复合地层中盾构滚刀磨损原因分析及对策

通过系统地总结和分析约40台次混合式盾构机在复合地层中掘进近100 km的滚刀磨损情况,对滚刀磨损做了定性分类,并根据滚刀磨损的影响因素,提出滚刀磨损的对策,以期指导今后复合地层施工中盾构机刀盘刀具选择、配置及盾构掘进。     

复合地层盾构刀具磨损控制技术研究

文章以杭州地铁2号线杭发厂站—人民路站盾构区间隧道工程为背景,首先对盾构穿越上软下硬复合地层段的刀具磨损情况进行了分析,揭示了刀具严重磨损所导致的一系列施工异常现象,包括盾构掘进参数异常、盾构出土异常、地表严重沉降等;其次,针对盾构刀具非预见性严重磨损的工况,提出了地基加固结合常压换刀的处理方法,以及后续盾构掘进过程中土体改良、设备配置优化、参数控制等措施。结果表明,通过对复合地层的盾构施工措施进行优化,刀具磨损量控制在允许范围内。     

泥岩地层常压刀盘盾构的掘进策略与分析

泥岩地层盾构施工面临着掘进效率低、刀具磨损快等诸多严峻挑战。虽然常压刀盘换刀技术提高了盾构刀具更换效率,避免了高压条件下刀具更换的风险,但不可避免地带来了更加严重的刀盘泥饼淤结问题,加速了刀具的磨损。文章依托武汉三阳路过江隧道工程,对施工期间的技术难点与针对性对策进行研究,通过对现场的监测数据进行参数化分析,总结评价刀具配置优化、中心冲刷系统改制、化学除泥饼等方法对提高盾构掘进效率的作用。研究表明,采用提出的针对性优化方法,可以有效提高隧道掘进效率,降低换刀频率,减少停机风险。     

TBM掘进煤矿运输巷道的施工技术

塔山煤矿在矿井开拓时期采用TBM掘进主要运输大巷道,并在施工过程中采用预制钢筋混凝土轨枕代替管片、部分喷混凝土加锚杆支护、将TBM掘进的圆形运输巷道扩挖成城门拱形的主平峒以及在遇到硬岩地段通过更换TBM的刀具,来减少硬岩对刀具的磨损等新的施工技术措施,从而保证了塔山矿井主运输巷道在掘进过程中能快速、高效、优质、安全施工,取得了良好的施工效果,为类似矿井的开拓建设提供了重要参考.     

贵阳岩溶地层地铁盾构隧道工程中新型球状碳化钨刀具的研究与应用北大核心CSCD

在贵阳轨道交通3号线盾构隧道施工中,采用普通刀具易出现滚刀多边形磨损、偏磨、刀刃崩裂等异常磨损和刀圈脱落现象。为改进滚刀刀圈的耐磨、耐冲击性能,提高刀具的综合寿命,提出采用球状碳化钨刀具替换普通刀具,并介绍了激光熔覆焊工艺以及宏观磨损检测工艺。经过施工现场的实际应用,发现球状碳化钨刀具具有更好的耐磨性,新型球状碳化钨刀具平均磨损量为0.00255 mm/延米,相邻普通刀具平均磨损量为0.01655 mm/延米。在第338~736环掘进中,新型球状碳化钨刀具最大磨损量为0.015 mm/延米,刀具无崩刃现象,滚刀轴承、密封等均无异常,有效解决了普通刀具易磨损、磨损不均的问题,为喀斯特地质条件下盾构刀具的选型提供参考。     

北京地铁4号线某盾构区间基岩及砂卵石混合特殊地层施工技术

北京地铁4号线某盾构区间不良地质段附近基岩埋深较浅,强风化基岩面起伏较大,隧道洞径影响范围内岩土软硬不均,这种地层条件在北京地铁施工中尚属首次。施工过程中遇到诸多技术难关,主要包括刀具磨损大、开舱换刀频繁、土舱内集水、塌方等技术难题。文章结合相关掘进参数和采取的相关措施,主要介绍刀具的磨损和更换情况、刀盘磨损和修复、土舱内水量大的对策以及对沉降和塌方部位的处理,并提出此类问题的解决对策,积累了在这种特殊混合不良地层中的盾构法施工和管理经验,以便日后其他类似工程借鉴。     

超大直径泥水平衡盾构断层破碎带掘进关键技术研究

为研究超大直径泥水平衡盾构穿越断层破碎带施工技术，以深圳某隧道工程为依托，对超大直径泥水平衡盾构穿越断层破碎带工程特点及难点进行分析，重点分析了泥水平衡盾构掘进过程中滞排、结泥饼、刀具磨损严重等问题产生的原因，并研究了泥水平衡盾构穿越断层破碎带的关键技术。针对滞排、结泥饼问题，在盾构机选型阶段优化刀盘结构设计，并采用大格栅+双破碎机排渣破碎系统、气垫直排式及主机段小循环模式等针对性措施，提高泥浆携渣能力、输送能力，降低渣土滞排和结泥饼的风险；针对刀具磨损严重问题，提出强化刀具状态监测及“逢红必检、有损必换”、杜绝刀具“带病作业”的刀具管理方针，确保刀具状态监测的可靠性和准确性，提高刀具使用寿命；最后，结合现场实践总结出“预防为主、防治结合、综合治理”的施工原则，采取辅助气压掘进模式穿越断层破碎带；通过对施工过程的研究分析，得到盾构掘进参数、泥水参数建议值以及各项针对性解决措施。     

上软下硬地层盾构施工技术研究

依托深圳地铁2号线东延线土建2222标侨香站—香蜜站盾构区间,分析了在上软下硬地层中盾构法施工存在进度缓慢、刀具磨损严重、喷涌等难点和风险。为提高上软下硬地层盾构施工的掘进效率,文章给出了具体的盾构掘进参数;针对上软下硬地层盾构施工易发生结泥饼和喷涌等问题,从其发生机理出发,研究了相应碴土改良技术;针对上软下硬地层周边环境复杂、开舱作业风险高的问题,研究了带压开舱换刀技术。     

盾构机刀盘的地质适应性设计研究

为了提高盾构机的地质适应性,减少盾构施工过程中因地质因素造成的工程问题,盾构机刀盘必须根据地质条件进行地质适应性设计.文章基于多个盾构隧道施工实践,分析了国内外盾构隧道施工中出现的掘进困难、刀盘刀具快速磨损、结泥饼和开挖面失稳等工程问题,发现刀盘对岩土类型、岩土物理力学性质和水文地质条件不适应是产生这些工程问题的根本原因.基于岩土体与刀盘相互作用的机理和盾构施工经验,文章分别总结了刀盘结构、刀具选型布置和刀盘碴土改良装置在地质适应性方面的设计经验.     

无水漂卵砾石地层土压平衡盾构施工关键技术

文章以北京地铁九号线丰台东大街站—丰台北路站区间全断面无水漂卵砾石地层盾构掘进工程为背景,基于地质勘查资料和试验探井的分析结果,掌握了该漂卵砾石地层的空间分布规律和力学性质。在合理选用辐条式土压平衡盾构的基础上,通过对盾构机关键部件进行适应性改造,降低了刀盘刀具磨损。施工中通过掘进参数的有效选择,实现了该类型盾构机在全断面卵砾漂石地层中的长距离掘进。     

复合地层下盾构掘进速度模型的建立与优化

在盾构隧道掘进过程中,需要根据地质情况选择合适的掘进参数,掘进参数的正确选择可以有效地提高掘进效率,减少刀具磨损和保持开挖面稳定。文章结合穗莞深城际轨道交通SHZ-3标虎门商贸城站到长安厦边站盾构区间工程,对掘进参数进行了正交试验,通过对掘进参数的采集与分析,建立了盾构掘进速度的参数模型,并以掘进速度最快为目标函数对参数模型进行了优化,得到了复合地层下盾构掘进速度的最优化掘进参数。研究结果为相同地层下盾构掘进参数的设定提供了理论基础,同时也可为其它地层的盾构施工提供参考,具有重要的工程价值。     

浅议土压平衡盾构机刀具的配置、维修和管理

盾构机刀具配置、维修和管理是盾构施工设备管理的重要内容。文章着重介绍了盾构机刀盘的特点和刀具布局,以及分类、维修和盾构施工掘进中刀具的管理;针对不同地层情况,提出了刀盘选型和刀具配备方式;结合深圳地铁2号线东延线2222标段盾构施工实例,对刀具的配置情况、维修和失效形式等作了进一步阐述。     

盘形滚刀的使用与研究(1)--TB880E型掘进机在秦岭隧道施工中的应用

秦岭隧道出口TBM施工中,对刀具的使用进行了深入的研究,在提高TBM的利用率和掘进速度以及刀具使用寿命方面取得了明显的效果,并形成了适合我国隧道施工情况的刀具使用作业程序.     

大连富水复合地层盾构施工关键技术探讨

富水复合地层已成为盾构施工过程中经常遇到的复杂地层条件之一,研究该地层条件下的盾构施工技术具有较大的应用价值。文章以大连市地铁2号线为工程背景,论述了盾构选型和盾构始发等施工技术;并针对盾构施工过程中出现的复合地层长距离小半径掘进、富水碎裂带掘进、硬岩掘进刀具控制等工程难点,分别从隧道轴线控制、掘进速度控制、刀具管理制度等方面提出了相应的应对措施。工程实践证明,经过严格选型的盾构适合大连的地质条件,而且对于富水复合地层具有较好的适应性,满足了本标段区间盾构施工要求。     

全断面岩石掘进机平面刀盘上盘形滚刀磨损研究

我国秦岭隧道出口TBM施工工程实践表明,TBM刀具的检查、更换和刀盘维修时间约占施工时间的三分之一,其刀具费用约占工程建设费用的三分之一,其中刀刃磨损数量约占刀具消耗量的80%,因此,进行全断面岩石掘进机平面刀盘上刀具磨损研究具有非常重要的意义。文章在分析TBM刀具位移的基础上,提出了刀具的侧滑磨损系数、侵深磨损系数和滚动磨损系数及其计算方法,探讨了三方向位移对刀具磨损的影响,建立了TBM刀盘上正刀和过渡滚刀破岩刃上破岩点弧长的计算公式,并将破岩刃破岩点弧长与刀具磨损量进行了对比分析。     

高压富水碎裂状岩层小半径曲线盾构隧道施工技术

在不良岩土工程条件下,盾构施工将会遇到刀具切削效果差、掘进参数设置不合理以及喷涌等技术难题。文章针对福州地铁高压富水、碎裂状岩层和长距离小半径曲线等施工难点,通过对滚刀切削力的理论计算,分析了刀具的力学性能,提出了合理的刀具配置、掘进参数和刀具更换时机;通过实践探索,采用了螺旋输送机改造、出碴控制和地面降水相结合的防喷涌措施;通过数值模拟方法分析了小半径曲线段盾构掘进开挖面稳定情况,并总结出了长距离小半径曲线段盾构掘进以及姿态控制措施。结果表明:(1)盾构机在碎裂状岩层中掘进时,岩块对于刀具的侧向冲击力很大,需对滚刀采取加固措施;(2)在总推力上升4 000～7 000 kN、扭矩上升1 000～1 500 kN·m、掘进速度小于10 mm/min时,应结合碴样情况,考虑在合适的时机进行换刀;(3)采用所研发的螺旋输送机防喷涌装置,结合地面降水和出碴控制措施,可有效减少喷涌的发生;(4)本工程盾构机在小半径曲线上长距离掘进过程中,轴线最大偏移量、管片安装高程偏差均满足盾构施工规范要求。     

大直径泥水盾构刀盘刀具应用技术

长大隧道地质情况变化较大,盾构施工中刀盘刀具面临较多问题,尤其刀盘的磨损及刀具损坏是施工中经常遇到的一大难题,加强刀盘刀具技术管理成为大直径复杂地层泥水盾构施工管理的重要环节。文章以广深港客运专线狮子洋隧道盾构施工为例,从影响刀盘磨损及刀具损坏的原因分析至对刀盘的技术管理进行了分析研究,总结出了大直径复杂地层泥水盾构施工刀盘应用技术,对类似项目的盾构施工具有一定的借鉴和参考价值。     

盾构掘进辅助气压平衡的关键技术研究

对于埋深大、裂隙水发育的岩石地层以及富水、气密性好的复合地层,按常规全土压掘进模式。盾构负荷大。刀具磨损快,经常发生喷涌,导致效率低下、同步注浆质量差。文章在总结分析广州地铁一号线、二号线、三号线、十三号线实践经验的基础上,提出并明确了盾构施工"气压平衡"模式的定义和优缺点,研究了"气压平衡"掘进的关键技术,分析了采用该模式的次生风险并给出了预防和应急对策,对类似地层盾构施工具有重要的指导作用和借鉴意义。     

复合式土压平衡盾构机在高强度硬岩中的掘进技术分析与研究

硬岩局部侵入地铁隧道开挖断面,往往对盾构顺利掘进提出较大挑战。盾构通过硬岩段时存在的主要问题是滚刀非正常磨损严重,开挖系统综合性能大大降低,造成推进参数异常、贯入度小、掘进速度极低等问题。文章依托深圳地铁9号线工程,对复合土压平衡式盾构掘进通过高强度花岗岩地层时遇到的主要问题和原因进行了分析,提出了应对措施,通过合理配置刀具、及时更换刀具以及合理确定掘进参数确保了盾构安全顺利通过硬岩段。     

泥水平衡盾构穿越富水砂砾层施工技术研究

文章依托沈阳地铁十号线11标长青桥站—浑南大道工程,该工程区间全长1.6 km,采用?6240 mm泥水平衡盾构施工,穿越段以富水砂砾层为主,最大粒径110 mm,在施工过程中,通过优化调整刀盘的合理选型和泥浆参数,有效地减少了刀盘的磨损,全程未更换刀具。研究表明:通过分析盾构设计阶段刀盘的选型配置和隧道贯通后刀具的磨损情况,提出了一套有针对性的泥水盾构刀盘配置;通过分析施工掘进参数可知,提高泥浆粘度虽然可以增加泥浆支护效果,但易在盾构刀盘的正面形成泥饼,导致正面砾石无法顺利进入土舱内,进而造成扭矩及推力的异常;通过分析不同粘度、比重下盾构机扭矩及推力的变化,总结了富水砂砾层中泥浆参数的合理指标,对今后类似工程的施工具有借鉴意义。