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厦门某区间上软下硬地层洞内刀盘修复案例
工程概况
厦门某盾构区间按照先右线后左线的顺序施工,采用两台直径为6950mm的厦门重工盾构机。最小曲线半径为R=3000m,盾构区间线路纵断面为单坡形式,最大坡度为-28‰,隧道覆土7~17m。
左线盾构掘进至599环时发现盾构掘进过程中,盾构参数发生较大的变化,盾构推力由1200T增长至2700T,速度由8mm/min降至1~2mm/min,扭矩由1800KN~m增长至3000KN~m,转速由1.8r/min增长至2.7r/min。根据地质勘察详勘结果及我部施工阶段补充勘查发现盾构机前方ZDK30+843.824~ZDK30+875.653里程段均为上软下硬地层,下伏基岩为微风化花岗岩。根据我部的施工经验认为刀具可能发生了较大的磨损,需要开仓进行检查。区间线路平面图详见下图。
图1盾构区间路线平面图
水文地质情况
工程地质情况
本盾构区间左线常压开仓位置地层由上而下分述如下:杂填土,粉质粘土,中粗砂,残积砂质粘性土(Qel),碎裂状强风化花岗岩,微风化花岗岩。
图2左线主动常压开仓位置地质剖面图
水文地质
地表水、地下水的类型及赋存环境
地下水按赋存介质可分为四类:赋存于人工填土中上层滞水,第四系孔隙潜水,赋存于残积层及全、散体状强风化带中的风化残积孔隙裂隙水和赋存于碎裂状强风化~中、微风化带的基岩裂隙水。
地下水补给、径流、排泄及动态特征
上层滞水及第四系孔隙潜水主要接受大气降水、生活污水和供、排水管道渗漏水垂直下渗补给,水量有限.基岩风化残积孔隙裂隙水除接受第四系中的松散岩类孔隙水补给外,尚有基岩裂隙水的侧向补给或拖顶上渗补给。.在风化层上部具有一层渗透性较差的粘土、粘性性素填土隔离的地段,该含水层第四系空隙潜水连通。基岩裂隙水受其它类型地下水的入渗补给,其径流严格受节理裂隙形态控制,呈层状或带状分布,有时互不连通,无统一水面。
地下水的动态变化受年降水量变化规律控制,地下水位一般3月开始上升,9月逐渐下降,5~6月为最高水位,12月至翌年2月为最低水位,其变化幅度又因地形、含水层的不同而有差异,总体上基岩裂隙水和风化残积孔隙裂隙水位随降水变化较小,第四系松散层地下水变幅较大。勘察期间揭示地下水位埋深0.3~11.5m,根据我部地质勘探孔揭露拟常压开仓部位水位埋深标高为30m,根据区域水文地质资料,沿线地下水位年变幅约1~3m。
场地环境水对场地腐蚀性
本区间隧道段场地类型为1类,地层渗透性按A、B类考虑,地下水对混凝土结构和对钢筋混凝土结构中的钢筋均具微腐蚀性。
上软下硬地层介绍
根据对本区间左线ZDK30+843.824~ZDK30+875.653段补充勘察发现,该段侵入隧道内的基岩为微风化花岗岩,微风化花岗岩单轴饱和抗压强度达140Mpa以上,其中基岩与盾构机刀盘的纵向关系为ZDK30+843.824位置岩面高出中心刀1m,然后由ZDK30+843.824至ZDK30+875.653岩面渐渐降低,到ZDK30+843.824~ZDK30+86813岩
面高出刀盘底部1m,最后至ZDK30+875.653岩面降至隧道以下。其中基岩与盾构机刀盘的横向关系为左高右低,高差由0.4~1m不等。
盾构机刀盘该部位总体地质情况如下:素填土、粉质黏土、残积砂质粘性土、散体状花岗岩及微风化花岗岩。
刀盘损坏描述
根据现场实际情况,按照相关程序进行开仓检查工作,对刀盘进行发现盾构刀盘中,中心双联滚刀1-3-2-4#、10-12#偏磨,刀厢磨损;单刃滚刀13#、16#偏磨,刀厢磨损。为此决定进行常压开仓洞内刀盘修复。修复流程如下:
地层加固—降水井施工—常压开仓—打刀坑、刨除刀箱—更换刀箱修补刀盘—安装刀具—拆除支架、关闭仓门—正常掘进。
地层加固
由于左线拟开仓位置为上软下硬地层,在该部位进行开仓换刀时为保持地层稳定,需对开仓位置进行地层加固,地面加固采用双液浆进行加固,注浆前须将土仓内注满膨润土以保护刀盘不被浆液抱死,同时盾壳注入膨润土保护盾体。注浆时严格控制注浆压力,时刻关注土仓压力,调整水玻璃与水泥浆注入比例,经常试转刀盘。本工程中加固方式后退式注浆加固。地层加固方式如下:
加固范围及布孔原则
本次开仓所需加固范围为刀盘前方5m,加固宽度为隧道及两侧1.5米(10m),加固深度上软下硬地层基岩面至隧道顶以上5m;为保证推进过程中上方土体稳定性,在半断面范围长度为31.84米(里程为ZDK30+843.824~ZDK30+875.653)内对土层均进行注浆加固。
本次地层加固布孔间距为0.5m乘以0.5m,梅花型布置。
图3加固区域平面图
地
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