复合式泥水平衡盾构冲刷系统的改造

摘要：根据南昌横穿赣江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，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冲刷系统改造

Abstract: according to the Nanchang Ganjiang River across the composite slurry balanced shield in argillaceous rock tunneling occurs when a "paste" cutter, flushing system of slurry balance shield itself was reformed, the transformation is complete, the main parameters of shield tunneling has been greatly improved, ensuring the smooth of shield tunneling.

Keywords: Slurry Balance Shield muddy siltstone scour transformation system.

中图分类号： TU46文献标识码：A

一、引言

（一）工程概况

南昌市轨道交通1号线一期工程土建四标包括两站三区间，标段施工内容包括2个明挖车站、3个盾构区间隧道，全长3822.254米。会展路站～丰和站区间长716.127m；丰和站～秋水广场站区间长587.196m；秋水广场站～中山西路站区间长1889.518m。其中秋水广场站～中山西路站区间隧道采用两台泥水平衡盾构（海瑞克S367和NFM-07）掘进施工。本文主要对过江的两台泥水平衡盾构冲刷系统的改造进行探讨。

（二）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。

其中始发段367.5米以砂卵石为主，到达段317.5米以砂卵石为主，合计685米，占总长度的37%；中风化基岩为1120米长，占总长度的60%；断层破碎带为50米长，占总长度的3%。

二、泥水平衡盾构自身的冲刷系统

（一） NFM-07冲刷系统

NFM-07泥浆冲刷系统采用底部两路DN150泥浆管冲刷气垫仓碎石机前部，上部两路DN150泥浆管冲刷刀盘仓，中心回转接头采用一路DN100泥浆管冲刷刀盘中心，底部两路DN50泥浆管冲刷刀盘仓泥浆门，下图为泥浆循环系统和进出孔位置图：

NFM-07 泥浆循环原理图 NFM-07泥浆孔位置布置图

（二） 海瑞克S-367冲刷系统

海瑞克S367泥浆冲刷系统采用底部两路DN150泥浆管（每一出口处改造成一路DN80加一路DN50）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DN80泥浆管冲刷至开挖中心掌子面，底部一路DN50泥浆管冲刷碎石机后部格栅，另外有一路为右上膨润土冲刷系统（现该系统改造成刀盘冲刷管路，有待讨论）下图为泥浆循环系统和进出孔位置图：

S-367泥浆循环原理图S-367泥浆孔位置布置图

三、 NFM-07在掘进过程中的问题

在NFM-07泥水平衡盾构出加固体后，掘进前期200米左右以砂、卵石为主，约160米的上部为砂、卵石层下部为中风化的泥质粉砂岩，到最后的进入全断面泥质粉砂岩，盾构机的掘进过程中盾构总推力一直从1200KN逐步增加到1800KN，盾构的扭矩从开始的1100KN・M逐步增加到2800KN・M。

在掘进至156环后，推力与扭矩大幅度的增大，推进速度明显降低约为6mm，贯入度减少至4-6mm/min，项目组织内部技术人员进行讨论，一致认定可能是刀盘被“糊”，并准备人员进行带压进仓，观察开挖仓的刀具磨损情况。在人员进仓后发现开挖仓的刀盘面板结泥饼、并在扭腿位置形成大块泥团，从而导致刀盘的扭矩增大，刀盘的贯入度减小，推进速度降低。

被 “糊”的刀箱 结泥饼的刀盘面板

在进仓后，项目组织并召开了两次泥水平衡盾构在泥质粉砂岩中掘进技术专题会，鉴于NFM-07在掘进中出现的问题，为避免S367盾构机出现同样的问题，会议决定在更换刀具的基础上对两台泥水平衡盾构的本身的冲刷系统进行改造，改造的基本思路为：借两台盾构机原有的冲刷管路，通过增加冲刷泵，并减小冲刷管路的口径，以增加冲刷压力，达到更好的冲刷效果避免刀盘形成泥饼、刀箱堵塞。

四、NFM-07与海瑞克S367冲刷系统的改造

在对比两台泥水平衡盾构后可以发现两台盾构机的刀盘冲刷管路基本一致，可同时改进，改进的方案为：在增加的冲刷泵分别连接至刀盘仓的上部两根DN150进浆管上，左侧做一变径将管路口径改变成DN50增加冲刷流速及压力，右侧在改变口径的基础上改变冲刷口径的同时改变冲刷方向使其冲刷至刀盘边缘刀腔，这样一来基本上可以冲刷刀盘三个不同的轨迹。同时对刀盘的中心冲刷进行改进，加强对中心滚刀的冲刷。

根据NFM-07实际掘进经验,及中铁隧道装备有限公司对我项目的建议，我项目对NFM-07及海瑞克S367做出了如下改进：

（一）分别在两台盾构机上，在原有进浆泵基础上增加一个55KW的冲刷泵，以增加刀盘仓冲刷压力，冲刷泵的进浆在进浆管上由一个DN150的泥浆管进入，出浆管分别接到盾构机原有的刀盘冲刷管上；

（二）将刀盘仓预留DN80的进浆孔改进成沿刀盘面板的半径方向5个直径为16mm的冲刷小孔这样可以对刀盘不同轨迹进行冲刷，；

（三）将海瑞克S367右侧刀盘仓DN80膨润土管管路引至泥浆门两侧对其进行单独冲刷防止堵泥浆门；

（四）将海瑞克S367中心DN80（NFM-07中心DN100）的冲刷管改进为中间一个直径为25mm、周边三个直径为25mm的冲刷孔冲刷刀盘中心区域双联滚刀。

泥浆冲刷管路改造系统图

S367右上部改造的多路喷孔S367改进后的刀盘中心喷孔

NFM-07刀盘仓右上改造的喷孔 NFM-07刀盘仓左上改造后的喷孔

五 、冲刷系统改造的效果

NFM-07盾构机在对冲刷系统进行改造完成并更换刀具恢复掘进后，总推力由1800KN降至1200KN，扭矩由2800KN・M降至2000 KN・M，掘进速度约为14mm/min。从冲刷系统改造后的掘进情况来看，盾构的推力、扭矩迅速减少，掘进速度增加，加快了施工进度。

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，明显好于同样地段的NFM-07。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，

NFM-07改造掘进后刀盘照片

S367的双刃滚刀S367边刮刀与切刀

六、 小结

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，在本次过赣江施工中，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，在对两台泥水盾构进行冲刷系统改造后，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

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