中粗砂地层中降低盾构机刀盘扭矩的措施研究

中粗砂地层中降低盾构机刀盘扭矩的措施研究 中粗砂地层中降低盾构机刀盘扭矩的措施 研究 ? 隧道/地下 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 ? 中粗砂地层中降低盾构机 刀盘扭矩的措施研究 王庆柱 (中铁十八局集团有限公司天津300350) 摘要盾构法施工已成为开挖城市地铁隧道的主要工法.但盾构施工中,刀盘驱动扭 矩过大,始终是制约施工 进度的主要因素.从盾构机刀盘驱动系统,土仓内切削土体,泡沫系统,刀盘开口率, 刀具选型等5个方面对盾构 机刀盘驱动扭矩过大的原因进行了分析,提出了切实可行的解决办法,并在沈阳地 铁一号线云沈区间盾构施工中 得到了成功的应用. 关键词中粗砂地层土压平衡盾构机刀盘扭矩刀盘开口率 中图分类号U455.43文献标识码A文章编号1009—4539(2011)08—0030—03 ResearchonMeasuresofNarrowingtheCutterTorqueoftheShieldMachineinCoarseSand WangQingzhu (ChinaRailway18BureauGroupCo.Ltd.,Tianjin300350,China) AbstractTheshieldmethodhasbeenpopularlyappliedintheexcavationofcitysubwaytunnels.Buttheoversizedcutting wheeldrivetorquehasalwaysbeenthemainfactorrestrictingtheconstructionspeedinshieldconstructionprocess.This paperanalysesthereasonsoftheoversizedcuttingwheeldrivetorquefromfiveaspects,namely,thecuttingwheeldrive systemoftheshieldmachine,thesoilcuttingsystem,thefoamsystem,theopenratioofcutterh ead,andtheselectionof cuttingtools.Afeasiblesolutionhasbeenproposedandsuccessfullyappliedintheshieldcons tructionofYunfengnorth streetstation-ShenyangstationofShenyangMetroLineOne. Keywordsstratumofcoarsesand;earthpressurebalanceshield;cutterheadtorque;openratio ofcutterhead 1概述 随着我国城市地铁建设的快速发展,土压平衡盾 构工法凭借其对地面,地下环境影响小,掘进速度快, 地 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 沉降小等优势,成为目前城市地铁区间建设的主 要施工工法.然而,土压平衡盾构施工过程中,出现 的刀盘扭矩过大,掘进速度过慢,刀具磨损严重等问 题始终是制约整个施工进度的关键因素. 2影响刀盘扭矩的因素 影响盾构施工的关键因素是刀盘扭矩.若在 施工过程中刀盘扭矩过大,直接导致刀具,刀盘磨 收稿日期:2011—04—28 损,影响后期施工掘进;更有甚者,刀盘扭矩过大, 直接影响目前施工进度.土压平衡盾构机降低刀 盘扭矩的核心就是确保盾构机刀盘进渣顺畅,螺旋 机排渣顺畅,进与排达到动态平衡. 2.1盾构机刀盘驱动系统自身扭矩损耗 在盾构机的选型阶段,已经确定了刀盘的扭 矩,在整个施工过程中,我们只能适应这个扭矩,而 不能无条件地增加这个扭矩.盾构机因自身的液 压系统,机械磨损等因素而导致的扭矩损耗可以通 过控制室内的传感器读数进行初步判断.停止盾 构机掘进,保持正常掘进时的土仓压力,保持掘进 时的刀盘转速原地旋转刀盘,观察刀盘扭矩的变 化,当刀盘扭矩保持在一个稳定的数值时,此值即 3O铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2011f8J ? 隧道/地下工程? 为盾构机在掘进过程中自身损耗扭矩.根据此值 可以初步判断刀盘系统(包括液压系统,马达主轴 承等机械系统)的工作状态.若在土仓内渣土改良 较好的前提下,此值较高,则需对刀盘液压系统进 行检测,对马达,主轴承内的润滑油进行检测,找出 扭矩损耗的原因,并处理. 2.2土仓内已切削土体对刀盘扭矩的影响 在对盾构机刀盘系统自身扭矩损耗的分析过 程中,要求"保持掘进时的刀盘转速原地旋转刀盘, 观察刀盘扭矩的变化,当刀盘扭矩保持在一个稳定 的数值时,此值即为盾构机在掘进过程中自身损耗 扭矩".在此操作过程中,若刀盘开始旋转时,扭矩 偏大,经过长时间旋转后,扭矩变小且稳定,则说明 土仓内已切削土体对刀盘内侧的摩擦力产生的扭 矩较大,已切削土体在土仓内的改良状况不好,需 在掘进过程中进一步改良,改良的方法为在土仓隔 板顶部或中间加注膨润土. 在土仓内加入膨润土等外部添加剂,可以提高 渣土的流动性,降低刀盘扭矩.但土仓内的搅拌棒 的合理布局关系着添加剂效果的发挥程度,土仓内 的搅拌棒布局分两部分,即主轴承内的搅拌棒和主 轴承外的搅拌棒,两部分缺一不可,否则将会影响 刀盘扭矩. 2.3泡沫对刀盘扭矩的影响 土压平衡盾构机在中粗砂的地质中掘进时,泡沫 是控制刀盘扭矩大小的核心,保持泡沫系统的畅通和 良好的泡沫效果,可以使刀盘扭矩大幅减小.目前国 际上还没有一套统一的盾构用气泡剂性能评估方法, 但发泡率和稳定性作为气泡的两个重要性质,可以作 为评价气泡剂好坏的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 .发泡率,又称"发泡倍 率",指一定体积的发泡剂溶液所发出的气泡体积与 发泡剂溶液体积的比值,即单位体积发泡剂溶液所发 出的气泡的体积量.实践 证明 住所证明下载场所使用证明下载诊断证明下载住所证明下载爱问住所证明下载爱问 ,在中粗砂地层掘进过 程中,当泡沫的注入率为2—4,膨胀率为1O,15时, 刀盘扭矩较小,泡沫的效果如图1所示. 2.4刀盘开口率对刀盘扭矩的影响 刀盘开口率的确定与开挖地层渣土的颗粒直 径密切相关,在长期的施工过程中,我们发现盾构 机在含圆砾和泥砾等颗粒较大的地质条件下施工 时,刀盘开口率应相应增加,且整个刀盘开口分部 要成比率,防止局部开口率较小而产生泥饼.一般 铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUC~ONTECHNOLOGY 来说,在这类地层中使用盾构机的刀盘开口率要大 于30%. 图1掘进过程中检查的发泡效果 2.5刀具对盾构机刀盘扭矩的影响 合理的刀具选择和刀具布局将有助于降低刀盘 扭矩,根据沈阳地铁云沈区间盾构施工经验,先行撕 裂刀使用贝壳刀的效果要好于标准刮刀(羊角刀). 3降低刀盘扭矩的方法 从以上的分析可以看出,降低刀盘扭矩应从以 下方面着手: (1)检查刀盘液压系统,主轴承等机械系统的 工作状态,降低刀盘系统自身扭矩损耗; (2)合理布局土仓内的搅拌棒,从土仓内加注 适量的膨润土,从而降低土仓内已切削土体对刀盘 扭矩; (3)保证泡沫管路畅通且确保较好的泡沫 质量; (4)确保刀盘的开口率,避免泥饼产生; (5)选择合适的刀具,含卵石的中粗砂地层中 选择适量的贝壳刀代替标准刮刀(羊角刀). 4工程实例 沈阳地铁一号线云沈区间右线施工过程中,前 200m掘进时,平均刀盘扭矩在3500kN?m左右, 掘进速度10ram/rain. 用以上方法对刀盘扭矩进行分析,并做出如下 处理措施: (1)刀盘在空转时,扭矩大概在800kN?m左 右,说明刀盘系统自身扭矩较小. (2)向土仓顶部注入膨润土后,掘进过程中刀 盘扭矩降低不明显,根据安装图纸发现主轴承内部 2017f8J31 ? 隧道/地下工程? 缺少搅拌棒,从土仓隔板中间取样发现中间有泥饼2500kN?m左右,掘进速度提高 到30mm/min左右. 产生,因此改为从土仓隔板中间加注 膨润土,改善主轴承中间无搅拌棒的 缺陷,以确保刀盘开口率. (3)疏通堵塞的泡沫管路,调整 泡沫剂参数. 塑堑查墨煎鲨兰鱼塑 一EO.PI.O1.15l E0.FF.11.25T —— _t——————Dj日_一 E0.VD.31_20一EO.VD-21.25 E0.FF.01.25 EO.VD.11.15一EO.VD01.15 发现3,4路泡沫流量基本为0,断开Eo-n.IIllJ.旋转接头后端泡沫管路,有泡沫溶液EO.Zv.E0'.' . FE0.L:l上__E0.卷2.2喷出,说明旋转接头至刀盘前端泡沫—————面—卜 管路堵塞,用带液压油表的油管接至EOlPI.12.15lIIIE0.FF.02_25 ~O.7-N — 观察,液压油保持短暂的高压后,压.lI…,『] 力降为0,由此可见,泡沫管已清通,如(Fo.0?fff曼o.VD-3】.25 连接泡沫管后,主控室内3,4路泡沫L——串丽连接泡沫管后,主控室内,4路泡沫L——)-而卜=二兰=_巾 ,..一一……一….,…. —f\)EO.PI.13.15IIlI在上步清理泡沫管路的过程中 , EO'Z'.l,,Eo.FEo.Fl43_5'lEDvD..65vD.打 出的泡沫基本为泡沫和水的混合2———1——r—_— 溶液,无质量较好的泡沫喷出.反复A-3E0.PI.5IIIl 蒜2EOVD20卫率,偶尔有质量较好的泡沫出现,但fffE0m4}I?-34? 泡沫质量不能持续稳定.—iEo.tsIlllEo..l25 国外专窘首先检查PLc.程序,L——冲浏丽竺0行苎, 毫PL季l?]EolIlI因题.接着更换第2路泡沫的流量计.. 和比率阀,第2路泡沫效果仍然未见图2泡沫管路放大 羹.台b敝打山衙5结束语更改泡沫系统的比率控制为手动控制,能够打出质;只不恫 量较好的泡沫.另,偶然发现,泡沫系统中空气线盾构施工过程中,针对不同的地层,给盾构机 路中有大量的泡沫溶液出现.选择适当的刀盘驱动系统,选择适当的刀盘开rJ 根据以上检查,结合泡沫系统原理分析得出:率,选择合适的刀具和合适的刀具布置方式,能够 泡沫系统中,前端8个单向阀损坏(见图2),导致泡从本质上降低刀盘扭矩.但土仓内注人适量的膨 沫溶液回流,进入到空气管路中,致使控制空气流润土,刀盘前端注入高质量的泡沫,这些也对降低 量的比例电磁阀流量控制失效,即泡沫系统的膨胀刀盘扭矩起着不可忽视的作用.在整个盾构施工 率不能准确控制.过程中,要不断地检鲞泡沫效果和土仓内膨润土的 更换泡沫发生器前端的8个单向阀后,调整泡注入效果,以使刀具磨损做到最小,掘进速度做到 沫注入率为3.5%,膨胀率为12,喷射出较好的泡沫最优. 质量. (4)刀具改变较困难,因此未对标准刮刀进行参考文献 任何改动.1秦建设,朱伟,朱进也.盾构施工中气泡应用效果评价研 经以上改变后,掘进过程中刀盘扭矩降到究[J]_地下空间,2004(3) 32铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY201Tf8J 印