盾构施工中常遇到的问题

盾构施工中常遇到的问题 Prepared on 22 November 2020

1.盾构始发时怎样避免盾构机头扎头

始发推进后，在盾构抵达撑子面及脱离加固区时由于盾构下半部土体受到扰动，承载力降低容易出现盾构叩头现象。应抬高盾构始发姿态，盾构机机头在安置时应设置一个仰角。

在掘进过程中头部周期性下降

产生原因：

盾构机在推进过程中，由于泥土仓实际土压力值低于理论值，使盾构机头部周期性地下降。造成盾构机“磕头”。

处理方法：

实际操作中，应使泥土仓土压力值略高于理论值，并在推进时按工况条件和地质情况在盾构机正面加入发泡剂、膨润土和水等改良土体的添加剂，改良开挖面的土体。施工过程中要根据隧道的埋深、所在位置的土层状况和地层变形量等信息的反馈，对土压力设定值、推进速度和注浆量等施工参数及时地进行调整。

2.在盾构过程中如何解决机身滚动问题

盾构机身滚动是由于刀盘切削开挖面土体产生的扭矩大于盾构机壳体与隧道洞壁之间的摩擦力矩而产生的。解决方法是1）针对性地加注泡沫减小刀盘扭矩。2）及时注浆，确保注浆量，采用活性浆液等措施增大盾构周边摩擦力。3）改变刀盘旋转方向，放慢推进速度。.

3.盾构过程中产生泥饼问题

盾构机在粘性土层中施工时，由于粘性土具有内摩擦角小、粘性大和流动困难等特点，使得粘性土体粘附在刀盘上。被刀盘从开挖面上切削下来的粘土，通过刀盘渣槽进入泥土仓后，在泥土仓上压力的作用下容易被压实固结，首先将刀盘支撑臂中心充满填实，并很快地堵死了刀盘中心的渣槽，使刀盘中心正面的土体不能通过中心刀渣槽进入泥土仓，而是在刀盘挤压力的作用下从刀盘四周的渣槽进入泥土仓。逐渐地，整个泥土仓内全部被压实固结的土体充满并堵塞。当刀盘继续旋转切削土体时，固结土体的刀盘和开挖面土体之间产生很大的摩擦力，相互摩擦产生大

量的热量，刀盘温度不断升高，使刀盘和泥土仓内的土体不断地被烧结固化，最终在刀盘和整个泥土仓内形成坚硬的“泥饼”。

“泥饼”形成后，刀盘扭矩和盾构机推进阻力均迅速增大，螺旋输送机无法出土，盾构机不能往前推进。泥土仓内过高的温度会缩短刀盘主轴承的使用寿命，加速主轴承的损坏，甚至会出现主轴承“烧结、抱死”的严重后果解决方法为1）适量增加泡沫的注入量，减小碴土的黏附性，降低泥饼产生的几率。2）刀盘背面和土仓压力隔板上设搅拌棒，以加强搅拌强度和范围，并通过土仓隔板上搅拌棒的泡沫孔向土仓中注射泡沫，改善渣土和易性，增大渣土流动性。3）必要时螺旋输送机内也要加入泡沫，以增加碴土的流动性，利于碴土的排出。4）控制循环睡的温度由于刀盘温度高造成的泥饼问题5）一旦产生泥饼，可空转刀盘使泥饼在离心力的作用下脱落。确保开挖面稳定的情况下也可采用人工进仓清除。

4.管片上浮问题

管片上浮主要是由于脱出盾尾的管片周围处于无约束的地下水包围状态，隧道是中心的筒体则会产生上浮趋势（防水性能不好的隧道则会下沉）。解决方法为：1）选择适当的注浆浆液，选择浆液时应保证浆液的充填性、初凝时间与早期强度、限定范围防止流失（浆液的稠度）的有机结合，这样才能保证隧道管片与围岩共同作用形成一体化的构造物。2）衬背注浆的浆液配比应进行动态管理，依据不同地质、水文、隧道埋深等情况的变化而调整，以控制地表的沉降和保证管片的稳定。..

5.盾尾漏浆问题

造成盾尾漏浆主要有以下几个原因：一是盾尾刷磨损；二是盾尾与管片之间隙不均匀；三是衬背注浆压力过高。可采取下列措施防止盾尾漏浆。1）在挖掘前对盾尾密封系统进行全面检查与维护，全面更换已磨损的密封刷。2）在管片拼装前必须把盾壳内的杂物清理干净，防止对盾尾刷造成损坏；每30环全面检查1次盾尾密封腔

油脂状况，严格控制盾尾油脂的压力。3）经常检查盾尾周边与管片的间隙，控制好盾构机的姿态和管片选型，保持间隙均匀。4）进行管片壁后注浆时，压浆部位为5～8环，并应严格控制注浆的压力。发现盾构漏浆比较严重时，应使用初凝时间较短的浆液。

6.当刀盘磨损严重时如何降低刀具的磨损

减小推力：这是最简单、有效的方法，但同时也会降低掘进速度。减小刀具的贯入度：即在保持掘进速度基本不变的情况下，提高刀盘转速，一般达~3r/m左右。当开挖面为全断面硬岩时，减小刀具贯入度，能显着降低刀盘扭矩。但刀盘高转速不适用有孤石的围岩，因为孤石很容易造成刀具崩裂。向开挖面、土仓内加入土质改良剂（膨润土，发泡剂）。

7.同步注浆时遇到堵管情况

出现堵管的情况，其原因主要是以下几方面：

①砂浆配比不好，以致砂浆初凝时间太短、砂浆易沉淀离析、砂浆流动性

差

②原不好，如砂太粗

③盾尾浆管回砂

④长时间停注前未注射膨润土液洗管

解决方法：1）调整浆液配合比，选择合适的胶凝时间。一般为8-10小时。2）安装管片活或出渣过程中预留部分砂浆，保持管路畅通。3）改装管路，增加独立的膨润土清洗管路。

8.同步注浆时遇到堵管漏浆情况

主要原因：①盾尾间隙过大。②尾刷损坏③盾尾油脂注入量不够

处理办法：①控制好盾构机姿态，选择适当的管片，以保持良好的盾尾间隙.②在管片迎水面垫厚约15cm 左右的海绵或者更换尾刷。③加大油脂注入量。

9.若螺旋输送机被卡住(即扭矩超限)，无法正常出渣.

解决方法为反复伸、缩螺杆并同时正、反转，如低速正转同时伸、缩螺杆，若超限则反转同时伸、缩螺杆，如此反复，基本上都可以脱困。

10.若启动刀盘时刀盘被卡住，则将部分推进千斤顶收缩，使土压力、刀具贯入度减小即可以转动刀盘。

11. 管片拼装常见质量问题

(1)、管片在拼装前一般要先检查管片是否完好、型号是否正确、缓冲垫和止水条是否贴牢。在拼装过程中一定要注意对止水条的保护，若止水条损坏严重则很可能出现渗漏水的质量问题。

(2)、千斤顶撑靴正常情况下应该不会同时顶在两块管片的角上，但如果隧道管片发生扭转，则可能会出现这种情况，那么要特别注意拼管片或掘进时会管片发生崩裂。

(3)、管片扭转：如果拼装管片时，盾构机的滚动角较大而且一直朝同一个方向，则可能会发生隧道管片扭转的情况。因此应该通过调整刀盘的旋转方向来减小盾构机在拼装时的滚动角。

（4)、管片错台：在小半径曲线(本工程最小曲线半径R=350m)线路施工时，因推进千斤顶对管片有环向分力而造成管片环错台。解决办法是在推进后及时复紧管片连接螺栓约束管片的环向位移，或者在拼装时人为地将管片拼成与转弯方向一致的错台。（5）管片拼装完成后查看螺栓是否上紧。

12.螺旋输送机循环“喷涌”泥水

产生原因：

盾构机在高水砂层进行施工时，由于开挖面土体充水裂隙，含水量丰富，而且已成型的盾构隧道同步注浆量没有完全充实衬背空隙，以致留下流水通道，开挖面土体裂隙的水不断地流入泥土仓，泥土仓内不停地积水。当螺旋输送机工作时，首先吸入泥土仓内的水，然后从其出土闸门迅速喷出，形成“喷涌”。泥土仓内的水被暂时吸干后，螺旋输送机才能出渣排土，很快地泥土仓内又积水较多，螺旋输送机又必须先吸水后出土。造成盾构机无法正常工作，螺旋输送机不停地喷涌—停机—喷涌……，如此恶性循环，盾构机推进缓慢。

处理方法：

（1）当遇到此情况时，关闭螺旋输送机，停止出土，保持盾构机继续往前推进，增加泥土仓内的土压力，让刀盘切削下来的土体将泥土仓内的水不断地挤出，减少泥土仓内的含水量。同时要防止土仓压力过高，造成盾构机前方隆起、冒浆，以及击穿盾尾密封等现象的发生。

（2）向泥土仓内加入高浓度泥浆或泡沫，改善泥土仓内土体的和易性，使土体中的颗粒、泥浆成为一整体，使土体具有良好的可塑性、止水性及流动性，便于螺旋输送机顺利出土。

（3）在进入富水砂层前，盾构机提前采用气压平衡模式进行推进，但要防止发生漏气事件。

13.呈“蛇形”前进

产生原因：

在盾构机的推进过程中，操作人员在对盾构机中心轴线与隧道中心线出现的偏差进行纠正时，若每次的纠偏量过大，将导致不停地对盾构机进行左右纠偏，造成盾构机呈“蛇形“前进。

处理方法：

对于盾构机中心轴线与隧道中心线出现的偏差，操作人员应及时纠正，盾构机一次（一环）的纠偏量以不超过5 mm为标准，以减少盾构机在推进过程中对地层的扰动，以及盾尾钢板拉伤了管片，损坏了管片的止水条，影响止水效果；若每次纠偏量过大，还会造成盾尾内管片拼装困难，有时会给完成后的隧道使用带来障碍。

14.螺旋输送机出料口形成大土堆

产生原因：

在粘性土层中，由于土体粘性大，由刀盘切削下来的粘土与土仓内的水难以均匀地混和，造成泥水分离。在螺旋输送机出土时，整团泥土从螺旋输送机出土闸门排出至胶带输送机的胶带上。由于泥和水呈分离状态，所以泥和胶带之间的摩擦力较小，而且胶带向上运转，使泥土在胶带上打滑而不能被及时运走。随着螺旋输送机不停地出土，皮带上的泥土越积越多，土堆越来越大，逐渐被胶带两侧的挡上板支撑住。土堆底部的泥土因受土堆重压而被胶带运走，被胶带两侧挡土板支撑住的泥土堆和胶带不接触，不能被胶带运走，滞留在胶带的上方，结果在螺旋输送机出料口形成大土堆。

处理方法：

当形成大土堆后，螺旋输送机应停止出土，继续运转胶带输送机，采用人工方法进行清除，并通过胶带运走。禁止操作人员为了减少麻烦试图通过螺旋输送机继续出土，增加土堆土方的泥土重量将其压塌，使土堆塌落在胶带上而被运走。若此时螺旋输送机继续出土，大量泥土将从土堆的上方滑落至胶带输送机前端的支撑架上，结果不但不能将土堆压塌，反而会使支撑架上的泥土越积越多，可能造成整个支撑架被压塌的后果。

所以当遇到粘土地层时，在盾构机推进过程中，应使泥和水在泥土仓内尽可能地均匀混和，避免泥水混和不均；同时通过摄像仪观察螺旋输送机的出土情况，当发现有整团泥土在胶带上打滑，滞留在胶带上不能被胶带及时运走时，应减小螺旋输送机出土速度，或停止出土，以防止胶带上的泥土越积越多而形成大土堆，待滞留在胶带上的泥土被运走后，再继续出土。

总之，在遇到粘土地层时，只要操作人员谨慎地操作，注意观察，措施及时，就可避免形成大土堆。

1.泥土仓土压大幅度突降

产生原因：

这是由于泥土仓内空气和水的含量较多，泥土仓的土压主要是由空气压力组成的。压力空气容易穿过泥水层进入螺旋输送机，从其出土闸门迅速地喷出，泥土仓内压力空气瞬时大量释放，造成泥土仓内土压大幅度突降；在较松软的地质中，泥土仓内压力空气有时会通过盾构机外壳的松软土层向盾尾方向移动，击穿尾盾密封向盾构机内部释放压力空气，也会造成泥土仓内土压大幅度突降。

处理方法：

当遇此情况时，立即关闭螺旋输送机及其出土闸门，停止出土。盾构机继续往前推进，使泥土仓土压尽快恢复至正常值，以保持开挖面土层的稳定，防止由于泥土仓压力的突降而引起地层发生变化，引起地表面出现较大幅度的沉降。同时，在操作中应根据土质情况和刀盘扭矩的大小，减少注水量，调整泡沫系统中空气的比例，并减小泡沫量，降低泥土仓内水和空气的含量。

2.停止推进后泥土仓土压自动上升

产生原因：

盾构机停止往前推进后，泡沫系统已关闭，但由于泡沫系统某个进气阀故障，阀芯被卡住，进气阀仍处于开启状态，压力空气继续通过该进气阀进入泥土仓，导致在盾构机停止往前推进后泥土仓出现土压自动上升的现象。

处理方法：

（1）首先关掉空气压缩机，打开压缩空气储气罐的放气阀，放掉压力空气卸压，直至泥土仓土压不再上升为止。

（2）若泥土仓土压上升幅度很大，为防止地表面隆起，启动皮带输送机和螺旋输送机，打开螺旋输送机出土闸门，低速运转螺旋输送机，慢慢地出土，直至泥土仓土压降至正常值为止；若泥土仓土压上升幅度较小，不会引起地表面隆起，故不需要降低泥土仓土压。

（3）检查泡沫系统空气进气阀，查明进气阀阀芯被卡住的具体原因，修理或更换进气阀，使进气阀能正常打开和关闭。

因此，要求操作人员在盾构机停止往前推进后，除正常检查维修盾构机外，一般不要离开操作室，以保证盾构机在出现异常情况时，能及时发现，并采取措施。