盾构被困原因分析及对策-吴朝来

第卷增刊年月螝遭凌银盾构被困原因分析及对策吴朝来，刘金祥中铁隧道集团有限公司专用设备中心，河南洛阳摘要：为解决土压平衡盾构在硬岩施工中出现被困的问题以重庆轨道交通六号线二期工程盾构施工过程中台盾构出现不同程度的被困事故为例，通过设备、地质条件、施工状况方面分析盾构被困的原因’并结合重庆地区盾构多次脱困的经验’总结出一些解决该问题的对策，防止在硬岩施工中再次出现类似事故而影响项目施工的进度、质量、安全和设备使用寿命等具有一定的借鉴作用。关键词：重庆轨道交通；硬岩施工；盾构；被困；脱困；对策：中图分类号：文献标志码：文章编号：，’，：，，：；；；；；引言盾构虽然在城市地铁等隧道施工领域发挥着巨大作用但它也存在一些不足之处。在于对不良工程地质条件适应性较差，在复杂地质条件下掘进时易出现各种工程地质问题，掘进效率大大降低；另外盾构施工对施工人员的整体素质和管理水平有很高依赖。在盾构施工中只要某一环节出现问题就有可能导致重大停机事故本文针对重庆地区多台盾构卡机重大停机事故进行简要介绍。目前对于盾构、在隧道施工中出现卡机和脱困方法，国内已有一些相关的研究。文献详细介绍了在施工时，由于地质因素导致被卡并提出了相应的解决措施的注意事项；文献针对中铁号盾构卡机事故介绍了土压平衡盾构在硬岩掘进中卡机原因分析和脱困技术。本文结合在重庆地区台盾构多次不同程度的卡机和脱困主要从设备、地质和施工三方面介绍的盾构卡机的具体原因，从盾构卡机预防、简单脱困和爆破脱困三方面介绍了盾构脱困技术。工程概况重庆市轨道交通六号线盾构试验段工程区间线路总长双线公里，区间隧道穿越地层为第四系全新统松散土层和侏罗系中统砂溪庙组砂岩、泥岩为良好的基岩地层，完整性较好岩石天然抗压强度为，砂岩石英含量高达。本工程采用的盾构主要技术参数如表所示。施工过程中多次出现被困现象严重地影响了施工进度、质量、安全和设备的使用寿命等。以下对被困的原因进行分析，并提出了相应的对策和措施。被困原因分析设备原因开挖直径不足。盾构设计尺寸为刀盘开挖直径前体直径为如果在加工过程中出现刀盘开挖直径与前体直径之差小于设计值，就可能导致开挖直径不足，这样就大大增加了围岩收敛收稿日期：作者简介：吴朝来（—），男青海互助人，年毕业于重庆交通大学电气与自动化专业，本科助理工程师从事盾构、施工技术管理及维修保养工作。94遂道達议第卷图被困时刀盘左侧开挖面情况图被困时刀盘右侧开挖面情况施工原因注浆控制。在掘进过程中対注浆量控制是非常关键的。在砂岩中掘进，止浆板磨损很快注浆压力过高或注浆量过大，会使浆液通过止浆板到达盾壳粘附在盾壳上，减小了盾壳与围岩的间隙增大了摩擦力，可能导致盾构被困；但这种情况一般出现在长时间方、地层破碎都可能导致盾构被困。比如在膨胀性较大围岩中掘进所需的转矩大于盾构所提供的最大扭矩时，盾构会被围岩困住；遇到地层破碎时盾构姿态控制困难也可能会出现姿态变化过大导致盾构被困现象。围岩局部不稳定会使盾构调向困难，如图和图所示，重庆某盾构施工中卡机后的掌子面情况从图片中可以看到掌子面左侧岩层较稳定，而右侧破碎’并局部形成空洞。在盾构掘进中刀盘左侧受力大而右侧在破碎的岩层中刀盘受力较小使刀盘一直向右偏，左侧掌子面出现台阶状增加了盾构被卡的可能性。后困住盾构的危险。主机不意见图。表盾构主要技术参数表名称规格尺寸备注开挖直径刀盘转速最大推进速度最大推力整机总长主机总长总质量适用管片规格装机功率水平转弯半径纵向爬坡能力。刀盘开口率滚刀数最最外轨距边滚刀数前盾铰接稳定器摆动油缸中盾尾盾°±把，单把最大载荷把被动铰接式，总拉力数量个数量个最大压力主机后配套含刀盘主机后配套外径内径宽度分度直径长度单刃滚刀把，中心刀把直径长度共根油缸，油缸为油缸为直径长度直径长度盾体系统主驱动推进油缸图丨主机示意图铰接力太小。盾构的中盾和盾尾之间的铰接方式有主动铰接和被动铰接种，本工程盾构采用被动铰接形式，配有的根油缸，可提供最大拉力为。由于铰接拉力太小，当盾尾出现发卡现象时铰接油缸无法将盾尾收回不利于盾构脱困。刀具磨损严重。对于盾构刀具来说保径刀显得尤为重要，它是决定着隧道开挖直径它的异常损坏和过度磨损严重威胁着盾构工程施工的安全性。地质原因地质条件是施工安全最主要的因素，岩层收敛、塌增刊吴朝来，等：盾构被困原因分析及对策停机（如开仓换刀、长时间故障处理和工序停工等）后砂浆凝固在盾壳。盾尾止浆板脱落见图中盾和盾尾被砂浆包裹情况见图。图盾尾止浆板脱落图图中盾和盾尾被砂浆包裏姿态控制。当地质条件和隧道设计曲线发生变化时。由于操作人员现场控制的能力不等部分操作人员不能短时间内通过不良地质段和不能及时调整参数包括扭矩、电流、转速、贯入度、推力等），因而盾构姿态突变或频繁变化。盾构的最大转弯半径是一定的，当姿态突变，其调向值超出最大允许范围时，会出现被困现象盾构掘进中短时间内频繁往复调向无形中减小了隧道开直径也增加了被困机率。管片选型与拼装。管片选型时要根据盾构的姿态选择合适的管片（标准环或转弯环），若管片选型不正确会使盾尾间隙过小和盾构姿态难以控制；另外，管片拼装的好坏会影响推进油缸的有效推力，所以要充分挖掘盾构的有效推力，要避免不必要的推力损失。否则可能会出现卡盾尾的危险。铰接刚性连接。在施工过程中出现轻微卡机现象为了防止在增大推力时损坏铰接油缸通过用拉杆代替交接油缸的方式脱困。但在顺利脱困后，为了防止再次卡机或减少工序，未及时恢复铰接功能；这样将盾尾与中体刚性连接，将前体、中体和盾尾变成总长为的整体。这种情况下盾构的转弯半径远远大于设计的，从而增大了盾构在曲线上卡机的可能性。施工对策预防措施盾构选型设计时应考虑地层特性对刀盘开挖直径和铰接方式及性能要求的影响，比如具有膨胀性的土层中盾构刀盘开挖直径应适当增大。加强盾构质量控制。盾构制造时应加强并应注意刀盘刀具材质控制，并应特别注意对刀盘开挖有效半径的出厂检査。加强注浆管理。严格控制注浆压力和注浆量防止注入砂浆后填充盾壳与隧道开挖面的间隙并且要浆液适当加人膨润土。准备长时间停机时，注浆完成后，在砂浆初凝时应让盾构向前掘进一点即可防止有浆液窜人盾壳与围岩之间困住盾构。加强盾构姿态控制。应尽量保证盾构掘进轨迹平顺，防止急纠偏；急转弯处应采走内弧线，以减小急转强度。脱困措施一旦发生盾构被困现象，可采取以下处理措施：增加推力脱困。由于在正常推进时推力小于当发现盾构出现被困现象后继续增加推力。本设备当推进油泵达到最大压力后，可提供最大的推力如果盾构只是轻微被困就可以以增大推力的方式脱困。摆动盾构脱困。通过操作盾构推进油缸让盾机摆动，即一次只动一侧的油缸往复操作多次用来调整盾壳间隙便于脱困。增加外力脱困。如果采用将推力增大至最大的方式无法脱困则可增加外力来协助。在盾尾增加外力小油缸，增加推力的同时操作外加小油缸同时顶进的方式脱困，但添加外力油缸应考虑管片最大承受能力根据施工经验总结管片可承受的推力即最大可增加的推力。外力油缸见图，脱困爆破见图。图外力油缸添加图96遲道逢议第卷图脱困爆破图爆破脱困采用设备自身能力和增加外力的方式仍然无法脱困时，可采取爆破的方法掏空盾体上方围岩，使盾构尽快脱困。爆破施工流程。爆破施工工序流程如下：施工准备（爆破区刀具拆除、设备防护、人员及物资准备一开仓程序一钻眼一装药设备防护一通知地表人员进行监测及巡视一仓内人员撤出一起爆一监测数据及巡视结果反馈至主机室一通风（气体检测）一效果检查一出渣一初期支护（喷混凝土支护）一爆破参数优化一进行下一循环作业。脱困爆破方案见图。外层开艳面图脱困爆破注意事项。①在爆破施工期间需要进行监测。监测的项目有：地面及建筑物的沉降及倾斜、爆破震速、相邻隧道相应位置的管片姿态、收敛及外观。②在作业完毕后，要将土仓内的钻杆、撬棍等杂物清理干净防止脱困后对刀具损坏和卡螺旋输送机现象。③在爆破过程中要严控爆破参数及加药量盾壳周围打斜孔，减小冲击力，以防引爆是对盾构造成伤害，图为爆破中将盾壳炸变形。④在爆破过程中周围的岩层检测并做好支护和加固工作，避免在作业中出现人员伤亡等事故。⑤爆破法脱困后盾壳上部和两侧已淘空掘进中盾构会上漂因此脱困后在推进中要注意姿态控制保证正常掘进。⑥脱困后管片后回填注浆，保证将爆破的空间注满砂浆，以免发生地表沉降、塌方等其它不良现象的出现。结论通过重庆地区多台盾构发生卡机事故的原因分析和脱困处理，对盾构卡机防范和脱困处理总结分析如下：盾构被困与设备选型及质量、地质条件和现场操作水平有很大关系。主司机要根据地质条件选择合适的掘进参数和渣土改良方式、严格执行操作规程和维修保养规程；牢牢把握“人和设备要和谐，设备和地层要和谐人和地层要和谐”的盾构选型、使用和管理理念。图爆破中将盾壳炸变形致油缸损坏盾构出现卡机后不能盲目的采取脱困措施，要对当前地质、设备、施工等方面进行综合分析，并结合盾构机上的数据采集系统进行数据分析，找出盾构卡机的具体原因和卡机位置’采用相应的处理措施，在最短的时间内恢复掘进。在全断面硬岩掘进中对刀具的管理要做到“勤检查、早更换”的原则，确保刀盘开挖直径。增刊吴朝来，等：盾构被困原因分析及对策盾构采用在使用自身能力和施加外力方式脱困时，各系统性能发挥至极限，因此要密切监视推进系统、铰接系统、推进泵和电动机、盾尾铰接密封和管片等防止出现狡接油缸拉断、液压油管爆裂、泵和电动机过载损坏、管片破损等现象发生。参考文献（：尹旅超，朱振宏，李玉珍等日本盾构隧道新技术武汉：华中理工大学出版社，赵第厚卡机的原因和对策山西水利科技，：：康宝生全断面硬岩条件下的盾构掘进与管理隧道建设，：王玉卿重庆地铁复合式盾构施工应用建筑机械化，：：：宋天田，肖正学，苏华友等上公山施工卡机事故工程地质分析岩石力学与工程学报，：’’：温森徐卫亚深埋隧洞卡机事故风险分析长江科学院院报，：李辉，刘银涛土压平衡盾构脱困技术及经验教训隧道建设，，：，：