砂卵石地層盾構區(qū)間掘進參數(shù)優(yōu)化及控制措施研究

【摘 要】針對成都地鐵10號線紅牌樓站—太平園站盾構區(qū)間砂卵石地層，分析在不同條件下掘進參數(shù)的變化規(guī)律并進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計研究，得出了各掘進參數(shù)之間的相關性。后提出了掘進參數(shù)的優(yōu)化流程和措施。研究表明：（1）掘進推力和刀盤扭矩呈增大趨勢，土倉壓力和掘進速度呈減小趨勢。（2）為獲得相同貫入深度，掘進推力增大;隨著覆土厚度減少土倉壓力隨之減小;刀盤扭矩受外界各種因素影響數(shù)據(jù)較為離散波動較大;掘進速度受到上坡路段和風險源雙重影響，所以在過處于上坡地段的風險源時，速度略有減小趨勢，但幅度較小。（3）通過改良劑泡沫，減弱了混凝土顆粒之間與結合水的接觸作用實現(xiàn)了對盾構機土倉壓力的有效監(jiān)控和調整;渣土改良能有效降低盾構機刀盤的摩擦力，是降低盾構機刀盤力矩的一種有效手段;推進速率限制在30～50 mm/min，釘狀材料運輸速度通過設定土壓和推進速率相匹配;掘進推力應該設在1100～1200 kN，使盾構機平穩(wěn)推進以此實現(xiàn)掘進推力的優(yōu)化控制。

【關鍵詞】砂卵石地層; 盾構施工; 掘進參數(shù); 控制措施; 刀盤扭矩

【中圖分類號】U455.43【文獻標志碼】A

0 引言

雖然我國盾構施工技術越來越嫻熟，但是大多是相對簡單地層的盾構施工，對于復雜地層的盾構施工還在處于研究階段，沒有很多的經(jīng)驗。相對于國外研究人員的成果來說，國內的研究成果雖然少了很多，但是依舊有很多比較傲人的成果。球繼立通過改變一些比較重要的參數(shù)，并結合地鐵施工來研究這些參數(shù)對地表沉降的影響；張厚美等［1］應用正交實驗技術并結合隧道施工，對主要的掘進參數(shù)進行現(xiàn)場研究；李大勇等［2］通過在地鐵盾構施工過程中設置監(jiān)測點，獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，來分析土體特性和盾構施工參數(shù)的關系等等一系列的國內學者成果。

對于挖掘技術參數(shù)的配合關系，目前也有許多研究者開展了深入研究，并取得了若干有利的結果。徐前衛(wèi)等［3］根據(jù)直徑400 mm模型盾構機在各種挖掘方法配合下的仿真實驗，得到了盾構在軟土壤層實施的若干有利結果;王洪新等［4］根據(jù)理論研究和實驗，導出了刃盤力矩、盾構推動力、土倉壓強、貫入度、螺旋輸送機速度等重要技術參數(shù)間的數(shù)學相關性，并運用實際資料得到了證明;張厚美等［1］對盾構正交掘進實驗成果開展了多元數(shù)據(jù)分析，得到了軟土層中挖掘速率與盾構機刃盤力矩的線性回歸模型，模型平均偏差大約為10%;根據(jù)北京地區(qū)典型沙卵石土層下的盾構掘進實驗，對重點掘進參數(shù)變化和盾構適應性展開了數(shù)據(jù)分析;王為樂［5］用湖南高速公路綜合地層盾構施工資料，對重點掘進技術參數(shù)展開了數(shù)據(jù)分析;劉明月［6］秦嶺隧道現(xiàn)場數(shù)據(jù)為主要內容，深入研究了各種掘進條件下掘進技術參數(shù)間的配合問題和切削比能;Innaurato等［7］根據(jù)分析盾構施工中國土倉氣壓的變動狀況，對螺旋物料運輸速度影響土倉氣壓的機制展開了深入研究。Yeh等［8］將使用神經(jīng)網(wǎng)絡的監(jiān)控管理系統(tǒng)運用到了盾構建設中;Alvarez Grima等［9］等使用神經(jīng)網(wǎng)絡，對TBM特性作出了模糊估計;諸東升［10］根據(jù)湖南軌道交通下穿湘江隧洞工程建設，使用BP和RBF兩個神經(jīng)網(wǎng)絡方式，使用地質參數(shù)對盾構重要掘進技術參數(shù)做出了預報;楊全亮［11］根據(jù)廣州地鐵盾構掘進技術參數(shù)，分別使用BF和高斯核函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡，構建出甚于掘進技術參數(shù)的盾構推力和盾構機刀盤力矩預報模式;胡珉等［12］構建了多級神經(jīng)網(wǎng)絡來解析盾構挖掘技術參數(shù)與地表沉降區(qū)間的密切聯(lián)系，并使用遺傳算法對挖掘技術參數(shù)搭配作了進一步優(yōu)化工作，并提供了控制建議;宋克志等［13］經(jīng)過對成都越江隧道盾構實驗，使用模糊的數(shù)學技術，研究了挖掘技術參數(shù)和巖層狀況相互之間的對應關聯(lián)，并提供了對隧道圍巖的辨識方式。

根據(jù)對上述資料的歸納，目前中國國內外有關盾構與挖掘技術參數(shù)的匹配問題研究，主要聚焦于構造基本參數(shù)計算結果的預測模式，以及通過在盾構掘進實踐中與施工實際的挖掘資料比較，統(tǒng)計與分析數(shù)據(jù)的相互關聯(lián)等研究領域，而有關挖掘基本參數(shù)選擇問題的研究資料相對較少。論文主要根據(jù)鐵路盾構的數(shù)據(jù)，研究掘進數(shù)據(jù)的相關性與選擇問題，對技術參數(shù)間的配合問題進行研究。

1 工程概況

1.1 工程設計概況

紅牌樓站—太平園站區(qū)間，在紅—太區(qū)間出紅牌樓車站后，下穿紅牌樓站（3號線）D出入口通道，然后側穿紅牌樓廣場，并長距離與既有3號線、220 kV電力隧道平行敷設，下穿紅星美凱龍家具廣場后，左線接入10號線一期太平園站盾構預留接口，右線接入盾構接收井（10號線三期新建），10號線三期盾構接收井與10號線一期泄壓井之間采用礦山法暗挖隧道連通。線路主要沿著既有道路下方敷設。左線長971.138 m;右線路全長746.576 m;線路間距為4.23～9.08 m，隧道平面最小曲線半徑R=380 m，最大坡度為±28‰，最小坡度為±2‰，隧頂最小浮土深度為12.13 m，最大浮土深為25.13 m。區(qū)間設置兩座聯(lián)絡通道。區(qū)段正線采取盾構法建設，而聯(lián)絡隧洞、暗挖區(qū)段采取礦山法建設。區(qū)間無地表河流、溝渠。主要的跨越巖層類型為lt;2-5-3gt;的中密卵石土、lt;2-5-2gt;稍密卵石土。區(qū)間線路設計參數(shù)如表 1所示。

1.2 區(qū)間盾構及管片設計

管片內徑為5.4 m，管片外徑為6 m，用土壓平衡盾構法施工安裝。管片分為1.2 m和1.5 m兩種尺寸，厚300 mm，平面曲線400 m處時使用1.5 m管片，平面曲線不大于400 m時使用1.2 m管片，管片配筋如表 2所示。施工中如遇二種型配筋不在一環(huán)管片上完成時，可選用較強的配筋型。盾構區(qū)間橫剖面如圖 1所示。

1.3 工程地質、水文條件

根據(jù)區(qū)域的地質數(shù)據(jù)、實地勘察結果和巖土施工的勘查成果，成都地鐵10號線三期土建2工區(qū)工程沿線巖土種類較多。巖性大致有三層構成：第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）：雜填土層;第四系全新統(tǒng)沖洪積地層（Q4al+pl）：粉質黏土層、黏質粉壤土、黏質粉壤土、細沙層、中砂層、石子層;白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）：強風化泥地層、中風化泥地層等。

紅牌樓站：自上而下，分別是雜填土層、粉狀泥土、黏質粉壤土、疏松卵石層、稍密卵石層、中密卵石層，以及密實石子層。基底處于密實卵石層上。

紅牌樓站～太平園站區(qū)間主要穿越地層為lt;2-5-3gt;中密卵石土、lt;2-5-2gt;稍密卵石土。

2 盾構掘進參數(shù)的確定

因為和盾構相關的技術參數(shù)有許多，而且每個技術參數(shù)有可能受到多個因素的影響，那么我們選擇時，就要選擇一個能夠反映各個因素影響，同時與當?shù)氐慕ㄔO要求相結合。一般來說：盾構掘進涉及到的工作參數(shù)要分為時間程序、油缸時間、推動速率、土倉氣壓、盾構機刀盤速度等。在盾構機械挖掘過程中，與推動相關的技術參數(shù)是盾構推進，它由液壓氣缸供給，是向前推動的力量;與盾構機刀盤切削相關的技術參數(shù)是盾構機刀盤速度與力矩，盾構機刀盤速度是指盾構在切割砼體時刀盤單位時內旋轉速率，盾構機刀盤力矩由盾構機械前置的電機驅動，通過旋轉盾構切削刀盤，推動滾刃切割砼體;切削掉落渣子由螺旋物料輸送流出，用來保證挖掘面上的平衡，土倉內需形成相應的渣土氣壓來平衡挖掘面上的水土氣壓;挖掘速度為盾構在施工過程中單位時間內盾體方向移動的距離。

而針對成都軌道交通地鐵十號線紅牌樓站—太平園站盾構掘進區(qū)間，我們選取四個和地層因素有關的挖掘技術參數(shù)：盾構機推進、盾構式機刀盤力矩、土倉氣壓、挖掘速率?；诂F(xiàn)有的理論公式以及相關經(jīng)驗，根據(jù)實際的施工情況，確定掘進的土倉壓力，刀盤扭矩，掘進速度，掘進推力。

3 紅牌樓站—太平園站盾構區(qū)間掘進參數(shù)分析

根據(jù)本區(qū)間的設計資料可知，盾構區(qū)間左、右線穿過地質水文條件基本一致，且左右線縱斷面坡度走向基本一致，左線長971.138 m；右線長746.576 m，因此，本部分重點針對左線盾構區(qū)間的全掘進段進行了重點分析。在本工程中，主要是通過分析地表、土體的沉降、盾構隧道的位移變形、下方既有隧道的位移變形以及既有建筑物樁基礎的各方向偏移，通過位移數(shù)據(jù)值來判斷該工程是否符合安全、穩(wěn)定性要求，并且借此分析新建隧道對既有隧道、建筑物樁基礎的影響。

3.1 區(qū)間分段選取

現(xiàn)選所在區(qū)間中紅星美凱龍家居廣場地下長60 m的線路進行模擬建模，新建10號線與既有的3號線在此段長距離并行且上方有紅星美凱龍廣場的樁基礎，此處情況較為復雜，需要進行模擬分析，出于邊界效應的影響將其前后各延長20 m，以提高模擬的準確性。具體選取地點地形見圖 2。

3.2 掘進參數(shù)分析

首先針對盾構進行分析，分別繪制出其各掘進參數(shù)的散點，如圖3～圖6所示。

由上圖可發(fā)現(xiàn)：掘進參數(shù)受多個因素的影響，并可能產生疊加效果。掘進推力呈上升態(tài)勢，土倉壓力呈現(xiàn)下降態(tài)勢，刀盤扭矩呈增大趨勢，掘進速度減小趨勢，可能的原因是在穿越風險源時，為獲得相同貫入深度，掘進推力增大;隨著覆土厚度減少，土倉壓力隨之減小;而刀盤扭矩為被動值，受外界各種因素影響，數(shù)據(jù)較為分散，波動較大;而掘進速度可能是受到上坡路段和風險源雙重影響，所以在過處于上坡地段的風險源時，速度略有減小趨勢，但幅度較小。

3.3 掘進參數(shù)規(guī)律分析

針對掘進參數(shù)的影響規(guī)律分析，不但必須進一步掌握各種主要挖掘參數(shù)的規(guī)律和基本趨勢，還要明確盾構掘進參數(shù)與其他影響因素間的映射關系。

3.3.1 掘進推力

該區(qū)段的掘進推力沿區(qū)間縱向的變化規(guī)律和整體分布情況，如圖 7、表 3所示。

由圖7和表3可以得到結論：

（1）從上表可以看出，掘進推力雖然波動性極大，但能明顯看出具有上限值，絕大多數(shù)的掘進推力數(shù)值在一定范圍之下，突變情況較多，掘進推力分布較為集中，過大、過小的情況較少，沒有明顯走勢圖，近似符合正態(tài)分布，可以推斷掘進推力設置值集中在中間值附近范圍內。左線掘進推力的均值為1 185.586 2 t，中位數(shù)為1200 t，方差為15 377.054 4 t，取值范圍介于800～1 600 t之間。

（2）掘進推力變化規(guī)律：左線掘進推力隨里程的增加均呈增加趨勢，且數(shù)值分布在趨勢線兩側，較為連貫。

（3）分析可能存在的原因：在一定范圍內，巖體的總體性質變化不大，偶爾遇到極少量較軟的巖體部分，在接合處掘進推力發(fā)生突變，掘進推力一直處于較高的水平，判斷巖層硬度較高且相對穩(wěn)定，隨著刀盤的磨損量增多，為了保持相同的貫入度，理論上掘進推力應逐漸變大，說明此段時間內磨損量變化不大，這種情況下掘進推力總體接近額定值，很多異常值可以避免，以此來提高掘進過程的連貫性。

3.3.2 刀盤扭矩

該區(qū)段的刀盤扭矩沿區(qū)間縱向的變化規(guī)律和整體分布情況，分別如圖8、表4所示。

根據(jù)圖8和表4可以得到以下結論：

（1）在表4中可發(fā)現(xiàn)，盾構機刀盤轉矩始終處在變動狀態(tài)，盾構機刀盤轉矩完全具有被動變化的性質，與實測一致，受其他參數(shù)的變動干擾很大，總體變化趨勢不明確，數(shù)據(jù)呈有尖峰的波動性。刀盤扭矩基本遵循正態(tài)分布，左線均值為380.3086 t·m，中位數(shù)為380 t·m，方差為4 048.820 9 t·m，取值范圍約在200～540 t·m之間。

（2）刀盤扭矩變化規(guī)律：左線刀盤扭矩隨里程增加呈上升趨勢，但左線刀盤扭矩數(shù)值均較為分散，規(guī)律不明顯。

（3）分析所產生問題：由于盾構機刀盤轉矩為被動的，受到盾構機刀盤速度和當前掘進圍巖的雙重作用，隨著盾構機刀盤速度的不同以及巖石地質的復雜化，導致盾構機刀盤轉矩波動性較大，盾構機刀盤轉矩的區(qū)間選擇為300～450 t·m較好，盾構機刀盤轉矩的貫入點與盾構機刀盤速度的均有關聯(lián)，盾構機刀盤轉矩與切削刀盤速度的乘積為扭轉電機的總功率，總功率不會像刀盤扭矩一樣波動幅度太大，在刀盤扭矩波動頻率、幅度較大的區(qū)間刀盤轉速理論上也會出現(xiàn)小范圍失穩(wěn)現(xiàn)象。

3.3.3 土倉壓力

該區(qū)段的土倉壓力沿區(qū)間縱向的變化規(guī)律和整體分布情況，如圖 9、表 5所示。

根據(jù)圖9和表5可以得到結論：

（1）從表5可以看出，土倉壓力在整體走向上存在小范圍波動和局部不間斷細微變化，土倉壓力基本符合正態(tài)分布。土倉壓力的均值為1.316 2 bar，中位數(shù)為1.31 bar，方差為0.017 1 bar，取值范圍介于0.85～1.72 bar之間。

（2）土倉壓力變化規(guī)律：左線土倉壓力隨埋深由深到淺呈下降趨勢。

分析所產生的問題：土倉壓力，主要與浮土厚度、外界水壓和預壓力有關，但隨著施工的開展，土方厚度逐步增加，受地質條件影響也很大。

3.3.4 掘進速度

該區(qū)段的掘進速度沿區(qū)間縱向的變化規(guī)律和整體分布情況，如圖10、表6所示。

根據(jù)圖10和表6可以得到結論：

（1）由上述結果可以發(fā)現(xiàn)，如果掘進長度在總體趨勢上出現(xiàn)了大范圍變動和局部不間斷細微變動，則表明此時段的地質條件和掘進參數(shù)選擇并不符合，如果掘進長度在總體趨勢上出現(xiàn)了明顯趨勢，則依照總體趨勢中平緩過渡、無明顯奇異點的尖峰數(shù)據(jù)為最理想的趨勢，如果掘進速率總體較快則表示巖性發(fā)軟，趨勢也比較平緩才能表明掘進參數(shù)選擇合適。如果掘進速率總體緩慢，則表示附近出現(xiàn)了稍堅硬的巖石，需增加推力來進行破巖。掘進速率基本遵循正態(tài)分布，左線掘進速率的平均數(shù)為55.040 1 mm/min，線中位數(shù)為55 mm/min，線平均值為65.165 6 mm/min，取平均值區(qū)間一般位于40～75 mm/min之間;60～75 mm/min的掘進速率占據(jù)大多數(shù)，表明了在該區(qū)域中50～60 mm/min的掘進速率設計為最優(yōu)，從而能夠降低或者防止極端值的發(fā)生。

（2）掘進速度在整體走勢上存在明顯趨勢，左線隨里程增加呈微增趨勢。

（3）分析可能產生的問題：對挖掘速率的干擾因子較高，在直方圖的中低速執(zhí)行異常值較小，在此時并沒有顯示出盾構機的正常效能，與參數(shù)設置調整較少相關，在中高速度情況下分布均衡且高速的比例也較小，可能是因為地層不平衡，或者由于地層的強韌度較高夾雜部分發(fā)軟導致參數(shù)設置不能進行調整，由于貫入力大導致盾構機刀盤轉速瞬時提高，挖掘速率在短時間變化較大，而在這樣不正常狀況的中高速度執(zhí)行將減少盾構機的壽命，并沒有長期穩(wěn)定執(zhí)行好。

4 參數(shù)優(yōu)化流程及控制措施

通過強化施工監(jiān)督，進一步的優(yōu)化施工工藝，減少地面沉降。掘進參數(shù)的調整方法見圖 11。

各掘進參數(shù)的具體優(yōu)化措施如下。

4.1 土倉壓力

（1）土倉壓力平衡通過采用確定挖掘速度、調節(jié)排土量，或設定最大排土量、調節(jié)挖掘速率的二種方式建立，并應保證切削土量和排土量的均衡，并使土倉內的氣壓穩(wěn)定與平衡。

（2）土壓平衡盾構機密封艙內的改性砂土是一類由砂土粒子、水和改變物構成的多相物料，其改善物含有泡沫和膨潤土漿液。氣泡是一個均質氣泡，是起泡劑原液和水分按規(guī)定配比攪拌，然后在高壓氣體沖擊下所產生。起泡劑原液由表面活性物質建筑材料和水溶性元素高分子材料多聚物構成，表面活性物質建筑材料可以減少土壤粒子的表面接觸張力，降低土壤粒間結合水的連接效應，從而潤滑土體。為調節(jié)盾構機密封艙的氣壓和保證挖掘作業(yè)面的安全性，螺旋輸送機渣子的排出流量應該和盾構機刀盤的入土流量相符，使盾構機達到最良好的施工環(huán)境條件。在盾構機挖掘過程中，被盾構機刀盤切割的渣土通過刀盤開口直接流入到盾構機上的土倉，在土倉中再經(jīng)改性后通過螺旋輸送機排出。因為，在盾構機的前進速度不變后，螺旋輸送機的速度的改變也將導致土倉的渣子量變化;所以，通過改變盾構機前進速度與螺旋輸送機的速度，就可以達到對盾構機上土倉壓力的監(jiān)控和調整。

（3）土壓平衡盾構機使得刀具所切下的渣子經(jīng)過加入改性材料成塑性流體狀，并填滿到盾構機密封艙，之后，再利用螺桿運輸機將密封艙內的渣子全部去除，同樣保證了盾構機刀盤的進土量和利用螺桿物料輸送的排土量均衡，并且需要對密封艙內渣子產生相應的壓強以控制挖掘作業(yè)面的穩(wěn)定性，從而調節(jié)土壤與地表的溫度變化。密封艙壓與隧道的埋深度、地層的物理力學特性和刀盤的開口度，和盾構機的推進速度相關。

4.2 刀盤扭矩

（1）氣泡的作用，首先是分散并中和黏性土中的陰陽分子，使其吸附特性，進而具有提高渣子的穩(wěn)定性、潤滑工件、降低盾構機刀盤溫度的功能，因此適當?shù)臍馀菁尤敕浅ｊP鍵。泡沫的注入量與地層是相匹配的，可以通過泡沫的注入量調整優(yōu)化扭矩變化幅度。

（2）按照施工實際確定土倉壓力、轉速、推動力方向等，調節(jié)好盾構機姿勢，盾構挖掘工作過程中各技術參數(shù)須協(xié)調一致，掌握各種技術參數(shù)的控制與聯(lián)絡，從而實現(xiàn)刀盤扭矩的最適區(qū)間。

（3）渣子改良是為了有效提高土層塑性及效率，以保持挖掘面穩(wěn)定，并調節(jié)土倉氣壓，而按照卵漂石巖層的特點，由于土壤對于切割刀盤、盾體之間的摩擦系數(shù)很大，所以在卵漂石巖層條件下盾構的切割刀盤力矩也很大。采用渣子改良辦法對盾構機刀盤前方土體和土倉內渣子的性質加以改良，使其與盾構機刀盤的摩擦力降低，是減少盾構機刀盤扭矩的一種有效辦法。

4.3 掘進速度

（1）盾構鉆機的挖掘速度主要通過調節(jié)盾構推力、速度來調節(jié)，排土量則主要通過調節(jié)螺旋物料運輸?shù)乃俣葋碚{節(jié)。在實際挖掘施工中，應當按照地質要求、排放的渣土狀況，及盾構鉆機的各種工況運行狀態(tài)技術參數(shù)等動態(tài)情況地調節(jié)設計優(yōu)化。

（2）掘進時應采用渣土改良措施提高渣子的流動性和止水性涂料，密切觀測螺線材料輸送出土狀況以調節(jié)化學添加劑的摻量。

（3）推進速率限制為50～60 mm/min，應依據(jù)檢測成果和出土狀況進行。螺旋輸送機速度可以通過設定土壓力和提升的速率匹配。

（4）盾構挖掘速率的高低，是多種參數(shù)聯(lián)合影響形成的，是被動傳遞的關鍵參數(shù)。盾構掘進速度是盾構隧道挖掘生產效果的最直接反映，從施工生產觀點出發(fā)，在條件許可狀況下盾構掘進速度越快越好。但站從環(huán)境管理角度看，明顯沒法做到，因此在挖掘工序中必須進行檢測信息的傳遞，并與其他配套措施，如同步注漿材料、壁后二次注漿材料等結合，以實現(xiàn)抑制周圍巖層結構變形，維護周圍環(huán)境的目的。

（5）如果掘進速度的波動很大，則說明人力控制因素對掘進速度的調節(jié)影響較大。掘進速度的選擇，還需同螺線物料運輸速度、土倉內壓力控制方式等因素相匹配，以此來進行優(yōu)化。

4.4 掘進推力

（1）推力的大小主要體現(xiàn)著盾構機對正面以及四星期內混凝土體的擾動程度，當盾構機抵達觀測斷之前，地表的輕度隆起正是由于盾構機對混凝土體的推力過大造成的，所以推力的大小也會對最終地表沉降值有很大的影響。本工程數(shù)據(jù)分析結果表明，掘進推力應該設在1 100～1 200 kN。

（2）土倉氣壓過大會產生刀盤扭矩或推動力加大導致掌子眼前方地板出現(xiàn)凸起，土倉氣壓過小掌子面則易出現(xiàn)塌陷，所以要合理控制土倉壓力，實現(xiàn)掘進推力的優(yōu)化。

（3）盾構機在堅硬巖段掘進時，必須要調節(jié)好盾構姿勢，如果盾構姿勢發(fā)生了偏差，就要貫徹\"長距離、緩糾偏\"的思路，避免糾偏過猛，在軟硬不均巖段時，會導致盾構機\"抬頭\"或\"低頭\"，因此應適當增加對上部千斤頂?shù)钠痦斖苿恿Γ跃庠诙軜嫏C上因前方混凝土體上軟下硬，而作用于下部螺旋千斤頂不均衡的壓力差，使盾構機順利前進，反之則調節(jié)好下部螺旋千斤頂，以此實現(xiàn)掘進推力的優(yōu)化控。

4.5 刀盤轉速

盾構機刀盤速度維持恒定，可以顯著降低混凝土體對刀盤的損壞，但硬巖地段，盾構機刀盤壓力增大，推進不利，挖掘速度減慢，對工具的影響很大;軟巖段，由于不會對周圍混凝土體造成干擾，盾構機的刀盤速度也相應減小，但因為盾構機刀盤溫度較大，易結泥餅，從而，轉矩明顯提高，即實現(xiàn)\"低轉速高扭矩\"的掘進。

5 結論

紅牌樓站—太平園站盾構區(qū)間，針對盾構在各種條件下掘進時掘進參數(shù)的變化開展了深入研究，并分析了各種掘進參數(shù)間的相互關聯(lián)。然后提出了掘進參數(shù)的優(yōu)化流程和措施。主要研究結論：

（1）掘進參數(shù)受多個因子的影響，并可產生重疊影響。

（2）為獲得相同貫入深度，掘進推力增大;隨著覆土厚度減少土倉壓力隨之減小;刀盤扭矩受外界各種因素影響數(shù)據(jù)較為離散波動較大;掘進速度受到上坡路段和風險源雙重影響，所以在過處于上坡地段的風險源時，速度略有減小趨勢，但幅度較小。

（3）改良劑泡沫減弱土顆粒之間結合水的連接作用實現(xiàn)對盾構機土倉壓力的調節(jié)和優(yōu)化;渣土改良能有效降低盾構機刀盤的摩擦力，是降低盾構機刀盤力矩的一種有效方式;推進速率限制在50～60 mm/min，螺線物料運輸速度通過設定土壓和推進速率相匹配;掘進推力應該設在1 100～1 200 kN，使盾構機平穩(wěn)推進以此實現(xiàn)掘進推力的優(yōu)化控制。

（4）盾構機刀盤轉速維持恒定，能有效降低混凝土體對刀盤的損壞，在硬巖階段，由于盾構機刀盤壓力增大掘進速率變慢，對刀具的損壞極大;軟巖階段，為了不對周圍土體形成干擾，刀盤速度也相應減小，并保持\"低轉速高扭矩\"的掘進。

參考文獻

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［作者簡介］許燕（1991—），男，本科，工程師，主要從事隧道及地下工程施工管理工作。