联系我们

福建中天重工机械设备有限公司

电话:0731-89783591

Email:2324467190@qq.com

Q   Q:2324467190

营运中心地址:湖南省长沙市天心区芙蓉南路和庄A1-3110

您当前所在的位置:首页 > 产品中心 > 盾构技术服务 > 盾构技术服务

盾构穿越竖井施工带压换刀技术研究

摘 要:盾构施工过程中刀具不适应掘进地层时,通常需要进行刀具更换。以武汉轨道交通 8 号线赵—黄区间隧道穿越竖井工程为例,对换刀过程中地面加固、刀具检查、开仓换刀等技术进行研究,确保盾构穿越施工过程中带压换刀的安全。 
1  概述
  随着城市轨道交通的快速发展,盾构施工所遇地质情况也越来越复杂,施工过程中穿越各类既有建( 构) 筑物越来越常见,致使施工极易发生安全风险。复杂的地质环境及地下建( 构) 筑物对于盾构刀盘的刀具磨损更大,需及时更换刀具,开舱换刀是盾构施工中经常遇到的实施难度高、风险大的重要环节。目前,带压换刀则适用地层条件较广,但其对于人员作业的要求较高,施工风险较大。
  本文以武汉轨道交通 8 号线一期工程二标赵家条站—黄浦路站区间隧道穿越中间竖井施工过程中带压换刀为例,根据实际施工需求形成一套完整的穿越竖井盾构带压换刀施工技术。
2 工程概况
  武汉轨道交通 8 号线一期工程二标赵家条站—黄浦路站区间隧道工程,左线全长1046. 208 m,右线全长1062. 411 m。左右线线路纵断面分别采用“人”“V”字坡,最大纵坡为 26.416‰,左线采用人字坡,埋深为 9.94 m ~ 16.94 m,右线采用 V 字坡,埋深为12.4 m ~23.9 m。赵—黄区间中段设竖井一座,主要作为区间疏散联络之用。竖井横向宽度 19.10m,纵向长度 9.12 m,基坑面积 174.19 m2,基坑深度32.167 m ~ 32.667 m。围护结构采用1 200 mm 厚的地下连续墙,地连墙隧道洞身位置采用玻璃纤维筋,采用水下 C35P10 混凝土。隧道穿过区域结构内部回填塑性混凝土,回填体里程方向长 9.12 m。右线隧道竖井位置埋深24 m,左线隧道竖井位置埋深 10 m,盾构隧道穿越中间竖井的相互关系如图 1 所示。
  赵—黄区间工程地质自上而下为:①-1 杂填土、①-2 素填土、③-1粘土、③-2 粉质粘土、粉土、③-5 粉砂互层、④-1 粉砂、④-2 粉细砂。右线隧道竖井位置埋深 24 m,隧道顶位于④-1粉砂,洞身范围内为④-1粉砂、④-2粉细砂; 左线隧道竖井位置埋深 10 m,隧道顶位于③-5粉砂互层,洞身范围内为③-5粉砂互层、④-1粉砂。
  由于赵—黄区间盾构竖井段掘进时需穿过两道 1. 2 m 厚 C35水下 P10 混凝土地连墙,该地连墙在盾构穿越范围内配置 Φ32 玻璃纤维筋( 主筋) ,并掘进通过两道地连墙之间约 9 m 长回填体,回填材料为塑性混凝土。盾构机配置复合刀盘,共装载 39 把撕裂刀及 60 把刮刀。盾构机掘进竖井地连墙位置时,初始掘进速度较快,刀盘进入地连墙 30 cm后由于盾构机扭矩过大,无法继续掘进,刀盘撕裂刀磨损较大,且撕裂刀数量不足,竖井地连墙自身强度较高,目前盾构机配置的刀具无法完成破除地连墙的工作,须先进行换刀作业,再实现盾构穿越竖井的施工。
3 地层加固
  由于盾构机上方原状土已经扰动,对原状土采用 WSS 注浆进行加固,增加土体密实度,从而提高地层的保压能力,WSS 注浆施工工序: 定孔位钻孔→制浆→压降→提升一节→压降结束→移至新孔位。
  其具体施工过程如下:
  1) 根据设计进行钻孔定位及钻机就位,开始钻进;
  2) 钻至盾体后停止喷水,开始注浆;
  3) 待底部达到要求后慢速回抽继续下步注浆,相邻孔位提升高度适当错开;
  4) 注浆方式采用后退式分段注浆,即在注浆管内由孔端向外分段进行注浆,每次注浆段长 0. 4 m ~ 0. 5 m,注完此段后,再后退注下一段,直至全孔注浆完成。注浆压力控制 2. 5 MPa ~ 3 MPa,注浆时地面实时与洞内进行沟通,仓内压力不能超过 4 bar。注浆过程中不要转动刀盘,注浆结束后再缓慢转动刀盘。WSS 注浆加固结束后,对土仓进行加压,压力值需保证在2. 2 bar 以上 4 h,否则进行二次加固。
4 换刀关键技术研究
4. 1 刀盘刀具检查
  根据指令将主舱压力调整为既定进仓压力,打开土仓和主舱的连通阀,观察土仓内是否稳定。相关人员在各项参数稳定后进仓。工作人员进入仓内关闭好仓门,由操仓人员把人闸压力按规定时间加压到设定压力后,作业人员打开作土仓和人闸的连通阀门,待压力平衡后打开土仓门进入土仓。作业人员打开土仓门后,首先站在仓门口观察仓内情况及掌子面、切口环情况,确定掌子面、切口环稳定,仓内无异常后进入土仓,进行刀盘及刀具检查工作。首先要清理刀盘,然后对仓内的刀具、刀盘照相,并检查刀具; 对于刮刀检查合金钻头是否磨损; 对所有的刀具螺栓都应检查,如有松动则必须重新紧固。检查刀盘有无裂纹、刀盘牛腿磨损及刀座的变形情况。
4. 2 刀具更换准则
  所有刀具除开挖岩层外,还起着保护刀盘的作用,为有效的避免刀盘的磨损,当刀具磨损到一定程度或意外损坏时,就必须将其更换,现初步作出刀具更换准则,根据以后经验,再逐步完善。
  1) 当刀具出现下列损坏情况时必须更换: 合金断裂; 刀圈断裂;挡圈脱落或刀圈移位; 刀座出现磨损; 刀具轴承损坏;刀圈严重偏磨。
  2) 因周边刮刀对刀盘外圈的保护起重要作用,并影响盾构机的总推力,周边刮刀出现合金脱落或磨损量达到 15 mm ~ 20 mm必须更换。
  3) 刮刀合金掉落 2 个以上( 包括两个) 必须更换,切刀销轴螺栓有掉落或者松动的必须处理。
  4) 为保证盾构的正常掘进,保护刀盘刀具,撕裂刀或周边刮刀掉落必须进行打捞,刮刀 3 把以上必须进行打捞。
4. 3 确定换刀方案
  根据破除 C40 玻璃纤维筋地连墙需求及刀盘刀具检查情况,确定盾构刀盘换刀方案如下:
  1) 刀盘正面重型撕裂刀全部更换为滚刀。
  2) 右线将 31 把可更换式撕裂更换为单刃滚刀,8 把中心撕裂刀更换成中心滚刀。
  3) 左线将 35 把可更换式撕裂更换为单刃滚刀,8 把中心撕裂刀更换成中心滚刀。
4. 4 刀具更换步骤
  1) 重型撕裂刀拆除更换滚刀。
  旋松撕裂刀的两个螺栓并拆卸螺栓和楔型铁。然后把刀具和固定座从切削刀盘后的安装座内取出。再将新滚刀运至更换点。清洁滚刀底座,安装新滚刀。最后装入楔形块,上紧可调节压块,球面垫片,球窝及自锁螺母。
  2) 中心撕裂刀更换为双刃滚刀。
  松开楔块总成件→松开定位块总成件,取下定位块→块总成件和楔块总成件不可移出→取出中心撕裂刀→清洁表面→装上新滚刀→安装定位块→加固滚刀→拧紧所有螺栓。
  3) 中心刮刀。
  对于中心刮刀的更换,其具体步骤: 松开螺栓→取出丝套→取出切刀→清洁切刀→安装新切刀→固定切刀。
  4) 边缘圆弧刮刀。
  对于中心刮刀的更换,其具体步骤: 松开螺栓→取出圆弧刮刀→清洁圆弧刮刀→安装新圆弧刮刀→固定新切刀→拧紧螺栓。
4. 5 恢复推进
  当土仓换刀完成后,土仓内存有大量的压缩空气。为保证地层稳定,在恢复解决初期采取辅助气压作业,即在盾构机开挖的同时,气压补偿,确保土仓压力在设定值上方,随着开挖下来的渣土不断填充土仓,仓压会上升,打开人闸顶部的平衡阀缓慢释放一定量的压缩空气,尽可能减小土仓压力波动,让开挖出来的渣土取代压缩空气,逐渐建立起土压平衡。掘进恢复后严格控制土仓压力、出土量、推力、扭矩及推进速度等参数,采取加注膨润土泥浆、优质泡沫和分散剂等措施以改良渣土、控制喷涌和防止结泥饼。
5 监控测量
  为确保安全,在更换刀具期间及盾构穿越竖井施工过程中加强监测频率,24 h 现场进行巡视监测,监测的项目为: 地表土体沉降及防止浆液溢出地表、盾构机姿态变化、隧道内管片。换刀期间监测频率为 3 次/d,换刀完成后,脱困期间监测频率为 2 次/d。换刀期间,对周边重要的建( 构) 筑物,根据监测数据情况,随时调整监测频率。施工过程中当判断可能出现的预警状态时,应及时上报,加强监测、巡视,进行先期风险处理。每次监测工作完成后,及时提供有关监测数据资料及分析报告。
6 结语
  以武汉轨道交通 8 号线一期工程二标赵家条站—黄浦路站区间隧道下竖井施工为例,基于实际地层条件及刀盘刀具检查情况确定刀具更换方案,并给出具体刀具更换流程,并在换刀过程中进行实时监控量测,确保施工安全。通过上述技术措施,完成了盾构刀盘保压换刀的过程,并使得盾构穿越竖井施工顺利进行。

售前咨询
技术支持
售后服务