复合地层土压平衡盾构施工常见问题

刀盘被严重磨损
刀盘磨损情况
刀盘应具备较大驱动扭矩及合适 的转速
具有足够的脱困扭矩和切削、研磨硬岩的能力、并且
有预留储备
刀盘在主动铰接或刀盘伸缩功能带动下、可以顺利更
换刀具（刀具装上后与岩面有合适的贯入度）
渣土改良应具备泡沫改良和膨润 土改良2种方式
1、应对中心回转部位有可靠疏通能力。 2、堵塞后高压气不能窜入泡沫剂箱(很烦人) 3、膨润土膨化池要可靠、足够大、放浆快 （大于60立方、有持续搅拌能力）

2、可靠的双舱
安装前的人舱经过功能检测
3、可靠的班组及配套设备
与有高压氧舱的单位提前建 立关系
有症状人员进行加压吸氧
氧舱内部
泥膜护壁1
泥膜、高压气体确保掌子面 稳定
带压换刀时刀盘前方 泥膜完整
应考虑必要的防喷涌设计
螺旋机 出土口具有断电紧急关闭功能。（高压惰性气
罐系统） 螺旋机、土舱隔板厚度检查系统或制度
刀具刀体的启动扭矩和密封性
其密封性测试为轴承腔体内注入3.5bar压缩空气，通
过观察压缩空气泄漏情况判断密封性的合格与否。标 准为压缩气体的逃溢量 0.1bar/h。由于这种密封装置 设计的特性，密封性的建立完全取决于刀体两端盖对 密封装置挤压来完成。刀具启动扭矩的建立也是依靠 刀体两端盖挤压轴承从而达到刀具旋转力的设定。所 以刀具启动扭矩和密封性相互影响、相互制约
水文地质问题
由于人工回填，造成意外地层变化。如石桥遗址、老
拆迁区基础。
在福州城，上世纪八十年代，还有东方威尼斯之称，
很多地方还是一片汪洋、鱼塘连片、河道如织、古石 桥非常多，随着城市改造，很多古桥被毁或推平。大 石板下沉或被填埋，形成淤泥中的孤石是福州的一个 特点。
中铁17局一标遇到的孤石1
双闸门
保压泵接口（两种功用）
外置型螺旋机前闸门效果好
应针对地质配置合理配套设备
1、水平钻孔能力、满足可能的土体自稳注浆能力、可
能的孤石钻孔破碎能力。 2、地面孤石、岩脉探测设备、地面破碎、爆破配套 设备 3、进仓维修、换刀、孤石及岩脉破碎处理工具 3、进仓作业需要的抢险、抢救设施
复合地层土压平衡盾构施工 常见问题及对策

张福宏
本讲稿组成
1、复合地层土压平衡盾构容易出现的普遍性问题及对
策 2、几种特殊地质情况下容易出现的问题及对策 3、面对高强度孤石地层对盾构的设想
什么是复合地层
复合地层的组合方式是非常复杂多样的，但总的来说
可分 为三大类： （1）一类是在断面垂直方向上不同地层的组合； （2） 一类是在水平方向上地层的不同组合； （3）另 一类是上述两者兼而有之。 将开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由两种或两种 以 上不同地层组成，且这些地层的岩土力学、工程地 质和水文 地质等特征相差悬殊的地层组合，定义为复 合地层
玻璃纤维筋笼加工及托架
施工常见问题及对策
1、水文地质问题
2、选型问题 3、制造及安装工艺问题
4、维修保养问题
5、施工技术措施问题 6、施工人员及班组问题 7、管理问题
水文地质问题
由于水文地质发生了一定程度的变化，造成设备及施
工出现明显的不适应，会给施工工期和安全带来严重 的影响。 1、有些单位判断地层，不当地选用了软土盾构、复合 土压平衡盾构，而没有选用适应性更高的泥水平衡盾 构。特别是过江河、胡泊时，对穿越复合地层时盾构 选型的误判最容易发生该类问题。
检查、验收、科学用刀
无论新刀、维修的刀刀具各项参数要严格按标准检测、
验收。
密封性与启动扭矩严格自检要成为刀具上刀盘前的必
检项目。 使用过程中如何让刀具自转起来、如何有效 降低开挖区温度、如何有效降低刀具承载力、如何有 效降低刀具冲击力、如何根据刀具在刀盘上的分布科 学更换刀具从而最大限度利用好每一把刀具，是在复 合地层或硬岩中推进的关键
关于刀刃高度差
刀具的破岩我们分为三个阶段：50MPA以下岩层为滚碾式切削，出来
的渣样多为块状。 50MPA―100MPA之间岩层为滚碾式磨削，出来的渣样会随着岩层硬 度逐步升高块状减少、粉粒增多。 100MPA以上岩层为滚碾式疲劳磨压。块状渣样极少见，多为细小颗 粒和粉末。因此刀具自转的重要性不言而喻！掘进过程中刀具更换非 常频繁。刚换上去的新刀具与未更换正在使用的刀具，会产生刀刃高 差。合理的调配刀具有效降低相邻刀具刀刃高差，一般来讲相邻刀刃 的高差不能大于3.5毫米。边缘区与正面区刀刃高差不能大于5毫米。 边缘区与中心区刀刃高差不能大于8毫米。 其中道理之所在： 岩层强 度较高时刀刃的贯入度不会大于3.5毫米，（60MPA以上时）如果刀 刃高差大于贯入度那么磨损量小的刀具将承受超负荷承载力，损伤密 封和轴承造成早期偏磨。磨损量大的刀具将不易转动，或似转非转也 同样造成偏磨。这种现象在刀具刚更换上时极易发生，因为此时的掌 子面也不符合刀具的轨迹。所以调好刀刃差，研磨好刀刃与掌子面的 轨迹都是为了让刀具在今后的开挖中转起来。
偏磨严重的滚刀
刀刃被磕断
刀箱内滚柱磨损
刀具刀体的启动扭矩和密封性
刀具的启动扭矩一般在2.2―2.8公斤，其密封装置多
采取两种方式：刀具采用一道浮动密封，对内密封轴 承腔体对外密封泥沙倾入的防范措施较弱；（庞万力、 改进型国产刀具厂家）除了一道浮动密封外还有防泥 沙倾入的尼龙挤压环（两端各两道），加强了防止泥 沙倾入的密封措施。
通过刀盘空隙超前钻孔的孔阀
盾构壳体上的预留孔
搅拌臂上预留的改良孔、疏通孔
其它应该具备的辅助装置
1、止转靴（止转油缸）
2、盾尾止浆板 3、贝壳刀与滚刀能够部分互换
4、刀具和刀盘磨损检测装置
地下孤石地震波跨孔扫描探测
跨空CT原理简介
大地微动技术探测技术
CT法可以精确定位孤石
4、进仓作业设备的维修保养
南昌中铁十八局盾构喷涌被淹
盾尾刷被高水压击穿隧道突水
刀具的选、用、养、修
由于每把刀具所能承受的最大挤推力一般应在
26T―28T，因此作用在刀具上的承载力超过设计值， 其的自转、密封性都要受到严重地破坏。
浮动密封、辅助密封、防尘密封三者的有效结合，大
大降低了密封性对轴承预紧力的依赖，致使小松刀具 的启动扭矩降较以前的刀具低了0.4bar。其密封性反 而得到了提高。这样就大大提高了刀具在复合地层和 硬岩开挖时的使用效率。 现如今市场上的刀具轴承多 采用铁姆肯轴承，加注的润滑油多为壳牌重负荷齿轮 油，注意产品把关即可
面板上的耐磨块
盾构刀盘面板耐磨钢板块保 护
辐条面上的耐磨块
刀盘周边的耐磨钢带及保径刀
保径刀及钢带
斜坡口（进料口）耐磨保护
固定刀后刀背部保护很重要
改良孔口及体耐磨保护
螺旋机叶片和主轴耐磨保护
螺旋轴叶片采用高猛块耐磨材料
软土、淤泥地层的叶片
刀盘耐磨层被磨掉，刀盘直径变小
保径刀被磨、钢带被磨
水文地质问题
2、对于地层中穿越的围岩指标判断失误，造成盾构
能力、刀具配置、刀盘设计错误。 风化岩的指标变化， 岩石及泥沙中石英含量变化巨大 有不明的高水头承压水
该类问题造成盾构配置错误，如用增强贝克刀配置方
式，而没有切削硬岩功能。 由于盾构姿态控制失效造成盾构误入强度高的地层。
海瑞克原装刀具采用一道浮动密封，对内密封轴承腔
体对外密封泥沙倾入的防范措施较弱；其他厂商（庞 万力、改进型国产刀具厂家）除了一道浮动密封外还 有防泥沙倾入的尼龙挤压环（两端各两道），加强了 防止泥沙倾入的密封措施。其密封性测试为轴承腔体 内注入3.5bar压缩空气，通过观察压缩空气泄漏情况 判断密封性的合格与否。标准为压缩气体的逃溢量 0.1bar/h。由于这种密封装置设计的特性，密封性的 建立完全取决于刀体两端盖对密封装置挤压来完成。 刀具启动扭矩的建立也是依靠刀体两端盖挤压轴承从 而达到刀具旋转力的设定。所以刀具启动扭矩和密封 性相互影响、相互制约
复合地层示意图
巨型孤石地层
孤石群地层
复合地层的种类
（1）复合地层在垂直方向上的变化。最典型的垂直方
向上 的复合地层就是所谓“上软下硬”地层。 （2）复合地层在水平方向上的变化。在一施工段当 中，可 能分布着不同时代、不同岩性或不同风化程度， 从而表现出不 同岩土性质的地层。 （3）在水平方向和垂直方向两者兼而有之的更为复 杂的变 化。 （4）盾构需要磨桩基、孤石群、硬障碍物。
刀盘及刀具应具有很强的破岩能 力及足够的刚度和强度
1、刀盘各部位都应该进行足够的耐磨保护，刀盘周边
的保径耐磨保护很关键。 2、刀盘面板的保护较软土盾构要提高很多等级，应 付高强度岩石碎屑摩擦和孤石块的撞击摩擦。 3、确保出渣口顺畅快速，出渣口侧面也应有足够的 耐磨保护。
复合盾构刀盘图
复合地层土压平衡盾构具备的特点
盾构在设计时应着重注意以下几点： 1）刀盘及刀具应具有很强的破岩能力及足够的刚度和

强度。 2）刀盘应具备较大驱动扭矩及合适的转速。 3）刀盘及螺旋输送机要有较强的耐磨性。 4）渣土改良应具备泡沫改良和膨润土改良2种方式。 5）应充分考虑带压换刀保证措施。 6）应考虑必要的防喷涌设计。 7）应针对地质配置合理配套设备。 如果不真实具备以上条件，就会出现各种稀奇古怪的问 题！
刀具在刀盘上的安装方式
刀具的紧固是否正常特别重要。
海瑞克盾构机刀具背装式楔面预紧，较为可靠。但中
心滚刀则采取背面螺栓预紧，不如单刀的组装方式。 需要在掘进过程中的复紧。
小松盾构机刀具的安装全部采取背面螺栓预紧，组装
时防松措施差，掘进中螺栓需要反复复紧，刀具重复 使用多次后螺栓、螺栓母体之间的预紧力将下降，刀 盘上刀具安装座也易产生轻微的变形，这对刀具的预 紧力是非常不利的
成在复合地层施工时，荷载突破极限，造成刀盘开裂、 主轴承滚珠破损、主轴承密封受损。 2、刀具螺栓松动、造成刀具脱落，刀盘面板、辐条 受损。 3、土仓隔板过薄、与螺旋输送机外壳连接部位强度 不足。 4、止浆板焊接不牢，造成前后串浆。
维修保养问题
1、刀具的选、验、检、修问题
2、渣土改良注入管路的维护及疏通问题 3、可能突涌薄弱部位巡检及维护
测试
盾构机刀具主要分为齿刀与盘型滚刀两大类，前者主要用于软弱地层
及强度在20MPa以下地层的开挖，后者适用于强度较高的地层。对齿 刀而言，主要侧重于检查齿刀刀体结构，齿刀刀头的牢固性（齿刀刀 头与齿刀刀体相连的方式主要有三种：焊接式，螺栓连接式与嵌入 式），以及刀头上硬质合金的质量，多为目测。 盘形滚刀除去目测刀圈有无裂纹，刀具有无漏油现象外，还需利用专 用工具与刀具跑合装置来测试刀具的启动扭矩和刀具的气密性。若刀 具启动扭矩过大，在较软、粘性较大地层掘进时，地层不能提供足够 的扭矩使刀具转动易导致刀具弦磨；若启动扭矩过小，刀具轴承必然 会很松动，不利于刀具受力。同时，刀具的气密性是检验刀具密封效 果的指标。气密性不好，会导致刀具润滑油泄漏，最终导致刀具轴承 损坏。由于刀具在装配时轴承密封可能存在安装不到位，或者有杂物 进入，会导致刀具的气密性差，在静止时不宜发觉，只有在刀具运行 时才能根据润滑油是否泄漏来判断。
中铁17局一标遇到的孤石2
浦口河上现存的石桥
桥面大条石
选型问题
1、对水文地质及工程设计隧道穿越状况研究不够，造
成盾构某些功能不适应。 2、由于资金原因，某些功能配置能力不足。 3、使用或租赁既有盾构，改造受原有设计限制，不 能充分达到需求。
制造及安装工艺问题
1、盾构制造过程中，核心部件制造、组装有瑕疵，造
微动法可以普查孤石、但可以确认无孤石，目前准确
率50% 没有谁花那钱呀！
很多地方无法实施、如建筑物下、河道、湖泊中，难
啊！ 地质雷达等办法在刀盘前方无法操作。
冷冻加固抢险队
快速反应的注浆抢险队
水平与垂直冷冻和抢险冷冻
液压劈裂机械
城市内路面破除施工
孤石免爆破劈裂施工
孤石劈裂
地面孤石检查、钻孔探测
以上是保障出渣顺畅、减少刀具刀盘磨损、换刀前透水 地层形成泥膜保障开仓或带压作业的前提。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
泡沫混合液泵
膨润土注入系统
应充分考虑带压换刀保证措施
1、配备有害气体监测系统
气体监测系统可检测4种气体：甲烷、二氧化碳、 一氧化碳、氧气（氧气可更换为硫化氢气体） 2、《盾构法开仓及气压作业技术规范》CJJ217-2014