微风化砂岩及砂砾岩地层盾构掘进技术探讨

工程管理与技术
现代商贸工业２０１８年第２２期２０２㊀㊀
作者简介:王家祥(１９７９－)
,男,四川成都人,高级工程师,硕士研究生,研究方向:精细化管理在施工企业的运用与成效.微风化砂岩及砂砾岩地层盾构掘进技术探讨
王家祥
(中铁二局工程有限公司,四川成都６１００００
)摘㊀要:珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段[沙涌站~沙园站]区间盾构隧道穿越俗称 磨刀石 地
层的微风化砂岩㊁砂砾岩地层,该地层具有抗压强度高㊁岩石质量高及石英含量高的特点.通过对该地层进行一系列的分析及盾构刀盘加固改造㊁刀具配置及盾构掘进参数的设计,取得了良好的阶段性效果,引发对相同地层的技术探讨.
关键词:微风化砂岩;砂砾岩;盾构推进参数控制;开仓换刀;刀具配置
中图分类号:T B ㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀d o i :１０．１９３１１/j
．c n k i ．１６７２Ｇ３１９８．２０１８．２２．０９４０㊀引言
随着我国城市化的快速发展,地面交通系统已经
越发的繁忙,地下轨道交通作为城市的重要资源已经得到了广泛重视,地下轨道交通的施工技术也日新月异,其中盾构法施工具有地层适应范围广㊁施工效率高㊁安全质量可靠等优点,已在我国地下轨道交通施工工程中得到了普遍的使用.现以珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段[沙涌站~沙园站]区间隧道盾构穿越微风化砂岩㊁砂砾岩为例,阐述盾构机在微风化砂岩㊁砂砾岩地层中的掘进技术,以供探讨和参考.
１㊀工程概况
１．１㊀设计概况
珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段[沙涌站~沙园站]区间隧道采用盾构法施工,区间双线总长２９５４．５７７m ,隧道埋深１５~２８m ,
平面最大转弯半径３００m ,最大坡度２７ɢ.盾构机从沙涌站始发,
下穿芳村大道㊁沙涌河㊁沙涌水闸㊁珠江主航道后,下穿光大花园密集建筑物,最后到达沙园站吊出井,完成区间隧道的盾构掘进任务.１．２㊀地质概况
隧道穿越地层主要为＜７＞层强风化砂岩㊁＜８＞中风化砂岩及＜９＞微风化砂岩㊁砂砾地层,右线地质纵剖面图如图１.
图１㊀[沙涌站~沙园站]区间右线隧道地质纵剖面图
图１中绿色区域为＜９＞微风化砂岩㊁砂砾岩地层,该地层长度占整个隧道长度的４０％左右.地质补勘探明＜９＞微风化砂岩㊁砂砾岩的平均天然单轴抗压强度８５M P a 左右,
部分地段围岩最大天然单轴抗压强度为１３２M P a ,石英含量高达６５％.微风化砂岩㊁
砂砾岩地层裂隙不发育,岩石质量指标R Q D １００％.岩芯及掌子面情况如图２㊁图３
.
图２㊀
地质补勘岩芯照片图３㊀盾构掌子面照片
２㊀施工难点分析
２．１㊀地质围岩强度高,
掘进效率低对于硬岩地层,盾构掘进速度主要由滚刀的破岩能力决定.由于刀具自身材质问题,滚刀对６０M P a 以下的岩石具有很强的破岩能力,盾构掘进效率较高;对超过７５M P a 的硬岩破岩能力大大下降,盾构掘进效率极其低下.区间隧道＜９＞微风化砂岩㊁砂砾岩地层平
均抗压强度高达８５M P a
,无风化裂隙,岩石质量指标R Q D ＝１００％,盾构贯入度２~３．５m m /m i n
,掘进速度３~５m m /m i n
.２．２㊀地层石英含量高,
刀具磨损严重区间＜９＞微风化砂岩㊁砂砾岩石英含量高达６５％,石英具有坚硬㊁耐磨㊁化学性能稳定的特点,对刀盘㊁刀具的磨损较大.盾构推进过程中,需要经常开仓检查刀具磨损情况,尤其的周边刀的磨损情况,以避免开挖半径减少造成的盾构机卡死事故.
２．３㊀围岩稳定性好,
管片上浮严重在软卧地层中围岩自稳性差,应力释放快,塑性形变大,管片脱出盾尾后,拱顶围岩发生形变,减少管片与地层之间的建筑空隙,有利于及时约束管片上浮趋势.＜９＞微风化砂岩㊁砂砾岩地层中,由于基岩稳定性好,环形建筑空隙在相当长时间内是稳定的,脱出盾尾的管片长时间处于无约束状态,随着浆液的填充及地下水浮力的增加,使管片产生较大的上浮现象,造成成型隧道线性偏差较大.
３㊀盾构掘进参数控制措施
根据珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段[沙涌站~沙园站]区间隧道的工程地质特点及水文地质情况,经广州 盾研所 专家论证,采用德国海瑞克φ
６２８０土压平衡式盾构机进行本区间的施工.
现代商贸工业
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㊀海瑞克φ６２８０土压平衡式盾构机最大推力
３４２１０K N ,刀盘旋转最大扭矩５３００K N m .盾构机刀盘
采用复合式硬岩刀盘,可配置３２把单刃或双刃滚刀㊁４把双刃中心刀㊁２８把中心刮刀及２８把周边刮刀,
最大开口率２８％,最大破岩能力１３５M P a
.３．１㊀刀盘加固改造
＜９＞微风化砂岩㊁
砂砾岩具有抗压强度高㊁岩石石英含量高等特点,所以在刀盘迎土面焊接耐磨纹的同时,加焊耐磨钢板以增加刀盘的耐磨能力;在刀盘大臂连接处焊接连接钢板增加刀盘整体抗扭能力.详细如图４㊁图５.
图４㊀
加焊耐磨钢板图５㊀大臂加焊钢板
３．２㊀刀具配置及更换
３．２．１㊀刀具配置
根据＜９＞微风化砂岩㊁砂砾岩地质特点进行刀具配置,配置的刀具应满足耐磨性好㊁破岩能力强的要求,同时应考虑刀盘中心位置刀具的偏磨问题.详细如下:
(１)周边刀３９＃㊁４０＃采用庞万力重型单刃刀具,
刀刃外径１７i n
;其他周边刀采用耐磨型热熔合金单刃滚刀,刀刃外径１７i n
.(２
)中心刀１＃~８＃采用庞万力重型双刃刀具,刀刃外径１９i n
.(３)面刀９＃~１２＃配置采用耐磨型热熔合金双刃
滚刀,刀刃外径１９i n
;其他面刀采用球齿单刃滚刀.图６㊀
耐磨型热熔合金单刃滚刀
图７㊀球齿单刃滚刀
３．２．２㊀刀具更换
＜９＞微风化砂岩㊁
砂砾岩地层中推进３~５环进行一次开仓检查,根据刀具磨损控制标准进行刀具更换.＜９＞微风化砂岩㊁砂砾岩地层周边刀磨损值应控制在１０m m 以内,面刀磨损值控制在２０m m 以内.３．３㊀推进参数设计
(１
)掘进模式.＜９＞微风化砂岩㊁
砂砾岩地层中盾构掘进,应充分利用的围岩的自稳性,采用敞开式掘进模式.刀具碾压㊁切削下的碴土进入土舱后,及时被螺旋机排出,
土舱内仅保留少许碴土.
(２
)推进参数.＜９＞微风化砂岩㊁
砂砾岩地层中盾构掘进参数设计以快速推进㊁保护刀盘刀具㊁降低刀具异常磨损为原则,极力避免刀具偏磨㊁刀圈断裂等问题发生.故盾构总推力以刀盘扭矩及刀圈最大耐压能力来确定.岩石完整性好,刀盘转速以高速旋转为主,以增加盾构的掘进速度.详细如表１.
表１㊀＜９＞微风化砂岩㊁砂砾岩地层盾构掘进参数
参数项目控制值
备注土舱压力０㊁０㊁０．３b a r 敞开式推进模式盾构总推力１１０００K N~１２５００K N
根据刀具刀圈受力控制
刀盘转速１．９~２．１r /m i n
刀盘工作压力１２０~１６０b a r 推进速度
８~１５m m /m i n
㊀㊀(３
)碴土改良.＜９＞微风化砂岩㊁
砂砾岩地层经刀具碾压后形成石粉及粒径１５m m~２５m m 的碎石块,碴土改良以降温㊁润滑㊁保护刀具为主要原则.加入泡沫剂以润滑刀具,根据地下水情况加水以降低土舱温度.碴土改良参数如表２.
表２㊀＜９＞微风化砂岩㊁砂砾岩地层碴土改良参数
项目
泡沫管路
１
２
３
４
５
空气流量(L /m i n )４５~６０６０~７５６０~７５４５~６０混合液流量(L /m i n
)６~８６~８６~８６~８泡沫浓度２．５％
根据地下水
情况及碴土
性状酌情加水３．４㊀同步注浆及二次注浆
＜９＞微风化砂岩㊁
砂砾岩地层中盾构同步注浆应充分考虑管片上浮问题,注浆量满足管片不会下沉即
可,同步注浆量控制在３m
３
左右,剩余建筑空隙以二次注浆填充.为避免管片壁后的地下水或者同步注浆的砂浆窜入土舱,可在同步注浆时加注一定量的水玻璃,加快同步注浆将夜的凝固.地下水丰富情况下,可直接采用跟踪二次注浆的形式进行封环,确保管片姿态稳定㊁管片壁后密实无水
.
图８㊀同步注浆＋
注入水玻璃施工示意图
图９㊀跟踪二次注浆施工示意图
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３．５㊀掘进姿态控制
盾构掘进姿态控制管片成型姿态,＜９＞微风化砂岩㊁砂砾岩地层盾构掘进水平姿态应根据设计轴线进行控制,垂直姿态必须根据管片上浮量来确定,管片姿态复测至关重要.＜９＞微风化砂岩㊁砂砾岩地层盾构掘进姿态通常控制在－７０m m~－６０m m 之间,以抵消管片上浮造成的线差.
４㊀盾构掘进效果
＜９＞微风化砂岩㊁
砂砾岩地层中盾构推进速度很低,逐步增加盾构总推力㊁刀盘扭矩,盾构掘进速度均无明显上升.当总推力超过１４０００K N ㊁刀盘工作压力超过１４０b a r 时,会大规模出现刀具偏磨㊁刀圈断裂现象.经多次试验,＜９＞微风化砂岩㊁砂砾岩地层中盾构掘进总推力控制在１２０００K N~１３０００K N ㊁
刀盘转速１．８~２．０r p
m ㊁刀盘工作压力１１０~１２０b a r (刀盘扭矩２２００K N m~２５００K N m )
,可以有效的避免刀具异常损耗,掘进速度可以达到５~１５m m /m i n
.盾构施工参数截图如图１０㊁１１㊁１２㊁１３.
图１０㊀盾构总推力
图１１㊀刀盘转速
图１２㊀刀盘工作压力
图１３㊀盾构推进速度
成型隧道管片线性水平姿态偏差在ʃ３０m m 之间,垂直姿态偏差ʃ４５m m 之间,到达线性设定目标.５㊀结束语
盾构在俗称 磨刀石 的微风化砂岩㊁砂砾岩中掘进需要克服多种困难,尤其是刀具磨损严重㊁掘进效率低下问题.通过对珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段[沙涌站~沙园站]区间盾构穿越微风化砂岩㊁砂砾岩的介绍和分析,对刀具配置㊁盾构掘进参数㊁注浆等施工进行了分析和设定,降低了刀具偏磨㊁刀圈断裂等的异常损耗,加快了盾构在微风化砂岩㊁砂砾岩中的掘进效率.
参考文献
[１]苏小江,李笑．复杂地质中盾构控制技术探讨[J ]．
现代隧道技术,２００８．[２
]郭庆华,李彦．广州地区疑难地层中土压平衡盾构推进技术措施浅谈[J ]．煤炭工程,２００８．
[３]田科军．土压平衡盾构机穿越珠江施工重难点分析[J ]．
铁道建设技术,２００９．
基于B I M 的I P D 协同模式发展阻碍因素分析
基于A H P 模型
邓巍靓
(西南科技大学土木工程与建筑学院,四川绵阳６２１０００
)摘㊀要:基于A P H 模型原理,将B I M 和I P D 联合运营模式影响因素划分为３个层次,构建影响因素权重评价模型.结果表明:B I M 软件功能,模式重组成本和B I M 从业人员数量是影响基于B I M 的I P D 协同模式发展阻碍的主要因素.
关键词:I P D ;B I M ;阻碍因素;A H P
中图分类号:T B ㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀d o i :１０．１９３１１/j
．c n k i ．１６７２Ｇ３１９８．２０１８．２２．０９５０㊀引言
随着我国建筑业复杂项目的增多和业主要求的提高,由于传统建筑项目交易模式中各方为降低冲突碰
撞,规避自方责任,以自生利益最大化等一系列问题的。