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全断面软硬不均岩层盾构掘进参数分析摘要：针对杭州机场快线文沈盾构区间地层为全断面软硬不均地层条件下盾构施工遇到的技术难题,概述了盾构机选型及实际掘进过程中模式转换的应用，通过盾构掘进参数分析，得到了全断面软硬不均地层掘进施工时参数的变化规律，采取掘进参数合理匹配、渣土QC表管理法及二次注浆等措施,实现了在全断面软硬不均地层条件下盾构快速、安全掘进施工,拓宽了盾构的应用领域。
关键词：盾构施工软硬不均掘进参数引言：目前地铁施工技术相对成熟，国内城市地铁隧道多采用盾构法施工，盾构法施工掘进安全、快速、广泛适用于各种地层，但在长距离全断面复杂地层下掘进过程中常见掘进效率低、掘进控制困难、易喷涌、刀盘磨损严重等问题，严重时会发生地面塌陷等安全事故。
本工程盾构机掘进穿越全断面软硬不均岩层约600m，其中中风化安山玢岩最大单轴抗压强度局部可达52.9MPa，且掘进所占比例为全断面岩层的1/3，预测掘进过程中会发生掘进效率骤降、刀盘磨损、螺机喷涌等现象，为本工程掘进施工中的技术难点。
1.工程概况杭州市机场轨道快线土建施工SGJC-6标段文三路站～沈塘桥站区间为单圆盾构区间，区间总长度1713.431m，从沈塘桥站小里程始发后沿文三路下方敷设，到达文三路站接收，区间埋深11m～33.9m，线间距约14m～17.2m。
该区间采用2台中铁装备复合式土压平衡盾构机进行掘进施工,盾构机开挖直径7140mm，盾体直径7110mm，刀盘开口率41%。
区间隧道衬砌管片外径6900mm、内径6100mm，壁厚400mm，环宽1500mm，管片楔形量48.5mm（双面楔形）。
1.1 地质条件文三路站～沈塘桥站区间穿越地层为软硬复合地层，基底岩性为早白垩系侵入岩、白垩系下统朝川组泥质粉砂岩，穿越地层上部断面是呈现典型中硬土特征的全、强风化安山玢岩及强风化泥质粉砂岩，隧道下部断面由中风化上段安山玢岩及中风化泥质粉砂岩构成，整体分布呈现出明显上软下硬的基本特征。
关于城市地铁盾构工程实测地层损失率的简易计算王俊东【摘要】根据无锡地铁盾构工程地表沉降监测数据,以Peck公式的假设为基础,将实测数据和对应位置信息录入EXCEL表格中,通过EXCEL的数据曲线回归分析功能,对监测数据的散点曲线进行多阶函数拟合.在确定沉降槽假定边界后,应用不定积分求得拟合曲线原函数,即可计算出盾构掘进后引起的实际地层损失率.在总结前人经验公式的基础上,采用了EXCEL曲线回归分析计算地层损失率的方法,综合了监测断面上各测点实际沉降分布情况,其计算结果也必然进一步接近实际真值,其方法可为后继实测地层损失率的计算研究提供参考依据.【期刊名称】《铁道勘察》【年(卷),期】2013(039)004【总页数】4页(P15-18)【关键词】盾构;地层损失率;回归分析【作者】王俊东【作者单位】中铁工程设计咨询集团有限公司,北京100055【正文语种】中文【中图分类】TU4331 概述在城市地铁隧道工程的盾构掘进过程中，常常由于出土量控制不当以及注浆不及时或填充不密实等因素，导致隧道衬砌与周边土体之间留有一定的空隙。
在软黏土中空隙会被周围土壤及时填满，引起地层运动，产生施工沉降，引起地层损失。
如何通过实测的监测数据，更精确地计算盾构穿越后的地层损失是工程界长期研究的问题，本文通过对无锡地铁1号线某一盾构区间的地表沉降实测数据(最后的稳定数据)汇总、筛选，选择了几个典型断面沉降槽，用于盾构穿越后计算实测地层损失率的研究。
2 工程概况该盾构区间位于无锡市地铁1号线北段，全长约709 m，采用土压平衡式盾构施工，衬砌结构采用外径6.2 m、内径5.5 m的预制钢筋混凝土管片拼装而成。
无锡地区属江南地层区的江苏部分，太湖冲积平原区，场地第四系覆盖层厚度大，各土层分布较稳定，土的类型为中软土。
本区间隧道覆土层依次为：(1)1杂填土，(1)2素填土，(2)2软塑状粉质黏土，(3)3稍密状(局部中密)粉土，(5)1流塑状淤泥质粉质黏土。
文章编号：1009-6582（2020）06-0115-05DOI:10.13807/ki.mtt.2020.06.015修改稿返回日期：2020-01-02作者简介：罗丹（1986-），男，工程师，主要从事机械CAE 分析工作，E-mail ：摘要复合盾构刀盘的力学性能是评价刀盘结构设计是否合理的重要依据。
文章通过有限元法分析了某复合盾构刀盘的受力特性，得到了该复合盾构刀盘的应力和变形分布云图。
针对安全余量不足的主要承载件，采用高强钢替代，最后通过Workbench 的DesignXplorer 模块进行参数优化。
优化后的刀盘强度安全系数为1.54，刀盘重量降低了1.17t，提高了该复合盾构刀盘的安全性和经济性。
研究结果可为刀盘结构设计和材料选型提供参考。
关键词复合盾构刀盘有限元分析高强钢参数优化中图分类号：TP391.9;U455.43文献标识码：A某复合盾构刀盘有限元分析及参数优化罗丹（中国铁建重工集团股份有限公司，长沙410100）1引言复合式盾构常用于穿越软土、砂土、软岩和硬岩等多种地质[1]的隧道工程。
刀盘是复合盾构的关键部件，起着开挖岩土和维持掌子面稳定等功能。
在掘进过程中，刀盘体受到岩土的侧向压力和摩擦力以及刀具的切削反力或破岩推力等多种载荷作用，受力状况极其复杂，工作环境恶劣。
刀盘结构的安全性对盾构施工效率影响尤为重要，如何合理设计刀盘成为当前研究的重点问题。
近年来，国内研究人员从理论分析到数值模拟等多方面对刀盘的力学性能进行了研究，取得了大量研究成果。
张茜[2]基于弹性接触力学模型研究了刀盘与土体耦合作用界面载荷分布规律，实现了对刀盘系统载荷的预估并确定了其相关影响因素；宋克志等[3]运用多元回归分析的方法，分析了盾构掘进参数与刀盘推力的关系，并构建了在泥岩和砂岩地层盾构推力的预测模型；夏毅敏等[4]通过ANSYS 软件对盾构刀盘在土压平衡和土压不平衡两种工况下的受力特性进行了分析，得到两种工况下刀盘的应力和变形分布规律；韩勇[5]对盾构刀盘在满足强度和刚度需求的条件下进行了轻量化优化设计研究。
TBM 掘进参数与不同岩性地层相关性分析一、前言盾构掘进作为近年来城市地铁工程中普遍采用的一种方式，其性能优越、施工安全、速度快、造价低等特点，赢得了不少工程技术人员的青睐。
但不同地质条件下的盾构掘进效果却因为岩石性质的不同而有着天壤之别。
因此，对于岩性地层的探测、解析以及不同岩性地层与TBM 掘进参数之间的相关性研究，对盾构施工具有重要意义，可以有效避免道路塌陷、卡盾事故等工程事故的发生。
二、不同岩性地层的探测和解析针对不同类型的岩性地层，可以采用不同的探测方法，以进一步分析其特征和性质。
1.粘土类地层：一般为有机胶性粘土、黄壤、红壤、熟粘土、膨胀土等。
采用切割土样、钻孔取心等方法进行分析，具体探测指标包括含水量、塑性指数、液限、黏限、重度等特征。
2.砂类地层：包括各种砂质土、泥砂、石英砂等。
这类地质的探测方法一般为井孔测控法，监测下洞孔压力变化等相关指标，以确定井间距、地下水位、最大允许土压等参数。
3.岩类地层：构成聚合体的分子间作用力很强，故具有较大强度和脆性，一般是由花岗岩、大理岩、石灰岩等的形成，探测方式一般通过钻孔分析和人工取样进行，详细指标包括适用的钻头类型、基岩露头表面的几何形状。
三、不同岩性地层与TBM 掘进参数相关分析TBM 掘进参数则是指在掘进工程中，工程师为了获得最佳掘进效果和安全保障，通过调整盾构机各项参数的方法来进行。
下面具体分析TBM 掘进参数与不同岩性地层之间的相关性。
1.刀头类型盾构刀头是与岩石接触的部分，直接影响了掘进的质量和速度。
粘土地层中，应选用一般型截齿，用于切削和处理土层样本，加工成泥浆并输送出洞。
在砂类地层中，一般采用钻石刀片，可减少对地层的损坏和磨损。
对于硬岩，常使用甲型齿，其硬度高、抗磨损能力强，可更好的适应岩石的硬度及强度。
需要注意的是，误选刀头类型不仅会前期投资大，后期增加施工前期准备时间和工程噪音，更容易对TBM 机身和机组造成直接破坏。
2.土压与泥浆压力参数在掘进过程中，需要对地层进行支护，以维护盾构的稳定性和掘进的安全性。
模糊模式识别理论在洞库围岩分类中的应用
才博
【期刊名称】《河北工业大学学报》
【年(卷),期】2000(029)003
【摘要】对围岩分类进行合理评价,从而制定围岩不良地质现象的防治措施,对顺利施工和安全使用具有重要意义.应用模糊模式理论对洞室围岩分类进行评价,根据模糊模式理论针对实际工程问题,建立模糊数学模型,通过计算分析结果表明,评判结果与实际情况相一致.证明该方法合理可靠,是围岩分类趋于定量分析的有效途径.【总页数】3页(P99-101)
【作者】才博
【作者单位】海军工程设计研究局勘测大队,河北,高碑店,074000
【正文语种】中文
【中图分类】U415.6
【相关文献】
1.数量化理论Ⅰ在TBM施工围岩分类中的应用 [J], 巫世晶;公志波;刘清龙
2.试井理论在洞库水幕效率试验中的应用 [J], 张龙;陈刚;胡成
3.属性数学理论在公路围岩分类中的应用 [J], 刘金和;刘金海
4.块体理论在某地下洞库围岩稳定性分析中的应用 [J], 徐大宝
5.模糊理论在公路隧道围岩分类中的应用研究 [J], 李围
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引言近年来，隧道及地下空间的开发在国内已成为新型的经济增长点。
随着此类工程的快速发展，机械化隧道掘进以其安全、快速、优质等特点而得到广泛应用。
全断面机械化隧道掘进设备主要有TBM 、盾构及顶管，是一种机械化程度很高、能进不能退的全断面施工技术，若在施工中突遇地质灾害，会产生塌方、涌水、掉块，使机器被埋、被淹、被卡，将会出现进退两难，难以处理的局面。
轻则延误工期，增加施工费用，重则造成设备损坏和人员伤亡，后果不堪设想，大量工程实践让人们认识到做好超前地质预报对于保证其高效、安全施工具有非常重要的意义。
为避免事故的发生，除提高勘察精度外，在隧道施工过基金项目：中国博士后科学基金（NO.20060400670）作者简介：宋克志，男，博士，副教授收稿日期：2007-09-29基于盾构掘进参数分析的隧道围岩模糊判别宋克志1，2袁大军3王梦恕3（1.鲁东大学，山东烟台264025；2.同济大学，上海200092；3.北京交通大学，北京100044）摘要：以重庆主城越江排水隧道工程的地层条件为背景，基于施工现场盾构掘进试验，运用模糊数学方法，对盾构掘进过程中隧道围岩状况判别的理论和方法进行了研究。
结合盾构掘进的特点和刀盘切割岩石的基本原理，提出了比推力和比扭矩的概念，建立了不同围岩条件下的比推力（SF ）和比扭矩（ST ）模糊集合，探讨和揭示了刀盘比推力和比扭矩的关系，刀盘推力、扭矩及切深与地质条件的相关性及与不同围岩状况、盾构掘进状态的对应关系。
研究表明，若比推力与比扭矩以较高的水平同步、均匀变化，说明盾构在较硬的均匀地层中掘进；若比推力与比扭矩均较小且同步、均匀变化，说明盾构在较软的均匀地层中掘进；若比推力与比扭矩的变化出现比例异常，则暗示盾构正在穿越断层破碎地段或遇到障碍物或盾构姿态不良等。
该方法减少了盾构在此类地层下掘进的盲目性和停机次数，提高了掘进效率和施工安全度，可用于盾构隧道施工围岩状况的适时、定性判别。
关键词：盾构；掘进参数；比推力；比扭矩；围岩；模糊判别中图分类号：U452U455文献标识码：A文章编号：1000-131X （2009）01-0107-07Fuzzy identification of surrounding rock conditions based on analysis of shield tunneling dataSong Kezhi 1，2Yuan Dajun 3Wang Mengshu 3(1.Ludong University,Yantai 264025China ；2.Tongji University,Shanghai 200092China ；3.Beijing JiaoTong University,Beijing 100044China)Abstract ：Considering the stratums surrounding the Chongqing Yangtze River tunnel,using field tests and fuzzytheory,the method to distinguish the surrounding rock conditions for shield tunneling are studied.Conceptions of specific thrust force (SF )and specific torque (ST )are presented,and fuzzy sets of SF and ST are established.The relationships between SF and ST ,shield performance and the geology are studied.The results indicate that shield tunneling parameters may be significantly influenced by rock conditions.Synchronous and homogeneous variations of SF and ST at high level indicate that the shield is driving through homogeneous and hard rock;if SF and ST vary synchronously and homogeneously at low level,it is an indication that the shield is driving in homogeneous and soft rock;and if the ratio of SF to ST varies abnormally,the shield may be obstructed by fault or fractured zones or poor shield attitudes.The proposed method may reduce the blindness and increase the efficiency of shield driving.Keywords ：shield ；tunneling data ；specific thrust force ；specific torque ；surrounding rock ；Fuzzy identification Email:ytytskz@土木工程学报CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL第42卷第1期2009年1月Vol.42No.1Jan.2009DOI:10.15951/j.tmgcxb.2009.01.007··土木工程学报2009年图1重庆越江隧道纵断面图Fig.1Longitudinal section of the Chongqing Yangtze River tunnel程中，采用各种技术、手段和方法对隧道掌子面前方地质条件进行及时准确的判断，可以提前采取预防措施，避免灾害的发生，保证隧道施工的安全。
这是设计、施工部门共同关心的问题，国内外都十分重视隧道工作面前方不良地质预报的技术研究，也由此产生了一系列的超前地质预报及判别方法，主要有：（1）利用导洞地质情况推断；（2）利用出露的岩石、出渣的情况以及TBM 掘进参数等；（3）利用超前地质预报系统（简称TSP ）；（4）利用TBM 上配备的超前钻机［1，2］。
盾构施工具有全封闭、快掘进、边掘进边衬砌的特征，这就决定了在施工中，不能像常规法施工的隧道那样可对围岩地质特征作全面观察，必须充分利用各种手段获得的信息，适时对围岩状况进行判断，如观察排出渣料、研究盾构掘进参数变化规律，以及必要的超前钻探。
其中掘进参数与地质条件往往具有一定的对应关系，且具有经济性好、反应快速等优点，可以利用掘进参数的变化规律和趋势对围岩状况做出正确判断。
这方面相关的文献有，Takuji Yamamoto ，Suguru Shirasagi 等［3］基于TBM 掘进参数，运用地质统计方法建立了开挖能量与岩体强度的关系，有效地用于判别工作面前方岩体状况。
T.Kawatani ，H.Tezuka ［4］等研究了日本最大的TBM (Φ8.3m)在断层、坍塌围岩条件下的隧道施工问题，基于TSP 和TBM 推力、扭矩及开挖体积对隧道围岩状况进行了预报和评判，取得了月进尺380m 和日进尺28.4m 的掘进速率。
K.Fukui ，S.Okubo 等［5］基于日本Niken-goya 隧道施工实践，并结合现场地质勘探研究了如何利用TBM 切割力预估围岩强度的方法。
国内王梦恕、宋抗常等［6］结合秦岭TBM 隧道（Φ8.8m ）施工，研究了在花岗岩、片麻岩坚硬地层中利用掘进参数判别地质状况的理论和方法，以TBM 掘进时对岩石的响应作为识别和分类的依据，提高了TBM 施工对岩石划分的准确性，使TBM 工作参数的选取更具适时性、合理性。
许建业、刘跃丽等工程技术人员［7］在山西引黄工程的双护盾TBM 施工中，研究了如何根据渣料和TBM 掘进参数的地质编录进行围岩稳定分类及预测。
黄祥志［8］基于TBM 施工渣料和掘进参数的地质编录对隧道围岩稳定分类方法进行了探讨，应用可拓理论，建立了隧洞围岩稳定分类的可拓评价方法，并编制了相应的计算程序。
周奇才、崔涛等［9］将探地雷达应用于盾构前方适时探测中，相对于传统的超前预报方法具有明显的优势，在盾构隧道超前探测方面做了开创性的研究和探讨。
上述文献基于工程实践对TBM 隧道施工超前地质预报及围岩状况识别做了卓有成效的研究和探索，为今后研究奠定了良好的基础，并提供了相应的研究思路。
在前人研究基础上，本文结合重庆越江隧道盾构掘进实践［10，11］，基于盾构掘进参数，运用模糊数学的方法对隧道围岩状况进行了分析与判别。
1工程背景及掘进试验重庆主城越江隧道连接南岸区海棠溪和渝中区太平门，穿越长度925m ，区段地层条件复杂，主要为泥岩、砂岩交互地层，如图1所示。
泥岩的天然抗压强度为7.3~21.9MPa ，砂岩的天然抗压强度为26.7~69.4MPa 。
越江隧道水压最大达0.64MPa ，且砂岩渗透性较大(渗透系数一般在0.10~0.30m/d ，最大可达3.65m/d)，为保证工程安全，选用泥水加压平衡盾构施工，盾构外径Φ6.57m 。
盾构采用配备切刀、盘形滚刀的复合式刀盘，刀盘基本转速分2rpm 和4rpm 两档，对应的标称驱动扭矩分别为3050kN ·m 和1450kN ·m ，且转速可以在0~5rpm 之间调整。
盾构推进机构包括14组推进千斤顶，最大推力37000kN 。
盾构掘进过程中，对刀盘扭矩、推力、切深及掘进速率等参数进行了采集与分析，所用数据采集存储系统如图2所示。
该系统通过PLC 采集盾构各种传感器的数据，传送给控制室的主机，在主机上进行数据的记录、108··第42卷第1期图3掘进参数与围岩状况的对应关系及在子空间中的位置Fig.3Correspondence between tunneling data and rockand its location in sub space图2盾构数据采集存储系统Fig.2Data acquisition and storage system of shield machine存储和分析，研究盾构在不同地层中掘进参数的变化规律，并根据地质条件对主机进行设定，调整掘进参数。
