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1、盾构施工监控重点总结中国中铁张仁2015年6月 福州目录1盾构掘进水平和垂直姿态控制12总推力控制13掘进速度的控制14土仓压力的控制15刀盘扭矩的控制26刀盘转速的控制27螺旋排土机扭矩的控制28螺旋排土机转速的控制29注浆压力大小的控制31（同步注浆量的控制3L11出 土量计算312盾构掘进中偏离设计轴线时纠偏A.13通用环管片拼装点位选择要点41盾构掘进水平和垂直姿态控制。单位mm.（包括前盾、铰接（中盾）、 盾尾。一般控制为相对于设计轴线偏差不超过 50mnf主：实际掘进 水平姿态相对于设计轴线左偏为“一”右偏为“ + ”；实际掘进垂直 姿态相对于设计轴线下沉为“一”上升为“+”；2总
2、推力控制。单位kn.10000k n = 1000不计土仓压力大小时，一般 推力越大，掘进速度越快，反之推力越小，掘进速度越小。开挖面土 质稳定性较好时（如黏土时）若实际发生的土仓力过大，此时推力增 大；开挖面土质稳定性较差时（如砂层时会含有孔隙承压水，或遇淤 泥层时）若实际发生的土仓压力过小，此时推力变小；实际掘进推力 大小因开挖面地质土层软硬阻力等诸多因素综合而定。既：总推力二 后配套台车的托拉力+ 盾尾刷与管片的摩阻力+ 盾构壳体与地层的摩 阻力+ 开挖面的阻力。推力要适中，过大会顶坏管片，过小影响盾构 掘进速度等施工）3.掘进速度的控制。单位：mmmin不计土仓压力大小时，一般推 力越
3、大，掘进速度越快，反之推力越小，掘进速度越小。不计其它因 素影响掘进速度越快，开挖下的土越多，反之越小。4土仓压力的控制。单位：Bar （1Bar=0.1Mp一般主要控制上部土 仓压力值的大小，主要分为控制掘进时的上部土仓压力大小和停机时 的上部土仓压力大小，控制时主要遵循：实际发生（主要分为掘进时 与停机时的土仓压力大小）的土仓压力值在设定的理论土仓压力值附 近。注：实际在掘进施工前必须按隧道埋深、开挖土层状况及其它影响因素等综合计算理论土仓压力大小，并按计算出的理论土仓压力值 在盾构机开挖前进行设定土压值。注：实际掘进时（或停机时）的土 仓压力值大小必须适中，满足并保证开挖面的稳定，实际土
4、仓压力过 大，会导致盾构掘进速度下降，超过土仓内刀盘后部主驱动轴承密封 压力时，会击穿主轴承密封，导致刀盘无法继续工作，无法继续掘进 施工，一般很难再次更换主驱动轴承密封；进一步会导致开挖面上部 土体或上部土体地面、建筑物等隆起，影响安全；对盾构机本身也会 造成影响，负荷增大，影响使用寿命等。5刀盘扭矩的控制。单位：kn.m刀盘扭矩的控制主要为其值的大小， 相对于额定脱困值其实际发生的值尽量不能太大，注：影响刀盘扭矩 实际值大小的因素有；a.开挖面土质稳定性较好时（如黏土时）若实 际发生的土仓力过大，此时推力增大，随之刀盘扭矩变大；b.开挖面 土质稳定性较差时（如砂层时会含有孔隙承压水。若实际
5、发生的土 仓压力过小，此时推力变小，随之刀盘扭矩变小c.不考虑开挖面土质 软硬影响，刀盘转速快，此时刀盘扭矩增大，反之刀盘扭矩变小。一 般通过刀盘向掌子面喷注泡沫或水等或向土仓内注入泡沫或膨润土 或水等物质进行改良，以利于排土，减小刀盘扭矩。）6刀盘转速的控制。单位：r/min主要控制实际掘进时刀盘转速大小。 不计其它因素影响刀盘转速越大，开挖下的土越多，反之越小。） 7螺旋排土机扭矩的控制。单位：knm（主要控制其实际排土扭矩不 超过额定脱困扭矩值。注：不考虑土质及其它因素影响，螺旋排土机 转速越快，其扭矩越大，反之越小。一般通过螺旋机体上的孔注入泡 沫或膨润土等物质进行改良，以利于排土，减
6、小扭矩。）螺旋排土机 后部土仓压力不能超过螺旋机后部驱动箱主轴承密封的压力，超过会 击穿后部驱动箱主轴承密封，导致无法排土，一般很难再次更换密封。 8螺旋排土机转速的控制。单位：r/min（般控制排土时螺旋机的 转速，主要根据实时土仓压力的变化（土压必须满足能稳定开挖面） 及掘进速度的快慢等综合控制。注：不考虑土质及其它因素影响，螺 旋排土机转速越快，其扭矩越大，反之越小。9注浆压力大小的控制。单位：bar控制的原则：满足注浆的要求即 可。注浆压力大小要根据隧道埋深、地质土层状况及地面沉降要求及 其它影响因素综合确定。其值过大有可能造成地面隆起，过小有可能 使浆液注不进去，从而影响结构本身与周
7、围地面及建筑安全等。影响 注浆压力大小的因素主要有a：盾构掘速度的快慢。（快要压力大， 反之压力可小）b：地面沉降要求、隧道埋深、地质土层状况的影响。 c:其它因素的影响）10同步注浆量的控制。单位m （主要控制注浆量的多少。理论注浆 量的多少要进行计算：Q=nxR2XHn xr2xhxe式中Q：理 论注浆量。n：取3.14。R：刀盘半径。H：掘进长度。（一般为管 片宽度。n :取3.14。r：管片外半径（以外径为直径的半径）。h：管片宽度。e：开挖地层的系数。（具体取值详见盾构法隧道施工 验收规范中的规定值。 注：以上单位均已“米”具体计算）注浆量不能多，以免造成地面隆起，也不能太少，以免造
8、成地面下沉或 隧道渗水。同时注浆量的多少也会对管片的上浮和下沉造成影响。11出土量计算。单位：m （一般根据计算出的每环理论出土量进行 控制，不得出现超挖，环出土量的控制属于盾构施工控制的重点内容, 其每环理论出土量计算式为：K=n XR2XHXe式中K:每环理论 出土量。n :取3.14。R：刀盘半径（以“米”计算）H：掘进长 度（一般为管片宽度，以“米”计算）e：开挖地层的松散系数。（具 体取值详见盾构法隧道施工验收规范中的规定值）实际每环出土量 可利用龙门吊（对于有称重功能的龙门吊）的称重功能进行实测或根 据电瓶车后部拖拉的渣土箱单个箱尺寸计算出渣土箱体积从而得到 每斗渣土体积）12盾构
9、掘进中偏离设计轴线时纠偏，通过油缸压力差来进行纠偏。（水平方向左偏时：加大左边油缸推力，减小右边油缸推力；水平方 向右偏时：加大右边油缸推力，减小左边油缸推力：垂直方向下沉 时：加大下部油缸推力，减小上部油缸推力；垂直方向上升时：加大 上部油缸推力，减小下部油缸推力）13通用环管片拼装点位选择要点，按以下原则选取点位。（注意：上 一环管片在拼完后，下一环掘完后，在拼装前，必须测量盾尾间隙和 计算出管片相对于设计轴线的趋势，依据盾尾间隙和趋势综合考虑选 点）。A项原则；测量出盾尾间隙，首先考虑盾尾间隙是否满足要求，不满 足时，首先调整盾尾间隙大小，按盾尾间隙选择拼装点位，一般按照 实测的盾尾间隙
10、，将封顶块【既F块】拼在盾尾间隙最大处，以此来 减小此处的间隙，从而增大其对面的间隙。【注意：主要理解为主要 是拼在盾尾间隙最小处的对面f其最小处的对面，既盾尾间隙最大 处，用来使盾尾间隙小的一侧变大，以防管片、加强环、相互卡住。 酿成事故】（用小钢尺测，盾尾壳体内径减去管片外径可算出标准的 盾尾间隙。在盾尾后部设有一圈加强环，实测出的盾尾间隙大小首先 必须大于加强环高度。加强环高度因盾构机而议，一般高度为5mm, 其作用为具有防水及具有盾尾保圆作用。若实测出的盾尾间隙大小 小于加强环高度时，可能引起管片在脫出盾尾时被加强环卡住，损坏 管片与加强环与盾尾密封，酿成事故，此时，选择拼装点位时必须
11、先 按盾尾间隙大小选择，不考虑B项原则。注：封顶块【既F块】拼 在上部，整体管片就向上走，封顶块【既F块】拼在下部，整体管片 就向下走，封顶块【既F块】拼在左侧，整体管片就向左走，封顶块 【既F块】拼在右侧，整体管片就向右走。B项原则：计算出本环需要拼的管片相对于设计线路的趋向值（分别 为水平趋向值和垂直趋向值。）既按照本环掘进完毕后，在拼管片前， 要选出本环管片所拼的点位既封顶块【既F块】的位置，首先必须 计算出本环管片相对于设计线路的趋向：（具体包括有2个：第1个 为盾构机相对于设计线路轴线的趋向【包括水平和垂直两个趋向.用 掘进完后的姿态计算】第2个为管片相对于盾构机中心轴线的趋势【包括
12、水平和垂直两个趋向.用掘进完成后的推进油缸行程计 算】。）将计算出的对应的水平趋向值相加、将计算出的对应的垂直趋 向值相加，其最终的值【水平和垂直趋向值,】既为上一环已拼完管 片相对于设计中心线路轴线的趋向，本环管片在选择拼装点位（既选择封顶块【既F块】的拼装点位）的时候要去抵消掉这部分趋势，具 体选点时项目部会给出一个管片拼装点位楔形量及趋向对照表 按照此表中给出的对应点位的趋向值来选择能够抵消掉计算的这部 分趋向值的点位，【若不能直接抵消掉，可选择最接近计算趋向值的 点位】现列出：管片相对于设计中心轴线的趋向值的计算式如下：管片相对于设计线路的水平趋向=中，后）/L+ （左一右）/D水 水
13、式中：中 后:分别掘完后的中盾（铰接处）、后盾水平姿态。水水L:为盾构后筒体长度。左、右：分别掘完后的左右推进油缸行程。D：为推进油缸所形成圆的直径。管片相对于设计线路的垂直趋向=中一一后一）/L+ （上一小）/D式中：中垂后:分别掘完后的中盾（铰接处）、后盾垂直姿态。 垂L:为盾构后筒体长度。上、下：分别掘完后的上下推进油缸行程。D：为推进油缸所形 成圆的直径。注意：以上各参数的具体控制随掘进地质情况的变化而变化。具体 做法为：在某地质土层中掘进时需计算出该地质相应的盾构掘进参 数，然后由主管盾构的工程师向盾构司机发出在本地层中掘进的交底 指令，然后由盾构司机按照交底指令在盾构机上设定交底的
14、相应参 数，并严格按照交底指令上的掘进参数进行掘进后续土层有变化时， 还需重新计算各项参数，并重新交底。（各参数有相对应的计算公式， 依据公式求出结果）根据计算出的各参数结果进行控制。下次，当土层继续发生变化时在重新进行上述计算。附加控制参数1. 滚动角控制：根据显示的实时滚动角参数控制，即滚动角显示 为负值时，刀盘需逆时针旋转，反之则顺时针旋转。（即左负右 正）。控制滚动角目的：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。2. 铰接油缸行程量控制的目的：通过铰接油缸的左右、上下行程 差，满足盾构机在平曲线左转/右转，满足盾构机在竖曲线的上 坡/下坡；具
15、体做法描述：平曲线上需左转弯时，则左侧铰接油 缸行程短，右侧铰接油缸行程长；平曲线上需右转弯时，则左侧 长右侧短。 竖曲线上需上坡时，则上部铰接油缸行程短，下部 铰接油缸行程长；竖曲线上需下坡时，则下部短上部长。3. 贯入度：指盾构机单位转速内的推进长度。单位:mm/r（既刀 盘旋转一圈的掘进长度）计算公式：贯入度=掘进速度/刀盘转速依据盾构法隧道施工与验收规范中对成型隧道相关技术控制指标如下表：序号内容规范要求1隧道中线高程（mm） 100mm2隧道中线平面位置（mm） 100mm3环向相邻管片允许高差（mm）10mm4纵向相邻管片允许高差（mm）15mm5拱顶沉降（mm）20mm6净空收敛
16、（mm）20mm关于导向系统显示的盾构姿态说明：利用在盾构台车上架设的全 站仪（既：测站点）在测量后视点空间三维坐标后在转向测量前视点 并测出该点的三维空间绝对坐标（既开挖面放样点；前视点一般有两 个点及以上【既：棱镜1和棱镜2】一般架设在中盾位置）然后 系统在通过前视点【既棱镜1和棱镜2】与盾构前盾刀盘中心及与盾 尾中心的位置关系，测算出当前盾构机时实在空间上的三维绝对坐 标，并将当前盾构机时实在空间上的三维绝对坐标与设计的该位置的 坐标相比较，之后得出的差值，既为导向系统上所显示的水平与垂直 姿态，盾构司机据此姿态不断的对盾构机进行纠偏，使其尽量沿设计 轴线掘进。计算式：当前实际水平姿态= 当前实测平面坐标-设计平面坐标 当前实际垂直姿态=当前实测高程坐标-设计高程坐标注：1以上水平姿态减出的差值为负的，说明相对于设计轴线左偏 了，减出的差值为正的，说明相对于设计轴线右偏了；垂直姿态减出 的差值为负的，说明相对于设计轴线下沉了，减出的差值为正的，说 明相对于设计轴线上浮了；2以上所描述 测出的、算出的、设计的点的坐标形式均为x.y.z), 其中(x,y)为平面位置坐标，用来计算当前实际水平姿态;(z)为 高程位置坐标，用来计算当前实际垂直姿态；
盾构法隧道施工监理现场控制重点总结
