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。当皮带反方向输送时，渣土被倾倒进入运输渣车中。

隧道通常使用预应力钢筋混凝土管片（7）进行衬砌。管片在常压下通过管片安

装机（6）安装在盾体区域的压力舱壁后面，然后临时用螺栓固定。砂浆经由盾尾上的注浆口或直接通过管片上的开口连续注入管片外面和围岩之间的空隙。非均匀地层中的安全掘进。

混合式盾构机用于隧道掌子面不稳定的砂砾质地层或混合地层中施工。刀盘（1）在膨润土悬浮液中旋转，松动隧道掌子面的土体。挖掘的渣土与膨润土悬浮液混合。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。

气垫调压舱把输送管(4)输入的膨润土悬浮液通过气垫(5)运送到开挖仓内与土压和水压达到平衡，避免土壤失控渗透或发生隧道掌子面失稳情况。开挖仓内的支撑压力不是由悬浮液压力直接控制，而是由一个压缩气垫(5)控制。因此，刀盘后面的开挖仓被一个称为分隔挡板(6)的钢板分隔成两个区域。分隔挡板(6)和压力挡板之间的区域称为调压/工作舱。

当隧道掌子面前面的盾体区域完全充满悬浮液时，分隔挡板后面悬浮液的液位

还不到机器中轴线的位置，所以要通过压缩气垫提供超压，精确地控制目标压力值。气垫压力则通过一个压缩空气控制系统控制。这样泥浆输送管路的不规则性能够被准确、迅速的控制。

开挖的渣土与膨润土悬浮液混合后，经由泥浆输送管道被泵入地面的泥水分离站。为防止泥浆输送管路发生堵塞，并保证排渣泵的顺利运行，回浆管前端有一个筛选大石块和土块的格栅，阻止大块的物料进入管道。

隧道通常使用钢筋预应力混凝土管片（7）进行衬砌。管片在常压下通过管片安装机（8）在压力挡板后面的盾体区域安装，然后用螺栓固定。砂浆经由盾尾上的注浆口或直接通过管片上的吊装孔连续注入管片外表面和围岩之间的空隙。如需要进一步资料，请在媒体服务页面在线索取我们的小册子或土压平衡式/混合式盾构机的动画简介光碟。

脆性围岩和软岩地层中掘进的高科技设备。

单护盾硬岩掘进机属于敞开式护盾机型。在隧道掘进机中，通常所说的敞开式护盾是指掘进机在隧道掌子面区域没有封闭的压力补偿系统，也就是说，没有开挖仓。单护盾硬岩掘进机通常用于脆性围岩或软岩地层中。该类型的设备在硬岩工程中有着广泛的应用。

机器在盾体(1)－锥形钢结构－的保护下自动向前掘进。为了能够向前推进，单护盾隧道掘进

机通过液压推进油缸(2)支撑在已安装好的最后一环管片(3)上。刀盘(4)上安装了硬岩滚刀，这些滚刀在刀盘上转动，切削隧道掌子面的岩石。在滚刀后面一点的位置安装有边刮刀(5)。刀盘切削下来的石渣掉落到边刮刀内，经由皮带输送机(6)输送到地面。

与其它全断面开挖设备相比，单护盾掘进机的掘进扭矩能够非常准确的计算出来。除其它参数，扭矩与滚刀贯入度以及它们与围岩的接触面积有非常密切的关系。

整合技术──在变化地层中实现高效掘进。

从隧道掘进操作方面来讲，双护盾硬岩掘进机属于最复杂的掘进机类型。撑靴理念与管片安装操作的完美结合，使双护盾掘进机能轻松适应任何地质情况。因此，该设备是用于含有断层的硬岩地层中理想的隧道掘进设备。

之所以称之为双护盾隧道掘进机，因其设计特殊：主要特征是位于设备前面部分的前盾(1)可以伸长，这样刀盘(2)也可以随之伸长。掘进过程中的反作用力(扭矩和轴向、纵向的力)通过位于掘进机中盾区域伸出来的撑靴(3)分散施加到围岩上。由于这些反作用力已被分散，管片安装机可以在掘进过程中同时安装衬砌管片(5)，从而保障高效的隧道开挖作业。这是传统开挖模式无法实现的。掘完一个行程后，撑靴缩回，掘进机的后面部分通过辅助推进油缸(4)的作用向前推进。该转换过程仅持续几分钟时间，之后，下一个掘进循环又开始进行。

但连续掘进只能在稳定的围岩状况下实现，因为撑靴需要支撑在围岩上。如果双护盾掘进机遇到含有断层的地质状况，伸缩前盾就将缩回。整个掘进机将只依靠支撑在隧道衬砌管片(5)上的辅助推进油缸(4)向前推进。这种掘进模式是“非连续性”的，因为在该过程中，如同使用传统的盾构机一样，只有安装了衬砌管片之后，才能通过推进油缸实现掘进。

宽敞的操作空间，安全的操作环境。

撑靴式硬岩掘进机的主要功能系统包括挖掘、支撑和安全支护系统。掘进系统－即刀盘－上面安装有滚刀。刀盘旋转，压迫滚刀高压作用于隧道掌子面。滚刀在掌子面转动，松动围岩。挖掘下来的石渣被边刮刀收集（刀盘上的开口）并通过渣斗进入皮带输送机。

皮带输送机把石渣沿着掘进机输送到转运皮带机上。转运皮带机位于掘进机和后配套系统之间，从那里，石渣或直接由皮带机运出隧道，或被装载到渣车上运送出去。掘进机依靠撑靴(1)放射状地顶在岩石上来支撑自己，而液压油缸则朝向隧道掌子面顶压着刀盘向前掘进。一次推进的最大长度是由推进油缸活塞的长度决定的。一个掘进循环完成后，挖掘工作中止，机器向前移动，同时，另有一套支撑系统用来保持撑靴式掘进机的稳定性。

撑靴式硬岩掘进机工作效率的高低基本上由安装围岩支护材料所需时间的长短而决定。撑靴式硬岩掘进机使用的安全支撑措施与传统的隧道开挖所使用的措施一样，即：岩石锚杆、钢筋网、喷射混凝土，同时还有掘进机自身的支撑以及尤其适用于该种情况的钢拱架进行支护。使用撑靴式掘进机，即使紧靠刀盘后面，也可以全面进行围岩支护，即在被称作L1的工作区域进行支护。钢环拼装机(2)、锚杆钻机(3)或钢筋网拼装机(4)等可以用于安装支护材料。喷射混凝土和管片安装则在后配套区域进行。

灵活而简单的设备技术。

部分断面隧道掘进机适用的地质状况较为广泛，可用于各种直径的隧道开挖作业。该类型的设备直接由操作手控制，操作简便、易于掌握以及能广泛使用。另外，设备的安装和使用都较为经济。

海瑞克部分断面隧道掘进机性能优越，功能齐全。快速的刀具更换速度充分展示了其优越性能。铲斗和铣挖头可以安装在主体设备上进行挖掘工作；其更换简单而快捷。依据隧道直径和开挖长度的不同，可以选择以顶管方式或者安装管片方式来进行隧道衬砌。目前的设备开挖直径都涵盖在设备的标准开挖范围内。另外，海瑞克公司还可以根据客户要求为项目定制专门的设备。

铲斗式

大量实践证明，使用铲斗在松散地层中进行开挖是有效而成功的。根据地层的特性，可以在设备上安装挖掘铲、齿形铲斗或液压锤等挖掘工具。而且，更换这些挖掘工具的操作简单而快捷。挖掘的渣土通过输送皮带或刮斗输送机来运送。

铣挖式（巷道掘进机）

应用非开挖技术铺管。

(1) - (3) 钻机组装模块, (4) 滑动钻头

海瑞克公司为各种大型至超大型的水平定向钻进(HDD)设备，其最大拉力从60吨到高达600吨的范围(HK 60, HK 100, HK 150, HK 200, HK 250, HK 400, HK 600)。经海瑞克人员的专业设计，本系统可以广泛运用于各种工况中。因而，海瑞克公司能够为各种项目提供出色的解决方案。

模块组装式钻机

海瑞克公司水平定向钻进设备成功运用在世界各地的大量项目中，其独特的开创性设计使它在水平定向钻领域中占有特殊地位。海瑞克公司对钻进设备做了进一步的改进设计，从而可以进行标准的模块安装。这样，大型和超大型的钻机可以快速进行安装，满足世界各地的项目需求。钻机分为三个模块，最大模块重20吨。它们方便在工地现场组装，可以液压方式支撑。单个模块可以装进20英尺的集装箱，从而方便运输。标准模块式组装对于现场组装较为有益。如果现场不具备进场的道路条件，例如处于建筑密集的市区，该设备可以在没有移动吊机的情况下进行组装和始发。另外，海瑞克公司还可提供遥控履带行走装置供客户选择，来协助组装工作。

拖车式钻机

海瑞克公司可以根据客户要求加工制造大型和超大型拖车式钻机。这些钻台经过专门制造，可安置在铰接式拖车上，从而适合运输。

履带式钻机

另外，海瑞克公司可以提供集成履带系统的钻机设备作为备选方案。驱动装置加上履带行走系统保证了整体钻进设备能够在城市或野地行走。

框架式钻机

框架式钻机是海瑞克公司最为经济的水平定向钻设备。它的最主要特点是重量轻，这意味着钻机可以通过标准的吊机装载到常规卡车上。

运用适当压力以保持稳定。

土压支撑

土体不稳定时，需要向掌子面上提供支撑压力来平衡土体和地下水对刀盘产生的压力，避免掌子面发生坍塌。

泥浆压力支撑

土体不稳定时，需要向掌子面提供支撑压力来平衡周围压力，避免掌子面发生坍塌。支撑压力用来抵抗土体和地下水的压力，防止土壤不受控制进入掌子面而导致的失稳。

机械支撑/ 压缩空气支撑

在敞开式开挖过程中，部分断面隧道掘进设备开挖掌子面时不能利用支撑介质来形成支撑压力。因此，只能通过其他方法来支撑周围土体并防止设备遭受地下水的侵入。

以渣土为介质，实现简单而有效的安全支撑。

在所有不稳定的土层中，需要向掌子面上提供支撑压力来平衡土体和地下水对刀盘产生的压力，以避免隧道掌子面发生坍塌。在土压平衡式盾构机的作业过程中，刀盘挖掘下来的泥土将被用作支撑隧道掌子面的介质。刀盘旋转，带动刀具松动掌子面的土体，挖掘下来的泥土通过刀盘开口进入开挖仓与塑性土混合。

支撑压力通过压力挡板从推进油缸上传递到土层中，阻止不受控制的泥土从隧道掌子面进入到开挖仓内。当开挖仓中的土体不再受到外部的土压和水压挤压时，内外压力就达到了平衡。螺旋输送机将支撑压力从超压降低到常压。支撑压力由螺旋输送机输送速度和螺旋输送机上部开口控制。作为支撑介质土壤必须具备以下条件：良好的塑性、具有流动性、较低的内摩擦和较低的渗水性。

用作介质的理想土质是含有较多粘土、肥土或淤泥的粘结性土壤。通过土体改良，即对土壤性质进行改进，可以扩大土压平衡技术的使用范围：向土仓中注入泡沫和/或聚合剂，非粘性土或细砂或粗砂砾的性质将得到改良，变得适合作为支撑介质用于土压平衡的掘进技术中。混合地层中的全方位控制。

在所有不稳定的地层中，都需要向掌子面提供支撑压力来抵抗土体和地下水的压力，防止土体不受控制进入掌子面或防止掌子面失稳。

在泥水压力支撑的盾构机掘进中，通常使用膨润土悬浮液(一种膨胀性粘土和水的混合浆液)或水作介质来支撑不稳定掌子面。这种方法广泛使用在从细砂到粗砂砾等各种非粘性地层的施工中。

在泥土和悬浮液之间的界面产生一个渗入泥饼对隧道开挖面进行支撑。同时，它封闭住泥土，防止地下水侵入。另外，如果盾构机出现故障而停机，该渗入泥饼将在掌子面形成一个密封膜，配合压缩空气的使用，工作人员就可以进入开挖仓进行检修工作。

在混合式盾构技术中，开挖仓中的支撑压力不是由悬浮液压力直接控制的，而是通过压力挡板和分隔挡板之间的一个压缩空气气垫控制。全自动的控制循环不间断的监控掌子面的压力并通过支撑介质产生平衡力，以确保压力控制的准确有效。这样，在不良的混合地层中，如果出现压力异常，能够很快实施补偿措施，从而保证设备和地面之间的较浅覆土不会引起地层下沉或隆起。

在泥水盾构技术中，支撑压力直接由悬浮液压力控制，即通过膨润土悬浮液泵入泵出泥浆循环来控制。该技术只适用于不会突然发生压力异常的地质状况中。

敞开式隧道掘进设备的支撑方法。

在敞开式开挖过程中，部分断面隧道挖掘设备开挖掌子面时不能利用支撑介质来形成支撑压力。因此，只能通过其他方法来支撑周围土体并防止设备遭受地下水的侵入。方法之一便是使用所谓的护板，它从盾体上部延伸出来。护板因应地层中的开挖角度而制，从而保证其与隧道掌子面持续接触。这样，就可以防止渣土从顶部落入机器内以及防止地面下沉。

另外，安装一横向平台可以用减小开挖角度。整个盾壳也可以设计成一个“支撑挡板系统”，由几块可以单独向前伸长的支撑板组成。这样可以保证开挖角度适应地质状况的变化。而且，前伸支撑板可以安装到系统上，需要时，通过液压动力压紧隧道掌子面来进一步稳定掌子面，以保证安全。

在含水地层中进行挖掘作业时，可以在部分断面隧道掘进设备上和部分隧道内使用压缩空气闸系统来防止地下水侵入。压缩空气系统有两道控制循环，连续监测并自动调节需要的压力。渣土的不间断运输。

液体式运渣

当设备在渗水性较高的砂质和（松散）砂砾质混合地层中掘进时，挖掘的渣土通常由液体输

送系统运送。这种情况下，通常用水或膨润土浆液作为运输介质帮助渣土的运输。

机械式运渣

当设备在渗水性较低的粘性土壤中掘进时（例如颗粒较细的壤土或粘土），挖掘的渣土本身就是用作支撑介质，这也是为何其必须具备延展塑性或流动性的原因。这种特性可能是是土壤天然所具备的，亦可通过添加泡沫或聚合剂来获取。

液体式运渣。

通过泥浆环路实现连续出渣

当设备在渗水性较高的砂质和砂砾质（非粘性）混合地层中掘进时，挖掘的渣土通常由液体输送系统运送。这种情况下，通常用水或膨润土浆液作为运输介质帮助渣土运输。掘进机进泥管的进泥泵从始发井把运输介质泵送到隧道掌子面。运输介质在掌子面稳定下来，支撑掌子面，并与挖掘的渣土混合。

挖掘的渣土和运输介质混合，通过排泥管排出开挖仓，输送到泥水分离站。为防止泥浆管堵塞，任何大粒的石块或异物都将被开挖仓中的碎石机粉碎后才进入排泥管。排泥管前面有一个格栅，用来阻止大颗粒物料进入排泥管。

在泥水分离站，网筛、旋流分离器和离心分离器（如需要）等把介质和泥水分离开来。有效的分离是指经过处理的大量介质可以重新用于输送循环。如果泥土所含粘性颗粒较多，水通常可作为合适的介质。但是，如果土壤为砂砾质土壤，仅含有或不含粘性颗粒，并较为致密，较大的泥块仍然可以在管道底部沉淀，引起堵塞。如果是这种土壤，经常需要把土壤浸入一种能生成粘性液体的悬浮液中，来降低土壤颗粒内部的紧密性。

这种粘性悬浮液就是膨润土，一种吸收性粘土和水的混合液。它具有触变特性，能够在掘进过程中稳定隧道掌子面。另外，它与挖掘下来的渣土混合，通过泥水管道运输出去，不会对设备造成伤害。运输介质的选择取决于许多因素，与项目的特点有很大关系，不能简单决定。机械式运渣。

隧道掘进机挖掘下来的渣土物料可以进一步通过皮带输送机、轨道运输车辆、运送卡车从隧道中运输出去，或在渣土中添加适当液体，然后通过泥浆泵泵送，从泥浆管道输送出去。这与硬岩掘进中的情况相似。挖掘下来的石渣经由刀盘上边刮刀上的导向槽流入刀盘中心，然后输送到皮带机上。然后石渣通过皮带机、轨道运输车或卡车等运送出隧道。隧道外的固定连续皮带机甚至可以把挖掘下来的渣土直接运送到附近的弃渣场，从而减少工地现场的运输活动，并减少噪音。

请浏览海瑞克子公司H+E Logistik 公司网址(www.helogistik.de)获取关于皮带输送系统更为详细的信息。

关于隧道建设中轨道运输车辆和陆地运输车辆的更详细信息，请浏览海瑞克分公司MSD公司网站(Maschinen- und Stahlbau Dresden - Dresden 机械设备与钢结构) 。www.msd-dresden.de

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使用这种技术，设备可在无侧限抗压强度达到80Mpa的围岩中作业，隧道的开挖非常经济。挖掘工作通过一纵向切削刀盘进行，刀盘上安装有圆轴型的凿具。挖掘的渣土通过回转螺旋输送机向外输送。

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。积分时间越小，调控效果越好。

微分时间：根据偏差变化率de/dt 的大小，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，可以克服因积分时间太长而使恢复滞后的缺点。

参数设定

参数设置分为两步，第一步是在设备组装完毕，无负荷的状态下进行的一次调试，第二步是在掘进开始，土层稳定后，根据土层状况和操作习惯进行的微调。

1、无负荷调试

（1）比例系数P，首先不执行I和D，I调至数值上限，D设定为0,这样系统只执行比例动作P，变动土压目标值，制造约0.01 －0.03Mpa 的系统偏差,接下来逐渐增大P 值，使螺旋机转速逐渐增大，当P 值上升到一定值时，螺旋机的旋转速度会出现大幅度地反复升降，即系统形成振荡，我们把出现振荡时P 值的85% －90% 设定为系统的比例系数。

（2）积分时间I，比例系数确定后，调节积分时间I，变动土压目标值，制造一个系统偏差，观察螺旋机回转速度以怎样的速度变化，继续加一定的偏差时，系统向偏差减小的方向增加或减小操作量，操作量的变化程度随积分时间I的变化而变化，此时可以根据操作人员的操作习惯来确定积分时间，一般来说，I在数值上为P值的70% 左右。

（3）微分时间D，在盾构机PID 控制中，管理对象是土仓内的土压，如果掘进速度一定，则土压与切削土量减排土量之差的时间累积成正比，另一方面，系统的控制对象是螺旋机转速，而螺旋机转速同单位时间的排土量成正比，这样从系统输入来看，系统的输出是以时间微分的形式使用，所以盾构机PID控制中可以不执行微分动作，把D值设置为0。

2、土层掘进时的调整

（1）过滤系数，进入土层后，如果腔内土压、螺旋机的输入信号在短周期内大幅振荡的话，可以慢慢增大过滤系数，在短周期内如果再次出现小的振荡，不需要再增大过滤系数，即使在长周期内出现较大幅度的振荡，也只需略微增大过滤系数。

（2）比例系数P，掘进中，把I值和D值固定，按每次0.5%的幅度调节P值，P值一变，控制整体的增益就发生变化，相对于同一土压偏差的操作量的大小也发生变化,观察螺旋机转速变化量，直到满意即可固定P值。

（3）积分时间I，与积分时间相对应的是操作量增减时的梯度，掘进中对现有I值不满意可以调整，固定P值和D值，如果希望操作量增加更快时，减小I值，反之增大I值，每次增减的幅度以1－3秒为宜，如果I值过小，可能会引起振荡，调整时注意掌握。

（4）微分时间，原则上，土压平衡式盾构机不需要设置微分时间，但有些大口径盾构机对偏差反应会比较迟钝，这种情况下，使用微分环节，可以改善盾构机对偏差的初始反应，但D 值限于2ms 之间。

常见问题

在盾构机各参数设定完毕，正常掘进以后，常见故障往往出现在外围设备之中，现简要说明设备各主要环节及常见故障处理。

1、刀盘电机，刀盘电机即驱动刀盘所用电机，单机功率一般在55KW左右,最常见的控制方式为PLC控制变频器，变频器拖动电动机，这一环节最易出现故障的就是变频器。变频器在布线时应考虑以下两点：

——变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这种情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。

——电机电缆应独立于其它电缆走线，其最小距离为500mm。同时应避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样可以减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们按90°角交叉。与变频器有关的模拟量信号线与主回路线分开走线，即使在控制柜中也要如此。

变频器常见故障有如下三点：

——过流故障：过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等原因引起的。这时一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路损坏，需要更换变频器。

——过载故障：过载故障包括变频过载和电机过载，可能是加速时间太短，电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等。负载过重，所选的电机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。

——欠压：说明变频器电源输入部分有问题，需要查检主电源，排除故障后方可运行。

2、拼装机，拼装机是拼装管片之用，是由油泵通过电磁阀控制相应油缸来完成收缩、扩张、压紧等动作，这个环节最易出现故障的是电磁阀，在熟悉图纸的基础上，拼装机摇控器上哪个按键对应的动作没有反应，就查相应电磁阀及其相关电缆是否正常。另外摇控器受信头，由于使用频率很高，偶尔也会出现故障。

3、双梁电动葫芦，双梁电动葫芦的作用是将电机车运送进来的管片吊运至管片拼装机，这个环节最易出问题的是电缆，要经常检查电缆有无受拉损坏，滑环是否正常等，另外接触器因为频繁动作也是易损部件，出现问题时可作为重点排查对象。

综上所述，掌握了盾构机的基本控制原理和参数的设置要点，就可以根据土层情况及操作人员的操作习惯，逐渐把盾构机调试到最佳状态。关于盾构机常见故障，还需维修人员结合图纸，在工作中积累经验。

手掘式顶管有很大的局限性，由于手掘式没有引入土压平衡理论，因此对于顶进面土压很难控制。无论是何种形式的顶管，在施工过程中要保证地面无沉降和隆起，关键所在是要保证顶进面土压力与掘进机头保持动平衡。它有两方面的基本内容：第一，顶管掘进机在顶进过程中与它所处土层的地下水压力和土压力处于一种平衡状态；第二，它的排土量与掘进机推进所占去的土的体积也处于一种平衡状态。只有同时满足以上两个条件，才能算是真正的土压平衡。

从理论上讲，掘进机在顶进过程中，其顶进面的压力p如果小于掘进机所处土层的主动土压力时，地面就会产生沉降。反之，如果在掘进机顶进过程中，其顶进面的压力大于掘进机所处土层的被动土压力时，地面就会产生隆起。并且，上述施工过程的沉降是一个逐渐演变过程，尤其是在粘性土中，要达到最终的沉降所经历的时间会比较长。然而，隆起却是一个立即会反映出来的迅速变化的过程。隆起的最高点是沿土体的滑裂面上升，最终反映到距掘进机前方一定距离的地面上。裂缝自最高点呈放射状延伸。如果我们把土压力控制在主动土压力＜p＜被动土压力这样-个范围内、就能达到土压平衡。

采用手掘式顶管工法是对于顶进面土质有较高的要求，首先，要求顶进面土体的自立性要很好，其次，要求顶进面的地下水压力要很小。但本次事故发生段的土质恰恰是自立性很差的中粗砂，而且地下水压力很大，因此对于正面土压力的控制就变的很困难了，从而导致正面土体局部塌方，方向也就很难控制了。

1、本次顶管失败的另一个主要原因是采用的企口管，企口管的最大缺陷在于承压面积只有管断面的一半左右，而且在发生轴线偏差时角度每增加1度管材所能承受的顶力随即降低一半，因此，采用该管材对于顶管轴线偏差要求很高。

2、手掘式顶管的纠偏通常采用顶进面局部超挖的方式，如果顶进面发生流沙现象就无法局部超挖，因此也就很难纠偏了。

针对本工程地质情况，建议采用泥水平衡式顶管工法。所谓泥水平衡理论就是以含有一定量粘土的且具有一定相对密度的泥浆水充满掘进机的泥水舱，并对它施加一定的压力，以平衡地下水压力和土压力的一种种顶管施工理论。按照该理论，泥浆水在挖掘面上能形成泥膜，以防止地下水水的惨透，然后再加上一定的压力就可平衡地下水压力，同时，也可以平衡土压力。

泥水式顶管施工有以下优点：

1. 适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下，它也能适用。2．可有效地保持挖掘面的稳定、对所顶管子周围的土体扰动比较小。因此，采用泥水式顶管，特别是采用泥水平衡式顶管施工引起的地面沉降也比较小。

3．与其他类型顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在粘土层这表现得更为突出。所以，它适宜于长距离顶管。

4．工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全。由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土、搬运土方等容易发生危险的作业。它可以在大气常压下作业，也不存在采用气压顶管带来的各种问题及危及作业人员健康等问题。

5．由于泥水输送弃土的作业是连续不断地进行的，所以它作业时的进度比较快。在粘土层中，由于其渗透系数极小，无论采用的是泥水还是清水，在较短的时间内，都不会产生不良状况，这时在顶进中应考虑以土压力作为基础。在较硬的粘土层中，土层相当稳定，这时，即使采用清水而不用泥水，也不会造成挖掘面失稳现象。然而，在较软的粘土层中，泥水压力大于其主动土压力，从理论上讲是可以防止挖掘面失稳的。但实际上，即使在静止土压力的范围内，顶进停止时间过长时，也会使挖掘面失稳，从而导致地面下陷。这时，我们应把泥水压力适当提高些。

在渗透系数较小，如k≤1×10-3cm／s的砂土中，泥浆相对密度应适当增加。这样，在挖掘面上使泥膜在较短的时间内就能形成，从而泥水压力就能有效地控制住挖掘面的失稳状态。

在渗透系数适中，如1×10-3cm／s ≤k<1×10-2cm／s的砂性土中，挖掘面容易失稳。这就需要我们注意，必须保持泥水的稳定。即进入掘进机泥水仓的泥水中必须含有一定比例的粘土和保持足够的相对密度。为此，在泥水中除了加入一定的粘土以外，再须加一定比例的膨润土及CMC作为增粘剂。以保持泥水性质的稳定，从而达到保持挖掘面稳定的目的。

在砂砾层中施工，泥水管理尤为重要，稍有不慎，就可能使挖掘面失稳。由于这种土层中一般自身的粘土成分含量极少，所以在泥水的反复循环利用中就会不断地损失-些粘土。这就需要我们不断地向循环用泥水中加入一些粘土，才能保持住泥水的较高粘度和较大的相对密度。也唯有这样，才可使挖掘面不会产生失稳现象。

MEP机型介绍：

这种形式的泥水平衡顶管掘进机是日本伊势机开发工机独创的一种顶管机。它分为大小口径两种：小口径机人无法进去，就采用远距离控制，称之谓TM型；大口径机人可以进入，人直接在管内操作则称之谓MEP型。除此以外，两者的工作原理完全相同。

该机分为两大部分，机头是独立的一部分，电气和液压操纵台则分成两个，分别安装在第一节后续管的左右两侧，操作人员在管内操作。

掘进机的本体由壳体、隔仓壁、承压环、刀盘、驱动装置、刀盘加压装置及进排泥阀开闭装置等构成。

壳体是由钢板焊接而成，它需承受来自机后的推力及纠偏油缸工作的推力，承受土层中土压力以及机器工作中的各种反力。它必须坚固、结实。

隔仓壁是把掘进机分成泥水仓及工作仓的隔板。泥水仓和工作仓中只有进排泥管沟通，这样才能在泥水仓内可建立起一定的压力。隔仓壁除了承受泥水压力以外、其后部部在工作仓内部分还安装有刀盘驱功装置。隔仓壁实际上是-个漏斗形的，并非一字形的隔墙。

承压环实际上是后壳体，它与掘进机前壳体之间是铰接的，纠偏油缸就安装在前后壳体之间。为了防止纠偏油缸动作时产生的渗涡，在前后壳体之间安装有橡胶密封圈。

刀盘是一个直径比掘进机前完体略小的具有一定刚度的圆盘。圆团盘中还嵌有切削刀和刀架。刀盘和切削刀架之间可以同步伸缩，也可以单独伸缩。而且，不论刀盘停在哪一个位置上，切削刀架都可以把刀盘的进泥口关闭。刀架上的切土刀呈八字形，无论是刀盘正转还是反转，它都可以切土。刀盘的中心有一三角形的中心刀。刀盘的边缘有两把对称安装的边缘切削刀，该刀可在土中挖掘成-个直径与掘进机外径相等或者比掘进机外径大一些的隧洞，便于推进。刀盘上还有一些螺旋形布置的先行刀，它的主要功能是进行辅助切削。

刀盘驱动装置是由电动机、行星减速器、齿轮箱、主轴等部件构成。电动机与行星减速器联接成一体．行星减速器的输出轴上安装有-只小齿轮。行星减速器安装在齿轮箱上，小齿轮伸入齿轮箱内并与大齿轮啮合。行星减速器及电机可有2一5个。采用几个，则需视掘进机外径的大小而定，小口径一般只用2个，安装在齿轮箱的左右；大一点的可用3个；再大的可用4个或5个。

刀盘加压装置是安装在主轴中的油缸，刀架伸缩油缸则安装在刀盘加压装置的上方。为了防止在推进速度过快、土压力过大时刀盘后缩到极限位置而使掘进机损坏，在刀盘到达极限之前，设有-保险装置。在刀触及保险装置时能使主顶油缸停止推进，并发出报警声，直到刀盘离开该位置为止。

进排泥阀分别安装在进排泥管中，这两个阀同时由一只油缸控制。两阀只能同时打开、同时关闭．所以也称双连阀。两阀关闭以后，泥水仓内与外界就隔离；两阀打开，泥水仓就与进排泥管接通。

如果是小口径机，人无法在里面操作，就通过控制电缆把要操作的开关全部引到机外的操作台上。为了观察机内各部分运转情况及各仪表的数值，就把它们集中在机内的仪表板上，再在仪表板的后方装有一台摄像机，通过75欧姆同轴电缆，把仪表板上所反映的各种情况显示在机外操作台的电视屏幕上。

TM或MEP型掘进饥的工作原理原如下：刀盘前土压力过小时，它就往前伸；刀盘前土压力过大时，它就往后退。刀盘前伸时，应加快推进速度；刀盘后退时，应减慢推进速度。这样，就可以使刀盘前的土压力控制在设定的范围内。如果刀盘前压力小于土层的主动土压力PA时，地面就下陷；反之，如果刀盘前压力大于土层的被动土压力PP时，地面就隆起。

整个刀盘是由和刀盘主轴为一体的一台油缸支承着，调定油缸的压力就可以设定土压力。当刀盘受到大于设定的土压力时就后退，反之则前伸。只要推进速度得当，刀盘就可以保持浮动状态。土压力的设置方法就是调定好刀盘油缸的最高工作压力，当油缸超过此压力P 时，油通过溢流阀溢流。由于刀盘油缸在工作时，一直有一台油泵为之供油，所以，当油缸后腔的压力低于设定值时，油缸就会自动往前伸；反之，则会往后退。

由于有以上刀盘可伸缩的浮动特性以及刀架可开闭的进泥口调节特性，这种掘进机就可以实现用机械来平衡土压力的功能。假定我们把刀盘前的土压力设定在80kPa，如果在以一定速度的推进过程中，当刀盘前的压力低于80kPa时，刀盘就会往前伸。与此同时，减小或关闭了进泥口，这样由于进泥少了，如果推进的速度仍保持不变，刀盘前的压力就会上升。反之，如果刀盘前方的土压力大于80kPa时，刀盘就往后退，进泥口就会增大，从而增加了进泥量。如果推进速度不变，刀盘前的压力就会下降。以上就是机械平衡土压力的全过程。另外，TM 或MEP的泥水压力也是可调节的，刀架的开闭状态这就使其具有用泥水压力来平衡地下水压力的功能。不过、这种顶管掘进机比较适用于软土和土层变化比较大的土层，用它施工后的地面沉降很小，一般在5mm以内。

最优含水率是指填土在一定的压实条件下，获得达到一定的压实度时的最合适的含水率。含水率高于或低于该值土就难以压实，其由试验获得。

施工中很难到达最优含水率，因此，在回填土施工中并不要求达到最优含水率，而是用“压实系数”来控制回填土质量。

一般影响土压实的因素有这几种：压实力，含水量和土的厚度。

那么含水量对压实质量有直接影响，干燥的土，颗粒之间的摩擦力较大，不易压实，含水量

大了，那么土的压缩性就大,强度就低了。

在最优含水量的条件下，土可以获得最大的重力密度。

各种类型的的土的最优含水量和最大干重力密度都由击实试验取得。

土压平衡盾构机类泥水模式掘进施工技术

土压平衡盾构机类泥水模式掘进施工技 术 摘要：为解决上砂下岩富水地层盾构掘进施工的技术难题，文章结合佛山地 铁某盾构区间施工案例，对该地层盾构的施工难题开展技术分析及研究。基于土 压平衡盾构机采用泥水平衡盾构掘进原理的掘进技术，通过向土仓注入膨润土泥浆，建立满仓泥水压（达到泥水盾构建立泥水仓的效果），对开挖面前方砂层地 质进行平衡稳定，再辅助满仓实压模式掘进的施工方法。通过实施表明，此技术 可有效的降低超排量，控制施工风险，保护地面环境安全。 关键词：上砂下岩；膨润土；盾构；类泥水；渣土改良 1前言 土压平衡盾构是采用掘进渣土平衡地层水土压力，由于砂质地层含沙量大， 含泥量低，具有含黏度低、水量大且具有一定水头压力，渗透系数高，流动性大 等特点，土压平衡方式在砂层中很难做到掌子面稳定，其次盾构掘进对地层的扰 动容易造成涌砂和涌水，而此时盾构机土仓没法建立满仓土压（满仓实土会造成 掘进推力大，无速度），给砂水有流动的空间，从而导致上覆水土压力流失，严 重的可能造成多米诺骨牌效应，造成地面塌陷、掘进困难等组诸多难题。而采用 泥水平衡原理，可在土仓建立满仓泥水压，有效平衡地层水土压力，稳定上部砂层，且能保证盾构正常掘进。因此，在盾构机掘进时向土仓主动加注膨润土泥浆，安全快速地建立主动土压力平衡掌子面的被动土压力，伴随增加土渣渣土的粘度，不形成喷涌、突水等情况，从而避免上述问题。因而总结形成了“上软下硬富水 含砂土压平衡盾构机类泥水模式掘进施工工法”，以期能为类似工程盾构掘进施 工提供借鉴思路。 2工程地质水文情况

佛山地铁某盾构区间隧道洞身存在长约243m，最大侵入隧道深度6m的<3-2> 中粗砂地层，<3-3>砾砂地层，砂层上方为<2-1b>淤泥质土，<2-2>淤泥质粉细砂、<2-3>淤泥质中粗砂、<2-4>粉质粘土。隧道洞身范围主要为基岩风化裂隙水，承 压水头5.0~26.8m，承压水头埋深比稳定水位深，承压作用强，预测掌子面涌水 量约700m³/d。 3操作要点 3.1施工准备 土压平衡盾构机采用类泥水模式掘进成败关键在于膨润土添加的实现。在掘 进过程中能实时添加膨润土泥浆，携带土仓切削的砂石进行排渣。因此前期的准 备至关重要。 施工准备工作主要包括膨润土泵送方案设计、盾构机改管、膨润土搅拌装置 安装及材料准备。 （1）膨润土泵送方案设计： 采用土压平衡盾构机进行类泥水模式掘进前，要制定膨润土泥浆实时添加的 方案。本工法采用地面集中拌制膨润土，泵送至台车的膨润土罐进行储存，掘进 过程通过管路实时向土仓添加。膨润土泵送方案示意图如下; 图 3.1膨润土泵送方案示意图

盾构参数与掘进的关系

概述 海瑞克泥水盾构机的参数有几十个，直接决定和影响盾构机的掘进工况和掘进状况，本 文着重从盾构机的掘进、环流、刀盘、碎石机、铰接、注浆、盾尾密封、油箱温度等部分介 绍盾构机的参数。 海瑞克泥水盾构部件繁多，相应的参数五花八门，为了条理地说明这些参数，所以本文 选取了上述八个部分对海瑞克泥水盾构的参数进行分别说明。但是，盾构机的各个部件并不 是毫无关联的，相应的这些参数也不是独立存在的。例如参数（3）掘进速度被归总在掘进 部分，但是其调节却需要参考刀盘部分的参数（18）刀盘扭矩；而通过环流部分的参数（11）泥浆管流量而计算出的盾构机出渣量，又需要与参数（3）掘进速度相对应，诸如此类的例 子屡见不鲜。所以我们在分析盾构机参数时，要勤于思考、多联想、多总结，这样有助于我 们深入全面地认识泥水盾构的掘进参数和施工工艺。 一、掘进 盾构机的掘进部分主要包括以下八个参数： （1）推进油缸的工作压力： 意义：推进油缸的压力是盾构机前进、转向的动力，分为四组进行进行显示与控制，单 位[bar] 。 正常情况：压力使用范围一般建议在0~200 [bar]。 (可根据情况设定上限） 极限情况：4标施工中最大曾设至330 [bar]。 （2）推进油缸的行程： 意义：推进油缸的行程又叫伸长量，指油缸伸出的长度，和油缸压力一样分四组进行显示，单位[mm] 。 正常情况：正常掘进应用范围200~1800 [mm]，尽量不超过1900 [mm]。 极限情况：推进油缸的总伸长量为2000 [mm]。 （3）速度： 意义：盾构机的掘进速度，单位 [mm/min] 。 正常情况：掘进速度由具体情况而定，以总推力和刀盘扭矩为重要参考量。沙层 35~45[mm/min]，粘土层比较不稳定，交底一般在25~35 [mm/min]，岩层、切桩5~20 [mm/min]。（此处数值属个人经验） 极限情况：出洞时可达80 [mm/min]。 （4）总推力： 意义：盾构机推进油缸的总推力，单位[kN] 。 正常情况：由具体情况而定，沙层9000~12000[kN] ，粘土层比较不稳定，最高曾至18000[kN] ，岩层、切桩一般在16000 [kN] 左右。（此处数值属个人经验）极限情况：34210 [kN] 。 （5）贯入度： 意义：贯入度=速度/刀盘转速，单位是[mm/rpm] （6）滚动角： 意义：盾体转动的程度，是确定刀盘旋转方向的参考量，单位[mm/m]。 正常情况：掘进过程中控制在±5 [mm/m]以内。 （7）俯仰角： 意义：指盾体轴线在竖直方向上的倾斜角度，单位是[mm/m] 。 正常情况：掘进过程中盾构机的俯仰角与隧道的设计轴线有关。

盾构掘进专项施工方案

目录 1 盾构掘进流程 (2) 2 盾构掘进操作控制程序 (3) 3 掘进模式的选择及操作控制 (4) 4 盾构掘进方向控制与调整 (7) 5 管片拼装 (10) 6 掘进中的碴土改良 (14) 7 盾构掘进注浆方案及主要技术参数 (14) 8 施工运输 (14) 9 盾构设备保养、维修制度 (14)

1 盾构掘进流程 盾构机100米试掘进完成后，此时盾构机及后配套已全部进入隧道内，可暂停掘进，进行盾构始发井各项设施换装，拆除反力架及负环管片，铺设道岔，采用双线运输。按正常施工进行列车编组：1辆45T电瓶车+3辆18m3碴土车+2辆管片车+1辆砂浆车，共分为2组。 采用两列编组完成一个循环的施工。区间正常掘进流程见下图所示。 图8.1-1 正常掘进流程图

2 盾构掘进操作控制程序 掘进控制操作控制程序如下图所示。 图8.2-1 盾构掘进控制流程图

3 掘进模式的选择及操作控制 3.1 不同掘进模式的特点及适用条件 本标段选用的盾构机为土压平衡盾构机，具有敞开式、半敞开式和土压平衡式三种掘进模式，每一种掘进模式具有不同的特点和适用条件。 3.2 掘进模式的选择 由于本工程穿越的土层：隧道穿越地层及洞壁周边地层以（9-2）粘土、（9-3）粉质粘土、（9-5）粉土、（9-6）粉砂为主，局部地段还分布中砂，围岩稳定性差，开挖后易发生侧向变形；底板地层以粘性土为主，开挖后发生基底隆起变形。采取土压平衡的掘进模式。 3.3 掘进参数控制与优化 根据我公司在盾构施工中所总结的经验，结合本区间正常掘进时下穿一级风险源，施工的主要参数如下表： 下穿南太桥盘龙江技术参数表3.3-1 表3.3-2 表3.3-3

盾构施工控制措施

盾构施工控制措施 1、盾构机建压措施 土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土体充满土仓，由盾构机的推进、挤压而建立起压力，利用这种泥土压与作业面地层的土压与水压平衡。同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持开挖面土体的稳定。 （1）土压平衡模式下土仓压力的控制方法 土仓压力控制采取以下两种操作模式： ①通过螺旋输送机来控制排土量的模式：即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时盾构的推进速度人工事先给定。 ②通过推进速度来控制进土量的模式：即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时螺旋输送机的转速人工事先给定。 掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式，以保证开挖面的稳定。 （2）掘进中排土量的控制 排土量的控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一。根据对碴土的观察和监测的数据，要及时调整掘进参数，不能出现出碴量与理论值出入较大的情况，一旦出现，立即分析原因并采取措施。 理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的，掘进的速度和土仓压力值P值设定后，盾构机可自动设置理论转速N： QS根据碴土车的体积刻度来确定。 QS应与掘进速度决定的理论碴土量Q0相当，即: Q0=A Vn0 A-切削断面面积 n0-松散系数 V-推进速度 通常理论排土率用K =QS/Q0表示。 理论上K值应取1或接近1，这时碴土具有低的透水性且处于好的塑流状态。事实上，地层的土质不一定都具有这种性质，这时螺旋输送机的实际出土量与理论出土量不符，当碴土处于干硬状态时，因摩擦力大，碴土在螺旋输送机中输送遇到的阻力也大，同时容易造成固结堵塞现象，实际排土量将小于理论排土量，则必须依靠增大转速来增大实际排土量，以使之接近Q0，这时Q0＜QS，K＞1。当碴土柔软而富有流动性时，在土仓内高压力作用下，碴土自身有一个向外流动的能力，从而碴土的实际排土量大于螺旋输送机转速决定的的理论排土量，这时Q0＞QS，K＜1。此时必须依靠降低螺旋输送机转速来降低实际出土量。当碴土的流动性非常好时，由于螺旋输送机对碴土的摩阻力减少，有时会产生碴土喷涌现象，这时转速很小就能满足出土要求。 碴土的出土量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适的支撑压力值，

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。当皮带反方向输送时，渣土被倾倒进入运输渣车中。 隧道通常使用预应力钢筋混凝土管片（7）进行衬砌。管片在常压下通过管片安

四种地铁盾构施工工法

四种地铁盾构施工工法 四种地铁盾构施工工法 工法之一：土压平衡盾构施工工法 1、特点 1.1 盾构施工为多工序程序化作业，其自动化程度高，施工速度快、质量好、安全性高。 1.2 盾构掘进不需降水辅助施工，且管片属工厂预制，有利于环境保护和减少施工对城市正常生活秩序的干扰。 1.3 通过建立并保持密封仓内土压与开挖面水土压力的动态平衡，减少了施工对土层的扰动，工作面稳定，能有效地控制地表隆陷。 1.4 与泥水盾构工法相比，其所需场地面积小，施工成本低。 2、工艺原理 土压平衡式盾构机的工作原理是随着盾构机的推进，刀盘切削下来的土体进入密封仓，利用该部分土体使仓内维持适当压力，使之与开挖面水土压力相平衡。同时，通过螺旋输送机及其排土阀门等排土机构的控制，实现排土量与盾构推进量的匹配，形成盾构推进的同时保持开挖面稳定的动态平衡。 3、应用实例 北京地铁四号线角门北路站～北京南站区间工程，作为北京地铁四号线工程一部分。整个工程自南四环马家楼，向北沿终至龙背村，线路全长28.14km，共设24座车站。其中角门北路站～北京南站区间盾构法施工隧道长：2392.922m（见图3所示），其中左线长：1161.488m，右线长：1231.434m。 区间管片外径6000mm，内径5400mm，宽1200mm，每环6块。隧道埋深约10～17m，线路最小水平曲线半径350m，最大水平曲线半径600m，线间距12～21.49m；最小竖曲线半径3000 m，最大竖曲线半径5000m；区间线路纵坡成“V”字形，角门北路站位于纵坡最大坡度2‰上坡段，出站后区间线路以15‰的坡率下坡，至最低点后左右线分别以6.863‰和6.906‰的坡率上坡，北京南站位于纵坡2‰上坡段。 工法之二：小半径曲线段盾构始发施工工法 1、特点 1.1 纠偏能力强，轴线控制好。 1.2 能利用CAD软件进行纠偏曲线拟合，清晰直观，预控性强。 1.3 能最大限度利用了始发空间和盾构机本身的纠偏能力。 1.4 始发阶段超挖范围少，节省成本，有利于地表沉降控制。 2、工艺原理 盾构机在始发机座上不能开铰接和采用分区油压差来进行曲线纠偏，只能直线推进，因而小半径曲线段盾构机始发主要是通过对盾构机始发轴线向曲线内侧的旋转和偏移，在始发段盾构机长度范围内直线推进，过该直线段后用比设计转弯半径小的实际推进曲线来拟合设计曲线，充分利用盾构机自身的纠偏设计如超挖刀、铰接、分区油压差等，再加上合理的管片选型来保证实际推进曲线与设计曲线偏差在规范允许的范围内。 3、应用实例 北京地铁四号线工程角门北路站-北京南站盾构区间右线于2005年9月10日开工。设计里程：右K2+446.318-右K3+778.224，全长1382.858 m，其中盾构法区间长度为1231.434m，在K3+635.000处设盾构始发竖井。盾构法区间隧道设计断面形式为圆形，外径为6.0米，内径5.4米。本区间隧道轨顶设计标高为17.75m -25.00m，隧道结构顶标高为22.75m-30.0m，隧道结构底标高为16.75m-24.00m，隧道埋深约为16.0-23.5m，覆土厚度约为10.0m-17.5m，

盾构在砂层中掘进的技术方法

盾构在砂层中掘进的技术方法 一、概况 盾构在砂层中穿越，地面为城市交通要道或湖面，隧道埋深约为～，砂层为良好的富水和透水地层，饱含地下水，渗透系数为～d。 二、盾构机技术特点 一、土压平稳式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构。适用于含水的软土、软岩、硬岩及混合地层的隧道掘进。 二、掘进施工可采纳复合式土压平稳盾构机具有放开式、半放开式及土压平稳三种掘进模式。掘进操作可自动操纵、也可半自动操纵或手动操纵。通过实验段的掘进选定六个施工治理指标来进行掘进操纵治理:a、土仓压力；b、推动速度；c、总推力；d、排土量；e、刀盘转速和扭矩；f、注浆压力和注浆量，其中土仓压力是要紧的治理指标。 3、盾构机配备了自动导向系统, 可操纵和稳固掘进方向, 具有灵活转向纠偏能力。 4、盾构刀盘结构能知足不同地层的掘进速度要求。 五、盾构配备了同步注浆系统, 有利于操纵隧道周围土体沉陷及建筑物爱惜。 六、盾构配备了泡沫及膨润土注入系统, 有利于碴土改良。配备了紧缩空气系统, 有利于避免工作面的渗水及操纵地表沉降。 三、掘进施工技术 一、显现问题：盾构机在富水砂层施工时，容易引发地层沉降大、隧道喷涌、盾构姿态难操纵等问题。 二、要紧施工技术方法 （1）采纳土压平稳模式掘进，进行开挖面稳定，设定合理的掘进参数，操纵盾构机姿态，操纵土压力以稳固开作面，操纵地表沉降，将施工对地层的阻碍减到最小。 1）掘进进程土仓顶部压力操纵在，掘进速度操纵在30mm/min以上，出土量不得大于50m3； 2）盾构机姿态维持向上，趋势操纵在范围±4。

3）掘进的进程必需尽可能的快，中间尽可能减少停滞时刻。 4）在掘进接近1600mm时依照土仓顶部压力减少或不出土，以使掘进至1800mm时土仓顶部压力达到~范围。 （2）注入泡沫剂 1）盾构掘进进程中向土仓内及刀盘面注入泡沫等添加材料, 形成隔水泥膜，避免水从地层中渗出，提高土仓内碴土的稠度来改善碴土的止水性和在螺旋输送机上安装保压泵碴装置，以使土仓内的压力稳固平稳。避免涌水流砂和发生喷涌现象, 并利于螺旋输送机排土。 2）富水砂层中掘进可适量往土仓加入发泡剂，但必需依如实际情形严格操纵发泡剂配比及加入量。 泡沫溶液的组成：泡沫添加剂2%，水97%。泡沫组成：90～95%紧缩空气和5～10%泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按开挖方量计算。 （3）维持持续掘进，减少盾构机停马上刻。 （4）适当缩短浆液胶凝时刻，保证注浆质量。 盾尾同步注浆的量与地面沉降有较大关系，过少会造成地面较大的沉降，过量会窜浆至地面，污染环境。富水砂层注砂浆极易往外扩散，在掘进进程需依照注浆压力（～，一样而言，注浆压力取～倍的静止水、土压力，）和地面情形及时调整注浆量(一样为建筑间隙的180%～200%)，对管片背后对称均匀压注。注浆的标准是确保脱出盾尾的管片背后的间隙能填满，这不仅可降低后期地面的沉降，也对管片防水起到必然有利作用。 盾尾同步注浆是从盾尾圆周上的四个点同时注浆，考虑到水土压力的不同和避免管片大幅度下沉和浮起的需要，各点的注浆压力将不同，并维持适合的压差，以达到最正确成效。在最初的压力设按时，下部每孔的压力比上部每孔的压力略大～。 穿越粉砂土层，同步注浆采纳水泥砂浆，浆液的配比如下表。 表2-1 同步注浆材料初步配比表 浆液要紧性能指标

盾构掘进技术施工要点

盾构掘进技术施工要点 一、土压平衡盾构掘进 （一）土压平衡式掘进特点 土压平衡盾构，是将开挖下来的土砂充满到开挖面和隔板之间泥土仓，根据需要在其中注入改良材料，用适当的土压力确保开挖面的稳定性。通过贯穿隔板设置的螺旋输送机，可在推进的同时进行排土。在施工时，必须在开挖两层隔板之间充满土砂，对其进行加压达到满足开挖面的稳定需要的状态。为了获得适合于盾构推进量的排土量，要对土压力和出土盘进行计量，对螺旋式排土器的转数和盾构的推进速度进行控制，达到平衡状态，同时，还要掌握刀盘扭矩和推力等，进行正确的控制管理以防止开挖面的松动和破坏。 （二）土仓压力管理 （1）在土压平衡盾构的施工中，为了确保开挖面的稳定，要适当地维持压力舱压力。一般，如果土仓压力不足，发生开挖面的涌水或坍塌风险就会增大。如果压力过大，又会引起刀盘扭矩或推力的增大而发生推进速度下降或地面隆起等问题。 （2）土仓压力管理的基本思路是：作为上限值，以尽量控制地表面的沉降为目的而使用静止土压力；作为下限值，可以允许产生少量的地表沉降，但可确保开挖面的稳定为目的而使用主动土压力。 （3）掌握开挖面的稳定状态，一般是用设置在隔板上的土压计来确定土仓压力。 （4）推进过程中，土仓压力维持有如下的方法： ①用螺旋排土器的转数控制； ②用盾构千斤顶的推进速度控制； ③两者的组合控制等。

通常盾构设备采用组合控制的方式。 （5）要根据各施工条件实施良好的管理。另外，需要确认伴随推进所产生的地基的变形、排土状态、刀盘扭矩以及其变化情况，及时在推进中修正土仓压力。 （三）排土量管理 （1）为了一边保持开挖面的稳定一边顺利地进行推进，则需要适量地进行排土，以维持排土量和推进量相平衡。可是，由于围岩的重度在掘进中会有一定的波动，以及受添加剂的种类、添加量或排土方式等因素的影响，排出渣土的重度也会发生变化，所以要恰当地掌握排土量是比较困难的。另外，作为排土，其状态可在半固体状态到流体状态之间变化，其性状是各种各样的。因此，仅单独根据排土量的管理来控制开挖面坍塌或地基沉降是困难的，最好是根据压力舱的压力管理和开挖土量管理同时进行。 （2）排土量管理的方法可大致分为容积管理法和重量管理法。作为容积管理法，一般是采用计算渣土搬运车台数的方法或从螺旋排土器转数等进行推算。重量管理法，一般是用渣土搬运车重量进行验收。计算渣土搬运车台数的方法是一种粗略式的估计，由于应用简便，在现场使用较多。 （四）渣土改良 土压平衡盾构的渣土排出量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适的支撑压力值，使掘进机的工作处于最佳状态。当通过调节螺旋输送机的转速仍不能达到理想的出土状态时，可以通过改良渣土的塑流状态来调整。 （1）改良渣土的特性： 在土压平衡工况模式下渣土应具有以下特性： 1）良好的塑流状态。 2）良好的黏稠度。

盾构机基本原理及分类

盾构机基本原理及分类 盾构机是一种用于隧道掘进的大型机械设备，它通过将土壤挖掘并运出隧道，然后在隧道内安装衬砌来完成隧道的建造。它的基本工作原理是在隧道开挖面前方建立一个钢制盾构，然后推进盾构，同时挖掘土壤，将土壤送至盾构内，在盾构后部运出，最后进行衬砌施工。根据盾构机的不同工作原理和结构特点，盾构机可以分为多种类型。 目前，常见的盾构机主要分为三大类：压力式盾构机、平衡式盾构机和双模式盾构机。 1.压力式盾构机：压力式盾构机主要通过推进机构向前推进，前端有一个控制盾构的压力室。土壤承受压力后变得固结，有效防止土壤坍塌，保持周边地层的稳定。压力式盾构机适用于较硬的地质条件，例如岩层、卵石地质等，也适用于较大水压、地下水位高的地区。 2.平衡式盾构机：平衡式盾构机是在盾构机前部采用平衡盾构，利用平衡力来平衡盾构机的前进推进力和土壤的抵抗力。平衡式盾构机适用于液态土壤、含水层开挖以及地下水压力大的条件。它可减小对周围环境的影响，在施工过程中更加稳定，但施工速度相对较慢。 3.双模式盾构机：双模式盾构机又被称为刀盘式盾构机，它结合了压力式和平衡式盾构机的特点。在适应硬岩、卵石等较困难地质条件时，可以采用压力式盾构模式；在软土、液态土壤等条件下，可以转换为平衡式盾构模式。双模式盾构机具有灵活性强、适应能力广的特点，但相应的设计要求和施工难度也相对较高。 此外，根据盾构机的掘进方式和使用场景，还可以分为其他类型的盾构机，如地压平衡盾构机、非地压平衡盾构机、浅盾构机等。

总之，盾构机是一种运用先进技术和机械设备来实现隧道掘进的重要 工具。不同类型的盾构机根据其工作原理和适用条件的不同，可以在各种 复杂地质和环境条件下进行隧道掘进，从而满足不同类型的隧道建设需求。这些盾构机的应用和发展，将进一步推动隧道建设行业的发展。

双模式盾构机施工工法(2)

双模式盾构机施工工法 双模式盾构机施工工法 一、前言随着城市化进程的加速，地下空间的开发和利用变得越来越重要。而盾构技术作为一种先进的地下开发工程方法，得到了广泛的应用。在盾构机施工中，双模式盾构机施工工法因其独特的优势和灵活性，越来越受到工程建设者的青睐。本文将对双模式盾构机施工工法进行详细介绍。 二、工法特点双模式盾构机是一种具有两种工作模式的盾构机。它可根据不同的地质条件，自主选择开挖模式，既可以采用盾构掘进模式，亦可转换为顶管推进模式。这种灵活的双模式工作方式，在工程中的适应性和可应用性极高。 三、适应范围双模式盾构机施工工法广泛应用于城市地铁、道路、水利、石油、矿山等工程领域。它适用于多种地质条件，包括土壤、软岩、硬岩等。这种施工工法能够有效应对各种复杂地质条件，并可根据实际情况进行灵活调整。 四、工艺原理双模式盾构机施工工法通过在施工过程中根据地质条件的变化，灵活选择适合的开挖模式。在盾构掘进模式下，通过盾构机的推进，同时进行土层开挖和支护，保证施工的安全和稳定。而在顶管推进模式下，盾构机将运输管道推送至目标位置，实现管道的无挖掘安装。

在实际工程中，双模式盾构机施工工法采用了一系列的技术措施，如地质勘察、隧道设计、现场监测等，以保证工程的质量和安全性。 五、施工工艺双模式盾构机施工工法的施工过程主要包括盾构掘进、土层开挖及支护、顶管推进等阶段。在盾构掘进阶段，盾构机同时进行推进和土层开挖，通过定时注浆和钢筋网的加固，保证施工环境的稳定和安全。在土层开挖及支护阶段，根据地质条件的变化，采取钻石钻孔、爆破、土壤处理等方法，以达到土壤稳定和支护的目的。在顶管推进阶段，盾构机将运输管道通过液压推进装置推送至目标位置，使管道无需挖掘，降低了对周围环境的影响。 六、劳动组织双模式盾构机施工工法需要合理的劳动组织。在施工前，需进行岗位培训，确保施工人员了解施工流程和安全要求。同时，合理分配施工人员的工作任务，提高施工效率和质量。 七、机具设备双模式盾构机施工工法所需的机具设备包括双模式盾构机、注浆机、钻孔机、爆破设备、液压推进装置等。这些设备具有先进的技术和高效的性能，能够满足不同地质条件下的施工需求。 八、质量控制双模式盾构机施工工法的质量控制主要包括地质勘察、施工监测和质量检验等。地质勘察能够提供准确的地质信息，为施工提供科学依据。施工监测能够实时监测施工过程中的变化和安全状况，及时采取措施。质量检验能够对施工质量进行检查和评估，确保施工达到设计要求。

浅析广州复合地层盾构掘进技术

浅析广州复合地层盾构掘进技术 一、广州地区复合地层的特点 广州地区复合地层最重要的特点是工程范围内的岩性变化频繁，物理力学特性差异大，基岩风化界面起伏大，断层破碎带分布密集，含水量差异明显。具体表现为：同一里程隧道横断面表现为上下或左右软硬不均，在隧道纵剖面上表现为软硬相间。其中隧道断面地层的复合特性，对盾构施工的影响尤为明显。 广州地铁盾构法隧道埋深一般在10-30m，隧道断面及上覆的地层从地表至下依次为：上部：第四纪软土层，主要由杂填土、流塑-软塑的淤泥层和富含水的砂层组成。中部：第四纪残积层，该层是沉积岩、岩浆岩、变质岩等三大母岩地层风化后残积形成，可塑、硬塑-半固结状态粘土和砂质、砾质粘性土。下部：大部分地区是由不同风化程度的白垩系砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩及少量的泥灰岩组成。少部分是由不同风化程度的花岗岩或花岗片麻岩及混合花岗岩组成。 二、复合地层对盾构施工的影响 根据施工实践，对盾构机掘进有不利影响的典型工程地质和水文地质为：（1）残积土的粘土以及泥岩类岩石经研磨后形成的粉粒状矿物质，在受压、受热、受湿环境条件下，会在刀盘表面或土仓内形成泥饼。（2）上软下硬或上硬下软的不均匀地层难以全天候进行动态平衡控制，并导致顶部坍塌。（3）软硬地层突变及花岗岩地区的球状风化体，会

使刀盘变形和刀具崩裂（4）富水断裂带和岩石破碎带等地层会导致螺旋输送机出土口涌水涌砂，造成施工困难。（5）过江河或砂层、淤泥层、易失水和扰动引发大的沉降。（6）土压平衡状态施工遇到石英含量高的地层时，刀具磨损严重。 三、盾构掘进技术的应用 1、盾构法施工是一项设备与土建相结合的施工工法，区别于传统隧道工法的主要特点为设备是工程成败的关键。盾构机是根据施工对象而“度身定做”，盾构机制造所依据的对象，称之为施工环境，它是基础地质、工程地质、水文地质、地貌、地面建筑物及地下管线和构筑物等特征的总和。 2、在施工环境的诸多因素中，基础地质和工程地质特征是最重要的，因为它们是盾构机选型及采用盾构施工工艺最重要的先决条件。 盾构法一般适应于比较均一的软土、软岩地层或砂层及其互层，在比较均一的地层中采用盾构法施工隧道，其掘进方式及掘进模式相对单一、掘进参数相对稳定、因此其技术也比较简单，但在软硬不均、变化频繁、复合交互，且岩石强度差异大的复合地层中应用盾构法修建城市地铁隧道就复杂得多。 3、在软硬互层的复合地层中进行盾构法隧道施工，首要问题是如何解决软硬岩的破岩、如何合理的选择掘进模式满足在复合地层中掘进时对周围环境保护的要求，又要提高掘进效率、降低施工成本，并且需

盾构掘进模式的选择及操作控制

1.1.1 盾构掘进模式的选择及操作控制 不同掘进模式的特点和适用条件 本标段选用的盾构机为复合式盾构机，具有敞开式(OPEN)、半敞开式(SEMI-OPEN)和土压平衡式(EPB)三种掘进模式，每一种掘进模式具有不同的特点和适用条件。三种掘进模式下的掘进原理见图8-28。 图6-28 掘进模式原理示意图 图8-28 掘进原理图 1.1.1.1 敞开式 该模式下，盾构机切削下来的碴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碴土，约占土仓的30～60%，掘进中刀盘和螺旋输送机所受反推力较小。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。 该模式适用于能够自稳、地下水少的地层。 1.1.1.2 半敞开式 该模式又称为局部气压模式。掘进中土仓内的碴土未充满土仓，尚有一定的空间，通过向土仓内输入压缩空气与碴土共同支撑开挖面和防止地下水渗入。 该掘进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取决于压缩空气的压力。 1.1.1.3 土压平衡模式 土压平衡模式就是将刀盘切削下来的碴土充满土仓，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，并通过测量土仓内的土压力来随时调整、控制盾构推进速度和螺旋输送机的转速。在该掘土压平衡模式 半敞开模式 敞开模式 水、 土压 力 水、土压力 水、土压力

进模式下，刀盘和螺旋输送机所受的反推力较大。该掘进模式适用于不能稳定的软土和富水地层。 根据本标段的地质地层情况，整个掘进过程均采用土压平衡模式掘进。 各掘进模式的主要掘进参数及技术措施

盾构机掘进不同地层条件下的操作要点

盾构机掘进不同地层条件下的操作要点 1、工程地质 1.1、本工程长江段水下地层： ·上部由第四系全新统新近沉积松散粉细砂，中粗砂组成， ·中部由第四系全新统中密～密实粉细砂组成， ·下部基岩为志留系泥质粉砂岩夹砂岩、页岩； 1.2、江南及江北两岸地层： ·地表有呈松散状态的人工填土， ·上部由第四系全新统冲积软～可塑粉质粘土， ·中部由第四系全新统中密～密实粉细砂组成， ·下部基岩为志留系泥质粉砂岩夹砂岩、页岩。 2、盾构始发段的掘进 盾构在始发段推进时，主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。同时，检查盾构是否与始发台、洞门发生干涉或是否有其他异常事件或事故的发生，确保盾构安全的向前推进。 2.1、始发时盾构推进参数的控制

2.2 盾构在始发台上向前推进时，一般通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发台向前推进。如盾构出现较大的偏差时，可以通过适当的调整推进油缸行程进行合理的纠偏，纠偏趋势值原则上不大于±2‰。 2.3、始发时的注意事项 ·开始时推进时，要密切关注洞门扇形压板与盾壳之间的间隙，防止冒浆。 ·盾构位于始发台上时尽量不要进行姿态调整。

3、盾构到达井的掘进 土仓压力在距洞门距离大于10米时可保持与区间隧道掘进时一致的压力，而在距洞门5～10米时需适当减小压力，在距洞门2～5米时应将土压转换为相应的气压。在距洞门仅2米时应减小土仓压力，小于1米时应尽量排出土仓中的渣土，以使洞门岩面的渣土顺利进入土仓。 3.1、盾构机到达井掘进参数控制 盾构机进入到达段后，首先减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制泥浆系统的流量和压力，并时刻监视气压室的压力值，避免较大的地表隆陷。 盾构机刀盘距离贯通里程小于10米时，进一步降低推力、刀盘转速以及推进速度，避免由于刀盘前部土体太薄，造成刀盘前部形成坍塌。 4、富水地层的掘进要点 盾构机过江、富水地层时要把握“护头保尾”原则，即始终保持盾构机头土仓压力稳定和盾尾密封良好，并利用信息化施工手段，及时调整盾构机各种参数。 4.1、盾构设备性能是能否树立进行顺利掘进的关键。因此必须对盾构机进行全面系统地检查与维修，保证盾构在性能完好。 4.2、正确设定掘进参数。土仓压力设定考虑到当地的天气、

泥水盾构掘进操作控制方法分析

泥水盾构掘进操作控制方法分析 摘要:本文根据泥水平衡式和“D模式”两种泥水盾构掘进模式，对盾构掘进操作控制方法进行详细分析。以便在不同的地质情况下熟练地驾驭盾构施工技术。 关键字:水泥盾构；操作方法；有效控制 Abstract: Based Slurry-type and “D model” two slurry shield tunneling mode, the shield operation control method for detailed analysis. Different geological conditions in order to skillfully control the shield under construction technology. Keywords: cement shield; operation; control 泥水盾构分为泥水平衡式和“D模式”两种掘进模式。传统的泥水平衡模式：主要是靠往开挖仓中加入加压的泥水来稳定开挖面的，在盾构刀盘后面有一个密封的隔板与开挖面形成了一个具有一定压力的泥水室，在里面充满了泥浆和开挖出来渣石的混合物，通过加压作用和压力膜的形成可以使开挖面趋于稳定，而此混合物由泥浆泵输送到洞外，经泥水处理系统分离后的泥水可重复利用。“D模式”：又称间接控制模式；其工作原理是基于传统的泥水式盾构泥水掘进模式的，其开挖仓同样是利用回转的切削刀盘和搅拌臂来混合开挖的渣土和泥浆的。采用“D模式”掘进，可由空气和泥水双重系统来控制开挖面的支护压力，比泥水掘进模式可以更好地控制岩石的稳定性和开挖仓支撑力的精度。随着盾构技术的发展，气锁室的压力可以通过PLC系统和模／数转换及数／模转换进行动态的控制，基本实现了自动化。 谈及对盾构的控制，必须了解开挖隧道岩层的地质，硬岩，普通岩，软岩和断层中的夹层岩。对盾构的操作主要是对下面几项的控制： 1 排浆泵的参数选择及掌子面压力压力的控制 在操作过程中进、排浆泵的参数选择和掌子面压力的相互协调是泥水盾构的最大难点，也是保证盾构在不同地质条件下平稳盾构姿态的根本保证。各进、排浆泵的主要参数是进、排浆量、进、出口压力及泵的驱动电机的额定电流和额定电压。进浆量一般在320～370m3／h为最佳，排浆量选择在370～400m3／h但它们要受排浆泵的进、出口压力和电机的额定电流、额定电压的限制，要在额定范围内选择。对于进浆泵，因其竖直落差的原因，其电流、电压值很小，进出口压力值不足1bar，完全可以满足要求。对于排浆泵，根据不同的隧道布置位置设定不同的电压电流额定值。随泵位置的变化泵的参数也要随之相应调整，但始终要保证泥浆的平稳过渡，避免吸空和积压。在循环操作中，要先根据地质情况和盾构水压来选择开挖仓的泥水压力，避免超挖和强推。一般地，在硬岩层或一般

盾构工程中不同开挖模式的工作原理及对盾构机的技术要求5

盾构工程中不同开挖模式的工作原理及对盾构机的技术要求 加泥复合式土压平衡盾构机有三种工作模式，即土压平衡模式（EPB）、敞开式（OPEN）和半敞开式（SEMI-OPEN）。 1.1.1.1敞开式（OPEN） 敞开式掘进就是在土仓内不需要保持任何压力的一种盾构掘进模式。当盾构通过的地层自稳性好，不含地下水或者含地下水很少时，盾构可以采用敞开模式进行掘进。 盾构的敞开式掘进一般应用于硬岩地层。当盾构在敞开模式下掘进时，由于地层不需要压力保护，土仓内不需要堆积过多的碴土，所以盾构可以采用盾构允许的最大速度掘进。在敞开式掘进时对盾构机有以下功能要求：（1）盾构机必须具有硬岩开挖的能力，要求刀盘的强度足够，能够安装滚刀； （2）主驱动扭矩、推力足够； （3）刀盘、螺旋输送机的耐磨设计能够适应硬岩的开挖； （4）盾体能够防止硬岩掘进时的扭转及震动； （5）能够注入辅助材料以降低刀盘的扭矩，减少刀具、刀盘及螺旋输送机的磨损。 对于本标段来说，地层的自稳性差，一般不宜采用敞开模式掘进。如图2.1.4-1所示。 图2.1.4-1 敞开式掘进示意图

1.1.1.2土压平衡模式(EPB) 土压平衡式就是在盾构开挖时，利用土仓内的土压或加注辅助材料产生的压力来平衡开挖面的土压及地下水压力，以避免掌子面坍塌或地层失水过多而引起地表下沉的一种盾构掘进模式。如图2.1.4-2所示，在盾构开挖时土仓内的压力P2和掌子面上的压力P1相平衡，其中P2包括土仓内碴土的压力和注入材料的压力，这种掘进模式即为土压平衡模式，P1等于土柱压力和水柱压力的总和。 碴土改良是土压平衡掘进中的重要组成部分。碴土改良的目的是：降低碴土的内摩擦角而降低刀盘的扭矩，增加碴土的流动性，降低碴土的渗透性，从而达到堵水、减磨、降扭及保压的效果。 图2.1.4-2 土压平衡模式示意图 土压平衡式掘进主要用于开挖面不能自稳、或地下水较多以及流塑性的软粘土地层和砂土层的盾构施工。土压平衡掘进可以有效地防止过大的地面沉降。土压平衡模式下开挖舱和螺旋输送机内碴土压力分布图如图2.1.4-3所示：

盾构的种类及选型

第四章盾构的种类及选型 4.1 盾构机的种类 盾构的分类方法较多，可按盾构切削断面的形状；盾构自身构造的特征、尺寸的大小、功能；挖掘土体的方式；掘削面的挡土形式；稳定掘削面的加压方式；施工方法；适用土质的状况等多种方式分类。见表4.1。 1. 按挖掘土体的方式分类 按挖掘土体的方式，盾构可分手掘式盾构、半机械式盾构及机械式盾构三种。 ①手掘式盾构：即掘削和出土均靠人工操作进行的方式。 ②半机械盾构：即大部分掘削和出土作业由机械装置完成，但另一部分仍靠人工完成。 ③机械式盾构：即掘削和出土等作业均由机械装备完成。 2. 按掘削面的挡土形式分类 按掘削面的挡土形式，盾构可分为开放式、部分开放式、封闭式三种。 ①开放式：即掘削面敞开，并可直接看到掘削面的掘削方式。 ②部分开放式：即掘削面不完全敞开，而是部分敞开的掘削方式。 ③封闭式：即掘削面封闭不能直接看到掘削面，而是靠各种装置间接地掌握掘削面的方式。 3. 按加压稳定掘削面的形式分类 按加压稳定掘削面的形式，盾构可分为压气式、泥水加压式，削土加压式，加水式，加泥式，泥浆式六种。 ①压气式：即向掘削面施加压缩空气，用该气压稳定掘削面。 ②泥水加压式：即用外加泥水向掘削面加压稳定掘削面。 ③削土加压式（也称土压平衡式）：即用掘削下来的土体的土压稳定掘削面。 ④加水式：即向掘削面注入高压水，通过该水压稳定掘削面。 ⑤泥浆式：即向掘削面注入高浓度泥浆（ ＝1.4g/cm3）靠泥浆压力稳定掘削面。 ⑥加泥式：即向掘削面注入润滑性泥土，使之与掘削下来的砂卵混合，由该混合泥土对掘削面加压稳定掘削面。 4. 组合分类法 这种分类方式是把2、3两种分类方式组合起来命名分类的方法（见表4.2）。这种分类法目前使用较为普遍，是隧道标准规范盾构篇中推荐的分类法。这种方式的实质是看盾构机中是否存在分隔掘削面和作业舱的隔板。 全开放式盾构不设隔板，其特点是掘削面敞开。掘削土体的形式可为手掘式、半机械式、机械式三种。这种盾构适于掘削面可以自立的地层中适用。掘削面缺乏自立性时，可用压气等辅助工法防止掘削面坍落稳定掘削面。 部分开放式盾构，即隔板上开有取出掘削土砂出口的盾构，即网格式盾构也称挤压式盾构。

盾构机掘进基本操作指导书

北京站至北京西站 地下直径线工程ZJX-2标盾构机掘进基本操作作业指导书 文件编号： 拟制：苏清贵 审核： 批准： 生效日期：2008年3月1日 中国中铁隧道集团有限公司北京铁路地下直径线一工区

1、目的 ·规范操作程序，指导现场盾构掘进施工； ·确保盾构机的安全使用； ·提高盾构机的使用率； ·提高成洞隧道产品的质量； 2、适用范围 本指导书适用于北京铁路地下直径线工程所采用的Φ11.97m泥水加压平衡式盾构。 3、定义 3.1掘进模式 掘进模式是指根据不同的工程水文、地质条件进行相应掘进控制的掘进方法。本工程施工过程中将使用的掘进模式包括“D”模式和泥水模式（即气体加压模式）。 泥水模式：也叫直接控制模式，将加压的泥水送入泥水压力室，当泥水压力室充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来谋求开挖面的稳定。 “D”模式：叫间接控制模式，它由空气和泥水双重系统组成。气压作用在压力室的泥浆接触面上。由于在接触面上的气、液具有相同的压力，因此只要调节空气压力，就可以确定开挖面上相应的支护压力。 3.2管理基准 管理基准包括根据工程水文地质条件确定的掘进模式、掘进参数、泥水管理标准等掘进参数以及管片衬砌背后注浆参数和根据盾构机姿态、盾构当前所处的线路要素以及盾构下一步进行姿态调整的趋势、管片型号及

封顶块安装位置等施工控制参数。它是进行盾构掘进成套施工的依据和标准。 4、编制依据 （1）本项目工程概况 （2）本项目工程地质、水文地质情况 （3）用于本项目的泥水气压平衡盾构机技术资料 （4）集团公司、二处有限公司相关施工规定 （5）以往盾构施工技术经验 5、安全操作规程 5.1．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培训的，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包含的安全规则和注意事项。 身体不适、服用药物（催眠药）时及酒后不要操作，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 掘进前，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。 解除盾构联锁装置必须参照盾构联锁装置的使用说明。