地铁盾构机卡盾原因分析及处理技术

地铁盾构机卡盾原因分析及处理技术

覃朝辉

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南长沙 410000

摘要：本文以深圳地铁太子湾站～海上世界站区间小半径掘进过程中发生盾构机卡盾为例，分析盾构机发生卡盾的原因，并根据隧洞掌子面空间小、施工难度大等实际情况，制定了切实可行的脱困方案。通过脱困方案地实施，恢复了盾构机掘进。最后，结合工程实际情况，分析原因并研究在盾构机内如何安全、有效的解决盾构机脱困，为供类似工程提供参考。

关键词：盾构机 卡盾原因 脱困处理技术 预防措施。

Cause Analysis and Treatment Technology of Shield Jamming of Subway Shield Machine

QIN Zhaohui

( SINOHYDRO ENGINEERING BUREAU 8 CO.,LTD. Changsha, Hunan Province 410000 China)

Abstract: In this paper, taking the shield machine jamming during the small-radius tunneling between Taiziwan Station and Shanghai World Station of Shenzhen Metro as an example, the causes of the shield machine jamming are analyzed, and according to the actual situation of small tunnel face space and difficult construction, a practical and feasible scheme to get out of trouble is worked out. Through the implementation of the relief plan, shield tunneling was resumed. Finally, combined with the actual situation of the project, the reasons are analyzed and how to safely and effectively solve the problem of the shield machine getting out of trouble in the shield machine is studied, so as to provide reference for similar projects.

深圳地铁12号线太子湾站～海上世界站区间（下称太海区间）盾构法左线起点里程为ZDK2+332.186，终点里程为ZDK2+693.762，长361.576m；右线起点里程为YDK2+332.176，终点里程为YDK2+713.200，长381.024m。由太子湾站始发，穿越原蛇口码头，到达1#联络通道兼竖井接收。

本工程隧洞段盾构法的施工工艺为：在太子湾站大里程布置盾构机始发场地，采用2台铁建重工的复合式土压平衡盾构机（下称盾构机）分别从车站的左右线始发井口掘进施工，并最终在1#联络通道兼竖井接收接收、拆解。盾构法施工开挖断面为圆形断面，开挖外径为6480mm，衬砌后内径为5500mm。采用预制钢筋混凝土管片进行全断面衬砌，管片采用5+1分块形式，环宽为1500mm，厚度为350mm；管片块与块、环与环之间采用螺栓连接。

1 工程地质情况

根据地质报告，太海区间右线232环停机位置掌子面地层为中等风化碎裂岩，顶部为中等风化碎裂岩及强风化粗粒花岗岩地层，盾尾位置为中风化粗粒花岗岩，太海区间右线地质情况如下图所示。

图1 太海区间右线地质剖面图

2 推进过程

本区间盾构机掘进至232环时，掘进时速度5~10mm/min，推力15000KN~19800KN，扭矩820~1350KN•m。A组油缸掘进至476mm时，掘进速度降至1~4mm/min，推力达到20900KN，扭矩680~860KN•m，出现卡盾体现象。通过加大推力推进至1047mm时，速度降至0~1mm/min，盾体卡住无法继续推进，后经增加外部油缸增加推力的措施继续推进时无速度，判断盾体被围岩卡死。

图2 盾体外部油缸安装示意图

3 盾构卡机原因分析

根据现场的实际测量、开挖情况以及刀盘的刀具布置，盾体被卡的主要原因有四点。

3.1管理原因

在盾构掘进过程中应定时对刀盘和刀具损坏情况进行检查，以免边滚刀磨损超限。但在日常掘进施工过程中，并未定时对刀盘和刀具损坏情况进行检查，开仓后刀具磨损（边缘滚刀44#、45B#磨损达到12mm），边缘刀具磨损导致开挖直径不足，盾构机此时处于线路为R=400m曲线段，盾体前后端与开挖隧道存在夹角，231环继续推进时盾体两侧与岩层间已无间隙，导致盾体存在卡盾现象。

3.2操作不当，盾构机姿态变化大

盾构机掘进至231环过程中，盾构姿态发生较大变化，掘进参数设置不合理，出现掘进困难时，未深入分析原因，未制定有效措施。开仓更换被磨损的刀具后，直接在盾体外部增加油缸，继续推进完成232环并继续推进至1100mm时盾体被完全卡住。

3.3地质原因

盾体被围岩卡死里程为桩号YDK2+683.685，此处隧洞埋深为22.47m。根据地质勘探资料，结合土舱掌子面的围岩情况，洞身范围全断面为中等风化粗粒式花岗岩，实际已经达到了微风化的强度。经取芯试验，干燥状态平均单轴抗压强度为60MPa，围岩抗压强度较高，容易造成刀具磨损速度快，导致间隙变小，在姿态调整过程中容易造成卡盾。

4 盾构脱困处理措施

盾体被围岩卡死后，为了使盾构脱困，设计了2种方案：方案1是从隧道顶部地面在盾构机盾体两侧打设径向孔，增加盾体与岩层的空隙，地面钻孔采用潜孔钻进行施工，孔径110mm，孔间距200mm，距离盾体最外边沿100mm，但此方案缺点是埋深22.47m，地面钻孔无法垂直不偏位。方案2是先对前盾土仓内腰部侧壁位置进行刨除，开口高1m×宽0.8m；开口完成后，从土仓前盾开口位置往中盾进行岩层破除，破除高度1m，宽度0.5m，长度约3m，将卡住盾体的岩层进行破除后，盾体即可进行脱困。最终选择方案2。

4.1前盾开口

首先在前盾土仓内，分别在左右腰部侧壁的盾体上使用乙炔氧气焊切开高1m×宽0.8m的开口，从土仓前盾开口位置对露出的岩层进行钻孔、破除。

4.2水钻钻孔

用水钻从土仓前盾开口处的掌子面位置挖出一个工作坑，在土仓内没有固定钻机的位置，焊接支架固定钻机，接好冷却水管后开始钻孔取芯；控制好钻孔速度，钻孔直径为110mm，每次钻孔破碎深度为300〜700mm，每个钻孔间距为200mm，水钻够不到的地方采用风镐配合进行破除；相同方法在开口位置进行扩大掏槽，最后完成工作洞的挖除工作，满足人员在工作洞内作业。

4.3盾体腰线开挖

由于工作洞作业空间狭小，破除盾体腰线不能一次成型，只能分步进行，盾体腰线的开挖顺序如下：利用前盾土仓的开口位置分别向刀盘和盾尾方向掏槽开挖，每次钻孔开挖深度约200mm。掏槽完成后的工作洞满足人员通行和施工作业，因此工作洞截面尺寸净宽700mm，净高1600mm，如下图所示。

图3 太海盾构区间前盾两侧岩体凿除范围示意图

4.3盾体腰线以上开挖

腰线开挖完成后，盾构机试推进，但仍无法推进。经分析盾体的上部受围岩卡住而无法推进，需对盾体的上部围岩进行开挖。开挖按照以上步骤分步进行，完成盾体上部围岩的开挖。

5 盾构机脱困措施

经项目部多次研究，制定如下脱困方案：在前盾腰线位置开口，然后在岩层中开挖作业空间，满足人员进出。人员进入前盾腰线的作业空间后，采用钻孔与风镐破除分别往盾尾和刀盘方向开挖，并形成作业台阶，钻工可利用水钻取芯，从盾体两侧的腰线往盾体的上部半圆向反方向钻孔并排取芯，从盾体腰线以上径向扩大洞径，开挖尺寸根据实际情况调整。当检查盾体腰线以上有超过三分之一围岩与盾体脱离的情况，此时施工人员撤离现场，由盾构机司机进行试推，若无法推进，则重复以上步骤继续扩大顶拱的开挖范围，确保尾盾与围岩的间隙满足脱困要求，确保主动铰接与被动铰接全部伸出，最后经过增加辅助油缸配合，确保铰接不被拉断的情况下试推进，终于盾构机顺利脱困。

6 结语

本次盾构机脱困采用水钻和人工风镐破除的盾体周边岩体，作业空间狭小，效率低，工期长，导致盾构机停滞时间长，窝工费用高。建议地质和周边环境条件好的工程遇到卡盾情况，采用爆破开挖施工效率高、工期短。

为保证盾构机安全掘进，杜绝卡盾现象，项目部总结以下预防卡盾措施：（1）在刀具易磨损的硬岩地层掘进时，优先采用质量优良、耐磨性能好的新制刀具。（2）在曲线岩层段掘进时对磨损超过5mm的边缘保径刀、磨损10mm的其他边缘滚刀及磨损超过20mm的正面滚刀均进行更换，保证开挖直径和掘进效率。（3）在停机换刀前一环掘进时减少1~2方同步注浆量，同时注入2~3方膨润土浆液，保证停机期间膨润土浆液对注浆管及盾尾的一个保护作用，防止后部砂浆流至盾尾将盾尾包裹抱死。（4）掘进时发现推力大、扭矩小等掘进参数异常和盾构机姿态调整困难时，应及时开仓检查刀具。

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作者简介：覃朝辉（1987-)，男，广西河池市，本科，工程师，主要研究方向为施工技术管理。

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