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做一名合格的盾构机司机2016.82盾构机常见的事故和问题3一、螺旋输送机涌水涌沙导致盾构机被埋4二、刀盘刀具严重磨损5三、铰接密封、盾尾密封漏水、漏砂6四、泥饼、喷涌7四、泥饼、喷涌8五、出土量控制不好，造成地面建筑物下沉9五、出土量控制不好，造成地面建筑物下沉10六、姿态控制不好、管片错台11七、盾构机卡壳12八、盾构机扭转13盾构机司机是盾构法技术的最终执行者，集地质、土建、机械、电气、液压为一体，责任重大，操作不当，会引发前面讲到各种事故，处理得当，甚至可能避免一场灾难，是盾构工程能否顺利的一个重要的环节。如何做好盾构机司机？什么专业适合做盾构机司机？（广义、狭义）“责任、专业、果断”14一、认清地质、判断风险二、理解原理、纠正习惯三、熟悉设备、遵守规程四、面对险情、果敢应对15一认清地质、判断风险（主要几种地质特点，盾构掘进的主要对策）16（一）花岗岩地层17花岗岩残积土的特点花岗岩残积土具有很强的结构性,很容易因各种扰动因素,导致结构性损伤。花岗岩残积土,经浸水饱和后,承载力降低,压缩性增大;在具有临空面的浸水条件下,花岗岩残积土会因软化崩解而坍塌。花岗岩硬岩的特点花岗岩微风化花岗岩地层的特点：岩石强度高、岩石完整性好，岩面起伏大。燕山期花岗岩：呈深灰、灰白色，中细粒结构，块状构造，岩石坚硬，较完整，岩芯多呈短柱状、长柱状，少量块状，锤击声脆。岩石质量指标RQD值为60～95%，岩石天然抗压强度范围值fc=46.4～200MPa。震旦系混合花岗岩：呈灰、灰白等色，中细粒结构，块状构造，裂隙稍发育～发育，岩石坚硬，较完整，岩芯多呈短柱状、长柱状，少量块状，锤击声脆。岩石质量指标RQD值为65～95%，岩石天然抗压强度范围值fc=31.7～215.6MPa。18存在风化深槽和球状风化体：岩石风化不均匀形成的风化深槽和球状风化，而且风化深槽和球状风化体（孤石）无规律性，不确定性大。19花岗岩地层上软下硬的特点（1）岩面起伏大，变化快。由于风化不均匀，稳定岩层岩面埋深在纵横向上变化大，很不稳定，部分地段风化深度剧增，形成风化深槽现象。（2）花岗岩风化程度的特点，地层经常出现强风化层或者中风化层缺失的现象。同一断面上，软硬强度差异特别大。（3）岩土交界面水量大，并有一定的承压水特点。在燕梅推进过程中在左线银利街位置通过管片吊装孔安装压力表测试水压0.35Mpa。（4）往往实际遇到的岩面高于勘察报告提供的岩面。20南同区间右线同和端头燕梅区间左线燕塘端头21（二）岩溶地区岩溶（又称喀斯特）是可溶性岩石在水的溶蚀作用下，产生的各种地质作用，形态和现象的总称。岩溶发育的条件：一是具有可溶性的岩层；二是具有有溶解能力（含CO2）和足够流量的水三是具有地表水下渗、地下水流动的途径。22岩溶地区的特点1.探明具体的溶洞较困难岩溶发育有一定的规律，岩溶的发育与岩性、地质构造、新构造运动、地形、气候都有关系影响很大，如碳酸盐类岩层发育较慢，硫酸盐类岩层岩溶发展速度较快；质纯层厚的岩层，岩溶发育强烈，规模较大；含泥质或者其他杂质的岩层，岩溶发育较弱。可溶性岩与非可溶性岩接触带或不整合面岩溶往往发育，等等规律。但具体到每处，我们最关心的是否有溶洞，溶洞的位置、发育程度等，通过目前的岩土工程勘察技术手段，尚无法全部查明地下溶、土洞的发育情况及其连通性。232.灰岩面起伏很大、上软下硬地层难以避免。岩溶发育的特点，造成岩面起伏很大，如桂林山水。如九号线在设计阶段，“根据在石灰岩岩溶发育区域的工程经验，为规避工程安全风险，区间隧道采用浅埋，盾构区间覆土距顶板不小于一倍盾构隧道直径，尽量不进入灰岩岩层的设计原则”，但由于岩面起伏很大，线路无法完全规避上软下硬地层，各标段均有盾构在上软下硬地层掘进、全断面岩层掘进。全线仍有单线长度5.3km为上部为砂层，下部为石灰岩的“上软下硬”地段，很多地段中间缺失粘性土隔水层，是工程实施安全高风险地段243.砂层分布广泛，砂层往往直接覆盖在灰岩面上，地下水丰富，局部与岩溶水、裂隙水连通，地下水活动较剧烈。254.岩质较硬脆，钻探时岩芯易碎裂。26（三）红层红层主要指侏罗纪、白垩纪及三叠纪及早古近纪形成的，主色调为红色的砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土质粉砂岩、粘土岩或泥质页岩等岩性的一套陆相及浅水湖相沉积物。27红层的特点1、强度一般不高，但自稳性较好。2、泥钙质胶结，容易结泥饼。3、浸水后软化易散，尤其是强风化和全风化地层。28（四）砂层常见的砂层主要包括粉细砂、中粗砂、砾砂等层。标贯一般为6-28击。砂层自稳性差，渗透性好，富水地层极易喷涌，多出土。29（五）淤泥层（淤泥层、淤泥质土、淤泥质砂层等）1、标贯低，南沙的有些只有1-3击，容易沉降。2、推力小，不易控制盾构机姿态3、周边施工对既有隧道有影响4、沉降控制难，对周边影响范围大30二理解原理、纠正习惯31（一）地层沉降机理32土仓压力小于水压力及土压力之和，地面下陷土仓压力大于水压力及土压力之和，地面隆起33土仓压力（切口压力）的计算根据铁路隧道设计规范：深浅埋隧道判定的原则Hp=（2-2.5）×hqHp--深浅埋隧道分界深度hq—坍方平均高度=0.45×2B-SωB—隧道宽度S—围岩类别ω=1+i(B-5)i是B每增加1米时，围岩压力的增减率当B5m时取i=0.2B5m取i=0.134浅埋隧道的土仓压力q=γh+tq1=q+kγD深埋隧道的土仓压力q=γHH=0.41×1.79sH—围岩压力的计算高度s—围岩级别γ—取土的容重35（二）土压平衡盾构开挖面稳定机理土压平衡盾构开挖面的稳定由下列各因素的综合作用而维持：（1）土仓内的土压力平衡地层压力和水压力。（2）推进速度调整调节进土量。（3）螺旋输送机调节排土量。（4）适当保持泥土的流动性，根据需要调节添加剂的注入量。36控制排土量的排土操作控制模式，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时盾构的推进速度人工事先给定。控制进土量的推进操作控制模式，控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时螺旋输送机的转速人工事先给定。推进过程中要充分考虑添加剂的加入量，尤其是泡沫的加入，气体量大往往引起土仓压力波动量大。37（三）泥水盾构泥浆处理的原理（1）可调整泥浆物性，并将其送至开挖面，保持开挖面稳定的泥水循环系统；（2）综合管理送排泥状态、泥水压力及泥水处理设备运转状况的综合管理系统；（3）泥水分离处理系统；泥水盾构有两种体系。泥水盾构根据泥水密封仓构造形式和对泥浆压力的控制方式的不同又分为直接控制型和间接控制型两种，前者主要是日本盾构机设计理念，后者主要是德国盾构机设计理念。3839（四）盾构机滚刀破岩机理4041（五）盾构总推力计算盾构的推力主要由以下五部分组成：F=F1+F2+F3+F4+F5F1：盾构外壳与土体之间的摩擦力；F2：刀盘上的水平推力引起的推力F3：切土所需要的推力；F4：盾尾与管片之间的摩阻力F5：后方台车的阻力（判断掘进的有效推力）推力大的原因：开挖直径不够引起摩阻力加大刀具磨损，破岩能力不够盾构机姿态不好，管片和盾构机摩擦力增加刀盘面有泥饼，无贯入度遇到硬岩或者岩面变高、变硬42（六）盾构的扭矩计算M=M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M9M1：刀具的切削扭矩；M2：刀盘自重产生的旋转力矩M3：刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩；M4：密封装置产生的摩擦力矩M5：刀盘前表面上的摩擦力矩；M6：刀盘圆周面上的摩擦力矩M7：刀盘背面的摩擦力矩；M8：刀盘开口槽的剪切力矩M9：刀盘土腔室内的搅动力矩扭矩变化的原因：43RLRR9810110099S3K2STRK1K2K1S1ELSTargetARALK3STLT4T3T2T1S2TGCutterHeadMainShieldTailShieldErectorLaserBeamMainJacksSteeringJacks3214SegmentAxis（七）盾构机姿态控制（影响盾构机姿态的因素：设计轴线、推进油缸的行程差、铰接油缸的行程差、管片的选型、盾尾的间隙）44（八）纠正以下不良习惯（1）操作习惯不好，造成土仓压力波动大主要是几个阶段：盾构机开机阶段，土仓内加入泡沫，但螺旋同时未能及时出土，造成土仓压力过大。盾构机停机拼装管片阶段，时间过长，土仓内的泡沫气体逃逸，造成土压降低。盾构遇到富水地段，螺旋机闸门频繁开关，土仓压力来回波动。45（2）配套设施未到位，盲目掘进浆液未到位或者注浆管堵塞，注浆不及时盾构机还盲目掘进。泡沫未能及时补充，渣土改良不到位盾构机依然掘进。自动测量系统故障或者测量异常，盾构机盲目掘进。46（3）盾构机纠偏过急、推进油缸行程差过大、铰接行程过大47（4）遇到喷涌、水大的地层，来回频繁开关螺旋输送机的闸门48三熟悉设备、遵守规程49（一）盾构机操作要充分合理的应用盾构机的各种功能，要严格执行盾构机说明书上的各项使用要求，严禁违章操作。50（二）开机前必须进行以下检查或者准备工作1，检查延伸水管、电缆连接是否正常，是否充足；2，检查供电是否正常（包括变压器噪声/动力及控制电压/功率因数补偿工作等是否正常）3，检查循环水压，冷却水是否正常，水管有无渗漏情况；4，检查滤清器是否正常，是否存在堵塞情况；5，检查皮带机、皮带是否正常，是否有跑偏；6，检查空压机运行是否正常；7，检查泡沫剂液位是否正常；8，检查出渣系统是否准备就绪；519，检查测量系统是否工作正常，没有方向测量不能掘进；10，检查注浆是否准备就绪，没有注浆或者注浆量不能保证，不能掘进。11，检查盾构机指令是否合理，是否需要修改或者调整盾构参数，严格保持土压。12，检查是否存在当前错误或报警，若有，应及时处理。52（三）开机的注意事项1，首先将面板的螺旋输送机转速调整旋钮、刀盘转速调节旋钮、推进油缸压力、速度调节旋钮调至最小值；2，依次启动工业水泵、冷却水泵、冷却过滤油泵、润滑油脂泵、齿轮油泵、补油泵、先导油泵、主驱动泵及螺旋输送机驱动泵、推进泵、注浆泵、刀盘密封油脂泵、泡沫系统及盾尾油脂泵等。3，启动皮带，启动皮带一定是否安全（很多旧机都没有报警装置了），检查皮带是否正常，是否有跑偏的现象；4，启动刀盘，要根据滚动角，选择刀盘转向，启动时要慢慢旋转刀盘转速按钮，使刀盘转速到合适的设定值，切记不能过快的升速；5，启动刀盘过程，注意泡沫的参数和流量，切记防止土仓压力过高；536，慢慢的开启螺旋输送机的后仓门到合适的开度，启动螺旋输送机，再把转速从零缓慢增加到合适的速度（根据土仓压力来确定），禁止过快的升速；7，慢慢地提高盾构机的推进速度，并且注意总体推进速度调节和油缸分组速度调节的相互协调，同时调整盾构机的姿态。54（四）掘进结束的注意事项土斗快满时（或者掘进快到设计行程时），就开始准备停止掘进，应按以下顺序停止掘进：1，逐步降低螺旋输送机的转速到零，停止螺旋输送机；2，关闭螺旋输送机后舱门；3，停止推进系统；4，停止皮带机；5，刀盘应原位转动，将刀盘驱动油压将至合适的一定值后，再慢慢减小刀盘转速至零，停止刀盘转动。6，依次停止泡沫泵、补油泵、螺旋输送机泵等；7，安装管片，继续开启推进系统油泵和辅助油泵，启动管片拼装机泵，激活管片拼装模式；55（五）掘进报告的填写除了日常的报表外，应该按要求填写掘进报告。1，对于在掘进过程中发生的设备故障应有详细的记录，并向维保人员交底；2，对于掘进参数异常，应有分析，并找出原因，提出建议；3，对于简单停机要在掘进报告中简单说明；56四面对险情、果敢应对57（一）出现喷涌1、盾尾后面注浆填充2、渣土改良（膨润土、泡沫）3、调整螺旋转速和开口58（二）出现泥饼苗头1、发现苗头（扭矩、推力的异常，渣温，渣土的流动性、土仓压力的波动）2、渣土的及时改良3、调整转速和掘进速度59（三）出现岩面突起1、发现地质变化（渣样分析、扭矩和推力等参数变化）2、调整转速和贯入度3、加强渣土改良，保持土仓压力4、控制出土量60（四）出现地层变软1、发现地质变化（渣样分析、扭矩和推力