鼓雞區(qū)間右線盾構隧道刀盤磨損課件

鼓雞區(qū)間右線隧道盾構掘進中刀盤磨損情況材料南京地鐵四號線TA03標項目經理部中鐵隧道集團有限公司南京地鐵四號線TA03標項目經理部二〇一五年六月鼓雞區(qū)間右線1一、工程概況二、事件過程三、刀盤修復情況四、事件原因分析五、盾構出洞后刀盤道具情況主要內容

一、工程概況主要內容2一、工程概況

鼓樓站～雞鳴市盾構區(qū)間由鼓樓站出發(fā)以半徑500m曲線轉向東北方向，沿北京東路敷設至雞鳴市站，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里程處設置聯(lián)絡通道及泵站一座。本區(qū)間使用中鐵41號盾構機施工。

復合式刀盤直徑6460mm，刀盤開口率37%，刀盤轉速為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。刀盤刀盤型式復合式材料：Q345b旋轉方向正反開口率約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/膨潤土漿注入孔數量3/2一、工程概況鼓樓站～雞鳴市盾構區(qū)間由鼓樓站出發(fā)以半徑3一、工程概況——工程地質（1）停機位置

鼓樓站～雞鳴市站區(qū)間隧道右線隧道停機時，盾構推進至653環(huán)，刀盤位于659環(huán)，盾構機頂部埋深13.35m。（2）停機位置縱斷面地質情況

根據詳細勘探資料顯示，該里程縱剖面地質從上至下依次為雜填土、粉質粘土、2-3b4淤泥質粉質粘土（厚度為4.7m）、2-4b2粉質粘土（厚度4.6m）。盾構機主要穿越3-2b2、3-1b1粉質粘土。（3）盾構刀盤位置橫斷面地質分層

根據此前帶壓開倉檢查結果和地質橫斷面圖的分析，盾構目前掘進區(qū)域確定為土巖的復合地層。掌子面70％為中風化石英砂巖，平均強度為80MPa。在刀盤的右上方存在3-2b2粉質粘土層。一、工程概況——工程地質（1）停機位置4一、工程概況——工程地質圖1-1盾構刀盤后方27m位置橫剖面地質分層圖一、工程概況——工程地質圖1-1盾構刀盤后方27m位置橫5一、工程概況——工程地質圖1-2刀盤位置現(xiàn)場鉆孔實測地質剖面圖一、工程概況——工程地質圖1-2刀盤位置現(xiàn)場鉆孔實測地質6一、工程概況——工程水文地質情況（1）設計情況根據詳勘顯示，中風化巖層中含有裂隙水，基巖裂隙水是本標段重要水源之一，富水程度差異較大，基巖中風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。接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。（2）掘進過程中噴涌情況復合地層掘進過程中，螺機口有噴涌現(xiàn)象，地層中含水量很大。一、工程概況——工程水文地質情況（1）設計情況7一、工程概況——周邊地下管線情況

1、地下管線情況序號管線名稱及特征根數埋深（m）與隧道關系1380v銅電纜10.39上方，影響小2200*200光纜10.39上方，影響小3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、交通情況

隧道周邊只有一層混凝土結構公廁一座，距離隧道較遠，影響較小。目前盾構機停機位置處于北京東路南側正下方，該路段為雙向四車道，路幅為28米。北京東路為南京市重要路段，來往車流量非常大，是連接江蘇省政府和市政府主要干道。一、工程概況——周邊地下管線情況1、地下管線情況序號管線8二、事件過程——第一次換刀情況

為保證盾構機順利通過石英砂巖和粉質粘土的復合地層，盾構機掘進至611環(huán)進行了第一次換刀，帶壓進倉更換了38把滾刀，15把切刀，6把邊緣刮刀。該區(qū)段地質情況比較復雜，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：二、事件過程——第一次換刀情況為保證盾構機9二、事件過程——第二次換刀情況2014年6月7日，盾構機在完成第一次換刀后掘進了39環(huán)，在此過程中，刀盤轉速為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，項目部立刻組織人員進行二次帶壓進倉作業(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），為了保證人員安全，停止換刀繼續(xù)掘進，中心滾刀未檢查更換。二、事件過程——第二次換刀情況2014年10二、事件過程——掘進過程停滯情況

為確保盾構機通過風險區(qū)后安全換刀，于6月12日恢復掘進，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，經項目部會診分析，可能出現(xiàn)刀具破損，6月13日653環(huán)停止掘進。二、事件過程——掘進過程停滯情況為確保盾構11二、事件過程——進倉檢查情況（1）緊急處置

針對盾構停置位置（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，項目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行圍擋封閉，綠化帶植被進行清除，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。（2）帶壓進倉檢查情況653環(huán)停止掘進后，項目一邊做好帶壓進倉檢查刀具準備工作，一邊迅速聯(lián)系專家進行安全帶壓進倉檢查刀具方案評審。6月17日：開始向刀盤倉內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)，壓力設置1.3bar，自動保壓過程中比較正常。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，在盾構刀盤處前三米，后兩米，左右各一米的區(qū)域內進行充填加固注漿，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：開始進行帶壓進倉檢查刀具，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。隨即關閉倉門進行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)安全帶壓進倉檢查。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：二、事件過程——進倉檢查情況（1）緊急處置12二、事件過程——進倉檢查情況①刀具磨損情況1-14#滾刀部分脫落或磨損嚴重；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，部分切刀磨損量在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把邊緣刮刀合金部分磨損2/3左右，12把邊緣刮刀合金部分少量磨損。②刀盤檢查情況

刀盤磨損范圍以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。二、事件過程——進倉檢查情況①刀具磨損情況13二、事件過程——進倉檢查情況圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖圖2-3刀盤磨損寬度示意圖刀盤磨損區(qū)域示意圖刀盤磨損寬度示意圖二、事件過程——進倉檢查情況圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖14三、刀盤修復過程——豎井開挖圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖圖2-3刀盤磨損寬度示意圖1、方案確定

經過三次刀盤修復專題會議，采取首先地表加固土體穩(wěn)定地層，然后在盾構機切口處開挖豎井對刀盤進行修復的方案。（1）袖閥管注漿加固

注漿范圍為盾體左右兩側各1.0m，刀盤前方3.0m,刀盤后方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。后又在此次注漿的基礎上進行二次加密注漿，兩次共計注水泥漿86m3，水玻璃13m3。注漿范圍及布置見下圖。三、刀盤修復過程——豎井開挖圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖15三、刀盤修復過程——豎井開挖圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖圖2-3刀盤磨損寬度示意圖(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)，根據專家會意見，在刀盤右前方打設兩排樹根樁。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，共打設樹根樁19根，每根樁注入漿液約為1t水泥量，未達到預期密排隔斷、加固效果。三、刀盤修復過程——豎井開挖圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖16三、刀盤修復過程——豎井開挖圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖圖2-3刀盤磨損寬度示意圖

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，分上下兩部分施工，上部為封閉結構，下部為敞口式“U”結構。

同時為確保豎井結構穩(wěn)定及刀盤修復過程中刀盤前方土體穩(wěn)定，在刀盤前方及豎井前方布設三根人工挖孔樁(一根900mm、兩根800mm）。三、刀盤修復過程——豎井開挖圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖17三、刀盤修復過程——豎井開挖圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖圖2-3刀盤磨損寬度示意圖豎井與盾構機正視圖

豎井及盾構機剖面圖三、刀盤修復過程——豎井開挖圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖18三、刀盤修復過程——刀盤維修方案圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖圖2-3刀盤磨損寬度示意圖1、刀盤修復方案確定

在確定盾構機刀盤磨損后，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公司）雙方確定了刀盤修復方案。

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，要對刀盤進行轉動才可滿足刀盤的維修工作。刀盤中間三維模型圖掌子面作業(yè)空間視覺圖三、刀盤修復過程——刀盤維修方案圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意19三、刀盤修復過程——刀盤維修方案圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖圖2-3刀盤磨損寬度示意圖2、刀盤結構修復

①刨除中心區(qū)域磨損滾刀刀箱、刮刀刀座、中心刀盤噴口等，對磨損刀梁進行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通過測得數值現(xiàn)場校核每塊下料鋼板的尺寸，并進行局部修整；

③考慮到土倉的空間及鋼板的定位，如圖所示0°和180°主梁分成A、B、C三塊進行拼焊，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°四個副梁進行修復，由于副梁磨損區(qū)域較小，根據現(xiàn)場下料焊接修復。三、刀盤修復過程——刀盤維修方案圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意20三、刀盤修復過程——刀盤維修方案圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖圖2-3刀盤磨損寬度示意圖2、刀盤結構修復

①刨除中心區(qū)域磨損滾刀刀箱、刮刀刀座、中心刀盤噴口等，對磨損刀梁進行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通過測得數值現(xiàn)場校核每塊下料鋼板的尺寸，并進行局部修整；

③考慮到土倉的空間及鋼板的定位，如圖所示0°和180°主梁分成A、B、C三塊進行拼焊，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°四個副梁進行修復，由于副梁磨損區(qū)域較小，根據現(xiàn)場下料焊接修復。三、刀盤修復過程——刀盤維修方案圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意21四、事件原因分析圖2-2刀盤磨損區(qū)域示意圖圖2-3刀盤磨損寬度示意圖

根據掘進參數、歷次開倉