砂卵石地层盾构施工要点

1、,砂卵石地层盾构施工要点,前言：,北京砂卵石地层使用盾构到现在已有15年历史了，成功的案列很多，全断面砂卵石一次推进1500m左右不换刀案例很多，下穿铁路、公路、桥梁、楼房案例也很多。但现在大小问题依然出现最近地铁14#线、海淀电力隧道事故不断，究其原因有几方面: 1、大粒径砂卵石是世界性难题 2、设备能力问题（是成功的前提） 3、施工的正确操作问题（是成功的保证） 重点讨论：土压盾构设备的刀盘和土体改良,盾构在大粒径砂卵石地层推进是世界难题,一、盾构设备 二、土体改良 三、土压建立,一、设备适应性,1、刀盘扭矩及推力 1）理论计算扭矩,（1）切削土体所需的扭矩 （2）刀盘自重产生的抵抗旋转的

2、扭矩 （3）刀盘正面推力产生的抵抗旋转扭矩 （4）刀盘密封装置产生的抵抗扭矩 （5）刀盘正面的摩擦扭矩 （6）刀盘周边的摩擦扭矩 （7）刀盘背面的摩擦扭矩 （8）刀盘开口处切削渣土所需的扭矩 （9）刀盘在密封舱内搅拌所需的扭矩,2）经验公式： 实践发现装备掘削扭矩与盾构直径的相关性极大，通常可用下式表示： 式中：Te装备掘削扭矩(kNm)； De盾构外径（m）； 扭矩系数。 对泥水式而言，=918kN/m2； 对土压式而言，=1423kN/m2， 当有漂石时取25以上,3）盾构推力 单位面积的推力大于1200kN/m2； 当卵石粒径较大，比例较多可选 单位面积的推力大于1200kN/m2。,选

3、择什么刀盘？,2、刀盘形式,刀盘比较,砂卵石(松散地层）首选刀盘,1）辐条式刀盘； 2）土体流道通畅； 3）刀盘边圈为直角； 4）兼顾中心局部开口率。,流道通畅对盾构扭矩的影响 a、地铁九号线3#标 中间差一个环扭矩差1015% b、奥村盾构 去掉中间六块铁推荐速度80mm/min变道130mm/min c、中铁铁建在西安 两种刀盘同样地层扭矩差3040%,9#线3标和10#线二期9标分别推左右线扭矩相差1015%,同样地层条件去掉辐条支撑在相同扭矩下推进速度由6080mm/min到110130mm/min,刀盘细部考虑,a 侧面形状,磨损小,磨损较大,磨损大,b 要考虑中心局部开口率，此部位

4、开口率易偏小。 c 在需用刀具能布置开及满足刀盘强度的情况下，尽量加大开口率。 放两张照片二处和典型刀盘,XIANX,先行刀刀盘,滚刀刀盘,3、刀具及刀具布置 刀具,先行刀（撕裂刀）,切削刀（刮刀）,滚刀在刀盘的布置,正常磨损 刀具的正常磨损是指刀圈的磨损量超过了规定值，磨损量可用专用的量具进行测量。,刀圈偏磨 如果滚刀在掘进工作面不转动，由于刀圈和掘进工作面的相对运动就会形成刀圈的偏磨。由于中心区滚刀线速度较小，承受载荷较大，中心区滚刀容易出现此现象。,在掘进时滚刀时转时不转，或者在某个点转动时间长在其它点转动时间短，就会产生这样的磨损。,正常磨损： 砂砾层地层弧形刮刀所形成的磨损。,大粒径

5、卵石地层刀具破坏 1）特点 a 贝型先行刀锛刀现象严重。 b 硬质合金磨损在一般砂卵石地层是光面磨损在大粒径卵石地层是小米粒状往下掉。 c 鱼尾刀磨损严重。 2）对策 a 加宽贝型刀的厚度，加大硬质合金块的厚度。 b 同一轨迹布置不同种类的先行刀。 c 开发新型刀具。（已使用镶嵌硬质合金的方铁）圆柱型刀具。,3)滚刀使用 a 砂卵石地层优先考虑使用双刃滚刀。 b 为增加滚刀寿命可考虑使用镶嵌硬质合金块的滚刀。 c 适当加大滚刀轨迹的间距。 d滚刀先行刀混合使用,刀具布置 1）刀具作用 a先行刀保护切削刀，切削刀保护刀盘结构。 b 同一轨迹同类刀具前进方向超前的先磨损，滞后的在超前刀磨完前几乎不

6、磨损。 2）使用多种刀具 中心刀、先行刀、切削刀、周边刀、 注浆口保护刀。 3）同一轨迹同类刀具布置多层，以便增加推进长度。 4）周边保护刀和中心刀是考虑重点。 5）刮刀布置要犬牙交错，不能联排布设。,先行刀刀盘布置,4、注浆口设置,1）每个注浆口有独立的注浆系统。 2）泥浆注入系统不少于2个。 3）中心及最外侧优先考虑设泥浆注入口。 原因：磨损最快刀具是中心刀和周边刀 刀具润滑、降温泥浆效果好。,5、搅拌棒设置,装备在刀盘内侧可以覆盖整个区域的固定搅拌翼是不对的 牛腿以内部分不应设固定搅拌棒，只设一个固定搅拌棒,6、螺旋机 有轴：通过粒径小，防涌喷效果好。 无轴：通过粒径大，防涌喷效果差，加

7、工难度大，轴的磨损使用距离长。 误区辐条式刀盘不加滚刀能否破卵石？,二、土体改良,1、土体改良常用材料 （1）泡沫的作用： a 增加土体的和易性 b增加土体的流动性 c降低土体的渗水性 d降低土体对刀盘的粘付 e减少盾构机刀盘、及刀具的磨损 f降低刀盘的扭矩 g因气泡具有压缩性土仓压力变化小，有利于切削面稳定。,（2） 膨润土 天然澎润土主要以钙基为主，可经人工改性为钠基澎润土，澎润土具有遇水膨胀的特性，钠基澎润土膨胀时约为自身体积的15倍左右。利用澎润土遇水膨胀的性能，人们常用它做成防水材料。盾构主要使用它的保水性、润滑性和触变性 。作用同泡沫(缺g)。 （3）高分子聚合物 作用同膨润土，和

8、膨润土共同使用时能吸收膨润土泥浆的水。,2、土体改良的目的 （1）使土体由不能流动变为可流动，且有较好的和易性。 （2）提高土体的抗渗性。 （3）使土体具有一定的润滑性。 （4）降低粘土的粘附力。 （5）土体有一定的保水性,3、推荐使用材料 （1）无水砂卵石 膨润土泥浆+泡沫 每环加量 W=土体积*孔隙率*120150% 泥浆与泡沫比例优先用泥浆调整砂卵石 和易性，其余部分泡沫补充。注意泡沫 积和土压有关。 （2）有水砂卵石 一般情况下同无水砂卵石，遇有涌喷情况可加高分子,塌落度检查一般510,改造好的土体,4、预改良土体（市政集团独创） （1）无水砂卵石 起因：地铁9#线三标盾构推不动，经查

9、原因，结合泥水平衡泥膜动态渗透平衡创新。 机理：分时注入不同浓度泥浆，泥浆提前渗入砂卵石地层，改变地层的值。 （2）有水砂卵石 防涌喷可引进这个思路。,三、土压建立,建议： 1、土压大小 有水大于水压且不低于0.05Mpa 无水不低于0.05Mpa 2、稳定土压 土压保持任何时间都是稳定的； 土压大小不受工序变化影响。,土压建立不好的后果,北京砂卵石地层盾构施工现状： 盾构在砂卵石地层施工技术是成熟的； 在600mm大粒径砂砾层技术是没有问题的，技术难度是一次推进距离和如何降低成本； 有 800mm 粒径的砂卵石地层，技术还不太成熟。,2 含水小粒径砂卵石，且含砂量大于30%地层案例： 沈阳地

10、铁一号线13标,四、案例,沈阳地铁一号线13标工程施工场地位于沈阳市和平区与沈河区交接地段，标段单线长1330.267 m。,工程概况：,四、案例,盾构穿越断面地层大部分为圆砾层,富含地下水,地层透水性很强 本区间范围内的地形变化平缓，地面标高介于49.6451.72m，最大地面高差2.08 m。地貌类型为浑河新扇。勘察深度内的由第四系全新统人工填筑层（Q4ml）、第四系全新统浑河新扇冲洪积层（Q41al+pl）、第四系上更新统浑河老扇冲洪积层（Q32al+pl）、第四系下更新统冰水沉积地层（Q1fg1）组成。 本区间隧道上覆地层主要为杂填土层、粉质粘土1层、粉细砂2层、中粗砂3层，砾砂4层和

11、圆砾5层，洞身穿越地层主要为粉质粘土1层、中粗砂3层，中粗砂3层，砾砂4层、砾砂4层，和圆砾5层、圆砾5层。,四、案例,怀中区间场地内无地表水，在勘察深度内均有地下水，地下水类型为孔隙潜水，稳定水位埋深在7.409.90m，相当于绝对标高42.0342.84m。地下水水温1415。地下水主要补给来源为浑河侧向补给及大气降水垂直入渗补给。主要排泄方式为迳流排泄和地下水的人工开采。地下水流向总的方向是由东向西，含水层的渗透系数平均值为85m/d。标准冻结深度1.2m。 房屋沉降第三方监测数值在3mm左右；最大数值6mm。,四、案例,地表建构筑物统计表,四、案例,四、案例,四、案例,四、案例,四、案

12、例,四、案例,四、案例,四、案例,四、案例,四、案例,区间隧道穿越中街路的步行街，长约298.2m，右线隧道从步行街南边房屋底穿过，左线从步行街街中心穿过，左线距离北边房屋基础最小6.23m（沈洲商场），距离南边房屋最小5.54m。因此右线隧道掘进通过步行街影响最大的是南边的房屋建筑。,四、案例,工程特点,四、案例,四、案例,该工程实施时间：2008年10月初至2009年9月中旬。 （1）单班（12小时）最快19环； （2）单周最快179环； （3）单月最快701环 。 沉降控制在5mm之内； 单向区间没有检修刀具；,掘进效果介绍,四、案例,3 无水大粒径砂卵石，且含砂量不均匀变化地层案例：

13、北京地铁九号线03标,四、案例,丰台东大街站丰台北路站区间沿丰台东大街下方设置，整体呈南北走向，隧道覆土912m。,工程概况,四、案例,丰台东大街站丰台北路站区间沿丰台东大街下方设置，整体呈南北走向，隧道覆土912m。 盾构穿越地质自上而下依次为杂填土、粉质粘土5、卵石圆砾、卵石圆砾。盾构机主要穿越层为圆砾卵石层，地勘揭露最大粒径420mm，估计最大粒径不小于600mm，一般粒径2080mm， 粒径大于20mm的颗粒约为总质量的55%75%，卵石单轴抗压强度87.74165.16MPa，盾构穿越地层内无地下水。,地质水文条件,四、案例,车站挖掘砾石状况,入洞口处砾石,四、案例,该地层中卵石粒径较