盾构隧道施工中刀盘泥饼的形成机理和防治措施.pdf

第44卷第4期现代隧道技术Vol.44No.4

2007年8月ModernTunnellingTechnologyAug.2007

文章编号:1009-6582(2007)04-0024-04

盾构隧道施工中刀盘泥饼的形成机理和防治措施

严辉
(广州地铁总公司建设事业总部,广州510380)

摘要复合地层盾构掘进中,盾构机刀盘结泥饼的现象是城市地铁隧道施工中的一个难题。文章以广州地
铁四号线某区间隧道工程为例,从地层地质、盾构机自身设计制造及施工控制等因素对刀盘结泥饼的原因进行了
分析,提出了防治泥饼的施工措施,为类似工程提供了解决此类问题的思路和途径。
关键词盾构隧道刀盘泥饼防治措施
中图分类号:U455.43文献标识码:A

组(Ks)由西濠段(Ks2b)紫红色泥质砂岩、粉砂岩、
前言22
1夹含砾粗砂岩组成。
随着我国大城市人口日益增多和地面交通设施
3“泥饼”的形成机理
的负荷日益加重,地下空间的开发利用就成了广大
城市规划设计人员关注的焦点,盾构工法也在城市泥饼(图1、图2)是盾构刀盘切削下来的细小
轨道交通工程中被广泛采用。在广州、深圳等地区砂土颗粒、碎屑在土舱内重新聚集而成的半固结和
的泥岩和泥质粉砂岩地层中,盾构掘进施工常常会固结状的块状体,早在半个世纪以前日本的盾构专
遇到刀盘结泥饼这一难题,它的存在关系到了掘进家就提出过这样的问题,并在实践中不断探索解决
的安全性、设备的耐久性和施工组织的合理性。其方法。我国从上海打浦路隧道开始修建以来,盾
构工程界也在不断寻求解决“泥饼”问题的途径。
2工程概况
泥饼的存在加重了盾构机刀盘和刀具的负荷,常常
万-仑区间隧道工程位于广州轨道交通四号线使掘进参数出现突变,使施工效率大大降低。
大学城专线万盛围站—官洲站之间,地处广州市中
心区东南,沿线经过黄埔涌、环城高速公路南环段。
盾构始发井位于万盛围站南侧,新港东路从盾构井
北侧经过,交通条件便利;吊出井为仑头鱼具厂仑-
大盾构始发井,位于仑头村内。工程主要由一组双
孔单线圆形隧道组成,隧道开挖直径6280mm,衬
砌成型后净尺寸5400mm,隧道全长3830.625单
线延米,区间工程从2004年6月开始掘进,2005年
4月盾构吊出,总投资约1.2亿元。
隧道所处地层由第四系、白垩系上统三水组西
图1滚刀结泥饼图示
濠段、东湖段、康乐段组成。第四系(Q)上部为全新
Fig.1Claycakeofdiskcutter
统海陆交互沉积的淤泥或淤泥质土、淤泥质砂,下部
为上更新统陆相冲积、洪积形成的砂、粘性土地层,
底部为基岩残积形成的粘性土层。白垩系上统三水3.1泥饼的成因

修改稿返回日期:2006-07-04
作者简介:严辉,男,工程师,在读工程硕士.

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盾构隧道施工中刀盘泥饼的形成机理和防治措施

38%之间,可以认为33%是保证少结泥饼的开口率
下限值。刀盘内的搅拌棒及幅条型式、数量也是另
一泥饼产生的因素。刀具布置不合理会导致切削下
的砂土块度不均、滚刀磨损,进而降低掘进和排土效
率,使其产生泥饼。

表1盾构机刀盘、刀具缺陷导致泥饼生成原因一览
Table1Thefactsofclaycakebythecutterhead&cutter
盾构机部位泥饼生成原因
图2刀盘幅条和回转体处结泥饼图示刀盘中心区域开口率过小
Fig.2Claycakeinthecutterheadbroke刀盘搅拌棒(包括主动、被动)数量少于6根(图4)
androtarycoupling刀盘刀盘幅条横截面呈方形,不够圆滑(图5)
土舱土舱容积小于20m3,砂土临时存放能力不足
3.1.1地层地质因素刀具刀盘刀具平面布置不合理,有切削不到的盲区
各型滚刀、刮刀布置高差小于20mm,层次不
隧道穿越的复合地层多为全—强风化的泥岩、刀具
分明(图6)
泥质粉砂岩、泥质砂岩,这几类岩层富含粘土矿物颗
粒,在刀具的切削和刀盘的冲击作用下,岩块变成碎
屑和粉末状,这些碎屑粉末状的粘土颗粒是形成泥
饼的基础材料。
在万-仑区间隧道的施工中,技术人员对结有
泥饼的环段取砂土样进行试验分析,试验采用冲水
称重和简单的筛分法。图3是泥饼生成与地层地质
关系曲线,从图中可以看出:泥岩和泥质粉砂岩的粘
土粒、碎屑含量低于20%时,泥饼生成机率很小;当
粘土粒、碎屑含量大于25%时,随着施工工艺和施

工设备的不利因素组合,泥饼发生可能性增加。图4土舱内主动和被动搅拌棒图示
Fig.4Activemixingarmandpassivemixingar