盾構(gòu)掘進(jìn)模式與掘進(jìn)參數(shù)選擇討論分析

2016年盾構(gòu)/TBM司機(jī)首期技術(shù)培訓(xùn)班盾構(gòu)掘進(jìn)模式與掘進(jìn)參數(shù)選擇討論分析2016年1月鄭州一、盾構(gòu)法施工概述二、掘進(jìn)模式

?目錄三、掘進(jìn)參數(shù)選擇四、掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換技術(shù)五、總結(jié)1盾構(gòu)法施工掘進(jìn)具有較高的安全性、可靠性及對(duì)周邊環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)而在國(guó)內(nèi)外地鐵建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)其施工效率比其他隧道施工工法高是一個(gè)非常明顯的優(yōu)勢(shì)。并隨著城市建設(shè)的發(fā)展，特別是近幾年來(lái)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的發(fā)展廣泛應(yīng)用，盾構(gòu)法施工技術(shù)也取得較大的發(fā)展，配套施工技術(shù)也相應(yīng)在逐步完善，工程規(guī)模和應(yīng)用范圍也相應(yīng)擴(kuò)大，盾構(gòu)法施工時(shí)，盾構(gòu)機(jī)的施工工藝相對(duì)復(fù)雜；其地表環(huán)境也相對(duì)復(fù)雜；特別是在廣州、深圳、成都等等城市，地質(zhì)情況變化復(fù)雜，由此可見(jiàn)其施工的復(fù)雜性，掘進(jìn)施工難度大，對(duì)盾構(gòu)操作主司機(jī)的要求非常高。

?盾構(gòu)法施工概述2★工作原理刀盤旋轉(zhuǎn)切削泥土通過(guò)刀盤開口被壓進(jìn)土倉(cāng)，通過(guò)螺旋機(jī)轉(zhuǎn)到皮帶機(jī)上，然后輸送到碴車?yán)?。盾?gòu)在推進(jìn)油缸的推力作用下向前推進(jìn)，盾殼對(duì)挖掘出的還未襯砌的隧道起著臨時(shí)支護(hù)作用，承受周圍土層的土壓和水壓以及將地下水擋在盾殼外面。掘進(jìn)、排土、襯砌等作業(yè)在盾殼的掩護(hù)下進(jìn)行。

?盾構(gòu)法施工概述1—刀盤；2--土倉(cāng)；3—承壓隔板；4—人倉(cāng)；5—推進(jìn)千斤頂；6—盾尾密封；7—管片；8—皮帶機(jī)；9—拼裝機(jī)；10—主驅(qū)動(dòng)；11—螺機(jī)3★土壓平衡原理

?盾構(gòu)法施工概述

盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏νㄟ^(guò)承壓隔板傳遞到土倉(cāng)內(nèi)的泥土漿上，由泥土漿的壓力作用于開挖面，以抵消開挖面處的地下水壓和土壓，形成平衡從而保持開挖面的穩(wěn)定。土倉(cāng)壓力=地下水壓+土壓4★土壓壓力控制要素

?盾構(gòu)法施工概述增大/減小推進(jìn)速度增大/減少碴土排量地下水壓/土壓5★土壓壓力對(duì)地表的影響

?盾構(gòu)法施工概述壓力過(guò)小地表沉降壓力過(guò)大地表隆起6

盾構(gòu)法一般適應(yīng)于比較均一的軟土、軟巖、砂層及其軟硬不均地層，在比較均一的地層中采用盾構(gòu)法施工隧道，只要對(duì)其碴土改良到位，控制好出渣量，控制住盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)，保證同步注漿漿液填充飽和，控制住地表沉降，均一地層掘進(jìn)方式及掘進(jìn)模式相對(duì)簡(jiǎn)單單一、掘進(jìn)參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定、因此其技術(shù)也比較簡(jiǎn)單；但在軟硬不均、孤石群段，地質(zhì)變化頻繁、交互復(fù)雜，且?guī)r石強(qiáng)度差異較大的地層中使用盾構(gòu)法修建城市地鐵隧道就復(fù)雜得多。在軟硬不均、孤石群帶的地層中進(jìn)行盾構(gòu)法隧道施工，如何解決軟硬不均、孤石的破巖、如何合理的選擇掘進(jìn)模式滿足環(huán)境保護(hù)的要求，提高掘進(jìn)效率、降低施工成本、如何判斷地層的變化并及時(shí)有效的轉(zhuǎn)換到合理的掘進(jìn)模式等問(wèn)題，對(duì)于盾構(gòu)施工來(lái)說(shuō)是需要迫切解決的難題。

?盾構(gòu)法施工概述7

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)不斷發(fā)展，地鐵的網(wǎng)絡(luò)布局已經(jīng)形成系統(tǒng)規(guī)劃，其地鐵建設(shè)也進(jìn)入了高速發(fā)展階段。由此可見(jiàn)地鐵施工必須具有相當(dāng)高的技術(shù)要求；同時(shí)工程水文地質(zhì)相當(dāng)復(fù)雜，地層不均，軟硬復(fù)合，地下水豐富，地表高樓大廈及建筑物密集，大小河流縱橫分布，致使地鐵建設(shè)具有較大的難度和風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)工程在軟硬不均、孤石群復(fù)合地層條件下采用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工，其表現(xiàn)出盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度很不理想，經(jīng)常有刀盤形成泥餅、噴涌，孤石堵死螺機(jī)出料口現(xiàn)象發(fā)生，由此帶來(lái)一系列盾構(gòu)掘進(jìn)難題，為了解決這一盾構(gòu)掘進(jìn)施工問(wèn)題，下面分析盾構(gòu)掘進(jìn)模式、掘進(jìn)參數(shù)選擇和掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵技術(shù)。

?盾構(gòu)法施工概述一、盾構(gòu)法施工概述

?目錄三、掘進(jìn)參數(shù)選擇四、掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換技術(shù)五、總結(jié)二、掘進(jìn)模式8對(duì)于土壓平衡盾構(gòu)來(lái)說(shuō)，其掘進(jìn)模式有三種，分別為敞開模式、半敞開模式（局部氣壓平衡）、土壓平衡模式。由于其穩(wěn)定工作面的方式不同，各個(gè)掘進(jìn)模式的掘進(jìn)基本工作原理也不盡相同，同時(shí)在掘進(jìn)過(guò)程中的操作方式和控制要素也有所不同，各工作模式的應(yīng)用范圍都有一定的限制。

?掘進(jìn)模式91敞開模式敞開式掘進(jìn)就是在土倉(cāng)內(nèi)不需要建立任何壓力的一種盾構(gòu)掘進(jìn)模式。通過(guò)的地層自穩(wěn)性好，不含地下水或者含地下水很少時(shí)，可以采用敞開模式進(jìn)行掘進(jìn)。土壓平衡盾構(gòu)的敞開式掘進(jìn)一般應(yīng)用于硬巖地層。當(dāng)盾構(gòu)在敞開模式下掘進(jìn)時(shí)，由于地層不需要壓力保護(hù)，土倉(cāng)內(nèi)不需要堆積過(guò)多的碴土，所以采用敞開式掘進(jìn)效率比其他模式掘進(jìn)的效率要高。

?掘進(jìn)模式10

?掘進(jìn)模式敞開模式示意圖11★要求：（1）盾構(gòu)機(jī)必須具有硬巖開挖的能力，保證刀盤的強(qiáng)度足夠，刀具的配置必須滿足破巖能力，邊滾刀的布置必須足量；（2）主驅(qū)動(dòng)扭矩、推力足夠；（3）刀盤、螺旋輸送機(jī)的耐磨必須滿足要求，要不間斷的檢測(cè)測(cè)量刀盤、螺旋輸送機(jī)的磨損情況，必要時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)；（4）為防止硬巖掘進(jìn)時(shí)的扭轉(zhuǎn)及震動(dòng)，一般應(yīng)設(shè)計(jì)穩(wěn)定器，掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)注意滾動(dòng)角的變化，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)及時(shí)更換刀盤旋轉(zhuǎn)方向；（5）注入輔助材料以降低刀盤的扭矩，減少刀具、刀盤及螺旋輸送機(jī)的磨損。

?掘進(jìn)模式12★特點(diǎn)：土倉(cāng)是沒(méi)有土壓，只有微量的碴土，在此掘進(jìn)模式中破巖主要是依靠滾刀破巖，也就是滾壓破碎。因此敞開式的掘進(jìn)參數(shù)主要控制好推力、扭矩、刀盤轉(zhuǎn)速和貫入度，防止推力增大，扭矩增大，卡住刀盤，損壞刀具。敞開模式掘進(jìn)非常有利于碴土的排出，因此一般不會(huì)在土倉(cāng)和刀盤上形成泥餅；但是由于盾構(gòu)機(jī)刀盤刀具主要為滾壓破巖，會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)中刀具的升溫較快，因此必須要采取有噴水措施對(duì)刀具進(jìn)行降溫，以防止刀具磨損較快。

?掘進(jìn)模式132半敞開模式

在盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)存在這樣一種情況：掌子面雖然有一定的自穩(wěn)性，但是不能完全自穩(wěn)，或是雖然穩(wěn)定但由于存在一定量的地下水，需要在掌子面建立一定的壓力來(lái)防止地下水進(jìn)入土倉(cāng)，減少水土流失。為了減小刀盤扭矩，利于掘進(jìn)，只需要在土倉(cāng)內(nèi)保持一定的碴土（通常1/2～2/3左右），然后向土倉(cāng)內(nèi)注入壓縮空氣或泡沫來(lái)輔助進(jìn)行開挖，這種開挖模式我們稱之為半敞開模式（或是局部氣壓平衡模式）。此時(shí)土倉(cāng)下部為碴土，上部為壓縮空氣，這樣既有利于穩(wěn)定工作面，從而能防止地層產(chǎn)生較大的變形，又有利于碴土的流動(dòng)和排出。

?掘進(jìn)模式14

?掘進(jìn)模式半敞開模式示意圖15★控制關(guān)鍵保持土倉(cāng)內(nèi)碴土的高度，以防止掘進(jìn)過(guò)程中因刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)和螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)出碴時(shí)高壓氣體沿螺旋輸送機(jī)逃逸，從而確保在土倉(cāng)內(nèi)能建立一定的氣壓，其主要掘進(jìn)參數(shù)與土壓平衡模式掘進(jìn)一樣，主要控制土倉(cāng)壓力、推力、扭矩。一般來(lái)說(shuō)半敞開模式掘進(jìn)的破巖是以滾壓破巖為主，切削破巖為輔。半敞開模式介于敞開式和土壓平衡模式之間，如果地質(zhì)情況稍好即可轉(zhuǎn)向敞開模式，稍差則可轉(zhuǎn)為土壓平衡模式。半敞開模式下的盾構(gòu)要求有土壓平衡模式下的全部功能。因此掘進(jìn)模式選擇的基本原理應(yīng)根據(jù)工作面穩(wěn)定情況而定。

?掘進(jìn)模式163土壓平衡模式

土壓平衡式掘進(jìn)主要用于開挖面不能自穩(wěn)風(fēng)化巖層、軟流塑性的軟粘土地層、淤泥、砂土層、軟硬不均地層的盾構(gòu)掘進(jìn)施工。土壓平衡式就是在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)開挖時(shí)，利用開挖下來(lái)的碴土進(jìn)行加壓或加注輔助材料產(chǎn)生的壓力來(lái)平衡開挖面的土壓及地下水壓力，保持掌子面的穩(wěn)定，以避免掌子面坍塌或地層失水過(guò)多而引起地表下沉的一種盾構(gòu)掘進(jìn)模式。如下圖所示，在盾構(gòu)開挖時(shí)土倉(cāng)內(nèi)的壓力P2和掌子面上的壓力P1相平衡，其中P2包括土倉(cāng)內(nèi)碴土的壓力和注入材料的壓力，P1等于松弛壓力和地下水壓力的總和，這種掘進(jìn)模式即為土壓平衡模式。

?掘進(jìn)模式17

?掘進(jìn)模式土壓平衡模式示意圖土倉(cāng)及螺機(jī)壓力分布圖土壓平衡模式示意圖土倉(cāng)及螺機(jī)壓力分布圖18★要求：

（1）盾構(gòu)土壓傳感器必須保證其完好性能，必要時(shí)需對(duì)土壓傳感器進(jìn)行檢查校正，以便對(duì)土倉(cāng)內(nèi)的土壓進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，這是保證掘進(jìn)過(guò)程中控制壓力平衡的參照數(shù)據(jù)；（2）刀盤一定要適應(yīng)掘進(jìn)需要，特別是開口率、開口形狀及布置對(duì)開挖時(shí)的影響非常大，刀具也必須適應(yīng)于軟土開挖；（3）盾構(gòu)必須具有完好的碴土改良系統(tǒng)及刀盤噴水沖刷系統(tǒng)?？梢栽诓煌貙又懈鶕?jù)需要進(jìn)行碴土改良、控制出碴量和保證土壓穩(wěn)定；（4）必須保證鉸接密封和盾尾密封的完好性能，確認(rèn)其防水性能是否能滿足土壓平衡模式掘進(jìn)施工；

?掘進(jìn)模式19★要求：（5）主軸承密封必須能承受一定的壓力，必要時(shí)應(yīng)做壓力測(cè)試試驗(yàn)；（6）人倉(cāng)是用于在壓力模式下人員進(jìn)出土倉(cāng)的通道，也是土壓平衡盾構(gòu)必不可少的重要部件之一，所以人倉(cāng)保壓系統(tǒng)必須提前調(diào)試好，根據(jù)施工需要時(shí)能及時(shí)的使用；（7）控制好螺機(jī)的出碴量及出碴速度，螺機(jī)前后倉(cāng)門必須可以隨時(shí)關(guān)閉，螺機(jī)伸縮必須保證完好，螺機(jī)倉(cāng)門關(guān)閉后必須能建立土塞效應(yīng)，必須有防噴涌功能；（8）應(yīng)具備超前注漿的能力，以應(yīng)對(duì)特殊地質(zhì)情況。

?掘進(jìn)模式20★特點(diǎn)：盾構(gòu)土倉(cāng)處于有壓工作，要保持土倉(cāng)壓力平衡，有效控制掘進(jìn)速度和出碴速度是掘進(jìn)操作的關(guān)鍵。土壓平衡模式比較容易在土倉(cāng)和刀盤上形成泥餅，所以碴土改良是掘進(jìn)的關(guān)鍵。碴土改良的目的是：降低刀盤扭矩、增加碴土的流動(dòng)性，降低碴土的滲透性，從而達(dá)到順利排碴、堵水、減磨、降扭及保壓等。在土倉(cāng)內(nèi)提供平衡壓力的方式主要有以下兩種：一是在土倉(cāng)內(nèi)充滿碴土以產(chǎn)生壓力；二是向土倉(cāng)內(nèi)加注輔助材料如泡沫、膨潤(rùn)土和壓縮空氣建立一定的壓力。土倉(cāng)壓力值應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)情況設(shè)定。由于螺機(jī)排碴受到壓力壓縮的影響，因此壓力傳感儀所測(cè)得的壓力要低于實(shí)際作用于工作面的壓力。

?掘進(jìn)模式21★特點(diǎn)：在土倉(cāng)內(nèi)提供平衡壓力的方式主要有以下兩種：一是在土倉(cāng)內(nèi)充滿碴土以產(chǎn)生壓力；二是向土倉(cāng)內(nèi)加注輔助材料如泡沫、膨潤(rùn)土和壓縮空氣建立一定的壓力。土倉(cāng)壓力值應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)情況設(shè)定。由于螺機(jī)排碴受到壓力壓縮的影響，因此壓力傳感儀所測(cè)得的壓力要低于實(shí)際作用于工作面的壓力。

?掘進(jìn)模式一、盾構(gòu)法施工概述

?目錄二、掘進(jìn)模式四、掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換技術(shù)五、總結(jié)三、掘進(jìn)參數(shù)選擇22

隨著城市地鐵建設(shè)盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的復(fù)合式盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到軟硬復(fù)合地層隧道施工，盾構(gòu)掘進(jìn)施工出現(xiàn)的問(wèn)題主要是在軟硬復(fù)合地層和孤石段施工中，刀具磨損嚴(yán)重更換困難致使掘進(jìn)受阻、刀盤磨損使刀盤強(qiáng)度和剛度降低而無(wú)法掘進(jìn)、刀盤受力不均使主軸承受損或主軸承密封被破壞等等。造成盾構(gòu)掘進(jìn)受困的主要原因首先是地質(zhì)情況不明，再就是盾構(gòu)機(jī)刀盤及相關(guān)設(shè)計(jì)與勘測(cè)地層嚴(yán)重不吻合，其次是遇到特殊情況認(rèn)識(shí)不到位，在對(duì)象不明確的情況下盲目掘進(jìn)，在不明情況下采用的掘進(jìn)參數(shù)不合理，導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)受到嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇231穩(wěn)定地層參數(shù)選擇

穩(wěn)定地層一般都是硬巖地層，在穩(wěn)定地層中掘進(jìn)可采用敞開式、半敞開式；由于地層穩(wěn)定，開挖時(shí)不會(huì)對(duì)地表沉降造成大的影響，因此不需要考慮工作面穩(wěn)定。一般采用敞開模式，采用敞開模式并不是為了像TBM掘進(jìn)機(jī)一樣獲得很高的掘進(jìn)速度，主要目的是以保護(hù)刀盤刀具為目的，提高刀具利用率，延長(zhǎng)刀具使用壽命，降低施工成本。在穩(wěn)定地層中，由于巖石節(jié)理裂隙的存在，即使工作面是穩(wěn)定的，但地下水可能滲入土倉(cāng)排出，在空倉(cāng)的狀況下很容易造成地下水的流失，為控制因地下水的流失造成的地表沉降，也要建立局部氣壓模式掘進(jìn)，同時(shí)解決了地下水的流失，保證了同步注漿的飽和，也有效的控制管片成形質(zhì)量，避免管片錯(cuò)臺(tái)及變形引起的破損漏水等現(xiàn)象。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇24敞開模式掘進(jìn)參數(shù)時(shí)土倉(cāng)內(nèi)土壓力接近為零，此時(shí)其主要掘進(jìn)參數(shù)為掘進(jìn)推力(P)、掘進(jìn)扭矩(T)、刀盤轉(zhuǎn)速(R)以及掘進(jìn)速度(V)，螺機(jī)的轉(zhuǎn)速(r)、注漿速度(q)和注漿壓力（P）。推力的大小決定刀具的貫入度，推力越大，刀具的貫入度越大，貫入度大，則刃間破裂的巖塊就大；反之推力越小，刀具的貫入度就越小，貫入度小，則刃間破裂的巖塊就小。對(duì)于采用雙刃滾刀破巖時(shí)，貫入度過(guò)大時(shí)，容易造成刀圈受側(cè)向力而產(chǎn)生斷裂或裂紋，從而破壞刀具或造成掘進(jìn)效率反而低下。一般盾構(gòu)雙刃滾刀的刀間距為90mm左右，根據(jù)巖石破裂角的計(jì)算，刀具的貫入度不宜大于15mm。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇25

?掘進(jìn)參數(shù)選擇巖石強(qiáng)度、刀具貫入度與推力、滾動(dòng)力關(guān)系圖261.1推力

盾構(gòu)推力F包括：克服土的粘結(jié)力或滾刀破巖所需的推力F1；克服外殼與巖土之間摩擦阻力的推力F2；克服刀盤承受的工作面上的主動(dòng)土壓力所需的推力F3；克服管片與盾尾間摩擦阻力的推力F4；后續(xù)后配套設(shè)備所需的牽引力F5，其中F4、F5較小。則推力F=F1+F2+F3+F4+F5。考慮曲線及脫困等需要，一般應(yīng)考慮50%的放大系數(shù)。經(jīng)驗(yàn)公式：F=β·D2（KN），其中：D—盾構(gòu)外徑（m）；β—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，β值取500～1200。理論推力計(jì)算值往往比經(jīng)驗(yàn)值小很多。敞開掘進(jìn)時(shí)經(jīng)驗(yàn)推力一般為：F=800～1400t。在總推力構(gòu)成中，刀具切削所需的推力一般在30%以下；克服開挖面壓力一般占10～30%；克服外殼摩擦占到50～60%。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇27

?掘進(jìn)參數(shù)選擇環(huán)數(shù)總推力F推進(jìn)速度mm/min貫入度mm/r盾構(gòu)外徑m813953033.611.26.258141010329.69.876.25815838535.211.76.25817949132.810.96.258441552415.25.16.258451131629.69.876.258461350423.27.76.258471757014.44.86.25…10041191838.415.366.2510051105937.612.56.2510061122933.611.26.2528

穩(wěn)定地層敞開式的參數(shù)選擇，理論上先根據(jù)滾壓破巖分析，由盾構(gòu)刀具布置和設(shè)計(jì)推力限值確定其最大貫入度，然后計(jì)算其推力，并由貫入度和推力計(jì)算所需的最低扭矩，然后根據(jù)盾構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)能力，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整各掘進(jìn)參數(shù)以滿足要求。而在實(shí)際掘進(jìn)操作中，首先是啟動(dòng)刀盤，其次調(diào)整刀盤轉(zhuǎn)速，然后啟動(dòng)推進(jìn)泵掘進(jìn)，并不斷調(diào)整推進(jìn)油缸的油壓，控制好掘進(jìn)速度和刀盤扭矩，控制好貫入度，使之達(dá)到較快的掘進(jìn)速度。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇291.2轉(zhuǎn)速和扭矩

盾構(gòu)的刀盤轉(zhuǎn)速和扭矩是最難選擇的，主要因?yàn)榈貙拥木鶆蛐院凸?jié)理裂隙的分布難以確定。在均勻巖石地層一般應(yīng)采用較高的轉(zhuǎn)速滾壓巖石才能達(dá)到有效的掘進(jìn)，刀盤轉(zhuǎn)速是決定盾構(gòu)掘進(jìn)性能的重要因素之一，刀盤轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)滾刀的允許旋轉(zhuǎn)速度、主驅(qū)動(dòng)密封允許線速度、刀盤卸碴口排碴能力、刀盤振動(dòng)情況而定。對(duì)于脆性巖石（如花崗巖、礫質(zhì)砂巖、大理石等）高轉(zhuǎn)速破巖更為有利，因此在此類巖石中掘進(jìn)的轉(zhuǎn)速一般為3～5rpm，而對(duì)于韌性巖石（如頁(yè)巖、粉質(zhì)砂巖等）刀盤轉(zhuǎn)速不宜太高，因此在此類巖石中掘進(jìn)的轉(zhuǎn)速一般為2～3rpm。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇30

根據(jù)等功率原理，刀盤的轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)扭矩具有一定的關(guān)系：轉(zhuǎn)速大，則扭矩減??；轉(zhuǎn)速小，則扭矩大。假如盾構(gòu)的脫困扭矩為4600kN·m，為了保護(hù)盾構(gòu)在掘進(jìn)中設(shè)定的扭矩限制值為3000kN·m。在某地層地鐵區(qū)間施工中，采用了刀盤轉(zhuǎn)速為1.8～2.0rpm，扭矩為1300～1500kN·m，其掘進(jìn)速度可達(dá)到8～12mm/min。如果扭矩為2000～3000kN·m掘進(jìn)，其掘進(jìn)速度可達(dá)到20～30mm/min。但是扭矩超過(guò)3000kN·m掘進(jìn)兩環(huán)刀具損壞比較嚴(yán)重，極可能損壞刀具，值得注意的是在盾構(gòu)掘進(jìn)中，一定要控制好刀盤扭矩，如果控制不好刀盤扭矩，就會(huì)不斷發(fā)生變化，一旦刀盤扭矩大于限定值，盾構(gòu)主驅(qū)動(dòng)就會(huì)跳閘停機(jī)，降低施工速度。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇31

在工作面能夠自穩(wěn)節(jié)理裂隙發(fā)育而地下水不豐富的不均質(zhì)巖層中掘進(jìn)，為了防止刀盤振動(dòng)和刀具受力的過(guò)大波動(dòng)，不宜采用高轉(zhuǎn)速進(jìn)行掘進(jìn)，就像在不平整的路面駕駛汽車一樣，不宜高速行駛，否則會(huì)造成汽車顛簸、輪胎受損。因此在此類地層中一般采用低轉(zhuǎn)速和較小貫入度掘進(jìn)，起到保護(hù)刀具的作用，延長(zhǎng)刀具的使用壽命。根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)施工經(jīng)驗(yàn)，在泥質(zhì)、粉質(zhì)砂巖中含有孤石群地層中掘進(jìn)，則掘進(jìn)時(shí)刀盤轉(zhuǎn)速宜控制在1.0～1.5rpm，推力控制1200～1600t，掘進(jìn)扭矩維持在1200kN·m左右，其掘進(jìn)速度控制8～12mm/min，值得注意的是在孤石掘進(jìn)中一定要控制低轉(zhuǎn)速，小扭矩，慢速度掘進(jìn)。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇32

在節(jié)理裂隙發(fā)育的巖層中掘進(jìn)，如果地下水比較豐富，此時(shí)應(yīng)采用半敞開模式掘進(jìn)或土壓模式掘進(jìn)。盾構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)半敞開模式的設(shè)計(jì)工作氣壓為≤1.5bar，一般工作氣壓可以根據(jù)地層埋深來(lái)定，適當(dāng)高于地層埋深0.1～0.3bar即可，如果掘進(jìn)時(shí)地下水壓高出1.5Bar時(shí)，也不能采用半敞開模式掘進(jìn)，因?yàn)榇藭r(shí)即使建立1.5bar的氣壓掘進(jìn)，地下水還會(huì)滲入土倉(cāng)，一方面可能造成地表沉陷超限，另一方面，由于地下水的滲入會(huì)造成螺旋輸送機(jī)出料口處發(fā)生噴涌，從而使盾構(gòu)無(wú)法正常施工，嚴(yán)重影響工作環(huán)境，降低施工質(zhì)量，因此在此類地層中盡管工作面具有自穩(wěn)能力，也應(yīng)采用土壓模式掘進(jìn)。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇33

半敞開模式的掘進(jìn)參數(shù)中土倉(cāng)內(nèi)壓力跟據(jù)地下水壓而確定，在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，因隧道上覆巖土層厚度大于10m，而地下水位位于地表以下1.0～2.0m，因此采用半敞開式掘進(jìn)時(shí)，一般都建立上部壓力為1.2～1.5bar掘進(jìn)，其它掘進(jìn)參數(shù)如扭矩、刀盤轉(zhuǎn)速、排碴速度、注漿壓力與此類地層中敞開式掘進(jìn)一樣，但是由于建立了局部氣壓，盾構(gòu)掘進(jìn)推力就需要做相應(yīng)的調(diào)整，一般掘進(jìn)推力為1000～1300t。無(wú)論是那一種掘進(jìn)模式，都要求螺旋輸送機(jī)的排碴速度與盾構(gòu)掘進(jìn)速度相匹配，要求掘進(jìn)切削的碴土量與排出的碴土量達(dá)到相對(duì)平衡。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇34

在敞開模式掘進(jìn)中，螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是根據(jù)掘進(jìn)速度和土倉(cāng)內(nèi)壓力傳感器顯示的壓力進(jìn)行調(diào)整，主要是要確保土倉(cāng)內(nèi)無(wú)壓力。在半敞開模式掘進(jìn)中，螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)也是根據(jù)掘進(jìn)速度和土倉(cāng)內(nèi)壓力傳感器顯示的壓力進(jìn)行調(diào)整，主要是要達(dá)到與掘進(jìn)速度相匹配的出碴速度，同時(shí)還要保證螺旋輸送機(jī)出料口處不發(fā)生噴涌現(xiàn)象。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇351.3注漿參數(shù)

同步注漿作用主要是及時(shí)充填管片后間隙，確保管片環(huán)獲得早期穩(wěn)定，改善管片受力條件，防止管片局部破損，有利于盾構(gòu)掘進(jìn)方向的控制。如果管片與圍巖間間隙充填不及時(shí)，管片環(huán)向接縫的縱向連接處的螺栓孔很容易產(chǎn)生開裂破損，有時(shí)管片縱向連接處也會(huì)產(chǎn)生開裂破損；且若注漿壓力小于≤1.5Bar時(shí)，管片環(huán)也會(huì)發(fā)生破損情況；當(dāng)注漿壓力大于4.0Bar時(shí)，會(huì)造成管片環(huán)間錯(cuò)臺(tái)，當(dāng)注漿壓力大于6.0Bar時(shí)會(huì)造成盾尾密封刷失效導(dǎo)致盾尾密封處漏漿，也可能注入到刀盤土倉(cāng)，因此在穩(wěn)定巖層中盾構(gòu)施工同步注漿的注漿壓力應(yīng)控制在2.0～2.5Bar，為了保證注漿連續(xù)性，防止管路堵塞，在安裝管片的過(guò)程中適當(dāng)泵送2～3下，每環(huán)掘進(jìn)前期的注漿壓力宜稍低一點(diǎn)，掘進(jìn)過(guò)程中注漿壓力再提高到設(shè)計(jì)壓力值，注漿速率必須保證與掘進(jìn)速度相匹配。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇36

同步注漿的速度q（L/min）應(yīng)與盾構(gòu)掘進(jìn)速度相匹配，例如盾構(gòu)機(jī)刀盤的開挖直徑為6.3m，而管片環(huán)的外徑為6.0m，因此穩(wěn)定地層的每延米環(huán)形間隙注漿量為3.5m3/m，與掘進(jìn)速度相匹配的注漿速度如表：

?掘進(jìn)參數(shù)選擇掘進(jìn)速度(mm/min)1020304050607080注漿速度(L/min)3570110140180210250280因此無(wú)論是從控制地層變形方面，還是保證施工質(zhì)量方面，應(yīng)優(yōu)先選擇同步注漿，如果盾尾脫出后沉降無(wú)法得到控制，應(yīng)二次補(bǔ)注漿給予填充，最好是在掘進(jìn)過(guò)程中保證同步注漿量充足，根據(jù)注漿壓力判斷，可以降低掘進(jìn)速度，加大注漿量，可達(dá)到控制地表沉降的最佳效果。372不穩(wěn)定地層參數(shù)選擇在不穩(wěn)定地層中掘進(jìn)，必須采用土壓平衡模式掘進(jìn)，對(duì)于復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)采用土壓平衡模式掘進(jìn)可獲得很高的掘進(jìn)速度，且刀盤和刀具不易磨損，更不容易被破壞。土壓平衡模式掘進(jìn)參數(shù)的關(guān)鍵是土倉(cāng)內(nèi)的土壓力值的確定，土壓平衡掘進(jìn)模式的土倉(cāng)內(nèi)土壓力值的確定應(yīng)采用兩方面相結(jié)合，一方面根據(jù)掌子面的穩(wěn)定分析確定土壓力作為初始?jí)毫υO(shè)定值，另一方面根據(jù)實(shí)際施工過(guò)程中所獲得的地層沉降信息進(jìn)行調(diào)整，以確保盾構(gòu)施工滿足環(huán)境的要求。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇38在不穩(wěn)定地層中推力的確定，主要取決于破巖方式及不穩(wěn)定地層所需的土壓力阻力。破巖的方式為切削破巖，滾刀是間接破巖，由于滾刀與掌子面的接觸面積大，因此主要按切削破巖方式考慮，同時(shí)考慮到滾刀參與破巖，對(duì)貫入度進(jìn)行必要的限制。由于快速掘進(jìn)盾構(gòu)主機(jī)周圍的土體沒(méi)有發(fā)生局部坍塌，且開挖直徑（6.28～6.3m）大于盾構(gòu)殼體直徑(6.26m)，盾構(gòu)主機(jī)周圍的土體壓力對(duì)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)前移推力影響不大，掘進(jìn)推力受的阻力與穩(wěn)定地層的阻力相差不大，一般掘進(jìn)中約為300t左右,假如地層埋深12m～20m，應(yīng)建立土壓力為1.6～2.2kg/cm2，土壓反阻力為：490t～680t；刀具所消耗的力為120t；再加上滾刀需要的推力，因此在不穩(wěn)定地層中掘進(jìn)推力約為1100～1500t之間。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇39在不穩(wěn)定地層中掘進(jìn)時(shí)的扭矩包含切削扭矩、刀盤的旋轉(zhuǎn)阻力矩、刀盤所受推力荷載產(chǎn)生的反力矩、密封裝置所產(chǎn)生的摩擦力矩、刀盤的前端面的摩擦力矩、刀盤后面的摩擦力矩、刀盤開口的剪切力矩、土倉(cāng)內(nèi)的攪動(dòng)力矩等，以上除切削扭矩和當(dāng)盤正面的摩擦力矩與掘進(jìn)的其它參數(shù)密切相關(guān)外，其余的扭矩值基本上不變，經(jīng)計(jì)算不穩(wěn)定地層掘進(jìn)的扭矩約為3200～4120kN.m，刀盤的轉(zhuǎn)速為1.6～2.2rpm；但是在實(shí)際施工過(guò)程中，以上參數(shù)是需要進(jìn)行不斷調(diào)整，一方面是由于地層的巖土性能在不斷變化，另一方面在掘進(jìn)過(guò)程中碴土的性狀由于改良的效果不同對(duì)掘進(jìn)參數(shù)影響較大，同時(shí)因機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和其他原因（如油溫和掘進(jìn)姿態(tài)的調(diào)整等）也會(huì)造成掘進(jìn)參數(shù)變化，在不穩(wěn)定地層中盾構(gòu)掘進(jìn)的扭矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系和在穩(wěn)定地層中掘進(jìn)一樣，選擇好刀盤轉(zhuǎn)速控制好刀盤扭矩是關(guān)鍵。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇40不穩(wěn)定地層掘進(jìn)時(shí)，必須密切關(guān)注出碴量是否與掘進(jìn)速度相符，同時(shí)關(guān)注碴土的改良效果是否合適？碴土控制是不穩(wěn)定地層掘進(jìn)的關(guān)鍵控制要素，一方面碴土控制與土壓力息息相關(guān)，在掘進(jìn)過(guò)程中引起土壓力的變化因素很多，需要進(jìn)行具體分析，經(jīng)常檢查掘進(jìn)速度是否與螺旋輸送機(jī)出碴速度相匹配，特別是要注意掘進(jìn)速度是否發(fā)生明顯的變化，掘進(jìn)速度發(fā)生突然的變化，可能地層發(fā)生了較大的變化，也可能是平衡壓力過(guò)小，導(dǎo)致工作面產(chǎn)生坍塌。出碴速度大于掘進(jìn)速度所切削的碴土量，可能會(huì)表現(xiàn)出三種形式：

?掘進(jìn)參數(shù)選擇41一是土倉(cāng)內(nèi)壓力降低，此時(shí)說(shuō)明工作面具有暫時(shí)的穩(wěn)定，但是會(huì)發(fā)生一定的沉降，從而引起地表沉降加大，減小螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，降低出碴速度，確保掘進(jìn)速度與出碴相匹配，以保證土倉(cāng)內(nèi)壓力穩(wěn)定可控；二是土壓力不變，出碴量增大，長(zhǎng)時(shí)間如此掘進(jìn)必然會(huì)造成地層局部坍陷，因此對(duì)于這種“虛假的平衡”需要高度警覺(jué)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，讓掘進(jìn)速度與排土量相匹配；三是土壓力增大，則說(shuō)明地層發(fā)生了坍塌，此時(shí)應(yīng)降低螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速和出料口的開啟度，以建立較高的平衡壓力掘進(jìn)，確保坍塌不再發(fā)展。而出碴速度放慢后，則土倉(cāng)內(nèi)土壓力必然會(huì)升高，因而會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)速度下降，甚至造成地表隆起，此時(shí)應(yīng)控制好螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，使掘進(jìn)速度與排碴量相匹配。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇42在不穩(wěn)定地層掘進(jìn)中，碴土的性狀（流動(dòng)性和止水性）對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)影響很大。碴土的流動(dòng)性不好極易造成刀盤前方形成泥餅，輕則造成掘進(jìn)效率降低，出碴效率低下；重則造成無(wú)法掘進(jìn)，甚至刀盤無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)；碴土的止水性不好極易造成出碴時(shí)發(fā)生噴涌現(xiàn)象，致使對(duì)工作面的壓力反復(fù)進(jìn)行卸壓、加壓，更容易造成工作面坍塌，加大地表沉降，甚至發(fā)生塌陷。在掘進(jìn)過(guò)程中必須使用泡沫劑或者膨潤(rùn)土對(duì)碴土進(jìn)行改良，并保證碴土的改良效果，否則碴倉(cāng)碴土位升高后，必形成泥餅或發(fā)生噴涌現(xiàn)象而影響掘進(jìn)。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇43在不穩(wěn)定地層中的掘進(jìn)施工，壁后注漿的質(zhì)量對(duì)盾構(gòu)隧道的影響較大，壁后注漿的目的主要是：①控制地層沉降，②提高隧道的止水性能，③確保管片襯砌的穩(wěn)定，以利于掘進(jìn)姿態(tài)的控制和防止管片局部破損錯(cuò)臺(tái)；實(shí)際施工過(guò)程中根據(jù)不同地地段和不同的地表環(huán)境要求進(jìn)行調(diào)整，主要是調(diào)整初凝時(shí)間，配比的初凝時(shí)間可調(diào)整在4～8小時(shí)左右，其終凝強(qiáng)度大于5MPa；同時(shí)為了防止過(guò)大的注漿壓力造成管片局部錯(cuò)臺(tái)和損壞，非惰性水泥系砂漿的同步注漿壓力不宜大于5Bar，一般注漿壓力應(yīng)控制在2～3Bar，在管片安裝過(guò)程中為保持注漿管路的暢通，可以適當(dāng)?shù)靥岣咦{壓力，但漿壓力不得超過(guò)4Bar，由此也可以保證注漿量不低于理論量的1.5倍，同步注漿對(duì)控制地層下沉效果明顯。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇443軟硬復(fù)合地層和孤石段的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)在軟硬不均地層的掘進(jìn)參數(shù)必須得到有效的控制，其推力應(yīng)為刀具所受的力加上盾構(gòu)前移和后配套前移所需克服的摩擦阻力，刀具破巖推力只能按硬巖部分滾刀受力計(jì)算確定，盲目加大推力對(duì)掘進(jìn)是“有百害而無(wú)一利”；同時(shí)在這種地層中掘進(jìn)，刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)不宜采用太大的轉(zhuǎn)速進(jìn)行掘進(jìn)，為了防止刀盤振動(dòng)和刀具受力的過(guò)大波動(dòng)，一般宜采用較低的轉(zhuǎn)速1.0～1.2rpm左右，且貫入度不宜超過(guò)10mm，為了保護(hù)刀盤刀具，在軟硬不均的特殊地層中不宜追求掘進(jìn)速度。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇45軟硬復(fù)合地層盾構(gòu)掘進(jìn)的掘進(jìn)參數(shù)變化較大，這是適應(yīng)不同巖土層掘進(jìn)的物理需要，特別是在軟硬相差較大時(shí)，合理的選擇掘進(jìn)參數(shù)尤其關(guān)鍵，否則可能會(huì)造成刀具的非正常破壞，直接影響施工的正常進(jìn)行和加大施工成本。由于要滿足軟硬巖層掘進(jìn)的要求，為防止地面沉降，建立土壓，因此會(huì)造成地層局部隆起，對(duì)控制地層的最終沉降量是有利的。如果掘進(jìn)孤石群段，出碴不暢時(shí)，可能是孤石堵住出料口，有條件的情況考慮常壓或者帶壓進(jìn)倉(cāng)對(duì)刀具進(jìn)行檢查，并對(duì)碴倉(cāng)內(nèi)的孤石進(jìn)行打撈清理。

?掘進(jìn)參數(shù)選擇一、盾構(gòu)法施工概述

?目錄二、掘進(jìn)模式三、掘進(jìn)參數(shù)選擇五、總結(jié)四、掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換技術(shù)461掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵技術(shù)掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于對(duì)地層穩(wěn)定性的判斷、碴土改良效果的判斷以及盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)變化的判斷；掘進(jìn)模式的轉(zhuǎn)換主要由掌子面的穩(wěn)定性和地表沉陷的要求控制出碴量，確保土倉(cāng)壓力穩(wěn)定。掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換主要由以下幾個(gè)因素決定進(jìn)行調(diào)整：掘進(jìn)速度、排碴速度、供氣速度、土倉(cāng)壓力控制、碴土改良。轉(zhuǎn)換掘進(jìn)模式的方法主要是出碴量和掘進(jìn)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)，在掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，調(diào)節(jié)螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到控制出碴量滿足其掘進(jìn)模式的要求，同時(shí)根據(jù)地層狀況和掘進(jìn)模式，不斷地調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，使其與對(duì)應(yīng)地層相適應(yīng)，從而達(dá)到盾構(gòu)掘進(jìn)效率最大化、成本最優(yōu)化的目標(biāo)。

?掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換技術(shù)47

掘進(jìn)模式的確定主要是根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)所穿越地層的穩(wěn)定性和地下水狀況，并結(jié)合隧道上部的環(huán)境來(lái)決定。在盾構(gòu)掘進(jìn)施工過(guò)程中，一般在編制實(shí)施性施工技術(shù)交底時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)給出的地質(zhì)條件初步確定掘進(jìn)模式及各種掘進(jìn)模式下的掘進(jìn)參數(shù)，但是由于工程地質(zhì)的復(fù)雜性和多變性，以及對(duì)地質(zhì)認(rèn)知手段的局限，對(duì)隧道所穿越的地質(zhì)很難完全掌握，因此在盾構(gòu)施工掘進(jìn)過(guò)程中，這些初步確定的掘進(jìn)模式和掘進(jìn)參數(shù)在實(shí)際掘進(jìn)中應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。

?掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換技術(shù)48在敞開模式下掘進(jìn)，如掘進(jìn)速度突然提高說(shuō)明工作面地層變軟，土倉(cāng)內(nèi)壓力突然增大說(shuō)明地層不穩(wěn)定，甚至局部出現(xiàn)了坍塌，此時(shí)應(yīng)盡快轉(zhuǎn)換成土壓平衡模式掘進(jìn)；如掘進(jìn)速度有所增大，但土倉(cāng)內(nèi)土壓力變化不大而碴土中含水量明顯增加，說(shuō)明地層完整性發(fā)生了變化，其節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水滲入到了土倉(cāng)，須轉(zhuǎn)換到半敞開模式掘進(jìn)，局部建立氣壓以防止地下水的流失。在土壓平衡模式掘進(jìn)過(guò)程中，如掘進(jìn)速度突然降低，并且通過(guò)對(duì)刀具的磨耗分析，刀具的磨損量還沒(méi)有達(dá)到須更換的程度，說(shuō)明地層變硬，此時(shí)若掘進(jìn)方向無(wú)變化，那么可將掘進(jìn)模式漸漸的轉(zhuǎn)換成半敞開式掘進(jìn)；但是若掘進(jìn)方向變化大且不易控制時(shí)，則說(shuō)明掘進(jìn)地層可能會(huì)是軟硬不均地層，此時(shí)不宜轉(zhuǎn)換掘進(jìn)模式，而應(yīng)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。注意，任何時(shí)候都不宜直接從土壓平衡模式轉(zhuǎn)換到敞開模式掘進(jìn)。

?掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換技術(shù)49

在半敞開模式掘進(jìn)過(guò)程中，在供氣速度正常的狀況下，若發(fā)現(xiàn)土倉(cāng)壓力升高，或螺旋輸送機(jī)出料口發(fā)生噴涌現(xiàn)象，說(shuō)明地層變軟，甚至局部出現(xiàn)了坍塌，或者氣壓不足以阻止地下水滲入土倉(cāng)，則應(yīng)快速轉(zhuǎn)換到土壓平衡模式掘進(jìn)。若發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)速度突然降低，且碴土比較干和松散，則說(shuō)明掘進(jìn)工作面的地層進(jìn)一步變硬，此時(shí)可轉(zhuǎn)換到敞開模式掘進(jìn)。任何掘進(jìn)模式的轉(zhuǎn)換，都必須清楚地層沉降變化情況，并由此判斷掘進(jìn)模式的轉(zhuǎn)換可能對(duì)地層沉降帶來(lái)的影響。轉(zhuǎn)換掘進(jìn)模式的主要方法是通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制掘進(jìn)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是調(diào)節(jié)土倉(cāng)內(nèi)的碴土量使之達(dá)到滿倉(cāng)、三分之二、半倉(cāng)、三分之一的碴土，其相應(yīng)的掘進(jìn)模式為土壓平衡模式、半敞開式、敞開式。在掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，掘進(jìn)參數(shù)也必須調(diào)整到與掘進(jìn)模式相適應(yīng)，以保證掘進(jìn)的順利進(jìn)行。

?掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換技術(shù)50在主控制室的電腦上，一般都可以顯示盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)扭矩、推力、土壓、油缸行程、速度和螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速、出料口的開啟度與土倉(cāng)內(nèi)的壓力值等相關(guān)數(shù)據(jù)，而掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換的最終表現(xiàn)形式是以土倉(cāng)內(nèi)的壓力來(lái)判斷，轉(zhuǎn)換掘進(jìn)模式是看土倉(cāng)內(nèi)碴土量是否與掘進(jìn)模式的要求量相吻合。對(duì)于盾構(gòu)掘進(jìn)施工來(lái)說(shuō)，其開挖直徑為6.3m，因此根據(jù)掘進(jìn)速度可計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)切削的碴土量Q=kπr2v(m3/min)，k為松散系數(shù)，據(jù)統(tǒng)計(jì)分析k=1.3～1.8之間，巖石地層松散系數(shù)大，土質(zhì)地層松散系數(shù)相對(duì)較小；另外可對(duì)出碴速度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，判斷出碴量與掘進(jìn)進(jìn)度的關(guān)系，并使之達(dá)到基本平衡。在掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，控制好出碴量，滿足其掘進(jìn)模式的要求，同時(shí)根據(jù)地層狀況和掘進(jìn)模式，不斷的調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，使盾構(gòu)掘進(jìn)達(dá)到效率最大化、成本最優(yōu)化的目標(biāo)。

?掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換技術(shù)512敞開模式與半敞開模式的相互轉(zhuǎn)換

敞開式向半敞開式轉(zhuǎn)換主要確保土倉(cāng)內(nèi)能夠保住氣壓，根據(jù)工程地質(zhì)和隧道埋深厚度，并保證土倉(cāng)內(nèi)要有一定量的碴土，以確保壓縮空氣不會(huì)通過(guò)碴土沿著螺旋輸送機(jī)逃逸，土倉(cāng)內(nèi)的碴土在滿足滲透性的要求下，土倉(cāng)內(nèi)的碴土還必須具有一定的高度，以滿足在螺旋輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)出碴時(shí)，螺旋輸送機(jī)進(jìn)料口上部的碴土能夠保持土倉(cāng)內(nèi)的氣壓，土倉(cāng)內(nèi)的碴土高度應(yīng)高出螺旋輸送機(jī)進(jìn)料口的上部1～3m。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，應(yīng)先將螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速適當(dāng)調(diào)低，使出碴量小于掘進(jìn)所切削下來(lái)的碴土量，使土倉(cāng)內(nèi)的碴土高度升高到氣壓平衡所需的高度，同時(shí)向土倉(cāng)內(nèi)注入壓縮空氣建立所需土壓值，及時(shí)調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量使氣壓值相對(duì)穩(wěn)定。

?掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換技術(shù)52由于土倉(cāng)壓力的提高，為了保持掘進(jìn)速度應(yīng)適當(dāng)?shù)脑龃笸屏Γ绻诔ㄩ_模式掘進(jìn)時(shí)的刀盤轉(zhuǎn)速較高，則應(yīng)降低刀盤轉(zhuǎn)速，控制在1.2～1.5rpm以內(nèi)，防止轉(zhuǎn)速快造成對(duì)地層的擾動(dòng)，以確保土壓力的穩(wěn)定，在半敞開式掘進(jìn)中，由于上部主要為壓縮空氣，壓縮空氣相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易泄漏，因此在施工過(guò)程中要密切關(guān)注土倉(cāng)內(nèi)的壓力變化，特別是在停機(jī)檢修和安裝管片時(shí)尤其如此。壓縮空氣的壓力發(fā)生變化的主要原因有如下幾個(gè)方面：壓縮空氣隨螺旋輸送機(jī)出碴時(shí)排出、沿地層空隙逃逸、沿盾構(gòu)鉸接密封處泄漏、充填因壁后注漿體收縮的空間等等。在盾構(gòu)掘進(jìn)施工過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生過(guò)管片安裝時(shí)土倉(cāng)內(nèi)氣體壓力下降的事件，造成地表沉降高出正常值達(dá)，這種現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，且有的操作司機(jī)及值班人員不重視，造成了嚴(yán)重的后果。半敞開模式掘進(jìn)時(shí)一般都需要不斷地向土倉(cāng)內(nèi)補(bǔ)充壓縮空氣，以穩(wěn)定土倉(cāng)壓力。

?掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換技術(shù)53半敞開模式向敞開模式轉(zhuǎn)換主要是要盡快地降低土倉(cāng)內(nèi)的壓力，同時(shí)降低土倉(cāng)內(nèi)的碴土高度，因此要加大螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將螺旋輸送機(jī)出料口的開啟度加大，以利于碴土的排出。在確定進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換后，應(yīng)首先減小供氣量，然后調(diào)整螺旋輸送機(jī)的排碴速度，降低土倉(cāng)內(nèi)的壓力，直至土倉(cāng)內(nèi)壓力降低到既定值為止。一般來(lái)說(shuō)半敞開模式向敞開模式轉(zhuǎn)換比較簡(jiǎn)單，但要注意對(duì)掘進(jìn)推力進(jìn)行控制，因?yàn)樵诎氤ㄩ_式掘進(jìn)時(shí)，大部分推力是抵消土倉(cāng)壓力對(duì)盾構(gòu)前進(jìn)的阻力，而敞開式掘進(jìn)時(shí)的推力主要是用于刀盤滾刀破巖。即使是在敞開模式下掘進(jìn)，也應(yīng)在土倉(cāng)內(nèi)保留一些碴土，這樣利于碴土改良便于螺旋輸送機(jī)出碴，通常應(yīng)保持土倉(cāng)內(nèi)的碴土高出螺旋輸送機(jī)進(jìn)料口的高度。

?掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換技術(shù)543、敞開模式與土壓平衡模式的相互轉(zhuǎn)換

敞開式向土壓平衡模式轉(zhuǎn)換的過(guò)程主要是要盡快建立所需的土壓，減小螺旋輸送機(jī)出碴速度，讓碴土盡快填充敞開模式土倉(cāng)內(nèi)的空間，盡快建立土倉(cāng)壓力支撐掌子面，以支撐地層的穩(wěn)定；當(dāng)土壓力達(dá)到設(shè)計(jì)土壓值后，螺旋輸送機(jī)進(jìn)行正常排土出碴，并使出碴速度與土壓平衡模式的掘進(jìn)速度相平衡，以保持土壓的穩(wěn)定。如果在轉(zhuǎn)換過(guò)程中土壓力建立緩慢，應(yīng)立即關(guān)閉螺旋輸送機(jī)的出碴口，盡快建立設(shè)計(jì)土壓值，確保掌子面穩(wěn)定。敞開式向土壓平衡模式轉(zhuǎn)換時(shí)，極容易在刀盤前方和土倉(cāng)里形成泥餅，因此對(duì)碴土改良必須高度重視，既要注意碴土的流動(dòng)性，又要注意碴土的止水性，一般從敞開式向土壓平衡模式轉(zhuǎn)換

?掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換技術(shù)55說(shuō)明地層發(fā)生了較大的變化，存在局部巖層與局部土層的過(guò)度面，巖面與土層的結(jié)合面是地層滲水的主要通道，因此水容易流入土倉(cāng)內(nèi)，當(dāng)壓力建立后容易發(fā)生噴涌現(xiàn)象，從而造成土倉(cāng)壓力不穩(wěn)定，極可能會(huì)造成地層坍塌敞開式向土壓平衡模式轉(zhuǎn)換的過(guò)程主要是要盡快建立所需的土壓，減小螺旋輸送機(jī)出碴速度，讓碴土盡快填充敞開模式土倉(cāng)內(nèi)的空間，盡快建立土倉(cāng)壓力支撐掌子面，以支撐地層的穩(wěn)定；當(dāng)土壓力達(dá)到設(shè)計(jì)土壓值后，螺旋輸送機(jī)進(jìn)行正常排土出碴，并使出碴速度與土壓平衡模式的掘進(jìn)速度相平衡，以保持土壓的穩(wěn)定。如果在轉(zhuǎn)換過(guò)程中土壓力建立緩慢，應(yīng)立即關(guān)閉螺旋輸