地鐵盾構(gòu)隧道施工技術(shù)的理論與實踐

地鐵盾構(gòu)隧道施工技術(shù)的理論與實踐盾構(gòu)施工技術(shù)1、盾構(gòu)機(jī)簡介2、盾構(gòu)機(jī)的選型3、盾構(gòu)機(jī)始發(fā)4、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)5、盾構(gòu)施工管理新建隧道與地下工程開挖方法預(yù)測分析

盾構(gòu)法將成為21世紀(jì)中國隧道施工的主要方法之一。中國面對平均每年290公里需要開挖的各類隧道（巖石中、土層中、海底中等），隧道掘進(jìn)機(jī)法（TBM、盾構(gòu)法和頂管法）、鉆爆法、沉管法和淺埋暗挖法等都會在實際工程中使用，但當(dāng)工程對經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境有重大影響而掘進(jìn)工作面又受限制的情況下，面對速度、環(huán)保、效益等這些問題，盾構(gòu)將成為人們的首選。盾構(gòu)機(jī)在國內(nèi)的應(yīng)用前景領(lǐng)域（1）西部開發(fā)將修建大量鐵路和公路隧道（2）開發(fā)利用城市地下空間將建設(shè)的地下隧道工程（3）水利、水電站地下隧道工程（4）長大跨海越江隧道工程（5）南水北調(diào)工程將要開挖大量輸水隧道

盾構(gòu)施工與礦山法施工具有以下優(yōu)點：

1、地面作業(yè)少，隱蔽性好，因噪音、振動引起的環(huán)境影響?。?/p>

2、自動化程度高、勞動強(qiáng)度低、施工速度快；

3、因隧道襯砌屬工廠預(yù)制，質(zhì)量有保證；

4、穿越地面建筑群和地下管線密集的區(qū)域時，周圍可不受施工影響；

5、穿越河底或海底時，隧道施工不影響航道，也完全不受氣候影響；

6、對于地質(zhì)復(fù)雜、含水量大、圍巖軟弱的地層可確保施工安全；

7、在費(fèi)用和技術(shù)難度上不受覆土深度影響。

盾構(gòu)法施工也存在一些缺點：

1、一次性投入大，施工設(shè)備費(fèi)用較高；2、覆土較淺時，地表沉降較難控制；3、用于施作小曲率半徑（R＜20D）隧道時掘進(jìn)較困難。(一）盾構(gòu)機(jī)簡介德國海瑞克公司生產(chǎn)的加泥型土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)主體外徑6.25~6.28米，長8.5米（含盾尾、中體、前體、刀盤四部分）。本盾構(gòu)機(jī)有以下主要特點：結(jié)構(gòu)先進(jìn)，自動化程度高，采用了國際盾構(gòu)最新技術(shù)，開挖、出渣、襯砌拼裝易于控制。施工效率與可靠性高，安全性能好，適用于較大的土質(zhì)范圍與地質(zhì)條件，能用于多種復(fù)雜的土層，施工速度快，可以獲得較小的沉降量。1、盾構(gòu)機(jī)介紹

盾構(gòu)機(jī)配備泡沫注入系統(tǒng)，膨潤土注入系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)，具有土壓平衡，開敞式，半開敞式三種功能模式，刀盤刀具設(shè)計為可更換式，盤形滾刀與齒刀可互換，以適應(yīng)不同地層高效破巖切削需要。盾構(gòu)機(jī)操作控制系統(tǒng)采用PLC，具有自動、半自動和手動三種控制模式。配置了土壓力和推進(jìn)參數(shù)自動測量，數(shù)據(jù)采集處理和運(yùn)程傳輸系統(tǒng)，可以實現(xiàn)辦公室的掘進(jìn)工況信息管理，配備了自動定壓同步注漿系統(tǒng)，對環(huán)形間隙及早注漿填充，以穩(wěn)定管片和控制地層沉降。配備自動測量導(dǎo)向系統(tǒng)，可以實時測控盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)和管片拼裝精度。盾構(gòu)采用中間鉸接方式，可以適應(yīng)較小半徑曲線的推進(jìn)轉(zhuǎn)彎；推進(jìn)油缸設(shè)計為可分組獨立控制伸縮動作，輔于配置的超挖刀，可以較好地控制掘進(jìn)方向和進(jìn)行糾偏。

盾構(gòu)機(jī)刀盤（直徑6280MM）盾構(gòu)機(jī)主體（全長8.5M)中、前、尾盾盾構(gòu)機(jī)后續(xù)臺車VMT系統(tǒng)顯示面板連接橋螺旋機(jī)加注泡沫人閘液壓馬達(dá)同步注漿泵盾構(gòu)機(jī)主控室控制面板盾構(gòu)機(jī)主控室、司機(jī)操作間2、盾構(gòu)發(fā)展趨勢（1)盾構(gòu)機(jī)在國內(nèi)應(yīng)用情況

20世紀(jì)90年代，大直徑的泥水式、土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)在中國開始得到成功的應(yīng)用。目前全國五大城市（北京、上海、廣州、南京和深圳）地鐵和管線工程大多采用日本、德國和法國生產(chǎn)的盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工，約有26臺左右。還有天津（2臺）、廣州三號線（11臺），北京5號線（3臺）、上海（8臺）等新增或即將投入使用有20多臺盾構(gòu)機(jī)。目前地鐵施工采用的盾構(gòu)機(jī)約有50臺。其它如引水隧道，市政隧道，過江隧道等都有應(yīng)用盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工。表1-2國內(nèi)五大城市地鐵工程使用的盾構(gòu)機(jī)地點型式規(guī)格數(shù)量（臺）制造公司（國別）附注北京⑴土壓平衡式φ6.19米⑵土壓平衡式φ3.3米11Herrenknecht（德國海瑞克）IHI（日本石川島播磨）⑴用于地鐵5號線工程⑵亮馬河北路污水隧道上海⑴土壓平衡式，φ6.34米⑵泥水式，φ11.22米⑶土壓平衡式，φ6.34米712FCB公司（法國）Mitsubishi（日本三菱）FMT公司（法國）⑴用于地鐵1號線⑵用于延安東路復(fù)線隧道⑶用于地鐵2號線廣州⑴土壓平衡式，φ6.14米⑵泥水式，φ6.14米⑶土壓平衡式，φ6.25米124Kawasaki（日本川崎）Kawasaki（日本川崎）Herrenknecht（德國海瑞克）⑴用于地鐵1號線⑵用于地鐵1號線⑶用于地鐵2號線南京⑴土壓平衡式，φ6.34米⑵土壓平衡式，φ6.40米12Mitsubishi（日本三菱）Herrenknecht（德國海瑞克）用于地鐵1號線深圳⑴土壓平衡式，φ6.20米⑵土壓平衡式，φ6.14米⑶土壓平衡式，φ6.25米122Komatsu（日本小松）Mitsubishi（日本三菱）Herrenknecht（德國海瑞克）用于一期工程(2)盾構(gòu)施工的新技術(shù)A、自動化和省力化技術(shù)。自動控制技術(shù)，超前勘探技術(shù)，管片的自動搬運(yùn)、拼裝系統(tǒng)等。B、與高深度化和長距離化相對應(yīng)的技術(shù)。高水壓對應(yīng)技術(shù)，切削刀具更換技術(shù)，高速施工技術(shù)等。C、特大直徑和特小直徑盾構(gòu)機(jī)。D、新施工法和特殊的盾構(gòu)機(jī)。地下對接施工法、分岔盾構(gòu)施工法、雙圓形盾構(gòu)、異形斷面盾構(gòu)等。MMST多軸盾構(gòu)14.1M直徑的盾構(gòu)機(jī)—東京彎MF盾構(gòu)機(jī)及工法H＆V盾構(gòu)機(jī)DOT盾構(gòu)機(jī)（DOUBLE-0-TUBE）異型斷面盾構(gòu)機(jī)盾構(gòu)機(jī)是一種專門用于開挖地下隧道工程的大型高科技施工設(shè)備，它具有開挖快、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)、有利于環(huán)境保護(hù)和降低勞動強(qiáng)度的優(yōu)點。盾構(gòu)機(jī)技術(shù)體現(xiàn)了計算機(jī)、新材料、自動化、信息化、系統(tǒng)科學(xué)、管理科學(xué)等高新技術(shù)的綜合和密集，反映了一個國家的綜合國力和科技水平。隨著對地下空間開發(fā)的需求越來越大，地下工程快速開挖的需要和科學(xué)技術(shù)水平的提高，盾構(gòu)機(jī)與盾構(gòu)施工技術(shù)在中國將得到快速的應(yīng)用和發(fā)展。（3）盾構(gòu)機(jī)在國內(nèi)應(yīng)用發(fā)展前景（二）盾構(gòu)機(jī)的選型

根據(jù)施工要求及地質(zhì)條件作好盾構(gòu)選型工作與其它隧道施工方法不同，盾構(gòu)機(jī)是根據(jù)每一個施工區(qū)段的地質(zhì)條件、地下水條件、隧道斷面大小、區(qū)間線路條件、周圍建筑物環(huán)境等條件進(jìn)行設(shè)計制作。所以，盾構(gòu)機(jī)不是通用機(jī)械，而是針對于某種條件的專用機(jī)械。也就是說一般很難將盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)用到設(shè)計隧道以外的工程中加以利用。

盾構(gòu)機(jī)在地下的施工是不可后退的。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在地下開始掘進(jìn)施工后，就很難對盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行修改。除刀頭等部位可以通過特殊的設(shè)計得到更換以外，盾構(gòu)刀盤、壓力艙、排土器、推進(jìn)系統(tǒng)等很難在施工過程中進(jìn)行修改。從這兩點可知，盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計、制作從根本上決定了隧道施工的成功與否，是盾構(gòu)隧道施工的最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。為了設(shè)計最為合理的盾構(gòu)機(jī)械就必須進(jìn)行周密的盾構(gòu)選型工作。

平面示意圖m

盾構(gòu)選型工作根據(jù)設(shè)計斷面選擇盾構(gòu)根據(jù)襯砌類型選擇配套系統(tǒng)測定水壓、松弛土層或圍巖壓力

地質(zhì)條件以外的條件：①工期；②外徑、機(jī)長；③造價；④環(huán)境因數(shù)；⑤沿線條件；⑥基地條件；⑦設(shè)計線路，線型條件；⑧給排水條件及通風(fēng)條件。

工作面穩(wěn)定不好時

輔助工法種類及適用性的校核：①壓氣工法；②降水法；③化學(xué)注漿法；④凍結(jié)法。機(jī)種及輔助工法的綜合比較分析盾構(gòu)的選定

盾構(gòu)機(jī)的選型（粘土）（粉土）復(fù)合式盾構(gòu)

MixedShield盾構(gòu)類型ShieldMachineMode硬巖式

hardROCK土壓平衡式EPB開式

Openmode水力式Hydro泥水平衡式SlurryBalance

盾構(gòu)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)MainTechnicalParametersoftheShieldMachine直徑Diameter6280mm

主機(jī)長度Lengthofthemainparts8500mm

總長（含拖車）Totallength(withtrailers)64,000mm

扭矩Torque5300kn·m

推力/行程thrust/stoke3600T/2000mm轉(zhuǎn)速rotatingspeed0-6.1rpm

總功率generalpowerrate1500kw最大掘進(jìn)速度MaxExcavationspeed8cm/min

螺旋輸送機(jī)Screwconveyer直徑700mm270M3/h

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)工作原理水土壓+壓=土倉壓力力力復(fù)合式泥水盾構(gòu)工作原理復(fù)合式盾構(gòu)壓力調(diào)整原理圖泥水盾構(gòu)進(jìn)排泥系統(tǒng)泥水系統(tǒng)示意圖泥水輸送基本程序圖

圖7-4-5-6泥水輸送基本程序圖盾殼結(jié)構(gòu)示意圖

盾構(gòu)機(jī)的各個組成部分螺旋出土器刀盤盾體皮帶機(jī)后配套臺車盾構(gòu)機(jī)組成部分主體結(jié)構(gòu)：盾體(前盾、中盾、尾盾)、刀盤、氣閘后配套設(shè)備：臺車、連接橋、管片運(yùn)輸設(shè)備、出土設(shè)備、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。1、土體2、刀盤3、泥土倉4、壓力墻5、千斤頂6、螺旋輸送機(jī)7、管片拼裝機(jī)8、襯砌刀盤轉(zhuǎn)速和扭矩示意圖精心選配后續(xù)配套設(shè)備及供應(yīng)系統(tǒng)

在確定好盾構(gòu)機(jī)后，須根據(jù)總體施工進(jìn)度要求及始發(fā)井的場地情況精心選配后續(xù)配套設(shè)備，后續(xù)配套設(shè)備選擇的好壞直接決定了掘進(jìn)速度的快慢，如選擇不當(dāng)，會限制盾構(gòu)機(jī)的本身的功能發(fā)揮。后續(xù)配套設(shè)備的選擇主要從以下幾方面考慮：

（1）洞內(nèi)運(yùn)輸系統(tǒng)

為盡量減少每掘進(jìn)循環(huán)的時間，必須確保洞內(nèi)每環(huán)掘進(jìn)的土方一次運(yùn)出,管片同樣一次運(yùn)出，這樣便可以確保安裝管片的同時，進(jìn)行出土作業(yè)。而要滿足以上要求,須合理編制列車編組、計算土箱方量及電瓶車噸位，列車編組須滿足最小長度裝運(yùn)最大運(yùn)土量，確保棄土一次性運(yùn)完。(2)地面運(yùn)輸系統(tǒng)

地面運(yùn)輸系統(tǒng)主要包括龍門吊、集土坑、夜間出渣。龍門吊起重噸位由土箱滿載重量決定，同時要充分考慮余量，比如土箱滿載重25噸-30噸，則龍門吊起重噸位在考慮安全系數(shù)的前提下在提高2-3噸富裕量。集土坑的存渣量要按最快的掘進(jìn)速度情況下的兩天總出土量為佳，避免出現(xiàn)渣土無處堆放而又無法出渣的情況。

(3)管片供應(yīng)系統(tǒng)管片供應(yīng)系統(tǒng)主要包括管片生產(chǎn)及現(xiàn)場管片存放。在始發(fā)掘進(jìn)前,必須生產(chǎn)滿足1-2個月掘進(jìn)環(huán)數(shù)的數(shù)量，管模數(shù)量根據(jù)總的進(jìn)度計劃決定，盡量作到充分利用。現(xiàn)場存放一定要充分滿足掘進(jìn)速度的需要，在現(xiàn)場場地不足的情況下，可以盡量壓縮其他用地，以確保管片及時供應(yīng)。(四)、盾構(gòu)機(jī)始發(fā)1、盾構(gòu)機(jī)組裝后配套臺車及其它設(shè)備下井示意圖盾構(gòu)機(jī)安裝示意圖吊運(yùn)刀盤吊運(yùn)盾尾始發(fā)前破除洞門出洞前破除洞門在盾構(gòu)機(jī)下井、到達(dá)以前，對始發(fā)井、接受井端頭進(jìn)行加固，加固方法采用地面旋噴樁加固，旋噴樁采用直徑900mm、間距700mm的三重管。加固目的：①穩(wěn)固土體，防止塌方；②止水；③保持TBM始發(fā)階段的正確姿態(tài)。2、端頭井土體加固盾構(gòu)機(jī)始發(fā)前的洞門加固

始發(fā)前的洞門破除⑴盾構(gòu)機(jī)拼裝調(diào)試完成后，開始拼裝負(fù)環(huán)管片，在負(fù)環(huán)管片后安裝一個0.4m寬的鋼圓環(huán)，使砼管片受力均勻。⑵邊拼裝負(fù)環(huán)管片邊將洞門處地下連續(xù)墻砼鑿除，鑿除分六塊，自下而上分塊進(jìn)行，并分塊吊出井外。⑶洞口內(nèi)徑與盾構(gòu)外徑存在10cm的環(huán)形空隙，為了防止水土從間隙處流失，在洞圈安裝一道橡膠止水帶，扇形板等組成密封裝置，以保證盾構(gòu)出洞的安全。⑷盾構(gòu)機(jī)盾尾密封刷人工涂滿油脂，地面監(jiān)測點布設(shè)，并獲得初始成果。

3、盾構(gòu)機(jī)始發(fā)準(zhǔn)備由于洞圈與盾構(gòu)外徑有一定的間隙，為了防止盾構(gòu)出洞時及施工期間土體及漿液從該間隙中流失，在洞圈周圍安裝由橡膠簾布、扇形壓板等組成的密封裝置。洞門密封安裝止水簾幕洞門臨時密封裝置反力架及負(fù)環(huán)管片示意圖安裝反力架及負(fù)環(huán)管片示意盾構(gòu)始發(fā)實況盾構(gòu)掘進(jìn)由操作司機(jī)在中央控制室內(nèi)進(jìn)行，由工地技術(shù)人員經(jīng)計算初設(shè)正面土壓力值。土壓力值根據(jù)隧道埋深、土層性質(zhì)和地面超載計算。設(shè)定值約為計算值的1.05～1.1倍。開始施工時，在盾構(gòu)機(jī)的正面及盾構(gòu)體的上下方設(shè)置土、水壓傳感器監(jiān)控平衡系統(tǒng)，在盾構(gòu)機(jī)前面安裝巖土勘探系統(tǒng)。打開出土閘門，依次開啟皮帶輸送機(jī)，螺旋機(jī)和刀盤，推進(jìn)千斤頂，調(diào)整好各千斤頂工作油壓。此時刀盤切削土體，盾構(gòu)前進(jìn)。

1、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)(四)、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)

盾構(gòu)機(jī)根據(jù)設(shè)定的正面土壓力自動控制出土速度或掘進(jìn)速度。盾構(gòu)機(jī)的行程、上下左右四個區(qū)域千斤頂壓力、螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速、盾構(gòu)扭轉(zhuǎn)、俯仰等參數(shù)，將顯示在顯示屏上，盾構(gòu)司機(jī)及時做好參數(shù)記錄，并參照儀表顯示以及其它人工測量和施工經(jīng)驗調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)和各項參數(shù)，使盾構(gòu)始終按設(shè)計的軸線推進(jìn)。隧道盾構(gòu)掘進(jìn)示意圖開挖襯砌出土運(yùn)輸盾構(gòu)操作室司機(jī)操作盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)實況進(jìn)入正常掘進(jìn)后，出土、進(jìn)料的運(yùn)輸將直接影響著掘進(jìn)的速度。在左右線的掘進(jìn)中，采取在隧道內(nèi)鋪設(shè)軌道（四軌三線）進(jìn)行運(yùn)輸，選用38kg/m鋼軌，在進(jìn)行出土、進(jìn)料運(yùn)輸中，始終保持一列電瓶車停在洞內(nèi)道岔后的一側(cè)軌道線上，當(dāng)從盾尾臺車門架下中線駛來的列車經(jīng)過洞內(nèi)道岔進(jìn)入另一側(cè)軌道線后，等候的列車立即過岔進(jìn)入盾尾臺車架下的中線進(jìn)行裝碴、卸管片作業(yè)，盡量縮短兩列車之間的等候時間。

螺旋機(jī)將密封倉內(nèi)的土輸送到皮帶運(yùn)輸機(jī)上，再由皮帶輸送至泥斗中，由電瓶車將泥斗車通過隧道內(nèi)鋼軌拖運(yùn)至井口，泥斗由地面上的門吊吊運(yùn)至井上，倒入地面渣土池中，夜間再裝車外運(yùn)。

2、運(yùn)輸與出土運(yùn)送管片運(yùn)送碴土皮帶輸送機(jī)上出土現(xiàn)況土斗吊運(yùn)現(xiàn)況道岔龍門吊準(zhǔn)備好管片螺栓，然后裝上螺栓止水橡膠圈，清理盾尾積水、淤泥，備好緊螺栓工具。盾構(gòu)機(jī)司機(jī)根據(jù)盾尾間隙，千斤頂行程及WMT自動導(dǎo)向系統(tǒng)計算出的封頂塊位置綜合確定封頂塊位置，然后通知地面工程師。地面工程師根據(jù)盾構(gòu)機(jī)司機(jī)提供的下一環(huán)封頂塊位置安排工人把管片按拼裝順序吊至管片車上。安排三輛運(yùn)輸車運(yùn)輸一環(huán)管片，每一輛管片車堆兩塊管片，把最先安裝的管片放最上面，其余類推，封頂塊放在第三輛管片車上的最上面。管片運(yùn)輸車開到1#~2#臺車位置。利用管片吊車將管片吊至管片輸送器中間（期間把管旋轉(zhuǎn)900）。管片隨管片輸送器一起向前移動進(jìn)入一個循環(huán)狀態(tài)（一個循環(huán)包括：吊起、前移、下降、后退），按以上步驟將管片（根據(jù)安裝進(jìn)度）放置在管片安裝位置。（1）管片拼裝準(zhǔn)備3、管片與管片拼裝根據(jù)管片安裝順序，將須安裝管片位置的千斤頂縮回到位，空出管片拼裝位置。用管片安裝搖控器操作，管片安裝頭須與管片調(diào)整好相對位置（通過調(diào)整安裝頭上的六個自由度），然后吊起管片。將管片旋轉(zhuǎn)至最終的正確位置上。穿上螺栓，擰緊螺栓（縱向與環(huán)向螺栓）。將該管片位置的千斤頂伸長，頂住管片。在作上述工作的同時，管片輸送器繼續(xù)按拼裝順序輸送管片至安裝位置。余下管片重復(fù)上述操作步驟。（2）管片安裝管片模型及三環(huán)試拼裝管片拼裝4、同步注漿

為填補(bǔ)盾尾間隙、超挖及施工過程中的地層損失，有效控制地基變位，采用盾尾同步注漿，輔以管片后注漿。本工程盾構(gòu)同步注漿系統(tǒng)，利用攪拌站在地面進(jìn)行漿液攪拌后，運(yùn)送至盾構(gòu)機(jī)的漿液罐中，用4個注漿泵通過盾體中預(yù)設(shè)的管路注入管片與土體間空隙。通過管片背后注漿，可以減少地基沉陷量，保證環(huán)境安全；確保管片襯砌穩(wěn)定性；作為隧道襯砌防水的第一道防線，提供長期、均質(zhì)、穩(wěn)定的防水功能。注漿材料注漿材料選擇充分考慮土體條件及滿足盾構(gòu)機(jī)注漿方式要求，拌制的漿液應(yīng)具有泵送性好、不離析、壓注后收縮小、凝結(jié)強(qiáng)度大于土體強(qiáng)度等特性。本工程選用惰性漿液，由砂、粉煤灰、膨潤土、水組成。漿液配比可以根據(jù)經(jīng)驗、試驗、理論計算求出，也可視地質(zhì)與施工情況適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。注漿壓力和數(shù)量

注漿壓力選擇以能充足填充盾尾間隙、超挖及施工過程中其他因素造成的地層損失為原則，根據(jù)相應(yīng)部位土壓力、水壓力、泥漿壓力以及襯砌的強(qiáng)度選擇合適的壓力，一般出口處壓力為0.1～0.3Mpa。壓漿量考慮其滲透性、收縮性、脫水、超挖等因素，取間隙的150%～250%，對注漿的管理一般結(jié)合地基變位情況進(jìn)行注漿壓力及注漿量的綜合管理。

地面漿液攪拌

同步注漿攪拌站同步注漿漿液配合比：水粉煤灰膨潤土細(xì)砂

240kg310kg110kg710kg

砂質(zhì)地基均勻注漿狀況圖5、盾構(gòu)掘進(jìn)方向控制與監(jiān)測

盾構(gòu)機(jī)配備一套VMT自動激光導(dǎo)向系統(tǒng)，主要由激光全站儀、電子激光靶、控制箱、計算機(jī)及其它配套硬件和軟件組成。用于盾構(gòu)掘進(jìn)方向控制。激光全站儀第一次定位采用人工測量，隨后的定位可由自動導(dǎo)向系統(tǒng)自己確定，激光全站儀與激光靶的距離一般在100～200m范圍內(nèi)，具體還受洞內(nèi)空氣折射能力、激光能量的大小和隧道曲線半徑等的影響。盾構(gòu)機(jī)的傳感器分別測量推進(jìn)千斤頂和鉸接千斤頂左、右、上、下四個位置的伸長量，并將結(jié)果傳到控制室內(nèi)的計算機(jī)中。上述各項測量結(jié)果可以不斷地以數(shù)據(jù)和圖表形式反映到控制室內(nèi)的操作屏幕上，及時指導(dǎo)盾構(gòu)機(jī)操作手進(jìn)行操作。結(jié)合專門的管片排列軟件，每環(huán)掘進(jìn)結(jié)束后，還可以自動確定未來若干環(huán)需要的管片的型式，從而指導(dǎo)管片的吊裝和運(yùn)輸。六、泥水施工管理泥水處理系統(tǒng)由粗粒分離、運(yùn)出機(jī)構(gòu)、泥水循環(huán)利用的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。泥水處理在地面完成，從盾構(gòu)機(jī)輸出的濃泥漿經(jīng)過一系列處理，將土砂進(jìn)行外棄處理。其余可利用泥漿加入一定比例的水、硼潤土、CMS化學(xué)漿糊等，經(jīng)調(diào)整槽調(diào)整到適合開挖面地層土質(zhì)條件的比重、粘度后，由泥漿泵加壓后再次送到泥水壓力室使用。所以泥水系統(tǒng)是泥水平衡盾構(gòu)的核心技術(shù)，這套系統(tǒng)的好壞直接關(guān)系到隧道掘進(jìn)的速度、質(zhì)量和成本。泥水處理一般分為2級或者3級處理。第一級處理(物理處理)1級處理即攜帶掘削土砂的排泥種的礫、砂、泥及粘土結(jié)塊等粒徑大于5mm的粗顆粒，從泥水中分離出去，并用土車運(yùn)走。振動篩進(jìn)行振動除沙，除去顆粒較大的礫石和粗沙。第二級處理2級是使一級處理后的多余的泥水進(jìn)一步作土（細(xì)粒成分）等粒徑大于45μm的粗顆粒，處理成可以搬運(yùn)的狀態(tài)，然后運(yùn)出。漩流除沙裝置：利用漩流除沙原理，對排出泥漿進(jìn)行除沙，除沙的顆粒大小為：漩流除沙30um～50um。第三級處理(化學(xué)處理)3．把二次處理后產(chǎn)生的水和坑內(nèi)的排水等ph值高的水處理成達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)的水，然后排放。泥水施工的管理關(guān)鍵之一是控制好掘土量的管理，應(yīng)當(dāng)在送排泥灌錄上設(shè)置流量計和密度計測量掘土量的方法評估掘削面的穩(wěn)定狀況。泥水施工的管理另外一點就是調(diào)整好送泥泥漿的濃度。通過對處理液的比重、粘度測量，與實際泥水平衡所需要的泥漿的比重、粘度進(jìn)行比較，通過加藥裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)漿液，已滿足施工的需要。泥水分離系統(tǒng)工藝圖7、常見事故與預(yù)防措施隧道線形精度控制及糾偏⑴利用盾構(gòu)機(jī)的SLS-T系統(tǒng)可以實現(xiàn)在掘進(jìn)中盾構(gòu)機(jī)的定位、管片定位和管片安裝順序的測算。并且用人工測量對其進(jìn)行定期檢查，保確隧道貫通精度。⑵加強(qiáng)同步注漿管理，合理注漿量和適當(dāng)注漿壓力，防止隧道下沉或上浮。⑶如果由于地質(zhì)條件的突變或盾構(gòu)機(jī)操作的失誤，引起線路偏移，必須進(jìn)行糾偏，在盾構(gòu)機(jī)糾偏過程中必須如下事項：①在改變刀盤轉(zhuǎn)動方向時，切換速度不宜過快；②根據(jù)掌子面地層情況及時調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，避免引起更大的偏差；③蛇行的修正應(yīng)以長距離慢慢修正為原則，如修正得過急，蛇行反而更加明顯。防止盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)⑴在掘進(jìn)過程中，有針對性的加注泡沫減小刀盤扭矩，消除產(chǎn)生盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的外力因素；⑵及時注漿，確保注漿量，增大盾構(gòu)周邊摩檫力控制盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)；⑶通過改變刀盤旋轉(zhuǎn)方向來糾正盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)；⑷放慢推進(jìn)速度，采用刀盤正、反轉(zhuǎn)的措施對盾構(gòu)機(jī)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行控制。刀盤及土倉聚積泥餅的預(yù)防及處理措施

盾構(gòu)機(jī)在粘土地層中進(jìn)行施工容易形成泥餅，增加了盾構(gòu)掘進(jìn)的荷載，會造成出土困難，掘進(jìn)困難等，對于這類事故，可采取的措施有：⑴掘進(jìn)時注泡沫劑，改善土體的和易性，預(yù)防粘土結(jié)塊。⑵刀盤背面和土倉隔板上設(shè)空心攪動棒，增加攪拌強(qiáng)度和范圍，并且可以通過土倉隔板的空心攪動棒內(nèi)預(yù)留注水孔注水，用于清洗刀盤和土倉。⑶空轉(zhuǎn)刀盤，使泥餅在離心力的作用下脫落。⑷在開挖面穩(wěn)定的前提下，人工進(jìn)倉清除泥餅。盾構(gòu)螺旋輸送器的噴涌處理措施

噴涌的原因主要有：富水砂層開挖面充水裂隙發(fā)育、盾構(gòu)不能連續(xù)掘進(jìn)、已成盾構(gòu)隧道同步注漿液沒有完全充實襯背空隙以致留下流水通道等。造成噴涌——停機(jī)——噴涌······如此惡性循環(huán)，盾構(gòu)掘進(jìn)緩慢。對這類事故可采取的對策有：⑴關(guān)閉螺旋輸送器，繼續(xù)掘進(jìn)，讓切削下的土體擠出土倉內(nèi)的水。但要預(yù)防土倉內(nèi)壓力過高，造成盾構(gòu)機(jī)前方隆起、冒漿以及擊穿盾尾密封等。⑵提前采用氣壓平衡模式掘進(jìn)，但要預(yù)防發(fā)生漏氣事件。⑶加入高濃度泥漿或泡沫或polymer聚合物，改善土體的和易性，使土體中的顆粒和泥漿成為一整體。8、盾構(gòu)機(jī)到達(dá)與接收［1］盾構(gòu)進(jìn)洞前50環(huán)進(jìn)行貫通測量，以確定盾構(gòu)機(jī)的實際位置和姿態(tài)。此后的掘進(jìn)不允許有大的偏差發(fā)生，逐漸按偏差方位調(diào)整姿態(tài)和位置，滿足盾構(gòu)進(jìn)洞尺寸要求。這一調(diào)整應(yīng)在刀盤進(jìn)入洞前加固土前完成，以避免盾構(gòu)進(jìn)洞發(fā)生意外。［2］盾構(gòu)機(jī)進(jìn)井接收架的高低必須經(jīng)最后測定盾構(gòu)機(jī)的實際高低來調(diào)整。［3］洞圈內(nèi)混凝土分六塊鑿除，洞門中心穿孔釋放應(yīng)力。盾構(gòu)機(jī)距井壁混凝土5米之后掘進(jìn)中逐步降低正面土壓力，最后盾構(gòu)機(jī)頭部貼緊井壁時，正面土壓力降為零。為降低盾構(gòu)正面壓力對洞門墻體推力，可適當(dāng)打開洞門中心釋放孔.［4］在洞門混凝土分塊吊除后，盾構(gòu)機(jī)應(yīng)盡快連續(xù)推進(jìn)，盡量縮短［5］洞圈特殊環(huán)管片脫出盾尾后，將用弧形鋼板與其焊接成一個整體，并用水硬性漿液將管片和洞圈的間隙進(jìn)行充填，以防止水土流失，保護(hù)周圍環(huán)境。

盾構(gòu)出洞實況圖盾構(gòu)到達(dá)段管片拉緊圖管片自身防水接縫防水⑴采取沿管片肋面四周設(shè)置一道密封墊的方法進(jìn)行環(huán)縱縫防水；⑵密封墊采用復(fù)合式，即三元乙丙橡膠和遇水膨脹橡膠；⑶為防止封頂塊插入時止水條擠出及扯斷，在封頂塊密封墊加工時采取加筋處理，并在施工中在密封墊表面涂刷潤滑脂。

9、防水處理

螺栓孔防水：管片螺栓接頭設(shè)置橡膠密封圈（遇水膨脹類）進(jìn)行防水。

嵌縫：管片設(shè)計中預(yù)留嵌縫溝槽。

管片外圍防水：盾尾空隙注漿選用適宜的配比及材料以形成穩(wěn)定均勻的管片外圍防水層，形成第一道防水防線。（1）添加劑的加入地質(zhì)條件復(fù)雜，為了改良土體、保護(hù)刀盤以及保證盾構(gòu)機(jī)正面良好的隔水效果，推進(jìn)過程中需加入添加劑。主要的添加劑是泡沫劑和膨潤土。添加膨潤土、泡沫等添加劑具有隔水、降低扭矩、增加開挖面穩(wěn)定和確保土壓平衡的優(yōu)點，加入后的土體具有和易性好、高粘性、低內(nèi)摩檫角、低滲透性。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)處于軟土、硬巖夾雜的復(fù)雜地質(zhì)中施工時，加入后可以達(dá)到改良土體，保護(hù)刀盤、降低扭矩、增加開挖面穩(wěn)定和增加開挖面的隔水效果，同時更加容易建立土壓平衡。加注泡沫劑由司機(jī)在控制室操作，可以控制泡沫劑注入的濃度、注入量、注入部位。最主要是通過刀盤上的8個泡沫口注入到土體中。泡沫劑一般均為進(jìn)口，價格較貴，但是土體改良效果好。10、其它輔助工序與技術(shù)措施盾尾密封脂壓注

盾構(gòu)隧道掘進(jìn)過程中，盾尾密封脂是盾構(gòu)防水的一道重要屏障，在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，切實地做好盾尾密封脂的壓注工作。盾尾密封脂的壓注由盾構(gòu)機(jī)司機(jī)在控制室控制。盾尾密封脂可以由注脂泵根據(jù)計算機(jī)設(shè)定壓力自動壓注，也可以根據(jù)推進(jìn)時間手動壓注。緊急止水裝置安裝圖

填充材料供脂系統(tǒng)圖（2）盾構(gòu)機(jī)在硬巖層中施工方法及技術(shù)措施

在軟土層及一般的軟硬混合地層中，復(fù)合型盾構(gòu)機(jī)不需采取措施完全可以適應(yīng)。但是如果遇到硬巖時，由于硬巖段施工對刀具要求高，需采取特別施工措施，確保在硬巖層段順利施工：⑴根據(jù)巖層的強(qiáng)度和整體性狀況，采用合理的刀具配備，合理利用超挖刀和鉸接千斤頂，以達(dá)到糾偏效果和調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)；⑵通過更換刀具和采取不同的掘進(jìn)模式解決硬巖段的掘進(jìn)；對于強(qiáng)度特別高的硬巖段，可以采用更換單刃滾刀進(jìn)行掘進(jìn)；⑶合理加注泡沫等添加物，減小扭矩，保護(hù)刀具；⑷如果盾構(gòu)施工遇到孤石時，對于不同狀況采用不同措施：對于硬度較高、塊度較大的孤石。若前方土體自立性較好，組織作業(yè)人員進(jìn)入土倉，對孤石進(jìn)行人工破碎。若土體自立性較差無法自立時，則可以采用氣壓平衡模式人工進(jìn)入土倉進(jìn)行破碎，或預(yù)先采取降水、超前注漿、地面土體加固等方法進(jìn)行處理后，人工直接進(jìn)入土倉進(jìn)行破碎。（3）盾構(gòu)機(jī)穿越砂層

在盾構(gòu)穿越砂層，必須采取切實可行的措施保證安全施工：調(diào)整同步注漿量，同步注漿量要控制適中，嚴(yán)格控制注漿壓力，既不能因過少而造成地面沉降超限，也不能因過多而擊穿砂層，造成涌砂、涌水等事故的發(fā)生。為了保持土體的密實性應(yīng)嚴(yán)格控制出碴量，原則上按理論開挖量出碴，可適當(dāng)減小出碴量。同時提高添加劑的注入量來增加土體的密實性從而保持開挖面穩(wěn)定，避免砂土大量進(jìn)入刀盤而產(chǎn)生隧道上方的坍方。(4)盾構(gòu)機(jī)穿越河流的施工技術(shù)措施

中砂及礫