地龍四號(hào)復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工方案一、工程概況1.1項(xiàng)目背景本工程為城市地下綜合管廊區(qū)間隧道施工項(xiàng)目，區(qū)間隧道全長(zhǎng)1850米，采用盾構(gòu)法施工。隧道設(shè)計(jì)為單洞圓形斷面，管片外徑3.05米，內(nèi)徑2.65米，埋深8-12米。線路需穿越黏土層、砂卵石層及中風(fēng)化巖層等復(fù)合地層，其中卵石層最大粒徑達(dá)80厘米，地質(zhì)條件復(fù)雜。區(qū)間隧道先后下穿城市主干道、既有地下管線及愛民河河道，施工環(huán)境敏感，對(duì)沉降控制要求嚴(yán)格。1.2地質(zhì)水文條件根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，工程區(qū)域地層分布自上而下依次為：①素填土層：厚0.5-1.2米，松散結(jié)構(gòu)，含建筑垃圾②黏土層：厚2.3-4.5米，可塑性強(qiáng)，天然含水量28-32%③卵石層：厚1.8-6.2米，粒徑5-80厘米，級(jí)配不均，滲透系數(shù)15-25m/d④中風(fēng)化巖層：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度15-30MPa，節(jié)理裂隙發(fā)育地下水位埋深3.5-5.8米，屬孔隙潛水類型，主要受大氣降水及周邊河道補(bǔ)給，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。1.3周邊環(huán)境條件隧道軸線兩側(cè)20米范圍內(nèi)分布有：地下管線：包括Φ1200mm給水管（埋深2.5米）、Φ800mm燃?xì)夤埽裆?.8米）及多條通信電纜地面建筑物：3-6層磚混結(jié)構(gòu)民房12棟，基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)市政設(shè)施：穿越G204國(guó)道及愛民河橋梁，道路車流量達(dá)800輛/小時(shí)二、設(shè)備選型與配置2.1盾構(gòu)機(jī)選型根據(jù)工程地質(zhì)條件及施工需求，選用揚(yáng)州地龍機(jī)械有限公司生產(chǎn)的"地龍四號(hào)"復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)如下：開挖直徑：3.05米機(jī)身長(zhǎng)度：72.5米總重量：約380噸最小轉(zhuǎn)彎半徑：35米額定總推力：2800kN刀盤轉(zhuǎn)速：0-6.5rpm最大掘進(jìn)速度：80mm/min該機(jī)型具備小直徑球形鉸接裝置（鉸接角度±3.5°）、球鉸式螺旋出土機(jī)及一鍵切換式土體改良系統(tǒng)，特別適用于本工程復(fù)合地層施工。2.2主要配置系統(tǒng)開挖系統(tǒng)輻條式刀盤：開口率52%，配置中心魚尾刀1把、先行刀36把、主切刀82把、保徑刀24把刀具材質(zhì)：刀圈采用耐磨合金材料，硬度HRC58-62超挖刀裝置：配備2把徑向超挖刀，行程±50mm出土系統(tǒng)螺旋輸送機(jī)：直徑600mm，轉(zhuǎn)速0-25rpm，最大出土能力80m3/h閘門系統(tǒng)：液壓驅(qū)動(dòng)雙閘門結(jié)構(gòu)，具備保壓功能推進(jìn)系統(tǒng)推進(jìn)油缸：16組，每組行程1.5米，最大工作壓力35MPa分區(qū)控制：采用4分區(qū)8分組控制模式，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)精確調(diào)整注漿系統(tǒng)同步注漿：4路注漿管路，注漿壓力0.2-0.5MPa，流量0-400L/min二次注漿：配備雙液注漿泵，最大壓力8MPa輔助系統(tǒng)土體改良：泡沫+膨潤(rùn)土雙系統(tǒng)，泡沫注入量0-300L/min集中潤(rùn)滑：自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)，單點(diǎn)注油量可調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)：2×11kW軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)量200m3/min2.3配套設(shè)備管片運(yùn)輸車：5輛，載重15噸砂漿攪拌站：JS500型，生產(chǎn)能力20m3/h龍門吊：2臺(tái)，主吊80噸，副吊10噸出土渣車：15輛，容積8m3電焊機(jī)：ZX7-500型，4臺(tái)注漿泵：UB8.0型，2臺(tái)三、施工準(zhǔn)備3.1施工場(chǎng)地布置施工場(chǎng)地按功能劃分為：盾構(gòu)始發(fā)區(qū)：設(shè)置始發(fā)井（12m×8m×9m），安裝反力架、導(dǎo)軌及洞門密封裝置管片存放區(qū)：硬化處理地面，設(shè)置200m2管片堆放平臺(tái)，最大堆高3層拌漿區(qū)：布置砂漿攪拌站及水泥、粉煤灰存儲(chǔ)罐，設(shè)置防雨棚出土區(qū)：配備渣土堆放場(chǎng)（300m2）及洗車平臺(tái)辦公區(qū)：搭建集裝箱式臨建，面積300m2供電區(qū)：設(shè)置2臺(tái)630kVA變壓器及配電房場(chǎng)地排水系統(tǒng)采用明溝+集水井形式，溝寬300mm，坡度1%，配備4臺(tái)Φ150mm污水泵。3.2技術(shù)準(zhǔn)備測(cè)量控制網(wǎng)建立平面控制：采用GPS靜態(tài)測(cè)量建立四等控制網(wǎng)，布設(shè)地面導(dǎo)線點(diǎn)8個(gè)高程控制：按二等水準(zhǔn)測(cè)量要求建立高程控制網(wǎng)聯(lián)系測(cè)量：通過豎井投點(diǎn)法將坐標(biāo)引入井下，建立地下導(dǎo)線施工圖紙會(huì)審組織設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工三方進(jìn)行圖紙會(huì)審，重點(diǎn)審查：管片排版設(shè)計(jì)（環(huán)寬1.2米，分6塊+1封頂塊）洞門位置及加固范圍曲線段管片楔形量設(shè)置（最大楔形量38mm）專項(xiàng)方案編制編制盾構(gòu)始發(fā)、掘進(jìn)、接收專項(xiàng)方案制定特殊地層（卵石層）施工預(yù)案編制周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)方案及保護(hù)措施3.3材料準(zhǔn)備管片強(qiáng)度等級(jí)：C50，抗?jié)B等級(jí)P12每環(huán)6塊（3標(biāo)準(zhǔn)塊+2鄰接塊+1封頂塊）止水條：采用遇水膨脹橡膠（膨脹倍率≥250%）存儲(chǔ)要求：進(jìn)場(chǎng)管片須有出廠合格證，存放期≥28天注漿材料同步注漿：水泥-粉煤灰-膨潤(rùn)土漿液，配合比1:1.2:0.3（水灰比1.1）二次注漿：水泥-水玻璃雙液漿，初凝時(shí)間30-60秒土體改良材料：泡沫劑（濃度3-5%）、膨潤(rùn)土（黏度40-60s）四、主要施工流程4.1盾構(gòu)機(jī)組裝與調(diào)試吊裝順序下井順序：前盾→中盾→盾尾→螺旋輸送機(jī)→管片拼裝機(jī)→橋架→后配套拖車吊裝設(shè)備：采用250噸汽車吊主吊，50噸汽車吊輔助安全措施：設(shè)置吊裝警戒區(qū)，配備風(fēng)速儀（風(fēng)速＞10.8m/s時(shí)停止吊裝）調(diào)試內(nèi)容空載調(diào)試：各系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行，檢查電機(jī)轉(zhuǎn)向、油壓、限位等負(fù)載調(diào)試：刀盤帶載旋轉(zhuǎn)（土壓0.1MPa），測(cè)試推進(jìn)系統(tǒng)同步性聯(lián)合調(diào)試：模擬掘進(jìn)循環(huán)，檢驗(yàn)各系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)效果驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：連續(xù)空載運(yùn)行8小時(shí)無故障，負(fù)載測(cè)試各項(xiàng)參數(shù)達(dá)標(biāo)4.2洞門加固與始發(fā)洞門加固采用Φ800mm高壓旋噴樁+Φ600mm三重管旋噴樁復(fù)合加固加固范圍：洞門周邊3m，深度為隧道上下各3m加固后土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度≥1.2MPa，滲透系數(shù)≤1×10??cm/s始發(fā)程序安裝反力架：由鋼支撐與型鋼組合而成，承載力≥3000kN導(dǎo)軌安裝：定位誤差≤2mm，坡度與設(shè)計(jì)軸線一致洞門密封：采用"折頁(yè)式+氣囊"雙重密封，氣囊壓力0.3MPa負(fù)環(huán)管片安裝：共8環(huán)，采用通縫拼裝，傳力襯墊厚20mm始發(fā)試掘進(jìn)：前50米為試掘進(jìn)段，日進(jìn)尺控制在4-6環(huán)4.3正常段掘進(jìn)掘進(jìn)參數(shù)控制土倉(cāng)壓力：黏土層0.15-0.25MPa，卵石層0.25-0.35MPa推進(jìn)速度：黏土層40-60mm/min，卵石層20-30mm/min刀盤扭矩：≤2500kN·m（額定扭矩80%）出土量：理論出土量×1.05-1.10（控制超挖）管片拼裝拼裝方式：錯(cuò)縫拼裝，封頂塊位置設(shè)在隧道頂部±30°范圍內(nèi)拼裝順序：標(biāo)準(zhǔn)塊→鄰接塊→封頂塊螺栓緊固：初擰扭矩300N·m，復(fù)擰扭矩450N·m環(huán)向間隙：≤2mm，徑向錯(cuò)臺(tái)≤3mm同步注漿注漿壓力：比土倉(cāng)壓力高0.1-0.15MPa注漿量：每環(huán)注入量3.5-4.0m3（理論空隙的150-180%）初凝時(shí)間：4-6小時(shí)，28天強(qiáng)度≥2.5MPa4.4特殊段施工卵石層施工（350米長(zhǎng)）土體改良：泡沫注入率30-50%，配合膨潤(rùn)土泥漿（黏度50s）刀盤轉(zhuǎn)速：3-4rpm，扭矩控制在1800-2200kN·m螺旋輸送機(jī)：轉(zhuǎn)速8-12rpm，保持土塞效應(yīng)每環(huán)檢查刀具磨損情況，必要時(shí)帶壓進(jìn)倉(cāng)更換曲線段施工（R=150米）采用小半徑鉸接模式，鉸接角控制在1.5-2.5°超挖量控制：每環(huán)超挖量≤30mm管片選型：根據(jù)盾尾間隙及姿態(tài)偏差選擇合適楔形量管片同步注漿：曲線內(nèi)側(cè)注漿壓力提高0.05MPa穿越建構(gòu)筑物預(yù)先對(duì)地下管線采用Φ200mm鋼管樁隔離保護(hù)掘進(jìn)參數(shù)：土倉(cāng)壓力提高10%，推進(jìn)速度降至20-30mm/min加強(qiáng)同步注漿，注漿壓力0.3-0.4MPa實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑物沉降，沉降速率控制≤2mm/d4.5盾構(gòu)接收接收井準(zhǔn)備接收井尺寸10m×8m×9m，設(shè)置鋼環(huán)梁（厚度20mm）洞門破除前采用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)加固效果安裝接收導(dǎo)軌，與盾構(gòu)姿態(tài)偏差≤5mm接收程序盾構(gòu)進(jìn)入接收段（距洞門10米）：降低推進(jìn)速度至10-20mm/min洞門破除：分區(qū)分塊人工破除，每塊重量≤50kg盾構(gòu)推出：在前盾進(jìn)入接收井后，采用50噸千斤頂頂推就位管片處理：最后5環(huán)管片采用通縫拼裝，增設(shè)拉緊裝置五、關(guān)鍵技術(shù)措施5.1地層改良技術(shù)泡沫改良系統(tǒng)泡沫劑配比：3-5%濃度，膨脹率10-20倍注入位置：刀盤面板6處+螺旋輸送機(jī)2處控制參數(shù)：在砂卵石層泡沫注入率≥40%膨潤(rùn)土泥漿配置配合比：膨潤(rùn)土:水:純堿=8:100:0.5制備工藝：高速攪拌（1500rpm）≥15分鐘性能指標(biāo)：黏度40-60s（漏斗黏度），密度1.05-1.1g/cm35.2姿態(tài)控制技術(shù)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)采用VMT三維導(dǎo)向系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)盾構(gòu)姿態(tài)測(cè)量頻率：每環(huán)測(cè)量3次（推進(jìn)前、中、后）偏差控制：軸線偏差≤50mm，高程偏差≤30mm分區(qū)推進(jìn)控制直線段：上下左右四區(qū)壓力差≤0.3MPa曲線段：根據(jù)轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)整左右區(qū)壓力差（0.5-0.8MPa）糾偏原則：每次糾偏量≤5mm/環(huán)，避免急糾5.3同步注漿優(yōu)化漿液配比動(dòng)態(tài)調(diào)整黏土層：提高水泥用量（水泥:粉煤灰=1:1）砂卵石層：增加膨潤(rùn)土摻量（提高漿液黏度）富水地層：添加0.5%聚丙烯酰胺（提高抗分散性）注漿壓力控制設(shè)定原則：注漿壓力=靜止土壓力×1.2+水壓力壓力梯度：沿隧道縱向形成0.1-0.15MPa/m的壓力梯度穩(wěn)壓時(shí)間：每環(huán)注漿結(jié)束后穩(wěn)壓3分鐘六、質(zhì)量控制體系6.1管片質(zhì)量控制進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)外觀檢查：無裂縫、缺角，氣泡面積≤50mm2/處尺寸偏差：直徑±2mm，厚度±3mm，環(huán)高±1mm強(qiáng)度檢測(cè)：每50環(huán)取1組試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)拼裝質(zhì)量環(huán)面平整度：≤3mm/2m螺栓扭矩：初擰300N·m，復(fù)擰450N·m，1小時(shí)后復(fù)緊防水檢查：止水條粘貼牢固，無翻轉(zhuǎn)、破損6.2隧道軸線控制測(cè)量復(fù)核導(dǎo)線復(fù)測(cè)：每50米進(jìn)行一次導(dǎo)線點(diǎn)復(fù)核貫通測(cè)量：距接收井100米時(shí)進(jìn)行貫通誤差預(yù)計(jì)最終貫通誤差：橫向≤100mm，高程≤50mm管片姿態(tài)監(jiān)測(cè)每環(huán)測(cè)量管片姿態(tài)（X、Y坐標(biāo)及傾角）繪制管片姿態(tài)曲線圖，預(yù)測(cè)趨勢(shì)當(dāng)連續(xù)3環(huán)偏差超限時(shí)，調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)6.3注漿質(zhì)量控制同步注漿注漿量：每環(huán)實(shí)際注漿量與理論計(jì)算值偏差≤±10%壓力曲線：記錄每環(huán)注漿壓力-時(shí)間曲線強(qiáng)度檢測(cè)：每50環(huán)留置3組試塊，28天強(qiáng)度≥2.5MPa二次注漿時(shí)機(jī)選擇：同步注漿后7-14天注漿量：每延米注入0.8-1.2m3結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力達(dá)2.5MPa或吸漿量＜5L/min持續(xù)30分鐘七、安全管理措施7.1始發(fā)與接收安全洞門破除采用"分層分塊"破除方案，每塊重量≤50kg配備應(yīng)急注漿系統(tǒng)（雙液注漿泵+速凝漿液）監(jiān)測(cè)頻率：每30分鐘監(jiān)測(cè)一次洞門周邊土體位移負(fù)環(huán)管片拆除拆除順序：由后向前逐環(huán)拆除臨時(shí)支撐：每拆除2環(huán)設(shè)置一道鋼支撐吊裝作業(yè)：采用專用吊具，設(shè)專人指揮7.2開挖面穩(wěn)定控制土壓平衡控制設(shè)定土倉(cāng)壓力上下限（±0.05MPa）出土量監(jiān)控：每環(huán)出土量與理論值偏差≤±5%異常處理：當(dāng)土壓波動(dòng)＞0.1MPa時(shí)，立即停止掘進(jìn)帶壓作業(yè)安全氣壓作業(yè)：最大氣壓≤0.3MPa，單次作業(yè)時(shí)間≤2小時(shí)醫(yī)療保障：配備高壓氧艙及專業(yè)醫(yī)護(hù)人員減壓程序：嚴(yán)格按照decompressiontables執(zhí)行減壓7.3用電安全臨時(shí)用電采用TN-S接零保護(hù)系統(tǒng)，設(shè)置三級(jí)配電兩級(jí)保護(hù)盾構(gòu)機(jī)專用線路：采用3×185+1×95mm2銅芯電纜接地電阻：重復(fù)接地電阻≤10Ω，防雷接地≤30Ω設(shè)備用電電機(jī)絕緣電阻：≥0.5MΩ（低壓），≥1MΩ（高壓）漏電保護(hù)：額定漏電動(dòng)作電流≤30mA，動(dòng)作時(shí)間≤0.1s定期檢測(cè)：每旬進(jìn)行一次用電安全檢查八、環(huán)境保護(hù)措施8.1噪聲控制聲源控制破碎機(jī)、空壓機(jī)等設(shè)備設(shè)置隔音罩（降噪量≥25dB）夜間施工（22:00-6:00）噪聲≤55dB（廠界）運(yùn)輸車輛安裝消聲器，限速20km/h傳播途徑控制施工場(chǎng)地設(shè)置2.5米高隔聲屏障高噪聲設(shè)備遠(yuǎn)離居民區(qū)布置（距離≥30米）敏感區(qū)域設(shè)置噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每小時(shí)監(jiān)測(cè)一次8.2揚(yáng)塵治理施工揚(yáng)塵控制場(chǎng)區(qū)硬化：主要道路采用200mm厚C20混凝土硬化車輛沖洗：出入口設(shè)置三級(jí)洗車平臺(tái)，配備高壓沖洗設(shè)備降塵措施：場(chǎng)區(qū)安裝6臺(tái)霧炮機(jī)，每2小時(shí)噴霧1次渣土運(yùn)輸管理渣土車輛必須加蓋篷布，出場(chǎng)前沖洗輪胎運(yùn)輸路線避開居民區(qū)，運(yùn)輸時(shí)間限定為7:00-20:00渣土含水率控制在20-25%（避免揚(yáng)塵和遺撒）8.3廢水處理污水處理系統(tǒng)采用"沉淀池+氣浮+過濾"處理工藝處理能力：50m3/h，出水水質(zhì)達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2020）標(biāo)準(zhǔn)水循環(huán)利用盾構(gòu)機(jī)冷卻水、沖洗水經(jīng)處理后回用（回用率≥80%）設(shè)置雨水收集系統(tǒng)，用于場(chǎng)區(qū)綠化及降塵九、監(jiān)測(cè)與應(yīng)急管理9.1施工監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與頻率地表沉降：一般段1次/天，穿越段1次/2小時(shí)管線沉降：燃?xì)夤艿?次/天，給水管1次/2天建筑物沉降：傾斜監(jiān)測(cè)1次/3天，裂縫監(jiān)測(cè)1次/天預(yù)警值設(shè)置地表沉降：最大允許值-30mm，速率5mm/d管線沉降：給水管-20mm，燃?xì)夤?15mm建筑物傾斜：≤1/5009.2應(yīng)急預(yù)案突水突泥應(yīng)急應(yīng)急物資：儲(chǔ)備200m長(zhǎng)Φ100mm注漿管、50m3速凝混凝土處置程序：立即關(guān)閉螺旋輸送機(jī)閘門→啟動(dòng)同步注漿系統(tǒng)→雙液注漿加固人員疏散：當(dāng)涌水量＞50m3/h時(shí)，立即組織人員撤離刀盤卡滯處理預(yù)防措施：卵石層掘進(jìn)時(shí)降低推進(jìn)速度，保持刀盤連續(xù)旋轉(zhuǎn)處理方法：采用"正反轉(zhuǎn)交替+低扭矩"方式嘗試脫困帶壓作業(yè)：當(dāng)卡滯扭矩＞3000kN·m時(shí)，準(zhǔn)備帶壓進(jìn)倉(cāng)處理管片破損處理輕微破損：采用環(huán)氧樹脂修補(bǔ)（配比環(huán)氧樹脂:固化劑=3:1）嚴(yán)重破損：拆除破損管片，重新拼裝，同步加強(qiáng)注漿結(jié)構(gòu)加固：對(duì)破損區(qū)域采用Φ20mm注漿錨桿加固（長(zhǎng)度3m）十、施工進(jìn)度計(jì)劃10.1工期安排施工準(zhǔn)備階段：45天（含盾構(gòu)機(jī)組裝調(diào)試）盾構(gòu)始發(fā)階段：15天（含負(fù)環(huán)安裝及試掘進(jìn)）正常掘進(jìn)階段：165天（平均日進(jìn)尺10米）盾構(gòu)接收階段：10天設(shè)備拆除階段：20天總工期：255天（日歷天）10.2進(jìn)度保障措施資源保障勞動(dòng)力：配置2個(gè)掘進(jìn)班組（每班12人），實(shí)行"兩班倒"作業(yè)設(shè)備保障：配備2套螺旋輸送機(jī)、3套注漿泵備用材料儲(chǔ)備：管片儲(chǔ)備量≥15環(huán)，注漿材料儲(chǔ)備量≥3天用量進(jìn)度控制周進(jìn)度計(jì)