泥岩掘进技术交流

泥岩掘进施工技术交流成都地铁3号线一期工程土建5标中铁六局盾构分公司成都地铁3号线5标项目经理部成都地铁号线一期土建工程5标3中铁六局盾构分公司成都地铁3号线5标项目部目录第一部分泥岩特点第二部分盾构机选型第三部分掘进参数第四部分管片选型与姿态控制第五部分质量通病防治一、泥岩特点成都地铁3号线一期工程土建5标中铁六局盾构分公司成都地铁3号线5标项目经理部成都地铁号线一期工程土建5标3中铁六局盾构分公司成都地铁3号线5标项目部泥岩属于易膨胀岩，具弱膨胀性，属风化岩。全风化泥岩已完全呈土状。强风化呈半岩半土、碎块状，软硬不均，具有遇水软化、崩解，强度急剧降低的特点。中等风化泥岩：褐红色、紫红色，中厚层状，泥岩或微钙质结构，泥岩胶结。岩芯多呈柱状，少量呈碎块状，较完整。微风化泥岩：深紫红色，完整不破碎。地下水主要为填土中的上层滞水和泥岩中的裂隙水，含水量较小，无统一地下水位。四川砂岩属于泥砂岩，其颗粒细腻，质地较软，非常适合做为建筑装饰用材，特别是用作雕刻用石。而且因为四川的地舆地质前提比较复杂，所以四川的砂岩品种非常的多。四川砂岩的颜色可以说是全中国最丰硕的，有红色、绿色、灰色、白色、玄色、紫色、黄色、青色等等，非常的多。但是因为其材质相对较软，并且交通不便，矿区开采方式也比较落后，所以四川砂岩基本供给的是条板，无法提供1m以上的大板。但是假如数目少的情况下，矿区可能采用圆盘锯翻切的方式，少量供给，不外因为破损率较高，价格较贵。但四川有一种砂岩号称硬度可相比花岗岩，有些砂岩的材质较硬能做火烧加工。二、盾构机选型成都地铁3号线一期工程土建5标中铁六局盾构分公司成都地铁3号线5标项目经理部18寸单刃滚刀32把/187.7搅拌棒4个磨损监测点4个膨润土口2个泡沫口4个圆环保护块一圈圆环保护刀16把保径刀8把/40mm喷口保护刀6把/100mm焊接撕裂刀30把/140mm刮刀32把/120mm边刮刀8把/120mm17寸中心滚刀4把/175mm重量50吨开口率36%结构形式辐条+面板1、刀具配置疑问1：刀具配置适应砂卵石，是否适应泥岩？疑问2：滚刀？撕裂刀？疑问3：厂家推荐安装18寸边缘滚刀是否合适？疑问4：滚刀与刮刀之间的刀高差是否过大，适应泥岩？疑问5：为防止中心区域结泥饼，中心安装撕裂刀？疑问6：刀盘开口格栅是否需要割除？5-3中风化泥岩3.80MPa2.31MPa√中铁六局盾构分公司成都地铁3号线5标项目部工程名称主要地质刀具配置推力扭矩上部土压泡沫用量推进速度成都地铁3号线2标砂卵石、泥岩滚刀刮刀1000~1400T2000KN·m以下0.8~1.0bar40kg/环60~70mm/min成都地铁2号线二期3标粘土、泥岩撕裂刀刮刀1000~1400T3500~5000KN·m1~1.2bar100kg/环50~60mm/min成都地铁号线一期工程土建5标3√成都地铁号线一期土建工程5标3中铁六局盾构分公司成都地铁3号线5标项目部采用18英寸单刃滚刀后，开挖直径为6304mm。将产生：开挖量增加、注浆量增加、盾体摩擦力不足产生滚动角过大等问题。39#，40#更换成17寸65号机滚刀与刮刀刀高差为187.7-120=67.7mm，对于泥岩，虽然滚刀刀痕很深，甚至已经挨到滚刀刀体，切刀却可能还未切刀痕峰，导致痕峰直接摩擦刀盘面板，扭矩增大，推力增大、滚刀磨损、面板磨损。与3号线2标交流得知中铁62号机滚刀与刮刀刀高差为165-120=45mm，掘进参数正常。所以建议66号刮刀刀高原来的120mm增加至140mm，则滚刀与刮刀刀高差为187.7-140=47.7mm。66号机所有刮刀、边缘刮刀刀高由原来的120mm增加至140mm，但边缘刮刀刀高渐变至120m，不影响边缘刮刀的开挖直径。65号机不变，66号机增加刮刀高度区间泥岩强度很低，中心撕裂刀应可胜任切削。根据工程案例，改为撕裂刀对防止泥饼有作用，因此中心刀可安装撕裂刀。我部安装的是双刃滚刀割除所有格栅在泥岩段格栅完全没有用处，反而会使碴土生根形成泥饼。三、施工参数成都地铁3号线一期工程土建5标中铁六局盾构分公司成都地铁3号线5标项目经理部成都地铁号线一期土建工程5标31、渣土改良动熊区间始发地层为粘土和泥岩地层，其主要特征：1、土体粘度大；2、改良材料不易进入切削下来的土体内部将其改良成流塑性碴土；3、土体易结泥饼；4、易打滑。在前期渣土改良环节中没要达到理想的状态，出来的渣土都是大块的且外面包裹着一层改良外加剂，刚上皮带就出现打滑现象，严重影响施工进度。中铁六局盾构分公司成都地铁3号线5标项目部阶段泡沫水改良效果推进速度前期4路、原液比例3%、膨胀率10、总流量1500L/min刀盘喷水10m³左右渣土大块、打滑、20~30mm/min成都地铁号线一期土建工程5标3中铁六局盾构分公司成都地铁3号线5标项目部阶段泡沫水改良效果推进速度前期4路、原液比例3%、膨胀率10、总流量1500L/min刀盘喷水10m³左右渣土大块、打滑、20~30mm/min后期4路、原液比例2%、膨胀率13、总流量900L/min刀盘喷水+膨润土系统加水20m³左右出渣流畅60~70mm/minP1P2P3P4B1B2刀盘管路布置图成都地铁号线一期土建工程5标3水泵流量：500l/min刀盘喷水管路布置图成都地铁号线一期土建工程5标32、掘进参数成都地铁号线一期土建工程5标3盾构施工过程中，掘进参数是主要的控制项目，我部根据泥岩的地址特征以及地面沉降监测数据、渣土改良效果、成型隧道管片质量综合考虑设定合适的掘进参数。2、掘进参数成都地铁号线一期土建工程5标32、掘进参数推力8000~11000KN扭矩1200~3000KN·m速度60~90mm/min刀盘转速1.5r/min上部土压1.1bar成都地铁号线一期土建工程5标32、掘进参数原液比例2~3%膨胀率111路流量300L/min2路流量200L/min3路流量200L/min4路流量300L/min成都地铁号线一期土建工程5标33、管片上浮难题始发段出现管片上浮破损，主要集中在粘土段45-65环之间，泥岩段118环-140环，破损点位集中在10点、11点、12点、1点及2点。成都地铁号线一期土建工程5标33、管片上浮难题计算盾尾后部4环管片在水中受到的浮力为169.65t(排水重量)-83.8t(4环管环重量)＝85.85t(在未接长轨道时，不计后配套拖车重量)，若在密度1.7的同步浆液中的浮力则为204.6t。成都地铁号线一期土建工程5标335-75环管片上浮量0.0000.0100.0200.0300.0400.0500.060353739414345474951535557596163656769管片上浮量管片上浮→管片错台内弧面相抵触管片螺栓挤压3、管片上浮难题影响盾构管片上浮主要原因1、浆液初凝时间长2、渣土改良水3、地层裂隙水4、管片螺栓复紧5、其他1+2累计频率占总数58.2%，需重点解决。成都地铁号线一期土建工程5标3措施一、位置：脱出尾盾2环！二、频次：每2环！三、参数：①浆液配比：水灰比为1:1，水泥浆:水玻璃＝1:1，。②二次注浆压力控制在0.3Mpa以下；注浆流量控制在10～15L/min。③注浆量：0.2-0.5m3/环之间（6包水泥）。序号参数（盾尾脱出管片后环数）拼装环数不合格环数不合格率(%)1脱出盾尾后5环20315.002脱出盾尾后4环10110.003脱出盾尾后3环10110.004脱出盾尾后2环1000.003、管片上浮难题成都地铁号线一期土建工程5标3四、管片选型与姿态控制成都地铁3号线一期工程土建5标中铁六局盾构分公司成都地铁3号线5标项目经理部1、总体思路①成型管片拟合设计线路②盾构姿态接近设计线路③管片选型适应盾构姿态④姿态纠偏与管片预选相统一成都地铁号线一期土建工程5标31、成型管片拟合设计线路K件位置K件所在圆弧位置a（°）K件旋转角度ΔX（mm）宽度差ΔY（mm）宽度差θX（°）角度变化θY（°）角度变化0（0）0（180）38.0（－38.0）0.0（0.0）0.3628（－0.3628）0.0000（0.0000）1（－1）18（342）36.14（36.14）－11.74（11.74）0.3450（0.3450）－0.1121（0.1121）2（－2）36（324）30.74（30.74）－22.34（22.34）0.2935（0.2935）－0.2132（0.2132）3（－3）54（306）22.34（22.34）－30.74（30.74）0.2132（0.2132）－0.2935（0.2935）4（－4）72（288）11.74（11.74）－36.14（36.14）0.1121（0.1121）－0.3450（0.3450）5（－5）90（270）0.00（0.00）－38.00（38.00）0.0000（0.000）－0.3628（0.3628）右楔形环管片为例:计算法则：垂直向Y：下－上水平向X：左－右负数（－）代表轴线下降、左转。正数（＋）代表轴线上升、右转。1、成型管片拟合设计线路1、成型管片拟合设计线路②盾构姿态接近设计线路盾构机盾构机盾构机盾构掘进姿态理论为红线考虑超挖5mm的影响盾构掘进姿态实际为蓝线实际掘进过程中，交接行程差控制在20mm左右。实际掘进过程中，铰接环较曲线内侧偏移2mm③管片选型适应盾构姿态（一）盾尾间隙盾构机盾尾间隙变化三种情况：1、使用楔型环管片环；2、管片方位角与盾构机方位角不一致，3、盾构机偏移。以上三种情况在实际施工常常同时出现，是一个综合性因素。方位角变化标准环盾尾间隙盾尾间隙标准环盾构机盾构机楔型环标准环盾尾间隙盾尾间隙管片环半径管片环半径＋盾尾间隙(二)判断管片超前滞后铰接行程差Δl=l1-l2；推进行程差ΔL=L1-L2X=Δl-ΔLX=0,管片跟随尾盾X＞0，管片超前尾盾X＞0，管片滞后尾盾④姿态纠偏与管片预选相统一∵△OAB~△OED→ED=2AB∵CAE°~AOB°→CE=AB∴CD=CE+ED=3AB④姿态纠偏与管片预选相统一举例：2015年12月17日左线夜班，拼装完成管片垂直姿态超过内控标准和规范标准。水平朝外侧偏移和趋势过大。线别环号情况类型内控标准规范标准左线2拼装完成后垂直姿态前点-52mm±40mm±50mm水平前点-15，趋势-8预计两环超标预计三环超标造成管片姿态超限的原因如下：1）始发时设计姿态为水平，而设计轴线是一个向上的趋势，因此始发时盾构机姿态相对于设计线就是一个向下的趋势，进洞后，盾构机由于自重有栽头趋势，最终导致垂直姿态超限。2）端头隧道底部降水导致地层松散，端头加固范围为拱顶上方，无法对盾构机提供足够的作用力；3）由于停机，未进行封堵洞门，始发推力较小，纠偏难度大；④姿态纠偏与管片预选相统一④姿态纠偏与管片预选相统一垂直方向环号1234567管片类型右弯标准右弯右弯标准左弯标准环点位10111011141水平纠偏量-22.340-22.34-36.140-22.340垂直纠偏量-11.740-30.74-11.740-30.740预计垂直前点-48-56-60-51-46-43-40实际垂直前点-62-50-40-40-35④姿态纠偏与管片预选相统一水平方向环号1234567管片类型右弯标准右弯右弯标准左弯标准环点位10111011141水平纠偏量-22.340-22.34-36.140-22.340垂直纠偏量-11.740-30.74-11.740-30.740预计水平前点-0-11-20-30-30-28-22实际水平前点-22-30-33-30-23预计水平趋势-8-8-7-4-101实际水平趋势-7-5-111盾构机水平方向铰接行程差=52-11=41mm，将盾构机现状能够适应500米半径R曲线.五、质量通病防治成都地铁3号线一期工程土建5标中铁六局盾构分公司成都地铁3号线