盾构机推力过大原因分析与应对措施

盾构机推力过大原因分析与应对措施

张成军

中交隧道工程局有限公司北京市100000

摘要：盾构机作为结构复杂、制造工艺难度极大的工程机械，在施工时会遇到许多难以控制的问题，由于施工前地质探测不准确，设备选型不当，盾构机推进时刀盘受到阻力不均和盾尾摩擦系数改变以及盾构姿态管片姿态不合理都会导致盾构机推力过大的情况发生，本文针对以上情况提出了应对的措施。

关键词：盾构机；原因分析；应对措施

引言：盾构机也就是盾构隧道掘进机，是一种采用盾构施工方法来进行隧道掘进的专用工程机械。先进的盾构机具有施工效率高、人工使用率低、成洞一次性、自动化水平高、受环境影响小和可控地面沉降的一系列优点。但盾构机的制造工艺复杂，技术附加价值高的特点导致生产研发困难，目前我国约有2000余台盾构机投入使用。盾构机的工作原理是圆柱体形状的钢组件沿着隧洞轴线的边缘向前掘土前进，但根据实际情况对盾构机推力来分析，经常出现推力过大的情况。本文根据实际情况与理论算法对盾构机设备正常运行的情况下出现推力过大的原因进行分析并提出了一些有效的应对措施是本文的主要目的。

一、盾构机推力过大原因分析

（一）施工前探测检测工作不到位

在整个工程施工前，施工单位对施工环境调查不充分。例如地质环境复杂突变，前期工程地质勘探点位设置不合理，导致地质情况掌握不清。当地质硬度较大时推力就会增大，而再次进入较松软的地层时就很有可能出现舱内堵塞和推力过大的问题。在砂层、淤泥质、粉细砂层，如上海、杭州等地层，盾构机可以在很小的推力下快速前进，但如果按照华东地质条件设计的盾构机运用到华南地区，则会出现盾构机推力大，推进进度缓慢情况出现。

盾构机设备检查不到位。盾构机的排土机构、管片拼装机、后配套设备和管片运输设备等装备是否能够正常运行，拖车与盾构机的搭配设计不合理都会导致施工时盾构机推力过大从而引起施工计划的改变。拖车发生故障运行受阻导致盾构机需要提供更大的推力，甚至出现拖车损坏状况。

（二）盾构机推进时受力复杂

在实际的掘进过程中，根据不同的地质，盾构机的刀盘收到的阻力也会不同。在施工过程中遇到的土质黏土量大，地质硬度高都会造成盾构机的刀盘受到的阻力增大。施工单位的监管不到位，没有提前预测地质情况，调整掘进参数，会对盾构机造成损伤。施工单位应实时监控盾构机的参数，科学合理的调整盾构机的推进模式，不可以盲目的进行施工。在地质松软土层黏着的地质情况下，盾构机在掘进过程中容易导致泥土挤压，刀盘前方温度升高，容易结泥饼，切削土体功能下降，盾构机的运行负荷提高，所以盾构机掘进的推力会出现不稳定的情况。

在整个掘进的过程中盾构机的盾尾所受土层的摩擦不均也会导致盾构机受力不均和推力不稳定的情况发生。盾尾所受的摩擦阻力也会受到地质土层的影响。在掘进排土过程中，地质土层的不规则分布，复杂的地下环境都会影响盾构机的盾尾受到的阻力不均。另外，盾构应当按照施工工程设计的轴线进行掘进，还要根据施工计划进行管片安装和盾构机掘进计划的设定。但在实际的施工过程中，面对着复杂多样的地质环境与不可控制的变化情况，盾构机的管片安装一般不可能进行完美的拼装，盾构机的掘进也无法严丝合缝的沿着施工计划所设计的轴线进行掘进。当盾构机与设计轴线出现偏差，盾尾与轴线出现夹角就会导致盾构机所受的摩擦就会增大，施工单位如没有及时调整盾构机的参数，复核测量导向数据，改变盾构机推进姿态，经常会出现推力过大的情况发生。

（三）盾构姿态与管片姿态存在偏差

盾构机作为盾构隧道掘进机，它的盾构姿态与操作规范与地质环境有着紧密的关系，施工单位操作不规范和地质环境复杂多变都会导致盾构姿态的不正确。管片姿态与盾构姿态之间也互相影响着，其中一个的运行姿态不正确也会影响着另一个的正常运行。盾构姿态不正确会导致盾构机与轴线发生偏差，存在夹角不仅会使盾构机分散了在竖直方向的推力从而增加了总的掘进推力，而且会导致盾构机管片遭受的阻力过大并且受力不分散，容易导致管片损坏导致整个工程施工的进度受阻。盾构姿态与管片姿态存在偏差也会导致盾构机推力过大的情况。

二、盾构机推力过大的应对措施

（一）施工前充分量测施工环境检查施工设备

施工单位在施工前应对作业环境进行充分调查，多次量测施工需要的数据并严格复核施工计划与方案是否符合。盾构机推进的参数应该符合地质环境与土质结构，否则将会影响盾构机的正常运行可能导致推力过大的情况发生。当地质硬度较大时推力就会越大，而再进入较松软的地层时就很有可能出现舱内堵塞和推力过大的问题。所以要在施工前根据探测的地质环境选择合适的推进参数，并根据量测所得的数据调整盾构机的推进参数及工作状态。

在施工前要仔细检查盾构机的工作状态，保证盾构机的功能结构可以正常运行。还要检查拖车的运行状态，防止异物进入拖车与管片的连接处，导致跟不上盾构机的掘进甚至严重时盾构机的盾体前进而拖车没有运行跟进。

（二）及时调整盾构机及盾尾的姿态

施工单位应实时监控盾构机的参数，根据施工环境科学合理的选择盾构机的推进模式，并且根据量测地质土层的数据实时调整盾构机的运行参数，遇到参数超过警戒线的情况应该及时停止运行，不可以盲目的进行施工，当找出警戒原因并解决问题后方可继续进行施工工作，以免造成盾构机的损坏和施工安全事故的发生。在稳定的地质环境下，针对泥水盾构机，可以采取纯泥水平衡的工作模式，可以高效的继续掘进工作并且沙土堵塞的情况很少发生。在复杂多变不稳定的地质环境中应对盾构机的泥水仓进行自动控制，适当加入与外部环境相适应的压缩空气，保证盾构机的正常运行。工作人员要及时的对盾构机的运行参数进行监控，发现掘进速度、刀盘扭矩和盾构机推进压力等参数出现异常情况时，要及时调整工作状态，科学合理的对盾构机的参数进行调整。

（三）完善安全管理制度

具备比较完善的安全操作管理制度，在盾构机的验收、投入运行作业、运行维护作业以及隐患排查作业等环节上有相对成熟的技术规范，并且足够认识到了土层地质以及作业环境对盾构机正常工作的影响，同时对日常作业环节进行了优化补充并且把解决安全问题的中心放在了对突发状况制定了紧急应对措施以及减少风险预防事故的上面。建立巡回检查制度，定期对盾构机的工作状态及结构功能进行检查，在特殊的土质结构与工作环境下更要实时监控，保障其能正常运行。最重要的是完善使用规范和维修保养的制度，提高盾构机的使用寿命，降低对它造成不必要的损伤。

（四）人才队伍建设

加快专业人才的培养。由于盾构设备使用的复杂性，施工企业首先要从思想上引起足够的重视。针对人才匮乏的情况，应当充分利用各种机会对操作人员进行培训学习，聘请高水准的专业人员进行理论授课和现场操作讲解，这样对于专业人才的培养具有非常好的作用，极大的避免了因人为因素导致的设备故障发生。

总结语：

盾构机作为结构复杂制造工艺难度极大的工程机械，在施工时会遇到许多难以控制的问题，比如推力过大，但可以通过科学合理的措施进行调整来保证设备的正常运行，健全完善的管理方式不仅可以减小盾构机所面临的风险，也可以提高盾构机的运行效率以及减少对地面环境的影响。总的来说，对于盾构机我们要在使用前对其工作环境和配置选择进行充分的论证，使用过程中严格按照操作规程操作，使用结束后制定完善的维修保养计划，才可以保证盾构机的正常运行。

参考文献：

[1]《中国公路学报》编辑部.中国隧道工程学术研究综述•2015[J].中国公路学报，2015，28（05）：1-65.

[2]黄李文，杨垒，徐东博，李业民，韩佳霖.盾构机推力过大原因分析与应对措施[J].科技传播，2014，6（03）：77+75.

[3]刘宣宇，邵诚.盾构机自动控制技术现状与展望[J].机械工程学报，2010，46（20）：152-160.

[4]邓立营，刘春光，党军锋.盾构机刀盘扭矩及盾体推力计算方法研究[J].矿山机械，2010，38（17）：13-16.

[5]邵孟新，钟显奇，余剑锋.复合地层中盾构推力的研究[J].广东土木与建筑，2010，17（01）：36-39.