花岗岩地层盾构施工技术交流课件.pptx

花岗岩基岩凸起地层盾构施工新认识,目 录,一、基岩凸起的特性二、盾构掘进基岩面临的问题三、基岩预破碎存在的问题四、盾构直接通过的可行性五、工程实例六、小结,一、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。,一、基岩凸起的特性,2、花岗岩的特性 矿物含量决定了花岗岩的主要性质。（抗压强度和硬度）石英含量越高，硬度越高；其他矿物越多，硬度越差 一般等粒花岗岩比不等粒花岗岩硬 细粒花岗岩比粗粒花岗岩硬,一、基岩凸起的特性,2、花岗岩的特性 地区中微风化花岗岩天然抗压强度100200MPa，石英含量在30%60%。,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、基岩凸起的特性,3、根据隧道是否穿越岩土分界线，可分为两种情况：全断面硬岩、软硬不均,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、盾构掘进基岩面临的问题,1、相对于全断面硬岩安全性，软硬不均工程风险更高。刀具偏磨-若不及时更换，伤及刀盘 超量出渣-掌子面坍塌、地表塌陷 刀盘结泥饼-扭矩升高，盾构机卡停,二、盾构掘进基岩面临的问题,刀具偏磨,超量出渣,2、软硬不均认知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、盾构掘进基岩面临的问题,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、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,2、基岩爆破：工效较钻孔方式高，但受制于火工品管制，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,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,回归盾构掘进阶段设备是关键、地质是基础、管理是根本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。,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、管理是根本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,回归盾构掘进阶段设备是关键、地质是基础、管理是根本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。,表 五五区间岩心研磨性测试数据,表 岩石研磨性分级标准,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、管理是根本针对软硬不均工程风险所采取的解决措施 刀具偏磨-预加固+带压进仓创造开仓条件 超量出渣-渣土改良，控制出渣量 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,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。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,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,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。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,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,最大扭矩及渣温,最大推力,岩石强度那么高，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,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,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,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,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,谢 谢！,汇 报 完 毕,