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1、,鼓鸡区间右线隧道盾构掘进中 刀盘磨损情况材料,南京地铁四号线TA03标项目经理部,中铁隧道集团有限公司 南京地铁四号线TA03标项目经理部 二一五年六月,一、工程概况 二、事件过程 三、刀盘修复情况 四、事件原因分析 五、盾构出洞后刀盘道具情况,主要内容,一、工程概况,鼓楼站鸡鸣市盾构区间由鼓楼站出发以半径500m曲线转向东北方向，沿北京东路敷设至鸡鸣市站，区间进入鸡鸣市站前采用半径2000m及1500m反向曲线与3号线鸡鸣市站相接。区间右线起讫里程为右CK15+476.620右CK16+616.415，区间右线长度1139.795m。本区间在CK16+076里程处设置联络通道及泵站一座。本
2、区间使用中铁41号盾构机施工。,复合式刀盘直径6460mm，刀盘开口率37%，刀盘转速为03r/min，最大推力3400t，最大掘进速度80mm/min，额定扭矩5500KNm，脱困扭矩6800KNm。,一、工程概况 工程地质,（1）停机位置 鼓楼站鸡鸣市站区间隧道右线隧道停机时，盾构推进至653环，刀盘位于659环，盾构机顶部埋深13.35m。 （2）停机位置纵断面地质情况 根据详细勘探资料显示，该里程纵剖面地质从上至下依次为杂填土、粉质粘土、2-3b4淤泥质粉质粘土（厚度为4.7m）、2-4b2粉质粘土（厚度4.6m）。盾构机主要穿越3-2b2、3-1b1粉质粘土。 （3）盾构刀盘位置横断
3、面地质分层 根据此前带压开仓检查结果和地质横断面图的分析，盾构目前掘进区域确定为土岩的复合地层。掌子面70为中风化石英砂岩，平均强度为80MPa。在刀盘的右上方存在3-2b2粉质粘土层。,一、工程概况 工程地质,图1-1 盾构刀盘后方27m位置横剖面地质分层图,一、工程概况 工程地质,图1-2 刀盘位置现场钻孔实测地质剖面图,一、工程概况 工程水文地质情况,（1）设计情况 根据详勘显示，中风化岩层中含有裂隙水，基岩裂隙水是本标段重要水源之一，富水程度差异较大，基岩中风化层由于裂隙连通性差，又多被填充，其渗透性较差，且具多变性和不均匀性。接受大气降水的补给及上层微承压水的补给，由于受裂隙分布及相
4、互连通条件的影响，具多变性。 （2）掘进过程中喷涌情况 复合地层掘进过程中，螺机口有喷涌现象，地层中含水量很大。,一、工程概况 周边地下管线情况,1、地下管线情况,2、周边建筑物、交通情况,隧道周边只有一层混凝土结构公厕一座，距离隧道较远，影响较小。 目前盾构机停机位置处于北京东路南侧正下方，该路段为双向四车道，路幅为28米。北京东路为南京市重要路段，来往车流量非常大，是连接江苏省政府和市政府主要干道。,二、事件过程 第一次换刀情况,为保证盾构机顺利通过石英砂岩和粉质粘土的复合地层，盾构机掘进至611环进行了第一次换刀，带压进仓更换了38把滚刀，15把切刀，6把边缘刮刀。该区段地质情况比较复杂
5、，软硬不均，且地层中含水变化较大，含水量较为丰富，以下为渣土情况：,二、事件过程 第二次换刀情况,2014年6月7日，盾构机在完成第一次换刀后掘进了39环，在此过程中，刀盘转速为1.2rpm，推力在1400t左右，刀盘扭矩平均3200KNm，掘进速度10mm/min,盾构掘进至650环时发现推力增大，掘进速度骤降，从12mm/min降至2mm/min，项目部立刻组织人员进行二次带压进仓作业，检查并更换了面板及周边滚刀。更换8把滚刀之后掌子面不稳定（顶部坍塌高度约2.0米），为了保证人员安全，停止换刀继续掘进，中心滚刀未检查更换。,二、事件过程 掘进过程停滞情况,为确保盾构机通过风险区后安全换刀
6、，于6月12日恢复掘进，651、552环掘进速度1-3mm/mim，推进速度无明显改善，且出渣量加大，刀盘电机扭矩限制器动作频繁，经项目部会诊分析，可能出现刀具破损，6月13日653环停止掘进。,二、事件过程 进仓检查情况,（1）紧急处置 针对盾构停置位置（位于快车道和非机动车道中间绿化带）周边加强巡视及监测， 2014年6月13日下午两点，地面巡视人员在绿化带路缘石部位发现裂缝，项目部及时与政府部门及地铁公司做了沟通，立即组织人员对绿化带停机位置进行围挡封闭，绿化带植被进行清除，探明地下管线并采取保护措施，同时安排地表注浆回灌加固。 （2）带压进仓检查情况 653环停止掘进后，项目一边做好带
7、压进仓检查刀具准备工作，一边迅速联系专家进行安全带压进仓检查刀具方案评审。 6 月17日：开始向刀盘仓内注入高浓度膨润土制作泥膜。土仓压力最大显示1.60bar，排渣后再次注入6立方膨润土。启动自动保压系统，压力设置1.3bar，自动保压过程中比较正常。17、18日累计注入膨润土24立方。 6月19日：采取地面深孔注浆，在盾构刀盘处前三米，后两米，左右各一米的区域内进行充填加固注浆，浆液为水泥、水玻璃双液浆，注浆压力为1.2Mpa，共计21个孔，共用水泥16.8t，水玻璃10t。 6月28日-29日：开始进行带压进仓检查刀具，在检查过程中，掌子面上方土体出现垮塌、流泥现象，主要位于11:00-
8、12:00位置。随即关闭仓门进行缺陷部位补强加固注浆，补增了6个孔位，共用水泥13.5t，水玻璃6t。地面补强注浆完成后，实现安全带压进仓检查。 7月3日再次带压进仓，7月4日完成刀具的检查，情况如下：,二、事件过程 进仓检查情况,刀具磨损情况 1-14#滚刀部分脱落或磨损严重；15#-18#正面滚刀偏磨；21#-30#正面滚刀正常磨损20mm左右。检查切刀40把，部分切刀磨损量在2/3左右；12把切刀磨损量在1/3左右；15把切刀完好。检查16把边缘刮刀，其中4把边缘刮刀合金部分磨损2/3左右，12把边缘刮刀合金部分少量磨损。 刀盘检查情况 刀盘磨损范围以1-3#双联滚刀为中心，2650mm
9、直径的圆形区域。刀盘磨损最宽部位为25cm。,二、事件过程 进仓检查情况,图2-2 刀盘磨损区域示意图 图2-3 刀盘磨损宽度示意图,刀盘磨损区域示意图,刀盘磨损宽度示意图,三、刀盘修复过程 竖井开挖,图2-2 刀盘磨损区域示意图 图2-3 刀盘磨损宽度示意图,1、方案确定 经过三次刀盘修复专题会议，采取首先地表加固土体稳定地层，然后在盾构机切口处开挖竖井对刀盘进行修复的方案。 （1）袖阀管注浆加固 注浆范围为盾体左右两侧各1.0m，刀盘前方3.0m,刀盘后方2.0m；布孔间距不大于1.5m,布孔深度为刀盘上方0.5m-1.5m，刀盘前方入岩0.3米。后又在此次注浆的基础上进行二次加密注浆，两
10、次共计注水泥浆86m3，水玻璃13m3。注浆范围及布置见下图。,三、刀盘修复过程 竖井开挖,图2-2 刀盘磨损区域示意图 图2-3 刀盘磨损宽度示意图,(2)树根桩注浆加固 为防止竖井开挖过程中前方土体失稳，根据专家会意见，在刀盘右前方打设两排树根桩。树根桩桩径150mm，桩间距200mm，桩深入岩层50cm，注入水泥-水玻璃双液浆。本次因管线及大树影响，共打设树根桩19根，每根桩注入浆液约为1t水泥量，未达到预期密排隔断、加固效果。,三、刀盘修复过程 竖井开挖,图2-2 刀盘磨损区域示意图 图2-3 刀盘磨损宽度示意图,施工竖井平面为矩形，净空尺寸为1650mm1800mm，竖井采用倒挂井壁
11、法施工，人工分层开挖。以刀盘顶部20cm处为分界面，分上下两部分施工，上部为封闭结构，下部为敞口式“U”结构。 同时为确保竖井结构稳定及刀盘修复过程中刀盘前方土体稳定，在刀盘前方及竖井前方布设三根人工挖孔桩(一根900mm、两根800mm）。,三、刀盘修复过程 竖井开挖,图2-2 刀盘磨损区域示意图 图2-3 刀盘磨损宽度示意图,竖井与盾构机正视图 竖井及盾构机剖面图,三、刀盘修复过程 刀盘维修方案,图2-2 刀盘磨损区域示意图 图2-3 刀盘磨损宽度示意图,1、刀盘修复方案确定 在确定盾构机刀盘磨损后，在实施地表加固及竖井开挖期间，联系厂家（中铁工程装备集体盾构公司）双方确定了刀盘修复方案。
12、 由于竖井的尺寸为1650mm，刀盘维修部位直径为2650mm，在维修过程中，要对 刀盘进行转动才可满足刀盘的维修工作。,刀盘中间三维模型图,掌子面作业空间视觉图,三、刀盘修复过程 刀盘维修方案,图2-2 刀盘磨损区域示意图 图2-3 刀盘磨损宽度示意图,2、刀盘结构修复 刨除中心区域磨损滚刀刀箱、刮刀刀座、中心刀盘喷口等，对磨损刀梁进行打磨或火焰切割修整，处理完后测量磨损刀梁各部位剩余宽度； 通过测得数值现场校核每块下料钢板的尺寸，并进行局部修整； 考虑到土仓的空间及钢板的定位，如图所示0和180主梁分成A、B、C三块进行拼焊，A、B、C三块全部拼焊完成后，依次焊接主梁D（总共四块）以及主梁
13、之间的筋板（1、2、3、4），完成之后对刀盘45、135、225、315四个副梁进行修复，由于副梁磨损区域较小，根据现场下料焊接修复。,三、刀盘修复过程 刀盘维修方案,图2-2 刀盘磨损区域示意图 图2-3 刀盘磨损宽度示意图,2、刀盘结构修复 刨除中心区域磨损滚刀刀箱、刮刀刀座、中心刀盘喷口等，对磨损刀梁进行打磨或火焰切割修整，处理完后测量磨损刀梁各部位剩余宽度； 通过测得数值现场校核每块下料钢板的尺寸，并进行局部修整； 考虑到土仓的空间及钢板的定位，如图所示0和180主梁分成A、B、C三块进行拼焊，A、B、C三块全部拼焊完成后，依次焊接主梁D（总共四块）以及主梁之间的筋板（1、2、3、4）
14、，完成之后对刀盘45、135、225、315四个副梁进行修复，由于副梁磨损区域较小，根据现场下料焊接修复。,四、事件原因分析,图2-2 刀盘磨损区域示意图 图2-3 刀盘磨损宽度示意图,根据掘进参数、历次开仓检查结果及竖井揭示地质情况判断，事件原因分析如下： （1）鼓鸡区间地质复杂多变，软硬不均，且地层中含水量及其变化较大，区间详勘报告中岩层强度远低于实际岩石强度，在强度高的石英砂岩和粉质粘土的复合地层掘进容易导致刀盘磨损。 （2）南京市北京东路为城市主干道，来往车流量非常大、绿化改迁困难，无补充勘察条件，勘察资料不能准确反映该段地质情况，详勘地质纵断面图未反应岩石分布范围。 （3）在复合地质地段，第二次带压进仓对周边滚刀检查更换结束后，刀盘顶部塌陷（顶部坍塌高度约2.0米），继续带压进仓危险性较高，地面无加固条件，为了保证人员安全，停止换刀继续掘进。 （4）掘进至650环时，掘进速度突降，说明此时部分刀具已经磨损至极限，或个别刀具脱落。,五、盾构出洞后刀盘情况,图2-2 刀盘磨损区域示意图 图2-3 刀盘磨损宽度示意图,根据专家会制定后续300环掘进方案，掘进过程顺利，盾构顺利贯通出洞后，未发现刀盘有焊缝脱落、刀盘磨损、结构变形等现象，盾构机及其刀盘状态良好。,南京地铁,汇报完毕，欢迎大家批评指正 谢 谢！,
