南京地铁盾构机掘进与参数选择

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1、南京地铁盾构机掘进与参数选择杜守峰(中铁隧道集团TBM三分公司重庆400066)摘要阐述笔者在南京地铁一期工程TA15标段担任主司机期间对盾构机在不同施工阶段掘进时应注意的问题、参数的选择以及对掘进中遇到的问题的处理。关键词盾构掘进参数选择南京地铁一期工程TA15标段玄武门-许府巷-南京站,为双线隧道,施工引进的是德国海瑞克公司制造的S-195、S-217两台盾构机掘进施工。盾构机掘进一般分始发阶段、正常掘进阶段和到站阶段。但考虑到南京地铁的不同地质情况和施工环境,故将地铁盾构掘进划分以下五个阶段:始发阶段、正常直线掘进、通过玄武湖公路隧道和金川河

2、与玄武湖时、流砂地层中曲线掘进和到站阶段。下面就这几个阶段盾构掘进与掘进参数的选择应注意的问题简述如下。失稳,可在管片抓取头回位前,在盾壳内焊接一槽钢扶住临接块;⑤由于负环管片转动或松动等致使负环管片变形、破裂等应立即停止推进并对管片环的临时支撑进行加固;⑥始发时派专人观测,发现异常情况立即通知主司机停止推进等等。以下主要介绍刀盘启动困难的问题。在下一环开始掘进时,可能会由于刀盘吃进较大而土质较硬引起刀盘启动困难(有时在正常掘进中因砂土沉积的吸和力也会有刀盘启动困难的现象),为此可采用以下方法克服这一难题:①正反转启动刀盘;②加大泡沫剂注入量(可根

3、据实际情况增加到平常的2～3倍);③从膨润土2、3、9通道注入水(从刀盘下部加大碴土的流动性);④在使用以上办法仍不能启动刀盘时,可使用遥控器将左、右、上部推进油缸收回30mm左右进行启动,启动后重新顶上(管片安装模式下遥控器操作);⑤螺旋输送机扭拒大时可根据实情打开泡沫通道向螺旋输送机注入泡沫剂(此时维保人员应加强螺旋输送机的润滑保养工作,以减小螺旋输送机的磨损量)。通过以上办法我们总能启动刀盘。表1中是始发阶段盾构的掘进参数。始发阶段在始发阶段,往往为防止地面的塌陷、破土安全、保持土体的强度、均匀性、自稳性、止水、利于盾构姿态的控制等原因而采取

4、旋喷桩或搅拌桩方式在6m范围内进行端头土体加固。在始发时应注意这样几个问题:①因加固区硬度大,反应到掘进机就是刀盘扭拒很大、螺旋输送机扭拒较大、推速度慢、加入泡沫时仓门喷射、有时还会有地面喷射等情况;②由于始发时盾构机与地层间摩擦力小,盾构机容易旋转,这时应在盾壳两侧焊接钢块作为防扭装置;③始发台与洞口围岩间有一定的距离,为防止盾构机始发时因刀盘悬空而造成盾构机“低头”,可在始发洞口安装一段始发导轨;④在拼装第一环负环管片时,为防止两邻接块1表1始发阶段掘进参数的选择行程差/mm20以内15以内系统项目刀盘螺旋输送机推进油缸泡沫系统土仓上部铰接油缸

5、注浆转速/(r/min)0.75～0.81～2.5系统工作压力/MPa9～1810～14仓门见注释推进速度/(mm/min)10以下推进缸推力/MPa10左右续表注释:仓门打开程度可根据实际情况而定,当仓门发生喷碴时可开启150mm～200mm,不发生喷碴时可开启300mm～350mm。良好以减少各部件的磨损量。我们可以通过出碴量的情况来推算掌子面的情况,若出碴量大则掌子面可能出现了坍塌;出碴量小则掌子面可能有空洞或裂隙比较发育。所以要控制好每环的出碴量:2正常直线掘进在正常掘进中盾构机各性能发挥到最佳状态:刀盘转速大、扭矩小,掘进速度快,出碴量均

6、衡(一个循环40m3左右),系统各压力没有大的波动等;但由于掘进速度快、螺旋输送机转速快、单位时间内出碴量大,若仓门开启过大则会造成碴块过大(粘土层)、皮带机输送机容易掉碴、打滑、输送困难等现象(特别是上坡地段),故应时刻注意监视器显示的出碴情况,一旦发现应立刻停止推进、停止刀盘旋转,待皮带机自己输送完毕或人工清理完毕再行掘进。同时正常掘进中还要保持盾构机各系统的润滑状况2每环的理论出碴量=π/4×D×L=3.14/432×6.4×1.2=38.58m盾构机每掘进一环的出碴量应控制在理论出碴33量的95%～105%之间,即36.65m～40.51m

7、之间,如有异常应采取相应措施。表2是正常掘进阶段盾构的掘进参数:表2正常掘进阶段盾构掘进参数的选择二次注浆等。b.通过金川河与玄武湖时应注意以下问题:①控制出碴量避免“冒顶”事故发生和盾构机上浮;②调整铰接密封压板防止泄露;③时刻注意盾尾的泄露;④建立正确的土压,加强地面监测;⑤加强材料管理,提高管片拼装质量预防渗漏水;土压理论值计算:正面土压:P=K0γh;γ为土体平均重度取18.6kN/m3;K0为土的侧向静止压力系数;H为隧道埋深取10m;计算得出:ΔP=1.3kg/cm2。随着隧道埋深或地面建筑物的不断变化,上部3通过玄武湖公路隧道和金川河

8、与玄武湖时a.玄武湖公路隧道先于地铁盾构隧道,采用明挖法施工,施工完毕后覆土回填。地铁隧道与玄武湖公路隧道立交两条线路交角