鼓雞區(qū)間右線盾構(gòu)隧道刀盤(pán)磨損

1、 鼓雞區(qū)間右線隧道盾構(gòu)掘進(jìn)中刀盤(pán)磨損情況材料南京地鐵四號(hào)線TA03標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理部 中鐵隧道集團(tuán)有限公司南京地鐵四號(hào)線TA03標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理部二一五年六月一、工程概況二、事件過(guò)程三、刀盤(pán)修復(fù)情況四、事件原因分析五、盾構(gòu)出洞后刀盤(pán)道具情況主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、工程概況 鼓樓站雞鳴市盾構(gòu)區(qū)間由鼓樓站出發(fā)以半徑500m曲線轉(zhuǎn)向東北方向，沿北京東路敷設(shè)至雞鳴市站，區(qū)間進(jìn)入雞鳴市站前采用半徑2000m及1500m反向曲線與3號(hào)線雞鳴市站相接。區(qū)間右線起訖里程為右CK15+476.620右CK16+616.415，區(qū)間右線長(zhǎng)度1139.795m。本區(qū)間在CK16+076里程處設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道及泵站一座。本區(qū)間使用中鐵

2、41號(hào)盾構(gòu)機(jī)施工。 復(fù)合式刀盤(pán)直徑6460mm，刀盤(pán)開(kāi)口率37%，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速為03r/min，最大推力3400t，最大掘進(jìn)速度80mm/min，額定扭矩5500KNm，脫困扭矩6800KNm。刀盤(pán)刀盤(pán)型式復(fù)合式 材料：Q345b旋轉(zhuǎn)方向正反開(kāi)口率約37%雙聯(lián)齒刀4把齒刀14把單刃滾刀20把切刀40把邊緣刮刀16把保徑刀8把保護(hù)刀16把泡沫/膨潤(rùn)土漿注入孔數(shù)量3/2一、工程概況 工程地質(zhì)（1）停機(jī)位置 鼓樓站雞鳴市站區(qū)間隧道右線隧道停機(jī)時(shí)，盾構(gòu)推進(jìn)至653環(huán)，刀盤(pán)位于659環(huán)，盾構(gòu)機(jī)頂部埋深13.35m。（2）停機(jī)位置縱斷面地質(zhì)情況 根據(jù)詳細(xì)勘探資料顯示，該里程縱剖面地質(zhì)從上至下依次為雜填土、粉質(zhì)

3、粘土、2-3b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（厚度為4.7m）、2-4b2粉質(zhì)粘土（厚度4.6m）。盾構(gòu)機(jī)主要穿越3-2b2、3-1b1粉質(zhì)粘土。（3）盾構(gòu)刀盤(pán)位置橫斷面地質(zhì)分層 根據(jù)此前帶壓開(kāi)倉(cāng)檢查結(jié)果和地質(zhì)橫斷面圖的分析，盾構(gòu)目前掘進(jìn)區(qū)域確定為土巖的復(fù)合地層。掌子面70為中風(fēng)化石英砂巖，平均強(qiáng)度為80MPa。在刀盤(pán)的右上方存在3-2b2粉質(zhì)粘土層。一、工程概況 工程地質(zhì)標(biāo)高(m)1050-5-10-151050-5-10-15水 平 間 距 (m)里 程Q5Z15AQ5Z1411.42(-13.38)24.80左 CK16+25532.4410.45(-15.75)26.20右 CK16+254frb=

4、4.01MPafr=45.81MPafr=43.80MPafrb=62.11MPafrb=22.56MPafrb=54.71MPafr=28.78MPaN=50306090120150N63.5 2.009.42 3.707.72 2.408.05 3.506.95 6.304.1513.40-2.9517.70-7.25 -1 -1b2j1 -2xn-3 -3b4 -4b2 -2b2左 線 隧 道右 線 隧 道圖圖1-1 盾構(gòu)刀盤(pán)后方盾構(gòu)刀盤(pán)后方27m位置橫剖面地質(zhì)分層圖位置橫剖面地質(zhì)分層圖一、工程概況 工程地質(zhì)圖圖1-2 刀盤(pán)位置現(xiàn)場(chǎng)鉆孔實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面圖刀盤(pán)位置現(xiàn)場(chǎng)鉆孔實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面圖一、工程

5、概況 工程水文地質(zhì)情況（1）設(shè)計(jì)情況根據(jù)詳勘顯示，中風(fēng)化巖層中含有裂隙水，基巖裂隙水是本標(biāo)段重要水源之一，富水程度差異較大，基巖中風(fēng)化層由于裂隙連通性差，又多被填充，其滲透性較差，且具多變性和不均勻性。接受大氣降水的補(bǔ)給及上層微承壓水的補(bǔ)給，由于受裂隙分布及相互連通條件的影響，具多變性。（2）掘進(jìn)過(guò)程中噴涌情況復(fù)合地層掘進(jìn)過(guò)程中，螺機(jī)口有噴涌現(xiàn)象，地層中含水量很大。一、工程概況 周邊地下管線情況 1、地下管線情況序號(hào)管線名稱及特征根數(shù)埋深（m）與隧道關(guān)系1380v銅電纜10.39上方，影響小2200*200光纜10.39上方，影響小3鋼管10.89上方，影響較大4膠管2地表影響小5波紋管20.

6、84影響小2、周邊建筑物、交通情況 隧道周邊只有一層混凝土結(jié)構(gòu)公廁一座，距離隧道較遠(yuǎn)，影響較小。目前盾構(gòu)機(jī)停機(jī)位置處于北京東路南側(cè)正下方，該路段為雙向四車(chē)道，路幅為28米。北京東路為南京市重要路段，來(lái)往車(chē)流量非常大，是連接江蘇省政府和市政府主要干道。二、事件過(guò)程 第一次換刀情況 為保證盾構(gòu)機(jī)順利通過(guò)石英砂巖和粉質(zhì)粘土的復(fù)合地層，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至611環(huán)進(jìn)行了第一次換刀，帶壓進(jìn)倉(cāng)更換了38把滾刀，15把切刀，6把邊緣刮刀。該區(qū)段地質(zhì)情況比較復(fù)雜，軟硬不均，且地層中含水變化較大，含水量較為豐富，以下為渣土情況：二、事件過(guò)程 第二次換刀情況 2014年6月7日，盾構(gòu)機(jī)在完成第一次換刀后掘進(jìn)了39環(huán)，在此

7、過(guò)程中，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速為1.2rpm，推力在1400t左右，刀盤(pán)扭矩平均3200KNm，掘進(jìn)速度10mm/min,盾構(gòu)掘進(jìn)至650環(huán)時(shí)發(fā)現(xiàn)推力增大，掘進(jìn)速度驟降，從12mm/min降至2mm/min，項(xiàng)目部立刻組織人員進(jìn)行二次帶壓進(jìn)倉(cāng)作業(yè)，檢查并更換了面板及周邊滾刀。更換8把滾刀之后掌子面不穩(wěn)定（頂部坍塌高度約2.0米），為了保證人員安全，停止換刀繼續(xù)掘進(jìn)，中心滾刀未檢查更換。二、事件過(guò)程 掘進(jìn)過(guò)程停滯情況 為確保盾構(gòu)機(jī)通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)后安全換刀，于6月12日恢復(fù)掘進(jìn)，651、552環(huán)掘進(jìn)速度1-3mm/mim，推進(jìn)速度無(wú)明顯改善，且出渣量加大，刀盤(pán)電機(jī)扭矩限制器動(dòng)作頻繁，經(jīng)項(xiàng)目部會(huì)診分析，可能出現(xiàn)刀具破

8、損，6月13日653環(huán)停止掘進(jìn)。二、事件過(guò)程 進(jìn)倉(cāng)檢查情況（1）緊急處置 針對(duì)盾構(gòu)停置位置（位于快車(chē)道和非機(jī)動(dòng)車(chē)道中間綠化帶）周邊加強(qiáng)巡視及監(jiān)測(cè)， 2014年6月13日下午兩點(diǎn)，地面巡視人員在綠化帶路緣石部位發(fā)現(xiàn)裂縫，項(xiàng)目部及時(shí)與政府部門(mén)及地鐵公司做了溝通，立即組織人員對(duì)綠化帶停機(jī)位置進(jìn)行圍擋封閉，綠化帶植被進(jìn)行清除，探明地下管線并采取保護(hù)措施，同時(shí)安排地表注漿回灌加固。（2）帶壓進(jìn)倉(cāng)檢查情況 653環(huán)停止掘進(jìn)后，項(xiàng)目一邊做好帶壓進(jìn)倉(cāng)檢查刀具準(zhǔn)備工作，一邊迅速聯(lián)系專家進(jìn)行安全帶壓進(jìn)倉(cāng)檢查刀具方案評(píng)審。 6 月17日：開(kāi)始向刀盤(pán)倉(cāng)內(nèi)注入高濃度膨潤(rùn)土制作泥膜。土倉(cāng)壓力最大顯示1.60bar，排渣后

9、再次注入6立方膨潤(rùn)土。啟動(dòng)自動(dòng)保壓系統(tǒng)，壓力設(shè)置1.3bar，自動(dòng)保壓過(guò)程中比較正常。17、18日累計(jì)注入膨潤(rùn)土24立方。 6月19日：采取地面深孔注漿，在盾構(gòu)刀盤(pán)處前三米，后兩米，左右各一米的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行充填加固注漿，漿液為水泥、水玻璃雙液漿，注漿壓力為1.2Mpa，共計(jì)21個(gè)孔，共用水泥16.8t，水玻璃10t。6月28日-29日：開(kāi)始進(jìn)行帶壓進(jìn)倉(cāng)檢查刀具，在檢查過(guò)程中，掌子面上方土體出現(xiàn)垮塌、流泥現(xiàn)象，主要位于11:00-12:00位置。隨即關(guān)閉倉(cāng)門(mén)進(jìn)行缺陷部位補(bǔ)強(qiáng)加固注漿，補(bǔ)增了6個(gè)孔位，共用水泥13.5t，水玻璃6t。地面補(bǔ)強(qiáng)注漿完成后，實(shí)現(xiàn)安全帶壓進(jìn)倉(cāng)檢查。7月3日再次帶壓進(jìn)倉(cāng)，7月

10、4日完成刀具的檢查，情況如下：二、事件過(guò)程 進(jìn)倉(cāng)檢查情況刀具磨損情況 1-14#滾刀部分脫落或磨損嚴(yán)重；15#-18#正面滾刀偏磨；21#-30#正面滾刀正常磨損20mm左右。檢查切刀40把，部分切刀磨損量在2/3左右；12把切刀磨損量在1/3左右；15把切刀完好。檢查16把邊緣刮刀，其中4把邊緣刮刀合金部分磨損2/3左右，12把邊緣刮刀合金部分少量磨損。刀盤(pán)檢查情況 刀盤(pán)磨損范圍以1-3#雙聯(lián)滾刀為中心，2650mm直徑的圓形區(qū)域。刀盤(pán)磨損最寬部位為25cm。二、事件過(guò)程 進(jìn)倉(cāng)檢查情況刀盤(pán)磨損區(qū)域示意圖刀盤(pán)磨損區(qū)域示意圖刀盤(pán)磨損寬度示意圖刀盤(pán)磨損寬度示意圖三、刀盤(pán)修復(fù)過(guò)程 豎井開(kāi)挖1、方案確

11、定 經(jīng)過(guò)三次刀盤(pán)修復(fù)專題會(huì)議，采取首先地表加固土體穩(wěn)定地層，然后在盾構(gòu)機(jī)切口處開(kāi)挖豎井對(duì)刀盤(pán)進(jìn)行修復(fù)的方案。（1）袖閥管注漿加固 注漿范圍為盾體左右兩側(cè)各1.0m，刀盤(pán)前方3.0m,刀盤(pán)后方2.0m；布孔間距不大于1.5m,布孔深度為刀盤(pán)上方0.5m-1.5m，刀盤(pán)前方入巖0.3米。后又在此次注漿的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次加密注漿，兩次共計(jì)注水泥漿86m3，水玻璃13m3。注漿范圍及布置見(jiàn)下圖。橡膠管并排 2根 地表電纜線并排 2根 埋深0.39m波紋管2根 直徑25cm 0.84m燃?xì)夤艿?直徑50cm 0.89m盾盾 構(gòu)構(gòu) 機(jī)機(jī)塌 陷 區(qū)3.23.62m1m2m刀刀盤(pán)盤(pán)第 一 排 孔第 二 排 孔

12、第 三 排 孔加固區(qū)8.2第 四 排 孔1.5三、刀盤(pán)修復(fù)過(guò)程 豎井開(kāi)挖(2)樹(shù)根樁注漿加固 為防止豎井開(kāi)挖過(guò)程中前方土體失穩(wěn)，根據(jù)專家會(huì)意見(jiàn)，在刀盤(pán)右前方打設(shè)兩排樹(shù)根樁。樹(shù)根樁樁徑150mm，樁間距200mm，樁深入巖層50cm，注入水泥-水玻璃雙液漿。本次因管線及大樹(shù)影響，共打設(shè)樹(shù)根樁19根，每根樁注入漿液約為1t水泥量，未達(dá)到預(yù)期密排隔斷、加固效果。橡 膠 管 并 排 2根 地 表電 纜 線 并 排 2根 埋 深 0.39m波 紋 管 2根 直 徑 25cm 0.84m燃 氣 管 道 直 徑 50cm 0.89m盾盾 構(gòu)構(gòu) 機(jī)機(jī)3.23.6刀刀盤(pán)盤(pán)加固區(qū)1松 樹(shù) 123420891011

13、12131415161718619刀 盤(pán)570.83.6道 路 邊 緣 線0.30.72.30.6三、刀盤(pán)修復(fù)過(guò)程 豎井開(kāi)挖 施工豎井平面為矩形，凈空尺寸為1650mm1800mm，豎井采用倒掛井壁法施工，人工分層開(kāi)挖。以刀盤(pán)頂部20cm處為分界面，分上下兩部分施工，上部為封閉結(jié)構(gòu)，下部為敞口式“U”結(jié)構(gòu)。 同時(shí)為確保豎井結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及刀盤(pán)修復(fù)過(guò)程中刀盤(pán)前方土體穩(wěn)定，在刀盤(pán)前方及豎井前方布設(shè)三根人工挖孔樁(一根900mm、兩根800mm）。盾盾 構(gòu)構(gòu) 機(jī)機(jī) 中中 心心 線線刀刀盤(pán)盤(pán)1.8 0.250.250.251.650.25R0.5R0.65R0.4R 0 . 5 50.611.0410.81

14、 12 23 34 4三、刀盤(pán)修復(fù)過(guò)程 豎井開(kāi)挖豎井與盾構(gòu)機(jī)正視圖 豎井及盾構(gòu)機(jī)剖面圖三、刀盤(pán)修復(fù)過(guò)程 刀盤(pán)維修方案1、刀盤(pán)修復(fù)方案確定 在確定盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)磨損后，在實(shí)施地表加固及豎井開(kāi)挖期間，聯(lián)系廠家（中鐵工程裝備集體盾構(gòu)公司）雙方確定了刀盤(pán)修復(fù)方案。 由于豎井的尺寸為1650mm，刀盤(pán)維修部位直徑為2650mm，在維修過(guò)程中，要對(duì)刀盤(pán)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)才可滿足刀盤(pán)的維修工作。刀盤(pán)中間三維模型圖掌子面作業(yè)空間視覺(jué)圖三、刀盤(pán)修復(fù)過(guò)程 刀盤(pán)維修方案2、刀盤(pán)結(jié)構(gòu)修復(fù) 刨除中心區(qū)域磨損滾刀刀箱、刮刀刀座、中心刀盤(pán)噴口等，對(duì)磨損刀梁進(jìn)行打磨或火焰切割修整，處理完后測(cè)量磨損刀梁各部位剩余寬度； 通過(guò)測(cè)得數(shù)值現(xiàn)場(chǎng)校核

15、每塊下料鋼板的尺寸，并進(jìn)行局部修整； 考慮到土倉(cāng)的空間及鋼板的定位，如圖所示0和180主梁分成A、B、C三塊進(jìn)行拼焊，A、B、C三塊全部拼焊完成后，依次焊接主梁D（總共四塊）以及主梁之間的筋板（1、2、3、4），完成之后對(duì)刀盤(pán)45、135、225、315四個(gè)副梁進(jìn)行修復(fù)，由于副梁磨損區(qū)域較小，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)下料焊接修復(fù)。三、刀盤(pán)修復(fù)過(guò)程 刀盤(pán)維修方案2、刀盤(pán)結(jié)構(gòu)修復(fù) 刨除中心區(qū)域磨損滾刀刀箱、刮刀刀座、中心刀盤(pán)噴口等，對(duì)磨損刀梁進(jìn)行打磨或火焰切割修整，處理完后測(cè)量磨損刀梁各部位剩余寬度； 通過(guò)測(cè)得數(shù)值現(xiàn)場(chǎng)校核每塊下料鋼板的尺寸，并進(jìn)行局部修整； 考慮到土倉(cāng)的空間及鋼板的定位，如圖所示0和180主梁分

16、成A、B、C三塊進(jìn)行拼焊，A、B、C三塊全部拼焊完成后，依次焊接主梁D（總共四塊）以及主梁之間的筋板（1、2、3、4），完成之后對(duì)刀盤(pán)45、135、225、315四個(gè)副梁進(jìn)行修復(fù)，由于副梁磨損區(qū)域較小，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)下料焊接修復(fù)。四、事件原因分析 根據(jù)掘進(jìn)參數(shù)、歷次開(kāi)倉(cāng)檢查結(jié)果及豎井揭示地質(zhì)情況判斷，事件原因分析如下： （1）鼓雞區(qū)間地質(zhì)復(fù)雜多變，軟硬不均，且地層中含水量及其變化較大，區(qū)間詳勘報(bào)告中巖層強(qiáng)度遠(yuǎn)低于實(shí)際巖石強(qiáng)度，在強(qiáng)度高的石英砂巖和粉質(zhì)粘土的復(fù)合地層掘進(jìn)容易導(dǎo)致刀盤(pán)磨損。 （2）南京市北京東路為城市主干道，來(lái)往車(chē)流量非常大、綠化改遷困難，無(wú)補(bǔ)充勘察條件，勘察資料不能準(zhǔn)確反映該段地質(zhì)情況，詳勘地質(zhì)縱斷面圖未反應(yīng)巖石分布范圍。 （3）在復(fù)合地質(zhì)地段，第二次帶壓進(jìn)倉(cāng)對(duì)周邊滾刀檢查更換結(jié)束后，刀盤(pán)頂部塌陷（頂部坍塌高度約2.0米），繼續(xù)帶壓進(jìn)倉(cāng)危險(xiǎn)性較高，地面無(wú)加固條件，為了保證人員安全，停止換刀繼續(xù)掘進(jìn)。 （4）掘進(jìn)至650環(huán)時(shí)，掘進(jìn)速度突降，說(shuō)明此時(shí)部分刀具已經(jīng)磨損至極限，或個(gè)別刀具脫落。五、盾構(gòu)出洞后刀盤(pán)情