分析盾构机推力过大的原因及其处理措施

盾构机具有挖掘、出土、支持、导向、灌浆等盾构施工建设过程 中的全部功能特性，因此被广泛使用在隧道施工建设中，特别是在地 下交通工程施工中。盾构机是一个全方位的隧道挖掘设备。但是在具 体的施工环境中，盾构机通常会因为受到外界多种因素的影响，使得 盾构机推力过大，导致了盾构机机体下沉、耗能增加、地面下沉及其 主要零部件老化等不良现象的发生。这时的施工人员会自然停止盾构 机的工作，进而使得施工项目不能保质保量按时完成。针对上述情况, 我们应该着重对盾构机推力过大的原因进行分析，并制定出有效可行 的处理措施，保证施工项目按时完成。

一、盾构机概述

（一） 盾构机的发展史

盾构机已经有270多年的发展史。早在2828年，英国人从一种 食船虫在船身上打洞受到启示，推出了盾构施工技术；19世纪末期， 盾构机技术迅速发展，主要存在气压式、半机械式、完全机械式、手 掘式这几种技术形式；20世纪60年代中期，由于挤压式盾构机在软 粘土中的使用，研制出了闭胸式盾构机，这开启了现代盾构技术的先 河；20世纪90年代后，闭胸式的泥水式盾构机和土压平衡式盾构机 成为风靡世界的领军产品。盾构机的生产地主要是美国、欧洲、日本 这些发达国家，由此可推断出盾构机的成本是比较高的。

（二） 盾构机类型

盾构机依据挖掘而与作业室之间隔板结构可分为敞开式、半敞开 式、封闭式这三种类型。

[•全敞开式盾构机

全敞开式盾构机包括手掘式盾构机、半机械式盾构机、机械是盾 构机这三种。手掘式盾构机的正面是开放的，该盾构机的挖掘速度较 慢，因此它只适合在挖掘界面有阻挡物，巨大砾石等情况下使用。机 械盾构

机的前端设有旋转式刀盘，提升了盾构机的挖掘能力。挖掘的 沙土和砂石由旋转铲斗和斜槽进入皮带输送机，围岩挖掘和排土可接 连进行。半机械式盾构机都是采用专用机械设备进行挖掘和砂石装运, 并配备相应的挖掘机械和输出机械，或者配备兼有挖掘与输出双重功 能的挖装机械设备。

2•半敞开式盾构机

主要代表是挤压式盾构机，它在正面注入围岩并且向前推进，将 注入的沙土、砂石流动，通过挖掘而后方的隔板（隔板上配有面积大 小可调的排土口），完成排土。该盾构机适用于自身稳定性不高，流 动性较好的软粘土和粉砂质围岩，对于含砂率较高的围岩和硬质土层 不适用。

3.封闭式盾构机

封闭式盾构机主要包括泥水式盾构机和土压式盾构机。土压式盾 构机又分为土压平衡式和加泥水平衡式这两种。

（三） 盾构机工作原理

盾构机通过护盾岩隧道边缘向前推进，完成对隧道内土壤的挖掘。 主要存在软岩剪切机理和硬岩破岩机理。软岩剪切机理是指通过应用 道具对土层挤压产生的剪切力来毁坏土层进而完成剪切。硬岩破岩机 理利用滚刀挤压产生的剪切力来破碎岩石。若要实现破岩的连续就应 该同时在滚刀上施加盾构产生的推动力和刀盘转动产生的水平推进 力。

（四） 盾构机结构

盾构机由盾体、刀盘、排渣系统、电气系统、气闸、管片拼接机 和一些辅助设备构成。盾构机受交通状况、自然气候、航运条件、河 道环境影响不大；在隧道施工建设过程中相对安全、可靠；盾构机操 作对地而上的影响较小；挖掘速度较快，施工劳动强度不大；盾构机 可独立连续的进行挖掘、前进、排土、拼装等工作。在具有上述优点 的同时，盾构机也存在以下的缺点：盾构机械制造成木昂贵；容易在 软地层中下降；盾构机因其外形较大，它的转移、安装、运输等都比 较困难。

（五）盾构机的选用

盾构机是隧道工程施工中的主要工具，在考虑经济可靠的基础上, 要在使用较少的辅助施工法的前提下尽量保证挖掘面的稳定和适合 施工区域大部分围岩条件的机器类型。适当的也应该考虑以下条件的 影响：

1•盾构机的工作外在环境因素；

2•辅助施工法的影响，如冻结法、气压法、降水法等；

3•工地的施工设施、后而操作应用到的设备应该与盾构机的挖掘 能力匹配；

4•符合工程施工线性和长度需求。 二、盾构机推力过大原因 （一） 地层因素

不同地层，推力不同。因为盾构机承受地层有限土压和水压，一 般含粘土量越高、硬度越大的地层，盾构机的推力越大。举例来说， 当盾构机由沙层进入泥质砂层的时候，会出现盾构机的舱内堵塞问题, 影响盾构机的掘进速度。

（二） 盾构姿态不好，扭着走

盾构机主体与盾构机尾部会因为操作不当导致盾构姿态不好（严 重的会呈V型姿态），近而使推进油缸的推动力与隧道轴线会出现较 大夹角，这样会导致推力在竖直方向会过多分解，不但对推力造成较 大损失，而且会使管片出现崩角现象，严重会出现管片破裂。

（三） 推力分布不均匀

盾构机的推力由拖车阻力、导向油缸的反作用力、盾尾阻力、水 压、土压、刀盘切削土体的摩擦阻力和穩定挖掘面气压的反作用力组 成。通常拖车质量决定阻力大小，盾尾阻力因不同地层的摩擦因数而 变，盾尾阻力和拖车阻力的和是盾尾油缸所受的压力。盾构机的推力 受各分力的影响，各分力又有着不同的影响因素，因此，复杂多样的 影响因素决定了盾构机推力分布不均匀。从盾构机的整体受力分析中 还可推断出，油缸的推力直接反映着前部盾构机的受力情况。

三、针对盾构机推力过大的处理措施

（一） 依照土层结构不同选取相对的推进模式

稳定的地层适合水平推进模式，该推进模式能大大减少盾构机的 推进压力，在配合一定的壁后灌浆，能保证地层稳定，减少盾构机沉 陷；不稳定的地层使用气压平衡模式，并使用泥浆注入的方式进行推 进，可避免地面倒塌问题的发生。

（二） 调整盾构机姿态

明确盾构机姿态不好的原因，若是人为因素，则应加强对人的管 理、培训；若是设备因素，应解决设备问题后在进行推进；若是地质 因素，应召集相关技术人员进行探讨，制定出相应的解决方案，保证 盾构机按照正常姿态推进。

（三） 建立监控制度

在具体的施工建设过程中，要时刻对盾构机的推进速度、压力等 指标进行监测，若发现推力分布不均匀时应该立即停止工作，调整好 各个分力大小，避免造成更严重后果的损失。尤其注意在粘土地层的 推进，及时检查清理，确保刀具、刀盘等正常工作，节约工程经费。

结语：

现今，盾构技术己经广泛应用于地铁、电信、电力和水道等隧道 的施工建设中，随着技术的进步和制造的发展，盾构技术将会应用到 更为复杂的地层施工建设中来。由于盾构机基木上是在地下完成作业, 并且受地质结构和地表状况的影响都会对盾构机产生较大的推动力， 为使盾构机术更好地为人类隧道建设服务，我们应该加强对盾构技术 人员的培养，增加对盾构技术人员的培训力度，在增加他们专业知识 储备的同时，更应该注重技术操作水平的提高。盾构技术人员自身要 具备敬业精神，对于在施工建设过程中盾构机推力过大的情况应该高 度重视，及时检查解决，避免为工程施工带来更多的损失，进而提高 工程的质量。