鼓雞區(qū)間右線盾構(gòu)刀盤磨損情況資料

-.z.市地鐵四號線TA03標(biāo)工程經(jīng)理部鼓樓站～雞鳴寺站區(qū)間右線盾構(gòu)掘進中刀盤磨損事件情況材料中鐵隧道集團地鐵四號線TA03標(biāo)工程經(jīng)理部二〇一五年六月-.z.目錄1.工況概況11.1中鐵41號盾構(gòu)機設(shè)計概況11.2工程地質(zhì)11.3工程水文情況11.4周邊環(huán)境情況12.事件過程12.1復(fù)合地層第一次換刀情況12.2復(fù)合地層第二次換刀情況12.3掘進過程停置情況12.4進倉檢查情況1〔1〕緊急處置1〔2〕帶壓進倉檢查情況13.刀盤修復(fù)情況13.1豎井方案確定及開挖13.2刀盤維修方案確定及實施14.事件原因分析15.盾構(gòu)出洞后刀盤刀具情況1鼓樓站～雞鳴寺站區(qū)間右線盾構(gòu)掘進中刀盤磨損事件情況材料1.工況概況鼓樓站～雞鳴市盾構(gòu)區(qū)間由鼓樓站出發(fā)以半徑500m曲線轉(zhuǎn)向東北方向，沿東路敷設(shè)至雞鳴市站，區(qū)間進入雞鳴市站前采用半徑2000m及1500m反向曲線與3號線雞鳴市站相接。區(qū)間右線起訖里程為右CK15+476.620～右CK16+616.415，區(qū)間右線長度1139.795m。本區(qū)間在CK16+076里程處設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道及泵站一座。本區(qū)間使用中鐵41號盾構(gòu)機施工。1.1中鐵41號盾構(gòu)機設(shè)計概況復(fù)合式刀盤直徑6460mm，刀盤開口率37%，刀盤轉(zhuǎn)速為0～3r/min，最大推力3400t，最大掘進速度80mm/min，額定扭矩5500KNm，脫困扭矩6800KNm。始開掘進刀具配置情況：表1-1中鐵41號盾構(gòu)機刀盤刀盤刀盤型式復(fù)合式材料：Q345b旋轉(zhuǎn)方向正反開口率約37%雙聯(lián)齒刀4把齒刀14把單刃滾刀20把切刀40把邊緣刮刀16把保徑刀8把保護刀16把泡沫/膨潤土漿注入孔數(shù)量3/21.2工程地質(zhì)〔1〕停機位置鼓樓站～雞鳴市站區(qū)間隧道右線隧道停機時，盾構(gòu)推進至653環(huán)，刀盤位于659環(huán)，盾構(gòu)機頂部埋深13.35m?！?〕停機位置縱斷面地質(zhì)情況根據(jù)詳細勘探資料顯示，該里程縱剖面地質(zhì)從上至下依次為雜填土、粉質(zhì)粘土、2-3b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土〔厚度為4.7m〕、2-4b2粉質(zhì)粘土〔厚度4.6m〕。盾構(gòu)機主要穿越3-2b2、3-1b1粉質(zhì)粘土?！?〕盾構(gòu)刀盤位置橫斷面地質(zhì)分層根據(jù)此前帶壓開倉檢查結(jié)果和地質(zhì)橫斷面圖的分析，盾構(gòu)目前掘進區(qū)域確定為土巖的復(fù)合地層。掌子面70％為中風(fēng)化石英砂巖，平均強度為80MPa。在刀盤的右上方存在3-2b2粉質(zhì)粘土層。圖1-1盾構(gòu)刀盤前方27m位置橫剖面地質(zhì)分層圖圖1-2刀盤位置現(xiàn)場鉆孔實測地質(zhì)剖面圖〔4〕主要土體抗剪強度表1-2主要土體抗剪刀強度表層號取值直剪快剪直剪固快天然休止角CqkPaφq度CcqkPaΦcq度аcаw②-1b2粉質(zhì)粘土平均值35.614.044.915.9標(biāo)準(zhǔn)值31.113.239.015.4②-3b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土平均值12.014.917.813.8標(biāo)準(zhǔn)值9.58.813.611.2②-4b2粉質(zhì)粘土平均值33.114.441.715.9標(biāo)準(zhǔn)值26.613.436.415.43-2b2粉質(zhì)粘土平均值33.214.434.316.7標(biāo)準(zhǔn)值28.713.529.315.4〔5〕主要土體標(biāo)貫指標(biāo)表1-3主體土體標(biāo)慣指標(biāo)層號名稱實測值桿長修正值N(擊)N'(擊)②-4b2粉質(zhì)粘土平均值9.97.9標(biāo)準(zhǔn)值9.27.3③-2b2粉質(zhì)粘土平均值10.87.6標(biāo)準(zhǔn)值10.27.2③-1b1粉質(zhì)粘土平均值16.811.4標(biāo)準(zhǔn)值14.510.0〔6〕主要地層工程地質(zhì)評價表1-4主體地層工程地質(zhì)評價層號巖土名稱巖性特征不良地質(zhì)評價開挖后穩(wěn)定狀態(tài)①-1雜填土雜色，松散～稍密，極不均勻不良地層圍巖極易坍塌變形，易透水①-2素填土灰黃色，粘性土為主，稍密，夾雜質(zhì)，不均勻不良地層圍巖極易坍塌變形，易透水②-4b2粉質(zhì)粘土灰色可塑強度較低，壓縮性中等，微透水②-3b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土灰色流塑強度很低，壓縮性高，微透水③-2b2粉質(zhì)粘土灰黃、灰可塑強度中等，壓縮性中等，微透水〔j1〕-2*n-3中風(fēng)化石英砂巖淺灰色較硬巖芯為長柱、短柱狀,取芯率70-90%,塊狀構(gòu)造,主要由石英顆粒、少量長石顆粒組成。局部發(fā)生深度變質(zhì),為較硬巖,巖體根本質(zhì)量等級為Ⅳ級1.3工程水文情況〔1〕設(shè)計情況根據(jù)詳勘顯示，中風(fēng)化巖層中含有裂隙水，基巖裂隙水是本標(biāo)段重要水源之一，富水程度差異較大，基巖中風(fēng)化層由于裂隙連通性差，又多被填充，其滲透性較差，且具多變性和不均勻性。承受大氣降水的補給及上層微承壓水的補給，由于受裂隙分布及相互連通條件的影響，具多變性?！?〕掘進過程中噴涌情況復(fù)合地層掘進過程中，螺機口有噴涌現(xiàn)象，地層中含水量很大。1.4周邊環(huán)境情況〔1〕地下管線情況表1-5地下管線情況序號管線名稱及特征根數(shù)埋深〔m〕與隧道關(guān)系1380v銅電纜10.39上方，影響小2200*200光纜10.39上方，影響小3500mm鋼管10.89上方，影響較大4膠管2地表影響小5波紋管20.84影響小〔2〕周邊建筑物情況隧道周邊只有一層混凝土構(gòu)造公廁一座，距離隧道較遠，影響較小?！?〕交通情況目前盾構(gòu)機停機位置處于東路南側(cè)正下方，該路段為雙向四車道，路幅為28米。東路為市重要路段，來往車流量非常大，是連接省政府和市政府主要干道。2.事件過程2.1復(fù)合地層第一次換刀情況為保證盾構(gòu)機順利通過石英砂巖和粉質(zhì)粘土的復(fù)合地層，盾構(gòu)機掘進至611環(huán)進展了第一次換刀，帶壓進倉更換了38把滾刀，15把切刀，6把邊緣刮刀。該區(qū)段地質(zhì)情況比擬復(fù)雜，軟硬不均，且地層中含水變化較大，含水量較為豐富，以下為渣土情況：圖2-1611-649環(huán)渣土情況2.2復(fù)合地層第二次換刀情況2014年6月7日，盾構(gòu)機在完成第一次換刀后掘進了39環(huán)，在此過程中，刀盤轉(zhuǎn)速為1.2rpm，推力在1400t左右，刀盤扭矩平均3200KNm，掘進速度10mm/min,盾構(gòu)掘進至650環(huán)時發(fā)現(xiàn)推力增大，掘進速度驟降，從12mm/min降至2mm/min，工程部立刻組織人員進展二次帶壓進倉作業(yè)，檢查并更換了面板及周邊滾刀。更換8把滾刀之后掌子面不穩(wěn)定〔頂部坍塌高度約2.0米〕，為了保證人員平安，停頓換刀繼續(xù)掘進，中心滾刀未檢查更換。2.3掘進過程停置情況為確保盾構(gòu)機通過風(fēng)險區(qū)后平安換刀，于6月12日恢復(fù)掘進，651、552環(huán)掘進速度1-3mm/mim，推進速度無明顯改善，且出渣量加大，刀盤電機扭矩限制器動作頻繁，經(jīng)工程部會診分析，可能出現(xiàn)刀具破損，6月13日653環(huán)停頓掘進。2.4進倉檢查情況〔1〕緊急處置針對盾構(gòu)停置位置〔位于快車道和非機動車道中間綠化帶〕周邊加強巡視及監(jiān)測，2014年6月13日下午兩點，地面巡視人員在綠化帶路緣石部位發(fā)現(xiàn)裂縫，工程部及時與政府部門及地鐵公司做了溝通，立即組織人員對綠化帶停機位置進展圍擋封閉，綠化帶植被進展去除，探明地下管線并采取保護措施，同時安排地表注漿回灌加固?！?〕帶壓進倉檢查情況653環(huán)停頓掘進后，工程一邊做好帶壓進倉檢查刀具準(zhǔn)備工作，一邊迅速聯(lián)系專家進展平安帶壓進倉檢查刀具方案評審。6月17日：開場向刀盤倉注入高濃度膨潤土制作泥膜。土倉壓力最大顯示1.60bar，排渣后再次注入6立方膨潤土。啟動自動保壓系統(tǒng)，壓力設(shè)置1.3bar，自動保壓過程中比擬正常。17、18日累計注入膨潤土24立方。6月19日：采取地面深孔注漿，在盾構(gòu)刀盤處前三米，后兩米，左右各一米的區(qū)域進展充填加固注漿，漿液為水泥、水玻璃雙液漿，注漿壓力為1.2Mpa，共計21個孔，共用水泥16.8t，水玻璃10t。6月28日-29日：開場進展帶壓進倉檢查刀具，在檢查過程中，掌子面上方土體出現(xiàn)垮塌、流泥現(xiàn)象，主要位于11:00-12:00位置。隨即關(guān)閉倉門進展缺陷部位補強加固注漿，補增了6個孔位，共用水泥13.5t，水玻璃6t。地面補強注漿完成后，實現(xiàn)平安帶壓進倉檢查。7月3日再次帶壓進倉，7月4日完成刀具的檢查，情況如下：①刀具磨損情況1-14#滾刀局部脫落或磨損嚴(yán)重；15#-18#正面滾刀偏磨；21#-30#正面滾刀正常磨損20mm左右。檢查切刀40把，局部切刀磨損量在2/3左右；12把切刀磨損量在1/3左右；15把切刀完好。檢查16把邊緣刮刀，其中4把邊緣刮刀合金局部磨損2/3左右，12把邊緣刮刀合金局部少量磨損。②刀盤檢查情況刀盤磨損圍以1-3#雙聯(lián)滾刀為中心，2650mm直徑的圓形區(qū)域。刀盤磨損最寬部位為25cm。圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖圖2-3刀盤磨損寬度示意圖注:紅色區(qū)域為刀盤磨損區(qū)域。刀盤磨損圖注：此圖為豎井開挖完成后的刀盤磨損圖片。3.刀盤修復(fù)情況3.1豎井方案確定及開挖1、方案確定經(jīng)過三次刀盤修復(fù)專題會議，采取首先地表加固土體穩(wěn)定地層，然后在盾構(gòu)機切口處開挖豎井對刀盤進展修復(fù)的方案?！?〕袖閥管注漿加固注漿圍為盾體左右兩側(cè)各1.0m，刀盤前方3.0m,刀盤前方2.0m；布孔間距不大于1.5m,布孔深度為刀盤上方0.5m-1.5m，刀盤前方入巖0.3米。后又在此次注漿的根底上進展二次加密注漿，兩次共計注水泥漿86m3，水玻璃圖3-1注漿圍及注漿孔位平面布置圖圖3-2注漿圍及注漿孔位剖面布置圖(2)樹根樁注漿加固為防止豎井開挖過程中前方土體失穩(wěn)，根據(jù)專家會意見，在刀盤右前方打設(shè)兩排樹根樁。樹根樁樁徑φ150mm，樁間距200mm，樁深入巖層50cm，注入水泥-水玻璃雙液漿。本次因管線及大樹影響，共打設(shè)樹根樁19根，每根樁注入漿液約為1t水泥量，未到達預(yù)期密排隔斷、加固效果。圖3-3樹根樁注漿圍及注漿孔位平面布置圖(3)豎井開挖過程施工豎井平面為矩形，凈空尺寸為1650mm×1800mm，豎井采用倒掛井壁法施工，人工分層開挖。以刀盤頂部20cm處為分界面，分上下兩局部施工，上部為封閉構(gòu)造，下部為敞口式"U〞構(gòu)造。同時為確保豎井構(gòu)造穩(wěn)定及刀盤修復(fù)過程中刀盤前方土體穩(wěn)定，在刀盤前方及豎井前方布設(shè)三根人工挖孔樁(一根900mm、兩根800mm〕。圖3-4豎井與盾構(gòu)機平面圖圖3-5豎井與圍護樁施工順序圖圖3-6豎井與盾構(gòu)機正視圖圖3-7豎井及盾構(gòu)機剖面圖3.2刀盤維修方案確定及實施1、刀盤修復(fù)方案確定在確定盾構(gòu)機刀盤磨損后，在實施地表加固及豎井開挖期間，聯(lián)系廠家〔中鐵工程裝備集體盾構(gòu)公司〕雙方確定了刀盤修復(fù)方案如下：〔1〕施工流程圖土倉整體加固，包括地下水阻隔，確保掌子面穩(wěn)定。準(zhǔn)備刨除刀盤中心區(qū)域磨損滾刀刀箱、刮刀刀座、加強筋板和噴口，對磨損刀梁進展打磨或切割修整。確保倉內(nèi)空氣流通、時刻檢測倉內(nèi)CH4、CO含量，作業(yè)人員每小時輪換，人倉與土倉通道派人不連續(xù)值守。刀盤及土倉渣土清理作業(yè)豎井開挖。土倉整體加固，包括地下水阻隔，確保掌子面穩(wěn)定。準(zhǔn)備刨除刀盤中心區(qū)域磨損滾刀刀箱、刮刀刀座、加強筋板和噴口，對磨損刀梁進展打磨或切割修整。確保倉內(nèi)空氣流通、時刻檢測倉內(nèi)CH4、CO含量，作業(yè)人員每小時輪換，人倉與土倉通道派人不連續(xù)值守。刀盤及土倉渣土清理作業(yè)豎井開挖。新制磨損滾刀刀箱、刮刀刀座、刮刀保護塊、刀盤噴口，包括采購滾刀及刮刀安裝所需螺栓?！才c其他工序可同步進展〕對刀盤中心區(qū)域磨損刀梁剩余寬度進展準(zhǔn)確測量，同時測量該區(qū)域刀梁之間的位置關(guān)系，即平面度、平行度、垂直度。刀盤構(gòu)造焊接修復(fù)，注意焊接順序。刀盤在此過程中需旋轉(zhuǎn)，以便鋼板焊接。﹡﹡校核、修整校核、修整根據(jù)初步測量尺寸下料刀盤主梁、主梁筋板，制備坡口?！才c其他工序可同步進展〕中心兩路刀盤噴口定位、焊接，管路焊接及保護。新制刮刀刀座、刮刀保護塊定位和焊接，根據(jù)新制刮刀刀座背部與原有刀座背部同平面定位。中心刀箱和單刃刀箱定位、焊接，根據(jù)新制刀箱背部與原刀箱背部的同平面位置關(guān)系定位。滾刀、刮刀刀具安裝。完成圖3-8刀盤修復(fù)流程圖〔2〕刀盤修復(fù)空間示意圖由于豎井的尺寸為1650mm，刀盤維修部位直徑為2650mm，在維修過程中，要對刀盤進展轉(zhuǎn)動才可滿足刀盤的維修工作。圖3-9刀盤中間三維模型圖圖3-10掌子面作業(yè)空間視覺圖〔3〕刀盤構(gòu)造修復(fù)圖3-11刀盤構(gòu)造修復(fù)示意圖=1\*GB3①刨除中心區(qū)域磨損滾刀刀箱、刮刀刀座、中心刀盤噴口等，對磨損刀梁進展打磨或火焰切割修整，處理完后測量磨損刀梁各部位剩余寬度；=2\*GB3②通過測得數(shù)值現(xiàn)場校核每塊下料鋼板的尺寸，并進展局部修整；=3\*GB3③考慮到土倉的空間及鋼板的定位，如下圖0°和180°主梁分成A、B、C三塊進展拼焊，A、B、C三塊全部拼焊完成后，依次焊接主梁D〔總共四塊〕以及主梁之間的筋板〔1、2、3、4〕，完成之后對刀盤45°、135°、225°、315°四個副梁進展修復(fù)，由于副梁磨損區(qū)域較小，根據(jù)現(xiàn)場下料焊接修復(fù)?！?〕新制刀箱的定位和焊接，刀盤噴口的定位和焊接，所有刀具的安裝。圖3-12刀盤維修后效果圖〔從刀盤背部視覺〕〔5〕土倉作業(yè)技術(shù)要求=1\*GB3①為便于土倉打磨、定位和焊接等作業(yè)，刀盤在此過程中需頻繁旋轉(zhuǎn)，故需保證土倉整個環(huán)境土體巖層的穩(wěn)定。=2\*GB3②土倉作業(yè)時焊接所產(chǎn)生的煙霧比擬大，部環(huán)境溫度較高，需保證土倉具有較好的空氣流通。=3\*GB3③磨損主梁焊接面需打磨見金屬光澤，采用多層多道焊接，保證主梁連接強度；=5\*GB3⑤鋼板焊前坡口需預(yù)熱及焊后保溫，同時注意控制焊接變形，必要時可打工藝輔助支撐梁，保證刀箱安裝空間；=6\*GB3⑥為防止土倉部積水，在前盾隔板底部需連接1-2個水管，利用水泵及時排水；=7\*GB3⑦土倉空間布置一定數(shù)量的照明燈，特別是作業(yè)空間處的照明，保證作業(yè)人員的正常工作。=8\*GB3⑧嚴(yán)格按照平安技術(shù)交底進展刀盤修復(fù)工作。刀盤修復(fù)過程刀盤修復(fù)時間為2014年10月13日-11月3日。刀盤修復(fù)工作實行領(lǐng)導(dǎo)值班制度，重點工作注重修復(fù)過程中的平安檢查及防護工作，尤其時刻觀察掌子面的變化情況，同時對掌子面進展有效的防護工作?！?〕長短刀梁定位和焊接=1\*GB3①由于舊刀梁變形區(qū)域較多，使用高溫矯正后對接，對于變形量較大處，采取焊后對突起處刨除；=2\*GB3②焊縫采用多層多道焊；=3\*GB3③焊前預(yù)熱，焊后保溫；=4\*GB3④采取焊接防變形措施；使用鋼筋支撐，做為反變形措施；圖3-13長刀梁定位圖〔2〕副梁焊接=1\*GB3①對45°、135°、225°、315°共四處的副梁進展修復(fù)，修復(fù)至原樣；=2\*GB3②對45°和225°的副梁增加耐磨焊條。圖3-14副梁耐磨焊圖〔3〕刮刀刀座和保護塊定位=1\*GB3①刮刀刀座定位尺寸誤差≤2mm；=2\*GB3②在3號刮刀和4號刮刀保護塊上