小断面盾构机在粉细砂层脱困技术的研究

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1、小断面盾构机在粉细砂层脱困技术的研究【摘要】结合盾构机在粉细砂层中被困情况，由掘进参数及水文地质判断被困原因，根据地质情况及现场施工技术水平，确定脱困技术措施，通过采取注入化学浆液、增加辅助油缸、提高泥浆循环粘度、控制盾构姿态等进行盾构机脱困技术措施的应用，解决了小断面盾构机在粉细砂层中脱困技术问题。【关键词】盾构机；粉细砂层；脱困；卡壳南京金陵石化长江盾构工程使用泥水平衡盾构机进行隧道建设。盾构法可安全开挖与支护，且掘进速度快；盾构的掘进、出渣、拼装管片等过程可实现自动化作业；穿越河道时不影响航运，施工中不受气候条件影响；在松软

2、含水地层中修建较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。在盾构隧道施工过程中，由于一些不可预测的风险使盾构机被卡而无法推进，由于多种原因限制且不具备进仓换刀的条件，对施工影响较大。本文主要从南京盾构工程的泥水盾构机在粉细砂层中被困，通过采取相应脱困技术进行分析并实施。1被困盾构机的情况说明(1)本工程采用的海瑞克AVND3080泥水平衡盾构机，在掘进118环时，地层处于粉细砂层时，盾构机总推力超过10000KN(极限是值11661KN),掘进速度仅在l-5mm/min之间波动，与该地层正常掘进参数不符。(1)随着盾构机总推力的增

3、大，掘进速度逐渐降低，铰接压力逐渐增大至2420RN,达到系统设定的最高保护值。(2)刀盘前方的泥水压力变化较大，在0.25-0.35MPa之间变化，且泥水分离系统的出渣与掘进长度不符(每环理论出渣为13.63m3)，出现了超挖现象。2掘进区域水文地质情况盾构隧道主要穿越地层为粉细砂层，穿越地段地下水含水岩组下部含水介质为粉细砂及卵砾石层，与长江河道区直接与江水相通，透水性较强，属透水层。3掘进参数异常及原因判断3.1掘进参数异常(1)被困前盾构机在粉细砂地层中掘进，盾构机的推力为5000KN时，掘进速度通常在35-50mm/mi

4、n范围内，当盾构机在掘进第116环时，盾构机总推力开始逐渐增大到8000KN时，掘进速度在10-20mm/min，在掘进第117环时，盾构机总推力迗到9000KN时，掘进速度在l-10mm/min，在掘进118环时，盾构机总推力已超过10000KN，掘进速度在l-5mm/min,然而与该地层正常掘进参数不符。1推进、导向、铰接油缸压力变化折线(2)在推进第116-118环时，盾尾的铰接压力由正常掘进时的500kN左右逐渐增大至2420KN(最大值)，导致推进系统受保护而液压泵无法启动，致使盾构机无法掘进。(1)在推进力和铰接压力增

5、大的同时，刀盘的扭矩也随之增大，由正常的700KNm左右上升至1200KNm以上(最大值1540KNm)o(2)泥水分离出渣系统，由每环13_14m3增至16m3,一级筛出渣有极少的粗砂，二级筛出渣为粉细砂。(3)在掘进这三环时，十二点位置的盾尾间隙逐渐增大至90mm(正常值为70mm左右)，六点位置的逐渐减小至45mm左右。3.2原因判断(1)通过对100-118环的掘进数据分析，可知导向油缸压力无明显变化，维持在3000-4000kN左右，而推进油缸和铰接油缸压力呈相同变化趋势，在115环前无明显变化，116环之后却逐渐上升。

6、115环之前推进油缸压力为5000kN,在正常范围内，此后压力逐渐增大，最高迗10500kN(最大推力为11661kN)。同样，铰接油缸在115环前压力为500kN左右，此后也逐渐增大，最高达2420kN。所以，116环为推进油缸压力和铰接油缸压力突然增长的拐点。在掘进至118环时，推经油缸和铰接油缸的压力也达最大，速度几乎为零，释放盾尾铰接油缸发现掘进速度有所提高，而铰接油缸压力随之逐渐增大，初步判断盾构机第三节主机“卡壳”。(1)由于泥水分离出渣情况与之前类似，符合地质勘探报告，不是由于地质变化而引起的，但由于掘进完第115环

7、后，盾构机停机约20小时。在掘进过程中，对地层有扰动，待设备停机后，开挖过的土体由松散状态变为密实，粉细砂紧紧包裹在盾构机体上。(2)盾构机停机后，被刀盘扰动的粉细砂在刀盘仓和掌子面变得更加密实，盾构机重新启动后，刀盘扭矩较以往会增大。(3)由于摩擦阻力增大，掘进速度变慢，泥浆循环流量保持在300m3/h,泥浆携渣能力不变，但在刀盘舱循环时间较长，从而单环出渣量增大。4采取脱困应对措施由于粉细砂的流塑性较差，增大了盾构机外壳与地层间的摩擦阻力，为了使盾构机能顺利脱困，主要采取减少摩擦阻力、增大推进力及控制泥浆循环模式等方法来解决脱

8、困问题。4.1注入化学浆液盾构机出现严重“卡壳”，推力明显不足，向盾壳外部压注粘度为40s以上的膨润土泥浆，各孔每环至少注入1.5m3,充分迗到润滑作用，减小盾壳与地层之间的摩擦力。盾壳外所注泥浆性能指如表1所示。表1盾构机脱困所用泥浆性能指标表比