泥水平衡盾構(gòu)過復合地層前系統(tǒng)性改造

蔡珍

摘 要：根據(jù)上一個標段的復合式泥水平衡盾構(gòu)在泥質(zhì)巖層掘進時出現(xiàn)的“糊”刀盤的情況，針對南寧劇場站～朝陽廣場站盾構(gòu)區(qū)間長距離在泥巖段及復合地層段掘進，其中下穿邕江段泥巖覆土較淺不具備開倉條件，根據(jù)本項目地質(zhì)情況對泥水平衡盾構(gòu)本身的沖刷系統(tǒng)進行了改造，在改造完成后盾構(gòu)的主要掘進參數(shù)有了很大改觀，保證了順利盾構(gòu)的掘進。

關鍵詞：泥水平衡盾構(gòu)；泥質(zhì)粉砂巖及圓礫復合地層；系統(tǒng)改造

南寧市軌道交通1號線一期工程土建11標包括兩站四區(qū)間，標段施工內(nèi)容包括2個明挖車站、4個盾構(gòu)區(qū)間隧道。其中南寧劇場站～朝陽廣場站區(qū)間隧道全長1492米，采用兩臺泥水平衡盾構(gòu)（海瑞克S367和NFM-07）掘進施工。本文主要對海瑞克S367過江段泥質(zhì)粉砂巖及圓礫復合地層的泥水平衡盾構(gòu)系統(tǒng)的改造進行探討。

1.泥水平衡盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)概況

根據(jù)勘察、地層劃分和不良地質(zhì)現(xiàn)象，對穿越部位巖土層工程特性進行分析，區(qū)間的地層分布主要有砂土、碎石土、基巖等幾種巖土類型。

南～朝區(qū)間隧道穿越地層地質(zhì)從上往下主要為素填土①2、淤泥質(zhì)粘土②2-1、粉質(zhì)粘土②2-2、粉土③1、粉細砂④1-1、圓礫⑤1-1、粉砂質(zhì)泥巖⑦1-2、粉砂質(zhì)泥巖⑦1-3、泥質(zhì)粉砂巖⑦2-3地層。其中盾構(gòu)洞身主要以⑤1-1圓礫層、粉砂質(zhì)泥巖⑦1-2為主。

2泥水平衡盾構(gòu)系統(tǒng)改造

2.1 海瑞克S-367沖刷系統(tǒng)改造

海瑞克S367泥漿沖刷系統(tǒng)采用新增泥漿沖刷泵，其主要參數(shù)：泥漿泵流量 500～600m3/h，泵出口壓力 3～5Bar，底部兩路DN150泥漿管（每一出口處改造成兩路DN80）沖刷氣墊倉碎石機前部，上部兩路DN80泥漿管沖刷刀盤倉，中部一路DN150泥漿管沖刷至開挖中心掌子面，底部一路DN150泥漿管沖刷碎石機后部格柵，下圖為泥漿循環(huán)系統(tǒng)和進出孔位置圖：

圖1 S-367泥漿循環(huán)原理圖S-367泥漿孔位置布置圖

2.1.1新增的泥漿沖刷系統(tǒng)泥漿泵功率約為 132KW，用來代替盾構(gòu)機上 55KW 泥漿泵。

2.1.2該系統(tǒng)與盾構(gòu)機原泥漿循環(huán)系統(tǒng)互相獨立，可單獨操作。

2.1.3該系統(tǒng)可通過開關泥漿管路上的球閥進行相互切換，可根據(jù)需要沖刷碎石機、刀盤、泥水艙泥漿門及 P2.1 泵。泥漿沖刷泵增設完成情況

2.2在碎石機鄂部位增加一套攪拌樁

左右各焊接一根攪拌樁，用來攪拌碎石機前方的積渣，使其與泥漿充分混合，進行渣土改良，便于排漿。攪拌樁加工尺寸為200*150*100mm。

2.3刀盤沖刷系統(tǒng)改造

本次改造將沖刷刀盤噴口進行改進，主要是將噴口延長，使噴口盡量接近刀盤，達到?jīng)_刷效果。下圖為刀盤沖刷噴口焊接位置示意圖：

R2100～2500；焊接區(qū)域；R1560～1900

圖2刀盤沖刷噴口焊接位置示意圖

具體改造方法如下：

2.3.1刀盤沖刷噴口延長需要考慮在掘進過程中噴口的受力問題，因此，借鑒其他泥水盾構(gòu)泥漿噴口的設計，本次改造將噴口設計成被動攪拌樁的形式，即滿足噴口延長的要求，也滿足受力要求。長度延長至 600mm，噴口正對刀盤設置，噴口直徑 75mm。

2.3.2由于刀盤上已焊接有兩個運行軌跡的攪拌樁，即 R1900～2000 及 R2815～2935，同時需另外增加兩根對稱的攪拌樁，攪拌樁的運行軌跡設計為 R2595～2715，因此需在避開上述三個攪拌樁軌跡的前提下設置噴口，故焊接區(qū)域設計為 R1560～1900 及 R2100～2500，兩區(qū)域內(nèi)各焊接一個。

2.4進漿管主管路增加單向閥

進漿管主管路球閥（V30 球閥）增加單向閥根據(jù)以往掘進經(jīng)驗及其他泥水盾構(gòu)施工的實際案例，進漿管管路上的球閥開關、切換頻率較高，易磨損，球閥磨損后，在進行旁通循環(huán)的過程中，泥水艙內(nèi)的泥漿會返回至進漿管路，造成艙內(nèi)泥漿流失，壓力降低。故本次改造時考慮在進漿管路主球閥（V30 球閥）后增設一個單項閥。

2.5 增加攪拌樁

2.5.1設計在刀盤上對稱焊接 2 根攪拌樁，主要作用是增加泥漿門攪拌范圍，防止泥漿門處積渣，保證出渣通道的順暢。根據(jù)泥漿艙門的尺寸及空間位置可知，泥漿門所在位置的半徑范圍是 R2515～2965，泥漿門處原有攪拌樁的運行軌跡為 R2815～2935；考慮上述參數(shù)，設計新增攪拌樁的運行軌跡為 R2595～2715。

2，6增加焊接撕裂刀

2.6.1設計在刀盤面板焊接部分撕裂刀，要求為每把滾刀或撕裂刀配置一把焊接撕裂刀，焊接撕裂刀與滾刀或撕裂刀的運行軌跡相同。根據(jù)刀盤刀具分布情況，計劃在 8～38 號刀具運行軌跡上各焊接一把撕裂刀（焊接撕裂刀 B8 對應刀箱刀號為 8#的刀具，以此類推），共31 把。焊接撕裂刀高出刀盤面板 160mm。

2.7不同地質(zhì)段的刀具配置

南朝區(qū)間左右線泥水盾構(gòu)掘進，為了保證盾構(gòu)機在不同地質(zhì)段的順利掘進，根據(jù)施工組織安排，左右線施工掘進中均設置兩次開艙檢查、更換刀具的工序。第一次為盾構(gòu)掘進至泥巖段（過邕江前）開艙檢查、更換刀具，該工序主要是將適用于圓礫地層的滾刀更換為適用于泥巖地層掘進的可更換撕裂刀；第二次為盾構(gòu)出洞前開艙檢查、更換刀具，該工序主要是進行刀具的檢查工作，確保盾構(gòu)順利出洞。因此，刀具配置主要采用兩種方式，即圓礫地層和泥巖地層刀具配置，兩種刀具配置方式的不同之處在于安裝滾刀和可更換撕裂刀的數(shù)量不同。

進入泥巖地層后將刀盤正面上雙刃滾刀更換為雙刃撕裂刀，刀盤邊緣的邊滾刀更換為球齒滾刀，此即為泥巖地層與圓礫地層刀具配置的主要區(qū)別；其余刀具配置不變。

3系統(tǒng)改造的效果

S367在改造完成后，盾構(gòu)的掘進過程中發(fā)現(xiàn)，主要掘進參數(shù)如推力，扭矩，掘進速度，明顯好于原項目施工參數(shù)。在到達全段面中風化泥質(zhì)粉砂巖巖層后，項目組織相關人員常壓進倉對刀具進行檢查，發(fā)現(xiàn)在正對沖刷口的雙刃滾刀基本正常磨損，未出現(xiàn)刀具被“糊”的情況。

4總結(jié)

盾構(gòu)機是一種隧道掘進的專用工程機械，要按照不同的地質(zhì)進行“量體裁衣”式的設計、改造，在上次過江施工中，由于在盾構(gòu)大修、改造期間未對設備的沖刷系統(tǒng)進行整體的改造，導致在后續(xù)的施工中，影響了總體施工進度，在對本項目泥水盾構(gòu)進行系統(tǒng)改造后，盾構(gòu)的推力、扭矩、掘進速度有了明顯的改善，保證了盾構(gòu)的正常施工。在以后的盾構(gòu)施工前須根據(jù)施工地質(zhì)情況對整個盾構(gòu)機進行系統(tǒng)、完整的改造。

參考文獻

[1]陳建，張寧川，呂建樂.S259號泥水盾構(gòu)機改造.[J]隧道建設，2008（27）：71-75.

[2]唐高洪 南寧劇場站～朝陽廣場站盾構(gòu)區(qū)間泥水盾構(gòu)再制造評估報告

（作者單位：廣州軌道交通建設監(jiān)理有限公司）