1、減小孤石地質交疊段盾構隧道沉降變形量發布日期：發布日期：20192019年年9 9月月目錄1、課題介紹3、選題理由8、對策實施11、總結及下一步打算2、小組簡介4、現狀調查5、確定小組活動目標6、原因分析及要因確認7、制定對策9、效果檢查10、鞏固措施及標準化12、附件3一、課題介紹 隨著城市軌道交通建設日益增多，盾構隧道施工逐漸成為城市軌道交通隧道建設的主力軍。密集的地面構筑物、復雜的地質條件使得盾構隧道施工難度加大。隧道沉降變形量過大，易導致地面構筑物開裂甚至坍塌，嚴重時甚至造成安全事故。故如何減小盾構隧道沉降變形量顯得尤為重要。4一、課題介紹 廈門地鐵6號線首開段項目場地主要位于海滄區、
2、集美區分界處的馬鑾灣海域，地貌單元為濱海平原區。馬集區間隧道在262環進入左右交疊段，最小徑距僅3.5m，施工不當對先行隧道影響大，且交疊段存在孤石，影響盾構正常掘進，施工難度大。隧道左右線交疊段示意圖5三、選題理由社會影響大施工難度大地質條件復雜課題：課題：減小孤石地減小孤石地質交疊段盾構隧道質交疊段盾構隧道沉降變形量沉降變形量 本工程是廈門軌道6號線馬鑾灣片區段的關鍵線路，同時也是公司第一個盾構施工項目，更是中建系統首例盾構跨海隧道施工項目，其施工質量備受社會各界關注。本工程存在隧道交疊段。兩隧道的最小凈距僅為3.5m，上行隧道易對下行隧道擠壓導致沉降量過大，隧道變形嚴重。本工程交疊段周圍
3、地質條件復雜，掘進參數多變；且存在孤石，影響盾構正常掘進。6四、現狀調查調查一：根據地勘報告及現場踏勘，發現盾構區間交疊段先行隧道穿越殘積砂質黏性土、中粗砂、全風化花崗巖、散體狀強風化花崗巖等多種地質，后行隧道軸線范圍還存在微風化孤石。交疊段先行隧道地質剖面圖交疊段后行隧道地質剖面圖7四、現狀調查調查一得出：盾構掘進過程因地質復雜，掘進參數難以確定。8四、現狀調查調查二：小組成員查閱近年來類似復雜地質條件下相關工程的盾構隧道施工資料：盾構隧道豎向位移統計表9四、現狀調查調查二得出：控制盾構隧道豎向位移是保證隧道施工安全和進度的有效措施。10四、現狀調查調查三：小組成員從設計單位、監理單位、施工
4、班組邀請了20位的專業人員，對影響交疊段盾構隧道變形的因素進行共100次投票，經分析整理，繪制出統計表：影響交疊段盾構隧道沉降變形量因素統計表 11影響交疊段盾構隧道沉降變形量因素排列圖調查三：掘進參數掘進參數控制難控制難材料因素材料因素40-100-0-20-60-80-80%100%N=100累計頻率（%）頻數（點）測量真實測量真實性影響性影響其它其它91%96%44476347%98%360%40%20%0%四、現狀調查管片拼裝質管片拼裝質量控制難量控制難12四、現狀調查調查三得出：“掘進參數控制難”和“管片拼裝質量控制難”，是影響交疊段盾構隧道沉降變形量的關鍵因素。13五、確定小組活動
5、目標活動目標交交疊疊段段成成型型隧隧道道管管片片豎向位移豎向位移10mm。14QC小組成員施工技術和管理能力強，施工班組經驗豐富，公司在技術和資金方面大力支持前100環隧道豎向位移僅有3環超過10mm，且交疊段施工目標經國內外專家論證可行。010203目標一定能夠實現五、確定小組活動目標廈門軌道集團管理細則要求盾構隧道豎向位移控制值為+10mm、-30mm。15六、原因分析及要因確認關聯圖掘進參數控制難掘進參數控制難管片拼裝質量控制難管片拼裝質量控制難盾構司機未及時調整掘進參數盾構機維護不及時導向系統全站儀未及時檢定地質復雜掘進參數多變現場管理制度不完善機械影響測量誤差地質復雜掘進難控制施工材
6、料 管理差 管片橡膠圈、襯墊粘貼質量差進場渣土改良材料質量差1010條條末端因素末端因素管片拼裝手責任心不強孤石影響盾構正常掘進交疊段施工難度大后行隧道易使先行隧道沉降后行隧道管片易上浮16要因確認要因確認計劃表計劃表六、原因分析及要因確認17六、原因分析及要因確認非要因 盾構機維修保養日志盾構機維護不及時地質復雜掘進參數多變盾構司機未及時調整掘進參數孤石影響盾構正常掘進管片拼裝手責任心不強管片橡膠圈、襯墊粘貼質量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降進場渣土改良材料質量差導向系統全站儀未及時檢定18六、原因分析及要因確認非要因 導向系統全站儀檢定證書盾構機維護不及時地質復雜掘進參數多變
7、盾構司機未及時調整掘進參數孤石影響盾構正常掘進管片拼裝手責任心不強管片橡膠圈、襯墊粘貼質量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降進場渣土改良材料質量差導向系統全站儀未及時檢定19六、原因分析及要因確認盾構機維護不及時地質復雜掘進參數多變盾構司機未及時調整掘進參數孤石影響盾構正常掘進管片拼裝手責任心不強管片橡膠圈、襯墊粘貼質量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降進場渣土改良材料質量差要因 不同土質推力對比統計圖導向系統全站儀未及時檢定20六、原因分析及要因確認盾構司機考核成績占比圖盾構機維護不及時地質復雜掘進參數多變盾構司機未及時調整掘進參數孤石影響盾構正常掘進管片拼裝手責任心不強
8、管片橡膠圈、襯墊粘貼質量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降進場渣土改良材料質量差導向系統全站儀未及時檢定非要因 21六、原因分析及要因確認要因 盾構機維護不及時地質復雜掘進參數多變盾構司機未及時調整掘進參數孤石影響盾構正常掘進管片拼裝手責任心不強管片橡膠圈、襯墊粘貼質量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降進場渣土改良材料質量差導向系統全站儀未及時檢定孤石區段掘進記錄表290環推進參數變化表22六、原因分析及要因確認非要因 盾構機維護不及時地質復雜掘進參數多變盾構司機未及時調整掘進參數孤石影響盾構正常掘進管片拼裝手責任心不強管片橡膠圈、襯墊粘貼質量差后行隧道管片易上浮后行隧道易
9、使先行隧道沉降進場渣土改良材料質量差導向系統全站儀未及時檢定23六、原因分析及要因確認非要因 現場檢查管片橡膠圈、襯墊粘貼質量圖盾構機維護不及時地質復雜掘進參數多變盾構司機未及時調整掘進參數孤石影響盾構正常掘進管片拼裝手責任心不強管片橡膠圈、襯墊粘貼質量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降進場渣土改良材料質量差導向系統全站儀未及時檢定管片橡膠圈、襯墊粘貼質量統計表24六、原因分析及要因確認盾構機維護不及時地質復雜掘進參數多變盾構司機未及時調整掘進參數孤石影響盾構正常掘進管片拼裝手責任心不強管片橡膠圈、襯墊粘貼質量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降進場渣土改良材料質量差導向系統
10、全站儀未及時檢定地下水豐富區域管片上浮量統計表要因 25六、原因分析及要因確認盾構機維護不及時地質復雜掘進參數多變盾構司機未及時調整掘進參數孤石影響盾構正常掘進管片拼裝手責任心不強管片橡膠圈、襯墊粘貼質量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降進場渣土改良材料質量差導向系統全站儀未及時檢定后行隧道進入交疊段前隧道豎向位移統計表要因 26六、原因分析及要因確認非要因 材料抽檢結果表盾構機維護不及時地質復雜掘進參數多變盾構司機未及時調整掘進參數孤石影響盾構正常掘進管片拼裝手責任心不強管片橡膠圈、襯墊粘貼質量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降進場渣土改良材料質量差導向系統全站儀未及時檢
11、定 材料出廠合格證27六、原因分析及要因確認要因1地質復雜掘進參數多變要因3后行隧道易使先行隧道沉降1 12 23 34 4要因2孤石影響盾構正常掘進要因4后行隧道管片易上浮28六、原因分析及要因確認 要要 因因對對 策策評估評估得分得分確定對策確定對策有效性有效性可行性可行性經濟性經濟性時間性時間性地質復雜掘進參數難控制結合三維動態分析明確區間掘進參數地質模型18選定根據現場實時監測情況結合地勘資料制定掘進計劃14不選孤石影響盾構正常掘進進行孤石探測及處理16選定換刀后不預處理孤石直接掘進12不選后行隧道易使先行隧道沉降先行隧道用止漿塞注漿加固土體及洞內支撐臺車加固18選定先行隧道內架設鋼支
12、撐加固14不選后行隧道管片易上浮后行隧道管片外盾尾間隙迅速用漿液填充飽滿18選定后行隧道推進時適當調低姿態，預判管片上浮量，與其相抵消12不選小組針對4個要因，通過研究提出不同解決對策，并且分別從有效性、經濟性、可行性、時間性四個方面進行比較，得到如下對策分析評價表：對策分析評價表 注：5分 3分 1分29對策表 七、制定對策30小組成員結合地勘資料與現場勘察運用BIM技術建立三維地質模型圖。八、對策實施明確交疊段盾構掘進參數實施實施1交疊段三維地質模型圖1、建立交疊段三維地質模型31根據三維地質模型，邀請國內盾構專家通過對盾構機掘進速度、刀盤扭矩、刀盤轉速、總推力等重要掘進參數進行數據研究分
13、析，確定不同地層掘進參數：八、對策實施明確交疊段盾構掘進參數實施實施1交疊段盾構掘進參數分析會2、明確交疊段不同地層各掘進參數交疊段各不同地質掘進參數表32實施效果 實施實施1八、對策實施交疊段在不同地層姿態偏離軸線最大值統計表小組通過對策實施，盾構交疊段在不同地層姿態偏離軸線最大值統計如下表，數據均小于目標值50mm，達到目標要求。地質分類孤石處理段全風化花崗巖、散體狀強風化花崗巖殘積砂質黏性土富水砂性土層水平姿態（mm）+29+29-24-24+26+26+25+25垂直姿態（mm）-35-35-28-28-31-31-35-3533微風化孤石強度高，未處理直接掘進將造成盾構機刀盤磨損過度
14、甚至卡死的情況，嚴重時盾構刀具將被破壞，無法使用，導致盾構機無法正常掘進。施工過程必須對孤石進行探測并處理。八、對策實施進行孤石探測及處理實施實施234八、對策實施 進行孤石探測及處理實施實施2SPAC法法計算計算Vx視S波速度剖面獲取流程圖 微動探測可用于直觀反映地層巖性變化，小組采用微動探測法對孤石區域進行探測，其基本步驟如下。1、微動探測與鉆探相結合勘察孤石35 通過微動探測可探知Z13、Z14、ZZ21-Z22該三個測點下方存在孤石可能性大，通過對這些測點進行鉆孔驗證，可知Z13、Z14附近存在孤石。八、對策實施 進行孤石探測及處理實施實施2左線面波相速度等值線圖36 孤石區地表為其他
15、工程施工場地，為減少對土體的擾動，采用洞內靜態爆破處理，有效將孤石裂解，保證了盾構的施工安全。八、對策實施進行孤石探測及處理實施實施2孤石靜態爆破處理流程圖2、靜態爆破法處理孤石37實施后孤石鉆進情況統計表 八、對策實施效果檢查實施實施2通過對孤石的探測及處理，盾構機在交疊段存在孤石區段掘進過程中，刀盤扭矩及推力沒有顯著升高，通過后檢查刀具，其最大磨損量僅為4mm，無需更換。說明交疊段孤石處理結果良好，盾構機順利通過孤石區段。孔號孤石埋深孤石巖性掘進速度盾構機通過時刀盤扭矩盾構機通過時 推力通過后刀具最大磨損量Z1314.2-15.6中風化花崗巖20-30mm/min1100-1200kNm1
16、200t-1300t4mmZ1413.3-14.1中風化花崗巖20-30mm/min1200-1300kNm1200t-1400t38本區間內存在左右線交疊段長達70米，其中交疊段隧道最小垂直凈距僅有3.5m，若管控不當，后行隧道將對先行隧道造成破壞性影響。為降低先行隧道的沉降量，對交疊段先行隧道進行加固。八、對策實施交疊段先行隧道加固實施實施3隧道左右線交疊段示意圖先行隧道后行隧道39八、對策實施交疊段先行隧道加固實施實施3小組成員對先行隧道土體進行預加固，減小盾構機掘進對土體的擾動，確保圍巖穩定性。因交疊段加固面積大，若采用傳統的注漿方法，封閉效果差，加固效果不夠理想，采用止漿塞由上而下分
17、段預注漿，提升加固質量。止漿塞注漿原理圖1、止漿塞預注漿土體加固40八、對策實施交疊段先行隧道加固實施實施3先行隧道通過走行式液壓臺車支撐管片，臺車通過液壓千斤頂調節各支點支撐力，使管片受力均勻。同時液壓臺車不影響電瓶車通行，保證施工連續性。洞內支撐臺車橫剖面圖洞內支撐臺車縱剖面圖洞內支撐臺車就位圖2、走行式液壓臺車洞內支撐加固41八、對策實施效果檢查實施實施3通過對先行隧道管片的實時跟蹤監測，后行隧道在通過交疊段時對先行隧道的影響極小，且并無造成先行隧道管片破損、滲漏水，最大沉降量均小于10mm，對策目標實現。42盾構區間臨近馬鑾灣海域，地下水較豐富，后行隧道埋深較淺，地下水對管片的浮力較大
18、，在管片脫出盾尾后易造成管片上浮，導致整體隧道變形，甚至管片破損而滲漏水，引發重大風險。后行隧道管片外盾尾間隙及時用漿液填充飽滿，可降低地下水浮力。八、對策實施后行隧道管片外盾尾間隙及時用漿液填充飽滿 實施實施4地下水地下水43八、對策實施后行隧道管片外盾尾間隙及時用漿液填充飽滿 實施實施41、調整同步注漿漿液配合比 盾構每環推進周期為2.5h，常規同步注漿漿液配合比的凝結時間為8h，凝結時間過長會導致管片浮力加大。小組成員通過同組對比試驗法優化速凝劑參量和水灰比，將凝結時間降低到2h。水灰比1:0.5，速凝劑摻量8%。速凝劑摻量、水灰比與凝結時間關系圖44 通過對同步注漿漿液配合比的調整有效
19、降低管片上浮量，最大上浮量僅9mm，減小隧道變形。小組成員對交疊段后行隧道內管片上浮量情況進行如下統計。八、對策實施效果檢查實施實施4環號（環）243-252253-262263-272273-282283-292293-302管片最大上浮量（mm）678789對交疊段隧道內管片上浮量情況統計表 結論結論結論結論 交疊段后行隧道上浮量10mm，上浮量得到有效控制。45通過以上對策實施，交疊段隧道最大沉降量為8mm，最大上浮量為9mm。小于目標值10mm，小組目標完成。九、效果檢查 交疊段隧道變形量統計柱狀圖造成延誤因素統計表 目標實現目標實現46碧洲園經濟效益九、效果檢查 通過對交疊段先行隧道
20、合理加固、交疊段孤石區域的處理，保證了盾構隧道掘進質量，施工工期比原來計劃縮短30天，創造效益68萬元。序號項目計算說明鋼架焊接加工費用鋼材焊接加工每噸500元，共需加工18t，節約了18*500=90000元。工期節約費用采用走形式液壓支撐臺車節約30天工期，每天管理費用和機械費約3萬元，節省3萬*30=90萬元節省全線補勘費用按間距10米補勘，全線補勘需要多打105個鉆孔，每個鉆孔費用約為3000元，共節省0.3萬*105=31.5萬元設備投入費用走形式液壓支撐臺車租賃費42萬元。微動探測費用微動探測費用為20萬元活動經費 0.5萬元合計+-=68萬元47碧洲園技術效益九、效果檢查 順利完
21、成了馬集區間盾構交疊段隧道掘進施工，有效控制了復雜地質盾構交疊段隧道沉降變形量，為今后復雜地質下盾構交疊段掘進施工奠定了良好的基礎，也為公司盾構隧道施工提供了寶貴的經驗。48碧洲園社會效益九、效果檢查 本工程盾構交疊段隧道的順利完成，受到了業主和市領導的好評及一致的肯定，為公司在廈門地區贏得了良好對的聲譽。樹立了公司在地鐵施工方面的品牌形象。建設單位表彰文件49碧洲園無行效益九、效果檢查 通過此次活動，我們將活動前后的狀態進行了對比和自我評價，并繪制雷達圖。小組活動前后綜合素質評分表 評價內容個人解決問題能力團隊 精神工作 熱情QC知識水平質量改進意識客戶滿意程度活動前（分數）221323活動
22、后（分數）444445雷達圖50十、鞏固措施及標準化本次活動后，小組成員對相關資料進行整理、歸納，將對策表中的措施細化后編制并修訂作業指導書孤石地質下減小盾構隧道交疊段沉降變形量作業指導書，編制完成吹填區域地鐵盾構隧道交疊段施工工法，擬申請專利2項，進一步完善了復雜地質條件下盾構掘進的施工工藝，并在今后其它類似的地質條件下的項目推廣使用。作業指導書 工法工程應用證明51十一、遺留問題及今后打算遺留問題遺留問題遺留問題遺留問題通過本輪QC小組活動，孤石地質下盾構隧道交疊段沉降變形量得到了有效減小，但施工效率相比之下還有很大提高空間，本小組將繼續學習，不斷總結完善。今后打算今后打算小組擬定將增強跨海段盾構隧道施工的防水效果作為下一次QC活動的課題。52十二、附件合理化建議一覽表序號建議內容建議人是否采納1結合三維地質模型動態分析明確區間掘進參數采納2進行孤石探測及處理采納3交疊段先行隧道內支撐臺車加固及止漿塞注漿土體加固 采納4后行隧道管片外盾尾間隙迅速用漿液填充飽滿采納發布完畢，謝謝！
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