淺談盾構機洞內扭轉修正復推措施

孫津津

（中國電建集團鐵路建設有限公司，北京100000）

1 概述

某盾構區間設計1700 環，盾構機施工至1246 環處，千斤頂行程至900mm 時，掘進中刀盤扭矩突然增大，引起盾構機盾體旋轉約45°，進而引起連接橋的扭轉變形，盾構機無法正常掘進。為使盾構機復位至正常狀態，并排除障礙，恢復盾構機正常掘進，確保施工安全、快速、有序進行，項目部制定了盾體機復位、修復等方案措施。通過各項措施的落實，順利完成盾構機的修正復推工作。

2 主要處置措施

2.1 停機位置調查

盾構機停機位置位于直線段上，上坡3.787‰，隧道埋深15.4m。停機位置地表現狀為綠化草地及樹木，停機位置距離某小區直線距離最近20m，無其它建構筑物。通過對停機位置刀盤前方0.3m 位置進行地質補勘，發現目前盾構機所處地層為S1g-3 中風化泥巖，埋深15.4m，拱頂以上自上而下依次為素填土3.6m、粉質黏土4m、強風化泥巖2.4m、中風化泥巖5.2m，芯樣抗壓試驗值7.5MPa，地層較為穩定，不需要實施加固措施。

2.2 主要技術措施

該事件一經發生，項目部立即邀請盾構方面的專家商討處置措施，結合專家意見，制定了基本的處置步驟：（1）盾構機修正復位；（2）由盾構機廠家及項目部機電工程師檢查盾構機受損情況，制定修復方案；（3）在盾構機修復的過程中，通過常壓開倉的方式進土倉檢查盾構機扭轉原因；（4）驗收調試。

2.2.1 盾構機修正復位

根據盾構機目前現狀，完成連接橋斷開及穩固后，通過新管線連接，確保盾構機推進系統正常后，先低速正、反兩個方向轉動刀盤，再次確定刀盤是否被卡住，如果刀盤被卡住，則實施方案一進行盾體復位，如果刀盤沒有被卡住，則實施方案二進行盾體復位工作。

方案一：在確定刀盤被卡住的情況下，按照反向轉動刀盤進行盾體復位。初始設定刀盤扭矩值3000kn.m，打開刀盤旋轉，設定刀盤轉速至0.3rpm，在刀盤扭矩上升至3000kn.m 時，觀察盾體回轉情況，如若盾體有回轉跡象，則本方案成功，采用上述方法繼續回轉，直至盾體回轉到位。如若盾體未有回轉現象，則按照500kn.m梯度逐步增加扭矩，直至盾體出現回轉，此時繼續轉動直至盾體復位。盾體回轉到位后，再實施常壓開倉作業，進行清倉排障。

方案二：確定刀盤能轉動的情況下，結合目前在刀盤前方位置鉆孔取芯的情況，確定刀盤前方的地層為全斷面中風化泥巖，與地勘一致，地層自穩性好，具備常壓開倉條件，可通過進入土倉清理，完成土倉清理后，進入土倉進行障礙物的檢查及排除。具備條件后，采用水鉆在掌子面上開洞，插入鋼軌，將鋼軌與刀盤焊接固定，然后緩慢轉動刀盤，通過刀盤固定后的旋轉增加的扭矩，迫使盾體回轉。

通過現場實際操作，通過方案一，使盾構機順利扭轉復位。

2.2.2 盾構機受損調查

盾體扭轉后，與拼裝機行走梁搭接的設備橋受力扭轉變形，通過與盾構機廠家共同與設備進行檢查分析，得出盾構機受損如下：

2.2.2.1 推進系統

盾體扭轉后，主推進液壓缸撐靴上的尼龍板與管片摩擦，部分單缸尼龍板扭轉、脫落、損壞。

2.2.2.2 螺旋輸送機

螺旋輸送機輕微偏轉，前盾上螺旋輸送機套筒法蘭連接面輕微張口，部分螺栓螺紋松脫，未見漏水漏渣，表明其密封尚未失效。螺旋輸送機第二道后閘門（下）閘板變形，開閉液壓缸彎曲失效。

2.2.2.3 拼裝機

拼裝機整體結構良好，管線履帶變形，人行平臺及走道變形。

2.2.2.4 設備橋

1#設備橋結構嚴重變形，已失效；2#設備橋輕微變形。

2.2.2.5 皮帶機系統

1#設備橋處第1 節皮帶架嚴重變形，已失效；2#設備橋處局部輕微變形。

2.2.2.6 管片吊機

1#設備橋處的二次管片吊機行走梁嚴重變形，已失效，管片吊機損壞。一次管片吊機前端1 節行走梁變形，一次管片吊機未受損。

2.2.2.7 設備附件

1#設備橋管線失效；1#設備橋上的蓄能器、泡沫發生器未受損。

2.2.3 盾構機受損修復

2.2.3.1 推進系統

統計撐靴尼龍板損壞數量，定制全新尼龍板替換。因推進系統管路已斷開，推進液壓缸無法動作，暫時無法更換。待推進管路恢復后，在調試階段進行更換。更換時單根收縮推進液壓缸，更換完成后液壓缸伸出抵住管片，逐一進行，禁止同時收縮多根液壓缸。

2.2.3.2 螺旋輸送機

螺旋輸送機輕微向左偏轉，使用手動分體千斤頂或手拉葫蘆將螺旋輸送機結構回中。回中后更換螺旋輸送機套筒與螺旋輸送機螺栓及螺母。第二道后閘門整體拆下，更換盾構機的第二道后閘門總成。

2.2.3.3 拼裝機

矯正變形的人行平臺及走道。矯正變形的管線履帶。

2.2.3.4 設備橋

2#設備橋變形輕微，使用功能未受影響，使用千斤頂重新安放到臺車軌道上，矯正后進行加固。1#設備橋結構已失效，采用現有中鐵裝備R59盾構機設備橋代替。該設備橋為簡支結構，共包含2 根牽引梁（含管線托架）、管片吊機行走雙曲梁、皮帶架及皮帶從動滾筒，解體后可運輸至盾體后部組裝，前端與拼裝機行走主梁連接，后端與2#連接橋連接或搭接。連接橋直接通過電瓶車運輸至隧道內進行安裝，可不需要再實施隧道內臺車的拆解和后退工作。牽引梁上各帶有牽引液壓缸，可調節牽引梁長度，故安裝的順序為管片吊機曲梁安裝→牽引梁→皮帶架及皮帶從動滾筒。各部件拆解后重量不超過3t，使用20mm 鋼板制作8 字型吊耳，利用管片螺栓固定到管片頂部2、10 點位，掛3t 手拉葫蘆輔助安裝。管片吊機曲梁主要承受其自重、皮帶架及渣土重力，基本不承受軸向拉力。單側管片吊機曲梁共2 段，后段曲梁長約13m（含彎曲段），前段為直梁長約5m。利用手拉葫蘆提升管片吊機曲梁后段，將其后端放置到2#設備橋頂部，搭接長度約2m，與原中鐵裝備R59 盾構機安裝方式一致；前端吊起后放置在拼裝機行走梁下部，與后段搭接，定位后進行加固（與拼裝機行走梁）。先安裝后段，吊裝時注意雙梁平行度，后段全部放置到預定位置后安裝雙梁扁擔，將雙梁固定成整體，再安裝前段，注意2 段軌道梁間有圓形搭接位，確保搭接到位且平整。（圖1）牽引梁主要承受后配套拖車拉力，以及自身重力。共2 根牽引梁，后端配有拖拉液壓缸，長度可調節。在2#設備橋前端橫梁上設置吊耳，將牽引梁后端插銷插入吊耳；在拼裝機行走梁后端設置吊耳，將牽引梁前端插銷插入吊耳，完成安裝。牽引梁在管片吊機曲梁外側，安裝時注意結構干涉情況。（圖2）皮帶機整體懸掛在管片吊機曲梁上，從動滾筒部分使用2 個3T 手拉葫蘆掛在拼裝機行走梁后部，皮帶架使用花籃螺栓懸掛在雙梁中間的多個扁擔梁上。皮帶架在新設備橋固定后，安裝三聯式托輥。割除原皮帶劃傷部位，新購皮帶進行整體粘結。棄用原二次管片吊機，管片吊機、控制箱、遙控器、接收器等均使用R59 盾構機部件。

圖2 牽引梁示意圖

圖1 管片吊機行走曲梁示意圖

2.2.3.5 設備附件

原設備橋上的部件主要有蓄能器及液壓閥塊、泡沫發生器、氣體流量計，蓄能器及液壓閥塊改移到2#設備橋右側；在2#設備橋左側前端增設小平臺，將泡沫發生器、氣體流量計改移到該平臺上，設置支架固定。相應管線一并改移。

2.2.3.6 管線恢復

統計受損管線，在設備橋結構基本固定后復核長度是否合適。原設備橋上硬管采用軟管代替，在1#、2#設備橋、拼裝機行走梁后端設置接頭，方便連接。按出廠圖紙在電纜及管路上做好標志。牽引梁上有管線托架，沿左側牽引梁管線托架敷設，拐彎處留有一定余量，以應對拐彎時兩側拖拉液壓缸動作。

2.2.4 常壓開倉檢查

在盾構機修復的期間，同步進行常壓開倉檢查，查找盾構機扭轉原因。由于土倉內土位較高，螺機受損無法正常運轉，通過人工清理的方式，降低土位排倉。最終發現在盾構機推進過程中，中心滾刀脫落，同時由于巖層較硬，中心滾刀刀箱受卡，刀盤扭矩突然增大，盾構機與圍巖之間的摩擦力不足，導致盾體旋轉。項目部隨后對中心滾到進行更換，并對整個刀盤進行檢查，對磨損嚴重的刀具進行更換，對逐一對刀具連接螺栓進行加固。

2.2.5 驗收調試

按出廠說明書中要求對修復的各個系統進行驗收調試，洞內情況與工廠或現場驗收有差異，測試動作盡量減少對土體的擾動。在完成盾構修復工作后，先由項目部與廠家進行驗收檢查，合格后，報由監理工程師組織進行最終驗收，并完善最終驗收記錄。

3 結論

本工程盾構機修正復推由于是在洞內實施，安全風險高、作業空間小、工期壓力緊、各方面交叉作業、管理難度大，但是由于項目部處理及時，科學合理制定處置方案，積極調配各項資源，層層嚴格把關落實，成功克服以上各項困難，最終僅用時22 天，就順利完成盾構機洞內扭轉修正復推工作，為以后類似工程施工提供了參考。