复合地层中盾构机刀具磨损原因分析及更换案例
2014-04-23
1、工程概况及地质描述
工程位于深圳地铁五号线，区间长度1278米,管片拼装852环。该标段位于深圳市宝安区，所在地区为海积平原、冲洪积平原，地形略有起伏，沿线地面建筑物较多（上有大规模住宅小区、酒店及立交桥），道路两侧存在密集的电力、电信、雨水、上水、污水、燃气、路灯等地下管线管道，地下管线管道的走向与道路平行，局部斜交。
该区间主要穿越的是砾质黏性土和全风化花岗岩，局部进入中风化、微风化花岗岩（基岩），而且花岗岩风化土中不均一存在花岗岩风化残留体（孤石）。另外，存在多处孤石和近80m硬岩突起，岩石强度在45.4MPa～191.5 MPa之间，孤石大小各异，厚度在0.7m-1.8m之间，其中最大孤石尺寸为7.8m×2.5m×1.8m（长×宽×高），基岩侵入隧道高度在0-4m之间。隧道顶部覆土厚度仅为10.9m～23.6m。
据上所述，该标段施工干扰因素多、地质复杂、技术难度大。
2、不良地段的预处理措施
为保证盾构机顺利掘进，对勘探出的两段不良地质段采取了预处理措施。对距始发点50-104环段的孤石及基岩，采用深孔爆破技术进行松动和破碎；对距始发点260-317环微风化花岗岩地段，采用地面开挖竖井进行矿山法施工，而后盾构机空推通过。
3、盾构机刀具配置
选用的盾构机为海瑞克EPB6250型，具体刀具配置为：4把中心双刃滚刀、31把单刃滚刀、64把刮刀、16把边缘铲刀和1把超挖刀。其中，滚刀设计成17"刀刃，安装高度为175mm，刀间距100mm，其特点是，滚刀在推力的作用下贯入岩石，在开挖面上呈同心圆滚动，岩石被挤压破碎，最终在刀盘推力作用下在切槽两边的岩石成片状破碎。刮刀采用了与单刃滚刀组合的布局方式，在刀盘的四个方向分两列布置，其高度为140mm，与滚刀高差为35mm，其宽度使得每把刀的切割滚迹在对开挖面先行挤压破碎后由刮刀进行切削，完成间距内的切削效果。另外，边缘铲刀用来校准盾构的开挖直径。超挖刀用于盾构曲线施工时的超挖及盾构姿态的调整。
该盾构机滚刀和刮刀、铲刀混合配置的组合方案设计，既能有效开挖各种淤泥、砂土、粘土，又能适应各种全、强、中、微风化岩等，应对复合地层非常合理，并且经过1600米的掘进实际验证，也是非常成功的。刀具布置如下图：
4、前两次刀具更换情况
该区段始发后按预定计划实施了两次换刀，计划在到达矿山法竖井时进行整体整修。
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