盾构隧道施工中刀盘泥饼的形成机理和防治措施.docxVIP

文章编号 : 1009 - 6582 ( 2007 ) 文章编号 : 1009 - 6582 ( 2007 ) 04 - 0024 - 04 盾构隧道施工中刀盘泥饼的形成机理和防治措施 严 辉 (广州地铁总公司建设事业总部 ,广州 510380 ) 摘 要 复合地层盾构掘进中 ,盾构机刀盘结泥饼的现象是城市地铁隧道施工中的一个难题 。文章以广州地 铁四号线某区间隧道工程为例 ,从地层地质 、盾构机自身设计制造及施工控制等因素对刀盘结泥饼的原因进行了 分析 ,提出了防治泥饼的施工措施 ,为类似工程提供了解决此类问题的思路和途径 。 关键词 盾构隧道 刀盘 中图分类号 : U455. 43 泥饼 防治措施 文献标识码 : A 2 b 组 ( K2 s)由西濠段 ( K2 s )紫红色泥质砂岩 、粉砂岩 、 夹含砾粗砂岩组成 。 1 前 言 随着我国大城市人口日益增多和地面交通设施 的负荷日益加重 ,地下空间的开发利用就成了广大 城市规划设计人员关注的焦点 ,盾构工法也在城市 轨道交通工程中被广泛采用 。在广州 、深圳等地区 的泥岩和泥质粉砂岩地层中 ,盾构掘进施工常常会 遇到刀盘结泥饼这一难题 ,它的存在关系到了掘进 的安全性 、设备的耐久性和施工组织的合理性 。 3 “泥饼 ”的形成机理 泥饼 (图 1、图 2 ) 是盾构刀盘切削下来的细小 砂土颗粒 、碎屑在土舱内重新聚集而成的半固结和 固结状的块状体 ,早在半个世纪以前日本的盾构专 家就提出过这样的问题 ,并在实践中不断探索解决 其方法 。我国从上海打浦路隧道开始修建以来 ,盾 构工程界 也 在 不 断 寻 求 解 决“泥 饼 ”问 题 的 途 径 。 泥饼的存在加重了盾构机刀盘和刀具的负荷 ,常常 使掘进参数出现突变 ,使施工效率大大降低 。 2 工程概况 万 - 仑区间隧道工程位于广州轨道交通四号线 大学城专线万盛围站 —官洲站之间 ,地处广州市中 心区东南 ,沿线经过黄埔涌 、环城高速公路南环段 。 盾构始发井位于万盛围站南侧 ,新港东路从盾构井 北侧经过 ,交通条件便利 ;吊出井为仑头鱼具厂仑 - 大盾构始发井 ,位于仑头村内 。工程主要由一组双 孔单线圆形隧道组成 ,隧道开挖直径 6 280 mm ,衬 砌成型后净尺寸 5 400 mm ,隧道全长 3 830. 625 单 线延米 ,区间工程从 2004 年 6 月开始掘进 , 2005 年 4 月盾构吊出 ,总投资约 1. 2亿元 。 隧道所处地层由第四系 、白垩系上统三水组西 濠段 、东湖段 、康乐段组成 。第四系 (Q )上部为全新 统海陆交互沉积的淤泥或淤泥质土 、淤泥质砂 ,下部 为上更新统陆相冲积 、洪积形成的砂 、粘性土地层 , 底 部为基岩残积形成的粘性土层 。白垩系上统三水 图 1 滚刀结泥饼图示 F ig. 1 C lay cake of d isk cu tte r 3. 1 泥饼的成因 修改稿返回日期 : 2006 - 07 - 04 作者简介 :严 辉 ,男 ,工程师 ,在读工程硕士. ·24· 盾构隧道施工中刀盘泥饼的形成机理和防治措施38 %之间 ,可以认为 33 %是保证少结泥饼的开口率下限值 盾构隧道施工中刀盘泥饼的形成机理和防治措施 38 %之间 ,可以认为 33 %是保证少结泥饼的开口率 下限值 。刀盘内的搅拌棒及幅条型式 、数量也是另 一泥饼产生的因素 。刀具布置不合理会导致切削下 的砂土块度不均 、滚刀磨损 ,进而降低掘进和排土效 率 ,使其产生泥饼 。 表 1 Ta b le1 盾构机刀盘 、刀具缺陷导致泥饼生成原因一览 The fa c ts of c la y ca ke by the cu tterhea d cu tter 图 2 刀盘幅条和回转体处结泥饼图示 F ig. 2 C lay cake in the cu tte rhead b roke and ro ta ry coup ling 3. 1. 1 地层地质因素 隧道穿越的复合地层多为全 —强风化的泥岩 、 泥质粉砂岩 、泥质砂岩 ,这几类岩层富含粘土矿物颗 粒 ,在刀具的切削和刀盘的冲击作用下 ,岩块变成碎 屑和粉末状 ,这些碎屑粉末状的粘土颗粒是形成泥 饼的基础材料 。 在万 - 仑区间隧道的施工中 ,技术人员对结有 泥饼的环段取砂土样进行试验分析 ,试验采用冲水 称重和简单的筛分法 。图 3 是泥饼生成与地层地质 关系曲线 ,从图中可以看出 :泥岩和泥质粉砂岩的粘 土粒 、碎屑含量低于 20 %时 ,泥饼生成机率很小 ; 当 粘土粒 、碎屑含量大于 25 %时 , 随着施工工艺和施 工设备的不利因素组合 ,泥饼发生可