[PPT]复合地层土压平衡盾构施工常见问题及对策124页_ppt

1、复合地层土压平衡盾构施工 常见问题及对策 本讲稿组成1、复合地层土压平衡盾构容易出现的普遍性问题及对策2、几种特殊地质情况下容易出现的问题及对策3、面对高强度孤石地层对盾构的设想什么是复合地层 复合地层的组合方式是非常复杂多样的，但总的来说可分 为三大类： （1）一类是在断面垂直方向上不同地层的组合； （2） 一类是在水平方向上地层的不同组合； （3）另一类是上述两者兼而有之。 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，定义为复合地层复合地层示意图巨型孤石地层孤石群地层复合地层的种类（1）复合地层在垂直

2、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）盾构需要磨桩基、孤石群、硬障碍物。复合地层土压平衡盾构具备的特点盾构在设计时应着重注意以下几点：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

3、。7）应针对地质配置合理配套设备。 如果不真实具备以上条件，就会出现各种稀奇古怪的问题！刀盘及刀具应具有很强的破岩能力及足够的刚度和强度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。复合盾构刀盘图面板上的耐磨块盾构刀盘面板耐磨钢板块保护辐条面上的耐磨块刀盘周边的耐磨钢带及保径刀保径刀及钢带斜坡口（进料口）耐磨保护固定刀后刀背部保护很重要改良孔口及体耐磨保护螺旋机叶片和主轴耐磨保护螺旋轴叶片采用高猛块耐磨材料软土、淤泥地层的叶片刀盘

4、耐磨层被磨掉，刀盘直径变小保径刀被磨、钢带被磨刀盘被严重磨损刀盘磨损情况刀盘应具备较大驱动扭矩及合适的转速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）渣土改良应具备泡沫改良和膨润土改良2种方式1、应对中心回转部位有可靠疏通能力。2、堵塞后高压气不能窜入泡沫剂箱(很烦人)3、膨润土膨化池要可靠、足够大、放浆快（大于60立方、有持续搅拌能力）以上是保障出渣顺畅、减少刀具刀盘磨损、换刀前透水地层形成泥膜保障开仓或带压作业的前提。泡沫混合液泵膨润土注入系统应充分考虑带压换刀保证措施1、配备有害气体监测系统

5、 气体监测系统可检测4种气体：甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氧气（氧气可更换为硫化氢气体）2、盾构法开仓及气压作业技术规范CJJ217-20142、可靠的双舱安装前的人舱经过功能检测3、可靠的班组及配套设备与有高压氧舱的单位提前建立关系有症状人员进行加压吸氧氧舱内部泥膜护壁1泥膜、高压气体确保掌子面稳定带压换刀时刀盘前方泥膜完整应考虑必要的防喷涌设计螺旋机 出土口具有断电紧急关闭功能。（高压惰性气罐系统）螺旋机、土舱隔板厚度检查系统或制度 双闸门保压泵接口（两种功用）外置型螺旋机前闸门效果好应针对地质配置合理配套设备1、水平钻孔能力、满足可能的土体自稳注浆能力、可能的孤石钻孔破碎能力。2、地面孤石

6、、岩脉探测设备、地面破碎、爆破配套设备3、进仓维修、换刀、孤石及岩脉破碎处理工具3、进仓作业需要的抢险、抢救设施通过刀盘空隙超前钻孔的孔阀盾构壳体上的预留孔搅拌臂上预留的改良孔、疏通孔其它应该具备的辅助装置1、止转靴（止转油缸）2、盾尾止浆板3、贝壳刀与滚刀能够部分互换4、刀具和刀盘磨损检测装置地下孤石地震波跨孔扫描探测跨空CT原理简介大地微动技术探测技术CT法可以精确定位孤石微动法可以普查孤石、但可以确认无孤石，目前准确率50% 没有谁花那钱呀！很多地方无法实施、如建筑物下、河道、湖泊中，难啊！地质雷达等办法在刀盘前方无法操作。冷冻加固抢险队快速反应的注浆抢险队水平与垂直冷冻和抢险冷冻液压劈

7、裂机械城市内路面破除施工孤石免爆破劈裂施工孤石劈裂地面孤石检查、钻孔探测玻璃纤维筋笼加工及托架施工常见问题及对策1、水文地质问题2、选型问题3、制造及安装工艺问题4、维修保养问题5、施工技术措施问题6、施工人员及班组问题7、管理问题水文地质问题由于水文地质发生了一定程度的变化，造成设备及施工出现明显的不适应，会给施工工期和安全带来严重的影响。1、有些单位判断地层，不当地选用了软土盾构、复合土压平衡盾构，而没有选用适应性更高的泥水平衡盾构。特别是过江河、胡泊时，对穿越复合地层时盾构选型的误判最容易发生该类问题。水文地质问题2、对于地层中穿越的围岩指标判断失误，造成盾构能力、刀具配置、刀盘设计错误

8、。 风化岩的指标变化， 岩石及泥沙中石英含量变化巨大 有不明的高水头承压水该类问题造成盾构配置错误，如用增强贝克刀配置方式，而没有切削硬岩功能。由于盾构姿态控制失效造成盾构误入强度高的地层。水文地质问题由于人工回填，造成意外地层变化。如石桥遗址、老拆迁区基础。在福州城，上世纪八十年代，还有东方威尼斯之称，很多地方还是一片汪洋、鱼塘连片、河道如织、古石桥非常多，随着城市改造，很多古桥被毁或推平。大石板下沉或被填埋，形成淤泥中的孤石是福州的一个特点。中铁xx遇到的孤石1中铁1xx遇到的孤石2xx河上现存的石桥桥面大条石选型问题1、对水文地质及工程设计隧道穿越状况研究不够，造成盾构某些功能不适应。2

9、、由于资金原因，某些功能配置能力不足。3、使用或租赁既有盾构，改造受原有设计限制，不能充分达到需求。制造及安装工艺问题1、盾构制造过程中，核心部件制造、组装有瑕疵，造成在复合地层施工时，荷载突破极限，造成刀盘开裂、主轴承滚珠破损、主轴承密封受损。2、刀具螺栓松动、造成刀具脱落，刀盘面板、辐条受损。3、土仓隔板过薄、与螺旋输送机外壳连接部位强度不足。4、止浆板焊接不牢，造成前后串浆。维修保养问题1、刀具的选、验、检、修问题2、渣土改良注入管路的维护及疏通问题3、可能突涌薄弱部位巡检及维护4、进仓作业设备的维修保养南昌xx局盾构喷涌被淹盾尾刷被高水压击穿隧道突水刀具的选、用、养、修由于每把刀具所能

10、承受的最大挤推力一般应在26T28T，因此作用在刀具上的承载力超过设计值，其的自转、密封性都要受到严重地破坏。浮动密封、辅助密封、防尘密封三者的有效结合，大大降低了密封性对轴承预紧力的依赖，致使小松刀具的启动扭矩降较以前的刀具低了0.4bar。其密封性反而得到了提高。这样就大大提高了刀具在复合地层和硬岩开挖时的使用效率。 现如今市场上的刀具轴承多采用铁姆肯轴承，加注的润滑油多为壳牌重负荷齿轮油，注意产品把关即可偏磨严重的滚刀刀刃被磕断刀箱内滚柱磨损刀具刀体的启动扭矩和密封性 刀具的启动扭矩一般在2.22.8公斤，其密封装置多采取两种方式：刀具采用一道浮动密封，对内密封轴承腔体对外密封泥沙倾入的

11、防范措施较弱；（庞万力、改进型国产刀具厂家）除了一道浮动密封外还有防泥沙倾入的尼龙挤压环（两端各两道），加强了防止泥沙倾入的密封措施。刀具刀体的启动扭矩和密封性其密封性测试为轴承腔体内注入3.5bar压缩空气，通过观察压缩空气泄漏情况判断密封性的合格与否。标准为压缩气体的逃溢量 0.1bar/h。由于这种密封装置设计的特性，密封性的建立完全取决于刀体两端盖对密封装置挤压来完成。刀具启动扭矩的建立也是依靠刀体两端盖挤压轴承从而达到刀具旋转力的设定。所以刀具启动扭矩和密封性相互影响、相互制约刀具在刀盘上的安装方式刀具的紧固是否正常特别重要。 海瑞克盾构机刀具背装式楔面预紧，较为可靠。但中心滚刀则采

12、取背面螺栓预紧，不如单刀的组装方式。需要在掘进过程中的复紧。小松盾构机刀具的安装全部采取背面螺栓预紧，组装时防松措施差，掘进中螺栓需要反复复紧，刀具重复使用多次后螺栓、螺栓母体之间的预紧力将下降，刀盘上刀具安装座也易产生轻微的变形，这对刀具的预紧力是非常不利的检查、验收、科学用刀无论新刀、维修的刀刀具各项参数要严格按标准检测、验收。密封性与启动扭矩严格自检要成为刀具上刀盘前的必检项目。 使用过程中如何让刀具自转起来、如何有效降低开挖区温度、如何有效降低刀具承载力、如何有效降低刀具冲击力、如何根据刀具在刀盘上的分布科学更换刀具从而最大限度利用好每一把刀具，是在复合地层或硬岩中推进的关键海瑞克原装

13、刀具采用一道浮动密封，对内密封轴承腔体对外密封泥沙倾入的防范措施较弱；其他厂商（庞万力、改进型国产刀具厂家）除了一道浮动密封外还有防泥沙倾入的尼龙挤压环（两端各两道），加强了防止泥沙倾入的密封措施。其密封性测试为轴承腔体内注入3.5bar压缩空气，通过观察压缩空气泄漏情况判断密封性的合格与否。标准为压缩气体的逃溢量 0.1bar/h。由于这种密封装置设计的特性，密封性的建立完全取决于刀体两端盖对密封装置挤压来完成。刀具启动扭矩的建立也是依靠刀体两端盖挤压轴承从而达到刀具旋转力的设定。所以刀具启动扭矩和密封性相互影响、相互制约关于刀刃高度差刀具的破岩我们分为三个阶段：50MPA以下岩层为滚碾式切

14、削，出来的渣样多为块状。50MPA100MPA之间岩层为滚碾式磨削，出来的渣样会随着岩层硬度逐步升高块状减少、粉粒增多。100MPA以上岩层为滚碾式疲劳磨压。块状渣样极少见，多为细小颗粒和粉末。因此刀具自转的重要性不言而喻！掘进过程中刀具更换非常频繁。刚换上去的新刀具与未更换正在使用的刀具，会产生刀刃高差。合理的调配刀具有效降低相邻刀具刀刃高差，一般来讲相邻刀刃的高差不能大于3.5毫米。边缘区与正面区刀刃高差不能大于5毫米。边缘区与中心区刀刃高差不能大于8毫米。 其中道理之所在： 岩层强度较高时刀刃的贯入度不会大于3.5毫米，（60MPA以上时）如果刀刃高差大于贯入度那么磨损量小的刀具将承受超

15、负荷承载力，损伤密封和轴承造成早期偏磨。磨损量大的刀具将不易转动，或似转非转也同样造成偏磨。这种现象在刀具刚更换上时极易发生，因为此时的掌子面也不符合刀具的轨迹。所以调好刀刃差，研磨好刀刃与掌子面的轨迹都是为了让刀具在今后的开挖中转起来。测试盾构机刀具主要分为齿刀与盘型滚刀两大类，前者主要用于软弱地层及强度在20MPa以下地层的开挖，后者适用于强度较高的地层。对齿刀而言，主要侧重于检查齿刀刀体结构，齿刀刀头的牢固性（齿刀刀头与齿刀刀体相连的方式主要有三种：焊接式，螺栓连接式与嵌入式），以及刀头上硬质合金的质量，多为目测。盘形滚刀除去目测刀圈有无裂纹，刀具有无漏油现象外，还需利用专用工具与刀具跑

16、合装置来测试刀具的启动扭矩和刀具的气密性。若刀具启动扭矩过大，在较软、粘性较大地层掘进时，地层不能提供足够的扭矩使刀具转动易导致刀具弦磨；若启动扭矩过小，刀具轴承必然会很松动，不利于刀具受力。同时，刀具的气密性是检验刀具密封效果的指标。气密性不好，会导致刀具润滑油泄漏，最终导致刀具轴承损坏。由于刀具在装配时轴承密封可能存在安装不到位，或者有杂物进入，会导致刀具的气密性差，在静止时不宜发觉，只有在刀具运行时才能根据润滑油是否泄漏来判断。刀具使用掘进时采用的掘进方法决定了刀具的使用状况，合理的掘进模式与掘进参数的选择，能最大程度地延长刀具的使用寿命。盾构掘进主要有两种控制方式：扭矩控制方式和推力控

17、制方式，前者用于软弱地层，后者用于硬岩段。不同的控制方式、掘进模式与掘进参数的选取不同，做好对掘进参数的监控、分析与比较，摸索、总结刀具使用的经验，并将结果反馈，用于指导掘进，对防止刀具因非正常的原因损坏有很大的帮助刀具修理刀具修理是节约刀具使用成本的直接手段。建立刀具台帐，详细记录和统计刀具在养、用、管、修各个环节中具体的，以及刀具目前所处的状态，能够更好的掌握刀具现有的状况，能更清楚地知道每一把刀具在维修过程中消耗了多少配件，在使用过程中创造了多少产值（掘进了多长的距离）。通过统计和分析，也能较准确地掌握在不同的地层，刀具及刀具配件的消耗量，为工程单价分析建立数字化的依据。刀具检查、更换工

18、程开始之前，应加强对施工区段地质情况的了解，对地质资料中反映的施工重点和难点需特别留心，应充分估计特殊区段对刀具的破坏程度，在预计刀具可能遭到严重磨耗的地段之前，选择合适的位置停机，根据地质条件，辅以地层加固或压气工法等辅助施工工法检查、更换刀具。由于刀具检查与更换是一项艰苦而又相当重要的工作，机具、材料、配件三大项的准备缺一不可，同时为快速、安全、保质保量的完成换刀任务，平时需做好换刀工人的技术培训，培训内容主要包括：熟练使用各种换刀的工具，并具备一定的修理能力；全面了解刀具的安装过程，并有熟练的操作能力；对刀盘的刀具布置有全面的了解，并具有对刀具使用状态做出合理判断的能力；能判断一把待安装

19、刀具是否满足安装条件。刀具修理车间盾构机刀具管理发展方向刀具材质与制造工艺提高为避免在施工中频繁的更换刀具，以及更好的保护刀盘，刀具在选材与制造工艺上必须有一个大的提高，主要体现在以下几方面：刀圈耐磨性与冲击韧性更好的结合，使盾构机适应长距离以及复合地层的掘进要求；刀圈硬化深度加大，增加刀圈有效使用尺寸，降低刀具使用成本；刀具密封耐高温、高压能力提高，使盾构机适应大覆土、高水压地段的掘进；增加并普及刀具磨损监测装置（特别是穿越江河的盾构工程），防止刀具过度磨损、损坏而损伤刀盘。带压换刀技术的普及越来越多的盾构工程需穿越重要的建筑物及过海、过江，进行地层加固辅助施工工法检查、更换刀具的实施难度大

20、、时间长、费用高，掌握并熟练使用带压换刀技术是解决问题较快、较好、较经济的办法，是盾构施工发展的必然趋势。庞万力的滚刀，都能承受最高的工作量，并且采用优良的轴承和密封系统，使滚刀能承受八个大气压力的水或气压。滚刀有可换刀圈式及整体式两种，材质方面是使用最高等级的钢材，或镶嵌一等的炭化钨硬质合金，以提高挖掘效率，并延长刀具的寿命。单刃盘型滚刀双刃盘型滚刀耐磨层表面刀圈，适于开凿：- 硬度400 kg/cm2 的紧密地层- 硬度8001000 kg/cm2 的断裂砾岩、砂岩、凝灰岩及砂粘土等标准钢刀圈，适于开凿：- 硬度400 kg/cm2 的紧密地层- 砾岩、大理石、砂岩、灰岩及带有石块的地层等

21、重型钢刀圈，适于开凿：- 硬度12002500 kg/cm2 的硬岩- 硬度8001500kg/cm2 的高磨损岩层- 花岗岩、闪长岩、斑岩、大理石、蛇纹石及玄武岩等什么地层你要准备什么刀哟！镶齿硬质合金刀圈，适于开凿：- 硬度极高，达15002500 kg/cm2 的花岗岩、玄武岩、斑岩及石英岩等施工技术措施问题系列开发和应用了盾构施工的辅助工法（1）矿山法过硬岩，盾构拼装管片的施工技术。 （2）玻璃纤维棒桩、连续墙法、砂桩法、钻孔素砼桩法加固盾构端头技术。 （3）高水头江底下气压法换刀技术。 （4）过花岗岩球状风化体，以及过钢筋砼桩技术。 （5）拔除深度超过 40m 预应力管桩的技术等等。

22、 实践表明，在复合地层中盾构施工，应遵循地质条件是基础，盾构机是关键，管理是根本的原则。施工人员及班组问题众所周知，刀具的安装都是由盾构队作业层完成的。他们的机械知识、责任心、参差不齐，培养一支好的刀具更换队伍（还有压气作业）尤为重要管理问题1、建立一整套盾构管理办法，包含设备管理办法、刀具管理办法、盾构推进管理办法等；2、制定各种操作规程，采取标准化作业，防止人为操作原因造成各种安全事故；3、制定应急机制，当推进出现问题时启动相应机制，如盾构推力、扭矩过大时不得盲目加大油压，应当分析原因后采取相应措施；4、聘请有经验的盾构土建工程师和设备管理工程师，不得纯生手操作。复合地层容易遇到的 问题及

23、对策上软下硬地层中掘进探明软硬不均地层情况。结合地质资料，运用超前钻探明软硬不均地层的 方位与区域大小。 调整盾构千斤顶的压力差。根据探明的软硬不均的地层情况，选择对应较 硬地层内的盾构千斤顶数量，使其推力大于较软区域内盾构千斤顶的推力，进行 试推、调整推进千斤顶的压力差，直到获得满意效果方正常掘进。 合理采用辅助措施。包括：更换开挖刀具，以适应较硬地层，减少开挖阻 力；在小半径区域掘进时，合理利用超挖刀对较硬区域进行超挖；在较软区域掘 进时喷注泡沫或泥浆对碴土进行改良，以利于出土及土舱压力平衡；合理利用铰 接千斤顶调整盾构姿态；利用刀盘正反转、使用稳定翼等措旋控制盾构旋转。软弱地层中掘进在即

24、将进入砂层推进时，严密监视开挖面和土舱的压力变化，注意螺旋输 送机出口碴土的形状、流态与组分。 采用土压平衡模式掘进，严格控制出土量，确保土舱压力，以稳定工作面， 控制地表沉降。 盾构掘进过程中向土舱内及刀盘面喷注泡沫或泥浆等添加材料，改善碴土 性能，提高碴土的流动性和密水性，防止涌水、流砂、喷涌现象的发生，并利用 螺旋输送机排土。 选择合理的掘进参数快速掘进通过，将施工引起的对地层的影响减少到最 小。 运用导向系统和分区操控推进油缸控制盾构姿态，防止盾构抬升。 适当缩短同步注浆浆液胶凝时间，保证同步注浆质量，减少地层损失以控 制地表沉降穿越硬岩地层提前将所有滚刀安装到位，并注意观察刀具的磨损

25、，及时更换刀具。 合理使用超挖刀，确保在曲线地段和复合地层地段的方向控制。 选取合适的推力和合理的掘进速度，确保管片不受损坏。遇到长距离（）硬岩段根据目前盾构机技术水平，综合考虑经济和 工期因素，应因地制宜地选择传统的矿山法作为在硬岩段盾构施工的辅助方法， 即采用矿山法开挖隧道，盾构机拼装管片衬砌通过。穿过富水断层破碎带破碎带一 般岩体破碎、围岩的强度大，天然单轴抗压强度差异很大，强度不均匀，稳定性 差，形成了地下储水构造，地下水比较丰富。盾构在这类地段掘进易发生涌水现 象，破碎地段的大岩块易堵塞螺旋输送机，因此，要求盾构具较强的破岩能力， 刀具的选择和布置要合理，同时采取以下技术措施： 根据

26、围岩的变化及时更换刀具，随时监测刀具和刀盘受力状态，确保其不 超载。 螺旋输送机出口设置防喷涌设施，发生涌水时及时关闭螺旋输送机出口， 将水堵在盾构体外。 提高掘进控制水平，及时调整土舱压力，确保土压平衡。同时，采取有效 措施防止拼装管片时盾构后退，保证工作面的土体稳定。穿过富水断层破碎带适时调整掘进参数，防止出现过大的方向偏差。而且，要使岩石得到充分 的破碎、切削，避免大的岩块堵塞螺旋输送机。 掘进过程中向土舱内喷注泡沫或泥浆，防止螺旋输送机被堵塞和水涌入隧 道。 对地表和建筑物实施连续监测，及时注浆充填管片和地层之间的环形间 隙，控制地表沉陷。此外，要控制同步注浆压力，避免浆液漏入盾尾。

27、地下水压较大时，要及时在尾刷处压注油脂，防止盾尾密封被击穿。 硬岩段掘进时要启动盾构稳定装置，以减小盾构的振动和防止盾构产生超 限扭转，保持管片受力均匀、稳定，确保隧道的成型质量，保护管片。通过含“孤石”地层花岗岩球状风化体或大砾石，这 些孤石的单轴抗压强度可达以上，强度差异较大，易造成刀具损坏，并可 能导致刀盘变形、盾构机瘫痪。因此，一旦盾构机遇到含孤石的地层时，应采取 如下的处理方法在开挖面稳定（或地层经加固后稳定）情况下遇到孤石时，采用静态爆破与 人工凿除相结合的方法去除孤石。（从地表处理在此不讲） 当遇到孤石群时，向土舱内加入气压以稳定工作面，采用高转速、低扭矩、 低推力谨慎掘迸穿越孤

28、石群孤石地层中对盾构的设想孤石从地面爆破通过复杂多变的线形施工段在每个曲线段掘进之前，对技术人员，尤其是盾构机操作手进行线路特点 的技术交底，制定相应的操作策略。线路参数以表格的形式贴在盾构机控制室内， 供操作手随时查阅参考。 严格控制盾构机的掘进参数 严格控制变线段和变坡点附近的掘进方向，避免轴线偏差增大。 密切注视开挖断面地层特点对掘进方向控制的不利影响，及时调整掘进策 略。 根据线路变化特点选择合适的管片类型，减小隧道轴线偏差，确保管片拼 装质量。预防结泥饼及相应处理措施盾构在粘土矿物含量高的残积层、全风化岩带地层掘进时，极易在刀盘和土 舱聚积泥饼。预防结泥饼及相应的处理措施主要包括： 掘进时掺入高浓度泥浆或泡沫，改善土体的和易性，预防粘土结块。 刀盘背面和土舱胸板上增设空心搅动棒，增加搅拌强度和范围。空心棒内 预留注水孑，以便清洗刀盘和土舱。 空转刀盘，使泥饼在离心力作用下脱落。 如果围岩隔水性较好，采用气压平衡模式掘进。 在开挖面稳定的前提下，人工进舱清除泥饼。 目前也有用扩散剂进行泥饼处理的，价格较高、地表沉降较大。对孤石地层盾构的畅想地铁盾构隧道中软土、砂、卵砾石中的孤石，无论大小，对于隧道掘进来说，只需要将其破碎到能把它搬运出（