盾构更换刀具方案比选机械设计制造及其自动化本科论文Word文档格式.docx
- 文档编号:19685142
- 上传时间:2023-01-08
- 格式:DOCX
- 页数:22
- 大小:919.59KB
盾构更换刀具方案比选机械设计制造及其自动化本科论文Word文档格式.docx
《盾构更换刀具方案比选机械设计制造及其自动化本科论文Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《盾构更换刀具方案比选机械设计制造及其自动化本科论文Word文档格式.docx(22页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
南宁市轨道交通1号线一期工程土建施工10标白苍岭站-火车站区间左线盾构在推进至切口里程ZSK15+555.392,对应刀盘里程ZSK15+556.172(此时盾构机推进802环,油缸伸长量550mm,刀盘刀具已嵌入车站连续墙300mm)处时,刀盘扭矩增大至4MNm,速度为1mm/min以内,连续推进4日,平均每班推进仅为10mm左右,再考虑已经掘进1209米的圆砾、泥岩地层,经分析和经验判断部分刀具磨损严重功能失效,特别是线速度大的周边刀具,决定开仓检查和更换刀具。
2.停机位置及概况
2.1停机位置
目前盾构停机里程为ZSK15+556.172,导向系统显示切口里程为ZSK15+555.392(ZSK15+583.93减去左线长链28.538m)。
连续墙原设计采用标号C35混凝土,现场实测混凝土为46MPa。
连续墙厚1000mm,安装接收钢套筒前将连续墙洞门凿除约300mm,剩余连续墙厚度约700mm靠盾构刀盘磨通,目前盾构刀盘已磨掉300mm,剩余约400mm。
平纵面位置见下图:
图2-1盾构机刀盘与连续墙平面位置关系图
图2-2盾构机刀盘与连续墙剖面位置关系图
图2-3刀盘与墙体关系示意图
2.2地质概况
1.地质构造
南宁市地形是以邕江宽广河谷为中心的盆地形态,地形平坦,第四系沉积物为邕江河流冲积砂砾层及土层,下伏基岩为下第三系泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩。
地面高程一般71.4~78.5m。
一号线均处于邕江北岸,本标段地表水体主要为邕江支流朝阳溪,河床宽约30m,河床底深约3~4m,具有城市排污、排洪功能。
区间范围上覆地层主要为第四系上更新统望高组上段(Q3w2)地层,岩性由上至下分别有棕红色、黄色斑状粘性土,黄色、灰色粉土,黄色、灰白色砂,局部地段有深灰色淤泥质粉质粘土,下伏基岩为半成岩的湖相沉积的泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩等碎屑岩,含有煤系,岩石固结成岩的程度差。
素填土
2(Q4ml):
灰色~黄褐色,稍湿~湿,松散~稍密状态,主要成份为粘性土,夹少量碎石、圆砾。
偶见植物根系,上部一般为混凝土路面,厚约30cm,位于混凝土路面以下的经碾压呈稍密状态层厚0.40~2.00m,平均层厚1.25m;
本层广泛分布于场地浅部,由于土层厚度均较小,开孔时大部分已用人工掏孔挖除,本层原位测试实验数据偏少。
粘土②2-1(Q3alw2):
褐黄色,硬塑~坚硬状态,含少量灰白色高岭土,含黑色铁锰质氧化物,切面稍具光泽。
孔隙比平均值0.650,液性指数平均值0.05,压缩系数平均值0.15MPa-1,为中压缩性土;
层面埋深1.00~5.10m,层厚2.00~7.10m,平均3.80m,本层在整个车站段均有分布,形成连续地层。
粉质粘土②2-2(Q3alw2):
层面埋深1.00~5.10m,层厚2.00~7.10m,平均3.80m。
粉土③1(Q3alw2):
褐黄色,稍密,稍湿~很湿,土质较均匀,含少量砂,摇振反应中等,无光泽反应,干强度低,韧性低,手捏具砂感;
层面埋深4.60~8.50m,层厚变化较大,层厚在0.80~5.30m间,平均2.97m。
粉(细)砂
1-1(Q3alw2):
黄色,灰色,饱和,松散~稍密,主要为粉砂,局部为细砂,颗粒均匀,级配不良。
层厚0.5-8.8m,平均3.78m。
标贯实测击数3-13击,平均7.1击,修正击数平均5.8击,本层在拟建场地内大部分地段有揭示。
圆砾⑤1-1(Q3alw2):
灰色、乳白色、褐黄色等,稍密~中密,局部密实,饱和,以砾石为主,少部分卵石,磨圆度较好,以次圆状为主,部分滚圆状或次棱角状,成分以石英岩、硅质岩为主。
浅黄色、白色等浅色者为石英,褐色、深灰色等为硅质岩,为邕江河流冲积成因。
层面埋深10.70~25.00m,层厚1.90~14.10m,平均9.09m,重型动力触探试验修正后击数7.0~18.9击,平均12.16击。
本层在整个车站段内均有分布,形成连续地层。
粉砂岩、泥质粉砂岩
2-2(E):
青灰色、灰色,成岩程度较浅,呈密实砂状或粉土状,粉细砂质结构,含泥质,岩芯呈柱状,切面具蜡状光泽;
遇水易软化,风干易开裂,岩芯呈散砂状;
层面埋深20.8-29.9m,揭示厚度1.2-5.5m,平均2.71m。
标贯试验实测击数32-48击,平均42.8击,修正击数平均29.9击。
为极软岩,岩体破碎,岩体基本质量等级V级。
本层在局部地段有分布,不连续。
2.水文地质
本区间在钻探深度范围内,场地内有两层地下水:
第一层地下水主要赋存于素填土①2中,属上层滞水,该层地下水水量贫乏,主要由大气降雨及生活废水补给,水位埋深与填土层的厚度有关,无统一水位。
第二层地下水主要赋存于圆砾、卵石及砂土层中,属孔隙松散岩类水,水量丰富,由于邕江防洪堤的建设,该层地下水与邕江水力的联系趋弱。
本区间段主要穿越渗透系数较大的圆砾层厚度较大,且连续,初见水位埋深为7.20~13.00m,标高为63.23~68.65m,稳定水位埋深为6.70~11.00m,标高为66.11~69.35m,压水头差别较大是因为含水层层面起伏所致。
拟换刀位置的水文情况与区间基本一致,初见水位埋深约为8.9m,稳定水位埋深约为5.6m。
各岩土层渗透系数建议值表表2-1
层号
岩土名称
渗透系数K(m/d)
透水性评价
备注
渗透
试验
抽水
建议值
①2
-
0.1
弱透水
松散~稍密
②2-1
粘土
0.001
微透水
硬塑状
②2-2
粉质粘土
0.003
③1
粉土
0.10
0.5
稍密
④1-1
4
中透水
松散~稍密
1-1
圆砾
67.7
75.1~95.1
90
强透水
稍密~中密
1-2
卵石
120
中密
⑦1-3
泥岩、粉砂质泥岩
0.01
半岩半土状
(3)停机位置地质概况
停机位置覆土厚约14.57m,隧顶地层情况从上至下为:
2(2.4m)、粘土②2-1(0.9m)、粉质粘土②2-2(2.7m)、粉土③1(8.57m),洞身范围内地层情况从上至下为:
粉土③1(1.5m)、圆砾⑤1-1(4.5m),具体地质剖面图如下:
图2-4勘探孔位置示意图
图2-5地质剖面图
2.3周边环境概况
1.接收端围挡外侧为中华路,双向四车道及2条非机动车道,主要为南宁站旅客通行,为东西向主通道。
接收端1号线吊出口设了2个盾构吊出井,用于1号线白苍岭站-火车站盾构吊出。
图2-6接收端交通疏解平面图
2.火车站北端为国铁火车站及国铁火车站前广场及中华路,广场下方有2011人防工程,中华路下方为花坛人防工程,本次盾构抵达的地表上方为花坛人防结构。
图2-7花坛人防与拟换刀位置平面关系图
南宁市火车站站前花坛人防工程修建于1987年,位于中华路与朝阳路交叉路口下方,室内净高3.9m,为5级掘开式一层人防工程,包括主体工程,东、西通道及朝阳过街地道,朝阳通道。
基地绝对标高为67.3~69.5m,沿中华路柱跨为7.2m,朝阳路柱跨为6m,该人防工程顶板厚500mm,底板厚400mm,顶纵梁为550×
1500mm,柱子尺寸为600×
800mm,覆土为1.1m。
经现场调查,发现现场由于11标在施工火车站主体围护结构时已破除部分,已局部已破坏,花坛人防内顶板板厚应为400mm—500mm,顶板存在很多上翻梁,高度在1m左右,而实际揭露的底板比图纸描述的厚,甚至有达到1.5m左右。
现场调查照片如下:
图2-811标施工主体围护结构破除的人防
花坛人防内部已填充有水,如下图,内部柱间为拱形结构与自治区人防单位描述相符。
3.周边目前没有其他管线等。
图2-9人防照片
3.盾构机更换刀具方案
3.1盾构机概况
本区间采用海瑞克S858泥水平衡盾构机负责本标段盾构区间施工。
S858为开挖直径6280mm泥水平衡盾构机,由主机、连接桥和七节台车组成,总体外形尺寸:
φ6250*8700mm.主机分为刀盘、前盾、中盾、盾尾、连接桥、拖车、液压系统、油脂系统、泥浆循环系统、注浆系统、电气系统组成。
主机外形尺寸:
前盾φ6250mm,中盾φ6240mm,盾尾φ6230mm。
3.2刀盘及刀具配置情况
1.刀盘
刀盘外形尺寸:
装刀开挖φ6280mm,总厚750mm。
结构:
刀盘前端面有8条辐板(开孔率35%),其上配有滚刀(撕裂刀)座、刮刀座和4根搅拌棒,刀盘与驱动装置采用法兰连接,法兰与刀盘之间是靠四根大臂相连。
刀盘周边焊有耐磨条,前端面焊有格栅状的Vaudit耐磨保护材料。
2.刀具
刀盘刀具由16把单刃滚刀、24把撕裂刀、46把刮刀(含8把边缘刮刀)、16把焊接撕裂刀组成。
3.3换刀方案
根据以上情况描述,拟定三个方案,分别叙述如下。
撕裂刀
刮刀
边缘刮刀
焊接撕裂刀
单刃滚刀
图3-1刀盘正面图
图3-2刀盘侧面图
带压开仓换刀方案简述
4.1.带压开仓换刀方案概述
1.各大城市地铁施工当中,盾构换刀普遍采用带压开仓的施工方法,该工艺已经相当成熟,按照相关工法和规范,可保证施工安全。
中铁十六局集团有限公司从事地铁施工多年,曾经多次采用带压开仓换刀,南水北调穿黄盾构施工采用该工艺进行过300次左右的换刀,北京直径线采用该工艺进行盾构换刀,东莞大朗区间也采用该工艺进行盾构换刀,均成功实施,在这方面施工积累了丰富的施工经验。
2.带压开仓换刀方案的关键如下几点
①采用优质泥浆进行循环,在支撑切口环处制成泥膜,再通过仓内压力设定,与泥模外界水土压力达到平衡,形成一个不漏水、不漏气的安全封闭空间。
②根据地质情况、水土压力等分析与计算,同时考虑进仓工作人员对压力的适应性,保证人身安全前提下,设定开仓理论工作压力值。
③进行该工艺施工单位必须有丰富的施工经验,工人必须经过专业培训。
3.目前盾构机的刀盘已经嵌入接收端头连续墙0.3m,前方掌子面相对比较安全。
盾构切口环与刀盘剩余部分与外界土体直接接触,而上半部分接触土体为粉土层,下部分接触土体为富水圆砾层,这样的土层对于准备形成泥膜层比较有利。
最近在盾构停机时,项目部用普通泥浆试制泥膜进行保压实验,基本在1.2~1.3bar之间时比较稳定。
4.2施工方案主要工艺及措施
1.仓内压力设定
隧道埋深14.8m,首先该处的地质情况、水土压力等分析与计算,该处地下水压力0.6~0.9bar之间。
根据最近进行的泥膜保压实验,保证仓内外水土压力平衡,同时考虑进仓工作人员对压力的适应性和人身安全,设定开仓理论工作压力为1.2~1.3bar。
2.进仓次数确定
根据停机前的盾构掘进参数分析和经验判断部分刀具磨损严重功能失效,特别是线速度大的周边刀具,针对需要检查刀具、修复刀具等情况,计划6次进仓工作。
3.刀盘处泥膜护壁
在开挖面形成泥膜防止气体泄露和维持开挖面土体稳定是气压开仓的关键因素,必须在气压开仓作业前,在开挖面形成优质的泥膜有效的防止气体泄露,使土仓内气体与外界的水土压力通过泥膜维持平衡。
施工采用梯级泥浆压力和不同等级性能的泥浆进行泥膜制作,目的是增加泥浆的渗透量,使泥浆的颗粒尽量多、远的渗入土层,形成较厚的泥膜。
泥膜质量的好坏可以通过气压泄漏量判定,气压泄漏量可以通过设备上的气体泄漏表读出,当泄漏量小于供气量的10%,就可以判定泥膜制作效果较好,可以进仓作业。
①制浆:
采用泥水处理中心制浆系统调制优质泥浆,采用泥水循环系统将优质泥浆输送至盾构机开挖仓。
②加压保压:
当优质泥浆调制好以后,即可进行加压试验,加压是从工作压力P1=120Kpa(人员工作时的压力)增加到160Kpa,每次加20Kpa。
加压目的是提高仓内泥浆压力以利于形成较厚的泥膜。
泥浆粘度30s~40s,加压至140Kpa,保压3小时。
(每隔半个小时转2圈刀盘,保持泥浆均匀)。
采用上述操作,调整泥浆粘度为40s~50s,加压至160KPa,保压3小时。
采用上述操作,调整泥浆粘度为>
60s,加压至160KPa,保压3小时,(每隔半个小时转2圈刀盘,保持泥浆均匀)。
③气浆置换:
通过气压把开挖仓的泥浆压出仓形成工作压状态下的空气仓。
此时,泥膜已制作完成。
4.盾壳后部止水
采用同步注浆、管片背后二次注浆和盾体径向注浆组合的注浆方式实现盾壳后部止水。
①采用同步注浆饱满,充分填充超挖间隙。
②盾体径向注浆宜采用聚氨酯等化学浆液,在盾壳外形成封闭止水带。
③管片背后二次注浆宜采用双液浆,且封堵盾尾后5环全环管片。
5.保压实验
在开仓前采用优质泥浆进行循环,达到较好的护壁效果。
之后将气压仓液位降至0m后,打开泥水仓和气压仓之间的联通阀,使气体窜至泥水仓,并调整气压设置值。
最终达到两仓液位相平,上部为气体,下部为泥水。
气压作业压力设定值采用停机过程中稳定开挖面的泥水压力。
泥膜形成后、液位降低、作业压力设定后,静置一段时间,观察、记录仓内液位及压力变化,若液位及压力无变化或变化小,则证明成膜质量好,泥水仓密封效果良好,地层气密性试验合格,可进行下一步作业;
反之,则需重新成膜,直至达到良好的密封效果。
6.进仓作业
进仓作业主要有前期的检查工作包括盾构安全设备检查、监控设备检查、应急设备检查、及其他设备的检查;
人闸、气压动力作业等检查;
应急管理方案等内容,详见具体开仓施工安全专项方案。
工期及作业内容如下:
本次开仓计划时间为7月11日~7月14日,用时4天;
7月11日~7月12日:
开仓前准备;
7月13日:
第1仓,开仓门、检查地层稳定情况、清洗刀盘、刀具检查;
第2仓,凿刀坑;
第3仓,更换刀具;
7月14日:
第1仓,更换刀具;
第2仓,更换刀具;
第3仓,清理工具、关仓门。
降水常压进仓换刀方案简述
5.1概况简述
根据停机位置的地质资料可知,停机位置覆土厚约14.57m,隧顶地层情况从上至下为:
粉土③1(1.5m)、圆砾⑤1-1(4.5m)。
圆砾层厚度较大,初见水位埋深为7.20~13.00m,标高为63.23~68.65m,稳定水位埋深为6.70~11.00m,标高为66.11~69.35m,水头差别较大是因为含水层层面起伏所致。
为保证盾构机在常压下开仓换刀,必须有效降低和控制含水层的水位低于隧道中线下1m。
同时考虑南宁地铁有过类似施工经验,本项目制定降水常压进仓换刀施工方案。
图5-1降水常压进仓换刀方案流程图
5.2施工方案及主要工艺
1.降水井布置
为有效降低和控制含水层的水位低于隧道中线下1m,设计四口降水井。
在横向离刀盘切口1.8m,纵向离连续墙1.5m处设置沿线路纵向方向设置两口φ800mm降水井,深度为27.8m(井底距隧道中线下10m);
横向离刀盘切口1.8m,纵向离连续墙3m处位置布置两口φ800降水井,深度为27.8m,并在降水井旁打设水位观测井,观测静水位以检查降水效果,水位降至隧道中线以下1m。
降水井布置图如下图:
图5-2降水井布置平面布置图
图5-3降水井布置剖面布置图
2.降水井构造
①钻孔φ800mm降水井,钢管径300mm,壁厚6mm,管壁16.8-25.8m段开20mm孔,按照200×
200mm梅花布置;
钢管与孔壁之间由石砾填充,下段是滤管和沉淀管;
上段平管,在中粗砂的围填面以上采用优质粘土填充至地表并夯实。
②井口:
井口与地面齐平,采用优质粘土封闭,深度不少于4m。
③滤水管外采用60目的金属网包裹。
④每井放置3台水泵,功率为20kw,出水量为80m³
/h,扬程为50m,放置位置距离井底2m。
3.降水井计算
①降水影响半径
根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)中7.3.7要求,一般降水井影响半径(R)宜通过试验确定。
缺少试验时,可按下列公式计算并结合当地经验取值:
(5.2-1)
式中:
R——影响半径(m);
sw——井水位降深(m);
当井水位降深小于10m时,取sw=10m;
k——含水层的渗透系数(m/d);
H——潜水含水层厚度(m)。
取值sw=14.8+3+1-5.6=13.2m;
K=90(m/d);
H=3(m)。
经过计算得R=433m
②单井抽水量
根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)中7.3.11要求,管井的单井出水能力可按下式计算:
(5.2-2)
式中:
q0——单井出水能力(m3/d);
rs——过滤器半径(m);
l——过滤器进水部分长度(m);
k——含水层渗透系数(m/d);
取值:
rs=0.4(m);
L=9(m);
经过计算得q0=6077(m3/d)
③完整井涌水量
根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)中附录E.0.1,群井按大井简化的均质含水层潜水完整井的降水总涌水量可按下列公式计算:
(5.2.-3)
Q──基坑降水的总涌水量(m3/d);
k──渗透系数(m/d);
M──含水层厚度(m);
s0──基坑水位降深(m);
R──降水影响半径(m);
r0──沿基坑周边均匀布置的降水井群所围面积等效圆的半径(m);
可按
计算,此处,A为降水井群连线所围的面积。
图5-4按均质含水层潜水完整井简化的基坑涌水量计算
k=90(m/d);
M=3(m);
s0=13.2(m);
R=433(m);
r0=3m
经过计算Q=4476(m3/d)
④降水井数量
(5.2.-4)
n=4476/6077=0.8口,取1口。
考虑到刀盘两侧对称布置,因此施工中布置4口降水井满足降水需求。
5.常压开仓换刀
常压开仓作业流程如下图所示
图5-5常压开仓流程图
降水后洞门破除方案简述
6.1概况简述
圆砾层厚度较大,初见水位埋深为7.20~13.00m,标高为63.23~68.65m,稳定水位埋深为6.70~11.00m,标高为66.11~69.35m,压水头差别较大是因为含水层层面起伏所致。
为保证破除洞门阶段的安全性,必须有效降低和控制含水层的水位低于隧道底以下1m。
本项目制定降水后直接破除洞门施工方案。
流程如下:
图6-1降水后洞门破除方案流程图
6.2施工方案及主要工艺
为有效降低和控制含水层的水位低于隧道底以下1m,设计四口降水井。
在横向离刀盘切口1.8m,纵向离连续墙1.5m处设置沿线路纵向方向设置两口φ800mm降水井,深度为31m(井底距隧道底以下10m);
横向离刀盘切口1.8m,纵向离连续墙3m处位置布置两口φ800降水井深度为31m,并在降水井旁打设水位观测井,观测静水位以检查降水效果,水位降至隧道底以下1m。
降水井布置图与方案二中相同。
①钻孔φ800mm降水井,钢管径300mm,壁厚6mm,管壁16.8-25.8段开20mm孔,按照200×
6.2-1)
取值sw=14.8+6+1-5.6=16.2m;
H=6(m)。
经过计算得R=753m
图6-2按均质含水层潜水完整井简化的基坑涌水量计算
M=6(m);
s0=16.2(m);
R=753(m);
经过计算Q=9934(m3/d)
n=9934/6077=1.76口,取2口。
7.方案比选及建议方案
7.1方案比选
针对以上各方案简述,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 盾构 更换 刀具 方案 机械设计 制造 及其 自动化 本科 论文