CN109322671B - 一种盾构刀具磨损被困的脱困方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种盾构刀具磨损被困的脱困方法,综合考虑开仓点掌子面情况、地质条件、地面施工场地限制及工期要求,决定采取地面降水、旋挖桩挡土并置换加固切口上方及侧面土体,同时配合注浆加固等措施,进行常压开仓检查换刀。通过本方法常压开仓换刀及维修后,按照低扭矩及低转速,慢速掘进,盾构顺利出洞。
Description
技术领域
本发明属于盾构技术领域,涉及一种盾构刀具磨损被困的脱困方法。
背景技术
盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机。盾构的施工法是掘进机在掘进的同时构建(铺设)隧道之“盾”(指支撑性管片),它区别于敞开式施工法在我国,习惯上将用于软土地层的隧道掘进机称为(狭义)盾构机,将用于岩石地层的称为(狭义)TBM。用盾构法的机械进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响地面交通等特点,在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下,用盾构机施工更为经济合理。
但是在掘进过程中,由于地下层的硬度无法确定,掘进时遇到刀盘扭矩过大,时常被卡,无法进行有效掘进。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种盾构刀具磨损被困的脱困方法,以应对因为刀具磨损盾构被困的情况。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种盾构刀具磨损被困的脱困方法,包括以下步骤:
步骤一,降水井施工,在刀盘切口旁边,沿线路纵向方向设置降水井,并在降水井旁打设水位观测井;观测静水位以检查降水效果,水位降至隧道底以下≮1.0m;
步骤二,素桩加固,为保证刀盘周边土体稳固,在刀盘两侧采用混凝土桩形成挡墙加固,利用旋挖机成孔,采用混凝土浇筑;
步骤三,注浆加固,利用土仓加水系统以及刀盘加水系统、径向注浆孔向土仓内及盾体周边注入优质膨润土,盾尾后管片加注水性聚胺脂,对盾尾区域管片进行环箍注浆以封闭动水通道,保证开仓换刀安全;
步骤四,检查刀盘及换刀,扩挖刀盘的开挖直径,进行刀盘直径方向扩挖,盾构机启动后,操作刀盘旋转一周、停止刀盘转动,扩挖刀盘的直径5mm-10mm/次、再启动刀盘旋转,循环往复,逐步扩挖直至开挖直径和断面成型;按原边滚刀轨迹布置若干把焊接撕裂刀,以代替周边滚刀实施剩余里程的开挖;根据滚刀磨损情况,更换滚刀。
进一步,步骤一中,在纵向离刀盘切口旁1.5m,横向离连续墙1.8m处设置沿线路纵向方向设置两口降水井,深度为20m;纵向离刀盘切口旁3米,横向离连续墙1.8m处位置布置两口钻孔降水井,深度为26m。考虑到刀盘两侧对称布置,因此施工中布置4口降水井满足降水需求。
进一步,步骤二中,所述混凝土桩的桩径为800mm间距1000mm,桩间采用桩径600mm三重旋喷桩加固,刀盘侧上方素桩离刀盘50cm,两侧距刀盘50cm,刀盘两侧桩伸入隧道5m,钻机在就位时进行重新测量、定位,成孔垂直度控制在0.5%以内。
进一步,步骤二中,采用C15水下早强混凝土浇筑,旋挖机施工时采用跳孔钻进,先施工基数孔桩,待初凝后施工偶数孔桩。
进一步,步骤三中,膨润土泥浆粘度控制在30-40pa·s,泥浆注入完成后,加压缓慢转动刀盘使泥浆均匀的与外部土地接触,形成泥膜,对刀盘周围形成保护。为进一步提高刀盘周围以及盾尾止水效果,水性聚胺脂注浆压力控制在0.4Mpa,聚胺脂注入24小时后,通过管片二次注浆孔检查注入。
进一步,步骤三中,注浆方式采用水泥-水玻璃双液浆,水玻璃浓度为35Be’,配合比为,水泥浆∶水玻璃溶液=1∶1,注浆顺序由拱底向拱顶注浆,全环注浆,注浆恒压控制在0.2Mpa~0.3Mpa,终压控制在0.4Mpa。
进一步,步骤三中,为避免注浆造成盾体被抱死、刀盘密封受损、同步注浆管堵塞等后果,在注浆之前,通过盾体径向注浆孔向盾壳周围注入膨润土泥浆,防止盾体被浆液抱死,阻止盾尾后方来水,同时提高周围岩体稳定,泥浆采用膨润土∶水=1∶3的比例拌制,注入量不小于6m3,注浆完成后通过盾体径向孔检查注入质量,在浆液储存罐内拌制膨润土泥浆,并通过同步注浆系统注入,防止盾尾被浆液抱死、同步注浆管路被浆液堵塞,注浆过程中每10cm转动刀盘,通过刀盘密封系统注入HBW油脂,防止刀盘主轴承密封受损。
进一步,步骤四中,通过一可伸缩的调节结构扩挖刀盘的开挖直径,可伸缩的调节结构包括内套和外套,该伸缩调节结构设置在刀盘主梁间的空隙处,将外套焊接固定在主梁外端部,内套可以伸出,内套总成前端焊接撕裂刀。
进一步,步骤四中,盾构机启动后,操作刀盘旋转一周、停止刀盘转动,起升可伸缩的调节结构5mm-10mm/次、再启动刀盘旋转,循环往复,逐步扩挖直至开挖直径和断面成型。
进一步,将已磨损的周边滚刀拆除,留下滚刀刀箱孔作为后续开挖的漏渣口。便于渣土顺利到土仓,减少对周边撕裂刀的模式。
本发明的有益效果在于:通过常压开仓换刀及维修后,按照低扭矩及低转速,慢速掘进,盾构顺利出洞。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,本发明提供如下附图进行说明:
图1为降水井平面布置图;
图2为降水井、盾构机及地质关系剖面图;
图3为咬合桩连续墙平面布置图;
图4为咬合桩与刀盘关系剖面图;
图5为液压千斤顶的位置示意图;
图6为周边撕裂刀轨迹图;
图7为刀盘周边结构焊接及周边撕裂刀焊接图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明的优选实施例进行详细的描述。
说明书附图中的附图标记包括:
滚刀1、保径刀2、撕裂刀3、边缘刮刀4。
实施例:
南宁市轨道交通1号线土建12标新民路站~民族广场站左线盾构在推进至切口里程ZSK18+384.849,对应刀盘里程ZSK18+385.649(拼装479环后推进1250mm)处时,掘进时刀盘扭矩过大,时常被卡,无法进行有效掘进,并发现刀具脱落由螺旋输送机带出。此时,刀盘已进入加固区地下素连续墙20cm(素连续墙起点里程ZSK18+385.438,设计厚度为60cm)。
1、原因分析,根据掘进参数和刀具脱落情况判断,刀具磨损情况严重,已无法继续掘进,必须开仓检查和更换刀具。
2、处理方案,综合考虑开仓点掌子面情况、地质条件、地面施工场地限制及工期要求,决定采取地面降水、旋挖桩挡土并置换加固切口上方及侧面土体,同时配合注浆加固等措施,进行常压开仓检查换刀。
2.1常压开仓加固措施
2.1.1降水井施工
在纵向离刀盘切口旁1.5m,横向离连续墙1.8m处设置沿线路纵向方向设置两口φ300mm降水井,深度20m;纵向3米,横向1.8m处位置布置两口钻孔φ800mm降水井,深度为26m(隧底下10m),并在降水井旁打设水位观测井,观测静水位以检查降水效果,水位降至隧道底以下≮1.0m。降水井布置图如图1和图2所示:
(1)降水量计算
承压完整井公式:
承压井影响半径
管井的单井出水能力
q0=120πrsl,
式中:Q——出水量(m3/d),
K——渗透系数(m/d),
M——承压水层厚度(m);
s0——水位降深(m),水位降深取8m。
M——承压含水层厚度(m),根据详勘取最大3m。
R——降水影响半径(m)
Sw——井水位降深;当井水位降深小于10m时,取sw=10m,
rs——过滤器半径(m);
l——过滤器长度(m),取15m。
由上述公式计算得出:
降水井数量设置:n=1.1*Q/q0=2008/3408=0.7,取1。
考虑到刀盘两侧对称布置,因此施工中布置4口降水井满足降水需求。
2.1.2素桩加固
为保证刀盘周边土体稳固,在两侧采用咬合混凝土桩形成挡墙加固,利用旋挖机成孔,桩径800mm,咬合50mm,采用C15水下早强混凝土浇筑,刀盘侧上方素桩离刀盘50cm,两侧距刀盘50cm,刀盘两侧桩伸入隧道5m,旋挖机施工时采用跳孔钻进,先施工基数孔桩,待初凝后施工偶数孔桩。为确保桩体成孔精确度,钻机在就位时应重新测量、定位,成孔垂直度控制在0.5%以内。具体平面布置及剖面见图3和图4:
2.1.3注浆加固
(1)膨润土注入
利用土仓加水系统以及刀盘加水系统向土仓内注入优质膨润土,膨润土泥浆粘度控制在30-40pa·s,泥浆注入完成后,加压缓慢转动刀盘使泥浆均匀的与外部土地接触,形成泥膜,对刀盘周围形成保护。
(2)聚胺脂注入
为进一步提高盾尾止水效果,分别对盾尾后管片478环、477环加注水性聚胺脂,盾尾动水通道得到封闭,水性聚胺脂注浆压力控制在0.4Mpa。聚胺脂注入24小时后,通过管片二次注浆孔检查注入。
(3)止水环箍
为防止地下水沿管片壁后串入开仓位置,因此对盾尾区域5环管片(473-477环)进行环箍注浆以封闭动水通道,保证开仓换刀安全。注浆方式采用水泥-水玻璃双液浆,水玻璃浓度为35Be’,配合比为:水泥浆∶水玻璃溶液=1∶1,实际施工中可根据注浆情况对水玻璃溶液作出调整。注浆顺序由拱底向拱顶注浆,全环注浆。注浆恒压控制在0.2Mpa~0.3Mpa,终压控制在0.4Mpa。
(4)盾构机及刀盘保护
为避免注浆造成盾体被抱死、刀盘密封受损、同步注浆管堵塞等后果,在注浆之前应采取如下措施:
1)通过盾体径向注浆孔向盾壳周围注入膨润土泥浆,防止盾体被浆液抱死。泥浆采用膨润土∶水=1∶3的比例拌制,注入量不小于6m3。注浆完成后应通过盾体径向孔检查注入质量。
2)在浆液储存罐内拌制膨润土泥浆,并通过同步注浆系统注入,防止盾尾被浆液抱死、同步注浆管路被浆液堵塞。
3)注浆过程中每10cm转动刀盘,通过刀盘密封系统注入一定量的HBW油脂,防止刀盘主轴承密封受损。
2.2刀具检查及换刀
经过实际查验刀盘在洞内的情况:刀盘在开挖直径方向磨损280-300mm;周边的耐磨条和大圆环均已全部磨损掉;保径刀2已全部损失,边缘刮刀4及其刀座已全部损失(个别剩余根部);边滚刀1出现严重的偏磨现象,其中#33~#40滚刀已经脱落,刀箱靠外一侧仅剩余刀箱根部。
根据停留的状态,前方有混凝土连续墙、几环的非混凝土及洞门,尽可能的达到一次通过条件,拟按以下方案对刀盘进行修复:
(1)扩挖刀盘的开挖直径,以便于安装周边撕裂刀。
设计一种可伸缩的调节结构(由内外套组成,内套可以伸出约330mm,内套总成前端焊接撕裂刀),计划在刀盘对称部位按轨迹排布2组。该伸缩调节结构在刀盘主梁间的空隙使用,将外套焊接固定在主梁外端部,安装已焊好的内套(含刀具);该结构的伸缩调节功能是由底部的液压千斤顶(含自锁功能)来实现的,如图5所示为液压千斤顶的安装示意图。
刀盘扩挖调节结构制作完成后,进行刀盘直径方向扩挖。盾构机启动后,操作刀盘旋转一周、停止刀盘转动,起升千斤顶5mm-10mm/次、再启动刀盘旋转。循环往复,逐步扩挖直至开挖直径和断面成型。
(2)补充焊接撕裂刀。
因刀盘正面板和盾体切刀环圆弧过渡处的间隙已达300mm,此区域所有刀具均已损失,须按原边滚刀1轨迹布置20把焊接撕裂刀,以代替周边滚刀1实施剩余里程的开挖。同时,扩挖的两个伸缩结构调节到开挖直径后,将内外套焊接在一起,作为刀盘周边撕裂刀进行开挖。如图6和7所示,刀盘正面板和盾体切刀环圆弧过渡处的间隙(即刀盘与盾体间隙)见图6。
设计采用60mm钢板拼焊成六个半封闭箱形基体,该基体用于承载撕裂刀的焊接,且能在刀梁间隙处牢固焊接。每个基体上按轨迹布置2~3把撕裂刀3。该基体还有承接各主梁间连接的功能,提高刀盘外周因大圆环磨损而降低的结构强度。
注意:该基体上的撕裂刀需要提前焊接完成,与半封闭箱型基体整体进洞,安装在主梁间隙处。将干涉的格栅、环筋及废刀座等割除。
(3)补充滚刀及刀箱配置。
已知部分滚刀已磨损且脱落(或即将脱落),若前方隧道存在未知的地质条件,则需要至少补充4把滚刀,根据实际情况,更换28-32#滚刀。
可采用加高垫块,调提升滚刀刀具的相对高度。
(4)因周边滚刀刀箱已磨损,刀盘周边开口已焊接了撕裂刀和扩挖的伸缩结构。将已磨损的周边滚刀拆除,留下滚刀刀箱孔作为后续开挖的漏渣口,便于渣土顺利到土仓,减少对周边撕裂刀的模式。
(5)确认维修部分内容已完成,向前推进。采取低扭矩低转速慢速掘进。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种盾构刀具磨损被困的脱困方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,降水井施工,在刀盘切口旁边,沿线路纵向方向设置降水井,并在降水井旁打设水位观测井;观测静水位以检查降水效果,水位降至隧道底以下≮1.0m;
步骤二,素桩加固,在刀盘两侧采用混凝土桩形成挡墙加固,利用旋挖机成孔,采用混凝土浇筑;
步骤三,注浆加固,利用土仓加水系统以及刀盘加水系统、径向注浆孔向土仓内及盾体周边注入优质膨润土,盾尾后管片加注水性聚胺脂,对盾尾区域管片进行环箍注浆以封闭动水通道,保证开仓换刀安全;
步骤四,检查刀盘及换刀,扩挖刀盘的开挖直径,进行刀盘直径方向扩挖,通过一可伸缩的调节结构扩挖刀盘的开挖直径,可伸缩的调节结构包括内套和外套,该可伸缩调节结构设置在刀盘主梁间的空隙处,将外套焊接固定在主梁外端部,内套可以伸出,内套总成前端焊接撕裂刀,盾构机启动后,操作刀盘旋转一周、停止刀盘转动,起升可伸缩的调节结构5mm-10mm/次、再启动刀盘旋转,循环往复,逐步扩挖直至开挖直径和断面成型,然后将可伸缩的调节结构的内外套焊接在一起,作为刀盘周边撕裂刀进行开挖;按原边滚刀轨迹布置若干把焊接撕裂刀,以代替周边滚刀实施剩余里程的开挖;根据滚刀磨损情况,更换滚刀。
2.根据权利要求1所述的一种盾构刀具磨损被困的脱困方法,其特征在于,步骤一中,在纵向离刀盘切口旁1.5m,横向离连续墙1.8m处设置有沿线路纵向方向设置的两口φ300mm降水井,深度为20m;纵向离刀盘切口旁3米,横向离连续墙1.8m处布置两口钻孔φ800mm降水井,深度为26m。
3.根据权利要求1所述的一种盾构刀具磨损被困的脱困方法,其特征在于,步骤二中,所述混凝土桩的桩径为800mm间距1000mm,桩间采用桩径600mm三重旋喷桩加固,刀盘侧上方素桩离刀盘50cm,两侧距刀盘50cm,刀盘两侧桩伸入隧道5m,钻机在就位时进行重新测量、定位,成孔垂直度控制在0.5%以内。
4.根据权利要求1所述的一种盾构刀具磨损被困的脱困方法,其特征在于,步骤二中,采用C15水下早强混凝土浇筑,旋挖机施工时采用跳孔钻进,先施工奇数孔桩,待初凝后施工偶数孔桩。
5.根据权利要求1所述的一种盾构刀具磨损被困的脱困方法,其特征在于,步骤三中,膨润土泥浆粘度控制在30-40Pa•s,水性聚胺脂注浆压力控制在0.4MPa,聚胺脂注入24小时后,通过管片二次注浆孔检查注入膨润土。
6.根据权利要求1所述的一种盾构刀具磨损被困的脱困方法,其特征在于,步骤三中,注浆方式采用水泥-水玻璃双液浆,水玻璃浓度为35Be’,配合比为水泥浆:水玻璃溶液=1:1,注浆顺序由拱底向拱顶注浆,全环注浆,注浆恒压控制在0.2MPa~0.3MPa,终压控制在0.4MPa。
7.根据权利要求1所述的一种盾构刀具磨损被困的脱困方法,其特征在于,步骤三中,通过盾体径向注浆孔向盾壳周围注入膨润土泥浆,防止盾体被浆液抱死,阻止盾尾后方来水,同时提高周围岩体稳定,泥浆采用膨润土:水=1:3的比例拌制,注入量不小于6m³,注浆完成后通过盾体径向孔检查注入质量,在浆液储存罐内拌制膨润土泥浆,并通过同步注浆系统注入,防止盾尾被浆液抱死、同步注浆管路被浆液堵塞,注浆过程中每10cm转动刀盘,通过刀盘密封系统注入HBW油脂,防止刀盘主轴承密封受损。
8.根据权利要求1所述的一种盾构刀具磨损被困的脱困方法,其特征在于,将已磨损的周边滚刀拆除,留下滚刀刀箱孔作为后续开挖的漏渣口。
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