盾构掘进中的关键技术以及事故处理对策以及预防方案.docx
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盾构掘进中的关键技术以及事故处理对策以及预防方案
盾构掘进中的关键技术以及事故处理对策以及预防方案
1.概述
1.1工程概要
1.2国内外类似工程实例介绍
本工程中的主要课题为:
高水压、长距离施工、高速度施工。
这里介绍的施工实例除了与上述课题有关的实例外,也介绍了地下对接的实例。
*资料1高水压的施工实例(水压在0.5Mpa以上)
No
工程名
总长(m)
最小曲率半径(m)
最大上覆土(m)
最大水压(Mpa)
土质
盾构外径(mm)
机种
有无铰接
盾尾密封种类
层数
盾尾密封充填材料注入方法
轴承密封
1
八王子城遗址隧道(第4)工程
533.1
603.5
180
0.8以上
块状砂岩
5,050
泥水
有
密封刷
4
机内注入
多层卷边型4道
2
今井川地下调节池工程(第4)
2,810
130
85
0.76
固结淤泥和砂的互层
12,140
泥水
有
密封刷+紧急止水
4+1
从机内注入,刷间3室注入
多层卷边型4道
3
西梅田附近管线新铺工程第2工区
1,497
50
66
0.7
冲积粘土、砂、砂砾互层
8,180
泥水
有
密封刷
4
机内注入
多层卷边型3道
4
扇岛盾构隧道(海上工区)新建工程
520
-
60
0.66
洪积层、固结淤泥、细砂(部分砾石)及冲积粘土
9,100
泥水
无
钢丝刷
4
从机内注入,刷间3室注入
多层卷边型3道
5
扇岛盾构隧道(陆上工区)新建工程
1,448
800
60
0.65
洪积层、固结淤泥、细砂(部分砾石)
9,080
泥水
无
密封刷+聚氨酯
3+1
从机内注入,刷间2室注入
多层卷边型3道
6
横滨市末广支线下水道工程
1,803
250
65
0.62
硬土
4,680
泥水
无
密封刷
3
从机内注入,刷间仅第1室注入
多层卷边型3道
7
天保山冲盾构工程
2,192
100
56
0.60
洪积粘土
3,050
泥水
有
密封刷
3
从管片一侧注入
中央轴承型式
8
西梅田附近管路新建工程第一工区
1,808
35
65
0.60
冲积粘土、砂砾的互层
7,260
泥水
有
密封刷
3
从机内注入,刷间2室注入
多层卷边型3道
9
东京湾横断道路中央隧道木更津北
2,419
2,500
16.3+(28)
0.60
成田层、人工地层
14,140
泥水
无
密封刷+紧急止水
4+1
从机内注入,刷间3室注入
多层卷边型4道
10
东京湾横断道路川崎隧道浮岛北
2,803
1,650
17.7+(26.7)
0.59
冲积粘土、洪积砂土、洪积粘土及加固地基
14,140
泥水
无
密封刷+紧急止水
4+1
从机内注入,刷间3室注入
多层卷边型3道+单层卷边
11
东京湾横断道路川崎隧道浮岛南
(1)
2,853
1,650
17.7+(26.7)
0.59
冲积粘土、洪积砂土、洪积粘土及加固地基
14,140
泥水
无
密封刷+紧急止水
4+1
从机内注入,刷间3室注入
角密封+方形密封复数道+圆盘密封
12
东京湾横断道路中央隧道木更津南
2,775
2,500
15
0.59
粘性土、砂质土
14,140
泥水
无
密封刷+紧急止水
4+1
从机内注入,刷间3室注入
多层卷边型4道
13
东京湾横断道路中央隧道川人北
(1)
2,100
-
19.6+(28)
0.59
有乐町层、七号地层、成田层
14,140
泥水
无
密封刷+紧急止水
4+1
从机内注入,刷间3室注入
多层卷边型4道
14
东京湾横断道路川崎隧道川人南
(1)
1,800
-
19.6+(28)
0.59
有乐町层、七号地层
14,140
泥水
无
密封刷+紧急止水
4+1
从机内注入,刷间3室注入
多层卷边型4道
15
东京湾横断道路中央隧道川人南
(1)
1,751
-
19.4+(28)
0.59
DDM、粘土、砂质土
14,140
泥水
无
密封刷+紧急止水
4+1
从机内注入,刷间3室注入
多层卷边型4道
16
东京湾横断道路川崎隧道川人南
(1)
1,751
-
19.3+(28)
0.59
DDM、粘土、砂质土
14,140
泥水
无
密封刷+紧急止水
4+1
从机内注入,刷间3室注入
多层卷边型4道
17
上二支线新建工程(管路第一工区)
2,019
100
59.6
0.57
粘土、砂质土
6,360
泥水
有
密封刷
4
从机内注入,刷间3室注入
多层卷边型3道+V形密封2道
18
梦州-舞州海底共同沟工程
(2)
562
150
45
0.57
洪积粘土、冲积粘土、洪积砂、砂砾
6,360
泥水
有
3列密封刷,注聚氨酯
3
从机内注入,刷间仅第1室注入
多层卷边型3道
19
新羽末广干线江崎支线下水道工程
468
90
58
0.56
固结淤泥和砂的互层
3,780
泥水
有
密封刷
3
从机内注入,刷间2室注入
V形密封3道
20
新羽末广干线江崎支线下水道工程(3)
4,435
80
58
0.55
固结淤泥和砂的互层
9,450
泥水(球体)
有
密封刷+紧急止水
4+1
从机内注入,刷间3室注入
多层卷边型3道
21
东吴野幸浦下水道工程
1,650
20
67
0.55
混有浮石的固结粘土、微细砂
3,280
泥水(MSD)
有
密封刷
3
从机内注入,刷间2室注入
角密封+方形密封复数道+圆盘密封
22
外郭放水路第2工区隧道新建工程
1,920
250
52
0.55
成田层群砂质土、粘性土
12,140
泥水
有
密封刷+紧急止水
4+1
从机内注入,刷间3室注入
角密封+方形密封复数道+圆盘密封
23
外郭放水路第3工区隧道新建工程
2,592
250
52
0.55
成田层群砂质土、粘性土
12,040
泥水
有
密封刷+紧急止水
4+1
从机内注入,刷间3室注入
多层卷边型4道
24
外郭放水路第4工区隧道新建工程
1,235
250
54
0.55
成田层群砂质土、粘性土
12,040
泥水
有
密封刷+紧急止水
4+1
从机内注入,刷间3室注入
多层卷边型4道
25
横滨湘南线盾构工区
1,769
40
56
0.55
粘性土、砂、砂砾
2,520
泥水
有
密封刷
3
从机内注入,刷间2室注入
角密封+方形密封复数道+圆盘密封
26
弥生町干线
182(59)
20
54
0.54
粘性土、砂、砂砾
5,950
泥水球体纵贯
有
密封刷
3
从机内注入,刷间2室注入
角密封+方形密封复数道+圆盘密封
27
东花台泵站送水管(3)
1,642
90
54
0.50
洪积细砂、砂砾、淤泥
5,370
泥水
无
密封刷
3
从管片一侧注入
多层卷边型3道
28
港北变电所附近新建工程(2工区2)
1,161
20
53
0.50
硬土、砂
5,240
泥水
有
密封刷
3
从管片一侧注入
多层卷边型2道+单层卷边1道
*资料2长距离施工的实例(总长度在2,500m以上)
No
工程名
全长(m)
盾构机外径(mm)
水压(Mpa)
到盘转速(rpm)
掘进速度(mm/min)
土砂密封安装直径(mm)
土砂密封的转动距离(km)
工法
备考
1
东西联系天然气导管新建(木更津)工程
9,030
3,620
0.55
0.6-2.8
平均50-70
650
-
泥水
掘进中
2
东西联系天然气导管新建(东扇岛)工程
9,030
3,590
0.60
掘进中
掘进中
-
-
泥水
掘进中
3
春日井共同沟
6,800
4,780
0.15
1.1
30
2,610
2,040
土压
4
学园丰崎间管路新设工程(3工区)
6,500
5,750
0.35
1.38
60
1,700
2,908
泥水
5
神明-苏我共同沟盾构隧道
5,360
5,620
0.27
掘进中
掘进中
-
-
泥水
掘进中
6
学园丰崎间管路新设工程(2工区)
5,031
5,750
0.50
1.3
50
3,620
1,488
泥水
7
石冈隧道(第二工区)
5,000
4,040
0.40
1.9-3.0
平均45
1,400
1,466
泥水
转速4档,U形密封4道,掘进中
8
新羽末广干线下水道(第3)
4,435
9,450
0.54
0.65
16
5,050
2,831
泥水
9
姬路线饰磨盾构工程
4,126
2,690
0.13
3.2
50
2,520
2,091
土压
10
东吴野幸浦线下水道
4,041
3,280
0.88
-
-
-
泥水
11
桑名地区洞道新建工程(工区4)
3,949
5,150
0.25
1.18
(30)
732
357
土压
12
北干、秋间T(东)
3,805
-
-
-
-
-
-
半机械挖
TEK-ECL
13
须磨浦污水干线
(1)
3,749
3,080
0.26
2
(30)
2,720
2136
泥水
14
关门海峡穿越管线铺设
3,593
2,340
0.36
3
10.5
2,080
6,673
泥水
内周径1,030m
15
浪速-关目间光缆工程
3,550
3,690
-
-
-
-
-
泥土压
16
春日井共同沟大泉寺工程
3,390
4,800
-
-
-
-
-
泥土压
17
Pirika发电站新建工程土木部分
3,354
3,330
0.20
1.9
20
1,361
1,361
泥水
18
江户川-葛西光缆工程
3,307
2,930
-
-
-
-
-
土压
19
山崎川右岸雨水干线下水道
3,287
3,490
0.18
1.7
30
620
285.8
泥水
中间竖井进行刀头更换
20
中央污水干线工程
3,248
2,130
0.30
3
(35)
1,910
1671
土压
21
学园丰崎间管路新设工程(4工区)
3,245
5,750
0.55
1.3
18
1,800
2,750
1,312
2,004
泥水
22
京滋线R24号东西线盾构
3,220
2,746
0.02
-
-
-
-
泥土压
23
上尾与野联系管路(3工区)
3,220
3,600
0.17
1.46
51
1,250
362
泥水
24
千里山田干线下水管渠工程
3,129
1,940
0.12
-
-
-
-
泥土压
25
楠味美共同沟
3,075
4,890
0.14
0.96
30
2,000
618
土压
26
大里右岸干线导水路2工区
3,040
2,480
-
-
-
-
-
泥水
27
西广濑干线第3工区
3,006
2,130
0.23
2
30
1,881
1184
土压
28
热海市南热海干线管路工程3
3,000
2,720
0.40
5.3
30
2,600
4,329
泥水
29
大阪-浪速网络光缆工程
2,962
3,280
0.20
-
-
-
-
泥水
30
淡路-大阪间光缆工程
2,955
3,840
-
-
-
-
泥水
31
新鸣海雨水干线下水道
2,953
3,940
0.02
-
-
-
-
泥土压
32
那珂导水路水户隧道工程
(1)
2,920
5,520
0.38
-
-
-
-
半机械挖
33
横滨干线共同工程区间盾构
2,913
4,090
0.18
-
-
-
-
泥水
34
东神奈川-小机企业间并设洞道
2,900
4,090
0.29
1.17
30
2,800
994
泥水
35
桑名地区洞道新建工程
2,897
5,150
0.30
1.12
17.9
3,900
3,200
1,651
1,822
土压
36
171号清水共同沟
2,880
4,430
-
掘进中
掘进中
600
掘进中
土压
37
东京湾横断道路(川崎隧道浮岛南工程)
2,853
14,140
0.59
0.38
平均30
7,258
1,040
泥水
38
地下放水路加美调节池工程
2,843
8,130
0.15
-
-
-
-
泥水
39
日本堤干线工程
2,840
4,700
0.15
-
-
-
-
泥土压
40
铁干线(1工区)
2,836
2,130
0.09
2.6
60
380
147
泥土压
中央轴承构造
*资料3宽管片的施工实例(宽度在1.5m以上)
在国外,巴黎A86号环线东部隧道(法国)、绿心隧道(荷兰)、里昂公路隧道(法国)、威斯特-谢尔德顿隧道(荷兰)、第4艾尔贝公路隧道(德国)等工程中有管片宽度超过2m的事例。
No
工程名
全长(m)
管片宽(mm)
管片外径(mm)
管片种类
工法
备考
1
营团13号线高田A线工区工程
1,245
1,600
6,600
RC
土压
2
东京湾横断道路中央隧道木更津北
(1)
2,419
1,500
13,900
RC
泥水
3
东京湾横断道路中央隧道川人北
(1)及
(2)
2,100
1,500
13,900
RC
泥水
4
东京湾横断道路川崎隧道川人北
(1)
1,800
1,500
13,900
通缝
泥水
5
东京湾横断道路中央隧道川人南
(1)及
(2)
1,750
1,500
13,900
RC
泥水
6
东京湾横断道路川崎隧道浮岛北工程
2,802
1,500
13,900
RC
泥水
7
东京湾横断道路川崎隧道川人南工程
1,751
1,500
13,900
RC
泥水
8
神田川环状7号线地下调整池(二期)盾构工程
2,497
1,500
13,200
RC
泥水
施工中
9
首都高速中央环状线新宿线SJ11(4)-SJ31(外环)
2,650
1,500
13,050
RC
泥水
DC、DRC、ST为1200
10
中央环状线新宿线SJ43工区(1-2)隧道
1,040
1,500
11,900
RC
泥水
11
SJ51工区-SJ53工区(外环)隧道
2,018
1,500
11,800
RC平板型
泥土(气泡)
12
SJ51工区-SJ53工区(内环)隧道
2,020
1,500
11,800
六角形
泥土
13
SJ33工区34工区
(1)隧道
1,520
1,500
11,360
RC钢制
泥水
往返总长
14
平野川调节池
1,690
1,500
11,300
RC
泥土压
15
SJ46工区
(2)隧道工程
1,140
1,500
11,220
RC
泥水
16
常新、加平隧道
1,154
1,500
10,400
RC
泥水
17
常新、三轮隧道
2,219
1,500
10,000
RC
泥水
18
常新、绫濑川隧道
2,056
1,500
10,000
RC
泥水
19
常新、台东隧道
1,204
1,500
10,000
RC
泥水
20
常新、南流山隧道
655
1,500
10,000
RC
泥土
*资料4地下对接工法的比较
工法名称
传统工法(同时使用冰冻法)
机械式地下对接(贯入环方式)
工法的概要图
贴冰冻管
放射冰冻管
贴冰冻管
放射冰冻管
从两侧盾构进行施工
掘进时
对接时
接收侧盾构机
伸出侧盾构机
管片
贯入环
贯入室
盾构壳
伸缩刀头
刀头缩小
刀头移出
盾构壳
盾构壳
管片
管片
2次浇注混凝土
贯入环伸入
刀头移出
施工顺序
1.相互盾构机到达对接地点
(确认钻孔以及修正掘进)
2.第一次拆除机内设备
3.搬入冻结设备并开机
(从机内钻孔,使用面板冻结管)
4.用测温管确认冻结范围
5.第二次拆除隧道内设备
6.结合部位的安装
7.衬砌混凝土结合施工
1.相互盾构机到达对接地点
(确认钻孔以及修正掘进)
2.将刀盘收到舱内
3.推出贯入环
4.压紧受压橡胶环
5.盾构机内设备拆除
6.衬砌混凝土结合施工
工法的特征
传统工法,业绩较多
工法具有确实性
可以适用于超大口径
原则上不需要辅助工法
对接工期短
可以对抗高水压
施工实际业绩
东京湾横断道路直径14.14m、8工区
水压6kgf/cm2
横滨污泥工厂直径9.70m
水压3kgf/cm2
临海铁道大井町隧道直径7.26m
水压3kgf/cm2
中电新名火力电站天然气导管直径4.10m
水压4kgf/cm2
龟户给水所间送水管直径2.88mTubeshield工法水压4kgf/cm2
本工程中的课题(大口径、大深度)
工期如何缩短
冷冻设备的组织安装
冻结厚度的形成和维护管理
贯入环、受压橡胶环的构造
贯入环、受压橡胶环搬入现场和安装
外圈环的支持方法
如何在岩石条件下对应和对接
1.3本工程的难点和特征
1.3.1伴随着盾构施工产生的对已有结构物的影响
本施工中,不光在武昌一侧及汉口一侧的工作井的位置处其上覆土厚度较低,而且存在有重要的建筑物,因此有必要讨论其对策。
下面对讨论的流程以及对策等进行说明。
(1)讨论的顺序
盾构施工时对已有结构物的讨论顺序一般为如下所示的流程。
即将施工结构物的规划、设计
一般范围
临近程度的判断 一般工程
需要注意范围或需要进行对策范围
设定已有结构物的容许
位移和变形量
讨论施工对策
推测已有结构物的位移 FEM分析计算等
变形量
NO
与容许值比较
YES
临近前测量
(实施临近施工)
监测计划
施工
监测管理
NO
与管理值相比较 追加施工对策
YES
NO
位移・变形收敛?
YES
结束
(2)临近程度的划分和对策的内容
临近程度的判断时要根据将要施工的结构物的施工方法、将要施工结构物和已有结构物的距离、已有结构物的规模、施工方法、形态以及机能和地质条件等综合进行考虑后来进行判断。
临近程度的划分和对策的内容一般如以下表格的内容所示。
临近程度的划分
对策的内容
区分
内容
一
般
范
围
(Ⅰ)
新结构物在施工时不会对已有结构物产生位移、变形上的影响的范围。
一般来说不需要采取特别的对策。
需
要
注
意
范
围
(Ⅱ)
新结构物在施工时一般可认为对已有结构物不产生位移、变形上的有害影响,但个别会产生影响的范围。
原则上在新结构物施工中从该施工上进行对策处理,推测已有结构物的位移和变形,与容许值进行比较,根据比较的结果和实际的状况来实施合适的对策。
另外,为了能安全顺利地施工,需要对已有结构物、周围地层以及包括临时结构物在内的新结构物的响应进行监测和管理。
需
对
策
范
围
(Ⅲ)
新结构物在施工时将使已有结构物发生位移、变形等有害影响的范围。
对新结构物在施工中必须采取对策措施,同时推测计算已有结构物的位移和变形量,并将其与容许值进行比较后,讨论其影响程度,实施对策方法。
同时为了能安全顺利地施工,需要对已有结构物、周围地层以及包括临时结构物在内的新结构物的响应进行监测和管理。
盾构工法产生的地表面沉降、周围地层的变形、位移的原因一般来说有以下几种。
・掘削面的塌方导致空隙的产生
・壁后注浆(过多・过少)
・盾构推力过大
・固结沉降
・竖直土压力的减少
例如,《地下输电线土木工程中的结构物临近设计、施工指南》(社团法人日本隧道技术协会)中,对于新结构物施工时的盾构工法,如果临近结构物是扩展基础、沉箱、桩基础的情况时,其范围规定如下图所示。
新结构物采用盾构法施工时已有结构物为直接基础、沉箱和桩基础的情况下的影响范围
a:
需采取对策范围(Ⅲ):
由①和②来决定的范围
1b≦B2、f≧0
2b≦max(3B2、10m)、f≧(b-B2)・tan(45°+φ/2)+Df1
b:
需注意的范围(Ⅱ):
由①和②决定的范围中除去(Ⅲ)的范围
1b≦2B2、f≧0
2f≧(b-2B2)・tan(45°+φ/2)+Df1
c:
一般范围(Ⅰ):
(Ⅱ)和(Ⅲ)以外的范围
(3)临近施工的对策措施
在选择临近施工时的对策措施时,要对其施工难易性、安全性、工期和经济性等进行综合评价,选择最为合适的对策方法之后,还有必要和已有结构物的管理者进行充分的协商。
就对策方法来说,其主要目的是对伴随着新结构物施工产生的变形等的传播进行抑制,考虑到临近结构物的对策主要可以分成如下所示的三大类别。
注浆法
地基加固・改良
高压旋喷法
冰冻法
泥水固化法
搅拌桩墙工法
地下连续墙工法
钢管板桩工法
钢板桩工法
隔离保护法
注浆工法
高压旋喷工法
冰冻法
泥水固化工法
管棚法
通过加墙、补桩等加固
直接加固
对已有结构物
加固
托换工法
用锚杆、拉杆加固
在通过与结构物的拥有方、管理方进行协商以后,从上述工法中,选择最为合适的工法。
*参考资料:
临近施工工程中不同管理部门的容许值、管理值的例子(日本的例子)
尽管容许值和管理者的最终确定要和各管理部
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- 盾构 掘进 中的 关键技术 以及 事故 处理 对策 预防 方案