1.1 盾构掘进参数控制 1.1.1 工艺特点
（1）设备较专业，机械化程度高。
（2）技术控制要求高，专业性强；对操作人员专业知识要求高。
1.1.2 适用范围
该工艺适用于土压平衡盾构掘进参数控制。
1.1.3 主要工装设备
（1）主要设备
本工艺需要的主要设备如表1-1所示。
表1-1主要设备表
序号 工装/设备/工具名称 1 2 3 4 土压平衡盾构机 交直变频电机车 双梁门式起重机 L型单主梁门式起重机 设备规格型号 根据设计需要选择 XG45-900/540-JC ME50/5-18.2-A6 MDEG20-38.55 设备功率(KW) 4340 220 170 65 单位 台 列 台 台 数量 1 2 1 1 备注 单区间施工 单区间施工 单区间施工 单区间施工 （2）主要材料
本工艺需要的主要材料如表1-2所示。
表1-2 主要材料表
序号 1 2 3 4 材料名称 盾尾油脂 主轴承润滑油脂 主轴承密封油脂 泡沫 材料型号 WR89 EP2 HBW 分散型 单位 桶 桶 桶 吨 数量 / / / / 备注 数量根据实际需要配置 数量根据实际需要配置 数量根据实际需要配置 数量根据实际需要配置 1.1.4 工艺流程/顺序
盾构掘进参数控制工艺流程/顺序图如图1-1所示。
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掘进模式选择 渣土改良剂参数调整 土仓压力建立 渣土流动性 渣土过硬 增加改良剂注入量 渣土过软 减小改良剂注入量 过高 提高螺旋机转速或降低掘进速度 土仓压力 过底 降低螺旋机转速或提高掘进速度 较好 正常 渣土改良完成 设置刀盘转速及方向 土仓压力控制完成 加载推进油缸推力 掘进速度 过快 过慢 过大 刀盘扭矩 过小 降低 掘进推力 适合 提高 掘进推力 减小 掘进推力 适合 增加 掘进推力 完成掘进速度控制 出渣量控制 完成掘进扭矩控制 出渣量 欠排 提高螺旋机转速或降低掘进速度 超排 降低螺旋机转速或提高掘进速度 适合 继续掘进 图1-1 盾构机掘进参数控制施工工艺流程图
1.1.5 工艺操作要点
（1）掘进模式选择
盾构掘进模式具有敞开式、半敞开式和土压平衡式三种，敞开式适用于自稳能力较好、地下水少的地层，半敞开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
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富水地层。
（2）渣土改良剂注入参数调整
泡沫剂发泡主要参数为：泡沫浓度、泡沫发泡率、泡沫注入率，其参数控制要求及方法如下：
①泡沫浓度：一般取2%至3%之间。该参数可在盾构操作界面直接设定。
②泡沫发泡率：一般8～20倍，发泡率通过调节泡沫系统空气流量来调整，调整时通过泡沫注入观察口查看泡沫发泡效果待发泡达到具有附着力、耐压性强、可堆载等效果（如图1-3所示）时即可。
图 1-3 泡沫发泡效果
③泡沫注入率：泡沫注入率主要是通过调节泡沫流量来控制。施工中，根据渣土的流动性、螺旋机扭矩、刀盘扭矩，并综合土仓顶压，通过盾构机操作界面直接调节泡沫流量。
（3）土仓压力设置
理论土压力的确定：通常根据确定的水平侧向力+地层水压力+施工土压力调整值得出理论土压力。深埋隧道水平侧向力按照现行《铁路隧道设计规范》根据隧道围岩分类和地层情况进行计算；浅埋隧道水平侧向力需要按朗肯主动土压理论和静止土压力进行计算，确定上限值和下限值。
深、浅埋隧道的分界深度通常为施工坍方平均高度的2-2.5倍。 在实际施工中，也可参考以下方式设定土仓压力，并在施工中根据地表沉降和掘进参数情况做优化调整。
浅埋隧道：一般以刀盘中心的土体压力为准。
深埋隧道：一般以刀盘顶部的土压力为准，设置的土压力比隧道拱顶埋深土压力大0.1～0.2bar，比如，隧道拱顶埋深为Lm时，土仓压力
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设定为L+0.1～L+0.2bar。
①土仓压力控制
土仓压力主要依靠调节螺旋机转速和掘进速度来控制，土仓压力高于设定压力时，增加螺旋机转速或降低掘进速度；土仓压力低于设定压力，降低螺旋机转速或者在刀盘扭矩可控的前提下提高掘进速度。
（4）刀盘转速及旋转方向设置
在实际施工中，对于较疏松的地层采取较低的刀盘转速推进（1～1.5rpm）；对于较密实或强度较高的岩层则采取较高的刀盘转速（1.5-3rpm）推进。
刀盘旋转方向根据盾构机姿态的滚动角确定，滚动角≤-5mm/m时选择正传，滚动角≥5mm/m反之为反转。
（5）掘进推力设置
盾构掘进理论推力确定一般主要考虑五个方面：盾壳与土层的摩擦力+刀盘推进力+切土所需要的推力+盾尾与管片之间的摩擦阻力+后方台车的阻力。
同时根据实际的掘进情况综合以下几点因素进行调整； 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。 ⑤盾构机掘进姿态。 ⑥刀盘扭矩。
（6）掘进速度控制 ①掘进速度设定
掘进速度主要受地质围岩的强度影响，施工时掘进速度与刀盘的转速和贯入度有关。
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； 中风化地层一般20～40mm/min； 微风化硬岩一般5～20mm/min。 ②掘进速度控制
掘进速速主要依靠调整掘进推力大小实现，掘进速度快时，减小掘进推力，掘进速度慢时，综合刀盘扭矩增加掘进推力。刀盘扭矩高、波动大时，应分析掘进速度慢的主要原因（刀具磨损、土仓结泥饼、盾体被包裹等），选择正确的应对措施。
（7）刀盘扭矩控制
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正常掘进时，掘进扭矩不超过盾构机设计最大扭矩的60％。
在黏土地层中，控制好渣土改良，保证渣土流塑性是控制掘进扭矩的关键。
在硬岩地层中，有效推力不超过所有刀具极限载荷力总和的1.2倍，同时，避免出现推力加载过快和不稳定的现象。定期开仓检查刀具，保证所有刀具无异常磨损和磨损过大也是控制刀盘扭矩的重要措施。
（8）出渣量控制
盾构出渣量采用体积和称重相结合的双控方式控制。一般地段盾构掘进单环渣土的体积超方在3m³以外或者连续3环累计超方量＞8m³时为超方，应及时记录超方点施工里程，后采用洞内二次注浆、洞内深空注浆、地面注浆、混凝土回填等方式处理。
1.1.6 注意事项
（1）根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、盾构姿态、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种信息，结合试掘进过程中的经验结果优化掘进参数，准确计算、制定每一环的掘进指令并下发至盾构操作人员，并及时跟踪调整。
（2）推进过程中应执行操作指令，谨慎操作，对初始出现的小偏差及时纠正。
（3）推进过程中应控制推进方向，将施工测量结果与计算的三维坐标校核，及时调整。
（4）盾构操作人员应根据掘进指令设定的参数精准控制，推进与管片注浆同步进行。
（5）盾构掘进过程中，轴线、坡度不应突变，以缓和曲线平稳推进。
1.1.7 质量控制要点
（1）隧道沉降值控制在设计范围内，盾构推进引起的地面沉降不应影响周围建（构）筑物和地下管线的安全和正常使用。
（2）掘进参数异常时，应谨慎操作，及时查找原因，必要时停机处理。
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