盾构选型中大漂石的影响及处理论文

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1、盾构选型中大漂石的影响及处理论文［摘要］介绍了地铁施工时大漂石对盾构机选型的影响、大漂石的行为预测和处理。［关键词］盾构；大漂石；软土隧道；行为预测泥水盾构和土压平衡盾构施工技术在过去的几十年里获得了巨大的技术进步。然而，在盾构隧道施工中仍有许多需要解决的难题，土壤中混有大漂石就是其中的一个重要问题。如成都地铁1号线区间隧道大部分地段通过中密～密实的砂卵石地层，其卵石含量高，且大粒径卵石含量较多，据试验段地质详勘报告和全线地质咨询报告，已发现最大漂石粒径670mm，在局部地段大粒径漂石富集成群。大漂石对地铁的施工

2、构成了影响.freelm的大石块，通常赋存在砂卵石地层或其他土层中，其空间分布具有较大的随机性，很难找到规律，不易被钻探发现，故给盾构施工造成极大困难。对施工和设备的影响主要表现在刀具磨损严重、刀座变形、刀具更换困难；刀盘磨耗导致刀盘强度和刚度降低，引起刀盘变形；刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏；刀盘堵塞，盾构机负载加大等，更有甚者是大漂石无法破碎，致使盾构掘进受阻或偏离线路。盾构穿越砂卵石地层时，刀具磨耗和大漂石的排出是影响盾构掘进的两个主要问题。刀具磨耗通常通过提高刀具耐磨性和掘进中途换刀来解决

3、。大漂石的排出问题比较复杂，处理方式因地质条件、盾构的类型以及刀盘和出渣装置的结构和形式而有所不同。一般对于最大卵石直径不超过200mm的砂卵石地层，可采用常规排除方式，即要求在盾构选型和刀盘设计时，按可能通过的最大卵石直径确定刀盘开口率和开口宽度，并配备与上述卵石直径条件相适应的螺旋输送机排出大卵石。对开挖坚实稳定的地层可考虑采用轮辐式刀盘。当最大卵石直径超过200mm时（即为大漂石），如果采用常规排除方式就必须增大刀盘开口，增大螺旋输送机的直径。这一方面会因刀盘开口增大影响开挖面稳定，另一方面也会因螺旋输送机

4、直径增大引起排渣装置成本增加并造成盾构空间布置困难。因此必须考虑工作面破碎方式。工作面破碎方式要求在盾构刀盘上设计安装可对大漂石或卵石进行破碎的刀具，对石块进行先行破碎，破碎后的小块岩渣经刀盘开口进入土压仓，再通过螺旋输送机或排泥管道排出。工作面破碎方式不仅能减小刀盘面板的开口率和开口宽度，而且可尽量减小开挖大漂石引起的土壤松动，从而有利于开挖面的稳定。用于破碎的刀具可选用盘形滚刀或齿式刀头。齿式刀头依靠冲击力破岩，盘形滚刀则是依靠挤压和冲击破岩，这就要求地层提供足够的反作用力。如果大漂石在围岩中压埋不很牢固，地

5、层松软，当刀头碰到大漂石时大漂石仅会简单地偏移或被弹开。由于不能传递破碎力，因此达不到破碎的目的。而且被刀盘推向隧道侧面的大漂石甚至会导致盾构转向，使盾构偏离隧道设计轴线。2隧道开挖过程中大漂石的行为预测尽管用盘形滚刀破碎大漂石常常是非常有效的方法，但是一些工程的实际情况表明在某些地质条件下隧道中的大漂石不能被破碎，必须采取其他方式处理。这就需要对大漂石的行为及其所存在的地质状况进行研究，以便对大漂石的行为进行预测，从而提高隧道的开挖效率。2.1盾构掘进时大漂石的行为当认为大漂石位于隧道轴线上时，必须采用混合式刀

6、盘。这种形式的刀盘使用切刀、刮刀、齿刀和盘形滚刀等刀具。盘形滚刀通常能破碎过大、不适合进入盾构渣土处理系统的大漂石。这里存在这样的问题，盘形滚刀在一些工程中破碎大漂石极为有效，而在另外一些工程中却根本无效。在硬土层中对大漂石破碎通常比较有效，此时盘形滚刀随着刀盘的转动而滚动或滑过土层直接撞击和切割遇到的大漂石。盘形滚刀以点载荷作用于大漂石，使岩石碎片剥落，直到大漂石破碎。如果岩石碎片较小，它们就可以穿过刀盘进入机器。如果碎片仍就很大，它们就必须由盘形滚刀进一步破碎。只要石头是埋在土层中被牢牢地固定在其位置上，盘形

7、滚刀就能够冲击和破坏任何形状且非常坚硬的大漂石。有时盘形滚刀破碎不了大漂石，此时大漂石往往被刀盘的旋转推力弹开或被推向隧道旁边。若大漂石处在盾构的外侧，它们实际上可能会挤压盾构使其偏离方向。如果隧道左侧土壤软弱，而右侧是坚硬的大漂石，机器将转向阻力最小的左侧，如果这种情况过大，隧道的轴线将偏斜。若土质太软弱，固定不住大漂石，不能产生足够的破碎反力，大漂石就会随着土体的破坏而移动或被刀具弹开，而且会在刀盘前面循环，挡在排土口并损坏刀具。这种情况下，操作工人必须进入开挖面人工清除大漂石。清除大漂石的工作对于工作人员和

8、工程项目都很危险，开挖面崩塌可能会使施工人员伤亡，也可能引起隧道顶部地面过大的沉降。在这种情况下进入开挖面是不可能的，解决的办法是提高周围土壤的剪切强度，通常是从地面泵入浆液或通过刀盘向开挖面地层注入浆液对土体进行加固。这个方法非常有效，但要求隧道暂停掘进。因此造成时间耽搁和成本增加。2.2大漂石行为的预测方法虽然适当的地质调查能够揭示出盾构掘进时是否会遭遇大漂石,.fr