• 1
新闻资讯
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>>新闻资讯>>行业新闻行业新闻

杭州地铁盾构穿越半断面硬岩技术探讨

1 工程概况
    杭州地铁2号线杭发厂站—人民路站区间,上、下行线盾构分别于里程SDK4+994.18~SDK5+039.18(45m)、XDK4+991.85~XDK5+031.85(40m)穿越了半断面硬岩段,盾构开挖断面上半部分为粉砂性及淤泥质粉质黏土层,下半部分为强、中风化石英砂岩或中风化凝灰质砂岩(单轴抗压强度17.62~52.02MPa),盾构掘进施工存在较大难度,硬岩穿越段平面位于市心路机动车道位置,周边环境复杂,不具备大型设备地面加固条件,且隧道埋深较浅,地层保压性能较差(见图1)。
 
    根据原施工方案,该区间采用一台川崎复合盾构,在不考虑换刀的条件下进行上、下行线穿越硬岩段施工,复合盾构刀具配置见图2。
 
2 上行线施工分析
2.1 施工中遇到的问题
    在进行上行线半断面硬岩段掘进时采取了泡沫剂土体改良、合理调整盾构施工参数、加强地面沉降监测等措施,但在上行线盾构穿越过程中由于滚刀存在偏磨现象,使刀具磨损严重,造成盾构掘进困难,地面沉降量较大,刀盘开挖面温度较高,盾构各项施工参数出现了异常现象,出现盾构推进速度较小、总推力较大、刀盘扭矩较大、油温高等现象,且土仓内土压计在推进过程中无法达到设定值,土仓下部土压力小于中部土压力,盾构螺旋机内出现大块石块等,地面沉降值较大,当硬岩段掘进30m后已无法继续掘进施工(见图3、4)。
 
 
2.2 盾构刀盘磨损的主要原因
    在杭发厂站—人民路站区间上行线盾构掘进过程中,引起刀具磨损的主要因素如下:
    1)由于杭发厂站—人民路站区间硬岩段以北均为粉砂性地层,盾构在穿越硬岩段前由于受前期约600m掘进段粉砂地层的影响,刀具已存在一定的磨损。
    2)在进行上行线硬岩段掘进过程中,盾构开挖面上半部分的黏性土在高温条件下形成固结并堵塞滚刀刀架,影响滚刀液压轴承密封,并对滚刀形成包裹作用,使滚刀无法正常旋转,造成滚刀单侧磨损严重的情况,如图5所示。
 
    3)由于局部区域刀具磨损严重,引起相邻滚刀过载,导致刀刃破碎,刀刃破碎形式主要表现为刀刃整体崩裂,完全失去刀具切削功能,如图6所示。
 
    4)由于盾构穿越半断面硬岩段时,盾构前方地层情况急剧变化,盾构下部受岩层阻力及刀具偏磨等影响,温度急剧上升,造成滚刀轴承密封损坏,加速了刀具的磨损。
3 上行线盾构开仓换刀加固新工艺及技术要点
    由于上行线盾构停推位置位于市心路中心,交通流量较大,不具备大型设备加固条件,且地层为粉砂性地层,保压性能较差,无法采取气压法开仓作业。根据实际工况采取在刀盘周边打设拉森钢板桩,在钢板桩外侧进行地面分层压密注浆加固,并采取真空降水来降低盾构周边地层地下水位,顺利进行了盾构开仓换刀施工,完成了上行线硬岩段穿越施工(见图7、8)。
 
 
3.1 施工原理及优点
    拉森钢板桩围护结合分层注浆加固是一种新型的地基加固技术,它具有快速止水和土体加固的作用,近年来在盾构法施工中开始应用于盾构换刀区域土体加固及盾构进出洞地基加固中。地面二重管无收缩双浆液WSS工法分层注浆是采用地矿钻机钻孔至预定深度后注浆,并由下向上开始分层注浆,注浆浆液采用双液浆,通过二重管端头的浆液混合器充分混合,在不改变地层组成的情况下,将颗粒间存在的水强迫挤出,使颗粒间的空隙充满浆液,并固结达到改良土层性状的目的,颗粒间隙中充满了固结的浆液后,使土层透水性降低,而形成相对隔水层。与其他地层加固施工工艺相比,拉森钢板桩围护结合分层注浆加固施工具有如下优点:
    1)使用的主要设备是地矿钻机及同步双液注浆泵,施工设备简单,设备维护方便,维护成本较低,用电量比较小,不需要太大的施工场地。
    2)分层注浆具有较高渗透力,土体加固质量良好,加固土强度提高较快,工期短,可确保土体自立性,且钢板桩起到阻断地下水的作用。
    3)可有效防止加固体与盾构刀盘或壳体产生固结,避免出现盾构机因受加固体包裹作用而无法推进的现象。
    4)适用于砂类、淤泥质、碎石地层等,对于上软下硬地层可有效保证地层加固的质量。
3.2 施工相关技术要点
    1)应做好盾构尾部止水措施。为截断盾构后方至土仓的水流,应在盾尾成型管片进行壁后注双液浆,形成止水环。
    2)应做好防止刀盘、盾壳固结措施。在注浆加固前,为了防止盾构刀盘和盾壳固结,必须先向土舱内加入足够的膨润土液、克泥效。利用中盾外壳上的球阀在盾壳与钢板桩间注入聚氨酯材料,起到止水和防固结的作用;应在钢板桩与盾构壳体间压注克泥效,防止浆液窜入盾壳与钢板桩的间隙内,并起到止水作用;在注浆加固过程中,严禁进行刀盘的旋转,当加固体初凝后方可在不加推力的情况下空转刀盘(刀盘转速为0.5r/min),防止刀盘被浆液抱死。
3.3 注浆加固、降水措施的效果
    采用上述新工艺进行地层加固后,地层加固效果良好,刀盘前方土体具有良好的自立性,加固体局部区域存在少量渗水现象,可通过加强真空降水措施来保证开仓安全,可确保换刀施工的安全性。
4 下行线盾构土仓保压施工工艺及技术措施
    在进行杭发厂站—人民路站区间下行线掘进施工前,针对上行线盾构滚刀磨损严重、地面沉降控制困难等现象采取盾构掘进土仓保压工艺及相关措施,顺利穿越了下行线半断面硬岩段。
4.1 土仓保压施工工艺
    由于盾构穿越半断面硬岩段时,刀盘长时间在同一断面切削,对周边地层扰动较大,且盾构受下部岩层阻力作用土仓内及盾构切口前方土压无法建立,杭发厂站—人民路站区间下行线盾构通过对土仓内注入“厚浆”来维持土仓内土压力,并平衡盾构前方土压,有效控制了盾构切口位置的地面沉降。厚浆采用膨润土、水拌制,并应保持一定的稠度。
    厚浆压注的操作工序:厚浆拌制→土仓欠压时启动厚浆保压注入系统并压注厚浆→土仓土压达到平衡标准并达到预期降温效果→开启推进系统及螺旋机闸门进行盾构掘进切桩施工→盾构推进结束后进行厚浆注入管路清洗。
4.2 确保低速推进
    在盾构进行下行线硬岩段掘进前增加一台低速推进泵,低速推进泵在慢速推进时,推进泵组不工作,仅由增加的慢速推进泵组工作,保证盾构机穿越半断面硬岩段时能够稳定低速推进。增加的推进泵应为定量泵,使盾构机能够一直保持小于等于2mm/min的速度匀速推进,避免了因推进速度过快而造成刀具崩裂损坏的现象。
4.3 盾构刀具磨损控制措施
    1)由于盾构周边滚刀切削圆周较长,刀具磨损量较大,因此采用宽刃滚刀,具有耐磨性较强、不易崩裂等优点。
    2)在软土地层掘进阶段,采用泡沫剂对盾构前方土体进行改良,增加土体流动性,防止软土堵塞滚刀或包裹滚刀现象出现。在盾构到达半断面硬岩段前采用分散剂对盾构刀盘进行浸泡,通过刀盘旋转将黏附在刀具上的黏土清除;在穿越半断面硬岩段时采用厚浆对前方土体进行改良。
    3)针对盾构穿越半断面硬岩段时盾构切口温度较高的情况,采取加强隧道内通风、进行盾构前方土体改良、采用冰块降温等措施。
    4)针对滚刀受软土作用后滚刀无法正常转动的现象,根据岩层强度及周边地层情况适当减少滚刀启动扭矩,根据施工经验一般将半断面中风化硬岩段滚刀启动扭矩设定为30~50N·m。
    5)为保证盾构在半断面硬岩段掘进过程中滚刀不出现偏磨现象,在进行掘进过程中对盾构切口注入润滑剂,减少滚刀启动阻力,使滚刀在润滑剂的作用下充分旋转,有效避免滚刀偏磨现象。
    6)在半断面硬岩段掘进过程中,应根据岩层强度适当控制盾构掘进速度,应防止盾构掘进过慢出现“磨刀效应”或盾构掘进过快出现滚刀刀刃崩裂,一般刀盘转速应按1.2r/min控制,贯入度应按3~10mm/min控制。
5 取得的成果
    杭发厂站—人民路站区间下行线盾构采取上述土仓保压工艺及相关措施后,盾构半断面硬岩段掘进各项参数均正常,盾构刀具磨损较少,并一次性顺利穿越了下行线半断面硬岩段,地面沉降控制良好,如图9~11所示。
 
 
 
6 结语
    盾构穿越半断面硬岩段时,土仓厚浆保压施工工艺有效控制了盾构切口地面沉降,使用盾构低速泵、合理布置宽刃滚刀、土体改良、刀盘降温、合理设置滚刀启动扭矩、盾构切口注入润滑剂、盾构切削贯入度控制等措施有效减少了刀具磨损量,避免了滚刀偏磨现象。
    另外,拉森钢板桩围护结合分层注浆加固及降水措施有效保证了盾构常压换刀作业的安全,并且该加固工艺适用性较强,在盾构法施工中具有广泛的应用前景。

售前咨询
技术支持
售后服务