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1、軌道交通地下車站、區(qū)間土建工程施工盾構(gòu)機(jī)選型設(shè)計(jì)方案編 制： 審 核： 批 準(zhǔn)： 版 本 號: ESZAQDGF001 編制單位： 編 制: 審 核： 批 準(zhǔn)： 二XX年X月 目 錄 一、工程概況41.1 工程簡介41.2 區(qū)間概況41.2.1 XX車輛段出入段線區(qū)間概況41.2.2 XX站XX路站區(qū)間概況51.3 自然條件5地質(zhì)情況51.3.2 水文地質(zhì)概況8場地地震效應(yīng)81.4 本區(qū)間施工重難點(diǎn)9二、盾構(gòu)機(jī)選型9三、擬采用盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)勢及特點(diǎn)103.1 盾構(gòu)機(jī)整體概況103.2 鉸接設(shè)計(jì)113.3 刀盤設(shè)計(jì)123.4 主驅(qū)動設(shè)計(jì)173.5 螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)183.6 小角度皮帶機(jī)設(shè)計(jì)203.2、7 管片拼裝機(jī)設(shè)計(jì)203.8 氣體保壓系統(tǒng)及人艙設(shè)計(jì)213.9 控制柜采用分布式I/O控制223.10 現(xiàn)場及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)223.11 數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)233.12 導(dǎo)向系統(tǒng)243.13 整機(jī)設(shè)計(jì)主要參數(shù)表243.14 盾尾刷選型25四、XX地區(qū)施工案例264.1 XX地鐵1號線施工264.2 XX地鐵2號線施工264.3 XX地鐵5號線284.4 結(jié)論30五、區(qū)間重大風(fēng)險源305.1 XX河305.2 XX河污水管315.3 XX快速二期高架橋335.4 XXXX2層門面房345.5 下穿鐵路北道線345.6 XX鐵路下行線概況355.7 下穿XX鐵路365.8 XX鐵路上行線概況385.93、 西北環(huán)線概況395.10 天然氣護(hù)管涵41六、過風(fēng)險源針對性設(shè)計(jì)436.1 同步注漿系統(tǒng)設(shè)計(jì)436.2 二次補(bǔ)強(qiáng)注漿系統(tǒng)446.3 泡沫系統(tǒng)設(shè)計(jì)456.4 膨潤土系統(tǒng)設(shè)計(jì)466.5 渣土改良設(shè)計(jì)476.6 施工方面下穿風(fēng)險源保護(hù)措施49一、工程概況1.1 工程簡介XX市軌道交通XX工程土建施工01標(biāo)段，北起XX路以西的XX車輛段，沿XX路呈東西走行，到XX路與XX路交叉口的XX路站、XX站止，共包括3個地下車站、2個地下盾構(gòu)區(qū)間（含部分出入段線明挖區(qū)間），分別為XX站、XX路站、XX站（3號線與XX換乘站）、XX車輛段出入段線區(qū)間、XX站至XX路站區(qū)間。1.2 區(qū)間概況1.2.1 XX車輛段4、出入段線區(qū)間概況XX車輛段出入段線區(qū)間左右線均由XX站引出，沿規(guī)劃XX路路北向西敷設(shè)，下穿XX河，然后繼續(xù)向西，側(cè)穿XX快速通道樁基，下穿XX兩層門面房，然后以300m的小半徑轉(zhuǎn)入向南，分別下穿鐵路北到線、XX鐵路、XX城際鐵路、XX-XX鐵路聯(lián)絡(luò)線等，到達(dá)盾構(gòu)吊出井。XX車輛段出入段線區(qū)間右線盾構(gòu)段長1221.448m，里程為CR-K0+090.568CR-K1+312.016；左線盾構(gòu)段長1189.480m，里程為CR-K0+090.520CR-K1+280.000。盾構(gòu)段左、右線各設(shè)置2處平曲線，曲線半徑分別為800m.300m，線間距8.67m28m，線路坡度設(shè)計(jì)為“V”字坡，左線線路5、坡度依次為2、18的下坡，7、33.764的上坡，右線線路坡度依次為2、18的下坡，7、32.932的上坡，左、右線覆土厚度5.112.2m，穿越主要地層有黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂等地層，地下水位埋深10.012.0m。盾構(gòu)采用外徑6.2m、內(nèi)徑5.5m、管片厚度35cm、環(huán)寬1.5m管片，本出入段線部分區(qū)段為300m小半徑，需采用1.2m環(huán)寬管片，區(qū)間不設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道兼泵房。1.2.2 XX站XX路站區(qū)間概況XX站XX路站區(qū)間線路出XX站后，主要沿XX路路中向東敷設(shè)，線路兩側(cè)主要為已拆遷待建地塊、住宅樓等，兩側(cè)建構(gòu)筑物距離區(qū)間隧道較遠(yuǎn)。區(qū)間起點(diǎn)里程為右（左）DK0+533.900，終點(diǎn)里程為右6、（左）DK1+074.419。左線長度542.953m（含長鏈2.434m），右線長度540.519m。左、右線各設(shè)置1處平曲線，曲線半徑為1000m，線間距14m17m。線路縱坡設(shè)計(jì)為單向坡，坡向XX路，坡度為20.502，盾構(gòu)隧道為單洞、單線圓形斷面，線間距1417m，管片外徑6.2m、內(nèi)徑5.5m、管片厚度35cm、環(huán)寬1.5m，左、右線覆土厚度9.118.1m，主要穿過黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂等地層。地下水位埋深10.012.0m。由于區(qū)間較短不設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道兼泵房。1.3 自然條件 地質(zhì)情況根據(jù)巖土的時代成因、地層巖性及工程特性，本場地勘探揭露58m深度范圍內(nèi)地層主要為人工填土及第四系7、全新統(tǒng)（Q4）粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土、細(xì)砂，第四系上更新統(tǒng)（Q3）粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土，第四系中更統(tǒng)沖積層（Q2）粉質(zhì)黏土等土層，現(xiàn)將勘察深度內(nèi)的土層按其不同的成因、時代及物理力學(xué)性質(zhì)差異自上而下分為17個工程地質(zhì)單元層。本區(qū)間下穿地層主要為粉質(zhì)黏土層、黏質(zhì)粉土層、粉砂層。各層土的巖性特征及埋藏條件分述如下：1雜填土（Q4ml）：城市道路上表層主要為柏油路面，厚約20cm下部主要為灰土墊層、人工堆填粉土；道路兩側(cè)空地多為新近回填粉土、粉質(zhì)黏土，含大量磚塊、砼、灰渣等建筑垃圾，成分雜亂，結(jié)構(gòu)松散。本層土力學(xué)性質(zhì)不均勻。本層層底埋深，層厚，層底高程。31黏質(zhì)粉土（Q4al）：褐黃色，稍濕，稍密-中密。含8、銹斑，有砂感，干強(qiáng)度低，韌性低。本層層底埋深，層厚，層底高程。32黏質(zhì)粉土（Q4al）：褐黃色，稍濕，中密。含銹斑，有砂感，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低。本層層底埋深，層厚，層底高程。21粉質(zhì)黏土（Q4al）：黃褐色，軟塑-可塑，切面有光澤。干強(qiáng)度及韌性高，無搖震反應(yīng)。見蝸牛殼碎片。本層層底埋深，層厚，層底高程。33黏質(zhì)粉土（Q4al）：褐黃色，稍濕，稍密-中密。含白色鈣質(zhì)條紋，銹色斑點(diǎn)，有砂感。無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度低，韌性低。本層層底埋深，層厚，層底高程。33D細(xì)砂（Q4al）：褐黃色，濕-飽和，中密-密實(shí)。主要礦物成分以長石、石英，含少量云母。本層層底埋深，層厚，層底高程。22粉質(zhì)黏土（Q49、al）：灰褐色，軟塑-可塑，切面有光澤。干強(qiáng)度及韌性高，無搖震反應(yīng)。見蝸牛殼碎片。本層層底埋深，層厚，層底高程。34黏質(zhì)粉土（Q4al）：灰褐色，濕，中密。無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，搖震反應(yīng)中。見蝸牛殼碎片。局部夾薄層粉質(zhì)黏土。本層層底埋深，層厚，層底高程。41粉砂（Q4al）：灰褐色、褐黃色，飽和，中密-密實(shí)。級配一般，主要礦物成分以長石、石英，含少量云母。局部含少量礫石。本層層底埋深，層厚，層底高程。41A黏質(zhì)粉土（Q4al）：褐黃色，濕，中密。無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，搖震反應(yīng)中。見蝸牛殼碎片。局部夾薄層粉質(zhì)黏土。本層層底埋深，層厚，層底高程。51細(xì)砂（Q4al）：褐黃色，飽和，密實(shí)10、。級配一般，主要礦物成分以長石、石英，含少量云母。局部含少量礫石。本層層底埋深，層厚，層底高程。24粉質(zhì)黏土（Q3al）：黃褐色，可塑硬塑，切面光滑，干強(qiáng)度及韌性高，無搖震反應(yīng)。含黑色鐵錳斑點(diǎn)，含較多鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑約530mm。本層層底埋深，層厚，層底高程。24A黏質(zhì)粉土（Q3al）：褐黃色，濕，密實(shí)。含銹斑，稍有黏性，局部夾有鈣質(zhì)結(jié)核，一般粒徑330mm，干強(qiáng)度低，韌性低。本層層底埋深，層厚，層底高程。25粉質(zhì)黏土（Q3al）：黃褐色，可塑硬塑，切面光滑，干強(qiáng)度及韌性高，無搖震反應(yīng)。含較多鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑約540mm，局部富集。本層層底埋深，層厚，層底高程。25A黏質(zhì)粉土（Q3al）：褐黃色，11、濕，密實(shí)。含銹斑，稍有黏性，局部夾有鈣質(zhì)結(jié)核，一般粒徑330mm，干強(qiáng)度低，韌性低。本層層底埋深，層厚，層底高程。26粉質(zhì)黏土（Q3al）：黃褐色，可塑硬塑，切面光滑，干強(qiáng)度及韌性高，無搖震反應(yīng)。含較多鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑約540mm，局部富集。本層層底埋深，層厚，層底高程。26A黏質(zhì)粉土（Q3al）：褐黃色，濕，密實(shí)。含銹斑，稍有黏性，局部夾有鈣質(zhì)結(jié)核，一般粒徑330mm，干強(qiáng)度低，韌性低。本層層底埋深，層厚，層底高程。21粉質(zhì)黏土（Q2al）：黃褐色，可塑硬塑，切面光滑，干強(qiáng)度及韌性高，無搖震反應(yīng)。含黑色鐵錳斑點(diǎn)，含大量鈣質(zhì)結(jié)核，約30%50%，粒徑約540mm，局部富集，鉆進(jìn)困難。本層勘察深度12、內(nèi)未揭穿，最大揭露厚度10.0m。1.3.2 水文地質(zhì)概況（1）地下水本區(qū)間場地勘察期間，穩(wěn)定地下潛水水位埋深介于（水位高程為），本場地地下水類型為第四紀(jì)松散巖類潛水。地下水主要賦存于約9.0m以下黏質(zhì)粉土、粉砂、細(xì)砂、粉質(zhì)黏土層中。（2）地下水和土的腐蝕性按巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）（2009年版）附錄G規(guī)定，場地環(huán)境類型為類。根據(jù)本工程場地地下水水質(zhì)分析結(jié)果，依據(jù)巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）（2009版），判定地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。據(jù)根據(jù)本工程場地地基土腐蝕性分析結(jié)果，依據(jù)巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-20013、1）（2009版），判定地基土對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。（3）抗浮設(shè)計(jì)水位本區(qū)間場地勘察期間，（水位高程為），據(jù)調(diào)查本區(qū)間場地近5年最高水位埋深4.0m左右（水位高程約91.50m），本區(qū)間歷史最高水位埋深2.0m左右（水位高程約93.50m）。根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2011）地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算時，本站區(qū)場地抗浮水位埋深可取2.0m（抗浮水位高程可取93.50m）。設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮夏、秋季罕見突發(fā)暴雨和特大暴雨造成城市內(nèi)澇對地下車站設(shè)計(jì)的影響。 場地地震效應(yīng)近場區(qū)大地構(gòu)造上位于中朝準(zhǔn)地臺的黃淮海坳陷，地質(zhì)構(gòu)造總體上以寬緩的向背斜為特征，斷裂活14、動強(qiáng)度和幅度不大，主要構(gòu)造線走向呈北西、北西西-近東西向構(gòu)造。工程線路位于黃淮海坳陷南部。近場區(qū)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，主要為北西向和北西-近東西向斷裂。（1）地震動參數(shù)根據(jù)XX市軌道交通XX一期工程場地地震安全性評價報(bào)告，XX市抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g。（2）場地土類型及建筑場地類別根據(jù)波速測試結(jié)果，場地20m范圍內(nèi)等效剪切波速se分別為201m/s、207m/s、208m/s、208m/s，平均等效剪切波速值為206m/s。場地覆蓋層厚度大于50m，依據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001）（2008年版）第條，綜合判定本場地建筑場地類別為15、類。設(shè)計(jì)特征周期0.55s。依據(jù)建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)（GB 50223-2008），本工程抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類）。1.4 本區(qū)間施工重難點(diǎn)本標(biāo)段兩區(qū)間施工重難點(diǎn)如下：（1）砂層掘進(jìn)扭矩大，推力大，刀具磨損較嚴(yán)重。（2）在粘性土地層掘進(jìn)，且地層滲透系數(shù)小時，容易結(jié)泥餅。（3）含水砂層可能有噴涌現(xiàn)象，但現(xiàn)象不明顯。（4）穿越粉砂層掘進(jìn)扭矩、推力大，土倉壓力保持與地面沉降控制問題。（5）XX車輛段出入段線區(qū)間有一段半徑為300m小曲線掘進(jìn)。二、盾構(gòu)機(jī)選型盾構(gòu)機(jī)選型主要根據(jù)工程及水文地質(zhì)、區(qū)間隧道設(shè)計(jì)及施工條件、施工規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)本工程的地質(zhì)及水文特點(diǎn)對盾構(gòu)結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動方式、主要技術(shù)16、參數(shù)、后配套的配置要求等進(jìn)行調(diào)查研究，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠及技術(shù)的先進(jìn)性進(jìn)行綜合考慮。XX地鐵XX01標(biāo)盾構(gòu)機(jī)定型為土壓平衡式泥土盾構(gòu)機(jī)，刀盤為輪輻式。三、擬采用盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)勢及特點(diǎn)3.1 盾構(gòu)機(jī)整體概況盾構(gòu)機(jī)擬采用兩臺XX裝備盾構(gòu)機(jī)，編號分別為為CERC-336、CERC-337。盾構(gòu)整機(jī)長度82m，共配置主機(jī)、設(shè)備橋及6節(jié)拖車，如下圖：圖3.1-1 盾構(gòu)機(jī)整體圖XX地鐵XX管片為外徑6200mm,內(nèi)徑5500mm。刀盤開挖直徑6460mm，前盾盾體直徑6440mm，有效保徑的同時，減少相對盾體的擴(kuò)挖量。圖3.1-2 盾構(gòu)機(jī)縱剖圖3.2 鉸接設(shè)計(jì)高低壓切換的被動鉸接設(shè)計(jì)，17、采用加大鉸接油缸及液壓系統(tǒng)高低壓切換設(shè)計(jì)，防止盾尾被卡。鉸接系統(tǒng)采用獨(dú)立的高壓定量泵作為油源，可實(shí)現(xiàn)高低壓切換，具有較好的脫困功能，同時鉸接可實(shí)現(xiàn)分組控制，更好的主動調(diào)節(jié)盾尾姿態(tài)。最小轉(zhuǎn)彎半徑為250m，滿足本區(qū)間掘進(jìn)最小轉(zhuǎn)彎半徑300m的需求。 圖3.2-1 鉸接圖 圖3.2.2 高壓定量泵3.3 刀盤設(shè)計(jì)（1）刀盤結(jié)構(gòu)：6扭腿6輻條結(jié)構(gòu)，采用圓管式主梁及圓管式扭腿，結(jié)構(gòu)形式可以避免泥餅，且在砂層施工時攪拌扭矩較小。刀盤材質(zhì)為Q345B，刀盤能夠承受最大強(qiáng)度為230MPa。（2）開口率：開口率60%，開口在整個盤面均勻分布，利于渣土流動流暢及土壓傳遞更真實(shí)；不易形成刀盤泥餅。（3）渣土改良：18、4個泡沫口，2個膨潤土口，單管單泵單噴口，新型泡沫噴口設(shè)計(jì)，保證各口的通暢。 圖3.3-1 刀盤整體圖 圖3.3-2 圓管式主梁及圓管式扭腿 圖3.3-3 新型泡沫噴口設(shè)計(jì)（4）刀盤上布置72把切刀，寬150mm；布置39把撕裂刀，采用尖形貝殼刀，與切刀高差45mm。具體見圖3.3-4。刀盤外沿采用直角設(shè)計(jì)，對周邊地層擾動小。最外部布置足夠多的刮刀、保徑刀和先行刀，可以有效保徑及防止刀盤刀圈梁的直接磨損。額外布置6把大合金保徑撕裂刀。 圖3.3-4 刀盤刀具圖（5）本區(qū)間兩臺盾構(gòu)機(jī)配置1把仿形刀，可確知超挖位置及測量超挖行程。為使超挖刀具有仿行功能，系統(tǒng)在盾體回路中增設(shè)一個檢測油缸，利用檢測油19、缸位移信號得出超挖刀的位移量。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有順序閥，可自動消除測量累積誤差。超挖刀液壓系統(tǒng)采用獨(dú)立的泵站，避免了主液壓系統(tǒng)受到超挖刀系統(tǒng)污染的可能。 圖3.3-5 超挖刀液壓系統(tǒng)獨(dú)立的泵站（6）刀盤刀具磨損檢測：油壓式刀具磨損監(jiān)測裝置可提前發(fā)現(xiàn)刀具磨損情況，避免發(fā)生刀盤盤體及刀座嚴(yán)重磨損的情況，布置2個位置，具備磨損后可更換功能。圖3.3-6 磨損檢測裝置（7）防泥餅措施：1）可使土倉中心隔板固定，安裝中心固定攪拌棒，能夠有效防止土倉中心泥餅產(chǎn)生。2）在固定隔板上設(shè)計(jì)有中心沖刷裝置。圖3.3-7 中心沖刷裝置 圖3.3-8 攪拌棒3.4 主驅(qū)動設(shè)計(jì)（1）主軸承：采用3061主軸承，具有雙排主推滾子20、，可承受較大偏載。 圖3.4-1 主驅(qū)動的主軸承（2）配置9組液壓驅(qū)動，額定扭矩6650kNm，脫困扭矩8100kNm，可以滿足在砂層等對扭矩要求較高的地層中掘進(jìn)；最高轉(zhuǎn)速3.35r/min，可以滿足在中風(fēng)化巖中要求快轉(zhuǎn)速的掘進(jìn)要求。主驅(qū)動有較高設(shè)備扭矩儲備系數(shù)，確保在含姜石等特殊地層條件下順利通過，有效控制沉降，規(guī)避施工風(fēng)險。3.5 螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)（1）螺旋輸送機(jī)內(nèi)徑900mm,最大通過粒徑340560mm,設(shè)計(jì)有前閘門和兩道出渣閘門，螺旋機(jī)軸可伸縮，最高轉(zhuǎn)速25r/min。（2）采用尾部中心驅(qū)動，下部出碴結(jié)構(gòu)，防止了螺旋機(jī)出口堆渣現(xiàn)象發(fā)生。（3）螺旋機(jī)內(nèi)壁有耐磨設(shè)計(jì)，在螺旋軸最易磨損的前端21、葉片上加裝耐磨塊，葉片承載面實(shí)施堆焊；前盾內(nèi)筒體采用可更換襯套設(shè)計(jì)，當(dāng)磨損嚴(yán)重時，可進(jìn)行更換。圖3.5-1 螺旋輸送機(jī)（4）螺旋機(jī)出土口設(shè)置2個閘門；（5）預(yù)留了膨潤土和高分子聚合物注入接口；（6）設(shè)置有保壓泵接口，必要時可聯(lián)接泥漿泵或泥漿管，緩解噴碴壓力。圖3.5-2 螺旋輸送機(jī)3.6 小角度皮帶機(jī)設(shè)計(jì)掘進(jìn)時一旦發(fā)生噴涌或粘土中掘進(jìn)，大角度的皮帶機(jī)難以將碴土上送，導(dǎo)致漏碴嚴(yán)重影響施工。提供的盾構(gòu)設(shè)計(jì)10的小傾角皮帶機(jī)，根據(jù)相關(guān)工程案例，輸送稀碴的能力大大提高，基本能夠?qū)⑾〔晁统觯ＷC發(fā)生噴涌時掘進(jìn)施工的正常進(jìn)行。圖3.6 小角度皮帶機(jī)設(shè)計(jì)3.7 管片拼裝機(jī)設(shè)計(jì)管片拼裝機(jī)結(jié)構(gòu)形式為中心回轉(zhuǎn)式，22、具有6個自由度。旋轉(zhuǎn)動作采用兩套獨(dú)立的限位系統(tǒng)，任一系統(tǒng)給出限制信號，相應(yīng)動作即刻停止，從而在雙重保護(hù)模式下確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。圖3.7 管片拼裝機(jī)3.8 氣體保壓系統(tǒng)及人艙設(shè)計(jì)盾構(gòu)設(shè)備配置雙艙并聯(lián)人倉及成熟的德國SAMSON公司的全氣動壓力調(diào)節(jié)裝置，此套系統(tǒng)為全氣控裝置，在網(wǎng)電斷電時系統(tǒng)仍能正常工作，確保帶壓換刀時艙內(nèi)人員安全。 圖3.8 氣體保壓系統(tǒng)及人艙3.9 控制柜采用分布式I/O控制控制柜采用分布式I/O控制（專利技術(shù)），拖車與拖車直接連接的電纜只有通信電纜及少數(shù)幾根供電電纜，在盾構(gòu)拆裝時比較方便，后期維護(hù)也較為簡單。圖3.9 分布式I/O控制3.10 現(xiàn)場及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)XX裝備提23、供軟件，安裝于普通配置電腦即可實(shí)行監(jiān)控。圖3.10 現(xiàn)場及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)3.11 數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng) 圖3.11 數(shù)據(jù)智能管理系統(tǒng)界面3.12 導(dǎo)向系統(tǒng)本標(biāo)段采用國產(chǎn)MIDO激光導(dǎo)向系統(tǒng)。本系統(tǒng)為成熟產(chǎn)品，在盾構(gòu)、TBM上配套使用多臺。圖3.12 國產(chǎn)MIDO激光導(dǎo)向系統(tǒng)工作示意圖3.13 整機(jī)設(shè)計(jì)主要參數(shù)表項(xiàng)目主要參數(shù)開挖直徑6460mm盾體直徑6440/6430/6420mm開口率60%刀盤轉(zhuǎn)速0-3.3rpm主驅(qū)動功率945kW最大扭矩6650kNm脫困扭矩8100kNm最大推力4255T 最大推進(jìn)速度80mm/min裝機(jī)功率1787.55kW3.14 盾尾刷選型盾尾刷選型采用兩道鋼絲刷、一24、道鋼板刷。鋼絲采用不銹鋼絲抗拉強(qiáng)度640-1030MPa，加工完打磨干凈，無毛刺、飛邊，鋼絲束要求整齊。 圖3.14-1 鋼絲刷和鋼板刷圖3.14-2 盾尾密封原理四、XX地區(qū)施工案例4.1 XX地鐵1號線施工XX地鐵1號線主要地層為粉質(zhì)粘土、粉砂，盾構(gòu)掘進(jìn)常用扭矩為2000-3000kNm，常用轉(zhuǎn)速為，總推力為800-900T，推進(jìn)速度為40-50mm/min。從地質(zhì)條件角度，1號線總體施工難度不大。圖4.1 XX地鐵1號線采用盾構(gòu)機(jī)輪輻式+小面板式4.2 XX地鐵2號線施工XX地鐵2號線大部分區(qū)間仍以粉質(zhì)粘土為主，但由于部分區(qū)間存在全斷面砂層（N=50-62），局部地段含有姜石，盾構(gòu)在上述25、區(qū)間掘進(jìn)時出現(xiàn)扭矩大，推力大的現(xiàn)象，總體掘進(jìn)難度大于1號線。圖4.2-1 XX地鐵2號線采用盾構(gòu)機(jī)輪輻式XX地鐵2號線XX東路站帆布廠街站區(qū)間，掘進(jìn)過程中出現(xiàn)大量鈣質(zhì)膠結(jié)地層，姜石的粒徑大、含量多，石塊粒徑一般在80-300mm之間，含量在40%左右，換算后的單軸飽和抗壓強(qiáng)度最大為37.51Mpa，最小為14.57 Mpa，平均為25.75 Mpa。刀盤驅(qū)動扭矩30004500kNm，推力16003000T，速度1030mm/min。 圖4.2-2 XX地鐵2號線地質(zhì)情況4.3 XX地鐵5號線XX地鐵5號線大部分區(qū)間以細(xì)砂層、粉質(zhì)粘土層為主，盾構(gòu)掘進(jìn)常用扭矩為2000-3000kNm，常用轉(zhuǎn)速26、為，總推力為900-1000T，推進(jìn)速度為50-60mm/min。 圖4.3 XX地鐵5號線4.4 結(jié)論根據(jù)已有施工圖紙及現(xiàn)場實(shí)地踏勘情況，本標(biāo)段隧道主要穿越粉砂層、黏質(zhì)粉土層、粉質(zhì)黏土層，結(jié)合以往我部施工人員在5號線的施工經(jīng)驗(yàn)，預(yù)計(jì)施工難度比5號線的施工難度小，加之我部盾構(gòu)機(jī)有對于此類地層針對性設(shè)計(jì)，可以良好適應(yīng)本工程地質(zhì)條件。五、區(qū)間重大風(fēng)險源5.1 XX河XX車輛段出入線XX站區(qū)間從左CR-K0+140CR-K0+200下穿XX河，XX河為淮河一級支流，盾構(gòu)區(qū)間從其下方穿過，XX河河面寬約60m，隧道頂距離XX河河底約7.6m，穿越河面較寬，隧道拱頂距河底距離較近，現(xiàn)已對XX河進(jìn)行了截流27、，左線影響段已填平，對右線影響較大。河底上部以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為主,下部以黏質(zhì)粉土、砂土為主，粘性土中為孔隙水，砂層中為承壓水。盾構(gòu)過河段主要穿越地層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，部分為黏質(zhì)粉土、砂土。左、右線對應(yīng)環(huán)號為3373環(huán)。圖5.1-1 區(qū)間下穿XX河 圖5.1-2 區(qū)間下穿XX河剖面圖5.2 XX河污水管樁號為2C2+229.425（編號ZW-210）樁號為2C2+269.056（編號ZW-211）XX河污水管盾構(gòu)右線盾構(gòu)左線 圖5.2 XX河污水管圖XX河污水管屬正在施工工程，主要作用是排污，防止污水流入XX河，左右線盾構(gòu)機(jī)在CR-K0+290.00CR-K0+340.000位置下穿污水管。XX28、河污水管影響盾構(gòu)施工范圍在樁號為2C2+229.425（編號ZW-210）、2C2+269.056（編號ZW-211）之間，間隔40m，施工方式為人工頂管。污水管采用直徑800mm的污水管，管底標(biāo)高92.827m。盾構(gòu)區(qū)間頂部標(biāo)高為81.215m，管底距盾構(gòu)隧道拱頂11.612m，下穿風(fēng)險較小。5.3 XX快速二期高架橋左線右線水位埋深約12m離橋樁最近約7.3m 圖5.3 側(cè)穿XX快速路高架橋5.4 XXXX2層門面房水位埋深約11.8m左線拱頂距房屋基礎(chǔ)約9.3m右線下穿過道左線下穿2層門面房 圖5.4 區(qū)間下穿XXXX2層門面房XX車輛段出入線XX站區(qū)間左線從左CR-K0+440左CR-29、K0+600區(qū)段下穿XXXX2層門面房，該房屋為磚混結(jié)構(gòu)，天然地基，隧道頂距房屋基礎(chǔ)最近約9.3m，下穿地層為黏質(zhì)粉土，地下水位11.8m，下穿長度約為480m，左線對應(yīng)環(huán)號為205525環(huán)。5.5 下穿鐵路北道線左線隧道在里程左CR-K0+890.7左CR-K0+899位置下穿北到線（斜向穿越鐵路路基寬度約8.1m),與北到線交叉里程為K3+229，斜向交角67.6度；右線隧道在里程右CR-K0+903右CR-K0+913.7位置下穿北到線（斜向穿越鐵路路基寬度約10.7m),與北到線交叉里程為K3+199，隧道與鐵路斜向交角68.3度。該處鐵路為普通鐵路,正線數(shù)目為單線，道床為碎石道床，混30、凝土軌枕，設(shè)計(jì)時速70km/h。經(jīng)現(xiàn)場查勘，穿越位置未在鐵路道岔區(qū)。該區(qū)段鐵路線上主要分布有接觸網(wǎng)立柱，未見信號機(jī)、通訊設(shè)備等。通信、電力、信號電纜均直埋于線路兩側(cè)地下。區(qū)間隧道頂距離軌面約13.881m，隧道穿越范圍地層主要為黏質(zhì)粉土層和粉砂層。左線隧道在鐵路北到線影響范圍內(nèi)對應(yīng)環(huán)號為第530546環(huán)，右線隧道在鐵路北到線影響范圍內(nèi)對應(yīng)環(huán)號為第540558環(huán)。圖5.5 盾構(gòu)區(qū)間與北到線剖面位置關(guān)系圖5.6 XX鐵路下行線概況左線隧道在里程左CR-K0+904.6左CR-K0+918.7位置下穿XX鐵路下行線,與XX鐵路下行線交叉里程為K665+383，,斜向交角73.7度，（斜向穿越鐵路路基31、寬度約14.1m);右線隧道在里程右CR-K0+915.4右CR-K0+931.6位置下穿XX鐵路下行線, 與XX鐵路下行線交叉里程為K665+354，斜向交角75.6度，（斜向穿越鐵路路基寬度約16.2m)。該處鐵路為普通鐵路，正線數(shù)目為單線，道床為碎石道床，混凝土軌枕，設(shè)計(jì)時速160km/h。經(jīng)現(xiàn)場查勘，穿越位置未在鐵路道岔區(qū)。該區(qū)段鐵路線上主要分布有接觸網(wǎng)立柱，未見信號機(jī)、通訊設(shè)備等。通信、電力、信號電纜均直埋于線路兩側(cè)地下。區(qū)間隧道頂距離軌面約12.649m。隧道拱頂埋深約12.395m，隧道穿越范圍地層主要為黏質(zhì)粉土層和粉砂層。左線隧道在XX鐵路下行線影響范圍內(nèi)對應(yīng)環(huán)號為第5475632、5環(huán)，右線隧道在XX鐵路下行線影響范圍內(nèi)對應(yīng)環(huán)號為第559576環(huán)。圖5.6 盾構(gòu)區(qū)間與XX鐵路下行線剖面位置關(guān)系圖5.7 下穿XX鐵路XX車輛段出入段線區(qū)間左右線分別從兩跨32.6m跨的簡支梁橋孔中穿過，軌道交通左線從16#17#墩間穿過，與XX鐵路交叉里程為K10+540(運(yùn)營里程K2+816.33)，交叉角度為78.6，隧道結(jié)構(gòu)埋深約8.2m；軌道交通右線從17#18#墩間穿過，與XX鐵路交叉里程為K10+568（運(yùn)營里程K2+844.533），交叉角度為80.5。表5.7-1 鐵路橋梁形式及尺寸一覽表結(jié)構(gòu)形式32.6m簡支梁墩號16#17#18#軌面高程114.260114.9111133、5.561墩高/m141515.5樁基101 m101m101m樁長/m444648 圖5.7-1 XX鐵路現(xiàn)狀圖隧道結(jié)構(gòu)埋深約8.8m，盾構(gòu)隧道與樁基最小水平凈距6.0m，隧道穿越范圍地層主要為黏質(zhì)粉土層、粉砂層。區(qū)間隧道外徑為6.2m，內(nèi)徑為5.5m，下穿XX鐵路隧道結(jié)構(gòu)采用環(huán)寬1.2m的鋼筋混凝土預(yù)制管片。左線隧道在XX鐵路影響范圍內(nèi)對應(yīng)環(huán)號為第600612環(huán)，右線隧道在XX鐵路影響范圍內(nèi)對應(yīng)環(huán)號為第612622環(huán)。地鐵隧道與鐵路橋梁位置關(guān)系如表5.7-2。表5.7-2 隧道外邊緣與鐵路橋樁基最小凈距表（m）橋名橋墩號左線隧道右線隧道XX城際跨連霍高速特大橋16#10.717#8.36.34、018#13.5圖5.7-3盾構(gòu)區(qū)間與XX鐵路剖面位置關(guān)系圖5.8 XX鐵路上行線概況左線隧道在里程左CR-K1+022.5左CR-K1+034.9位置下穿XX鐵路上行線,與XX鐵路上行線交叉里程為K665+348，斜向交角73度，（斜向穿越鐵路路基寬度約12.4m);右線隧道在里程在右CR-K1+027.7右CR-K1+041.1位置下穿XX鐵路上行線，與XX鐵路上行線交叉里程為K665+321，斜向交角73.3度，（斜向穿越鐵路路基寬度約13.4m)。該處鐵路為普通鐵路，道床為碎石道床，混凝土軌枕，設(shè)計(jì)時速160km/h。經(jīng)現(xiàn)場查勘，穿越位置未在鐵路道岔區(qū)。該區(qū)段鐵路線上主要分布有接觸網(wǎng)立35、柱，未見信號機(jī)、通訊設(shè)備等。通信、電力、信號電纜均直埋于線路兩側(cè)地下。區(qū)間隧道頂距離軌面約11.355m。隧道穿越范圍地層主要為黏質(zhì)粉土層。左線隧道在XX鐵路上行線影響范圍內(nèi)對應(yīng)環(huán)號為第645660環(huán)，右線隧道在XX鐵路下行線影響范圍內(nèi)對應(yīng)環(huán)號為第650665環(huán)。圖5.8 盾構(gòu)區(qū)間與XX鐵路上行線剖面位置關(guān)系圖5.9 西北環(huán)線概況左線隧道在里程左CR-K1+053.5左CR-K1+066.8位置下穿西北環(huán)線, 與西北環(huán)線交叉里程為K1+571，斜向交角64.3度，（斜向穿越鐵路路基寬度約13.3m); 右線隧道在里程右CR-K1+058.7右CR-K1+071.6位置下穿西北環(huán)線, 與西北環(huán)線36、交叉里程為K1+543，斜向交角64.4度，（斜向穿越鐵路路基寬度約12.9m)。該處鐵路為普通鐵路，道床為碎石道床，混凝土軌枕，設(shè)計(jì)時速70km/h。該處鐵路箱涵為現(xiàn)澆三孔連續(xù)鋼筋混凝土箱涵。經(jīng)現(xiàn)場查勘，穿越位置未在鐵路道岔區(qū)。該區(qū)段鐵路線上主要分布有接觸網(wǎng)立柱，未見信號機(jī)、通訊設(shè)備等。通信、電力、信號電纜在箱涵段埋設(shè)于箱涵上方西側(cè)的電纜溝內(nèi)。其余段均直埋于線路兩側(cè)地下。左線隧道拱頂距離箱涵底4.245m，右線隧道拱頂距離軌面約11.348m，隧道穿越范圍地層主要為粉質(zhì)粘土層和黏質(zhì)粉土層。左線隧道在西北環(huán)線影響范圍內(nèi)對應(yīng)環(huán)號為第670690環(huán)，右線隧道在XX鐵路下行線影響范圍內(nèi)對應(yīng)環(huán)號為第637、75695環(huán)。 圖5.9-4 盾構(gòu)區(qū)間與西北環(huán)線剖面位置關(guān)系圖5.10 天然氣護(hù)管涵護(hù)涵管施工中基坑底標(biāo)高91.63m，護(hù)涵管采用外徑1.1m，內(nèi)徑1m的鋼筋混凝土圓管涵，標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長2m，壁厚0.1m，底標(biāo)高89.5m。整體施工呈西北走向。左線在里程CR-K0+890.000CR-K0+946.000之間下穿天然氣護(hù)涵管，隧道拱頂標(biāo)高為83.5283.89m，左線隧道拱頂距護(hù)涵管底部最近約為5.61m。右線在里程CR-K1+041.000CR-K1+058.000之間下穿天然氣護(hù)涵管隧道拱頂標(biāo)高約為85.55m，右線隧道拱頂距護(hù)涵管底部最近約為3.95m。 圖5.10 隧道線路與天然氣護(hù)管涵平38、面關(guān)系圖六、過風(fēng)險源針對性設(shè)計(jì)6.1 同步注漿系統(tǒng)設(shè)計(jì)同步注漿系統(tǒng)采用兩臺德國SCHWING泵，可實(shí)現(xiàn)流量及壓力檢測。注漿能力以最高掘進(jìn)速度（80mm/min)設(shè)計(jì)。 圖6.1-1 同步注漿系統(tǒng)常規(guī)注漿口設(shè)計(jì)在尾盾左上、右上、左下、右下位置，特別在砂層及礫石地層中，由于滲透性好，注漿填充率不夠時，拱頂空洞往往不能得到有效回填。 在盾尾頂部增設(shè)2個注漿口，可直接對頂部空洞進(jìn)行回填，這樣，盾尾注漿管共有42+2根，正常情況下4用6備。注漿時根據(jù)超挖情況，調(diào)整泵出口管路連接位置進(jìn)行作業(yè)。 圖6.1-2 注漿口設(shè)計(jì)6.2 二次補(bǔ)強(qiáng)注漿系統(tǒng)為了及時補(bǔ)充注漿效果，防止地表沉降及管片上浮，盾構(gòu)上可設(shè)計(jì)管片背39、部二次注漿系統(tǒng)。圖6.2 二次補(bǔ)強(qiáng)注漿系統(tǒng)6.3 泡沫系統(tǒng)設(shè)計(jì)盾構(gòu)配置單管單泵單噴口泡沫注入系統(tǒng)。泡沫系統(tǒng)采用單管單泵的方式，每路泡沫均可獨(dú)立工作。采取預(yù)混合方式，增強(qiáng)發(fā)泡效果，降低泡沫消耗量。噴口總成可以完全從刀盤背面抽出，便于維修或更換。 圖6.3 泡沫系統(tǒng)6.4 膨潤土系統(tǒng)設(shè)計(jì)配置有2臺膨潤土泵用于渣土改良；兩臺泵可通過單獨(dú)管路注入刀盤前注入，也可一路注入洞殼外。 6.4 膨潤土運(yùn)輸流程圖6.5 渣土改良設(shè)計(jì)泡沫系統(tǒng)及膨潤土系統(tǒng)針對渣土改良設(shè)計(jì)：4個泡沫口，2個膨潤土口，單管單泵單噴口，新型泡沫噴口設(shè)計(jì)，保證各口的通暢。避免結(jié)泥餅，有利于渣土流動流暢及土壓傳遞更真實(shí)，便于施工快速、高效、40、高質(zhì)量掘進(jìn)。擬用于本合同盾構(gòu)掘進(jìn)時的碴土改良方法包括向刀盤、土倉及螺旋輸送機(jī)添加泡沫劑或膨潤土泥漿等。具體為：（1）泡沫劑的使用泡沫通過盾構(gòu)機(jī)上的泡沫系統(tǒng)注入。泡沫的組成比例如下（一般為）： 泡沫溶液的組成：泡沫添加劑3%，水97%。泡沫組成：9095%壓縮空氣和510%泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按開挖方量及渣土實(shí)際情況計(jì)算：一般150L/環(huán)左右。（2）膨潤土泥漿的使用根據(jù)以前現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)，分別選取Na、Ca基兩種膨潤土較為合適的配比，我項(xiàng)目部分別進(jìn)行比較：Ca基膨潤土（共配制3種配比：A.625g膨潤土/1L水，配制出的土樣為稀釋的液體，放置一段時間后，膨潤土和水產(chǎn)生分層，用泥漿粘度計(jì)測41、，時間為20s（注：泥漿粘度計(jì)適用于測量泥漿的粘度，它是由粘度計(jì)中流出500mm3的泥漿所需的時間來計(jì)算，單位為秒。）圖樣如下：B、750g膨潤土/1L水，配制出的土樣為糊狀，用泥漿粘度計(jì)測，時間為26s，圖樣如下：C、800g膨潤土/1L水，配制出的土樣為粘稠狀，用泥漿粘度計(jì)測，時間為36s，圖樣如下：Na基膨潤土（共配制3種配比）：A、150g膨潤土/1L水，配制出的土樣為粘稠狀，用泥漿粘度計(jì)測，時間為40s，圖樣如下B、200g膨潤土/1L水，配制出的土樣為粘稠狀，用泥漿粘度計(jì)測，少許可流下，圖樣如下：C、240g/1L水，配制出的土樣為可塑狀，接近于液限，不能用泥漿粘度計(jì)測量，圖樣如下42、：根據(jù)實(shí)驗(yàn)比較，Ca基膨潤土較為合適的配比為800g膨潤土/1L水，Na基膨潤土較為合適的配比為150g膨潤土/1L水，兩種合適配比的膨潤土相比，配制相同體積的漿液，Na基膨潤土用量為Ca基膨潤土用量的1/51/6，而且配制出來的漿液，Na基膨潤土較為滑膩，而Ca基膨潤土有砂質(zhì)感，故選取Na基膨潤土較為合適。因此本標(biāo)段對于在粉土地層的掘進(jìn)采用Na基膨潤土，配比為膨潤土：水=3：20。6.6 施工方面下穿風(fēng)險源保護(hù)措施（1）優(yōu)化盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)1）在到達(dá)鐵路前選擇開挖面自穩(wěn)性較好的地段對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行全面檢修維護(hù)。2）在穿越過程中根據(jù)盾構(gòu)與該建筑物的相對位置以及監(jiān)測系統(tǒng)的即時監(jiān)測數(shù)據(jù)，綜合調(diào)控施工步驟及參數(shù)。3）掘進(jìn)過程中合理精確地設(shè)定土壓力，保持土壓平衡。4）盾構(gòu)推進(jìn)應(yīng)適當(dāng)放慢掘進(jìn)速度并保持姿態(tài)平穩(wěn)，推進(jìn)速度宜控制在2535mm/min左右。5）盡量縮短管片拼裝時間，防止盾構(gòu)機(jī)后退導(dǎo)致正面土壓力降低。6）在盾構(gòu)穿越過程中必須及時進(jìn)行同步注漿，二次補(bǔ)漿。（2）根據(jù)本區(qū)間地質(zhì)情況選取滲透性好、止水性強(qiáng)、早期強(qiáng)度大的同步注漿材料，采用二次或多次重復(fù)注漿進(jìn)行補(bǔ)充；根據(jù)試掘段施工沉降情況，必要時可利用增加的注漿孔采取注漿補(bǔ)強(qiáng)。（3）在過風(fēng)險源時，需安排指定人員進(jìn)行現(xiàn)場巡視，地面與隧道內(nèi)進(jìn)行聯(lián)動。