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盾構機幾種常見故障的處理

2025-02-20

(中鐵十六局集團機械維修中心)

1.泥土粘著并堵塞刀盤 

產生原因:

盾構機在粘性土層中施工時,由于粘性土具有內摩擦角小、粘性大和流動困難等特點,使得粘性土體粘附在刀盤上。被刀盤從開挖面上切削下來的粘土,通過刀盤渣槽進入泥土倉后,在泥土倉上壓力的作用下容易被壓實固結,首先將刀盤支撐臂中心充滿填實,并很快地堵死了刀盤中心的渣槽,使刀盤中心正面的土體不能通過中心刀渣槽進入泥土倉,而是在刀盤擠壓力的作用下從刀盤四周的渣槽進入泥土倉。逐漸地,整個泥土倉內全部被壓實固結的土體充滿并堵塞。當刀盤繼續旋轉切削土體時,固結土體的刀盤和開挖面土體之間產生很大的摩擦力,相互摩擦產生大量的熱量,刀盤溫度不斷升高,使刀盤和泥土倉內的土體不斷地被燒結固化,最終在刀盤和整個泥土倉內形成堅硬的“泥餅”。

“泥餅”形成后,刀盤扭矩和盾構機推進阻力均迅速增大,螺旋輸送機無法出土,盾構機不能往前推進。泥土倉內過高的溫度會縮短刀盤主軸承的使用壽命,加速主軸承的損壞,甚至會出現主軸承“燒結、抱死”的嚴重后果。

處理方法:

當盾構機在粘土地層中進行施工時,或當泥土倉內形成“泥餅”時,應采取以下預防和排除措施:

(1)空轉刀盤,并通過泥土倉隔板的空心攪動棒向泥土倉注水,使“泥餅”在離心力的作用下脫落。

(2)在使開挖面保持穩定的前提下,可人工進入泥土倉清除“泥餅”。

(3)掘進時增加泡沫劑的注入量,改善土體的和易性,預防粘土結塊。

(4)在盾構機設計時,應在泥土倉隔板上增加空心攪動棒,以加大攪拌渣土強度和范圍,并通過空心攪動棒注水,用于清洗刀盤和泥土倉。

2.螺旋輸送機循環“噴涌”泥水

產生原因:

盾構機在高水砂層進行施工時,由于開挖面土體充水裂隙,含水量豐富,而且已成型的盾構隧道同步注漿量沒有完全充實襯背空隙,以致留下流水通道,開挖面土體裂隙的水不斷地流入泥土倉,泥土倉內不停地積水。當螺旋輸送機工作時,首先吸入泥土倉內的水,然后從其出土閘門迅速噴出,形成“噴涌”。泥土倉內的水被暫時吸干后,螺旋輸送機才能出渣排土,很快地泥土倉內又積水較多,螺旋輸送機又必須先吸水后出土。造成盾構機無法正常工作,螺旋輸送機不停地噴涌—停機—噴涌……如此惡性循環,盾構機推進緩慢。

處理方法:

(1)當遇到此情況時,關閉螺旋輸送機,停止出土,保持盾構機繼續往前推進,增加泥土倉內的土壓力,讓刀盤切削下來的土體將泥土倉內的水不斷地擠出,減少泥土倉內的含水量。同時要防止土倉壓力過高,造成盾構機前方隆起、冒漿,以及擊穿盾尾密封等現象的發生。

(2)向泥土倉內加入高濃度泥漿或泡沫,改善泥土倉內土體的和易性,使土體中的顆粒、泥漿成為一整體,使土體具有良好的可塑性、止水性及流動性,便于螺旋輸送機順利出土。

(3)在進入富水砂層前,盾構機提前采用氣壓平衡模式進行推進,但要防止發生漏氣事件。

3.頭部周期性下降

產生原因:

盾構機在推進過程中,由于泥土倉實際土壓力值低于理論值,使盾構機頭部周期性地下降。造成盾構機“磕頭”。

處理方法:

實際操作中,應使泥土倉土壓力值略高于理論值,并在推進時按工況條件和地質情況在盾構機正面加入發泡劑、膨潤土和水等改良土體的添加劑,改良開挖面的土體。施工過程中要根據隧道的埋深、所在位置的土層狀況和地層變形量等信息的反饋,對土壓力設定值、推進速度和注漿量等施工參數及時地進行調整。

4.呈“蛇形”前進

產生原因:

在盾構機的推進過程中,操作人員在對盾構機中心軸線與隧道中心線出現的偏差進行糾正時,若每次的糾偏量過大,將導致不停地對盾構機進行左右糾偏,造成盾構機呈“蛇形“前進。

處理方法:

對于盾構機中心軸線與隧道中心線出現的偏差,操作人員應及時糾正,盾構機一次(一環)的糾偏量以不超過5 mm為標準,以減少盾構機在推進過程中對地層的擾動,以及盾尾鋼板拉傷了管片,損壞了管片的止水條,影響止水效果;若每次糾偏量過大,還會造成盾尾內管片拼裝困難,有時會給完成后的隧道使用帶來障礙。

5.泥土倉土壓大幅度突降

產生原因:

這是由于泥土倉內空氣和水的含量較多,泥土倉的土壓主要是由空氣壓力組成的。壓力空氣容易穿過泥水層進入螺旋輸送機,從其出土閘門迅速地噴出,泥土倉內壓力空氣瞬時大量釋放,造成泥土倉內土壓大幅度突降;在較松軟的地質中,泥土倉內壓力空氣 有時會通過盾構機外殼的松軟土層向盾尾方向移動,擊穿尾盾密封向盾構機內部釋放壓力空氣,也會造成泥土倉內土壓大幅度突降。

處理方法:

當遇此情況時,立即關閉螺旋輸送機及其出土閘門,停止出土。盾構機繼續往前推進,使泥土倉土壓盡快恢復至正常值,以保持開挖面土層的穩定,防止由于泥土倉壓力的突降而引起地層發生變化,引起地表面出現較大幅度的沉降。同時,在操作中應根據土質情況和刀盤扭矩的大小,減少注水量,調整泡沫系統中空氣的比例,并減小泡沫量,降低泥土倉內水和空氣的含量。

6.停止推進后泥土倉土壓自動上升

產生原因:

盾構機停止往前推進后,泡沫系統已關閉,但由于泡沫系統某個進氣閥故障,閥芯被卡住,進氣閥仍處于開啟狀態,壓力空氣繼續通過該進氣閥進入泥土倉,導致在盾構機停止往前推進后泥土倉出現土壓自動上升的現象。

處理方法:

(1)首先關掉空氣壓縮機,打開壓縮空氣儲氣罐的放氣閥,放掉壓力空氣卸壓,直至泥土倉土壓不再上升為止。

(2)若泥土倉土壓上升幅度很大,為防止地表面隆起,啟動皮帶輸送機和螺旋輸送機,打開螺旋輸送機出土閘門,低速運轉螺旋輸送機,慢慢地出土,直至泥土倉土壓降至正常值為止;若泥土倉土壓上升幅度較小,不會引起地表面隆起,故不需要降低泥土倉土壓。

(3)檢查泡沫系統空氣進氣閥,查明進氣閥閥芯被卡住的具體原因,修理或更換進氣閥,使進氣閥能正常打開和關閉。

因此,要求操作人員在盾構機停止往前推進后,除正常檢查維修盾構機外,一般不要離開操作室,以保證盾構機在出現異常情況時,能及時發現,并采取措施。

7.螺旋輸送機出料口形成大土堆

產生原因:

在粘性土層中,由于土體粘性大,由刀盤切削下來的粘土與土倉內的水難以均勻地混和,造成泥水分離。在螺旋輸送機出土時,整團泥土從螺旋輸送機出土閘門排出至膠帶輸送機的膠帶上。由于泥和水呈分離狀態,所以泥和膠帶之間的摩擦力較小,而且膠帶向上運轉,使泥土在膠帶上打滑而不能被及時運走。隨著螺旋輸送機不停地出土,皮帶上的泥土越積越多,土堆越來越大,逐漸被膠帶兩側的擋上板支撐住。土堆底部的泥土因受土堆重壓而被膠帶運走,被膠帶兩側擋土板支撐住的泥土堆和膠帶不接觸,不能被膠帶運走,滯留在膠帶的上方,結果在螺旋輸送機出料口形成大土堆。

處理方法:

當形成大土堆后,螺旋輸送機應停止出土,繼續運轉膠帶輸送機,采用人工方法進行清除,并通過膠帶運走。禁止操作人員為了減少麻煩試圖通過螺旋輸送機繼續出土,增加土堆土方的泥土重量將其壓塌,使土堆塌落在膠帶上而被運走。若此時螺旋輸送機繼續出土,大量泥土將從土堆的上方滑落至膠帶輸送機前端的支撐架上,結果不但不能將土堆壓塌,反而會使支撐架上的泥土越積越多,可能造成整個支撐架被壓塌的后果。

所以當遇到粘土地層時,在盾構機推進過程中,應使泥和水在泥土倉內盡可能地均勻混和,避免泥水混和不均;同時通過攝像儀觀察螺旋輸送機的出土情況,當發現有整團泥土在膠帶上打滑,滯留在膠帶上不能被膠帶及時運走時,應減小螺旋輸送機出土速度,或停止出土,以防止膠帶上的泥土越積越多而形成大土堆,待滯留在膠帶上的泥土被運走后,再繼續出土。

總之,在遇到粘土地層時,只要操作人員謹慎地操作,注意觀察,措施及時,就可避免形成大土堆。

來源:網絡

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