盾構(gòu)在不同地層掘進(jìn)

1、盾構(gòu)機(jī)在不同地層中的掘進(jìn)摘 要：針對(duì)泥水盾構(gòu)在軟巖和硬巖中掘進(jìn)的實(shí)際情況，分析巖層對(duì)掘進(jìn)的影響，給出軟巖和硬巖中的掘進(jìn)參數(shù)，并進(jìn)行比較；分析泥水盾構(gòu)在不同地層中掘進(jìn)時(shí)遇到的特殊情況，根據(jù)有利于施工和延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的原則，提出解決辦法。關(guān)鍵詞：avn2440ds 模式 掘進(jìn)參數(shù) 1 前言 深圳前灣燃機(jī)電廠過(guò)海管廊工程和忠一武線輸氣管道城陵磯長(zhǎng)江穿越隧道工程均采用avn2440ds復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)的泥水模式施工完成，但由于兩者地質(zhì)構(gòu)成截然不同，盾構(gòu)掘進(jìn)情況存在著較大差別。合理選擇掘進(jìn)中的參數(shù)，并根據(jù)地質(zhì)情況和參數(shù)變化實(shí)時(shí)作以調(diào)整，對(duì)按期保質(zhì)地完成工程和延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命尤為重要，就盾構(gòu)機(jī)在上述兩工程

2、不同地層中的掘進(jìn)情況作以分析，并給出掘進(jìn)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值和解決掘進(jìn)中遇到問(wèn)題的方法。 城陵磯長(zhǎng)江穿越隧道的地層屬硬巖，主要為全微風(fēng)化的綠泥石泥質(zhì)板巖、白云石質(zhì)泥質(zhì)板巖、粉砂巖、卵石層等，并通過(guò)多個(gè)斷層，掘進(jìn)過(guò)程重在對(duì)刀具的保護(hù)，以及通過(guò)斷層時(shí)防止刀盤抱死現(xiàn)象，參數(shù)選擇相對(duì)正常；而深圳前灣燃機(jī)電廠過(guò)海管廊工程地層屬軟巖，主要為砂層、粉砂層及部分粘土層，掘進(jìn)時(shí)還要考慮諸如保壓、防止刀盤被泥沙抱死、盾構(gòu)姿態(tài)難以調(diào)整等情況，因此較為特殊。 2 推進(jìn)參數(shù)的選擇及控制 (1) 推進(jìn)壓力大小 城陵磯隧道由于巖層較硬，為了保護(hù)刀具，控制掘進(jìn)速度，一般選擇推進(jìn)壓力在160 bar以下，80120bar左右。深圳管廊

3、則推進(jìn)壓力不穩(wěn)定，通過(guò)泥沙層時(shí)，由l于機(jī)身被泥沙抱裹，克服阻力較大，推進(jìn)壓力在120bar以上，甚至高達(dá)到180bar。左右；通過(guò)風(fēng)化帶時(shí)，巖層較軟且穩(wěn)定性稍好，推進(jìn)壓力在80 bar左右就能獲得較大的掘進(jìn)速度。 (2) 刀盤壓力大小 刀盤壓力在硬巖中一般保持在90140 bar左右，過(guò)大則損傷刀具，但其瞬間跳動(dòng)值不能超過(guò)30 bar，若持續(xù)保持跳動(dòng)30 bar左右，則需停機(jī)檢查刀具；在軟巖中刀具一般不會(huì)破損，只存在磨損現(xiàn)象，因此刀盤壓力的控制根據(jù)掘進(jìn)速度調(diào)整，但不能太大，太大則會(huì)導(dǎo)致刀盤被泥沙抱死的現(xiàn)象： (3) 掘進(jìn)速度 掘進(jìn)速度可根據(jù)地質(zhì)情況以及推進(jìn)和刀盤壓力進(jìn)行調(diào)整，為保護(hù)刀具硬巖應(yīng)選

4、擇稍慢的速度，在25 mm/min左右，斷層采用快速通過(guò)，而軟巖則采用較快的掘進(jìn)速度50 mm/min左右，甚至更高。但速度控制原則是根據(jù)推進(jìn)壓力和刀盤壓力進(jìn)行調(diào)整，視具體情況而定。 (4) 開挖倉(cāng)水壓 硬巖條件下，保持較小的掌子面壓力可以減小推進(jìn)壓力，便于排渣，在0305 bar。左右；斷層時(shí)至少為l bar，甚至更高；軟巖條件下，為了防止出現(xiàn)過(guò)挖現(xiàn)象，掌子面壓力應(yīng)和土壓保持一致。 (5) 導(dǎo)向油缸壓力 導(dǎo)向油缸在掘進(jìn)中為被動(dòng)受力，其壓力值能反映刀盤阻力。其壓力在硬巖下一般單組不宜大于160 bar。四組油缸壓力之和不宜大于480 bar，若大于規(guī)定值，則調(diào)低推進(jìn)壓力和推進(jìn)速度，否則會(huì)造成刀

5、具徑向載荷過(guò)大，以致?lián)p壞刀具內(nèi)部的軸承和密封。軟巖視具體情況而定，但不能過(guò)大，過(guò)大可能損壞液壓設(shè)備。 (6) 進(jìn)排漿系統(tǒng)的壓力和流量 進(jìn)、排漿泵壓力調(diào)整原則為：在各泵的額定壓力值下，能夠保證渣石順利排出。不同巖層的進(jìn)排漿量調(diào)整方法基本相同，推進(jìn)速度越快，進(jìn)排漿量就越大；反之，進(jìn)排漿量可適當(dāng)減小。 (7) 同步注漿量 同步注漿能夠填充掘進(jìn)留下的空隙，保證管片的穩(wěn)定性，還能提高隧道的止水性能。注漿壓力通常等于或略低于開挖艙壓力，以防止?jié){液流向掌子面而與渣石一起被排出。硬巖條件下，注漿較為正常；但軟巖情況下，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)注漿管堵塞現(xiàn)象，應(yīng)采取直接從管片吊裝孔開口，而不經(jīng)過(guò)盾尾注漿孔，來(lái)實(shí)現(xiàn)同步注漿。

6、(8) 掘進(jìn)方向 盾構(gòu)掘進(jìn)方向的調(diào)整是通過(guò)改變四組導(dǎo)向油缸的伸長(zhǎng)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)需要向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，則右側(cè)兩組油缸要比左側(cè)兩組伸長(zhǎng)量大；需要向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，則下面兩組油缸要比上面兩組伸長(zhǎng)量大；同理，向右和向下，作相應(yīng)調(diào)整。當(dāng)作組合運(yùn)動(dòng)時(shí)，則為單向運(yùn)動(dòng)的合成。硬巖條件下，每次調(diào)整的差值不能大于2 mm，相應(yīng)兩組差值在20 mm以下，過(guò)大可能損傷刀具；軟巖條件下，如果糾偏不理想，可適當(dāng)加大兩組之間的差值。 以上為盾構(gòu)機(jī)在兩種不同地層中主要參數(shù)選擇及控制。掘進(jìn)中的任何一個(gè)參數(shù)的選擇及調(diào)整都不是孤立的，都必須根據(jù)plc反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，選擇最優(yōu)化的組合，使盾構(gòu)機(jī)在最佳的狀態(tài)下工作。 3 掘進(jìn)中遇到的問(wèn)題及解決

7、辦法 盾構(gòu)機(jī)在硬巖和軟巖中掘進(jìn)時(shí)，由于地質(zhì)的不同，可能遇到不同的特殊情況。為了設(shè)備的安全和施工的順利，合理地處理這些特殊情況，尤為重要。在此，就兩地掘進(jìn)中遇到的可能損壞設(shè)備和影響施工的情況加以討論，并提出處理的方法。 (1) 硬巖條件下，主要是判斷刀具是否已經(jīng)發(fā)生破損，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換刀具，以保護(hù)未破損刀具和提高施工速度。一般地，當(dāng)?shù)侗P壓力突然增大，或者瞬間跳動(dòng)在30 bar以上并持續(xù)跳動(dòng)，則操作人員就應(yīng)該意識(shí)到可能刀具發(fā)生破損。這時(shí)可以減小推力，并控制速度，觀察刀盤壓力是否繼續(xù)保持較高的跳動(dòng)值，若繼續(xù)跳動(dòng)，則需停機(jī)檢查刀具。刀具的破損往往伴隨有較大異常響聲，并有較強(qiáng)的震動(dòng)。單個(gè)刀具的破損如果沒

8、有及時(shí)更換，則會(huì)引起其它刀具的受力不均勻，而造成更多刀具的損壞。刀具的過(guò)度磨損則可能對(duì)刀盤產(chǎn)生磨損，判斷刀具磨損主要根據(jù)推進(jìn)參數(shù)和地質(zhì)情況：在正常的地質(zhì)情況下，刀盤壓力和推進(jìn)壓力都比較大，而跳動(dòng)值不大，這時(shí)操作人員可根據(jù)掘進(jìn)中的經(jīng)驗(yàn)，來(lái)判斷是否需要停機(jī)檢查刀具。 (2) 通過(guò)斷層和較軟的泥沙層，有時(shí)會(huì)遇到盾殼或者刀盤被抱死的現(xiàn)象，由于軟巖和斷層的極不穩(wěn)定，因此在掘進(jìn)時(shí)必須保證開挖倉(cāng)的水壓和土壓保持平衡，否則可能出現(xiàn)過(guò)挖現(xiàn)象，而造成地表下陷。當(dāng)軟巖的坍塌或者泥沙過(guò)多地積壓在盾殼上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)推進(jìn)力過(guò)大，而不能獲得理想的掘進(jìn)速度，并且盾尾的鉸接油缸完全被拖出卻不能縮回，這就是盾殼被抱死的現(xiàn)象。這時(shí)可

9、以采取加注膨潤(rùn)土，并在第三節(jié)和盾尾的連接處加焊鋼板，使第三節(jié)能夠帶動(dòng)盾尾移動(dòng)，直到離開斷層，掘進(jìn)的參數(shù)趨于正常，再去掉鋼板，回到正常的掘進(jìn)模式。當(dāng)?shù)侗P被泥沙抱死時(shí)，會(huì)出現(xiàn)刀盤扭力增大而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，排漿量急速下降，而進(jìn)漿壓力增大。出現(xiàn)這種情況時(shí)，可以增大進(jìn)漿壓力至78 bar，同時(shí)增大排漿量，利用進(jìn)排漿的壓力差，把泥沙給反沖出來(lái)，從而恢復(fù)到正常的刀盤壓力。 (3) 在軟巖或者泥沙層中，盾構(gòu)的姿態(tài)也比較難以控制；還可能遇到孤立的石塊，給正常的掘進(jìn)制造麻煩。硬巖中掘進(jìn)時(shí)，每次導(dǎo)向油缸伸長(zhǎng)量為2 mm左右，且相對(duì)兩組的差值最好不要超過(guò)20 mm；但在軟巖中，由于軟巖的不穩(wěn)定性，盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)相對(duì)來(lái)說(shuō)較難調(diào)整，在深圳前灣過(guò)海管廊的施工中，由于盾構(gòu)機(jī)要在碼頭的兩個(gè)樁基間通過(guò)，而泥沙的不穩(wěn)定性又導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)向左偏離，采取加大左右兩組導(dǎo)向油缸的相對(duì)差值，在4050mm之間，又在第二節(jié)和第三節(jié)連接處的左側(cè)添加鋼板，使盾構(gòu)機(jī)始終處于向右的趨勢(shì)，最后順利的通過(guò)了碼頭上的樁基。由于巖層的不完全風(fēng)化，在粉砂層可能會(huì)存在孤立的石塊。孤立的石塊不易被破碎，只能緩慢的掘進(jìn)，使其被擠壓到一邊或者