《国内首条海底盾构隧洞施工介绍.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国内首条海底盾构隧洞施工介绍.doc（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、国内首条长距离大断面海底盾构隧洞掘进施工介绍周峰1，梁奎生1，张健1（1.中铁隧道股份有限公司）摘要：台山核电站1#、2#取水隧洞是国内首条长距离大断面海底盾构隧洞工程，通过不断摸索和实践，成功地解决了盾构机选型、盾构始发、海底孤石处理等几项关键技术和施工屏障，这些施工经验为今后的类似工程提供了借鉴和指导作用。Abstract：Water intake tunnel 1# and 2# of Taishan Nuclear Power Station project is the first tunnel constructed by shield machine under the sea
2、with a long distance and a large excavation surface in China. Type selection, commencement of shield machine, boulder treatment and some other key techniques and barriers have been sucessfully done through continuous study and practice, the experience of which has provided the similar project with r
3、eference and guidance.关键词：海底隧洞；盾构；施工Keywords：under-sea tunnel；shield；construction一、 绪论1.1 国内水底隧道施工现状国内已成功地建设了多条水底盾构隧道，如武汉长江隧道、南水北调工程穿黄隧道、广深港客运专线狮子洋隧道等，但还未有海底施工的先例，且在水底的连续掘进距离都未超过4000Km，台山核电站1#、2#机组取水隧洞是国内首条穿越海底的盾构工程，下面介绍本工程的关键施工技术。1.2 工程概况图1-1 工程范围平面图隧洞穿越陆域腰古咀至大襟岛之间的海域，平面轴线均为直线, 北西南东向展布，为两条平行输水隧洞，隧洞
4、中心间距29.2m，隧洞起讫里程为DK0+030DK4+360.6，建筑长度4330.6m/条。隧洞起点里程DK0+030至DK+123.2为40.4，DK+123.2DK1+754为8的下坡，DK1+754至隧洞终点里程DK4+360.6为2的下坡，竖曲线半径5000m，最大埋深约55.75m。隧洞连接陆域侧和大襟岛侧取水构筑物（含工作井），取水构筑物采用明挖法施工，隧洞两侧部分岩石段采用钻爆法施工，中间部分采用盾构法施工，见图1-1。隧洞内径7.3m,外径8.7m，采用盾构管片和二次衬砌复合支护结构。其中盾构管片厚度0.4m，作为隧洞的主体结构，二次衬砌厚度0.3m。1.3 工程地质本工程
5、钻爆法施工穿越地层为强、中等风化花岗岩，围岩属弱透水岩体。盾构段隧道施工穿越粘土、砂岩、中、强风化花岗岩，地层比例分析如饼图1-2、1-3所示：图1-2 1#隧洞地层比例分析 图1-3 2#隧洞地层比例分析1.4 总体施工工序盾构到达前，先施工陆域侧和大襟岛侧取水构筑物，盾构施工先从陆域侧开始掘进1#隧洞，到达大襟岛侧后，盾构机解体、吊出，通过海上运回陆域侧盾构井，同时开始1#隧洞的二衬施工。盾构重新检修后组装，然后开始掘进2#隧洞，到达大襟岛侧后解体吊出退场，再施工2#隧洞二次衬砌。二、 施工风险分析本工程是国内首条长距离大断面海底盾构隧洞，加之地质情况复杂，所以施工风险很大，主要的几个风险
6、因素如下：1.地质勘查不准确：在海底地质钻探的准确性和可靠性较小，基于地质资料确定的盾构选型和配套措施有可能对地层的不适应，进场后的局部地质补充勘查已揭示了实际地质情况与设计地质勘查情况有诸多不符。2.盾构机穿越突起基岩和孤石群：根据多次各种手段的地质勘查，已查明始发段前300m需穿越陆地延伸至海床的基岩、球状风化物（孤石群）和软硬不均地层，围岩抗压强度最高达到220Mpa，对刀具刀盘磨损极大，且有卡盾的风险。3. 盾构机可靠性：盾构连续掘进距离长，隧洞地质条件非常复杂，盾构掘进穿越全石段、半岩半土段、全土段、半土半砂段及孤石群等，且全部在海底掘进，对盾构机的适应性和可靠性有很高的要求，一旦主
7、要构件损坏，将造成不可逆转的损失。4.带压进仓：根据地层情况，掘进过程中需要多次带压进仓更换刀具和处理块石，这也无形中增大了人身安全风险。三、 盾构机选型长距离的海底掘进和复杂多变的地层条件，要求盾构机各部件具有高度可靠性能和连续稳定运行能力，掘进硬岩和软土层的刀具能够互换、混装、刀具具有良好的破岩能力和耐磨损性能、密封需性能高寿命长等，经过多次的专家论证和盾构机厂家的协商，本工程采用了9.03m海瑞克泥水平衡盾构，主要的盾构机参数见表3-1。表3-1 盾构机主要技术参数表主部件细目部件参 数综述类型混合式盾构机总长度79m总重量1300吨最小转弯半径500m最大扭矩11369 kNm脱困扭矩
8、12181 kNm工作压力6 bar主轴承密封4排外密封，2排内密封刀盘刀具刀盘结构型式面板+辐条开口率34%滚刀数量51把切刀数量146把刮刀数量21（56）把碎石机破碎型式鄂式最大破碎粒径600mm频率最大5次推进系统最大总推力69200 kN 350bar油缸数量19 x 2 个油缸缸径及行程260/2202300mm最大推进速度50mm/min冲刷系统型号P0.2 - Warman 6/4 DD-G扬程50m四、 盾构始发技术盾构机下井后，步进通过钻爆段，然后在合适的位置再始发掘进，在国内大部分的泥水盾构工程都是采用下井后直接掘进始发，本工程采用的始发方式在国内泥水盾构工程中极为少见，
9、其关键技术在于始发位置的确定、反力衬砌墙与始发环的密封。图4-1 盾构始发施工工序图1.始发位置的确定 即确定钻爆段的终止里程，因为盾构机需穿越硬岩层进入海底软土层，位置的选择既要考虑钻爆施工的安全，防止突泥涌水等事故，又要尽量减少盾构机掘削硬岩的设备损耗，确定的原则就是在保证钻爆法施工安全下尽可能缩短盾构机在硬岩中的掘进距离，通过钻爆施工的同步超前钻探，确定盾构的始发里程为K0+159，见图4-2。2.盾构主机步进盾构主机在盾构井混凝土导台上组装，然后架立在钻爆段隧洞内混凝土导台轨道上滑行。轨道两侧需预留2个200x200x300mm开口（牛腿槽），沿轨道方向开口间隔1.5米，在槽中插入工字
10、钢牛腿，为盾构机油缸伸缩提供反力，见图4-3、图4-4。3. 反力墙施工在盾尾位置设置一道反力墙，为盾构掘进提供反力，反力墙总为18m长，包括扩挖6m反力墙和12m素的混凝土反力墙，内径为7.9米，扩挖段6米反力墙增加打设锚杆，采用22、长3米、间距1.2米梅花型布置，外露1m，以增加反力墙的抗剪能力。见图4-5。图4-3 盾构机步进导轨及牛腿槽 图4-4 盾构机步进现场图4-5 反力墙示意图4. 反力钢环与始发环间的密封为保证始发环与反力墙紧密对贴，反力墙与始发环连接处预埋40cm宽的钢环，与管片侧面相同宽度，钢环焊接在反力墙钢筋骨架上固定，钢环与始发环采用M30螺栓与始发管片上的螺栓孔连接
11、，且在钢环和管片直接设置一道形缝止水条，为防止始发环和反力墙间发生漏浆和泄压，保证其密封效果。见图4-6。图4-6 反力钢环安装示意图盾构机调试后，安装3环管片，管片安装完成后处于悬空状态，在盾构始发试掘进推进前，通过反力墙预埋的钢管喷射米石来填充，填充密实后再建立泥水平衡始发掘进。五、 球状风化物（孤石群）处理技术孤石处理是当前盾构施工一个技术难题，尤其是泥水盾构，在硬土层中滚刀对孤石破碎通常比较有效，但是在软土层，土层无法提供滚刀破岩的反力，孤石就会随着土体的破坏而移动或被刀具弹开，或者会在刀盘前面循环，挡在刀盘前面并损坏刀具，这种情况下，操作工人必须带压进入开挖面人工清除孤石，清除孤石的
12、工作对于工作人员和工程项目都很危险，处理孤石首选是在地表进行处理，其次考虑在洞内处理，一般而言对于大于1m的孤石可在洞外进行爆破处理，小于1m的孤石在洞内采用劈石机进行处理。通过结合物探和钻探，已探明隧道开挖范围内存在孤石群，见地质断面图5-1和图5-2。本工程采用水下爆破的方法处理孤石。图5-1 1#隧洞孤石分布图图5-2 2#隧洞孤石分布图采用地质钻机垂直钻孔，土层钻孔孔径为100mm，进入岩层钻孔直径为89mm，孔内雷管选用毫秒导爆管雷管，起爆雷管选用瞬发电雷管，炸药选用乳化炸药，标准直径为60mm。由于岩石厚度不均,但是考虑到测量以及药包吊装过程中产生的误差(误差累计不得超过10cm)
13、。因此孤石爆破时，当单孔单体爆破时装药长度与岩石厚度相同,多孔单体爆破时，相邻两个炮孔，其中一个炮孔钻至孤石底面（即钻穿），装药至炮孔底部，孤石顶面留10cm不装药；其邻孔孔底距离孤石底面10cm，装药至炮孔底部，孤石顶面留10cm不装药。另外由于起爆体上方有约15米高的水柱，压强相当大，因此在起爆体下方悬挂一个金属吊装体用于抗浮。由于孤石埋深较深，体积较大，厚度不均等，从而导致其一次性爆破破碎难度较大，为了便于施工及爆破破碎效果，采取首先对前排孔进行爆破，然后利用前排空爆破挤压周围土层产生的自由面，再对后排孔进行逐个起爆。炮孔间排距均为0.81.2m。具体的装药结构如下所述：图5-3 厚度2.0m以下孤石爆破布孔示意图图5-4 厚度2.0m以上孤石爆破布孔示意图每块孤石均钻至无岩石为止，从而可确定出孤石的边界，布孔形式采用矩形或梅花桩形，孤石爆破布孔平面如图示：图5-5 孤石爆破布孔平面示意图六、 结论台山核电站1#、2#取水隧洞是国内首条长距离大断面的海底盾构工程，无先例可循，施工风险很大，稍有不慎，工程就可能废止。本工程的盾构机选型、盾构始发、孤石处理等几项关键技术经过多次专家论证，并在施工过程中得到成功应用，这些施工经验可以为今后类似工程提供借鉴和指导。
