淺談地鐵隧道盾構(gòu)機常見故障及處理方法

馬偉東

摘 要：盾構(gòu)法是地鐵隧道施工中較為先進的技術(shù)，即在地表以下利用盾構(gòu)開挖隧道。其中盾構(gòu)機是基于盾構(gòu)方法挖掘隧道的高科技施工設(shè)備，可實現(xiàn)隧道襯砌支護、掘進、碴土裝運等一次性開挖成形功能。目前地鐵隧道施工常用的是泥水式盾構(gòu)機和土壓式盾構(gòu)機，文章則主要以盾構(gòu)機結(jié)構(gòu)和工作原理為切入點，探討分析該設(shè)備常見故障，并給予處理方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；盾構(gòu)機；故障；處理

近年來，隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提升和高層建筑的增加，地面可用空間相對于以往越來越少，該如何有效利用和創(chuàng)造地下空間是當下城市現(xiàn)代化建設(shè)的重要課題。地鐵作為一種地下空間開發(fā)方法已被我國許多城市采納，其中盾構(gòu)機應(yīng)用于該建設(shè)工程中，它具有一次成洞、公害少、施工速度快、自動化程度高等特點，對此，研究該設(shè)備常見故障對提高其應(yīng)用能力有著重要的意義。

1 地鐵隧道盾構(gòu)機相關(guān)概述

1.1 盾構(gòu)機主要結(jié)構(gòu)

盾構(gòu)機是采用盾構(gòu)方法挖掘隧道的高科技施工設(shè)備，能在施工過程中實現(xiàn)碴土裝運、隧道掘進及襯砌支護等一次性開挖成型功能。盾構(gòu)技術(shù)是第二次工業(yè)革命之后相繼傳入法國、美國、日本、德國和蘇聯(lián)等國并得到改進和快速發(fā)展，從最初的人工開挖發(fā)展為機、電、液、壓為一體的開挖方式。我國對此設(shè)備的研究較晚，然而隨著南北水調(diào)工程和許多大中型城市對地鐵隧道施工的需要，盾構(gòu)法和盾構(gòu)機在我國均得到了快速發(fā)展，結(jié)束了在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下隧道施工的現(xiàn)狀，實現(xiàn)了從部分關(guān)鍵技術(shù)到整機改造的發(fā)展歷程。當前在地鐵隧道施工工程上比較常用的盾構(gòu)機為泥水式和土壓式，其中土壓式盾構(gòu)機為穩(wěn)定開挖面則把土料作為介質(zhì)，必要時也會將泡沫添加到土壤中進行改良，利用刀盤后隔板與開挖面之間形成泥土室保證設(shè)備內(nèi)外土壓的平衡，此時刀盤旋轉(zhuǎn)對土料進行開挖，再由螺旋輸料器旋轉(zhuǎn)將土料運出，泥土室內(nèi)土壓可由刀盤旋轉(zhuǎn)開挖速度和螺旋輸料器出土量進行調(diào)節(jié)。文章所研究的土壓平衡盾構(gòu)機包括刀盤、盾體、推進系統(tǒng)、刀盤及刀盤驅(qū)動、雙室氣閘、排土機構(gòu)、管片拼裝機、后配套裝置等。

1.2 盾構(gòu)機工作原理

盾構(gòu)機工作原理為利用盾體在挖掘隧道時作臨時支護，并在其保護下通過拼裝管片形成穩(wěn)固的襯砌，反復(fù)重復(fù)上述動作直到貫通隧道為止。具體施工過程為在隧道某段的一端修建豎井，之后把盾構(gòu)機相應(yīng)的施工主體、配件放入井中并在預(yù)定始發(fā)位置上組成整機并調(diào)試設(shè)備。在地層中根據(jù)所設(shè)計的運動軸線從豎井的墻壁開孔處向另一豎井的設(shè)計孔洞推進，盾構(gòu)機的刀盤在推進過程中不斷對位于盾構(gòu)機前端的開挖面進行切削并把產(chǎn)生的碴土送到豎井中并運送出豎井。在推進過程中通過盾構(gòu)千斤頂將所受到的低層阻力傳送到已拼裝完成的管片上，平衡壓力。盾構(gòu)機每推進一定的距離，管片拼裝機在盾尾支護下拼裝一環(huán)襯砌管片并通過注漿裝置向開挖隧道外圍壓注足夠的漿體，該步驟的目的在于形成穩(wěn)固的支護防止隧道及地面下沉，最后在盾構(gòu)機挖掘到預(yù)定接收豎井時則表現(xiàn)挖掘完成。

2 地鐵隧道盾構(gòu)機常見故障

2.1 刀盤故障

2.1.1 泡沫孔堵塞

泡沫孔堵塞多集中在以下兩方面：一在盾構(gòu)機刀盤4條牛腿設(shè)置泡沫管，有較大的拆卸難度。泡沫管的走線基本上都呈現(xiàn)出多直角彎分布狀態(tài)，抑制部分如管道疏通機等機械式疏通機無法發(fā)揮作用。二在泡沫管安裝于刀盤面板出處，其單向閥閥片的耐磨性不高，由于無法起到擋碴作用，導致在掘進過程中泡沫孔常常因過高的土倉壓力而堵塞。一般安裝旋轉(zhuǎn)接頭需花費較多時間，若不能在疏通前拆下，則無法使用，同時也會在短時間內(nèi)堵塞已疏通的道路。

2.1.2 立柱焊縫開裂

文章所研究盾構(gòu)機在使用過程中連接主軸承和刀盤的立柱經(jīng)常出現(xiàn)焊縫開裂現(xiàn)象，例如某地鐵隧道工程在施工過程中所出現(xiàn)的開裂部位位于立柱和仿行刀面板連接處，其裂紋特點為連續(xù)性較強，具體分布為沿立柱焊縫呈環(huán)狀，裂紋長度較長，最長一條長420mm且分叉較多，裂縫寬度較大，最寬處約為4mm。

2.2 盾構(gòu)機推進系統(tǒng)故障

土壓平衡盾構(gòu)機推進系統(tǒng)是建立在盾構(gòu)挖掘階段，能實現(xiàn)盾構(gòu)機在土壓平衡狀態(tài)下的掘進控制，同時可以克服來自土層的各種阻力，確保設(shè)備正常工作。該系統(tǒng)由長短千斤頂、橫壓變量、推進油缸及相關(guān)控制監(jiān)測部件組成。該系統(tǒng)故障產(chǎn)生原因比較復(fù)雜，有時會因為外部惡劣的工作環(huán)境以致部分子系統(tǒng)過載，使系統(tǒng)部件的損壞受到影響。有時也是因部分部件失效造成或系統(tǒng)部件使用壽命到限，尤其各個系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系和影響在正常推進模式下使故障變得更加復(fù)雜，此時很難確定故障在哪個系統(tǒng)或由哪一部分引起。但總結(jié)下來盾構(gòu)機推進系統(tǒng)主要有以下方面異常：（1）壓力異常：盾構(gòu)機推進系統(tǒng)在設(shè)計液壓管路時預(yù)留了許多壓力測量點，導致這些壓力測量表可測量出關(guān)鍵測量點的壓力值，一旦推進系統(tǒng)發(fā)生故障，其壓力值就會存有偏差。（2）流量異常：盾構(gòu)機推進系統(tǒng)中的液壓子系統(tǒng)運行主要依靠液壓油的流動來帶動執(zhí)行驅(qū)動，液壓油流速會在推進系統(tǒng)各個動作緊密配合中呈現(xiàn)規(guī)律性變化，因此當推進系統(tǒng)出現(xiàn)故障時必然會導致流量發(fā)生改變。

3 地鐵隧道盾構(gòu)機常見故障處理方法

3.1 刀盤故障處理方法

首先立柱焊縫開裂；可運用氣刨刨去含有裂紋的焊縫，視裂紋在焊縫深處的發(fā)展情況和連接件的尺寸來決定所需開坡口的大小和所需采用的焊接工藝。主要因為作用于立柱相接的兩塊厚度達40mm的肋板接受刀盤的推力和扭矩所承受的壓力。若裂紋出現(xiàn)在該區(qū)域，則需立即保證焊接質(zhì)量，必須用焊條一點一點填滿縫隙，如果裂紋的寬度較寬，可將刀盤轉(zhuǎn)到合適的位置，便于操作人員采用平焊的方法焊接，由此一來，降低焊接難度的同時保證焊接質(zhì)量，一定程度上還能簡易化焊接步驟，提高工作效率。其次泡沫孔堵塞；由于設(shè)計因素，有時泡沫孔疏通工作難度較高，但遇到優(yōu)質(zhì)的地質(zhì)條件可將旋轉(zhuǎn)接頭拆除，用管道疏通機和高壓水機疏通從旋轉(zhuǎn)接頭的泡沫管和刀盤面板的泡沫管。雖然這種處理方法有較大的成功幾率，然而泡沫孔在掘進的過程中極易被二次堵塞，所以要從設(shè)計上加以改進，從根本上解決問題。與此同時，如果中控手能提高操作技巧或掌握所要添加泡沫數(shù)量，可有效降低堵塞幾率。

3.2 控制盾構(gòu)機推進偏移量

控制盾構(gòu)機推進的偏移量在于減少盾構(gòu)機在工作中對土層造成的擾動和擺動現(xiàn)象，同時也是控制超挖現(xiàn)象，保證盾構(gòu)開挖面的穩(wěn)定性。同時檢測在盾構(gòu)掘進時地面發(fā)生變形而產(chǎn)生的曲線并及時反饋，要不斷調(diào)整和優(yōu)化掘進參數(shù)保證施工參數(shù)的合理性，進一步從根本上對地面土體位移和地面沉降的程度進行控制。盾構(gòu)機掘進偏移帶來的一個較明顯的后果即姿態(tài)控制難，即對油缸的有效控制。所以在推進油缸行程時要控制推進速度，不宜過快。要在推進時定期派人檢查和監(jiān)測盾構(gòu)機的推進情況。檢查范圍為盾構(gòu)機回的填料是否飽滿，機體下部與導臺的結(jié)合情況，同時還要檢查盾構(gòu)機的掘進參數(shù)。

4 結(jié)束語

綜上所述，文章主要從盾構(gòu)機結(jié)構(gòu)和基本原理分析其常見故障，要求在出現(xiàn)故障時采用有效正確的處理方法。由于盾構(gòu)機重量和體積都很大，如果不經(jīng)常維護保養(yǎng)則會造成盾構(gòu)機下沉、盾構(gòu)中心偏離隧道設(shè)計軸和地面沉降等問題。為保證盾構(gòu)機處于良好的技術(shù)狀態(tài)下，必須強化設(shè)備的維修保養(yǎng)工作，提高機械利用率，減少故障停機日，提高使用壽命。

參考文獻

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