【摘 要】針對成都地鐵10號線紅牌樓站—太平園站盾構(gòu)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(guān)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(fēng)險源雙重影響，所以在過處于上坡地段的風(fēng)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(jié)合水的接觸作用實現(xiàn)了對盾構(gòu)機土倉壓力的有效監(jiān)控和調(diào)整;渣土改良能有效降低盾構(gòu)機刀盤的摩擦力，是降低盾構(gòu)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(shè)定土壓和推進速率相匹配;掘進推力應(yīng)該設(shè)在1100～1200 kN，使盾構(gòu)機平穩(wěn)推進以此實現(xiàn)掘進推力的優(yōu)化控制。

【關(guān)鍵詞】砂卵石地層; 盾構(gòu)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(biāo)志碼】A

0 引言

雖然我國盾構(gòu)施工技術(shù)越來越嫻熟，但是大多是相對簡單地層的盾構(gòu)施工，對于復(fù)雜地層的盾構(gòu)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(nèi)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(jié)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(yīng)用正交實驗技術(shù)并結(jié)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(gòu)施工過程中設(shè)置監(jiān)測點，獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，來分析土體特性和盾構(gòu)施工參數(shù)的關(guān)系等等一系列的國內(nèi)學(xué)者成果。

對于挖掘技術(shù)參數(shù)的配合關(guān)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(jié)果。徐前衛(wèi)等［3］根據(jù)直徑400 mm模型盾構(gòu)機在各種挖掘方法配合下的仿真實驗，得到了盾構(gòu)在軟土壤層實施的若干有利結(jié)果;王洪新等［4］根據(jù)理論研究和實驗，導(dǎo)出了刃盤力矩、盾構(gòu)推動力、土倉壓強、貫入度、螺旋輸送機速度等重要技術(shù)參數(shù)間的數(shù)學(xué)相關(guān)性，并運用實際資料得到了證明;張厚美等［1］對盾構(gòu)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(gòu)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(gòu)掘進實驗，對重點掘進參數(shù)變化和盾構(gòu)適應(yīng)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(gòu)施工資料，對重點掘進技術(shù)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(nèi)容，深入研究了各種掘進條件下掘進技術(shù)參數(shù)間的配合問題和切削比能;Innaurato等［7］根據(jù)分析盾構(gòu)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(luò)的監(jiān)控管理系統(tǒng)運用到了盾構(gòu)建設(shè)中;Alvarez Grima等［9］等使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，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(shè)，使用BP和RBF兩個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方式，使用地質(zhì)參數(shù)對盾構(gòu)重要掘進技術(shù)參數(shù)做出了預(yù)報;楊全亮［11］根據(jù)廣州地鐵盾構(gòu)掘進技術(shù)參數(shù)，分別使用BF和高斯核函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建出甚于掘進技術(shù)參數(shù)的盾構(gòu)推力和盾構(gòu)機刀盤力矩預(yù)報模式;胡珉等［12］構(gòu)建了多級神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來解析盾構(gòu)挖掘技術(shù)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(shù)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(gòu)實驗，使用模糊的數(shù)學(xué)技術(shù)，研究了挖掘技術(shù)參數(shù)和巖層狀況相互之間的對應(yīng)關(guān)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(nèi)外有關(guān)盾構(gòu)與挖掘技術(shù)參數(shù)的匹配問題研究，主要聚焦于構(gòu)造基本參數(shù)計算結(jié)果的預(yù)測模式，以及通過在盾構(gòu)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(guān)聯(lián)等研究領(lǐng)域，而有關(guān)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(gòu)的數(shù)據(jù)，研究掘進數(shù)據(jù)的相關(guān)性與選擇問題，對技術(shù)參數(shù)間的配合問題進行研究。

1 工程概況

1.1 工程設(shè)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(cè)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(shè)，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(gòu)預(yù)留接口，右線接入盾構(gòu)接收井（10號線三期新建），10號線三期盾構(gòu)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(shè)。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(shè)置兩座聯(lián)絡(luò)通道。區(qū)段正線采取盾構(gòu)法建設(shè)，而聯(lián)絡(luò)隧洞、暗挖區(qū)段采取礦山法建設(shè)。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(shè)計參數(shù)如表 1所示。

1.2 區(qū)間盾構(gòu)及管片設(shè)計

管片內(nèi)徑為5.4 m，管片外徑為6 m，用土壓平衡盾構(gòu)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(gòu)區(qū)間橫剖面如圖 1所示。

1.3 工程地質(zhì)、水文條件

根據(jù)區(qū)域的地質(zhì)數(shù)據(jù)、實地勘察結(jié)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(gòu)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(zhì)黏土層、黏質(zhì)粉壤土、黏質(zhì)粉壤土、細沙層、中砂層、石子層;白堊系上統(tǒng)灌口組（K2g）：強風(fēng)化泥地層、中風(fēng)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(zhì)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?；滋幱诿軐嵚咽瘜由?。

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(gòu)掘進參數(shù)的確定

因為和盾構(gòu)相關(guān)的技術(shù)參數(shù)有許多，而且每個技術(shù)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(dāng)?shù)氐慕ㄔO(shè)要求相結(jié)合。一般來說：盾構(gòu)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(gòu)機刀盤速度等。在盾構(gòu)機械挖掘過程中，與推動相關(guān)的技術(shù)參數(shù)是盾構(gòu)推進，它由液壓氣缸供給，是向前推動的力量;與盾構(gòu)機刀盤切削相關(guān)的技術(shù)參數(shù)是盾構(gòu)機刀盤速度與力矩，盾構(gòu)機刀盤速度是指盾構(gòu)在切割砼體時刀盤單位時內(nèi)旋轉(zhuǎn)速率，盾構(gòu)機刀盤力矩由盾構(gòu)機械前置的電機驅(qū)動，通過旋轉(zhuǎn)盾構(gòu)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(nèi)需形成相應(yīng)的渣土氣壓來平衡挖掘面上的水土氣壓;挖掘速度為盾構(gòu)在施工過程中單位時間內(nèi)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(gòu)掘進區(qū)間，我們選取四個和地層因素有關(guān)的挖掘技術(shù)參數(shù)：盾構(gòu)機推進、盾構(gòu)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(guān)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(gòu)區(qū)間掘進參數(shù)分析

根據(jù)本區(qū)間的設(shè)計資料可知，盾構(gòu)區(qū)間左、右線穿過地質(zhì)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(gòu)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(gòu)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)，此處情況較為復(fù)雜，需要進行模擬分析，出于邊界效應(yīng)的影響將其前后各延長20 m，以提高模擬的準(zhǔn)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(gòu)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(chǎn)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(fēng)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(fēng)險源雙重影響，所以在過處于上坡地段的風(fēng)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(gòu)掘進參數(shù)與其他影響因素間的映射關(guān)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(jié)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(shè)置值集中在中間值附近范圍內(nèi)。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(cè)，較為連貫。

（3）分析可能存在的原因：在一定范圍內(nèi)，巖體的總體性質(zhì)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(yīng)逐漸變大，說明此段時間內(nèi)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(jié)論：

（1）在表4中可發(fā)現(xiàn)，盾構(gòu)機刀盤轉(zhuǎn)矩始終處在變動狀態(tài)，盾構(gòu)機刀盤轉(zhuǎn)矩完全具有被動變化的性質(zhì)，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(chǎn)生問題：由于盾構(gòu)機刀盤轉(zhuǎn)矩為被動的，受到盾構(gòu)機刀盤速度和當(dāng)前掘進圍巖的雙重作用，隨著盾構(gòu)機刀盤速度的不同以及巖石地質(zhì)的復(fù)雜化，導(dǎo)致盾構(gòu)機刀盤轉(zhuǎn)矩波動性較大，盾構(gòu)機刀盤轉(zhuǎn)矩的區(qū)間選擇為300～450 t·m較好，盾構(gòu)機刀盤轉(zhuǎn)矩的貫入點與盾構(gòu)機刀盤速度的均有關(guān)聯(lián)，盾構(gòu)機刀盤轉(zhuǎn)矩與切削刀盤速度的乘積為扭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)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(chǎn)生的問題：土倉壓力，主要與浮土厚度、外界水壓和預(yù)壓力有關(guān)，但隨著施工的開展，土方厚度逐步增加，受地質(zhì)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(jié)論：

（1）由上述結(jié)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(zhì)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(shè)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(chǎn)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(gòu)機的正常效能，與參數(shù)設(shè)置調(diào)整較少相關(guān)，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(dǎo)致參數(shù)設(shè)置不能進行調(diào)整，由于貫入力大導(dǎo)致盾構(gòu)機刀盤轉(zhuǎn)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(gòu)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(diào)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(diào)節(jié)排土量，或設(shè)定最大排土量、調(diào)節(jié)挖掘速率的二種方式建立，并應(yīng)保證切削土量和排土量的均衡，并使土倉內(nèi)的氣壓穩(wěn)定與平衡。

（2）土壓平衡盾構(gòu)機密封艙內(nèi)的改性砂土是一類由砂土粒子、水和改變物構(gòu)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(zhì)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(chǎn)生。起泡劑原液由表面活性物質(zhì)建筑材料和水溶性元素高分子材料多聚物構(gòu)成，表面活性物質(zhì)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(jié)合水的連接效應(yīng)，從而潤滑土體。為調(diào)節(jié)盾構(gòu)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(yīng)該和盾構(gòu)機刀盤的入土流量相符，使盾構(gòu)機達到最良好的施工環(huán)境條件。在盾構(gòu)機挖掘過程中，被盾構(gòu)機刀盤切割的渣土通過刀盤開口直接流入到盾構(gòu)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(gòu)機的前進速度不變后，螺旋輸送機的速度的改變也將導(dǎo)致土倉的渣子量變化;所以，通過改變盾構(gòu)機前進速度與螺旋輸送機的速度，就可以達到對盾構(gòu)機上土倉壓力的監(jiān)控和調(diào)整。

（3）土壓平衡盾構(gòu)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(gòu)機密封艙，之后，再利用螺桿運輸機將密封艙內(nèi)的渣子全部去除，同樣保證了盾構(gòu)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(nèi)渣子產(chǎn)生相應(yīng)的壓強以控制挖掘作業(yè)面的穩(wěn)定性，從而調(diào)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(xué)特性和刀盤的開口度，和盾構(gòu)機的推進速度相關(guān)。

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(gòu)機刀盤溫度的功能，因此適當(dāng)?shù)臍馀菁尤敕浅ｊP(guān)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(diào)整優(yōu)化扭矩變化幅度。

（2）按照施工實際確定土倉壓力、轉(zhuǎn)速、推動力方向等，調(diào)節(jié)好盾構(gòu)機姿勢，盾構(gòu)挖掘工作過程中各技術(shù)參數(shù)須協(xié)調(diào)一致，掌握各種技術(shù)參數(shù)的控制與聯(lián)絡(luò)，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(diào)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(gòu)的切割刀盤力矩也很大。采用渣子改良辦法對盾構(gòu)機刀盤前方土體和土倉內(nèi)渣子的性質(zhì)加以改良，使其與盾構(gòu)機刀盤的摩擦力降低，是減少盾構(gòu)機刀盤扭矩的一種有效辦法。

4.3 掘進速度

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

（2）掘進時應(yīng)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(diào)節(jié)化學(xué)添加劑的摻量。

（3）推進速率限制為50～60 mm/min，應(yīng)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(shè)定土壓力和提升的速率匹配。

（4）盾構(gòu)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(guān)鍵參數(shù)。盾構(gòu)掘進速度是盾構(gòu)隧道挖掘生產(chǎn)效果的最直接反映，從施工生產(chǎn)觀點出發(fā)，在條件許可狀況下盾構(gòu)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(jié)合，以實現(xiàn)抑制周圍巖層結(jié)構(gòu)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(diào)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(nèi)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(gòu)機對正面以及四星期內(nèi)混凝土體的擾動程度，當(dāng)盾構(gòu)機抵達觀測斷之前，地表的輕度隆起正是由于盾構(gòu)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(jié)果表明，掘進推力應(yīng)該設(shè)在1 100～1 200 kN。

（2）土倉氣壓過大會產(chǎn)生刀盤扭矩或推動力加大導(dǎo)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(gòu)機在堅硬巖段掘進時，必須要調(diào)節(jié)好盾構(gòu)姿勢，如果盾構(gòu)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(dǎo)致盾構(gòu)機\"抬頭\"或\"低頭\"，因此應(yīng)適當(dāng)增加對上部千斤頂?shù)钠痦斖苿恿?，以均衡在盾?gòu)機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(gòu)機順利前進，反之則調(diào)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(zhuǎn)速

盾構(gòu)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(gòu)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(gòu)機的刀盤速度也相應(yīng)減小，但因為盾構(gòu)機刀盤溫度較大，易結(jié)泥餅，從而，轉(zhuǎn)矩明顯提高，即實現(xiàn)\"低轉(zhuǎn)速高扭矩\"的掘進。

5 結(jié)論

紅牌樓站—太平園站盾構(gòu)區(qū)間，針對盾構(gòu)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(guān)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(jié)論：

（1）掘進參數(shù)受多個因子的影響，并可產(chǎn)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(fēng)險源雙重影響，所以在過處于上坡地段的風(fēng)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(jié)合水的連接作用實現(xiàn)對盾構(gòu)機土倉壓力的調(diào)節(jié)和優(yōu)化;渣土改良能有效降低盾構(gòu)機刀盤的摩擦力，是降低盾構(gòu)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(shè)定土壓和推進速率相匹配;掘進推力應(yīng)該設(shè)在1 100～1 200 kN，使盾構(gòu)機平穩(wěn)推進以此實現(xiàn)掘進推力的優(yōu)化控制。

（4）盾構(gòu)機刀盤轉(zhuǎn)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(gòu)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(yīng)減小，并保持\"低轉(zhuǎn)速高扭矩\"的掘進。

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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。