花岗岩地层盾构施工技术交流课件

,0,花岗岩基岩凸起地层盾构施工新认识,花岗岩基岩凸起地层盾构施工新认识,1,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,目 录一、,2,一,、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,。,岩土分界线,基岩凸起,孤石,一、基岩凸起的特性1、基岩凸起形成原因岩土分界线基岩凸起孤石,3,一,、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,石英,长石,其他矿物,一、基岩凸起的特性2、花岗岩的特性石英,4,一,、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2、花岗岩的特性地区花岗岩基岩凸起强度大，,5,一,、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,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,6,1,、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,岩土分界线,基岩凸起,孤石,1、相对于全断面硬岩安全性，软硬不均工程风险更高。二、盾构掘,7,1,、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,1、相对于全断面硬岩安全性，软硬不均工程风险更高。二、盾构掘,8,2,、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,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,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,9,3,、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,3、认识到风险不在硬推了，改用基岩预破碎的方式二、盾构掘进基,10,1,、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,1、钻孔破碎效率低，工期长、管线影响突出。三、,11,2,、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,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,12,四、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。,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,S217,630,4377,3165,一泵,4,管路,100,轨道交通3号线装备,CTE6450,945,6000,4086,单管单泵,70,四、盾构直接通过的可行性 回归盾构掘进阶段盾构机额定功率,13,四、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研磨性试验,14,四、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,。,岩芯编号,研磨棒两端磨损量（,mg,）,平均值,平均单端磨损量（,mg,）,级别,1,2,3,4,5,6,1#,9.4,22.3,18.1,14.2,17,12.1,15.52,7.76,2,表 五五区间岩心,研磨性测试数据,岩石类别,极低研磨性,低研磨性,中等研磨性,高研磨性,极高研磨性,岩石级别,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,研磨性（,mg,）,0,5,5,10,10,20,20,50,50,80,80,110,110,150,150,200,200,260,260,1000,表 岩石研磨性分级标准,四、盾构直接通过的可行性岩芯编号研磨棒两端磨损量（mg）平均,15,四、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,四、盾构直接通过的可行性 回归盾构掘进阶段,16,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869,17,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869,18,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五、工程实例,19,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五、工程实例,20,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五、工程实例,21,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五、工程实例,22,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、工程实例,23,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,应用背景：轨道2号线五缘湾南站五缘湾站盾构区间五、工程实例,24,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,盾构机直接通过的施工小结：六、小结,25,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,对于预破碎和预加固方式的选择：六、小结,26,谢 谢！,汇 报 完 毕,谢 谢！汇 报 完 毕,27,