盾構(gòu)機(jī)渣土改良技術(shù)分析及相關(guān)維護(hù)保養(yǎng)

摘要：近年來我國各大城市都加快了城市化建設(shè)進(jìn)程，地鐵盾構(gòu)施工因此發(fā)展迅速，盾構(gòu)施工遍地開花。渣土改良作為盾構(gòu)施工的關(guān)鍵一環(huán)，不僅僅影響著施工進(jìn)度，更影響著施工質(zhì)量和施工安全。本文基于作者自身多年的實(shí)際工作經(jīng)驗、學(xué)習(xí)認(rèn)識以及查閱相關(guān)專業(yè)技術(shù)資料和具體的施工項目，首先介紹了盾構(gòu)施工的重要性和發(fā)展，再根據(jù)具體的施工項目介紹了渣土改良系統(tǒng)配置和施工工藝，然后介紹了作者總結(jié)的渣土改良系統(tǒng)使用經(jīng)驗和維保經(jīng)驗，期望能作為相關(guān)工作實(shí)踐的參考。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī);渣土改良;工藝;維護(hù)保養(yǎng)

二十一世紀(jì)是我國基礎(chǔ)建設(shè)持續(xù)大力發(fā)展的時期，公共交通建設(shè)發(fā)展尤其迅速。地鐵作為現(xiàn)代城市發(fā)展的寵兒，地鐵盾構(gòu)施工得到了大力發(fā)展，從開始全部靠進(jìn)口，不斷引進(jìn)技術(shù)吸收消化逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閾碛凶灾髦R產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化，現(xiàn)在國產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)不僅能滿足國內(nèi)需求，甚至走出了國門，彰顯著中國基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展取得的進(jìn)步。盾構(gòu)施工比較重要的一環(huán)就渣土改良，渣土改良不僅僅影響著施工進(jìn)度，更影響著施工質(zhì)量和施工安全。下面結(jié)合我司昆明盾構(gòu)項目介紹盾構(gòu)施工渣土改良技術(shù)。

1 盾構(gòu)項目及渣土改良技術(shù)簡介

1.1 工程概況

我司昆明盾構(gòu)項目區(qū)間左線里程為左ⅡDK16+454.674～左ⅡDK17+968.039，長度1514.412m（其中在左線設(shè)置1.047m 長鏈，共約1262 環(huán)） ; 右線里程右Ⅱ DK1DK16+454.674 ～ 右ⅡDK17+968.039 長度1513.365m（共約1261 環(huán)）。區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。1.2 地質(zhì)條件盾構(gòu)施工區(qū)間主要地層為泥炭質(zhì)土、粉土、粉質(zhì)黏土和粉砂。

1.3 渣土改良技術(shù)簡介

我司昆明盾構(gòu)項目使用的是兩臺羅賓斯土壓平衡盾構(gòu)機(jī)。土壓平衡盾構(gòu)施工成功的關(guān)鍵是渣土改良。渣土改良是盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中通過渣土改良系統(tǒng)對土倉環(huán)境進(jìn)行改良，使得土體能具有良好的“流塑性”，便于螺旋機(jī)出渣，使得盾構(gòu)機(jī)能均勻、平穩(wěn)的完成掘進(jìn)任務(wù)。

1.4 渣土改良的目的

渣土改良相當(dāng)于盾構(gòu)機(jī)的“胃”的功能，將切削土體變得適應(yīng)盾構(gòu)機(jī)，便于盾構(gòu)機(jī)更好的工作。渣土改良能達(dá)到以下效果：

（1）渣土改良開能夠減小開挖土壓波動，提高土壓的平衡效果;（2）能夠提高渣土的不透水性，穩(wěn)定掌子面周邊工作區(qū)域;（3）改善渣土的流動性，便于螺旋機(jī)出渣和保證盾構(gòu)機(jī)穩(wěn)定掘進(jìn);（4）防止開挖的土體粘結(jié)刀盤結(jié)泥餅;（5）渣土改良系統(tǒng)能防止螺旋機(jī)出渣時出現(xiàn)噴涌的情況;（6）不僅能降低刀盤和螺旋機(jī)的扭矩，還可以減少對螺旋機(jī)和刀具的磨損，提高盾構(gòu)機(jī)的使用壽命。

2 渣土改良系統(tǒng)配置

我司盾構(gòu)機(jī)渣土改良系統(tǒng)，在刀盤布置了6 個渣土改良注入口（4 路為泡沫，2 路為膨潤土），用于對渣土進(jìn)行改良。泡沫系統(tǒng)配備了黑貓泵4 臺（泡沫混合液泵）、泡沫原液泵1 臺、電磁流量閥4 個、泡沫發(fā)生器4 個、壓力傳感器4 個（0～20bar），配備了4根管路（每根最大注入流量為50L/min）。還配有一臺注入流量為6m?/h的注入泵，一個容量為12m?的泥漿儲存罐的膨潤土注入系統(tǒng)。結(jié)合我司昆明盾構(gòu)項目施工具體工程地質(zhì)情況和相關(guān)技術(shù)論證，渣土改良系統(tǒng)配置能滿足施工需求。

2.1 泡沫系統(tǒng)原理

泡沫系統(tǒng)中泡沫劑（液體）與水按一定的比例混合形成混合液，再與一定比例的壓縮空氣在泡沫發(fā)生器中生成泡沫后，注入盾構(gòu)機(jī)前部的土體中（或注入螺旋機(jī)中）。水、泡沫劑、空氣的混合比例及向土體中的摻入比例都將根據(jù)實(shí)際的土倉壓力和出土狀況不斷調(diào)整，直至達(dá)到最佳效果。

（1）泡沫原液運(yùn)輸及更換

泡沫系統(tǒng)中泡沫原液通過電瓶車進(jìn)行運(yùn)輸，由于盾構(gòu)機(jī)上原液箱加工有接頭及閥門，所以不方便直接整箱進(jìn)行更換，為了合理進(jìn)行施工。選擇在管片吊機(jī)運(yùn)輸管片時，用專用水泵將電瓶車上的原液抽注到盾構(gòu)機(jī)原液箱中。此種方法，不僅不影響施工工序及時間，而且能保證原液液位的穩(wěn)定性。

（2）泡沫混合液配置

羅賓斯盾構(gòu)機(jī)泡沫系統(tǒng)不同于鐵建重工及海瑞克盾構(gòu)機(jī)。羅賓斯盾構(gòu)機(jī)泡沫系統(tǒng)是進(jìn)入混合液箱后開始混合，混合液箱頂部設(shè)計有一個攪拌電機(jī)，能使泡沫原液和水能充分混合。鐵建重工盾構(gòu)機(jī)是混合后進(jìn)入混合液箱，且混合處與混合液箱距離較遠(yuǎn)，在輸送過程中能更充分的融合。

（3）混合液發(fā)泡

羅賓斯盾構(gòu)機(jī)泡沫發(fā)泡是通過變頻器控制黑貓泵及控制閥將混合液輸送至泡沫發(fā)生器處于空氣發(fā)生反應(yīng)，形成泡沫。發(fā)泡好的泡沫壓力不得大于設(shè)定好的土倉壓力;每路泡沫均安裝了壓力傳感器，可將壓力實(shí)時傳輸?shù)讲僮魇覂?nèi)。

混合流量通過調(diào)整變頻器頻率實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)，壓縮空氣的流量由空氣流量計進(jìn)行檢測，再通過控制閥門的調(diào)節(jié)，得到最佳的混合比例。

根據(jù)相似地質(zhì)條件及我單位的類似施工經(jīng)驗，通過發(fā)泡試驗和土體坍落度試驗初定泡沫配合比，在現(xiàn)場可以通過泡沫觀察口觀察泡沫效果，不斷調(diào)節(jié)，達(dá)到較好的渣土改良效果。

（4）泡沫系統(tǒng)維修保養(yǎng)

原液箱在使用過程中要注意閥門及接頭的牢固性，盾構(gòu)機(jī)在使用過程震動較大，閥門及接頭容易出現(xiàn)泄漏，因此維修人員以及施工人員應(yīng)該經(jīng)常留意。

在混合液配比過程中，控制閥門的精確比較重要，羅賓斯盾構(gòu)機(jī)泡沫混合液配比是根據(jù)閥門及電機(jī)的運(yùn)行時間來確定的。維修人員在巡檢過程中需要對控制閥定期檢查，與操作手一起定期檢查混合液箱液位傳感器準(zhǔn)確性，避免液位失效造成黑貓泵（混合液泵）損壞。若出現(xiàn)停機(jī)時間較長的情況需將混合液排放掉，避免出現(xiàn)變質(zhì)，并對混合液箱進(jìn)行清洗。

泡沫系統(tǒng)使用的外循環(huán)水，長時間運(yùn)行會殘留一些雜質(zhì)，所以維修人員需要定期對泡沫發(fā)生器和單向閥進(jìn)行檢查和清洗。泡沫系統(tǒng)控制線路及各類儀表和傳感器較多，維保人員巡檢時應(yīng)多加注意，并定期整理控制線路并做好防水。由于空氣中含有一定水，在空氣流量計處設(shè)計有專門的排水口，維修人員應(yīng)定期進(jìn)行排水。操作手使用過程中要注意各種參數(shù)，維保人員需配合檢查，若出現(xiàn)設(shè)備造成的參數(shù)異常，需及時對儀表和傳感器進(jìn)行檢查維修。泡沫系統(tǒng)使用時間長，頻率高，要定期對空壓機(jī)、各類泵進(jìn)行保養(yǎng)，潤滑油要加注到位，減少設(shè)備的故障率。

2.2 膨潤土系統(tǒng)

盾構(gòu)穿越砂層時，需要膨潤土對土體進(jìn)行改良，膨潤土需在膨潤土罐內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，達(dá)到效果后，再注入土倉內(nèi)。膨潤土的注入量和壓力需要嚴(yán)格的控制，控制的中心思想是要匹配推進(jìn)速度，提高掘進(jìn)的效率。盾構(gòu)正常推進(jìn)時，每一環(huán)加注的膨潤土流量為需嚴(yán)格控制，流量的調(diào)節(jié)在1～60L/min 之間，為保證良好的推進(jìn)效果，膨潤土的加注壓力要稍大于設(shè)定的目標(biāo)土壓力，并根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整，以提高砂層的和易性和流塑性。

膨潤土系統(tǒng)在維保時，主要關(guān)注其三個攪拌電機(jī)、加注泵和液位傳感器，特別要避免因為液位傳感器故障引起電機(jī)損壞，每次掘進(jìn)前要確定傳感器數(shù)據(jù)正常。

在本區(qū)間地層地層中，要合理、科學(xué)的的配合使用泡沫劑和膨潤土漿液，才能達(dá)到較好的渣土改良效果。

2.3 其他輔助措施

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，渣土改良僅僅靠盾構(gòu)機(jī)實(shí)時參數(shù)和已探知的地質(zhì)情況還不能達(dá)到最理想的效果，還需要采取一些輔助措施。

（1）防結(jié)泥餅措施

盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中，有可能因為渣土改良效果反饋不及時、添加劑使用不當(dāng)和地質(zhì)條件復(fù)雜等原因容易造成刀盤結(jié)泥餅，施工過程中要把防止結(jié)泥餅作為渣土改良的輔助措施。防結(jié)泥餅可采取以下措施：

1）掘進(jìn)過程中操作手需要一邊關(guān)注渣土改良的具體情況，一邊關(guān)注刀盤的狀態(tài)，兩者相互結(jié)合。

2）黏土地層掘進(jìn)時，操作手可采取逐漸加大泡沫原液的配比，并增大泡沫的注入量，著重加大刀盤中心的注入量。

3）刀盤產(chǎn)生泥餅時及時的采取措施，結(jié)餅嚴(yán)重時可人工清除;

4）排土不及時，可加大螺旋機(jī)泡沫注入量，提高出渣效率;

5）防止泡沫管堵塞，泡沫質(zhì)量保證良好。

（2）渣土溫度監(jiān)控

盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中，由于刀盤在不斷的切削掌子面，使土倉內(nèi)土體的溫度不斷上升，容易形成泥餅，影響盾構(gòu)正常掘進(jìn)，需要在掘進(jìn)過程中對渣土溫度進(jìn)行監(jiān)控，具體可采用紅外溫度測量儀對土倉壁及螺旋機(jī)出渣口的渣土進(jìn)行監(jiān)控。若溫度上升較快導(dǎo)致溫度較高，可采用調(diào)整泡沫劑摻入量及添加膨潤土等外加劑進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 總結(jié)

我國城市化建設(shè)雖取得了巨大的成果，但仍有很長的一段距離要走，地鐵施工作為城市化建設(shè)的脈絡(luò)之一，還有很深的潛力可挖。渣土改良作為地鐵盾構(gòu)施工的重要技術(shù)手段之一，我們不僅僅要合理利用，更要不斷的摸索和研究，讓其更科學(xué)、更高效、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保，為我國城市化建設(shè)獻(xiàn)出自己的一份力量。

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作者簡介：

陽進(jìn)（1989.01—），男，中國水利水電第十工程局有限公司。

（中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610000）