复合地层泥水盾构选型关键细节分析
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盾构选型施工程方案一、项目概况本工程位于城市地下,主要是用于建设地下隧道,项目全长约3公里,内径为8米,设计时速为80公里/小时,设计规模为双向四车道,设计深度为25米。
由于本项目地下环境复杂,对地下建筑物和管线的保护和限制条件苛刻,施工难度大。
基于此,我们需要制定合理的盾构选型施工方案。
二、盾构选型1. 盾构机类型选择本项目需要选择一种适合的盾构机进行施工。
我们初步选定了两种类型的盾构机:开式盾构机和封闭式盾构机。
(1)开式盾构机开式盾构机结构简单,维护方便,操作容易,适用于软土层、黏土层和砂土层的隧道施工。
但是在本工程中,由于地质条件较差,软硬岩层交错,地下水丰富,开式盾构机在抵御地下水涌入和岩石崩落方面存在一定的困难。
(2)封闭式盾构机封闭式盾构机结构复杂,但对地下水涌入和岩石崩落的抵御能力较强,适用于软硬岩层、黏土层和砂土层的隧道施工。
同时,封闭式盾构机还具有泥浆压平功能,可有效控制隧道掘进面稳定,提高施工安全性。
2. 盾构机参数选择综合考虑本项目的地质条件,施工环境和施工要求,根据封闭式盾构机对地下水涌入和岩石崩落的抵御能力较强的特点,我们决定选择封闭式盾构机进行本项目的施工。
在选择具体的封闭式盾构机时,需要考虑盾构机的直径、推进能力、驱动功率、泥浆处理能力等参数。
根据工程地质勘察报告和现场实地勘察,我们初步确定了以下盾构机参数:盾构机直径:8.2米推进能力:90米/小时驱动功率:6400千瓦泥浆处理能力:1200立方米/小时三、施工方案1. 盾构机施工工艺(1)水平掘进通过盾构机的主推进缸和尾缸的协同作用,推进盾构机实现水平掘进。
在盾构机水平掘进时,需要加强对盾构机周围土体的支护,以防止地下水涌入和岩石崩落。
(2)泥浆泵送盾构机水平掘进时,需要通过泥浆循环系统对施工面进行稳定压实。
泥浆泵将泥浆从工作面抽回到地面处理,然后再通过泵送管路将处理后的泥浆送回到工作面,形成循环。
泥浆循环系统的设计和使用能够保证施工面的稳定,减少地基沉降,提高施工效率。
盾构选型分析1.地质因素1.1工程地质盾构选型分析对于细颗粒含量多的地层,切削下来的渣土能形成不透水的塑流体,容易实现土压平衡,并且渣土输送简单,多选用土压平衡盾构,如果选用泥水平衡盾构则渣土分离困难。
粗颗粒含量高的地层,切削下来的碴土为流体状,仅依靠大颗粒充满土仓来形成机械力支撑土体时,即使土仓充满也建立不了压力,因而不易实现土压平衡,同时螺旋机不能形成土塞,渣土输送困难,如果采用土压平衡盾构需要通过添加膨润土等添加剂对渣土进行改良,而采用泥水平衡盾构时渣土输送和分离相对简单,因此这种地层多采用泥水平衡盾构。
一般来说当地层中的黏粒和粉粒总量达到40%以上时适宜选用土压盾构,反之则选用泥水盾构。
地层 1. Zeile bleibt immer freiEPB Methods土压平衡区间Slurry Methods泥水盾构区间60,020.06,02,00,60,20,060,020,0060,0020,0011009040302010080706050Sieve Size Fine Clay Silt Sand Gravel Medium Medium Coarse Fine Coarse Fine Medium CoarseGrain diameter d (mm)粒径直径MM EPB / Slurry Range.粒径分布与盾构选型图土和砂质粘土夹层。
从地层看,基本属于泥水盾构适用范围,根据在以往的施工经验,也可以采用土压盾构。
1.2水文地质盾构选型分析在地下水丰富的地层,泥水盾构依靠泥浆粘粒渗入开挖面形成泥膜隔离层,依靠泥浆与碴土混合液的压力,作用在泥膜上平衡开挖面压力,能够有效隔离地下水渗入土仓,使开挖面前方地层不因水位的下降而引起地表的前期沉降;土压盾构由于没有这种泥膜,对地下水的控制能力稍差一些,需要加入更多泡沫等添加剂对渣土进行改良,有时甚至需要昂贵的特种添加剂。
根据施工经验,当地层的渗透系数小于10-7m/s时,可选用土压平衡盾构;当渗透系数在10-7m/s到10-4m/s之间时,既可选用土压平衡盾构也可选用泥水盾构;当地层的渗透系数大于10-4m/s时,宜选用泥水盾构,如采用土压平衡盾构,开挖仓中添加剂将被稀释,水、砂、砂砾相互混合后,土碴不易形成具有良好塑性及止水性碴土,在螺旋机出碴门处易发生喷涌。
盾构选型一般遵循原则归纳如下:(l)以开挖面稳定为核心,盾构选型应在充分把握地层条件的基础上进行。
(2)应考虑土的塑性流动性、土的渗透系数等,这对开挖面的稳定非常重要。
塑性流动性直接影响土的顺畅排出,若地层透水性太高,地下水则可能通过开挖腔室和螺旋输送机内的废渣流入隧道。
一般认为,10m/d的渗透系数是土压平衡盾构作业的经验上限值。
(3)应考虑地下水的含量及水压,这往往要与土的塑性流动性及透水性结合考虑,高水压、高渗透性的情况是非常不利的。
这涉及到是选用泥水盾构还是土压盾构以及盾尾密封的选型。
在日本,特别是饱和砂土层中泥水盾构的使用占绝大多数。
(4)应视地层中有无砂砾和大卵石,这直接影响到土的渗透性、切削刀盘的磨耗、切削刀开挖时对地层的扰动范围、刀盘的开口率、对卵石的破碎方式及其排出方式。
(5)应考虑土层的粒径分布,一般都采用土层颗粒曲线来界定不同盾构的适用土层总的来说,粒径大时宜采用泥水盾构,粒径小时宜采用土压盾构。
(6)隧道的线形和转弯半径也是应考虑的因素,盾构机本体的长度与直径比及盾尾间隙直接影响盾构的转弯及纠偏能力。
一般,长度与直径之比(UD)应妻1.0。
当转弯半径过小时可考虑采用铰接式盾构。
(7)盾构选型时,必须根据土质条件决定切削刀的形状、材质和配置。
必要时同时配置切削刀和滚刀,形成盾构和TBM的混合刀盘。
(8)刀盘的装备扭矩也与盾构选型有关,盾构装备扭矩T=aD3(D为盾构外径,a为扭矩系数,对泥水盾构a=9一15;土压盾构a=8一23)。
显然,采用泥水盾构有利于减小刀盘切削阻力,从而减轻主轴承的负荷。
(9)盾构施工对周围环境的影响也是盾构选型时应考虑的因素。
比如地层变形的许可程度、有无地下构筑物等,再比如泥水处理以及废渣的倾倒是否对环境有污染等。
(10)盾构的选型还应考虑对工作环境的影响。
比如,盾构的刀盘驱动是液压驱动还是电动驱动。
液压驱动效率低,噪声大,洞内温度上升快,而电动驱动效率高,洞内环境好(噪声小、温度低)网。
试述泥水盾构掘进参数选择及应用摘要:盾构技术由于自身的技术特点已经逐渐成为地铁建设中不可或缺的技术方法。
本文以广州市城市轨道交通十四号线【街口站~江浦站】盾构区间施工实例为背景,试述了泥水盾构掘进的参数及应用。
关键词:泥水盾构;十四号线;掘进参数;气仓压力;1、引言目前,城市化进程日益发展、城市交通需求不断增长,地下交通工程的建设进度以及密度都在呈几何级数增长。
盾构施工是通过钢构件承受周围土层压力,前进开挖土壤、拼装管片形成隧道衬砌,由不受季节、地面建筑物影响、安全高等特点。
在中国,盾构法相较于德国、日本起步晚,但近几年发展快速,是一种有广阔市场的施工方法。
盾构法施工隧道适用于不稳定地层和含地下水的地下结构下施工,能够有效的控制地表沉降和隧道沉降,不影响地面交通。
它可以应用于很松散的土质或高压强的地层中,如砂层、岩层等。
本文以广州市城市轨道交通十四号线【街口站~江浦站】盾构区间施工实例为背景,通过盾构始发、掘进、接收三个阶段简述盾构掘进参数技术选择及应用。
2、工程概况广州市城市轨道交通十四号线【街口站~江浦站】盾构区间包括双线1.5公里盾构隧道施工,由街口中间风井里程端始发至江埔车站,隧顶覆土厚度7.3m~16.0m。
隧道穿越地层主要为<3-1>粉细砂层、<3-2>中粗砂层、<3-3>砾砂层、<4N-2>可塑粉质粘土以及<6H>全风化花岗岩。
区间由于毗邻流溪河,地下水较为丰富,以第四系松散孔隙性潜水为主,水位较浅,埋深为0.40m~11.30m,平均埋深为2.44m,标高为-2.30m~35.98m,平均标高为31.26m。
该工程施工采用两台全新的德国海瑞克泥水盾构机施工,刀盘开挖掌子面直径为6.28m,衬砌采用外径为6m的高强度钢筋混凝土管片,由刀盘、前盾、中盾、盾尾、拼装机、连接桥架、一号~五号后配套台车组成。
图1 广州市地铁十四号线【街口站~江浦站】盾构区间图2 泥水盾构工作原理3、泥水盾构工作原理及主要参数泥水盾构机原理机制是通过气体加压泥浆来稳定开挖面,开挖渣土与泥浆混合由泥浆泵输送至泥水分离设备,经处理后循环使用。
浅谈大直径泥水盾构复合地层中施工发布时间:2022-03-24T07:16:51.445Z 来源:《新型城镇化》2022年4期作者:邹飞[导读] 西段盾构隧道南线和北线分别设置一座废水泵房,里程分别为SK1+160与NK1+160。
中铁七局集团第三工程有限公司陕西西安 712000摘要:文章结合在杭州市环城北路-天目山路提升改造工程施工的一些经验,对大直径泥水盾构在复合地层中的施工难点,浅谈复合地层中大直径泥水盾构推进时泥浆指标的控制、掘进参数的控制、刀具适应性的控制等方面去采取有效措施,减少结泥饼现象,减少刀具磨损及更换次数,从而提高泥水盾构在复合地层中推进效率及安全。
关键词:泥水盾构机;复合地层;泥浆指标;刀具;掘进效率本工程沿线属山前冲海积平原地貌单元,岩土种类较多,岩性多变,浅部大部分布软土,属于对建筑抗震不利地段;地下空间围岩的岩土性质较差;地下水位高,基础位于地下水位以下,分布有潜水和承压水等多种类型。
周边环境较复杂,隧道位于杭州市现有天目山路下,天目山路为杭州市东西向的交通要道,道路宽约60m,为双向六车道,车流量非常大、交通繁忙,道路下埋设的电力、通信、燃气、雨污水、给排水等各类地下老旧管线众多,错综复杂,且多为沿隧道方向布局在主干管。
环城北路-天目山路(中河立交-古翠路)提升改造工程01标段西段盾构设计范围:北线起止里程为NK0+609.745~ NK2+367.207,长1757.462m,南线起止里程为SK0+609.058~SK2+369.237,长1760.179m。
线路最小曲线半径2000m,线路纵段呈V字坡,出1#工作井后以最大纵坡3%下至最低点,然后以2.5%、0.3%纵坡升至2#工作井,隧道覆土约7.46m-22.2m。
西段盾构隧道南线和北线分别设置一座废水泵房,里程分别为SK1+160与NK1+160。
本文介绍天目山01标盾构区间施工中采用的一些掘进控制方法和措施。
盾构施工中泥水处理系统的选型与应用摘要:当前城市建设处于飞速发展阶段,地下轨道交通作为衡量城市发展的指标之一也逐渐地进入到了建设高峰期。
随着盾构施工在城市隧道建设当中的广泛应用,对泥水系统依赖性也愈发明显。
不同的施工地层在泥水处理时会形成一定的差距,正确的泥水处理选型与用应用才能够保障整个工程的顺利进展并提升施工质量。
因此,分析泥水平衡机理及指标,根据施工实际进行系统选型与应用有着十分积极的意义。
关键词:盾构施工泥水处理选型与应用前言当前盾构施工已经被广泛地应用到了隧道施工建设当中,具有安全性能高、对周边环境影响小且施工效率有保障等优点,是城市建设过程当中先进、快捷又安全的隧道施工法。
整个施工过程中泥水处理不仅能够实现泥水循环再利用的同时降低泥水再配比需求,更能显著提高经济利益。
在施工方过程中,根据不同的土层和掘进参数来进行适当的配置,才能够保证开挖的稳定以及泥水运输的通畅,在保证施工质量的同时提高施工效率。
1.泥水处理系统概述(一)泥水处理系统设计原理1、泥水平衡机理泥水处理的终极目标在于实现泥水平衡,泥水平衡能够有效防止隧道塌方、形成有效防涌水屏壁,且同步注浆能够控制地表下沉、避免管片渗漏发生,是保证地面环境稳定建筑不受施工影响的根本。
泥水平衡的关键在于泥膜的形成,盾构建筑施工过程中,切削机械刀盘和隔板之间就会形成一个新的密封室,密封室中向外部注入一定量能够满足盾构施工需要的压力而且能够在开挖地面上形成新的泥膜,实现对正面和土体的保护,此时,高密度泥浆随之形成,这种高密度泥浆会经由排泥泵以及排泥管道的输送而到达地面,并在泥水平衡自动控制系统的管理下实现统一处理。
整个泥水处理系统工作过程比较复杂,高密度泥浆进入系统当中首先会受离心力产生不同粒径的分离。
这时候土沙以及泥水会被分离开来,而大的粒径的土沙会直接被排弃,微小颗粒的泥水会实现二次利用而进入调整池,进入调整池的泥水会根据施工要求被应用在新的泥浆调配当中,再经过一系列的传输回到盾构工作面,此时良性水泥循环形成。
盾构机选型与适应性评估方案盾构机是一种用于地下隧道施工的专用设备,选择合适的盾构机对于工程的顺利进行至关重要。
为了正确选择盾构机,需要进行选型和适应性评估。
以下是一套完整的盾构机选型与适应性评估方案。
1.项目需求分析:首先要对项目需求进行详细分析,包括隧道的长度、直径、地质条件、地下水情况等。
根据不同的需求,可以确定需要的盾构机的类型,例如单壁盾构机、双壁盾构机、混合土盾构机等。
2.盾构机的技术指标评估:根据项目需求,以及对于盾构机性能的要求,对盾构机的技术指标进行评估。
这些指标包括盾构机的推力、刀盘直径、刀盘转速、刀具类型等。
通过评估这些指标,可以找到符合项目需求的盾构机类型。
3.制造商的信誉评估:选择一个有良好信誉的盾构机制造商非常重要。
可以通过查看制造商的资质证书、参观厂房、考察制造商的技术实力等方式进行评估。
选择一个信誉好的制造商可以确保盾构机的质量和性能。
4.盾构机的经济性评估:除了技术指标外,还需要进行盾构机的经济性评估。
这包括盾构机的价格、运维成本、周期等。
需要考虑盾构机在长期使用中的经济性,并与其他盾构机进行比较。
5.盾构机的适应性评估:盾构机在实际施工中需要适应不同的地质条件和施工要求。
因此,需要对盾构机的适应性进行评估。
这可以通过查阅盾构机的施工案例、进行模拟测试等方式来评估。
6.售后服务评估:盾构机的售后服务非常重要,因为在使用过程中可能会遇到各种问题。
需要对供应商的售后服务进行评估,了解其售后服务网络的完善程度以及服务响应速度。
7.采购决策:在完成以上的评估后,可以对不同的盾构机进行综合评估,确定最合适的盾构机型号。
考虑到项目的需求、技术指标、制造商信誉、经济性、适应性以及售后服务等因素,做出最终的盾构机采购决策。
通过以上的盾构机选型与适应性评估方案,可以确保选择到适合项目需求的盾构机,提高工程施工的效率和质量。
广州复合地层条件下盾构选型设计崔洪谱,孙恒,李杰华(中交第二航务工程局有限公司工程装备分公司,湖北武汉 430014)[摘要]本文以广州轨道交通12号线官洲站—仑头站区间为工程实验背景,该区间需要穿越复合地层,施工难度较大,对盾构适应性要求较高。
本文从盾构选型设计等方面来分析其适应性,为类似地层盾构选型提供技术参考。
[关键词]复合地层;盾构选型设计[中图分类号]U455.43 [文献标识号]B [文章编号]1001-554X(2020)11-0087-05Selection and design of shield machine in Guangzhou composite stratumCUI Hong-pu,SUN Heng,LI Jie-hua关于广州地区盾构施工的研究屡见不鲜,但针对特定复合地层的盾构施工并不太成熟,特别是土压盾构在浅部淤泥和填土等软弱土体地层掘进施工时,盾构及配套设备选型、渣土改良、地基加固、掘进控制措施等都是一大难题。
李俊伟等介绍了广州复合地层条件下盾构选型的风险,提出盾构刀盘形式、刀具布置和盾构工作参数的匹配等因素对盾构适应性至关重要[1];张良辉介绍了广州复合地层盾构施工的技术难点,并对盾构选型及设计特点进行了分析[2];赵运臣对广州地铁3号线下穿南珠江段盾构选型进行了分析,根据地质参数对泥水盾构和土压盾构的适应性做了比较,分析了利弊[3];丁志诚等对广州地层盾构施工中盾构刀盘、刀具对不同地层的切削机理进行了阐述,分析了针对刀盘、刀具的选用条件,并在实践中得到较好的应用[5]。
以上学者研究对象都是广州一般情况下的复合地层,本文针对广州12号线官洲站—仑头站区间盾构隧道工程进行研究,根据具体的地层情况进行盾构选型设计,使其更好的适应本工程。
1 工程概况本文研究背景为仑头站—官洲站区间盾构区间。
仑头站—官洲站区间线路出仑头站后向南敷设,依次下穿环城高速、有龙手袋厂、新光体育器材厂,上跨地铁4号线,下穿仑头小学体育场、仑头村若干栋民房、仑头海,最后进入生物岛接入官洲站。
超大直径泥水盾构施工风险对策及关键设备选型分析摘要:结合国内超大直径盾构施工案例,分析超大直径泥水盾构施工风险和对策,总结盾构机关键设备选型要点,并结合广州海珠湾隧道工程的线路设计、工程及水文地质特点、周边环境等,分析超大直径泥水盾构设备的选型思路,为具有类似工程的盾构机选型提供参考。
关键词:超大直径;泥水盾构;施工风险;设备选型1、引言盾构机因其安全、经济、高效而广泛应用于地铁、公路隧道的建设。
近10~20年来,基于交通需求量的大幅增长和盾构设备制造及盾构施工技术的不断进步和完善,采用盾构法修建的隧道也由之前的小直径、小距离和浅埋深,向着长距离、大直径、大埋深、高水土压力方向不断地发展。
据统计,自1994日本首次采用φ14.4m用于东京湾隧道工程施工以来,至今已有近70例超大直径盾构隧道的工程(D≥14)。
超大直径盾构施工实践表明,采用螺旋机出土方式的土压平衡盾构机很难解决超大直径隧道顶和底的高水压差,因此泥水平衡盾构机成为超大直径盾构隧道施工的主导机型。
本文根据目前超大直径盾构施工实践,重点阐述超大直径泥水平衡盾构法隧道的施工风险及其对策,以及超大直径泥水盾构机关键设备选型要点,并结合广州海珠湾隧道工程(φ15.07m,盾构开挖直径,下同)盾构机选型实践,分析超大直径泥水盾构机的选型思路,以其为类似工程施工提供参考。
2、超大直径泥水盾构施工风险及对策超大直径泥水盾构施工实践表明,较以往小直径泥水盾构施工,超大直径泥水盾构施工存在的主要施工风险有:1)超大断面盾构浅覆土始发、到达,地表易冒浆、破环泥水平衡、地层失稳塌陷;2)长距离、大埋深、高水压掘进主轴承密封、盾尾密封易损坏,刀盘刀具、泥浆管路磨损大;3)高水压掘进盾构开仓换刀频繁、换刀难度大;4)下穿或近距离侧穿沿线建构筑物地表易沉降;5)全断面硬岩地层、孤石、基岩凸起地层、上软下硬复合地层、断裂带等特殊地层易引起得刀盘刀具磨损、刀具破岩难,刀盘结泥饼引发的盾构滞排,断裂带掘进盾构失压引起的开挖面失稳和地表沉降等施工风险。