盾構刀盤泥餅成因及預防措施

張 佩佛山市鐵路投資建設集團有限公司（528000）

盾構刀盤結泥餅是盾構在風化（全、中）泥巖、泥質粉砂巖、泥質砂巖、粉土、淤泥質土、粉質黏土等黏性地層中掘進時普遍遇到的一種困難。它是盾構在上述地層中掘進時，刀盤切削下來的渣土滯留在刀盤和盾構開挖面之間，經(jīng)盾構機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]。當盾構刀盤結泥餅時，刀盤上的刀具會逐漸被固體黏土糊住[2]，導致切削地層時刀具貫入度降低；當?shù)毒咄耆荒囡灨采w時，刀盤已經(jīng)變成了一個鈍體圓柱，將使盾構刀盤徹底失去掘削能力[3]，同時會使掘進風險的可控性大大降低，對設備安全造成極大威脅。因此對盾構刀盤結泥餅的成因進行分析和采取有效預防措施顯得尤為重要。

1 工程概況

地鐵三號線東樂路站～大良站區(qū)間隧道，采用盾構法施工，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)間盾構施工主要受具有承壓的基巖風化裂隙水影響。洞身主要穿越淤泥質粉細砂、粉質黏土、中風化泥質粉砂巖、強風化泥質粉砂巖、全風化泥質粉砂巖。

2 結泥餅情況分析

盾構掘進120～193環(huán)，土壓力控制在200～210 kPa， 推進速度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194環(huán)～199環(huán)時，地下水含量明顯突增，中風化泥質粉砂巖含量明顯增加，螺旋機稍有噴涌現(xiàn)象，土壓力控制在180kPa，推進速度為20mm/min，盾構推力增加至16000kN，刀盤扭矩2500 kNm，刀盤前方及盾體周邊稍有沉降。

當掘進200～202環(huán)時，地下水含量較大，推進過程中螺旋機嚴重噴涌，出土量（含水量較大）難以保證，推進速度最多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。螺旋機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)及渣土取樣進行分析，地層地質發(fā)生突變，由強風泥質粉砂巖為主突變?yōu)橹酗L化、強風化泥質粉砂巖為主，地下水含量明顯增加，造成螺旋機噴涌，刀盤扭矩、總推力、推進速度等參數(shù)嚴重突變，掘進參數(shù)波動較大，渣土溫度逐步上升，加速刀盤結泥餅風險。結合這些現(xiàn)象判斷，刀盤可能出現(xiàn)結泥餅現(xiàn)象。

3 處置措施

召開專家咨詢會，進行開倉作業(yè)，發(fā)現(xiàn)刀盤中心及面板外側開口處結泥餅較嚴重，立即進行泥餅清理作業(yè)。

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

避免施工參數(shù)惡化，立即對土倉添加分散劑與水的混合液，并充分攪拌均勻浸泡，利用分散劑對土塊土體進行分散、分離，預防泥餅結成。

加強對刀盤中心、土倉壁板、被動攪拌棒處改良劑注入，確保刀盤開口及土倉壁板渣土流動性。

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

施工過程中，結合沉降監(jiān)測情況，推進過程適當降低控制土倉壓力，采用氣壓輔助掘進模式?，F(xiàn)場加強對盾構司機操作指導，提高盾構司機應變及處理異常能力。加強對渣土溫度進行檢測，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，在盾構穿越中風化泥質粉砂巖地層中，從203環(huán)掘進至320環(huán)，總推力在18000～23000kN，刀盤扭矩在 2500～3400kN·m，推進速度30～40mm/min，總推力及刀盤扭矩仍然較高，因此過程中及時調(diào)整泡沫注入配比，及時采用分散劑浸泡土倉，保持連續(xù)施工作業(yè)，進行二次注漿止水，有效地避免了結泥餅現(xiàn)象，順利通過了中風化泥質粉砂巖地質及地下水豐富區(qū)域。

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

5 結語

要想解決盾構刀盤結泥餅這一問題，必須嚴格控制盾構施工中的掘進參數(shù)和盾構操作規(guī)程，特別注意刀盤推力、扭矩和掘進速度的變化。通過掘進參數(shù)的變化來及時判斷刀盤結泥餅的情況，采取適當?shù)奶幹么胧┛梢杂行p少施工風險和成本。