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盾構機幾種常見故障的處理
2025-02-20
（中鐵十六局集團機械維修中心）
1.泥土粘著并堵塞刀盤
產生原因：
盾構機在粘性土層中施工時，由于粘性土具有內摩擦角小、粘性大和流動困難等特點，使得粘性土體粘附在刀盤上。被刀盤從開挖面上切削下來的粘土，通過刀盤渣槽進入泥土倉后，在泥土倉上壓力的作用下容易被壓實固結，首先將刀盤支撐臂中心充滿填實，并很快地堵死了刀盤中心的渣槽，使刀盤中心正面的土體不能通過中心刀渣槽進入泥土倉，而是在刀盤擠壓力的作用下從刀盤四周的渣槽進入泥土倉。逐漸地，整個泥土倉內全部被壓實固結的土體充滿并堵塞。當刀盤繼續旋轉切削土體時，固結土體的刀盤和開挖面土體之間產生很大的摩擦力，相互摩擦產生大量的熱量，刀盤溫度不斷升高，使刀盤和泥土倉內的土體不斷地被燒結固化，最終在刀盤和整個泥土倉內形成堅硬的“泥餅”。
“泥餅”形成后，刀盤扭矩和盾構機推進阻力均迅速增大，螺旋輸送機無法出土，盾構機不能往前推進。泥土倉內過高的溫度會縮短刀盤主軸承的使用壽命，加速主軸承的損壞，甚至會出現主軸承“燒結、抱死”的嚴重后果。
處理方法：
當盾構機在粘土地層中進行施工時，或當泥土倉內形成“泥餅”時，應采取以下預防和排除措施：
（1）空轉刀盤，并通過泥土倉隔板的空心攪動棒向泥土倉注水，使“泥餅”在離心力的作用下脫落。
（2）在使開挖面保持穩定的前提下，可人工進入泥土倉清除“泥餅”。
（3）掘進時增加泡沫劑的注入量，改善土體的和易性，預防粘土結塊。
（4）在盾構機設計時，應在泥土倉隔板上增加空心攪動棒，以加大攪拌渣土強度和范圍，并通過空心攪動棒注水，用于清洗刀盤和泥土倉。
2.螺旋輸送機循環“噴涌”泥水
產生原因：
盾構機在高水砂層進行施工時，由于開挖面土體充水裂隙，含水量豐富，而且已成型的盾構隧道同步注漿量沒有完全充實襯背空隙，以致留下流水通道，開挖面土體裂隙的水不斷地流入泥土倉，泥土倉內不停地積水。當螺旋輸送機工作時，首先吸入泥土倉內的水，然后從其出土閘門迅速噴出，形成“噴涌”。泥土倉內的水被暫時吸干后，螺旋輸送機才能出渣排土，很快地泥土倉內又積水較多，螺旋輸送機又必須先吸水后出土。造成盾構機無法正常工作，螺旋輸送機不停地噴涌—停機—噴涌……如此惡性循環，盾構機推進緩慢。
處理方法：
（1）當遇到此情況時，關閉螺旋輸送機，停止出土，保持盾構機繼續往前推進，增加泥土倉內的土壓力，讓刀盤切削下來的土體將泥土倉內的水不斷地擠出，減少泥土倉內的含水量。同時要防止土倉壓力過高，造成盾構機前方隆起、冒漿，以及擊穿盾尾密封等現象的發生。
（2）向泥土倉內加入高濃度泥漿或泡沫，改善泥土倉內土體的和易性，使土體中的顆粒、泥漿成為一整體，使土體具有良好的可塑性、止水性及流動性，便于螺旋輸送機順利出土。
（3）在進入富水砂層前，盾構機提前采用氣壓平衡模式進行推進，但要防止發生漏氣事件。
3.頭部周期性下降
產生原因：
盾構機在推進過程中，由于泥土倉實際土壓力值低于理論值，使盾構機頭部周期性地下降。造成盾構機“磕頭”。
處理方法：
實際操作中，應使泥土倉土壓力值略高于理論值，并在推進時按工況條件和地質情況在盾構機正面加入發泡劑、膨潤土和水等改良土體的添加劑，改良開挖面的土體。施工過程中要根據隧道的埋深、所在位置的土層狀況和地層變形量等信息的反饋，對土壓力設定值、推進速度和注漿量等施工參數及時地進行調整。
4.呈“蛇形”前進
產生原因：
在盾構機的推進過程中，操作人員在對盾構機中心軸線與隧道中心線出現的偏差進行糾正時，若每次的糾偏量過大，將導致不停地對盾構機進行左右糾偏，造成盾構機呈“蛇形“前進。
處理方法：
對于盾構機中心軸線與隧道中心線出現的偏差，操作人員應及時糾正，盾構機一次（一環）的糾偏量以不超過5 mm為標準，以減少盾構機在推進過程中對地層的擾動，以及盾尾鋼板拉傷了管片，損壞了管片的止水條，影響止水效果；若每次糾偏量過大，還會造成盾尾內管片拼裝困難，有時會給完成后的隧道使用帶來障礙。
5.泥土倉土壓大幅度突降
產生原因：
這是由于泥土倉內空氣和水的含量較多，泥土倉的土壓主要是由空氣壓力組成的。壓力空氣容易穿過泥水層進入螺旋輸送機，從其出土閘門迅速地噴出，泥土倉內壓力空氣瞬時大量釋放，造成泥土倉內土壓大幅度突降；在較松軟的地質中，泥土倉內壓力空氣 有時會通過盾構機外殼的松軟土層向盾尾方向移動，擊穿尾盾密封向盾構機內部釋放壓力空氣，也會造成泥土倉內土壓大幅度突降。
處理方法：
當遇此情況時，立即關閉螺旋輸送機及其出土閘門，停止出土。盾構機繼續往前推進，使泥土倉土壓盡快恢復至正常值，以保持開挖面土層的穩定，防止由于泥土倉壓力的突降而引起地層發生變化，引起地表面出現較大幅度的沉降。同時，在操作中應根據土質情況和刀盤扭矩的大小，減少注水量，調整泡沫系統中空氣的比例，并減小泡沫量，降低泥土倉內水和空氣的含量。
6.停止推進后泥土倉土壓自動上升
產生原因：
盾構機停止往前推進后，泡沫系統已關閉，但由于泡沫系統某個進氣閥故障，閥芯被卡住，進氣閥仍處于開啟狀態，壓力空氣繼續通過該進氣閥進入泥土倉，導致在盾構機停止往前推進后泥土倉出現土壓自動上升的現象。
處理方法：
（1）首先關掉空氣壓縮機，打開壓縮空氣儲氣罐的放氣閥，放掉壓力空氣卸壓，直至泥土倉土壓不再上升為止。
（2）若泥土倉土壓上升幅度很大，為防止地表面隆起，啟動皮帶輸送機和螺旋輸送機，打開螺旋輸送機出土閘門，低速運轉螺旋輸送機，慢慢地出土，直至泥土倉土壓降至正常值為止；若泥土倉土壓上升幅度較小，不會引起地表面隆起，故不需要降低泥土倉土壓。
（3）檢查泡沫系統空氣進氣閥，查明進氣閥閥芯被卡住的具體原因，修理或更換進氣閥，使進氣閥能正常打開和關閉。
因此，要求操作人員在盾構機停止往前推進后，除正常檢查維修盾構機外，一般不要離開操作室，以保證盾構機在出現異常情況時，能及時發現，并采取措施。
7.螺旋輸送機出料口形成大土堆
產生原因：
在粘性土層中，由于土體粘性大，由刀盤切削下來的粘土與土倉內的水難以均勻地混和，造成泥水分離。在螺旋輸送機出土時，整團泥土從螺旋輸送機出土閘門排出至膠帶輸送機的膠帶上。由于泥和水呈分離狀態，所以泥和膠帶之間的摩擦力較小，而且膠帶向上運轉，使泥土在膠帶上打滑而不能被及時運走。隨著螺旋輸送機不停地出土，皮帶上的泥土越積越多，土堆越來越大，逐漸被膠帶兩側的擋上板支撐住。土堆底部的泥土因受土堆重壓而被膠帶運走，被膠帶兩側擋土板支撐住的泥土堆和膠帶不接觸，不能被膠帶運走，滯留在膠帶的上方，結果在螺旋輸送機出料口形成大土堆。
處理方法：
當形成大土堆后，螺旋輸送機應停止出土，繼續運轉膠帶輸送機，采用人工方法進行清除，并通過膠帶運走。禁止操作人員為了減少麻煩試圖通過螺旋輸送機繼續出土，增加土堆土方的泥土重量將其壓塌，使土堆塌落在膠帶上而被運走。若此時螺旋輸送機繼續出土，大量泥土將從土堆的上方滑落至膠帶輸送機前端的支撐架上，結果不但不能將土堆壓塌，反而會使支撐架上的泥土越積越多，可能造成整個支撐架被壓塌的后果。
所以當遇到粘土地層時，在盾構機推進過程中，應使泥和水在泥土倉內盡可能地均勻混和，避免泥水混和不均；同時通過攝像儀觀察螺旋輸送機的出土情況，當發現有整團泥土在膠帶上打滑，滯留在膠帶上不能被膠帶及時運走時，應減小螺旋輸送機出土速度，或停止出土，以防止膠帶上的泥土越積越多而形成大土堆，待滯留在膠帶上的泥土被運走后，再繼續出土。
總之，在遇到粘土地層時，只要操作人員謹慎地操作，注意觀察，措施及時，就可避免形成大土堆。
來源：網絡
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