7.1盾构掘进技术

盾构掘进技术陆春昌01主要掘进参数

02掘进模式的选择

03碴土改良04掘进方向的控制05掘进与刀具06特殊地层的掘进07掘进中异常现象的处理PART-01主要掘进参数主要掘进参数（一）主要掘进参数模式参数压力参数扭矩参数速度参数行程参数状态参数方向参数注浆参数温度参数泡沫注入参数电量参数（一）主要掘进参数压力参数速度参数自动模式（注浆、注脂、出碴等）手动模式联锁解除模式（皮带机、螺旋输送机、刀盘等）模式参数（二）掘进参数选择的依据地质情况判断盾构机当前姿态监测结果反馈（如地表沉降或隆起）盾构机状况地质构造（断裂带、褶皱等）；地层的分层情；地层的水文；地下管线、地表建筑物及地下障碍物等情况；盾构隧道通过的特殊地质地段；（三）影响地表沉降或隆起的因素1土仓压力根据土力学计算出土压力＋水压2出土量排土量的控制是盾构在土压平衡工况模式下工作时的关键技术之一3每环注浆量根据管片与岩层之间的空隙及渗透系数（四）几种掘进参数的计算1土仓压力的计算2出土量的计算3每环注浆量的计算4注浆速度的计算PART-02掘进模式的选择掘进模式的选择01敞开模式适用于能够自稳、地下水少的地层02半敞开模式（或局部气压模式）适用于具有一定自稳能力和地下水压力不太高的地层03土压平衡模式适用于不能稳定的软土和富水地层PART-03碴土改良碴土改良●降低渣土的内摩擦角及刀盘扭矩●降低渣土的软稠度以利于开挖，降低刀具磨损●减小渣土的透水性●良好的塑性●较强的临时内聚力●较低的内摩擦角●较低的透水性●较强的泡沫弹性膨润土、水、聚合物、泡沫剂渣土改良的作用泡沫剂、泡沫土的特点渣土改良材料010302PART-04掘进方向的控制掘进方向的控制（一）掘进方向的控制原则（1）使盾构机趋向隧道设计中心线方向，控制蛇行和滚动（2）防止过急纠偏，蛇行的修正以长距离缓慢修正为原则（3）盾构机姿态的调整应适应管片的姿态（4）管片的选型拼装应适应盾构机的姿态及趋势（5）底部推进油缸的压力稍高于顶部的压力，防止盾构机栽头（6）交替刀盘正反转掘进，调整盾构机的滚动值掘进方向的控制原则（二）盾构机方向调整盾构机方向调整主要通过管片选型进行（三）纠偏过急对管片的影响01管片说明管片分为标准环（P）、左转弯环（L）、右转弯环（R）三种类型；每环管片由6(3＋2＋1)块组成管片采用错缝方式拼装，弯曲螺栓连接02管片选型●提前考虑隧道转弯和纠偏曲线，预测转弯环的合理位置●盾尾间隙某一方向较小时，注意盾构调向●必须认真考虑管片选型，盾构掘进不能朝进一步减小盾尾间隙的方向调整PART-05掘进与刀具掘进方向的控制（一）刀具的种类及配刀切刀，适合：软土、砂土、粘土切刀＋双刃滚刀，适合：软土、软岩、中硬岩切刀＋单刃滚刀，适合：硬岩（二）刀具的破岩机理滚刀破岩机理滚刀在岩石面上连续做同心圆运动轴压力（推力）使刀刃压入岩石，产生类似于静压破岩；滚动力（扭矩）使盘刀刀刃沿轨迹线连续滚压岩石，并在滚刀通过处对岩体产生侧向压力，使盘刀运动轨迹线周边的岩石不断产生崩裂，从而达到连续破岩。（二）刀具的破岩机理切刀破岩机理切刀（或刮刀）施力于岩土层上，靠刀具的刀刃从岩土体的外层分离岩土，并使之脱离母体达到破岩的一种机械破岩方式（三）刀具的失效形式（四）掘进参数及地质对刀具的影响PART-06特殊地层的掘进掘进方向的控制（一）硬岩地层12典型地层特点70%80%花岗岩、泥岩掌子面能清楚看到滚刀的轨迹，盾构机易滚动且连续震响声；通常采用滚刀破岩掘进，含水量低时通常采用敞开模式掘进；掘进过程中一般采用高刀盘转速、低推进速度掘进；及时加注水或泡沫以降低刀具温度，加强刀盘检查和刀具更换。掘进方向的控制（一）硬岩地层12典型地层特点70%80%地质交错层刀盘扭矩变化大、盾构机前部间断震响且方向难以控制；一般采用低刀盘转速、低推进速度掘进，防止推进速度过快造成刀盘卡死甚至刀圈崩落。（三）粘土地层典型地层粘土、粉质粘土特点粘性大、容易在刀盘上形成泥饼，与水不易混合，易结块；一般采用多加泡沫和水，多搅拌改善渣土的流动性和塑性，并随时观察刀盘扭矩和掘进速度的变化；可采用气压平衡量模式掘进，掌子面稳定时，可适当降低土压。（四）含砂富水地层典型地层中粗砂、粉细砂特点地层自稳性差，土质改良困难，极易发生喷涌，刀盘扭矩大；一般采用添加膨润土或聚合物等添加材料，改善渣土性能，提高渣土的流动性和止水性；掘进采用土压平衡模式；加大盾尾的注脂量并保持较好的盾尾间隙。掌子面比较稳定时，采用气压平衡量模式掘进并严格控制出渣量。（五）硬岩破碎地层典型地层：节理发育的地层或断层特点：

掌子面凸凹不平，掘进时刀盘扭矩变化大且有较大的震响，可能出现大块岩石；

一般采用低刀盘转速、低掘进速度，低贯入度，加泡沫改善渣土性能。（六）过江、河地层典型地层：穿越江河，湖泊特点：

除本身的地质条件外可能会存在高水压、高水量影响，对施工、刀盘检查及刀具更换造成很大困难。（七）卵石地层典型地层：卵石层特点：刀盘扭矩变化大、盾构机刀盘有震动响声，刀具易损坏，掌子面稳定性差；一般采用低刀盘转速、低推进速度掘进，防止推进速度过快造成刀盘卡死甚至刀圈崩落；一般采用气压平衡模式掘进，土压高会导致刀盘卡死。PART-07掘进中异常现象的处理掘进中异常现象的处理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，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：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：掌子面坍塌，应适当加快掘进速度并增加土仓压力防止更大的坍塌。4喷涌可能的原因：地层含水量大或渣土改良效果不好不能形成土塞效应，一般关闭螺旋输送机继续掘进一段以增加土仓内渣土含量并改良土质5温度上升快可能的原因：刀盘扭矩或推力过大，或设备系统故障（如冷却系统）应立即停机检查或调整掘进参数。6刀盘被卡住可能的原因及处理：刀盘扭矩过大或设定值过低，应立即停机检查并调整设定值，反转刀盘缓慢启动或采用脱困模式启动刀盘。7温度上升快可能的原因及处理：纠偏过急、管片间隙不正常或盾尾失圆等，一般将注脂模式改为手动并调大注入频率