01长距离硬岩段盾构掘进施工技术

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1、硬岩段盾构隧道掘进施工技术李谷阳（中铁五局城通分公司）摘要：大连地铁103标七十九中站~西安路站盾构区间右线以中风化钙质板岩为主，岩石强度在50Mpa左右，属于中硬质岩层，局部为辉绿岩，强度在90Mpa以上。盾构在长距离硬岩中推进存在很多困难，我单位也缺乏相应的施工经验。因此，本文试图通过对该区间盾构施工的实践，摸索出一些经验，以提高我们的盾构施工技术水平，指导我们的下一步的施工。关键词：硬岩掘进盾构1工程概况大连地铁103标盾构隧道区间起于七十九中学站后端,经长兴街沿西南方向至西安路站前端，区间隧道长度为右线844.3

2、6m，左线840.94m，在中间设联络通道一处。区间沿线原始地貌为马栏河二级阶地，现为街道。沿线高层建筑物密集，管线、管道众多。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。右线主要穿越的地质条件为中风化钙质板岩，天然抗压强度在50MPa以上。地下水按赋存条件主要为孔隙水及基岩裂隙水，局部地段基岩裂隙水与海水相互连通。该工程选用了具备三种模式的复合式土压平衡盾构机，由中铁隧道装备有限公司生产。2刀盘刀具的设置2.1刀盘的布置从一定程度上说，选择合理的盾构机设

3、计是盾构隧道施工成败的关键，而其中最关键的是刀盘刀具的设计。大连地铁103标七～西区间根据地质条件，对刀盘刀具进行了合理的设计。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），刀盘的开口率为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个为专用的膨润土注入喷口。在磨损较多的部位,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,大大提高了刀盘的耐磨性能和使用寿命。2.2刀具的布置-9-刀盘共布置了4把中心滚刀（8刃）、32把单刃滚刀，滚刀直径为432mm；配

4、置了切刀48把，刮刀12把，切削刀具采用大块硬质合金结构形式刀具。滚刀的刀间距为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，以便在硬岩地段掘进时保护切刀，掘进中以滚刀先破开岩层，刮刀将破碎的岩石刮进土仓。刀具采用耐磨性能和冲击性能都非常优越的E5（日本标准）类硬质合金头。刀盘、刀具的布置详见图1和图2。图1盾构机刀盘正面图2盾构机刀盘背面3硬岩段盾构隧道的主要掘进技术3.1掘进模式的选择-9-承担本区间的盾构具有一机三模式功能，即土压平衡式、开趟式和半开趟式，各模式可

5、以互换。在硬岩地层掘进中，由于掌子面很稳定，为了加快推进速度，一般采用开趟式推进，盾构机切削下来的碴土进入土仓内后，,即刻被螺旋输送机排出，土仓内仅有少量碴土。掘进中刀盘和螺旋输送机所受反扭力较小，由于不需控制土仓压力,刀盘扭矩较低，掘进推力较低，掘进进度快。3.2掘进参数的设定硬岩地段盾构施工主要掘进参数的设定原则以保护刀具为原则，掘进参数的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，同时根据监测数据适当加快或放慢推进速度。在此原则下，对该区间硬岩掘进参数设定如下:（1)盾

6、构推进速度控制在0～25mm/min之间；（2)总推力控制在8000～12000kN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，由于以滚刀破岩为主，渣土破碎后直径在1～3cm左右，渣土以针片状碎石为主。在初期施工中，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。主要原因是由于地下水十分丰富，在大量地下水的稀释作用下，泡沫基本无法对碎石状渣土形成改良效果。为此，在后续施工中，我们大胆的提出取消泡沫注入，通过一段

7、时间的实践，我们认为在富水条件下完全可以取消泡沫的注入，但要及时注意观察渣土的情况，一旦地下水有所变化就要及时调整渣土改良方案。图3没有注入泡沫的渣土4硬岩段盾构掘进存在的主要问题分析及应对措施4.1刀具磨损严重在硬岩地层掘进，首先遇到的一个问题就是刀具的磨损。由于岩层强度高，刀具挤压、切削围岩效率低，对刀具、刀盘的磨损相应也大。因此在硬岩地层对刀具质量、刀具的检查与更换等提出了更高的要求。在掘进至41环,对刀具进行检查时发现，滚刀磨损较大，特别是边缘滚刀磨损严重，磨损情况见表1。为保证开挖直径，防止盾构机被卡住，确保盾

8、构安全，我们对32～41号边缘滚刀进行了更换。根据相关经验，边缘滚刀在磨损超过8mm，必须进行更换。从刀具检查情况来看，滚刀以正常磨损为主，没有出现偏磨等非正常损坏现象。更换下来的滚刀见图4、掌子面照片见图5，从该图可以看出掌子面滚刀破岩效果非常好，轨迹线清楚，一定程度印证了刀具的设计布置十分合理。-9-表12011