盾構(gòu)刀盤泥餅成因及預(yù)防措施

張 佩佛山市鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司（528000）

盾構(gòu)刀盤結(jié)泥餅是盾構(gòu)在風(fēng)化（全、中）泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)砂巖、粉土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土等黏性地層中掘進(jìn)時(shí)普遍遇到的一種困難。它是盾構(gòu)在上述地層中掘進(jìn)時(shí)，刀盤切削下來的渣土滯留在刀盤和盾構(gòu)開挖面之間，經(jīng)盾構(gòu)機(jī)的擠壓作用生成固體或半固體塊狀物，并黏附在刀盤上的一種現(xiàn)象[1]。當(dāng)盾構(gòu)刀盤結(jié)泥餅時(shí)，刀盤上的刀具會(huì)逐漸被固體黏土糊住[2]，導(dǎo)致切削地層時(shí)刀具貫入度降低；當(dāng)?shù)毒咄耆荒囡灨采w時(shí)，刀盤已經(jīng)變成了一個(gè)鈍體圓柱，將使盾構(gòu)刀盤徹底失去掘削能力[3]，同時(shí)會(huì)使掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)的可控性大大降低，對(duì)設(shè)備安全造成極大威脅。因此對(duì)盾構(gòu)刀盤結(jié)泥餅的成因進(jìn)行分析和采取有效預(yù)防措施顯得尤為重要。

1 工程概況

地鐵三號(hào)線東樂路站～大良站區(qū)間隧道，采用盾構(gòu)法施工，周邊存在建筑物及管線，隧道外徑6 000mm，內(nèi)徑5400mm，最小平面曲線半徑663 m，最大縱坡為+27.6‰，覆土厚度 9.902～27.932m。因全年降雨較多，該區(qū)間盾構(gòu)施工主要受具有承壓的基巖風(fēng)化裂隙水影響。洞身主要穿越淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。

2 結(jié)泥餅情況分析

盾構(gòu)掘進(jìn)120～193環(huán)，土壓力控制在200～210 kPa， 推進(jìn)速度40～60mm/min， 總推力11000～12 000kN，刀盤扭矩 1200～1500kN·m，施工參數(shù)基本穩(wěn)定。

掘進(jìn)194環(huán)～199環(huán)時(shí)，地下水含量明顯突增，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖含量明顯增加，螺旋機(jī)稍有噴涌現(xiàn)象，土壓力控制在180kPa，推進(jìn)速度為20mm/min，盾構(gòu)推力增加至16000kN，刀盤扭矩2500 kNm，刀盤前方及盾體周邊稍有沉降。

當(dāng)掘進(jìn)200～202環(huán)時(shí)，地下水含量較大，推進(jìn)過程中螺旋機(jī)嚴(yán)重噴涌，出土量（含水量較大）難以保證，推進(jìn)速度最多10mm/min，總推力增加為18 000～22000kN，刀盤扭矩 2800～3400kN·m，總推力及刀盤扭矩仍有增大趨勢(shì)。螺旋機(jī)出土口渣土溫度約為35℃，仍存在增加跡象。

根據(jù)以上施工參數(shù)及渣土取樣進(jìn)行分析，地層地質(zhì)發(fā)生突變，由強(qiáng)風(fēng)泥質(zhì)粉砂巖為主突變?yōu)橹酗L(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為主，地下水含量明顯增加，造成螺旋機(jī)噴涌，刀盤扭矩、總推力、推進(jìn)速度等參數(shù)嚴(yán)重突變，掘進(jìn)參數(shù)波動(dòng)較大，渣土溫度逐步上升，加速刀盤結(jié)泥餅風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合這些現(xiàn)象判斷，刀盤可能出現(xiàn)結(jié)泥餅現(xiàn)象。

3 處置措施

召開專家咨詢會(huì)，進(jìn)行開倉作業(yè)，發(fā)現(xiàn)刀盤中心及面板外側(cè)開口處結(jié)泥餅較嚴(yán)重，立即進(jìn)行泥餅清理作業(yè)。

利用分散性泡沫劑有效改良推進(jìn)過程中的渣土問題，每次添加泡沫劑均對(duì)泡沫的發(fā)泡效果及渣土改良情況進(jìn)行確認(rèn)，及時(shí)調(diào)整配比。

避免施工參數(shù)惡化，立即對(duì)土倉添加分散劑與水的混合液，并充分?jǐn)嚢杈鶆蚪?，利用分散劑?duì)土塊土體進(jìn)行分散、分離，預(yù)防泥餅結(jié)成。

加強(qiáng)對(duì)刀盤中心、土倉壁板、被動(dòng)攪拌棒處改良劑注入，確保刀盤開口及土倉壁板渣土流動(dòng)性。

及時(shí)對(duì)盾體后方5～7環(huán)位置采用雙液漿進(jìn)行二次注漿，并觀察周邊及后方來水情況。

施工過程中，結(jié)合沉降監(jiān)測(cè)情況，推進(jìn)過程適當(dāng)降低控制土倉壓力，采用氣壓輔助掘進(jìn)模式。現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)司機(jī)操作指導(dǎo)，提高盾構(gòu)司機(jī)應(yīng)變及處理異常能力。加強(qiáng)對(duì)渣土溫度進(jìn)行檢測(cè)，渣土溫度控制在28℃～31℃。

4 泥餅處理后施工情況

自泥餅清除后，在盾構(gòu)穿越中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖地層中，從203環(huán)掘進(jìn)至320環(huán)，總推力在18000～23000kN，刀盤扭矩在 2500～3400kN·m，推進(jìn)速度30～40mm/min，總推力及刀盤扭矩仍然較高，因此過程中及時(shí)調(diào)整泡沫注入配比，及時(shí)采用分散劑浸泡土倉，保持連續(xù)施工作業(yè)，進(jìn)行二次注漿止水，有效地避免了結(jié)泥餅現(xiàn)象，順利通過了中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖地質(zhì)及地下水豐富區(qū)域。

從321環(huán)掘進(jìn)至610環(huán)，地質(zhì)變化不大，總推力 12000～15000kN，刀盤扭矩 1000～1800kN·m，推進(jìn)速度50～60mm/min，盾構(gòu)施工參數(shù)總體處于穩(wěn)定可控狀態(tài)，有效避免了泥餅的結(jié)成。

5 結(jié)語

要想解決盾構(gòu)刀盤結(jié)泥餅這一問題，必須嚴(yán)格控制盾構(gòu)施工中的掘進(jìn)參數(shù)和盾構(gòu)操作規(guī)程，特別注意刀盤推力、扭矩和掘進(jìn)速度的變化。通過掘進(jìn)參數(shù)的變化來及時(shí)判斷刀盤結(jié)泥餅的情況，采取適當(dāng)?shù)奶幹么胧┛梢杂行p少施工風(fēng)險(xiǎn)和成本。