硬岩段盾构掘进专项综合项目施工专项方案.doc

硬岩段盾构隧道掘进施工技术1工程概况本区间范围内上覆第四系人工堆积层()、第四系上更新统冲洪积层、下伏震旦系长岭子组钙质板岩、中生代燕山辉绿岩等。右线关键穿越地质条件为中风化钙质板岩，天然抗压强度在50MPa以上。地下水按赋存条件关键为孔隙水及基岩裂隙水，局部地段基岩裂隙水和海水相互连通。该工程选择了含有三种模式复合式土压平衡盾构机。2刀盘刀具设置2.1刀盘部署从一定程度上说，选择合理盾构机设计是盾构隧道施工成败关键，而其中最关键是刀盘刀具设计。依据地质条件，对刀盘刀具进行了合理设计。刀盘设计为辐条加面板结构，设六个主刀梁和六个副刀梁（面板），刀盘开口率为28%。刀盘前面共设置了5个添加剂注入口，其中3个为专用泡沫口，另外2个为专用膨润土注入喷口。在磨损较多部位,如刀盘进土口、刀盘开挖面、搅拌棒、刀盘边缘等处,大量堆焊了网格状耐磨硬质合金,大大提升了刀盘耐磨性能和使用寿命。2.2刀具部署刀盘共部署了4把中心滚刀（8刃）、32把单刃滚刀，滚刀直径为432mm；配置了切刀48把，刮刀12把，切削刀具采取大块硬质合金结构形式刀具。滚刀刀间距为90mm，刀具采取高低搭配，滚刀伸出量为165mm，刮刀伸出量为120mm。滚刀高出齿刀45mm，方便在硬岩地段掘进时保护切刀，掘进中以滚刀先破开岩层，刮刀将破碎岩石刮进土仓。刀具采取耐磨性能和冲击性能全部很优越E5（日本标准）类硬质合金头。刀盘、刀具部署详见图1和图2。图1盾构机刀盘正面图2盾构机刀盘后面3硬岩段盾构隧道关键掘进技术3.1掘进模式选择负担本区间盾构含有一机三模式功效，即土压平衡式、开趟式和半开趟式，各模式能够交换。在硬岩地层掘进中，因为掌子面很稳定，为了加紧推进速度，通常采取开趟式推进，盾构机切削下来碴土进入土仓内后，,立即被螺旋输送机排出，土仓内仅有少许碴土。掘进中刀盘和螺旋输送机所受反扭力较小，因为不需控制土仓压力,刀盘扭矩较低，掘进推力较低，掘进进度快。3.2掘进参数设定硬岩地段盾构施工关键掘进参数设定标准以保护刀具为标准，掘进参数选择以刀具贯入度为基准来控制掘进速度和总推力。正常推进时速度宜控制在25mm/min之内，同时依据监测数据合适加紧或放慢推进速度。在此标准下，对该区间硬岩掘进参数设定以下:（1)盾构推进速度控制在0～25mm/min之间；（2)总推力控制在8000～1kN之间；（3)刀盘扭矩控制在1000～2000kN·m之间；（4)刀盘转速控制在1.6～2r/min之间。3.3渣土改良情况在硬岩段地层掘进中，因为以滚刀破岩为主，渣土破碎后直径在1～3cm左右，渣土以针片状碎石为主。在早期施工中，我们在刀盘前面注入泡沫以期对渣土进行改良，但实际效果很不理想。关键原因是因为地下水十分丰富，在大量地下水稀释作用下，泡沫基础无法对碎石状渣土形成改良效果。为此，在后续施工中，我们大胆提出取消泡沫注入，经过一段时间实践，我们认为在富水条件下完全能够取消泡沫注入，但要立即注意观察渣土情况，一旦地下水有所改变就要立即调整渣土改良方案。图3没有注入泡沫渣土4硬岩段盾构掘进存在关键问题分析及应对方法4.1刀具磨损严重在硬岩地层掘进，首先碰到一个问题就是刀具磨损。因为岩层强度高，刀具挤压、切削围岩效率低，对刀具、刀盘磨损对应也大。所以在硬岩地层对刀具质量、刀具检验和更换等提出了更高要求。在掘进至41环,对刀具进行检验时发觉，滚刀磨损较大，尤其是边缘滚刀磨损严重，磨损情况见表1。为确保开挖直径，预防盾构机被卡住，确保盾构安全，我们对32～41号边缘滚刀进行了更换。依据相关经验，边缘滚刀在磨损超出8mm，必需进行更换。从刀具检验情况来看，滚刀以正常磨损为主，没有出现偏磨等非正常损坏现象。更换下来滚刀见图4、掌子面照片见图5，从该图能够看出掌子面滚刀破岩效果很好，轨迹线清楚，一定程度印证了刀具设计部署十分合理。表19月4日晚开仓检验刀具磨损统计刀具序号（#）磨损量(mm)滚刀位置刀具序号(#)磨损量(mm)滚刀位置92正面264正面102.5正面272.5正面112.5正面283正面123正面294正面132.5正面305正面143正面315正面152.5正面326边缘滚刀163正面336边缘滚刀173正面347.5边缘滚刀183正面357.5边缘滚刀194正面367.5边缘滚刀203正面377.5边缘滚刀213正面388边缘滚刀224正面397.5边缘滚刀233正面407.5边缘滚刀243正面4110边缘滚刀254正面图4更换下来10把边缘滚刀图5掌子面滚刀轨迹线9月14日，我们开仓对刀具进行了检验，发觉2把新更换边缘滚刀出现蹦圈现象，同时部分刮刀出现蹦刃现象。见图6、图7。图6边缘滚刀刀圈崩裂图7刮刀蹦刃依据相关研究资料，23MPa岩石强度是滚刀偏磨分界线,所以在硬岩掘进中，滚刀非