¿Cómo cambiar la herramienta del escudo EPB del Metro de Chengdu?
1. Con sus características seguras, rápidas y eficientes, la construcción de escudos se utiliza cada vez más en infraestructura urbana, como metros urbanos, tuberías de servicios municipales, oleoductos subterráneos, etc.
Las herramientas de corte de la máquina de protección que son responsables de la función de excavación son piezas de desgaste, especialmente cuando se excava en las formaciones arenosas y de guijarros de Chengdu, el desgaste de las herramientas es particularmente grave. Por lo tanto, las herramientas deben inspeccionarse, mantenerse y reemplazarse con frecuencia durante el proceso de construcción.
Del 9 de septiembre al 11 de junio de 2005, la Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma encargó al Instituto de Investigación y Diseño de Construcción Urbana de Beijing Co., Ltd. que realizara una revisión de expertos del informe del estudio de viabilidad de la primera fase del Línea 1 del metro de Chengdu. Según Ingeniería Civil Uno de los resultados de la revisión de expertos del grupo, Artículo 2.3: Con base en las condiciones específicas de diferentes secciones de la carretera, el informe analiza y compara los métodos de construcción de túneles de intervalo, y el plan general es básicamente factible. El informe recomienda que es razonable utilizar la construcción de escudos en áreas urbanas y la construcción de cortes y coberturas en zonas de alta tecnología. Sin embargo, las condiciones geológicas de esta línea son complejas, y la construcción del método del escudo tiene ciertos riesgos en términos de tecnología, plazo de construcción, inversión, etc., a los que se debe prestar suficiente atención. Se recomienda publicar lo antes posible las opiniones de evaluación de prueba del método de túnel de protección para la primera fase de la Línea 1 del Metro de Chengdu (Grupo de Ingeniería Civil) del 14 al 17 de febrero de 2006, y las opiniones de evaluación de diseño preliminar del Comité Urbano. Comité Profesional de Tránsito Ferroviario de la Asociación de Transporte y Comunicaciones de China. En la revisión exhaustiva, expertos nacionales autorizados analizaron las condiciones geológicas especiales de los estratos de arena y guijarros ricos en agua de Chengdu y la situación real del primer uso en Chengdu del método de túnel de escudo para construir túneles subterráneos. Hemos considerado plenamente los riesgos involucrados en la construcción de túneles de protección en Chengdu y hemos comunicado plenamente estas situaciones a los contratistas y fabricantes de equipos de máquinas de protección de manera oportuna. Después de extensas discusiones y demostraciones, finalmente se adoptó la máquina de escudo Herrick con una pequeña abertura, una placa de cocción como estructura principal y algunos cortadores de dientes y raspadores. A juzgar por la sección avanzada actual, esta configuración de la máquina de escudo es propicia para mantener la estabilidad de la superficie de excavación, es propicia para triturar arena y guijarros de gran tamaño y es propicia para prevenir la irrupción de agua durante el proceso de excavación. El progreso de la excavación está básicamente dentro del alcance de nuestra planificación. Sin embargo, debido a que hay demasiada arena y guijarros en la formación, varias configuraciones de herramientas se desgastan mucho durante el proceso de excavación. Según nuestras estadísticas, el cambio de herramientas debe realizarse a una distancia de unos 140 metros, de lo contrario no se podrá continuar con la excavación. En la actualidad, los métodos de cambio de herramientas utilizados en el país y en el extranjero incluyen principalmente la apertura de presión normal y el cambio de herramientas de presión:
La máquina de escudo de equilibrio de presión de tierra utiliza principalmente el suelo de lastre en el contenedor de suelo para mantener la superficie de trabajo. equilibrio de presión de tierra encendido. Sin embargo, al inspeccionar y reemplazar herramientas, es necesario limpiar el suelo de lastre en el silo excavado para proporcionar espacio de trabajo, y se rompe el equilibrio de presión original del suelo. Por lo tanto, cómo mantener el equilibrio de la presión del suelo al cambiar de herramienta y mantener la estabilidad del suelo en la superficie de trabajo es un problema urgente que debe resolverse.
Para mantener la estabilidad del suelo en la cara del túnel, los métodos comúnmente utilizados incluyen refuerzo de deshidratación, refuerzo de lechada, refuerzo de pilotes de retención (como pilotes excavados manualmente) y refuerzo de presión. Dado que varios métodos de refuerzo tienen sus propias ventajas y desventajas, es necesario elegir un método de cambio de herramienta razonable de acuerdo con las diferentes condiciones de construcción.
2. Métodos de cambio de herramientas comúnmente utilizados en China. Hay una gran cantidad de proyectos de construcción de túneles de escudo en Shanghai, Guangzhou, Beijing y otros lugares de China. Según las diferentes condiciones geológicas en diferentes lugares, se adoptan diferentes métodos de cambio de herramientas.
Shanghai es una capa de suelo blando con baja resistencia del suelo. El desgaste de la herramienta protectora es pequeño y generalmente no hay necesidad de reemplazar la herramienta. Guangzhou tiene condiciones geológicas complejas y es conocido como el Museo Geológico. Tiene capas de granito con alta autoestabilidad y capas de limolita fangosa con baja autoestabilidad. Por tanto, existen muchas formas de cambiar la herramienta, como apertura directa, refuerzo de cimentaciones, presurización, excavación de pozos, etc.
Abrir directamente el silo para cambiar herramientas significa vaciar directamente el suelo en el silo y entrar al silo para cambiar herramientas sin utilizar ningún método de refuerzo cuando la capacidad de carga de la base es alta y la superficie del agujero es estable. Este método es adecuado para situaciones en las que la superficie de trabajo tiene buena estabilidad.
El refuerzo de deshidratación consiste en construir un pozo de deshidratación desde el suelo para consolidar el suelo mediante la precipitación, mejorando así la estabilidad del suelo en la superficie de trabajo.
El refuerzo de lechada de superficie consiste en inyectar lechada de cemento (u otra lechada de refuerzo) desde la superficie a los cimientos para fortalecer el suelo y mejorar la estabilidad del suelo en la superficie de trabajo.
El refuerzo de pilotes de cerramiento consiste en construir pilotes de cerramiento alrededor de la superficie de trabajo para garantizar directamente la estabilidad de la superficie de trabajo.
El refuerzo de presión consiste en estabilizar la superficie de trabajo inyectando aire comprimido en el contenedor de tierra y utilizando un equilibrio de presión de aire en lugar de un equilibrio de presión de tierra.
3. Principio de cambio de herramienta de presión y su aplicación en el país y en el extranjero
3.1 Principio de funcionamiento de la presión El principio de funcionamiento de inspección, reparación y reemplazo de herramientas y cabezales de corte es: proteger la máquina herramienta. Después de mejorar o reforzar el suelo frente al cabezal de corte, y mientras se garantiza que el suelo alrededor del frente del cabezal de corte y el depósito de tierra cumplan con los requisitos de estanqueidad, se inyecta aire presurizado en el depósito de tierra a través de un compresor de aire, y el Se utiliza presión de aire para reemplazar la presión de la tierra, pasando así a través del suelo. Se establece una presión de aire razonable en el almacén para equilibrar la presión del agua y del suelo frente al cabezal de corte para lograr la estabilidad de la cara del túnel. Los operadores ingresan a la cápsula terrestre bajo presión de aire para realizar inspección, mantenimiento, reemplazo de herramientas y otras operaciones del proceso.
El efecto estabilizador del aire comprimido sobre la superficie de la excavación se puede dividir aproximadamente en los siguientes tres tipos:
1) Puede evitar la entrada de agua y el colapso de la superficie de la excavación;
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2) Dado que la presión del viento actúa sobre la cara del túnel, la estabilidad de la cara del túnel se puede mejorar directamente;
3) Dado que el aire comprimido empuja el agua fuera de las grietas en la roca circundante. , limo, Aumenta la resistencia de las capas de arcilla o arena que contienen arcilla limosa.
Debido a que todos los cambios de herramientas neumáticas se realizan en el pozo, no interferirá con el tráfico terrestre.
3.2 Si observamos la historia del desarrollo de los túneles de protección para proyectos similares en el país y en el extranjero, los túneles de protección completamente abiertos son adecuados para cortar estratos autoportantes, mientras que los túneles de protección de extrusión pueden causar fácilmente el levantamiento o asentamiento de estratos y son Sólo es adecuado para suelos blandos. Sin embargo, los escudos cerrados, a saber, los escudos de equilibrio de agua y lodo y los escudos de equilibrio de presión del suelo, pueden superar las deficiencias anteriores y se utilizan cada vez más.
1) En lo que respecta a nuestro país, los escudos de barro-agua y los escudos de equilibrio de presión de tierra se utilizan actualmente principalmente para la excavación de túneles de metro urbano, túneles de cruce de ríos de ferrocarriles y carreteras, así como túneles de petróleo. (gas) y diversos gasoductos municipales. En la actualidad, en la práctica de construcción de túneles con escudo de equilibrio de lodo y agua, generalmente existen tres métodos para inspeccionar y procesar las herramientas cuando se colocan en el tanque de almacenamiento:
(1) Ingresar al tanque de suelo debajo presión para inspección
( 2) Después de reforzar el suelo delantero, ingrese a la cabina para inspección bajo presión normal;
(3) Vaya desde el suelo hasta el frente del cabezal de corte; para inspeccionar y mantener el cabezal de corte protector. En la construcción de escudos del metro de China, la mayoría de las unidades de construcción adoptan los dos últimos métodos porque aún no se dominan las tecnologías clave para las operaciones de carga de escudos o la configuración de la máquina de escudos es insuficiente. Sólo unas pocas unidades de construcción utilizan almacenamiento presurizado para inspección, reparación y reemplazo de herramientas. Por ejemplo:
En junio de 2005, el túnel protector submarino en la línea izquierda de Xiaoguwei a Xinzhuang de la Línea 4 del Metro de Guangzhou fue reemplazado bajo presión.
El proyecto del túnel de cruce del río Yichang Yangtze (transmisión de gas Sichuan-Este) comenzó en junio de 2006 5438 + febrero de 2006 y se construyó utilizando la máquina de protección presurizada de lodo y agua alemana Herrick y se cargó en el almacén para su reparación. el disco de cuchillas desgastado, reemplace el sello del cojinete principal del cabezal de corte.
A finales de 2003, entre la estación de pasajeros de Tianhe y la estación de Huashi de la línea 3 del metro de Guangzhou, enormes rocas atrapadas en el cabezal de corte se rompieron bajo una presión de 1,6 a 1,8 bar.
En la construcción del túnel protector del túnel del río Yangtze de Wuhan, China Railway Tunnel Group implementó de forma independiente tecnología de operación presurizada y de alta presión de agua (presión de 4,5 bar y operación presurizada) por primera vez.
En resumen, las unidades de construcción de escudos nacionales y las unidades de construcción de metros están explorando e investigando activamente la tecnología de cambio de herramientas de presión en diferentes condiciones estratigráficas. Aunque se han logrado algunos resultados, se necesitan más resúmenes y promoción.
2) En países extranjeros, hay muchos ejemplos de ingeniería de inspección, reparación y reemplazo de cabezales de corte bajo presión [4] (Tabla 1). Como operación de rutina, el cambio de herramientas presurizado se usa ampliamente en máquinas de protección de equilibrio de presión de tierra y máquinas de protección de lodo, especialmente cuando los túneles que cruzan ríos y mares no tienen condiciones normales de cambio de herramientas de presión.
El túnel del Elba nº 4 en Alemania utiliza una máquina de escudo de equilibrio entre lodo y agua para construir en el Cuaternario una capa de morrena compuesta de arena, marga y cantos rodados. El diámetro de la excavación es de 14,2 m, la profundidad del agua (altura máxima del agua de 4,2 bar) y el entierro poco profundo (el nivel más bajo es de 7 m). En la parte más profunda del fondo del río, es necesario ingresar al almacén para reemplazar la cuchilla central para su reparación. Los trabajadores pueden trabajar a una presión de 4-4,5 bar durante un máximo de 80 minutos. La descompresión después de salir del almacén debe realizarse en una cámara de oxígeno, que dura 2 horas. Toda la línea funcionó bajo presión durante 2.738 horas, de las cuales 237 horas la presión fue superior a 3,6 bar, y hubo 21 informes de enfermedad por descompresión, todos ellos cuando la presión era inferior a 3,6 bar.
El túnel Weser en Alemania utiliza un escudo de agua y barro (diámetro: 11,71 m) construido en sedimentos glaciales. El techo del túnel está a 40 metros del mar. La trituradora y el cabezal cortador se mantienen a una presión máxima de 5 bar y 4,5 bar, y los buzos también trabajan en la suspensión de bentonita a una presión máxima de 5 bar. Toda la línea trabajó bajo presión durante 1.400 horas, de las cuales 600 horas la presión superó los 3,6 bar. Sólo se notificaron 15 informes de enfermedad por descompresión y la presión fue inferior a 3,6 bar.
Cuando la Línea Roja del Metro de San Petersburgo en Rusia se construye con arcilla blanda y baja en plástico, arena limosa y arena fina, el techo del túnel está a 65 m del suelo y la presión del agua es de 5,6 bar. , y la presión del aire en la cámara de tierra es de 5,5 bar. Las personas usan máscaras respiratorias al ingresar al almacén, el tiempo de trabajo es de 1,5 horas y el tiempo de descompresión es de aproximadamente 5 horas. El almacén sólo dispone de 4,5 horas de trabajo al día.
La Asociación Británica de Túneles, el Ejecutivo de Salud y Seguridad (HSE) y el Grupo Antihipertensión del Instituto de Investigación Sanitaria han redactado algunas normas especiales para trabajar con aire comprimido.
Los ejemplos de ingeniería mencionados anteriormente, así como las especificaciones relevantes y los resultados de investigación de países extranjeros que utilizan escudos de equilibrio de presión de lodo-agua o tierra para operaciones de mantenimiento presurizado durante la excavación de túneles, muestran que las empresas extranjeras no solo pueden lograr cinturones presiones inferiores a 3,6 bar. Las operaciones de mantenimiento de presión también se pueden realizar a presiones de aire de hasta 6,0 bar. Por un lado, muestra que las operaciones presurizadas, especialmente las operaciones de alta presión, son bastante comunes en proyectos extranjeros. También muestra que es necesario dominar las operaciones presurizadas de túneles de escudo en mi país. La tecnología requiere más intentos e investigación.
3.3 Garantía de estabilidad del equilibrio de la presión del aire
3.3.1 Determinación del valor de la presión del aire Para garantizar la cara de trabajo, se debe proporcionar suficiente presión de aire para equilibrar la presión del agua y del suelo. en la cara de trabajo. Por lo tanto, la presión del aire debe calcularse en función de la profundidad enterrada del túnel de protección, las condiciones del nivel del agua y los parámetros físicos y mecánicos de la formación. Cuando la presión del suelo es segura, el valor de la presión del aire se calcula en función de la presión estática del suelo.
3.3.2 Estabilidad de la presión del gas Para garantizar la estabilidad de la presión del gas en el contenedor de excavación, es necesario garantizarla desde dos aspectos principales: geotécnico (fuga de aire) y electromecánico (entrada de aire).
(1) Sistema geotécnico
Antes de la operación de cambio de herramienta de presión, para evaluar el grado de pérdida de aire en el suelo natural y el impacto de los aditivos en la permeabilidad al gas de la formación, es necesario para Se realizó una prueba de campo de compresión del aire de formación cerca del lugar de cierre del pozo. Con base en los datos de la prueba, la pérdida de gas y sus cambios se calcularon cuando se aplicó aire comprimido de cierta presión a la superficie de la excavación, y se evaluó el efecto anti-filtración de gas de la formación después de agregar aditivos cuando el contenedor de excavación estaba semi- suelo o vacío.
Desarrollar un programa de minería completo y confiable. El procedimiento de excavación debe realizarse de 5 a 10 ciclos antes del kilometraje esperado de la herramienta al abrirse y repararse bajo presión. Asegúrese de que el contenedor de tierra y la cubierta protectora estén herméticos para evitar fugas de aire.
Durante el proceso de llenado de gas, envíe personas para verificar si existen límites donde puedan ocurrir fugas de gas en el suelo, como pozos de ingeniería o de tuberías municipales, evalúe la posibilidad y el impacto de las fugas de gas y tome medidas efectivas. de manera oportuna. Si no se pueden tomar medidas, se debe evitar la zona para operaciones de cambio de herramientas neumáticas.
(2) Sistema mecánico y eléctrico
Antes de iniciar los procedimientos operativos, se debe realizar una inspección detallada de la máquina de protección y su sistema de funda de repuesto para garantizar el funcionamiento seguro de la máquina, detectar problemas de manera oportuna y resolverlos rápidamente.
Antes de iniciar el procedimiento operativo, realizar una inspección detallada del sistema de aire comprimido.
Revise el compresor de aire para evitar que suba o baje el valor de presión establecido en el contenedor de tierra. Se debe designar a una persona dedicada a cuidar el compresor de aire e informar cualquier problema de inmediato.
3.3.3 Evaluación de la estabilidad del frente del túnel en condiciones estables y anormales de presión del viento. La presión del aire en el depósito de excavación reemplaza la presión de la tierra. Después de que la escoria se descarga al nivel establecido, es necesario esperar y observar durante un período de tiempo para ver si la presión del aire en el depósito de tierra es estable.
Cuando la presión del viento es estable y la amplitud no supera los 0,02 bar, es necesario organizar ingenieros geotécnicos experimentados para ingresar a la cámara de excavación bajo presión para evaluar la estabilidad de la cara del túnel.
Cuando la presión del aire en la cámara de excavación cambia mucho y es inestable, significa que la película de lodo alrededor de la cara del túnel o el escudo está mal formada, y es necesario volver a excavar y realizar la prueba después abandonar el área de perturbación existente.
4. Comparación de métodos de cambio de herramientas
4.1 Requisitos de refuerzo y cambio de herramientas Para lograr una construcción eficiente, segura y sin problemas del Metro de Chengdu, el método de refuerzo y cambio de herramientas debe cumplir las siguientes condiciones.
① Bajo costo;
② El refuerzo es efectivo y confiable
(3) Alta eficiencia, el efecto de refuerzo se puede lograr en poco tiempo; /p>
(4) Las barras de acero no solidificarán el cabezal de corte ni el cortador;
⑤Trate de ocupar el menor espacio posible;
Al construir un metro en el centro de Chengdu, primero debemos minimizar el impacto en el tráfico urbano. Por lo tanto, al elegir el método de cambio de herramientas, también se tuvo plenamente en cuenta cómo reducir el impacto en el medio ambiente del terreno y evitar molestar a los residentes.
4.2 Comparación de métodos de cambio de herramientas Según las características de los estratos de arena y guijarros ricos en agua en el área de Chengdu, combinadas con las condiciones previas a la excavación de los cuatro bloques, tenemos los siguientes métodos de cambio de herramientas. :
(1 )Apertura directa del almacén y modo de cambio de herramientas
Debido a la baja estabilidad de la formación de arena y grava de Chengdu y al hecho de que el nivel del agua subterránea es más alto que el del escudo. túnel, es imposible ingresar directamente al almacén de suelo, por lo que este método no es factible.
(2) Método de refuerzo de la precipitación
El método de precipitación es simple y factible, pero enfrenta el riesgo de inestabilidad del estrato. Dado que la formación de arena y grava de Chengdu tiene baja autoestabilidad y puede estabilizarse en un corto período de tiempo, una vez que el tiempo es demasiado largo, la formación corre peligro de colapsar. La práctica ha demostrado que no es viable depender únicamente de las precipitaciones para cambiar las herramientas en la construcción urbana.
(3) Refuerzo de lechada de superficie
La lechada de superficie puede reforzar el estrato hasta cierto punto y el efecto de refuerzo es mejor que la precipitación. Sin embargo, debe operarse en la superficie. , por lo que por un lado se ve afectado por las condiciones de la superficie. Por otro lado, la formación es densa y el efecto de lechada no es bueno. Muchas prácticas han demostrado que la superficie aún puede colapsar después del refuerzo, y este método no puede garantizar los requisitos de seguridad y superficie del reemplazo de herramientas.
(4) Refuerzo de pilotes de contención
Los pilotes excavados manualmente se utilizan generalmente como pilotes de contención en el área de Chengdu. El refuerzo con pilotes excavados manualmente puede garantizar la seguridad y estabilidad del cambio de herramientas. Sin embargo, existen las siguientes deficiencias:
(1) El kilometraje de la pila es fácil de determinar. Si la ubicación del refuerzo se determina ligeramente de manera incorrecta, las herramientas se desgastarán antes de que el escudo alcance el kilometraje de los pilotes, haciendo imposible la excavación de túneles. En este caso, conducir con fuerza, rectificar el cabezal de corte o si hay demasiada escoria también provocará que la superficie colapse.
②El costo es alto y el período de construcción es largo. El costo de construcción de pilotes excavados manualmente es relativamente alto y el período de construcción es largo.
③Involucra una amplia gama de departamentos. La excavación manual desde la superficie involucra transporte, tuberías municipales, viviendas, restauración de superficies, etc. , y la descarga y alimentación de escoria están relacionadas con el departamento de protección ambiental.
④ Tiene un mayor impacto en el medio ambiente circundante. Según la situación actual, la distancia de cambio de herramienta generalmente es de 150 m. Realizar la construcción de pilotes en una distancia tan corta es sin duda un destripamiento, y su impacto en la vida de los ciudadanos es nada menos que el de un colapso superficial.
⑤Las condiciones de la superficie son limitadas. Dado que la mayoría de las líneas de túneles de protección del metro se encuentran en áreas céntricas, no existen condiciones para cavar pilotes manualmente.
⑥ Los cimientos de pilotes que se dejan bajo tierra causarán peligros y riesgos impredecibles para futuros proyectos municipales.
⑦ No refleja la naturaleza avanzada del escudo y tiene poco impacto en el medio ambiente.
(5) Refuerzo de presión de aire
El refuerzo neumático no ocupa espacio y tiene las características de bajo costo y alta eficiencia.
Sin embargo, debido a los requisitos técnicos de construcción relativamente altos y la particularidad de los estratos de Chengdu, los riesgos son relativamente altos, por lo que es necesario continuar fortaleciendo la exploración y los intentos.
4.3 Análisis y comparación
5. Conclusión y contramedidas
El cambio de herramienta a presión es el principal método de cambio de herramienta para otras excavaciones de escudo similares, especialmente al cruzar zanjas. ríos, fondos marinos y otros entornos geográficos especiales. Sin embargo, debido a la alta permeabilidad de la arena y los guijarros de Chengdu y la poca profundidad de enterramiento de las líneas del metro, es muy difícil cambiar las herramientas bajo presión y existen muchos factores inciertos, especialmente en las carreteras principales urbanas. El riesgo es extremadamente alto y falla. será catastrófico como resultado de. En vista de esto, en la etapa inicial utilizamos presión normal para abrir posiciones, centrándonos en la precipitación y el refuerzo de los cimientos. Después de un período de práctica, este método es muy adecuado para las características de formación de Chengdu en términos de seguridad operativa y eficiencia de cambio de herramientas. Sin embargo, una desventaja importante de este método de cambio de herramientas es que afecta el entorno terrestre e interfiere con el tráfico terrestre. En la actualidad, estamos tratando de explorar la viabilidad del reemplazo de herramientas presurizadas en los estratos de Chengdu en la sección de la tercera oferta del escudo (construcción por la Segunda Oficina de Ferrocarriles de China), y hemos logrado un éxito del 12%, lo que se puede decir que es un básico. éxito. En la siguiente fase, continuaremos explorando. Durante el proceso de cambio de herramientas, planeamos tomar medidas de protección de seguridad, como cerrar parcialmente parte del tráfico, para ser infalibles en términos de medidas y respuesta de emergencia. En la siguiente etapa, nos esforzaremos por unificar orgánicamente la apertura de la máquina, la configuración de las herramientas y el tipo de transportador de tornillo con la seguridad, la calidad, el progreso y la inversión del proyecto, y reduciremos gradualmente la cantidad de cambios de herramientas.
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