盾構通過花崗巖球狀風化體掘進技術

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1、第三節(jié)盾構通過花崗巖球狀風化體的掘進技術花崗巖風化土中存在的球狀風化核，俗稱“孤石”，在廣州地區(qū)是普遍存在的一種地質現(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?；◢弾r風化土中的球狀風化核，其成因是巖漿中的石英富集部分不容易風化所致。由于其埋藏分布及大小是隨機的，很難通過地質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，巖石單軸抗壓強度可以達到100Mpa以上。相對于孤石的強度，周邊風化土層強度小很多。盾構推進過程中，很容易出現(xiàn)孤石不能被滾刀破碎，在刀盤前滾動，嚴重損壞刀具和刀盤的現(xiàn)象。同時孤石通常存在

2、于自穩(wěn)能力不好的殘積層，洞內基本上無條件直接進行處理，因此盾構在存在孤石的花崗巖殘積層中掘進，將面臨極大的施工風險，嚴重影響工程進度及成本。一、盾構通過花崗巖球狀風化體存在的問題1、掘進非常困難并頻繁卡刀盤；2、盾構機姿態(tài)難以控制；3、刀具磨損非常嚴重，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，必須進行地面或洞內加固，加固后再進行氣壓換刀，耗用大量時間。5、掘進震動大，對保護地面建筑物不利。二、破碎花崗巖球狀風化體的方法1、盾構機直接破除孤石，盾構機直接破除孤石需要滿足兩個

3、條件：（1）盾構提供足夠的切削力破巖。（2）在孤石被刀具破碎過程中，周邊土體不能產生破壞，即孤石不能移動。2、不能通過盾構機直接破除的孤石，可采取如下方法：（1）對孤石周邊風化土層進行地面或洞內預加固，然后再盾構機破巖或人工破巖。（2）洞內靜態(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，破除時可采用巖石分裂機等設備。三、施工中應采取的針對性措施1、加密補充地質勘探，掌握孤石分布情況。8/82、施工過程中進行預測和判斷是否存在花崗巖球狀風化體。掘進過程中注意觀察盾構機掘進的異常情況以

4、及掘進參數(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、盾構機有異響聲等），判斷是否碰上球狀風化巖體。有經驗的操作手據此可初步判斷刀盤前孤石情況。掘進過程中隨時監(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，以防刀盤產生變形。3、勤檢查、勤更換刀具在花崗巖球狀風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重的，其主要原因是工作面的地質環(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、不能通過盾構機直接破除的孤石，應采取適當?shù)姆椒ㄟM行破除。四、盾構通過花崗巖

5、球狀風化體的經驗教訓總結1、在地質勘探方面，對于花崗巖風化地層，目前采用的30-50m一個地質孔的鉆探難以滿足要求，應加密鉆探，對于有孤石存在的地段，鉆探孔的間距應該更加小，更有針對性。2、根據地層情況，合理選擇盾構機，盾構機的掘進能力、刀盤刀具的布置以及滾刀的數(shù)量、強度應滿足本區(qū)間盾構掘進的要求，目前三號線有孤石存在的區(qū)間選用的海瑞克盾構機，滾刀的間距偏大，邊緣滾刀的數(shù)量偏少，同時，滾刀的強度不夠，在掘進過程中，滾刀破壞嚴重，造成掘進緩慢，換刀頻繁。3、盾構機在孤石地層掘進時，應控制掘進速度、刀盤扭矩、盾構機的推力，刀

6、盤的貫入量以及刀盤的轉速，做到平穩(wěn)掘進，減少對地層的擾動。當掘進速度、刀盤的扭矩、盾構機推力有異樣狀況時，例如速度突然變慢、推力、扭矩突然增大、刀盤振動、盾構機有異響聲等，應停機分析原因。4、在花崗巖球狀風化孤石地層施工時，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成為一種例行工作，掘進過程中應做到勤檢查勤換刀，以防止刀具的破壞引起刀座的變形和刀盤破壞。5、刀具檢查應全面，刀具更換應徹底，在掘進過程中，未更換破損的刀不能破除巖石，會形成巖脊，對周邊的刀具產生側壓，加速周邊刀具的破壞。6、在花崗巖球狀

7、風化孤石地層，由于周邊地層為花崗巖全風化和殘積土，遇水易軟化崩解泥化，刀具更換最安全的方法是進行地層加固，但加固換刀時間長成本高。因此，壓氣作業(yè)的廣泛應用解決了這一問題，壓氣作業(yè)時，首先應試壓，確保掌子面能保住壓力才能進行帶壓工作。8/87、對于孤石的處理，除采用盾構機直接破除孤石外，還可根據掌子面穩(wěn)定情況，孤石周邊臨空面情況采取適當?shù)姆椒ㄆ瞥?、對于在孤石地層掘進，盾構機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，應通過控制掘進速度、刀盤扭矩、貫入度、刀盤轉速等措施減少刀圈崩斷、刀圈偏磨，通過控制推力

8、來減少刀座、刀盤變形。9、在孤石地層掘進時，應注意控制土倉的溫度，土倉溫度過高，可能會加速刀具的破壞。工程實例、天～五區(qū)間盾構機過球狀風化體天～五區(qū)間右線自2004年2月7日掘進至614環(huán)開始進入孤石群，2004年9月底脫離困境，歷時8個月，孤石區(qū)長度348米，先后進行氣壓法換刀15次，更換各類刀具251把，工程為此