电厂取水隧道盾构施工方案

1江苏常熟电力有限公司取水隧道盾构掘进施工工程施工方案福建四海建设有限公司上海分公司2009-06-302第一章人员及主要机械设备计划1、人员计划1.1盾构管理人员配备表序号管理岗位（职务）人数1项目经理12副经理23项目技术负责人14施工员45质量员26安全员27资料员19设备材料3合计161.2盾构施工劳动力计划表序号工种名称人数1起重82电工43钳工64机工435冷作工、焊工106测量工107料工48吊车、行车司机69头部配合2410泥浆工及助手611电瓶车工及助手612普工3013机械配合维修人员614电气维护调试人员2合计1262、主要机械设备计划序号设备名称规格单位数量备注1盾构机φ4930（外径）台23龙门吊（轨距11.5m）10t台24电瓶车14t台25电动空压机10m3台26储气包6m3台27高压增压泵（进水）1.8~2.5MPa台31台备用8渣浆泵（排污接力）22KW台29渣浆泵（排泥）4PH-60台2（75KW）10泥浆转驳车/台211全站仪KTS－442/索加台3412水准仪DS3台313箱式变压器1000KVA台114箱式变压器500KVA台115水力机械卧式套216单梁电动葫芦5t行走套317发射架φ4200（内径）套218后座反力架φ4200（内径）套219轴流风机SDF/700套220泥浆搅拌机/台421管片车/台422卷扬机1t台623履带吊50t台124振动锤60KW台125生产用车辆326卷扬机3t台227潜水平底污水泵50（扬程34m）台628潜水平底污水泵50（扬程15m）台429农用泵250m3台530螺杆泵3″台631汽车吊500T台1租用5第二章盾构施工方案1、施工部署1.1施工现场布置在盾构施工时，现场布置管片堆场、材料仓库、沉淀池、拌浆棚及拌浆材料堆场及10m3储水箱供拌制浆液用，沿沉井布置10t门吊2部作为井上、下及地面起重设备。拌浆棚采用瓦楞板封闭构筑。1.2取水平台本工程盾构掘进均需大量用水。因此，这部分施工用水考虑采用堤外长江水源，由于大堤外的滩地比较平缓，为保证施工时在低水位能取水，考虑搭设栈桥做为取水平台，取水平台从长江引水至堤塘内，通过3台农用泵流量250m3/h（一台备用）直接在塘内取水，由φ159法兰钢管送至大堤内现场临时水泵房内，接入临时水泵房内的高压水泵内作为施工用水。长江取水平台标高可保证在低水位时仍有足够的水量。1.3临时水泵房由于盾构施工水力机械用水要求为高压水，因此取水输送至施工现场后需采用高压泵增压，因此在施工现场设置一个临时水泵房，临时水泵房平面尺寸为7m×15m，施工时根据需要可作调整，临时水泵房内安装3台多节离心水泵（一台备用），用于盾构施工隧道内的水力机械供水。1.4排泥场地布置盾构掘进过程中需要排出大量土体，根据环境保护要求，必须对泥浆进行沉淀处理，将符合要求的水循环利用，多余的水排入长江。拟在长江大堤外设泥浆沉淀池（业主协调安排），泥浆池上部采用围堰而成。泥浆需经过三级沉淀，上层清水排出。61.5施工用电因为本工程工期紧张，两条盾构必须同时推进，为满足施工需求，现场布置800KVA的箱变两台，另考虑盾构时应急电源，现场还布置一台200KW柴油发电机作为隧道内应急照明通风电源备用。其中一条盾构主要设备有：盾构机120KW，低压水泵22KW×1，高压泵180KW×1,空压机75KW×1、砂石泵75KW×1、管内通风44KW×1、充电机30KW×1、转驳泵15KW×1、行车20KW×1、管内接力泵22KW×1、管内照明30KW×1以上共计总容量约633KW，需用系数取0.8）如两条盾构同时施工低压用电总功率为633KW×2×0.8=1013KW。现场其它设备：电焊机、小水泵、泥浆系统、照明等共计100KW。盾构阶段低压总用电负荷1013KW＋100KW＋150＝1263KW（此时办公生活区和土建施工用电约150KW）。管内每隔200米设置100A动力配电箱一只，每10米安装40W防水日光灯一盏，并采用二级漏电保护供电。另外由于电信号操作和安全照明等需24V或36V低压电，在台车配电系统中配置低压供电系统。而隧道距离约为943米，考虑可以采用高压供电，在洞内设高压配电柜。72、盾构机选型2.1盾构机选型根据目前掌握的地质资料，本工程隧道主要在③2粉砂夹粉土穿越，④淤泥质粉质粘土，⑤粉质粘土夹粉砂中掘进。土质较复杂，该土层在开挖过程中可能产生流砂、失稳现象，且将穿越长江大堤，该段对地面沉降要求较高。为确保工程的安全、可靠、顺利，根据本工程的特点及经济适用的原则，结合以往类似的成功经验，我们决定本工程采用2台改进型的网格复合平衡式盾构机，本工程采用改进型网格复合平衡式盾构机进行施工。网格式盾构前端设置格环形道路38.41910T行车台车行车轨道8栅，外径4930mm，采用水力出土方式，水力出土方式掘进时开挖面土体通过格栅的挤压进入泥仓内，经过高压水流破碎后由水利机械经管道以泥水形式排出。开挖面的稳定由①气压平衡开挖面土水压力②通过控制胸板对开挖面的压力以及根据土层情况调整进泥闸门大小从而形成格栅内不同的土塞压力，以保持盾构前端对开挖面的压力与土层水土压力的动态平衡。网格式盾构前端压力与土层的水土压力动态平衡是通过控制盾构总推力、掘进速度、进泥量，气压量的动态平衡实现的。该盾构机较适宜在细砂性土中施工，有制造成本低、操作简便，容易维修等特点。2.2盾构主要技术参数2.2.1盾构外形尺寸外径：Φ4930mm内径：Ф4200mm拼装间隙25×2=50mm盾构长度6800mm盾构机总重量：110T（不包括台车设备）灵敏度L/D1.382.2.2推进系统长行程千斤顶986.7KN×2150mm×7短行程千斤顶986.7KN×1250mm×19总推力25654.2KN单位面积推力1335.6KN/m2最大推进速度4.2cm/min2.2.3拼装机提升能力34.5KN提升行程800mm平移行程1050m钳口行程100mm9回转范围±200°回转速度1.5rpm扭矩71.95KN.M2.3盾构开挖及出泥方式盾构推进过程中，土从网格挤入隔舱内，由布置在密封隔舱上的12把铰接旋转水枪把从网格挤进来的泥土冲刷成泥水（禁止水枪超挖冲刷开挖面），再由水利机械经渣浆泵接力把泥浆水送上地面，排至堤外，高压进水及泥水输送管道均为6″无缝钢管（Φ159×4.5mm）。为对付硬土层特增加了长臂水枪，能360度旋转，前后伸缩至隔栅外档，提高冲泥效果。盾构胸板上共设置了8扇闸门，均可启闭，大大增大了胸板开口率的可调解范围和水枪冲泥的范围。通过盾构头部的气压表，便于监测隔栅外气压值变化，合理控制平衡工作面的气压值。用加气压平衡工作面、改变顶进速度及改变网格胸板开口率来控制地面和沉降正面阻力；为控制推进过程中隧道轴线的上浮，在隔舱内下部增加二个可开闭的小闸门，用以释放盾构下部压力，更好地控制隧道轴线。保证盾构穿过大堤时能有效地控制地面沉降，保护大堤，为防止泥浆水在盾构隔舱内产生沉淀，在隔舱底部配有搅拌装置以及旋流器，从而保证泥管的吸口通畅不阻塞。隔舱上部配一定数量的固定水枪以冲刷、稀释进土，为提高泥水系统的工作效率，排泥量与水流量比一般为1:6～1:8。由于本工程纵坡坡度达到3.15％，故管道中部考虑设置泥浆接力泵。2.4盾构主要部件的结构2.4.1盾壳和横梁盾构壳体和横梁由大大小小的钢板焊接而成，钢板厚度有12mm、20mm、30mm、40mm等，除了外壳板40mm为Q235A外，其余钢板材料均为16Mn，因此，焊接要求很高，要很好控制焊接变形，才能达到设计要求，也就是盾尾部内径误差在+5～+15范围内。2.4.2网格和胸板在盾壳的前端设有网格和胸板装置，网格大梁焊接在盾壳上，网格大梁最大开孔为300mm×400mm，在网格大梁背面，安装有可任意折装的大小胸板及活动闸10门，以便控制正面进土量。2.4.3密封隔舱在网格胸板的后部，设有一道密封隔舱板，使盾构切口部形成一个泥水舱，在隔舱板上装有12把高压铰接旋转水枪，以及照明灯和观察窗，隔舱板具有气密性，可承受局部气压。2.4.4盾构千斤顶沿盾构圆周均布置了26台盾构千斤顶，工作压力为30Mpa，每台千斤顶推力为986.7kN，盾构总推力为25654.2kN，这是盾构往前推进的动力，为适应最后一块封顶块全纵向插入式管片的需要，千斤顶有两种行程，上部7台长行程千斤顶，其行程为2150mm，下部19台为短行程千斤顶，其行程为1250mm。2.4.5管片拼装机管片拼装机采用周边支承式，是用来完成拼装管片的机具，具有回转、提升、平移、夹紧等动作。回转由2台带制动器的液压马达直接传动针轮、针销，驱动拼装机回转，回转范围±200°。提升由2台行程为1050mm的千斤顶，最大提升能力为34.5kN；平移由1台双节千斤顶完成，行程为1050mm。另外还有2台100mm行程的千斤顶。用于夹紧管片，使管片不至于晃动。2.4.6盾尾密封在盾尾部850mm范围内，设有三道WB-2型钢丝刷密封装置，第三道钢丝刷可以更换，三道密封之间由盾尾油脂泵充填满盾尾油脂，以使达到堵泥浆的目的，在盾构推进过程中，盾尾油脂泵可以不断地补充盾尾油脂而保证盾尾密封的可靠性。2.4.7液压系统液压系统由轴向柱塞泵供油，驱动26台盾构千斤顶、8台活动闸门千斤顶、5台拼装千斤顶、2台拼装机回转油马达、1台搅拌机油马达和盾尾油脂泵，动作控制全部采用电磁阀控制，按钮集中安装在盾构操纵控制台上，拼装机千斤顶和盾构千斤顶拼装模式采用两地控制，在盾构操纵台上可控制外，在拼装机旁边也可控制，以方便管片拼装机拼装管片。112.4.8泥水系统高压水由地面泵站通过Φ159×4.5mm高压水管进入盾构，然后经阀门控制进入12把高压铰接式旋转水枪，为提高冲刷效果，在操作平台上可装增压泵。通过水枪把从网格中进入泥水舱的泥土冲刷成泥浆后，由安装在车架上的射流泵、渣浆泵通过Φ159×4.5mm排水管将泥浆排往地面，在射流泵前装有格栅过滤箱，以防较大石块等异物阻塞射流泵、渣浆泵；渣浆泵采用电磁离合器调速，使泥水系统工作处在最佳工作点，以提高工作效率。2.4.9供电系统（1）根据施工需要，盾构供电采用低压供电至盾构机头部和管内其他设备。（2）为保证井下盾构工作人员安全，电气设备有良好的绝缘、电器设备外壳进行安全接地、盾构内部配电柜、操纵箱的门采用翻边结构，以防水进入柜、箱内，照明电源及操作电源采用36伏安全用电，电磁阀控制电源采用24伏直流。2.5本盾构与以往盾构的几点改进本次盾构机设计中加以完善和改进，如在装行程检测仪，盾构姿态仪，可获得盾构推进速度、推进行程、盾构姿态；根据其他工程经验在盾构机下部开设放土阀，适时释放盾构下部土压力，可防止隧道轴线上浮，头部增加备用旋转水枪可在下面土压力太大时予以减阻等，使之达到或接近土压平衡盾构机效果，从而保证地面沉降控制，大堤安全和推进轴线控制；另外在格栅外设置注浆系统，为遇到硬土层时提高进土效率而增加，通过可伸缩的逆止阀和注浆孔进行注入水和泡沫剂添加材料等；泥仓两侧设置了纠偏系统，由可启闭的闸门和注浆系统组成。2.5.1电气控制系统：盾构机采用电气集中控制系统，具有远程操作功能和拼装无线遥控功能，主操作台人机界面采用触摸屏，可以操作控制整个盾构系统的各种动作，也可监视整个系统的运行状况。同时还现场控制台，即：推进操作盘及拼装操作盒，拼装操作盒通常是遥控器，另有一个有线操作盒备用。2.5.2推进系统可对系统的26个油缸有选择的执行伸缩功能，26个油缸分为6组，每组油缸推进时有2钟推进压力可供选择，既高压和低压。适当选择每组油缸的推进压力可更加灵活地操控盾构机122.5.3液压系统以往的网格式盾构俗称土盾构，操纵盾构液压系统大都是手动阀，本次设计液压系统采用土压平衡盾构的液压系统，全部采用电液控制，操纵按钮集中于盾构操纵台上，推进压力也通过油压传感器进接反映在盾构操纵台上，在26台盾构千斤顶上装有2台行程仪，使盾构操作人员在操纵台上能直接了解盾构的推进压力，顶进行程