粤水电轨道交通建设有限公司 广东省广州市 510000
摘要：本文列举的泥水盾构机为德国海瑞克生产，目前已完成3.6公里地铁隧道掘进施工，盾构穿越地层主要为圆砾层，部分泥岩层。在掘进泥岩过程中，出现了粘土块粘附刀盘、堵塞环流系统等情况。下步准备施工的地铁隧道80％为泥岩层，针对此难题，应对盾构机刀具进行合理安排，对环流系统进行相关改造，保证盾构施工顺利进行。
关键词：泥水盾构机；泥岩层；环流系统；改造
1概述
泥水加压平衡盾构机在开挖面的密封隔仓内注入泥水，通过泥水加压和外部压力平衡，以保证开挖面土体的稳定。盾构推进时开挖下来的土进入盾构前部的泥水室，经搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用泥水泵送到地面，泥水在地面经过分离，然后进入地下盾构的泥水室，不断地排渣净化使用。根据之前盾构隧道施工情况，现有盾构配置应对圆砾地层掘进速度快、地层扰动小、地面沉降少，但应对泥岩地层时出现刀盘结泥饼、开挖仓压力波动异常、排浆口堵塞、泥浆筛分效果不佳、掘进速度缓慢、刀盘扭矩较大、总推力较大、部分传感器失效、排浆泵堵塞、气仓泥岩堆积、日掘进环数降低等现象。
考虑后续施工区间全断面泥岩地层下长距离掘进、区间贯通工期要求，需针对泥岩地层对盾构设备进行优化，从而降低施工风险、加快施工进度满足业主工期要求。
2工程概况及盾构机参数
区间穿越地层约20%为圆砾层，80%为全断面泥岩层，少部分区段为粉土、粉质粘土、砂土、卵石、泥岩、圆砾的交接复合地层。
本区间所使用的盾构机为德国海瑞克集团生产的泥水加压平衡盾构机，刀盘外径6280mm，刀盘开口率约为35%，最小转弯半径250m，全长8.5m，总重291t。
3盾构机改造相关内容
3.1刀盘改造及刀具布置
3.1.1刀盘改造：在之前盾构隧道施工过程中，盾构机下穿石英含量较高的圆砾层后，刀盘未发生严重磨损，只是部分添加耐磨块脱落，在本次改造中加焊耐磨块即可。为了把块状土体或岩石破碎，阻挡他们进入开挖仓，避免大块渣土堵塞前闸门或排浆管口，本次改造在盾构机刀盘进料口靠近辅臂侧增设三角挡块，同时把原有三角挡块的长度进行优化。
3.1.2刀具改造：
（1）中心刀配置
盾构机刀盘中心依然采用中心双刃撕裂刀，鉴于之前区间盾构机接收过程都发现中心撕裂刀脱落、损坏严重的问题，在本区间需要从新考虑刀具生产厂商，确保后续施工中心刀的质量。
（2）滚刀配置
在砾石、砂卵石地质中，滚刀用于破碎粒径较大的砾石或卵石，承受砾石、卵石冲击和预先破石的作用。由于滚刀的主要作用是破岩，在正常工作时需要有启动扭矩，才能转动，并且滚刀刀体与刀箱之间空隙很小，盾构机在泥岩地层中掘进时无法给滚刀提供切削反力使滚刀刀刃旋转起来，其次刀盘切削下来的泥岩块及泥浆很容易就把滚刀与刀箱间隙填充起来，进而把整个刀体包裹在泥岩里面。刀体被包裹后不光失去了原有的作用，同时还会使滚刀周边的泥岩包裹面积扩大，增加刀盘的运行负载，使刀盘在掘进过程中无法通过切削泥土来完成掘进，而是刀盘泥饼与掌子面泥土面与面的摩擦，在这种状态下长时间掘进，在刀盘与掌子面间产生大量的热量，从而加剧了刀盘刀具的磨损。
（3）其他刀具配置
①对于刀盘上的重型撕裂刀、刮刀、周边刮刀、等刀具的配置方法与原配置方法一样。
②增加保径刀布置，采用在刀盘外沿焊接4把保径刀，具体位置为每个主臂的一侧，刀刃切削半径大于刀盘外沿耐磨保护层10mm。
③原刀盘共布置16把贝壳刀，本次改造为8把，每个辅臂2把。
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3.2环流系统改造
3.2.1碎石机张口处理
观察机碎石机的运转情况决定修改其工作程序只保留摆动工作模式（保留搅拌效果），防止挤压模式产生大块挤压泥饼堵塞排浆通道，同时将油管和接头密封全部更换为可靠的原装进口耐高压产品。
3.2.2排渣孔及中隔板刀盘冲刷改造
本次针对排渣口及刀盘冲刷采用高压冲刷方式，具体作法是在前盾隔板预留孔洞和中盾隔板预留孔洞处预先安装高压喷头，然后再把高压喷头用管路连接在高压增压泵上，增压泵安装在1号台车前方的连接桥架上，通过高压增压水泵把水加压（0-400bar），利用高压水的冲击对排渣口格栅前方和刀盘背面进行冲刷，来改善排渣口堵塞现象和刀盘结泥饼现象。
3.2.3中心冲刷系统改造
中心冲刷系统由P0.1泵（55kw，流量200m³/h）抽取膨润土对刀盘中心区域进行冲刷，降低中心部位结泥饼可能性。前一区间左右线盾构机的中心冲刷系统的使用效果较好，缺陷是中心回转体的耐久性较差，运行时间长了会发生漏浆现象。本次改造主要是中心回转体冲刷系统的延长及耐久性提高，在旋转接头位置加装润滑油脂注入系统，减小接头之间的摩擦，增强接头的密封性，同时购置备用配件。
3.2.4现有冲刷管路冲刷能力改造
充分利用p0.1泵的加压能力，通过不同阀体的切换对不同位置冲刷管路进行加压提高格栅、排渣口、刀盘中心等区域的冲刷能力。根据现场条件在气垫仓埋墙门处增加两个冲刷管，冲刷方向为排浆方向，冲刷浆液的来源及压力供给根据现场整体改造后的设备富余性能进行优化及调整。
3.2.5搅拌棒改进
为了增加刀盘搅拌棒的搅拌效果，在原有尺寸基础上延长至距中隔板100mm，并在搅拌棒上加焊搅拌叶增加搅拌范围（搅拌棒尺寸在改进过程中进行优化）。为了缓解埋墙门处渣土堆积现象，增加两个搅拌棒。增加的搅拌棒旋转线路在埋墙门的中心位置。新增搅拌棒的构造与优化的搅拌棒相同，长度距中隔板200mm，加焊搅拌叶增加搅拌范围，搅拌棒对应刀盘安装位置（具体位置现场根据实际情况可以进行微调），剖面安装尺寸距离刀盘外边缘390mm（刀盘尺寸直径6280mm）
3.2.6前闸门冲刷改进
前闸门冲刷管路分局左右两侧，通过上之前区间盾构机掘进泥岩段的情况看，堵仓主要集中在前闸门处，由于现有冲刷管路距前闸门的距离较远，为了增加对前闸门的冲刷能力，本次改造采用延长管路的办法解决。
3.2.7泥浆性能改进
在前一区间掘进泥岩段期间，施工过程中尝试性的在泥浆中添加土体改良剂，通过大量的实验、数据分析及掘进过程中的参数变化，总结出了相对较为合理的添加剂加入量。
3.2.8泥水处理设备改造
前一区间掘进泥岩段期间，通过提高筛板颗粒分离等级、调整筛板的倾斜角度、改良挡泥板的高度等措施，有效的控制了泥浆含泥量和泥浆比重等主要参数。通过在掘进过程中进行进行对比，发现效果非常明显。
4小结
1、针对刀盘泥饼现象，提高刀盘中心旋转体冲刷能力、优化刀盘刀具配置、增加高压冲刷系统，缓解刀盘结泥饼。
2、针对泥岩地层仓内渣土堆积堵塞现象，加大格栅尺寸，优化冲刷管路布置，使用P0.1泵增加格栅、排浆口冲刷能力，增加高压冲刷系统，保证泥浆循环管路畅通。
3、针对仓内渣土结块现象，增加刀盘搅拌棒、搅拌器的搅拌范围，打散结块渣土。
4、针对泥浆含泥量高现象，对泥水处理设备进行改进使筛分后的浆液具备更好的携渣能力。
通过上述盾构机改造方案，可以提高泥岩段掘进效率，确保区间安全、顺利、如期贯通。
参考文献：
[1]戴洪伟.全断面黏土地层泥水盾构改造及高效环流出渣技术研究[J].铁道标准设计.2015
[2]陈祥.浅析关于旧盾构机维修改造验收的管理[J].城市地理.2015
[3]王圣勇.对地铁盾构机的改造[J].工程机械与维修.2010
论文作者:邓海平
论文发表刊物:《基层建设》2016年1期
论文发表时间:2016/5/20
标签：盾构论文; 泥岩论文; 泥水论文; 地层论文; 区间论文; 管路论文; 泥浆论文; 《基层建设》2016年1期论文;