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極硬巖盾構(gòu)隧道掘進施工技術(shù)探究

前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了極硬巖盾構(gòu)隧道掘進施工技術(shù)探究范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請閱讀。

極硬巖盾構(gòu)隧道掘進施工技術(shù)探究

[摘要]針對硬巖巖石強度平均134MPa,最高達到264MPa的施工難點,對選用的土壓平衡復合盾構(gòu)進行技術(shù)改造升級及合理配套,效增強了抗沖擊性和耐磨性,同時對掘進過程中盾構(gòu)掘進參數(shù)變化的原因進行分析,總結(jié)出硬巖巖石強度平均134MPa,最高264MPa高強度全斷面極硬盾構(gòu)隧道掘進最佳參數(shù)控制范圍,有效避免了盾構(gòu)機卡殼、卡螺旋機抱死、刀盤抱死或者嚴重磨損刀盤等不良現(xiàn)象的發(fā)生。

[關(guān)鍵詞]盾構(gòu);掘進;高強度;全斷面;極硬巖;施工技術(shù)

近年來,隨著社會不斷發(fā)展,越來越多的軌道交通建設在大規(guī)模進行,目前土壓平衡盾構(gòu)在黃土、淤泥質(zhì)軟土、砂層、砂卵石地層中掘進技術(shù)已較成熟,形成了大量結(jié)構(gòu)設計計算理論和工程實踐體系,但盾構(gòu)在巖石強度達到120~150MPa的全斷面硬巖地層中掘進經(jīng)驗尚淺,在盾構(gòu)掘進過程中,容易發(fā)生盾構(gòu)卡殼、卡螺旋機抱死、刀盤抱死或者嚴重磨損刀盤等不良現(xiàn)象,對盾構(gòu)掘進施工影響極大。

1工程概況

濟南市軌道交通R2線一期土建工程施工四標段寶華街站~長途汽車站區(qū)間,右線全長992.741m,左線全長998.042m,隧道埋深約9.6~12.3m。寶長區(qū)間共計穿越18處建、構(gòu)筑物及1處河道,硬巖巖石強度平均134MPa,最高達到264MPa,施工難度非常大。

2高強度全斷面極硬巖掘進施工特點

1)針對硬巖巖石強度平均134MPa,最高達到264MPa的施工難點,對選用的土壓平衡復合盾構(gòu)進行技術(shù)改造升級及合理配套,將刀盤結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化(圖1),采用六輻條刀盤,中心刀刀座采用TBM刀座(圖2),刀圈采用新型LD高強韌性新型模具鋼材質(zhì),有效增強了抗沖擊性和耐磨性;增強滾刀配置,設置18寸中心雙聯(lián)滾刀6把,18寸單刃滾刀37把,10孔重型邊刮刀24把,8孔重型正面刮刀43把,同時在刀盤扭腿兩側(cè)增加側(cè)板、環(huán)梁兩側(cè)增加筋板、刀盤增加一整圈環(huán)筋的方式進行加固,保證了刀盤的整體強度和剛度。2)對刀盤的耐磨性進行優(yōu)化,刀盤面板和外周增設Hardox耐磨板(圖3),刀盤整體耐磨性能得到有效提高,同時研究應用了刀盤磨損檢測裝置(圖4),使用前將液壓式磨損檢測系統(tǒng)安裝在刀盤上,盾構(gòu)掘進過程中,隨著刀盤磨損程度的增加,液壓系統(tǒng)壓力逐漸下降,達到警戒值時,發(fā)出報警信號,及時提醒盾構(gòu)操作人員,確保施工安全。3)對18寸單刃滾刀刀具進行優(yōu)化,采用刀圈、刀轂一體化整體式滾刀結(jié)構(gòu)(圖5),刀刃采用上口25mm,下口76mm的錐形結(jié)構(gòu),刃口頂部增加圓頂?shù)菇荝6°(圖6),有效增加了刀具破巖能力,提高刀具貫入度,提升掘進效率;刀轂和端蓋采用“重型”尺寸設計,刀轂壁和端蓋外壁進行加厚設計,最大限度地增加了刀體的綜合耐磨損性,有效地減小換刀頻率。4)刮刀刀刃采用3排大尺寸耐磨硬質(zhì)合金,刀頭帶5°尖角結(jié)構(gòu),同時采用雙排螺栓緊固使刀體受力更加均勻。

3工藝流程及關(guān)鍵技術(shù)操作要點

3.1工藝流程

高強度全斷面極硬巖盾構(gòu)隧道掘進施工工藝流程如圖7所示。

3.2刀具檢查和更換

觀倉人員每推進10cm進倉檢查刀具及掌子面情況,并進行刀具螺栓復緊,發(fā)現(xiàn)刀具損壞時,要及時更換刀具,新安裝刀具要及時進行復緊。

3.3盾構(gòu)掘進方向精確控制

1)在盾構(gòu)始發(fā)的時候,需要經(jīng)過人工測量為盾構(gòu)編輯盾構(gòu)初始位置參數(shù)。2)盾構(gòu)姿態(tài)初始測量內(nèi)容應包括平面偏差、高程偏差、俯仰角、方位角、滾動角及切口里程。3)在掘進到隧道中間和貫通前一兩百米進行盾構(gòu)姿態(tài)測量,與當前導向顯示姿態(tài)對比,確保當前顯示姿態(tài)的準確性。

3.4掘進模式選擇

土壓平衡盾構(gòu)在全斷面極硬巖地層時,選擇采用敞開模式進行隧道掘進。

3.5渣良

高強度硬巖地層盾構(gòu)掘進時,利用泡沫系統(tǒng),同步適量注入低濃度泡沫(加入比例為5%~10%,平均每環(huán)用量為40~50kg),冷卻和潤滑刀具,降低土倉溫度。

3.6盾構(gòu)掘進參數(shù)選擇

高強度全斷面極硬巖盾構(gòu)隧道掘進最佳參數(shù)控制范圍:總推力12000~13000kN;扭矩1400~1600kNm,掘進速度2~3mm/min,貫入度3~4mm/r,轉(zhuǎn)速1.8~2.0r/min。

4結(jié)語

通過高強度全斷面極硬巖盾構(gòu)隧道掘進施工技術(shù)的研究與應用,對選用的土壓平衡復合盾構(gòu)進行技術(shù)改造升級及合理配套,將刀盤結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化,有效增強了抗沖擊性和耐磨性;保證了刀盤的整體強度和剛度,刃口頂部增加圓頂?shù)菇荝6°,有效增加了刀具破巖能力,提高刀具貫入度,提升掘進效率;總結(jié)出高強度全斷面極硬巖盾構(gòu)隧道掘進最佳參數(shù)控制范圍,有效避免了盾構(gòu)卡殼、卡螺旋機抱死、刀盤抱死或者嚴重磨損刀盤等不良現(xiàn)象的發(fā)生,對今后同類型工程具有切實的指導意義,推廣應用前景廣闊。

[參考文獻]

[1]閆建誠.土壓平衡盾構(gòu)全斷面硬巖施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2014,43(9):127-130.

[2]楊梅.全斷面硬巖地層盾構(gòu)掘進問題分析及解決措施[J].鐵道建筑技術(shù),2015,(5):54-57.

作者:方治綱 單位:中鐵三局集團第五工程有限公司

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