浅谈盾构机洞内扭转修正复推措施

孙津津

（中国电建集团铁路建设有限公司，北京100000）

1 概述

某盾构区间设计1700 环，盾构机施工至1246 环处，千斤顶行程至900mm 时，掘进中刀盘扭矩突然增大，引起盾构机盾体旋转约45°，进而引起连接桥的扭转变形，盾构机无法正常掘进。为使盾构机复位至正常状态，并排除障碍，恢复盾构机正常掘进，确保施工安全、快速、有序进行，项目部制定了盾体机复位、修复等方案措施。通过各项措施的落实，顺利完成盾构机的修正复推工作。

2 主要处置措施

2.1 停机位置调查

盾构机停机位置位于直线段上，上坡3.787‰，隧道埋深15.4m。停机位置地表现状为绿化草地及树木，停机位置距离某小区直线距离最近20m，无其它建构筑物。通过对停机位置刀盘前方0.3m 位置进行地质补勘，发现目前盾构机所处地层为S1g-3 中风化泥岩，埋深15.4m，拱顶以上自上而下依次为素填土3.6m、粉质黏土4m、强风化泥岩2.4m、中风化泥岩5.2m，芯样抗压试验值7.5MPa，地层较为稳定，不需要实施加固措施。

2.2 主要技术措施

该事件一经发生，项目部立即邀请盾构方面的专家商讨处置措施，结合专家意见，制定了基本的处置步骤：（1）盾构机修正复位；（2）由盾构机厂家及项目部机电工程师检查盾构机受损情况，制定修复方案；（3）在盾构机修复的过程中，通过常压开仓的方式进土仓检查盾构机扭转原因；（4）验收调试。

2.2.1 盾构机修正复位

根据盾构机目前现状，完成连接桥断开及稳固后，通过新管线连接，确保盾构机推进系统正常后，先低速正、反两个方向转动刀盘，再次确定刀盘是否被卡住，如果刀盘被卡住，则实施方案一进行盾体复位，如果刀盘没有被卡住，则实施方案二进行盾体复位工作。

方案一：在确定刀盘被卡住的情况下，按照反向转动刀盘进行盾体复位。初始设定刀盘扭矩值3000kn.m，打开刀盘旋转，设定刀盘转速至0.3rpm，在刀盘扭矩上升至3000kn.m 时，观察盾体回转情况，如若盾体有回转迹象，则本方案成功，采用上述方法继续回转，直至盾体回转到位。如若盾体未有回转现象，则按照500kn.m梯度逐步增加扭矩，直至盾体出现回转，此时继续转动直至盾体复位。盾体回转到位后，再实施常压开仓作业，进行清仓排障。

方案二：确定刀盘能转动的情况下，结合目前在刀盘前方位置钻孔取芯的情况，确定刀盘前方的地层为全断面中风化泥岩，与地勘一致，地层自稳性好，具备常压开仓条件，可通过进入土仓清理，完成土仓清理后，进入土仓进行障碍物的检查及排除。具备条件后，采用水钻在掌子面上开洞，插入钢轨，将钢轨与刀盘焊接固定，然后缓慢转动刀盘，通过刀盘固定后的旋转增加的扭矩，迫使盾体回转。

通过现场实际操作，通过方案一，使盾构机顺利扭转复位。

2.2.2 盾构机受损调查

盾体扭转后，与拼装机行走梁搭接的设备桥受力扭转变形，通过与盾构机厂家共同与设备进行检查分析，得出盾构机受损如下：

2.2.2.1 推进系统

盾体扭转后，主推进液压缸撑靴上的尼龙板与管片摩擦，部分单缸尼龙板扭转、脱落、损坏。

2.2.2.2 螺旋输送机

螺旋输送机轻微偏转，前盾上螺旋输送机套筒法兰连接面轻微张口，部分螺栓螺纹松脱，未见漏水漏渣，表明其密封尚未失效。螺旋输送机第二道后闸门（下）闸板变形，开闭液压缸弯曲失效。

2.2.2.3 拼装机

拼装机整体结构良好，管线履带变形，人行平台及走道变形。

2.2.2.4 设备桥

1#设备桥结构严重变形，已失效；2#设备桥轻微变形。

2.2.2.5 皮带机系统

1#设备桥处第1 节皮带架严重变形，已失效；2#设备桥处局部轻微变形。

2.2.2.6 管片吊机

1#设备桥处的二次管片吊机行走梁严重变形，已失效，管片吊机损坏。一次管片吊机前端1 节行走梁变形，一次管片吊机未受损。

2.2.2.7 设备附件

1#设备桥管线失效；1#设备桥上的蓄能器、泡沫发生器未受损。

2.2.3 盾构机受损修复

2.2.3.1 推进系统

统计撑靴尼龙板损坏数量，定制全新尼龙板替换。因推进系统管路已断开，推进液压缸无法动作，暂时无法更换。待推进管路恢复后，在调试阶段进行更换。更换时单根收缩推进液压缸，更换完成后液压缸伸出抵住管片，逐一进行，禁止同时收缩多根液压缸。

2.2.3.2 螺旋输送机

螺旋输送机轻微向左偏转，使用手动分体千斤顶或手拉葫芦将螺旋输送机结构回中。回中后更换螺旋输送机套筒与螺旋输送机螺栓及螺母。第二道后闸门整体拆下，更换盾构机的第二道后闸门总成。

2.2.3.3 拼装机

矫正变形的人行平台及走道。矫正变形的管线履带。

2.2.3.4 设备桥

2#设备桥变形轻微，使用功能未受影响，使用千斤顶重新安放到台车轨道上，矫正后进行加固。1#设备桥结构已失效，采用现有中铁装备R59盾构机设备桥代替。该设备桥为简支结构，共包含2 根牵引梁（含管线托架）、管片吊机行走双曲梁、皮带架及皮带从动滚筒，解体后可运输至盾体后部组装，前端与拼装机行走主梁连接，后端与2#连接桥连接或搭接。连接桥直接通过电瓶车运输至隧道内进行安装，可不需要再实施隧道内台车的拆解和后退工作。牵引梁上各带有牵引液压缸，可调节牵引梁长度，故安装的顺序为管片吊机曲梁安装→牵引梁→皮带架及皮带从动滚筒。各部件拆解后重量不超过3t，使用20mm 钢板制作8 字型吊耳，利用管片螺栓固定到管片顶部2、10 点位，挂3t 手拉葫芦辅助安装。管片吊机曲梁主要承受其自重、皮带架及渣土重力，基本不承受轴向拉力。单侧管片吊机曲梁共2 段，后段曲梁长约13m（含弯曲段），前段为直梁长约5m。利用手拉葫芦提升管片吊机曲梁后段，将其后端放置到2#设备桥顶部，搭接长度约2m，与原中铁装备R59 盾构机安装方式一致；前端吊起后放置在拼装机行走梁下部，与后段搭接，定位后进行加固（与拼装机行走梁）。先安装后段，吊装时注意双梁平行度，后段全部放置到预定位置后安装双梁扁担，将双梁固定成整体，再安装前段，注意2 段轨道梁间有圆形搭接位，确保搭接到位且平整。（图1）牵引梁主要承受后配套拖车拉力，以及自身重力。共2 根牵引梁，后端配有拖拉液压缸，长度可调节。在2#设备桥前端横梁上设置吊耳，将牵引梁后端插销插入吊耳；在拼装机行走梁后端设置吊耳，将牵引梁前端插销插入吊耳，完成安装。牵引梁在管片吊机曲梁外侧，安装时注意结构干涉情况。（图2）皮带机整体悬挂在管片吊机曲梁上，从动滚筒部分使用2 个3T 手拉葫芦挂在拼装机行走梁后部，皮带架使用花篮螺栓悬挂在双梁中间的多个扁担梁上。皮带架在新设备桥固定后，安装三联式托辊。割除原皮带划伤部位，新购皮带进行整体粘结。弃用原二次管片吊机，管片吊机、控制箱、遥控器、接收器等均使用R59 盾构机部件。

图2 牵引梁示意图

图1 管片吊机行走曲梁示意图

2.2.3.5 设备附件

原设备桥上的部件主要有蓄能器及液压阀块、泡沫发生器、气体流量计，蓄能器及液压阀块改移到2#设备桥右侧；在2#设备桥左侧前端增设小平台，将泡沫发生器、气体流量计改移到该平台上，设置支架固定。相应管线一并改移。

2.2.3.6 管线恢复

统计受损管线，在设备桥结构基本固定后复核长度是否合适。原设备桥上硬管采用软管代替，在1#、2#设备桥、拼装机行走梁后端设置接头，方便连接。按出厂图纸在电缆及管路上做好标志。牵引梁上有管线托架，沿左侧牵引梁管线托架敷设，拐弯处留有一定余量，以应对拐弯时两侧拖拉液压缸动作。

2.2.4 常压开仓检查

在盾构机修复的期间，同步进行常压开仓检查，查找盾构机扭转原因。由于土仓内土位较高，螺机受损无法正常运转，通过人工清理的方式，降低土位排仓。最终发现在盾构机推进过程中，中心滚刀脱落，同时由于岩层较硬，中心滚刀刀箱受卡，刀盘扭矩突然增大，盾构机与围岩之间的摩擦力不足，导致盾体旋转。项目部随后对中心滚到进行更换，并对整个刀盘进行检查，对磨损严重的刀具进行更换，对逐一对刀具连接螺栓进行加固。

2.2.5 验收调试

按出厂说明书中要求对修复的各个系统进行验收调试，洞内情况与工厂或现场验收有差异，测试动作尽量减少对土体的扰动。在完成盾构修复工作后，先由项目部与厂家进行验收检查，合格后，报由监理工程师组织进行最终验收，并完善最终验收记录。

3 结论

本工程盾构机修正复推由于是在洞内实施，安全风险高、作业空间小、工期压力紧、各方面交叉作业、管理难度大，但是由于项目部处理及时，科学合理制定处置方案，积极调配各项资源，层层严格把关落实，成功克服以上各项困难，最终仅用时22 天，就顺利完成盾构机洞内扭转修正复推工作，为以后类似工程施工提供了参考。