盾构机掘进参数设定
盾构到达掘进作业指导书
盾构到达掘进作业指导书1.编制目的指导盾构接收施工作业流程，有效指导作业人员进行盾构到达掘进施工，确保盾构接收施工质量及安全、使盾构接收期间风险处于可控状态。
2.适用范围适应于盾构机到达掘进施工。
3.工艺概述及作业内容3.1工艺概述盾构到达接收位置的施工过程，自区间隧道贯通前100m掘进至区间隧道吊出井的过程。
3.2作业内容盾构到达掘进主要作业内容包括：盾构掘进、管片拼装、管线（水、电、气等）接驳、隧道运输、端头加固检测、测量、洞门凿除、洞门密封圈安装、接收托架安装、同步注浆、补充注浆、隧道清理等作业内容。
4.施工准备4.1内业技术准备（1）应根据工程及盾构到达施工的特点，编制到达掘进专项方案和应急预案，并对作业人员进行安全及技术交底。
（2）制订施工安全保证措施，提出应急预案。
（3）对施工人员进行技术交底，对参加施工人员进行上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。
4.2外业技术准备（1）根据地质、水文、施工现场等情况，设置合理的盾构到达掘进参数。
（2）盾构到达前100m进行联系测量。
（3）接收工作井满足盾构到达要求，施工所需水、电、照明、排水、排污设施已准备就绪。
4.3技术要求（1）根据盾构洞口地层稳定性评价结果，严格按地铁施工规范、施工设计对洞口端头进行地层（注浆、旋喷桩等）加固处理。
（2）洞门凿除根据洞门的稳定性，决定洞门凿除的时间，应避免破除后暴露时间过长产生坍塌。
（3）盾构主机到达掘进50m 、20m 的位置及出洞洞门环，要进行导向系统的测量复测和精确度调整，保证出洞误差在设计允许范围内。
5.施工工艺及质量控制流程5.1施工工艺流程盾构到达掘进工艺流程见图5.1。
图1 盾构到达施工流程图5.2工艺步骤说明5.2.1端头加固盾构接收之前对洞口地层加固情况按照设计要求进行检查评定，选择加固措施的基本条件为加固后的地层要自稳能力，且不能有地下水的损失。
地层加固要保证洞门破除后的土体有充分的强度和稳定性，在盾构到达掘进时不能坍塌。
泥水盾构操作规程
盾构机掘进基本操作指导书（包括刀盘转速、掘进速度、油缸推力、方向姿态等控制）1、安全操作规程1.1．基本注意事项（1）．遵守岗位内安全规程●盾构机操作、维修人员必须是受过专业训练的，必须具备相应的操作资格。
●进行机械操作或维修时，请遵守相关的技术资料和项目部下发的文件中所有安全规则、注意事项及顺序。
●身体不适、服用药物（催眠药）时及酒后不要操作，因为发生危机时，容易造成判断失误。
●多人共同作业时，一定要设指挥员，根据制定的方案操作。
（2）．设置安全联锁装置●请确认所有的防护装置、防护罩是否装在正常位置。
如果破损，请马上修理。
●请认真了解盾构联锁、溢流阀等安全装置。
●请勿随便调节盾构联锁装置、溢流阀。
解除盾构联锁装置请参照盾构联锁装置的使用说明。
●一旦误用安全装置，将会造成重大人身事故。
（3）．电气、液压的设定，不要随便变更●为防止电气火灾，请勿变更热继电器等设定值。
●为防止盾构机损伤，请勿变更溢流阀压力等液压设定值。
（4）．正确穿戴工作服和安全保护用品过肥的服装、饰品等有可能被机械部件上的物品钩住，有油的工作服因易燃，也不得穿用。
●请勿忘记根据工作内容穿戴保护眼镜、安全帽、口罩、手套等。
特别是用锤子打击销子等金属片、异物时可能飞散，必须使用保护眼镜、安全帽、手套等保护用具。
1.2．盾构掘进过程中的注意事项（1）．掘进中必须特别注意的事项●掘进中，机器有时会突然侧滚。
所以进入掘进机内时，请充分注意因突然侧滚造成的跌倒、滚落。
特别是在高处时，必须要用安全带。
●因传送带或土沙压送泵运转中的振动，造成后续台车的翻到，伤及作业者的危险性是存在的，请切实装好防翻部件，并认真确认。
（2）．注意电机的散热●电机散热装置周围闭塞时，就不能散热，有损伤内部、发生火灾的可能，因此，请保持电机散热装置的正常运转，不要挡住电机前后风路。
（3）．推进油缸靴撑和管片间的注意事项●推进油缸靴撑和管片间有夹住手脚的危险。
注意不要把手脚置于其间。
盾构掘进施工技术要求
3）督促作业人员清理管片上油污、碴土等污染，做好隧道内文明施工。
技术负责人
复核人
交底人
接受交底人
宁波市轨道交通工程
承包单位：中铁隧道集团有限公司合同号：
监理单位：英泰克工程顾问(上海)有限公司编号：
技术交底记录A-033
工程名称
宁波市轨道交通3号线一期工程TJ3103标
交底部位
仇毕站~儿童公园站盾构区间
工序名称
左线盾构掘进施工要求
交底提要：
明确仇毕站~儿童公园站区间左线盾构掘进施工要求及措施。
交底内容：
1、盾构掘进姿态要求
仇儿区间左线盾构机掘进水平姿态拟定为（切口-15~+5mm、盾尾-10~+10mm），高程姿态拟定为（切口-25~-35mm、盾尾-35~-45mm）。水平姿态＞+5mm时，进入预警值，要求主司机按照掘进指令表及时调整，并在2环内调整到目标值范围，当高程姿态＞-25mm时，水平姿态＞+20mm，进入报警值，要求主司机立即暂停掘进，并上报生产副经理、设备部负责人及工程部负责人。待生产副经理、设备部及工程部制定相应措施后方可恢复掘进。
3）下达出土量、砂浆注入量、掘进参数等指令并跟踪执行、纠偏。
4）跟踪管片上浮情况，记录管片破损、渗漏，并协调当班调度完成管片缺陷修复。
5）检查运送到工作面的管片防水材料黏贴质量，出现防水材料脱落、起鼓等质量问题时，必须督促工班人员进行整改完成后方可用于正式拼装。
6）检查砂ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ质量情况，严禁工班人员擅自加水等不良行为发生。
（3）拼装手（工班长）要求
1）按照管片选型指令精细化拼装，了解盾构掘进各项参数，熟练拼装手法，增强责任意识，避免惯性事故发生，如管片错台，拼装期间止水条挤压脱落、密封垫错位，管片受磕碰损坏；邻接块开口过小封顶块插入困难甚至造成管片挤压破坏等。拼装管片时避免内、外翻，确保拼装面平整，隧道线性美观，管片不渗、不漏、不碎、不裂。
盾构主要参数的计算和确定
盾构主要参数的计算和确定盾构是一种地下隧道开挖机械，主要用于建设地下管道、地铁、隧道等。
盾构机的主要参数包括推进力、推进速度、刀盘直径、刀盘转速、排土能力等。
这些参数的计算和确定对于盾构机的运行和施工效果具有重要的影响。
首先，推进力是盾构机推动刀盘前进的力量。
推进力的确定需要考虑土壤的性质、刀盘直径、刀盘转速等因素。
一般来说，推进力的计算可以基于土壤力学参数和盾构机的特性进行估算。
土壤力学参数可以通过地质勘探和试验获得，而盾构机的特性包括刀盘直径、刀盘转速等，可以通过盾构机的设计参数和相关文献获得。
其次，推进速度是盾构机每单位时间的前进距离，影响了盾构机的工程进度和效率。
推进速度的计算可以通过推进力和阻力之间的平衡关系来实现。
阻力包括土压力、摩擦力、泥浆粘性力等因素。
推进速度的确定需要综合考虑土壤的力学性质、刀盘直径、刀盘转速等因素进行分析和计算。
刀盘直径是盾构机刀盘的直径，直接影响到盾构机的施工能力和效果。
刀盘直径的确定需要综合考虑地下隧道的设计要求、土壤的力学性质、盾构机的推进力等因素进行计算和确定。
一般来说，刀盘直径越大，盾构机的施工能力越强，但也会增加施工的阻力和难度。
刀盘转速是指刀盘转动的速度，直接影响到盾构机的掘进能力和切削效果。
刀盘转速的确定需要综合考虑土壤的硬度、刀盘直径、地下水位等因素。
一般来说，土壤硬度越大，刀盘转速越慢；刀盘直径越大，刀盘转速越大；地下水位越高，刀盘转速越慢。
排土能力是指盾构机排除掉土壤和岩石的能力，也是盾构机施工的重要参数之一、排土能力的计算可以通过刀盘的转速、刀盘的形状、泥浆的流速等因素进行分析和计算。
目前，常用的方法是通过实际施工数据和工程经验进行估算和确定。
综上所述，盾构主要参数的计算和确定需要综合考虑地质条件、土壤力学性质、盾构机的设计参数等因素。
在实际工程中，通常会进行一系列的试验和计算来确定最适合的参数，以提高盾构机的施工效率和质量。
铁建重工盾构机使用说明书
盾构机基本操作指导书1、安全操作规程1.1．基本注意事项（1）．遵守岗位内安全规程●盾构机操作、维修人员必须是受过专业训练的，必须具备相应的操作资格。
●进行机械操作或维修时，请遵守相关的技术资料和项目部下发的文件中所有安全规则、注意事项及顺序。
●身体不适、服用药物（催眠药）时及酒后不要操作，因为发生危机时，容易造成判断失误。
●多人共同作业时，一定要设指挥员，根据制定的方案操作。
（2）．设置安全联锁装置●请确认所有的防护装置、防护罩是否装在正常位置。
如果破损，请马上修理。
●请认真了解盾构联锁、溢流阀等安全装置。
●请勿随便调节盾构联锁装置、溢流阀。
解除盾构联锁装置请参照盾构联锁装置的使用说明。
●一旦误用安全装置，将会造成重大人身事故。
（3）．电气、液压的设定，不要随便变更●为防止电气火灾，请勿变更热继电器等设定值。
●为防止盾构机损伤，请勿变更溢流阀压力等液压设定值。
（4）．正确穿戴工作服和安全保护用品过肥的服装、饰品等有可能被机械部件上的物品钩住，有油的工作服因易燃，也不得穿用。
●请勿忘记根据工作内容穿戴保护眼镜、安全帽、口罩、手套等。
特别是用锤子打击销子等金属片、异物时可能飞散，必须使用保护眼镜、安全帽、手套等保护用具。
1.2．盾构掘进过程中的注意事项（1）．掘进中必须特别注意的事项：● 掘进中，机器有时会突然侧滚。
所以进入掘进机内时，请充分注意因突然侧滚造成的跌倒、滚落。
特别是在高处时，必须要用安全带。
● 因传送带或土沙压送泵运转中的振动，造成后续台车的翻到，伤及作业者的危险性是存在的，请切实装好防翻部件，并认真确认。
（2）．注意电机的散热：● 电机散热装置周围闭塞时，就不能散热，有损伤内部、发生火灾的可能，因此，请保持电机散热装置的正常运转。
（3）．推进油缸靴撑和管片间的注意事项：● 推进油缸靴撑和管片间有夹住手脚的危险。
注意不要把手脚置于其间。
（4）．注意异常音、异常情况等：● 如果对器具的异音、异常不加以注意，零部件将可能破损而飞散，并有因部件飞散而造成人员伤害的危险。
盾构机说明书
拼装机——推进油缸
管片拼装的时间是决定每天理想掘进进尺的决定性因素。
为得到理想的掘进速度，我们建议采用这种已经在很多工程中成功应用的拼装机，该机全液压操作，可以实现快速和毫米级精确的管片拼装。
在拼装过程中，具有单个控制功能的油缸和推进油缸一起保证了优质的管片拼装。
拼装机提起管片并使之就位，用螺栓与上一环管片连接。在拼装机卸载之前，必须确信有关回缩的推进油缸再次压在新装管片上，防止管片由于拼装机卸载而产生以外移动。
同样方法安装其余管片，直至整环安装完成。
3．
名称说明备注
盾体
公称直径6250mm不计新刀刃外缘
长度（前盾和中盾）4280mm
机型EPB
适应的最小水平曲率300m
回转角﹢／-200°
管片宽度1500mm
伸缩距离1000mm
平移距离2000mm
夹头偏转角0-2.50
纵向平移力50KN
扭矩150KNm
螺旋输送机
型式有轴螺旋
直径900mm
功率315kw
最大扭矩215kN
转速0-22rpm可调
最大输送量400m3/h满载
螺旋节距600mm
伸缩有
前端门有
出土闸门有工作压力4bar
最大工作压力3.0bar
最大设计压力4.5bar
土压传感器5
超前钻孔6
螺旋输送机底部端口1位于仓壁上
人闸连接1
螺旋输送机连接1
盾尾
数量1
型式铰接
长度3285mm
密封3尾刷
油脂管12(2×6)φ25
注浆口4φ50单管
整圆器1
推进装置
数量30双缸20单缸10
盾构机参数设定
土压平衡式盾构机控制原理与参数设置随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。
在我国的各项施工中，盾构机的种类越来越多，其中土压平衡式盾构机在上海、南京、广州等地铁施工中有着较为出色的表现，笔者以日本小松公司Φ6340盾构机为例，结合施工中的一点经验与理解，对其控制原理和参数设置等做简要总结。
控制原理土压平衡式盾构机的土压控制是PID自动调节控制，切削刀盘切下的弃土进入土仓，形成土压，土压超过预先设定值时，土仓门打开，部分弃土通过螺旋机排出土仓，从而保持土仓内土压平衡，土仓内的土压反作用于挖掘面，防止地层的坍塌。
土压的平衡控制是通过装在盾构机土仓隔壁上的土压计对掘进中的土压进行实时监视，土压计监测到的数值传送到PLC，PLC计算出测量值与设定值之间的差值E，通过PID控制，自动调整螺旋机转速，使E值趋向于零，当E值大于零时，PLC发出指令，增加螺旋机转速，提高出土量直至土仓内土压重新达到新的平衡状态，反之当E值小于零时，PLC 会降低螺旋机转速，以减少偏差。
以保持土仓内土压平衡，使盾构机正常掘进。
主要参数抽样周期：PID 演算处理的时间间隔，周期越短，动作越连续，但增加了单位时间的处理次数，因此PID以外的控制变慢，不需要细微变动时，可延长周期。
过滤系数：用来除去输入模拟值上的高频成分，数值越大，则过滤效果越强，系统反应也就越迟钝。
比例常数P:为了提高系统灵敏度，使土压保持在一定范围，把计测值与设定值的差值E 乘以一个系数，所得结果再与目标值相比较，这个系数就是比例常数P，P 值越大，调控效果越好。
积分时间I：系统引入比例常数后，PLC调控螺旋机的输出操作量mv=P*E,也就是偏差被放大了P倍，这样当系统产生偏差时，可能会使螺旋机转速突然增大或减小了许多，形成超调现象，于是又反过来调整，这就引起螺旋机转速忽大忽小，形成振荡。
为了消除振荡，引入积分环节，使操作量mv 在积分时间内逐渐完成，即螺旋机转速平稳变化，直到消除偏差。
盾构掘进主要参数计算方式
目录1、纵坡..................................................2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法..................深埋隧道土压计算................................浅埋隧道的土压计算..............................主动土压力与被动土压力........................主动土压力与被动土压力计算：..................地下水压力计算..................................案例题..........................................施工实例1....................................施工实例2....................................3、盾构推力计算.........................................4、盾构的扭矩计算 ...................................... 1、纵坡隧道纵坡：隧道底板两点间数值距离除以水平距离如图所示：隧道纵坡=（200-100）/500=2‰注：规范要求长达隧道最小纵坡>=%,最大纵坡=<%2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法根据上述对地层土压力、水压力的计算原理分析，笔者总结出在土压平衡盾构的施工过程中，土仓内的土压力设置方法为：a、根据隧道所处的位置以及隧道的埋深情况，对隧道进行分类，判断出隧道是属于深埋隧道还是浅埋隧道（一般来说埋深在2倍洞径以下时，算作是浅埋段，2倍以上算深埋)；b、根据判断的隧道类型初步计算出地层的竖向压力；c、根据隧道所处的地层以及隧道周边地地表环境状况的复杂程度，计算水平侧向力；d、根据隧道所处的地层以及施工状态，确定地层水压力；e、根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑～的压力值作为调整值来修正施工土压力；f、根据确定的水平侧向力、地层的水压力以及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值为：σ初步设定=σ水平侧向力＋σ水压力＋σ调整式中，σ初步设定－初步确定的盾构土仓土压力；σ水平侧向力－水平侧向力；σ水压力－地层水压力；σ调整－－修正施工土压力。
盾构机参数
盾构机选型及参数介绍
本区间右线采用一台中国中铁 CTE6240土压平衡盾构机.
该盾构机适宜在淤泥质粘土、粘土、粉土、粉砂、粒径不大于30cm的卵砾等地层等土层的掘进施工；盾构机可适用的掘进最小曲率半径为250m，最大坡度能力50‰；
盾构机设备总重量约为500T，盾体长度为9.6m（含刀盘长度），包括后配套总长79.65m，分为盾构机主机和后配套设备两大部分，后配套设备分别安装在6节后续台车上；
盾构机盾尾间隙30mm，最大掘进速度8cm/min，最大推力31650KN，额定扭矩4377KNm，脱困扭矩5225KNm。
盾构机刀盘开挖直径为6.27m，刀盘的结构为辐条面板型，刀盘开口率为50%。
右线盾构机具体尺寸重量如下表
21
1433655。
盾构机参数
随着地下空间的开发，盾构技术已广泛地应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。
在我国的各项施工中，盾构机的种类越来越多，其中土压平衡式盾构机在上海、南京、广州等地铁施工中有着较为出色的表现，笔者以日本小松公司Φ6340盾构机为例，结合施工中的一点经验与理解，对其控制原理和参数设置等做简要总结。
控制原理土压平衡式盾构机的土压控制是PID自动调节控制，切削刀盘切下的弃土进入土仓，形成土压，土压超过预先设定值时，土仓门打开，部分弃土通过螺旋机排出土仓，从而保持土仓内土压平衡，土仓内的土压反作用于挖掘面，防止地层的坍塌。
土压的平衡控制是通过装在盾构机土仓隔壁上的土压计对掘进中的土压进行实时监视，土压计监测到的数值传送到PLC，PLC计算出测量值与设定值之间的差值E，通过PID 控制，自动调整螺旋机转速，使E值趋向于零，当E值大于零时，PLC发出指令，增加螺旋机转速，提高出土量直至土仓内土压重新达到新的平衡状态，反之当E值小于零时，PLC 会降低螺旋机转速，以减少偏差。
以保持土仓内土压平衡，使盾构机正常掘进。
主要参数抽样周期：PID 演算处理的时间间隔，周期越短，动作越连续，但增加了单位时间的处理次数，因此PID以外的控制变慢，不需要细微变动时，可延长周期。
过滤系数：用来除去输入模拟值上的高频成分，数值越大，则过滤效果越强，系统反应也就越迟钝。
比例常数P:为了提高系统灵敏度，使土压保持在一定范围，把计测值与设定值的差值E 乘以一个系数，所得结果再与目标值相比较，这个系数就是比例常数P，P 值越大，调控效果越好。
积分时间I：系统引入比例常数后，PLC调控螺旋机的输出操作量mv=P*E, 也就是偏差被放大了P倍，这样当系统产生偏差时，可能会使螺旋机转速突然增大或减小了许多，形成超调现象，于是又反过来调整，这就引起螺旋机转速忽大忽小，形成振荡。
为了消除振荡，引入积分环节，使操作量mv 在积分时间内逐渐完成，即螺旋机转速平稳变化，直到消除偏差。
盾构机掘进技术(基础)(含参数)
盾构机掘进技术(基础)(含参数)一、概述随着城市化建设不断推进，地下空间建设越来越重要。
盾构技术是一种高效、安全、绿色的地下隧道工程建设技术，已经广泛应用于地铁、交通、水利等领域。
该技术利用盾构机在地下进行掘进作业，避免了传统爆破掘进的噪声、尘土污染和对地面建筑结构的影响。
本文从基础掘进技术和掘进参数两个角度探讨盾构机掘进技术。
二、基础掘进技术1. 盾构机的分类盾构机可以分为硬岩（岩体的岩度为Ⅳ级及以上）、松软土岩（含泥、粉、砂、卵石等的松散破碎岩石）两种类型。
不同类型的盾构机在使用时应该选择不同的掘进技术。
硬岩盾构机一般采用浆液循环掘进，松软土岩型盾构机则采用土压平衡掘进或泥水平衡掘进。
2. 盾构机的掘进方式（1）直推式掘进：盾构机本身不转动，只是通过推动顶部的推进缸或龙门拉动顶板向前进。
（2）转装式掘进：盾构机利用转盘、顶部推进缸和尾部推进缸拓宽隧洞，相对直推式掘进效率更高。
3. 盾构机的掘进方法（1）切削法：采用切割头，将盾构机向前推动并旋转，同时切削地下岩体，掘进速度较慢。
（2）盾尾土压平衡法：利用尾部渣土料斗制造的压力平衡，保持洞壁的稳定，掘进速度快。
（3）泥水平衡法：利用管路将搅拌好的土泥浆送入盾构机，完成掘进工作并保持洞壁稳定。
4. 盾构机的掘进路线盾构机掘进路线通常分为水平路线、垂直路线和弯曲路线。
在进入弯曲路线时，盾构机的前部应尽量降低，防止掘进脸外泄，造成灾难性后果。
三、掘进参数1. 参数定义掘进参数是指盾构机在掘进过程中的各项运行参数。
掘进参数的好坏对掘进工作的方便、快捷、高效有着关键性的作用，合理的掘进参数能使盾构机在掘进过程中达到最佳状态。
2. 参数分类（1）推进数据：盾构机在推进过程中需要记录推进的数据，如推进位移、推进速度、推进力矩等。
（2）承压数据：承压数据主要指盾构机在土压平衡掘进和泥水平衡掘进中需要记录的数据，包括对泥浆与顶板的压力等参数。
（3）浆液循环数据：在硬岩掘进中需要采用浆液循环，这时需要记录循环液的流量、压强、浓度、温度、PH值等数据。
盾构各种掘进模式
泥水式盾构机。
在不稳定的砂砾地层或混合地层中，设备以混合式盾构机的模式工作。
在这种模式下，开挖仓内完全充满了悬浮液，而压力腔(4)则位于分隔挡板(1)后面，悬浮液由压缩气垫(12)和压力挡板(2)支撑。
气压通过一个空气调节设备(10+11)自动控制，防止隧道掌子面发生浆液喷爆和渣土进仓。
开挖仓(3)和分隔挡板后面调压腔内悬浮液之间的压力调节通过连通管(5)进行。
进泥管(9)把新鲜悬浮液输送到开挖仓。
而排泥管(6)则把格栅(13)后面开挖仓内的悬浮液输送出去。
通过调压腔内的输浆管(8)和排浆管(7)连续冲刷连通管下方，以避免渣土沉积。
在稳定的地质状况中，如硬岩或密实的粘性地层中，像小型的AVN设备一样，盾构机以泥水模式工作，无需使用压缩空气支撑。
把压缩空气供气管和排气管封闭住，并通过开挖仓把调压腔内的排气管、供气管和连通管中的空气排出去，这时，混合式盾构模式就转换为泥水盾构模式。
该转换工作同样可以在地下进行。
转换之后，调压腔就仅处于常压下，因为连通管已被封闭。
这时，对隧道掌子面的支撑就仅由泵入泵出循环管路的膨润土悬浮液来承担。
土压支撑，软土中掘进。
当盾构机在不稳定的地层中掘进时，可以通过制造支撑压力来防止隧道掌子面失稳情况的发生。
使用土压平衡盾构机开挖，刀盘（1）开挖下来的粘性土体用来支撑掌子面，而不像通过其他开挖方式的盾构机，其掌子面依靠另外的介质支撑。
刀盘旋转的盾体区域称为开挖仓（2），它通过压力挡板（3）与常压下的盾体区域分开。
刀盘旋转，带动刀具挖掘土壤。
挖掘下来的土壤通过刀盘开口进入开挖仓，与开挖仓内已有的粘性土浆混合。
推进油缸（4）的推力通过压力挡板传给开挖仓内土体，从而保证开挖面的稳定。
当开挖仓内的土体不再受外部土压力和水压力压紧时，就达到了土压平衡。
开挖仓内的渣土通过螺旋输送机（5）输送出去。
渣土输送量由螺旋速度和上部螺旋输送机驱动器的开口十字架控制。
螺旋输送机把渣土输送到第一段输送皮带上，再转运到反转皮带上。
盾构选型及参数计算方法
盾构选型及参数计算⽅法盾构选型及参数计算⽅法1.1、序⾔盾构是⼀种专门⽤于隧道⼯程的⼤型⾼科技综合施⼯设备，它具有⼀个可以移动的钢结构外壳（盾壳），盾构内装有开挖、排⼟、拼装和推进等机械装置，进⾏⼟层开挖、碴⼟排运、衬砌拼装和盾构推进等系列操作，使隧道结构施⼯⼀次完成。
它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，从松散软⼟、淤泥到硬岩都可应⽤，在相同条件下，其掘进速度为常规钻爆法的4～10倍。
较长地下⼯程的⼯期对经济效益和⽣态环境等⽅⾯有着重⼤影响，⽽且隧道⼯程掘进⼯作⾯⼜常常受到很多限制，⾯对进度、安全、环保、效益等这些问题，使⽤盾构机⽆疑是最好的选择。
些外，对修建穿越江、湖、海底和沼泽地域隧道，采⽤盾构法施⼯，也具有⼗分明显的技术和经济优势。
采⽤盾构法施⼯，盾构的选型及配置是隧道施⼯中关键环节之⼀，盾构选型应根据⼯程地质⽔⽂情况、⼯期、经济性、环境保护、安全等综合考虑。
盾构的选型及配置是⼀种综合性技术，涉及地质、⼯程、机械、电⽓及控制等⽅⾯。
1.2盾构机选型主要原则1.2.1盾构的选型依据盾构选型主要应考虑以下⼏个因素：1）⼯程地质、⽔⽂条件及施⼯场地⼤⼩。
2）业主招标⽂件中的要求。
3）管⽚设计尺⼨与分块⾓度。
4）盾构的先进性、适应性与经济性。
5）盾构机⼚家的信誉与业绩。
6）盾构机能否按期到达现场。
1.2.2 盾构的型式1）敞开式型盾构敞开式型盾构是指盾构内施⼯⼈员可以直接和开挖⾯⼟层接触，对开挖⾯⼯况进⾏观察，直接排除开挖⾯发⽣的故障。
这种盾构适⽤于能⾃⽴和较稳定的⼟层施⼯，对不稳定的⼟层⼀般要辅以⽓压或降⽔，使⼟层保持稳定，以防⽌开挖⾯坍塌。
有⼈⼯开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构。
2）部分敞开式型盾构部分敞开式型盾构是在盾构切⼝环在正⾯安装挤压胸板或⽹格切削装置，⽀护开挖⾯⼟层，即形成挤压盾构或⽹格盾构，施⼯⼈员可以直接观察开挖⾯⼟层⼯况，开挖⼟体通过⽹格孔或挤压胸板闸门进⼊盾构。
(七)盾构的始发和正常掘进
一、土压平衡盾构掘进
复合式土压平衡盾构一般有三种掘进模式：敞开模式、局部气压模式和土压平衡模式。为了获得理想的掘进效果、 保证开挖面稳定、有效控制地表沉降及确保地面建筑物安全，必须根据不同的地质条件选择不同的掘进模式。
土压平衡盾构的三种掘进模式 a)敞开模式；b）局部气压模式；c）土压平衡模式
盾构正常掘进
盾构正常掘进
（三）泥水循环系统 泥水循环系统具有两个基本功能，一是利用泥 浆稳定掌子面，二是通过排泥泵将开挖渣料从 泥水仓通过排泥管输送到泥水分离站。 泥水循环系统由送排泥泵、送排泥管、延伸管 线、助设备等组成。 正面泥水量由送泥泵来控制，排泥流量由排泥 泵来控制。送泥泵将调制好的泥水通过送泥管 输送到泥水仓，而排泥泵则将携带渣土的泥水 排出，通过排泥管输送到地面的泥水处理设备 中进行分离。 泥水密度和泥水流量分别由安装在每条管路上 的伽马密度仪和电磁流量仪来测定； 泥水循环系统的控制分为手动、半自动自动3种 方式，其中自动方式包括开挖模式、旁通模式、 隔离模式（接管时）、反循环模式（也称逆洗 模式，用于堵管或清洗管路）、停机模式等5种 操作模式。
土压平衡盾构机掘进参数的确定
时土仓压力的损失 。２ 长时间停止掘进时 ， ） 土仓内预先保持较 高 保养 ， 证盾构掘进施工连续进行 。 保 的土 压 ， 斤 顶 全 伸 ， 防 止油 压 损 失 造 成 千 斤 顶 泄 力 ， 在 后 续 参 考 文 献 ： 千 为 需 管片与盾构机之间加设人工支撑 。
综合 结 论 ：
土 压 平 衡 盾 构 机 掘 进 参 数 的 确 定
蒋 卓
摘 要 ： 出盾 构掘 进 参 数 的 正 确计 算及 选 定 ， 确 保 掘进 面稳 定 、 效控 制 地 表 沉 降或 隆 起 的 最 重 要 组 成 部 分 ， 要 介 指 是 有 主
绍 了盾构掘进的理论计算方法， 合理制定 了盾构施工参数 ， 为盾构 隧道掘进施工提供 相应的理论依据。
２ 刀盘 扭矩计 算
变 频调 速 电机 驱 动 刀 盘 工 作 示 意 图 见 图 １ 。
盾构的各项参数结合工程实际情 况重新调整 。
北 京 南 部 地 区 ， 要 是 南 五 环 外 的 地 质 情 况 ， 粉 土 及 粉 质 主 以 粘 土为 主 。 盾 构推 进 参 数 确 定 时 ， 不 利 因素 考 虑 ， 后 根 据 掘 以 而
关 键 词 ： 构施 工 ， 进参 数 ， 盾 掘 刀盘 ， 算 方 法 计
中 图分 类 号 ：４ ５ ４ Ｕ ５ ．３ 文 献 标 识 码 ： Ａ
．
０ 引 言
盾 构 掘 进 过 程 中 ， 项参 数 因地 质 状 况 和盾 构 隧 道 的 埋 深 不 各 同 而 产生 变 化 。以 下 是 根 据 北 京 南 部 地 区 的 地 质 情 况 对 各 项 掘 进参 数 进 行 的 分 析及 计 算 ， 当盾 构 因坡 度 变 化 、 深 发 生 变 化 时 ， 埋
超大型泥水平衡盾构掘进参数计算模型建构
建材发展导向1002019年第1期超大型泥水平衡盾构掘进参数计算模型建构李海福（中国水利水电第十四工程局有限公司, 云南 昆明 650000）摘 要：选择掘进参数属于盾构施工过程中的主要问题，那么本文就针对某工程的实际地址情况，利用对掘进过程中大量的实测数据进行整理和统计，实现盾构掘进参数计算模型的创建，从而得到一定结论，希望能够为后期盾构隧道施工提供根据。
关键词：超大型；泥水平衡盾构；掘进参数；计算模型本文就对于某隧道地址条件，创建泥水盾构掘进参数计算模型，并且得到一定规律。
1 工程概况某越江隧道工程使用双管单层型的方式，主要包括南北两线穿过湘江。
过江段的盾构隧道长度为2722.52单线米，其中的南线长度为1347.58m，北线长度为1374.94m。
掘进的方式使用泥水盾构，隧道的管片外径为11.3m，管片的内径为10.3m，管片的厚度为50cm，环宽为2m，环向一共有九块。
掘进区域中的地层主要包括中风化砾岩、强风化砾岩等，盾构掘进的区域就在两者中。
根据此隧道的物探报告，全面分析隧道掘进区域中裂隙的密度带。
通过分析表示，隧道掘进区破碎带主要包括裂隙密集带，掘进区域中具有四个较大的异常带，属于裂隙密集带，分别为北西向及北东向的走向，其他的裂隙密集带小，分布没有规律。
裂隙密集带中的内岩体破碎，缺乏良好整体性。
和区域地质资料相互结合进行分析，场地附近具有较多的断裂构造，对隧道沿线位置的岩体破碎造成了影响，节理裂隙的发育也有所影响，风化的程度比较高，并且分布不均匀。
具有多条裂隙密集带穿越隧道轴线，裂隙带的走向为北西乡及北东向[1]。
和隧道掘进区域地质异常、地层资料及隧道的设计文件相互结合，选择北线K1+050到K1+240段掘进参数成为分析段，也就是管片环数为315-410环之间。
参数分析段地层的类型属于中风化砾岩，隧道线路坡度从西到东分别为0.4%。
区域中具有较差地址条件区域，也就是裂隙密集带F2。
盾构机技术参数
TB 880E隧道掘进机一、概述TB 880E型隧道掘进机由德国维尔特（Wirth）公司制造。
TBM 880E型隧道掘进机为开敞式硬岩掘进机，适用于硬岩的一次成型开挖。
隧道掘进机的英文为“Tunnel Boring Machine”，所以隧道掘进机又简称为“TBM”。
TBM集机、电、液、气、仪于一体，采用微电脑全程监控操作。
采用TBM施工，无论是在隧道的一次成型、施工进度、施工安全、施工环境、工程质量等方面，还是在人力资源的配置方面都比传统的施工工法有了质的飞跃，实现了隧道施工工厂化作业。
该机曾用于18.46km的西康铁路秦岭隧道施工，最高月进度达528.1m。
在6113m长的西安南京铁路磨沟岭隧道的施工中，创造最高日掘进达41.3m，最高月掘进达573.9m的国内新记录。
TBM具有优良操作性能，其主要特点是使用可靠性的内外凯（Kelly）机架。
TBM主机主要由刀盘、刀盘护盾、主轴承与刀盘驱动器、辅助液压驱动、主轴承密封与润滑、内部凯式、外部凯式与支撑靴、推进油缸、后支撑、液压系统、电气系统、操作台、变压器、行走装置等组成。
外凯机架上装有X型支撑靴；内凯机架的前面安装主轴承与刀盘驱动，后面安装后支撑。
刀盘与刀盘驱动由可浮动的仰拱护盾、可伸缩的顶部护盾、两侧的防尘护盾所包围并支承着。
刀盘驱动安装于前后支撑靴之间，以便在刀盘护盾的后面提供尽量大的空间来安装锚杆钻机和钢拱架安装器。
刀盘是中空的，其上安装许多刮板和铲斗，将石碴送到置于内凯机架中的输送机上。
后配套系统为双线轨道及加利福尼亚道岔系统，装有主机的供给设备与装运系统，石碴的运输通过矿车运出。
后配套系统由若干个平台拖车和一个皮带桥组成，皮带桥用来联接平台拖车与主机，平台拖车摆放在仰拱上的轨道上。
前进时皮带桥被TBM后端拉着，在掘进过程中后配套平台拖车是固定的，在掘进结束时被两个液压油缸牵引。
在后配套系统上，装有TBM液压动力系统、配电盘、变压器、总断电开关、电缆卷筒、除尘器、通风系统、操纵台、皮带输送系统、混凝土喷射系统、注浆系统、供水系统等。
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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。
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
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
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
中铁隧道股份有限公司工程部 二〇一一年六月
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
参数名称 刀盘转速
一般正常范围 1.7-2.0rpm
参数名称 1号土仓压力
一般正常范围 0-1.8bar
刀盘扭矩
≤200bar
4.0-10rpm ≤120bar 10-130mm 60-140bar 80-160bar 100-180bar
2号土仓压力
3号土仓压力 4号土仓压力 5号土仓压力 螺旋机前舱门土压 螺旋机后舱门土压 推进速度
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。
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
影响掘进的主要参数
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。
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
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。
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，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
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、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
0.8-2.5bar
0.8-2.5bar 1-3bar 1-3bar 1-3bar 0-0.5bar 080mm/min
掘 进 参 数 参 考 表
螺旋机转速 螺旋机扭矩 铰接油缸位移 A组油缸推力 B组油缸推力 C组油缸推力
D组油缸推力
80-160bar
铰接力
0-100bar
THE END
谢谢大家
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。
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。
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