盾构刀盘泥饼成因及预防措施

2020-01-11佩佛山市铁路投资建设集团有限公司528000

河南建材 2020年3期

张佩佛山市铁路投资建设集团有限公司（528000）

盾构刀盘结泥饼是盾构在风化（全、中）泥岩、泥质粉砂岩、泥质砂岩、粉土、淤泥质土、粉质黏土等黏性地层中掘进时普遍遇到的一种困难。它是盾构在上述地层中掘进时，刀盘切削下来的渣土滞留在刀盘和盾构开挖面之间，经盾构机的挤压作用生成固体或半固体块状物，并黏附在刀盘上的一种现象[1]。当盾构刀盘结泥饼时，刀盘上的刀具会逐渐被固体黏土糊住[2]，导致切削地层时刀具贯入度降低；当刀具完全被泥饼覆盖时，刀盘已经变成了一个钝体圆柱，将使盾构刀盘彻底失去掘削能力[3]，同时会使掘进风险的可控性大大降低，对设备安全造成极大威胁。因此对盾构刀盘结泥饼的成因进行分析和采取有效预防措施显得尤为重要。

1 工程概况

地铁三号线东乐路站～大良站区间隧道，采用盾构法施工，周边存在建筑物及管线，隧道外径6 000mm，内径5400mm，最小平面曲线半径663 m，最大纵坡为+27.6‰，覆土厚度 9.902～27.932m。因全年降雨较多，该区间盾构施工主要受具有承压的基岩风化裂隙水影响。洞身主要穿越淤泥质粉细砂、粉质黏土、中风化泥质粉砂岩、强风化泥质粉砂岩、全风化泥质粉砂岩。

2 结泥饼情况分析

盾构掘进120～193环，土压力控制在200～210 kPa，推进速度40～60mm/min，总推力11000～12 000kN，刀盘扭矩 1200～1500kN·m，施工参数基本稳定。

掘进194环～199环时，地下水含量明显突增，中风化泥质粉砂岩含量明显增加，螺旋机稍有喷涌现象，土压力控制在180kPa，推进速度为20mm/min，盾构推力增加至16000kN，刀盘扭矩2500 kNm，刀盘前方及盾体周边稍有沉降。

当掘进200～202环时，地下水含量较大，推进过程中螺旋机严重喷涌，出土量（含水量较大）难以保证，推进速度最多10mm/min，总推力增加为18 000～22000kN，刀盘扭矩 2800～3400kN·m，总推力及刀盘扭矩仍有增大趋势。螺旋机出土口渣土温度约为35℃，仍存在增加迹象。

根据以上施工参数及渣土取样进行分析，地层地质发生突变，由强风泥质粉砂岩为主突变为中风化、强风化泥质粉砂岩为主，地下水含量明显增加，造成螺旋机喷涌，刀盘扭矩、总推力、推进速度等参数严重突变，掘进参数波动较大，渣土温度逐步上升，加速刀盘结泥饼风险。结合这些现象判断，刀盘可能出现结泥饼现象。

3 处置措施

召开专家咨询会，进行开仓作业，发现刀盘中心及面板外侧开口处结泥饼较严重，立即进行泥饼清理作业。

利用分散性泡沫剂有效改良推进过程中的渣土问题，每次添加泡沫剂均对泡沫的发泡效果及渣土改良情况进行确认，及时调整配比。

避免施工参数恶化，立即对土仓添加分散剂与水的混合液，并充分搅拌均匀浸泡，利用分散剂对土块土体进行分散、分离，预防泥饼结成。

加强对刀盘中心、土仓壁板、被动搅拌棒处改良剂注入，确保刀盘开口及土仓壁板渣土流动性。

及时对盾体后方5～7环位置采用双液浆进行二次注浆，并观察周边及后方来水情况。

施工过程中，结合沉降监测情况，推进过程适当降低控制土仓压力，采用气压辅助掘进模式。现场加强对盾构司机操作指导，提高盾构司机应变及处理异常能力。加强对渣土温度进行检测，渣土温度控制在28℃～31℃。

4 泥饼处理后施工情况

自泥饼清除后，在盾构穿越中风化泥质粉砂岩地层中，从203环掘进至320环，总推力在18000～23000kN，刀盘扭矩在 2500～3400kN·m，推进速度30～40mm/min，总推力及刀盘扭矩仍然较高，因此过程中及时调整泡沫注入配比，及时采用分散剂浸泡土仓，保持连续施工作业，进行二次注浆止水，有效地避免了结泥饼现象，顺利通过了中风化泥质粉砂岩地质及地下水丰富区域。

从321环掘进至610环，地质变化不大，总推力 12000～15000kN，刀盘扭矩 1000～1800kN·m，推进速度50～60mm/min，盾构施工参数总体处于稳定可控状态，有效避免了泥饼的结成。