盾构施工关键技术讲座之三盾构掘进及参数控制讲座人：张厚美讲座人张厚美广州市盾建地下工程有限公司20117222011---本节主要内容：3.1 盾构掘进模式3.2 掘进参数的设定3.3 土仓渣土改良3.4 盾构掘进时效分析16:32广州盾建23.1 盾构掘进模式盾构机的掘进模式有土压平衡模式、敞开模式、土压与气压混合（半敞开）模式等三种模式。

敞开模式：适用于自稳、地下水少的岩层。

半敞开模式：适用于具有一定自稳能力和地下水压力不太高的地层。

土压平衡模式：适用于不能自稳的软土和富水地层。

11:25广州盾建3323.2掘进参数的设定(1) 土仓压力P1 土仓压力P1按深埋隧道与浅埋隧道两种情况进行计算。

当隧道埋深H<2D 时，为浅埋隧道；否则，为深埋隧道。

在浅埋隧道中上覆水土产生的压力全部作用 ①在浅埋隧道中，上覆水土产生的压力全部作用于开挖面。

一般取刀盘中心处的水土压力为准，按式计算按下式计算：11:25广州盾建4(1)(1)土仓压力P1计算P1=k0×γ×h ；式中：P1P1——k0k0———式中土仓压力；0侧压力系数；γ土的容重；D —为盾构外径。

可按参考值选取砂土的 侧压力系数ko 可按参考值选取；砂土的ko 值为0.35～0.45；粘性土的ko 值为0.5～0.7，也可利半经验公式用半经验公式：ko ko=1=1--sin a 其中a 为土的有效内摩擦角，一般为12°～25°11:25广州盾建5土仓压力P1计算示意图±0.00h盾构机D隧道外径6.0盾构外径φ6.2511:25广州盾建—6—②当隧道埋深H>2D 时由于隧道埋深较大，因土体在隧道上方形成拱效应，上部土压力不会完全作用于开挖面。

可按太沙基（Terzaghi ）理论计算盾构所受的垂直载荷。

即松动圈高度ha ：tg H tg H P C B φλφγ⋅−⋅−⎞⎛−0/B B a e e tg h γφλ+⎟⎟⎠⎜⎜⎝−=1式中：λ—地层的侧压系数；γ—为上覆地层的平均C ——内摩擦角。

浮容重；凝聚力；φ内摩擦角11:25广州盾建7松动圈高度ha计算示意图ζηη=45°φ2ζ=45°+φ211:25广州盾建—8—一般情况下，土仓压力可在1.0～3.0kg/cm 2范围内取值，具体将取决于地面的监测结果。

11:25广州盾建—9—(2) 千斤顶推力F(2)确定推力需考虑以下因素：盾构机推进需克服的摩擦力①盾构机推进需克服的摩擦力。

②克服刀盘前的水土压力。

③掘进速度。

④管片的承受能力。

控制掘进方向⑤控制掘进方向。

⑥刀盘最大扭矩。

11:25广州盾建10(2)(2)千斤顶推力F海瑞克盾构机大推力3989t ，正常掘进阶段时推力800～1500t 2000～2500t 。

，特殊情况时推力11:25广州盾建11(3)(3)刀盘转速海瑞克盾构机刀盘在使用不同掘进模式时，其转速在一定范围内连续可调。

一般来说，对于较疏松的地层采取较低的15rpm 转速推进（1-1.5rpm ）；对于较密实或强度较高的岩层则采取较高密实或度层则取的转速推进（1.51.5--3rpm ）。

11:25广州盾建1211:25广州盾建—1313——(4)(4)刀盘扭矩T 正常掘进时，扭矩应低于最大扭矩。

刀盘的最大扭矩为5350kN.m （脱困扭矩）。

当工作扭矩超过最大扭矩时，刀盘将停止转动，如多次正反转启动未果，即可启动脱困扭矩，使刀盘重新启动。

刀盘重新启动 正常掘进阶段时扭矩1500～3000kN.m ，特殊情况时大于3500kN.m 。

11:25广州盾建1411:25广州盾建—1515——(5) 螺旋机转速 该设备的总功率为315kW ，理论最大出土在掘进速度大为能力为497m 3/h 。

在掘进速度最大为时按照出土率计算每小8cm/min 时，按照100%出土率计算，每小时的出土松方量约为238m 3/h 。

一般螺旋机转速5-15rpm 。

11:25广州盾建16(6)(6)掘进速度v 掘进速度应根据土质、扭矩、推力和土仓压力等综合确定受土质影响最大压力等综合确定，受土质影响最大。

80mm/min 推进千斤顶最大速度为，各种地层中掘进速度经验值如下： 土层中掘进速度一般40～60mm/min ，中风化地层般微风化硬风化地层一般20～40mm/min ，微风化硬岩5～20mm/min 。

11:25广州盾建1711:25广州盾建—1818——(7)(7)注浆压力P2 盾尾注浆压力：取静水压力的1.1~1.2倍，一般2~3kg/cm 2，最大不超过3.0~4.0 kgfcm 2，下部g g 孔的压力比上部孔略大（0.5kg/cm 2左右）。

关键是使浆液不会进入土仓和压坏管片，且控制地面的隆陷值在允许范围内。

(8) (8)注浆量V1 V1是在管片与土体之间的空隙体积的基础上，再，考虑1.3～2.5扩大系数确定的。

一般每环的注浆～3量V1≈57m 。

11:25广州盾建1911:25广州盾建—2020——333.3土仓渣土改良3.3.13.3.1渣土改良作用 ⑴使碴土具有较好的土压平衡效果，利于稳定开挖面控制地表沉降；挖面，控制地表沉降；⑵使碴土具有较好的止水性，以控制地下水流失使的碴利快速进仓有利⑶使切削下来的碴土顺利快速进入土仓，有利于螺旋输送机排土顺利；⑷可有效防止土碴粘结刀盘而产生泥饼；⑸可防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象； ⑹可有效降低刀盘扭矩，降低对刀具和螺旋输送机的磨损机的磨损。

11:25广州盾建213.3.2 发泡系统工作模式及原理332发泡系统的控制模式：人工手动、自动：(1)人工手动用人工在控制盘上分别调节空 (1) 人工手动：用人工在控制盘上分别调节空气、溶液的流量注入点位。

(2) 全自动：在控制计算机设定空气与溶液的比例泡沫与土体的比例发泡剂的百分比及比例、泡沫与土体的比例、发泡剂的百分比及各条管路的泡沫分配例，发泡系统将由计算各条管路的泡沫分配比例，发泡系统将由计算机控制自动在各点位注入。

11:25广州盾建22发泡系统的组成和工作原理图加气管发泡剂1＃通往刀盘搅拌器2＃通往刀盘加水管混合箱3＃通往刀盘阀阀通往螺旋机阀4＃通往刀盘11:25广州盾建—2323——3333.3.3发泡剂用量 水、发泡剂、空气的混合比例及向土体中的掺入比例都将根据实际的土仓压力状况和出土状况不断调整，以达到最佳效果。

(1) 发泡剂的掺入比Cf 发泡剂在水中的掺入比Cf 指发泡剂原液与掺入水的比例，与发泡剂的成分、性能以及地质情水的例，与发泡剂的成分性能以及质情况有关，一般Cf Cf=2=2～8%。

11:25广州盾建2411:25广州盾建—2525——发泡率与注入率（2）发泡率Fer 指泡沫流量与发泡剂溶液（加水稀释后）流量的比例，与发泡剂的成分、性能有关，（倍）一般Fer Fer=8=8～20（倍）。

(3) 泡沫注入率Fir 泡沫注入率Fir 指泡沫体积与渣土体积的比例，与发泡剂的成分以及渣土性质有关发泡剂的成分以及渣土性质有关，一般Fir=20～60%。

般11:25广州盾建2611:25广州盾建—2727——11:25广州盾建—2828——343.4 盾构掘进时效分析（1）正常掘进循环时间统计11:25广州盾建29（2）每环平均掘进时间统计详左线循时间统计 详见：左线10281028--1481环循环时间统计1.opj11:25广州盾建30（3）每环平均拼装时间统计11:25广州盾建31（4）每环平均闲置时间统计11:25广州盾建3211:25广州盾建3311:25广州盾建34（7）盾构施工故障时间统计详赤客间右线盾构故障时间统计详见：赤客区间右线盾构故障时间统计.xls11:25广州盾建3511:25广州盾建—3636——11:25广州盾建—3737——个令人很纠结的问题一个令人很纠结的问题上面经验性的数据只是个人统计，是否对其它工程也适用？对不对呢？能不能讲呢？很令人纠结！集合论悖论——数学危机定义“Ｒ是所有不包含自身的集合的集合” 定义：“Ｒ是所有不包含自身的集合的集合。

” 人们会问：“Ｒ包含不包含Ｒ自身？”如果不包含，由Ｒ的定义，Ｒ应属于Ｒ。

如果Ｒ包含自身的话，Ｒ又不属于Ｒ。

16:32广州盾建—3838——罗素悖论——发师挂出块招牌理发师挂出一块招牌：“我只给村里所有那些不给自己理发的人理发。

” 有人问他：“你给不给自己理发？”理发师顿时无言以对。

这是一个矛盾推理：如果理发师不给自己理发，他就属于招牌上的那一类人，即他应该给自己理发。

反之，如果理发师给自己理发，根据招牌所言，他只给村中不给自己理发的人理发，他不能给自己理发。

这个悖论是罗素在1902年提出来的，这是集合论悖论的通俗的、有故事情节的表述。

16:32广州盾建—3939——本节结束！THANKYOU ！16:32广州盾建40。