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1、南宁市轨道交通1号线一期工程土建施工10标白苍岭站-火车站区间盾构更换刀具方案比选中铁十六局集团南宁轨道交通一号线土建10标项目部二一五年七月目 录1.停机原因12.停机位置及概况12.1停机位置12.2地质概况32.3周边环境概况73.盾构机更换刀具方案103.1盾构机概况103.2刀盘及刀具配置情况103.3 换刀方案114.方案一：带压开仓换刀方案简述134.1.带压开仓换刀方案概述134.2施工方案主要工艺及措施135.方案二：降水常压进仓换刀方案简述155.1 概况简述155.2 施工方案及主要工艺156.方案三：降水后洞门破除方案简述206.1 概况简述206.2施工方案及主要工艺
2、217.方案比选及建议方案247.1方案比选247.2建议方案241.停机原因南宁市轨道交通1号线一期工程土建施工10标白苍岭站-火车站区间左线盾构在推进至切口里程ZSK15+555.392，对应刀盘里程ZSK15+556.172（此时盾构机推进802环，油缸伸长量550mm，刀盘刀具已嵌入车站连续墙300mm）处时，刀盘扭矩增大至4MNm，速度为1mm/min以内，连续推进4日，平均每班推进仅为10mm左右，再考虑已经掘进1209米的圆砾、泥岩地层，经分析和经验判断部分刀具磨损严重功能失效，特别是线速度大的周边刀具，决定开仓检查和更换刀具。2.停机位置及概况2.1停机位置目前盾构停机里程为Z
3、SK15+556.172，导向系统显示切口里程为ZSK15+555.392（ZSK15+583.93减去左线长链28.538m）。连续墙原设计采用标号C35混凝土，现场实测混凝土为46MPa。连续墙厚1000mm，安装接收钢套筒前将连续墙洞门凿除约300mm，剩余连续墙厚度约700mm靠盾构刀盘磨通，目前盾构刀盘已磨掉300mm，剩余约400mm。平纵面位置见下图：图2-1 盾构机刀盘与连续墙平面位置关系图图2-2 盾构机刀盘与连续墙剖面位置关系图图2-3 刀盘与墙体关系示意图2.2地质概况1.地质构造南宁市地形是以邕江宽广河谷为中心的盆地形态，地形平坦，第四系沉积物为邕江河流冲积砂砾层及土层
4、，下伏基岩为下第三系泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩。地面高程一般71.478.5m。一号线均处于邕江北岸，本标段地表水体主要为邕江支流朝阳溪，河床宽约30m，河床底深约34m，具有城市排污、排洪功能。区间范围上覆地层主要为第四系上更新统望高组上段（Q3w2）地层，岩性由上至下分别有棕红色、黄色斑状粘性土，黄色、灰色粉土，黄色、灰白色砂，局部地段有深灰色淤泥质粉质粘土，下伏基岩为半成岩的湖相沉积的泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩等碎屑岩，含有煤系，岩石固结成岩的程度差。素填土2（Q4ml）：灰色黄褐色，稍湿湿，松散稍密状态，主要成份为粘性土，夹少量碎石、圆砾。偶见植物根系，上部一般为混
5、凝土路面，厚约30cm，位于混凝土路面以下的经碾压呈稍密状态层厚0.402.00m，平均层厚1.25m；本层广泛分布于场地浅部，由于土层厚度均较小，开孔时大部分已用人工掏孔挖除，本层原位测试实验数据偏少。粘土2-1（Q3alw2）：褐黄色，硬塑坚硬状态，含少量灰白色高岭土，含黑色铁锰质氧化物，切面稍具光泽。孔隙比平均值0.650，液性指数平均值0.05，压缩系数平均值0.15 MPa-1，为中压缩性土；层面埋深1.005.10m，层厚2.007.10m，平均3.80m，本层在整个车站段均有分布，形成连续地层。粉质粘土2-2（Q3alw2）：褐黄色，硬塑坚硬状态，含少量灰白色高岭土，含黑色铁锰质
6、氧化物，切面稍具光泽。孔隙比平均值0.650，液性指数平均值0.05，压缩系数平均值0.15 MPa-1，为中压缩性土；层面埋深1.005.10m，层厚2.007.10m，平均3.80m。粉土1（Q3alw2）：褐黄色，稍密，稍湿很湿，土质较均匀，含少量砂，摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低，手捏具砂感；层面埋深4.608.50m，层厚变化较大，层厚在0.805.30m间，平均2.97m。粉（细）砂1-1（Q3alw2）：黄色，灰色，饱和，松散稍密，主要为粉砂，局部为细砂，颗粒均匀，级配不良。层厚0.5-8.8m，平均3.78m。标贯实测击数3-13击，平均7.1击，修正击数平均5.8
7、击，本层在拟建场地内大部分地段有揭示。圆砾1-1（Q3alw2）：灰色、乳白色、褐黄色等，稍密中密，局部密实，饱和，以砾石为主，少部分卵石，磨圆度较好，以次圆状为主，部分滚圆状或次棱角状，成分以石英岩、硅质岩为主。浅黄色、白色等浅色者为石英，褐色、深灰色等为硅质岩，为邕江河流冲积成因。层面埋深10.7025.00m，层厚1.9014.10m，平均9.09m，重型动力触探试验修正后击数7.018.9击，平均12.16击。本层在整个车站段内均有分布，形成连续地层。粉砂岩、泥质粉砂岩2-2（E）：青灰色、灰色，成岩程度较浅，呈密实砂状或粉土状，粉细砂质结构，含泥质，岩芯呈柱状，切面具蜡状光泽；遇水易
8、软化，风干易开裂，岩芯呈散砂状；层面埋深20.8-29.9m，揭示厚度1.2-5.5m，平均2.71m。标贯试验实测击数32-48击，平均42.8击，修正击数平均29.9击。为极软岩，岩体破碎，岩体基本质量等级V级。本层在局部地段有分布，不连续。2.水文地质本区间在钻探深度范围内，场地内有两层地下水：第一层地下水主要赋存于素填土2中，属上层滞水，该层地下水水量贫乏，主要由大气降雨及生活废水补给，水位埋深与填土层的厚度有关，无统一水位。第二层地下水主要赋存于圆砾、卵石及砂土层中，属孔隙松散岩类水，水量丰富，由于邕江防洪堤的建设，该层地下水与邕江水力的联系趋弱。本区间段主要穿越渗透系数较大的圆砾层
9、厚度较大，且连续，初见水位埋深为7.2013.00m，标高为63.2368.65m，稳定水位埋深为6.7011.00m，标高为66.1169.35m，压水头差别较大是因为含水层层面起伏所致。拟换刀位置的水文情况与区间基本一致，初见水位埋深约为8.9m，稳定水位埋深约为5.6m。 各岩土层渗透系数建议值表 表2-1层号岩土名称渗透系数K（m/d）透水性评价备 注渗透试验抽水试验建议值2素填土-0.1弱透水松散稍密2-1粘土-0.001微透水硬塑状2-2粉质粘土-0.003微透水硬塑状1粉土0.10-0.5弱透水稍密1-1粉（细）砂-4中透水松散稍密1-1圆砾67.775.195.190强透水稍密
10、中密1-2卵石-120强透水中密1-3泥岩、粉砂质泥岩-0.01弱透水半岩半土状 （3）停机位置地质概况停机位置覆土厚约14.57m，隧顶地层情况从上至下为：素填土2（2.4m）、粘土2-1（0.9m）、粉质粘土2-2（2.7m）、粉土1（8.57m），洞身范围内地层情况从上至下为：粉土1（1.5m）、圆砾1-1（4.5m），具体地质剖面图如下：图2-4 勘探孔位置示意图图2-5 地质剖面图2.3周边环境概况1.接收端围挡外侧为中华路，双向四车道及2条非机动车道，主要为南宁站旅客通行，为东西向主通道。接收端1号线吊出口设了2个盾构吊出井，用于1号线白苍岭站-火车站盾构吊出。图2-6 接收端交通
11、疏解平面图2.火车站北端为国铁火车站及国铁火车站前广场及中华路，广场下方有2011人防工程，中华路下方为花坛人防工程，本次盾构抵达的地表上方为花坛人防结构。图2-7 花坛人防与拟换刀位置平面关系图南宁市火车站站前花坛人防工程修建于1987年，位于中华路与朝阳路交叉路口下方，室内净高3.9m，为5级掘开式一层人防工程，包括主体工程，东、西通道及朝阳过街地道，朝阳通道。基地绝对标高为67.369.5m，沿中华路柱跨为7.2m，朝阳路柱跨为6m，该人防工程顶板厚500mm，底板厚400mm，顶纵梁为5501500mm，柱子尺寸为600800mm，覆土为1.1m。经现场调查，发现现场由于11标在施工火
12、车站主体围护结构时已破除部分，已局部已破坏，花坛人防内顶板板厚应为400mm500mm，顶板存在很多上翻梁，高度在1m左右，而实际揭露的底板比图纸描述的厚，甚至有达到1.5m左右。现场调查照片如下：图2-8 11标施工主体围护结构破除的人防花坛人防内部已填充有水，如下图，内部柱间为拱形结构与自治区人防单位描述相符。3.周边目前没有其他管线等。图2-9 人防照片3.盾构机更换刀具方案3.1盾构机概况本区间采用海瑞克S858泥水平衡盾构机负责本标段盾构区间施工。S858为开挖直径6280mm泥水平衡盾构机，由主机、连接桥和七节台车组成，总体外形尺寸：6250*8700mm.主机分为刀盘、前盾、中盾
13、、盾尾、连接桥、拖车、液压系统、油脂系统、泥浆循环系统、注浆系统、电气系统组成。主机外形尺寸：前盾6250mm，中盾6240mm，盾尾6230mm。3.2刀盘及刀具配置情况1.刀盘刀盘外形尺寸：装刀开挖6280mm，总厚750mm。结构：刀盘前端面有8条辐板（开孔率35%），其上配有滚刀（撕裂刀）座、刮刀座和4根搅拌棒，刀盘与驱动装置采用法兰连接，法兰与刀盘之间是靠四根大臂相连。刀盘周边焊有耐磨条，前端面焊有格栅状的Vaudit耐磨保护材料。2.刀具刀盘刀具由16把单刃滚刀、24把撕裂刀、46把刮刀（含8把边缘刮刀）、16把焊接撕裂刀组成。3.3 换刀方案根据以上情况描述，拟定三个方案，分别叙
14、述如下。撕裂刀刮刀边缘刮刀焊接撕裂刀单刃滚刀图3-1 刀盘正面图图3-2 刀盘侧面图4.方案一：带压开仓换刀方案简述4.1.带压开仓换刀方案概述1.各大城市地铁施工当中，盾构换刀普遍采用带压开仓的施工方法，该工艺已经相当成熟，按照相关工法和规范，可保证施工安全。中铁十六局集团有限公司从事地铁施工多年，曾经多次采用带压开仓换刀，南水北调穿黄盾构施工采用该工艺进行过300次左右的换刀，北京直径线采用该工艺进行盾构换刀，东莞大朗区间也采用该工艺进行盾构换刀，均成功实施，在这方面施工积累了丰富的施工经验。2.带压开仓换刀方案的关键如下几点采用优质泥浆进行循环，在支撑切口环处制成泥膜，再通过仓内压力设定，与泥模外界水土压力达到平衡，形成一个不漏水、不漏气的安全封闭空间。根据地质情况、水土压力等分析与计算，同时考虑进仓工作人员对压力的适应性，保证人身安全前提下，设定开仓理论工作压力值。进行该工艺施工单位必须有丰富的施工经验，工人必须经过专业培训。3.目前盾构机的刀盘已经嵌入接收端头连续墙0.3m，前方掌子面相对比较安全。盾构切口环与刀盘剩余部分与外界土体直接接触，而上半部分接触土体为粉土层，下部分接触土体为富水圆砾层，这样的土层对于准备形成泥膜层比较有利。最近在盾构停机时，项目部用普通泥浆试制泥膜进行保压实验，基本在1.21
