花岗岩地层盾构施工技术交流课件.pptx

1、 目 录一、基岩凸起的特性一、基岩凸起的特性二、盾构掘进基岩面临的问题二、盾构掘进基岩面临的问题三、基岩预破碎存在的问题三、基岩预破碎存在的问题四、盾构直接通过的可行性四、盾构直接通过的可行性五、工程实例五、工程实例六、小结六、小结一一、基岩凸起的特性、基岩凸起的特性1、基岩凸起形成原因岩浆侵入地层，在地表下冷却后形成的不规则岩体。主要成分-花岗岩。岩土分界线岩土分界线基岩凸起基岩凸起孤石孤石一一、基岩凸起的特性、基岩凸起的特性2、花岗岩的特性一一、基岩凸起的特性、基岩凸起的特性2、花岗岩的特性地区花岗岩基岩凸起强度大，石英含量高，对盾构施工提出了新挑战。一一、基岩凸起的特性、基岩凸起的特性3

2、、根据隧道是否穿越岩土分界线，可分为两种情况：1、相对于全断面硬岩安全性，软硬不均工程风险更高。 软硬不均是复合地层的一种典型表现，在隧道开挖范围存在2种以上岩土力学性质、地质特征差异较大的地层，软土地层不能满足盾构常压开仓；硬岩地层需要滚刀破岩。二二、盾构掘进基岩面临的问题、盾构掘进基岩面临的问题岩土分界线岩土分界线基岩凸起基岩凸起孤石孤石1、相对于全断面硬岩安全性，软硬不均工程风险更高。u 刀具偏磨-若不及时更换，伤及刀盘u 超量出渣-掌子面坍塌、地表塌陷u 刀盘结泥饼-扭矩升高，盾构机卡停二二、盾构掘进基岩面临的问题、盾构掘进基岩面临的问题刀具偏磨刀具偏磨超量出渣超量出渣2、软硬不均认知

3、的过程痛苦而又漫长，解决办法也是在一次次工程坍塌，冒顶，盾构被困事故中总结出来的。二二、盾构掘进基岩面临的问题、盾构掘进基岩面临的问题轨道交通3号线XX单位 深圳地铁4号线 深圳地铁1号线XX单位3、认识到风险不在硬推了，改用基岩预破碎的方式冲孔破碎 基岩爆破二二、盾构掘进基岩面临的问题、盾构掘进基岩面临的问题基岩爆破后的效果 1、钻孔破碎效率低，工期长、管线影响突出。 采用冲孔方式40cm/天，按半断面侵入3.5m，一根桩成桩时间8至10天。 考虑跳孔施工，处理每延米隧道基岩凸起平均20天。 三、基岩预破碎存在的问题三、基岩预破碎存在的问题2、基岩爆破：工效较钻孔方式高，但受制于火工品管制，

4、每天爆破数量在20-40个孔左右，折合2-3m隧道延米。问题：爆破振动对建筑物的影响 基岩爆破对交通的影响基岩凸起在管线正下方，钻孔受限三、基岩预破碎存在的问题三、基岩预破碎存在的问题房屋被震裂基岩凸起与管涵相对位置关系四、盾构直接通过的可行性四、盾构直接通过的可行性 回归盾构掘进阶段地质是基础、管理是根本l设备能力的大幅提升盾构机设备在往大推力、大扭矩、大功率方向发展，提升渣土改良系统，同时配置了硬岩刀盘和重型滚刀，提高了盾构机在软硬不均地层的适应性，减少了掘进因设备能力不足造成的卡机。盾构机额定功率（KW）额定扭矩（KNM）额定推力（T）改良系统刀间距（mm）海瑞克S21763043773

5、165一泵4管路100轨道交通3号线装备CTE645094560004086单管单泵70四、盾构直接通过的可行性四、盾构直接通过的可行性回归盾构掘进阶段设备是关键、管理是根本l基岩地层与刀具的适配性分析（预判磨损量）利用先进的试验设备模拟刀具与基岩凸起的适配性。将区间钻孔取芯出来的花岗岩送往盾构掘进国家重点实验室，进行与刀具的研磨性分析，预判磨损情况。研磨性试验四、盾构直接通过的可行性四、盾构直接通过的可行性回归盾构掘进阶段设备是关键、管理是根本l基岩地层与刀具的适配性分析（研磨性）研磨性主要研究这种地层费不费刀的问题，结果表明属于低研磨性，低研磨性与花岗岩低石英含量（30%）有关，说明刀具在

6、此种地层中不会造成剧烈磨损，但是在上软下硬地层掘进，刀具经过软硬交界面时，岩面对刀具的撞击极易造成异常磨损。岩芯编号岩芯编号研磨棒两端磨损量（研磨棒两端磨损量（mgmg）平均值平均值平均单端磨损平均单端磨损量（量（mgmg）级别级别1 12 23 34 45 56 61#1#9.49.422.322.318.118.114.214.2171712.112.115.5215.527.767.762 2表 五五区间岩心研磨性测试数据岩石类别岩石类别极低研磨性极低研磨性低研磨性低研磨性中等研磨性中等研磨性高研磨性高研磨性极高研磨极高研磨性性岩石级别岩石级别1 12 23 34 45 56 67 78

7、 89 91010研磨性（研磨性（mgmg）0 05 55 51010 1010202020205050505080808080110110 110110150150 150150200200 200200260260 26026010001000 表 岩石研磨性分级标准四、盾构直接通过的可行性四、盾构直接通过的可行性 回归盾构掘进阶段设备是关键、地质是基础、l针对软硬不均工程风险所采取的解决措施u 刀具偏磨-预加固+带压进仓创造开仓条件u 超量出渣-渣土改良，控制出渣量u 刀盘结泥饼渣土改良，注意仓内温度应用背景：轨道2号线五缘湾南站五缘湾站盾构区间，全长869m，采用土压盾构施工，区间位于

8、残积质黏土和全风化花岗岩地层中，地勘显示左右线各存在一处长度60m基岩凸起。 右线基岩凸起距离民房较远采用爆破法处理。 左线基岩凸起距离民房较近，且基岩正上方存在3根2m雨水管涵，净距4.5m。无法采用爆破法进行处理。经过多次专家会讨论采用对土层预加固后盾构机直接通过。五、工程实例五、工程实例应用背景：轨道2号线五缘湾南站五缘湾站盾构区间，全长869m，采用土压盾构施工，区间位于残积质黏土和全风化花岗岩地层中，地勘显示左右线各存在一处长度60m基岩凸起。 右线基岩凸起距离民房较远采用爆破法处理。 左线基岩凸起距离民房较近，且基岩正上方存在3根2m雨水管涵，净距4.5m。无法采用爆破法进行处理。

9、经过多次专家会讨论采用对土层预加固后盾构机直接通过。五、工程实例五、工程实例应用背景：轨道2号线五缘湾南站五缘湾站盾构区间地质特点：基岩凸起强度平均160MPa，最大202MPa，虽然强度高，但石英含量仅40%以下，刀具的磨损可控。 上部软土地层为残积质黏土，粘粉粒含量低，且花岗岩风化后的蒙脱石也在其中，大大降低结泥饼的概率 土石分界水量丰富。曾经尝试欠压进仓，水量太大，未果，加压后达到进仓条件。五、工程实例五、工程实例开仓位置应用背景：轨道2号线五缘湾南站五缘湾站盾构区间总体施工方案： 参照国家重点实验室相关建议，盾构在低研磨性花岗岩地层中一次掘进可达20m，中途根据参数变化适时开仓检查。

10、为了能创造开仓条件，在左线基岩凸起段60m范围设置了两个刀具检查点（宽 3*长6.6m ），采用袖阀管注浆，保证能够及时换刀的前提下，盾构机直接通过基岩。五、工程实例五、工程实例应用背景：轨道2号线五缘湾南站五缘湾站盾构区间掘进管理：土压模式：软硬不均且上方存在重要管线，采用全土压满仓掘进模式，仓内必须形成梯度压力。在此种地层掘进，土压随着出渣波动极大。出渣量控制：严格执行土压平衡模式，每掘33cm出渣一斗，不得多出渣。 刀盘转速：0.81.2r/min。扭矩最大3721Knm。推力最大2775T。贯入度2mm/r9mm/r。渣温在50。五、工程实例五、工程实例最大扭矩及渣温最大推力 岩石强度

11、那么高，又担心滚刀过载破坏（盾构掘进的有效推力，一共47个刀刃，每把刀就按照25T，有效推力不大于1200T），那怎么破岩。 就是推力降低、速度降低、刀具一点点磨，滴水穿石，也能达到破岩的效果，不是盲目的增加推力。应用背景：轨道2号线五缘湾南站五缘湾站盾构区间掘进管理渣土改良：刚进入软硬不均地层时，采用泡沫剂改良，主要目的降低仓内温度，但由于土石分界水量较大，且掘进时间超过10h/环，掘进时间长，注入泡沫量平均10方/环，出现喷渣，出渣很难控制，立即调整，改为注入高粘度膨润土，同时关闭泡沫系统，停止仓内加水。 注入膨润土后渣土性状很快得到改善，出渣量也得以控制，注入量3方/环。五、工程实例五、

12、工程实例改善后的渣土流塑状应用背景：轨道2号线五缘湾南站五缘湾站盾构区间开仓检查：左线基岩凸起按照计划开仓两次，第一次在进入基岩凸起之前，带压进仓检查刀具。第二次在全断面硬岩，常压开仓检查是否有异常磨损。检查情况：第一次进仓后刀盘辐条、面板被渣土糊满，但不牢固，很容易清洗掉。刀具更换3把，正常磨损，边滚刀磨损量20mm。 第二次全断面硬岩开仓，刀具出现偏磨。更换刀具7把，边滚刀磨损量20mm。五、工程实例五、工程实例软硬不均进仓全断面硬岩进仓 偏磨应用背景：轨道2号线五缘湾南站五缘湾站盾构区间 五五区间左线自2017年1月19日开始进入基岩凸起至2月14日完成该段基岩凸起盾构掘进，软硬不均段平

13、均1-2环/天，全断面硬岩段2环/天。通过加强出渣控制及渣土改良，很好的控制了地面沉降，累计沉降最大1cm，顺利通过了该段基岩凸起。 五、工程实例五、工程实例 盾构机直接通过的施工小结：通过预加固创造开仓换刀条件重新回归了硬岩掘进的机理。通过工装设备的发展实现软弱不均地层的顺利掘进。通过研判地层与刀盘的适应性，为盾构穿越可行性提供理论依据。通过加强掘进管理，弥补技术上的困境和不足，“如临深渊、如履薄冰”。六、小结六、小结 对于预破碎和预加固方式的选择：进度要求高，且边界条件好，采用爆破方式，土压盾构可以安全高效通过。环境要求高，工期压力不大，采用预加固等辅助措施后可采用盾构机直接通过,但工效较低。六、小结六、小结