土压平衡式盾构学习.docx

盾构土木知识培训1、土压盾构掘进过程中土仓压力的控制数据是根据盾构机的埋深，按照土力学（土压力＋水 压）计算出，掘进过程中要求土压控制基本平稳，严禁出现忽高忽低的现象发生，盾构操作 手根据土仓压力的变化情况调整螺旋机的出土速度，要求土压变化量控制在技术交底数值的 上下范围 0.1bar 内，操作手在掘进过程中，尽量使掘进速度与螺旋机的出土速度保持一个平 衡状态，当掘进即将完成需要停机进行管片拼装时，操作手需要根据管片拼装需要的时间长 短，在停机前操作手应将土仓压力建立的压力适当提高，因盾构机操作面板反映出的土仓压 力，往往包含有气压的成分，盾构机在停机期间，气体的扩散会造成土压的降低，如果停机 前不对土压适当提高，当再次恢复掘进时，很可能土仓压力下降较大，出现土仓压力与掌子 面水土压力不平衡现象，在软土地层或松散沙层地质条件下可能会出现土体的下沉，造成地 表沉降对土压平衡式盾构而言，一个重要的因素就是要使密封仓内的土压力和开挖面的水土 压力保持动态平衡如果密封仓内的土压力大于开挖面的水土压力地表将发生隆起；反之， 如果密封仓内的土压力小于开挖面的水土压力地表将发生沉陷 土舱内的土压通过传感器来进行测量，并通过控制推进油缸的推力、推进速度、螺旋输送机 转速来控制的。

臨衣贡睢起地表血齐上圧力审址下水伦 丄■土仓压力大于水压力和土压力之和，则地面隆起2EFE盾构七压平衡原理 ■地表面地更亘卜忍血忒母力片让力P 卄 R’PnuiF“话的卜仓■压力土仓压力小于水压力和土压力之和，则地面下沉土压力的计算主要考虑地层土压、地下水压、预先考虑的预备压力在我国铁路隧道设计规 范中，根据大量的施工经验，在太沙基土压力理论的基础上提出以岩体综合物性指标为基础 的岩体综合分类法，根据隧道埋深的不同，将隧道分为深埋隧道和浅埋隧道再根据隧道的 具体情况采用不同的计算方式进行施工土压计算土仓理论压力计算：土仓压力P=（Y 土 h+ O夕卜）§ + Y水h式中：Y 土： 土溶重Y水：水比重h：埋深o夕卜：外荷载§ ：土的静止侧压力系数,砂层0.34-0.45.粘土0.5-0.7 由于施工存在许多不可预见的因素，致使施工土压力小于原状土体中的静止土压力按照施 工经验，在计算土压力时，通常在理论计算的基础之上再考虑100〜200 N/m2的压力作为 预备压力本工程土压始发时为0.7-1.4bar.2、出土量控制 掘进出土量是掘进过程中需要重点控制的项目之一，很多事故的造成往往是因为出土 量没有很好的得到控制，最终造成出土量超方，出土超方现象在软土地层更容易发生，根据 施工经验，出土量一旦超方，必定会造成地面的沉降，因此，施工过程中因严格控制出土方 量的控制。

盾构掘进的出土量要求掘进的距离与出土量在过程中保持平衡，有时也可能会出现掘进 一整环的出土量没有超方，但如果在掘进过程中出现仅掘进1 米，出土量已接近整环的出土 量，在后段的掘进过程中操作手为保证出土不超方很可能会刻意的少出土或者不出土掘进， 最终出土可能也不会超方，但前面的掘进已经造成了出土量的增多，后面的刻意控制并不能 将前面多出的渣土扑救回来，地表沉降现象仍将发生整个掘进过程的理论出土量：Q=AXLXnA—切削断面面积n—松散系数 L—掘进距离 理论上螺旋输送机的排土量Qs是由螺旋输送机的转速N来决定的，且与掘进速度决定的理 论碴土量Qo相当：Qs=VsX NVs—螺旋输送机每转一周的理论排土量 掘进实时切削量：Qo=AXVXnA—切削断面面积n—松散系数V—推进速度理论排土率 K=Qs/Qo=rXN/ Vr=Vs /（AXn）K值通常等于1或接近1 本工程理论方量38方，乘以1.2的系数出土量在45方如何准确估量？3、注浆控制 盾构掘进过程中的同步注浆是控制地表沉降又一关键因素，因此掘进过程中如何控制 注浆量及注浆压力十分重要，同步注浆的目的为填充满刀盘开挖直径与管片外径间的间隙， 在掘进过程中浆液必须及时注入，尤其在软土地层或沙层地段，地层自稳性很差，盾构通过 后如不及时将开挖直径与管片外径间的间隙填充密实，将会出现土体的下沉，导致地表出现 沉降，因此，施工过程中严禁无浆液掘进。

掘进过程中的注浆量通过计算得出，施工过程中 实际情况可作适当调整但在地层相对较稳定，无裂隙、溶土洞的地段，注浆量要保持基本 稳定，一般控制在3.5~4方之间，避免注浆量过大浆液进入土仓或将盾构机包住，如果掘进 过程中突然出现注浆量增大且注浆压力较小的现象，要及时反映并认真分析，找出出现异常 的原因掘进过程中的注浆压力控制也十分关键，一般注浆压力略高于土仓压力，如果掘进过 程中注浆压力过大，浆液将会从开挖圆面与盾体外壳间的间隙流入土仓，大量的浆液进入土 仓后在高温环境及刀盘静止没有搅拌的情况下会很快凝固，造成刀具抱死，刀具将不能正常 转动，导致掘进时刀盘扭矩增大和刀具的偏磨，尤其在软土地段，盾构机又不具备开仓条件， 将会给掘进带来很大困难另外，注浆压力的过大有将盾尾密封击穿的风险，盾尾密封一旦 被击穿，掘进过程中将会出现漏浆漏水现象，浆液的注入量将得不到保证，对地表的沉降也 将很难控制，浆液及地下水的进入给管片拼装带来困难，同时给隧道清理也带来很大工作量掘进过程中要尽量保持注浆速度与掘进速度相匹配，使盾构机前进时管片外出现的空 隙能得到及时的填充，达到同步注浆预期的效果同步注浆量根据盾构施工背衬注浆注浆量经验计算公式：Q=V・入式中：入〜指注浆率（一般取120%〜160%,沙层地质中浆液扩散较大，注入率相对较大） V〜盾构施工引起的空隙（m3） V=n （D2-d2） L/4L〜回填注浆段长即预制管片每环长度（本工程1.2米）本工程每环（1.2m）注浆量Q=2.5〜3方（方量怎么确定）同步注浆速度与掘进速度相匹配，即V=n Vo入（D2-d2） /4式中：Vo为掘进速度（cm/min）二次注浆量具体由现场试验确定（以压力控制为原则）。

注浆压力不大于0.5Mpa.4、 渣土改良泡沫剂在盾构施工中的应用是通过无数小气泡组成的泡沫混入到渣土中来实现的通常 我们所称的注入泡沫实际上是注入气泡泡沫是典型的气液二相系，其中90%以上为空气， 10%为泡沫剂溶液；而泡沫剂溶液90%-99%为水，其余为泡沫剂原液泡沫剂作用是减少盾构机机械的磨损土压平衡式盾构机在摩擦性较大土体中掘进时， 与土体发生作用的刀具极易磨损，通过在刀盘上注入泡沫材料，可以降低土体的摩擦性，减 小刀具的磨损调整土仓内土体塑性流动性，土压平衡盾构法掘进过程中，土仓内土体性质如何，将直 接影响盾构的顺利掘进，切削后的渣土具有良好的塑性流动性，不但可以能够使开挖面维持 较好的支护压力，而且保证排土顺利进行，在盾构掘进中，由于地层的变化，未经处理进入 土仓的土体通常难以获得希望的塑性流动性，此时土仓内容易发生“ 泥饼”、“ 堵塞”等 问题，严重影响掘进效率降低渣土的透水性，开挖面过高的水压力会导致盾构机螺旋输送机出口发生地下水大量 流失，严重时会发生喷涌影响掘进顺利进行，注入泡沫可以有效降低渣土的渗透性，有效 防止掘进中喷涌的发生降低切削渣土的内摩擦力，减少刀盘、螺旋输送机的磨损，降低刀盘扭矩，防止机器 能耗过高发热而发生故障。

发泡率：发泡率，又称“泡沫倍数”，指一定质量发泡剂溶液所产生的泡沫体积与原 液体体积之比，它是衡量泡沫剂质量的一项重要指标FER=Vf/V1式中：Vf为产生的泡沫体积；V1为泡沫剂溶液体积目前应用于土压平衡式盾构施工中的泡沫剂的发泡率为5-20，在同样情况下，发泡率越高，等量泡沫剂产生的泡沫越多，说明 其具有高效性，但是 发泡率与生成泡沫的稳定性二者是相互影响的，较高的发泡率是牺牲泡沫稳定性为代价的， 当分析泡沫性质时，仅仅发泡率高并不能说明泡沫剂的优越，而应该结合泡沫稳定性进行综 合考虑经过改良后的土体应该像挤牙膏状的即达到良好的效果5、 盾尾间隙盾构施工中管片的拼装是在盾尾壳体的保护下在盾体内部进行的，每环管片拼装完成后 被推出盾尾（实际上是主机在已拼装好的管片提供的反力作用下向前推进），这要求盾壳和 管片外径之间有一定的空隙，这个空隙称为“盾尾间隙”本工程盾构机盾尾为一直径6260mm的钢筒，管片的外径为6200mm如果管片的中心轴 和盾体的中心轴完全重合时，则四周的盾尾间隙值均为6260-6200）/2=30mm当管片的中 心轴和盾体的中心轴不重合时，也就是说当它们的姿态不一致时，盾尾间隙就会发生变化。

盾尾间隙是管片选型的一个重要依据如果掘进过程中某一方向盾尾间隙过小，盾构机 在掘进过程中盾尾刷将会与管片之间产生很大的摩擦力，增大盾构机掘进的阻力、降低掘进 速度，甚至造成管片错台，影响管片质量；另外盾构机一边的间隙过小，另一边则相应变大， 这时盾尾刷的密封效果降低，在注浆压力作用下，水泥浆容易渗漏过来，破环盾尾的密封效 果为保证盾尾间隙的正常，每次安装管片之前（一般推进到1.0m），对管片的上、下、 左、右四个位置进行盾尾间隙测量如发现有一方向上的盾尾间隙接近10mm时，就要用转 弯环对盾尾间隙进行调整，调整的基本原则是，哪边的盾尾间隙过小，就选择拼装反方向的 转弯环 即 左小拼右，右小拼左6、管片选型及拼装 管片选型通过盾尾间隙及推进油缸行程差确定管片分为标准环、左转弯环和右转弯环标准环在平面投影上为矩形，而转弯环为等腰梯形梯形长边为1224.8mm,短边为1175.2mm （左转弯环右边比左边长49.6mm，右转弯环左边比右边长49.6mm）即楔形量为49.6mm.管片的纵向螺栓孔有16个为了方便理解，我们把拼装点位与时间刻度相结合，k块 位于最上方时管片相对隧道的位置称为12点，k块位置顺时针旋转22.5。

后管片相对隧道 的位置称为 1 点，再转 22.5°后称为 2 点，再转 45°后称为 3 点，以此类推实际拼装过 程中不存在12点与6点拼装点位，而且一般情况下，本着有利于隧道防水的要求，管片只 拼装上部6个点位（即1、 2、 3和9、 10、 11点位）管片拼装点位示意图如图一所示左小拼右，右小拼左管片拼装方式采用错缝拼装，即相邻的两环管片不能有相连的纵缝因此要避免管片 通缝拼装，相邻两环管片的拼装点位不能相差偶数位相差的点位数不是两个点位的绝对差 值，而是相对差值，例如：1点和1 点相差0个点位，和11点相差1个点位，和10点相差 2 个点位，和 9 点相差 3 个点位管片错缝拼装可按表一进行表上环拼装点位12391011本环可拼装点位2、 9、 111、 3、 102、 9、 1110、 1、 39、 11、 210、 1、 3举例说明：当盾构机左边的盾尾间隙过小，可以选择右转弯环来调整间隙而实际上盾尾间隙的最小处不一定在盾尾的正上、下、左、右方，这时候就可以通过旋转管片（即拼装不同的点位）来调整盾尾间隙，具体拼装方法如表二所示表盾尾间隙最小处管片类型拼装点位备注左上方右转弯环1、2、3间隙最小位置靠近左边时拼装1点位，最小位置靠近上方时拼装3点位左下方右转弯环9、 10、 11间隙最小位置靠近左边时拼装11点位，最小位置靠近下方时拼装9点位右上方左转弯环9、 10、 11间隙最小位置靠近右边时拼装11点位，最小位置靠近上方时拼装9点位右下方左转弯环1、2、3间隙最小位置靠近右边时拼装1点位，最小位置靠近下方时拼装3点位。