土压平衡盾构机的土压控制_第1页
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土压平衡盾构机的土压控制_第3页
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文档简介

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

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