土压平衡盾构机的土压控制

1、土压平衡盾构机的土压控制1 盾构机土压平衡的原理1.1 土压平衡盾构机的组成： 刀盘，渣土仓， 盾体，螺旋机， 推进系统，加泥加泡沫系统，管片拼装系统等 （如图 1）图11.2 土压平衡盾构机的土压控制，刀盘切削下的渣土经过刀 盘的开口进入渣土仓， 通过充满土仓的渣土形成的土仓压力来平 衡开挖面的水土压力， 土仓内的渣土通过螺旋输送机排出， 螺旋 输送机的排土速度与盾构机的掘进速度形成一个动态平衡， 维持 开挖面的水土压力平衡， 保证掌子面的水土稳定， 保证地表不会 沉降、坍塌。2 土压平衡盾构机土压平衡的实现2.1 土压盾构机 PID 的自动土压调节控制，通过装在土仓壁 上的土压计实时监测土

2、仓压力，土压计监测到的土压力传送到 PLC PLC计算出检测值与目标值的差值 E,通过PID控制，自动 调节螺旋输送机的转速，使E值趋向于0,当E值大于0时，PLC 发出指令， 增加螺旋输送机的转速， 提高出土量直至土仓内的土 压力重新达到平衡状态， 反之 E 值小于 0，螺旋输送机降低转速， 减少出土量，以保持土仓内压力平衡，保证盾构机正常掘进。2.2 上述为为土压平衡的自动模式，在实际操作中，操作手 一般为手动控制， 其过程是 PID 控制一样的， 操作者观察土压计 的实测值，与目标值进行比较，人为的调整螺旋输送机的转速， 控制土压力在一定的范围内。3 土仓压力的形成3.1 土体在自重的作

3、用下，土体中的所有垂直面和水平面都 是主作用面，根据土力学理论，天然土体内垂直静压力Eo=土的密度p X埋置深度h，3.2 土仓压力可以分为静止土仓压力Eo被动土仓压力Ep主动土仓压力 Ea，3.2.1 静止土仓压力：当盾构机停止掘进静止不动，土体处 于弹性平衡状态时，土对土仓的压力称为静止土仓压力 Eo 。3.2.2 主动土仓压力：当盾构机刀盘切削进入土仓的渣土小 于螺旋输送机排出的渣土量 （俗称超排） 掌子面的土体向离开土 体方向偏移至土体达到极限平衡状态时， 作用在土仓的土压力称 为主动土压力，一般用 Ea表示。3.2.3 被动土仓压力：当刀盘切削渣土量大于螺旋输送机排土量，掌子面向土体

4、方向偏移至土体达到极限平衡状态时， 作用 在土仓上的土压力称为被动土仓压力，用Ep表示。如图2，土压力小于Ea地表发生沉降；土压力大于 Ep地表发生隆起。地表沉降Ea EoEp地面隆起图24 土压力与盾构机其他参数的关系图3随着土仓压力的升高，盾构的推力增大，刀盘扭矩加大，盾 构的负荷增大， 造成系统温度升高， 刀具磨损加剧等一系列不良 影响，致使施工进度缓慢。5 目标土压（静止土仓压力）的确定5.1 影响土仓压力的因素：渣土的组成成份（粘土，砂砾， 细砂，粗砂，卵石等），盾构的埋置深度，地下水位，刀盘的开 口率，图45.2 根据地层土质的密度和盾构的埋置深度计算出静止土压 力，还要考虑刀盘的阻尼作用，由于刀盘的支撑，土仓内的土压 力小于掌子面的土压力，图 4 是施工中压力传递系数的经验值， 土仓的静止土压力Eo吐的密度p X埋置深度hX压力传递系 数K根据施工经验Ep-Ea=40KPa左右，结合土压力对盾构掘进的 影响，一般考虑在偏小于静止土仓压力的范围内推进， 当管片拼 装时，即在推进结束的时候，控制土压力稍高于静止土压力，6结语盾构施工中， 掘进工作面的稳定是通过土仓的土压力得以实 现的，土仓压力过大会造成盾构掘进困难、地面隆起，土仓