1、一种大直径泥水盾构在砂土地层中刀盘被卡的脱困方法摘要:本文简要介绍了大直径泥水盾构机在始发阶段刀盘被卡后,采用槽臂机在刀盘前方沉槽，并在刀盘两侧用旋喷注浆机旋喷注水，将刀盘周围的土体置换为泥浆，然后将盾构刀盘推入成槽区域内全面脱困的方法。 关键词: 大直径;刀盘;被卡;成槽;脱困 Abstract: This paper briefly introduces the large diameter water shield construction machine in the initial stage is the knife dish after card, the slot machin
2、e arm in the knife dish FangChen before slot, and both sides in the knife dish with jet grouting machine rotary spray water injection, will the knife dish of soil replacement for mud around, and then will push the shield the knife dish into slot area to bail out the comprehensive method. Keywords: L
3、arge diameter; The knife dish; Be card; Into slot; Difficulty relief 中图分类号：TU441+.5 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013） 0 引言 随着城市地下空间开发利用的速度加快，越来越多的大直径泥水盾构机投入进了城市地下隧道工程的建设。在盾构施工的始发阶段，盾构机处于调试和试掘进阶段，经常会出现长时间停机检修调试情况，再加上始发试掘进阶段对地层的了解不足，掘进模式、掘进参数选择以及泥浆参数的调制处于摸索阶段，所以盾构机在砂土地层始发时刀盘被卡的情况时有发生。本文通过对杭州运河隧道工程中刀盘被卡后脱困的
4、实践经验及资料的整理和分析，初步得出在类似地层中盾构机刀盘被卡的一种脱困方法，为将来类似情况的处理积累了宝贵的经验和施工依据。 工程及地质概况 1.1 工程概况 杭州市沿江隧道工程为运河下第一条隧道，是杭州市沿江公路穿越京杭运河的重要节点，位于京杭运河与钱塘江交汇口。本工程设计为双向四车道公路隧道。其中盾构隧道总长 1100.672 单线米，南线长为550m，北线长 550.672m。管片外径 11.3m，管片厚度 50cm，环宽 2m，环向分块 9 块（即由 6 个标准块、2 个邻接块和 1 个封顶块组成） 。错缝拼装，采用直螺栓连接。隧道纵坡最大 5.00%。盾构隧道采用两台11.65m
5、的泥水平衡盾构机掘进，两台盾构机均从河东盾构工作井始发，向西穿越运河后抵达河西工作井拆卸吊出。 1.2 地质概况 南线盾构机刀盘被卡时掘进里程为 SDK0+901.861，盾构机刀盘刚出加固区 2.1m，其中盾构机顶部覆土深度约为 8.5m，覆土埋深小于盾构机1 倍直径 D。覆土土层主要为1 砂质粉土、2 砂质粉土夹粘质粉土、3 粉质砂土。掘进断面土层为3 粉质砂土、4 粉质砂土、1 粉砂、2 砂质粉土。盾构穿越地层情况见图 1。 图-1 盾构始发段穿越地层纵剖面图 盾构机刀盘被卡情况描述 盾构机开始正式掘进以来，南线盾构机在加固区内顺利掘进，在完成第 5 环掘进，盾构机刀盘推出端头加固区 2
6、.1 米后，突然出现了刀盘无法转动的现象。掘进第 5 环时泥浆中分离出少量石头、建筑垃圾和加固区水泥砂浆块，粒径最大 10cm 左右，出渣成分主要为粉砂，泥浆比重为 1.3g/cm3，泥浆黏度 16s。掘进完成后安装管片、清洗盾尾注浆系统、同步注浆泵和主驱动电机故障维修共计停机 12 小时。故障处理完成后恢复掘进，在启动刀盘时发现扭矩大于脱困扭矩，刀盘无法启动。 刀盘被卡原因分析 盾构机刚出加固区，未及时调制优质泥浆，由于泥浆性能差（粘度低，比重高，含砂率大） ，且掘进断面地层主要为砂性土地层，掘进完成后的长时间停机，掌子面沙子坍塌、沉淀、板结，从而抱死刀盘，造成刀盘受困。 采取的常规脱困措施
7、 在反复使用刀盘脱困模式仍然无法扭转脱困的情况下，另外采取了增加泥水压力，逐个收回推进油缸泄压使掌子面推力减小、挖除刀盘上部土体，减少上部土压力，并在盾壳上增加辅助千斤顶加大启动扭矩的措施下仍然无法脱困。具体措施入图 2、图 3。 图-2 挖除刀盘上方和前方部分土体泄压图-3 在前盾和刀盘上增加辅助千斤顶 总体脱困方案 在常规的脱困方式未成功脱困的情况下，经过分析认为刀盘正前方土体压力和四周轮廓的土体对刀盘挤压、包裹产生的摩擦力是使刀盘无法启动旋转的主要原因。最终通过多方分析和论证，决定采用槽臂机在刀盘前方沉槽，并在刀盘两侧用旋喷注浆机旋喷注水，将刀盘前方和两侧的土体置换为泥浆，然后将盾构刀盘
8、推入成槽区域内，确保刀盘全面脱困。 脱困方案确定后，总体的思路为：选用合适的土将开挖基坑回填，开挖导墙沟槽，施工导墙、硬化地面，用槽壁机开挖泥浆槽，然后将盾构机前推进入成槽区域从而完成脱困的总体方案。 5.1 土方回填 为使回填土能够在段时间内有一定的自稳能力，开挖范围采用水泥土回填，并碾压密实，水泥掺量不小于 7%。水泥与土须充分搅拌，如回填土质含水量低，可在水泥与土搅拌时适当加入一定水，保证水泥发挥作用，加固土体。 5.2 导墙沟槽施工 土体回填完成后，先用挖机按导墙轴线方向开挖，开挖宽度为1.4m，深度为 1.8m 的沟槽，不足的地方采用人工清理，如回填土质不密实而容易塌方，可在开挖时插
9、入钢板桩围护。沟槽修好后，再进行钢筋绑扎工作，采用 14200mmX200mm 单层通长配筋，其上部钢筋与硬化开挖场地配筋相连接。然后进行立模，导墙壁厚 25cm，导墙净距要求达到83cm，垂直度要求小于 1/150，中心线偏差小于 1cm，制模达到要求后进行混凝土浇捣，采用 C40 早强混凝土，要求边浇边振捣使混凝土密实，混凝土须分层浇筑，防止一次浇筑过高引起涨模或爆模等情况发生，待混凝土达到一定强度后方可拆模，模板拆除后对导墙内部及时回填土，平衡导墙外侧土压力，防止导墙倒塌。 5.3 成槽施工 为防止刀盘上的刀具和槽壁机抓斗发生刮擦发生掉钻的次生事故，槽壁机成槽范围距离刀盘面 30cm，成
10、槽深度低于刀盘底部 30cm，槽段采取三步成槽，先挖中间，再挖两边。开挖过程中采用超声波探测仪持续跟踪实测槽壁变形、垂直度、泥浆液面高度，并严格控制抓斗上下运行速度。使抓斗中心平面应与导墙中心平面向吻合,防止抓斗于道具发生刮擦。成槽顺序及于刀盘的位置关系见图 4。在成槽完毕之后采用抓斗撩抓法清底。清底后立即用长 8.0 米，宽 0.8 米的型钢支撑，插入槽中防止上部土体垮塌，在槽口采用钢牛推固定在地面导墙上。挖槽期间，泥浆液面一直高于地下水位 0.5m 以上。且储备了足量的泥浆,保证槽壁开挖持续进行。 图 4 成槽顺序及抓斗与刀盘的位置关系图 刀盘脱困 6.1 旋喷置换刀盘前方和两侧的土体 由
11、于始发段盾构机处于 5%的下坡线路上，刀盘下部仍然有约 80cm 厚的土体，为防止盾构机前推进入泥浆槽的过程中由于刀盘下部阻力较大，使刀盘主轴承偏心受力破坏主轴承密封。因此在盾构机前推进入泥浆槽前，利用高压旋喷机将水通过高压旋喷的方式将刀盘与泥浆槽间的土体和刀盘两侧的土体全部置换为泥浆。 6.2 盾构机前推进入槽体脱困 启动盾构机泥水循环系统在泥水仓形成泥水循环不断冲洗仓内沉淀的渣土，启动刀盘脱困模式，然后缓慢将盾构机前推进入泥浆槽，在刀盘进入成槽区域 30cm 时，通过观察刀盘转速及刀盘转动角度，发现刀盘出现轻微的转动迹象，随后通过反复转动，刀盘终于摆脱了土体包裹，成功脱困使盾构机刀盘成功脱困。刀盘脱困后继续将盾构机向前推进,使刀盘及时顶拢槽壁原状土体，有效地防止了盾构机磕头。 结 语 通过本次盾构机的脱困施工，使我们充分认识到了盾构机出加固区施工的风险性，进一步理解了盾构机出加固区过程中掘进参数的选择、盾构机设备保养和及时调制优质的泥浆的重要性。 本次盾构机刀盘被卡总共耗时半个月，并耗费了一定的人力、财力和物力，回过头来看若前期保障工作做到位了刀盘被卡是完全可以避免的。但是从最终采取的措施、技术方案的制定和现场实施的情况来看是积极有效的。本工程施工中出现的问题既为我们留下了深刻的教训，但它的成功处理也为今后类似工程问题的处理提供了一些很好的经验，同样具有一定的实际应用意义。
