浅析奥林隧道盾构机中心回转体故障案例

来源：职称驿站所属分类：地质论文
发布时间：2011-08-23浏览：192次

　　[摘要]分析了盾构机中心回转体故障的原因，总结了处理类似问题的经验，制订了避免类似事故的对策。
　　[关键词]盾构，中心回转体，带压开仓，常压开仓
　　1概述
　　奥林电力隧道北起220千伏奥林变电站，向西至东圃变电站，全长2.58千米。其中奥林站至广园快速路段简称奥林段，大观路至东圃变电站段简称大观段。先施工一期工程奥林段含3个明挖段竖井和3段盾构隧道，隧道采用外径Ф6000盾构施工，隧道总长度为1259米（其中盾构隧道长1170米），埋深约8.5米。
　　奥林站至大观路段的较场路现正通车，车流量相对较少，大道两侧均有平行于道路及横穿道路的电力、通讯、供水、排水、煤气等管线。
　　奥林电缆隧道工程场地范围内主要土层从上至下分别为：素填土、粉质粘土、粉细砂、中粗砂、全风化泥岩、强风化泥岩、中风化泥质粉砂岩。隧道洞身主要位于在〈8〉粉细砂、〈9〉中粗砂中，〈8〉〈9〉号层为高难度承压水头的含水层，水文地质条件复杂，易产生流砂，塌落等问题。
　　2案例概况
　　2．1事故的基本情况
　　盾构掘进至273环（刀盘里程DK0+458.8），扭矩由2500KNm增大至4500KNm，盾构前体有泡沫喷出，盾构停止向前掘进。通过调阅施工记录,盾构机从掘进266环开始，掘进参数都在不断变化，推力由10000KN不断增大，到273环推力已达16000KN，扭矩也由1800KNm不断变大，掘进速度维持在20㎜/MIN，旋转输送机排土困难。根据上述症状，判断盾构机刀盘中心回转体与马头已断开，中心回转体的管路已损坏及刀盘已结“泥饼”。经开仓检查，发现中心回转体脱落并向后退出约130mm（见图1、2）。
　　
　　图1盾构中心回转体图2盾构中心回转体
　　2．2地质情况
　　该处隧道覆土厚度约8.5米，掌子面隧道断面内上部为（7-2）粉质粘土、下部为（10）粉质粘土，粘粒含量极高，粘性很好，拱顶3m仍为（7-2）粘土层，地下水少，标贯为5～12击，处于流塑与软塑之间。
　　2．3地面情况
　　根据《沿线建筑物与管线调查报告》及通过现场踏勘，隧道右侧上方有一条埋深1.28m的Ф219煤气钢管，为了防止开仓期间引起地面沉降而致使煤气管损坏，需要进行保护处理。
　　3中心回转体故障修复方案
　　针对中心回转体脱落事故，组织了专家审查，认为粘土层标贯较低，可能夹砂层等因素，决定在中心回转体轴承位置安装密封条，实现带压置换土方及安装土仓开口背板支撑，再常压开仓进行修复中心回转体的方案。
　　中心回转体维修流程：保护地面管线→密封并固定中心回转体→带压进仓加固土体→常压进仓维修回转体、疏通管路及清理刀具的粘土→带压进仓拆除支护结构→清洗土仓及辐条的泥饼→恢复掘进。
　　4地面煤气管保护措施
　　具体施工方法如下：
　　1、根据煤气管线走向破除刀盘前方10m煤气管线上方的混凝土路面，挖沟把煤气管道暴露出来。
　　2、在地面上安装支架，煤气管下插入10号槽钢，采用可调的螺丝拉杆将煤气管挂在上部支架上，并调紧。支架布置见图4、5。
　　
　　
　　图4煤气管加固布置示意图图5煤气管加固现场图
　　3、盾构开仓作业期间，对在煤气管线、刀盘前后各10m地面进行临时围蔽，布置沉降观测点，监测频率2次/天，及时反馈管线及地面的沉降量。若发现支架有下沉情况，应及时调整拉杆，防止煤气管跟随下沉；
　　4、开挖基坑派人24H看守，杜绝明火靠近；如有煤气泄漏应立即向煤气公司报告，进行应急处理。
　　5、隧道内作业完成后，用石粉填充沉降后气管下部空隙，拆除支架，并同时填充气管下部加固支架槽。用石粉覆盖煤气管至管顶150mm，然后根据道路施工要求恢复路面。
　　5盾构开仓维修中心回转体、疏通管路及清理泥饼的全过程
　　5．1带压开仓作业
　　根据专家意见和结合现场技术人员的综合判断，常压开仓施工风险较大，决定带压进行置换刀盘内的泥土和专业的带压操作人员进仓对刀盘辐条开口安装背板支撑。通过盾尾两环注双液浆封堵隧道后方来水源和加强回转体密封措施后，带压进仓打开刀盘背板的人闸门，由于人闸门完全被粘土糊住，人员无法进仓。现场判断该粘土能保证撑子面有一段时间的自稳能力，决定停止进仓作业，继续向土仓内加入气压和部分的泡沫水溶液进行排土，经过8小时的排土，共排出泥水约18方。
　　5．2常压开仓作业
　　6月9日上午，在带压进仓失败后，通过已打开的门缝判断，仓内没有发现大量地下泥水补给现象，在出土过程中监测地表变形较小，再加上粘土还具备一定时间的自稳，决定先常压开仓，在人舱内观察土仓内的情况。通过一晚的排土，刀盘土仓内的泥土位置下降，很容易就打出最后一道闸门，清楚地看到了土仓内刀盘背板被粘土糊住的情况。再人工用铁锹暴露出刀盘前方撑子面的地层，发觉粘土层和砂质粘土层自稳较好，没有地下水渗透现象，粘土层实际标贯应大于15击，属于硬塑粘土层。技术人员通过详细分析，决定常压进仓清理泥饼和盾构机维修。
　　5．3盾构中心回转体管路疏通和复位固定
　　盾构中心回转体暴露后，发现其与刀盘辐条马头完全分离，中间连接的6根Φ20的螺栓全部丢失，4路管道（管路、气管,HBW及EP2油路）有泥浆污染，需清理干净。进一步检查发现，螺栓内的螺纹有损坏变形的情况，需进行“攻丝”修复，重新加工螺栓连接。
　　管路耗两小时就完成了清理工作。螺栓套筒内的螺纹经过“攻丝”和拧螺栓检验，发现有两个套筒内的螺纹无法修复，拧上的螺栓有松动现象，经与厂家研究，决定把中心回转体与马头部位接口全部满焊，既加强松脱部位的连接，同时密封后可以避免该部位的管道接口泄漏。中心回转体复位及与马头对位连接非常困难，中心回转体通过舱内和舱外部位采葫芦固定和微调后复位，拧上螺栓后，对接口部位进行焊接，焊完一个面，再转动刀盘，焊接另外一个面。中心回转体修复后，先对管道加压调试，发现没有渗漏，出口压力正常，再转动刀盘，发现参数没有异常，中心回转体修复工作全部完成。由于刀盘辐条口和滚刀四周仍被粘土糊住，安排人工进行全部清理，再关舱。历时5天多的时间，盾构中心回转体故障全部处理完成，恢复盾构掘进施工。
　　6小结
　　1、目前地质勘察取样的方法，加水钻水的过程中，现状土发生变化，获取的参数容易使人产生误判。本次盾构开仓实际地层为粉质粘土和砂质粘土，钻孔过程中加水后变软，使标贯降低变为软塑地层，实际为硬塑地层，自稳相对较好，该地层具备常压开仓的条件。
　　2、本次中心回转体维修的方法，设备仍存在“带病”运转现象，中心回转体接口焊接应很难抵挡刀盘变形产生的力，很容易先破坏焊缝，再产生螺栓脱落，工程之后都在砂层中掘进，没有常压开仓的条件，给工程带来非常大的风险。目前仅能通过加强过程设备检查，降低推力，在过井2再详细检查的计划。
　　3、由于盾构中心回转体脱落，导致泡沫管路泄漏，压力降低，泡沫发泡率低，降低了渣土改良的效果，验证了监理部一直认为盾构在粘土中掘进中渣土改良较差的判断。
　　
　　参考文献：
　　【1】复合地层中的盾构施工技术，竺维彬，鞠世健2005年中国科学技术出版社
　　【2】广州地铁三号线盾构隧道工程施工技术研究，竺维彬，鞠世健2007年既南大学出版社