孫津津

（中國(guó)電建集團(tuán)鐵路建設(shè)有限公司，北京100000）

1 概述

某盾構(gòu)區(qū)間設(shè)計(jì)1700 環(huán)，盾構(gòu)機(jī)施工至1246 環(huán)處，千斤頂行程至900mm 時(shí)，掘進(jìn)中刀盤(pán)扭矩突然增大，引起盾構(gòu)機(jī)盾體旋轉(zhuǎn)約45°，進(jìn)而引起連接橋的扭轉(zhuǎn)變形，盾構(gòu)機(jī)無(wú)法正常掘進(jìn)。為使盾構(gòu)機(jī)復(fù)位至正常狀態(tài)，并排除障礙，恢復(fù)盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)，確保施工安全、快速、有序進(jìn)行，項(xiàng)目部制定了盾體機(jī)復(fù)位、修復(fù)等方案措施。通過(guò)各項(xiàng)措施的落實(shí)，順利完成盾構(gòu)機(jī)的修正復(fù)推工作。

2 主要處置措施

2.1 停機(jī)位置調(diào)查

盾構(gòu)機(jī)停機(jī)位置位于直線段上，上坡3.787‰，隧道埋深15.4m。停機(jī)位置地表現(xiàn)狀為綠化草地及樹(shù)木，停機(jī)位置距離某小區(qū)直線距離最近20m，無(wú)其它建構(gòu)筑物。通過(guò)對(duì)停機(jī)位置刀盤(pán)前方0.3m 位置進(jìn)行地質(zhì)補(bǔ)勘，發(fā)現(xiàn)目前盾構(gòu)機(jī)所處地層為S1g-3 中風(fēng)化泥巖，埋深15.4m，拱頂以上自上而下依次為素填土3.6m、粉質(zhì)黏土4m、強(qiáng)風(fēng)化泥巖2.4m、中風(fēng)化泥巖5.2m，芯樣抗壓試驗(yàn)值7.5MPa，地層較為穩(wěn)定，不需要實(shí)施加固措施。

2.2 主要技術(shù)措施

該事件一經(jīng)發(fā)生，項(xiàng)目部立即邀請(qǐng)盾構(gòu)方面的專家商討處置措施，結(jié)合專家意見(jiàn)，制定了基本的處置步驟：（1）盾構(gòu)機(jī)修正復(fù)位；（2）由盾構(gòu)機(jī)廠家及項(xiàng)目部機(jī)電工程師檢查盾構(gòu)機(jī)受損情況，制定修復(fù)方案；（3）在盾構(gòu)機(jī)修復(fù)的過(guò)程中，通過(guò)常壓開(kāi)倉(cāng)的方式進(jìn)土倉(cāng)檢查盾構(gòu)機(jī)扭轉(zhuǎn)原因；（4）驗(yàn)收調(diào)試。

2.2.1 盾構(gòu)機(jī)修正復(fù)位

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)目前現(xiàn)狀，完成連接橋斷開(kāi)及穩(wěn)固后，通過(guò)新管線連接，確保盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)正常后，先低速正、反兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)，再次確定刀盤(pán)是否被卡住，如果刀盤(pán)被卡住，則實(shí)施方案一進(jìn)行盾體復(fù)位，如果刀盤(pán)沒(méi)有被卡住，則實(shí)施方案二進(jìn)行盾體復(fù)位工作。

方案一：在確定刀盤(pán)被卡住的情況下，按照反向轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)進(jìn)行盾體復(fù)位。初始設(shè)定刀盤(pán)扭矩值3000kn.m，打開(kāi)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，設(shè)定刀盤(pán)轉(zhuǎn)速至0.3rpm，在刀盤(pán)扭矩上升至3000kn.m 時(shí)，觀察盾體回轉(zhuǎn)情況，如若盾體有回轉(zhuǎn)跡象，則本方案成功，采用上述方法繼續(xù)回轉(zhuǎn)，直至盾體回轉(zhuǎn)到位。如若盾體未有回轉(zhuǎn)現(xiàn)象，則按照500kn.m梯度逐步增加扭矩，直至盾體出現(xiàn)回轉(zhuǎn)，此時(shí)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直至盾體復(fù)位。盾體回轉(zhuǎn)到位后，再實(shí)施常壓開(kāi)倉(cāng)作業(yè)，進(jìn)行清倉(cāng)排障。

方案二：確定刀盤(pán)能轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，結(jié)合目前在刀盤(pán)前方位置鉆孔取芯的情況，確定刀盤(pán)前方的地層為全斷面中風(fēng)化泥巖，與地勘一致，地層自穩(wěn)性好，具備常壓開(kāi)倉(cāng)條件，可通過(guò)進(jìn)入土倉(cāng)清理，完成土倉(cāng)清理后，進(jìn)入土倉(cāng)進(jìn)行障礙物的檢查及排除。具備條件后，采用水鉆在掌子面上開(kāi)洞，插入鋼軌，將鋼軌與刀盤(pán)焊接固定，然后緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)，通過(guò)刀盤(pán)固定后的旋轉(zhuǎn)增加的扭矩，迫使盾體回轉(zhuǎn)。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，通過(guò)方案一，使盾構(gòu)機(jī)順利扭轉(zhuǎn)復(fù)位。

2.2.2 盾構(gòu)機(jī)受損調(diào)查

盾體扭轉(zhuǎn)后，與拼裝機(jī)行走梁搭接的設(shè)備橋受力扭轉(zhuǎn)變形，通過(guò)與盾構(gòu)機(jī)廠家共同與設(shè)備進(jìn)行檢查分析，得出盾構(gòu)機(jī)受損如下：

2.2.2.1 推進(jìn)系統(tǒng)

盾體扭轉(zhuǎn)后，主推進(jìn)液壓缸撐靴上的尼龍板與管片摩擦，部分單缸尼龍板扭轉(zhuǎn)、脫落、損壞。

2.2.2.2 螺旋輸送機(jī)

螺旋輸送機(jī)輕微偏轉(zhuǎn)，前盾上螺旋輸送機(jī)套筒法蘭連接面輕微張口，部分螺栓螺紋松脫，未見(jiàn)漏水漏渣，表明其密封尚未失效。螺旋輸送機(jī)第二道后閘門(mén)（下）閘板變形，開(kāi)閉液壓缸彎曲失效。

2.2.2.3 拼裝機(jī)

拼裝機(jī)整體結(jié)構(gòu)良好，管線履帶變形，人行平臺(tái)及走道變形。

2.2.2.4 設(shè)備橋

1#設(shè)備橋結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形，已失效；2#設(shè)備橋輕微變形。

2.2.2.5 皮帶機(jī)系統(tǒng)

1#設(shè)備橋處第1 節(jié)皮帶架?chē)?yán)重變形，已失效；2#設(shè)備橋處局部輕微變形。

2.2.2.6 管片吊機(jī)

1#設(shè)備橋處的二次管片吊機(jī)行走梁嚴(yán)重變形，已失效，管片吊機(jī)損壞。一次管片吊機(jī)前端1 節(jié)行走梁變形，一次管片吊機(jī)未受損。

2.2.2.7 設(shè)備附件

1#設(shè)備橋管線失效；1#設(shè)備橋上的蓄能器、泡沫發(fā)生器未受損。

2.2.3 盾構(gòu)機(jī)受損修復(fù)

2.2.3.1 推進(jìn)系統(tǒng)

統(tǒng)計(jì)撐靴尼龍板損壞數(shù)量，定制全新尼龍板替換。因推進(jìn)系統(tǒng)管路已斷開(kāi)，推進(jìn)液壓缸無(wú)法動(dòng)作，暫時(shí)無(wú)法更換。待推進(jìn)管路恢復(fù)后，在調(diào)試階段進(jìn)行更換。更換時(shí)單根收縮推進(jìn)液壓缸，更換完成后液壓缸伸出抵住管片，逐一進(jìn)行，禁止同時(shí)收縮多根液壓缸。

2.2.3.2 螺旋輸送機(jī)

螺旋輸送機(jī)輕微向左偏轉(zhuǎn)，使用手動(dòng)分體千斤頂或手拉葫蘆將螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)回中?；刂泻蟾鼡Q螺旋輸送機(jī)套筒與螺旋輸送機(jī)螺栓及螺母。第二道后閘門(mén)整體拆下，更換盾構(gòu)機(jī)的第二道后閘門(mén)總成。

2.2.3.3 拼裝機(jī)

矯正變形的人行平臺(tái)及走道。矯正變形的管線履帶。

2.2.3.4 設(shè)備橋

2#設(shè)備橋變形輕微，使用功能未受影響，使用千斤頂重新安放到臺(tái)車(chē)軌道上，矯正后進(jìn)行加固。1#設(shè)備橋結(jié)構(gòu)已失效，采用現(xiàn)有中鐵裝備R59盾構(gòu)機(jī)設(shè)備橋代替。該設(shè)備橋?yàn)楹?jiǎn)支結(jié)構(gòu)，共包含2 根牽引梁（含管線托架）、管片吊機(jī)行走雙曲梁、皮帶架及皮帶從動(dòng)滾筒，解體后可運(yùn)輸至盾體后部組裝，前端與拼裝機(jī)行走主梁連接，后端與2#連接橋連接或搭接。連接橋直接通過(guò)電瓶車(chē)運(yùn)輸至隧道內(nèi)進(jìn)行安裝，可不需要再實(shí)施隧道內(nèi)臺(tái)車(chē)的拆解和后退工作。牽引梁上各帶有牽引液壓缸，可調(diào)節(jié)牽引梁長(zhǎng)度，故安裝的順序?yàn)楣芷鯔C(jī)曲梁安裝→牽引梁→皮帶架及皮帶從動(dòng)滾筒。各部件拆解后重量不超過(guò)3t，使用20mm 鋼板制作8 字型吊耳，利用管片螺栓固定到管片頂部2、10 點(diǎn)位，掛3t 手拉葫蘆輔助安裝。管片吊機(jī)曲梁主要承受其自重、皮帶架及渣土重力，基本不承受軸向拉力。單側(cè)管片吊機(jī)曲梁共2 段，后段曲梁長(zhǎng)約13m（含彎曲段），前段為直梁長(zhǎng)約5m。利用手拉葫蘆提升管片吊機(jī)曲梁后段，將其后端放置到2#設(shè)備橋頂部，搭接長(zhǎng)度約2m，與原中鐵裝備R59 盾構(gòu)機(jī)安裝方式一致；前端吊起后放置在拼裝機(jī)行走梁下部，與后段搭接，定位后進(jìn)行加固（與拼裝機(jī)行走梁）。先安裝后段，吊裝時(shí)注意雙梁平行度，后段全部放置到預(yù)定位置后安裝雙梁扁擔(dān)，將雙梁固定成整體，再安裝前段，注意2 段軌道梁間有圓形搭接位，確保搭接到位且平整。（圖1）牽引梁主要承受后配套拖車(chē)?yán)?，以及自身重力。? 根牽引梁，后端配有拖拉液壓缸，長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)。在2#設(shè)備橋前端橫梁上設(shè)置吊耳，將牽引梁后端插銷(xiāo)插入吊耳；在拼裝機(jī)行走梁后端設(shè)置吊耳，將牽引梁前端插銷(xiāo)插入吊耳，完成安裝。牽引梁在管片吊機(jī)曲梁外側(cè)，安裝時(shí)注意結(jié)構(gòu)干涉情況。（圖2）皮帶機(jī)整體懸掛在管片吊機(jī)曲梁上，從動(dòng)滾筒部分使用2 個(gè)3T 手拉葫蘆掛在拼裝機(jī)行走梁后部，皮帶架使用花籃螺栓懸掛在雙梁中間的多個(gè)扁擔(dān)梁上。皮帶架在新設(shè)備橋固定后，安裝三聯(lián)式托輥。割除原皮帶劃傷部位，新購(gòu)皮帶進(jìn)行整體粘結(jié)。棄用原二次管片吊機(jī)，管片吊機(jī)、控制箱、遙控器、接收器等均使用R59 盾構(gòu)機(jī)部件。

圖2 牽引梁示意圖

圖1 管片吊機(jī)行走曲梁示意圖

2.2.3.5 設(shè)備附件

原設(shè)備橋上的部件主要有蓄能器及液壓閥塊、泡沫發(fā)生器、氣體流量計(jì)，蓄能器及液壓閥塊改移到2#設(shè)備橋右側(cè)；在2#設(shè)備橋左側(cè)前端增設(shè)小平臺(tái)，將泡沫發(fā)生器、氣體流量計(jì)改移到該平臺(tái)上，設(shè)置支架固定。相應(yīng)管線一并改移。

2.2.3.6 管線恢復(fù)

統(tǒng)計(jì)受損管線，在設(shè)備橋結(jié)構(gòu)基本固定后復(fù)核長(zhǎng)度是否合適。原設(shè)備橋上硬管采用軟管代替，在1#、2#設(shè)備橋、拼裝機(jī)行走梁后端設(shè)置接頭，方便連接。按出廠圖紙?jiān)陔娎|及管路上做好標(biāo)志。牽引梁上有管線托架，沿左側(cè)牽引梁管線托架敷設(shè)，拐彎處留有一定余量，以應(yīng)對(duì)拐彎時(shí)兩側(cè)拖拉液壓缸動(dòng)作。

2.2.4 常壓開(kāi)倉(cāng)檢查

在盾構(gòu)機(jī)修復(fù)的期間，同步進(jìn)行常壓開(kāi)倉(cāng)檢查，查找盾構(gòu)機(jī)扭轉(zhuǎn)原因。由于土倉(cāng)內(nèi)土位較高，螺機(jī)受損無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)人工清理的方式，降低土位排倉(cāng)。最終發(fā)現(xiàn)在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過(guò)程中，中心滾刀脫落，同時(shí)由于巖層較硬，中心滾刀刀箱受卡，刀盤(pán)扭矩突然增大，盾構(gòu)機(jī)與圍巖之間的摩擦力不足，導(dǎo)致盾體旋轉(zhuǎn)。項(xiàng)目部隨后對(duì)中心滾到進(jìn)行更換，并對(duì)整個(gè)刀盤(pán)進(jìn)行檢查，對(duì)磨損嚴(yán)重的刀具進(jìn)行更換，對(duì)逐一對(duì)刀具連接螺栓進(jìn)行加固。

2.2.5 驗(yàn)收調(diào)試

按出廠說(shuō)明書(shū)中要求對(duì)修復(fù)的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)收調(diào)試，洞內(nèi)情況與工廠或現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收有差異，測(cè)試動(dòng)作盡量減少對(duì)土體的擾動(dòng)。在完成盾構(gòu)修復(fù)工作后，先由項(xiàng)目部與廠家進(jìn)行驗(yàn)收檢查，合格后，報(bào)由監(jiān)理工程師組織進(jìn)行最終驗(yàn)收，并完善最終驗(yàn)收記錄。

3 結(jié)論

本工程盾構(gòu)機(jī)修正復(fù)推由于是在洞內(nèi)實(shí)施，安全風(fēng)險(xiǎn)高、作業(yè)空間小、工期壓力緊、各方面交叉作業(yè)、管理難度大，但是由于項(xiàng)目部處理及時(shí)，科學(xué)合理制定處置方案，積極調(diào)配各項(xiàng)資源，層層嚴(yán)格把關(guān)落實(shí)，成功克服以上各項(xiàng)困難，最終僅用時(shí)22 天，就順利完成盾構(gòu)機(jī)洞內(nèi)扭轉(zhuǎn)修正復(fù)推工作，為以后類(lèi)似工程施工提供了參考。