盾构机掘进技术

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1、盾构机掘进技术培训总结一、掘进参数的选择1、掘进参数的选择依据：地质情况判斷 盾构机当前姿态 地面监测结果反馈 盾构机状况；地质情况的判断依据：地质资料及补勘资料 掘进参数变化 渣土状态。由于盾构机的可操作性很强，掘进参数的选择不能一槪而定，需根据不同的实际情况选 择相应的掘进参数。如：在地质条件较破碎的地质请况下应釆用低速掘进，但刀具磨损较快 时，应考率调整刀盘准速和掘进速度已获得最佳的贯入度：又如：盾构机我头且偏离中线较 大时，应考虑蛇行纠偏，防止过急纠偏造成管片开裂、错台或渗水等问题；所以掘进中一定 要根据现场实际情况，灵活正确地选择掘进参数。2、影响掘进的主要参数：掘进模式、土仓压力、

2、刀盘扭矩、刀盘转速、推进力、推进 速度、螺旋输送机扭矩、饺接油缸的行程、泡沬注入率等二、掘进模式的选择1、土压平衡式盾构机的振进有三科模式：敞开模式半敞开模式土压平衡模 式釆取何种掘进模式关键在于地层的自稳性和地下水含量决定的。a、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 来的磕土进入土仓内即刻被螺旋输送机排出，土仓内仅有极少量的磕土，土仓基本处于清空 状态，掘进中刀盘所受反扭力较小。由于土仓内压力为大气压，故不能支撑开挖面地层和防 止地下水渗入。b. 半敞开模式半敞开式有的又称为局部气压模式，该掘进模式适用于具有一定自稳能力和地下水压力 不太鬲的

3、地层。其防止地下水渗入的效果主要取决于压缩空气的压力。掘进中土仓内的磁土 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磋土共同支撑开挖面和防止地 下水渗入。c、土压平衡模式该掘进模式适用于不能稳定的软土和富水地层。土压平衡模式是将刀盘切削下来的磁土 充满土仓，并通过推进操作产生与土压力和水压力相平衡的土仓压力来稳定开挖面地层和防 止地下水的渗入。该掘进模式主要通过控制盾构推进速度和螺旋输送机的排土量来产生压 力，并通过测量土仓内土压力来随时调整、控制盾构推进速慶和螺旋输送机转速。在该掘进 模式下，刀盘所受的反扭力较大。2、土压平衡的建立通过对掘进速厦、出土速度的控制实現盾构机的土仓压

4、力与掌子面的土压和水压平衡防 止地层坍塌。即掌子面的压力控制因素：盾构机的掘进速度 螺获输送机的转速 螺获输送机 的开度3、地表沉降的控制因素地表沉降的控制因素：土仓压力、每环出土量、每环注浆量掘进时土仓的压力的控制如前所述根据盾构机的掘进速度 螺旋输送机的转速、螺 旋输送机的开度来控制：渣土的管理则应由主司机记录每环的出土董，出土量过大时可采用关仓掘进，每循环 的出磕量应根据不同的地质情况计算得出或根据经验把握（理论体积X松散系数），一般为 80m3-90m3。应根据管片外圆与盾壳之间的间陳以及渗透系数计算出每环的注浆量，以便更好地及 时回填注浆，控制盾构机通过后的地表沉降。三、確土改良1、

5、渣土改良的作用：降低渣土内摩擦角及刀盘扭矩 降低土壤的强度以利于开挖，降低刀具磨损 减少渣土的透水性2、渣土改良材料：膨润土 水聚合物泡沫剂我常用、置经济且适用地质范围最广的渣土改良材料一般选用泡沬剂。3、泡沫剂的特点：能获得渣土较低的密度与渣土的易混合特性含有较低的化学成分(环保) 与渣土不易分离特性(与渣土分离一般需7-8小时)賤止水性在掘进过程中应时刻注意咬土的状态，随时调节泡沫和水的注入量，保持磕土的可朔性 和流动性。4、泡沫剂算泡沫注入率 Foam I nject ion Rate (FIR)泡沬注入率(FIR)=泡沬的流量(Qfoa.) /渣土的流量(Qsoj|)渣土的流量(Qso

6、i.)二掌子面的面积(Aface) X掘进速度(VtbJ泡沫的流量(Qfoam)=泡沫注入率(FIR) X渣土的流量(Qsoil)膨胀率 Foam Expans i on Rate膨胀率(FER)二泡沫的流量(QfaJ /液体的流量(Qliquid)泡沫空气的流量(QaiJQair= (FER-1) XQliquidX (P.E+1)改良后的渣土状态(成牙膏状)泡沬发生效果的检査：可观察泡沬颗粒的大小来判斷泡沫的发生效果四、掘进方向的控制1、掘进方向的控制原则： 使盾构机趋向DTA中心线方向，蛇行纠偏，防止过急纠偏 盾构机姿态的调整应适应菅片的状态，管片的选型拼装应适应盾构机的姿态及趙势 底部

7、推进油缸的压力稍鬲于顶部的压力，防止盾构机我头2、纠偏曲线掘进方向的控制是通过调节推进系统几纽油缸的不同压力来进行调节的。当盾构油缸左 侧压力大于右侧时，盾构姿态自左向右摆；当上侧压力大于下侧压力时，盾构姿态自上向下 摆：依次类推即可调整盾构的姿态，当盾构机的方向偏离隧道中线时，应按偏离的多少煖慢 纠偏,防止过急纠偏。纠偏管片安装序列屑构机滚动的不能超过设定0,3.纠偏过急对盾弯和进万佝谓管片所受的料|勺枝接密封.盾尾密爭为完成的隧道机I赢纠偏曲线:当盾构机较艘停机。畀长吋间一个方向转动刀盘掘进时，盾构向启动刀盘后掘进。一般不盾构机的滚动值(rotate)【态即盾尾间隙j鈕的选型拼装应适应盾构

8、机的姿态管片所能承4 DTA I力和菅片环不在同一直线上,宠制推力的大小。丄TF氏对，戶时也为了保证隧道管片不受破坏，在调整盾构姿态的过程中，要优先考虑盾尾间隙的大小，在调向的过程中不能有太大的趙势, 一般在VMT上显示的任一趁势值(trend)不应大于10,避免调向过猛。纠偏过急会造成管片开裂或管片错台现象。在软硬不均的地层中，盾构会向地层软的方向偏转，姿态难以控制，此时要仔细调整各组 油缸的推力，控制好掘进的方向。合适的盾尾间隙是保护管片所必需的在调节盾构姿态时要先考虑到盾尾间隙的大小，在掘进方向不超限的前提下，以缓慢的纠徧速度来保证盾尾间隙最小不小于50m叽五、掘进与刀具1刀具的破岩机理

9、滚刀破岩机理为了研究滚压破岩的基本原理，我们首先研究刀刃在静压作用下侵入岩石鮒情况和岩石 啟碎的过程。在赫压压力P （图4）作用下刀刃侵入岩石，首先岩石与刀刃扌#面祈方发生 局部粉碎或显著的塑性变形而形成一个袋状的核，也称为密实核：其次侵丿/慶增加（此过 程侵入深度与荷我按一定的比例增长）到一定深度吋，由于锥形刀刃管片错台k作用下对周然出现，会导致荷載突然降围岩体产生侧向挤压，密吴核旁侧的岩石会究然出现崩碎，如图4所示：由于这种崩碎的究5UL气现象,越是脆性岩石，这种跃进式侵入特点越明显， 管片碎裂塑性岩石则较缓和；因此在Jb用滚压硫岩方式其效率高.而相对来说在塑性岩石中釆用滚压破岩的效率要低

10、。盘刀在滚压岩石面上连续做同心圆运动，其外荷载之一为轴压力（推力）使盘刀刀刃压 入岩石，产生类似于翳压破岩；其外荷載之二为滚动力（扭矩）使盘刀刀刃沿轨迹线连续滚 压岩石，并在盘刀通过处对岩体作用侧向压力，使盘刀运动轨迹线周边的岩石不断产生崩裂， 从而达到连续碇岩。外体达到破二为以下二询物理力?A0角的方1运成裂虬：强7）施力丄的增大，沁康輙辔土体脱离开母体松散或碎削爆磁第竟鹤峑伽一般来说，对 于岩体和固结程度商的硬土，先是出现裂纹，然后一块块地剥落；而对于较为松散的土层， 往往是出现整体粉碎的現象；对于塑性地层（粘土）往往是出现连续切削，而无明显的裂纹出现或出现整体粉碎。偏磨（弦磨）、多边弦磨

11、、刀体磨损、端盖磨损、完全损坏。3. 掘进参数及地质对刀具的影响减岩掘进时推力及速度过大会造成刀具崩刃断裂硬岩掘进时，应向刀盘内加水或泡沫以降低刀具温度，防止刀圈温度过高造成刀圈卷刃 或刀具議虧羸漏油现象刀圈断裂刀圈断裂碎片粘土层掘进时泡沐.水等添加不合适即渣土改良效果不好会产生泥饼或刀具被渣土裹住 无法转动软弱囤左掘进时，推力过大或刀盘转速过快会造成局部刀具过載、密封失效等软弱囤岩掘进时，坍塌的石块可能会将刀体、端盖、挡圈砸怀造成刀具漏油或挡圏脱落 等现象，同时也会造成滑动密封受冲击发生漏油现象偏磨与断裂滚刀被磴土粘住不同的地层，掘进参数的选择千差万别，这里仅根据我们在广州二号线.三号线、深

12、圳 地铁及南京地铁施工中所遇到的一些特殊地层下的掘进作一探讨。掘进时要随时注意刀盘扭矩、螺旋机扭矩、推进速度.土仓压力、餃接的变化，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，掘进方向不超發岩地层就是指盾构机掘进斯面的各部分国岩强度变化小，整体强度在70MPa以上。隧 道全断面都是8Z 2、9Z-2o掘进中刀盘的扭矩大，推进速度明显减慢，盾构机有较大滚动和震动现象和连续的响声， 渣土中会有很多的石块出现。在此地层中应釆用高刀盘转速.低推进速慶掘进。掘进时要向刀盘和螺旋机多加泡沬， 向土仓加水，对刀盘和螺旋机进行冷却、润滑，就是降低刀具和螺旋带的磨损速度。为了

13、防 止刀具的超载，不能为了提高推进速度而盲目加大油缸推力。硬岩地层（掌子面可清楚地看到刀具的轨迹为同心圆）2、软枝不均地层轶硬不均地层就是指盾构机掘进断面的地质不均，斷面的上部、中部、下部、左边.右 边的围岩强度变化大，如上部是6Z-2,下部是9Z2。掘进中刀盘的扭矩变化大，盾构机有较大滚动和震动现象和间断的响声，掘进方向很难 控制，渣土中会有较大的石块出现。在此地层中应釆用低刀盘转速.低推进速慶掘进。因为掌子面地质不均，掘进时，刀盘 各部位会哽力不均，容易使部分刀具受力过大而不能转动，置终导致偏磨。还有就是当推进 速度太快时，刀具的切入量也很大，容易使刀盘扭矩突然上升超过设定值而卡死，甚至使

14、刀 圈崩裂脱落。3. 粘土地层粘土地层就是指土质比较粘，土的渗水性弱，与水不易混合，容易形成块状。一般是 5Z2、6Z-2 地层。掘进中容易在刀盘上形成泥饼。此种地层中掘进应向刀盘多加泡沬和水，多搅拌，改善渣土的流动性和塑性：防止在 刀盘上形成泥饼，裹住刀具使刀具不能转动而偽磨。再有就是掘进中要随时注意刀盘扭矩和 究竟速皮的变化，当掘进速度明显降低，而刀盘扭矩却增加时，很有可能是刀盘上形成了泥 饼，应立即釆取措施处理，加泡沬加水搅拌除去泥饼，如地质条件允许，可开仓用水冲洗刀 盘，快速除去泥饼。4. 含砂宙水地层此地层自稳性差，含有大童砂粒、砾石，遇水容易坍塌。盾构掘进过程中向土仓内及刀盘面注入

15、泡沫等添加材料，改善咳土性能，提商咬土的流 动性和止水性，防止涌水流砂和发生喷涌现象，并利于螺旋输送机排土。每环掘进结束前要 保证土仓相当的渣土量，让下一环开始掘进时不会因土仓水太多而发生喷涌。掘进应釆用土压平衡模式，掘进中要严格控制出渣董：要加大盾尾油脂的注入量和调整 好盾构姿态，防止水带沙土从盾尾或饺接密封处进入隧道。5. 硬岩破碎地层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，岩层中含 有石英、角砾.硅化角砾。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，可能出现较大块 岩石的崩落和震斷刀圈。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，多加泡沬改莓咬土 性能，减小对刀具的磨损，提商咳土的流动性和止水性，以防失水；加强盾尾密封油脂 的注入，确保盾尾密封效果：加强咬接处的密封检查，及时调节密封压板螺栓，保证其 密封效果。随时观察出渣口渣土情况。在地质条件允许的情况下，适当增加检查刀具的频 轧硬岩破碎地层6. 过江河地段此地层除隧道本身的地质条件外，还存在隧道外囤的