鼓鸡区间右线盾构隧道刀盘磨损资料

鼓鸡区间右线隧道盾构掘进中刀盘磨损情况材料南京地铁四号线TA03标项目经理部中铁隧道集团有限公司南京地铁四号线TA03标项目经理部二〇一五年六月一、工程概况二、事件过程三、刀盘修复情况四、事件原因分析五、盾构出洞后刀盘道具情况主要内容一、工程概况鼓楼站～鸡鸣市盾构区间由鼓楼站出发以半径500m曲线转向东北方向，沿北京东路敷设至鸡鸣市站，区间进入鸡鸣市站前采用半径2000m及1500m反向曲线与3号线鸡鸣市站相接。区间右线起讫里程为右CK15+476.620～右CK16+616.415，区间右线长度1139.795m。本区间在CK16+076里程处设置联络通道及泵站一座。本区间使用中铁41号盾构机施工。复合式刀盘直径6460mm，刀盘开口率37%，刀盘转速为0～3r/min，最大推力3400t，最大掘进速度80mm/min，额定扭矩5500KNm，脱困扭矩6800KNm。刀盘刀盘型式复合式材料：Q345b旋转方向正反开口率约37%双联齿刀4把齿刀14把单刃滚刀20把切刀40把边缘刮刀16把保径刀8把保护刀16把泡沫/膨润土浆注入孔数量3/2一、工程概况——工程地质（1）停机位置鼓楼站～鸡鸣市站区间隧道右线隧道停机时，盾构推进至653环，刀盘位于659环，盾构机顶部埋深13.35m。（2）停机位置纵断面地质情况根据详细勘探资料显示，该里程纵剖面地质从上至下依次为杂填土、粉质粘土、2-3b4淤泥质粉质粘土（厚度为4.7m）、2-4b2粉质粘土（厚度4.6m）。盾构机主要穿越3-2b2、3-1b1粉质粘土。（3）盾构刀盘位置横断面地质分层根据此前带压开仓检查结果和地质横断面图的分析，盾构目前掘进区域确定为土岩的复合地层。掌子面70％为中风化石英砂岩，平均强度为80MPa。在刀盘的右上方存在3-2b2粉质粘土层。一、工程概况——工程地质标高(m)1050-5-10-151050-5-10-15水平间距(m)里程Q5Z15AQ5Z1411.42(-13.38)24.80左CK16+25532.4410.45(-15.75)26.20右CK16+254frb=4.01MPafr=45.81MPafr=43.80MPafrb=62.11MPafrb=22.56MPafrb=54.71MPafr=28.78MPaN=50306090120150N63.52.009.423.707.722.408.053.506.956.304.1513.40-2.9517.70-7.25①-1②-1b2[j1]-2xn-3②-3b4②-4b2③-2b2左线隧道右线隧道图1-1盾构刀盘后方27m位置横剖面地质分层图一、工程概况——工程地质图1-2刀盘位置现场钻孔实测地质剖面图一、工程概况——工程水文地质情况（1）设计情况根据详勘显示，中风化岩层中含有裂隙水，基岩裂隙水是本标段重要水源之一，富水程度差异较大，基岩中风化层由于裂隙连通性差，又多被填充，其渗透性较差，且具多变性和不均匀性。接受大气降水的补给及上层微承压水的补给，由于受裂隙分布及相互连通条件的影响，具多变性。（2）掘进过程中喷涌情况复合地层掘进过程中，螺机口有喷涌现象，地层中含水量很大。一、工程概况——周边地下管线情况1、地下管线情况序号管线名称及特征根数埋深（m）与隧道关系1380v铜电缆10.39上方，影响小2200*200光缆10.39上方，影响小3钢管10.89上方，影响较大4胶管2地表影响小5波纹管20.84影响小2、周边建筑物、交通情况隧道周边只有一层混凝土结构公厕一座，距离隧道较远，影响较小。目前盾构机停机位置处于北京东路南侧正下方，该路段为双向四车道，路幅为28米。北京东路为南京市重要路段，来往车流量非常大，是连接江苏省政府和市政府主要干道。二、事件过程——第一次换刀情况为保证盾构机顺利通过石英砂岩和粉质粘土的复合地层，盾构机掘进至611环进行了第一次换刀，带压进仓更换了38把滚刀，15把切刀，6把边缘刮刀。该区段地质情况比较复杂，软硬不均，且地层中含水变化较大，含水量较为丰富，以下为渣土情况：二、事件过程——第二次换刀情况2014年6月7日，盾构机在完成第一次换刀后掘进了39环，在此过程中，刀盘转速为1.2rpm，推力在1400t左右，刀盘扭矩平均3200KNm，掘进速度10mm/min,盾构掘进至650环时发现推力增大，掘进速度骤降，从12mm/min降至2mm/min，项目部立刻组织人员进行二次带压进仓作业，检查并更换了面板及周边滚刀。更换8把滚刀之后掌子面不稳定（顶部坍塌高度约2.0米），为了保证人员安全，停止换刀继续掘进，中心滚刀未检查更换。二、事件过程——掘进过程停滞情况为确保盾构机通过风险区后安全换刀，于6月12日恢复掘进，651、552环掘进速度1-3mm/mim，推进速度无明显改善，且出渣量加大，刀盘电机扭矩限制器动作频繁，经项目部会诊分析，可能出现刀具破损，6月13日653环停止掘进。二、事件过程——进仓检查情况（1）紧急处置针对盾构停置位置（位于快车道和非机动车道中间绿化带）周边加强巡视及监测，2014年6月13日下午两点，地面巡视人员在绿化带路缘石部位发现裂缝，项目部及时与政府部门及地铁公司做了沟通，立即组织人员对绿化带停机位置进行围挡封闭，绿化带植被进行清除，探明地下管线并采取保护措施，同时安排地表注浆回灌加固。（2）带压进仓检查情况653环停止掘进后，项目一边做好带压进仓检查刀具准备工作，一边迅速联系专家进行安全带压进仓检查刀具方案评审。6月17日：开始向刀盘仓内注入高浓度膨润土制作泥膜。土仓压力最大显示1.60bar，排渣后再次注入6立方膨润土。启动自动保压系统，压力设置1.3bar，自动保压过程中比较正常。17、18日累计注入膨润土24立方。6月19日：采取地面深孔注浆，在盾构刀盘处前三米，后两米，左右各一米的区域内进行充填加固注浆，浆液为水泥、水玻璃双液浆，注浆压力为1.2Mpa，共计21个孔，共用水泥16.8t，水玻璃10t。6月28日-29日：开始进行带压进仓检查刀具，在检查过程中，掌子面上方土体出现垮塌、流泥现象，主要位于11:00-12:00位置。随即关闭仓门进行缺陷部位补强加固注浆，补增了6个孔位，共用水泥13.5t，水玻璃6t。地面补强注浆完成后，实现安全带压进仓检查。7月3日再次带压进仓，7月4日完成刀具的检查，情况如下：二、事件过程——进仓检查情况①刀具磨损情况1-14#滚刀部分脱落或磨损严重；15#-18#正面滚刀偏磨；21#-30#正面滚刀正常磨损20mm左右。检查切刀40把，部分切刀磨损量在2/3左右；12把切刀磨损量在1/3左右；15把切刀完好。检查16把边缘刮刀，其中4把边缘刮刀合金部分磨损2/3左右，12把边缘刮刀合金部分少量磨损。②刀盘检查情况刀盘磨损范围以1-3#双联滚刀为中心，2650mm直径的圆形区域。刀盘磨损最宽部位为25cm。二、事件过程——进仓检查情况图2-2刀盘磨损区域示意图图2-3刀盘磨损宽度示意图刀盘磨损区域示意图刀盘磨损宽度示意图三、刀盘修复过程——竖井开挖图2-2刀盘磨损区域示意图图2-3刀盘磨损宽度示意图1、方案确定经过三次刀盘修复专题会议，采取首先地表加固土体稳定地层，然后在盾构机切口处开挖竖井对刀盘进行修复的方案。（1）袖阀管注浆加固注浆范围为盾体左右两侧各1.0m，刀盘前方3.0m,刀盘后方2.0m；布孔间距不大于1.5m,布孔深度为刀盘上方0.5m-1.5m，刀盘前方入岩0.3米。后又在此次注浆的基础上进行二次加密注浆，两次共计注水泥浆86m3，水玻璃13m3。注浆范围及布置见下图。橡胶管并排2根地表电缆线并排2根埋深0.39m波纹管2根直径25cm0.84m燃气管道直径50cm0.89m盾构机塌陷区3.23.62m1m2m刀盘第一排孔第二排孔第三排孔加固区8.2第四排孔1.5三、刀盘修复过程——竖井开挖图2-2刀盘磨损区域示意图图2-3刀盘磨损宽度示意图(2)树根桩注浆加固为防止竖井开挖过程中前方土体失稳，根据专家会意见，在刀盘右前方打设两排树根桩。树根桩桩径φ150mm，桩间距200mm，桩深入岩层50cm，注入水泥-水玻璃双液浆。本次因管线及大树影响，共打设树根桩19根，每根桩注入浆液约为1t水泥量，未达到预期密排隔断、加固效果。橡胶管并排2根地表电缆线并排2根埋深0.39m波纹管2根直径25cm0.84m燃气管道直径50cm0.89m盾构机3.23.6刀盘加固区1松树12342089101112131415161718619刀盘570.83.6道路边缘线0.30.72.30.6三、刀盘修复过程——竖井开挖图2-2刀盘磨损区域示意图图2-3刀盘磨损宽度示意图施工竖井平面为矩形，净空尺寸为1650mm×1800mm，竖井采用倒挂井壁法施工，人工分层开挖。以刀盘顶部20cm处为分界面，分上下两部分施工，上部为封闭结构，下部为敞口式“U”结构。同时为确保竖井结构稳定及刀盘修复过程中刀盘前方土体稳定，在刀盘前方及竖井前方布设三根人工挖孔桩(一根900mm、两根800mm）。盾构机中心线刀盘1.80.250.250.251.650.25R0.5R0.65R0.4R0.550.611.0410.81234施工准备1号桩施工2号桩施工3号桩施工4号井施工1号桩施工3米后三、刀盘修复过程——竖井开挖图2-2刀盘磨损区域示意图图2-3刀盘磨损宽度示意图竖井与盾构机正视图竖井及盾构机剖面图三、刀盘修复过程——刀盘维修方案图2-2刀盘磨损区域示意图图2-3刀盘磨损宽度示意图1、刀盘修复方案确定在确定盾构机刀盘磨损后，在实施地表加固及竖井开挖期间，联系厂家（中铁工程装备集体盾构公司）双方确定了刀盘修复方案。由于竖井的尺寸为1650mm，刀盘维修部位直径为2650mm，在维修过程中，要对刀盘进行转动才可满足刀盘的维修工作。刀盘中间三维模型图掌子面作业空间视觉图三、刀盘修复过程——刀盘维修方案图2-2刀盘磨损区域示意图图2-3刀盘磨损宽度示意图2、刀盘结构修复①刨除中心区域磨损滚刀刀箱、刮刀刀座、中心刀盘喷口等，对磨损刀梁进行打磨或火焰切割修整，处理完后测量磨损刀梁各部位剩余宽度；②通过测得数值现场校核每块下料钢板的尺寸，并进行局部修整；③考虑到土仓的空间及钢板的定位，如图所示0°和180°主梁分成A、B、C三块进行拼焊，A、B、C三块全部拼焊完成后，依次焊接主梁D（总共四块）以及主梁之间的筋板（1、2、3、4），完成之后对刀盘45°、135°、225°、315°四个副梁进行修复，由于副梁磨损区域较小，根据现场下料焊接修复。三、刀盘修复过程——刀盘维修方案图2-2刀盘磨损区域示意图图2-3刀盘磨损宽度示意图2、刀盘结构修复①刨除中心区域磨损滚刀刀箱、刮刀刀座、中心刀盘喷口等，对磨损刀梁进行打磨或火焰切割修整，处理完后测量磨损刀梁各部位剩余宽度；②通过测得数值现场校核每块下料钢板的尺寸，并进行局部修整；③考虑到土仓的空间及钢板的定位，如图所示0°和180°主梁分成A、B、C三块进行拼焊，A、B、C三块全部拼焊完成后，依次焊接主梁D（总共四块）以及主梁之间的筋板（1、2、3、4），完成之后对刀盘45°、135°、225°、315°四个副梁进行修复，由于副梁磨损区域较小，根据现场下料焊接修复。四、事件原因分析图2-2刀盘磨损区域示意图图2-3刀盘磨损宽度示意图根据掘进参数、历次开仓检查结果及竖井揭示地质情况判断，事件原因分析如下：（1）鼓～鸡区间地质复杂多变，软硬不均，且地层中含水量及其变化较大，区间详勘报告中岩层强度远低于实际岩石强度，在强度高的石英砂岩和粉质粘土的复合地层掘进容易导致刀盘磨损。（2）南京市北京东路为城市主干道，来往车流量非常大、绿化改迁困难，无补充勘察条件，勘察资料不能准确反映该段地质情况，详勘地质纵断面图未反应岩石分布范围。（3）在复合地质地段，第二次带压进仓对周边滚刀检查更换结束后，刀盘顶部塌陷（顶部坍塌高度约2.0米），继续带压进仓危险性较高，地面无加固条件，为了保证人员安全，