一种泥水盾构出渣测量管理方法

摘要

本发明公开了一种泥水盾构出渣测量管理方法，包括如下步骤：根据第一体积流量计和第一密度计计算盾构机泥浆管的输出渣土质量，根据第二体积流量计和第二密度计计算盾构机的输入渣土质量；通过输出渣土质量和输入渣土质量得到掘进一管环时间内实际开挖土体的总渣土质量Msd，将实际开挖总土体的渣土质量Msd和理论开挖土体质量Mtarget比较，若Msd＜Mtarget，则判断盾构机出现欠挖状态，若Msd＞Mtarget，则判断盾构机出现超挖状态。本发明通过实际开挖土体的总渣土质量与理论开挖土体质量的计算与对比可以判断出盾构机掘进过程中是否存在超欠挖，指导盾构司机及时调整施工掘进参数。

权利要求

1.一种泥水盾构出渣质量测量管理方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，控制系统根据第一体积流量计和第一密度计计算盾构机每秒所输出渣土的质量Mout，根据第二体积流量计和第二密度计计算盾构机每秒的输入渣土的质量Min；

S2，控制系统根据盾构机每秒所输出渣土的质量Mout和输入渣土的质量Min，计算每秒的实际开挖土体的渣土质量Ms、d；

每秒的实际开挖土体的渣土质量Ms、d的计算公式为：Ms、d＝Mout‑Min；

S3，根据步骤S2中所得的实际开挖土体的渣土质量Ms、d，利用积分求取盾构机在掘进一管环时间内的实际开挖土体的总渣土质量Msd；

S4，根据质量、密度和体积之间的关系，计算盾构机在掘进一管环的过程中的理论开挖土体质量Mtarget；

所述理论开挖土体质量Mtarget的计算公式为：2

Mtarget＝π*R*Lring*ρsd；

式中，R表示当前管环的半径，Lring表示当前管环的长度，ρsd表示开挖土体的颗粒密度；

S5，将实际开挖土体的总渣土质量Msd和理论开挖土体质量Mtarget比较，若Msd＜Mtarget，通过控制系统增加推进速度、提高出浆泵的转速，降低进浆泵转速直至Msd＝Mtarget；若Msd＞Mtarget，通过控制系统降低推进速度，增大进浆泵的转速，加大工作仓中膨润土的输入直至Msd＝Mtarget；

盾构机每秒所输出渣土的质量Mout和输入渣土的质量Min的计算公式如下：S1.1，将固体和液体进行混合，根据固体的质量Ms和体积Vs、液体的质量Ml和体积Vl计算混合体的质量Mt和体积Vt；

所述混合体的质量Mt的计算公式为：Mt＝Ms+Ml； (3)

所述混合体的体积Vt的计算公式为：Vt＝Vs+Vl； (4)

S1.2，根据质量、密度和体积之间的关系，计算固体的质量Ms、液体的质量Ml和混合体的总质量Mt；

所述固体的质量Ms的计算公式为：Ms＝Vs*ρs； (6)

式中，Ms表示固体的质量，Vs表示固体的体积，ρs表示固体的密度；

所述液体的质量Ml的计算公式为：Ml＝Vl*ρl； (7)

式中，Ml表示液体的质量，Vl表示液体的体积，ρl表示液体的密度；

所述混合体的总质量Mt的计算公式为：Mt＝Vt*ρt； (8)

式中，Mt表示混合体的质量，Vt表示混合体的体积，ρt表示混合体的密度；

S1.3，将步骤S1.1中的混合体的质量Mt、混合体的体积Vt和步骤S1.2中的液体的质量Ml代入步骤S1.2中的混合体的总质量Mt中，得到公式(9)；

(Vs+Vl)*ρt＝Ms+Vl*ρl； (9)S1.4，将步骤S1.1中的混合体的体积Vt代入步骤S1.3中的公式(9)中，得到公式(10)；

Vs*ρt+(Vt‑Vs)*ρt＝Ms+(Vt‑Vs)*ρl； (10)S1.5，将步骤S1.2中的固体的质量Ms代入步骤S1.4中的公式(10)，得到公式(11)；

Vs*ρt+(Vt‑Vs)*ρt＝Vs*ρs+(Vt‑Vs)*ρl； (11)S1.6，将步骤S1.5中的公式(11)得到的固体的体积Vs代入步骤S1.2中的固体的质量Ms，得到固体的质量Ms的计算公式；

所述固体的质量Ms的计算公式为：S1.7，根据步骤S1.6中得到的固体的质量Ms，获取盾构机每秒内所输出渣土的质量Mout和输入渣土的质量Min。

2.根据权利要求1所述的泥水盾构出渣质量测量管理方法，其特征在于，在步骤S1中，所述盾构机每秒所输出渣土的质量Mout的计算公式为：式中，V′d表示由第一体积流量计所测得的盾构机每秒的输出泥渣体积，ρw表示水的密度，ρsd表示开挖土体的颗粒密度，ρd表示由第一密度计所测得的输出的泥渣密度；

盾构机每秒的输入渣土的质量Min的计算公式为：式中，V′f表示由第二体积流量计所测得的进入泥水仓中循环的每秒的进浆体积，ρf表示由第二密度计所测得的进入泥水仓的进浆水密度；ρw表示水的密度；ρb表示干膨润土的密度。

说明书

一种泥水盾构出渣测量管理方法

技术领域

[0001] 本发明属于泥水盾构出渣管理技术领域，具体涉及一种泥水盾构出渣测量管理方法。

背景技术

[0002] 泥水平衡式盾构是在机械式盾构的刀盘的后侧设置一道封闭隔板，隔板与刀盘之间的空间为泥水仓。将水、粘土及其添加剂混合制成的泥水，经输送管道压入泥水仓，待泥
水充满整个泥水仓，并具有一定压力后即形成泥水压力室。通过泥水的加压作用和压力保
持机构，能够维持开挖工作面的稳定。盾构推进时，旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅
拌后形成高浓度泥水，用流体输送方式输送到地面泥水分离系统，渣土和泥水被分离后，泥
水被重新送回泥水仓，这就是泥水加压平衡式盾构法的主要特征。

[0003] 泥水盾构与土压盾构在渣土外运上有很大的区别，土压盾构是通过螺旋输送机及其转运渣车方式，将渣土运送到隧道外部，泥水盾构则是通过泥水循环的方式将渣土运送
到隧道外部，因此，泥水输送渣土是泥水盾构施工的重要特征，泥水输送系统亦是泥水盾构
的关键系统。

[0004] 泥水盾构掘进出渣是指在进出浆动态平衡保持掌子面平衡状态下，通过具有一定比重和良好携渣能力的进浆，进入泥水仓经刀盘转动搅拌形成比重较大的泥浆将刀盘切削
下来的围岩通过出浆管携带出仓实现掘进的过程。泥水平衡盾构掘进时，保持进出浆动态
平衡以及掘进速度与进出浆比重匹配是保证顺利掘进的前提。刀盘扭矩和掘进速度波动
大，易造成掘进过程中出浆量难以控制；若不能精确及时的控制出渣量之间的平衡，会造成
掘进出渣量超方形成地层空洞，继而引发地面塌陷或造成周边建筑物、地下管线损坏等安
全风险。

[0005] 中国专利(申请号：CN2017101002050，申请日：20170223)公开了一种泥水盾构土方测量管理方法，专利中采用泥浆测量系统测量从分离设备排出的泥浆体积和比重，3D激
光扫描仪测量分离设备所分离的渣土的体积，最后由计算机分析渣土的体积得出重量，分
析泥浆体积、比重和泥浆的原始密度得出混入泥浆中渣土的重量，进而将渣土与泥浆中的
渣土相加得出实际排土量，其测量方法复杂，实际实施可行性不高。

发明内容

[0006] 由于泥水平衡盾构掘进时，保持进出浆动态平衡，以及掘进速度与进出浆比重匹配，是保证顺利掘进的前提，针对刀盘扭矩和掘进速度波动大，易造成掘进过程中出浆量难
以控制；若不能精确及时的控制出渣量之间的平衡，会造成掘进出渣量超方形成地层空洞，
继而引发地面塌陷或造成周边建筑物、地下管线损坏等安全风险的问题，本发明提出了一
种泥水盾构出渣测量管理方法，解决了掘进过程中如何科学合理控制出渣的问题。

[0007] 为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

[0008] 一种泥水盾构出渣体积测量管理方法，包括如下步骤：

[0009] S'1，通过第一体积流量计和第二体积流量计分别获取盾构机的输出泥渣体积和进入泥水仓的进浆体积，控制系统根据输出泥渣体积和进浆体积计算盾构机在掘进一个管
环的时间内的实际开挖土体体积Vex；

[0010] S'2，控制系统根据管环的体积，计算盾构机掘进一个管环的理论开挖土体体积Vring；

[0011] S'3，将实际开挖土体体积Vex和理论开挖土体体积Vring比较，若Vex＜Vring，通过控制系统增加推进速度、提高出浆泵的转速，降低进浆泵转速直至Vex＝Vring；若Vex＞Vring，通
过控制系统降低推进速度，增大进浆泵的转速，加大工作仓中膨润土的输入直至Vex＝Vring。

[0012] 在步骤S1中，所述实际开挖体积Vex的计算公式为：

[0013]

[0014] 式中，V′d表示由第一体积流量计所测得的盾构机每秒的输出泥渣体积，V′f表示由第二体积流量计所测得的进入泥水仓中循环的每秒进浆体积，Δw表示在一个管环时间内
泥水仓中膨润土的液位变化，t1和t2分别表示盾构机开始一个管环掘进的初始时刻和终止
时刻；

[0015] 所述理论开挖体积Vring的计算公式为：

[0016] Vring＝π*R2*Lring；

[0017] 式中，R表示当前管环的半径，Lring表示当前管环的长度。

[0018] 一种泥水盾构出渣质量测量管理方法，包括如下步骤：

[0019] S1，控制系统根据第一体积流量计和第一密度计计算盾构机每秒所输出渣土的质量Mout，根据第二体积流量计和第二密度计计算盾构机每秒的输入渣土的质量Min；

[0020] S2，控制系统根据盾构机每秒所输出渣土的质量Mout和输入渣土的质量Min，计算每秒的实际开挖土体的渣土质量Ms、d；

[0021] 每秒的实际开挖土体的渣土质量Ms、d的计算公式为：

[0022] Ms、d＝Mout‑Min；

[0023] S3，根据步骤S2中所得的实际开挖土体的渣土质量Ms、d，利用积分求取盾构机在掘进一管环时间内的实际开挖土体的总渣土质量Msd；

[0024] S4，根据质量、密度和体积之间的关系，计算盾构机在掘进一管环的过程中的理论开挖土体质量Mtarget；

[0025] 所述理论开挖土体质量Mtarget的计算公式为：

[0026] Mtarget＝π*R2*Lring*ρsd；

[0027] 式中，R表示当前管环的半径，Lring表示当前管环的长度，ρsd表示开挖土体的颗粒密度；

[0028] S5，将实际开挖土体的总渣土质量Msd和理论开挖土体质量Mtarget比较，若Msd＜Mtarget，通过控制系统增加推进速度、提高出浆泵的转速，降低进浆泵转速直至Msd＝Mtarget；
若Msd＞Mtarget，通过控制系统降低推进速度，增大进浆泵的转速，加大工作仓中膨润土的输
入直至Msd＝Mtarget。

[0029] 在步骤S1中，所述盾构机每秒所输出渣土的质量Mout的计算公式为：

[0030]

[0031] 式中，V′d表示由第一体积流量计所测得的盾构机每秒的输出泥渣体积，ρw表示水的密度，ρsd表示开挖土体的颗粒密度，ρd表示由第一密度计所测得的输出的泥渣密度；

[0032] 盾构机每秒的输入渣土的质量Min的计算公式为：

[0033]

[0034] 式中，V′f表示由第二体积流量计所测得的进入泥水仓中循环的每秒的进浆体积，ρf表示由第二密度计所测得的进入泥水仓的进浆水密度；ρw表示水的密度；ρb表示干膨润土
的密度。

[0035] 盾构机每秒所输出渣土的质量Mout和输入渣土的质量Min的计算公式如下：

[0036] S1.1，将固体和液体进行混合，根据固体的质量Ms和体积Vs、液体的质量Ml和体积Vl计算混合体的质量Mt和体积Vt；

[0037] 所述混合体的质量Mt的计算公式为：

[0038] Mt＝Ms+Ml；  (3)

[0039] 所述混合体的体积Vt的计算公式为：

[0040] Vt＝Vs+Vl；  (4)

[0041] S1.2，根据质量、密度和体积之间的关系，计算固体的质量Ms、液体的质量Ml和混合体的总质量Mt；

[0042] 所述固体的质量Ms的计算公式为：

[0043] Ms＝Vs*ρs；  (6)

[0044] 式中，Ms表示固体的质量，Vs表示固体的体积，ρs表示固体的密度；

[0045] 所述液体的质量Ml的计算公式为：

[0046] Ml＝Vl*ρl；  (7)

[0047] 式中，Ml表示液体的质量，Vl表示液体的体积，ρl表示液体的密度；

[0048] 所述混合体的总质量Mt的计算公式为：

[0049] Mt＝Vt*ρt；  (8)

[0050] 式中，Mt表示混合体的质量，Vt表示混合体的体积，ρt表示混合体的密度；

[0051] S1.3，将步骤S1.1中的混合体的质量Mt、混合体的体积Vt和步骤S1.2中的液体的质量Ml代入步骤S1.2中的混合体的总质量Mt中，得到公式(9)；

[0052] (Vs+Vl)*ρt＝Ms+Vl*ρl；  (9)

[0053] S1.4，将步骤S1.1中的混合体的体积Vt代入步骤S1.3中的公式(9)中，得到公式(10)；

[0054] Vs*ρt+(Vt‑Vs)*ρt＝Ms+(Vt‑Vs)*ρl；  (10)

[0055] S1.5，将步骤S1.2中的固体的质量Ms代入步骤S1.4中的公式(10)，得到公式(11)；

[0056] Vs*ρt+(Vt‑Vs)*ρt＝Vs*ρs+(Vt‑Vs)*ρl；  (11)

[0057] S1.6，将步骤S1.2中的固体的质量Ms代入步骤S1.4中的公式(12)中，得到固体的质量Ms的计算公式；

[0058] 所述固体的质量Ms的计算公式为：

[0059]

[0060] S1.7，根据步骤S1.6中得到的固体的质量Ms，获取盾构机每秒内所输出渣土的质量Mout和输入渣土的质量Min。

[0061] 本发明的有益效果：

[0062] 通过实际开挖体积与理论开挖体积、实际开挖土体的总渣土质量与理论开挖土体质量的计算与对比可以判断出盾构机掘进过程中是否存在超欠挖，为盾构机掘进参考的调
整提供决策依据，并同步可以判断开挖面是否稳定，便于及时采取补救措施，从而减小或避
免地面发生较大的沉降，保障隧道掘进的安全；本发明方法简单，可以对盾构机进行实时监
控，通过调节推进速度、进浆泵和出浆泵的转速等，保证了开挖面高稳定性。

附图说明

[0063] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。

[0064] 图1为质量测量管理方法的流程示意图。

[0065] 图2为体积测量管理方法的示意图。

[0066] 图3为本发明实际开挖体积与理论开挖体积的对比示意图。

具体实施方式

[0067] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0068] 实施例1：一种泥水盾构出渣体积测量管理方法，泥水盾构掘进出渣是指在进出浆动态平衡并保持掌子面平衡的状态下，利用具有一定比重和良好携渣能力的进浆，进入泥
水仓经刀盘转动搅拌形成比重较大的泥浆，并将刀盘切削下来的围岩通过出浆管携带出仓
以实现掘进的过程；泥水平衡盾构掘进时，保持进出浆动态平衡以及掘进速度与进出浆的
比重匹配是保证盾构机顺利掘进的前提。

[0069] 盾构机掘进过程中由于刀盘扭矩和掘进速度波动大，易造成掘进过程中出渣量难以控制；若不能精确及时的控制实际出渣量与理论出渣量之间的平衡，会造成掘进出渣量
超方形成地层空洞，继而引发地面塌陷或造成周边建筑物、地下管线损坏等安全风险；出渣
量的多少关系到地表沉降、隧道成型以及隧道的稳定，因此出渣量是衡量盾构机掘进状态
的重要标志，如何更方便快捷地计算并控制出渣量是重中之重。

[0070] 本实施例通过计算并比较盾构机在掘进一个管环时间内的实际开挖体积和理论开挖体积可判断盾构机是否存在超欠挖，以通过控制系统对进浆管和出浆管的比重及推进
速度进行调节并修正，使盾构机达到理想掘进状态；所述实际开挖体积是指盾构机单位时
间内所掘进的一定进尺的空间。

[0071] S'1，通过第一体积流量计和第二体积流量计分别获取盾构机的输出泥渣体积和进入泥水仓的进浆体积，控制系统根据输出泥渣体积和进浆体积计算盾构机在掘进一个管
环的时间内的实际开挖土体体积Vex；

[0072] 如图2所示，所述实际开挖体积Vex的计算公式为：

[0073]

[0074] 式中，V′d表示由第一体积流量计所测得的盾构机每秒的输出泥渣体积，V′f表示由第二体积流量计所测得的进入泥水仓中循环的每秒的进浆体积，Δw表示在一个管环时间
内泥水仓中的液位变化，液位变化即为输入的膨润土的体积，液位变化通过激光测距传感
器测得，t1和t2分别表示盾构机开始一个管环掘进的初始时刻和终止时刻；

[0075] 第一体积流量计设置在盾构机的出渣口上，第二体积流量计设置在盾构机的进浆口，且第一体积流量计和第二体积流量计均与控制系统相连接，方便将测得的数据传输给
到控制系统；激光测距传感器固定设置在泥水仓上，并与控制系统相连接，激光测距传感器
通过不断接收泥水面光线反射得到泥水仓的液位变化值。

[0076] S'2，如图3所示，控制系统根据管环的体积，计算盾构机掘进一个管环的理论开挖土体体积Vring；

[0077] 所述理论开挖体积Vring的计算公式为：

[0078] Vring＝π*R2*Lring；

[0079] 式中，R表示当前管环的半径，Lring表示当前管环的长度。

[0080] S'3，将实际开挖土体体积Vex和理论开挖土体体积Vring比较，若Vex＜Vring，通过控制系统增加推进速度、提高出浆泵的转速，降低进浆泵转速直至Vex＝Vring；若Vex＞Vring，通
过控制系统降低推进速度，增大进浆泵的转速，加大工作仓中膨润土的输入直至Vex＝Vring。

[0081] 实施例2：一种泥水盾构出渣质量测量管理方法，本实施例与实施例1的区别在于通过计算并比较理论出渣量和实际的出渣量，以对进浆管和出浆管的比重及推进速度进行
调节并修正，使盾构机达到理想掘进状态。

[0082] S1，如图1所示，控制系统根据根据第一体积流量计和第一密度计计算盾构机每秒所输出渣土的质量Mout，根据第二体积流量计和第二密度计计算盾构机每秒的输入渣土的
质量Min；

[0083] 盾构机每秒内输出渣土质量Mout的计算公式为：

[0084]

[0085] 式中，V′d表示由第一体积流量计所测得的盾构机每秒的输出泥渣体积，ρw表示水的密度，ρsd表示开挖土体的颗粒密度，由工作人员采样测量得到并手工输入控制系统，ρd表
示输出的泥渣密度，通过第一密度计测量得到；

[0086] 盾构机每秒内输入渣土的质量Min的计算公式为：

[0087]

[0088] 式中，V′f表示由第二体积流量计所测得的进入泥水仓中循环的每秒的进浆体积，ρf表示进入泥水仓的进浆水密度，通过第二密度计测量得到，ρw表示水的密度，ρb表示干膨
润土的密度，由工作人员手动输入控制系统；

[0089] 第一体积流量计和第一密度计设置在盾构机的出渣口上，第二体积流量计和第二密度计设置在盾构机的进浆口，且第一体积流量计、第二体积流量计、第一密度计和第二密
度计均与控制系统相连接，方便将测得的数据传输给到控制系统。

[0090] 盾构机所输出的泥水中包含固体和液体，因此可根据质量、密度和体积之间的关系、出渣量的固体与液体的质量关系、出渣量的固体与液体的体积关系计算固体的质量，具
体推导过程如下：

[0091] S1.1，将固体和液体进行混合，根据固体的质量Ms和体积Vs、液体的质量Ml和体积Vl计算混合体的质量Mt和体积Vt；

[0092] 将固体和液体进行混合，混合体的质量和体积分别等于固体和液体两者的质量和体积的加总；

[0093] 所述混合体的质量Mt的计算公式为：

[0094] Mt＝Ms+Ml；  (3)

[0095] 所述混合体的体积Vt的计算公式为：

[0096] Vt＝Vs+Vl。  (4)

[0097] S1.2，根据质量、密度和体积之间的关系，计算固体的质量Ms、液体的质量Ml和混合体的总质量Mt；

[0098] 所述质量、密度和体积之间的计算公式为：

[0099] M＝V*ρ；  (5)

[0100] 式中，M表示质量，V表示体积，ρ表示密度；

[0101] 所述固体的质量Ms的计算公式为：

[0102] Ms＝Vs*ρs；  (6)

[0103] 式中，Ms表示固体的质量，Vs表示固体的体积，ρs表示固体的密度；

[0104] 所述液体的质量Ml的计算公式为：

[0105] Ml＝Vl*ρl；  (7)

[0106] 式中，Ml表示液体的质量，Vl表示液体的体积，ρl表示液体的密度；

[0107] 所述混合体的总质量Mt的计算公式为：

[0108] Mt＝Vt*ρt；  (8)

[0109] 式中，Mt表示混合体的质量，Vt表示混合体的体积，ρt表示混合体的密度。

[0110] S1.3，将步骤S1.1中的公式混合体的质量Mt的计算公式、混合体的体积Vt的计算公式和步骤S2.2中的液体的质量Ml的计算公式代入步骤S1.2中的混合体的总质量Mt的计算公
式中，得到公式(9)；

[0111] (Vs+Vl)*ρt＝Ms+Vl*ρl。  (9)

[0112] S1.4，将步骤S1.1中的混合体的体积Vt的计算公式代入步骤S1.3中的公式(9)中，得到公式(10)；

[0113] Vs*ρt+(Vt‑Vs)*ρt＝Ms+(Vt‑Vs)*ρl。  (10)

[0114] S1.5，将步骤S2.2中的固体的质量Ms的计算公式代入步骤S1.4中的公式(10)，得到公式(11)；

[0115] Vs*ρt+(Vt‑Vs)*ρt＝Vs*ρs+(Vt‑Vs)*ρl；  (11)

[0116] 对公式(10)进行整理，可得：

[0117] Vt*(ρt‑ρl)＝Vs*(ρs‑ρl)；  (11)

[0118] 对公式(11)进行二次整理，可得：

[0119]

[0120] 通过步骤S1.3‑S1.5的推导，可以得出固体的体积Vs的计算公式，进而根据密度公式推导出固体的质量Ms。

[0121] S1.6，将步骤S1.2中的固体的质量Ms的计算公式代入步骤S1.4中的公式(12)中，得到计算固体的质量Ms的计算公式；

[0122] 所述固体的质量Ms的计算公式为：

[0123]

[0124] S1.7，根据步骤S1.6所得的固体的质量Ms的计算公式获取每秒内的输入渣土的质量Min和每秒输出渣土的质量Mout的计算公式。

[0125] S2，控制系统根据步骤S1中获得的盾构机每秒所输出渣土的质量Mout和输入渣土的质量Min，计算每秒的实际开挖土体的渣土质量Ms、d；

[0126] 由于进入泥水仓中的进浆水只包含干膨润土和水，当开挖土体和进浆水混合后，干膨润土的质量相对于开挖土体的质量很小，可以忽略不计，即在根据公式(13)获取公式
(1)和公式(2)时，固体的密度即为开挖土体的密度。

[0127] 根据盾构机掘进过程中，每秒输入渣土的质量Min与每秒输出渣土的质量Mout之间的关系计算每秒内的实际开挖土体的渣土质量，每秒内的实际开挖土体的渣土质量Ms、d的
计算公式为：

[0128] Ms、d＝Mout‑Min；  (14)

[0129] 将公式(1)和公式(2)代入公式(14)可得：

[0130]

[0131] 每秒内的实际开挖土体的渣土质量反映了盾构机每秒开挖土体的大小。

[0132] S3，根据步骤S2中所得的每秒内的实际开挖土体的渣土质量Ms、d，利用积分求取盾构机在掘进一管环的过程中实际开挖土体的总渣土质量Msd；

[0133] 所述实际开挖土体的总渣土质量Msd的计算公式为：

[0134]

[0135] 式中，t1和t2分别表示盾构机开始一个管环掘进的初始时刻和终止时刻；

[0136] 实际开挖土体的总渣土质量反映了盾构机在一个管环的掘进过程中所开挖土体的大小，反映了盾构机的掘进状态。

[0137] S4，根据质量、密度和体积之间的关系，计算盾构机在掘进一管环的过程中的理论开挖土体质量Mtarget；

[0138] 所述理论开挖土体质量Mtarget的计算公式为：

[0139] Mtarget＝π*R2*Lring*ρsd；  (17)

[0140] 式中，ρsd表示开挖土体的颗粒密度，由工作人员采样测量得到并手工输入控制系统，R表示当前管环的半径，Lring表示当前管环的长度。

[0141] S5，将实际开挖土体的总渣土质量Msd和理论开挖土体质量Mtarget比较，若Msd＜Mtarget，通过控制系统增加推进速度、提高出浆泵的转速，降低进浆泵转速直至Msd＝Mtarget；
若Msd＞Mtarget，通过控制系统降低推进速度，增大进浆泵的转速，加大工作仓中膨润土的输
入直至Msd＝Mtarget。

[0142] 通过实时监测结果与理论结果对比能够及时发现隧道开挖是否出现超挖欠挖、以判断开挖面是否稳定，为调整掘进参数提供决策依据；特别是在排土量异常时及时发现超
挖，便于及时采取补救措施，从而减小或避免地面发生较大的沉降，保障隧道掘进的安全。

[0143] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。