盾构掘进施工九大常见问题及预防措施

 盾构掘进施工九大常见问题及预防措施

1 土压平衡式盾构正面阻力过大 

1.1现象

盾构推进过程中，由于正面阻力过大造成盾构推进困难和地面隆起变形。

1.2原因分析

（1）盾构刀盘的进土开口率偏小，进土不畅通；

（2）盾构正面地层土质发生变化；

（3）盾构正面遭遇较大块的障碍物；

（4）推进千斤顶内泄漏，达不到其本身的最高额定油压；

（5）正面平衡压力设定过大； 

（6）刀盘磨损严重 

1.3预防措施

（1）合理设计土孔的尺寸，保证出土畅通；

（2）隧道轴线设计前应对盾构穿越沿线作详细的地质勘察，摸清沿线影响盾构推进障碍物的具体位置、深度、以使轴线设计考虑到这一状况；

（3）详细了解盾构推进断面内的土质状况，以便及时调整土压设定值、推进速度等施工参数；

（4）经常检修刀盘和推进千斤顶，确保其运行良好；

（5）合理设定平衡压力，加强施工动态管理，及时调整控制平衡压力值。

1.4治理办法

（1）采取辅助技术，尽量采取在工作面内进行推进障碍物清理，在条件许可的情况下，也可采取大开挖施工法清理正面障碍物；

（2）增添千斤顶，增加盾构总推力。

2 土压平衡盾构正面压力的过量波动

2.1现象

在盾构推进及管片拼装的过程中，开挖面的平衡上压力发生异常的波动，与理论力值或设定应力值发生较大的偏差。

2.2原因分析

（1）推进速度与螺旋机的旋转速度不匹配；

（2）当盾构在砂土土层中施工时，螺旋机摩擦力大或形成土塞而被堵住，出土不畅，使开挖面平衡压力急剧上升；

（3）盾构后退，使开挖面平衡压力下降；

（4）土压平衡控制系统出现故障造成实际上压力与设定土压力的偏差。

2.3预防措施

（1）正确设定盾构推进的施工参数，使推进设速度与螺旋机的出土能力相匹配；

（2）当土体强度高，螺旋机排土不畅时，在螺旋机或土仓中适量地家注水或泡沫等润滑剂，提高出土的效率。当土体很软，排土很快影响正面压力的建立时，适当关小螺旋机的闸门，保证平衡土压力的建立；

（3）管片拼装作业，要正确伸缩千斤顶，严格控制油压和伸出千斤顶的数量，确保拼装时盾构不后退；

（4）正确设定平衡土压力值以及控制系统的控制参数；

（5）加强设备维修保养，保证设备完好率，确保千斤顶没有内漏泄现象。

。

2.4治理方法

（1）向切削面注入泡沫、水、澎润土等物质，改善切削进入土仓内的土体的性能，提高螺旋机的排土能力，稳定正面土压；

（2）维修好设备，减少液压系统的泄漏；

（3）对 控制系统的参数重新进行设定，满足使用要求。

3 土压平衡盾构螺旋机出土不畅

3.1现象

螺旋机螺杆形成“土棍”，螺旋机无法出土，或螺旋机内形成阻塞负荷增大，电动机无法带动螺旋机转动，不能出土。

3.2原因分析

（1）盾构开挖面平衡压力过低，无法在螺旋机内形成足够压力，螺旋机不能正常进土，也不能出土；

（2）螺旋机螺杆安装于壳体不同心，运转过程中壳体磨损，使叶片与壳体间隙增大，出土效率低；

（3）盾构在砂性土及强度较高的黏性土中推进时，土与螺旋机壳体间的摩擦力大，螺旋机的旋转阻力加大，电动机无法转动；

（4）大块的漂砾进入螺旋机，卡住螺杆；

（5）螺旋机驱动电动机，因为长时间高负荷工作，过热或油压过高而停止工作。

3.3预防措施

（1）螺旋机打滑时，把盾构开挖面平衡压力的设定值提高，盾构的推进速度提高，使螺旋机正常进土；

（2）螺旋机安装时要注意精度，运作过程中加强对轴承的润滑；

（3）降低推进速度，使单位时间内螺旋机的进土量降低，螺旋机的电动机的负荷降低；

（4）在螺旋机中加注水、泥浆或泡沫等润滑剂，使土与螺旋机外壳的摩擦力降低，减少电动机的负荷。

3.4治理方法

（1）打开螺旋机的盖板，清理螺旋机被堵塞的部位；

（2）将磨损的螺旋机螺杆更换。

水压力+土压力=土仓压力

4 盾构掘进轴线偏差 

4.1现象

   盾构掘进过程中，盾构推进轴线过量偏离隧道设计轴线，影响成环管片的轴线；

4.2原因分析

  （1）盾构超挖或欠挖，造成盾构在土体内的姿态不好，导致盾构轴线产生过量的偏离；

  （2）盾构测量误差导致轴线的偏差；

  （3）盾构纠偏不及时或纠偏不到位；

  （4）盾构处于不均匀土层中，即处于两种不同土层相交的地带时，两种土的压缩性、抗压强度、抗剪强度等指标不同；

  （5）盾构处于非常软弱的土层中如果推进停止的间隙过长当正面平衡压力损失时，会导致盾构下沉；

  （6）拼装管片时，拱底块部位盾壳内清理不干净，有杂质夹杂在相邻两环管片的接缝内，就使管片的下部超前，轴线产生向上的趋势，影响盾构推进轴线的控制；

  （7）同步注浆量不够或浆液质量不好，泌水后引起隧道沉降，而影响推进轴线的控制；

  （8）浆液不固结使隧道在大的推力作用下引起变形。

4.3预防措施

  （1）正确设定平衡压力，使盾构的出土量与理论值接近，减少超挖与欠挖现象，控制好盾构的姿态；

  （2）盾构施工过程中经常校正、复测及复核测量基站；

  （3）发现盾构姿态出现偏差时应及时纠偏，使盾构正确的沿着隧道设计轴线前进；

  （4）盾构处于不均匀土层中时，适当控制推进速度，多用刀盘刻削土体，减少推进时的不均匀阻力。也可以采用向开挖面注入泡沫或膨润土的办法，改善土体使推进更加顺畅；

  （5）当盾构在极其软弱的土层中施工时，应掌握推进速度与进土量的关系，控制正面土体的流失；

  （6）拼装拱底块管片前应对盾壳底部的垃圾进行清理，防止杂质夹杂在管片间，影响隧轴线；

  （7）在施工中按质保量做好注浆工作，保证浆液的搅拌质量和注入方量。

4.4治理方法

  （1）调整盾构的千斤顶编组或调整各区域油压及时纠正盾构轴线；

  （2）对开挖面做具部的超挖，使盾构沿着被超挖的一侧前进；

  （3）盾构的轴线受到管片位置的阻碍不能进行纠偏时，采用楔子环管片调整环面与隧道设计轴线的垂直度，改善盾构后座面。

5 盾构过量的自转 

5.1、现象

盾构推进中盾构发生过量的旋转，造成盾构与车架连接不好，设备运行不稳定，增加测量、封顶快拼装等困难。

5.2、原因分析

  （1）盾构内设备布置重量不平衡，盾构的重心不在垂直的中心线上而产生了旋转力矩；

  （2）盾构所处的土层不均匀，两侧的阻力不一致，造成推进过程中受到附加的旋转力矩；

  （3）在施工过程中刀盘或旋转设备连续同一转向，导致盾构在推进运动中旋转；

  （4）在纠偏时左右千斤顶推力不同及盾构安装时千斤顶轴线与盾构轴线不平行。

5.3、预防措施

  （1）安装于盾构内的设备作合理布置，并对各设备的重量和位置进行验算，使盾构重心与中线上或配置配重调整重心位置于中心线上；

  （2）经常纠正盾构转角，使盾构自转于允许范围内；

  （3）根据盾构的自转角，经常改变旋转设备的工作转向。

5.4、治理方法

  （1）可通过改变刀盘拿或旋转设备的转向或改变管片的拼装顺序来调节盾构的自转角度；

  （2）盾构自转量较大时，可采用单侧压重的方法纠正盾构转角。

6 盾构后退 

6.1、现象

盾构停止推进，尤其是拼装管片的时候，产生后退的现象，使开挖面压力下降，地面产生下沉变形。

6.2、原因分析

  （1）盾构千斤顶自锁性能不好，千斤顶回缩；、

  （2）千斤顶大腔的安全溢流阀压力设定过低，使千斤顶无法顶住盾构正面的土压力；

  （3）盾构拼装管片时千斤顶缩回的个数过多，并且没有控制好应有的防后退顶力。

6.3、预防措施

  （1）加强盾构千斤顶的维修保养工作，防止产生内泄漏；

  （2）安全溢流阀的压力调至规定值；

  （3）拼装时不多缩千斤顶，管片拼装到位及时伸出千斤顶到规定压力。

6.4、治理方法

盾构发生后退，应及时采取预防措施，防止后退的情况进一步加剧，如因盾构后退而无法拼装，可进行二次推进。

7盾尾密封装置泄漏 

7.1、现象

地下水、泥及同步注浆浆液从盾尾的密封装置渗漏进入盾尾的盾壳和隧道内，严重影响工程进度和施工质量，甚至对工程安全 带来灾难。

7.2、原因分析

  （1）管片与盾尾不同心，使盾尾和管片间的间隙局部过大，超过密封装置的密封界限；

  （2）密封装置受偏心的管片过度挤压后，产生塑性变形，失去弹性，密封性能下降；

  （3）盾尾密封油脂压注不充分，盾尾钢刷内浸入了浆液并固结，盾尾刷的弹性丧失，密封性能下降；

  （4）盾构后退，造成盾尾刷与管片间发生刷毛方向相反的运动，使刷毛反转，盾尾刷变形而密封性能下降；

  （5）盾尾密封油脂的质量不好，对盾尾钢丝刷起不到保护的作用，或因油脂中含有杂质堵塞泵，使油脂压注量达不到要求。

7.3、预防措施

  （1）严格控制盾构推进的纠偏量，尽量使管片四周的盾尾空隙均匀一致，减少管片对盾尾密封刷的挤压程度；

  （2）及时、保量、均匀的压注盾尾油脂；

  （3）控制盾构姿态，避免盾构产生后退现象；

  （4）采用优质的油脂要求有足够的粘度、流动性、润滑性、密封性能；

7.4、治理方法

  （1）对已经产生泄漏的部位集中压注盾尾油脂，恢复密封的性能；

  （2）管片拼装时在管片背面塞入海绵，将泄漏部位堵住；

  （3）有多道盾尾钢丝刷的盾构可将最里面的一道钢刷更换，以保证盾尾刷的密封性；

  （4）从盾尾内清除密封装置钢刷内杂物。

8盾构切口前方底层过量变形

8.1、现象

在盾构推进过程中，切口前方地面出现超量沉降或隆起

8.2、原因分析

  （1）地质状况发生突变；

  （2）施工参数设定不当，如平衡土压力设定值偏低或偏高，推进速度过快或过慢；

  （3）盾构切削土体时超挖或欠挖。

8.3、预防措施

  （1）详细了解地质状况，及时调整施工参数；

  （2）尽快摸索出施工参数的设定规律，严格控制平衡压力及推进进度设定值，避免其波动范围过大；

  （3）按理论出土量和施工实际工况定出合理出土量。

8.4、治理方法

根据地面监测情况，及时调整盾构施工参数、如推进速度、平衡压力、出土量等。

9 运输过程中管片受损

9.1现象

在管片垂直运输与水平运输过程中，将管片边角撞坏。

9.2原因分析

  （1）行车吊运管片时，管片由于晃动而碰撞行车支腿或其他物件，造成边角损坏；

  （2）管片翻身时碰擦边角，引起损坏；

  （3）管片堆放时垫木没有放置妥当；

  （4）用钢丝绳起吊管片时钢丝绳将管片的棱边勒坏；

  （5）运输管片的平板车颠簸跳动，造成管片损坏；

  （6）在管片吊放时，放下动作过大，使管片损坏。

9.3、预防措施

  （1）行车操作要平稳，防止过大的晃动；

  （2）管片使用翻身架翻身，或用专用吊具翻身，保证管片翻身过程中的平稳；

  （3）地面堆放管片时，上下两块管片之间要垫上垫木；

  （4）设计吊运管片的专用吊具，使钢丝绳在吊运管片的过程中不碰撞管片的边角；

  （5）采用运输管片的专用平板车，加设避震设置；叠放的管片之间垫好垫木；

  （6）工作面储存管片的地方放置枕木将管片垫高，使存放的管片与隧道不产生碰撞。

9.4、治理措施

已经碰撞损坏的管片应及时进行修补，损坏较重的管片运回地面进行整修，更换新的管片。