泥水平衡盾构过复合地层前系统性改造

蔡珍

摘 要：根据上一个标段的复合式泥水平衡盾构在泥质岩层掘进时出现的“糊”刀盘的情况，针对南宁剧场站～朝阳广场站盾构区间长距离在泥岩段及复合地层段掘进，其中下穿邕江段泥岩覆土较浅不具备开仓条件，根据本项目地质情况对泥水平衡盾构本身的冲刷系统进行了改造，在改造完成后盾构的主要掘进参数有了很大改观，保证了顺利盾构的掘进。

关键词：泥水平衡盾构；泥质粉砂岩及圆砾复合地层；系统改造

南宁市轨道交通1号线一期工程土建11标包括两站四区间，标段施工内容包括2个明挖车站、4个盾构区间隧道。其中南宁剧场站～朝阳广场站区间隧道全长1492米，采用两台泥水平衡盾构（海瑞克S367和NFM-07）掘进施工。本文主要对海瑞克S367过江段泥质粉砂岩及圆砾复合地层的泥水平衡盾构系统的改造进行探讨。

1.泥水平衡盾构区间地质概况

根据勘察、地层划分和不良地质现象，对穿越部位岩土层工程特性进行分析，区间的地层分布主要有砂土、碎石土、基岩等几种岩土类型。

南～朝区间隧道穿越地层地质从上往下主要为素填土①2、淤泥质粘土②2-1、粉质粘土②2-2、粉土③1、粉细砂④1-1、圆砾⑤1-1、粉砂质泥岩⑦1-2、粉砂质泥岩⑦1-3、泥质粉砂岩⑦2-3地层。其中盾构洞身主要以⑤1-1圆砾层、粉砂质泥岩⑦1-2为主。

2泥水平衡盾构系统改造

2.1 海瑞克S-367冲刷系统改造

海瑞克S367泥浆冲刷系统采用新增泥浆冲刷泵，其主要参数：泥浆泵流量 500～600m3/h，泵出口压力 3～5Bar，底部两路DN150泥浆管（每一出口处改造成两路DN80）冲刷气垫仓碎石机前部，上部两路DN80泥浆管冲刷刀盘仓，中部一路DN150泥浆管冲刷至开挖中心掌子面，底部一路DN150泥浆管冲刷碎石机后部格栅，下图为泥浆循环系统和进出孔位置图：

图1 S-367泥浆循环原理图S-367泥浆孔位置布置图

2.1.1新增的泥浆冲刷系统泥浆泵功率约为 132KW，用来代替盾构机上 55KW 泥浆泵。

2.1.2该系统与盾构机原泥浆循环系统互相独立，可单独操作。

2.1.3该系统可通过开关泥浆管路上的球阀进行相互切换，可根据需要冲刷碎石机、刀盘、泥水舱泥浆门及 P2.1 泵。泥浆冲刷泵增设完成情况

2.2在碎石机鄂部位增加一套搅拌桩

左右各焊接一根搅拌桩，用来搅拌碎石机前方的积渣，使其与泥浆充分混合，进行渣土改良，便于排浆。搅拌桩加工尺寸为200*150*100mm。

2.3刀盘冲刷系统改造

本次改造将冲刷刀盘喷口进行改进，主要是将喷口延长，使喷口尽量接近刀盘，达到冲刷效果。下图为刀盘冲刷喷口焊接位置示意图：

R2100～2500；焊接区域；R1560～1900

图2刀盘冲刷喷口焊接位置示意图

具体改造方法如下：

2.3.1刀盘冲刷喷口延长需要考虑在掘进过程中喷口的受力问题，因此，借鉴其他泥水盾构泥浆喷口的设计，本次改造将喷口设计成被动搅拌桩的形式，即满足喷口延长的要求，也满足受力要求。长度延长至 600mm，喷口正对刀盘设置，喷口直径 75mm。

2.3.2由于刀盘上已焊接有两个运行轨迹的搅拌桩，即 R1900～2000 及 R2815～2935，同时需另外增加两根对称的搅拌桩，搅拌桩的运行轨迹设计为 R2595～2715，因此需在避开上述三个搅拌桩轨迹的前提下设置喷口，故焊接区域设计为 R1560～1900 及 R2100～2500，两区域内各焊接一个。

2.4進浆管主管路增加单向阀

进浆管主管路球阀（V30 球阀）增加单向阀根据以往掘进经验及其他泥水盾构施工的实际案例，进浆管管路上的球阀开关、切换频率较高，易磨损，球阀磨损后，在进行旁通循环的过程中，泥水舱内的泥浆会返回至进浆管路，造成舱内泥浆流失，压力降低。故本次改造时考虑在进浆管路主球阀（V30 球阀）后增设一个单项阀。

2.5 增加搅拌桩

2.5.1设计在刀盘上对称焊接 2 根搅拌桩，主要作用是增加泥浆门搅拌范围，防止泥浆门处积渣，保证出渣通道的顺畅。根据泥浆舱门的尺寸及空间位置可知，泥浆门所在位置的半径范围是 R2515～2965，泥浆门处原有搅拌桩的运行轨迹为 R2815～2935；考虑上述参数，设计新增搅拌桩的运行轨迹为 R2595～2715。

2，6增加焊接撕裂刀

2.6.1设计在刀盘面板焊接部分撕裂刀，要求为每把滚刀或撕裂刀配置一把焊接撕裂刀，焊接撕裂刀与滚刀或撕裂刀的运行轨迹相同。根据刀盘刀具分布情况，计划在 8～38 号刀具运行轨迹上各焊接一把撕裂刀（焊接撕裂刀 B8 对应刀箱刀号为 8#的刀具，以此类推），共31 把。焊接撕裂刀高出刀盘面板 160mm。

2.7不同地质段的刀具配置

南朝区间左右线泥水盾构掘进，为了保证盾构机在不同地质段的顺利掘进，根据施工组织安排，左右线施工掘进中均设置两次开舱检查、更换刀具的工序。第一次为盾构掘进至泥岩段（过邕江前）开舱检查、更换刀具，该工序主要是将适用于圆砾地层的滚刀更换为适用于泥岩地层掘进的可更换撕裂刀；第二次为盾构出洞前开舱检查、更换刀具，该工序主要是进行刀具的检查工作，确保盾构顺利出洞。因此，刀具配置主要采用两种方式，即圆砾地层和泥岩地层刀具配置，两种刀具配置方式的不同之处在于安装滚刀和可更换撕裂刀的数量不同。

进入泥岩地层后将刀盘正面上双刃滚刀更换为双刃撕裂刀，刀盘边缘的边滚刀更换为球齿滚刀，此即为泥岩地层与圆砾地层刀具配置的主要区别；其余刀具配置不变。

3系统改造的效果

S367在改造完成后，盾构的掘进过程中发现，主要掘进参数如推力，扭矩，掘进速度，明显好于原项目施工参数。在到达全段面中风化泥质粉砂岩岩层后，项目组织相关人员常压进仓对刀具进行检查，发现在正对冲刷口的双刃滚刀基本正常磨损，未出现刀具被“糊”的情况。

4总结

盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计、改造，在上次过江施工中，由于在盾构大修、改造期间未对设备的冲刷系统进行整体的改造，导致在后续的施工中，影响了总体施工进度，在对本项目泥水盾构进行系统改造后，盾构的推力、扭矩、掘进速度有了明显的改善，保证了盾构的正常施工。在以后的盾构施工前须根据施工地质情况对整个盾构机进行系统、完整的改造。

参考文献

[1]陈建，张宁川，吕建乐.S259号泥水盾构机改造.[J]隧道建设，2008（27）：71-75.

[2]唐高洪 南宁剧场站～朝阳广场站盾构区间泥水盾构再制造评估报告

（作者单位：广州轨道交通建设监理有限公司）