盾构机几种常见故障的处理
盾构机几种常见故障的处理
1.泥土粘着并堵塞刀盘
产生原因：
盾构机在粘性土层中施工时，由于粘性土具有内摩擦角小、粘性大和流动困难等特点，使得粘性土体粘附在刀盘上。被刀盘从开挖面上切削下来的粘土，通过刀盘渣槽进入泥土仓后，在泥土仓上压力的作用下容易被压实固结，首先将刀盘支撑臂中心充满填实，并很快地堵死了刀盘中心的渣槽，使刀盘中心正面的土体不能通过中心刀渣槽进入泥土仓，而是在刀盘挤压力的作用下从刀盘四周的渣槽进入泥土仓。逐渐地，整个泥土仓内全部被压实固结的土体充满并堵塞。当刀盘继续旋转切削土体时，固结土体的刀盘和开挖面土体之间产生很大的摩擦力，相互摩擦产生大量的热量，刀盘温度不断升高，使刀盘和泥土仓内的土体不断地被烧结固化，最终在刀盘和整个泥土仓内形成坚硬的“泥饼”。
“泥饼”形成后，刀盘扭矩和盾构机推进阻力均迅速增大，螺旋输送机无法出土，盾构机不能往前推进。泥土仓内过高的温度会缩短刀盘主轴承的使用寿命，加速主轴承的损坏，甚至会出现主轴承“烧结、抱死”的严重后果。
处理方法：
当盾构机在粘土地层中进行施工时，或当泥土仓内形成“泥饼”时，应采取以下预防和排除措施：
（1）空转刀盘，并通过泥土仓隔板的空心搅动棒向泥土仓注水，使“泥饼”在离心力的作用下脱落。
（2）在使开挖面保持稳定的前提下，可人工进入泥土仓清除“泥饼”。
（3）掘进时增加泡沫剂的注入量，改善土体的和易性，预防粘土结块。
（4）在盾构机设计时，应在泥土仓隔板上增加空心搅动棒，以加大搅拌渣土强度和范围，并通过空心搅动棒注水，用于清洗刀盘和泥土仓。
2.螺旋输送机循环“喷涌”泥水
产生原因：
盾构机在高水砂层进行施工时，由于开挖面土体充水裂隙，含水量丰富，而且已成型的盾构隧道同步注浆量没有完全充实衬背空隙，以致留下流水通道，开挖面土体裂隙的水不断地流入泥土仓，泥土仓内不停地积水。当螺旋输送机工作时，首先吸入泥土仓内的水，然后从其出土闸门迅速喷出，形成“喷涌”。泥土仓内的水被暂时吸干后，螺旋输送机才能出渣排土，很快地泥土仓内又积水较多，螺旋输送机又必须先吸水后出土。造成盾构机无法正常工作，螺旋输送机不停地喷涌—停机—喷涌……，如此恶性循环，盾构机推进缓慢。
处理方法：
（1）当遇到此情况时，关闭螺旋输送机，停止出土，保持盾构机继续往前推进，增加泥土仓内的土压力，让刀盘切削下来的土体将泥土仓内的水不断地挤出，减少泥土仓内的含水量。同时要防止土仓压力过高，造成盾构机前方隆起、冒浆，以及击穿盾尾密封等现象的发生。
（2）向泥土仓内加入高浓度泥浆或泡沫，改善泥土仓内土体的和易性，使土体中的颗粒、泥浆成为一整体，使土体具有良好的可塑性、止水性及流动性，便于螺旋输送机顺利出土。
（3）在进入富水砂层前，盾构机提前采用气压平衡模式进行推进，但要防止发生漏气事件。
3.头部周期性下降
产生原因：
盾构机在推进过程中，由于泥土仓实际土压力值低于理论值，使盾构机头部周期性地下降。造成盾构机“磕头”。
处理方法：
实际操作中，应使泥土仓土压力值略高于理论值，并在推进时按工况条件和地质情况在盾构机正面加入发泡剂、膨润土和水等改良土体的添加剂，改良开挖面的土体。施工过程中要根据隧道的埋深、所在位置的土层状况和地层变形量等信息的反馈，对土压力设定值、推进速度和注浆量等施工参数及时地进行调整。
4.呈“蛇形”前进
产生原因：
在盾构机的推进过程中，操作人员在对盾构机中心轴线与隧道中心线出现的偏差进行纠正时，若每次的纠偏量过大，将导致不停地对盾构机进行左右纠偏，造成盾构机呈“蛇形“前进。
处理方法：
对于盾构机中心轴线与隧道中心线出现的偏差，操作人员应及时纠正，盾构机一次（一环）的纠偏量以不超过5 mm为标准，以减少盾构机在推进过程中对地层的扰动，以及盾尾钢板拉伤了管片，损坏了管片的止水条，影响止水效果；若每次纠偏量过大，还会造成盾尾内管片拼装困难，有时会给完成后的隧道使用带来障碍。
5.泥土仓土压大幅度突降
产生原因：
这是由于泥土仓内空气和水的含量较多，泥土仓的土压主要是由空气压力组成的。压力空气容易穿过泥水层进入螺旋输送机，从其出土闸门迅速地喷出，泥土仓内压力空气瞬时大量释放，造成泥土仓内土压大幅度突降；在较松软的地质中，泥土仓内压力空气有时会通过盾构机外壳的松软土层向盾尾方向移动，击穿尾盾密封向盾构机内部释放压力空气，也会造成泥土仓内土压大幅度突降。
处理方法：
当遇此情况时，立即关闭螺旋输送机及其出土闸门，停止出土。盾构机继续往前推进，使泥土仓土压尽快恢复至正常值，以保持开挖面土层的稳定，防止由于泥土仓压力的突降而引起地层发生变化，引起地表面出现较大幅度的沉降。同时，在操作中应根据土质情况和刀盘扭矩的大小，减少注水量，调整泡沫系统中空气的比例，并减小泡沫量，降低泥土仓内水和空气的含量。
6.停止推进后泥土仓土压自动上升
产生原因：
盾构机停止往前推进后，泡沫系统已关闭，但由于泡沫系统某个进气阀故障，阀芯被卡住，进气阀仍处于开启状态，压力空气继续通过该进气阀进入泥土仓，导致在盾构机停止往前推进后泥土仓出现土压自动上升的现象。
处理方法：
（1）首先关掉空气压缩机，打开压缩空气储气罐的放气阀，放掉压力空气卸压，直至泥土仓土压不再上升为止。
（2）若泥土仓土压上升幅度很大，为防止地表面隆起，启动皮带输送机和螺旋输送机，打开螺旋输送机出土闸门，低速运转螺旋输送机，慢慢地出土，直至泥土仓土压降至正常值为止；若泥土仓土压上升幅度较小，不会引起地表面隆起，故不需要降低泥土仓土压。
（3）检查泡沫系统空气进气阀，查明进气阀阀芯被卡住的具体原因，修理或更换进气阀，使进气阀能正常打开和关闭。
因此，要求操作人员在盾构机停止往前推进后，除正常检查维修盾构机外，一般不要离开操作室，以保证盾构机在出现异常情况时，能及时发现，并采取措施。
7.螺旋输送机出料口形成大土堆
产生原因：
在粘性土层中，由于土体粘性大，由刀盘切削下来的粘土与土仓内的水难以均匀地混和，造成泥水分离。在螺旋输送机出土时，整团泥土从螺旋输送机出土闸门排出至胶带输送机的胶带上。由于泥和水呈分离状态，所以泥和胶带之间的摩擦力较小，而且胶带向上运转，使泥土在胶带上打滑而不能被及时运走。随着螺旋输送机不停地出土，皮带上的泥土越积越多，土堆越来越大，逐渐被胶带两侧的挡上板支撑住。土堆底部的泥土因受土堆重压而被胶带运走，被胶带两侧挡土板支撑住的泥土堆和胶带不接触，不能被胶带运走，滞留在胶带的上方，结果在螺旋输送机出料口形成大土堆。
处理方法：
当形成大土堆后，螺旋输送机应停止出土，继续运转胶带输送机，采用人工方法进行清除，并通过胶带运走。禁止操作人员为了减少麻烦试图通过螺旋输送机继续出土，增加土堆土方的泥土重量将其压塌，使土堆塌落在胶带上而被运走。若此时螺旋输送机继续出土，大量泥土将从土堆的上方滑落至胶带输送机前端的支撑架上，结果不但不能将土堆压塌，反而会使支撑架上的泥土越积越多，可能造成整个支撑架被压塌的后果。
所以当遇到粘土地层时，在盾构机推进过程中，应使泥和水在泥土仓内尽可能地均匀混和，避免泥水混和不均；同时通过摄像仪观察螺旋输送机的出土情况，当发现有整团泥土在胶带上打滑，滞留在胶带上不能被胶带及时运走时，应减小螺旋输送机出土速度，或停止出土，以防止胶带上的泥土越积越多而形成大土堆，待滞留在胶带上的泥土被运走后，再继续出土。
总之，在遇到粘土地层时，只要操作人员谨慎地操作，注意观察，措施及时，就可避免形成大土堆。
（作者地址：北京市朝阳区东坝 中铁十六局集团机械维修中心 100018）
