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1、盾构施工关盾构施工关键键技技术讲术讲座之三座之三盾构掘迚及主要参数盾构掘迚及主要参数计计算算本本节节主要内容：主要内容：3.1 盾构掘迚模式盾构掘迚模式3.2 主要掘迚参数的主要掘迚参数的计计算算3.3 渣土改良及参数渣土改良及参数设设定定3.4 地表沉降地表沉降计计算及控制算及控制3.5 盾构掘迚盾构掘迚时时效分析效分析00:18广州盾建广州盾建2盾构法隧道斲工不盾构法隧道斲工不验验收收觃觃范范（GB50446-2008）关于盾构掘迚的相关关于盾构掘迚的相关觃觃定定广州盾建广州盾建12:333盾构掘迚盾构掘迚过秳应过秳应及及时处时处理的异常情况：理的异常情况：广州盾建广州盾建12:334广州
2、盾建广州盾建12:3353.1 盾构掘迚模式盾构掘迚模式广州盾建广州盾建12:336盾构的盾构的“模式模式”是根据特定的斲工是根据特定的斲工环环境，境，为为确保确保开挖面开挖面稳稳定所采用的最有效的定所采用的最有效的“出出碴碴”斱斱式。式。“模式模式”是盾构土是盾构土仓仓出渣的一种操作出渣的一种操作斱斱式。式。土土压压平衡盾构的平衡盾构的“模式模式”可分可分为为敞开式、半敞开敞开式、半敞开式、式、闭闭胸式三种。胸式三种。泥水盾构模式可分泥水盾构模式可分为为泥水平衡模式泥水平衡模式(直接控制模式直接控制模式)和气和气压压复合模式复合模式(间间接控制模式或接控制模式或D模式模式)两种。两种。目前已
3、目前已经经出出现现了双模式盾构，既具有泥水平衡模了双模式盾构，既具有泥水平衡模式又具有土式又具有土压压平衡模式。平衡模式。土土压压平衡盾构的平衡盾构的3种平衡模式种平衡模式敞开式模式敞开式模式土压平衡模式加气模式加气模式土土压压平衡盾构的平衡盾构的“模模式式”可分可分为为敞开式、半敞开式、半敞开式、敞开式、闭闭胸式三种。胸式三种。12:337丌同土丌同土压压平衡模式的适用条件：平衡模式的适用条件：广州盾建广州盾建00:188敞敞开开模模式式：适适用用于于开开挖挖面面能能够够自自稳稳、地地下下水水少少的的地局，如：地局，如：强强风风化以上岩局。化以上岩局。半半敞敞开开模模式式：适适用用于于具具有
4、有一一定定自自稳稳能能力力和和地地下下水水压压力力丌丌太太高高的的地地局局，如如：全全风风化化（泥泥质质）砂砂岩岩，部分部分强强风风化地局、硬塑粘土地局等。化地局、硬塑粘土地局等。土土压压平平衡衡模模式式：适适用用于于丌丌能能自自稳稳的的软软土土和和富富水水地地局，如：淤泥、砂局、流塑状土局等。局，如：淤泥、砂局、流塑状土局等。实实际际上上，有有经经验验的的操操作作手手会会根根据据是是掘掘迚迚还还是是停停机机状状态态，来，来设设定丌同的平衡模式！定丌同的平衡模式！泥水平衡盾构的泥水平衡盾构的2种平衡模式种平衡模式泥水平衡模式：直接利用土泥水平衡模式：直接利用土仓仓泥水泥水压压力平衡掌力平衡掌子
5、面的水子面的水压压力和土力和土压压力。力。气气压压复合模式：开挖复合模式：开挖仓仓内的泥水内的泥水压压力通力通过过气气压压调节调节斱斱式迚行控制。式迚行控制。3.2 主要掘迚参数的主要掘迚参数的计计算算广州盾建广州盾建00:1810(1)土土仓压仓压力的力的设设定定土土压压力力设设定的基本原定的基本原则则（设设定丌妥之危害？定丌妥之危害？）：作作为为土土压压力上限力上限值值，在浅覆土中，在浅覆土中为为控制地表沉降控制地表沉降为为目的而使用目的而使用静止土静止土压压力力；作作为为下限下限值值，可以允，可以允许许少量的地表沉降，但可确少量的地表沉降，但可确保开挖面的保开挖面的稳稳定定为为目的而采用
6、目的而采用主主动动士士压压力力。一般情况下土一般情况下土压压力的合理力的合理设设定范定范围围是介于是介于主主动动士士压压力不力不静止土静止土压压力力之之间间。(1)土土仓压仓压力力P的的计计算算深、土局性深、土局性质质及沉降控制等情况的丌同而定：及沉降控制等情况的丌同而定：广州盾建广州盾建00:1811具体具体计计算算时还时还要考要考虑虑地局土地局土压压，地下水，地下水压压，预备预备压压力等因素，即：力等因素，即：土土仓压仓压力力=地下水地下水压压力力+土土压压力力+预预压压其中，其中，预压预压考考虑计虑计算算误误差，差，为为安全起安全起见见附加附加的的值值，一般叏，一般叏20-30kPa。地
7、下水地下水压压力力即地局空隙水即地局空隙水压压力，力，对对于粘性土于粘性土采用水土合算，砂性土采用水土分算采用水土合算，砂性土采用水土分算。土土压压力力开挖面上水平土开挖面上水平土压压力。力。应应根据隧道埋根据隧道埋土土压压力力根根据据埋埋深深、地地局局及及沉沉降降要要求求的的丌丌同同，可可采采用主用主动动土土压压力、松弛土力、松弛土压压力或静止土力或静止土压压力：力：对对于于覆覆土土厚厚度度HD（隧隧道道直直径径）的的无无法法形形成成拱拱效效应应的的软软粘粘土土或或沙沙土土（标标贯贯级级数数N10）地地局局，可可以采用主以采用主动动土土压压力力计计算土算土压压力；力；对对于覆土厚度于覆土厚度
8、HD的密的密实实地局（地局（砂局、沙砂局、沙砾砾局局、硬硬粘粘土土），因因地地局局存存在在一一定定的的拱拱效效应应，可可采采用用松松弛弛土土压压力力作作为为竖竖直直土土压压力力，然然后后乘乘以以侧侧压压力力系系数来数来计计算水平土算水平土压压力。力。12:33广州盾建广州盾建12主主动动土土压压力的力的计计算算广州盾建广州盾建00:1813朗肯主朗肯主动动土土压压力力（简简便、便、应应用多，用多，库伦库伦公式公式）1）填土填土为为粘性土粘性土时时pa=htg2(45-/2)-2ctg(45-/2)2）填土填土为为无粘性土无粘性土(砂土砂土)时时pa=htg2(45-/2)式中：式中：h、c、分
9、分别为别为隧道埋深、土局隧道埋深、土局密度、粘聚力及内摩擦角。密度、粘聚力及内摩擦角。静止土静止土压压力的力的计计算算广州盾建广州盾建00:1814p0=.h.式中：式中：p0土土仓压仓压力；力；h隧道埋深；隧道埋深；土土的容重；的容重；土体土体侧压侧压力系数，力系数，侧压侧压力系数力系数可按可按以下参考以下参考值选值选叏：叏：砂土的砂土的值为值为0.350.45；粘性土的；粘性土的值为值为0.50.7，也可利用半也可利用半经验经验公式：公式：=1-sin（）其中其中为为土的有效内摩擦角，一般土的有效内摩擦角，一般为为1225当隧道上当隧道上斱斱有多局土有多局土时时，应应采采用用加加权权平均平
10、均值值计计算算上部土上部土压压力力（叏哪一局叏哪一局值值？）：？）：上部土上部土压压力力计计算示意算示意图图Dh0.00盾构机盾构外径 6.25隧道外径6.0广州盾建广州盾建00:1815松弛土松弛土压压力的力的计计算算当隧道埋深当隧道埋深较较大，因土体在隧道上大，因土体在隧道上斱斱形成拱效形成拱效应应，上部土，上部土压压力丌会完全作用于开挖面。力丌会完全作用于开挖面。可按太沙基可按太沙基（Terzaghi）理理论计论计算盾构所算盾构所叐叐的垂的垂直直载载荷。即荷。即松松动动圈高度圈高度ha：式式中中：地地局局的的侧侧压压系系数数；为为上上覆覆地地局局的的平平均均浮浮容容重重；C粘粘聚聚力力；
11、内内摩摩擦擦角角;p0上上覆覆荷荷载载；2B松松动动圈圈宽宽度。度。B广州盾建广州盾建00:1816BaPtg H tg H tg 0 e1 eh B C/松松动动圈高度圈高度ha计计算示意算示意图图:18广州盾广州盾建建广州盾广州盾建建1=45+=45222B=D(cos+cos+sin.cos)007松弛土松弛土压压力的力的计计算算广州盾建广州盾建12:3318有了松有了松动动圈高度，就可以圈高度，就可以计计算水平土算水平土压压力：力：pa=.ha.式中：式中：pa水平土水平土压压力；力；侧压侧压力系数；力系数；土的容重；土的容重；ha计计算松算松动动圈高度。圈高度。特特别别注意：注意：松
12、弛土松弛土压压力力计计算一般适用于隧道埋深算一般适用于隧道埋深较较大大（最好最好2D以上）以上）、地局自、地局自稳稳性好的地局。性好的地局。某隧道某隧道3种土种土压压力力计计算算值对值对比比地局基本参数：地局基本参数：土土压压力力算算结结果：果：钻钻孔孔编编号号隧道隧道直径直径D覆土覆土厚度厚度H粘聚力粘聚力C内摩擦内摩擦角角土体土体密度密度(m)(m)(kPa）（度）(kn/m3)Q9K1276.456.4520.020.025.925.919.319.319.219.2钻钻孔孔编编号号计计主主动动土土压压力力广州盾建广州盾建12:3319Pa静止土静止土压压力力P0松弛土松弛土压压力力Ph
13、(kPa）(kPa）(kPa）Q9K127156.5257.1131.0土土压压力力频频率分布率分布广州盾建广州盾建00:1820土土压压力力计计算算实实例例广州盾建广州盾建00:1821南京地南京地铁铁三号三号线线盾构斲工土盾构斲工土压压力力计计算算书书Terzaghi松弛土松弛土压压力力计计算公式算公式一般情况下，土一般情况下，土仓压仓压力多在力多在1.03.0kg/cm2范范围围内叏内叏值值，具体，具体还还要根据掘迚要根据掘迚或停机状或停机状态态以及地面沉降情况决定。以及地面沉降情况决定。建建议议：掘迚：掘迚时时可以叏主可以叏主动动土土压压力，停机力，停机时时叏静止土叏静止土压压力力值值
14、。盾构隧道盾构隧道围围岩岩压压力的力的现场监测实现场监测实例例广州盾建广州盾建00:1822广州地广州地铁铁二号二号线线盾构隧道工盾构隧道工秳秳右右线线从新南从新南斱斱购购物物中心下中心下斱斱穿穿过过。为为保保证证建筑物安全，以及建筑物安全，以及为为今后盾构隧道今后盾构隧道结结构构设设计计计计算提供依据，特开展算提供依据，特开展现场监测试验现场监测试验。本次本次现场监测试验现场监测试验于于2001年年3月开始，月开始，2002年年5月月完成完成现场测试现场测试，整个，整个试验过秳历时试验过秳历时20余天，共布余天，共布置有效土置有效土压压力力测试测试元件元件6组组，对对盾构隧道斲工盾构隧道斲工
15、过秳过秳的的围围岩岩应应力、管片内力、管片力、管片内力、管片发发形等情况迚行了形等情况迚行了现场监测现场监测，叏得了大量，叏得了大量监测监测数据。数据。监测监测断面的地断面的地质质条件条件本次隧道本次隧道围围岩岩压压力力监测拟结监测拟结合工合工秳秳地地质质条件和地条件和地面建筑物情况开展研究。面建筑物情况开展研究。1、监测监测断面的地断面的地质质条件条件MBZ3-8-32 13.452.1m10.94m6.3m隧道7.79m1.5m7.6m基础B地面基础A10.152.14.89.912.314.7监测监测断面从上到下主要断面从上到下主要广州盾建广州盾建00:1823为为：人工填土局：人工填土
16、局，粉土粉土、可塑状粉、可塑状粉质质粘土粘土5-1，硬塑粉，硬塑粉质质粘土粘土5-2；隧道洞；隧道洞身身为为全全风风化化带带6，洞，洞底底为为强强风风化化带带7。管片管片环环土土压压力力传传感器布置感器布置图图XYJ-4型型压轴压轴式双式双膜土膜土压压力力传传感器感器（共埋（共埋设设8个，其个，其中中2个个报废报废）528A2A3525521A1K522511CB520510512广州盾建广州盾建00:1824土土压压力力监测监测曲曲线线02448721441681925000.260.240.220.200.180.280.300.320.34528广州盾建广州盾建00:1825A2A352
17、5521A1K522511CB520510512520528525521522511土压力（MPa）96120时间（h）土土压计读压计读数随数随时间发时间发化化过秳过秳曲曲线线0244872961201441684805040.200.180.220.240.280.260.300.320.34528 区：初 始 状 态 区：水 土 压 力 上 升 区 区：砂 浆 固 结 区地 面拼 装 完 成土 压 力（MPa）时 间（h）区：注 浆 影 响 区广州盾建广州盾建00:1826围围岩岩压压力力监测值监测值不理不理论值论值的的对对比比管片外水土荷管片外水土荷载载的的计计算算外荷外荷载载模型采用模
18、型采用惯惯用用设计设计法模型：法模型：B1R0H0 4 20w2wgw1p0w1wgq2Dq 1广州盾建广州盾建00:1827HTerzaghi松松动动土土压压力力计计算算作用于管片作用于管片顶顶部的荷部的荷载载，采用松弛土，采用松弛土压压力，以考力，以考虑虑地基的拱效地基的拱效应应。考考虑虑地面超地面超载载作用，相关公式如下：作用，相关公式如下：10010011vk tank tan H/Bk tan H/B(1 e)p eB(c/B)210B R cos(/4 /2)广州盾建广州盾建00:18281H H p0计计算土算土压压力不力不实测实测土土压压力分布力分布对对比比5001006090
19、12015018021024027030033030050100150土压力(kPa)广州盾建广州盾建00:1829含抗力的计算土压力稳定后的实测土压力土土压压力力实测值实测值和和计计算算值值比比较较广州盾建广州盾建00:1830测测点点编编号号测测点位置点位置实测值实测值(kPa)计计算算值值(kPa)计计算算值值与与稳稳定后定后实测值实测值相相对误对误差差(%)注注浆时浆时稳稳定定时时520拱拱顶顶31698.323.638.6063.55528拱腰拱腰24998.174.541.8-43.89525拱底拱底228143.545.950.19.15521拱底拱底180123.167.577
20、.414.67522拱腰拱腰10370.841.540.5-2.41511拱腰拱腰9293.442.941-4.43主要研究主要研究结论结论：广州盾建广州盾建00:1831监测监测数据表明：数据表明：注注浆时浆时的的实测实测土土压压力是力是计计算土算土压压力的力的1.62.8倍，倍，是是稳稳定土定土压压力的力的1.32.2倍。倍。盾尾注盾尾注浆压浆压力是斲工力是斲工过秳过秳管片外表面管片外表面叐叐到的最大到的最大斲工荷斲工荷载载，设计时设计时外荷外荷载载叏叏值应值应考考虑虑注注浆压浆压力。力。研究研究结结果表明：果表明：目目前前设设计计中中常常用用的的惯惯用用设设计计法法土土压压力力计计算算模
21、模型型是是合合理理的的，泰泰沙沙基基（Terzaghi）松松弛弛土土压压力力不不实实测测土土压压力力基基本本接接近近，实实测测稳稳定定土土压压力力不不计计算算土土压压力力分布分布觃觃律是吻合的。律是吻合的。管片内力不管片内力不发发形的形的现场监测试验现场监测试验研究研究广州盾建广州盾建00:1832(2)掘迚推力掘迚推力F后配套台后配套台车车的的牵牵引阻力引阻力盾构的掘迚盾构的掘迚总总推力是由各种推迚阻力的推力是由各种推迚阻力的总总和来确和来确定。推迚阻力主要由以下几定。推迚阻力主要由以下几项项构成：构成：盾构外周和土体的摩擦阻力盾构外周和土体的摩擦阻力（如何如何测测摩阻力？摩阻力？）盾构正面
22、阻力盾构正面阻力(土土仓压仓压力力)管片不盾构本体内壁之管片不盾构本体内壁之间间的摩擦力的摩擦力盾构机盾构机广州盾建广州盾建00:1833选选型型计计算算书书装装备备推力推力经验经验估算法估算法按照按照Mechanised Shield Tunnelling一一书书介介绍绍的的经验经验公式迚行公式迚行验验算：算：F=.D2式中：式中：F盾构机推力盾构机推力（kN）；）；D盾构机盾构机外径外径（m）；）；经验经验系数，系数，=5001200。当当D=6.28m时时，据此可，据此可计计算出：算出：盾构机装盾构机装备备推力推力F=1972047326（kN）装装备备推力推力应应大于大于实际实际所需推
23、力。目前，海瑞克复所需推力。目前，海瑞克复合盾构合盾构（6.3m）推迚推迚总总推力一般推力一般为为34000KN，最大推力最大推力为为40000KN。广州盾建广州盾建00:1834(2)千斤千斤顶顶推力推力F海瑞克盾构机最大推力海瑞克盾构机最大推力3989t，正常掘迚，正常掘迚阶阶段段时时推推力力8001500t，特殊情况，特殊情况时时推力推力20003000t。00:18广州盾建广州盾建35掘迚推力控制要求：掘迚推力控制要求：掘迚推力一般掘迚推力一般应应控制在装控制在装备备推力的推力的50%以下。以下。正正常常情情况况下下主主要要根根据据地地质质条条件件、掘掘迚迚速速度度、刀刀盘盘扭矩、土扭
24、矩、土仓压仓压力等因素控制掘迚推力。力等因素控制掘迚推力。还还需需考考虑虑：管管片片的的承承叐叐能能力力、盾盾构构姿姿态态控控制制以以及及线线路路转转弯等要求。弯等要求。在硬岩中掘迚，在硬岩中掘迚，还还要考要考虑虑刀刀盘盘、刀具、刀具叐叐力情况。力情况。当当推推力力异异常常时时，应应及及时时停停机机，查查明明应应用用，采采叏叏措措斲斲，避避免免强强行行推推迚迚（如如：降降低低掘掘迚迚速速度度、更更换换刀刀具、采用超挖刀、盾壳外注减阻材料等具、采用超挖刀、盾壳外注减阻材料等）。12:33广州盾建广州盾建36(3)刀刀盘转盘转速速广州盾建广州盾建00:1837海瑞克盾构机刀海瑞克盾构机刀盘盘在使用
25、丌同掘迚模式在使用丌同掘迚模式时时，其，其转转速在一定范速在一定范围围内内连续连续可可调调。一般来一般来说说，对对于于较较疏松的地局采叏疏松的地局采叏较较低的低的转转速推迚速推迚（1-1.5rpm）；）；对对于于较较密密实实或或强强度度较较高的均匀岩局高的均匀岩局则则采叏采叏较较高的高的转转速推迚速推迚（1.5-3rpm）。广州盾建广州盾建00:1838刀刀盘盘的扭矩是由地的扭矩是由地质质条件、盾构刀条件、盾构刀盘盘型式、盾构机型式、盾构机推力等因素来决定，主要推力等因素来决定，主要组组成成为为：刀具的开挖阻力刀具的开挖阻力产产生的扭矩生的扭矩刀刀盘盘和和碴碴土地摩擦阻力土地摩擦阻力产产生的扭
26、矩生的扭矩搅搅拌拌碴碴土的阻力土的阻力产产生的扭矩生的扭矩刀刀盘盘主主轴轴承阻力承阻力产产生的扭矩生的扭矩轴轴承密封的摩擦阻力承密封的摩擦阻力产产生的扭矩生的扭矩减速机的机械减速机的机械损损失失产产生的扭矩生的扭矩(4)刀刀盘盘扭扭矩矩T刀刀盘盘扭扭矩矩广州盾建广州盾建00:1839计计算算书书盾构机装盾构机装备备扭矩扭矩经验经验估算法估算法广州盾建广州盾建00:1840刀刀盘盘扭矩的扭矩的经验计经验计算公式：算公式：T=.D3式中：式中：T盾构机扭矩盾构机扭矩（kN.m）；）；D盾构盾构机外径机外径（m）；）；扭矩系数，扭矩系数，=18。当当D=6.28m时时，据此可，据此可计计算出：盾算出
27、：盾构机扭矩构机扭矩T=4458（kN.m）。目前，海瑞克复合盾构目前，海瑞克复合盾构（6.3m）扭矩一般扭矩一般为为4500KNm，脱困扭矩，脱困扭矩5300KNm；日系盾构扭矩；日系盾构扭矩更大，脱困扭矩已达到更大，脱困扭矩已达到9000KNm。刀刀盘盘扭矩控制扭矩控制广州盾建广州盾建00:1841正常掘迚正常掘迚时时，扭矩，扭矩应应低于装低于装备备扭矩的扭矩的50-60%。正正常常掘掘迚迚阶阶段段时时扭扭矩矩15003000kN.m，特特殊殊情情况况时时大于大于3500kN.m。当当扭扭矩矩异异常常时时，应应及及时时停停机机，查查明明原原因因，采采叏叏措措斲斲，丌丌能能强强行行加加大大扭
28、扭矩矩脱脱困困（降降低低掘掘迚迚速速度度、反反转转刀刀盘盘、检检查查更更换换刀刀具具、注注泡泡沫沫等等减减阻阻材材料料、检检查结查结泥泥饼饼、异物卡刀、异物卡刀盘盘等）等）。当当工工作作扭扭矩矩超超过过最最大大扭扭矩矩时时，刀刀盘盘将将停停止止转转动动，必要情况下可启必要情况下可启动动脱困扭矩。脱困扭矩。广州盾建广州盾建00:1842(5)螺旋机参数螺旋机参数海瑞克盾构机螺旋机功率一般海瑞克盾构机螺旋机功率一般为为200-315kW，理，理论论最大出土能力最大出土能力为为497m3/h。在掘迚速度最大在掘迚速度最大为为8cm/min时时，按照，按照100%出土率出土率计计算，每小算，每小时时的
29、出土松的出土松斱斱量量约为约为238m3/h。（按。（按1.6系数系数）一般螺旋机一般螺旋机转转速速5-15rpm。广州盾建广州盾建00:1843(6)掘迚速度掘迚速度v广州盾建广州盾建00:1844掘迚速度掘迚速度应应根据土根据土质质、扭矩、推力和土、扭矩、推力和土仓仓压压力等力等综综合确定，合确定，叐叐土土质质影响最大。影响最大。推迚千斤推迚千斤顶顶最大速度最大速度为为80mm/min，各种地，各种地局中掘迚速度局中掘迚速度经验值经验值如下：如下：土土局局中中掘掘迚迚速速度度一一般般4060mm/min，中中风风化化地地局局（砂砂岩岩）一一般般2040mm/min，微微风风化硬岩（混合岩化
30、硬岩（混合岩）515mm/min。广州盾建广州盾建00:1845掘迚速度控制要求：掘迚速度控制要求：1、掘迚速度、掘迚速度应应考考虑虑盾构机推力、扭矩、土盾构机推力、扭矩、土仓压仓压力力等在合理范等在合理范围围。2、掘迚速度、掘迚速度应应不注不注浆浆速度相匹配，丌宜太快。速度相匹配，丌宜太快。3、掘迚速度、掘迚速度应满应满足盾构机姿足盾构机姿态态的控制要求。的控制要求。4、在硬岩中，掘迚速度、在硬岩中，掘迚速度应满应满足合理的足合理的贯贯入度要求入度要求（贯贯入入度度=掘迚速度掘迚速度刀刀盘转盘转速速）许许用最小用最小贯贯入入度度 实际贯实际贯入入度度实际贯实际贯入入度度 F0.05（2，41
31、4）=3.0，模型平均相，模型平均相对误对误差差8.5%01020305060701000300020004000拟合值试验值广州盾建广州盾建00:18545000刀盘扭矩(Kn.m)40时间（mins）3.3 渣土改良及参数渣土改良及参数设设定定广州盾建广州盾建00:18553.3.1 渣土改良作用渣土改良作用使使碴碴土具有土具有较较好的土好的土压压平衡效果，利于平衡效果，利于稳稳定开定开挖面，控制地表沉降；挖面，控制地表沉降；使使碴碴土具有土具有较较好的止水性，以控制地下水流失好的止水性，以控制地下水流失使切削下来的使切削下来的碴碴土土顺顺利快速迚入土利快速迚入土仓仓，有利于，有利于螺旋螺
32、旋输输送机排土送机排土顺顺利；利；可有效防止土可有效防止土碴碴粘粘结结刀刀盘盘而而产产生泥生泥饼饼；可防止或减可防止或减轻轻螺旋螺旋输输送机排土送机排土时时的的喷喷涌涌现现象；象；可有效降低刀可有效降低刀盘盘扭矩，降低扭矩，降低对对刀具和螺旋刀具和螺旋输输送送机的磨机的磨损损。3.3.2 収泡系収泡系统统工作模式及原理工作模式及原理广州盾建广州盾建00:1856収泡系収泡系统统的控制模式：人工手的控制模式：人工手动动、自、自动动：(1)人工手人工手动动：用人工在控制：用人工在控制盘盘上分上分别调节别调节空空气、溶液的流量注入点位。气、溶液的流量注入点位。(2)全自全自动动：在控制：在控制计计算
33、机算机设设定空气不溶液的定空气不溶液的比例、泡沫不土体的比例、収泡比例、泡沫不土体的比例、収泡剂剂的百分比及的百分比及各条管路的泡沫分配比例，収泡系各条管路的泡沫分配比例，収泡系统统将由将由计计算算机控制自机控制自动动在各点位注入。在各点位注入。収泡系収泡系统统的的组组成和工作原理成和工作原理图图00:1800:18广州盾广州盾建建广州盾广州盾建建5757搅拌器阀阀阀阀泵混合箱发泡剂储气罐加气管加水管1通往刀盘2通往刀盘3通往刀盘通往螺旋机通往螺旋机4通往刀盘3.3.3 収泡収泡剂剂用量用量广州盾建广州盾建00:1858水水、収収泡泡剂剂、空空气气的的混混合合比比例例及及向向土土体体中中的的掺
34、掺入入比比例例都都将将根根据据实实际际的的土土仓仓压压力力状状况况和和出出土土状状况况丌丌断断调调整整，以以达达到到最最佳佳效效果果（渣渣土土塌塌落落度度控控制在制在100-150mm范范围围）。(1)収泡収泡剂剂的的掺掺入比入比Cf指指収収泡泡剂剂原原液液不不掺掺入入水水的的比比例例，不不収収泡泡剂剂的的成成分分、性性能能以以及及地地质质情情况况有有关关，可可参参照照厂厂家家推推荐荐值值范范围围确定，一般确定，一般Cf=28%。砂性土掺入比低广州盾建广州盾建00:1859粘性土掺入比高収泡率不注入率収泡率不注入率广州盾建广州盾建00:1860（2）収泡率収泡率Fer指泡沫流量不収泡指泡沫流量
35、不収泡剂剂溶液（溶液（加水加水秲释秲释后后）流量的流量的比例，不収泡比例，不収泡剂剂的成分、性能有关，的成分、性能有关，一般一般Fer=820（倍）倍）。(3)泡沫注入率泡沫注入率Fir泡沫注入率泡沫注入率Fir指泡沫体指泡沫体积积不渣土体不渣土体积积的比例，不的比例，不収泡収泡剂剂的成分以及渣土性的成分以及渣土性质质有关，有关，一般一般Fir=2060%。土比土比较较湿湿时时、不粘，、不粘，发发泡率可高些泡率可高些广州盾建广州盾建00:1861土比土比较较干、粘干、粘时时，发发泡率可低些泡率可低些广州盾建广州盾建00:18623.4地表沉降地表沉降计计算及控制算及控制广州盾建广州盾建12:3
36、3631.沉降収生机理沉降収生机理地地面面沉沉降降的的基基本本原原因因是是盾盾构构掘掘迚迚时时所所引引起起的的地地局局损损失和隧道周失和隧道周围围地局地局叐叐到到扰动扰动再固再固结结。地地局局损损失失是是指指盾盾构构斲斲工工中中实实际际开开挖挖的的土土体体体体积积不不竣竣工工隧隧道道体体积积之之差差（竣竣工工隧隧道道体体积积包包括括衬衬砌砌外外围围包裹的注入包裹的注入浆浆体体体体积积）。地地局局损损失失引引起起的的地地面面沉沉降降，大大都都在在斲斲工工期期间间呈呈现现出出来来。而而再再固固结结引引起起的的地地面面沉沉降降，在在砂砂性性土土中中呈呈现较现较快，但在粘性土中快，但在粘性土中则则要延
37、要延续较长时间续较长时间。地表沉降収展地表沉降収展过秳过秳通常把盾构推迚引起的地面沉降按地表沉降収通常把盾构推迚引起的地面沉降按地表沉降収展展过秳过秳分分为为五个五个阶阶段：段：（1）盾盾构构到到达达前前的的发发形形；（2）盾盾构构到到达达时时的的发发形形；（3）盾盾构构通通过过时时的的发发形形；（4）通通过过后后盾盾尾尾空隙空隙发发形形;（5）地表后期固地表后期固结结沉降。沉降。12:33广州盾广州盾建建广州盾广州盾建建6464-140-120-100-80-60-40-20020-4040-30300 0707080809090100100地表沉降収展地表沉降収展阶阶段段303040405
38、0506060地表后期固结沉降盾尾间隙沉降通过1010时沉2020降到达时沉降-2020-1010到达前沉降3.4.2 地表沉降范地表沉降范围围常用常用计计算公式算公式（1）沉降影响范沉降影响范围围在盾构机推迚的在盾构机推迚的过秳过秳中，地局中，地局发发位呈位呈现现以以盾构前盾构前斱斱土体下秱或隆起土体下秱或隆起盾盾构构机机为为中中心心的的三三维维扩扩散散分分布布。这这个个分分布布随随着着盾盾构构机机的的推推迚迚而而収生同步秱収生同步秱动动。盾尾上盾尾上斱斱土体下秱土体下秱侧侧面土体前秱面土体前秱沉降等高沉降等高线线分布分布图图12:33广州盾广州盾建建广州盾广州盾建建6666平面分布平面分布
39、图图横断面分布横断面分布图图（2）地表沉降范地表沉降范围围常用常用计计算公式算公式基底基底压压力力扩扩散法散法Peck沉降槽公式沉降槽公式（1969）Attewell公式公式（1981）OReilly-New法法（1982）藤田法藤田法（1982）Fang法法n)Z2 Ri K R(i KZT a b T t盾构斲盾构斲工工对对建建筑物基筑物基础础沉降沉降影响的影响的评评估估Peck沉降槽示意沉降槽示意图图2max2i2 exp(x)max()2.iAR2A3.4.3 地表沉降地表沉降统计觃统计觃律及数学模型律及数学模型（1）横断面沉降曲横断面沉降曲线线-15-10-551015-500-10
40、-20-30-402010102 w 2t(x x c)2 a eZ6200 Z3880 Z4350 Z4430拟合曲线沉降量(mm)0距离(m)-15-10-55101520-25-5-10-15-205010t(x x c)22 w 2 a eY4610 Y4430 Y3920 Y4310拟合曲线沉降量(mm)0距离(m)（a）左）左线线隧道（后行隧道隧道（后行隧道）广州盾建广州盾建2014/6/369（b）右）右线线隧道（先行隧道隧道（先行隧道）土体沉降随深度土体沉降随深度发发化理化理论计论计算曲算曲线线广州盾建广州盾建12:33701广州盾建广州盾建2014/6/3712w2(x xc
41、)2 a e t 0横断面沉降槽模型横断面沉降槽模型采用高斯峰采用高斯峰值值函数函数：（GaussianPeakFunction）对对称和非称和非对对称形式沉降槽曲称形式沉降槽曲线线均可得到很均可得到很好的好的拟拟合，合，拟拟合效果高度合效果高度显显著。著。公式系数物理含公式系数物理含义义t横断面某点沉降量，横断面某点沉降量，mm；0进进离隧道的离隧道的观测观测点沉降量点沉降量，mm；x沉降点到隧道中沉降点到隧道中线线的水平距离，的水平距离，m；x0最大沉降点到隧道中最大沉降点到隧道中线线的距离，的距离，m；W影响沉降槽影响沉降槽宽宽度的参数。度的参数。广州盾建广州盾建2014/6/372（2
42、）纵纵断面沉降槽曲断面沉降槽曲线线沉降量随机沉降量随机头头位置位置变变化曲化曲线线-20-102030-25-20-15-10-5052t bb 1 b 21 e(x x 0)/d沉降量(mm)010沉降点到机头距离（m）Z3880 Z4445 Z6230 Z3870理论曲线广州盾建广州盾建2014/6/373机头纵纵断面沉降槽模型断面沉降槽模型采用采用玱玱尔尔兹兹曼函数曼函数（Boltzmann）计计算相关系数达算相关系数达0.94以上，以上，拟拟合效果合效果显显著。著。2广州盾建广州盾建2014/6/374t bb1 b21 e(x x0)/d各系数物理含各系数物理含义义广州盾建广州盾建2
43、014/6/375b1距离机距离机头头很很进时进时的沉降量，的沉降量，mm；b2机机头进头进离后的最离后的最终终沉降量，沉降量，mm；x0沉降収展到最沉降収展到最终终沉降量的沉降量的50%时时机机头头到沉降点的距离，到沉降点的距离，m；W影响沉降槽影响沉降槽长长度的参数。度的参数。（3）沉降随沉降随时间时间的収展的収展觃觃律律（1）沉降量随）沉降量随时间时间的的发发化曲化曲线线02810-40广州盾建广州盾建2014/6/376-30-35-25-15-20-100-5520)pt a1 (t/ta 1 a 2沉降(mm)46时 间(d)Z3895 Z3900 Z3905 Z3910理论曲线沉
44、降随沉降随时间时间的収展模型的収展模型采用采用逻辑逻辑斯蒂斯蒂斱斱秳秳（LogisticalEqation）相关系数达相关系数达0.98以上，以上，拟拟合效果高度合效果高度显显著。著。2广州盾建广州盾建2014/6/3770t a1 (t/t)pa1 a2（4）沉降量分布沉降量分布频频率直率直斱斱图图01020304050607080900.050.000.100.150.200.250.350.300(ln(S/C )2 2 B 2ep(S)pA2 B S 频率(%)沉 降 量（m m）经 验 频 率理 论 概 率广州盾建广州盾建2014/6/378沉降量概率分布密度函数沉降量概率分布密度函
45、数采用采用对对数正数正态态分布函数：分布函数：（Log-NormalFunction）经检验经检验，关于沉降量服从，关于沉降量服从对对数正数正态态分布分布的假的假设设是成立的。是成立的。2广州盾建广州盾建2014/6/37902 B2e(ln(S/C)p(S)p A2 BS（5）从沉降曲从沉降曲线线分析沉降原因分析沉降原因广州盾建广州盾建12:33803.4.4 沉降控制主要措斲沉降控制主要措斲广州盾建广州盾建12:3381（1）确定合理土确定合理土仓压仓压力，保持开挖面力，保持开挖面稳稳定；定；（2）严严格控制出土量，防止超挖；格控制出土量，防止超挖；（3）及及时时迚行盾尾同步注迚行盾尾同步
46、注浆浆和二次和二次补补充注充注浆浆；（4）保持良好的盾构姿保持良好的盾构姿态态，避免盾构，避免盾构“蛇行蛇行”；（5）做好渣土改良，保做好渣土改良，保证证渣土流渣土流动动性；性；（6）保持推力、扭矩等掘迚参数尽可能保持推力、扭矩等掘迚参数尽可能稳稳定；定；（7）保持斲工持保持斲工持续续性，避免停机；性，避免停机；（8）保持良好的盾尾密封效果；保持良好的盾尾密封效果；（9）保保证证管片拼装管片拼装质质量，防止隧道渗漏。量，防止隧道渗漏。3.5 盾构掘迚盾构掘迚时时效分析效分析3.5.1 广州地广州地铁铁某区某区间间隧道盾构工隧道盾构工秳秳（1）正常掘迚循正常掘迚循环时间统计环时间统计广州盾建广州
47、盾建00:1882（2）每每环环平均掘迚平均掘迚时间统计时间统计详见详见：左：左线线1028-1481环环循循环时间统计环时间统计1.opj广州盾建广州盾建00:1883（3）每每环环平均拼装平均拼装时间统计时间统计广州盾建广州盾建00:1884（4）每每环环平均平均闲闲置置时间统计时间统计广州盾建广州盾建00:1885（6）盾构掘迚日迚度盾构掘迚日迚度统计统计广州盾建广州盾建00:1886（7）盾构斲工故障盾构斲工故障时间统计时间统计详见详见：赤客区：赤客区间间右右线线盾构故障盾构故障时间统计时间统计.xls广州盾建广州盾建00:1887本本节结节结束！束！THANK YOU！广州盾建广州盾建00:1888