盾构机维护与常见故障的处理

盾构机维护与常见故障的处理摘要：盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机。盾构的施工法是掘进机在掘 进的同时构建（铺设）隧道之“盾”（指支撑性管片），它区别于 敞开式施工 法。盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对 土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起 着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡 在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。本文主要介绍盾构机的 维护事项，并且阐述盾构机常见的故障以及相关处理措施。关键词：盾构机；维护；故障处理一、盾构机分类盾构机，全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾 构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送 土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液 压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣” 式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市 政、水电等隧道工程。（1）半敞开式手掘式及半机械式盾构均为半敞开式开挖,5这种方法适于地地质条件较好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施是能维持稳定的情况，其 开挖一般是从顶部开始逐层向下挖掘。若土层较差，还可借用千斤顶加撑板对开 挖面进行临时支撑。采用敞开式开挖，处理孤立障碍物、纠偏、超挖均为其它方 式容易。为尽量减少对地层的扰动，要适当控制超挖量与暴露时间。2）机械切削式指与盾构直径相仿的全断面旋转切削刀盘开挖方式。 5 根据地质条 件的好坏，大刀盘可分为刀架间无封板及有封板两种。刀架间无封板适用于土质 较好的条件。大刀盘开挖方式，在弯道施工或纠偏是不如敞开式开挖便于超挖。 此外，清除障碍物也不如敞开式开挖。使用大刀盘的盾构，机械构造复杂，消耗 动力较大。（3）网格式采用网格式开挖，开挖面由网格梁与格板分成许多格子。开挖面的支撑作用 是由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力而产生的。当盾构推进 时， 6 土体就从格子里挤出来。根据土的性质，调节网格的开孔面积。 采用网格式开挖时，在所有千斤顶缩回后，会产生较大的盾构后退现象，导致地 表沉降，因此，在施工务必采取有效措施，防止盾构后退。（4）挤压式全挤压式和局部挤压式开挖，由于不出土或只部分出土，对地层有较大的扰 动，在施工轴线时，应尽量避开地面建筑物。局部挤压式施工时，要精心控制出 土量，以减少和控制地表变形。全挤压式施工时，盾构把四周一定范围内的土体 挤密实。二.盾构机常见故障产生原因及处理方式2.1 泥土黏着并且堵塞刀盘原因：盾构在粘性土中施工时，粘性土会附着在刀头上。被刀头从开挖面切 割后，进入土筒仓，在压力作用下被压实固结。首先堵住刀头支撑臂的中心，然 后堵住渣槽，使刀头中心面朝土壤。机体在刀头的挤压下从渣罐进入土仓，最终 堵住整个土仓。此时，刀头继续切割土壤，土壤与刀头之间的摩擦产生热量，使 土仓中的土壤与刀头固化成“泥饼”。泥饼使螺旋输送机无法挖掘，盾构无法前 进。土仓内的高温会缩短刀盘主轴承的使用寿命，甚至对主轴承造成损坏。处理方法：将刀头空转，通过空心搅拌棒将水倒入土仓，使泥饼在离心力作 用下进行下落。保持开挖面稳定，然后安排人员进入泥仓取出泥饼。在掘进过程 中，注入更多的发泡剂，以提高土壤的粘度，防止土壤结块。设计时盾构机、空 心搅拌棒的分区添加到土壤本增加强度和范围的搅拌，水注入通过搅拌杆，从而 达到清洗刀头和土壤的目的。2.2螺旋输送机不断喷出泥水原因：施工的盾构机的砂层，由于土壤的高含水量和同步注浆的盾构隧道， 毛孔的支持不能完全填满，离开水通道，使土壤筒仓水积累增加。螺旋输送机工 作时，先将土仓中的水吸入，然后从土栅喷洒出去。螺旋输送机的除渣排土必须 在土壤筒仓中的水被吸干后进行，但土壤筒仓很快就充满了水，螺旋输送机必须 先吸水再挖出。这样的恶性循环使得盾机无法正常工作，盾机前进缓慢。处理方法：首先，关闭螺旋输送机，停止挖掘。让盾构机继续前进，增加土 筒仓内的土压力，让剪头切下的土挤压出筒仓内的水。此时，要防止盾构机前的 泥浆膨胀和盾尾密封由于土仓的高压而破裂。然后将高浓度的泥浆注入土仓，对 土壤进行改良，使螺旋输送机顺利挖掘。最后，在进入富水砂层之前，屏蔽机的 推进采用气压平衡模式，但必须注意防止漏气的发生2。2.3头部周期下降原因：泥浆筒仓实际土压力值低于理论值，造成盾构机连续“撞头”。处理方法：在实际应用中，使土仓的土压高于理论值，并根据实际情况对盾 构前部的土壤进行添加物的改良。施工过程中，根据土层的实际情况，及时调整 土压设定值、推进速度和注浆量。2.4以蛇形前进原因：如果操作者每次修正盾构中心轴与隧道中心线的偏差，修正量过大， 会导致持续修正，盾构呈蛇形移动。解决方案：操作人员应及时纠正盾构中心轴与隧道中心线之间的偏差，并保 证修正量不超过5 mm。2.5泥土仓压力突然急剧下降原因：由于土壤筒仓内空气和水分含量高，土壤筒仓内的土壤压力主要是由 空气压力引起的。加压空气可以很容易地从泥水层进入螺旋输送机，并迅速从其 土壤闸门喷出，使土壤筒仓内的空气压力瞬间释放，使土壤筒仓内的土壤压力瞬 间下降。在软土，土壤中的压缩空气筒仓可能会通过软土盾的尾巴，从而突破盾 尾密封的压缩空气和释放到盾构机，也会导致土壤的土压力筒仓立即下降。处理方法：此时，立即关闭螺旋输送机和开挖闸门，不再开挖。此时，盾构 机继续推进，同时，根据土壤条件和铣头的转矩，注水体积和泡沫体积减少，从 而达到调节的目的泡沫系统中的空气含量，减少空气和土壤含水量筒仓。2.6 停止推送后，泥土仓土体压力自动上升原因：屏蔽机停止前进后，发泡系统关闭，但若发泡系统某一进气阀失效， 阀芯卡住，进气阀仍开启，压力空气继续涌进。土筒仓，使土筒仓内的土压力自 动上升。处理方法：关闭空气压缩机，打开压缩空气储罐放气阀，释放压缩空气，直 至土壤筒仓土压恢复。如果土壤中的土压力筒仓上涨太多，为了防止地面肿胀， 启动皮带输送机和螺旋输送机，螺旋输送机的发掘门打开，使螺旋输送机在低速 运行，然后慢慢发掘地球土壤到筒仓压力恢复。如果土筒仓的土压力略有上升， 不会引起地表隆起，此时也不需要降低土筒仓的土压力。检查泡沫系统进气阀， 找出进气阀阀芯卡死的原因。更换或修理进气阀，使其正常工作。因此，屏蔽机 停机后，除正常检查和维护外，操作者通常不能离开操作室，以确保屏蔽机能够 及时检测到并采取应对措施3。结束语总而言之，盾构机作为隧道的掘进设备，首先要保障其安全性，才能保障在 工作中正常操作，并且高效地发挥它的实效性，从而形成最科学合理的掘进操作 方式。正常的运行必须要依靠日常的维护和养护来实现。对于设备而言，在使用 过程中肯定会存在设备和零件上的损耗，使用寿命一久就会出现或大或小的故障 所以，当盾构机出现故障时，首先要排查原因，分析出故障的根本原因，才能更 好地维修和处理，从而保证盾构机及时运转。参考文献：1 寇江安盾构机施工方面常见的问题及解决方法J.砖瓦世界，2019, 000(002)：138.2 刘伟涛.浅谈盾构电气组成系统及常见故障的解决J.建筑建材装饰, 2019， 000 (004)： 68.3 耿盼，李嘉骏浅谈盾构施工常见机械故障及处理措施J.居舍，2020 (01)：147-148.