泥饼处理措施研究

一.盾构机刀盘结泥饼原因分析

1. 随着国内城市建设的加快，各大城市的轨道交通建设越来越多，因为盾构机施工自动化和机械化程度高，并且具有施工安全、施工速度快、对城市地面环境影响小等诸多优势，所以盾构机在城市隧道轨道交通施工中应用越来越普遍。但是因为刀盘结泥饼问题所导致的盾构机施工安全及影响施工进度等重要问题一直困扰着盾构施工人员及盾构机设计人员。针对此问题，在盾构机设计及盾构机施工过程中也一直尝试着各种改进措施，目的就是有效的解决盾构机掘进过程中的刀盘结泥饼问题。

2. 粘土是形成泥饼的主要成分，刀盘结泥饼过程大概为：首先刀盘中心被渣土填满，随着渣土温度的不断升高，刀盘中心形成泥饼并导致刀盘中心辅助液体注入口被堵失效，随之，刀盘切削下来的渣土温度逐渐升高，部分初级形成的泥饼封住部分刀盘开口;随之，泥饼不断的由刀盘中心逐渐向刀盘外周扩散;最终，泥饼将刀盘大部分开口堵住并将刀盘辐条辅助液体注入口封堵失效。

3.刀盘不停转动，泥饼温度越来越高，温度变高导致泥饼烧结成为更加坚硬的泥饼，当泥饼形成后，盾构机的推力逐渐增大、刀盘扭矩逐渐变小，推进速度也明显降低。当刀盘形成泥饼后刀盘刀具切削面主要是刀盘泥饼与切削掌子面的摩擦，使土仓温度逐渐升高，对刀盘结泥饼问题造成恶性循环，使刀盘结泥饼越来越严重。被切削下来的泥土与水慢慢被搅成糊状，在土仓水压和气压的共同作用下在富水地层极易发生喷涌现象。如果刀盘在结泥饼状态下长时间掘进，还会经常导致刀盘主驱动温度过高，并会伴随着主驱动主轴承温度过高报警停机现象。可见，刀盘结泥饼在盾构机施工过程中会对盾构机设备本身及施工过程造成非常严重的后果

二.刀盘结泥饼处理措施

针对刀盘结泥饼问题，提出以下几项见解。

1.改善刀盘开口率

由于一般的辐条加面板式适用于复合地层的刀盘开口率一般不会超过35%，这种小开口率就大大增大了刀盘在施工过程中结泥饼的概率。所以适当的加大刀盘开口率，尤其是加大刀盘中心开口是降低刀盘结泥饼的有效措施。实践证明，将刀盘面板适当减少，同时将刀盘辐条由板拼箱体改为圆管辐条，能大大增大刀盘中心及整体开口率。

2. 刀盘中心增加高压水路

由于刀盘结泥饼一般都是从刀盘中心开始，再逐步向刀盘边缘蔓延的，所以最关键的是控制刀盘中心泥饼的最先形成。在前盾土仓胸板的刀盘中心位置可以适当设置高压冲洗水路，在盾构机掘进过程中，随时观察盾构机的推力、刀盘扭矩及掘进速度和主驱动轴承温度等，如上文所述，一旦发现异常马上将高压水路开启，对刀盘中心进行高压冲洗，该措施将会对去除初期中心泥饼起到重要作用。

3. 刀盘搅拌棒优化

刀盘搅拌棒的作用是将刀盘切削下来的渣土快速搅拌松散并通过螺旋机快速排出，如果刀盘土仓搅拌棒布置合理+搅拌棒长度足够，就会对刀盘切削下来的渣土形成有效的搅拌，大大降低刀盘泥饼的形成。

4. 刀盘辅助喷口优化

刀盘辅助液体喷口一般会在刀盘中心设置一个+刀盘辐条设置若干个，首先要保证刀盘辅助液体喷口不易被堵住，这就要求喷口的结构设计合理，在喷口喷射辅助液体时迅速开启，当停止喷射是马上闭合，不让渣土有机可乘。喷口中心的十字橡胶板必须做好前后支撑，而且材质必须好，尽量采用进口材质。

5. 刀盘刀具的合理布置

合理的刀盘刀具布置，首先要保证各种刀具的切削轨迹要覆盖整个刀盘面。一般的刀盘配置先行刀和刮刀，针对特殊复合地层配备滚刀，先行刀的刀刃高度会比刮刀的刀刃高度高出40-50mm, 这样只能保证先行刀先接触掌子面土体，紧接着刮刀就会接触土体和被切削下来的渣土，这种刀具配置如果在富含粘土的地层极易形成泥饼。

设计合理刀具高度差：将先行刀设置成两种或三种高度，使先行刀形成高差，刮刀设置成两种高度，使刮刀也形成高度差，同时先行刀与刮刀也有高度差。有效的刀具布置加上合理的刀具高差设计，保证刀高最低的一层刮刀尽量少和晚的接触掌子面和被切削的渣土，这样能有效的避免刀盘结泥饼。

6. 合理的施工管理

在施工过程中，首先要控制好盾构机掘进速度与螺旋机出土速度的匹配度，不能在土仓内积聚过多渣土，这样能有效避免土仓温度升高。

要严格按照盾构机操作规程施工，刀盘辅助喷口要加注足够的辅助液体使掌子面土体和土仓内堆积的渣土充分混合对其进行改良，利用辅助液体在刀盘面板与掌子面之间形成泥膜，减小刀盘与掌子面之间的摩擦。随时密切关注盾构机掘进参数，特别像盾构机掘进速度、推力、刀盘扭矩和主驱动主轴承温度等关键参数，一旦发现异常马上采取及时有效措施或停机处理，先进合理的施工现场管理不仅对刀盘结泥饼能有效避免，在其它施工方面也能起到关键的预防作用。

三．结语

综上所述，刀盘结泥饼问题已经成为困扰盾构施工多年的大问题，以上论述仅为本人在工作过程中积累的的个人见解，分析的角度不够全面，见解不够深入。针对刀盘结泥饼问题，还需要同行业的同仁们不断额进行探索和实践，相信一定会总结出更有效的解决办法，同行们共勉!

摘要：本文主要介绍了盾构机在掘进过程中, 刀盘结泥饼的原因分析以及解决刀盘结泥饼的有效措施分析。重点针对刀盘的开口率、刀盘搅拌棒布置、刀盘辅助添加剂注入口、刀具布置以及施工过程中针对结泥饼的预防处理措施等。

关键词：盾构机,刀盘,结泥饼措施