城市地鐵泥水盾構(gòu)硬巖段掘進(jìn)工法

1城市地鐵泥水盾構(gòu)硬巖段掘進(jìn)工法我國(guó)地下隧道盾構(gòu)施工技術(shù)日益成熟，盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)與制造不斷得到發(fā)展創(chuàng)新，盾構(gòu)施工在安全性、經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量和進(jìn)度等方面優(yōu)勢(shì)明顯，特別針對(duì)地下水豐富，地質(zhì)復(fù)雜多變情況。目前國(guó)內(nèi)城市地鐵在長(zhǎng)距離硬巖地層中常采用礦山法暗挖與盾構(gòu)組合工法實(shí)施。采用盾構(gòu)工法施工長(zhǎng)距離硬巖成功案例較少。硬巖地層巖性復(fù)雜多變，對(duì)盾構(gòu)機(jī)選型、設(shè)計(jì)制造、施工帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。盾構(gòu)施工長(zhǎng)距離硬巖具有掘進(jìn)距離長(zhǎng)、工效慢、成本高、工期風(fēng)險(xiǎn)高等特性。如果盾構(gòu)選型不合理或掘進(jìn)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)極易造成刀具異常損壞、刀盤修復(fù)等風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)內(nèi)城市地鐵在長(zhǎng)距離硬巖地鐵施工綜合考慮經(jīng)濟(jì)、安全、進(jìn)度等因素，常采用暗挖礦山法與盾構(gòu)組合工法施工。但針對(duì)地下隧道穿越繁華市區(qū)、水文資源保護(hù)區(qū)、大型建（構(gòu)）筑物、歷史文物保護(hù)區(qū)等不具備暗挖爆破施工條件，只能采用盾構(gòu)技術(shù)解決長(zhǎng)距離硬巖掘進(jìn)。綜合盾構(gòu)工法在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)距離硬巖盾構(gòu)掘進(jìn)就成為必然選擇。xx地鐵xx線荊溪新城站~中間風(fēng)井區(qū)間單線長(zhǎng)約1.8km，硬巖地層約710米，采用2臺(tái)開挖直徑為6.52m的氣墊式泥水平衡盾構(gòu)機(jī)施工，盾構(gòu)下穿閩江、別墅區(qū)、平均埋深55-69米深山體。項(xiàng)目在借鑒TBM硬巖施工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以地質(zhì)為基礎(chǔ)、設(shè)備為關(guān)鍵原則進(jìn)行盾構(gòu)施工管理，施工中做好掘進(jìn)技術(shù)、施工管理，安全快速通過(guò)長(zhǎng)距離硬巖地層。依托該項(xiàng)目進(jìn)行泥水盾構(gòu)硬巖掘進(jìn)技術(shù)工法研究，最終形成了《城市地鐵泥水盾構(gòu)長(zhǎng)距離硬巖掘進(jìn)工法》成果，該工法取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，為今后類似工程提供了可借鑒的成功工程案例。2.1對(duì)周邊環(huán)境影響小，綠色環(huán)保盾構(gòu)機(jī)直接掘進(jìn)硬巖，節(jié)約爆破施工資源投入，降低了對(duì)環(huán)境的不良影響。盾構(gòu)硬巖掘進(jìn)施工噪音低，泥漿處理廠能實(shí)現(xiàn)零污染排放。特別對(duì)城區(qū)隧道硬巖地層，盾構(gòu)工法施工優(yōu)勢(shì)明顯。2.2工法適應(yīng)性強(qiáng)，掘進(jìn)高效該工法適應(yīng)各種掘進(jìn)環(huán)境，對(duì)高強(qiáng)度硬巖掘進(jìn)適應(yīng)性強(qiáng)，尤其對(duì)地面環(huán)境復(fù)雜隧道具有極大的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的刀盤結(jié)構(gòu)、刀具配置、刀間距，推進(jìn)系統(tǒng)、泥艙內(nèi)沖刷系統(tǒng)、盾體穩(wěn)定性等進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)與優(yōu)化，掘進(jìn)中總結(jié)掘進(jìn)參數(shù)并實(shí)時(shí)調(diào)整，定期檢查刀具，加強(qiáng)換刀與掘進(jìn)工序管理，掘進(jìn)效率顯著提升。2.3經(jīng)濟(jì)效益明顯正確的盾構(gòu)機(jī)選型和動(dòng)態(tài)的掘進(jìn)參數(shù)管理，施工綜合效率加快，極大縮短工期降低了施工成本投入。常規(guī)盾構(gòu)機(jī)只需進(jìn)行改造優(yōu)化，有效提升盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)范圍，避免新造盾構(gòu)機(jī)，減少經(jīng)濟(jì)投入。選擇最優(yōu)刀具配置，降低刀具消耗成本。硬巖掘進(jìn)出渣的碎石和砂經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理能直接做為原材料投入工程使用，經(jīng)濟(jì)效益最大化。該工法適用于城市地鐵泥水盾構(gòu)硬巖段掘進(jìn)施工。1、對(duì)工程地質(zhì)進(jìn)行調(diào)研分析，以地質(zhì)為基礎(chǔ)，進(jìn)行泥水盾構(gòu)機(jī)針對(duì)性選型和設(shè)計(jì)優(yōu)化提高適應(yīng)性，通過(guò)刀具試驗(yàn)優(yōu)化刀間距設(shè)置和刀具配置。2、硬巖施工中遵循“低貫入度、高轉(zhuǎn)速、勤檢查、早更換”原則。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試掘進(jìn)總結(jié)優(yōu)化參數(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。3、優(yōu)化刀具固定工藝，減少換刀頻次，過(guò)程中不斷總結(jié)刀具磨損規(guī)律，選擇最優(yōu)刀具配置方案。盾體中盾頂部設(shè)置防震裝置設(shè)計(jì)，減緩盾構(gòu)主機(jī)震動(dòng)，改善掘進(jìn)工況。24、加大日常刀具和盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵部件的維護(hù)保養(yǎng)力度，實(shí)施強(qiáng)制性措施，確保設(shè)備的完好，施工過(guò)程中做好泥漿環(huán)流系統(tǒng)控制、管路磨損檢測(cè)及修補(bǔ)工作，確保隧洞施工安全、快速、高效。5.1城市地鐵泥水盾構(gòu)硬巖段掘進(jìn)工法施工工藝流程詳細(xì)施工工藝流程見(jiàn)圖5.1-1。圖5.1-1城市地鐵泥水盾構(gòu)硬巖段掘進(jìn)工藝流程35.2操作要點(diǎn)5.2.1工程地質(zhì)資料分析評(píng)估與補(bǔ)勘結(jié)合詳勘資料和工程實(shí)際情況，對(duì)隧道所處硬巖地質(zhì)、水文地質(zhì)條件進(jìn)行全面分析，調(diào)研國(guó)內(nèi)相似地質(zhì)施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合既有地質(zhì)資料分析的結(jié)果，確定補(bǔ)充地質(zhì)勘察方案。補(bǔ)充勘察關(guān)鍵位置選擇應(yīng)考慮：巖性發(fā)生變化或其它地質(zhì)構(gòu)造突變地段、巖石堅(jiān)硬程度、風(fēng)化程度、結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況、強(qiáng)度巖脈的分布與特征。針對(duì)高硬巖，采用理論分析、數(shù)值分析、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、系統(tǒng)研發(fā)等方法。通過(guò)理論建模對(duì)盾構(gòu)推力、刀具進(jìn)行驗(yàn)算，以確定刀具性能滿足掘進(jìn)；通過(guò)地層分析研究，確定泥漿比重及環(huán)流控制標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)理論分析，確定各地層的擴(kuò)散系數(shù)，確定砂漿使用類型及同步注漿量；通過(guò)理論分析計(jì)算，確定了不同強(qiáng)度巖石下刀盤滾刀擠壓力、盾構(gòu)機(jī)推力、貫入度等參數(shù)參考值，為硬巖段掘進(jìn)參數(shù)確定提供參考。5.2.2盾構(gòu)機(jī)針對(duì)性設(shè)計(jì)與優(yōu)化1、在高強(qiáng)度硬巖地層選擇復(fù)合式結(jié)構(gòu)新制刀盤，中心區(qū)域采用整體鑄造，刀盤采用低開口率設(shè)計(jì)保證高推力刀盤結(jié)構(gòu)和功能安全，對(duì)刀盤的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行有限元受力驗(yàn)算，針對(duì)性加強(qiáng)設(shè)計(jì)，防止刀盤變形、裂紋、斷裂，保護(hù)刀盤刀具。2、對(duì)刀具進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化，新制刀盤盡量減少中心刀數(shù)量，減小正面滾刀刀間距，提高破巖效率，正面滾刀軸承選用大尺寸刀具軸承，滾刀刀腔能安裝不同尺寸刀，滿足不同硬巖強(qiáng)度刀具掘進(jìn)適應(yīng)能力3、優(yōu)化硬巖地質(zhì)掘進(jìn)刀盤高轉(zhuǎn)速掘進(jìn)防振動(dòng)技術(shù)；在盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)階段參考借鑒TMB施工經(jīng)驗(yàn)，在盾體中盾頂部設(shè)計(jì)油缸撐靴，掘進(jìn)振動(dòng)大時(shí)，伸出撐靴接觸巖層減緩振動(dòng)，改善施工工況。4、優(yōu)化刀盤倉(cāng)內(nèi)泥漿沖刷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，刀盤內(nèi)增設(shè)專用沖刷泵和沖刷管路；刀盤面板、泥漿循環(huán)管路等易磨損部位均采用耐磨材料。泥漿循環(huán)彎頭管路增加耐磨層厚度。5、加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率設(shè)計(jì)，增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)功率，提高刀盤設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，增加額定扭矩，脫困扭矩設(shè)計(jì)。5.2.3進(jìn)入硬巖前開倉(cāng)更換刀具進(jìn)入硬巖前盾構(gòu)基本會(huì)穿越軟硬不均過(guò)渡段，盾構(gòu)施工完軟硬不均復(fù)合地層后，按計(jì)劃進(jìn)行開倉(cāng)檢查刀具。根據(jù)推力、扭矩、速度等關(guān)鍵參數(shù)波動(dòng)情況，現(xiàn)場(chǎng)渣樣地質(zhì)分析和地面環(huán)境情況綜合判斷開倉(cāng)模式，在不能判斷地層為全斷面硬巖時(shí)，必須按照帶壓開倉(cāng)準(zhǔn)備，第一倉(cāng)帶壓進(jìn)行，根據(jù)第一倉(cāng)對(duì)地質(zhì)的判斷結(jié)果確定后續(xù)開倉(cāng)模式。按硬巖段刀具配置方案更換刀具。5.2.4硬巖段試掘進(jìn)與參數(shù)總結(jié)通過(guò)理論計(jì)算盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)主要理論參數(shù)作為參考值，掘進(jìn)總結(jié)中以刀具貫入度為核心，刀盤轉(zhuǎn)速，刀盤扭矩、刀具磨損量的原則進(jìn)行參數(shù)分析和總結(jié)。通過(guò)試驗(yàn)段，刀具（滾刀）貫入度控制在2.5mm/r～3mm/r,刀盤扭矩波動(dòng)值控制在500Kn.m以內(nèi)。掘進(jìn)參數(shù)以刀具貫入度保持不變，不同硬巖強(qiáng)度設(shè)定合適刀盤轉(zhuǎn)速，分析總結(jié)刀盤扭矩、刀具磨損量、掘進(jìn)速度統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比表，以刀具扭矩穩(wěn)定、刀具磨損量速率慢，掘進(jìn)速度較快的參數(shù)組合為最優(yōu)。5.2.5掘進(jìn)參數(shù)優(yōu)化與動(dòng)態(tài)調(diào)整1、刀盤轉(zhuǎn)速優(yōu)化硬巖掘進(jìn)滾刀滾動(dòng)產(chǎn)生的沖擊和碾壓進(jìn)而達(dá)到破巖目的，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)能力和理念，泥水盾構(gòu)在完整性較好的巖層宜采用較快的刀盤轉(zhuǎn)速，刀盤轉(zhuǎn)速控制在2.5～3rpm。巖層較破碎地層降低刀盤轉(zhuǎn)速，確保刀具在瞬間受到的沖擊不超過(guò)刀具安全荷載。2、掘進(jìn)壓力的設(shè)定硬巖中掌子面的自穩(wěn)性較好，泥水倉(cāng)壓力保證泥漿循環(huán)出渣及抵擋地下靜水壓力即可，與地層水壓力相等設(shè)置，若地下水較豐富，氣墊倉(cāng)壓力可適當(dāng)調(diào)高0.1～0.2bar，降低掌子面的滲透水量，從而降低地層水的流失。3、關(guān)鍵掘進(jìn)參數(shù)設(shè)定刀具貫入度設(shè)定在3-5mm/rpm。硬巖推力要控制不能超過(guò)刀具設(shè)計(jì)承載力的80％，宜為500~1000kn.m之間。泥漿進(jìn)漿流量600～650m3/h,排漿流量650～700m3/h，出漿泥漿比重超過(guò)1.35g/cm34進(jìn)行廢漿處理。滾刀的切削扭矩為：T11=m.FR.Rqm—滾刀的數(shù)量；m——刀盤上滾刀的數(shù)目；FR——盤形滾刀滾動(dòng)力；R——盤形滾刀平均安裝半徑，一般可取Rq=0.59×(D/2)。5.2.6按計(jì)劃停機(jī)檢查刀具、刀盤1、刀具管理原則掘進(jìn)中刀具管理遵循“有疑必檢，有損必?fù)Q、勤檢查、勤更換、單次少更換”的原則，制定長(zhǎng)距離強(qiáng)度硬巖刀具維修管理制度、刀具配件進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)、刀具配件更換與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。2、刀具檢查硬巖段掘進(jìn)13-16m距離定期檢查刀具，根據(jù)刀具磨損情況建立刀具磨損速率與掘進(jìn)距離關(guān)系，為硬巖掘進(jìn)提供主動(dòng)檢查、更換刀具的依據(jù)。根據(jù)掘進(jìn)參數(shù)、刀具檢查數(shù)據(jù)、刀盤異常聲響等綜合判斷對(duì)刀具維修；刀具螺栓、刀盤面板等主動(dòng)定期檢查標(biāo)準(zhǔn)。連續(xù)2環(huán)推力持續(xù)增加，單環(huán)扭矩突變或累計(jì)變化值超過(guò)300kn*m,不能判斷非刀具磨損原因時(shí)必須開倉(cāng)檢查刀具；渣樣中片狀、塊狀減少，砂狀、石粉明顯較上環(huán)增多超過(guò)50%時(shí)，結(jié)合掘進(jìn)參數(shù)確定是否開倉(cāng)檢查刀具。3、刀具更換標(biāo)準(zhǔn)為有效避免刀盤磨損，當(dāng)?shù)毒吣p到一定程度或意外損壞時(shí)，必須將其更換，結(jié)合項(xiàng)目硬巖掘進(jìn)施工參數(shù)與刀具磨損經(jīng)驗(yàn)總結(jié)刀具更換標(biāo)準(zhǔn)。①相鄰刀高差超過(guò)5mm需調(diào)整刀具配置或更換刀具。同一軌跡滾刀必須同時(shí)更換。②當(dāng)?shù)毒叱霈F(xiàn)合金斷裂、刀圈斷裂、擋圈脫落或刀圈移位、刀座磨損、刀具漏油、刀具軸承損壞、刀圈嚴(yán)重偏磨等必須更換③周邊刮刀出現(xiàn)合金脫落或磨損量達(dá)到15-20mm必須更換。滾刀或周邊刮刀掉落必須進(jìn)行打撈。④切刀合金掉落2個(gè)以上（包括兩個(gè)）必須更換，切刀銷軸螺栓有掉落或者松動(dòng)的必須處理。⑤滾刀使用100米以上的，若刀具還能正常使用，楔塊螺栓必須更換，刀體兩側(cè)楔塊必須加防松墊圈。4、刀具螺栓緊固換刀完成后對(duì)全部刀具螺栓首次復(fù)緊，不同螺栓尺寸按照設(shè)計(jì)扭矩值復(fù)緊；關(guān)倉(cāng)后刀盤接觸掌子面以0.5r/min轉(zhuǎn)速，正反轉(zhuǎn)各5分鐘，刀盤扭矩設(shè)定值高于滾刀啟動(dòng)扭矩值1.5倍且不低于300kn.m，確保刀具在掌子面碾出軌跡。檢查正常后刀盤轉(zhuǎn)速提升至1.5r/min開始掘進(jìn)200mm，扭矩控制在500KNm-600KNm，開倉(cāng)進(jìn)行拉緊塊螺栓二次復(fù)緊。對(duì)第一顆螺帽與拉緊塊進(jìn)行點(diǎn)焊加固，使用風(fēng)動(dòng)扳手將第二顆螺帽打緊。5.2.7刀具維修1、配備無(wú)塵刀具維修車間，設(shè)置刀具儲(chǔ)物間，刀具車間配置高壓清洗機(jī)、工業(yè)吸塵器、工裝臺(tái)、壓床、工業(yè)烤箱、高頻設(shè)備、可行走電動(dòng)葫蘆、升降式液壓叉車、空壓機(jī)等維修設(shè)備。2、刀具工程師以刀軸為單位建立檔案，完善從新刀直至報(bào)廢的全過(guò)程維修資料；現(xiàn)場(chǎng)換刀以滾刀軌跡為單位建立檔案，記錄當(dāng)前地層數(shù)據(jù)、更換前技術(shù)參數(shù)及更換后技術(shù)參數(shù)，摸索總結(jié)出不同地層的滾刀磨損數(shù)據(jù)；嚴(yán)控刀具維修質(zhì)量，制定刀具配件更換鑒定表，對(duì)刀具維修各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行過(guò)程把控和維修后評(píng)價(jià)。3、刀具工程師以滾刀軌跡為單位，對(duì)各種配件的損壞形式進(jìn)行分析研究，特別是刀圈（懸磨崩刃情況）、軸承（受力情況）、浮動(dòng)密封（密封情況）和壓力補(bǔ)償裝置（工作壓力情況）等，為滾刀進(jìn)一步優(yōu)化積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的同時(shí)，亦可反饋優(yōu)化各項(xiàng)掘進(jìn)參數(shù)，為后續(xù)硬巖掘進(jìn)提供指導(dǎo)。4、舊刀翻新后做好維修記錄和存放管理，刀具維修、裝配好后，及時(shí)對(duì)更換部件、維修情況進(jìn)行對(duì)記錄（填報(bào)刀具維修記錄表，修復(fù)后刀具，重新進(jìn)行鋼印標(biāo)識(shí)，確保編號(hào)清晰完整后，按刀具型號(hào)、類別運(yùn)放至項(xiàng)目部指定區(qū)域存放待用。5.2.6盾構(gòu)機(jī)防震動(dòng)措施1、借鑒TBM機(jī)施工經(jīng)驗(yàn)，在盾構(gòu)機(jī)前盾中盾頂部各增加2道撐靴共4個(gè)撐靴，掘進(jìn)中伸出油缸接觸巖層減少盾體振動(dòng)，可有效減小盾體震動(dòng)效果，保護(hù)刀盤刀具。52、硬巖地層下盾構(gòu)機(jī)主體振動(dòng)大，振動(dòng)對(duì)盾構(gòu)主機(jī)關(guān)鍵零部件造成損壞，影響設(shè)備功能穩(wěn)定性外，同時(shí)影響盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)向系統(tǒng)精準(zhǔn)度。盾構(gòu)機(jī)上設(shè)備振動(dòng)在硬巖掘進(jìn)過(guò)程中無(wú)法避免和消除，過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行潤(rùn)滑、緊固、清潔與防護(hù)，改變附屬部件的固定方式，將剛性固定優(yōu)化成“半剛性+半軟連接”連接方式，電機(jī)設(shè)備螺栓安裝減震墊，緩解振動(dòng)，提高部件的使用壽命。5.3勞動(dòng)力組織為了保證快速、安全、順利施工，施工中科學(xué)、合理組織勞動(dòng)力是本工法實(shí)施的有力保證，勞動(dòng)力配置見(jiàn)表5-2。表5.3-1勞動(dòng)力組織配備表（單線）12364253627284324226.1材料本工法除了配置滾刀配件材料以滿足長(zhǎng)距離硬巖地層掘進(jìn)需求外，其他所有材料均為一般盾構(gòu)施工的常規(guī)材料，沒(méi)有因采用本工法而需要投入的特殊材料。表6.1-1刀具配件材料119/20寸單刃滾刀236.2主要設(shè)備配置本工法除常規(guī)盾構(gòu)掘進(jìn)主要掘進(jìn)設(shè)備配置外，只需增加刀盤維修車間相關(guān)設(shè)備即可。機(jī)械設(shè)備配置表見(jiàn)6.2-1。表6.2-1主要設(shè)備機(jī)具表序號(hào)機(jī)械名稱規(guī)格、技術(shù)參數(shù)數(shù)量備注11213141516171819套1臺(tái)16臺(tái)1臺(tái)1臺(tái)臺(tái)1套1套1本工法除遵循施工設(shè)計(jì)圖紙等文件的技術(shù)要求和現(xiàn)行的各種設(shè)計(jì)、國(guó)家和地方施工、驗(yàn)收規(guī)范及規(guī)程外，還著重從以下幾點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)施工質(zhì)量的控制。7.1掘進(jìn)中嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)，時(shí)刻關(guān)注掘進(jìn)速度與推力、扭矩、刀盤貫入度之間的關(guān)系；掘進(jìn)速度應(yīng)勻速掘進(jìn)，每環(huán)波動(dòng)不宜過(guò)大，出現(xiàn)異常參數(shù)停機(jī)進(jìn)行分析處理完畢后恢復(fù)掘進(jìn)。7.2掘進(jìn)過(guò)程中時(shí)刻關(guān)注磨損檢測(cè)刀具檢測(cè)情況，若出現(xiàn)刀具磨損出現(xiàn)報(bào)警，則立即停機(jī)開倉(cāng)檢查刀具。7.3掘進(jìn)過(guò)程中嚴(yán)格控制泥漿性能，每環(huán)人工復(fù)測(cè)泥漿參數(shù)并做好記錄，泥漿指標(biāo)不滿足渣土循環(huán)時(shí)立即制備新鮮泥漿，起到保護(hù)刀盤刀具和泥漿管路。7.4嚴(yán)格控制同步注漿量和注漿壓力，如發(fā)現(xiàn)不符合交底要求時(shí)，必須調(diào)整注漿方式。施工中每隔20環(huán)注雙液漿封水環(huán)阻隔地下水，管片上浮量超過(guò)30mm時(shí)盾尾二次補(bǔ)充注漿。測(cè)量人員定期對(duì)每環(huán)管片上浮情況進(jìn)行測(cè)量，及時(shí)將測(cè)量結(jié)果反饋至施工現(xiàn)場(chǎng)便于及時(shí)采取措施，保證盾構(gòu)掘進(jìn)質(zhì)量；測(cè)量組必須定期對(duì)導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行人工復(fù)測(cè)消除測(cè)量誤差。7.5掘進(jìn)過(guò)程中，值班工程師要關(guān)注管片質(zhì)量情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即上報(bào)，并做好詳細(xì)記錄。管片安裝前檢查有無(wú)缺棱掉角，止水條脫落、破損，若有更換管片，質(zhì)量缺陷管片重新修補(bǔ)經(jīng)過(guò)質(zhì)檢工程師驗(yàn)收合格后才能使用。7.6掘進(jìn)參數(shù)動(dòng)態(tài)管理過(guò)程中，值班工程師、主司機(jī)要發(fā)揮主動(dòng)性，隨時(shí)調(diào)整，加強(qiáng)溝通嚴(yán)格按照盾構(gòu)施工報(bào)警制度進(jìn)行控制7.7盾構(gòu)掘進(jìn)中嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài)，硬巖段每環(huán)管片水平糾偏控制在2-3mm/m,垂直糾偏控制在3mm/m,充分利用盾體鉸接系統(tǒng)，推進(jìn)油缸分區(qū)油壓差進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，偏離應(yīng)勤糾緩糾。7.8對(duì)管片背后環(huán)形間隙充填不密實(shí)、結(jié)構(gòu)與地層變形不能得到有效控制或變形危及地面安全時(shí)、或存在地下水滲漏區(qū)段，可通過(guò)二次注漿孔對(duì)管片背后進(jìn)行補(bǔ)充注漿。7.9選擇13mm壁厚泥漿管，盾構(gòu)機(jī)拖車上泥漿管采取耐磨材料外，在管道轉(zhuǎn)彎處加焊管道，掘進(jìn)過(guò)程中安然人員定期檢查泥漿管道，重點(diǎn)檢查管路彎頭部位，低于6mm時(shí)必須更換管路。8.1地質(zhì)勘探作業(yè)期間，作業(yè)人員必須嚴(yán)格遵守鉆探安全操作規(guī)程，不得違章指揮、違章作業(yè)，違反勞動(dòng)紀(jì)律．操作人員必須注意觀察套管與返漿，謹(jǐn)慎操作。鉆機(jī)鉆孔時(shí)，當(dāng)機(jī)架出現(xiàn)搖晃、移動(dòng)、偏斜或鉆頭內(nèi)發(fā)出有節(jié)奏的響聲時(shí)，立即停鉆，經(jīng)處理后，方可繼續(xù)鉆進(jìn)。8.2做好同步注漿管路檢查，管路接頭連接質(zhì)量，注漿過(guò)程嚴(yán)控注漿壓力，防止爆管傷人。8.3硬巖地層過(guò)程中，嚴(yán)格監(jiān)控掘進(jìn)參數(shù)變化，控制掘進(jìn)速度、出渣量、總推力及泥水倉(cāng)壓力，通過(guò)掘進(jìn)參數(shù)的變化判斷掌子面掘進(jìn)時(shí)可能出現(xiàn)的異常情況，掌子面出現(xiàn)較大塌落時(shí)及時(shí)停止掘進(jìn)，組織相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行討論并制定相應(yīng)對(duì)策。8.4盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中做好電瓶車水平運(yùn)輸和龍門吊垂直運(yùn)輸安全管控，。8.5盾構(gòu)在硬巖地層掘進(jìn)時(shí)，及時(shí)做好地表、洞內(nèi)等監(jiān)測(cè)工作，并及時(shí)反饋。8.6硬巖常壓開倉(cāng)前全面檢查壓縮空氣系統(tǒng)的功能。通過(guò)壓力表，檢查開挖倉(cāng)、作業(yè)倉(cāng)、人閘倉(cāng)的密閉性能。對(duì)空氣壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣罐工作壓力是否正常；對(duì)倉(cāng)內(nèi)各種起重工具和清倉(cāng)工具列表進(jìn)行檢查。8,7常壓開倉(cāng)時(shí)，倉(cāng)內(nèi)空氣置換采用保壓系統(tǒng)進(jìn)出氣閥“調(diào)整進(jìn)出氣體流量差”的方法來(lái)?yè)Q氣，通過(guò)進(jìn)~排氣的循環(huán)，將倉(cāng)內(nèi)氣體進(jìn)行置換；倉(cāng)內(nèi)氣體置換不得小于2h，工期期間，現(xiàn)場(chǎng)安全員定期對(duì)倉(cāng)內(nèi)空氣進(jìn)行有毒其他檢測(cè)并做好施工記錄。79.1嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家頒布的《環(huán)境保護(hù)法》，在全部施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制噪音、粉塵等對(duì)周邊環(huán)境的污染。9.2加強(qiáng)施工人員的環(huán)保意識(shí)教育，減少人為的環(huán)境污染。9.3施工產(chǎn)生的泥漿，未經(jīng)沉淀處理不得排入排水管網(wǎng)或河流，廢漿應(yīng)使用封閉的專用車進(jìn)行運(yùn)輸。設(shè)置水處理池，污水在三級(jí)沉淀基礎(chǔ)上增加涌水處理站，采用添加化學(xué)藥劑聚合氯化鋁（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）化學(xué)藥劑加快絮凝反應(yīng)和泥水分離沉降。采用PH試紙定期對(duì)出水進(jìn)行檢測(cè)，保證水處理后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。9.4裝運(yùn)材料、土石方、建筑垃圾的車輛，采取有效措施，保證行駛中污染道路和環(huán)境，嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)定。9.5進(jìn)場(chǎng)材料、成品、半成品以及構(gòu)件等分門別類，堆放整齊，機(jī)械設(shè)備指定專人保養(yǎng)，保持運(yùn)行正常，機(jī)容整潔。9.6現(xiàn)場(chǎng)工程概況牌、施工組織網(wǎng)絡(luò)牌、安全紀(jì)律牌、安全宣傳牌、防火須知牌、事故記錄牌和施工總平面圖要設(shè)置齊全，規(guī)格統(tǒng)一，內(nèi)容完善，位置醒目。9.7在工作場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置沉淀池，對(duì)施工廢水進(jìn)行沉淀凈化，并用于場(chǎng)地內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆返臑⑺祲m。對(duì)施工中產(chǎn)生的廢泥漿，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排入市政管網(wǎng)，廢泥漿使用專門的車輛運(yùn)輸，防止遺灑、污染路面。本工法正確的盾構(gòu)機(jī)選型，過(guò)程中加強(qiáng)刀具管理和掘進(jìn)參數(shù)控制，較常規(guī)硬巖地層平均綜合施工進(jìn)度提高50%?？s減施工工期，節(jié)約施工成本。產(chǎn)生了極大的社會(huì)效益。1、本工法只需對(duì)常規(guī)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行針對(duì)性改造和優(yōu)化，舊設(shè)備改造費(fèi)用比新造盾構(gòu)機(jī)能低，極大的節(jié)約資金投入，給企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。2、在刀具選型前進(jìn)行刀具專項(xiàng)試驗(yàn)，過(guò)程中優(yōu)化刀具固定工藝，刀具翻新維修等措施延長(zhǎng)滾刀刀具使用壽命，減少刀具消耗，減少刀具成本約300萬(wàn)元。3、加強(qiáng)硬巖地層盾構(gòu)機(jī)設(shè)備關(guān)鍵部件有效監(jiān)控，以及新材料、新技術(shù)的運(yùn)用，確保了設(shè)備的完好，減少了設(shè)備的異常損壞，節(jié)約了設(shè)備使用成本。4、采取本工法縮短工期后，人工、機(jī)械費(fèi)及其它固定投入均減少，同樣節(jié)約了施工成本。5、硬巖段盾構(gòu)掘進(jìn)出渣的碎石和細(xì)砂經(jīng)簡(jiǎn)單處理，能再次投入其他工程原材料中使用，創(chuàng)造二次經(jīng)濟(jì)效益。10.3社會(huì)效益本工法成功運(yùn)用于xx地鐵xx線長(zhǎng)距離高強(qiáng)度硬巖掘進(jìn)施工，盾構(gòu)安全、快速通過(guò)硬巖地層施工，有效規(guī)避了長(zhǎng)距離硬巖掘進(jìn)施工重大設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)城市地鐵泥水盾構(gòu)硬巖掘進(jìn)月平均進(jìn)度120米成績(jī)，推動(dòng)了城市地鐵硬巖掘進(jìn)施工水平。為類似工程在盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)、刀具配置、施工工藝等提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。10.4環(huán)境效益本工法所涉及的施工工藝、方法大部分為常規(guī)方法，機(jī)具、材料得到合理利用，盾構(gòu)按照常規(guī)模式直接掘進(jìn)通過(guò)，不需要對(duì)暗挖爆破隧道后再盾構(gòu)機(jī)空推通過(guò)，節(jié)約了資源投入，減少了環(huán)境污染問(wèn)題，符合綠色節(jié)能施工，創(chuàng)造了極大的環(huán)境效益。11.1xx地鐵xx線1標(biāo)土建一工區(qū)項(xiàng)目工程概況xx市軌道交通xx線一期工程1標(biāo)土建1工區(qū)荊溪新城站~區(qū)間風(fēng)井區(qū)間單線長(zhǎng)1.8km,其中硬巖單線掘進(jìn)長(zhǎng)度約710m。采用2臺(tái)氣墊式泥水平衡盾構(gòu)機(jī)施工,盾構(gòu)開挖直徑6.52m，隧道穿越8地層主要為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（砂土狀巖石堅(jiān)硬程度屬極軟巖，巖體完整程度屬極破碎）,中風(fēng)化花崗巖（飽和狀態(tài)巖石單軸抗壓強(qiáng)度15.23～114.00MPa，平均值71.48MPa）和微風(fēng)化花崗巖（天然狀態(tài)巖石單軸抗壓強(qiáng)度91.81～116.83MPa，平均值104.32MPa最高巖石強(qiáng)度在208Mpa。圖11.1-1盾構(gòu)掘進(jìn)區(qū)間硬巖地質(zhì)圖圖11.1-2硬巖段地質(zhì)補(bǔ)勘巖石強(qiáng)度表11.1-1區(qū)間巖石長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)范圍里程范圍工法米數(shù)（m）地質(zhì)情況左線DK13+464.167～DK14+096.096泥水盾構(gòu)631.929中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖、DK14+230.244～DK14+311.990泥水盾構(gòu)81.746微風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗斑石右線DK13+462.580～DK14+094.098泥水盾構(gòu)631.518中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖、DK14+228.651～DK14+306.953泥水盾構(gòu)78.302微風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗斑石11.2應(yīng)用案例根據(jù)硬巖段掘進(jìn)情況與刀具換刀間距情況，根據(jù)初期硬巖掘進(jìn)參數(shù)綜合分析，主要保證刀具能滿足硬巖掘進(jìn)，通過(guò)硬巖段掘進(jìn)參數(shù)及換刀統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析，平均每隔15環(huán)常壓開倉(cāng)一次檢查刀具情況，通過(guò)對(duì)刀具的磨損統(tǒng)計(jì)分析、刀具消耗情況等分析，對(duì)硬巖掘進(jìn)參數(shù)情況進(jìn)行確定。每次換刀期間掘進(jìn)刀盤轉(zhuǎn)速、扭矩為最優(yōu)掘進(jìn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析。11.2.1盾體穩(wěn)定器設(shè)計(jì)9圖5.2-2盾構(gòu)機(jī)穩(wěn)定器圖5.2-2盾構(gòu)機(jī)前盾穩(wěn)定器剖面圖11.2.1刀具配置與優(yōu)化1、新制刀盤采用6輻條+6面板復(fù)合式刀盤設(shè)計(jì)，刀盤開口率為22%，中心區(qū)域開口率為25%。硬巖段刀盤配置17寸中心雙聯(lián)滾刀；正面19寸單刃滾刀37把，滾刀軸承選用19寸，刀間距80mm，刀高185mm;焊接撕裂刀22把，刀高155mm，切刀42把，刀高135mm，邊刮刀12把，刀高135mm。滾刀刀腔設(shè)計(jì)具備安裝19寸和20寸刀。2、盾構(gòu)機(jī)硬巖段掘進(jìn)，邊滾刀更換為20寸刀圈，刀圈刃部采用窄刃（17mm），提高破巖效率，在控制刀圈不崩裂前提下，提高刀圈硬度降低磨損速率，刀圈表面硬度控制在58-62HRC,中心硬度53-57HRC。表5.2-1刀具設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)序號(hào)名稱數(shù)量/把刀高/mm刀間距/mm117寸中心雙刃滾刀4219寸單刃正面滾刀319寸單刃邊滾刀10-594焊接撕裂刀5切刀6邊刮刀7仿形刀1超挖量408大圓環(huán)增加合金耐磨板39面板耐磨保護(hù)層8圖11.2-1刀盤結(jié)構(gòu)與刀具設(shè)計(jì)圖圖11.2-2刀具防震措施11.2.1550-563環(huán)硬巖試掘進(jìn)參數(shù)1、550-563環(huán)硬巖掘進(jìn)參數(shù)分析表11.2-1550-563環(huán)硬巖掘進(jìn)參數(shù)環(huán)號(hào)推進(jìn)速度刀盤轉(zhuǎn)速刀盤切削扭矩總推進(jìn)力（kn）貫入度（mm/rpm）614941452.317729263176572431834915319507252.81839325320077273144902431782816314230253156132431717116314669242.2167882參數(shù)總結(jié)分析：盾構(gòu)剛開始硬巖地層施工，掘進(jìn)轉(zhuǎn)速達(dá)到刀盤設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速能力約48%，刀盤扭矩達(dá)到刀盤設(shè)計(jì)額定扭矩12%,平均速度4~5mm/min,硬巖掘進(jìn)設(shè)備使用能力達(dá)到設(shè)計(jì)能力約1/4。但開始掘進(jìn)初期。盾構(gòu)設(shè)備潛力能力還有很大的提升空間，后續(xù)施工需進(jìn)一步解決高頻振動(dòng)刀具螺栓固定工藝，提高滾刀貫入度，確保硬巖掘進(jìn)效率提。11.2.2920-950環(huán)硬巖掘進(jìn)參數(shù)表11.2-2920-950環(huán)硬巖掘進(jìn)參數(shù)環(huán)號(hào)推進(jìn)速度刀盤轉(zhuǎn)速刀盤切削扭矩總推進(jìn)力（kn）貫入度（mm/rpm）92015530921961135329227881471692380713646924800147799251502292690015972927997181959289341870792920173930997195589311991893219509933185549341999493520382936190154.3937194069389881744393971918185940799184419419811795594219348943198234.3944190864.3945193144946176924.3947824207329489412128294919198475418878參數(shù)總結(jié)分析：以控制刀盤扭矩為主，刀盤轉(zhuǎn)速適當(dāng)降低減少盾體振動(dòng)，推力降低約600T，通過(guò)對(duì)渣樣的取樣分析，泥漿分離設(shè)備出渣礫石直徑80%在滾刀刀間距之間，分析得出刀盤扭矩在400kn.m時(shí)，滾刀已經(jīng)達(dá)到滾刀起始扭矩達(dá)到破巖能力，掘進(jìn)轉(zhuǎn)速達(dá)到刀盤設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速能力42%，刀盤扭矩達(dá)到刀盤設(shè)計(jì)額定扭矩13.9%。分析得出硬巖掘進(jìn)設(shè)備使用能力未達(dá)到設(shè)計(jì)能力25%，盾構(gòu)設(shè)備潛力能力還有很大的提升空間，后續(xù)施工需進(jìn)一步提升盾構(gòu)關(guān)鍵設(shè)備系統(tǒng)能力。11.2.3硬巖掘進(jìn)總結(jié)正式進(jìn)入全斷面硬巖24環(huán)，第一次換刀結(jié)束后硬巖掘進(jìn)，刀具螺栓松動(dòng)損壞多，前期掘進(jìn)參數(shù)處于試驗(yàn)階段，掘進(jìn)主要問(wèn)題為刀盤、盾體振動(dòng)大，刀具螺栓螺帽松動(dòng)情況較多，制約刀盤掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行提升。通過(guò)對(duì)刀具螺栓固定工藝改進(jìn)與優(yōu)化，刀盤貫入度提升空間不高、刀盤扭矩控制在能保證滾刀起始破巖轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，以控制刀盤轉(zhuǎn)速為主，刀盤轉(zhuǎn)速越快，盾構(gòu)掘進(jìn)速度越快，通過(guò)對(duì)掘進(jìn)速度統(tǒng)計(jì)分析，提高刀盤轉(zhuǎn)2.8rpm/min。通過(guò)開倉(cāng)檢查刀具磨損情及外觀質(zhì)量檢查分析，刀具磨損范圍主要集中在刀盤外圈，刀具在刀盤外圈同樣轉(zhuǎn)速下，刀具線速度更快，刀具屬于正常消耗性磨損，盾構(gòu)刀盤轉(zhuǎn)速保持在2.8rpm內(nèi)，盾構(gòu)掘進(jìn)能力提升了50%，綜合施工進(jìn)度提高了50%。提升設(shè)備能力加快盾構(gòu)施工效果明顯，確保硬巖掘進(jìn)效率提升。表11.2-3607-640環(huán)硬巖掘進(jìn)參數(shù)分析環(huán)號(hào)推進(jìn)速度刀盤轉(zhuǎn)速刀盤切削扭矩總推進(jìn)力（kn）貫入度（mm/rpm）4.02.5491.0