差462操作手的操作水平和操作經驗563根據管片姿態(tài)測量成果調整盾構姿態(tài)564管片拼裝（盾尾間隙和管片選型）與盾構姿態(tài)565掘進參數(shù)6七、制定對策8八、對策實施9實施一管片拼裝9實施二掘進參數(shù)選擇13九、效果檢查16十、制定鞏固措施18十一、總結和下一步打算18盾構穿越淤泥質地層姿態(tài)控制城市軌道交通工程分公司蘇州IIYTS02標項目部QC小組一、工程簡介蘇州地鐵2號線延伸線2標盾構工程包括邀湖路站尹山湖中路站、尹山湖中路站東方大道站、東方大道站獨墅湖南站三個區(qū)間，區(qū)間盾構隧道均設計為雙線單圓隧道。區(qū)間隧道縱坡呈“V”型，最大坡度25，最小坡度35，與車站相連端的豎曲線半徑為3000M，其余為5000M。地質以2層粉土夾粉質粘土層和Y層淤泥質黏土層為主，土體相對軟弱，具有一定的觸變特性，屬于典型的長江下游淤泥質軟弱地層。圖11盾構始發(fā)二、小組簡介表21小組成員簡介小組名稱蘇州2號線盾構項目部QC小組成立時間2014年1月1日課題名稱盾構穿越淤泥質地層姿態(tài)控制登記號序號姓名年齡性別職務職稱組內職務組內分工1楊琪41男工程師組長組織協(xié)調2劉學28男工程師副組長技術指導3吳院生28男助理工程師副組長技術指導4郭春林26男助理工程師副組長現(xiàn)場排查5高勛29男助理工程師組員現(xiàn)場監(jiān)督6金康24男助理工程師組員現(xiàn)場監(jiān)督7譚從龍25男助理工程師組員方案實施8趙亞24男助理工程師組員方案實施9蔣中華45男高級技工組員機械檢查10杜榮根24男盾構司機組員方案實施11趙強37男拼裝手組員方案實施小組類型攻關型活動時間2014年1月1日2014年10月20日三、選題理由在盾構隧道施工中，盾構機的姿態(tài)控制是至關重要的，它直接關系到隧道的施工質量，所以在進行隧道軸線控制中，除了要做好嚴格的測量及檢驗工作，更要對盾構機的姿態(tài)控制充分的重視起來，由于盾構施工是由盾構機在深層土體進行暗挖的一種施工工藝，盾構機所處土層的土質情況、隧道軸線的平面及高程的設計情況、盾構掘進參數(shù)、管片形式及施工中管片的選型、管片的楔形處理等因素都將直接影響到盾構機的姿態(tài)控制，從而對隧道的成型質量產生至關重要的影響。蘇州地鐵2號線延伸線2標盾構隧道所處地層屬于典型的長江下游淤泥質軟弱地層，盾構姿態(tài)難以控制，為了保障成型隧道質量，同時節(jié)約后期的維護成本。對此我們深入展開QC活動分析，結合本公司在蘇州地鐵2號線的施工現(xiàn)狀，全面剖析掌握盾構在淤泥質地層中姿態(tài)控制細節(jié)，提高工程施工的技術水平。四、現(xiàn)狀調查調查（一）蘇州地鐵于2007年12月正式開工建設，截至目前1號線和2號線主線已開通運營，隨著蘇州地鐵的快速發(fā)展，蘇州盾構隧道的施工技術規(guī)范和驗收標準也隨著更加嚴格。再加上受蘇州地區(qū)用地條件的限制，大部分地鐵均位于地下，而蘇州地鐵盾構隧道穿越的地層主要為含水飽和的淤泥質軟土地層（以粉質粘土、淤泥質粘土為主），地層含水量大，土層壓縮性強；淤泥質軟土地層這一地質條件使得盾構在掘進中姿態(tài)控制難度較大。調查（二）盾構姿態(tài)是在盾構法隧道的施工過程中,為滿足盾構機掘進的施工需要，由自動測量系統(tǒng)或人工測量系統(tǒng)經過測量或計算所得到的盾構機主機偏離設計軸線的狀態(tài),其主要參數(shù)有水平偏差,垂直偏差俯仰角，旋轉角等。水平偏差反映盾構在水平方向上偏離設計軸線的平曲線的情況；垂直偏差俯仰角反映盾構在豎直方向上偏離設計軸線的豎曲線的情況；旋轉角反映盾構自身的旋轉情況。結合本工程施工情況，小組成員對當前掘進的東獨左線五百環(huán)一千環(huán)盾構姿態(tài)進行比選研究，發(fā)現(xiàn)在淤泥質軟土地層中影響盾構機姿態(tài)的主要因素有地質情況、設計情況、始發(fā)基座偏差、操作手的水平及經驗、管片姿態(tài)的測量、管片拼裝（盾尾間隙、管片選型）等。五、設定目標圖51目標設定圖六、原因分析61始發(fā)過程中始發(fā)基座偏差盾構機在始發(fā)階段是位于始發(fā)基座上的，因而始發(fā)基座的水平位置、高程等直接決定了盾構始發(fā)階段的盾構姿態(tài)，所以在施工準備階段對盾構始發(fā)基座準確定位，保證在始發(fā)時盾構機的中心線、高程與盾構鋼環(huán)中心線、高程一致，并保證始發(fā)基座的加固牢靠，防止在盾構組裝過程中始發(fā)基座的變形。62操作手的操作水平和操作經驗盾構司機的操作水平高低和操作經驗的豐富與否直接會影響到盾構姿態(tài)的好壞，因為他們直接操縱著盾構機的“方向盤”，他們是第一個能夠知道盾構姿態(tài)和盾構走勢的人，所以這就要求盾構司機時刻要注意盾構姿態(tài)走勢，發(fā)現(xiàn)盾構機有跑偏現(xiàn)象時，及時進行糾偏，遵循“勤糾少糾”的糾偏原則，正確調節(jié)盾構推進千斤頂各區(qū)油壓，直到盾構姿態(tài)不再變大時為止，在施工過程中，應嚴禁避免過大糾偏，這樣不僅會造成管片碎裂，還容易造成盾尾刷的永久變形從而失去密封作用導致隧道漏漿、漏水等事故，更嚴重的還會造成盾尾鋼殼變形出現(xiàn)測量誤差。63根據管片姿態(tài)測量成果調整盾構姿態(tài)本標段盾構穿越長距離淤泥質地層段，且在曲線轉彎過程中，此過程中安裝超挖滾刀，盾構開挖面大，地層含水量豐富，地基軟弱，易造成管片下沉，故需根據前期管片測量成果，對盾構姿態(tài)進行適當向軸線上部調整，保證隧道成型后的質量。64管片拼裝（盾尾間隙和管片選型）與盾構姿態(tài)盾構機設定有兩個虛擬參考點前點、后點。前點在盾構機切口環(huán)處、后點在盾構機中盾與尾盾的連接處。盾構自動測量系統(tǒng)會通過測量計算出盾構前點和后點水平和垂直的偏差。通過偏差我們可以計算出盾構機軸線的方向。即為盾構機姿態(tài)所示。前點O1坐標X1、Y1、Z1，其中X1是水平偏差、Y1是垂直偏差、Z1是里程，后點O2坐標X2、Y2、Z2，其中X2是水平偏差、Y2是垂直偏差、Z2是里程。上述兩坐標均由盾構機測量系統(tǒng)自動測量得出。水平趨向、垂直趨向是角度值，數(shù)值以弧度來表示。水平趨向1（X1X2）/L（L為前后點的距離，約為4米）。垂直趨向1（Y1Y2）/L（L為前后點的距離，約為4米）。盾構機軸線為Z軸，管片軸向也分解為水平方向X豎直方向Y，假設4個行程傳感器油缸的長度為L1、L2、L3、L4如圖641則水平夾角L3L1/LP1P3豎直夾角（L4L2）/LP4P2知道盾構機與設計軸線的夾角、管片與盾構機的夾角，則可計算出管片與設計軸線夾角。管片與設計軸線水平夾角21管片與設計軸線垂直夾角21管片選型就是要通過選擇管片的型號和點位來使管片與設計軸線水平夾角2、管片與設計軸線垂直夾角2向零靠近，以適應盾構姿態(tài)。圖641盾構姿態(tài)坐標示意圖65掘進參數(shù)盾構機是一種很笨重的機具，操縱及糾偏是受很多技術參數(shù)制約的，怎樣合理地把這些參數(shù)科學的統(tǒng)一起來，是影響盾構機掘進姿態(tài)的關鍵。同步注漿可以迅速填充管片脫出盾尾后所形成的建筑空隙，有效控制地面沉降；可以加強防水，防止泥沙涌入盾構機內部，使管片外側的土體盡快趨于穩(wěn)定，防止因管片浮動和變形而影響盾構機姿態(tài)的控制。也可以利用同步注漿產生的作用力來調整管片姿態(tài)，從而達到控制盾構姿態(tài)的目的。要因確認表651要因確認計劃表序號末端原因確認方法確認標準負責人完成日期1始發(fā)過程中始發(fā)基座偏差現(xiàn)場復測始發(fā)基座的水平位置、高程等符合設計要求高勛2014年1月1日2操作手的操作水平和操作經驗人員培訓考核，現(xiàn)場提問是否具備崗位能力劉學吳院生2014年4月1日4月5日3管片姿態(tài)測量成果現(xiàn)場復測驗證測量成果是否準確高勛2014年4月30日4管片拼裝（盾尾間隙和管片選型）現(xiàn)場旁站驗證,查看管片拼裝記錄表盾尾間隙是否偏差過大，管片選型是否合理吳院生譚從龍趙亞2014年4月5日5月20日5掘進參數(shù)現(xiàn)場旁站驗證所選參數(shù)、同步注漿方式是否能夠保證盾構機的姿態(tài)良好譚從龍趙亞2014年4月5日5月20日確認一始發(fā)過程中始發(fā)基座偏差2014年1月1日東獨左線始發(fā)和2014年3月3日東獨右線始發(fā)時測量組均對始發(fā)基座進行測量復核，水平位置、高程等符合設計要求。結論始發(fā)基座偏差非要因確認二人員培訓不到位圖651人員培訓考核人員培訓不到位2014年4月1日2014年4月5日，由項目外聘專家對4名盾構機司機培訓，培訓結束后，對4名培訓人員考核，成績均在80分以上。合格率達100?，F(xiàn)場提問2014年4月6日，由項目總工和工程部長對現(xiàn)場工作的盾構機司機就現(xiàn)場問題提問，都能答出問題要害，并均能提出一些施工過程中總結的經驗。4名盾構機司機培訓考核均合格，其中2名司機從事盾構機操作工作已有5年。從現(xiàn)場施工來情況，員工操作較規(guī)范、熟練。圖651要因確認流程圖結論操作手的操作水平和操作經驗非要因確認三管片姿態(tài)測量成果2014年4月30日5月20日多次組織對之前所測得管片姿態(tài)進行復核驗證，均未發(fā)現(xiàn)問題，說明測量人員在盾構掘進過程中所提供的管片姿態(tài)真實準確。結論管片姿態(tài)測量成果非要因確認四管片拼裝派專人對管片拼裝過程中的管片盾尾間隙、法面、管片選型和拼裝點位進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)當盾尾間隙、法面發(fā)生較大變化或管片選型、拼裝點位發(fā)生變化時，盾構機姿態(tài)均會出現(xiàn)較大變化，甚至難以有效控制。結論管片拼裝要因確認五掘進參數(shù)盾構機推進過程中對推力、鉸接、推速、刀盤轉速、扭矩、糾偏量、同步注漿量等進行收集整理并和前期盾構推進所采用的參數(shù)進行比較發(fā)現(xiàn)當糾偏量和同步注漿量等參數(shù)發(fā)生變化時，盾構姿態(tài)均會發(fā)生相應變化。結論掘進參數(shù)要因七、制定對策表81對策實施表序號要因對策目標措施負責人1管片拼裝規(guī)范管片拼裝和選型、勤測盾尾間隙和管片超前量為盾構姿態(tài)的掌控提供良好的依托1、安排專人對現(xiàn)場管片選型、拼裝點位、盾尾間隙及管片超前量進行旁站，并形成記錄。2、拼裝時要及時復緊螺栓，根據盾尾間隙適當?shù)恼{整管片選型和拼裝點位。吳院生譚從龍2掘進參數(shù)選擇對不同時期的掘進參數(shù)進行比選，選出最優(yōu)參數(shù)來進行盾構機姿態(tài)控制保證盾構姿態(tài)在設計軸線30MM以內1、安排值班人員對掘進過程中的相關掘進參數(shù)進行收集，并與之前的參數(shù)進行比較，選出適合淤泥質軟土地層掘進的最優(yōu)參數(shù)。2、對掘進中糾偏量進行嚴格控制（糾偏量不得大于6MM每環(huán)）3、對同步注漿量和不同的注漿點位進行統(tǒng)計比對，并形成記錄，掌握不同注漿方式對管片姿態(tài)的影響吳院生譚從龍趙亞八、對策實施實施一管片拼裝1、管片拼裝方法1）管片選型以滿足隧洞線型為前提，重點考慮管片安裝后盾尾間隙要滿足下一掘進循環(huán)限值，確保有足夠的盾尾間隙，以防盾尾直接接觸管片而導致盾構姿態(tài)惡化。2）本工程采用通用管片，管片選型時使K塊位于隧道上半斷面，安裝從隧洞底部開始，然后依次安裝相鄰塊，最后安裝封頂塊。這樣可以減小縱縫張開量。有利于管片封頂快的安裝。3）封頂塊安裝前，對止水條進行潤滑處理，安裝時先徑向插入50CM，調整位置后緩慢縱向頂推。4）管片塊安裝到位后，及時伸出相應位置的推進油缸頂緊管片，其頂推力大于穩(wěn)定管片所需力，然后方可移開管片安裝機。5）在管片環(huán)脫離盾尾后要對管片連接螺栓進行二次緊固。2、管片與盾構機位置關系（盾尾間隙）控制由于盾構機的平行移動管片與盾構機的關系如圖811所示。圖811盾構與管片軸線偏差示意圖假設管片與盾構不失圓，管片與盾尾的上下左右間隙值T、B、R、L可在現(xiàn)場測得，管片中心OG與盾構機盾構平行移動示意圖中心OD的偏差V、H，如圖1所示。則可用以下公式計算2HVMIN40因MIN0，故盡管盾尾前部與尾端存在間隙，但如V2H21600時，管片與盾構機的尾部就有可能相接觸。實際情況管片拼裝后為橢圓形，如圖822所示。如果橢圓度為4，管片水平方向直徑至少增加22MM。相應一側盾尾間隙減小11MM。此時最小盾尾間隙為。2HVMIN29RA圖812管片失圓示意圖如果上述情況發(fā)生在管片拼裝前，管片K塊設在間隙大的一側，使管片中心向盾構中心移動；如果上述情況發(fā)生在管片拼裝后，盾構軸線與管片軸線位于隧道設計軸線一側，盾構最好沿原來的方向掘進，然后通過下一環(huán)管片進行調整，或調整盾構軸線遠離隧道設計軸線。如果盾構軸線與管片軸線位于隧道設計軸線兩側，調整盾構姿態(tài)，使盾構中心向管片中心移動。本標段管片為六分塊，共16點位，225度一個點位如圖431。以封頂塊所在位置，參考時鐘進行點位編號，分別為0、1、2、3、4、5、7、8、9、10、11、12、13、14、15。最大楔形量48MM偏轉角046。圖813管片點位示意圖隨機選取掘進中某一環(huán)盾尾間隙參數(shù)為例盾尾間隙上部70MM下部85MM左部95MM右部100MM由于盾尾間隙狀態(tài)良好優(yōu)先按照隧道軸線選擇管片。ZED導向系統(tǒng)顯示盾構機姿態(tài)前點水平偏差25MM垂直偏差21MM，后點水平偏差11MM垂直偏差39MM?？刂平缑骘@示油缸行程P1行程傳感器1778MM、P2行程傳感器1851MM、P3行程傳感器1766MM、P4行程傳感器1749MM。首先計算盾構機的軸向水平趨向1（2511）/435，垂直趨向1（2139）/4425。管片軸向與盾構軸向偏差水平夾角P3P1/5717661778/572垂直夾角（P4P2/5717491851/5718，管片軸向與設計軸線水平夾角2115。管片軸向與設計軸線垂直夾角211375經計算得表811不同管片型號點位及超前量右轉環(huán)左轉環(huán)糾偏量MM糾偏量MM點位水平豎直點位水平豎直03612036121242412424212362123630483048412364123652424524246361263612748074808361283612924249242410123610123611048110481212361212361324241324241436121436121548015480所以，我們選擇右轉13點位或左轉3點位的管片，能最好的調節(jié)管片軸向。原管環(huán)軸線與新管環(huán)軸線水平夾角L/60MM/M,原管環(huán)軸線與新管環(huán)軸線垂直夾角L/68MM/M，故拼裝管片后新管環(huán)軸線與設計線路軸線水平夾角15015，新管環(huán)軸線與設計線路軸線垂直夾角13758575。3、管片選型和超前量控制本工程采用通用楔形管片作為隧道襯砌。其不同的旋轉位置，將產生不同的上、下、左、右超前量，通過不同位置管片的拼裝，實現(xiàn)對隧道軸線的擬合。因此拼裝前管片的選型至關重要。選擇正確的管片旋轉角度，能保證拼裝工作的順利進行提高拼裝質量，保證構筑隧道符合設計軸線。另外，盾構推進施工中，成環(huán)管片作為盾構推進后座，對盾構推進起到一種導向作用。為此，在盾構推進尤其是曲線推進時，應通過嚴格的計算和量測來確定管片的超前量。同時應用盾構本身數(shù)據系統(tǒng)結合盾構姿態(tài)，合理選取管片旋轉位置，以達到管片相應的超前量，使管片環(huán)面始終垂直于設計軸線。實施二掘進參數(shù)選擇1、參數(shù)對盾構掘進姿態(tài)的影響（1）推力對掘進的影響如果推進過程中出現(xiàn)一側推力比另一側推力大，但推進油缸的行程顯示卻是推力小的一側變化快，這種現(xiàn)象多出現(xiàn)在小半徑施工，增加推力，使得壓差變大，以滿足轉彎的需要，用降低掘進速度的辦法來保證掘進的連續(xù)性，同時也避免刀盤被卡死。管片拼裝的好壞會影響推進油缸的有效推力，所以要充分挖掘盾構機的有效推力，要避免不必要的推力損失，這也解釋了為什么有時加大推力而速度依然無法獲得提升。圖821盾構導向操作系統(tǒng)（2）鉸接對掘進姿態(tài)的影響在糾偏過程中一側的鉸接拉得太長是件很頭痛的事情，收鉸接會加大不利的趨勢，嚴重時這環(huán)的糾偏可能前功盡棄，一定要做到收鉸接時間不可太長，壓力不要太高，盡量把趨勢從正值糾到負值（或負值到正值），并使之過2個趨勢點再收鉸接，這樣就會把姿態(tài)調到了有利的一側，這時收鉸接才會對姿態(tài)糾偏起到事半功倍的效果。（3）速度對掘進的影響如果掌子面裂隙水豐富，或是在通過含水豐富地層時，要全速前進，在出土量有保證的前提下，盡可能提高掘進速度，這樣做的好處是快速通過含水層，避免出現(xiàn)盾構姿態(tài)漂浮不定。（4）刀盤轉速及扭距對掘進的影響刀盤的轉速要滿足的條件便是與掌子面的充分切削，基本操作原則是黏土層用低轉速，硬巖用高轉速，同時注意推力的調整，以提高或降低刀盤對土體的慣入度。扭距不可太大，超過2000KNM時不但應該提高泡沫劑等的用量，也要通過降低掘進速度的措施，來保證盾體不會發(fā)生旋轉。（5）同步注漿對管片姿態(tài)的影響適當?shù)耐阶{能有效填充管片脫出盾尾形成的空隙，但是在淤泥質軟土地層中，成型隧道管片處于懸浮狀態(tài)，容易產生不定向的偏移，此時我們就可以采用同步注漿對管片進行加固，或通過單側注漿來阻止管片向一側偏移。圖822同步注漿范圍示意圖圖823注漿壓力與管片移動方向示意圖2、掘進參數(shù)以蘇州地鐵2號線延伸線2標東方大道站獨墅湖南站區(qū)間左線101環(huán)200環(huán)未進行參數(shù)比選前和701環(huán)800環(huán)比選確定掘進參數(shù)后的掘進過程中盾構姿態(tài)進行比較。表821101200環(huán)掘進參數(shù)統(tǒng)計表序號掘進參數(shù)參數(shù)值備注1掘進速度3075MM/MIN2刀盤轉速08R/M