1、减小孤石地质交叠段盾构隧道沉降变形量发布日期：发布日期：20192019年年9 9月月目录1、课题介绍3、选题理由8、对策实施11、总结及下一步打算2、小组简介4、现状调查5、确定小组活动目标6、原因分析及要因确认7、制定对策9、效果检查10、巩固措施及标准化12、附件3一、课题介绍 随着城市轨道交通建设日益增多，盾构隧道施工逐渐成为城市轨道交通隧道建设的主力军。密集的地面构筑物、复杂的地质条件使得盾构隧道施工难度加大。隧道沉降变形量过大，易导致地面构筑物开裂甚至坍塌，严重时甚至造成安全事故。故如何减小盾构隧道沉降变形量显得尤为重要。4一、课题介绍 厦门地铁6号线首开段项目场地主要位于海沧区、2、集美区分界处的马銮湾海域，地貌单元为滨海平原区。马集区间隧道在262环进入左右交叠段，最小径距仅3.5m，施工不当对先行隧道影响大，且交叠段存在孤石，影响盾构正常掘进，施工难度大。隧道左右线交叠段示意图5三、选题理由社会影响大施工难度大地质条件复杂课题：课题：减小孤石地减小孤石地质交叠段盾构隧道质交叠段盾构隧道沉降变形量沉降变形量 本工程是厦门轨道6号线马銮湾片区段的关键线路，同时也是公司第一个盾构施工项目，更是中建系统首例盾构跨海隧道施工项目，其施工质量备受社会各界关注。本工程存在隧道交叠段。两隧道的最小净距仅为3.5m，上行隧道易对下行隧道挤压导致沉降量过大，隧道变形严重。本工程交叠段周围3、地质条件复杂，掘进参数多变；且存在孤石，影响盾构正常掘进。6四、现状调查调查一：根据地勘报告及现场踏勘，发现盾构区间交叠段先行隧道穿越残积砂质黏性土、中粗砂、全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩等多种地质，后行隧道轴线范围还存在微风化孤石。交叠段先行隧道地质剖面图交叠段后行隧道地质剖面图7四、现状调查调查一得出：盾构掘进过程因地质复杂，掘进参数难以确定。8四、现状调查调查二：小组成员查阅近年来类似复杂地质条件下相关工程的盾构隧道施工资料：盾构隧道竖向位移统计表9四、现状调查调查二得出：控制盾构隧道竖向位移是保证隧道施工安全和进度的有效措施。10四、现状调查调查三：小组成员从设计单位、监理单位、施工4、班组邀请了20位的专业人员，对影响交叠段盾构隧道变形的因素进行共100次投票，经分析整理，绘制出统计表：影响交叠段盾构隧道沉降变形量因素统计表 11影响交叠段盾构隧道沉降变形量因素排列图调查三：掘进参数掘进参数控制难控制难材料因素材料因素40-100-0-20-60-80-80%100%N=100累计频率（%）频数（点）测量真实测量真实性影响性影响其它其它91%96%44476347%98%360%40%20%0%四、现状调查管片拼装质管片拼装质量控制难量控制难12四、现状调查调查三得出：“掘进参数控制难”和“管片拼装质量控制难”，是影响交叠段盾构隧道沉降变形量的关键因素。13五、确定小组活动5、目标活动目标交交叠叠段段成成型型隧隧道道管管片片竖向位移竖向位移10mm。14QC小组成员施工技术和管理能力强，施工班组经验丰富，公司在技术和资金方面大力支持前100环隧道竖向位移仅有3环超过10mm，且交叠段施工目标经国内外专家论证可行。010203目标一定能够实现五、确定小组活动目标厦门轨道集团管理细则要求盾构隧道竖向位移控制值为+10mm、-30mm。15六、原因分析及要因确认关联图掘进参数控制难掘进参数控制难管片拼装质量控制难管片拼装质量控制难盾构司机未及时调整掘进参数盾构机维护不及时导向系统全站仪未及时检定地质复杂掘进参数多变现场管理制度不完善机械影响测量误差地质复杂掘进难控制施工材6、料 管理差 管片橡胶圈、衬垫粘贴质量差进场渣土改良材料质量差1010条条末端因素末端因素管片拼装手责任心不强孤石影响盾构正常掘进交叠段施工难度大后行隧道易使先行隧道沉降后行隧道管片易上浮16要因确认要因确认计划表计划表六、原因分析及要因确认17六、原因分析及要因确认非要因 盾构机维修保养日志盾构机维护不及时地质复杂掘进参数多变盾构司机未及时调整掘进参数孤石影响盾构正常掘进管片拼装手责任心不强管片橡胶圈、衬垫粘贴质量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降进场渣土改良材料质量差导向系统全站仪未及时检定18六、原因分析及要因确认非要因 导向系统全站仪检定证书盾构机维护不及时地质复杂掘进参数多变7、盾构司机未及时调整掘进参数孤石影响盾构正常掘进管片拼装手责任心不强管片橡胶圈、衬垫粘贴质量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降进场渣土改良材料质量差导向系统全站仪未及时检定19六、原因分析及要因确认盾构机维护不及时地质复杂掘进参数多变盾构司机未及时调整掘进参数孤石影响盾构正常掘进管片拼装手责任心不强管片橡胶圈、衬垫粘贴质量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降进场渣土改良材料质量差要因 不同土质推力对比统计图导向系统全站仪未及时检定20六、原因分析及要因确认盾构司机考核成绩占比图盾构机维护不及时地质复杂掘进参数多变盾构司机未及时调整掘进参数孤石影响盾构正常掘进管片拼装手责任心不强8、管片橡胶圈、衬垫粘贴质量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降进场渣土改良材料质量差导向系统全站仪未及时检定非要因 21六、原因分析及要因确认要因 盾构机维护不及时地质复杂掘进参数多变盾构司机未及时调整掘进参数孤石影响盾构正常掘进管片拼装手责任心不强管片橡胶圈、衬垫粘贴质量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降进场渣土改良材料质量差导向系统全站仪未及时检定孤石区段掘进记录表290环推进参数变化表22六、原因分析及要因确认非要因 盾构机维护不及时地质复杂掘进参数多变盾构司机未及时调整掘进参数孤石影响盾构正常掘进管片拼装手责任心不强管片橡胶圈、衬垫粘贴质量差后行隧道管片易上浮后行隧道易9、使先行隧道沉降进场渣土改良材料质量差导向系统全站仪未及时检定23六、原因分析及要因确认非要因 现场检查管片橡胶圈、衬垫粘贴质量图盾构机维护不及时地质复杂掘进参数多变盾构司机未及时调整掘进参数孤石影响盾构正常掘进管片拼装手责任心不强管片橡胶圈、衬垫粘贴质量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降进场渣土改良材料质量差导向系统全站仪未及时检定管片橡胶圈、衬垫粘贴质量统计表24六、原因分析及要因确认盾构机维护不及时地质复杂掘进参数多变盾构司机未及时调整掘进参数孤石影响盾构正常掘进管片拼装手责任心不强管片橡胶圈、衬垫粘贴质量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降进场渣土改良材料质量差导向系统10、全站仪未及时检定地下水丰富区域管片上浮量统计表要因 25六、原因分析及要因确认盾构机维护不及时地质复杂掘进参数多变盾构司机未及时调整掘进参数孤石影响盾构正常掘进管片拼装手责任心不强管片橡胶圈、衬垫粘贴质量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降进场渣土改良材料质量差导向系统全站仪未及时检定后行隧道进入交叠段前隧道竖向位移统计表要因 26六、原因分析及要因确认非要因 材料抽检结果表盾构机维护不及时地质复杂掘进参数多变盾构司机未及时调整掘进参数孤石影响盾构正常掘进管片拼装手责任心不强管片橡胶圈、衬垫粘贴质量差后行隧道管片易上浮后行隧道易使先行隧道沉降进场渣土改良材料质量差导向系统全站仪未及时检11、定 材料出厂合格证27六、原因分析及要因确认要因1地质复杂掘进参数多变要因3后行隧道易使先行隧道沉降1 12 23 34 4要因2孤石影响盾构正常掘进要因4后行隧道管片易上浮28六、原因分析及要因确认 要要 因因对对 策策评估评估得分得分确定对策确定对策有效性有效性可行性可行性经济性经济性时间性时间性地质复杂掘进参数难控制结合三维动态分析明确区间掘进参数地质模型18选定根据现场实时监测情况结合地勘资料制定掘进计划14不选孤石影响盾构正常掘进进行孤石探测及处理16选定换刀后不预处理孤石直接掘进12不选后行隧道易使先行隧道沉降先行隧道用止浆塞注浆加固土体及洞内支撑台车加固18选定先行隧道内架设钢支12、撑加固14不选后行隧道管片易上浮后行隧道管片外盾尾间隙迅速用浆液填充饱满18选定后行隧道推进时适当调低姿态，预判管片上浮量，与其相抵消12不选小组针对4个要因，通过研究提出不同解决对策，并且分别从有效性、经济性、可行性、时间性四个方面进行比较，得到如下对策分析评价表：对策分析评价表 注：5分 3分 1分29对策表 七、制定对策30小组成员结合地勘资料与现场勘察运用BIM技术建立三维地质模型图。八、对策实施明确交叠段盾构掘进参数实施实施1交叠段三维地质模型图1、建立交叠段三维地质模型31根据三维地质模型，邀请国内盾构专家通过对盾构机掘进速度、刀盘扭矩、刀盘转速、总推力等重要掘进参数进行数据研究分13、析，确定不同地层掘进参数：八、对策实施明确交叠段盾构掘进参数实施实施1交叠段盾构掘进参数分析会2、明确交叠段不同地层各掘进参数交叠段各不同地质掘进参数表32实施效果 实施实施1八、对策实施交叠段在不同地层姿态偏离轴线最大值统计表小组通过对策实施，盾构交叠段在不同地层姿态偏离轴线最大值统计如下表，数据均小于目标值50mm，达到目标要求。地质分类孤石处理段全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩残积砂质黏性土富水砂性土层水平姿态（mm）+29+29-24-24+26+26+25+25垂直姿态（mm）-35-35-28-28-31-31-35-3533微风化孤石强度高，未处理直接掘进将造成盾构机刀盘磨损过度14、甚至卡死的情况，严重时盾构刀具将被破坏，无法使用，导致盾构机无法正常掘进。施工过程必须对孤石进行探测并处理。八、对策实施进行孤石探测及处理实施实施234八、对策实施 进行孤石探测及处理实施实施2SPAC法法计算计算Vx视S波速度剖面获取流程图 微动探测可用于直观反映地层岩性变化，小组采用微动探测法对孤石区域进行探测，其基本步骤如下。1、微动探测与钻探相结合勘察孤石35 通过微动探测可探知Z13、Z14、ZZ21-Z22该三个测点下方存在孤石可能性大，通过对这些测点进行钻孔验证，可知Z13、Z14附近存在孤石。八、对策实施 进行孤石探测及处理实施实施2左线面波相速度等值线图36 孤石区地表为其他15、工程施工场地，为减少对土体的扰动，采用洞内静态爆破处理，有效将孤石裂解，保证了盾构的施工安全。八、对策实施进行孤石探测及处理实施实施2孤石静态爆破处理流程图2、静态爆破法处理孤石37实施后孤石钻进情况统计表 八、对策实施效果检查实施实施2通过对孤石的探测及处理，盾构机在交叠段存在孤石区段掘进过程中，刀盘扭矩及推力没有显著升高，通过后检查刀具，其最大磨损量仅为4mm，无需更换。说明交叠段孤石处理结果良好，盾构机顺利通过孤石区段。孔号孤石埋深孤石岩性掘进速度盾构机通过时刀盘扭矩盾构机通过时 推力通过后刀具最大磨损量Z1314.2-15.6中风化花岗岩20-30mm/min1100-1200kNm116、200t-1300t4mmZ1413.3-14.1中风化花岗岩20-30mm/min1200-1300kNm1200t-1400t38本区间内存在左右线交叠段长达70米，其中交叠段隧道最小垂直净距仅有3.5m，若管控不当，后行隧道将对先行隧道造成破坏性影响。为降低先行隧道的沉降量，对交叠段先行隧道进行加固。八、对策实施交叠段先行隧道加固实施实施3隧道左右线交叠段示意图先行隧道后行隧道39八、对策实施交叠段先行隧道加固实施实施3小组成员对先行隧道土体进行预加固，减小盾构机掘进对土体的扰动，确保围岩稳定性。因交叠段加固面积大，若采用传统的注浆方法，封闭效果差，加固效果不够理想，采用止浆塞由上而下分17、段预注浆，提升加固质量。止浆塞注浆原理图1、止浆塞预注浆土体加固40八、对策实施交叠段先行隧道加固实施实施3先行隧道通过走行式液压台车支撑管片，台车通过液压千斤顶调节各支点支撑力，使管片受力均匀。同时液压台车不影响电瓶车通行，保证施工连续性。洞内支撑台车横剖面图洞内支撑台车纵剖面图洞内支撑台车就位图2、走行式液压台车洞内支撑加固41八、对策实施效果检查实施实施3通过对先行隧道管片的实时跟踪监测，后行隧道在通过交叠段时对先行隧道的影响极小，且并无造成先行隧道管片破损、渗漏水，最大沉降量均小于10mm，对策目标实现。42盾构区间临近马銮湾海域，地下水较丰富，后行隧道埋深较浅，地下水对管片的浮力较大18、，在管片脱出盾尾后易造成管片上浮，导致整体隧道变形，甚至管片破损而渗漏水，引发重大风险。后行隧道管片外盾尾间隙及时用浆液填充饱满，可降低地下水浮力。八、对策实施后行隧道管片外盾尾间隙及时用浆液填充饱满 实施实施4地下水地下水43八、对策实施后行隧道管片外盾尾间隙及时用浆液填充饱满 实施实施41、调整同步注浆浆液配合比 盾构每环推进周期为2.5h，常规同步注浆浆液配合比的凝结时间为8h，凝结时间过长会导致管片浮力加大。小组成员通过同组对比试验法优化速凝剂参量和水灰比，将凝结时间降低到2h。水灰比1:0.5，速凝剂掺量8%。速凝剂掺量、水灰比与凝结时间关系图44 通过对同步注浆浆液配合比的调整有效19、降低管片上浮量，最大上浮量仅9mm，减小隧道变形。小组成员对交叠段后行隧道内管片上浮量情况进行如下统计。八、对策实施效果检查实施实施4环号（环）243-252253-262263-272273-282283-292293-302管片最大上浮量（mm）678789对交叠段隧道内管片上浮量情况统计表 结论结论结论结论 交叠段后行隧道上浮量10mm，上浮量得到有效控制。45通过以上对策实施，交叠段隧道最大沉降量为8mm，最大上浮量为9mm。小于目标值10mm，小组目标完成。九、效果检查 交叠段隧道变形量统计柱状图造成延误因素统计表 目标实现目标实现46碧洲园经济效益九、效果检查 通过对交叠段先行隧道20、合理加固、交叠段孤石区域的处理，保证了盾构隧道掘进质量，施工工期比原来计划缩短30天，创造效益68万元。序号项目计算说明钢架焊接加工费用钢材焊接加工每吨500元，共需加工18t，节约了18*500=90000元。工期节约费用采用走形式液压支撑台车节约30天工期，每天管理费用和机械费约3万元，节省3万*30=90万元节省全线补勘费用按间距10米补勘，全线补勘需要多打105个钻孔，每个钻孔费用约为3000元，共节省0.3万*105=31.5万元设备投入费用走形式液压支撑台车租赁费42万元。微动探测费用微动探测费用为20万元活动经费 0.5万元合计+-=68万元47碧洲园技术效益九、效果检查 顺利完21、成了马集区间盾构交叠段隧道掘进施工，有效控制了复杂地质盾构交叠段隧道沉降变形量，为今后复杂地质下盾构交叠段掘进施工奠定了良好的基础，也为公司盾构隧道施工提供了宝贵的经验。48碧洲园社会效益九、效果检查 本工程盾构交叠段隧道的顺利完成，受到了业主和市领导的好评及一致的肯定，为公司在厦门地区赢得了良好对的声誉。树立了公司在地铁施工方面的品牌形象。建设单位表彰文件49碧洲园无行效益九、效果检查 通过此次活动，我们将活动前后的状态进行了对比和自我评价，并绘制雷达图。小组活动前后综合素质评分表 评价内容个人解决问题能力团队 精神工作 热情QC知识水平质量改进意识客户满意程度活动前（分数）221323活动22、后（分数）444445雷达图50十、巩固措施及标准化本次活动后，小组成员对相关资料进行整理、归纳，将对策表中的措施细化后编制并修订作业指导书孤石地质下减小盾构隧道交叠段沉降变形量作业指导书，编制完成吹填区域地铁盾构隧道交叠段施工工法，拟申请专利2项，进一步完善了复杂地质条件下盾构掘进的施工工艺，并在今后其它类似的地质条件下的项目推广使用。作业指导书 工法工程应用证明51十一、遗留问题及今后打算遗留问题遗留问题遗留问题遗留问题通过本轮QC小组活动，孤石地质下盾构隧道交叠段沉降变形量得到了有效减小，但施工效率相比之下还有很大提高空间，本小组将继续学习，不断总结完善。今后打算今后打算小组拟定将增强跨海段盾构隧道施工的防水效果作为下一次QC活动的课题。52十二、附件合理化建议一览表序号建议内容建议人是否采纳1结合三维地质模型动态分析明确区间掘进参数采纳2进行孤石探测及处理采纳3交叠段先行隧道内支撑台车加固及止浆塞注浆土体加固 采纳4后行隧道管片外盾尾间隙迅速用浆液填充饱满采纳发布完毕，谢谢！