沈福良 馬俊江 賈剛 何建忠 王慧慶

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一.盾構機刀盤結泥餅原因分析

1. 隨著國內城市建設的加快，各大城市的軌道交通建設越來越多，因為盾構機施工自動化和機械化程度高，并且具有施工安全、施工速度快、對城市地面環(huán)境影響小等諸多優(yōu)勢，所以盾構機在城市隧道軌道交通施工中應用越來越普遍。但是因為刀盤結泥餅問題所導致的盾構機施工安全及影響施工進度等重要問題一直困擾著盾構施工人員及盾構機設計人員。針對此問題，在盾構機設計及盾構機施工過程中也一直嘗試著各種改進措施，目的就是有效的解決盾構機掘進過程中的刀盤結泥餅問題。

2. 粘土是形成泥餅的主要成分，刀盤結泥餅過程大概為：首先刀盤中心被渣土填滿，隨著渣土溫度的不斷升高，刀盤中心形成泥餅并導致刀盤中心輔助液體注入口被堵失效，隨之，刀盤切削下來的渣土溫度逐漸升高，部分初級形成的泥餅封住部分刀盤開口；隨之，泥餅不斷的由刀盤中心逐漸向刀盤外周擴散；最終，泥餅將刀盤大部分開口堵住并將刀盤輻條輔助液體注入口封堵失效。

3. 刀盤不停轉動，泥餅溫度越來越高，溫度變高導致泥餅燒結成為更加堅硬的泥餅，當泥餅形成后，盾構機的推力逐漸增大、刀盤扭矩逐漸變小，推進速度也明顯降低。當?shù)侗P形成泥餅后刀盤刀具切削面主要是刀盤泥餅與切削掌子面的摩擦，使土倉溫度逐漸升高，對刀盤結泥餅問題造成惡性循環(huán)，使刀盤結泥餅越來越嚴重。被切削下來的泥土與水慢慢被攪成糊狀，在土倉水壓和氣壓的共同作用下在富水地層極易發(fā)生噴涌現(xiàn)象。如果刀盤在結泥餅狀態(tài)下長時間掘進，還會經(jīng)常導致刀盤主驅動溫度過高，并會伴隨著主驅動主軸承溫度過高報警停機現(xiàn)象。可見，刀盤結泥餅在盾構機施工過程中會對盾構機設備本身及施工過程造成非常嚴重的后果

二.刀盤結泥餅處理措施

針對刀盤結泥餅問題，提出以下幾項見解。

1.改善刀盤開口率

由于一般的輻條加面板式適用于復合地層的刀盤開口率一般不會超過35%，這種小開口率就大大增大了刀盤在施工過程中結泥餅的概率。所以適當?shù)募哟蟮侗P開口率，尤其是加大刀盤中心開口是降低刀盤結泥餅的有效措施。實踐證明，將刀盤面板適當減少，同時將刀盤輻條由板拼箱體改為圓管輻條，能大大增大刀盤中心及整體開口率。

2.刀盤中心增加高壓水路

由于刀盤結泥餅一般都是從刀盤中心開始，再逐步向刀盤邊緣蔓延的，所以最關鍵的是控制刀盤中心泥餅的最先形成。在前盾土倉胸板的刀盤中心位置可以適當設置高壓沖洗水路，在盾構機掘進過程中，隨時觀察盾構機的推力、刀盤扭矩及掘進速度和主驅動軸承溫度等，如上文所述，一旦發(fā)現(xiàn)異常馬上將高壓水路開啟，對刀盤中心進行高壓沖洗，該措施將會對去除初期中心泥餅起到重要作用。

3.刀盤攪拌棒優(yōu)化

刀盤攪拌棒的作用是將刀盤切削下來的渣土快速攪拌松散并通過螺旋機快速排出，如果刀盤土倉攪拌棒布置合理+攪拌棒長度足夠，就會對刀盤切削下來的渣土形成有效的攪拌，大大降低刀盤泥餅的形成。

4.刀盤輔助噴口優(yōu)化

刀盤輔助液體噴口一般會在刀盤中心設置一個+刀盤輻條設置若干個，首先要保證刀盤輔助液體噴口不易被堵住，這就要求噴口的結構設計合理，在噴口噴射輔助液體時迅速開啟，當停止噴射是馬上閉合，不讓渣土有機可乘。噴口中心的十字橡膠板必須做好前后支撐，而且材質必須好，盡量采用進口材質。

5.刀盤刀具的合理布置

合理的刀盤刀具布置，首先要保證各種刀具的切削軌跡要覆蓋整個刀盤面。一般的刀盤配置先行刀和刮刀，針對特殊復合地層配備滾刀，先行刀的刀刃高度會比刮刀的刀刃高度高出40-50mm,這樣只能保證先行刀先接觸掌子面土體，緊接著刮刀就會接觸土體和被切削下來的渣土，這種刀具配置如果在富含粘土的地層極易形成泥餅。

設計合理刀具高度差：將先行刀設置成兩種或三種高度，使先行刀形成高差，刮刀設置成兩種高度，使刮刀也形成高度差，同時先行刀與刮刀也有高度差。有效的刀具布置加上合理的刀具高差設計，保證刀高最低的一層刮刀盡量少和晚的接觸掌子面和被切削的渣土，這樣能有效的避免刀盤結泥餅。

6.合理的施工管理

在施工過程中，首先要控制好盾構機掘進速度與螺旋機出土速度的匹配度，不能在土倉內積聚過多渣土，這樣能有效避免土倉溫度升高。

要嚴格按照盾構機操作規(guī)程施工，刀盤輔助噴口要加注足夠的輔助液體使掌子面土體和土倉內堆積的渣土充分混合對其進行改良，利用輔助液體在刀盤面板與掌子面之間形成泥膜，減小刀盤與掌子面之間的摩擦。隨時密切關注盾構機掘進參數(shù)，特別像盾構機掘進速度、推力、刀盤扭矩和主驅動主軸承溫度等關鍵參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常馬上采取及時有效措施或停機處理，先進合理的施工現(xiàn)場管理不僅對刀盤結泥餅能有效避免，在其它施工方面也能起到關鍵的預防作用。

三.結語

綜上所述，刀盤結泥餅問題已經(jīng)成為困擾盾構施工多年的大問題，以上論述僅為本人在工作過程中積累的的個人見解，分析的角度不夠全面，見解不夠深入。針對刀盤結泥餅問題，還需要同行業(yè)的同仁們不斷額進行探索和實踐，相信一定會總結出更有效的解決辦法，同行們共勉！