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4 3，盾構(gòu)選型與配置4。3、1.盾構(gòu)施工段工程地質(zhì)的復(fù)雜性主要反映在基礎(chǔ)地質(zhì),主要是圍巖巖性，和工程地質(zhì)特性的多變方面，盾構(gòu)選型時(shí)應(yīng)綜合考慮.并對不同選擇進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析后擇其優(yōu)者 從保持工作面的穩(wěn)定、控制地面沉降的角度來看。使用泥水平衡盾構(gòu)要比使用土壓平衡盾構(gòu)的效果好一些 特別是在江河湖等水域.存在密集的建.構(gòu)。筑物.以及上軟下硬的地層中施工時(shí)、采用泥水平衡盾構(gòu)還可以降低地質(zhì)變化差異大造成的施工風(fēng)險(xiǎn),在特殊施工環(huán)境中。施工安全是盾構(gòu)選型時(shí)的一項(xiàng)極其重要的因素.盾構(gòu)選型的主要方法包括地層滲透系數(shù)法.地層顆粒級配法等，地層滲透系數(shù)法,當(dāng)?shù)貙拥臐B透系數(shù)小于10,7m、s時(shí)。可選用土壓平衡盾構(gòu)、當(dāng)?shù)貙拥臐B透系數(shù)為1.0 10。7m.s、1。0、10。4m s時(shí)，既可以選用土壓平衡盾構(gòu)也可以選用泥水平衡盾構(gòu)，當(dāng)?shù)貙訚B透系數(shù)大于1、0。10,4m,s時(shí),宜選用泥水平衡盾構(gòu)，對于滲水系數(shù)較大的地層 如果采用土壓平衡式盾構(gòu)施工，螺旋輸送機(jī)、土塞效應(yīng)、難以形成，螺旋輸送機(jī)出渣會發(fā)生大量.噴涌，現(xiàn)象，這樣對施工非常不利.同時(shí)土倉壓力波動大,地面沉降很難控制，對于滲透系數(shù)較小的隧道 如果采用泥水平衡式盾構(gòu)施工,主要制約因素是隧道渣土排放需要較長的管道、及需要昂貴的泥水處理設(shè)備 在環(huán)境要求高的場合還應(yīng)采用渣土壓濾設(shè)備 同時(shí)耗費(fèi)大量的膨潤土、工程造價(jià)較高、地層顆粒級配法、土壓平衡盾構(gòu)主要適用于粉土、粉質(zhì)黏土,淤泥質(zhì)粉土.粉砂層等地層的施工、礫石粗砂地層宜選用泥水平衡盾構(gòu)施工 粗砂。細(xì)砂地層既可選用泥水平衡盾構(gòu)，也可在土質(zhì)改良后選用土壓平衡盾構(gòu),含漂石，砂卵石地層宜選用土壓平衡盾構(gòu)，當(dāng)巖土中的粉粒和黏粒的總量達(dá)到40,以上時(shí)，通常會選用土壓平衡盾構(gòu)，相反的情況則選擇泥水平衡盾構(gòu)比較合適，4、3。2。盾構(gòu)選型主要依據(jù)工程地質(zhì)及水文條件.隧道線路和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 周邊環(huán)境條件。采用的輔助施工方法。以及施工安全、環(huán)保和工期要求。并結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)等方面因素綜合判斷,1,工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件包括，地層巖性及分布狀況，地層軟硬程度、地下水位、地層滲透性等，同時(shí)要特別注意大粒徑卵礫石地層、漂石，高靈敏度軟土，松散沙層，軟硬混合地層。地中障礙物?？扇技坝泻怏w等，2、隧道線路及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件包括、線路平縱斷面.最小曲線半徑 最大坡度.建筑限界,隧道埋深,連續(xù)掘進(jìn)長度.襯砌結(jié)構(gòu)形式及分度參數(shù)等、4 環(huán)境條件包括，工程周邊的建。構(gòu).筑物狀況.地下管線情況。道路交通狀況、控制沉降要求.盾構(gòu)施工過程中應(yīng)注重對環(huán)境的保護(hù)，防止施工過程中產(chǎn)生的廢棄物,噪聲等對環(huán)境產(chǎn)生污染 對泥水平衡盾構(gòu)而言，泥漿處理不徹底.泥漿中的懸浮或半懸浮狀態(tài)的細(xì)土顆粒不能完全分離出來.棄漿量大 會對周圍環(huán)境造成影響.4。3 4.刀盤是盾構(gòu)的關(guān)鍵部件.其質(zhì)量和性能直接影響土體開挖效率,以及施工質(zhì)量和安全,刀盤的結(jié)構(gòu)和刀具等應(yīng)滿足地質(zhì)條件和工程要求等,2.砂土 粉土和黏性土地層宜采用輻條式結(jié)構(gòu)或開口率較大的面板式結(jié)構(gòu).復(fù)合地層宜采用面板式結(jié)構(gòu)、泥水平衡盾構(gòu)一般采用面板式刀盤，土壓平衡盾構(gòu)根據(jù)工程地質(zhì)可選用面板式或輻條式刀盤。采用面板式刀盤時(shí).由于渣土經(jīng)刀盤面板的開口進(jìn)入開挖倉.開挖倉內(nèi)的土壓力與開挖面的土壓力之間產(chǎn)生壓力降。其大小受面板開口的影響不易確定.從而使得開挖面的土壓力不易控制，由于受面板開口率的影響，渣土進(jìn)入開挖倉不順暢 易粘結(jié)和易堵塞，面板式刀盤的優(yōu)點(diǎn)是通過刀盤的開口可以限制進(jìn)入開挖倉的卵石粒徑。在風(fēng)化巖及軟硬不均地層或上軟下硬地層掘進(jìn)時(shí)、應(yīng)采用面板式刀盤.輻條式刀盤渣土流動順暢.不易粘結(jié)和堵塞、由于沒有面板的阻擋 渣土從開挖面進(jìn)入開挖倉時(shí)沒有土壓力的衰減。開挖面土壓等于測量土壓。因而能對土壓進(jìn)行有效的管理,能有效地控制地面沉降,因此。輻條式刀盤對單一軟土地層的適應(yīng)性比面板式刀盤好.面板式刀盤與輻條式刀盤的特點(diǎn)對比見表1，表1，面板式刀盤與輻條式刀盤特點(diǎn)對比。3.刀具配置是盾構(gòu)刀具設(shè)計(jì)中非常重要的內(nèi)容 其配置是否適合應(yīng)用工程的地質(zhì)條件、直接影響刀盤的使用壽命 切削效果，出土狀況、掘進(jìn)速度和施工效率等.切刀和刮刀等切削類刀具一般適用于砂,卵石.黏土等松散地層。巖石強(qiáng)度較大時(shí)應(yīng)配置滾刀。4 3，5、刀盤主驅(qū)動是刀盤的動力系統(tǒng)、應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件,環(huán)境和施工要求等確定主驅(qū)動形式。刀盤轉(zhuǎn)速和驅(qū)動主軸密封,1,刀盤主驅(qū)動形式主要分為兩種,變頻電機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動。變頻電機(jī)驅(qū)動設(shè)備費(fèi)用高,但是具有較高的傳動效率 較低的能源消耗。液壓驅(qū)動具有良好的抗沖擊能力和過載保護(hù)性能,維修保養(yǎng)相對簡單 可靠性高。因此兩種驅(qū)動方式在盾構(gòu)上都得到廣泛的使用 變頻電機(jī)驅(qū)動適用于較為單一地質(zhì)，扭矩突變情況較少的地層，液壓驅(qū)動能夠適應(yīng)所有地質(zhì) 但配置較大驅(qū)動功率時(shí) 系統(tǒng)復(fù)雜?？煽啃杂兴陆担侗P主驅(qū)動方式特點(diǎn)對比見表2、表2、刀盤主驅(qū)動方式特點(diǎn)對比、刀盤最大設(shè)計(jì)扭矩指刀盤機(jī)構(gòu)所能提供的最大扭矩，主要考慮切削土體阻力及附加阻力，刀盤扭矩計(jì)算可按下式計(jì)算、式中.T.刀盤裝備總扭矩 kN，m.D,刀盤外徑、m.α。扭矩系數(shù) α,α1.α2。α0，土壓平衡盾構(gòu)不宜小于16 α1，支承系數(shù) α2，土質(zhì)系數(shù) α0.穩(wěn)定掘削扭矩系數(shù).2、在復(fù)合地層施工時(shí).刀盤應(yīng)具有較大的轉(zhuǎn)速范圍,刀盤轉(zhuǎn)速宜達(dá)到2，5r，min以上.但刀盤轉(zhuǎn)速較高時(shí)對軟弱圍巖的擾動較大,有可能造成圍巖失穩(wěn)而坍塌,因此,在軟弱圍巖的地質(zhì)情況下，刀盤轉(zhuǎn)速主要選用低速、如地層有全斷面硬巖.刀盤最大設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速應(yīng)達(dá)到1，5r，min以上.4,3.6、盾構(gòu)推進(jìn)阻力的總和應(yīng)按下式計(jì)算 式中,Fz.推進(jìn)阻力的總和.kN，F(xiàn)1。盾體的摩擦阻力，kN.F2 盾尾與管片間的摩擦阻力，kN。F3、開挖面的支撐壓力。kN.F4 后配套拖車的拖拉力。kN、F5,刀盤上刀具的推力 kN 系統(tǒng)配備的最小推力應(yīng)按下式計(jì)算,式中.τ.安全系數(shù).盾構(gòu)總推力可按下列經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式復(fù)核。式中.F，盾構(gòu)裝備總推力 kN F 單位推力，開挖面單位面積的推力，單位kN，m2、軟土地層不宜低于1050kN m2，硬巖地層不宜低于1250kN m2。A,開挖斷面面積、m2,4 3、7.管片拼裝機(jī)應(yīng)具有鎖緊、升降。平移,回轉(zhuǎn)。仰俯、橫搖和偏轉(zhuǎn)七種動作能力。除鎖緊動作外的其余六種動作與管片的六個(gè)自由度相對應(yīng)、管片的拼裝精度主要依靠拼裝機(jī)的調(diào)整性能.拼裝機(jī)必須把管片精確定位。并形成足以壓緊管片的接觸壓力、因此管片拼裝機(jī)各動作需準(zhǔn)確可靠.操作安全方便，4，3 8，按照螺旋軸的形式不同可以分為軸式螺旋輸送機(jī)和帶式螺旋輸送機(jī) 當(dāng)?shù)刭|(zhì)為一般性土砂 卵石時(shí)，可采用軸式螺旋輸送機(jī).當(dāng)?shù)刭|(zhì)為較大顆粒砂礫和塊石,且含水量很少時(shí) 可采用帶式螺旋式輸送機(jī)、4，3.9.泥水循環(huán)系統(tǒng)有直接控制和間接控制兩種類型，直接控制型泥水循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。渣土在泥水倉內(nèi)直接進(jìn)入排漿口.少有堵塞問題 但必須對盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)勘探得非常清楚,確保區(qū)間地層不含大于排漿口直徑的卵礫石、間接控制型。氣墊式、泥水循環(huán)系統(tǒng)的特征是設(shè)有氣墊倉 其破碎機(jī)設(shè)在氣墊倉內(nèi)、開挖的渣土進(jìn)入盾構(gòu)機(jī)上第一個(gè)排漿泵之前預(yù)先經(jīng)過破碎機(jī) 確保大塊的卵礫石預(yù)先經(jīng)過破碎才進(jìn)入排漿口.因此在區(qū)間地層中含有大塊卵礫石時(shí),間接控制型。氣墊式、泥水盾構(gòu)仍可適用,4 3。10.為確保小半徑曲線隧道順利施工。盾構(gòu)一般配置有鉸接裝置，鉸接形式主要有被動鉸接和主動鉸接兩種 被動鉸接的鉸接油缸只承受尾盾的摩擦阻力 所以鉸接力小 盾構(gòu)姿態(tài)靠推進(jìn)液壓缸控制。主動鉸接可使刀盤回退、方便換刀、主動鉸接與推進(jìn)液壓缸配合使用。有利于小半徑曲線隧道掘進(jìn)過程中糾偏及掘進(jìn)姿態(tài)控制、4、3,13 盾構(gòu)掘進(jìn)管理系統(tǒng)除具備實(shí)時(shí)顯示與存儲盾構(gòu)各種參數(shù)外.還應(yīng)具備環(huán)號計(jì)算.每環(huán)注漿量等基本統(tǒng)計(jì)分析功能。為方便相關(guān)單位對盾構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理 通常需要開放盾構(gòu)主控系統(tǒng)中PLC?？删幊踢壿嬁刂破?控制器的各變量地址或開放掘進(jìn)管理系統(tǒng)中變量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表等實(shí)現(xiàn)與導(dǎo)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互,