土压平衡盾构机研究论文文献3篇

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篇(1)

　　摘要：随着我国社会经济的发展，人们的出行方式逐渐变得多样化，而地铁即为人们的主要交通工具之一。为推动城市建设进程，为人们提供更为安全便捷的出行条件，必须针对地铁施工进行深层研究。在地铁施工中，土压平衡盾构机为其中重要设备，其能够有效提高地铁的整体安全性，进而保证地铁施工的顺利开展。本文针对青岛地铁工程概况进行分析，并针对土压平衡盾构机的应用进行研究，为提高青岛地铁施工质量及效率提供参考依据。

　　关键词：土压平衡盾构机;地铁施工;盾构机;应用

　　1 引言

　　我国科学技术不断发展，人们生活质量也随之得到提升，同时我国也开始大力发展交通设施建设，一定程度上提高我国人们出行便捷性。而在地铁施工过程中，盾构法为其中应用较为广泛的施工技术，其主要应用土压平衡盾构机进行技术施工，为保证施工质量及施工效率，相关人员必须及时针对土压平衡盾构机进行深层研究，使其能够在地铁施工过程中充分发挥其应用价值，进而实现青岛地铁的有效建设。

　　2 工程概况

　　2.1 工程简介

　　青岛地铁1号线土建二标07工区工程包括一站两区间，其中车站为汽车北站，区间为汽车北站～流亭机场站区间(下称汽流区间)和汽车北站～瑞金路大断面处区间(下称瑞汽区间)，两个区间均为盾构法施工。汽流区间设计里程为K58+309.21～K61+344.255，长度3035.045m，设4处联络通道和1处风井兼泵站及联络通道;瑞汽区间设计里程K57+239.000～K58+156.650，长917.65m，设1处联络通道兼泵房。

　　2.2 地形地貌及地质构造

　　汽流区间地形整体较为平缓，由南向北缓倾，地貌类型为冲洪积平原～河床～冲洪积平原地貌。汽流区间范围内第四系主要由第四系全新统人工填土层及洪冲积层组成，基岩主要为白垩系青山群石前庄组流纹岩以及白垩系青山群八亩地组安山岩、火山角砾岩。瑞汽区间盾构段地形整体较为平缓，由南向北缓倾，地貌类型为剥蚀斜坡～剥蚀堆积～洪冲积平原地貌。瑞汽区间盾构段范围内第四系主要由第四系全新统人工填土层、洪冲积层及上更新统洪冲积层组成，基岩主要为白垩系青山群石前庄组流纹岩、白垩系青山群八亩地组安山岩及火山角砾岩及其构造岩，整体上基岩面自东南向西北缓倾。地下水类型均主要为第四系孔隙潜水、第四系微承压水和基岩裂隙水。

　　3 系统部件功能

　　3.1 刀盘

　　在进行刀盘的设计期间，联合厂家人员和盾构专家对地质资料进行了充分了解，刀盘设计为为复合式刀盘(6辐条+6面板)，中间支撑，并且切刀、滚刀等刀具皆安装于刀盘表面，所有可拆式刀具均可从刀盘背部进行更换，具备磨损检测与超挖功能，并配置泥饼探测装置。对隧道进行全断面开挖，并可实现正反双向旋转出渣，能够合理切断隧道内部构造。操作人员在实际施工期间，可根据地质情况切换刀盘功能使用。

　　3.2 盾体

　　盾体所涉及内容相对较多，主要包括前盾、中盾、盾尾以及人舱等，前盾连接的部件相对较多，如人舱以及主驱动等。盾体中盾与前盾存在较大差异，中盾内部带有加强环以及H架，此部件能够充分保证中盾整体刚度及强度，能够为推进油缸及拼装机等的实际安装提供了基础。盾尾主要设置于中盾后部，为管片拼装提供空间。在前、中、尾盾环向均设有多个Rp2的径向润滑孔，施工期间期间可对盾体预留孔进行膨润土的注入，能从根本上降低土层与盾壳间产生的摩擦，并进而起到止水和防止漏气的效果。在盾构挖掘过程中，其中人舱为进行带压作业的关键设备，其主要作用即为调节设备压力和安全过渡，因此若相关人员持续处于恶劣地质条件下进行入土舱作业，即可利用人舱前往指定区域。

　　3.3 主驱动

　　主驱动系统的作用是提供刀盘正反方向掘削動力，同时承受刀盘掘削土体的轴向支撑反力。主动驱内部带有驱动系统、密封系统、安全设置以及齿轮油润滑系统，其中驱动系统内部的主轴承负责承载轴向推力以及反推力，一般情况下，主轴承的实际使用寿命大于10000小时。在主驱动内部主要包括内外两套密封系统，两系统主要负责开挖掌子面土仓密封。

　　为保证变速箱内部的各个部件能够安全运行，变速齿轮油需进行冷却处理，进而保证主驱动系统的稳定运行。在实际作业期间能够及时对减速机等的油温进行监控，并能采取措施合理降低各类油油温，避免其超过设定温度，否则将引起主驱动机出现自动停机现象。

　　4 青岛地铁施工中土压平衡盾构机的应用

　　4.1 盾构始发及准备工作

　　实际施工过程中需要注意以下几点：首先为洞门加固措施，此措施需提前展开，当盾构机安装前两月左右，应针对始发井、接收井端头采取钻孔桩和垂直旋喷桩的加固措施，提高土体的强度和自稳能力，同时达到止水的效果。旋喷桩按照钻孔桩桩径大小进行无缝搭接，并在始发端头10×12m范围内加固，目的在于稳固土体、加强其强度，防止塌方与止水、保持盾构机正确姿态，顺利始发。

　　其次为洞门安装密封装置，此工作的目的在于保障洞门防水措施能够有效开展。实际施工过程中，由于洞口钢环与盾构外径具有一定空隙，为防止地下水、土体在盾构机掘进过程中于此处流失，出现安全隐患，特于洞门钢环上安装密封装置，主要由橡胶帘布、扇形钢压板组成，是根据实际结构进行调整的密封装置。其次为始发托架、反力架和负环管片的安装工作，依靠始发托架提供较为牢固的支撑体系，保证实际操作过程中需要注意盾构机轴线的垂直;反力架结构方面应能够满足实际工作过程中盾构机带来的反力作用，一般情况下此参数应不小于15000kN;负环管片选用错缝拼装，通过管片持续为盾构机掘进提供反力，保障盾构掘进顺利进行。

　　随后需要注意的是盾构始发阶段的土压。就上文所述的相关内容展开分析，盾构始发阶段中的土压预算可根据加固体的实际情况进行综合考量，考量过程中结合反力架的承载情况进行综合考虑，以实际过程中的承载情况科学、合理，能够应对工作需求为准，保证盾构机推力满足掘削加固区土体的要求，能够有效工作的同时适当提升土压，加强工作效率。当盾构机过了加固区后，根据隧道埋深、土层性质与地面荷载作为参照标准等计算出土压理论参考值，掘进过程中根据盾构机土仓隔板上布设的5个土压传感器测得的土压数据对比分析，并对掘进参数进行实时调整，能有效控制因参数不合理导致出土过多、工作受到阻碍的情况。掘进过程中应尽快采取各项手段使其尽快达到预算土压，保障土压处于控制范围内，尽可能的提升工作效率。与此同时，施工过程中应注意监测地面沉降数据，避免险情发生。

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篇(2)

　　摘要：济南地铁某土压平衡盾构区间隧道处于上部为可塑黏土、下部为碎石土的富水地层中，且近距离侧穿底部净空较小的铁路客专桥桩。施工中，在桥桩与隧道间设置钻孔灌注隔离桩进行隔离防护，隔离桩顶部施工钢筋混凝土连梁以提高灌注桩抵抗变形的能力;选用护壁性能好、低高度的正循环钻成孔，鋼筋笼分段制作、吊装，机械连接下井后及时灌注混凝土;采用微过土压平衡掘进模式，并进行足量同步注浆、及时二次补充注浆，可有效控制地面沉降，满足铁路客专及桥梁的各项控制指标要求。

　　关键词：地铁;土压平衡盾构;富水地层;侧穿桥桩

铁道交通论文

　　地铁隧道施工中不可避免穿越桥梁、铁路等众多建(构)筑物，济南地铁某盾构区间隧道近距离侧穿胶济铁路客专铁路桥桩，该区段所处地层为富水可塑黏土、碎石土地层，桥梁底部与地面空间较小，如何控制桥桩的垂直、水平位移，保证铁路客专轨道变形在规范要求之内，是必须解决的重大技术和安全问题。

　　凌同华[1]等采用 FLAC3D软件研究了隧道施工造成的地表沉降、桥梁桩基变形的规律，通过将模拟数据与现场监测数据进行对比，验证了加固对控制地面沉降、桥桩变形的有效性;文献[2-6]分别研究了隧道施工地表沉降的控制标准，盾构隧道穿越桥桩风险控制值的确定及相关控制方法。陈江[7]等以长沙地铁为例，研究了盾构侧穿临近桥桩施工的影响，计算与实测表明，对桩基进行径向旋喷隔离加固有利于控制地表沉降，靠近桩基的地层水平位移明显减小;袁海平[8]等以合肥地铁1号线为例对盾构近距离侧穿高架桥桩的施工力学进行了研究，分析了盾构掘进不同工况下桥桩受力、水平变形、地层沉降的变形规律，探讨了桩实体结构单元弯矩、剪力计算方法的可行性。

　　本文以济南地铁某盾构区间隧道侧穿胶济铁路客专铁路桥为例，研究钻孔灌注桩加固铁路客专铁路桥桥桩施工技术，验证钻孔灌注桩加固桥桩的可行性。

　　1 工程概况

　　济南地铁某盾构区间隧道侧穿胶济铁路客专八涧堡特大铁路桥31号、32号、33号桩基，左线隧道与32 号桩基最近距离4 m，与33号桩基14.28 m，右线隧道与32号桩基最近距离4.1 m，与31号桩基13.33 m。盾构隧道外径6.4 m、内径5.8 m，盾构隧道穿越桥桩区段覆土厚度为10.13～10.36 m，隧道穿越桥桩区段地面距离八涧堡特大桥底部最小距离10.2 m。

　　盾构隧道下穿胶济铁路客专地段主要为山前冲洪积平原地貌，隧道左线主要穿越地层为粉质黏土、黏土，上部覆土为杂填土层，隧道右线主要穿越地层为粉质黏土、黏土，上部覆土为杂填土层。该区域水位埋深2.10～15. 0 m，水位标高17.41～58.09 m，地下水年变幅2.0～3.0 m，主要接受降水补给和山区地下水径流补给，以侧向径流、人工开采方式排泄，在丰水期及枯水期地下水位有所变化。

　　盾构隧道侧穿铁路客专桥梁32号桥墩如图1所示。

　　2 桥桩保护技术措施

　　2.1 保护方案(隔离桩)

　　在左右线隧道与盾构穿越的32号桥墩之间分别采用1排800 mm@1 000 mm钻孔灌注隔离桩进行隔离防护，桩顶设置800 mm×800 mm混凝土冠梁，桩与隧道的净距0.6 m，两侧隔离桩和32号桥墩桩基的最小净距分别为3.6 m、3.7 m，并在2排隔离桩最外侧桩桩顶设置800 mm×800 mm联系梁。钻孔灌注隔离桩设置范围为南北方向距离桥墩边缘各3～5 m，共设置40根，桩长22.75 m。

　　通过设置隔离桩，可以阻断隧洞开挖时的推力传递，降低开挖对桥桩结构的直接扰动，同时，隔离桩可以限制盾构机通过后两侧土体向临空侧的变形，进一步减小桩基本身的横向位移。设置顶部连梁可加强各钻孔桩之间的联系，进一步提高其抵抗变形的能力。

　　根据32号桥桩处桥底距地面净空较小的实际情况，桩基成孔后，钢筋笼采用分4节制作(单节长度5 m)、人工吊装，用导管法浇筑混凝土。隔离桩加固示意图如图2所示。

　　2.2 隔离桩实施

　　(1)施工流程。隔离桩为钻孔灌注隔离桩，采用隔孔钻孔、泥浆护壁成孔方法，灌注C30水下混凝土，钻孔灌注隔离桩施工流程如图3所示。

　　(2)施工控制要点。①钻孔灌注隔离桩孔口处应设置不小于1 m的钢护筒，护筒外侧下端需采用黏土填实;桩径允许偏差为±50 mm，桩位偏差为±20 mm，桩身垂直偏差不大于1%;②根据桥梁下方净空条件，钢筋笼分段吊装，机械连接，每段钢筋笼的连接验收合格后方可进行后续施工;③每根桩须沿钢筋笼圆周对称设置2根 42 mm×3.25 mm注浆钢管，同时兼作桩身完整性声速检测管，注浆管应伸入桩底，水泥采用P.O42.5，浆液的水灰比0.5～0.6，注浆压力2～4 MPa，单管注浆量 1.5 m3;④钢筋笼的主筋上焊接护壁环，以保证保护层厚度和钢筋笼的垂直度。

　　3 盾构侧穿桥桩技术措施

　　3.1 辅助措施

　　(1)盾构穿越桥桩前与铁路主管部门做好沟通协调，对经过穿越桥桩区段的客专列车限速60 km/h，确定盾构穿越时间段，合理安排盾构穿越桥桩期间的监测工作，施工期间限速方案应结合监测数据进行及时必要的调整。

　　(2)下穿前，在盾构到达下穿节点前100 m设置盾构掘进试验段，模拟穿越施工，包括刀盘转速、土仓压力、推进速度、注浆量等参数的变化及与地面沉降的关系，以确定最佳的掘进参数。

　　(3)在试验段掘进前，全面进行设备维修保养，对盾构机的机电液系统做全面检查，发现有故障隐患的零部件及时更换，易损件做必要的储备，与盾构生产厂做好服务协调。对电瓶车、龙门吊、拌合站及必须的小型机具等辅助设备做全面检查，保证盾构穿越铁路区间时设备的完好性。

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篇(3)

　　摘要：土压平衡盾构机集液压、机械、电气、辅助系统为一体，具有系统庞大、技术难度大、复杂程度高、作业时间长的特点。文章结合土压平衡盾构机的工程应用情况以及机电安全保护目的，简要阐述了关于土压平衡盾构机的机电安全保护应用策略。

　　关键词：土压平衡盾构机;机电安全;电气

　　前言

　　土压平衡盾构机是土木工程建设隧道掘进工艺操作中的常用设备，主要是利用安装于盾构机最前端全断面切削刀盘的持续旋转，切削正面土体并经刀盘开口入刀盘后土仓。同时利用配置的泡沫+膨润土系统改良土仓内土体，在获得流动性膏状土体的同时，平衡土仓内压力、开挖面土压力。由于土压平衡盾构机特殊的运行环境，在其运作过程中极易出现机电安全问题。因此，对其机电安全保护的应用策略进行适当分析非常必要。

　　1 关于土压平衡盾构机的工程应用情况及机电安全保护目的

　　某城市轨道交通8号线盾构区间起止里程ZFK1+658.523～ZDFK2+896.254，短链9.652m，长1102.212m，共759环。盾构区间所在地区为滨海滩地区，后进行人工填海造地，填筑料为黏土、碎石块、砂砾、局部含垃圾，基底岩石主要成分为花岗岩。

　　土压平衡盾构机是由几十个子系统独立连接而成(如图1所示)。将机械传动、钢结构、运输、程序控制、润滑、电气、通风、冷却、监控测量等模块进行了有机集成，任意一模块出现故障均会威胁土压平衡盾构机作业正常情况。而机电模块是涉及计算机控制、供配电系统、可编程控制的模块，其运行正常与否关乎土压平衡盾构机电气、程序控制、监控测量等多个模块的运行质量。为了保证土压平衡盾构机顺利投入使用，就需要利用机电安全保护措施，落实操作与保养并举、检测与维修结合、预先防控为主的方针，降低故障发生频率，延长土压平衡盾构机运行年限。

　　2.关于土压平衡盾构机的机电安全保护应用策略

　　2.1机电安全保护设计

　　为了保障土压平衡盾构机在运行阶段无机电风险，机电设备安全规定对土压平衡盾构机抵抗机电风险的能力提出了严格的要求。在土压平衡盾构机机电安全保护设计时，设计人员应综合考虑静电聚集、开关控制、电力能源、调节装置等诸多因素，从电能开关、调节装置、控制装置入手，进行专业设计。比如，土压平衡盾构机供电系统可以划分为高压供电系统、低压供电系统两种类别，基于土压平衡盾构机电力资源使用量大、电力资源供应时间长的特点，可以选择10kV高压供电系统，确保电力资源供应过程安全。若选择低压配电系统，则可以选择多线保护接零的方式，防控狭窄、潮湿盾构作业环境中漏电现象的出现。并设置漏电保护装置，在盾构机电网漏电超过设定数值时进行盾构机电系统电路、信号发出线路的自动切断。在这个基础上，针对土压平衡盾构机开关箱、配电系统末端，选择防溅型漏电断路器(如图2)，设定额定漏电电流在30.0mA以内，额定漏电时间在0.1s以内[1]。同时在总配电箱内，进行剩余电流互感器、总漏电保护器的设置，一般剩余电流互感器额定剩余电流可以设定两个档次，分别为30.0mA～100.0mA、100.0mA～300.0mA;而总漏电保护器设定的额定漏电动作电流应超过总漏电电流的两倍(配电系统、用电设备)，以便对土压平衡盾构机运作现场形成分段二级漏电保护。

　　考虑到土压平衡盾构机运作环境具有湿度大的特点，在防控土压平衡盾构机漏电风险的基础上，还需要进行接地保护或者保护接零。比如，在盾构机侧接地，经对地电压金属件将电气系统故障风险与大地紧密联系，控制故障件意外带电体对地电压在安全范畴内。再如，于土压平衡盾构机电力变压器低压侧中心点进行直接节点，防控系统电位波动导致的故障接地风险。在这个基础上，于操作室、高压土仓、推进油缸远程操作箱等位置设置防误启动装置、紧急开关等装置，规避过载、漏电等风险因素对盾构机机电安全的影响。

　　2.2机电安全保护管理

　　监测与故障诊断是土压平衡盾构机机电安全保护管理的重要模块。为了精准判定异常情况发生时间段，或者预先估测出现风险较大的故障，维保人员应借助流量、电流、扭矩、噪音、压力、温度、振动等辅助监测设备，对土压平衡盾构机进行持续监测。根据出现的问题制定恰当的应对措施。为了保证监测作业高效率开展，维保人员也可以结合实际情况对受控盾构机各模块进行分级监控。一般可以将关键设备划定为A级，比如，电气系统、主驱动系统等;将重要设备划分为B级，比如，吊机系统、通风系统等;将一般设备划分为C级，比如，其他设备等。

　　以A级电气系统为例，维保人员可以综合选择电压监测、电流监测、温度测试技术，进行监测。针对土压平衡盾构机推进阶段出现的骤停以及显示省配电装置异常情况，可以由操作人员首先对线路技能型盘查，判定线路各接头位置是否出现故障。在确定线路各接头位置无故障后，对各模块进行排查，寻找导致相关故障的根源因子[2]。比如，因电缆屏蔽层不完整导致的通信电缆故障(通信电缆与强电电缆交错)，直接影响信号传输。基于此，可以利用盾构机线路连接保护手段，将熔断器连入设备内，形成短路保护体系，保证熔体额定功率在1.5倍的绝缘带线长期缝合标准载流量以下。

　　除持续监测与故障诊断、处理外，维保人员还需要保证每天4h以上的机电保养时间。即将全部电机、配电柜内外杂物清除，手动润滑待润滑部件，紧固机械与电气连接部位，及时修补电气液压元件受水泥浆液、泡沫腐蚀的部位等。

　　总结

　　综上所述，作为一个大型的系统，机电系统在土压平衡盾构机使用过程中发挥着至关重要的功效。为了保证土压平衡盾构机的机电安全，技术人员应从土压平衡盾构机的机电安全保护设计入手，严格根据机电设备安全规定，选择绝缘性能佳、耐磨损的材料。并恰当调整机电接线方案，促使机电设备具有一定的抵抗风险的能力。同时维保人员应加强设备管理，定期组织巡察，以便及时发现盾构机机电风险、及时处理。

　　参考文献

　　[1] 张通国.盾构机在孤石基岩地层中的掘进风险及针对性设计选型[J].广东公路交通，2021(02)：56-59.

土压平衡盾构机研究论文文献3篇

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