文档介绍：粘土地层盾构机掘进
盾构机在粘土地层中掘进, 现在在中国外全部还是一个技术难题。在广东LNG工程盾构穿越项目中, 我们在盾构始发后, 就碰到了粘土地层, 不仅如此, 掘进断面上半部分及超出十多米覆盖层上全是粗砂和砾砂, 而下半部分是残积粘土。
这么地质断面水压大, 透水性很强, 砂层中极易发生超挖和欠挖造成坍塌, 在工程技术上几组技术参数相互矛盾:
1、要求泥浆指标高, 要确保合适粘度、比重、失水, 保持足够护壁性能, 不过粘土尤其是残积性粘土, 本身有很强造浆性能, 很轻易黏附在刀盘内形成泥饼, 独塞进渣孔和刀孔, 造成刀具偏磨。
2、结构松散, 自稳性差, 很轻易却削和携带, 不需要切削仅经过泥浆抽吸就能大面积脱落, 但粘土结构致密, 自稳性强, 极难形成大块却削;
针对实际地质情况和设备情况, 我们关键采取了以下部分方法。
盾构机刀具配置
依据现在刀具配置不适合粘土层隧道掘进, 刀盘刀具部署图以下所
示:
刀盘部署示意图
针对粘土、砾砂混合地层, 这种刀具配置不适合, 开孔率太小, 而且滚刀间缝隙比较小, 轻易造成堵赛, 刀具不能自转, 轻易产生偏磨, 进而损坏刀体; 另外因为粘土中含砂量高, 刀孔堵塞后, 刀具在自转过程中被包裹在刀圈周围泥砂磨损, 而且磨损速度快, 尤其是刀圈两侧, 越磨越薄, 最终造成刀具完全磨损。以下图所表示。
刀具发生偏磨
刀具均匀磨损
所以在粘土地层中掘进拟采取先行齿刀替换双滚刀, 这种先行齿刀本身不转动, 只能作微小摆动, 有效预防了因刀具自转而产生磨损, 又能有效切割软土, 中心滚刀亦采取线形齿刀替换, 以下图所表示:
采取先行齿刀能有效切削掘进面, 而且增加了刀盘开口率, 预防在刀盘中心部位形成泥饼,降低刀盘被堵几率, 能显著提升掘进速度。针对本盾构设备刀盘, 拟对中心刀1
#～4#,双滚刀5#～10#全部采取先行齿刀替换,保留外圈保径滚刀。
泥水喷嘴配置
在粘土层中掘进, 要预防粘土堵塞刀孔和刀盘, 则需立即地把切削下
来碴料排出, 预防因排出不立即而形成泥饼, 这就需要泥浆在刀盘里产生环流, 方便立即有效排出碴料。但M606盾构设备没有泥浆喷嘴直接进入刀盘前面, 无法有效形成环流, 青色管路为后增加进浆管路, 以下图所表示:
针对这个问题, 经过和海瑞克技术人员磋商, 决定增加两路3寸泥浆管进入刀盘前, 如上图青色管路所表示, 但经过一段时间试验, 发觉效果比不理想, 因为管径所限, 进入刀盘前泥浆很有限, 起不到冲洗刀盘效果, 无法根本处理问题。因为现在不可能停止掘进, 来根本改造泥浆管路, 所以现在只能是采取停机后多循环方法来降低刀盘被堵几率。
三、泥水处理系统
本工程泥水系统采取二级泥水处理。采取一台宜昌黑旋风工程机械生产ZX-500泥浆处理系统对泥水进行分离, 其最大处理能力500m3/h。
处理过程为: 由排浆管排出泥浆进入ZX-