一种盾构机卡盾后的脱困方法与流程

本发明涉及盾构机领域，尤其涉及一种盾构机在施工中卡盾后的脱困方法。

背景技术：

盾构机是现有常用的隧洞构建的主要设备。在根据现场的实际测量、开挖情况以及刀盘的刀具布置，盾体被卡的主要原因分析如下：

（1）管理原因

依据盾构机采购合同，隧洞进、出口各1km盾构机掘进由设备厂家人员负责操作，在施工中应定时对刀盘和刀具损坏情况进行检查，以防止边滚刀磨损超限。但在日常施工过程中，由于管理不当，项目部人员与设备厂家技术服务人员沟通不及时，配合不默契，并未定时对刀盘和刀具损坏情况进行检查，盲目追赶进度，以致造成边滚刀磨损超限，使开挖直径变小造成前盾被卡。

（2）操作不当，盾构机姿态调整较大

盾构机司机在操作过程中，掘进参数设置不合理，盾构姿态调整较大。如隧洞出口沿纵坡1/2500，即盾构姿态呈上坡趋势，但盾构机掘进监控界面显示为负值，399环垂直姿态前盾实测最大为-73mm，前盾调整值-5mm，中盾实测值-69mm，中盾调整值-12mm，尾盾实测值-48mm,尾盾调整值-9mm（详见表2）。发现掘进困难时，盾构机司机未停机检查，未深入分析问题原因，未制定切实有效措施，而是抱有侥幸心理，强行推进，结果推力过大造成滚刀螺栓松动，压块脱落，滚刀整体回退，掘进直径变小，最终造成前盾被卡。此前在386环时启用了超挖刀，在掘进400环时超挖刀被卡，说明岩石坚硬程度超出预期，然后收回超挖刀，在以后的掘进中未再使用超挖刀。

表1390环到399环的姿态调整对比

（3）刀盘刀箱适应性不够

刀盘滚刀在平均推力1400t时，发生螺栓松动，压块脱落，边滚刀整体回退，导致开挖直径变小。脱卡后，采用正常平均推力600t推进，平均速度控制在10mm/min，扭矩控制在500kn·m，每环推进结束后进行开仓检查，发现每环总有两个以上刀具螺栓松动，螺栓断裂现象频繁发生，经分析由于地质强度软硬岩层交替出现，在盾构推力的作用下，引起刀盘刀具异常振动，最终造成固定刀具的螺栓产生疲劳积累性松动和变形，然后采取钢筋焊接刀具螺栓，情况有所改善，但未从根本上解决问题，螺栓松动仍然频繁发生，严重时由于螺栓屈服强度到达到极限，最终导致出现中心双刃滚刀螺栓断裂，压紧斜块脱落问题。

现有的，为了盾构机脱困，采用的手段有：

方案1：从隧洞顶部钻孔至盾构机刀盘前面，之后向反方向清除卡盾周边的围岩脱困，但此方案缺点是埋深45m，施工难度大，且破坏竖井周边的树林和植被；

方案2：从隧洞侧面人工钻爆支洞至盾构机刀盘前面，经现场实测支洞距掌子面约480m，距离长，施工时间较长，投资较大；

可见，现有技术中，对盾构机脱困没有太好的方法，如果施工中遇到卡盾问题，不但影响工期，而且进一步增加了施工投入。

技术实现要素：

为了解决现有技术中盾构机卡盾后的脱困问题，本发明提出了一种盾构机卡盾后的脱困方法。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种盾构机卡盾后的脱困方法，其特征在于：利用钻机在刀盘与掌子面之间钻孔，形成满足人员进入的空间；人员进入到刀盘与掌子面之间的空间后，采用钻孔与松动爆破，在刀盘前面形成作业台阶；在该作业台阶内，先径向扩大洞径，再沿盾体外侧反向回掏，以盾体圆心向顶拱方向形成角度逐渐增大的扇形范围，并在该范围为120度、150度以及180度时进行试推，直至盾构机脱困。

有益效果：本发明通过先构建作业台阶，在进行扩大洞径，最后设置扇形区域不断的钻孔与试车，直到盾构机脱困。与现有技术相比，本发明所述的方法施工简单，不会破坏竖井周边的树林和植被，保护了环境；同时，本发明所述的方法仅仅进行钻孔操作，与钻爆支洞相比，具有成本低，施工时间短的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明流程图。

图2为扇形范围示意图。

需要明确的是：图1中的a~d代表本发明的工作流程；图2中的α的范围是0~180°。

其他附图标记：1.盾构机；2.扇形范围。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

所述的一种盾构机卡盾后的脱困方法，其特征在于：利用钻机在刀盘与掌子面之间钻孔，形成满足人员进入的空间；人员进入到刀盘与掌子面之间的空间后，采用钻孔与松动爆破，在刀盘前面形成作业台阶；在该作业台阶内，先径向扩大洞径，再沿盾体外侧反向回掏，以盾体圆心向顶拱方向形成角度逐渐增大的扇形范围，并在该范围为120度、150度以及180度时进行试推，直至盾构机脱困。

具体实施例i：某县引入新工程土压平衡盾构出口段，采用某公司盾构机掘进。2019年1月21日盾构掘进至401环后，对应桩号20+685.9，推力逐渐增大、刀盘扭矩逐渐减小，掘进速度缓慢。更换刀具后，继续对402环进行掘进，掘进过程中出现推力不断增加、刀盘扭矩逐渐减小及尾盾铰接无法收回的现象。立即停止掘进，开舱进行检查，发现前体切口环位置与周边岩面密贴，分析判断为盾体被围岩卡死。

采用本发明所述的方法进行脱困：

首先，刀盘与掌子面之间钻孔的过程如下：由于施工作业空间位于盾构机土舱内，土仓空间狭小，在实际操作过程中，用ф100mm钻机首先向刀盘前方掌子面位置破除出一个工作洞。盾构机刀盘开口率为32%，首先拆掉3把单刃滚刀，利用刀盘开口位置和拆除掉的滚刀位置布置掏槽眼。可以在土仓内没有固定钻机的位置，焊接一个支架，用来固定钻机，接好冷却水管后开始钻孔取芯，控制好钻孔速度，每次钻孔破碎深度约200～500mm。每个钻孔间距约100～200mm。

然后，刀盘前面形成作业台阶的具体过程是：由于土舱内作业空间狭小，不能一次开挖成型，只能分步进行，工作洞的开挖顺序如下：利用刀盘开口位置，每次钻孔破碎深度约200mm，进行钻孔破碎；第一次掏槽完成后，转动刀盘，利用此次掏槽临空面，同样在刀盘开口位置进行扩大掏槽，方法同第一次；经反复多次钻孔，作业台阶开挖完成。经反复多次钻孔，工作洞开挖完成，最终在掌子面位置形成了一个长约3m、宽约1.5m、高约1.2m的空腔。

最后，沿盾体顶拱外侧反向钻孔试推，具体施工步骤如下：

（1）沿盾体外侧位置反向开始钻孔，孔深2.5m，盾体圆心向顶拱方向钻双排孔且孔孔相连并形成空腔，形成扇形的范围；继续钻孔，当扇形的角度为120°时，停止钻孔，检查前盾盾体外侧与三分之一部位的围岩脱离情况，此时施工人员撤离现场，由盾构司机进行试推。

（2）如步骤（1）无法推进，则沿盾体继续钻孔，当所述扇形角度为150°时，停止钻孔，检查前盾盾体外侧与三分之一部位的围岩脱离情况，由盾构司机进行试推；

（3）如果步骤（2）无法推进，当所述扇形角度为180°时，停止钻孔，由盾构司机进行试推，当推进压力达到1500t（设计总推力1600t），主动铰接与被动铰接全部伸出，总计推进18cm，实现脱困。

以上所述仅为发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。