1.前言
我国地下隧道盾构施工技术日益成熟，盾构机设计与制造不断得到发展创新，盾构施工在安全性、经济性、质量和进度等方面优势明量，特别针对地下水丰富，地质复杂多变情况，目前国内城市地铁在长距离硬岩地层中常采用矿山法暗挖与盾构组合工法实施.采用盾构工法施工长距离硬岩 成功案例较少、硬岩地层岩性复杂多变，对盾构机选型、设计制造、施工带来了极大的挑战.盾构施工长距离硬岩具有据进距离长、工效慢、成本高、工期风险高等特性.如果盾构选型不合理或据进参数设置不当极易造成刀具异常损坏，刀盘修复等风险.国内城市地铁在长距离硬岩地铁施工综 合考虑经济、安全、进度等因素，常采用暗挖矿山法与盾构组合工法施工.但针对地下隧道穿越繁华市区、水文资源保护区、大型建（构）筑物、历史文物保护区等不具备暗挖爆破施工条件，只能采用盾构技术解决长距离硬岩据进、综合盾构工法在技术、经济、安全等优势、长距离硬岩盾构据 进就成为必然选择.
xx地铁xx线荆溪新城站~中间风井区间单线长约1.8km，硬岩地层约710米，采用2台开挖直径为6.52m的气垫式泥水平衡盾构机施工，盾构下穿闽江、别墅区、平均理深55-69米深山体.项好据进技术，施工管理，安全快速通过长距离硬岩地层，依托该项目进行泥水构硬岩掘进技术工 目在借鉴TBM硬岩施工经验基础上，以地质为基础、设备为关键原则进行盾构施工管理，施工中做法研究，最终形成了《城市地铁泥水盾构长距离硬岩据进工法》成果，该工法取得了较好的社会和 经济效益，为今后类似工程提供了可借鉴的成功工程案例.
2.工法特点
2.1对周边环境影响小，绿色环保
盾构机直接据进硬岩，节约爆破施工资源投入，降低了对环境的不良影响.盾构硬岩掘进施工噪音低，泥浆处理厂能实现零污染排放.特别对城区隧道硬岩地层，盾构工法施工优势明显.
2.2工法适应性强，掘进高效
优势.通过对盾构机的刀盘结构、刀具配置、刀间距，推进系统、泥舱内冲刷系统、盾体稳定性等 该工法适应各种据进环境，对高强度硬岩掘进适应性强，尤其对地面环境复杂隧道具有极大的进行针对性设计与优化，据进中总结据进参数并实时调整，定期检查刀具，加强换刀与据进工序管理，据进效率显著提升.
2.3经济效益明显
正确的盾构机选型和动态的据进参数管理，施工综合效率加快，极大缩短工期降低了施工成本投入，常规盾构机只需进行改造优化，有效提升盾构机适应范围，避免新造盾构机，减少经济投入. 选择最优刀具配置，降低刀具消耗成本.硬岩据进出渣的碑石和砂经过简单处理能直接做为原材料投入工程使用，经济效益最大化.
3.适用范围
该工法适用于城市地铁泥水盾构硬岩段据进施工.
4.工艺原理
1、对工程地质进行调研分析，以地质为基础，进行泥水盾构机针对性选型和设计优化提高适应性，通过刀具试验优化刀间距设置和刀具配置.
参数，动态调整据进参数. 2、硬岩施工中遵循“低贯入度、高转速、勤检查、早更换”原则.通过现场试据进总结优化
3、优化刀具固定工艺，减少换刀频次，过程中不断总结刀具磨损规律，选择最优刀具配置方案.盾体中盾顶部设置防震装置设计，减缓盾构主机震动，改善据进工况.
4、加大日常刀具和盾构机关键部件的维护保养力度，实施强制性措施，确保设备的完好，施工过程中做好泥浆环流系统控制、管路磨损检测及修补工作，确保隧润施工安全、快速、高效.
5.施工工艺流程及操作要点
5.1城市地铁泥水盾构硬岩段掘进工法施工工艺流程
详细施工工艺流程见图5.1-1.
图5.1-1城市地铁泥水盾构硬岩段掘进工艺流程
5.2操作要点
5.2.1工程地质资料分析评估与补勘
结合详勘资料和工程实际情况，对隧道所处硬岩地质，、水文地质条件进行全面分析，调研国内相似地质施工经验，结合既有地质资料分析的结果，确定补充地质勘察方案.补充勘察关键位置选 择应考虑：岩性发生变化或其它地质构造突变地段、岩石坚硬程度、风化程度、结构面发育情况、强度岩脉的分布与特征.
针对高硬岩，采用理论分析、数值分析、现场试验、系统研发等方法.通过理论建模对盾构推力、刀具进行验算，以确定刀具性能满足掘进；通过地层分析研究，确定泥浆比重及环流控制标准； 根据理论分析，确定各地层的扩散系数，确定砂浆使用类型及同步注浆量；通过理论分析计算，确定了不同强度岩石下刀盘滚刀挤压力、盾构机推力、贯入度等参数参考值，为硬岩段据进参数确定提供参考.
5.2.2眉构机针对性设计与优化
1.在高强度硬岩地层选择复合式结构新制刀盘，中心区域采用整体铸造，刀盘采用低开口率设计保证高推力刀盘结构和功能安全，对刀盘的刚度和强度进行有限元受力验算，针对性加强设计，防止刀盘变形、裂纹、断裂，保护刀盘刀其.
率，正面滚刀轴承选用大尺寸刀具轴承，该刀刀腔能安装不同尺寸刀，满足不同硬岩强度刀具褪进 2、对刀具进行针对性优化，新制刀盘尽量减少中心刀数量，减小正面滚刀刀间距，提高破岩效适应能力
在盾体中盾顶部设计油缸撑靴，据进振动大时，伸出撑靴接触岩层减缓振动，改善施工工况. 3、优化硬岩地质掘进刀盘高转速据进防振动技术：在盾构机设计阶段参考借鉴TMB施工经验，
4、优化刀盘仓内泥浆冲刷系统设计，刀盘内增设专用冲刷泵和冲刷管路：刀盘面板、泥浆循环管路等易磨损部位均采用耐磨材料.泥浆循环弯头管路增加耐磨层厚度.
5.加强盾构机推进系统、主驱动系统的功率设计，增强驱动功率，提高刀盘设计转速，增加额定扭矩，脱困扭矩设计.
5.2.3进入硬岩前开仓更换刀具
进入硬岩前盾构基本会穿越软硬不均过渡段，盾构施工完软硬不均复合地层后，按计划进行开仓检查刀具.根据推力、扭矩、速度等关键参数波动情况，现场造样地质分析和地面环境情况综合 判断开仓模式，在不能判断地层为全断面硬岩时，必须按照带压开仓准备，第一仓带压进行，根据第一仓对地质的判断结果确定后续开仓模式.按硬岩段刀具配置方案更换刀具.
5.2.4硬岩段试据进与参数总结
通过理论计算盾构机据进主要理论参数作为参考值，据进总结中以刀具贯入度为核心，刀盘转速，刀盘扭矩、刀具磨损量的原则进行参数分析和总结.通过试验段，刀其（该刀）贯入度控制在2.5mm/r~3mm/r.刀盘扭矩波动值控制在500Kn.m以内，据进参数以刀具贯入度保持不变，不同硬岩 强度设定合适刀盘转速，分析总结刀盘扭矩、刀具磨损量、掘进速度统计分析对比表，以刀具扭矩稳定、刀具磨损量速率慢，据进速度较快的参数组合为最优.
5.2.5据进参数优化与动态调整
1、刀盘转速优化
构在完整性较好的岩层宜采用较快的刀盘转速，刀盘转速控制在2.5~3rpm，岩层较破碎地层降低 硬岩据进该刀滚动产生的冲击和碾压进面达到破岩目的，根据盾构机设计能力和理念，泥水盾刀盘转速，确保刀具在瞬间受到的冲击不超过刀具安全荷载.
2、据进压力的设定
硬岩中掌子面的自稳性较好，泥水仓压力保证泥浆循环出渣及抵挡地下静水压力即可，与地层水压力相等设置，若地下水较丰富，气垫仓压力可适当调高0.1~0.2bar，降低掌子面的渗透水量，从而降低地层水的流失.
3、关键掘进参数设定
刀具贯入度设定在3-5mm/rpm，硬岩推力要控制不能超过刀具设计承裁力的80%，宜为500~1000kn.m之间.泥浆进浆流量600~650m²/h，排浆流量650~700m²/h，出浆泥浆比重超过1.35g/cm
进行质浆处理.
流刀的切削扭矩为：T=mFR
m-液刀的数量；
Ⅲ刀盘上滚刀的数目；F-盘形滚刀滚动力：
&-盘形液刀平均安装半径，一般可取&=0.59×（D/2）.
5.2.6按计划停机检查刀具、刀盘
1、刀具管理原则
距离强度硬岩刀具维修管理制度、刀具配件进场质量验收标准、刀具配件更换与验收标准. 据进中刀具管理遵循“有疑必检，有损必换、勤检查、勤更换、单次少更换”的原则，制定长
2、刀具检查
硬岩段据进13-16m距离定期检查刀具，根据刀具磨损情况建立刀具磨损速率与据进距离关系，为硬岩据进提供主动检查、更换刀具的依据.
根据掘进参数、刀具检查数据、刀盘异常声响等综合判断对刀具维修；刀具螺栓、刀盘面板等主动定期检查标准.连续2环推力持续增加，单环扭矩突变或累计变化值超过300kn*m，不能判断非时，结合据进参数确定是否开仓检查刀具. 刀具磨损原因时必须开仓检查刀具：渣样中片状、块状减少，砂状、石粉明显较上环增多超过50%
3、刀具更换标准
进施工参数与刀具磨损经验总结刀具更换标准. 为有效避免刀盘磨损，当刀具磨损到一定程度或意外损坏时，必须将其更换，结合项目硬岩据
①相邻刀高差超过5mm需调整刀具配置或更换刀具.同一轨迹滚刀必须同时更换.
坏、刀圈严重偏磨等必须更换 ②当刀具出现合金断裂、刀圈断裂、挡圈脱落或刀圈移位、刀座磨损、刀具漏油、刀具轴承损
③周边刮刀出现合金脱落或磨损量达到15-20mm必须更换.滚刀或周边刮刀掉落必须进行打捞.
④切刀合金掉落2个以上（包括两个）必须更换，切刀销轴螺栓有掉落或者松动的必须处理.
③漾刀使用100米以上的，若刀其还能正常使用，模块螺栓必须更换，刀体两侧积块必须加防松垫圈.
4、刀具螺栓紧固
换刀完成后对全部刀具螺栓首次复紧，不同螺栓尺寸按照设计扭矩值复紧：关仓后刀盘接触掌子面以0.5r/min转速，正反转各5分钟，刀盘扭矩设定值高于液刀启动扭矩值1.5倍且不低于300kn.m，确保刀具在掌子面碾出轨迹.检查正常后刀盘转速提升至1.5r/min开始据进200mm，扭 矩控制在500KNm-600KNm，开仓进行拉紧块螺栓二次复紧，对第一颗螺帽与拉紧块进行点焊加固，使用风动板手将第二颗螺幅打紧、
5.2.7刀具维修
1、配备无尘刀具维修车间，设置刀具储物间，刀具车间配置高压清洗机、工业吸尘器、工装台、压床、工业烤籍、高频设备、可行走电动葫芦、升降式液压叉车、空压机等维修设备.
刀轨迹为单位建立档案，记录当前地层数据、更换前技术参数及更换后技术参数，摸索总结出不同 2、刀具工程师以刀轴为单位建立稽案，完善从新刀直至报废的全过程维修资科：现场换刀以滚地层的策刀磨损数据；严控刀具维修质量，制定刀具配件更换鉴定表，对刀具维修各项性能参数进行过程把控和维修后评价.
3、刀具工程师以液刀轨迹为单位，对各种配件的损坏形式进行分析研究，特别是刀圈（悬磨崩刃情况）、轴承（受力情况）、浮动密封（密封情况）和压力补偿装置（工作压力情况）等，为该刀进一步优化积累基碚数据的同时，亦可优化各项据进参数，为后续硬岩据进提供指导.
4、旧刀翻新后做好维修记录和存放管理，刀具维修、装配好后，及时对更换部件、维修情况进行对记录（填报刀具维修记录表，修复后刀具，重新进行钢印标识，确保编号清晰完整后，按刀具型号、类别运放至项目部指定区城存放待用.
5.2.6盾构机防震动措施
接触岩层减少盾体振动，可有效减小盾体震动效果，保护刀盘刀具. 1、借鉴TBM机施工经验，在盾构机前盾中盾顶部各增加2道撑靴共4个撑靴，据进中伸出油缸
2.硬岩地层下盾构机主体振动大，振动对盾构主机关键零部件造成损坏，影响设备功能稳定性外，同时影响盾构机导向系统精准度，盾构机上设备振动在硬岩据进过程中无法避免和消除，过程刚性半软连接”连接方式，电机设备螺栓安装减震垫，缓解振动，提高部件的使用寿合. 中加强对关键设备进行润滑，紧固，清洁与防护，改变附属部件的固定方式，将刚性固定优化成“半
5.3劳动力组织
为了保证快速、安全、顺利施工，施工中科学、合理组织劳动力是本工法实施的有力保证，劳动力配置见表5-2.
表5.3-1劳动力组织配备表（单线）
班组名称 人数 备注1 据进班 22 分2个班，盾构机据进、管片拼装、材料运输、管线延伸2 3 刀具班（兼） 综合班 22 6 分2个班，每班3人，由质构握进班组人员兼职，负责刀盘、刀具的 分2个班，负贵地面材料加工准备，握进材料下洞4 刀具维修 2 对旧刀进行换新组装，组装新刀. 检查和更换，测量组 3 负责洞内测量工作6 维保班 电工班 2 2 构机设备及机具的维修及河内退检 施工用电安装及维护10 8 泥浆班 搅辨站 4 负责泥装站设备启动与日靠维修保养 质构同步砂浆拌制11 调度 2 负责协调现场施工生产组织12 13 质构主司机 技术员 2 4 分2个班，负责据进参数选择，开仓地质确认，技术方案交底等工作 分2个班，负责盾构机据进操作，盾构机设备维修保养等14 15 安全员 合 计 70 2 分2个班，负责安全退检和监督
6.材料与设备
6.1材料
施工的常规材料，没有因采用本工法面需要投入的特殊材料. 本工法除了配置刀配件材料以满足长距离硬岩地层据进需求外，其他材料均为一般盾构
表6.1-1刀具配件材料
中 刀具类型 部位1 2 19/20寸单刃滚刀 浮动密封 拍承 HH228340/8310、H924045/10 GZ. 5820 C8. 38603 可耐压齿轮油 460#
6.2主要设备配置
配置表见6.2-1. 本工法除常规盾构据进主要据进设备配置外，只需增加刀盘维修车间相关设备即可.机械设备
表6.2-1主要设备机具表
序号 机械名称 规格、技术参数 数量 备注1 2 电动吊机 油压机 500KG 1601 1 1 装、拆轴承 源刀起吊3 拆刀工作合 17~20时 1 谦刀起吊4 波压叉车 2X3（米） 1T 1 1 开盖、放油 升降刀具6 7 高频加热器 电烤炉 15kw 6kw 1 脱刀圈 装刀圈8 空压机 1 1 配套气管气枪10 9 构机及配套设备 泥水处理系统 1000m3/h 6520m 套 1
