盾构机操作手册.pdf

1 盾构机操作手册 一 掘进参数定义 1，土压 2，温度 3，泡沫参数 4，注浆压力 5，推力 6，扭矩 7，推进速度 8，螺旋机速度 9，铰接行程差 10，推进油缸行程差 11，姿态趋势 12，滚 动角 1，土压 A， 计算工作土压由土体水压以及土体压力组成，掘进中一般按照土体 埋深考虑静水压力以及适当考虑土体压力，但都应根据具体地质考虑计 算土压 B， 实际掘进中的土压除考虑静水压力以及理论的土体压力外，应根据 计算土压以及实际除土量以及地面沉降综合考虑 C，实际各种地层土压还应考虑地面建筑物状况以及隧道上方管线布置，通 常，对于各种含水或富含水砂层并且地面有建筑物状况，土压应考虑高于 隧道埋深静水压力并能够产生地面约 2～3mm 隆起以应对后期沉降； 对于需 要进行半仓气压掘进地层，土压也需高于隧道埋深的静水压力 0.2~0.3bar 以保证正常出土量；对于弱含水地层，土压不必完全按照埋深静水压力考 2 虑，可以根据出土量及地面沉降进行适当增减；对于富含粘粒质地层，不 建议采用完全土压掘进，即考虑半仓气压掘进但并非欠土压，以免刀盘粘 结 2，温度 A，此处所及温度指土仓温度以及渣土温度 B，不论富含粘粒质地层或砂岩地层，如果土仓内出现渣土粘结于刀盘都会 出现渣土温度高于正常出土温度；如果粘结进一步发育，会出现土仓壁温 度升高。

C，随时关注渣土或土仓壁温度，可以防止通常所说的土仓结饼，尤其可以 预防在软弱地层无妨开仓除饼而产生的施工停止状况 D，渣土温度的监控应持续监控，尤其是螺旋机出土的块状渣土应作为温度 检查的重要依据 3，泡沫参数 A，关于泡沫剂浓度，及泡沫剂原液与水的比例，泡沫剂浓度首先应该依据 泡沫剂生产厂家提供的泡沫剂浓度进行调价，实际施工中的浓度状况应该 依据最终泡沫发生状况调节 B， 关于膨胀率， 及空气与泡沫剂溶液的比例， 通常在 15～25， 实际参数 也 应该根据泡沫最终发生效果调节 C，关于泡沫注入率，即掘进速度与泡沫剂注入速度的比例，最好按照渣土 实际改良状况进行调节，不建议完全按照厂家提供注入参数注入，因为实 验室内渣土搅拌与刀盘内渣土搅拌的情形有差别 3 D，不论何种参数，最终依据都应该是泡沫的发生效果和渣土改良效果以及 实际掌子面泡沫隔水效果来定 E，关于泡沫注入量与实际出土量的差别，因为泡沫中大量空气，实际注入 泡沫会在土仓内部分破裂而进入土体缝隙，部分随着出土散于空气中，部 分含于土体的分散空间中，所以即使掘进中注入大量泡沫，出土量也不会 有太大变化 4，注浆压力 A， 实际背衬压力与显示注浆压力的差别是随着盾尾内置注浆管的管径变化 而变化的，所以初始注浆压力值应作为注浆压力的参考基数值。

B，实际注浆压力与刀盘掘进土压相关，注浆压力应在土仓压力与参考基数 值间调整 C，实际注浆压力必须考虑盾尾尾刷可以承受的密封压力，过大的注浆压力 值必然损坏盾尾尾刷，尤其在进入富含水砂层前，必须慎重考虑注浆压力 以免在富含水砂层中由于尾刷损坏而产生地层失水，从而使地表沉降的严 重后果 D，同步注浆的真正含义在于同步，而不是背衬压力注浆，所以不同地层应 该考虑不同的注浆量 F，对于各种原因造成的注浆不足，应该以二次注浆予以补充，而不能以同 步注浆高压大量的方式填充 5，掘进推力 A，正常掘进推力由刀盘切削土体的推力，土仓压力对盾体的阻力，盾体与 4 土体的摩擦力以及后配套拉力组成 B，掘进推力是被动产生 C，使掘进推力发生异常变化的原因有：刀盘切削直径小于盾体直径，卡住 盾体；刀盘结饼产生阻力；刀盘上部分刀具损坏产生阻力；刀盘开挖隧道 转弯半径小于盾体转弯半径，卡住盾体；二次注浆窜入盾体与隧道环缝凝 结卡住刀盘 D，判断以上推力异常的方法为: 1，由于洞径变小原因：刀盘扭矩小，渣土无温度升高，无论如何改变推进 油缸行程差或铰接油缸行程差均无法减小推力 2，结饼产生阻力：渣土温度高于正常 3，由于刀具损坏产生阻力：推进速度时快时慢 4，由于隧道转弯半径的 影响：采取如上措施 1 时，推力变小 5，二次注浆愿意：刚结束二次注浆并且二次注浆在盾尾后五环内 F，记录正常掘进推力作为基础掘进推力依据。

G， 全硬岩或局部硬岩状况下掘进时必须综合考虑单把滚刀承受压力以决定 总推力打小，以免频繁损坏滚刀 H，当掘进速度调节至最快仍无法提供足够推力满足盾构机的调向需求时， 需考虑增加额外负载增加推力 6，掘进刀盘扭矩 A， 刀盘扭矩指盾构机掘进过程中刀盘切削土体时需要刀盘驱动系统提供的 作用力，刀盘扭矩由土体切削扭矩，土体搅拌需要的扭矩组成 5 B，影响刀盘扭矩变化的因素有：掘进速度；地质因素；渣土改良状况；刀 具状况；刀盘状况 1，当掘进速度快时，刀盘对土体切削量增加，扭矩增加； 2，当地层地质发生变化时，刀盘切削土体需要的切削力变化时，扭矩也会 相应增大； 3，当渣土改良效果发生变化时，如果土仓内渣土流动性变差，刀盘搅拌力 矩增大；如果刀盘与掌子面之间渣土流动性变差时，刀盘与掌子面间摩擦 力变化，刀盘扭矩也会发生明显变化； 4，当刀盘上刀具部分损坏，造成以刀盘结构或刀具基础对土体切削，刀盘 扭矩也会明显变化； 5，当刀盘发生渣土粘结时，扭矩增大 C，同种地层在刀盘，刀具正常以及渣土改良效果较佳时的扭矩应作为基本 参考扭矩 7，推进速度 A，盾构机单位转速内推进的长度为贯入度，单位时间内推进的长度为推进 速度 B，在硬岩地层掘进时，需要考虑贯入度对刀具的影响 C，通常情况下，在软土地层掘进时，盾构机推进速度应该是越快越好，较 快的推进速度能够有效控制渣土出土量 D，当盾构机推进速度出现忽快忽慢周期性变化时，应考虑刀盘出现泥饼或 中心部位刀具损坏 6 E，在强风化地层中，当盾构机掘进速度突然变慢时，应考虑是否土仓内渣 土积土严重，避免发生泥饼 8，螺旋输送机转速及扭矩 A，土压平衡模式掘进时，螺旋输送机转速具有调节土压，控制出土量的作 用 B，螺旋输送机在富含水砂层中掘进时，如果喷涌严重，可以通过反转出土 的方式掘进 C，螺旋输送机掘进中扭矩持续过大时，应考虑向螺旋管内注入泡沫减小扭 矩防止螺旋机积土卡死. 9，铰接油缸行程差 A，铰接油缸行程差决定盾构机的转弯半径 B，罗宾斯盾构机属于主动铰接，所以在掘进中以主动铰接的方式控制盾构 机的转弯半径或进行盾构机姿态调整，可以有效防止因盾尾间隙较小出现 的管片卡住情形 c，当以铰接油缸行程差调节盾构机姿态时，最好以先水平或者先垂直来调 整，不要水平和垂直方向同时调节. 10，推进油缸行程差 A， 此处所及的推进油缸行程差指掘进过程中由于各组推进油缸 z 在掘进中 产生的各组油缸的行程差，而不是在管片拼装后形成的油缸行程差 B，从推进油缸行程差在掘进中的变化可以判断盾构机的行进方向变化 C，对于主动铰接盾构机，以铰接油缸调整盾构机姿态，能较好地避免以推 7 进油缸行程差调整姿态产生的盾尾间隙变化过大而卡住管片的情形. 11，盾构机姿态 A，盾构机姿态指盾构机轴线相对于隧道设计轴线的位置以及变化趋势，以 水平及垂直方向上的相对量来表示 B，对于主动铰接盾构机，通过测得尾盾中心位置即后点，按照铰接油缸行 程，计算得刀盘或刀盘前的中心点即前点相对于轴线的位置 C，对于主动铰接盾构机，定期检查铰接油缸实际行程値，可以避免盾构机 前点位置出现计算错误而误导盾构机方向控制. 12，滚动角 盾构机滚动角 A，盾构机滚动角指盾构机盾体相对于预先设定水平线的摆动夹角，通常以 mm/m 或度为单位，当以 mm/m 为单位时，可以简单计算盾体外径部位的环 向位移量，以度为单位时，周长乘以 1/360 的度数即为环向位移量，按照 简单计算的环向位移量可以得出盾构机允许的滚动角 B，禁止在程序中桥接对滚动角的限制，以免出现盾体出现大角度反转 C，以改变刀盘旋转转向的方式可以调整盾构机滚动角，通常刀盘反时针旋 转产生负的滚动角，顺时针旋转产生正的滚动角管片滚动角 A，管片滚动角的产生将影响管片的正常拼装，通常是逐步累积而成 B，调整管片滚动可以从推进油缸行程差以及刀盘旋转方向逐步完成；也可 以在管片拼装时通过有意调节进行，但效果不太明显. 二、盾构开机准备 8 1，开机前设备巡视 2，开机前操作面板检查 3，开机前材料确认 4，开机 前故障确认 1，开机前设备巡视 操作手接班进行掘进前应对盾构机进行初步巡视，内容如下： A，延伸电缆及水管余量 B，皮带机没有跑偏 C，后配套轮对没有偏离轨道 D，空气压缩机正常工作 E，液压站液位正常 F，导向系统显示正常 G，主驱动齿轮油位正常 H，延伸轨线正常 i，内外循环水压力正常 2，开机前操作面板检查 盾构机准备开始掘进前应确定操作面板有关旋钮位于正确位置，如： A，推进速度旋钮为零 B，刀盘转速旋钮为零 C，螺旋机闸门关闭 D，螺旋 机转速旋钮为零 E，触摸屏无联锁接解除设定 F，所有泵的启动旋钮处于关 闭状态 3，开机前材料确认 掘进前应确定以下材料已到位； A，注浆料准备完毕 B，泡沫剂正常 C，如需添加膨润土，膨润土正常 D， 盾尾油脂正常 E，密封，润滑油脂正常 F，如需进行钢轨延伸，延伸钢轨已 到位 4，开机前故障确认 开机前，故障显示屏上故障应基本消除 四，掘进操作 1，启动 2，开始掘进的操作顺序 3，方向的调整 4，滚动的调整 5，泡沫的 9 使用 1，启动 首先启动盾构机动力单元，选择推进泵，辅助泵，超挖刀油泵，螺旋输送 机旋转驱动，油泵铰接油缸油泵，注浆油泵，齿轮油润滑油泵，润滑油脂 泵，选择盾尾油脂泵。

选择刀盘驱动马达当以上动力单元启动后，即可开 始盾构机的掘进操作 2，开始掘进的操作顺序 盾构机开始掘进操作顺序如下： A，首先启动泡沫注入 B，根据盾构机显示滚动角，选择刀盘转向，旋转刀盘 C，启动皮带机 D，开始推进 E，打开螺旋输送机后闸门，开始出渣 3，方向的调整 A，掘进中方向的调整，对于主动铰接的罗宾斯盾构机，建议以主动铰接弯 折盾构机的方式进行盾构机的方向调节 B，通常，考虑盾构机存在下沉趋势，需要铰接油缸上下油缸行程差在 30mm 左右（不同地层的行程差需要在实际掘金中调整） ，这样，不需在推进油缸 A 组与 C 组间形成较大的推进压力差就可以实现盾构机垂直方向的控制 C，在曲线掘进时，按照不同的转弯半径，设定铰接油缸行程差 D，以铰接油缸控制盾构机姿态时，可以较好地保证管片拼装质量，同时避 10 免尾刷的非正常损坏 4，滚动的调整 A， 当发现盾构机滚动值大于 6mm/m， 时， 就需要对盾构机的滚动进行调整， 此时应停止推进，停止刀盘转动，根据滚动显示的正负值确定刀盘转向， 使盾构机滚动缓缓趋于正常 B，盾构机刀盘脱困时，需注意滚动超限 5，泡沫的使用 A，对于水渗透系数在 10-4m/s 以下的地层，泡沫具有良好的隔水效果，在 连续使用泡沫掘进时，可以防止某些富含水地层掘进时的喷涌现象。

B，对于富含粘粒质地层，泡沫具有调整渣土流动性，防止泥饼的作用 C，对于砂卵石地层，泡沫可以有效降低刀盘扭矩，加快推进速度 D，在需要注入泡沫的地层中掘进时，最好不要对泡沫时停时开， 以免堵塞泡沫管 E，一旦泡沫管堵塞，应当立即疏通，防止堵塞进一步恶化 五，掘进中注意观察事项 1，出渣渣土的状况 2，掘进当前位置的地质状况 3，掘进当前位置的地面及铺设管线状况 4，刀盘扭矩的变化 5，盾构机掘进推力的变化 6，盾构机姿态的调整状况 11 1，出渣渣土的状况 掘进中的出渣渣土状况直接反映了以下掘进要素： A，从渣土成分可以一般分析当前地质状况，进而估计刀具磨损情况 B，从渣土的粘性，块状物大小可以看出刀盘渣土改良状况，从而改进渣土 改良添加物的注入量 C，从渣土中的泡沫状况可以看出泡沫改良的效果，同时判断泡沫是否合适 D，从渣土温度可以分析刀盘开口是否粘结，从而考虑是否提前消除泥饼的 扩大趋势 E，从出渣量的多少确定当前土压是否欠压，确定合理的土压参数。