上行线盾构姿态上浮事故及处理

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1、上行线盾构姿态上浮事故及处理1区间上行线盾构姿态上浮情况目前区间上行线盾构已掘进至 151 环，掘进过程中因姿态上漂 严重及无法控制，盾构已被迫二次停止施工，于 10 月 27 日第一次停止盾构施工，当时盾构掘进至 107 环，盾构前点垂直方向偏离设 计轴线380mm后点偏离设计轴线320mm。盾构带压进仓施工后， 当盾构掘进至 151 环时，由于盾构姿态上浮无法控制，于 12 月 27 日再次停止施工。现分阶段进行详细情况描述：1.1盾构正常施工段情况在上行线始发及掘进至 62 环过程中，盾构各项掘进参数正常， 地面沉降控制在规范及设计要求范围值内，盾构掘进推力不大，基本 上在10000KN

2、18000KN之间，推进速度为2040mm/min，出 土量控制在4045ma，姿态能控制自如。1.2不正常段盾构施工（带压开仓前）区间上行线盾构在掘进 6387 环过程中，盾构推力每环递增并稳定于 20000KN 及以上，且盾构的盾尾出现上漂趋势，单环垂直变化量为+3 + 5mm。盾首姿态基本可控；在掘进8892环过程中，盾体上漂的趋势加剧，其表现为盾首和盾尾全部开始出现上漂，单环变垂直化量为+6 + 10mm ;在掘进9295环过程中，盾体上漂趋 势进一步加剧，特别是盾首单环最大垂直变化量达到+20mm，在后 续的 12 环掘进中采取了一系列措施进行纠偏，但盾构上漂的趋势一 直无法得到控制

3、，平均每环的上漂值到达20mm，即在107环掘进 完成后停止施工。停工后，我部采取了带压开仓的措施，对刀盘及刀 具进行清理及更换。1.3带压开仓后的正常掘进段通过带压开仓、推进油缸重新分区及设计线路调坡等措施，上行 线盾构于 12 月 5 日恢复掘进。恢复掘进中进行了 3 次调坡调线，在 第三次调坡前，在 108 环128 环掘进过程中盾构具备纠偏能力，盾 构姿态基本可控。1.4 带压开仓后的不正常掘进段第三次调坡后，在 130142 环推进过程中，在上下推进油缸差 控制在100150bar（上部大于下部）情况下，盾构姿态出现上漂现 象。在推进 143147 环开始，为了控制盾构姿态，我部将上

4、下油缸 压力差加大至 200250bar 之间，垂直姿态并没得到良好控制，盾 首姿态每环变化值仍为+6+8mm。在推进 150 环之前，我部将第 3、17 组油缸重新分区至 D 区， 在恢复掘进时，姿态仍然无法得到有效控制，由于盾构前点垂直姿态 达到9mm，盾构再一次停止施工。2盾构上漂原因分析及采取的措施盾构带压开仓前，我部从盾构测量系统、盾构推进系统、盾构操 作方面及地质情况方面进行排查及采取措施，均未消除盾构姿态上漂 的趋势，且情况向不利的方向发展。为了排除刀具磨损及结泥饼的原 因，我部已选择进行盾构带压开仓措施，消除了刀具磨损及刀具结泥 饼方面的影响，但是带压开仓后的盾构垂直姿态仍然不

5、可控。2.1盾构第一次带压开仓前情况盾构机出现上浮现象后，我部首先采取了以下一些措施：1）对盾构机姿态、成型隧道管片、自动测量系统顶台及测量控制点进行复测无异常。自动测量系统中输入的线路参数核对无误。2）对盾构设备进行了全面检查，特别针对推进油缸、铰接油缸 全部进行检测，设备性能无异常。3 ）调节上部驱进油压限值（由220bar调至300bar），掘进过 程中增大上部油压（290bar），减小下部油压（30bar）过程中为减 小 下 部 推 力 ， 屏 蔽 了 34 组 油 缸 。 同 时 降 低 掘 进 速 度（515mm/min）。4）同步注浆量只注入上部两个点位，下部两个点位停止注浆，

6、单环注浆量达到 56m3。5）增加配重：在 101104 环施工过程采取了增加配重的措施， 配重分两次加载在 101102 环加载了 7 吨左右配重，在 103104 环再增加了 9 吨左右共计加载了 16 吨左右。加载位置位于人仓及盾 体前部。6 ）增大上部土压及总推力：为给盾构到提供足够的反力，在105107米取了增加上部土压（有原来的 0.50.6bar，提咼到 1.01.2br），加大推力（推力提高至2200t）的措施，同时为消除铰 接及盾尾间隙异常给盾构掘进带来的不利影响，掘进过程中有意识的 调整铰接油缸行程及盾尾间隙。但是以上一些措施均未消除盾构上浮的影响。2.2盾构第一次带压开仓

7、（1）上行线盾构姿态不可控施工过程中，存在以下几个主要施1）在盾构姿态不可控整个过程中，盾构推力都比较大，基本上都在20000KN及以上局部地段推进过程中推力需达到25000KN ,才能推动盾构机，速度勉强达到 25mm/min。2）带压开仓施工前，在盾构顶部推进油缸压力大于底部推进油缸压力的情况下，而存在顶部油缸行程小于底部油缸行程的状况。2）出现以上一些问题及现象，我部初步分析可能存在以下几个原因：1）由于渣土改良效果不佳的原因，盾构刀盘边缘滚刀、刀圈边缘可能被泥土糊住，影响边缘滚刀切削土体的功能。2）刀盘面板局部被轻微糊住，降低了刀盘面板的开口率，不利于掌子面土层进入土仓，致使在大推力情

8、况下，速度较低的原因。3）刀具选型设计上存在缺陷。最大开挖直径 6250mm 的边缘 刮刀不能充当扩挖切削土体的功能（前盾直径6250mm，边缘滚刀 最大开挖直径6280mm），在开挖直径为6280mm的边缘滚刀失去 切削功能后，不能有效扩挖掌子面土体，影响盾构姿态纠偏。由于可能存在以上原因，在盾构推进中，将造成盾构姿态无法控 制、盾构推力较大、速度较小且不稳定、盾构刀盘扭矩时大时小的现 象。此种原因造成的现象与我们实际施工中遇到的现象基本一致（3）盾构带压开仓措施结合专家会评审会专家意见及现场情况，我部选择盾构带压开仓进行刀盘刀具的清理、刀具检查及更换，刀具更换情况如下：（1）开仓作业时，首

9、先对刀盘、刀具表面渣土进行清理，然后 检查刀具磨损情况。（2）根据开仓情况，19#、30#刀具存在偏磨情况，磨损量约 1cm左右，其它刀具情况基本无磨损，现已对 19#、30#滚刀进行更换。（3 ）垫高了 41#滚刀，吏刀具开挖直径达到6300mm ,对40# 滚刀进行了更换，并垫高了 40#滚刀。2.3盾构第二次带压开仓1）第一次带压开仓后，存在以下一些施工现象：1）在盾构姿态不可控整个过程中，盾构推力都比较大，基本上都在 20000KN 及以上，在如此大的推力下，推进速度也能达到2030mm/min。2）在上部千斤顶油压大于下部千斤顶油压的情况下，盾构顶部推 进油缸行程能大于底部油缸行程，

10、且盾构机能保持下俯状态下，但盾 构机姿态并不能降低，而是整体往上漂。3）在150 环盾构推进过程中，渣土中发现年代较久的黑状木材，再继续推进中，发现大量经切碎的黑状木材。2）出现以上一些问题及现象，我部认为可能存在以下几个原因：1）渣土改良效果不佳，边缘滚刀可能被糊住，吏刀盘失去切削土体的能力，不能有效扩径，吏盾构机不能有效纠偏。2）渣土中发现越来越多经刀盘破碎的黑状木纤维，如果刀盘底部区域存在障碍物，其对盾构姿态会造成了一定的影响。（3）盾构二次带压开仓为了排除以上一些原因，根据各位专家的意见，我部采取了第二 次进仓作业。但是在第二次带压开仓过程中，均排除了 41#边缘滚刀 再次被磨掉或者糊

11、住、中心刀盘处被糊住而减少开口率的可能性，也 排除了地下障碍物的影响。2.4盾构二次带压开仓后情况经过二次盾构带压开仓及一系列措施，均未有效解除盾构姿态上 浮，后续过程中，我们继续咨询全国各地的盾构专家，根据他们的意见，进行了大量盾构掘进参数的再次统计及分析。（1）在研究分析过程中，发现了以下现象，并得到一些专家的认可：1 ）在盾构姿态不可控地段，盾构姿态都呈一个倒“/”字形，即铰接姿态比盾首姿态高68cm,关键铰接姿态一直比盾尾姿态高24cm。2）盾构掘进过程中，铰接压力一直较大，都处在 150bar 及以上， 很多是时候其压力都处于 300bar 左右。2）我部初步分析：目前盾构掘进处在上

12、软下硬地层中，且上部为稳定性较差的富水 砂砾层，盾尾的趋势与设计线路下坡趋势相反，且盾尾被砂层覆盖住， 盾构推力的作用方向没与盾尾在一条轴线上，有一定的角度，从各种 参数及数据可以看出，盾构推力作用线与盾尾轴线角度越大，铰接压 力越大，盾构所需的推力也越大，这也是速度一直较慢的原因，说明 盾构推力没有有效作用到掌子面前面，而是消耗在盾尾部分。所以后续采取措施是使盾尾姿态顺应线路坡度，能使盾构推力顺 着盾尾的方向拔出被砂层压住的盾尾。（3）针对性措施要解决倒“V”字形盾构姿态的问题，首先需拉伸盾构底部铰接油 缸，使铰接油缸行程从 0mm 开始变大，最终使铰接、盾尾两者的姿 态能顺应设计线路的方向

13、，主要采取了以下措施：1）推进前，在盾尾底部（对应 B 组油缸位置）焊接两个工字钢， 同时，将上部铰接油缸屏蔽，以利用推力将底部的铰接油缸拉出，这 样能使盾尾后部姿态相应的抬高。2）在盾构推进中，尽量减少上部推进油缸与下部推进油缸的压力 差，上部与下部推进油缸压力差控制在150bar以下，减少盾构机盾 尾姿态被压低、铰接姿态被抬高的趋势。通过几环的盾构推进，盾尾姿态基本能顺应线路坡度，这种状况 下进行掘进，盾构垂直姿态确实能得到有效控制。3后续推进施工措施（1）渣土改良 后续施工过程中，每时每刻严格控制渣土改良，在局部无水地层， 一定要有充足的水加入至掌子面，让加入质量达标、足够的的泡沫、 水

14、与渣土混合，从源头把渣土改良做好。1）采用前期使用效果较好的明捷泡沫。2）增加每环的注水量。将通往刀盘的两路膨润土管路改为注射 水，并将膨润土箱长期储备为自来水，根据实际出渣情况，以保证充 裕的水量。3）优化泡沫注入参数。将泡沫原液比例控制在3%，每环泡沫流 量控制在250L/min，并将泡沫膨胀率设置为15倍。（2）盾构参数控制 采取带压开仓措施后，正常情况下，我部将采用以下掘进施工参 数：1）盾构推力控制 20000KN 以下，在保证速度的前提下，尽量 降低盾构推力。2）推进速度控制在 1020mm/min。3）盾构掘进过程中，土仓上部土压控制在 0.60.8bar。4）推进过程中，上、下油压差不宜过大，推进压力差控制在 150bar 以下。5）盾构恢复正常掘进后，须确保盾尾姿态高于铰接姿态（相对 于水平轴线），以防盾构姿态再次发生上漂现象。目前盾构在6.4%。 的下坡段掘进过程中，要求保持盾构铰接姿态比盾尾姿态低 24cm。