浅议小松盾构机与海瑞克盾构机在小 - 新区间掘进性能差异-

1、广东科技2007.03.总第165期止混凝土降温和失水过快产生裂纹,更应避免猛浇大量冷水,为防止混凝土突然降温。根据工程的具体情况,应尽可能多养护一段时间,拆模后应立即回填土(土是砼最好的养护材料之一或覆盖保护,同时预防近期骤冷气候影响,以控制内表温差,防止混凝土早期和中期裂缝。2.6几点其它措施(1大体积混凝土采用泵送工艺,泵送过程中,常会发生输送管堵塞故障,故提高混凝土的可泵性十分重要。须合理选择泵送压力,泵管直径,输送管线布置应合理。泵管上须遮盖湿麻袋,并经常淋水散热。(2及时掌握天气情况,大体积混凝土连续浇筑时,现场须设防雨棚,设置集水和排水设施。(3为了证实混凝土的工作性以及其他与施

2、工、设计有关的特性,在施工现场进行试验性浇筑实物模型并进行观测是十分重要,对确定和验证水化反应和放热情况,以及核实混凝土温度和裂缝控制情况是极为有用和必不可少的。(作者单位:广州市花都第一建筑工程有限公司!盾构机名称始发时间结束时间掘进长度停机时间换刀时间有效掘进时间小松2004.7.172005.8.281200m 68天157天155天海瑞克2004.5.312005.1.221637m12天47天177天表1小松盾构机与海瑞克盾构机施工进度对比表浅议小松盾构机与海瑞克盾构机在小新区间掘进性能差异梁兴林同一盾构区间采用不同厂家生产的盾构机施工,在全国是比较少见的。广州地铁四号线小新区间左、

3、右线分别采用小松盾构机和海瑞克盾构机施工。在<5-2>砂质粘土、<6Z>全风化混合岩、<7Z>强风化混合岩地层中掘进时,小松盾构机和海瑞克盾构机掘进速度相差无几,但在隧道断面上部是<7Z>强风化混合岩,而中下部是由<8Z>中风化混合岩和<9Z>微风化混合岩构成的所谓“上软下硬”的复合地层掘进中,小松盾构机掘进速度明显低于海瑞克盾构机,且经常出故障。鉴于此本文分别从“刀盘与刀具、盾构尾刷以及螺旋输送机”等结构设计不同特点,来阐述海瑞克盾构机综合性能优于小松盾构机,并对小松盾构机提出了几点改良建议。1工程概况小新区间地处广州市

4、番禺区新造镇与小谷围岛之间,里程为DK23+401.8DK21+683.8。盾构机从新造站北端盾构始发井始发,下穿510m 宽的珠江新造海、新造海北岸,最后到达小谷围站南端的吊出井。区间隧道主要由两个盾构区间隧道、三个联络通道、八个洞门、一段矿山法隧道,始发井和中间风井组成。本标段线路平面均为直线型,线间距13m ;线路纵坡为“V ”形节能坡,最大坡度为50;隧道最大覆土厚度约为30m ,最小为3m 。本区间新造海段隧道的地层分布主要为<5-2>砂质粘土、<6Z>全风化混合岩、<7Z>强风化混合岩,中间有一段是由<8Z>中风化混合岩和<9Z

5、>微风化混合岩构成,并且在盾构机掘进过程中常常会遇到上部是<7Z>强风化混合岩,而中下部是由<8Z>中风化混合岩和<9Z>微风化混合岩构成的所谓“上软下硬”的复合地层2。本区间的盾构机选型参照国内外盾构工程实例及相关盾构技术规范,主要依据新造海段复合地层的特点,选用土压平衡盾构机进行掘进。在实际施工中,左、右线采用的土压平衡盾构机分别是日本小松盾构机和德国海瑞克盾构机。2海瑞克盾构机和小松盾构机掘进性能的对比右线德国海瑞克盾构机经过79天的掘进,安全顺利地穿越了新造海,成功抵达新造海北岸;而左线日本小松盾构机在珠江新造海江底掘进时,进行了十多次的带压进

6、仓换刀3,并且冒着极大的风险从右线开小洞室进入左线进行了盾构机刀盘的修复,历时246天的艰难掘进终于穿越了新造海。表1列出了两台盾构机分别在左、右线掘进时的施工进度。从上表可以看出,相对于小松盾构机,海瑞克盾构机更能适应本区间的复合地层特点,究其原因分别从刀盘与刀具、盾构尾刷以及螺旋输送机等结构设计特点上来分析。2.1刀盘与刀具海瑞克盾构机和小松盾构机刀盘外形及刀具布置形式都不一样,海瑞克盾构机刀盘和刀具的布置如图1所示:(1刀盘直径为6280mm ,开挖直径为6300mm ,开口率31%,进渣口有8个;摘要:广州地铁四号线小新区间左、右线分别采用小松盾构机和海瑞克盾构机施工,本文分别从“刀盘

7、与刀具、盾构尾刷以及螺旋输送机”等结构设计不同特点,来阐述海瑞克盾构机综合性能优于小松盾构机,并对小松盾构机提出了几点改良建议。关键词:盾构机;刀盘与刀具;盾构尾刷;螺旋输送机1图1德国海瑞克盾构机刀盘和刀具布置图广东科技施工技术业界104广东科技2007.03.总第165期图2日本小松盾构机刀盘和刀具布置图(2刀盘配置中心刀4把、单刃滚刀(直径为17寸,伸出刀盘面的高度为175mm 31把、齿刀(伸出刀盘面的高度为140mm 64把、刮刀8把、超挖刀1把。日本小松盾构机刀盘和刀具的布置如图2所示:(1刀盘直径为6200mm ,开挖直径为6210mm ,开口率40%,进渣口有12个;(2刀盘配

8、置中心刀8把、单刃滚刀(直径17寸,伸出刀盘面的高度为110mm 20把、齿刀(伸出刀盘面的高度为75mm ,伸出刀盘面的高度为75mm 106把、刮刀36把、先行刀30把。通过比较两台盾构机刀盘与刀具设计数据可以发现:(1小松盾构机开口率较大,进渣口较多,使整个刀盘的刚度明显比海瑞克盾构机刀盘刚度低,若在硬岩中施工则很容易发生刀盘磨损、局部变形的现象,而本区间新造海段地层的特点正是“上软下硬”,即盾构机通过地层中下部的岩层较硬,不适合采用小松盾构机掘进;(2小松盾构机设计开挖直径较小,并且前盾、中盾和后盾外壳直径相同,只要刀具略有磨损,常会发生盾壳与围岩磨擦的现象,从而导致盾构机被“卡死”;

9、同时设计开挖直径较小也容易引起填充质量较差,造成盾构机施工“喷涌”。两台盾构机刀盘配置刀具的理念也不同,海瑞克盾构机采用“滚刀+刮刀”的配置较为简单,而小松盾构机采用“滚刀+先行刀+刮刀”配置较为复杂。通过本区间工程实践证明,这两种配置在软岩中掘进都较为适应,但在硬岩中掘进时,小松盾构机破岩的效率明显较差,刀具磨损较快。从刀具在岩石中走过的轨迹可发现,先行刀没有参与破岩,而滚刀突出刀盘表面较少,单刃滚刀运行轨迹明显较海瑞克盾构机单刃滚刀运行轨迹大,从而导致滚刀间的岩石没有完全被挤破,剩余岩石则使先行刀和刮刀崩损,同时会严重磨损刀盘。除此之外,从本区间两台盾构机掘进的地层和换刀频率统计可发现,当

10、隧道范围内主要地层为<8Z>中风化混合岩、<9Z>微风化混合岩时,海瑞克盾构机掘进4050环需进行换刀一次,而小松盾构机掘进1020环就需换刀一次。综上所述,海瑞克盾构机刀盘和刀具的设计特点更适合在广州地区复合地层中掘进。2.2盾构尾刷两台盾构机盾尾密封形式不一样,小松盾构机安装了3道钢丝尾刷,海瑞克安装了4道特制加厚型盾尾密封刷。小松盾构机尾刷在掘进500环左右已出现严重损坏,尾刷出现涌水、涌浆现象,而海瑞克盾构机在掘进1090环后才对其尾刷进行了更换。由此可见,选用较好的钢丝尾刷并增加尾刷排数,可以延长尾刷的寿命和提高施工的密封效果。2.3螺旋输送机海瑞克盾构机的螺

11、旋输送机很少发生机械故障;而小松盾构机的螺旋输送机在施工中多次出现喷碴、堵仓及“卡死”等现象,主要有以下两个原因:(1小松盾构机采用大轴承结构,刀盘采用周边支撑方式,其支撑臂、搅拌臂同时起到搅拌碴土的作用。土仓内壁的中部为入仓门及主轴承的内圈,由于搅拌臂外置,土仓内壁中部的碴土搅拌不良,形成聚集;同时因为轴承较大,小松盾构机不得不选用内径较小的螺旋输送机,其进料仓门的周边区域空间也较小,容易形成碴土积聚,不利于碴土的顺利排出,特别是在赋水地层掘进产生喷碴时,只能将水喷出,容易发生堵仓的现象。而海瑞克盾构机采用的是小轴承结构,刀盘采用中心支撑方式,螺旋机直径较大,其内径900mm 、带宽100m

12、m 、最高转速19rpm 、功率315KW 、最大扭矩215KN.m (由于轴承较小,可以将人仓高置,并可设为双仓,给带压进仓作业提供了方便。螺旋机进料仓门区域的空间也较大,可以将水和碴同时喷出,不容易形成碴土得积聚,堵仓的几率较小。(2通常螺旋输送机前端被填塞密实后,由于部分岩粒较锋利,渣土和输送机外壳间的摩擦力较大,螺旋输送机启动扭矩克服不了摩擦阻力从而造成输送机被卡。由于小松螺旋输送机扭矩过小(最大扭矩62.2KNm ,输送能力受制,极易造成螺旋输送机被卡。而海瑞克螺旋输送机(最大扭矩215KNm 扭矩较大,被卡的机率则大大降低。3小结总结本区间两台盾构机施工的经验与教训,有以下几点体会:(1盾构机的选型是很重要的。左线采用的日本小松盾构机不适应广州复合地层,不但严重滞后了合同工期,而且导致了巨大的经济损失,教训是极其深刻的。(2小松盾构机刀盘的硬度和耐磨性应加强,刀具伸出刀盘表面的高度要适当加大,在刀座处应增加自动调压螺栓。(3适当增加盾构尾刷的排数,并选用质量较好的钢丝尾刷,可以延长尾刷的寿命,提高施工的密封效果。(4小松盾构机目前只有一个人仓,为提高带压进仓效率,需增加一人仓,可使带压作业和减压同时进行。(5小松盾构机入仓的各种仪表(温度表、压力表等安装不齐全,需对入仓门密封和开关仓门的方式重