作为一种管道施工机械设备，泥水加压平衡盾构机除本身的液压、电气系统故障外，影响盾构推进速度的主要问题在于参数特征上表现的推力过大。文章对导致盾构机推力过大的原因进行分析，并提出应对措施。 标签： 盾构机;推力过大;原因;措施
前言：
目前，在管道穿越现场施工中发现，受各种因素影响，致使盾构机推力过大而出现了诸多问题，如盾构机自然下沉、引发地面沉降，高负荷运行加速磨损老化、能耗大幅增加等。盾构机被迫停机，势必严重影响施工进度。而由于停机造成的隧道温度升高和施工环境恶化，亦将严重影响工人的工作状态和人身安全。实践表明，通过注人膨润土、泡沫剂、分散剂及高分子聚合物极大地改善了开挖面土体的塑流性，有效地降低了盾构的扭矩和推力，减轻了机械负荷和磨损，可提高工效。因此，有必要对盾构机推力过大原因进行分析，制定具体解决方案，保证油气管道穿越工程的顺利进行。
1、盾构机分类
1.1、手掘式盾构
手掘式盾构构造简单，配套设备较少，因而造价低。其开挖面可以根据地质条件全部敞开，也可以采取正面支撑随开挖随支撑。在某些疏散的砂性地层，还可以按照土的摩擦角将开挖面分为几层，这时就把盾构称为棚式盾构。 1.2、挤压式盾构
挤压式盾构分为全挤压及半挤压两种，前者是将手掘式盾构的开挖工作面用胸板封闭起来，把土层挡在胸板外，这样就比较安全可靠，没有水、砂涌入及土体坍塌的危险，并省去了出土工序;后者是在封闭上局部开孔，当盾构推进时，土体从孔中挤入盾构，装车外运，劳动条件比手掘式盾构大为改善，效率也成倍提高。
1.3、半机械式盾构
半机械式盾构系在手掘式盾构正面装上挖土机械来代替人工开挖。根据地层条件，可以安
装反伊挖土机或螺旋切削机。如果土质坚硬，可安装软岩掘进机的切削头子。半机械式盾构的适用范围基本上和手掘式一样，其优缺点除可减轻工人劳动强度外，均与手掘式相似。
2、盾构机工作原理
以M1051盾构机为例：M1051盾构机属于泥水加压平衡系列盾构机，动力为电驱液系统，成型隧道直径3.08m，总推力10000kN。其工作原理：盾构机依靠盾尾的8个千斤顶顶住拼装好的管片提供前进动力，推进时，液压马达驱动刀盘旋转切削土体，切削的渣土经过刀盘开口进入刀盘舱内。车辆定位系统
泥水盾构机具有一套泥水环流系统，分为进浆和排浆，分别安装有进浆泵和排浆泵，进、排浆管路直接通至舱内，流量可达400m3/h。进浆泵增压将密度较低的泥浆压进舱内，与刀盘切削的渣土混合后成为密度更高的固液混合物;排浆泵将混合泥浆从舱内抽出，并通过排浆管路携带至地面泥水分离设备。泥水分离设备将混合物按照颗粒大小进行分离，大颗粒渣土直接排出，浆液循环利用。推进过程中进行管片背注浆，防止隧道和地面下沉。每推进1.2m后停止推进，开始拼装管片，如此循环，直至盾构机进入接收井。泥水加压平衡
盾构机与其他盾构机的显著区别在于前者存在气压平衡模式，其刀盘后部具有两个舱室，分别为泥水舱和刀盘舱;通过向泥水舱内加入压缩空气，形成一个缓冲气垫（供气系统为自动控制系统，自动调节进气与排气压力），可保持对地层压力不变，有效降低泥水压力变化对地层的冲击和扰动，防止塌方。
3、推力过大原因分析
3.1、受力分析
盾构机推力由拖车阻力、盾尾阻力、导向油缸的反作用力、水土阻力、稳定开挖面气压的反作用力与刀盘切削土体的摩擦阻力组成，进行如下分析：一般情况下，拖车质量不会变化，阻力为恒定值;盾尾阻力在不同地层因摩擦因数的不同而变化，地质条件不变时一般不会发生变化，其与拖车阻力之和对应为盾尾铰接油缸的压力;采用加压模式时，恒定的气压对盾构机产生的反作用力是恒定的;水土压力由地层的裂隙发育、稳定程度决定，一般裂隙越发育、地层越不稳定，对盾构机的阻力越大，在地质条件不变时相差不大;刀盘切削土体的摩擦阻力对应刀盘旋转时的油压和扭矩，一般在含粘土量越大、硬度越大的地层，摩擦阻力越大;从盾构机的整体受力分析来看，导向油缸的推力能够直观反映其前部盾构机的受
力情况。
3.2、盾构机推进模式分析
气压平衡模式是泥水加压平衡盾构机的特设计，但若选择应用时机错误，也会带来较大问题。案例：在由沙层进入强风化泥质砂岩时，开始出现推进压力大、掘进速度慢、舱内堵塞等问题。经加压进舱检查，发现地层比较稳定，因此尝试用纯泥水平衡模式推进，效果非常理想;推进速度由2～4环/d达到5～8环/d，堵塞现象较少发生。总结原因：在不稳定地层，通过自动控制向泥水舱内加入与地层水土压力相适应的压缩空气，以平衡地层水土压力，起到支护地层的作用，确保推进过程中开挖面稳定。但压缩空气的副作用是双向作用力，向前支护地层的同时，向后对盾构机施加一个前进的阻力，此危害是在稳定地层，为盾构推进增加较大阻力，导致推进压力过大，同时阻止刀舱内的泥土进入泥水舱内，造成堵塞。
3.3、盾构机姿态调整
由于操作不当，导致盾构机主机与盾尾呈现较严重的V形姿态，使盾构机推进油缸的推力
与隧道轴线形成较大夹角，导致推力被过多地分解在径向方向，造成有效推力的较大损失，而径向方向分力造成管片应力集中，致使管片连续几环发生崩角现象，严重时会造成连片的管片开裂。在某盾构施工中，由于VMT测控系统激光靶故障送修，系统在该情况下盲推了6环，致使隧道轴线在此位置发生较大向上偏移。在纠偏过程中，盾构机推力急剧增大，轴线纠正后，此位置50m长度内出现一个较大的先右上再左下的急弯，同时管片拼装错台较大，崩角位置较多，漏水较严重，影响了隧道质量。
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4、应对措施分析
4.1、运用高分子聚合物改变土壤特性
高分子聚合物配合泡沫剂一起使用，具有使用方便、环保、低用量、对设备无腐蚀性、地层适用范围宽广等特点，可以辅助改善开挖土体的流塑性、渗透性等，从而有效防治“喷涌”和“泥饼”，同时可满足盾构机在施工中对地层适应范围拓宽的要求，提高盾构隧道施工效益。（1）配置方法：配置时需要先将水准备好，准备4耐左右的容器，并向容器注人设定的水，然后边搅拌（可采用向水中注人压缩空气搅拌）边均匀散人聚合物，其间注意防止人水后结团。同时将配置好的溶液继续不间断地搅拌10min左右，多面手将配置好的溶
液注人至开挖面，伴随盾构掘进使用。根据具体地层调节使用量，使用量为每环5～10m3。（2）注人量：根据地层不同，观察盾构机掘进实时数据随时调整。目标为排出的渣土能够达到流塑性状态。通过注人膨润土、泡沫剂、分散剂及高分子聚合物极大地改善了开挖面土体的塑流性，有效地降低了盾构的扭矩和推力，减轻了机械负荷和磨损，减少了换刀次数，提高了工效。良好的塑流性使土体受力状况得到了改善，易使开挖面土压保持动态平衡，减小了地层隆沉幅度，确保了盾构安全、顺利地推进。
4.2、加强粘土地层推进监控
在含粘土层推进时，注意观察记录盾构机推进的正常压力、速度，对推进参数进行实时监控，一经发现推进压力变大、速度慢，刀盘油压、扭矩将达到极限时，须停机进舱检查刀具有无脱落、是否磨损超限而导致无法形成有效切削，检查刀具、出渣口是否被泥饼堵塞而无法排渣，检查刀具表面是否被泥膜覆盖而使刀具无法深入地层进行切削。在这些问题处理完成后方可继续推进，切忌盲目推进，导致刀具、刀盘磨损，带来更大损失。在此地层中推进时，建立了监控制度，通过及时进舱清理、检查，确保了刀具能够正常发挥作用，减少了刀具更换频率，节约了项目成本。
4.3、盾构机V形姿态的调整
强氧化剂>智能红绿灯控制系统由于操作不当造成设备出现V形姿态，应首先查明原因，若是人为失误，应对人员加强管理;若是设备问题，如激光导向系统失灵、导向油缸内泄严重导致推力无法保持等原因，应首先解决设备问题再推进;若是地质过软、过硬、上软下硬或过粘导致的推进困难，应及时召集技术人员进行分析，解决问题或制定专项方案后，才可以继续推进，逐渐纠正盾构机的姿态，确保隧道质量和安全。
5、结束语
盾构机推力加大，对工程施工会造成严重的影响，这就要求施工人员加强对盾构机施工过程中的监督检查，发现问题，及时解决，确保工程施工顺利运行。
参考文献：diat
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分凝器
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