案例－砂卵石地层盾构隧道关键施工技术孔恒学习教案.pptx

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1、会计学1案例案例(n l)砂卵石地层盾构隧道关键施工砂卵石地层盾构隧道关键施工技术孔恒技术孔恒第一页，共23页。2 2）隧道埋深浅，一般）隧道埋深浅，一般6m6m左右，地层稳定性控制困难。左右，地层稳定性控制困难。3 3）曲线段掘进频繁，有）曲线段掘进频繁，有9 9段曲线，掘进姿态及施工难度大。段曲线，掘进姿态及施工难度大。4 4）3 3次穿越干线铁路，次穿越干线铁路，4 4次穿越城市主道路，增加了施工风险性。次穿越城市主道路，增加了施工风险性。5 5）地表现况环境复杂，需多次穿越地面建（构）筑物和地下管线，地表沉降控制要求高。）地表现况环境复杂，需多次穿越地面建（构）筑物和地下管线，地表沉降

2、控制要求高。2 2 工程的技术难点工程的技术难点1 1）工作面的稳定性控制问题）工作面的稳定性控制问题(wnt)(wnt)；2 2）刀具磨损问题）刀具磨损问题(wnt)(wnt)；3 3）盾构姿态调整问题）盾构姿态调整问题(wnt)(wnt)；4 4）土体塑流化改造问题）土体塑流化改造问题(wnt)(wnt)；5 5）建（构）筑物的沉降控制与保护问题）建（构）筑物的沉降控制与保护问题(wnt)(wnt)。市政集团 forANSYS交通大学第1页/共23页第二页，共23页。3.64m 盾构机盾构机第2页/共23页第三页，共23页。3.33m 盾构机盾构机第3页/共23页第四页，共23页。市政集团

3、 forANSYS交通大学二、砂卵石地层盾构开挖面的稳定性控制原理二、砂卵石地层盾构开挖面的稳定性控制原理1 1）力学特点与表现）力学特点与表现(bioxin)(bioxin)粘结力粘结力c=0c=0，孔隙比大，含砂率小于，孔隙比大，含砂率小于2020，开挖扰，开挖扰动范围大，易坍塌，沉降难以控制。动范围大，易坍塌，沉降难以控制。砂卵石砂卵石(lunsh)地层开挖状况地层开挖状况第4页/共23页第五页，共23页。市政集团 forANSYS交通大学无水砂卵石地层盾构开挖面的失稳模式无水砂卵石地层盾构开挖面的失稳模式(msh)(msh)全断面无水砂卵石地层全断面无水砂卵石地层 第5页/共23页第六

4、页，共23页。市政集团 forANSYS交通大学无水砂卵石无水砂卵石(lunsh)(lunsh)地层盾构开挖面的失稳模式地层盾构开挖面的失稳模式 部分断面无水砂卵石部分断面无水砂卵石(lunsh)(lunsh)地层地层 第6页/共23页第七页，共23页。市政集团 forANSYS交通大学砂卵石地层盾构开挖砂卵石地层盾构开挖(ki w)面的稳定机理面的稳定机理1）薄膜效应(xioyng)。点到面；2）拱效应(xioyng)。刀盘的水平推力以及土仓内的竖向抗力的作用；3）盾构的推进速度，利于应力的及时转嫁；4）粘结力和摩擦角增大。加泥、加泡沫对开挖加泥、加泡沫对开挖(ki w)面土体的改善面土体的

5、改善第7页/共23页第八页，共23页。市政集团 forANSYS交通大学 自主研究开发了加泥、加泡沫自主研究开发了加泥、加泡沫(pom)(pom)工艺、设备和工艺、设备和控制技术，并使刀具磨耗寿命提高控制技术，并使刀具磨耗寿命提高1 1倍。倍。研究开发研究开发(kif)(kif)的加泥式土压平衡盾构机泡沫系统的加泥式土压平衡盾构机泡沫系统第8页/共23页第九页，共23页。市政集团 forANSYS交通大学泡沫试验在刀盘的搅拌作用下迅速渗透到地层中，将砂层的砂砾颗粒泡沫试验在刀盘的搅拌作用下迅速渗透到地层中，将砂层的砂砾颗粒(kl)(kl)包裹起来，降低了土体的密实度，改善了土体的塑流性。包裹起

6、来，降低了土体的密实度，改善了土体的塑流性。第9页/共23页第十页，共23页。单独加泥与混合使用泥浆单独加泥与混合使用泥浆(njing)、泡沫效果比较泡沫效果比较 市政集团 forANSYS交通大学序号序号参数参数单独加泥单独加泥混合使用混合使用备注备注1 1刀盘油压刀盘油压(Mpa)(Mpa)11118 810102 2推力（推力（t t）8008005005006506503 3螺旋输送机油压螺旋输送机油压(Mpa)(Mpa)995 57 74 4加泥量加泥量(L)(L)35003500150015005 5加泡沫量加泡沫量(L)(L)0 02525原液原液6 6地表沉降地表沉降(mm)(

7、mm)10105 510107 7刀盘磨损情况刀盘磨损情况较重较重较轻较轻开挖后观察开挖后观察8 8刀盘抱死发生频率刀盘抱死发生频率较多较多极少极少第10页/共23页第十一页，共23页。施工实施施工实施(shsh)(shsh)效果效果1 1）单单单单纯纯纯纯加加加加泥泥泥泥浆浆浆浆，泥泥泥泥浆浆浆浆添添添添加加加加率率率率4545，结结结结果果果果推推推推进进进进3m3m后后后后螺螺螺螺旋旋旋旋输输输输送机严重堵塞，无法继续施工。送机严重堵塞，无法继续施工。送机严重堵塞，无法继续施工。送机严重堵塞，无法继续施工。2 2）采采采采用用用用泡泡泡泡沫沫沫沫泥泥泥泥浆浆浆浆复复复复合合合合(fh)(

8、fh)添添添添加加加加技技技技术术术术，盾盾盾盾构构构构推推推推进进进进顺顺顺顺利利利利，机机机机械械械械负负负负荷荷荷荷稳稳稳稳定定定定，土土土土压压压压最最最最大大大大值值值值110kPa110kPa，一一一一般般般般202040 40 kPakPa，统统统统计计计计平平平平均均均均值值值值33 33 kPakPa，约约约约为为为为静静静静止止止止土土土土压压压压力力力力计计计计算算算算值值值值的的的的6060；刀刀刀刀盘盘盘盘油油油油压压压压一一一一般般般般6.36.311.7MPa11.7MPa，是是是是额额额额定定定定扭扭扭扭矩矩矩矩油油油油压压压压的的的的4141，所所所所发发发发

9、生生生生的的的的最最最最大大大大油油油油压压压压也也也也只只只只相相相相当当当当于于于于额额额额定定定定扭扭扭扭矩矩矩矩油油油油压压压压的的的的6565左左左左右右右右；推推推推进进进进速速速速度度度度最最最最大大大大为为为为37 37 mm/minmm/min，统统统统计计计计平平平平均均均均值值值值25.8 25.8 mm/minmm/min；泡泡泡泡沫沫沫沫泥泥泥泥浆浆浆浆复复复复合合合合(fh)(fh)添添添添加加加加率率率率最最最最大大大大值值值值4949，一般一般一般一般32324040，统计平均值，统计平均值，统计平均值，统计平均值35.635.6。3 3）盾盾盾盾构构构构推推推

10、推进进进进时时时时，地地地地面面面面最最最最大大大大沉沉沉沉降降降降量量量量8mm8mm，盾盾盾盾构构构构机机机机前前前前方方方方最最最最大大大大隆隆隆隆起起起起量量量量6mm6mm，地地地地面面面面建建建建筑筑筑筑物物物物和和和和交交交交通通通通设设设设施施施施的的的的安安安安全全全全得得得得到到到到了了了了有效保证。有效保证。有效保证。有效保证。市政集团 forANSYS交通大学第11页/共23页第十二页，共23页。三三三三 盾构穿越铁路盾构穿越铁路盾构穿越铁路盾构穿越铁路(til)(til)施工的控制技术施工的控制技术施工的控制技术施工的控制技术盾构数学解析盾构数学解析(ji x)模型模

11、型盾构数值模拟盾构数值模拟(mn)模型模型盾构间隙参数确定模型盾构间隙参数确定模型第12页/共23页第十三页，共23页。数值模拟和数学数值模拟和数学数值模拟和数学数值模拟和数学(shxu)(shxu)解析结论解析结论解析结论解析结论n n1)采用同步注浆和一般管片采用同步注浆和一般管片时地表沉降较大时地表沉降较大(jio d)，可以控制在可以控制在30mm以内，一以内，一般在般在15mm25mm变化；变化；n n 2)采用同步注浆、二次注采用同步注浆、二次注浆和一般管片时地表沉降可浆和一般管片时地表沉降可以控制在以控制在10mm15mm；n n 3)当采用同步注浆、二次当采用同步注浆、二次注浆

12、、三次补浆及加强型管注浆、三次补浆及加强型管片时，地表沉降可以控制在片时，地表沉降可以控制在5mm。市政集团 forANSYS交通大学第13页/共23页第十四页，共23页。n n 盾构穿越铁路主干线的关键技术盾构穿越铁路主干线的关键技术盾构穿越铁路主干线的关键技术盾构穿越铁路主干线的关键技术n n（1 1）使用加强型管片。考虑到铁路列车运行是的冲击荷载，）使用加强型管片。考虑到铁路列车运行是的冲击荷载，）使用加强型管片。考虑到铁路列车运行是的冲击荷载，）使用加强型管片。考虑到铁路列车运行是的冲击荷载，在铁路正下方的在铁路正下方的在铁路正下方的在铁路正下方的1515环采用了新设计的加强型管片。环

13、采用了新设计的加强型管片。环采用了新设计的加强型管片。环采用了新设计的加强型管片。n n（2 2）加强设备维修。在中继井中进行刀盘、注浆系统、密）加强设备维修。在中继井中进行刀盘、注浆系统、密）加强设备维修。在中继井中进行刀盘、注浆系统、密）加强设备维修。在中继井中进行刀盘、注浆系统、密封系统、推进千斤顶及监控系统等设备的检修，确保穿越封系统、推进千斤顶及监控系统等设备的检修，确保穿越封系统、推进千斤顶及监控系统等设备的检修，确保穿越封系统、推进千斤顶及监控系统等设备的检修，确保穿越过程中设备无故障，进行连续施工。过程中设备无故障，进行连续施工。过程中设备无故障，进行连续施工。过程中设备无故障

14、，进行连续施工。n n（3 3）加强盾构推进时同步注浆和二次、三次补浆的操作。）加强盾构推进时同步注浆和二次、三次补浆的操作。）加强盾构推进时同步注浆和二次、三次补浆的操作。）加强盾构推进时同步注浆和二次、三次补浆的操作。n n（4 4）加强泥土塑流化改造。）加强泥土塑流化改造。）加强泥土塑流化改造。）加强泥土塑流化改造。n n（5 5）调整了盾构推进轴线。）调整了盾构推进轴线。）调整了盾构推进轴线。）调整了盾构推进轴线。n n（6 6）加强地面沉降及地层内部变形的监测与反馈。）加强地面沉降及地层内部变形的监测与反馈。）加强地面沉降及地层内部变形的监测与反馈。）加强地面沉降及地层内部变形的监测

15、与反馈。n n 通过上述技术措施通过上述技术措施通过上述技术措施通过上述技术措施(cush)(cush)，穿越铁路段，地表最终稳定，穿越铁路段，地表最终稳定，穿越铁路段，地表最终稳定，穿越铁路段，地表最终稳定后的沉降仅后的沉降仅后的沉降仅后的沉降仅3mm-3mm3mm-3mm，实现了铁路部门要求的，实现了铁路部门要求的，实现了铁路部门要求的，实现了铁路部门要求的“不限不限不限不限速、不慢点速、不慢点速、不慢点速、不慢点”的正常运营。的正常运营。的正常运营。的正常运营。市政集团 forANSYS交通大学第14页/共23页第十五页，共23页。四四四四 监控监控监控监控(jin kn(jin kn)

16、量测与信息反馈技量测与信息反馈技量测与信息反馈技量测与信息反馈技术术术术n n多测点纵断面沉降规律多测点纵断面沉降规律(gul(gul)n n地表横断面沉降规律地表横断面沉降规律(gul(gul)（3D4D3D4D，拐点，拐点3.5m3.5m）n n单测点地表沉降变化规律单测点地表沉降变化规律(gul(gul)（盾构通过前及（盾构通过前及通过时占通过时占20204040；通过后占；通过后占60608080）市政集团 forANSYS交通大学一般(ybn)地段过渡地段过铁路地段第15页/共23页第十六页，共23页。深层土体竖向位移深层土体竖向位移深层土体竖向位移深层土体竖向位移(wiy)(wiy

17、)变化规律变化规律变化规律变化规律n n5 5个不同的时段地层变形情况各异，盾构还未到达个不同的时段地层变形情况各异，盾构还未到达(dod)(dod)前，前，地层隆起且随临近隆起增加；掌子面开挖后沉降增加；盾尾地层隆起且随临近隆起增加；掌子面开挖后沉降增加；盾尾脱出后土体急剧下沉；随同步注浆，二次注浆地层趋于稳定。脱出后土体急剧下沉；随同步注浆，二次注浆地层趋于稳定。n n（为盾构的超前影响为盾构的超前影响15m15m、为盾构通过前为盾构通过前5m5m、为盾构为盾构掌子面通过时、掌子面通过时、盾尾脱出后、盾尾脱出后、稳定时稳定时市政集团 forANSYS交通大学第16页/共23页第十七页，共2

18、3页。深层土体水平深层土体水平深层土体水平深层土体水平(shu(shu png)png)位移变化规律位移变化规律位移变化规律位移变化规律n n4 4个不同的时段地层变形规律明显，随着盾构推进地层水平个不同的时段地层变形规律明显，随着盾构推进地层水平位移的竖向槽不断加深。盾构还未到达前土体水平位移较位移的竖向槽不断加深。盾构还未到达前土体水平位移较小；掌子面开挖后水平位移基本小；掌子面开挖后水平位移基本(jbn)(jbn)不变；盾尾脱出后水不变；盾尾脱出后水平位移增加；随着同步注浆，二次注浆趋于稳定。平位移增加；随着同步注浆，二次注浆趋于稳定。市政集团 forANSYS交通大学为盾构的超前影响1

19、5m、为盾构掌子面通过时、盾尾脱出(tu ch)后、稳定时 第17页/共23页第十八页，共23页。结论与存在结论与存在(cnzi)问问题题1首次在中国成功完成了5km砂卵石地层的盾构隧道，达到了15环/日，形成了一整套关键技术；2辐条式土压平衡盾构机能较好地适应砂卵石地层；3通过采用加泥、加泡沫技术，可有效地改善砂卵石的塑流性，降低刀具磨耗；4基于稳定性模型，提出(t ch)了砂卵石地层控制工作面稳定的核心关键技术；市政集团 forANSYS交通大学第18页/共23页第十九页，共23页。结论结论(jiln)与存在问与存在问题题5实施监控量测与信息反馈技术，灵活运用同步注浆、二次和三次补浆工艺，

20、达到了控制沉降的目的；6通过采取控制措施，保证了在列车(lich)“不慢点、不限速”以及铁路不作特殊加固定条件下，安全顺利地穿越了铁路主干线，沉降仅3mm-3mm。存在问题：今后应重点围绕盾构机与围岩相互作用关系、加泥、加泡沫技术、有效解决大块卵石以及降低盾构磨耗等方面需要深入研究。市政集团 forANSYS交通大学第19页/共23页第二十页，共23页。第20页/共23页第二十一页，共23页。案例案例2地铁地铁(dti)盾构最新盾构最新成果成果n n1 1北京市政集团引进日本北京市政集团引进日本IHIIHI直径直径6.14m6.14m辐条式盾构，在砂黏土互层中，创下单辐条式盾构，在砂黏土互层中

21、，创下单班一次掘进班一次掘进1515环；日进尺环；日进尺2929环的好成绩环的好成绩(chngj)(chngj)；南水北调在黏性土和砂层地；南水北调在黏性土和砂层地层，实现了盾构隧道月掘进长度（含初始掘进）达层，实现了盾构隧道月掘进长度（含初始掘进）达1081.2m1081.2m的世界新纪录；的世界新纪录；n n2 2还是使用此类型盾构，在北京为第一例不开仓换刀一次通过约还是使用此类型盾构，在北京为第一例不开仓换刀一次通过约1200m1200m全断面全断面砂卵石地层。砂卵石地层。n n主要参数：扭矩主要参数：扭矩440440450kNm450kNm，总推力，总推力3750t,3750t,刀盘转速刀盘转速50509090赫兹，总装机量赫兹，总装机量1044kw.1044kw.第21页/共23页第二十二页，共23页。市政集团 forANSYS交通大学ThanksThanks谢谢各位领导谢谢各位领导(ln(ln do)do)、专家！、专家！第22页/共23页第二十三页，共23页。