城市轨道交通地铁项目盾构区间的主要施工方案

城市轨道交通地铁项目盾构区间的主要施工方案

第1节盾构机设计

根据对本区段地质勘探报告的详细分析以及地层数据统计，本区间最大线路纵坡29‰ ,最小纵坡为4.154‰，最小竖曲线半径为3000m。区间左线覆土9.5m～11m，右线覆土约19m～26m。区间左线隧道主要穿越圆砾、砾砂<3-5>、中粗砂<3-4>、卵石<3-6>、硬塑状残积层<6-2>地层；右线隧道主要穿越残硬塑状残积层<6-2>、变质砂岩全风化带<8-1>、变质砂岩强风化带<8-2>地层。结合XXX地铁施工众多工程实例，认为本标段隧道通过的围岩岩质大部分强度比较低，适合采用盾构法施工。

1.1盾构选型要求

本工程所选的盾构机必须满足以下要求：

（1）为满足从岩石层到软土层及复合地层的切削工作等本工程盾构机采用复合型土压平衡式盾构，同时具备土压平衡掘进模式、半敞开式及敞开式掘进模式。

（2）要求刀盘结构在尽可能大的开口率条件下，强度高、刚性好，既能适应粘性土地层中土压平衡掘进时大扭矩切削排土要求工况，又能适应在岩石地层和受力不均匀复合地层的大推力工况。

（3）推进油缸和铰接油缸布置具备良好的纠偏功能，保证在不均匀复合地层中的轴线控制。

（4）具备高精度的盾构机导向测量系统。

（5）具有良好可靠的泡沫和添加剂注入系统，用于开挖面、土仓及螺旋机中土体的改良。

（6）盾构机所配置的滚刀必须有足够的破岩石能力。

（9）刀具选择及布局要求合理，安装、拆卸方式简便牢固。

（8）具备人员和材料进出用的气压人行闸，并且配有土仓自动调压装置，以适应软弱围岩中的换刀要求。

（9）螺旋机出土口须具备防喷涌的设施及保压功能，并具有排堵功能。

（10）盾构机主机的密封装置在压力状态下具有良好的防水功能。

1.2盾构设计特点要求

1.2.1针对区间地质特点的设计要求

（1）扭矩、推力设计要求大，可以使用于XXX各种粘性大砂土层和各种岩层的盾构工程。盾构机设计最大扭矩623t •m，掘进推力可达4000t·f，主轴承直径D=30000mm，相对较大，完全适应该区间地质条件。

（2）刀盘驱动主轴承寿命大于10000小时，并且须设计有对主轴承油温、主轴承密封泄露监测等装置，能够随时发现主轴承及主轴承密封的异常情况，以采取必要的保护措施，提高主轴承运转的可靠性。

（3）有改良碴土的设计

盾构机须配备有泡沫和膨润土添加系统，可通过刀盘面板上孔道、土仓隔板上孔道，及螺旋输送机筒壁孔道分别或同时向开挖面、土仓、螺旋输送机内部多方位地注入泡沫或膨润土，并且在刀盘背面和土仓隔板上各安装有搅拌臂，用于改善碴土的塑流性和防止泥饼的产生，刀盘中心。

（4）耐磨性的加强

刀盘母体须采用耐磨性、焊接性、冲击韧性极好的16MnR 材料制作，在刀盘外缘设有三圈可更换的耐磨条，面板外缘和正面也须采用高硬度耐磨焊丝拉网堆焊5mm厚的保护层，极大地提高刀盘母体的耐磨性，同时，所有刮刀须镶装用高强度合金钢制成的刀头，能完全满足本区间掘进中对刀盘耐磨性高的要求。

另外，土仓仓壁和螺旋输送机的筒壁均采用耐磨材料制作，在螺旋输送机的入口处、叶片和轴，盾体切口环外缘等易磨损部位也都须堆焊有耐磨层，提高这些部位的耐磨性。

（5）有良好的应对地下水的能力

盾构机须采用轴式螺旋输送器，配备有双闸门装置和保压泵碴装置，能完全满足本工程在不良地质条件下掘进时发生涌水、涌泥时保压掘进的需要。另外，主轴承密封、中盾和尾盾铰接处密封、盾尾密封最大设计工作压力须达4bar,能完全满足盾构机在高水压地质条件下掘进时的防水需要。

（6）有针对不良地质段掘进时加固地层的设计和装置拼装机上安装一台超前钻机用于盾构机前方和壳体四周的地质超前钻探和钻孔注浆加固。沿盾壳周圈布置6个钻孔，在盾壳前部布置2个钻孔用于前方的超前钻探，钻机配备1米长钻杆，对位于盾构机前方的地层进行钻孔和注浆作业，进行地层的加固，确保盾构机安全可靠地通过不良地质段。

1.2.2 适应小曲线半径掘进的设计和满足管片拼装的要求

（1）盾构的中体和盾尾采用铰接装置，可满足较小半径曲线的推进转弯和纠偏。适用最小半径可达250米，满足在小曲线半径下掘进时纠偏的需要。

（2）推进油缸设计为可分组或单个控制伸缩动作，行程为2200mm，管片拼装机沿隧道轴线运动行程2000mm，旋转角度+/-200º，可保证封顶块在任何位置时管片错缝拼装的需要，须满足本工程1500mm管片的拼装要求。

1.2.3 满足本区间掘进安全性要求

满足本区间掘进安全性要求，主要从地面沉降控制及隧道掘进轴线的精确性两方面来考虑：

（1）满足地面最大隆陷值控制在+10mm，-20mm范围内。

①在土仓中须安装有4个土压传感器，能准确地监测出开挖面各方位的水土压力，并实时显示在盾构机控制室的操作面板上，以便使操作人员根据需要，合理地选择掘进参数，确保盾构机在土压平衡模式下的安全掘进。

②在注浆管路的末端须安装有浆液压力传感器，能实时检测注浆各部位浆液的压力变化情况，并将此压力信号转换成电信号以数字形式显示在注浆机的控制面板上。以便注浆操作人员根据注浆压力的变化情况，通过自动或手动控制注浆量，使管片与隧道的环向间隙能够及时被浆液填充，并达到足够饱和度。

（2）隧道掘进轴线偏差控制在±50mm以内。

①盾构机须采用先进的姿态测量系统和姿态显示系统，直观地显示出盾构机的姿态，以及自动计算出实际值与理想值的偏差。

②推进油缸分成上、下、左、右4组，各组油缸的压力可通过操纵控制台上的电位计手工调整，也可单独选择。行程、速度能被检测和显示在控制室的操作面板上，速度可以通过控制台连续调整。

1.2.4 满足本区间掘进可靠性要求

针对本工程施工特点、难点，盾构机须具有以下可靠性，可保证盾构机在本标段顺利施工。

（1）设计参数按照本区间的工程条件确定。

（2）主要部件的设计寿命大于10km，主轴承的寿命大于10000小时。

（3）盾构机为复合型土压平衡式，在土仓内上下左右配置4个具有高灵敏度的土压传感器，通过PLC能将压力传送