北京地区卵石地层盾构应用技术探讨

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1、北京地区卵石地层盾构应用技术探讨  摘要:针对两种品牌盾构在同一地层掘进的施工案例,结合盾构机在北京地铁卵石地层中施工的经验,本文重点讲述了盾构机关键部件刀盘以及螺旋输送机在卵石地层中的实际应用,通过对盾构机施工参数对比、螺旋输送机的选型以及刀盘开口率匹配等的探索性试验,为以后北京地区卵石地层盾构施工提供了参考。关键词:卵石地层盾构机刀盘:u455.43:A:1003-9082(2013)01-0073-03土压平衡盾构法施工在我国城市地铁隧道、过江河公路隧道、城市排污管道、过江输水或气管道中使用越来越普遍。而作为

2、施工主机械的盾构机选型工作在施工中直接影响着工程的进度快慢,在北京地区卵石掘进的盾构机经常出现螺旋机卡死、盾构刀盘结泥饼和卵石块无法排出、刀盘卡死、刀盘磨损等地层现象,该地层中刀盘开口率、刀盘大圆环形式、螺旋输送机的形式、使用参数以及螺机土仓内的伸出量都会影响到出渣的连续性与流畅性。本文通过对同地层两种参数进行对比分析,力求寻找出一个适应北京地区卵石地层的刀盘以及螺旋输送机得使用方法,为以后同类地层盾构施工提供参考。一、地质状况盾构机通过的地层自上往下主要为:①粉土填土,①1杂填土、④2粉土、④3粉细砂、⑥粉质粘土

3、、⑤2粉细砂、⑤卵石、⑦卵石。盾构穿越地层主要为卵石⑤层、粉质粘土⑥层、卵石⑦层,全段连续分布,局部为粉细砂⑤2层、粉质粘土⑤4层。整个区间各地层比例所占比例如图1。卵石的颗粒物最大粒径不小于390mm,卵石、漂石主要成份为石英砂岩、辉绿岩、安山岩、硅质白云岩等坚硬岩类,且地下水稀少。二、盾构主要参数对比刀盘是土压平衡盾构机的重要组成部分,主要功能有:1)挤压、切削刀盘前方地层中的渣土,通过旋转刀盘的方式使其进入土仓;2)刀盘有支撑前方土层的作用;3)通过渣土的搅拌使土仓内及刀盘前方的渣土能够形成有效的搅拌改良。刀

4、盘主要结构由支撑臂、刀盘面板、刀具、搅拌轴及泡沫孔等组成,目前国内土压平衡盾构使用的刀盘主要有面板式和辐条式,我们介绍的为不同开口率的面板式刀盘在该地层中应用。三、两种开口率的刀盘及螺旋形式在卵石地层中的使用情况对比在北京地区卵石地层中掘进,刀盘开口率的大小是刀盘重要的参数之一,有效的开口率能及时的将刀盘前方的卵石刮入土仓内进而通过螺旋机输送到土仓外。刀盘开口率过小容易导致刀盘前方的卵石不能及时进入土仓,需要刀具多次滚压至卵石变小后才能重新进入土仓,在掘进速度较快时,大量的卵石堆积至刀盘前方就形成了土塞进而形成泥饼

5、,严重制约了盾构的掘进速度,是掘进能否正常的重要因素之一。下面以两种不同开口率的刀盘及不同形式的螺旋机在相同地层中使用为例,对盾构掘进参数进行对比分析,并得出结论。1.本标段地层主要以卵石⑤、⑦地层为主,两种盾构采用开口率大小不同的刀盘形式,盾构刀盘开口率为40%的刀盘为了满足大颗类卵石排出采用的为带式螺旋机,该螺旋输送机的叶片间距是540mm,最大通过粒径的轴线距离为560mm,螺旋机钢筒的直径为850mm,螺旋机叶片深入土仓的最大长度为700mm。盾构刀盘开口率为23%的刀盘采用的为轴式螺旋机。其原因是控制出渣

6、量及喷涌现象的出现易采用轴式螺旋机。该螺旋输送机的叶片间距是650mm,最大通过粒径的轴线距离为300mm,螺旋机钢筒的直径为900mm,螺旋机叶片深入土仓的最大长度为750mm。2.在本标段卵石地层中掘进,两种刀盘的盾构掘进参数也有所不同,下面对两台盾构不同掘进里程时的主要掘进参数进行对比,参数对比见表2:在同地层掘进过程中,开口率较大的盾构的总推力在1300-1800T之间,上部土仓压力0.6-0.8bar,掘进速度30-40mm/min,刀盘扭矩波动范围最大为300KNM,扭矩一般为4000-5000KNM之

7、间,出渣量3车以内(41-44方),地表沉降较小。螺旋机排出的最大粒径的卵石为400500mm,开口率较小的盾构掘进过程中总推力800-2000T,上部土仓压力0.3-0.4bar,掘进速度15-60mm/min,刀盘扭矩波动范围较大,最大为1000KNM,扭矩一般为4000-6000KNM之间,出渣量3车(46方)相对偏大,地表沉降值相比开口率较大的带式螺旋盾构较大,螺旋机排出的最大粒径250250mm,且多次出现螺旋机被卡的现象,由于大块渣土在土仓内集压,刀盘开口堵塞,需要人工进仓清理。3.通过掘进对比,两种形

8、式的刀盘及螺旋输送机得出以下几点结论:3.1在卵石地层的掘进过程中,刀盘开口率越大,螺旋机出渣粒径越大、螺旋机脱困扭矩越大,盾构的出渣量、土压力及地层稳定性越容易控制,掘进参数也会更好更有利于施工。3.2刀盘开口率较大的刀盘可以有效的将大卵石排出刀盘前方,带式螺旋机的出渣粒设计为540560mm,可以满足较大类型的卵石运出土仓,可以有效的保证掘进的顺利进行刀

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