大直径盾构刀盘受力不均分析及对策研究
上软下硬地层超大直径泥水盾构掘进关键技术
上软下硬地层超大直径泥水盾构掘进关键技术摘要:改革后,在我国社会高速发展的影响下,带动了我国各行业领域的进步。
近年来,在人们生活水平的提升下,对建筑行业的要求不断提高。
目前,超大直径泥水盾构机在上软下硬岩地层长距离掘进时,容易出现开挖面失稳、掘进参数突变、姿态不易控制、刀具异常损坏、泥水环流易滞排等现象。
以汕头海湾隧道项目为依托,通过研究超大直径泥水盾构机穿越上软下硬地层的施工技术,从盾构机选型、施工方案选择、掘进管理与控制、掘进参数控制、掘进姿态控制等方面提出了具体的控制措施和注意事项。
关键词:超大直径泥水盾构;上软下硬;掘进参数引言近年来盾构施工技术发展迅速,盾构隧道施工已经成为一种成熟的施工方法,上软下硬地层施工的工程也日益增加,然而在这种地层下的施工会面对各种难点。
因此,针对该类施工工程的施工技术和策略研究十分重要。
研究泥岩和砂卵石相交地层分析的掘进参数,依据地质条件确定了合理的掘进参数范围。
研究上软下硬地层中盾构施工主要掘进参数的分布情况,总结出各个掘进参数的分布模型。
分析了在上软下硬地层中新建隧道对已有隧道的影响,总结了已有隧道沉降和变形特点。
刀具磨损、掘进参数及舱内状况等方面研究了盾构施工管理。
从刀具管理、掘进参数及冲刷系统等方面进行分析,提供盾构施工过程中的掘进管理建议。
研究了上软下硬富水砂层掘进过程中的注浆控制,采用了洞内超前注浆加固施工技术,保证施工安全。
目前,在上软下硬地层施工技术方面已经有很多专家学者进行研究,但缺少对上软下硬地层掘进参数的分析研究。
本文基于和燕路过江通道某区间盾构隧道工程,分析盾构施工技术的主要难点,探究掘进过程中掘进参数的变化情况,总结出解决主要施工难点的控制策略。
1上软下硬地层特点及施工难点根据地层组合的形式,上软下硬地层大体上可以划分为三种类型。
一是第四系土层的上软下硬。
这种组合的特点是上部地层的标贯级数很低,含水量高,颗粒粒径小,下部地层反之。
二是岩石地层的上软下硬。
盾构施工中常见的问题及处理措施
盾构施工中常见的问题及处理措施前言盾构施工工法在国内近年流行的机械化施工作业,由于盾构工法较传统的矿山法施工作业安全、自动化程度高、工人劳动强度低,越来越受施工单位欢迎。
盾构工法经过在国内多年的施工实践,盾构工法逐步被人们所认识和了解,虽然盾构工法有很多的优点,但其缺点也不少,如盾构施工中发生错台、管片破损等质量问题,没法返工,留下工程永久性的质量缺陷,质量问题重点为预控。
因此,施工过程中的风险管理越来越受人们所重视,不断探索施工风险预控制技术,不但可以提供施工质量水平和企业的技术管理水平,同时有利于避免质量、安全事故,降低施工成本。
风险管理关键在于发现问题,分析问题,采取应对措施和预防措施,总结经验,不断提高工程风险的管理。
现本文以表格的形式对盾构施工过程中的一些质量问题分类概述,并找出问题产生的原因,进而提出处理措施。
见下表:质量问题产生的原因处理措施出洞段拆除封门时出现涌水、流砂封门外侧加固土体强度低1.创造条件使盾构尽快进入洞口,并对洞门圈进行加固封堵,如双液注浆、直接冻结等2.加强监测,观测封门附近、工作井和周围环境的变化。
3.加强工作井的支护结构体系地下水发生变化封门外土体暴露时间太长洞口土体流失洞口土体加固效果不好1.洞口土体加固应提高施工质量,保证加固后土体强度和均匀性;2.洞门密封圈安装要准确,在盾构推进的过程中要注意观察,防止盾构刀盘的周边刀割伤橡胶密封圈;密封圈可涂牛油增加润滑性;洞门的扇形钢板要及时调整,改善密封圈的受力状况;3.在设计、使用洞门密封时要预先考虑到盾壳上的凸出物体,在相应位置设置可调节的构造,保证密封的性能;洞口密封装置失效掘进面土体失稳盾构推进轴线偏离设计轴线盾构基座变形1.盾构基座中心夹角轴线应与隧道设计轴线方向保持一致,当洞口段隧道设计轴线处于曲线状态时,可考虑盾构基座沿隧道设计曲线的切线方向放置,切点必须取洞口内侧面处;2.对基座框架结构的强度和刚度进行验算,以满足出洞时盾构穿越加固土体所产生的推力要求;3.控制盾构姿态,尽量使盾构轴线与盾构基座中心夹角轴线保持一致;4.盾构基座的底面与始发井的底板之间要垫平垫实,保证接触面积满足要求;5.在推进过程中合理控制盾构的总推力,使千斤顶合理编组,避免出现不均匀受力盾构后靠支撑发生位移或变形出洞推进时盾构轴线上浮后盾系统出现失稳反力架失效1.对体系的各构件必须进行强度、刚度校验,对受压构件一定要作稳定性验算。
大直径泥水平衡盾构掘进施工重难点分析及应对措施
大直径泥水平衡盾构掘进施工重难点分析及应对措施摘要:近年来,水下大直径泥水平衡盾构施工技术得到了长足发展,但很多项目在施工过程中仍然会遇到各种各样的问题,本文以中国路桥承建的孟加拉卡纳普里河底隧道项目为依托,重点阐述了海外大直径泥水平衡盾构掘进施工过程中的重点难点及应对措施,为后续同类项目的施工提供了宝贵的经验,具有很好的借鉴作用。
关键词:过江隧道;特大直径;泥水平衡;掘进施工;应对措施0 引言近年来,越来越多的大直径水下盾构得到应用,如:南京纬三路过江隧道[1],上海大连路越江隧道[2],江苏江阴澄江西路过江隧道[3]等等。
大直径泥水平衡盾构在掘进过程中会受到多种因素干扰[4],如切口压力、掘进姿态、泥浆指标等等,而上述指标控制直接决定掘进成败。
本文以孟加拉卡纳普里河底隧道项目为依托,结合工程实践,详细列举了盾构掘进施工的重点难点及对应措施,为项目平稳顺利掘进提供了技术支撑。
1 工程概况卡纳普里河底隧道项目位于孟加拉吉大港市郊卡纳普里河入海口处,由中国交建EPC总承包,中国路桥承建,该项目采用开挖直径12.16m气垫式泥水加压平衡盾构设备,盾构管片外径11,800mm,内径10,800mm,环宽2,000mm,壁厚500mm,采用5+2+1错缝拼装通用楔形环。
单条隧道总长为2,450延米,双线总长约4,900mm。
2 地质水文情况该项目主要穿越粉砂、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉细砂层,其中盾构掘进两端穿越部分液化粉细砂层,中段穿越卡纳普里河底1公里全断面粉细砂密实地层。
3 盾构机泥水平衡盾构机在结构上包括刀盘、盾体、人舱、碴土破碎系统、泥浆输送系统、管片拼装机、后配套拖车系统等。
在功能上包括开挖系统、主驱动系统、推进系统、泥水系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、激光导向系统及通风、供水、供电系统。
本项目盾构机外径:12120mm,开挖直径12160mm,盾壳厚度:80mm,盾构本体长13.5m,总长度:93.7m(含后配套)。
(完整word版)盾构机刀盘、刀具磨损分析浅谈
盾构机刀盘、刀具磨损分析浅谈摘要:造成刀盘和刀具的磨损是多方面的,而且很多都是不能定量分析的,但是只要综合土层性质、掘进参数、正确使用泡沫剂、适时开仓检查刀具和汲取以往的经验教训,就可能将刀盘和刀具的磨损量降到最小,从而达到保护刀盘、刀具的目的.关键词:盾构机;刀盘;刀具;磨损随着地铁建设的发展,盾构工法在地铁建设中起到了越来越重要的作用。
它的优越性,实际上是得益于盾构机技术的发展,正所谓“工欲善其事,必先利其器”.盾构机之所以特别重要是因为它与其它施工机械不一样,它被形象地称为“度身定做"(taitor-made)的[1]。
所谓“度身定做”度的什么身呢?就是根据特定的施工环境这个“身"来制造与之相适应的特定的盾构机。
在盾构机选型中刀具的选择又是重中之重,要根据地质情况选择相匹配的盾构机,盾构机刀盘刀具布置是盾构机配置的最重要的部分。
在实际施工过程中,若区间较长,需要进行开仓检查刀具和换刀,确保盾构机能够顺利到达出洞。
笔者对深圳地铁2号线后海站~科苑站区间盾构隧道刀盘、刀具磨损情况进行了总结分析,可为类似工程盾构机刀具选型提供参考。
1工程概况深圳地铁2号线是深圳市优先发展的轨道交通线路,是连接城市中心区与蛇口、南头半岛的纽带,也是特区内东西向交通走廊内的第二条轨道客运干线,沿途将经过蛇口、后海开发区、南山商业文化中心和深圳湾填海区,串联了上述片区主要的居住区和商业文化密集区,满足了南山与福田、罗湖二级客运走廊的客运需求。
地铁2号线建成后在深圳世界之窗站与1号线换乘,将直接为300万以上的市民提供安全便捷的交通服务,能有效缓解南山区的交通压力。
深圳地铁二号线某标段土压盾构机从后海站向科苑站方向掘进。
本区间左、右线隧道平面最大曲线半径为1000m,最小曲线半径为400m,左、右线线间距13.2m~14。
2m,区间隧道最大线路纵坡为28‰,最小纵坡为2‰,竖曲线半径最大为5000m,最小为3000m,隧道拱顶埋深为10m~15m。
盾构机刀具磨损与局部问题分析研究
盾构机刀具磨损与局部问题分析研究摘要:减小盾构掘进刀具磨损,是保证盾构机能够长距离掘进的重要措施。
在施工中经常出现的盾构刀具磨损严重、破损、脱落等,导致工程事故的发生,给整个工程的工期、造价带来严重影响,甚至威胁人的生命。
本文从分析盾构刀具磨损的相关因素和减小磨损、延长命两方面入手,对盾构刀具的磨损、布局进行了研究。
关键词:盾构机;刀具;隧道前言城市化越来越快,大量人口涌入城市,这就造成了城市越来越拥挤,不仅是住房变得拥挤,连交通也变的很拥挤,这样也带来了很多的麻烦,不仅影响人们的正常行走,还会影响经济的发展,影响工作的正常,像北京、上海这样的大城市经常出现堵车问题,为了解决交通拥挤的难题,人们开始打算从地下进行交通。
于是,地铁开始在大城市中建立了,地铁的建立和开通使得交通变得非常的方面,要建立地铁首要的任务是进行隧道的开挖,开挖隧道仅靠人力基本上是不可能完成的,这时我们就想到用机械设备进行隧道的开挖,于是,用来开挖隧道的盾构机就设计和制造出来了。
现在,国内有很多高校和科研单位都在进行这方面的研究,中铁工程装备集团在盾构机研发和生产方面取得了丰硕的成果。
为了更好的设计和制造我国自己的盾构机,就要了解盾构机刀具的磨损原因和机理,并且要提出解决的方法,这样才能设计和制造出质量和性能更好的盾构机。
1.刀具的磨损类型1.1.刀圈偏磨由于刀具本身具有很大的启动转矩,这时要是遇到比较软的地质层的时候,很容易造成只有刀盘在转,而刀具没有在转,这样就不能是刀具产生作用,同时也会造成刀圈因受力不均而造成的磨损。
要是没有主要到这一点,也可能造成刀具的磨损,还会将所有的力都集中到其他的刀具上,从而造成所有的刀具都发生破坏,还会造成与整个切削有关的机械部件的损坏。
除了以上的情况外,由于操作人员的操作不当,以及盾构机的一些使用参数的不当选取,也可能造成刀圈的损坏,这样就会容易发生比较严重的事故和造成财产的损失。
1.2.刀圈断裂和崩角当盾构机在切削比较容易切削的地质层时,刀盘的转矩也不是很高的,但是这时突然进入比较硬的地质层时,阻力突然变大,现有的转矩不能进行该切削,这就会对刀盘造成一定的冲击,就可能使刀圈发生损坏,这样就会容易发生比较严重的事故和造成财产的损失。
盾构机掘进中刀具损坏及维修措施探讨
盾构机掘进中刀具损坏及维修措施探讨摘要:盾构机在掘进过程中通过硬岩地段时,刀具、刀盘极易损坏,这种情况下,换刀、修复刀盘的技术就显得尤为重要。
本文对盾构机在掘进过程中刀具、刀盘的损坏情况进行了分析,并提出了维修措施。
关键词:盾构机;刀具,损坏,维修盾构机在掘进的过程中,往往会遇到各种复杂的地形。
由于底层的变化性非常大,这就决定了盾构机在刀盘的配置及刀具的选择上非常关键,刀盘的配置及刀具的选择要根据地质条件来选择。
合理的刀盘配置及刀具选择对与保证刀具的使用寿命,工程的顺利进行具有重要意义。
1盾构刀具1.1刀具的破岩原理盾构刀具的破岩方式分为滚压破岩和切削破岩。
1.1.1滚压破岩滚压破岩是在底层中利用盘形滚刀滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作用来破碎岩石。
滚压破岩一般适用于岩石、硬土层及含有砂粒和卵石地质的破碎。
其使用的主要刀具为滚刀。
1.1.2切削破岩切削破岩是通过切刀刀刃施力将岩体外层剪切剥离的方式来破碎岩石。
切削破岩一般适用于土、砂层和软岩地质的破碎。
其主要适用的刀具为切刀。
1.2刀具的选择盾构机的刀具要根据施工地区地质特点来选择适用的刀具进行碎岩作业。
2盾构掘进速度和刀具消耗对盾构施工的影响刀具的更换主要是根具两点来进行判断的。
一是刀具是否适合当前岩层的掘进作业,通常情况下,在盾构掘进的过程中,要结合前期工程地质勘察的结果来对地层进行初步分析。
再结合掘进中土层的剥离情况对当前的岩层进行判断,以选择使用的刀具,如果有必要,可以开仓进行检验,以保证分析结果的准确性。
二是刀具的磨损程度是否达到了设计磨损值以及刀具是否损坏。
首先结合盾构掘进时,不同地层对刀具的磨损量以及掘进的速度来进行判断刀具的磨损量,然后开仓验证,以此来作为更换刀具的依据。
刀具的具体损耗量的计算要通过刀具的运行距离与掘进的速度计算处刀具在进行每一环距离内体积的磨损量,然后在用隧道的中提掘进体积来除以这个值,就能得到一个刀具消耗数量的大概值(不考虑遇到特殊情况)。
盾构管片安装质量问题原因分析及控制措施
第二章 管片质量原因分析
3、管片破损控制措施 (1)在搬运过程中轻吊慢放,着地时要平稳;堆放时不宜超
过4层,并正确摆放垫木。吊放管片不得使用钢丝绳,应采用吊装 带吊装。选择、摆放好垫木,在管片车上管片搁置部位设置橡胶 条,以起到缓冲作用。按要求贴好角部止水橡胶条、传力衬垫、 橡胶板。
(2)拼装前,先测量前一环各管片之间的相互高差,包括环 向和径向。拼装前清理上一环管片上的泥块及泥浆,保证环面清 洁,无加泥。拼装时保证初衬砌环圆度,块与块不错位。推进油 缸的伸顺序应与管片拼装顺序一致。管片拼装过程中切忌野蛮操 作,强行插入和敲打。
(2)管片受到地基回弹作用。盾构机的重量主要集中在前盾,由盾 尾至后配套台车一段衬砌基本无压载,管片脱出盾构后失去了约束,同 时还受到周围土层的作用。土层可能对管片产生压力,也可能盾构出土 造成地基卸载,地基回弹导致土层对管片产生浮力。
(3)施工中盾构推进千斤顶造成的管片纵向偏心载荷,致使管片纵 向发生的弯曲变形,从而可能导致管片上浮。
第二章 管片质量原因分析
3、管片渗漏水控制措施
(1)管片质量控制 (2)注浆控制 (3)掘进控制
以上控制方法前面已经详述,这里不再赘述。
第二章 管片质量原因分析
五、造成管片质量问题的其他原因 1、管片生产运输及吊装
管片进场验收是管片质量控制的第一步,主要包括管片尺寸检查和管片 外观检查两部分。管片吊装过程中必须使用吊装带进行吊装;堆放时管片应 内弧面向上平稳地堆放整齐,管片下及管片之间应垫有柔性材料,垫条应对 称放置,使管片间无碰撞,堆放高度不得超过四层。
(3)拼装后:同步注浆后,隧道上部的浆液会逐渐向下部流 动,形成下部浆液多而上部浆液少的状况,引起管片上浮,上部 管片与盾构机内壳间隙减少,推进时造成管片破碎。管片姿态还 未完全稳定前,当二次注浆压力不均匀时,会使部分管片产生位 移,位移管片与未发生位移的管片相互挤压会形成应力集中,容 易产生环向破碎现象。
盾构施工常见问题及治理
隧道盾构掘进施工盾构掘进是盾构法隧道施工的主要工序,要保证隧道的实际轴线和设计轴线相吻合,并确保圆环拼装质量,使隧道不漏水,地面不产生大的变形。
总结了盾构掘进施工九大常见问题及预防措施,方便大家在实际施工中比对防治。
一、土压平衡式盾构正面阻力过大现象盾构推进过程中,由于正面阻力过大造成盾构推进困难和地面隆起变形.原因分析(1)盾构刀盘的进土开口率偏小,进土不畅通;(2)盾构正面地层土质发生变化;(3)盾构正面遭遇较大块的障碍物;(4)推进千斤顶内泄漏,达不到其本身的最高额定油压;(5)正面平衡压力设定过大;(6)刀盘磨损严重预防措施(1)合理设计土孔的尺寸,保证出土畅通;(2)隧道轴线设计前应对盾构穿越沿线作详细的地质勘察,摸清沿线影响盾构推进障碍物的具体位置、深度、以使轴线设计考虑到这一状况;(3)详细了解盾构推进断面内的土质状况,以便及时调整土压设定值、推进速度等施工参数;(4)经常检修刀盘和推进千斤顶,确保其运行良好;(5)合理设定平衡压力,加强施工动态管理,及时调整控制平衡压力值.治理办法(1)采取辅助技术,尽量采取在工作面内进行推进障碍物清理,在条件许可的情况下,也可采取大开挖施工法清理正面障碍物;(2)增添千斤顶,增加盾构总推力。
二、土压平衡盾构正面压力过量波动现象在盾构推进及管片拼装的过程中,开挖面的平衡上压力发生异常的波动,与理论力值或设定应力值发生较大的偏差。
原因分析(1)推进速度与螺旋机的旋转速度不匹配;(2)当盾构在砂土土层中施工时,螺旋机摩擦力大或形成土塞而被堵住,出土不畅,使开挖面平衡压力急剧上升;(3)盾构后退,使开挖面平衡压力下降;(4)土压平衡控制系统出现故障造成实际上压力与设定土压力的偏差。
预防措施(1)正确设定盾构推进的施工参数,使推进设速度与螺旋机的出土能力相匹配;(2)当土体强度高,螺旋机排土不畅时,在螺旋机或土仓中适量地家注水或泡沫等润滑剂,提高出土的效率。
盾构隧道管片开裂原因分析及应对措施.docx
盾构隧道管片开裂原因分析及应对措施彭飞,田文杰(北京长城贝尔芬格伯格建筑工程有限公司,100028 北京)摘要:广州地铁3号线北延某标段盾构施工中,多次出现管片碎裂情况,经统计分析,碎裂类型可分为管片崩角、崩边破损,短边通长破损和螺栓孔位置破损三类。
根据管片破损类型,分析其形成原因。
主要有操作人员操作不当和掘进参数控制不当。
因此,提高施工中操作人员的熟练程度,加强掘进过程中对参数的控制管理,可以避免或减少管片破损。
广州地铁3号线北延某标段盾构施工中,多次出现管片碎裂情况,经统计分析,碎裂类型分为三类,以下分析每~类管片破裂原因,并提出相应防治措施。
l 管片崩角、崩边破损管片崩角、崩边出现位置无明显规律(图1),该类破损面积较小、深度浅,一般不会造成漏水,易修补,因此危害较小。
1.1 原因分析盾构隧道管片为钢筋混凝土结构,其开裂主要由受力不均或受力过大造成。
在施工过程中,管片的受力状态与设计不完全一致。
盾构机掘进过程中管片承受着千斤顶顶力、盾尾密封刷作用力和衬砌背后注浆压力等。
在这些荷载的相互作用下,盾构管片出现了不同的受力特征。
通过分析,总结了造成管片出现上述开裂现象的原因有如下几种。
1.1.1 管片环面不平整造成管片环面不平整的主要原因有:管片制作精收稿日期:2009—08—22作者简介:彭飞(1978一),男(满族),辽宁凌海人,北京长城贝尔芬格伯格建筑工程有限公司,广州地铁3号线北延段施工6标副总工程师.北京市朝阳区两坝河南路1号金泰大厦16层,图1 管片崩角、崩边破损位置不慈(a)布置图一;(b)布置图二;(c)破损位置展开图度存在误差,管片纠偏时贴片不平整,盾构机推进时各区的千斤顶推力大小不等,管片之间的环缝压缩量不一致等。
因管片环面不平整,盾构机千斤顶作用于管片上将产生较大的劈裂力矩而造成管片开裂。
1.1.2 千斤顸撑靴损坏或重心偏位盾构机通过千斤顶作用于管片上向前掘进,在千- 1014·建筑技术第40卷斤顶与管片接触处设置撑靴以减小管片压力,撑靴损坏后管片局部压力增大造成管片损坏或出现裂缝。
盾构施工常见问题及治理
隧道盾构掘进施工盾构掘进是盾构法隧道施工的主要工序,要保证隧道的实际轴线和设计轴线相吻合,并确保圆环拼装质量,使隧道不漏水,地面不产生大的变形。
总结了盾构掘进施工九大常见问题及预防措施,方便大家在实际施工中比对防治。
一、土压平衡式盾构正面阻力过大现象盾构推进过程中,由于正面阻力过大造成盾构推进困难和地面隆起变形。
原因分析(1) 盾构刀盘的进土开口率偏小,进土不畅通;(2) 盾构正面地层土质发生变化;(3) 盾构正面遭遇较大块的障碍物;(4) 推进千斤顶内泄漏,达不到其本身的最高额定油压;(5) 正面平衡压力设定过大;(6) 刀盘磨损严重预防措施(1) 合理设计土孔的尺寸,保证出土畅通;(2) 隧道轴线设计前应对盾构穿越沿线作详细的地质勘察,摸清沿线影响盾构推进障碍物的具体位置、深度、以使轴线设计考虑到这一状况;(3) 详细了解盾构推进断面内的土质状况,以便及时调整土压设定值、推进速度等施工参数;(4) 经常检修刀盘和推进千斤顶,确保其运行良好;(5) 合理设定平衡压力,加强施工动态管理,及时调整控制平衡压力值。
治理办法(1) 采取辅助技术,尽量采取在工作面内进行推进障碍物清理,在条件许可的情况下,也可采取大开挖施工法清理正面障碍物;(2) 增添千斤顶,增加盾构总推力。
二、土压平衡盾构正面压力过量波动现象在盾构推进及管片拼装的过程中,开挖面的平衡上压力发生异常的波动,与理论力值或设定应力值发生较大的偏差。
原因分析(1) 推进速度与螺旋机的旋转速度不匹配;(2) 当盾构在砂土土层中施工时,螺旋机摩擦力大或形成土塞而被堵住,出土不畅,使开挖面平衡压力急剧上升;(3) 盾构后退,使开挖面平衡压力下降;(4) 土压平衡控制系统出现故障造成实际上压力与设定土压力的偏差。
预防措施(1) 正确设定盾构推进的施工参数,使推进设速度与螺旋机的出土能力相匹配;(2) 当土体强度高,螺旋机排土不畅时,在螺旋机或土仓中适量地家注水或泡沫等润滑剂,提高出土的效率。
盾构掘进中刀具_刀盘损坏及维修措施探讨
后能恢复掘进功能
竖井维修
技术成熟, 维修速度与质量均较高, 但 场地协调困难
更换刀盘
技术成熟, 对场地要求较高, 场地协调 困难
70 天 60 天 40 天
小
中
开挖竖并需再 掘进一段距离
大
开挖竖井需再 掘进一段距离
结合本项目的实际情况, 选用洞内维修方案。 4.1 洞内维修
由 于 地 层 稳 定 不 进 行 地 层 加 固 , 根 据《开 仓 程 序》和《开 仓 安全技术交底》只使土仓库敞地 层在较长的一段时间内 保 持 稳 定, 在洞内开挖洞室进仃; 刀盘维修。维修时, 坚持“" 小、快、灵” 的指导思想, 即以小范围的维修为一个维修单元, 将整个维修 划分为若干个小的维修单元, 突出重点, 快速灵活的开展工作。
③弧形刮刀与切刀已开始径向压力, 部分刮刀可能已脱 落, 弧形边刮刀出现严重磨损, 承压在刀盘下面或边缘与切口 环之间, 刀盘的异响可能为脱落的刮刀或滚刀刀圈与切口环干 摩擦引起。
3 开仓检查
排出部分碴土, 在短暂的时间内, 对刀盘进行检查, 发现掌
子面较完整、较稳定, 地下水不丰富。
3.1 开仓程序 表 3 开仓程序签认表
图1
2 掘进状态分析
大直径盾构机刀盘修复及改进技术
大直径盾构机刀盘修复及改进技术摘要:本文对广深港客运专线益田路隧道盾构机刀盘的严重磨损进行了分析,通过分析大直径盾构机刀盘在复合地层施工时刀盘磨损的原因,研究制定了可行的现场修复方案,并对刀盘进行了有效的改进,增强了刀盘的结构强度,使其更加适应本工程下一区间的盾构掘进施工,延长了刀盘使用寿命。
关键词:盾构机;大直径;刀盘;磨损;修复;改进1.1 刀盘概况刀盘是盾构机的主要构件,是掘进破岩的直接执行机构,S-550盾构机的刀盘是由4边块+1中心块组成的钢结构,刀盘开挖直径13.23m,重约319 t,刀盘面板开口率25%。
配置17"中心双刃滚刀6把,17"单刃滚刀73把,正面刮刀106把,边缘刮刀56把,超挖刀2把。
S-550刀盘在已完成的广深港客运专线益田路隧道1370m的盾构区间段,穿越的地层主要有微风化花岗岩、混合岩,中风化花岗岩、混合岩,强风化花岗岩、混合岩,全风化花岗岩、混合岩。
隧道大部分地段全断面为中、微风化混合岩或花岗岩,局部地段洞身穿越残积土、全、强、中微风化岩层,隧道开挖面上软下硬,且隧道断面岩石的石英含量平均高达72.02%,对刀具及刀盘的磨损与损坏非常大,因此为保证刀盘在转场进入广深港客运专线皇岗隧道盾构区间段的盾构施工时,能够长时间连续正常运转,就必需对S-550刀盘进行全面细致的检查鉴定,以全面了解其现状,制定全面整修方案。
图1 S-550盾构机刀盘1.2 刀盘存在的问题1.2.1 焊缝裂纹在盾构掘进过程中,由于刀盘承受复杂的压力、扭矩等载荷以及剧烈的振动与冲击、温度变化都会使刀盘产生裂纹。
刀盘表面经过清洗后对刀盘钢结构进行检查,检查发现在3个部位出现焊缝裂纹。
(1)刀盘的8个牛腿的加强筋焊缝开裂,裂纹已扩展至母材。
图2 刀盘牛腿加强筋裂纹(2)刀盘的中心分块与边分块连接处附近的80mm厚的侧板与筋板之间焊缝开裂,共计有10处裂纹,部分裂纹已扩展至母材。
图3 刀盘中心块与边分块连接处裂纹(3)刀盘各辐臂侧面封板与背面封板的焊缝开裂,共计有32处裂纹。
大直径长距离盾构隧道施工技术-精品文档
适于长距离盾构的施工技术特征
• 由于掘进距离长,须充分考察挖掘线路上的土 质情况,综合考虑后选择适合和挖掘路刀具。应设置可以更换面板的装置, 或增加插入型超前刀具(长短刀交替挖掘)。 • 提高施工测量精度。由于长距离施工,所以要 求隧道的轴线测量精度、盾构机的位置和方向 的控制精度及管片的拼装要有一个较大的提高。 如果才用盾构机相向开挖,则要控制贯通误差, 尤其是横向贯通误差。这就需要用到更精密的 仪器,如陀螺仪,高精度的GPS等。
主要的施工工艺
• 同步注浆点:同步注浆管路为内置式,全环压 浆点6个。施工时推进和注浆联动,用注浆压 力和注浆量两参数来保证盾尾和管片间隙的填 充效果,单管注浆压力以盾尾处水土压力控制。 • 盾构水中进洞要求:为了确保盾构进洞安全, 除在长兴岛接收井盾构进洞侧进行地基加固外, 尚须在工作井洞圈范围采用盾构刀盘可直接切 削的玻璃纤维筋混凝土、接收井底板上铺设 M5水泥砂浆(作为盾构接受基座),并在接 收井与暗埋段之间、井内上下行线间设置临时 混凝土隔墙,避免盾构进洞时的泥水溢出。
同步施工作业面布置图
主要的施工工艺
• 拼装系统:管片拼装机为中心支撑式,采用真 空吸盘抓取方式,回转角度为±200º。管片内 弧面开孔面积大小与所需吸力相协调。 • 推进系统:盾构的推进由推进油缸完成,管片 拼装是,千斤顶撑靴着力于管片环面,每3个 千斤顶为1组,共19组,分为6个区域。推进时, 6个区域千斤顶订立可各自独立调节,额定总 推力约188562kN,每组千斤顶顶力为10000kN。
主要的施工工艺
• 衬砌结构型式:采用有一定接头刚度的单 层钢筋混凝土柔性衬砌是合理的、成功的。 施工工艺简单,工程实施周期短、投资省。
谢谢!
工程案例
• 上海长江隧道采用2台盾构机先后从浦东工 作井出发(上行线盾构先行,下行线盾构 滞后约3个月出发),以长兴岛工作经为盾 构接收井。
大直径盾构机监理控制重难点分析及应对措施
大直径盾构机监理控制重难点分析及应对措施一、重难点分析本项目设计运行速度快,车站及区间设计标准高,本工程区间隧道内径为7.5m,管片厚度400mm,隧道外径8.3m,因此盾构机刀盘外径尺寸不小于8.5m。
该盾构机型为成都地铁项目首次应用,需要专门设计定制,施工单位也没有相关盾构工作经验;由于盾构区间隧道断面大,势必在施工过程中较之前盾构施工相应增加以下控制重难点:1、大直径盾构机的开挖断面增大,在掘进过程中对周边土体的扰动范围较大,导致在掘进过程及穿越风险源的时加大了地面及周边建构筑物异常沉降的风险。
2、大直径盾构区间,由于管片尺寸和重量增加导致拼装难度增大,影响成型管片质量。
3、大直径盾构机的开挖面较大,掌子面地质情况更复杂,影响盾构掘进。
4、大直径盾构机第一次在成都地铁掘进中应用,参建方无相关施工经验。
二、针对性措施1、严格控制出土方量,严禁连续超方情况出现,尽可能将风险降至最低;在穿越风险源前,严格按照地铁公司管理办法组织相关条件验收工作,保证预加固满足方案和设计要求,相关准备工作已完善后方可允许穿越;加强地面监测巡查,发现异常情况及时采取有效措施进行处理,并控制事态发展和影响。
2、加强管理人员及相关作业人员的安全技术交底,且拼装手必须选用有多年经验的人员来操作,保证拼装安全和质量;加强管片进场到拼装全过程监控,特别是止水带软木衬垫粘贴质量及螺栓复紧的控制;加强对隧道能行管片检查,做好管片姿态测量工作,并根据管片变化情况适当调整盾构机掘进,以保证成型管片质量;大直径盾构区间管片与土体间间隙增大,需相应增大同步注浆量,同步注浆浆液必须根据相关条件综合考虑浆液凝固时间来选择适当的配比,以保证同步注浆效果。
同时在同步注浆过程中采取注浆量和注浆压力双控的原则,避免出现管片错台或上浮等情况。
3、盾构机选型及刀具配置必须根据施工区间的地质等各方面情况综合考虑,经过专家评审,并出具适应性报告;在盾构机掘进过程中进行全程旁站控制,并分局盾构姿态、参数、渣样等方面进行分析调整盾构掘进。
大直径土压盾构主驱动不同步故障分析与研究
大直径土压盾构主驱动不同步故障分析与研究摘要:盾构/TBM刀盘驱动系统是盾构机关键系统之一,盾构/TBM的刀盘驱动是由多个电机或马达共同来完成的,由于负载的特性没有预知性,所以只有多个电机或同步运行,才能确保机械受力均匀和一致,才能实现盾构的安全稳定运行,一旦刀盘驱动电机或马达出现不同步现象,对设备性能和工程施工造成很大影响。
本文介绍了一台大直径土压盾构因主驱动不同步导致设备运行困难的原因及处理方法,为类似盾构故障提供参考。
关键词:盾构/TBM,同步控制,不同步,故障,原因0 引言盾构/TBM刀盘主驱动单元的圆周分布着几台驱动电机,这些驱动电机通过安装在轴上的小齿轮与回转大齿轮啮合,刚性的连接成一个整体,从而驱动整个刀盘。
驱动电机的数量和功率随设备的类型和大小而有所不同,一般为6-20台电机。
要使盾构机驱动系统安全可靠的工作,每台电机的负荷必须均衡,因此驱动电机必须同步运行。
一旦主驱动电机出现不同步现象,因单个电机负载集中,就会出现整体系统停止工作、保险轴断裂及电机损坏等故障的发生。
1 故障现象用于某项目施工的大直径土压平衡盾构机在掘进过程中出现刀盘突然跳停现像,变频器复位后仍出现跳停现象。
经检查发现,主驱动电机2#、4#、8#变频器保险击穿,1#、3#、6#、9#主电机安全销被切断,对损坏的配件更换后刀盘仍出现频繁跳停现象。
2 刀盘控制方式介绍2.1刀盘系统刀盘是盾构设备的重要组成部分,是进行掘进作业的主要工作装置。
虽然盾构机刀盘工作转速要求不高,然而由于地质构造复杂、刀盘作业直径大,因此要求刀盘的驱动系统应具备以下特点:大功率、大转矩输出、抗冲击、转速双向连续可调,在满足使用要求的前提下需具有减小装机功率、节能降耗等工作特点。
刀盘作为盾构机的主驱动系统必须具有高可靠性和良好的操作性能。
盾构机上主驱动通常靠变频水冷电机驱动,刀盘速度可调,具有较大的扭矩储备和较高的传动效率,能源消耗低,节省电力费用。
盾构机掘进中刀具损坏及维修措施探讨
盾构机掘进中刀具损坏及维修措施探讨摘要:在盾构机掘进过程中当遇到一些硬岩地段时,极易造成刀具和刀盘的损坏,因此需要掌握换刀及刀盘修复技术。
文中从盾构刀具损坏形式、刀盘刀具的检查和更换,以及刀具维修措施进行了具体的阐述。
关键词:盾构机掘进;刀具损坏;维修措施引言在隧道工程掘进过程中,盾构机以其遍效、安全和优质等优点,使用越来越广泛,但在具体掘进过程中盾构机会遇到各种复杂的地形,特别是底层具有较大的变化,因此需要根据地质条件来选择刀具,并进于刀盘的配置,这不仅有利于刀具的使用寿命,而且对工程的顺利进行也具有非常重要的意义。
一、盾构机掘进中刀具损坏形式1、刀圈偏磨这是刀具非正常损坏的主要形式,是指在掘进过程中刀圈表面被磨成一条或几条弦。
刀圈偏磨主要是因为轴承损坏或浮动密封损坏,导致岩屑或铁屑进入刀体,使得轴承不能正常转动,进而刀圈也不能正常转动,引起刀圈的偏磨。
2、刀圈断裂一般是由于在掘进过程中出现大块岩石掉落,砸到刀圈;或者由于刀盘其他零件(如铲齿等)脱落而卡在刀刃与岩壁或两个刀刃之间;或者由于隧道掌子面围岩变化较大都会导致刀圈因为局部过载而使得刀圈所受应力集中,产生断裂。
在施工过程中应注意观察前往围岩情况,合理调节掘进参数,以减少出现大块岩渣掉落的情况。
3、刀圈卷刃是指在隧道围岩比较坚硬,岩石抗压强度比较大时,为了顺利掘进,推进力增大,导致刀具受力过大,引起刀圈卷刃;或者因为刀圈材质软,韧性不够大而造成刀圈卷刃。
针对此种损坏形式,一方面需要增强刀圈的韧性,硬度等特性使其适应更加坚硬的岩石;另一方面在掘进过程中遇到坚硬岩石时,应合理调节掘进参数,降低贯入度和刀盘转速并且降低刀盘推进力,这样就可以最大限度地降低刀圈卷刃的发生。
4、刀圈崩刃刀圈崩刃一般发生在岩石较硬的情况下,这是因为此时刀圈与岩石的接触力较大,刀圈表面因为受力过大而出现崩刃现象。
另外当刀圈材质较硬、较脆时其表面也容易出现崩刃现象。
针对此种情况,一方面合理选用刀圈硬度、韧性等特性,一方面合理调节掘进参数,在每一环掘进的初始阶段,应使刀圈与岩石接触时的推进速度不至过快,推进力不至过大,以最大程度地降低刀圈崩刃情况的发生。
盾构机刀盘常见故障及原因分析
泡沫口搅拌棒仿行刀滚刀耐磨条周边开口开口槽切刀弧形刮刀 刀盘结构图 盾构机刀盘常见故障(损坏)及原因分析蒙先君(中铁隧道股份有限公司TBM 二分公司)摘要:总结了在盾构施工过程中刀盘常见的故障与损坏的方式,分析了其产生的原因,提出了相应的解决方法。
关键字:盾构机 刀盘 原因分析1. 刀盘工作原理与结构特点1.1 刀盘工作原理土压平衡盾构通过液压马达驱动刀盘旋转来切削围岩,并通过给掌子面与土仓隔板之间充满的、经过搅拌的碴土加压(油缸推力)的方式来稳定掌子面。
根据不同的工程,不同的地质条件,在刀盘上设置不同数量、不同类型的刀具来进行开挖,同时通过螺旋输送机排土来保持土压在设计允许的范围内。
1.2 结构特点我集团引进海瑞克盾构机(S179,S180)刀盘为轮辐式,直径6230mm ,开挖直径6280mm ,刀盘面板厚度550mm ,从法兰盘底面到刀盘面板高1410mm ,刀盘总重约55t 。
为了保证刀盘的整体结构强度和刚度,刀盘结构为焊接箱形结构。
1.2.1 开口形式 刀盘开口形式为对称分布的八个长条孔,开口尽量靠近刀盘的中心位置,以利于中心部位碴土的流动。
刀盘的开口率根据安装的刀具类型不同而有所变化,当全部安装硬岩刀具时开口率为28%,当安装齿刀时刀盘开口率可以达到30%。
1.2.2 耐磨设计刀盘的周边布设三道耐磨条,刀盘面板焊接格栅状耐磨材料,充分保证刀盘在硬岩掘进时的耐磨性能。
1.2.3 刀具盾构机刀具是根据工程地段地质特点,和刀具在软、硬岩中不同的破岩机理来进行设计和选择的。
刀盘上可以安装不同类型的刀具以适应不同地层的开挖,主要刀具类型为:双刃滚刀、中心滚刀、齿刀、切刀、弧形刮刀和仿形刀。
其中滚刀和齿刀的刀座形式相同,根据不同的地质类型两种刀具可以互换。
在硬岩中掘进时刀盘需安装双刃滚刀、中心刀,在软岩中掘进时可以根据需要把双刃滚刀、中心刀更换为对应形式的齿刀。
具体刀具型式及设计特点见下表:刀具型式表双刃中心刀用于硬岩掘进,在软土中可以换装齿刀。
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Cu t t e r h e a d o f La r g e - d i a me t e r S h i e l d
H A N We i f e n g ,Z HO U J i a n j u n , L I F e n g y u a n ,
( 1 .S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f S h i e l d Ma c h i n e a n d B o r i n g T e c h n o l o g y , Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 , H e n a n, C h i n a ;
第3 4 卷
第 1期
隧 亚 是 馒
Vo 1 . 3 4 N o. 1
2 O 1 4年 1 月
Tu n n e l Co n s t
大 直径 盾 构 刀 盘 受 力不 均分 析 及 对 策研 究
韩伟锋 , 周建军 , 李凤远
中 图分 类 号 : U 4 5 5 . 3 1
文献标志码 : A
文 章 编 号 :1 6 7 2— 7 4 1 X( 2 0 1 4 ) 0 1 — 0 0 7 8— 0 5
An a l y s i s o n a nd Co u n t e r me a s ur e s f o r Un b a l a n c e d Fo r c e s o n
p a p e r ,t h e un b a l a n e e d f o r c e o n t h e c u t t e r h e a d o f l a r g e - d i a me t e r s hi e l d i n h e t e r o g e n e o u s g r o un d i s a n a l y z e d a n d t he o p t i mi z e d de s i g n o f t h e c u t t e r h e a d o f l a r g e — d i a me t e r s h i e l d i s p r o p o s e d. An c i l l a r y s u p p o r t i n g whe e l s a r e a d d e d t o t h e
ma d e b e t we e n t h e c u t t e r he a d be f o r e o p t i mi z a t i o n a n d t h a t a f t e r o p t i mi z a t i o n by me a n s o f in f i t e e l e me n t a n a l y s i s ,whi c h p r o v e s t ha t t he f o r c e c o n d i t i o n s o f c u t t e r h e a d wi t h s u p p o r t i ng wh e e l s a dd e d h a v e b e e n g r e a t l y i mp r o v e d. Ke y wo r ds :s hi e l d;c ut t e r h e a d;u nb a l a n c e d f o r c e;s u p po ti r n g wh e e l ;f in i t e e l e me n t a n a l y s i s
( 1 . 盾 构及掘 进技 术 国 家重点 实验 室 ,河南 郑 州 4 5 0 0 0 1 ; 2 . 中铁 隧道集 团有 限公 司 ,河 南 洛 阳 4 7 1 0 0 9 )
摘要 : 为解决 大直径盾构刀盘受力不均 问题 , 分析 软硬不 均地层 刀盘受力模 型 , 提 出大 直径盾构 刀盘设计 改进方 案。采用 增加辅
c u t t e r h e a d t o t r a n s f e r t h e c u t t e r h e a d u n d e r c a n t i l e v e r s t a t e t o t h a t u n d e r s i mp l e s u p p o  ̄s t a t e .C o mp a r i s o n a n d c o n t r a s t i s
2 .C h i n a R a i l w a y T u n n e l G r o u p C o . , L t d . , L u o y a n g 4 7 1 0 0 9 , H e n a n ,C h i n a ) A b s t r a c t :I n h e t e r o g e n e o u s g r o u n d ,t h e c u t t e r h e a d o f l a r g e - d i a me t e r s h i e l d i s s u b j e c t t o u n b a l a n c e d f o r c e .I n t h e
助支撑轮的方法 , 使大直径盾构刀盘 由悬臂状态改为简支状态 。通过有 限元 模拟分析 对 比改进 前后 的刀盘受力 情况 , 刀盘 增加辅
助支撑轮后受力效果得到 明显改善 。 关键词 : 盾构 刀盘 ; 受力不均 ; 支撑轮 ;有限元分 析
D OI : 1 0 . 3 9 7 3 / j . i s s n . 1 6 7 2— 7 4 1 X . 2 0 1 4 . 0 1 . 0 1 3