盾构机适应性估报告.docx
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盾构机适应性估报告
第一章工程概况
1.1工程概况
南京地铁七号线D7-TA03标土建一工区盾构区间共两个,即古福区间、福城区间。
古平岗站~福建路站区间设计范围为起讫里程右DK17+369.262~右DK18+335.055,右线总长965.793m(双延米)。
其中里程右DK17+369.262~右DK17+474.019为明挖段,长104.757m,含一座盾构井;里程右DK17+474.019~右DK18+335.055为盾构段,长861.036m,含一座联络通道及泵房。
福城区间隧道起讫里程为右CK18+542.257~右CK20+111.108,长1568.851m(双延米),含1座联络通道和1座联络通道及泵房区间隧道采用盾构施工法。
盾构管片外径6200mm,管片内径5500mm,管片厚度350mm,环宽1200mm。
隧道相关参数表
名称
线间距
坡度形式
最小曲线半径
最小埋深
最大埋深
最大纵坡
古福区间
11~16.5m
“V”型坡
R=300m
15.4m
25.3m
28‰
福城区间
13~17m
“W”型坡
R=400m
16.8m
26.8m
25.8‰
古福区间线路出古平岗站后向西北前行,下穿十四所地块、房管所住宅楼、干休所、南师大附中宿舍,向东北偏转至察哈尔路,下穿南师大附中地下通道、过街天桥、沿察哈尔路前行到达福建路站。
福城区间线路出福建路站后沿福建路向东北前行,侧穿福建路两侧住宅楼及门店房、行政院长官邸(市级文物)、下穿福建路西桥、福建路桥、房屋、明城墙遗址、爱民桥到达城河村站,具体平面图见下图。
古福区间平面图
福城区间平面图
1.2地质概况
1.2.1古福区间地质概括
古福区间隧道穿越地层主要以粉质黏土、中等风化泥岩、含砾粉质黏土、中等风化砂岩、粉砂、粉土为主,隧道上层覆土依次为杂填土、素填土、粉砂、粉土、粉质黏土、砂岩。
沿线下伏基岩为侏罗系象山群泥岩、泥质粉砂岩、砂岩、含砾砂岩。
岩面起伏较大,岩石强度较高。
区间地质属上软下硬复合地层。
隧道区间地质概况见下图:
古福区间地质剖面图
1.2.2福城区间地质概括
福城区间隧道穿越地层主要以②-2d2-3粉砂、③-1b2粉质黏土为主,隧道上层覆土依次为杂填土、素填土、粉质黏土、粉砂、粉土。
沿线下伏基岩为三叠系范家塘组碎裂泥岩。
岩面起伏较大,一般埋深在13.8~32.1m左右。
隧道区间地质概况见下图:
福城区间地质剖面图
1.2.3盾构区间主要穿越地层描述
古福区间隧道穿越地层主要以粉质黏土、中等风化泥岩、J1-2x-2b强风化砂岩、含砾粉质黏土、中等风化砂岩、粉砂、粉土为主。
福城区间隧道主要穿越地层主要以②-2d2-3粉砂、③-1b2粉质黏土为主。
(1)古福区间
区间隧道底板以下土层主要为③层粉质黏土,强风化、中风化岩。
隧道左线:
古平岗站~左CK17+546区段,隧道底板地层为J1-2x-2b层强风化砂岩,隧道穿越地层主要为J1-2x-2b层强风化砂岩、③-2b2-3粉质黏土,强风化岩饱和抗压强度7.74MPa,属上软下硬复合地层;左CK17+546~CK17+777.5区段,隧道底板地层为③-2b2-3粉质黏土,隧道穿越地层主要为③-1b2粉质黏土、③-2b2-3粉质黏土,为黏性土;左CK17+777.5~CK18+197.8区段,隧道底板地层为J1-2x-3a、J1-2x-3b中风化岩,隧道穿越地层主要为③-3b1-2粉质黏土、J1-2x-3a、J1-2x-3b中风化岩,中风化岩最高抗压强度达到53.2MPa;左CK18+197.8~福建路站区段,隧道底板地层为主要为②-2d2-3粉砂层。
隧道右线:
古平岗站~右CK17+620区段,隧道底板地层为J1-2x-2a、J1-2x-2b层强风化岩,隧道穿越地层主要为J1-2x-2a、J1-2x-2b层强风化岩、③-2b2-3粉质黏土,强风化岩饱和抗压强度53.2MPa,属上软下硬复合地层;右CK17+620~CK18+45.9区段,隧道底板地层为J1-2x-3a中等风化泥岩,隧道穿越地层主要为J1-2x-2a强风化泥岩、J1-2x-3a中等风化泥岩;右CK18+45.9~CK18+276.5区段,隧道底板地层为③-3b1-2粉质黏土、②-2b3-4粉质黏土,隧道穿越地层主要为③-3b1-2粉质黏土、③-4e2-3含砾粉质黏土、②-2b3-4粉质黏土;右CK18+276.5~福建路站区段,隧道底板地层为主要为②-2c2-3粉土层。
由于黏性土层及强风化岩、中风化岩的工程特性差异明显,因此拟建地基为不均匀地基。
拟建隧道底板位于风化基岩层时,工程地质条件较好,一般隧道结构变形不大。
隧道底板位于粉质粘土、粉砂层时,呈中压缩性,工程地质条件一般。
(2)福城区间
福城区间隧道主要穿越地层主要以②-2d2-3粉砂、③-1b2粉质黏土为主,沿线隧道底板位于为②-2d2-3粉砂、②-3d1-2粉砂、②-2b3-4粉质黏土、②-3b2-3粉质黏土、③-1b2粉质黏土、③-2b2-3粉质黏土中,整体稳定性一般,综合评价地基的稳定性一般。
古福区间穿越地层特征见下表:
古福区间主要穿越地层特征一览表
名称
时代成因
层号
地层名称
颜色
状态
特征描述
古福区间
Q41-2
③-1b2
粉质黏土
灰黄、黄褐色
可塑
含较多铁锰质斑点,切面光滑、有光泽,干强度中等,韧性中等。
③-3b1-2
粉质黏土
灰黄、黄褐色
硬塑,局部可塑
含少量铁锰质结核及次生黏土团块,切面光滑、较有光泽,干强度中等,韧性中等。
③-2b2-3
粉质黏土
灰黄、黄褐色
可塑,局部软塑
切面光滑、较有光泽,干强度中等,韧性中等,含少量铁锰质结核,偶见青灰团块,局部粉粒含量偏高
Q42-3
②-2b3-4
粉质黏土
灰色
流塑,局部软塑
含少量腐殖物,具腥臭味,局部夹少量粉土粉砂薄层,切面光滑、稍有光泽,干强度、韧性中等。
②-2c3
粉土
灰色
中密~稍密
局部夹粉砂薄层,摇振反应迅速,切面粗糙无光泽反应,中压缩性,低干强度,低韧性。
J1-2x
J1-2x-2b
强风化砂岩
灰黄色
碎块状
细粒砂状结构,层状构造,组织结构大部分破坏,裂隙发育,岩芯多呈碎块状,锤击声哑、易碎;属软岩,极破碎,岩体基本质量等级为Ⅴ。
J1-2x-3b
中等风化砂岩
紫红、灰色
较软岩~较硬岩
细粒砂状结构,层状构造,裂隙不发育,见少量70度及近90度裂隙,岩体较完整,岩芯多呈短柱状~中长柱状,节长10~100cm,少量呈碎块状,锤击声脆,不易碎;属较软岩~较硬岩,较完整~完整,岩体基本质量等级为Ⅳ。
J1-2x-3a
中等风化泥岩
棕红色
软岩
泥质结构,层状构造,裂隙不发育,岩体完整,岩芯多呈长柱,少量岩芯呈碎块状,局部见近90度节理,一般柱长20~40cm,个别40~60cm;属软岩,较完整~完整,岩体基本质量等级为Ⅳ。
福城区间主要穿越地层特征一览表
福城区间
Q42-3
②-2d2-3
粉砂
灰色
稍密-中密
主要矿物成分为长石、石英,云母次之,局部夹少量粉土薄层
Q41-2
③-1b2
粉质黏土
灰色、褐黄色
可塑
局部含少量铁锰质氧化物及铁锰质结核,切面稍有光泽,干强度中等,韧性中等
1.3盾构区间水文情况
根据地下水赋存条件,场区地下水类型主要为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。
松散岩类孔隙水根据其埋藏条件和水力性质,主要为孔隙潜水。
(1)孔隙潜水
近地表分布,主要赋存于浅部①层人工填土中及福建路站附近②层粉土、粉砂中。
①层填土成份复杂,极不均匀,其透水性较好、赋水性较差。
该含水层水位埋深主要受大气降水及地形控制。
②层粉土、粉砂透水性,赋水性均较好。
(2)基岩裂隙水
基岩裂隙水主要赋存于基岩全、强风化带中,中风化带岩芯较完整,裂隙发育,多闭合或充填,赋水性较差;其强风化带岩芯较破碎~破碎,呈碎块状、块状,存在一定的赋水空间,但由于裂隙方向不一,且裂隙间多被岩石剧烈风化后的泥状残留物充填,并未形成统一的渗流路径,本次勘察揭示其赋水性较差。
各岩土层渗透系数及透水性评价
层号
岩土名称
室内试验渗透系数最大值×10-6(cm/s)
渗透系数建议值
×10-6(cm/s)
渗透性
Kv
Kh
K
①-1
杂填土
2000
中等透水
①-2
素填土
10
微~弱透水
②-1b2-3
粉质黏土
5
微透水
②-1d3
粉砂
600
弱透水
②-2b3-4
粉质黏土
5.39
3.88
10
微~弱透水
②-2c3
粉土
14.21
20.96
100
弱透水
②-2d2-3
粉砂
1200
中等透水
②-4e
圆砾
1500
中等透水
③-1b2
粉质黏土
0.04
0.06
5
微透水
③-2b2-3
粉质黏土
0.15
0.44
5
微透水
③-3b1-2
粉质黏土
0.05
0.11
5
微透水
③-4e2-3
含砾粉质黏土
10
微~弱透水
J1-2x-1a
全风化泥岩
0.04
0.05
5
微~弱透水
J1-2x-2a
强风化泥岩
10~50
微~弱透水
J1-2x-3a
中等风化泥岩
5
微透水
J1-2x-2b
强风化砂岩
10~50
微~弱透水
J1-2x-3b
中等风化砂岩
5
微透水
1.4周边建(构)筑物情况
1.4.1古福区间穿越主要建(构)筑物情况
古平岗站~福建路站区间起始自古平岗站(近古平岗立交)起,下穿中国电子科技集团公司第十四研究所拆迁区,并下穿回龙桥、沿线镇江路和南师附中学校后向东拐入察哈尔路,沿线途经居民住宅楼、南师附中、南师附中过街天桥、南师大附中地下通道、南京政治学院,至福建路站(现状为福建路与察哈尔路交叉路口)与地铁5号线换乘。
区间周边地下管线较多,主要沿察哈尔路、福建路两侧分布。
详见下表:
古福区间穿越主要建(构)筑物一览表
编号
建(构)筑物名称
基础
结构
层高
与区间关系
1
住宅楼
条形基础
砖混结构
3~4
侧穿
2
晚市03栋住宅楼
筏板基础
砖混结构
7
下穿
3
晚市02栋住宅楼
筏板基础
砖混结构
7
下穿
4
门店房
条形基础
砖混结构
2
下穿
5
回龙桥12号住宅楼
筏板基础
砖混结构
6
下穿
6
房管所1#住宅楼
条形基础
砖混结构
7
侧穿
7
镇江路2#住宅楼
筏板基础
砖混结构
7
下穿
8
镇江路6#住宅楼
筏板基础
砖混结构
7
下穿
9
房管所7#住宅楼
条形基础
砖混结构
7
侧穿
10
回龙桥乙-1宿舍楼
条形基础
砖混结构
5
侧穿
11
房管所9#住宅楼
条形基础
砖混结构
6
侧穿
12
回龙桥甲-1宿舍楼
条形基础
砖混结构
5
下穿
13
通信局招待所
条形基础
砖混结构
4
侧穿
14
3#住宅楼
人工挖孔桩基础
桩径1m
砖混结构
7
下穿
15
2#住宅楼
人工挖孔桩基础
桩径1m
砖混结构
7
下穿
16
镇江路8号部队
02栋住宅楼
人工挖孔桩基础
桩径1m
砖混结构
7
下穿
17
镇江路住宅楼
条形基础
框架结构
3~7
下穿
18
干休所住宅楼
条形基础
砖混结构
4
侧穿
19
南师大附中
5栋宿舍楼
条形基础
砖混结构
4
下穿
20
南师附中
04栋教工宿舍
条形基础
砖混结构
7
下穿
21
南师附中
2栋教工宿舍
柱下独立基础
框架结构
5
下穿
22
南师附中
1栋教工宿舍
筏板基础
框架结构
5
下穿
23
南师大附中
地下通道
工法桩
框架结构
下穿
24
体育中心
钻孔灌注桩桩基础
框架结构
2~4
侧穿
25
南师大附中
过街天桥
下穿
1.4.2福城区间穿主要越建(构)筑物情况
福城区间线路出福建路站后沿福建路向东北前行,侧穿福建路两侧住宅楼及门店房、行政院长官邸(市级文物)、下穿福建路西桥、福建路桥、房屋、明城墙遗址、爱民桥到达城河村站,详见下表:
福城区间穿越主要建(构)筑物一览表
编号
名称
基础
结构
桩长/层高
与区间关系
备注
1
行政院长官邸
(市级文物)
侧穿
2
福建路西桥
钻孔灌注桩基础
φ1000
简支空心板梁
30
下穿
拆复建
3
福建路桥
钻孔灌注桩基础
φ1000
简支空心板梁
37~44
下穿
4
爱民桥
天然基础
单孔单跨结构
下穿
5
住宅楼
6
下穿
6
住宅楼
条形基础
砖混结构
3
下穿
7
明城墙遗址
下穿
1.5工期要求
1#盾构机在古福区间右线于2018.12月下井始发,掘进至福建路站小里程端接收井后于吊出转场至左线于2019.8月进行二次拼装始发,于2020.1月在福建路站小里程端接收吊出。
右线到达时间2019年06月30日与左线到达2020年1月31日。
1#盾构机在福建路站左线于2020.10.31日下井拼装始发,然后向城河村站进行掘进,于2021.7.31完成掘进接收吊出;2#盾构机在福建路站右线于2020.10.30日下井拼装始发,然后向城河村站进行掘进,于2021.7.31完成掘进接收吊出
第二章工程重难点分析及针对性设计
2.1本工程施工的重点、难点
1、隧道区间在复合地层中,软土到达硬岩地层,极易造成刀盘结饼及地表沉降;
2、古平岗站~左DK17+546区段隧道穿越地层主要为J1-2x-2b层强风化砂岩、③-2b2-3粉质黏土,强风化岩饱和抗压强度7.74MPa,属上软下硬复合地层,盾构盾构姿态不易控制,易引起超挖,从而引起地表沉降;古福区间左DK17+777.5~DK18+197.8区段,存在全断面岩层,中风化岩最高抗压强度达到53.2MPa,岩层硬,掘进难度大,容易造成刀具磨损,推力增大。
3、古福区间左DK18+197.8~福建路站区段(右DK18+276.5~福建路站)分布有粉土、粉砂层,建路站附近分布有②-2b3-4层流塑~软塑粉质黏土,漏水漏浆,姿态难以控制,掘进施工时极易产生坍塌,出现涌水、流砂现象,极易造成地表沉降。
4、区间下穿众多建(构)筑物。
盾构施工不当极易引起建(构)筑物下沉、开裂及倾斜等情况
5、区间线路平面最小转弯半径为300m,纵断面采用“V”型坡,最大纵坡28.0‰,盾构姿态及地表沉降控制难度较大。
2.2针对工程重难点设备的针对性设计
1、隧道区间在复合地层中,软土到达硬岩地层,极易造成刀盘结饼及地表沉降的情况,盾构机进行的针对性技术要求设计。
1)采用两台注浆泵,四路主入口,并配备二次注浆泵。
2)优化刀盘设计,采用合理的开口率。
3)土壤改良系统配置有6个泡沫管路,采用的是单管单泵设计,防止管路堵塞,确保渣土改良效果。
2、古平岗站~左DK17+546区段隧道穿越地层主要为J1-2x-2b层强风化砂岩、③-2b2-3粉质黏土,强风化岩饱和抗压强度7.74MPa,属上软下硬复合地层,盾构盾构姿态不易控制,易引起超挖,从而引起地表沉降;古福区间左DK17+777.5~DK18+197.8区段,存在全断面岩层,中风化岩最高抗压强度达到53.2MPa,岩层硬,掘进难度大,容易造成刀具磨损,推力增大的情况,盾构机进行的针对性技术要求设计。
1)隧道通过上软下硬复合地层时,本区间采用土压平衡盾构机,确保上部土体的稳定性。
2)针对硬岩地层,优化了刀盘设计,刀盘采用4辐条+4面板的设计形式,并配置了34把滚刀,增加两把贝壳刀,同时加强刀箱和刀具的耐磨保护,提高在硬岩地层的适应能力。
3)螺旋机在外护筒内表面及螺杆部位都进行通体的耐磨保护。
4)盾构机最大推力设置了55742KN,脱困为扭矩8687KNm
3、古福区间左DK18+197.8~福建路站区段(右DK18+276.5~福建路站)分布有粉土、粉砂层,建路站附近分布有②-2b3-4层流塑~软塑粉质黏土,漏水漏浆,姿态难以控制,掘进施工时极易产生坍塌,出现涌水、流砂现象,极易造成地表沉降的情况,盾构机进行的针对性技术要求设计。
1)同步注浆系统在盾构机外壳的上、下半部各设有两处注入口,同时可实现分路注浆,能满足及时均匀填充盾尾间隙的要求。
2)螺旋机设置了防涌门剪式(1个),并且配置了渣土改良注入口(8个)。
当盾构机经过透水砂层时,通过有效的渣土改良技术,可有效控制涌砂、涌水现象发生。
3))盾构机具有土压平衡的功能。
4)盾构机配置高密度膨润土注入系统。
5)盾尾处安装了3排钢丝刷,每两排钢丝刷之间都注入足量的盾尾密封脂,以保证盾尾良好的密封性。
4、区间下穿众多建(构)筑物。
施工过程中,易引起房屋下沉、开裂及倾斜等情况,盾构机进行的针对性技术要求设计。
1)盾构机具有土压平衡的功能,并且配置了土压传感器(6个),盾构机在掘进过程中能保持土体稳定,以确保地表沉降严格控制在允许范围内。
2)盾构机配置了同步注浆系统(注浆口数量4路)及二次注浆系统。
5、区间线路平面最小转弯半径为300m,纵断面采用“V”型坡,最大纵坡28.0‰,盾构姿态及地表沉降控制难度较大
1)所选盾构的盾尾间隙设计为60mm,最小转弯半径200m,最大爬坡能力为50‰,设计满足施工要求。
2)测量导向系统选用DDJ类型,精度2(″),全站仪选用LeicaTS16。
测量导向系统满足区间最小曲线半径仅为300米施工的要求。
3)盾构机设置了主动铰接,并配备一把超挖刀,提高盾构机在曲线上的纠偏功能
第三章盾构机技术要求及主要参数
3.1本工程对盾构机的技术要求
本工区隧道地层主要由粉质黏土、中等风化泥岩、含砾粉质黏土、中等风化砂岩、粉砂、粉土组成,所以盾构适应性应是重点考虑的问题。
盾构在此地段的施工时应重点考虑以下原则:
1、良好的土层切削能力;(刀盘及主驱动系统,推进系统)
2、准确、稳定的土压平衡控制能力;(土压控制系统)
3、良好的地层填充能力;(注浆统及后方台车二次注浆台)
4、良好的止浆能力;(盾尾密封系统)
5、良好的土壤改良能力;(泡沫系统)
6、精准的盾构掘进导向能力;(导向系统)
7、可靠的安全装置保护换刀操作人员安全。
(人闸系统)
8、具备足够的刀盘驱动扭矩和盾构推力
9、合理的刀盘及刀具设计
10、盾构具备防喷涌功能
3.2拟选盾构机情况
盾构机型号
铁建重工土压平衡盾构机ZTE
使用地段
南京七号线D7-TA03标土建一工区盾构区间
生产完成时间
2018年10月
设计寿命
10000m
已推进里程
0
设备状态
全新设备
备注
出厂前进行验收
3.3盾构机参数
主部件名称
细目部件名称
参数配置
备注
工程概述
区间名称
南京地铁
主要地质条件
砂质粉土、粉砂、全风化泥岩
管片规格(外径/内径-宽度)
6200/5500-1200/1500
管片分块数量
3+2+1
管片纵向连接数量
16
管片最大重量(t)
5
隧道坡度(‰)
28
最小水平曲线半径(m)
300
整机概述
设备型号
ZTE
主机长度(m)
约8.39
含刀盘
整机总长(m)
约84
总重(t)
约450
装机功率(kW)
约1700(仅设备上)
水平转弯半径(m)
200
纵向爬坡能力(‰)
50
刀盘
类型
复合式
开挖直径(m)
6440
刀盘开口率(%)
约38
主要结构件材质
Q345C
泡沫口数量(个)
6
主动搅拌臂数量(个)
2
耐磨措施
刀盘面板和外周焊接耐磨钢板
刀具
中心刀具(把)
4把(双联)
正面滚刀(把)
22
边缘滚刀(把)
12
切刀(把)
32
贝壳刀(对)
8
边缘刮刀(对)
8
刀间距(mm)
95
注水保护刀(对)
5
刀高配置
滚刀175mm
切刀130mm
磨损检测点数量(个)
1
中心回转接头
通道数量
6路泡沫+液压+电气
主驱动
驱动型式
液压驱动
支承类型
中心支承
驱动数量(组)
8
转速范围(rpm)
0-3.45
额定扭矩(kNm)
6846
脱困扭矩(kNm)
8687
最大工作压力(bar)
10
主轴承类型
3排圆柱滚子轴承
主轴承直径(mm)
3020
主轴承寿命(h)
≮10000
ISOL10
密封型式
外密封1道端面聚氨酯密封+1道轴向聚氨酯密封+1道橡胶密封;内密封2道唇形密封
密封润滑方式
自动润滑
盾体
超前注浆孔数量(个)
10
前盾外径/板厚(mm)
6410/50
被动搅拌臂数量(个)
2
前盾壳体润滑孔数量(个)
6
土压传感器数量(个)
6
中盾直径(mm)
6400/40
中盾壳体润滑孔数量(个)
6
尾盾直径(mm)
6390/35
尾盾密封刷(道)
3道钢丝刷
尾盾止浆板(道)
1
盾尾间隙(mm)
30
同步注浆管数量(根)
2×4+4
内置式
注脂管数量(根)
2×6
盾体主要结构件材质
Q345B
人舱
型式
双舱并联
主舱容纳人数(个)
3
副舱容纳人数(个)
2
最大工作压力(bar)
5
螺旋输送机
螺旋轴型式
有轴式
筒体内径(mm)
820
最大通过粒径(mm)
300×590
最大出渣能力(m3/h)
350
驱动形式
后部中心驱动
驱动组数量(组)
1
最大扭矩(kN.m)
178
转速范围(r/min)
0-19
旋转方向
正/反
出渣门数量(道)
2
双闸门
防涌门形式
剪式(1个)
观察口数量(个)
5
渣土改良注入口(个)
8
土压传感器数量(个)
1
保压泵接口
有
油缸伸缩行程(mm)
1000
密封
3道唇型密封
密封润滑方式
自动润滑
管片拼装机
型式
双梁式,机械抓取
转速范围(rpm)
0~1.3
纵向移动行程(mm)
2000
径向提升行程(mm)
1200
自由度数量(个)
6
旋转角度(°)
±200
抓取能力(kN)
120
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