复合地层盾构施工关键技术

《地下铁道施工》主讲人：张小力复合地层盾构施工关键技术目录DIRECTORY刀盘刀具01复合地层0203复合地层的施工方法在复合地层盾构施工中，出现盾构机掘进困难，刀盘刀具剧烈磨损，这种地层中对盾构机及施工要求？?案例引入刀盘刀具1.刀盘分析面板上加耐磨块耐磨钢板块保护刀盘周边耐磨钢带及保径刀刀盘刀具1.刀盘分析固定刀座背部保护改良孔口耐磨保护斜坡口（进料口）耐磨保护刀盘刀具2.刀盘磨损刀盘耐磨层磨掉保径刀、钢带被磨刀盘严重磨损刀盘刀具3.刀盘结构总结刀盘刀具（1）刀盘各部位都应该进行足够的耐磨保护，刀盘周边的保径耐磨保护很关键。（2）刀盘面板的保护较软土盾构要提高很多等级，应付高强度岩石碎屑摩擦和孤石块的撞击摩擦。（3）确保出渣口顺畅快速，出渣口侧面也应有足够的耐磨保护。

刀盘刀具4.刀盘在复合地层下具备条件（1）具有足够的脱困扭矩和切削、研磨硬岩的能力、并且有预留储备；（2）刀盘在主动铰接或刀盘伸缩功能带动下、可以顺利更换刀具（刀具装上后与岩面有合适的贯入度）。

复合地层1.定义将开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由两种或两种以上不同地层组成，且这些地层的岩土力学、工程地质和水文地质等特征相差悬殊的地层组合。软硬不均复合地层巨型孤石地层复合地层孤石群地层复合地层复合地层2.种类（1）复合地层在垂直方向上的变化。最典型的垂直方向上的复合地层就是所谓“上软下硬”地层。（2）复合地层在水平方向上的变化。在一施工段当中，可能分布着不同时代、不同岩性或不同风化程度，从而表现出不同岩土性质的地层。（3）在水平方向和垂直方向两者兼而有之的更为复杂的变化。（4）盾构施工中需要经过磨桩基、孤石群、硬障碍物。复合地层3.复合地层对盾构机适应性要求1）刀盘及刀具应具有很强的破岩能力及足够的刚度和强度。2）刀盘应具备较大驱动扭矩及合适的转速。3）刀盘及螺旋输送机要有较强的耐磨性。4）渣土改良应具备泡沫改良和膨润土改良2种方式。5）应充分考虑带压换刀保证措施。6）应考虑必要的防喷涌设计。孤石、上软下硬地层盾构施工技术1.孤石、上软下硬地层概念在盾构施工中，“孤石”是指花岗岩球状风化体，是花岗岩不均匀风化的产物，在广州、深圳地区施工普遍存在的不良地质，存在于花岗岩全、强风化层和砾质粘土层中。“上软下硬”是指在隧道断面的下部为岩石，上部为软土，在同一掘进面形成了巨大反差，该地层在邻近山区的地方比较常见。孤石、上软下硬地层盾构施工技术2.孤石、上软下硬地层危害（1）极大的降低掘进速度，造成工期延误。（2）极易造成盾构刀具、刀盘的损害导致长时间停机处理，费用高昂，而且容易出现安全风险。（3）还容易造成地面坍塌事故，社会影响也非常大。孤石、上软下硬地层盾构施工技术3.孤石、上软下硬地层处理办法补探根据详勘图纸情况，对孤石段和基岩段进行加密补充勘察，便于制定合理的线路方案。处理在地面条件许可的情况下要对孤石进行处理。目前比较好的处理方法是采取爆破，对基岩进行适当破碎，降低岩石的完整性。参数控制控制掘进参数，对于盾构过孤石和基岩施工非常重要，可有效防止刀具的损坏，保证盾构刀具一次掘进较长距离。调线在满足规范和使用功能的前提下进行调线调坡，尽可能避开上浮基岩和孤石。预设换刀点如无条件采取有效方法对孤石进行有效处理，或进行处理后依旧有大量石块残余，需要提前设置盾构换刀点。停机处理在盾构过孤石和基岩期间，可能存在未探明的孤石，或可能因刀具质量原因或个别盾构司机操作不当，导致盾构机在孤石段因刀具损坏非正常停机。孤石、上软下硬地层盾构施工技术4.孤石、基岩的提前处理处理方法适用范围效果费用冲孔处理适合孤石处理和基岩处理，且地面具备施工条件，岩石界面不超过隧道一半。处理效率较低，处理效果较好，处理后的残余岩体或孤石对盾构施工基本无影响费用较高人工挖竖井处理适合孤石和小范围基岩处理，对地面环境条件要求较小。竖井穿砂层的位置小心使用。处理彻底，但效率太低。费用很高爆破处理周边无重要建筑物，并与居住区距离较远。适合大范围基岩的处理。处理速度快，处理后残余石块较多，对盾构施工仍然有一定的风险。单位长度处理费用较低。孤石、上软下硬地层盾构施工技术5.几种处理方法（1）、冲孔处理

a、根据岩石在隧道断面的位置，确定冲孔的平面位置和冲孔深度。

b、冲孔后，孔位最好采用低标号素混凝土回填，如采用其他材料回填肯能会出现地面冒气、冒浆现象。孤石、上软下硬地层盾构施工技术5.几种处理方法（2）、挖竖井处理

a、准确探明孤石的位置和大小，便于确定竖井的准确位置。

b、开挖至孤石或岩面位置后，采用钻孔后埋静态炸药的方式处理或利用液压岩石劈裂机处理。

c、竖井的形式一般为矩形。孤石、上软下硬地层盾构施工技术5.几种处理方法（3）、爆破处理在计划爆破处理的孤石或基岩区域，采用地质钻机地面垂直钻孔。在孔内装填炸药后，按照一定的顺序起爆，将孤石或基岩碎裂为小块，便于盾构机推进。孤石、上软下硬地层盾构施工技术5.几种处理方法（4）、预设换刀点加固通过加固降低地层的透气性。盾构机到达加固区后，可在气压模式条件下对刀具进行检查并更换，通过盾构机直接破岩通过。孤石、上软下硬地层盾构施工技术5.几种处理方法（5）、盾构机选择及参数控制a.采用铲刀、滚刀和刮刀混合配置的方案，既能有效开挖各种粉质粘土、软土层等，又能适应各种强、中、微风化岩破碎的需要，刀盘的形状采用防堵塞设计，刀具型式和安装位置便于切割岩石和清除土碴。b.要选择质量过硬的