01-盾构穿越高强硬岩段及孤石群施工技术 - 图文

盾构施工技术交流会 盾构穿越高强硬岩段及孤石群施工技术 图3 四号线始发300m段地质剖面图 图4 四号线开仓取出的裂隙发育的微风化混合岩岩样照片 [实例2]三号线北延段[同和站～永泰站盾构区间]始发井～永泰吊出井右线剩余110多米硬岩采用盾构机掘进通过，其岩性为混合岩，岩石单轴抗压强度最大158MPa，裂隙发育，盾构掘进最低进度3环/天，最高进度10环/天。

图5 三号线北延同泰始发井～永泰吊出井右线开仓裂隙发育照片

始发井～同和站左线剩余70多米硬岩采用盾构机掘进通过，其岩性为花岗岩，岩石完整性好，岩石单轴抗压强度最大134.5MPa，盾构掘进进度1环/天。

中铁十三局集团有限公司 5 盾构施工技术交流会 盾构穿越高强硬岩段及孤石群施工技术

图6 三号线北延同泰始发井～同和站左线开仓照片

3.1.2 岩土渗透性

岩土渗透系数（k）值的大小，取决于土的成因、颗粒大小、颗粒级配、粘粒含量及土的密实度等，对于基岩不仅取决于其成因，而且与风化程度、裂隙发育程度及裂隙的连通性等有关。K值与渗透性关系见表3。

表3 K值与渗透性关系一览表

K值 K>200 10≤K≤200 强透水 1≤K<10 中等透水 0.01≤K<1 0.001≤K<0.01 K<0.001 弱透水 微透水 不透水 类别 特强透水 盾构机在硬岩中掘进，地下水过大易造成螺旋输送机喷涌、管片上浮等一系列问题，降低施工进度。 3.1.3 岩石的软化性

岩石浸水后强度和稳定性降低的性质称为岩石的软化性。岩石软化性的大小常用软化系数（Kd）（软化系数Kd＝岩石饱水状态的抗压强度/岩石干燥状态的抗压强度）来衡量。软化系数小于1。岩石软化系数>0.75，软化性弱，抗水、抗风化能力强；软化系数<0.75，工程地质性质较差。 3.2 盾构是关键 3.2.1 刀具的配置

刀盘按硬岩掘进布置刀具，刀盘安装31把单刃滚刀，4把双刃滚刀，64把正面齿刀，8把边刮刀。 目前盾构机滚刀间距一般为100～120mm，在软岩中其破岩原理是由滚刀压碎岩石，滚刀之间无法破碎的“岩脊”部分由刮刀铲除。但是，盾构机在通过花岗岩硬岩时就不完全适合了。

滚刀的破岩能力一般在80MPa，刮刀可挖掘30MPa以内土石。硬岩地段岩石的单轴抗压强度很高往往

6 中铁十三局集团有限公司 盾构施工技术交流会 盾构穿越高强硬岩段及孤石群施工技术 大于30MPa，硬岩地段只需滚刀不需刮刀。根据破岩机理的研究，盾构机在硬岩中的破岩是通过滚刀给岩石以一定的压力使之产生裂缝，当相邻滚刀产生的裂缝连接在一起时，岩石就会破碎并脱落。因此，在硬岩破岩的过程中无需刮刀起任何作用。事实证明，刮刀在破硬岩过程中的作用很小，要么被磨平，要么被崩断。这是由于当刀盘在转动的过程中滚刀的贯入度超过了滚刀与刮刀的高度差时，刮刀突然碰到硬岩所受到的瞬间荷载造成的。

图7 硬岩掘进刀具布置示意图

[经验一]三号线北延同泰始发井～同和站左线剩余70多米硬岩采用盾构机掘进通过，在开仓检查刀具时发现齿刀、边刮刀多数崩断损坏，不再对其装新的刀具，为了保护刀座，用20～30mm厚钢板代替刀具装上拧紧螺栓。

中铁十三局集团有限公司 7 盾构施工技术交流会 盾构穿越高强硬岩段及孤石群施工技术 图8 三号线北延同泰左线硬岩开仓刀具损坏照片

3.2.2 盾构机的有效推力

盾构机的有效推力是指刀盘作用于工作面上直接将岩土切削或破碎下来所需要的实际推力。 FBA（有效推力）=∑F（总推力）-FM(盾壳与围岩之间的摩擦力)-FS(盾尾密封与管片之间的摩擦力)-FNL(拖拉后配套设备的力)

在硬岩段敞开模式下掘进，增加总推力主要会使刀盘的推力增大。根据滚刀的设计能力，每把刀正面推力一般都限制在250～300KN之间。在这种情况下，若在硬岩段掘进，一旦对刀盘的推力过大，就会造成“多米诺骨牌效应”，滚刀将一个个地被损坏。同时，总推力过大可能导致管片破损开裂。在施工过程中，通过对围岩特点及各种施工参数的分析和判断，及时将总推力与有效推力进行比较，正确指导施工。

[经验二]三号线北延同泰左线硬岩采用盾构机掘进，通过盾体注浆孔在盾体四周注膨润土降低盾壳与围岩之间的摩擦力，在总推力不变的情况下增加盾构机的有效推力。 3.3 人是根本

盾构机组装后滚刀间距、开口率等一些参数一般无法改变，这就需要我们在熟悉盾构机性能的基础上扬长避短，尽可能发挥盾构机的优良性能保证掘进的顺利进行。 3.3.1 掘进模式

在微风化硬岩中，由于岩石在开挖后应力重分布形成应力拱致使坍塌延时性，故此种地层若条件许可尽可能采用敞开式掘进模式。 3.3.2 掘进参数设定

盾构机在硬岩中掘进要选择合理的掘进参数，包括掘进总推力、刀盘转速、扭矩及掘进速度。 3.3.2.1 掘进总推力

推力是影响刀具磨损的最直接参数。其大小直接决定了刀具所承受的荷载。推力过大，虽然短期内掘进速度很快，但过大的荷载会使滚刀轴承受挤压变形，继而影响滚刀的自传，最终造成滚刀刀圈的偏磨或断裂。

8 中铁十三局集团有限公司