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1、中铁隧道股份有限公司工程部二一一年六月,盾构机掘进参数设定,前 言,采用盾构机进行隧道掘进是近年来我国城市地下交通建设中普遍运用的一种先进的施工方法，掘进过程中对掘进参数的设定显得尤为重要。但由于盾构机的可操作性很强，掘进参数的选择不能一概而定，需根据现场实际情况，灵活正确地选择掘进参数。下面我们先以土压平衡盾构为例来探讨一下掘进参数的设定。,掘进模式；土仓压力；刀盘扭矩；刀盘转速；推进系统中各组油缸的压力；掘进速度；螺旋输送机转速、扭矩、仓门开口大小；铰接油缸的行程；渣土改良剂，包括泡沫、膨润土、水的添加量等。,影响掘进的主要参数,一、盾构机掘进模式,土压平衡盾构机掘进模式有三种，即土压平衡
2、模式、半敞开模式、敞开模式。土仓压力是根据地质条件所选择的掘进模式而确定的，掘进时必须达到规定值。,1、土压平衡模式,该掘进模式适用于不能稳定的软弱地层和富水地层。土压平衡模式是将刀盘切削下来的渣土充满土仓，并通过推进操作产生与掌子面水土压力相平衡的土仓压力来稳定开挖面地层和阻止地下水的渗入，该掘进模式主要通过控制盾构掘进速度和螺旋输送机的排渣量来产生压力，并通过测量土仓压力来随时调整，控制盾构推进速度和螺旋输送机转速，在该掘进模式下，刀盘所受的反扭矩较大。,2、半敞开模式,半敞开模式又称为局部气压模式，该模式适用于具有一定自稳能力和地下水压力不太高的地层。其防止地下水渗入的效果主要压缩空气的
3、压力。掘进中土仓内的渣土未充满土仓，尚有一定的空间，通过向土仓内输入压缩空气与渣土共同支撑掌子面防止地下水渗入。,3、敞开模式,该模式适用于能够自稳、地下水少的地层。该掘进模式类似于TBM掘进，盾构机切削下来的渣土进入土仓内即刻被螺旋输送机排出，土仓内仅有少量的渣土，土仓基本处于清空状态，掘进中刀盘所受反扭矩较小。土仓内压力几乎为常压（大气压力），不能支撑开挖面地层和防止地下水渗入。,二、各掘进参数的相对关系,由于盾构机掘进是在埋深较深和密闭的环境中进行，掘进参数的选择对盾构施工至关重要。选择得当可以控制地表沉降，延长刀具寿命，并保证盾构机良好的工作状态。在掘进中对土压其主要调节作用的参数：刀
4、盘转速、油缸推力、螺旋输送机转速。刀盘转速及油缸推力可以调节刀盘对掌子面的切削速度，从而调节切削的渣土量，螺旋输送机转速可以调节出渣速度，通过刀盘转速、油缸推力及螺旋输送机转速的调节来控制渣土，同时又影响这刀盘扭矩、掘进速度及土仓压力变化。在掘进中我们需要根据地质情况对这些参数进行综合调节来对土仓压力进行调节，改变掘进模式来适应相应的地质。,三、掘进参数的选择,掘进参数的选择主要包括：刀盘转速、土仓压力、油缸推力及螺旋输送机转速等参数的选择。不同的地层，掘进参数的选择千差万别，以下就土压平衡盾构在不同地质条件下的掘进参数的选择作一些分析。掘进时要随时注意刀盘扭矩、螺旋输送机扭矩、掘进速度、土仓
5、压力、铰接的变化，渣土状况和盾构机姿态等，根据相应的状况及时调整掘进参数，确保刀盘和刀具不超载，掘进方向不超限。,1、硬岩地层掘进,盾构机在硬岩地层掘进时，掌子面自稳性好，一般为全断面中风化或微风化岩石，不易发生坍塌，掘进时可以在半敞开或敞开模式下进行。掘进时不易引起地表沉降，所以可保持较小的土仓压力进行掘进。掘进中刀盘扭矩大、掘进速度明显减慢，盾构机有较大滚动和震动现象以及连续响声，渣土中会有较多石块出现。在此地层中应采用高刀盘转速、低推进速度进行掘进，掘进时要向刀盘和螺旋输送机内多加泡沫，向土仓内加适量的水，对刀盘和螺旋机进行冷却、润滑，从而降低刀具和螺旋机的磨损速度。为防止刀具的超载，不
6、能为了提高掘进速度而盲目的加大油缸推力。硬岩掘进时，盾构机长时间高负荷运转，所以要保证冷却水足够的流量和良好的洞内通风，以冷却盾构机液压系统、电气设备和降低洞内作业温度。,2、软弱地层掘进,盾构机在软弱地层掘进时，由于掌子面自稳性较差，需要在土仓内堆积足够的渣土，使土仓压力与掌子面压力平衡，避免在掘进时由于掌子面压力过大造成坍塌致使地表沉降，因此软弱地层掘进必须在土压平衡模式下进行。此种地层中掘进时应向刀盘多加泡沫和水，多搅拌，改善渣土的流塑性，防止在刀盘形成泥饼，裹住刀具使之不能转动而造成偏磨，再有就是掘进中随时注意刀盘扭矩和掘进速度的变化，当掘进速度明显降低，而刀盘扭矩却增加时，很有可能是
7、刀盘上形成了泥饼，应立即采取措施处理，刀盘加泡沫加水旋转搅拌洗去泥饼，在地质条件允许，可开仓用水冲洗刀盘，快速去除泥饼。软弱地层掘进时，应控制好土仓压力和每环的出渣量，防止地表下沉，掘进速度不可过快，以保证同步注浆量。掘进时下部油缸推力要比上部的大30-50bar，防止由于自重引起的盾构低头。,3、软硬不均地层掘进,软硬不均地层是指盾构机掘进断面的地质不均匀，掌子面的上中下左右岩石强度变化大，既有软弱地层的不稳定性，又有硬岩地层的强度，考虑到地表可能发生沉降的因素，此地质下盾构机掘进须采用土压平衡模式。掘进中刀盘的扭矩变化大，盾构机有较大的滚动、震动现象及间断的响声，掘进方向较难控制，渣土中会
8、有较大的石块出现。在此地层中应采用低刀盘转速、低推进速度掘进，因为掌子面地质不均匀，掘进时刀盘刀盘各部位会受力不均，容易使部分刀具受力过大而不能转动，最终导致偏磨，还有当掘进速度过快时，刀具的贯入度也增大，容易使刀盘扭矩突然上升超过设定值而卡死，甚至造成刀圈崩裂脱落。由于硬岩部分强度高，不易切削，为保护刀具需降低掘进速度，长时间的掘进对软弱地层部分的稳定性很不利，因此需保持土仓较高的土压。,4、含砂富水地层掘进,此地层自稳性差，含大量砂粒、砾石，遇水容易坍塌。应采用土压平衡模式掘进。盾构掘进过程中向土仓内及刀盘面板注入泡沫等添加材料，改善渣土性能，提高渣土的流动性和可塑性，防止涌水流砂和发生喷
9、涌现象，并利于螺旋输送机排渣，每环掘进结束前要保证土仓内的渣土量，保证土仓压力值，减少地下水渗入，让下一环开始掘进时不会土仓内水太多而发生喷涌。掘进中要严格控制出渣量，要加大盾尾油脂的注入量和调整好盾构机姿态（盾尾间隙），防止水带砂土从盾尾或铰接密封处进入隧道。,5、硬岩破碎地层掘进,此地层岩石强度较大，但整体结构性差，岩层节理裂隙发育，透水能力强，宜采用半敞开模式进行掘进。掘进时刀盘扭矩变化大，有较大的振动和响声，对刀具的损伤较大，可能出现刀圈的崩损和脱落。掘进中要适当降低刀盘转速和掘进速度，防止刀具因超载而损坏，多加泡沫改善渣土性状，减小刀具磨损，提高渣土的流塑性，加强盾尾密封油脂的注入，
10、确保盾尾密封效果。加强铰接处的密封检查，及时调节密封压块螺栓，保证其密封效果，随时观察出渣口渣土的情况，在地质条件允许的情况下，适当增加检查刀具的频率。,6、过江河地段掘进,此地层掘进除受隧道洞身地层影响外，还存在着隧道外围高土压、高水压的影响。应采用土压平衡模式掘进。过江河前，要对设备进行全面的检查和保养，保证设备的完好，特别是盾尾密封、铰接密封、刀具的完好。掘进时要尽量降低对地层的扰动，防止土仓与江（河）水的直接连通，加泡沫或高分子聚合物增加对地层的止水性，加强盾尾油脂的注入，确保盾尾密封效果，调整同步注浆配合比，缩短浆液凝固时间，提高浆液的凝固速度。,掘进参数参考表,THE END谢谢大家,
