1、成都地鐵4號(hào)線一期工程土建6標(biāo)盾構(gòu)技術(shù)交流之成都地區(qū)盾構(gòu)換刀中鐵一局集團(tuán)有限公司成都地鐵4號(hào)線一期工程土建6標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理部二一三年六月二十一日目 錄1引言12工程概況12.1工程概述12.2 設(shè)計(jì)概況12.3工程地質(zhì)12.4水文地質(zhì)33換刀施工總體安排43.1換刀方法43.2換刀工藝流程53.3預(yù)計(jì)換刀地點(diǎn)54常壓換刀方案74.1換刀點(diǎn)地層加固74.2降水井施工74.3開倉換刀84.4盾構(gòu)恢復(fù)掘進(jìn)措施145施工人員和機(jī)械設(shè)備145.1施工人員組織145.2機(jī)具設(shè)備156安全施工措施157換刀應(yīng)急措施16成都地鐵4號(hào)線一期工程土建6標(biāo) 盾構(gòu)換刀施工方案1引言成都地鐵砂卵石地層石英含量高，刀具磨損快

2、，據(jù)施工統(tǒng)計(jì)，每掘進(jìn)300400 m就需進(jìn)行刀具的檢查與更換，因此進(jìn)倉進(jìn)行檢查和更換刀具是成都地鐵盾構(gòu)法施工的關(guān)鍵工序。但由于成都地鐵的砂卵石地層含水豐富且氣密性差，且成都地鐵線路埋深較淺，帶壓作業(yè)易造成地面噴發(fā)和引起地表坍塌，特別是在城市主干道上帶壓進(jìn)倉，風(fēng)險(xiǎn)極其巨大，一旦失敗將帶來災(zāi)難性的后果，這就決定了帶壓進(jìn)倉技術(shù)應(yīng)用的難度。目前，在地面有條件的情況下，成都地鐵在施工中大多數(shù)采用降水輔以地面加固手段為主的常壓進(jìn)倉的換刀辦法，該方法的安全性比較適合成都的地層特點(diǎn)，同時(shí)成本小于其它換刀方案。2工程概況2.1工程概述 成都地鐵4號(hào)線土建6標(biāo)區(qū)間包含騾馬市站太升路站省文聯(lián)站區(qū)間，區(qū)間設(shè)計(jì)范圍內(nèi)為

3、盾構(gòu)隧道。騾馬市站太升路站區(qū)間，起止里程為YDK29+617.444（ZDK29+617.444）YDK30+488.600（ZDK30+488.600）；線路出騾馬市站后沿羊市街到玉帶橋（已拆除），在快到玉帶橋處以R-400m的曲線右拐至白絲街、一直向前經(jīng)過忠烈祠西街到達(dá)太升路站。2.2 設(shè)計(jì)概況騾馬市太升路站區(qū)間線路曲線半徑R=400m，最大線間距15m，線路在該區(qū)間線間距由15m過渡到13m。線路最大埋深16.6m，最小坡度2（站坡度2），最大坡度7。2.3工程地質(zhì)騾太區(qū)間隧道洞身主要穿過2-8-3、3-8-3、3-8-4，隧道拱頂以上分布2-8-3，隧道底板以下分布3-8-4，其中洞身

4、地層分布比例如下圖所示：騾太區(qū)間隧道洞身地層分布比例洞身巖土層特征如下：<2-8>卵石土：青灰色或褐灰色或黃褐色，稍濕飽和。松散、稍密密實(shí)夾少量角礫，卵石含量5085%，粒徑以2080mm為主，個(gè)別粒徑達(dá)到180mm，充填物為細(xì)砂，局部夾少量角礫或漂石，頂面埋深3.37.5m，地面埋深11.913.2m。該層卵石土分為松散卵石土<2-8-1>、稍密卵石土<2-8-2>、中密卵石土<2-8-3>和密實(shí)卵石土<2-8-4>，共4個(gè)亞層。<3-5>細(xì)砂土：褐黃色，松散，稍濕飽和，以透鏡狀分布于卵石中。<3-8>卵石土

5、：黃褐色，稍濕飽和。卵石成分主要以巖漿巖、變質(zhì)巖類巖石組成。以亞圓形為主，少量圓形，分選性差，卵石含量5085%，粒徑以2080mm為主，個(gè)別粒徑達(dá)到190mm，充填物為細(xì)砂，局部夾少量角礫或漂石。其中太省區(qū)間16.030.0m范圍內(nèi)有一層卵石為強(qiáng)風(fēng)化，輕敲即碎，充填物以細(xì)砂為主。該層卵石土分為稍密卵石土<3-8-2>、中密卵石土<3-8-3>和密實(shí)卵石土<3-8-4>，共3個(gè)亞層。各土層可挖性分級(jí)一覽表層號(hào)巖土名稱巖土特征開挖后的穩(wěn)定狀態(tài)圍巖類別<2-8-2>卵石土稍密、稍濕飽和自穩(wěn)性差<2-8-3>卵石土中密、飽和自穩(wěn)性較差<

6、;3-5>細(xì)砂松散、稍濕飽和易塌<3-8-3>卵石土中密、飽和自穩(wěn)性較差<3-8-4>卵石土密實(shí)、飽和自穩(wěn)性一般2.4水文地質(zhì)1、地下水的分布特征及滲透性本標(biāo)段區(qū)間隧道隧道地下水主要有兩種類型：一是賦存第四系砂卵石地層中的孔隙型潛水，二是基巖裂隙水。第四系孔隙水主要賦存于上更新統(tǒng)（Q3）的卵石土中，地下水具有微承壓性，卵石土層結(jié)構(gòu)比較松散，含水豐富，含水層厚度為11.9014.50m。本區(qū)間隧道隧道卵石土層取滲透系數(shù)k=18.0022.00m/d，為強(qiáng)透水層。本區(qū)間隧道隧道基本位于卵石土層中，受地下水影響較大。2、地下水的動(dòng)態(tài)特征場(chǎng)地內(nèi)地下水具有埋藏深，季節(jié)性變化

7、明顯，受降水影響大，水位西北高東南低。根據(jù)成都市水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)綜合勘查報(bào)告成都平原區(qū)地下水具有明顯季節(jié)變化特征，潛水位一般從4、5月開始上升至8月下旬，最高峰出現(xiàn)在7、8月，最低在13月、12月中交替出現(xiàn)，動(dòng)態(tài)曲線上峰谷起伏，動(dòng)態(tài)變化明顯，該區(qū)地下水埋深枯期24m，洪季13m，年變幅13m。在本區(qū)間隧道詳勘階段，測(cè)得騾太區(qū)間地下水位埋深為6.87.5m，相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高494.33495.08m，太省區(qū)間地下水位埋深為4.60m7.00m，相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高494.67496.98m，初見水位與靜止水位基本一致，場(chǎng)地內(nèi)的地下水不具有承壓性。本區(qū)間隧道部分地下水位遠(yuǎn)低于正常水位，根據(jù)調(diào)查分析

8、，主要原因是場(chǎng)地附近正在進(jìn)行工程建設(shè)，許多建筑基坑在進(jìn)行施工降水，造成場(chǎng)區(qū)地下水位大幅下降。3、地表水、地下水水質(zhì)按照巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001 2009版），場(chǎng)地內(nèi)水的腐蝕性評(píng)價(jià)宜按類環(huán)境考慮。經(jīng)判定地下水對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及混凝土均有微腐蝕性。依據(jù)鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定（鐵建設(shè)2005157號(hào)），該區(qū)間隧道室內(nèi)年平均相對(duì)濕度60%,按碳化環(huán)境類別劃分屬于T2級(jí)別，該區(qū)間隧道所處環(huán)境類別不屬于化學(xué)侵蝕環(huán)境和氯鹽環(huán)境，可不考慮化學(xué)侵蝕環(huán)境和氯鹽環(huán)境對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響。4、地下水水力學(xué)特征本區(qū)間位于含水量豐富、補(bǔ)給充足的強(qiáng)透水的砂卵石土中，其埋深位于地下水位以下，

9、地下水水壓力對(duì)區(qū)間施工及支護(hù)結(jié)構(gòu)有很大影響?？紤]到本段砂卵石土均為強(qiáng)透水層，地下水連通性好，水壓力按H計(jì)算，本區(qū)間結(jié)構(gòu)的地下水水壓力為0kPa160kPa，在進(jìn)行區(qū)間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮地下水壓力對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的作用。3換刀施工總體安排3.1換刀方法根據(jù)隧道地質(zhì)條件，本工程刀具更換類型為常壓換刀方式，騾太區(qū)間換刀點(diǎn)左右線設(shè)置一處位置，停機(jī)位置設(shè)置在280環(huán)位置左右此處位置剛好在道路綠化帶位置。根據(jù)本區(qū)間地質(zhì)報(bào)告，隧道開挖斷面為<3-8-3>中密卵石土和<3-8-4>密實(shí)卵石土地層，在降水條件下地質(zhì)穩(wěn)定，決定采用降水條件下常壓換刀。在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，根據(jù)刀具磨損情況進(jìn)行開倉換刀

10、（由于我部刀盤及刀具都經(jīng)過合金加固，根據(jù)太省區(qū)間左線刀具磨損情況，換刀距離正常情況下定為300500m）。3.2換刀工藝流程常壓換刀流程圖如下圖。換刀點(diǎn)地層加固降水井施工掘進(jìn)至換刀點(diǎn)停機(jī)螺旋機(jī)出土降水至隧道底1米開倉換刀完成換刀作業(yè)重新建立土壓平衡，恢復(fù)盾構(gòu)掘進(jìn)圖3-1常壓換刀流程圖3.3預(yù)計(jì)換刀地點(diǎn)在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，需要根據(jù)刀具磨損情況進(jìn)行開倉換刀，根據(jù)我部盾構(gòu)設(shè)備情況、施工經(jīng)驗(yàn)和區(qū)間地質(zhì)條件，我部確定正常情況下?lián)Q刀間距300-500m，因此，此處左線地面為道路綠化帶，右線處于行車道下方，距離建筑物較遠(yuǎn)，此處左右線雨污水管線均離開隧道范圍以內(nèi)，預(yù)計(jì)換刀地點(diǎn)位置大致如下。線路區(qū)間左線右線預(yù)計(jì)換

11、刀點(diǎn)里程預(yù)計(jì)換刀點(diǎn)環(huán)數(shù)（環(huán)）預(yù)計(jì)換刀點(diǎn)里程預(yù)計(jì)換刀點(diǎn)環(huán)數(shù)（環(huán)）騾太區(qū)間ZDK30+50.00280YDK30+50.00280圖3-2換刀位置平面圖圖3-3換刀位置地層剖面圖中鐵一局集團(tuán)有限公司 21 4常壓換刀方案4.1換刀點(diǎn)地層加固在預(yù)定換刀位置，采用地面袖閥管注漿形式對(duì)換刀點(diǎn)地層進(jìn)行加固，加固區(qū)設(shè)三排孔，每排設(shè)5個(gè)孔，孔間距為1.5米，孔深至隧道底部，孔位布置如下圖：圖4-1 袖閥管注漿孔位布置圖漿液采用水泥-水玻璃雙液漿。水泥采用Po32.5，水玻璃采用Be=35；注漿漿液由稀到濃W:C=0.8：11：1、C:S=1：1。注漿壓力控制在1.0-1.5Mpa.。以1米為一個(gè)注漿段，注完一

12、段，拔出一段，逐步進(jìn)行注漿。每一注漿段應(yīng)反復(fù)注漿23次，保證注漿質(zhì)量。注漿過程中時(shí)刻監(jiān)測(cè)地面沉降和隆起情況，當(dāng)?shù)孛媛∑?cm時(shí)，終止注漿。4.2降水井施工在換刀區(qū)域打設(shè)三口降水井，一口位于左右線中間位置，其余兩口位于左右線邊線外，具體布點(diǎn)位置見停機(jī)位置平面圖。降水井選用GPS-15型旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔，鉆孔直徑800mm,鉆孔深度為隧道底部以下3米，鉆至設(shè)計(jì)深度后用正循環(huán)方法清孔，施工中控制孔斜偏差1%，井管直徑600mm，采用鋼筋籠制作,外包3層60目尼龍布，在井壁間隙回填礫石至地面以下11.5m，孔口部分用粘土填實(shí)。降水井施工完成后安排專人抽水，降水過程中注意降水對(duì)周邊建筑物及管線的影響。整個(gè)換

13、刀過程中不間斷抽水，保證地下水位在隧道底部以下1米，抽水時(shí)做好各項(xiàng)監(jiān)測(cè)記錄，對(duì)每個(gè)井點(diǎn)的流量、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)等都進(jìn)行監(jiān)測(cè)。圖4-2 降水井構(gòu)造圖4.3開倉換刀4.3.1換刀前準(zhǔn)備1、對(duì)盾構(gòu)各部位進(jìn)行詳細(xì)的檢修，在到達(dá)檢查更換點(diǎn)前15環(huán)復(fù)核一次盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)和方向，通過十五環(huán)把盾構(gòu)的姿態(tài)和掘進(jìn)方向調(diào)整到正常范圍，當(dāng)?shù)侗P切口環(huán)位置到達(dá)加固區(qū)中心里程時(shí)停止掘進(jìn)。2、開倉準(zhǔn)備：轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋，將土倉內(nèi)渣土渣位降至1/2左右，使中上部土壓傳感器壓力顯示為零，觀察土壓傳感器30分鐘左右，若土壓傳感器無變化，證明開挖面較穩(wěn)定；打開盾構(gòu)機(jī)下部土倉壁球閥，觀察是否有地下水流出，如沒有水流出，則證明水位已將至隧道底板以下。

14、3、開倉：（1） 先打開土倉壁上的平衡閥，使用氣體檢測(cè)儀檢測(cè)地層是否存在有害氣體，如存在有害氣體，關(guān)閉平衡閥，重新確定方案；如無有害氣體，即打開倉門。 （2）人員進(jìn)入土倉后，檢查開挖面土體加固效果及是否有滲漏水，若有少量滲水，用快硬水泥封堵，并插入導(dǎo)管引流；（3）使用木板將刀盤開口封住，防止地層突然坍塌。4、做好倉內(nèi)照明及通風(fēng)，做好換刀過程中的相關(guān)配合工作。5、監(jiān)控量測(cè)（1）監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)頻率為確保安全，施工過程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率，24小時(shí)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)每日的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，及時(shí)判斷換刀施工是否安全，隧道內(nèi)設(shè)一名專職信息聯(lián)絡(luò)員，主要與地面監(jiān)測(cè)隊(duì)進(jìn)行聯(lián)系，確保隧道內(nèi)各種情況及時(shí)反應(yīng)到監(jiān)測(cè)隊(duì)，監(jiān)測(cè)

15、的各種信息能及時(shí)反饋到盾構(gòu)機(jī)內(nèi)。換刀過程中對(duì)地面沉降及周邊建筑物沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，換刀過程中監(jiān)測(cè)頻率1小時(shí)/次。（2）監(jiān)測(cè)結(jié)果分析整個(gè)換刀過程將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖表化，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果分過程進(jìn)行分析。4.3.2換刀作業(yè)1、換刀工藝流程見下圖：圖4-3換刀工藝流程圖2、刀具檢查檢查刀具時(shí)，操作司機(jī)鎖住刀盤（操作室），到人倉內(nèi)換刀控制面板上操作，轉(zhuǎn)速為0.5轉(zhuǎn)/分鐘；如控制面板壞了，則需操作司機(jī)與換刀負(fù)責(zé)人用對(duì)講機(jī)溝通好,確保核實(shí)無人及其它物料時(shí)，方可轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤，轉(zhuǎn)速為00.5rpm。檢查內(nèi)容應(yīng)包括：（1）滾刀的磨損量和偏磨量，漏油情況，滾刀刀圈的脫落、裂紋、松動(dòng)、移位等，刀具螺栓的松動(dòng)和螺栓保護(hù)帽的缺損情況。（2）

16、刮刀的合金齒和耐磨層的缺損和磨損以及刀座的變形情況。（3）刀盤有無裂紋、刀盤牛腿磨損及焊縫開裂情況。（4）根據(jù)每把刀具的編號(hào)，記錄刀具的磨損量，并提供刀具檢查報(bào)告。3、刀具更換（1）刀具更換標(biāo)準(zhǔn)滾刀在刀圈產(chǎn)生偏磨、漏油、擋圈斷裂或脫落、刀圈脫落、裂紋、松動(dòng)、移位情況下必須進(jìn)行更換，滾刀正常磨損時(shí)按刀盤最外3把滾刀磨損大于8mm，其余邊緣滾刀磨損量大于15mm，正面滾刀磨損量大于20mm，中心滾刀磨損量大于25mm時(shí)更換。刮刀/齒刀合金齒缺損和耐磨層磨損完時(shí)更換。（2）刀具運(yùn)輸?shù)毒哌\(yùn)輸過程（包括從地面下井到進(jìn)入土倉后到達(dá)換刀位置的全過程）以及舊刀具運(yùn)出地面過程中，必須檢查吊具、鋼絲繩、木板等的質(zhì)

17、量，確保其安全性能的前提下方能投入使用。刀具運(yùn)輸過程中要保護(hù)好刀具不被碰撞，嚴(yán)禁刀具碰撞設(shè)備。禁止在推進(jìn)油缸和鉸接油缸活塞桿上捆綁鋼絲繩作為吊點(diǎn)。將底部推進(jìn)油缸回收，以防止刀具在運(yùn)輸過程中脫落碰壞油缸。（3）刀具更換作業(yè)將45的角鋼焊接在土倉壁三點(diǎn)位或九點(diǎn)位（視盾構(gòu)機(jī)具體情況而定），把塊1500mm×200mm×40mm的木板放在角鋼上搭設(shè)換刀平臺(tái)。將刀盤旋轉(zhuǎn)到所需換刀的位置（三點(diǎn)位或九點(diǎn)位），用風(fēng)鎬鑿刀坑，坑的位置與所換刀的位置一致，容積與刀的體積基本相等?？予徍煤?，把需要換的刀具轉(zhuǎn)到刀坑中。用滾刀夾具夾緊滾刀（如圖4-4）。使用導(dǎo)鏈掛住滾刀（如圖4-5）。圖4-4 滾刀

18、夾具夾緊滾刀 圖4-5 使用導(dǎo)鏈掛住滾刀松掉自鎖螺帽（如圖4-6）。移走球面墊圈，球窩及可調(diào)節(jié)壓塊（如圖4-7）。圖4-6 松掉自鎖螺帽 圖4-7 移走可調(diào)節(jié)壓塊移去楔形塊，使用裝配桿將滾刀撬出，如有必要，握住楔形塊螺桿（如圖4-8）。將滾刀拉出刀箱（如圖4-9）。圖4-8 撬出滾刀 圖4-9 拉出刀箱 移走滾刀（如圖4-10）。將新滾刀運(yùn)至更換點(diǎn)（如圖4-11）。圖4-10 移走滾刀 圖4-11將新滾刀運(yùn)至更換點(diǎn)安裝新滾刀。安裝之前，清潔滾刀底座，檢查是否有變形（如圖4-12）。裝入楔形塊（如圖4-13）。圖4-12 圖4-13上緊可調(diào)節(jié)壓塊，球面墊片，球窩及自鎖螺母（如圖4-14）。上緊螺

19、母和保護(hù)蓋帽（如圖4-15）。圖4-14 上緊可調(diào)節(jié)壓塊 圖4-15 上緊螺母和保護(hù)蓋帽 拆掉滾刀夾具（如圖4-16）。圖4-16 拆掉滾刀夾具4、關(guān)閉土倉門在換刀完畢后，在關(guān)閉土倉門前，由機(jī)電部派人按照刀具更換和刀盤修復(fù)表的要求欄對(duì)落實(shí)情況進(jìn)行檢查，確認(rèn)落實(shí)；由盾構(gòu)隊(duì)換刀負(fù)責(zé)人對(duì)領(lǐng)取的換刀工具進(jìn)行清點(diǎn)，確保無工具和其它雜物（尤其是金屬物件）遺留在土倉內(nèi)。4.4盾構(gòu)恢復(fù)掘進(jìn)措施換刀結(jié)束后關(guān)好土倉門，通過土倉壁上的球閥向土倉中注入充分膨化的膨潤土泥漿，注入膨潤土的過程中打開土倉壁上部的平衡閥排出倉內(nèi)空氣，直至溢出膨潤土漿液時(shí)關(guān)閉平衡閥。觀察土倉壓力傳感器，當(dāng)土倉壓力達(dá)到掘進(jìn)時(shí)的土壓平衡壓力時(shí)停止

20、注入膨潤土，然后啟動(dòng)刀盤，將土倉內(nèi)的碴土與膨潤土攪拌均勻，恢復(fù)盾構(gòu)掘進(jìn)。5施工人員和機(jī)械設(shè)備5.1施工人員組織施工過程中，建立以項(xiàng)目經(jīng)理、各級(jí)負(fù)責(zé)人、作業(yè)班長到操作工人的崗位責(zé)任制，明確各級(jí)管理職責(zé)，建立嚴(yán)格的考核制度，實(shí)行優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)政策，將經(jīng)濟(jì)效益與質(zhì)量掛鉤。具體管理組織機(jī)構(gòu)如下圖所示：項(xiàng)目經(jīng)理項(xiàng)目副經(jīng)理項(xiàng)目總工項(xiàng)目副經(jīng)理綜合部工程部機(jī)電部物資部各施工班組安質(zhì)部圖5-1 換刀施工組織機(jī)構(gòu)圖換刀作業(yè)期間安排兩個(gè)班次，實(shí)行兩班倒作業(yè)。班組人員組成班次人員安排工作安排白班隊(duì)長1名負(fù)責(zé)全面指揮協(xié)調(diào)土建工程師1名負(fù)責(zé)觀察掌子面穩(wěn)定情況及漏水情況機(jī)械工程師1名負(fù)責(zé)刀具檢查記錄及更換記錄安全員1名1人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)督檢查工人8名2人負(fù)責(zé)刀具運(yùn)輸，6人負(fù)責(zé)進(jìn)倉更換刀具，夜班隊(duì)長1名負(fù)責(zé)全面指揮協(xié)調(diào)土建工程師1名負(fù)責(zé)觀察掌子面穩(wěn)定情況及漏水情況機(jī)械工程師1名負(fù)責(zé)刀具檢查記錄及更換記錄安全員1名1人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)督檢查工人8名2人負(fù)責(zé)刀具運(yùn)輸，6人負(fù)責(zé)進(jìn)倉更換刀具5.2機(jī)具設(shè)備機(jī)具設(shè)備工具名稱數(shù)量備注風(fēng)鉆1臺(tái)刀具10把根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況定1噸導(dǎo)鏈4個(gè)1個(gè)備用5噸導(dǎo)鏈1個(gè)風(fēng)動(dòng)扳手1把配46、55套筒分體式千斤頂1臺(tái)配套割槍氧氣、