第三節(jié) 盾構(gòu)通過花崗巖球狀風(fēng)化體的掘進(jìn)技術(shù)

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1、第三節(jié)盾構(gòu)通過花崗巖球狀風(fēng)化體的掘進(jìn)技術(shù)花崗巖風(fēng)化土中存在的球狀風(fēng)化核，俗稱“孤石”，在廣州地區(qū)是普遍存在的一種地質(zhì)現(xiàn)象，尤其在廣州地鐵三號線天～華區(qū)間的施工中多次碰到。花崗巖風(fēng)化土中的球狀風(fēng)化核，其成因是巖漿中的石英富集部分不容易風(fēng)化所致。由于其埋藏分布及大小是隨機(jī)的，很難通過地質(zhì)鉆探探明其分布情況。孤石形狀各異，大小從幾十公分到幾米，巖石單軸抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到100Mpa以上。相對于孤石的強(qiáng)度，周邊風(fēng)化土層強(qiáng)度小很多。盾構(gòu)推進(jìn)過程中，很容易出現(xiàn)孤石不能被滾刀破碎，在刀盤前滾動(dòng)，嚴(yán)重?fù)p壞刀具和刀盤的現(xiàn)象。同時(shí)

2、孤石通常存在于自穩(wěn)能力不好的殘積層，洞內(nèi)基本上無條件直接進(jìn)行處理，因此盾構(gòu)在存在孤石的花崗巖殘積層中掘進(jìn)，將面臨極大的施工風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度及成本。一、盾構(gòu)通過花崗巖球狀風(fēng)化體存在的問題1、掘進(jìn)非常困難并頻繁卡刀盤；2、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)難以控制；3、刀具磨損非常嚴(yán)重，刀圈崩斷，刀座、刀盤變形4、更換刀具困難，花崗巖殘積層不穩(wěn)定，遇水膨脹崩解，泥化以致流淌，必須進(jìn)行地面或洞內(nèi)加固，加固后再進(jìn)行氣壓換刀，耗用大量時(shí)間。5、掘進(jìn)震動(dòng)大，對保護(hù)地面建筑物不利。二、破碎花崗巖球狀風(fēng)化體的方法1、盾構(gòu)機(jī)直接破除孤石，盾構(gòu)機(jī)

3、直接破除孤石需要滿足兩個(gè)條件：（1）盾構(gòu)提供足夠的切削力破巖。（2）在孤石被刀具破碎過程中，周邊土體不能產(chǎn)生破壞，即孤石不能移動(dòng)。2、不能通過盾構(gòu)機(jī)直接破除的孤石，可采取如下方法：（1）對孤石周邊風(fēng)化土層進(jìn)行地面或洞內(nèi)預(yù)加固，然后再盾構(gòu)機(jī)破巖或人工破巖。（2）洞內(nèi)靜態(tài)爆破或火藥爆破。（3）地面鉆孔爆破或沖孔破除孤石。（4）壓氣作業(yè)條件下人工破除孤石，破除時(shí)可采用巖石分裂機(jī)等設(shè)備。三、施工中應(yīng)采取的針對性措施1、加密補(bǔ)充地質(zhì)勘探，掌握孤石分布情況。2、施工過程中進(jìn)行預(yù)測和判斷是否存在花崗巖球狀風(fēng)化體。掘進(jìn)過程中

4、注意觀察盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的異常情況以及掘進(jìn)參數(shù)的異常變化（例如速度突然變慢、推力、扭矩突然增大、刀盤振動(dòng)、盾構(gòu)機(jī)有異響聲等），判斷是否碰上球狀風(fēng)化巖體。有經(jīng)驗(yàn)的操作手據(jù)此可初步判斷刀盤前孤石情況。掘進(jìn)過程中隨時(shí)監(jiān)測刀具和刀盤的受力狀態(tài)，確保其不超載并觀測刀盤是否受力不均，以防刀盤產(chǎn)生變形。3、勤檢查、勤更換刀具在花崗巖球狀風(fēng)化體群這種地層中施工，刀具（包括刀盤）的磨損和破損是很嚴(yán)重的，其主要原因是工作面的地質(zhì)環(huán)境變化非常頻繁。因此，對刀具和刀盤的檢查和更換就更要成為一種例行工作。4、不能通過盾構(gòu)機(jī)直接破除的孤石，應(yīng)

5、采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行破除。四、盾構(gòu)通過花崗巖球狀風(fēng)化體的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)1、在地質(zhì)勘探方面，對于花崗巖風(fēng)化地層，目前采用的30-50m一個(gè)地質(zhì)孔的鉆探難以滿足要求，應(yīng)加密鉆探，對于有孤石存在的地段，鉆探孔的間距應(yīng)該更加小，更有針對性。2、根據(jù)地層情況，合理選擇盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)能力、刀盤刀具的布置以及滾刀的數(shù)量、強(qiáng)度應(yīng)滿足本區(qū)間盾構(gòu)掘進(jìn)的要求，目前三號線有孤石存在的區(qū)間選用的海瑞克盾構(gòu)機(jī)，滾刀的間距偏大，邊緣滾刀的數(shù)量偏少，同時(shí)，滾刀的強(qiáng)度不夠，在掘進(jìn)過程中，滾刀破壞嚴(yán)重，造成掘進(jìn)緩慢，換刀頻繁。3、盾構(gòu)機(jī)在孤石

6、地層掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)控制掘進(jìn)速度、刀盤扭矩、盾構(gòu)機(jī)的推力，刀盤的貫入量以及刀盤的轉(zhuǎn)速，做到平穩(wěn)掘進(jìn)，減少對地層的擾動(dòng)。當(dāng)掘進(jìn)速度、刀盤的扭矩、盾構(gòu)機(jī)推力有異樣狀況時(shí)，例如速度突然變慢、推力、扭矩突然增大、刀盤振動(dòng)、盾構(gòu)機(jī)有異響聲等，應(yīng)停機(jī)分析原因。4、在花崗巖球狀風(fēng)化孤石地層施工時(shí)，刀具（包括刀盤）的磨損和破損速度很快，對刀具和刀盤的檢查和更換應(yīng)成為一種例行工作，掘進(jìn)過程中應(yīng)做到勤檢查勤換刀，以防止刀具的破壞引起刀座的變形和刀盤破壞。5、刀具檢查應(yīng)全面，刀具更換應(yīng)徹底，在掘進(jìn)過程中，未更換破損的刀不能破除巖石，會(huì)形

7、成巖脊，對周邊的刀具產(chǎn)生側(cè)壓，加速周邊刀具的破壞。6、在花崗巖球狀風(fēng)化孤石地層，由于周邊地層為花崗巖全風(fēng)化和殘積土，遇水易軟化崩解泥化，刀具更換最安全的方法是進(jìn)行地層加固，但加固換刀時(shí)間長成本高。因此，壓氣作業(yè)的廣泛應(yīng)用解決了這一問題，壓氣作業(yè)時(shí)，首先應(yīng)試壓，確保掌子面能保住壓力才能進(jìn)行帶壓工作。7、對于孤石的處理，除采用盾構(gòu)機(jī)直接破除孤石外，還可根據(jù)掌子面穩(wěn)定情況，孤石周邊臨空面情況采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄆ瞥?、對于在孤石地層掘進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)刀具最主要的破壞形式有刀圈崩斷，刀圈偏磨，刀座、刀盤變形等，應(yīng)通過控制掘進(jìn)速

8、度、刀盤扭矩、貫入度、刀盤轉(zhuǎn)速等措施減少刀圈崩斷、刀圈偏磨，通過控制推力來減少刀座、刀盤變形。9、在孤石地層掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)注意控制土倉的溫度，土倉溫度過高，可能會(huì)加速刀具的破壞。工程實(shí)例、天～五區(qū)間盾構(gòu)機(jī)過球狀風(fēng)化體天～五區(qū)間右線自2004年2月7日掘進(jìn)至614環(huán)開始進(jìn)入孤石群，2004年9月底脫離困境，歷時(shí)8個(gè)月，孤石區(qū)長度348米，先后進(jìn)行氣壓法換刀15次，更換各類刀具251把，工程為此付出了巨大代