盾构适应性及现状评估方案原版

东莞市城市快速轨道交通R2线工程（东莞火车站～东莞虎门站段）【2310标】土建工程施工项目盾构机适应性及现状评估广东水电二局股份有限公司2012年11月一、工程概况【寮厦站~珊美站】盾构区间左线起讫里程ZDK27+663.204～ZDK29+351.625（ZDK29+146.324=ZDK29+150.000，短链3.676m），左线全长1684.745m；右线起讫里程YDK27+663.204～YDK29+351.623，右线全长1688.419m。

隧道采用双洞单线盾构法施工，从珊美站始发掘进，至寮厦站过站吊出。

区间线路埋深为12.5~18米，设3处联络通道。

本区间线路纵断面为V形坡设计，区间隧道自寮厦站起，先以2‰和25‰下坡下穿厚街大道、S256拟建厚街大道隧道及岳范山大道等，至富康路2#联络通道兼废水泵房处，过最低点后转为上坡，然后以3.98‰和17.45‰（17.24‰）上坡下穿S256拟建人行天桥、河田大道、阳河路、珊瑚路等，进入珊美站。

区间最大坡度为25‰，隧道顶覆土8.75m～16.48m。

区间平面布置见附图1寮厦站~珊美站区间线路平面布置示意图。

隧道内净空φ5400mm，管片外径φ6000mm。

盾构管片采用环宽1.5m的标准环及左转弯楔形环和右转弯楔形环三种管片。

管片混凝土强度等级为C50、S12；钢筋为Ⅰ、Ⅱ级，管片的最小配筋率不小于150kg/ m3。

管环外径6000mm，内径5400mm，厚300mm，宽1500mm。

每环由3片标准块+2片邻接块+1片封顶块共6片管片组成，砼量8.06m3。

管片拼装方式采用错缝拼装，纵、环向连接均采用M24螺栓，管片纵、环向间隙防水采用弹性橡胶密封圈。

二、地质概况区间隧道主要穿行于<6-5>残积可塑状砂质粘性土、<6-6>残积硬塑状砂质粘性土、<9-1>全风化花岗闪长岩和<9-2>强风化花岗闪长岩，局部（靠近珊美站端头）通过<3-7>全新统冲洪积粉砂、<3-10>全新统冲洪积中砂和<3-11>全新统冲洪积粗砂。

区间地质情况统计见附图2寮厦站～珊美站区间左线地质纵断面和地层统计图；附图3寮厦站～珊美站区间右线地质纵断面和地层统计图。

三、环境概况本区间东北起于寮厦站，西南至珊美站，区间线路大体呈东北~西南走向，区间出寮厦站后大体沿莞太路下穿，途经厚街大道、岳范山大道、康乐南路、富康路、河田大道、阳河路、珊瑚路、珊美大道等路口，到达珊美站。

莞太路现状为双向8车道，交通繁忙；区间沿线重要的建构筑物主要有S256拟建厚街大道隧道、厚街大道下穿隧道（拟拆除）、S256拟建人行天桥等。

区间隧道出寮厦站后与S256拟建厚街大道隧道重叠约1042m（左线）/1045m（右线），S256下穿隧道底板与盾构隧道顶板最大净距约14.5m，最小近距约3.1m。

对施工影响较大。

四、工程重难点及应对措施1、在砂层中掘进本盾构隧道于ZDK29+146~ZDK29+351段穿越<3-7>粉砂层及<3-11>粗砂层，砂层透水性强，地下水丰富。

施工时极有可能出现喷涌，施工风险极大。

应对措施：①选择合适配比的渣土改良添加剂，注入高分子材料进行渣土改良；②浆液中加入适当比例的水玻璃，通过双液注浆方式填充密实管片与围岩之间的控制，堵住盾尾来水预防“喷涌”；③通过注入管路转换，在螺旋机前端增加一条注入管路，注入原液高分子材料，高分子材料大量吸收渣土中水分后由液状渣土转变为塑性渣土，预防“喷涌”问题的发生。

2、在上软下硬地层中掘进本区间左线ZDK27+673.475~29+472.6段，右线YDK27+673.475~29+472.6段为上软下硬地层，是掘进施工的重难点。

应对措施：①控制掘进速度，使盾构刀盘能对正面坚硬岩层进行充分破碎；②合理利用盾构铰接千斤顶，改变刀盘倾角以加强对硬岩部位的切割，提高盾构掘进过程中的轴线控制能力；③调整盾构机推进千斤顶的区域油压，硬岩区域推进千斤顶油压较软岩部位适当加大，以控制千斤顶的合力作用点、抵消上抛力，控制好盾构轴线位置和隧道坡度。

④采用土压平衡模式，密切注意出土量，控制每环的出土量在额定的范围内，否则会造成地面的坍塌或沉陷。

3、盾构下穿S256拟建厚街大道隧道里程寮厦站~ZDK28+705.2/YDK28+708.6段，长约1042m（左线）/1045m（右线）范围内，区间隧道沿莞太路下穿S256拟建厚街大道隧道，S256拟建厚街大道隧道将先于R2线隧道施工，对本隧道的施工造成较大影响。

应对措施：⑴选择正确的掘进参数，加强地表沉降、地下水位及房屋倾斜观测，并及时反馈施工。

加强过程控制管理，实施信息化施工，防止开挖面失稳引起过大的地沉降；同时也应防止地面由于土仓压力过大引起地表隆起。

⑵在盾构施工到达该段前，与建筑物业主建立直接联系，协调好各种关系，一旦发现异常能及时沟通、协商解决问题。

施工前要进一步调查建（构）筑物的详细情况，以便采取可靠的保护方案。

⑶根据监测结果调整盾构掘进参数及注浆参数，必要时进行洞内补充注浆。

主要通过结合沉降监测数据严格控制隧道掘进参数对建筑物实施保护。

当建筑物沉降达到报警值时（取允许值的80%）迅速围蔽并于其四周布孔进行跟踪注浆以控制沉降。

⑷预备好钻机、压水泵和双液注浆泵，一旦出现因地层失水引起地表沉降较大，立即采取相应措施从地表向地层补充注水，以保证正常的地下水位，从而减小地表沉降。

必要时可从地表进行注浆止水和加固来控制地层沉降。

五、盾构机选型1、拟投入本区间工程的盾构机新购改自有的原因原投标承诺拟投入两台新购海瑞克土压平衡盾构机用于盾构区间施工，承诺中标后向德国海瑞克股份有限公司购置，我部积极与海瑞克股份有限公司协商购置盾构机事宜，但了解到海瑞克股份有限公司订单较多，生产繁忙，难以保证如期交货，同时由于主轴承、液压系统、电气系统等需要从德国进口，但当时处于缺货期，因此，生产和运输均需耗费大量时间。

为此，我部充分考虑我司已有资源，了解到我司目前在广州市轨道交通六号线盾构6标段【水荫路站~天平架站盾构区间】土建工程中使用的S432/S433两台海瑞克盾构机（累计掘进里程均约为4335米），已于2012年9月底前完成掘进施工，维修保养后即可转投入本标段使用，能满足本标段2012年11月份盾构始发的调整工期要求。

由于此两台盾构机型号参数与投标承诺盾构机的型号参数相同（盾构机参数对比详见附表），因此与投标承诺盾构机相比，同样也能适用于本标段盾构区间地层情况。

鉴于新购盾构机耗时较长且具有不确定性，而目前公司自有S432/S433两台盾构机能满足施工需要，我部拟采用我司自有的S432/S433两台盾构机用于本标段施工。

2、拟变更盾构机业绩2310标珊寮盾构区间拟变更投入的海瑞克S432、S433盾构机为φ6250EPB土压平衡盾构机，购置于2008年7月份，先后服役于广州市轨道交通四号线【黄村站～车陂站～车陂南站盾构区间】土建工程、六号线【水荫路站～沙河站～天平架站区间】土建工程。

【黄村站～车陂站～车陂南站盾构区间】土建工程工期为2008年6月30日至2009年11月30日，区间设计左线长2477.82米，右线长2470.55米，最小平面曲线半径300米，最大坡度50‰。

区间地质较差且复杂，始发段大部分隧道洞身处于〈3-1〉粉细砂层〈4-1〉粉质粘土、〈3-2〉中粗砂层软弱地层中，中间多数为软硬不均地层。

【水荫路站～沙河站～天平架站区间】土建工程工期为2010月11月1日至2012年10月31日，区间设计左线1857.05米，右线1846.45米，平面最小曲线半径300m，最大坡度为39.57‰。

盾构从始发井向北掘进，紧接着下穿广深铁路和军用铁路，随后沿着广州大道北，穿过瘦狗岭断裂破碎带、经过省军区宿舍楼直至天平架站。

然后再从始发井向南进入，盾构机整体平移过暗挖形式的沙河站后进行二次始发，下穿旧城区老房屋后，沿着先烈东路直至水荫路站吊出。

工程地貌形态属于珠江三角洲冲洪积平原向微丘台地过度地带和剥蚀台地地貌，地表沉积物为海陆交互相和冲积——洪积层及土层和砂层，下伏基岩为白垩系碎屑岩，地形变化不大，较为平坦。

目前海瑞克S432、S433盾构机各完成约4335m，对于盾构机设备使用状态情况来说现阶段该两台盾购正处于较好状态。

从已完成服役的两个工程统计数据了解，海瑞克S432、S433盾构机高峰期达到的掘进速度为：18环/天，314环/月；盾构机设备在施工过程中没有出现过较大问题。

3、对盾构机的改进3.1注浆泵改造本工程主要穿越地层中包含<6-5>、<6-6>、<9-1>、<9-2>，此类地层具有遇水崩解、软化的特性，所以，在盾构施工过程中同步注浆对隧道成型质量及地表沉降起的控制是本工程主要施工控制的一大方面，由于我们将原海瑞克设备提供的注浆泵（4台KSP12挤压式注浆泵）改造为4台轴向柱塞泵（德国Swing泵），这样的改造更适用于同步注浆，因此更能保证注浆压力及注浆质量。

3.2铰接部分改造盾构机在推进过程中，铰接所起到的作用为跟随盾构机姿态调节盾尾间隙，以达到调整管片姿态的作用。

原海瑞克盾构机设备提供铰接为被动铰接，即前盾与中盾为螺栓图5-1 盾构机主体结构图连接密封、中盾与盾尾为铰接千斤顶连接，这样在盾构机脱困时非常容易受损。

拟变更盾构机通过对所配备的铰接系统改为主动铰接，即在中盾位置由12根液压千斤顶与前盾连接，采用2道橡胶密封和紧急气囊形成可靠的密封。

这样可使盾构机在推进过程中有了更好的灵动性，可及时调整盾构姿态，并且由于将铰接千斤顶布置在中盾的位置使得盾构机在脱困时能使用铰接千斤顶进行辅助脱困，对盾构机安全掘进提供了有利保障。

盾构机构造如图5-1 盾构机主体结构图。

4、机器现状S432/S433两台盾构机在广州轨道交通六号线【水荫路站～天平架站盾构区间】进行掘进，设备运行期间进行动态勘测，从油样化验报告可以看出，主轴承齿轮油的粘度、各种合金元素尤其是铁元素和水分的含量均无任何异常变化，表明主轴承齿轮副没有异常磨损，主轴承密封没有失效，可以继续使用。

对液压油的连续监测及设备结束掘进时对各系统提取油样检测分析，各系统油质完全正常，刀盘驱动系统、推进系统及管片安装系统的各液压泵、马达、阀、、推进千斤顶等可以正常工作。

盾构机的刀盘均结构完好，无异常变形。

但是刀盘外观尺寸被磨，部分齿刀刀座损坏，部分中心刀螺纹孔有损坏。

只需要对刀盘外缘加焊耐磨钢板以及修复齿刀刀座，修复中心刀螺纹孔。

盾构机壳体均无可见变形，钢板有轻微磨损。

根据制造期间打在钢板上的材料钢印仍清晰可辨判断盾壳磨损量应在0.2~0.4mm之内。