論盾尾注膨潤土漿液對鉸接油壓的影響

劉正

中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司 浙江杭州 311200

杭州地鐵施工過程中所遇到的一些問題，做了一部分的總結。盾構機在剛剛施工時被發(fā)現(xiàn)，因為臺風天氣的原因，停工兩天過后開始復工，復工的過程中發(fā)現(xiàn)推力相比較停工前大了大概5000kn，由原來的12000kn-13000kn增大到16000kn-18000kn。推進泵的出口油壓由160bar左右增大到220bar左右,而且鉸接壓力也明顯的變大，鉸接壓力由原來的2500kn（100bar）以內(nèi)的油壓增大到4500kn（180bar）左右。

1 鉸接油壓對管片狀態(tài)的影響觀察

1.1 鉸接油壓在100bar以內(nèi)時對管片狀態(tài)的影響

鉸接油壓在100bar以內(nèi)的時候，我們看成型管片的狀態(tài)（在這里忽略拼裝的因素所造成的碎裂，錯臺等狀態(tài)的發(fā)生）在推進的過程中觀察管片的狀態(tài)，由于整個鉸接拉力非常小，我們可以想象盾尾和管片之間的狀態(tài)是沒有出現(xiàn)拖拽，卡位等現(xiàn)象的發(fā)生。此時的管片的形狀，外觀都沒有出現(xiàn)受損。在推進完一環(huán)的時候，可以看到管片的狀態(tài)，管片的外觀很完整，沒有出現(xiàn)碎裂，破損，掉角掉邊的現(xiàn)象[1]。

1.2 鉸接油壓在100bar以上時對管片狀態(tài)的影響

在鉸接油壓超過100bar的時候，鉸接拉力也隨之增大，鉸接拉力增大可能是因為盾尾卡住管片，推進過程中會出現(xiàn)因為推力過大而導致管片被擠碎，管片被掉角碎裂的情況出現(xiàn)。推進完畢之后會發(fā)現(xiàn)成型管片因為受到的推進力過大而出現(xiàn)受損的現(xiàn)象。

2 膨潤土及其功效概述

膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產(chǎn)，蒙脫石結構是由兩個硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2:1型晶體結構，由于蒙脫石晶胞形成的層狀結構存在某些陽離子，如Cu、Mg、Na、K等，且這些陽離子與蒙脫石晶胞的作用很不穩(wěn)定，易被其它陽離子交換，故具有較好的離子交換性。國外已在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)24個領域100多個部門中應用，有300多個產(chǎn)品，因而人們稱之為”萬能土”膨潤土功效

2.1 吸附性

吸附是所有固體物質(zhì)存在的自然現(xiàn)象，減少了泥漿中的自由水，改變了泥漿的性能參數(shù)，達到降低濾失率的目的。

2.2 .膨脹性

膨潤土遇水就膨脹，這種自然現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是膨潤土礦物晶層間距加大，水分子進入了礦物的晶層，另外引起膨潤土膨脹的原因還有膨潤土礦物的陽離子交換作用[2]。

2.3 造漿性

造漿率是膨潤土顆粒在水中分散形成懸浮液，并且這種懸浮液的表觀粘度為15×10-3Ps·s時每噸膨潤土造漿的立方數(shù)是衡量膨潤土質(zhì)量的一項重要指標，一般鈉質(zhì)膨潤土的造漿性能比鈣質(zhì)膨潤土要好。其選漿率公式是：造槳率（m3/t）=水的體積（mL）/土的質(zhì)量（g）+1/土的密度一般在測試表觀粘度時配制表觀粘度在10-25（×10-3Pa·s）范圍內(nèi)三杯泥漿，經(jīng)過攪拌靜止放置16h，再攪拌，測試粘度，然后在單對數(shù)坐標紙上標出三點的位置，進行連線，在坐標上求出表觀粘度為15×10-3Pa·s時的加土量。

3 影響試驗及分析

3.1 刀盤面板以及土倉加注膨潤土

（1）設備：現(xiàn)有盾構機設備（臺車自帶膨潤土箱，5.5kw膨潤土螺桿泵）。

（2）方法：后配套砂漿車。

（3）施工過程：膨潤土20袋（50kg/包）倒進后配套漿箱并且加入適當比例的水（膨潤土：水=1:7～8）自帶7.5kw攪拌電機攪拌均勻。攪拌時間大概在10分鐘到30分鐘之間，時間越長攪拌效果越好。然后將攪拌均勻的膨潤土漿液通過砂漿車運輸?shù)蕉軜嫏C后配套車架內(nèi)，放入膨潤土箱。膨潤土箱配備氣體攪拌設備，通過氣體攪拌對膨潤土漿液再次充分攪拌。所有后續(xù)工作完成后，然后開始推進，膨潤土漿液通過膨潤土泵經(jīng)2寸（直徑50cm）泡沫管直接注進刀盤面板，對開挖土體充分的潤滑。推進過程中發(fā)現(xiàn)，刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.2rpm左右（在兩種情況下，第一種改良方法是通過加注泡沫改良土體。第二種改良方法是通過加注膨潤土漿液改良土體。）刀盤扭矩變大，由原來的2.0MN增大到4.0MN左右。推力不變，鉸接油壓壓力變化不明顯（與未加注膨潤土漿液推進之前進行對比）。同時由于往泡沫管路注膨潤土漿液，導致刀盤扭矩增大，起到了反作用的效果。

3.2 盾尾徑向孔加注膨潤土

（1）設備：7.5二次注漿機1臺1方小型砂漿攪拌機1臺（50kg/包）膨潤土10包。

（2）方法：盾尾徑向孔加注膨潤土。

（3）施工過程：盾構掘進過程中，刀盤扭矩會逐漸增大，嚴重的情況下，甚至會出現(xiàn)刀盤跳停的情況，將膨潤土系統(tǒng)管路的開關打開，將泡沫和膨潤土同時注入掌子面，做好渣土改良，使其塑性改善，降低刀盤扭矩，保障切削正常。隨著盾構推力逐漸增大，推進速度會逐漸變慢，嚴重的情況下，甚至會出現(xiàn)盾尾“抱死”現(xiàn)象，當鉸接油缸發(fā)生變形時，需要將膨潤土系統(tǒng)管路開關打開，將膨潤土注射到盾體外側(cè)，以此來降低盾體和土體的摩擦，保證推進速率，延長盾構設備壽命。如果盾構刀盤扭矩很大，推進速度很慢，可以將兩個開關同時打開，并對渣土進行改良，降低盾體和土體的摩擦力，保護盾構正常快速的掘進[3]。

3.3 試驗分析

初步分析導致跳閘現(xiàn)象發(fā)生的原因是此時管片出現(xiàn)碎裂，錯臺，漏水等影響管片成型隧道等技術性問題。由此可以推斷出來當鉸接拉力變大時，推進力也在增大，當鉸接拉力變小時，鉸接油壓也隨之降低。推進力也隨之減少，推進泵的出口油壓也隨之降低。通過推進數(shù)據(jù)對比分析，盾尾鉸接拉力對推進產(chǎn)生反作用（根據(jù)牛頓第二定律即反作用力）。如何減少鉸接拉力（即降低鉸接油壓）是解決問題的關鍵。

4 結語

綜上，本文分析了盾尾注膨潤土漿液對鉸接油壓的影響，通過試驗與分析可以發(fā)現(xiàn)，膨潤土可以起到潤滑的作用，進而有效降低土體的擾動，所以對于姿態(tài)的平穩(wěn)調(diào)節(jié)起到了一定的作用。