論盾尾注膨潤土漿液對鉸接油壓的影響

劉正

中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司 浙江杭州 311200

杭州地鐵施工過程中所遇到的一些問題，做了一部分的總結。盾構機在剛剛施工時被發現，因為臺風天氣的原因，停工兩天過后開始復工，復工的過程中發現推力相比較停工前大了大概5000kn，由原來的12000kn-13000kn增大到16000kn-18000kn。推進泵的出口油壓由160bar左右增大到220bar左右,而且鉸接壓力也明顯的變大，鉸接壓力由原來的2500kn（100bar）以內的油壓增大到4500kn（180bar）左右。

1 鉸接油壓對管片狀態的影響觀察

1.1 鉸接油壓在100bar以內時對管片狀態的影響

鉸接油壓在100bar以內的時候，我們看成型管片的狀態（在這里忽略拼裝的因素所造成的碎裂，錯臺等狀態的發生）在推進的過程中觀察管片的狀態，由于整個鉸接拉力非常小，我們可以想象盾尾和管片之間的狀態是沒有出現拖拽，卡位等現象的發生。此時的管片的形狀，外觀都沒有出現受損。在推進完一環的時候，可以看到管片的狀態，管片的外觀很完整，沒有出現碎裂，破損，掉角掉邊的現象[1]。

1.2 鉸接油壓在100bar以上時對管片狀態的影響

在鉸接油壓超過100bar的時候，鉸接拉力也隨之增大，鉸接拉力增大可能是因為盾尾卡住管片，推進過程中會出現因為推力過大而導致管片被擠碎，管片被掉角碎裂的情況出現。推進完畢之后會發現成型管片因為受到的推進力過大而出現受損的現象。

2 膨潤土及其功效概述

膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產，蒙脫石結構是由兩個硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2:1型晶體結構，由于蒙脫石晶胞形成的層狀結構存在某些陽離子，如Cu、Mg、Na、K等，且這些陽離子與蒙脫石晶胞的作用很不穩定，易被其它陽離子交換，故具有較好的離子交換性。國外已在工農業生產24個領域100多個部門中應用，有300多個產品，因而人們稱之為”萬能土”膨潤土功效

2.1 吸附性

吸附是所有固體物質存在的自然現象，減少了泥漿中的自由水，改變了泥漿的性能參數，達到降低濾失率的目的。

2.2 .膨脹性

膨潤土遇水就膨脹，這種自然現象產生的主要原因是膨潤土礦物晶層間距加大，水分子進入了礦物的晶層，另外引起膨潤土膨脹的原因還有膨潤土礦物的陽離子交換作用[2]。

2.3 造漿性

造漿率是膨潤土顆粒在水中分散形成懸浮液，并且這種懸浮液的表觀粘度為15×10-3Ps·s時每噸膨潤土造漿的立方數是衡量膨潤土質量的一項重要指標，一般鈉質膨潤土的造漿性能比鈣質膨潤土要好。其選漿率公式是：造槳率（m3/t）=水的體積（mL）/土的質量（g）+1/土的密度一般在測試表觀粘度時配制表觀粘度在10-25（×10-3Pa·s）范圍內三杯泥漿，經過攪拌靜止放置16h，再攪拌，測試粘度，然后在單對數坐標紙上標出三點的位置，進行連線，在坐標上求出表觀粘度為15×10-3Pa·s時的加土量。

3 影響試驗及分析

3.1 刀盤面板以及土倉加注膨潤土

（1）設備：現有盾構機設備（臺車自帶膨潤土箱，5.5kw膨潤土螺桿泵）。

（2）方法：后配套砂漿車。

（3）施工過程：膨潤土20袋（50kg/包）倒進后配套漿箱并且加入適當比例的水（膨潤土：水=1:7～8）自帶7.5kw攪拌電機攪拌均勻。攪拌時間大概在10分鐘到30分鐘之間，時間越長攪拌效果越好。然后將攪拌均勻的膨潤土漿液通過砂漿車運輸到盾構機后配套車架內，放入膨潤土箱。膨潤土箱配備氣體攪拌設備，通過氣體攪拌對膨潤土漿液再次充分攪拌。所有后續工作完成后，然后開始推進，膨潤土漿液通過膨潤土泵經2寸（直徑50cm）泡沫管直接注進刀盤面板，對開挖土體充分的潤滑。推進過程中發現，刀盤轉速控制在1.2rpm左右（在兩種情況下，第一種改良方法是通過加注泡沫改良土體。第二種改良方法是通過加注膨潤土漿液改良土體。）刀盤扭矩變大，由原來的2.0MN增大到4.0MN左右。推力不變，鉸接油壓壓力變化不明顯（與未加注膨潤土漿液推進之前進行對比）。同時由于往泡沫管路注膨潤土漿液，導致刀盤扭矩增大，起到了反作用的效果。

3.2 盾尾徑向孔加注膨潤土

（1）設備：7.5二次注漿機1臺1方小型砂漿攪拌機1臺（50kg/包）膨潤土10包。

（2）方法：盾尾徑向孔加注膨潤土。

（3）施工過程：盾構掘進過程中，刀盤扭矩會逐漸增大，嚴重的情況下，甚至會出現刀盤跳停的情況，將膨潤土系統管路的開關打開，將泡沫和膨潤土同時注入掌子面，做好渣土改良，使其塑性改善，降低刀盤扭矩，保障切削正常。隨著盾構推力逐漸增大，推進速度會逐漸變慢，嚴重的情況下，甚至會出現盾尾“抱死”現象，當鉸接油缸發生變形時，需要將膨潤土系統管路開關打開，將膨潤土注射到盾體外側，以此來降低盾體和土體的摩擦，保證推進速率，延長盾構設備壽命。如果盾構刀盤扭矩很大，推進速度很慢，可以將兩個開關同時打開，并對渣土進行改良，降低盾體和土體的摩擦力，保護盾構正常快速的掘進[3]。

3.3 試驗分析

初步分析導致跳閘現象發生的原因是此時管片出現碎裂，錯臺，漏水等影響管片成型隧道等技術性問題。由此可以推斷出來當鉸接拉力變大時，推進力也在增大，當鉸接拉力變小時，鉸接油壓也隨之降低。推進力也隨之減少，推進泵的出口油壓也隨之降低。通過推進數據對比分析，盾尾鉸接拉力對推進產生反作用（根據牛頓第二定律即反作用力）。如何減少鉸接拉力（即降低鉸接油壓）是解決問題的關鍵。

4 結語

綜上，本文分析了盾尾注膨潤土漿液對鉸接油壓的影響，通過試驗與分析可以發現，膨潤土可以起到潤滑的作用，進而有效降低土體的擾動，所以對于姿態的平穩調節起到了一定的作用。