地铁海底隧道泥水盾构穿越破碎带掘进监理控制措施.pdf
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1、113PROJECTMANAGEMENT理工程技术交流建设地铁海底隧道泥水盾构穿越破碎带掘进监理控制措施鲁梅(上海地铁咨询监理科技有限公司,上海200032)摘要:介绍某地铁海底隧道泥水盾构穿越两条破碎带掘进的监理控制措施。施工前充分研究分析地质勘察报告,从本质安全方面对盾构机主机及刀盘、三大密封系统、泥浆循环及冲刷系统等关键部位进行改造事前监控;从行为安全方面在盾构施工中采取开挖土量控制、泥水压力控制、盾构姿态控制、同步注浆十二次注浆十环箍注浆控制、管片上浮控制及特殊情况下的盾构掘进等事中控制措施。通过事前事中一系列监理控制措施严格落实,安全顺利完成盾构穿越破碎带工程。关键词:地铁;海底隧道
2、;泥水盾构;破碎带;控制措施中图分类号:F407.9文献标识码:B文章编号:1 0 0 7-4 1 0 4(2 0 2 3)0 7-0 1 1 3-0 40引言近年来,伴随着国内地铁建设的高速发展,许多沿海城市建设地铁海底隧道。海底隧道一般区间距离较长,地质复杂,盾构在推进过程中难免会遇到穿越特殊不良地质,一些城市在地铁建设盾构施工过程中出现质量安全事故,既造成财产损失、人员伤亡,又造成工期严重滞后,因此盾构施工安全风险控制引起各参建方高度重视。本文将以青岛市地铁8 号线大洋站一青岛北站区间下穿胶州湾泥水盾构穿越两条破碎带掘进施工(以下简称“本工程”)为例,从本质安全、行为安全两个方面,事前针
3、对盾构机改造、事中针对盾构掘进控制要点采取一系列监理措施,以成功控制工程风险,使泥水盾构安全顺利地穿越破碎带。1工程概况青岛市地铁8 号线大洋站一青岛北站区间(以下简称“大青区间”)总长约7.8 km,其中两侧陆域段共长约2.4 km,海域段共长约5.4 km(海域段西侧长2.5 km,采用矿山法施工;海域段东侧长约2.9 km,采用泥水盾构施工)。泥水盾构在2 号风井始发,于胶州湾海底与西侧矿山法隧道对接段弃壳接收。泥水平衡式盾构段最大坡度为2 8%,埋深为26.4951.80m,线间距为1 6.5 7 2 4.9 0 m,隧道环外径为6.70m,管片厚0.3 5 m,标准环宽1.5 0 m
4、。泥水盾构段穿越F3、F 4 两条断裂带,右线F3断层破碎带约在9 4 1 9 9 9 环,共计5 9 环,左线F3断层破碎带约在9 4 3 9 8 1 环,共计3 9 环;右线F4断层破碎带约在1 5 3 0 1 8 9 0 环,共计3 6 1 环,左线F4断层破碎带约在1 4 7 0 1 8 6 8 环,共计3 9 9 环。盾构段总平面图,如图1 所示。大青区间海域段位于胶州湾北部,地表水为海水。区间地下水赋存方式为第四系松散岩类孔隙潜水、风化基岩孔隙水和构造基岩裂隙水。F3基岩破碎带位于海域中东部,宽约9 0 m,断裂西侧为凝灰岩,断裂东侧为泥质粉砂岩及火山角砾岩,主要力学性质为左行压扭
5、性断裂。主要地层为火山角砾岩:1 1-2 强风化块状碎裂岩和1 1-2 中风化块状碎裂岩。F4基岩破碎带位于海域中部,宽约6 1 0 m,大致呈东北西南走向,与隧道成角近9 0,破碎处基岩面上覆厚层砂土,主要力学性质为左行压扭性断裂。主要地层为8-2 层砂土状碎裂凝灰岩、8-2 层块状碎裂凝灰岩、8-3 层中等风化凝灰岩(J L)碎裂岩和8-3 层微风化凝灰岩(JL)。114楚理PROJECTMANAGEMENT程技术交流建设6号联络通道7号联络通道9号联络通道海底对接段2号风井8号联络3号风井通道10号联络通道11号联络通道图1盾构段总平面图2施工前监理控制措施2.1工程风险分析在海域段盾构
6、掘进通过两条断裂带时,存在掌子面失稳塌陷塌、覆盖土层被击穿、三大密封系统破坏或失效而造成涌水涌砂等重大风险,为确保本工程本质安全,监理应加强盾构机改造监控。2.2盾构机改造监理控制措施盾构机改造前,监理督促施工单位落实并参与盾构机选型及盾构机改造方案专家论证会,过程中严格监控专家及监理意见落实到位并全过程监督检查盾构机改造工作,改造完成后组织盾构机专家验收。2.2.1盾构主机及刀盘改造监理措施由于本工程管片规格与原盾构机应用工程相比变化较大,监理根据以往工程经验,结合本工程地质特点并落实专家意见,对盾构机配置提出要求。监理监控盾构机改造主要内容如下:(1)由于隧道尺寸及掘进阻力变大,开挖直径扩
7、径至7 0 2 0 mm,液压主驱动功率增达9 4 5 kW,最大扭矩6648KNm,脱困扭矩8 0 9 4 KNm,最大推力5 0 6 0 t,最大掘进速度6 0 mm/min;(2)由于隧道地质复杂、围岩差异较大,刀盘采用复合式刀盘,刀盘开口率3 5%,6 主梁十6 副梁,配置中心双刃滚刀、单刃滚刀、焊接撕裂刀及刮刀等,无刀处采用耐磨复合钢板覆盖,共设5 个磨损检测装置。2.2.2三大密封系统改造监理措施因本工程隧道最大水土压力达6.8 bar,密封系统本质安全尤为重要。原主驱动承压能力为6 bar,不能满足要求,故对主驱动外密封进行更换升级,升级后主驱动密封承压能力达到1 0.5 bar
8、;铰接密封采用两道气囊+橡胶组合式密封,且第一道铰接密封可进行调节及洞内更换;盾尾增加一道盾尾刷,成四道盾尾刷密封系统,最后一道尾刷采用特制的弹簧板,能有效防止砂浆进入尾刷内部。2.2.3泥浆循环及冲刷系统改造监理措施(1)泥浆门采用前置式:在泥水仓的压力下,门板处于压紧状态,在泥浆门内设置行程传感器可实时掌握泥浆门开合状态,因此泥浆门处增设开、合保护机械装置。(2)渣土堵仓滞排冲刷系统改造措施:依据工程经验并结合本工程实际,为解决渣土堵仓滞排问题,监理要求设置破碎机冲刷、格栅前部及内部冲刷、泥浆门前后冲刷等多道冲刷;盾构机还具备逆冲洗模式和主机段小循环模式功能。(3)防结泥饼冲刷系统改造措施
9、:依据工程经验并结合本工程实际,为有效解决结泥饼问题,设置多方位、多角度防泥饼冲刷系统。刀盘外环冲刷,要求配置较高水压力,以便冲刷水有足够的速度或动能对开口泥饼进行冲刷;中心冲刷,采用大功率的泥浆泵从进浆系统中获得浆液增压7bar、流量2 0 0 m3/h,通过3 个旋转中心喷孔分别对3 组中心刀背部进行冲刷;刀盘牛腿冲刷,利用泥水仓进浆口对牛腿方向冲刷。3斤盾构机穿越破碎带掘进监理控制要点及措施盾构穿越两条断裂带掘进前,监理组织各参建单位、专家及青岛市质安监督站参加关键节点条件验收会,严格监控专项施工方案及专家验收意见落实到位并全过程监督检查。115PROJECTMANAGEMENT理工程技
10、术交流建设3.1开挖土量监理控制措施泥水平衡盾构在开挖推进过程中,掌子面的泥膜处于形成一破坏形成的循环中。因掌子面综合因素不断变化,随时调整掘进参数,则开挖面泥水平衡是相对的;为确保掌子面稳定,须严格控制每环开挖量、出渣量,严禁严重超挖或欠挖情况出现。监理每班现场抽查估算2 3 环出渣量,对比理论出渣量,发现异常则及时下达指令调整掘进参数,同时监控检测泥浆各项指标,确保泥浆携泥砂能力及循环系统处于良好状态。3.2泥水压力监理控制措施掌子面泥水平衡是动态的,盾构在穿越破碎带掘进时,盾构机处于推进或停机状态,因此需要进行切口压力动态管理,防止波动过大,保证掌子面稳定的同时不击穿覆土层。根据国内类似
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