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10）测量装置

流量计、压力计、密度计等设备是输泥管道的一部分，能有效的对管道输送情况进行控制。

11）砾石去除设备

当砾石的直径比排泥管直径大时，应启用砾石处理装置，对岩层、砂砾层地质条件下掘进的情况，要求盾构机设置砾石破碎机。本工程应设置砾石破碎机。

12）旁路系统

当盾构机在砾石层和软粘土层中掘进时，存在掘削土砂堵塞排泥管道的可能性。此时由于掘削面上的送入泥土过剩、压力过大，可能出现管路爆裂，导致掘削面坍塌及周围地层先隆起后沉降，作为防止措施，应设置防止措施以保证泥水不再进入掘削面的傍路运转系统。

3.8 超前地质预报系统 6.8.1 超前地质预报的必要性

由于地质勘探的局限性，加之隧道从江底穿过，通过深水进行地质勘测比在地面的地质勘测更困难、造价更高，而且准确性相对较低，所以遇到未预测到的不良地质和地下障碍物的风险更大。因此，施工前及施工中须通过泥浆排放、地质预测等手段对隧道工作面前方地层进一步探明。

由于存在未知地质，一方面造成盾构等主要施工机械不能很好适应工程地质条件致使掘进困难；另一方面，对施工造成了难以预料的风险，甚至产生灾难性的后果。

由于地下工程地质条件的复杂性以及地质勘探的局限性，隧道穿越的地层不可能一一查明，盾构推进工作面前方可能会出现各类障碍物，如废弃铁块、沉船、甚至哑炮弹等，造成盾构机较大破损甚至无法正常推进。 6.8.2 地质雷达型超前地质预报系统

目前，运用于盾构施工的地质雷达型超前地质雷达正在研究，其原理是通过安装在盾构刀盘的地质探头向前方地层发射电磁波，由于不同介质电磁波反射、衰减特性及频率均不一样，根据电磁波反射回来的信号对其进行分析，从而预报前方的地质状况，是否存在地质突变、障碍物等，以便早发现、早处理。

但由于地质及刀盘所处泥浆环境的复杂性，电磁波受干扰非常大，效果较差，因此该项技术尚未成功应用于盾构施工，目前仍处于研究阶段。

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6.8.3 超前钻机地质预报系统

目前应用于盾构机的雷达型超前地质预报系统尚不成熟，几乎没见国内应用，超前地质预报通常由超前钻机设备来实现。

安装于盾构机上超前地质预报系统通过超前钻机设备实现，超前钻机设备系统需包含以下单元：

（1）一台旋转冲击型超前钻机；

（2）一套液压支持装置，用以悬挂超前钻机，并适应钻机工作； （3）一套防崩裂装置 （4）人工控制操作台 （5）液压动力单元 （6）钻进数据记录设备 钻机参数推荐表如下：

钻机参数推荐表

冲击力 旋转速度 0~350rpm 旋转扭矩 0~3000 N·m

人工控制操作台包括：

? 冲击阀 ? 旋转阀 ? 超前钻阀 ? 减压阀 ? 流体调节阀 ? 水阀

0~30 kN ? 液压钻导向阀 ? 液压旋松阀 ? 液压倾斜阀 ? 液压梁延伸阀

? 冲击、旋转、推进和水的压力表

? 电起动/停止按钮及紧急停止和操作指示灯

液压动力单元包括：

? 液压罐，容量约400Ltr. ? 一个(1)压力补偿双可变排量泵

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? 一个(1)固定排量泵 ? 一个电机75kW/ 380v/ 50Hz

? 压力设置180bar, 220bar, 180bar (齿轮泵) ? 启动器阀件 ? 过滤器泵 ? 回转过滤器 ? 水/ 油冷却器 ? 限压阀

? 调温及液位监测闸 ? 液位显示、压力表等

钻进数据记录设备：

钻进数据记录设备应安装在超前钻机里，以备钻机实时数据输出。这些数据应存储在一个记录卡上，当钻进循环完成后可直接输入计算机，输出数据包括：

? 瞬时前进速度 ? 深度 ? 钻进力 ? 钻进液体压力 ? 扭矩

3.9 刀具更换技术 6.9.1 刀具更换概述

刀具在掘进过程中，刀刃因磨耗超限或脱离、缺损、偏磨时，需进行刀具更换。当地质条件发生变化时，为保证盾构施工安全和加快施工进度，应更换刀具以适应不同的地层。盾构运行时，刀盘上不同位置的滚刀磨损量也不一样，因此在刀具检查中，根据磨损程度不同，可进行位置的更换以节约施工成本。 6.9.2刀盘设计应满足刀具便捷更换的要求

刀盘设计为复合式刀盘，初装刀具不含滚刀，但设计预留滚刀刀箱，刀箱内安装刮刀（羊角刀）或先行刀（撕裂刀），实现滚刀、刮刀及先行刀的互换；

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滚刀 羊角刀 先行刀

同刀箱三种刀具安装示意

6.9.3刮刀的常压更换技术

由于本盾构机直径大，辐臂可设计预留足够的内部空间，以实现在辐臂内常压换刀；常压可更换刀具布置需满足以下条件：（1）中心区域（切削半径<3.5 m）每条切削轨迹线一把可更换刮刀，中心区域以外每条轨迹线正反转各一把可更换刀（一条轨迹线共两把）。

辐臂内常压更换刀具示意

6.9.4 泥水盾构带压换刀作业

滚刀和其他固定刮刀不能常压更换，需通过人闸进入前舱进行带压换刀。 整个人闸系统需满足以下要求：

人闸由2个闸室构成，1个是主人闸室，可以容纳4个人，另1个是应急人闸室，可以容纳4个人。人闸包含了符合标准的必需的用于气体供给（加压和减压）、通讯（对讲机、蜂窝电话）、辅助设施（工业用水、加热、照明）和安全设施（气体分析仪、记录器及人闸负责人的控制面板）的所有设施。

3、主人闸室用于一般的工作，拥有自己单独使用的压缩空气供给和通风网络系统，使主人闸能完全安全地独立使用。应急人闸室加压不能高于主人闸室。

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图11 并列式人闸实物照片

泥水盾构带压进仓换刀，需根据盾构机压力仓的压力，设置与之适应的工作时间，并根据压力大小选择是否能将膨润土液面下降及降低高度，进行自由进仓。进入开挖仓室内进行刀具更换时，要使用压缩空气调节系统保证泥水仓与气垫仓的压力，此外还要进行泥水仓液面的操控工作。

盾构正常掘进期间，开挖泥水仓内充满泥水，气垫仓内的液面处于中间正常位置，所以在带呀进仓工作之前必须经过平衡开挖仓室和气垫仓室液面的高度，以便作业人员进入，起初气垫仓液面高度充满于中部，液面上充满带压力的压缩空气，开挖仓内充满泥浆，通过将压缩空气由气垫仓放入开挖仓，气垫仓内压力上升，开挖仓内压力下降，在气垫仓液面与开挖仓液面平齐时，人员可进入开挖仓内进行换刀操作。

完成换刀后，通过向开挖仓内压注泥浆调整液面恢复掘进状态。 刀具更换泥水仓及气垫仓压力调整示意图如下：