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硬岩段盾构掘进专项施工方案

硬岩段盾构隧道掘进施工技术

1工程概况

本区间范围内上覆第四系人工堆积层(Qml)、第四系上更新统冲洪积层、下伏震旦系长

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岭子组钙质板岩、中生代燕山辉绿岩等。右线主要穿越的地质条件为中风化钙质板岩，天然

抗压强度在50MPa以上。地下水按赋存条件主要为孔隙水及基岩裂隙水，局部地段基岩裂隙

水与海水相互连通。

该工程选用了具备三种模式的复合式土压平衡盾构机。

2刀盘刀具的设置

2.1刀盘的布置

从一定程度上说，选择合理的盾构机设计是盾构隧道施工成败的关键，而其中最关键

的是刀盘刀具的设计。根据地质条件，对刀盘刀具进行了合理的设计。刀盘设计为辐条加面

板结构，设六个主刀梁和六个副刀梁（面板），刀盘的开口率为28%。刀盘前面共设置了5

个添加剂注入口，其中3个为专用泡沫口，另外2个为专用的膨润土注入喷口。在磨损较多

的部位,如刀盘进土口、刀盘开挖面、搅拌棒、刀盘边缘等处,大量堆焊了网格状耐磨硬质合

金,大大提高了刀盘的耐磨性能和使用寿命。

2.2刀具的布置

刀盘共布置了4把中心滚刀（8刃）、32把单刃滚刀，滚刀直径为432mm；配置了切刀

48把，刮刀12把，切削刀具采用大块硬质合金结构形式刀具。滚刀的刀间距为90mm，刀具

采取高低搭配，滚刀伸出量为165mm，刮刀伸出量为120mm。滚刀高出齿刀45mm，以便在硬

岩地段掘进时保护切刀，掘进中以滚刀先破开岩层，刮刀将破碎的岩石刮进土仓。刀具采用

耐磨性能和冲击性能都非常优越的E5（日本标准）类硬质合金头。

刀盘、刀具的布置详见图1和图2。

图1盾构机刀盘正面

图2盾构机刀盘背面

3硬岩段盾构隧道的主要掘进技术

3.1掘进模式的选择

承担本区间的盾构具有一机三模式功能，即土压平衡式、开趟式和半开趟式，各模式可

以互换。在硬岩地层掘进中，由于掌子面很稳定，为了加快推进速度，一般采用开趟式推进，

盾构机切削下来的碴土进入土仓内后，,即刻被螺旋输送机排出，土仓内仅有少量碴土。掘

进中刀盘和螺旋输送机所受反扭力较小，由于不需控制土仓压力,刀盘扭矩较低，掘进推力

较低，掘进进度快。

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图4更换下来的10把边缘滚刀

图5掌子面滚刀轨迹线

9月14日，我们开仓对刀具进行了检查，发现2把新更换的边缘滚刀出现蹦圈现象，

同时部分刮刀出现蹦刃现象。见图6、图7。

图6边缘滚刀刀圈崩裂

图7刮刀蹦刃

根据有关研究资料，23MPa的岩石强度是滚刀偏磨的分界线,因此在硬岩掘进中，滚刀

非正常磨损现象比复合地层相对要少，但如果掌子面岩层破碎，节理发育，则同样会造成严

重的偏磨等非正常磨损.在大连地铁101标港湾广场站～中山广场盾构区间的施工中就比较

明显。该区间在通过辉绿岩地层中，平均强度在90MPa左右，但由于掌子面岩层裂隙多，节

理发育，造成了很严重的刀具非正常磨损。该区间掌子面照片见图8，从图可以看出，滚刀

的轨迹线基本没有，岩层节理发育、裂缝很多，掌子面不平整，岩石强度也较高。

图8大连地铁港～中区间掌子面状况

由于掌子面的不平整、岩石强度高，造成该区间盾构施工进度十分缓慢，刀具磨损非常

严重，必须每环进行刀具检查。滚刀损坏情况见图9。

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图9大连地铁港~中区间施工中滚刀损坏情况

4.2应对措施

4.2.1建立刀具的定期、不定期检查制度

对定期检查而言，就是在在掘进中应