盾构掘进参数的意义与相互关系

第3—4周工作报告

曾凡宇

一、工作概述

（一）工程现阶段进展

香港路土体加固，赵家条站盾构始发工作，惠济路与赵家条段收尾段推进与接受准备工作。

（二）主要工作内容

了解盾构推进各参数之间的关系，探讨工程实际中出现的问题与盾构参数的选定之间的因果关系。分析统计数据并与相关论文做对比，观察盾构出洞过程。

下文将所见所得分类逐一叙述。

二、盾构掘进参数的意义与相互关系

（一）盾构掘进各参数的概念

1.掘进参数的选择依据

地质情况判断，盾构机当前状态，地面监测结果反馈，盾构机姿态。

2.掘进

（1）推进油缸的压力：控制盾构机前进和转向。

（2）推进油缸的行程：指油缸伸出的伸长量。

（3）速度：即掘进速度，以总推力和刀盘扭矩为参考量。

（4）总推力：推进油缸的总推力。

（5）出土量：43方，可由盾构机开挖直径得出。

2.刀盘

（1）转速与扭矩：正常情况转速参考扭矩。

3.环流（略）

4.土舱压力

其设定应由工程师决定，有以下两个原则：密封土舱内的土压力应可以维持刀盘前方开挖面的稳定，不致于因土压偏低造成土体塌陷、地下水流失；也不致于因

土压偏高造成土体表面隆起、地表建筑设施破坏等。密封土舱内的土压力应尽可能低，以降低掘进扭矩和推力，提高掘进速度，降低土体对刀具的磨损，最大限度地降低掘进成本。

（2）调整：若压力大时可以采取以下几个措施来降低压力：加快螺旋输送机的转速，增加出渣速度，降低渣仓内渣土的高度；适当降低推进油缸的推力；

降低泡沫和空气的注入量，适当的排出一定量的空气或水。若压力小时可以采取相反措施。

（二）统计分析

1.扭矩与总推力的统计关系表

图1

图2

分析：

（1）图1两者基本吻合线性关系。可见是符合直接经验的。

（2）图2中刀盘转速的波动变化程度最小，与施工过程中的人为控制情况相吻合；掘进速度、贯入度的波动程度最大，应是由于地质情况的差距而对掘进产生了重要影响。同时，除了出洞阶段，两者的波动基本同步，而出洞阶段的不同是由于自身的特殊性。

2.由各项参数频数分布直方图得均近似服从正态分布

3.刀盘转速与掘进速度的关系

之前图表指出推进速度随着刀盘转速的增大而增大，且大部分转速趋于恒定，而其推进速度也稳定在某个值附近。再做其两者散点图：

图3

可得两参数间匹配特性很弱，因此在实际工程中，其设定主要由各个因素考量的施工经验得出，人为控制因素比较大。

4.刀盘扭矩与刀盘转速的关系

图4

成正比关系。但是在散点图上呈现微弱的方向关系。分析原因是操作人员在大扭矩开挖地层中降低刀盘转速，由此出现两者反向增长的现象。

5.扭矩与掘进速度的关系

图

5

刀盘扭矩与推进速度之间近似呈指数形式增加。而推进速度与总推力近似呈线性关系，意味着此时总推力也是增大的。当千斤顶的推进速度增加，千斤顶的推力和扭矩也同时增加，这是一个动态的问题。

附表：掘进中参数的参考范围

参数名称一般正常范

围参数名称一般正常范

围

参数名称一般正常范

围

刀盘转速 1.7～2.0rpm 1号土仓压力0～1.8bar 2号铰接位移10～140mm

（三）各参数与控制工程质量的关系

1.与沉降控制方面的关系

首先，导致沉降的客观原因有仓压不足导致开挖面土体松弛坍塌，输送机转速太快，盾体本身变形，盾构机自身振动，导致土体压密没有注浆注浆不充分或浆量不够，地面超载引起土体压缩隧道衬砌变形等。而主要控制因素有土仓压力、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、螺旋输送机的控制来调节；

而与盾构掘进参数的关系中，出土量、注浆情况对沉降的发展影响最大。而出土量、注浆情况都与掘进速度有密切关系。掘进速度太小，由于盾构机的扰动会导

致出土量偏大，出土量太大就回降低土体的承载力，加大沉降。而推进速度过大，会导致注浆无法跟上，浆体无法初凝，没有足够的强度也会导致沉降。故掘进速度需要保持在一个经验区间内。

2.管片质量也与掘进参数有着联系，但是较细微，待深入了解，略。

3.掘进参数出现异常的情况及原因

（1）推力大，扭矩小，推进速度小

可能的原因：铰接油缸压力过大（暂不了解），必要时释放；土仓压力过高；刀具严重磨损。

（2）刀盘扭矩大，推进速度小

可能的原因及处理：可能有泥饼产生，应立即停止掘进并加泡沫、水搅拌。（3）土仓压力上升快

可能的原因及处理：开挖面坍塌，应适当加快掘进速度并增加土仓压力防止恶化。

三、盾构出洞

（一）盾尾支撑布设

在最后一环负环和井壁结构之间加设了钢后靠。

（二）负环拼装

盾构后座选用7环负环管片拼装而

成，考虑到电瓶车长度及吊运土箱、管

片的需要，其中设开口环5环、闭口环

2环。

（三）洞门凿除

洞口混凝土凿除，首先凿

除内侧砼保护层露出内排钢

筋并割除内排钢筋，然后凿除

内、外排钢筋间的混凝土，之

后按专项施工方案在端头加

固范围内随机钻10个垂直

孔，取出土芯，观察土芯强度、

均匀性以及水的含量。根据检查孔的出水量、强度及均匀性判别。特别注意水平

孔出水量，如果出水量超过限值，就须重新进行加固。最后凿出外排钢筋割除外排钢筋。清理混凝土碎块。洞门凿除要连续施工，尽量缩短作业时间，以减少正面土体的流失量。整个作业过程中，由专职安全员进行全过程监督，杜绝安全事故隐患，确保人生安全，同时安排专人对洞口上的密封装置做跟踪检查，起到保护作用。

（四）盾构上靠

（五）加固区推进

加密测点并加强监测频率；严格控制土压

力；严格控制出土量；推进速度偏慢，盾构出

洞时推进速度宜控制在5mm/min以内，确保盾

构顶进压力以及刀盘扭距不至于太大，且影响

盾构机性能。

（六）非加固区推进

严格控制土压力；严格控制出土量；适当

提高推进速度。

（七）注意事项

1.负环管片脱出盾尾后，周围无约束，在推力

作用下易发生变形，为此需采取必要的加固措施。

2.千斤顶总推力控制在适当的范围内(不超过钢后靠的设计荷载)。

3.盾构机进入洞门圈时，需密切注意洞圈止水装置是否完好，必要时需对其采取补加固措施，确保密封效果。

4.拼装负环管片时，要保证管片和盾构机下部的合理间隙。

5.确保盾尾油脂的压入量和均匀性，保证盾尾密封效果。

6.初始注浆时，注浆压力的设定要综合考虑地面沉降要求和洞门密封装置的承压能力。

7.除了洞口特殊环外，其他负环管片可不贴止水密封条。

四、本周工作总结

1.完整地了解盾构工作的整个流程，初步系统的形成了直观概念。下一步则需要继续深入。