复合式TBM在重庆地区复合地层的适应性分析
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重庆地区复合式TBM掘进施工风险分析及控制摘要:随着城市轨道交通网络的形成和城市现代化的发展,盾构法作为一种先进的施工工法也正在逐渐广泛地应用于地铁区间隧道中。
重庆地区采用复合式TBM施工,对该处地层、复合式TBM的适用性还处于探索阶段,在参考国内外类似工程经验的基础上,本文结合重庆地区水文地质特点,对复合式TBM施工主要风险因素进行识别、分析和评价,提出相应的有效控制措施,将复合式TBM 掘进施工过程中风险降到最低,可供重庆地区复合式TBM工程施工风险控制参考。
关键词:重庆;复合式TBM;施工;风险;控制重庆市会展中心市政交通工程为南北走向,南起重庆市高新开发区礼嘉镇,北至重庆市渝北区悦来镇,线路全长12.186km。
其中两个复合式TBM段位于重庆市高新开发区礼嘉镇与鸳鸯镇之间。
重庆地区地层主要以砂质泥岩和砂岩为主,围岩裂隙不发育,围岩的完整性较好,但某些地段为粉质粘土层。
地下水主要赋存于裂隙中,局部地下水量丰富,且具有承压性,因此复合式TBM在掘进施工中有结泥饼、卡盾、盾尾密封失效、管片旋转及上浮等风险。
1结泥饼由于重庆地区普遍存在的泥岩岩层和泥质粉砂岩层,其残积土的粘土以及泥岩经碾磨后形成的粉粒状物,在受压、受热、受湿环境条件下,极易在刀盘表面、土仓内和螺旋输送机内形成泥饼和泥团,而高粘性土闭塞是“结泥饼”发展到严重的程度使得压力舱被粘结的渣土充满不能被螺旋排出,造成掘进困难,甚至无法掘进。
同时土舱内过高的温度会缩短刀盘主轴承的使用寿命,加速主轴承的损坏,甚至会出现主轴承“烧结、报死”的严重后果。
发生结泥饼的情况较为复杂,表现出来到的现象多种多样。
但是通过“结泥饼”事件的统计和分析可以总结出一些共同的特征。
主要性状:在“泥饼”形成过程中,刀盘扭矩、推力均迅速增大,螺旋机出碴不连续和伴随有较大泥块,碴土温度开始上升。
随着泥饼的形成,推力逐渐增大,但扭矩逐渐恒定,波动不大,掘进速度很小,出碴稀、偶出大块泥块,碴温高,发生喷涌现象,导致地表过大的沉降或隆起。
轨道交通硬岩掘进技术(TBM)的应用研究摘要:本文将以山城——重庆为例,对重庆市轨道交通建设施工现状及存在的客观问题进行分析,以硬岩掘进技术(TBM)为基础,对此种施工方法的必要性、适用性、应用前景等多个方面进行研究分析,以此对类似地质的城市轨道建设提供技术支撑。
关键词:轨道交通;硬层掘进技术;TBM;技术支撑引言TBM硬岩掘进技术是一种针对于岩石地层,集掘进、出渣、导向、通风、衬砌支护等多功能为一体的大型高效隧道施工技术。
这种硬岩掘进技术已经在国外广泛应用,此种技术大部分都应用于山岭及水工隧洞的施工作业中。
下文将以山城——重庆为例,对此种硬岩掘进技术(TBM)进行探析。
1、轨道交通建设施工现状及存在问题重庆的地质条件相对复杂,主要是以岩石地质条件为主,在重庆市区已经完成建设且运行的铁道线路1、2号线及正在建设的3号铁道线路的通车隧道均采用钻爆法的开挖方式,并且之后采用复合样式的衬砌进行支护,在这种施工的过程中,主要存在以下几方面的问题及相关措施:1.1施工过程噪音大,影响周围居民日常生活采用钻爆法的施工方法,在施工过程中会产生噪声,对地下进行隧道爆破的过程中会发生震动,还会产生粉尘等颗粒物体造成多种环境问题。
因为轨道交通主要分布在城市繁华地段,居民数量大,因为施工的复杂性,会对周围市民的正常的生活起居造成一定的影响。
爆破施工过程中严控爆破振速,控制单耗药量,爆破施工过程中实施动态监测,及时根据爆破振速优化爆破参数,对爆破影响范围内需保护的建(构)筑物进行实时振动监测,确保振速控制在规范规定和建、构筑物安全范围内。
具体的工作内容有:现场熟悉、了解和掌握场址影响区范围内构筑物状况;配备先进监测设备、按有关规范对爆破影响区建(构)筑物进行爆破振动监测,对监测数据进行处理分析,对振动技术参数即频率、振幅、周期、振动时间、振动相位等的监测,对振动量即速度、加速度、位移等物理量的监测。
1.2施工周期长,易造成交通不便在使用钻爆的施工方法时,主要采用“长洞短打”的施工方式。
TBM应用于重庆轨道交通工程中的风险浅析TBM是暗挖隧道施工中种先进的工法,施时进度快、无噪音,对地面交及沿线建筑物、地下管线和民生活影响较小,利于保护周围环。
目前采用TBM法施工在国外已有较多的工程实例,国内在路隧道、引水隧洞也已多次应用。
但在城市地铁隧中目前只有美国纽2号大道的七号延伸段采用TBM施工,其它还见到应用的工程实例。
重庆轨道交通六号一期TBM试验段工全长约11.690km,起位于五里店站始端,终点为山羊水库敞开段。
线路位于江北区渝北区、北部新区三大主城境内,主要沿主干道五红路、红石和龙山大道地下敷设,穿三大行政区主客流方向。
由于重轨道交通工程区间隧道一般于城市繁华地段,地条件复杂,周边建筑物密布,地管网错纵复杂,采用TBM施工的勘察、设计和施的全过程都存在不预先确定的内部和外部的干扰因素这些干扰因素构成采用TBM施工风险。
通过对现有资料和现场环境调查分析,重庆轨道交通间隧道采用TBM施工主要风险因素为技术风险、设备采风险、工期风险及投资风险。
1、技术风险分析地质风险因素在工程目可行性研究阶段,对区间隧的地质难点和重点难以做到详的勘察分析,而工程实施,工程设计和施工案发生较大变动的现象时有生,从而可能导致工期拖延、投增大及不适合TBM施工等后果。
地风险因素主要有:区域地形、貌、地质对隧道采用TBM施工的影响;不良地质、殊岩土对隧道采用TBM施工影响程度;地质勘察不确定性程度及其它素。
②隧道术风险因素在工程项目可行性研究阶段对控制区间隧道设计的所有条不可能完全掌握,而隧道工程结构计以工程类比为主,合结构计算结果确定,隧道本埋置于地下,地下件差异性很大,这就增加隧道设计的不确定性。
本项目位于市繁华段,隧道设计需综合考虑在城市环境条件下的可行性及险条件,工程设计发生变化或区间道本身的线形、辅助坑道条件生变化都有可能导致工期拖、投资增大及不适合TBM施工后果。
③TBM设备选型风险TBM设备选型风险:前可供选择的TBM有敞开式、单护盾式以及双护盾三种类型,三种类型的TBM有优缺点,所选择的TBM类若不完全适合重庆轨道交通程,导致TBM施工进度慢,易发生设备被卡等事故或者设备未到设备使用寿命期而提前大修或报废。
复合式TBM质量通病原因分析及处理方案案例:重庆轨道交通六号线二期复合式TBM茶园段摘要:复合式TBM充分吸取了盾构机和敞开式硬岩TBM等多种掘进机的优点而设计的,它能够适应较广范围的地质条件,既能用于粘结性、砂质泥岩、非粘结性、有水或无水的软土或硬岩等多种复杂的地层;同时又能保证较高的掘进速度,能有效的控制地表沉降。
经过采取优化的辅助措施,如膨润土、加泡沫剂、聚合物等,可以在松散的砂、砾地层中稳定开挖面,从而确保安全地掘进;随着复合式TBM在重庆地铁轨道交通建设中的广泛应用,标志复合式TBM隧道质量水平的管片质量得到重点关注。
本标段复合式TBM设备选型主要依据本工程地质条件和本工程特点来确定,管片安装机的操作采用无线遥控与有线操作的方式,以便使操作者能轻松、高效的操作,使注意力更多地集中在控制管片安装的质量控制上。
尽管施工单位在设备选型、管片生产、管片拼装等方面已经做到精益求精,但从实际施工效果来看,管片拼装后仍存在管片渗水、错台、开裂等通病。
为稳定管片质量,对管片质量通病进行研究并采取必要措施很有必要。
一管片渗水1、原因分析管片渗水影响因素较多,排除管片材质自身防水因素,导致管片渗水主要原因有:(1)、管片的接缝防水(防水密封垫)本工程接缝防水主要采取在管片密封垫沟槽内粘贴三元乙丙橡胶弹性密封垫,通过密封垫被压缩挤密来防水,此种材料施工较为方便,短期内防水效果较佳,但此种材料防水原理(密封垫能长时间保持接触面的压应力不松弛)决定了材料性能本身优劣将极大影响接缝的防水效果,另外一点就是密封垫的制作安装误差和粘贴密合程度也会影响到防水的效果。
(2)、壁后注浆防水壁后注浆主要用来控制地面沉降,但客观上是隧道防水的第一道防水防线。
壁后注浆实施的好与坏,包括浆液配合比、注浆压力选择将直接影响到隧道的防水质量,同时壁后注浆的注浆量不足也会引起隧道产生较大沉降变形而漏水。
(3)、掘进过程控制不当引起漏水①盾构与管片的姿态控制不好,影响到管片的拼装质量,造成管片间错位,相邻管片止水带不能正常吻合压紧,从而引起漏水;②掘进过程中推力不均匀造成管片受力不均匀而产生裂纹、贯穿性断裂等而渗漏水。
砂泥岩地层复合式TBM下穿临近建构筑物施工技术研究摘要:由于城市轨道交通周边建构筑物情况复杂,TBM在掘进过程中,难免会近距离穿越周边建构筑物,导致建构筑物变形、沉降等一系列安全问题,本文以重庆某TBM区间为例,对现场施工中对下穿既有构筑物工况进行分析,总结出控制TBM姿态调整、渣土改良及注浆技术措施,为类似工程提供参考及借鉴。
关键词:TBM;沉降控制;姿态调整;注浆1.引言随着我国国民经济的不断提高,人们的出行方式不断演变,轨道交通成为了市民方便快捷的出行方式,复合式TBM掘进逐渐成为地下轨道交通施工的主流方式,靠近市级交通枢纽,线路交叉,施工中的相互影响在所难免。
本文以重庆某TBM区间为例,结合现场实际情况,总结既有线路与新建工程相互影响的施工技术,供类似工程进行参考,减少隧道开挖风险。
2.工程概况本文以重庆某TBM区间为例,区间全长2196.883m,采用复合式TBM法施工,左右线间距17~19m,隧道顶板埋深5.6~56m,区间穿越地层主要为砂泥岩地层,区间最大坡度44‰,坡长890m。
刀盘直径为8.83m,管片外径8.5m,内径7.7m。
在建线路下穿既有重庆轨道交通某线路隧道区间,下穿时TBM掘进处于上坡阶段,坡度为44‰,下穿段隧道埋深为30.74~31.71m,最小结构净距仅为9.85m,具有较高施工风险。
3.TBM下穿建构筑物施工技术3.1BM掘进方向调整及姿态控制滚动控制,采用TBM机刀盘正反转的方法,纠正滚动偏差。
允许滚动偏差≤3°,当超过3°时,TBM机报警,提示操纵者必须切换刀盘旋转方向,进行反转纠偏。
竖直方向控制,控制TBM机方向的主要因素是千斤顶的单侧推力,它与TBM机姿态变化量间的关系非常离散,当TBM机出现下俯时,可加大下侧千斤顶的推力,适当减小上侧千斤顶推力;当TBM机出现上仰时,可加大上侧千斤顶的推力,适当减小下侧千斤顶推力;同时根据盾尾间隙,配合管片拼装点位来进行纠偏。
TBM施工适应地质条件分析【摘要】采用TBM施工隧洞,关键是选择与地质条件相适应的围岩类型。
TBM掘进速度主要取决于围岩类型及岩石的强度,在强度适中的岩洞段,掘进速度可达2.4~3.2m/h。
如在软岩、粘土岩洞段,其掘进速度最多仅以2~5m/d 为限。
因此, TBM 施工受围岩条件的限制,许多隧洞在施工中遇到特殊围岩隧洞段,已经证实,TBM不宜承担软岩隧洞的掘进。
引黄工程地质条件复杂,隧洞穿越地层除大部分为硬岩外,包括粘土岩、膨胀岩、泥岩、煤层、断层等不良地质条件也是不容忽视的。
关键词:TBM地质条件;流塑状态;持力层;荷载1. 前言引黄工程是我国目前使用TBM施工最多的项目。
南干线由6台TBM完成134.52km 的掘进隧洞;北干线1#隧洞全长43.694km,上游18.694km,用钻爆法施工,下游采用TBM逆坡掘进,单机掘进长度25km,地质条件复杂,隧洞穿越地层,长达12km的洞室围岩有膨胀性粘土岩,炭质泥岩、泥岩、富水地层、断层等不良地质条件;隧洞处于地下水位以下,局部洞线外水压力较高,尽管双护盾TBM施工能够克服许多不良地质条件的影响,达到快速、安全、一次性成洞的效果。
但是,面对千变万化的地质条件,TBM的适应能力也较弱。
在引黄北干线1#隧洞施工中,遇到膨胀性粘土、炭质泥岩、泥岩等洞段,TBM在施工中就受到很大的限制。
2 . TBM下沉TBM施工的不足之处在于对不良工程地质条件的适应性较差。
引黄北干1#隧洞开挖直径4.819m,该隧洞于2006年9月19日正式开始掘进。
掘进到桩号39+448.468m时,遇到炭质泥岩、泥岩饱和层等地层。
由于炭质泥岩为软塑~流塑状态,促使TBM掘进机快速下沉,到桩号39+426.231m处时,最大下降318mm。
致使TBM无法正常掘进而被迫停机长达137天。
3.粉砂质泥岩、泥岩、岩石物理力学指标分析:吸水率为3.4%,基岩渗透系数(k)为0.509m/d,软化系数为0.38,饱和单轴抗压强度为10.3Mpa,饱和抗拉强度为2.3 Mpa,抗剪断强度(C)为3.6 Mpa,内摩擦角(φ)为35.3°,弹性模量(ES)为0.3×103 Mpa,泊松比为0.23。
复合式TBM在重庆地铁的首次应用
曹伟
【期刊名称】《铁道建筑》
【年(卷),期】2014(000)007
【摘要】传统的钻爆法施工危险因素多,易发生安全事故,严重影响周边环境且效率低。
本文以重庆地铁六号线二期工程为背景,针对复合式TBM在重庆地铁中首次应用涉及的一些主要问题进行分析。
分析结果表明:复合式TBM适合重庆地区地铁施工,并实现了连续、快速掘进,降低了对相邻车站的影响,加快了工程进度;对比分析不同工况的计算结果,取最不利条件进行管片配筋是合适的;采用“数值模拟+监控量测”进行重大风险源评估的方法是可靠的。
【总页数】4页(P43-46)
【作者】曹伟
【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司,陕西西安 710043
【正文语种】中文
【中图分类】U455.44
【相关文献】
1.关于重庆地铁复合式TBM掘进施工监理方法的探讨
2.复合式TBM在重庆地铁工程中的应用
3.基于单护盾的复合式TBM在重庆铜锣山隧道的研究与开发
4.复合式TBM在重庆地铁实践中的关键技术研究
5.重庆复合式TBM刀盘防结泥饼技术
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复合式TBM在重庆地铁工程中的应用彭辉;邹光炯;陈柏全;周捷【摘要】从重庆地铁工程的特点出发,介绍重庆地铁工程的TBM选型、复合式TBM的特点及其工程适应性;并通过分析认为,在重庆地区块石性杂填土区和不良岩层地质带采用复合式TBM不仅难以发挥其优势,而且存在多种风险;结合笔者自身工程经验和类似工程经验,介绍重庆地铁工程复合式TBM的应用现状.%The TBM (Tunnel Boring Machine) for Chongqing metro projects is selected in line with the concrete characteristics of the project.The characteristics of compound TBM and its adaptability are presented.The limitations of compound TBM used in miscellaneous soil-filling areas with stones and poor stratum in Chongqing area are analyzed.Then,based on the authors' engineering practice and experience in some similar engineering projects,the current application status of compound TBM in Chongqing area is introduced.【期刊名称】《都市快轨交通》【年(卷),期】2017(030)001【总页数】7页(P70-76)【关键词】轨道交通;复合式TBM掘进机;隧道;重庆【作者】彭辉;邹光炯;陈柏全;周捷【作者单位】重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司,重庆401122;重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司,重庆401122;中冶塞迪工程技术股份有限公司,重庆400013;重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司,重庆401122【正文语种】中文【中图分类】U231随着我国经济建设和城市建设的快速发展,自2009年以来重庆轨道交通建设迎来了大发展,截至目前重庆建成或在建轨道交通线路已形成“七线一环”的线网规模。
基于单护盾的复合式TBM在城市轨道交通工程的应用与研究本文为了提高在多山城市地区地铁施工的效率,针对特殊地质条件下的设备选型、快速组装与调试、安全快速掘进及回填与注浆工艺等,根据重庆地铁六号线二期工程的铜锣山隧道,主要对于盾构机选型、管片背后豆砾石吹填与注浆技术和TBM再制造技术等问题进行了系统研究,通过研究开创了基于单护盾的复合式TBM在城市轨道交通中应用的先例,丰富了轨道交通隧道领域的施工手段和方法,克服了特定地质条件下盾构的弊端,提高了施工效率,首次在轨道交通领域采用的管片背后豆砾石吹填施工工艺,避免了管片上浮、蛇形等质量通病,很好的控制了线形,保证了成洞质量,在TBM再制造技术的应用中,研究了复杂地质条件下复合式TBM主轴承密封系统及其它结构件改造的成功,为TBM再制造推广应用和隧道内维修及配置积累了宝贵的经验。
重庆地铁复合式TBM掘进施工监理方法探讨【摘要】地铁复合式丁BM掘进施工具有施工周期长、施工项目多、施工技术复杂、不可预见的风险因素多以及对社会环境影响大等特点,因此地铁施工属于一项高风险的建设工程。
上海建科工程咨询有限公司在承建重庆市轨道交通六号线二期复合式试验段工程盾构工程监理中,组织科研及技术人员对此进行了复合式丁BM掘进施工监理方法的研究,为盾构机实现快速掘进高效优质建设该工程创造了条件。
【关键词】地铁盾构法监理方法工作流程1.前言随着我国经济的持续快速发展,城市化进程的不断加快,为了缓和城市交通拥挤的状况,国内很多大城市相继修建了地铁。
一般来说,地铁隧道的施工方法主要包括盾构法、矿山法、明挖法等,而每种方法都有其优缺点和适用条件。
其中,盾构法是一种施工过程中依靠盾构自身刚性支护,不断地在前方开挖土体,并在盾尾进行管片拼装和壁后注浆的隧道施工方法[1]l2]。
由于盾构法具有施工速度快、机械化程度高以及对周围环境扰动小等优势,因此成为了城市地铁建设采用较多的施工方法,并先后在上海、北京、广州、深圳、天津、南京等城市的地铁建设中被广泛应用。
但是,地铁盾构法施工具有施工周期长、施工项目多、施工技术复杂、不可预见的风险因素多以及对社会环境影响大等特点,因此地铁施工属于一项高风险的建设工程[3][4]。
重庆市轨道交通六号线二期复合式试验段工程茶园段工程地质条件复杂,各种地层相互交错,岩石强度差异大。
隧道所穿越的地层主要有砂岩、砂质泥岩、泥岩、泥质砂岩、粘性土回填层,因此施工中引进了复合式TBM,上海建科工程咨询有限公司在承建重庆市轨道交通六号线二期复合式试验段工程盾构工程监理中,组织科研及技术人员对此进行了研究,为盾构机实现快速掘进,高效优质建设该工程创造了条件。
2.工程概括及特点复合式TBM试验段标段区间线路总长巧.26双线公里,共分为:茶园段、蔡家段和北暗段。
本工程拟投人的8台复合式TBM,刀盘直径6.28m,其中茶园段2台、蔡家段3段、北暗段3台。
重庆轨道交通六号线一期工程施工技术总结中铁隧道集团有限公司重庆轨道交通六号线TBM试验段项目经理部二零一三年六月目录第1章概述 (1)1.1地理位置 (1)1.2区间隧道地质概况 (1)1.3工程重、难点 (2)第2章施工技术分析及小结 (3)2.1 TBM施工引起地表沉降规律分析 (3)2.2 TBM施工围岩变形规律分析 (5)2.3 TBM施工对周边环境振动影响研究(振动频谱分析) (7)2.4 小结 (9)2.5 防止泥岩遇水软化结泥技术 (10)2.6 掘进参数控制技术 (12)2.7洞内施工环境控制 (13)2.8 加强支护 (14)2.9 小结 (15)2.10 TBM过站技术 (15)2.11 TBM过站技术小结 (22)第3章总结 (24)第1章 概述本施工技术总结主要针对TBM 各项技术的过程分析及总结。
1.1地理位置重庆轨道交通六号线一期含五里店车站、TBM 区间、冉光、光竹钻爆段及通风、拆机竖井等多个子单位工程。
其中TBM 施工段为五里店~山羊沟水库敞开段,途经红土地、黄泥滂、红旗河沟、花卉园、大龙山、冉家坝、光电园共七个车站,起讫里程为CK17+438~K29+128,全长12.122km (长链432.78m ),每台TBM 施工累计长度8.261km ,其中泥岩、砂质泥岩和泥质砂岩占TBM 掘进长度超过88%。
工程地理位置见图1-1-1。
图1-1-1 工程地理位置图1.2区间隧道地质概况重庆轨道交通六号线区间隧道线路穿越的地层主要为上沙溪庙组(J2S)泥岩和砂质泥岩,中等风化带岩石岩质较软,围岩呈大块状砌体结构,节理裂隙较发育,围岩透水性差,地下水含量微弱。
通过钻探采集的中等风化岩石样品室内物理力学指标测试,其天然重度25.3~25.9kN/m3,天然状态岩石单轴极限抗压强度为8.8~23.6MPa 、饱和单轴极限抗压强度值为5.3~15.3MPa ,软化系数0.60~0.66,内摩擦角35.6º~39.7º,内聚力1.30~5.25MPa ,抗拉强度0.42~1.30MPa ,变形模量1494~7790MPa ,五里店站红土地站黄泥滂站红旗河沟站花卉园站大 龙 山冉家坝光电园山羊沟水库敞开段江北区渝北区渝中区弹性模量1860~8630MPa,泊松比0.30~0.40。