南京地铁7号线窑晓右线区间全断面灰岩盾构施工技术.pdf
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1、南京地铁号线窑晓右线 环区间段为全断面灰岩盾构施工断面,由于灰岩强度高、地层含水量大,导致盾构施工过程中出现螺旋机喷涌、出渣含水量大、刀具非正常磨损、施工效率低等问题.针对盾构施工过程出现的问题,有针对性的提出同步注浆、二次注浆、丙烯酸盐配合注入,前盾球阀、盾体超前注浆孔放水等改进措施,整体施工效率较改进前提升约.相关技术经验可为全断面灰岩盾构施工提供借鉴.关键词:全断面灰岩;盾构;刀具磨损;含水量;施工效率D O I:/j g j g y a t 中图分类号:U 文献标识码:B文章编号:()我国地下轨道交通建设规模不断发展壮大的同时,复杂的工程地质条件也为地铁隧道的施工带来了诸多困扰.我国碳
2、酸盐类岩层约占国土面积的/,广泛分布于南方地区,江苏、福建、广东一带的碳酸盐岩又以纯灰岩为主体,不仅分布着岩溶地质,而且富含地下水.灰岩不同于泥岩、砂岩或者砂卵石,由于灰岩周围地层与灰岩、灰岩地层中溶洞填充物的强度和力学性质相差较大,导致在盾构施工过程中刀盘的受力更加复杂.南京地铁号线窑晓右线 环区间全断面盾构施工遇到的灰岩地层硬度较高、盾构出渣含水量偏大,导致各种施工问题,在此进行剖析与解决 .工程概况工程地质南京地铁七号线窑上村站晓庄站区间线路总长 m,区间穿越不同地貌单元和不同地质单元,基岩埋深变化较大,隧道围岩主要为:层可塑软塑粉质黏土、稍密中密粉土,层可塑软塑粉质黏土,K p K p
3、 强中风化泥岩、砂岩、砾岩,J x n J x n 强中风化泥岩、砂岩、砾岩、T S中风化灰岩等.隧道底板以下岩土层软硬交替、波状起伏,工程特性变化大、差异显著.水文地质窑晓右线区间地形地貌较简单、地层类型多、变化大,水文地质条件较复杂.孔隙潜水、微承压水分布于阶地间冲沟地带,含水层主要为层以浅土体,水量较小.碳酸盐岩类岩溶裂隙水主要分布于灰岩、角砾状岩裂隙、破碎带及岩溶发育带内,具承压性.区间场地对工程有影响的主要为厚层填土中孔隙潜水、深部基岩裂隙水、岩溶裂隙水等.浅部填土层中孔隙潜水富水性一般;场地基岩总体埋藏浅,盾构掘进深度范围内以强风化、破碎状中等风化岩及完整中等风化岩为主,钻探表明,
4、岩体局部裂隙发育、破碎,局部裂隙水可能较发育,裂隙水对基坑稳定不利,对施工有较大影响,对抗浮不利.灰岩地层全断面灰岩地层自 环,共计 环,灰岩地层单轴抗压强度为 MP a.根据地勘图纸显示,在 环,环范围内,盾构机掘进范围内有溶洞区域,影响范围共计 环.截至 年月 日,盾构机掘进拼装完成 环,盾构机已顺利通过溶洞地段,但是在 环全断面灰岩施工期间,出现了一些技术问题亟需解决.主要工作参数盾构工作参数窑晓右线区间盾构采用辽宁三三盾构机,主机长度m,整机长度约 m;刀盘开挖直径为 m,整体开口率约,刀具装配型式为端盖式,包括把 双联滚刀、把 单刃滚刀、把 单刃滚刀以及 把各类型尺寸刮刀,滚刀的(自
5、身)转动扭矩 Nm、正面滚刀刃宽 mm,边缘滚刀 刃 宽 mm、刀 圈 硬 度 为HR C 成果F r u i t sa n dA p p l i c a t i o n与应用国防交通工程与技术 年 月 卷期HR C .滚刀轴承采用铁姆肯轴承,滚刀刀圈采用H 优质合金钢,刀具的布置间距为 mm,滚刀的高差为 mm,刮刀的高差为 mm;盾构机采用变频电机驱动,额定扭矩 k Nm,脱困扭矩 k Nm;螺旋输送机运输能力 m/h,可通过最大粒径 mm;推进系统最大推力 MN、最大推进速度 c m/m i n.同步注浆参数本区间同步注浆浆液采用以熟石灰和粉煤灰为胶凝材料的可硬性浆液,同步注浆砂浆配合比
6、为:熟石灰粉煤灰膨润土细砂水 k g/m.施工过程中存在的问题及原因分析存在的问题()地层含水量大,螺旋机喷涌,管片壁后同步注浆浆液含量少,几乎无浆液,同时影响开仓刀具检查及更换.现场具体情况见图.(a)?(b)?图全断面灰岩地层含水量大引起的现场现象()刀具损坏严重:受制于强度较大的全断面灰岩,刀具非正常磨损频繁,刀具损坏严重,损坏情况多为楔形块、定位块掉落,刀圈崩裂,边缘滚刀损坏情况远高于正面滚刀及中心刀,见图.施工至 环、环和 环时,对刀具进行了更换,具体情况见表.从表中可知:在全断面灰岩盾构掘进过程中,平均每掘进 环就需要进行一次刀具更换,每次更换把刀具,可见刀具的损坏情况十分严重.表
7、 环换刀统计情况换刀环号推进环数/环边缘滚刀/把正面滚刀/把 由于地层含水量大,刀具损坏严重,直接导致施工进度缓慢,单环掘进耗时h,平均每天仅能掘进环.原因分析(a)?、?(b)?、?(c)?图现场刀具磨损情况()出渣含水量大的原因:对脱出盾尾的管片进行开孔观察,管片壁后无浆液,有大量清水流出,带有压力,见图.开孔放水前后,土仓压力由b a r降至b a r.分析判断土仓内的水由盾构机后方补给,水源为灰岩及岩溶发育带的岩溶裂隙水.图盾尾后管片开孔水流情况()刀具非正常磨损的原因:通过多次开仓观察掌子面,刀盘面板正前方刀具切削范围内,均为较完整的全断面灰岩,伴有裂隙,掘进时有大块渣样剥落.因此判
8、断造成刀具非正常磨损的主要原因有以下几点:一是掘进参数不佳,刀具受到的冲击力较大,使刀圈崩裂;二是刀具相对硬度高,韧性低,当刀具转至灰岩部分发育地带或裂隙地带,刀具受到的冲击力较大,使刀圈崩裂;三是刀具螺栓掉落导致刀具楔形块、定位块掉落,进而与边缘滚刀刀圈撞击,导致刀圈崩裂;四是土仓内大块渣样对刀具产生冲击,掌子面不平,进一步加大刀具在交界面的冲击力.解决措施及效果针对含水量较大情况的解决措施步骤一:对脱出盾尾环进行同步浆液(厚浆)补充,每方同步浆液中加入 k g水泥;同时,向后环进行开孔放水,观察情况,有浆液流出时,进行双液浆注入,施作止水环箍.施工前,对双液浆进行配合比试验,寻找最佳配合比
9、,最终选择水玻璃 成果与应用南京地铁号线窑晓右线区间全断面灰岩盾构施工技术张彪国防交通工程与技术 年 月 卷期水泥浆,调整后的浆液初凝时间为 s.步骤二:二次注浆施工结束后,开孔观察,下部浆液较饱满,上部水量较大,推测上部浆液流失,上部止水效果不佳,故注入丙烯酸盐对上部进行封堵.封堵结束,有一定的止水效果,但连续掘进 环后,水量再次较大.步骤三:对脱出盾尾环范围内注入聚氨酯,聚氨酯材料具有亲水性好、可控制诱导时间、膨胀性大、可灌性好等特点,本工程选取的水溶性聚氨酯注浆料不挥发物含量为,发泡率为 ,抗压强度MP a.通过注入聚氨酯形成环箍后,在后方进行浆液补充,使用同步注浆二次注浆.掘进前,通过
10、前盾土仓球阀及超前注浆孔及时排水,见图;做到连续施工,减少停机时间.(a)?(b)?图现场排水降压针对刀具损坏情况的解决措施()调整掘进参数,刀盘转速由提高至r/m i n,以达到加快刀盘转速、提高破岩能力的目的.()由于硬岩对刀具磨损严重,需定期、及时的检查刀具情况,确保刀具的完整性,才能避免部分刀具损坏导致全盘皆输,故当刀盘扭矩、推力等参数异常于正常掘进数据时,要及时观察掘进参数;当掘进过程中,刀盘振动波动较大及土仓内出现异响时,及时开仓检查刀具.根据本段施工情况,将刀具两螺母用钢筋焊接连接,每隔 环对刀具进行检查,并及时复紧螺栓和更换破损刀具.()调 整 刀 圈 的 硬 度(调 整 后H
11、R C HR C )及启动扭矩,将边缘滚刀刃宽 mm的刀圈更换为刃宽 mm刀圈,提高其韧性及破岩能力,减少因刀具冲击而造成的破坏 .刀刃宽改小是为了减小刀具和岩石的接触面积,在纵向油缸施加的推力作用下,使其压入岩石,通过滚刀对岩体的挤压和剪切使岩体发生破碎.改进技术措施后效果通过采用同步注浆、二次注浆、丙烯酸盐配合注入,前盾球阀、盾体超前注浆孔放水等改进措施后,螺旋机可正常排渣、无喷涌现象,盾构机扭矩减少/,土压力降为b a r,螺旋机转速和刀盘转速明显提升,保证掘进的连续,单环耗时减少,提高施工效率.在其他外界因素正常情况下,每班组掘进环,每天环,施工效率较改进前提升了,剩余全断面灰岩段(共
12、计 环)盾构掘进施工仅用时不足 d.改进前后盾构施工掘进参数对比见表.表改进前后盾构施工掘进参数对比状态环号掘进时长/h推力/(k N)扭矩/(k Nm)掘进速度/(mm/m i n)土压力/b a r螺旋机转速/(r/m i n)刀盘转速/(r/m i n)改进前 改进前 改进后 改进后 结论()掘进过程中,尽量保证半仓掘进,尽量做到连续施工,减少停机时间过长,以免造成土仓内水量过大.()采用双液浆、丙烯酸盐、聚氨酯等及时施作止水环箍,及时进行壁后同步补浆及二次注浆;水量大的情况下,掘进前需进行排水,降低土仓压力,防止螺旋机喷涌.()严格控制掘进参数,减少刀具的非正常磨损,定期、及时的检查刀
13、具情况.参考文献 李述培灰岩与砂土复合地层盾构隧道施工开挖面稳定性分析J湖南城市学院学报(自然科学版),():朱连臣盾构隧道穿越泉域强富水灰岩地质掘进控制技术J城市轨道交通研究,():贺开伟,喻中孝,张家年,等高强度硬岩地层盾构重型刀盘设计及应用J建筑机械化,():张中勇,路林海,秦晓鹏,等土压平衡盾构灰岩掘进技术分析J建筑技术,():高墅地铁工程盾构区间岩溶地层处理对比及探讨J国防交通工程与技术,():(下转第 页)成果与应用南京地铁号线窑晓右线区间全断面灰岩盾构施工技术张彪国防交通工程与技术 年 月 卷期地保证了道路通行安全.参考文献 范壮高性能灌注料R P C在嘉鱼长江公路大桥中的应用J
14、中国建材科技,():王良胜浅谈D J 型公铁两用架桥机架设铁路T梁施工技术J建筑工程技术与设计,():徐晶波形钢腹板P C组合小箱梁顶推施工技术研究D南昌:华东交通大学,高明赞甬台温高速公路复线飞云江跨海特大桥设计与施工J浙江交通职业技术学院学报,():刘琳简支箱梁原位现浇支架方案比选J城市建设理论研究,():S t u d yo nt h eR e p l a c e m e n t S c h e m eo fD a m a g e dB e a m so fN a n j i a n gR a i l w a yB r i d g eZ H A O P i n g y u a n,H A
15、 N R o n g h u a(C h i n aR a i l w a yL i u y u a nG r o u pC o,L t d I n d u s t r i a l a n dE c o n o m i c I n s t i t u t e,T i a n j i n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h eb e a mb o d ya t t h e i n t e r s e c t i o no fT i a n j i nP o r tN a n j i a n gr a i l w a yb r i d g ea n dH a i b i
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