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1、软硬不均地层盾构掘进技术交流汇报材料优选软硬不均地层盾构掘进技术交流汇报材料刀具严重偏磨照片（中心滚刀）别墅区内人工湖蓄水现场照片3 小里程上软下硬段预裂爆破及注浆处理区间隧道穿越地质主要为砾质粘性土、全风化粗粒花岗岩，在左右线里程DK7+480.a:高粘度膨润土泥浆填满土仓地层分布从上到下主要为：素填土、砂层、淤泥层、砾质粘性土层、全强中微风化粗粒花岗岩。604米，该段线路最小曲线半径600m，线间距1337.加入了高粘度泥浆，改变碴土的附着性，喷涌现象得到改善，碴土可以顺利通过皮带机输送。在详勘基础上，加密布孔，保证沿线每5m有一个地质取芯资料，充分了解岩面变化情况，尽可能排查孤石分部情况
2、。主要原因为中心刀及外圈滚刀磨损严重，但该段区域地表无加固条件，带压进仓由于地下水影响，亦无条件作业，现场对地质情况估计不充分。5rpm，掘进速度8mm/min，贯入度46mm，上部土仓压力1.刀盘转速：1.加入了高粘度泥浆，改变碴土的附着性，喷涌现象得到改善，碴土可以顺利通过皮带机输送。上软下硬段大里程部位前期具备预处理条件，设计采用地表钻孔预裂爆破+深孔袖阀管预注浆工艺。四、小里程段上软下硬掘进一、一、工程概况工程概况目目 录七、七、结论、结语结论、结语二、二、施工重难点分析施工重难点分析三、上软下硬段掘进前技术措施三、上软下硬段掘进前技术措施四、小里程段上软下硬地层掘进四、小里程段上软下
3、硬地层掘进 五、大里程段上软下硬地层掘进五、大里程段上软下硬地层掘进 六、六、经济效果分析经济效果分析 一、工程概况一、工程概况车红区间采取盾构法施工，全长约5.5Km。采用4台6980大盾构由中部始发井向两端车站掘进。1.1 1.1 区间大里程段概况区间大里程段概况 深圳地铁11号线盾构始发井至红树湾站起止里程左线总长1869.165米,右线总长1861.604米，该段线路最小曲线半径600m，线间距1337.6m；隧道最大纵坡24，最小纵坡4，区间共设3个联络通道，联络通道兼做换刀加固区。车红区间盾构井车红区间盾构井-红树湾站区间平面图红树湾站区间平面图 车红区间盾构井车红区间盾构井-红树
4、湾站区间地质剖面图红树湾站区间地质剖面图1.2 1.2 水文及地质情况水文及地质情况 1.2 水文及地质情况区间隧道穿越地质主要为砾质粘性土、全风化粗粒花岗岩，在左右线里程DK7+480.5DK7+764.7部位总计284m存在硬岩突起。从取芯结果显示，岩体完整性较好，岩层天然抗压强度为37.3126.1MPa，平均值为81.7MPa。左线地质断面图如下所示：硬岩突起段取芯照片硬岩突起段取芯照片全断面硬岩总计121m，头尾两侧均为上软下硬地层，基岩突起大里程段72m有条件施做预裂爆破注浆处理，该工作已于去年7月完成，小里程段由于地处欢乐海岸酒店绿化带，未进行预处理。上软下硬大小里程段平面位置图
5、上软下硬大小里程段平面位置图参数名称单位数值最大转速rpm3.6最大推力T5060刀盘开口率（中心开口率）%33（38）中心双联滚刀（数量）把6中心双联滚刀（高度）mm175单刃滚刀（数量）把38单刃滚刀（高度）mm175切刀（数量）把60切刀（高度）mm135最大工作压力Bar3最大扭矩Kn.m9700盾构机主要参数表盾构机主要参数表1.3 1.3 盾构机设计概况盾构机设计概况 本区间设计的两台盾构机主要参数如下表：盾构机刀盘布置图盾构机刀盘布置图1.3 1.3 盾构机设计概况盾构机设计概况 针对软硬不均地层掘进，盾构机制作前已做如下设计优化1、主驱动采用大功率设计。2、中心部位设有面积足够
6、大的开口率。3、6个泡沫口，2个膨润土口，单管单泵。4、轴式双碴门设计。1.4 1.4 施工进展情况施工进展情况 区间左线于2013年7月始发，右线9月始发，截止4月7日左线已累计完成826环，占总量66%，右线完成642环，占总量的52%。左右线盾构已全部通过硬岩段及上软下硬地层，上软下硬地层平均掘进速度2.2m/d，单台盾构月平均掘进67m。盾构机吊装下井盾构机吊装下井 二、施工重难点分析二、施工重难点分析 软硬不均地层掘进易造成地表沉降 软硬不均地层掘进刀具磨损严重 二、施工重难点分析二、施工重难点分析 硬岩段掘进边滚刀磨损快，容易出现盾构卡壳 软硬不均地层掘进需频繁开仓检查刀具，开仓风
7、险大 二、施工重难点分析二、施工重难点分析 软硬不均段地处下坡，对掘进不利 爆破区掘进时，由于原有地表注浆孔可能存在封堵不密实，将会出现螺机喷涌、地表冒浆等问题 硬岩段人工换刀困难d：间歇性注浆，注浆压力小于1兆帕地层分布从上到下主要为：素填土、砂层、淤泥层、砾质粘性土层、全强中微风化粗粒花岗岩。边滚刀最大磨损15mm，中心刀最大磨损25mm，超过该指标立即更换。c:打开管片吊装孔注浆，由下至上，由掌子面向后延伸至第五环 地表沉降，尤其是管片脱出盾尾时尤为明显，主要原因是同步注浆无法有效填充管片与土体空隙。五、大里程段上软下硬掘进1MPa，平均值为81.刀具严重偏磨照片（中心滚刀）加入了高粘度
8、泥浆，改变碴土的附着性，喷涌现象得到改善，碴土可以顺利通过皮带机输送。软硬不均段地处下坡，对掘进不利主要原因为中心刀及外圈滚刀磨损严重，但该段区域地表无加固条件，带压进仓由于地下水影响，亦无条件作业，现场对地质情况估计不充分。及时进行二次注浆，管片外部每5环一道双液浆止水环封堵。地层分布从上到下主要为：素填土、砂层、淤泥层、砾质粘性土层、全强中微风化粗粒花岗岩。不断尝试渣土改良工艺，达到最佳效果2 大里程段上软下硬掘进出现问题 三、软硬不均地层掘进前技术措施三、软硬不均地层掘进前技术措施3.1 加密补勘 在详勘基础上，加密布孔，保证沿线每5m有一个地质取芯资料，充分了解岩面变化情况，尽可能排查
9、孤石分部情况。三、软硬不均地层掘进前技术措施三、软硬不均地层掘进前技术措施3.2 孤石处理补勘过程中发现孤石，采用以下步骤处理。在欢乐海岸别墅区内，我部在前期补勘施工过程中发现4处疑似孤石，证明该区段球状风化体非常发育，对孤石我部均提前采取破碎处理。发现取芯异常周边加密勘察探孔大致确定孤石形状冲桩机破碎砼回灌封堵冲桩机破碎孤石冲桩机破碎孤石三、软硬不均地层掘进前技术措施三、软硬不均地层掘进前技术措施3.3 小里程上软下硬段预裂爆破及注浆处理 上软下硬段大里程部位前期具备预处理条件，设计采用地表钻孔预裂爆破+深孔袖阀管预注浆工艺。要求预裂爆破后岩石块径30cm，满足螺机出渣要求，现场爆破后检验孔
10、显示爆破效果满足要求。爆破作业施工现场爆破作业施工现场预注浆施工预注浆施工别墅区内人工湖蓄水现场照片别墅区人工湖现场照片3.4 换刀点的设置及加固措施换刀点的设置及加固措施 区间联络通道范围均设计为换刀检查点，换刀点采用旋喷桩提前对隧道范围进行预加固处理。采用旋喷桩密排孔对隧道范围内进行预加固。硬岩段前后换刀检查点如下所示换刀检查点平面位置图换刀检查点平面位置图爆破区换刀检查点9#联络通道换刀检查点预加固施工照片预加固施工照片 换刀加固区面积为，加固高度为隧道底部下1米至隧道顶部上3米，施工平面图和断面图如下所示：四、小里程段上软下硬掘进四、小里程段上软下硬掘进4.14.1推进参数推进参数专家
11、会拟定参数：上软下硬段刀盘转速1.2r/min，推力2000t，扭矩不超过2000KNm。贯入度不小于5mm进行控制。边滚刀最大磨损15mm，中心刀最大磨损25mm，超过该指标立即更换。实际推进参数：左右线在上软下硬地层中实际刀盘转速1.5rpm，掘进速度8mm/min，贯入度46mm，上部土仓压力1.01.3bar，扭矩17002000KNm，实际掘进参数基本不脱离拟定值。四、小里程段上软下硬掘进四、小里程段上软下硬掘进4.24.2刀具磨损情况刀具磨损情况小里程段上软下硬地层中新更换的单刃滚刀可以使用约15-20环，中心刀15环左右。其中内圈滚刀较多出现偏磨，外圈滚刀除偏磨外，还有断刀圈及缺
12、口等现象。刀具严重偏磨照片（单刃滚刀）刀具严重偏磨照片（单刃滚刀）刀具严重偏磨照片（中心滚刀）刀具严重偏磨照片（中心滚刀）中心刀更换作业中心刀更换作业 中心刀更换比较困难，遇螺栓断裂时更换速度约2天/把。新刀安装需掏挖刀槽，高强度微风化岩层中，风镐作业效率低。我部采用取芯机取芯的辅助方式，提高了掏挖刀槽的效率。上软下硬地层爆破施工平面示意图 软硬不均地层掘进易造成地表沉降中心刀更换比较困难，遇螺栓断裂时更换速度约2天/把。补勘（间距5m）揭示微风化岩抗压强度为7090 MPa，极值为122Mpa。要求预裂爆破后岩石块径30cm，满足螺机出渣要求，现场爆破后检验孔显示爆破效果满足要求。三、软硬不
13、均地层掘进前技术措施 刀具磨损量大，应尽可能多的设置换刀加固区，进行常压换刀。车红区间盾构井-红树湾站区间平面图由于地层含水量丰富，同步注浆容易被稀释，为保证二次注浆质量，采用如下措施控制注浆效果五、大里程段上软下硬掘进 软硬不均地层掘进易造成地表沉降换刀加固区面积为，加固高度为隧道底部下1米至隧道顶部上3米，施工平面图和断面图如下所示：螺机螺机喷喷涌及涌及现场处现场处理照片理照片4.44.4防喷涌措施防喷涌措施 由于掌子面地下水含量丰富，隧道位于下坡段，盾构外部水体汇集刀盘及土仓内，为防止坍塌又需要保证较高土压力，造成螺机喷涌。掘掘进过进过程中高粘度泥程中高粘度泥浆浆配合比配合比4.44.4
14、防喷涌措施防喷涌措施 加入了高粘度泥浆，改变碴土的附着性，喷涌现象得到改善，碴土可以顺利通过皮带机输送。钠基膨润土制浆剂1型制浆剂3型水粘度70102080093 缩短同步注浆初凝时间，调整后的浆液初凝时间为2.5h，基本吻合硬岩段每环纯掘进时间3h。钠基膨润土水泥粉煤灰河砂水96120290400400调调整后同步注整后同步注浆浆配合比配合比4.44.4防喷涌措施防喷涌措施 及时进行二次注浆，管片外部每5环一道双液浆止水环封堵。由于地层含水量丰富，同步注浆容易被稀释，为保证二次注浆质量，采用如下措施控制注浆效果 a:高粘度膨润土泥浆填满土仓 b:高浓度膨润土填充盾壳,从尾盾至前盾 c:打开管
15、片吊装孔注浆，由下至上，由掌子面向后延伸至第五环 d：间歇性注浆，注浆压力小于1兆帕 e：相邻管片顶部吊装孔打开，保证压力不会瞬时过大造成管片受损。1MPa，平均值为81.地层分布从上到下主要为：素填土、砂层、淤泥层、砾质粘性土层、全强中微风化粗粒花岗岩。小里程段上软下硬地层中新更换的单刃滚刀可以使用约15-20环，中心刀15环左右。地表沉降，尤其是管片脱出盾尾时尤为明显，主要原因是同步注浆无法有效填充管片与土体空隙。左线ZK7+550脱出盾尾沉降照片1MPa，平均值为81.针对软硬不均地层掘进，盾构机制作前已做如下设计优化地层分布从上到下主要为：素填土、砂层、淤泥层、砾质粘性土层、全强中微风
16、化粗粒花岗岩。五、大里程段上软下硬掘进d：间歇性注浆，注浆压力小于1兆帕（3）该段球状风化体非常发育a:高粘度膨润土泥浆填满土仓4.5 4.5 小里程段上软下硬掘进出现问题小里程段上软下硬掘进出现问题 地表沉降，尤其是管片脱出盾尾时尤为明显，主要原因是同步注浆无法有效填充管片与土体空隙。左左线线ZK7+550脱出盾尾沉降照片脱出盾尾沉降照片现场现场注注浆浆回填照片回填照片4.54.5小里程段上软下硬掘进出现问题小里程段上软下硬掘进出现问题 刀具损坏严重，致使推力突然变大，推进速度降低 主要原因为中心刀及外圈滚刀磨损严重，但该段区域地表无加固条件，带压进仓由于地下水影响，亦无条件作业，现场对地质
17、情况估计不充分。出出现问题时现问题时刀刀盘盘位置位置 该该段地段地层层地地质质剖面剖面图图刀具磨刀具磨损损照片照片 填填仓处仓处理照片理照片 小里程段上软下硬地层施工小结小里程段上软下硬地层施工小结 同步注浆效果不好，二次注浆要有及时跟进，做到常态化。不断尝试渣土改良工艺，达到最佳效果 保证二次注浆工艺质量的同时避免双液浆对盾构机的损害 不能盲目相信地质情况，遇到异常情况时及时停机处理 刀具磨损量大，应尽可能多的设置换刀加固区，进行常压换刀。五、大里程段上软下硬掘进五、大里程段上软下硬掘进5.1 5.1 推进参数推进参数专家会拟定参数：刀盘转速1.5r/min，全土压掘进，贯入度不大于5mm进
18、行控制。边滚刀最大磨损15mm，中心刀最大磨损25mm，超过该指标立即更换。实际推进参数：刀盘转速：1.5R 贯入度810mm，扭矩2300 KNm，推力2200t。2 大里程段上软下硬掘进出现问题爆破处理以后，围岩裂隙发育，地表处理过程中封孔不到位，掘进时土仓内经常出现漏气等情况，在人工湖内出现冒泡、冒浆。地表冒浆、湖面冒泡情况 不断尝试渣土改良工艺，达到最佳效果刀盘转速1.不能盲目相信地质情况，遇到异常情况时及时停机处理 不断尝试渣土改良工艺，达到最佳效果在详勘基础上，加密布孔，保证沿线每5m有一个地质取芯资料，充分了解岩面变化情况，尽可能排查孤石分部情况。贯入度不小于5mm进行控制。刀具
19、严重偏磨照片（中心滚刀）补勘（间距5m）揭示微风化岩抗压强度为7090 MPa，极值为122Mpa。3 小里程上软下硬段预裂爆破及注浆处理五、大里程段上软下硬掘进五、大里程段上软下硬掘进5.2 5.2 大大里程段上软下硬掘进出现问题里程段上软下硬掘进出现问题（1）保压困难 爆破处理以后，围岩裂隙发育，地表处理过程中封孔不到位，掘进时土仓内经常出现漏气等情况，在人工湖内出现冒泡、冒浆。地表冒地表冒浆浆、湖面冒泡情况、湖面冒泡情况 五、大里程段上软下硬掘进五、大里程段上软下硬掘进5.2 5.2 大大里程段上软下硬掘进出现问题里程段上软下硬掘进出现问题（2）碴土中有钻杆 爆破及注浆过程中有残留的钻杆
20、未完全排除，在盾构掘进过程中，从螺机出来有钻杆和钻头导致螺机故障，所幸未发生重大机械事故。螺机内螺机内捡捡出的地出的地质钻质钻杆及杆及钻头钻头 五、大里程段上软下硬掘进五、大里程段上软下硬掘进5.2 5.2 大大里程段上软下硬掘进出现问题里程段上软下硬掘进出现问题（3）该段球状风化体非常发育 爆破区及延后300m区域，球状风化非常发育，在前期补勘过程中已发现4处，由于布孔密度有限，不能完全探明，该区域掘进进度指标远低于正常效率。螺机及渣螺机及渣车车内内捡捡出的球状出的球状风风化体化体 大里程段上软下硬地层施工小结大里程段上软下硬地层施工小结 由于硬岩处理段土仓压力无法有效控制，无法进仓换刀和检
21、查刀具，若爆破区过长，可能会影响盾构顺利通过，建议在爆破区中部设置一处换刀检查点，该部位无需进行预处理。由于炸药残留，掘进过程中，洞内硝氨味道比较浓，应加强通风和有害气体的检查。螺机双闸门设计非常有效，爆破所用的PVC管容易卡出渣口，一旦卡住，疏通时单闸门无法保压。2m/d，单台盾构月平均掘进67m。地表沉降，尤其是管片脱出盾尾时尤为明显，主要原因是同步注浆无法有效填充管片与土体空隙。a:高粘度膨润土泥浆填满土仓c:打开管片吊装孔注浆，由下至上，由掌子面向后延伸至第五环165米,右线总长1861.d：间歇性注浆，注浆压力小于1兆帕a:高粘度膨润土泥浆填满土仓小里程段上软下硬地层中新更换的单刃滚刀可以使用约15-20环，中心刀15环左右。4 换刀点的设置及加固措施 硬岩段人工换刀困难 同步注浆效果不好，二次注浆要有及时跟进，做到常态化。上软下硬地层爆破施工平面示意图六经济效果分析六经济效果分析项目刀具及油料人工费爆破/注浆费用其他费用总计爆破处理189384333394702078083521未爆破处理395741181802078072172小结：由上表得出大里程段预处理费用较高，但爆破处理后盾构掘进效率高，停机及其他延误时间少，安全风险低，综合比较利弊，在预处理措施上可更加优化的条件下，预处理措施切实可行，应在有条件施做时应优先考虑。