土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)

土壓平衡盾構(gòu)施工技術(shù)提綱土壓平衡盾構(gòu)機2土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3概述1施工組織與管理要點43TBM是隧道掘進(jìn)機（TunnelBoringMachine）的簡稱。為了與盾構(gòu)法施工的區(qū)別，通常對全斷面巖石掘進(jìn)機（FullFaceRockTunnelBoringMachine）也簡稱TBM。隧道掘進(jìn)機TBM山嶺掘進(jìn)機（FFRTBM）盾構(gòu)機（shield）開敞式掘進(jìn)機護(hù)盾式掘進(jìn)機雙護(hù)盾式掘進(jìn)機單護(hù)盾式掘進(jìn)機1.概述1.1

TBM（巖石掘進(jìn)機）4

通常所說的TBM是指長大距離的山嶺隧道全斷面巖石掘進(jìn)機。主要分為開敞式、雙護(hù)盾式、單護(hù)盾式三種類型。各種不同類型的TBM分別適應(yīng)于不同地質(zhì)下長距離（>10km）隧道掘進(jìn)施工。一般情況下，整條隧道地質(zhì)情況都差的作業(yè)條件下使用單護(hù)盾TBM;

在良好地質(zhì)中則使用開敞式TBM;

雙護(hù)盾TBM常用于復(fù)雜地層的長隧道開挖，一般適用于中厚埋深、中高強度、地質(zhì)穩(wěn)定性基本良好的隧道，對各種不良地質(zhì)和巖石強度變化有較好適應(yīng)性。1.概述單護(hù)盾式TBM51.概述雙護(hù)盾式TBM6開敞式TBM1.概述71.概述1.2盾構(gòu)法(Shield)盾構(gòu)是一種全封閉的隧道掘進(jìn)機（既能支承地層的壓力、又能在地層中掘進(jìn)的施工機具）,襯砌管片提供反力,不能連續(xù)掘進(jìn)。一邊保持開挖面及圍巖穩(wěn)定，一邊進(jìn)行隧道掘進(jìn)、出渣，并在盾尾內(nèi)拼裝管片形成襯砌，及時實施注漿，從而在盡可能不擾動圍巖條件下修建隧道的方法。

“盾”——“保護(hù)、庇護(hù)”,

指刀盤、盾殼；“構(gòu)”——“構(gòu)筑、修建”，

即管片拼裝和注漿。8盾構(gòu)法：以盾構(gòu)為核心的一整套完整的建造隧道的施工方法。三大要素：

開挖面的穩(wěn)定

盾構(gòu)沿設(shè)計路線高精度推進(jìn)（盾構(gòu)姿態(tài)、隧道方向）

襯砌（管片）作業(yè)1.概述門吊管片存放區(qū)挖掘機自卸汽車盾構(gòu)始發(fā)井通風(fēng)機運輸設(shè)備土壓盾構(gòu)后配套手掘式半機械式機械式全敞開式半敞開式擠壓式泥水式土壓式閉胸式盾構(gòu)土壓平衡式加泥式土壓平衡式1.概述10盾殼支承著圍巖并保護(hù)著刀盤旋轉(zhuǎn)，在千斤頂推力的作用下，刀盤上被切割、破碎的碴土，經(jīng)過開口進(jìn)入密閉室，當(dāng)密閉室內(nèi)的泥土壓力與開挖面壓力取得平衡的同時，端部伸入密閉室下部的螺旋輸送機開機排土，控制螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速或者盾構(gòu)機的推進(jìn)速度，達(dá)到密閉室內(nèi)的泥土壓力與開挖面壓力的動態(tài)平衡。碴土通過配套的運輸設(shè)備運至洞外。1.概述1.3土壓平衡盾構(gòu)基本原理11土壓平衡盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定機理泥土壓必須可以對抗開挖面上地層的土壓和水壓。必須可以利用螺旋輸送機等排土機構(gòu)，調(diào)節(jié)排土量。對必須混入添加材的土質(zhì)而言，注入的添加材料必須可使泥土（混入添加材的開挖土）的塑流性和抗?jié)B性提高到滿足開挖面穩(wěn)定要求的水準(zhǔn)。1.概述12盾構(gòu)機是根據(jù)施工對象“度身定做”的。制造盾構(gòu)機所依據(jù)的對象稱之為施工環(huán)境，它是基礎(chǔ)地質(zhì)、工程與水文地質(zhì)、氣候地貌、建筑物以及地下管線和構(gòu)筑物等特征的總和。

在施工環(huán)境的諸多因素中，掌握基礎(chǔ)地質(zhì)和工程地質(zhì)特征最為重要，是盾構(gòu)機選型及采用盾構(gòu)施工工藝的先決條件。

目前全國地層分為四大類：

第一類：以廣州、深圳為主的復(fù)合地層，上軟下硬，既有巖石，又有溶洞，砂層及淤泥；

第二類：以成都、沈陽、北京、蘭州為主的砂卵石地層；

第三類：以西安、鄭州為主的黃土地層；

第四類：以上海、無錫、蘇州、寧波、南京為主的軟土地層。1.概述1.4盾構(gòu)施工環(huán)境13武漢地區(qū)存在以上全部四種地層，一級階地為流砂和淤泥地層，二級階地為黏土地層，三級階地為上軟下硬及硬巖地層，同時武漢還存在中粗砂地層，因此武漢地層比較復(fù)雜，四大類地層全部涉及到，所以在武漢的盾構(gòu)施工比其它地區(qū)綜合性要求更高一些。1.概述14盾構(gòu)工程施工風(fēng)險，主要有：“地質(zhì)復(fù)雜性”、“盾構(gòu)機的不適應(yīng)性”、“人認(rèn)知的局限性、責(zé)任性、方案和措施的不合理性”。

地質(zhì)風(fēng)險：復(fù)合地層，富水?dāng)嗔褞Щ蚱扑閹?，溶洞、土洞，含承壓水的粉?xì)砂層，含瓦斯、煤成氣地層，球狀風(fēng)化體或構(gòu)造風(fēng)化硬巖，砂礫石、卵石地層等地層盾構(gòu)掘進(jìn)。

盾構(gòu)機風(fēng)險：盾構(gòu)選型和功能性缺陷，大軸承或四大密封損壞，刀盤損壞（解體、開裂、磨損），刀具磨損，減速箱及齒輪傳動系統(tǒng)損壞等情況。人為風(fēng)險：認(rèn)知的局限性（不能全面系統(tǒng)地了解地質(zhì)變化、盾構(gòu)機性能），施工組織及責(zé)任心，方案和措施的合理性等問題。1.概述1.5盾構(gòu)施工風(fēng)險15

由盾構(gòu)主機、連接橋架、后續(xù)臺車三部分組成。2.土壓平衡盾構(gòu)機2.1土壓平衡盾構(gòu)機構(gòu)成盾構(gòu)主機連接橋架后續(xù)臺車16

盾構(gòu)機根據(jù)地質(zhì)條件、工程環(huán)境以及工程設(shè)計等具體特征“量身定做”，其核心技術(shù)不僅是設(shè)備本身的機電工業(yè)設(shè)計，還在于設(shè)備如何適用于各類工程地質(zhì)。盾構(gòu)施工的成功率，主要取決于盾構(gòu)的選型，決定于盾構(gòu)是否適應(yīng)現(xiàn)場的施工環(huán)境，盾構(gòu)的選型正確與否決定著盾構(gòu)施工的成敗。盾構(gòu)的“型式”涉及盾構(gòu)的“型”和“模式”。不論是適用于單一軟土地層的軟土盾構(gòu)，還是適用于復(fù)雜地層的復(fù)合盾構(gòu)，都有土壓平衡盾構(gòu)和泥水盾構(gòu)兩種機型。“型”是在施工前決定的。土壓平衡盾構(gòu)一般具有敞開式、半敞開式、土壓平衡式三種模式；2.土壓平衡盾構(gòu)機2.2盾構(gòu)選型17

土壓平衡模式（EPB）：用于圍巖不穩(wěn)定或水壓高、水量大的地層。掘進(jìn)時，刀盤開挖下來的碴土填滿泥土倉，借助盾構(gòu)推進(jìn)油缸的推力通過隔板進(jìn)行加壓，使之產(chǎn)生泥土壓，這一壓力作用于整個作業(yè)面，使作業(yè)面穩(wěn)定，同時使刀盤切削下來的碴土量與螺旋輸送機向外輸送的卸土量相平衡。

敞開式模式（open）：用于開挖面足夠穩(wěn)定并且涌水能夠被控制時。掘進(jìn)時，由刀盤切削下來的碴土進(jìn)入土倉后，不需要進(jìn)行加壓，而是由螺旋輸送機直接排出土倉，使土倉盡量處于排空的狀態(tài)，以便減輕刀盤轉(zhuǎn)動的阻力。

半敞開模式（semi-open）：用于開挖面具有足夠的自穩(wěn)能力，且水壓小于1.5bar的地層。掘進(jìn)時不完全靠維持泥土倉的土壓力來穩(wěn)定開挖面，而需要充以壓縮空氣來穩(wěn)定開挖面，施加氣壓的大小根據(jù)不同地層條件確定。2.土壓平衡盾構(gòu)機土壓平衡式敞開式半敞開式182.3刀具軟土刀盤上配置切削刀具：包括正面切削刀、周邊刮刀、中心切削刀、先行刀。先行刀比主切削刀高，先對開挖面進(jìn)行切削以減輕對主切削刀及面板磨損。

復(fù)合刀盤需布置滾刀或焊接撕裂刀（或齒刀），以滿足盾構(gòu)破巖需要。2.土壓平衡盾構(gòu)機復(fù)合刀盤軟土刀盤19雙刃滾刀單刃滾刀單刃齒刀2.土壓平衡盾構(gòu)機三刃滾刀滾刀安裝形式撕裂刀20

軟土刀盤：主切削刀的布置一般是將刀盤分成內(nèi)、中、外3部分，內(nèi)部1條切削軌跡上配置1把切削刀，中間部1條切削軌跡上配置2把切削刀及外周部1條切削軌跡配置3把切削刀，在刀盤最外周配置刮刀每個切削軌跡上有6把。這樣配置可以大大減輕刀具及面板磨損，并且能有效的保證開挖直徑。2.土壓平衡盾構(gòu)機主切削刀配置先行刀配置21

復(fù)合刀盤：滿足盾構(gòu)破巖需要，結(jié)合地質(zhì)條件布置滾刀。

滾刀在盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂和刀盤旋轉(zhuǎn)共同作用下，刀刃滾動切入巖體，切入?yún)^(qū)產(chǎn)生裂紋，而軌跡相鄰的兩滾刀間裂紋達(dá)到相接或相近到一定程度，巖石即可崩裂破碎。破巖能力由垂直力和滾動力組成。盾構(gòu)破巖效率與貫入度、轉(zhuǎn)速正相關(guān)，針對一定的巖體強度及RQD條件，提高貫入度與轉(zhuǎn)速將加大盾構(gòu)額定推力與扭矩，需考慮推力、轉(zhuǎn)速、扭矩等因素。2.土壓平衡盾構(gòu)機垂直力刀間距示意圖滾動力分析22盾構(gòu)機是集機、電、液、光于一體的技術(shù)含量高的大型隧道施工設(shè)備，性能先進(jìn)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工機械化、自動化程度高。盾構(gòu)施工系統(tǒng)性強，往往牽一發(fā)而動全身。盾構(gòu)隧道施工一般經(jīng)歷的五個階段：

盾構(gòu)機制造、下井、組裝、調(diào)試、驗收等和盾構(gòu)始發(fā)準(zhǔn)備；

盾構(gòu)始發(fā)和試掘進(jìn)；

盾構(gòu)正常段掘進(jìn)；

盾構(gòu)到達(dá)段掘進(jìn)和盾構(gòu)到達(dá)；盾構(gòu)解體、吊出等。盾構(gòu)施工三個主要工序：開挖出土、管片拼裝、同步注漿

施工控制的三個要點：開挖面的穩(wěn)定、盾構(gòu)沿設(shè)計路線高精度推進(jìn)（盾構(gòu)姿態(tài)、隧道方向）、管片作業(yè)3.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.1土壓平衡盾構(gòu)施工流程盾構(gòu)機下井盾構(gòu)機就位調(diào)試初始掘進(jìn)正常掘進(jìn)到達(dá)車站過站再次始發(fā)到達(dá)終點站盾構(gòu)機解體外運設(shè)備調(diào)整始發(fā)端頭加固反力架安裝洞門密封圈安裝洞門圍護(hù)墻鑿除到達(dá)端頭加固洞門密封圈安裝盾構(gòu)機托架再次就位調(diào)試始發(fā)站中間站到達(dá)站盾構(gòu)總體施工流程：始發(fā)井交付使用→盾構(gòu)托架就位→盾構(gòu)機下井、安裝、調(diào)試→初始掘進(jìn)（L=80~100m）→負(fù)環(huán)拆除及其它調(diào)整→正常掘進(jìn)→盾構(gòu)機到達(dá)中間站→盾構(gòu)機通過中間站→盾構(gòu)機再次安裝、調(diào)試→盾構(gòu)機再次初始掘進(jìn)→正常掘進(jìn)→盾構(gòu)機到達(dá)終點站→盾構(gòu)機解體外運→隧道清理驗收233.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)243.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.2盾構(gòu)下井組裝與調(diào)試3.2.1盾構(gòu)下井組裝

盾構(gòu)工地組裝可分為整機組裝和分體組裝兩種方式。（1）整機組裝：始發(fā)井（場地）應(yīng)具有容納盾構(gòu)主機和后部臺車的條件，將盾構(gòu)主機及全部后配套臺車一次組裝完畢。

組裝順序：后配套臺車→中盾→前盾→刀盤→管片拼裝機→螺旋輸送機→盾尾→管線連接→組裝完成。（2）分體組裝：始發(fā)井應(yīng)具有容納盾構(gòu)主機的條件，地面應(yīng)有能放置盾構(gòu)后配套臺車的相應(yīng)場地。盾構(gòu)主機在井下完成組裝，后配套臺車在地面連接，主機與地面臺車用加長管線連接后調(diào)試、始發(fā)，隨盾構(gòu)掘進(jìn)并據(jù)井下條件將地面臺車逐次下井組裝。

組裝順序：中盾→前盾→刀盤→管片拼裝機→螺旋輸送機→盾尾→加長管線連接→后配套臺車（根據(jù)工作條件逐次下井組裝）。253.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.2.2盾構(gòu)調(diào)試（1）盾構(gòu)在工廠及工地組裝和連接完成后，應(yīng)進(jìn)行調(diào)試，主要調(diào)試內(nèi)容包括：刀盤驅(qū)動、液壓、潤滑、冷卻、配電、注漿、氣壓倉、注入系統(tǒng)等以及各種儀表的校正。應(yīng)著重觀測刀盤轉(zhuǎn)動和端面跳動是否符合要求。（2）空載調(diào)試合格后在試掘進(jìn)期進(jìn)行設(shè)備負(fù)荷調(diào)試。除空載調(diào)試內(nèi)容外，還應(yīng)進(jìn)行下列負(fù)荷的調(diào)試：檢查各種管線及密封的負(fù)載能力。各類閥的氣密性或水密性。各個工作系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)達(dá)到滿足正常生產(chǎn)要求的工作狀態(tài)。3.2.3盾構(gòu)驗收驗收程序一般為：由購買方和制造商共同認(rèn)定《驗收大綱》；共同逐項進(jìn)行驗收；購買方在驗收過程中根據(jù)合同及設(shè)計聯(lián)絡(luò)會議中提到的設(shè)計要求，對盾構(gòu)組裝與調(diào)試中出現(xiàn)的問題向制造商提出整改要求。應(yīng)包括:工廠驗收、組裝驗收、試掘進(jìn)驗收。263.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)

盾構(gòu)始發(fā)施工階段：指從破除洞門、盾構(gòu)始發(fā)推進(jìn)到盾構(gòu)掘進(jìn)、壁后注漿、渣土運輸?shù)热ば蛘归_前的施工階段。

盾構(gòu)接收施工階段：指盾構(gòu)刀盤進(jìn)入加固土體的掘進(jìn)施工及盾構(gòu)主機完全進(jìn)入接收基座的施工階段。

始發(fā)和到達(dá)施工時可能發(fā)生盾構(gòu)隧道偏離、始發(fā)反力架與盾構(gòu)基座變形或移位、洞門涌水、涌泥砂、地表沉降過大以及坍塌等危險情況，施工風(fēng)險大。

通過對盾構(gòu)工法原理與工況的深入認(rèn)識、針對不同的地質(zhì)與環(huán)境條件，采用適宜的技術(shù)方案和措施，加強技術(shù)管理、現(xiàn)場管理，盾構(gòu)始發(fā)與接收的風(fēng)險是可控的。

應(yīng)根據(jù)始發(fā)和到達(dá)部位地質(zhì)、環(huán)境、隧道設(shè)計等條件，結(jié)合始發(fā)和到達(dá)階段施工特點，制定始發(fā)和到達(dá)專項施工方案；應(yīng)嚴(yán)格按方案實施，并對地表、臨近地面建（構(gòu)）筑物、地下埋設(shè)物、始發(fā)反力架、盾構(gòu)基座、洞門密封裝置等進(jìn)行觀察和監(jiān)測。273.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)283.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.3.1始發(fā)與到達(dá)的基本工況與要求（1）盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)時需拆除鋼筋砼圍護(hù)結(jié)構(gòu)，要求裸露的土體應(yīng)穩(wěn)定、無漏水；（2）始發(fā)與到達(dá)是一段工作過程，盾構(gòu)在此期間逐漸建壓（或逐漸減壓、失壓），不能達(dá)到理想的土壓平衡狀態(tài)，難以支撐端頭區(qū)域的水土壓力。要求距洞門一定距離、一定范圍的土體保持穩(wěn)定及無漏水的狀態(tài)；到達(dá)階段：需逐漸降低土壓直至降為0，以確保洞門不發(fā)生坍塌。加固土體作為重力式擋土墻越來越薄。始發(fā)階段：刀盤初始切削土體、填充土倉、逐漸建立反力是一個過程。其間開挖面的平衡與無漏水狀態(tài)由加固土體保證。293.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.3.2端頭加固方案（1）當(dāng)洞口段土體不能滿足防水土流失、防坍塌的安全要求時，必須采取地層加固措施。應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、施工環(huán)境、隧道埋深、盾構(gòu)類型與外徑等條件，制定地層加固施工方案，并嚴(yán)格按方案實施。（2）加固土體應(yīng)達(dá)到自穩(wěn)的強度及止水效果，并根據(jù)強度計算及工法的適用特點選擇加固方法。當(dāng)洞口地層處于有承壓水地層或砂性土層時，應(yīng)采取降水、堵漏等防止涌水、涌砂的措施。（3）加固范圍應(yīng)考慮地層與地下水特性（水、砂層）、盾構(gòu)機長度以及盾構(gòu)中盾圓周徑向孔位置等因素。（4）應(yīng)對地層加固質(zhì)量和效果進(jìn)行檢查，地層加固范圍、加固體的強度、抗?jié)B指標(biāo)應(yīng)經(jīng)現(xiàn)場取樣試驗確定并滿足設(shè)計要求。303.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)（5）推薦加固方案粘土、黃土、殘積土等（條件：無水；有水，C、φ值較高，但能實現(xiàn)可靠降水效果）推薦方案：素混凝土樁、墻擋土加固（+降水）。

粉土、淤泥質(zhì)土、淤泥（條件：

有水，C、φ值較低）推薦方案：旋噴樁（或攪拌樁、注漿等）加固止水+降水。

富水、承壓水砂等地層基坑主體采用連續(xù)墻設(shè)計（一般墻趾深入隔水層）時，推薦加固方法：U型素混凝土連續(xù)+旋噴樁加固+降水當(dāng)用其他方法難以達(dá)到穩(wěn)定開挖面土體時，采用凍結(jié)法可取得較好的效果，可使不穩(wěn)定的含水地層能形成強度很高的凍土體，起到隔水和擋土墻的作用。313.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.3.3始發(fā)與到達(dá)施工流程盾構(gòu)到達(dá)作業(yè)流程圖盾構(gòu)始發(fā)作業(yè)流程圖323.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.3.6分體始發(fā)分體始發(fā)是指將盾體與全部或部分臺車之間采用加長管線連接，盾體與全部或部分臺車分開前行，待初始掘進(jìn)完成后再將盾體與臺車在隧道內(nèi)安裝連接進(jìn)行正常掘進(jìn)的施工方法。盾構(gòu)整體始發(fā)一般依托車站施工過程中的空間來完成，在施工過程中占用大量空間，影響車站施工。在尋求解決盾構(gòu)施工和車站施工相互影響的過程中，小空間內(nèi)的分體始發(fā)成為了最好的解決辦法。盾構(gòu)機的改造是分體始發(fā)的重中之重，也是施工過程中最大的一個難點。主要包括管路的接長連接、線路的接長連接、盾構(gòu)機部分設(shè)備的改裝、臨時出土口的安裝等內(nèi)容。333.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)343.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)353.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.3.7幾種特殊的接收工法

到達(dá)施工中應(yīng)逐漸降低土（泥水）倉壓力，當(dāng)有承壓水砂性土層加固效果不理想或盾構(gòu)推力擠壓與施工擾動破壞加固土體時，地下水壓力作用下，水砂從刀盤前方和盾體與圍巖、洞門的間隙涌出，發(fā)生地層沉降過大以及坍塌等危險情況，也會因此而危及地面建（構(gòu)）物和地下管線等的安全。為了規(guī)避此類風(fēng)險，根據(jù)地質(zhì)、環(huán)境條件，宜選擇盾構(gòu)土中接收或鋼套筒接收或箱體接收等方法，模擬盾構(gòu)在原狀土中的掘進(jìn)工況，保持土（泥水）倉內(nèi)壓力平衡，以控制地層沉降，防止出現(xiàn)險情。（1）鋼筋混凝土擋墻、箱體與鋼套筒等設(shè)施的結(jié)構(gòu)物應(yīng)經(jīng)專門設(shè)計計算，滿足盾構(gòu)自重、盾構(gòu)掘進(jìn)時的推力、扭矩、土（泥水）倉壓力等受力要求。（2）為確保洞門擋土結(jié)構(gòu)破除安全，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)牡貙蛹庸檀胧?。?）破除洞門擋土結(jié)構(gòu)前，應(yīng)施做或安裝好接收設(shè)施；箱體與鋼套筒設(shè)施還應(yīng)預(yù)留施工孔洞。363.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)（4）盾構(gòu)到達(dá)前，應(yīng)破除洞門擋土結(jié)構(gòu)，清除盾構(gòu)通過范圍內(nèi)的障礙物；之后立即進(jìn)行填充：采用土中接收方法時，可對擋墻與洞門之間填充土砂和水，填充高度應(yīng)能平衡土（泥水）倉壓力；采用鋼套筒或箱體接收方法時，可采用低標(biāo)號砂漿對鋼套筒或箱體進(jìn)行填充，并封閉預(yù)留的施工孔洞。（5）盾構(gòu)到達(dá)接收井后，應(yīng)對洞門進(jìn)行注漿封堵。（6）應(yīng)在確認(rèn)洞門密封可靠后方可進(jìn)行填充物的清理和接收設(shè)施的拆除。盾構(gòu)土中接收373.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)盾構(gòu)鋼套筒接收盾構(gòu)箱體接收383.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.4盾構(gòu)掘進(jìn)模式（1）土壓平衡盾構(gòu)既適用于較高強度的巖石地層和軟流塑地層施工，也可適用于軟硬不均勻地層的施工，并能根據(jù)地層及環(huán)境條件需要采用適當(dāng)?shù)木蜻M(jìn)模式掘進(jìn)，確保開挖面穩(wěn)定。掘進(jìn)作業(yè)一般有土壓平衡模式、開敞模式及半開敞模式三種模式。

應(yīng)根據(jù)地層軟硬情況、地下水狀況、地表沉降控制要求等選擇合適的掘進(jìn)模式。

掘進(jìn)模式由土壓平衡模式向開敞模式的轉(zhuǎn)換宜采用半敞開模式（局部氣壓模式）作為過渡模式，并在地質(zhì)條件較好的地層中完成。采用半敞開模式（局部氣壓模式）掘進(jìn)時，應(yīng)做好氣壓管理，并采取措施防止漏氣、噴涌。393.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)（2）當(dāng)?shù)貙訛檐浻膊痪鶆蚯覐?fù)雜變化的復(fù)合地層時，應(yīng)根據(jù)地層軟硬情況、地下水狀況、地表沉降要求等選擇合適的掘進(jìn)模式。當(dāng)?shù)貙榆浫?、地下水豐富，且地表沉降要求高時，應(yīng)采用土壓平衡模式掘進(jìn)；當(dāng)?shù)貙虞^硬且穩(wěn)定可采用開敞模式掘進(jìn)；當(dāng)?shù)貙榆浻膊痪鶆驎r，可采用半開敞模式或土壓平衡模式掘進(jìn)。（3）三種掘進(jìn)模式在掘進(jìn)中可以相互轉(zhuǎn)換，在掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換過程中，特別是土壓平衡模式和開敞模式相互轉(zhuǎn)換時，采用半開敞模式來逐步過渡并在地層穩(wěn)定性較好地層中完成掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換，有利于防止在模式轉(zhuǎn)換中發(fā)生涌水、地層過大沉降或坍塌。（4）選擇半開敞模式（局部氣壓模式）時應(yīng)綜合考慮隧道覆土厚度、地層狀況、隧道直徑等因素。應(yīng)事先調(diào)查地層土的粒度組成、透水性和透氣性、地下水狀態(tài)等，掘進(jìn)施工時應(yīng)判斷開挖面狀態(tài)，測定并記錄涌水量、空氣消耗量、并與調(diào)查資料比較，反饋指導(dǎo)施工。對可能發(fā)生漏氣、噴涌等現(xiàn)象應(yīng)制定相應(yīng)控制措施。403.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.5碴土改良技術(shù)

應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件，向開挖面或土倉內(nèi)注入適當(dāng)?shù)奶砑觿┻M(jìn)行渣土改良，保持土倉內(nèi)渣土塑流狀態(tài)，并降低對刀盤、刀具和螺旋輸送機等的磨損。

可有選擇地向開挖面或土倉內(nèi)適當(dāng)注入泥漿或水、泡沫劑、聚合物等添加材料，提高土倉內(nèi)渣土的塑流性，防止開挖土砂在盾構(gòu)內(nèi)粘附等。發(fā)泡劑注入后碴土改良效果413.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.6盾構(gòu)掘進(jìn)與參數(shù)管理（1）盾構(gòu)掘進(jìn)過程中必須對成環(huán)管片與地層之間進(jìn)行壁后注漿；掘進(jìn)至一個管片環(huán)寬度時，應(yīng)停止掘進(jìn)，進(jìn)行管片拼裝。（2）根據(jù)隧道埋深、地質(zhì)條件、線路平面與坡度、地表環(huán)境、施工監(jiān)測結(jié)果、盾構(gòu)姿態(tài)以及盾構(gòu)初始掘進(jìn)階段的經(jīng)驗，選擇盾構(gòu)掘進(jìn)模式，設(shè)定土倉壓力、刀盤轉(zhuǎn)速、推力、扭矩、螺旋輸送機轉(zhuǎn)速、排土量、盾構(gòu)滾轉(zhuǎn)角、俯仰角、偏角等掘進(jìn)參數(shù)。

可從盾構(gòu)掘進(jìn)兩環(huán)以上的狀態(tài)測量資料分析出盾構(gòu)掘進(jìn)趨勢，并通過地表變形量測數(shù)據(jù)判定預(yù)設(shè)的土倉壓力的準(zhǔn)確程度，從而調(diào)整施工參數(shù)，制定出當(dāng)班盾構(gòu)掘進(jìn)指令。（3）掘進(jìn)中應(yīng)監(jiān)測和記錄盾構(gòu)運轉(zhuǎn)情況、掘進(jìn)參數(shù)變化、排出渣土狀況，并及時分析反饋，調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，控制盾構(gòu)姿態(tài)。423.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)（4）土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)作業(yè)流程準(zhǔn)備工作→轉(zhuǎn)動刀盤→啟動次級運輸系統(tǒng)（皮帶機）→啟動推進(jìn)千斤頂→啟動首級運輸系統(tǒng)（螺旋機）→回填注漿→停止掘進(jìn)→安裝管片→準(zhǔn)備下一環(huán)掘進(jìn)土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)作業(yè)流程圖433.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)（5）盾構(gòu)掘進(jìn)過程：

應(yīng)通過盾構(gòu)主監(jiān)控室監(jiān)視與監(jiān)測設(shè)定的土壓力、盾構(gòu)推進(jìn)速度與油壓、刀盤轉(zhuǎn)速與油壓、螺旋機轉(zhuǎn)速與油壓、排土速度、盾構(gòu)姿態(tài)，以及盾構(gòu)分組推進(jìn)油缸伸出長度等施工參數(shù)是否正常，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時調(diào)整。

應(yīng)保持盾構(gòu)配套設(shè)備、抽排水與通風(fēng)設(shè)備、運輸設(shè)備、供電系統(tǒng)等正常運轉(zhuǎn)。

應(yīng)保持盾構(gòu)密封。

應(yīng)按設(shè)定的參數(shù)沿隧道軸線進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)，并作好詳細(xì)的施工記錄（應(yīng)包括：盾構(gòu)推進(jìn)油缸行程、掘進(jìn)速度、推力、扭矩、土（泥水）倉壓力、刀盤轉(zhuǎn)速、螺旋輸送機轉(zhuǎn)速、排土量、盾構(gòu)姿態(tài)、盾構(gòu)內(nèi)壁與管片間隙、壁后注漿壓力和數(shù)量等施工參數(shù)。）重點對主要的施工管理指標(biāo)（六大指標(biāo)：土倉壓力；推進(jìn)速度；總推力；排土量；刀盤轉(zhuǎn)速和扭矩；注漿壓力和注漿量）加強掘進(jìn)控制管理。443.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)（6）應(yīng)使土倉內(nèi)渣土具有適當(dāng)塑流性并防止地下水流出，保持土壓平衡盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定所需土倉壓力，維持與盾構(gòu)推進(jìn)量相平衡的排土量，對渣土塑流性、土倉壓力、掘進(jìn)參數(shù)和排土量等進(jìn)行動態(tài)管理。（7）設(shè)定的土倉壓力應(yīng)能抵抗開挖面前方的水土壓力，并應(yīng)保持土倉壓力。開挖面前方水土壓力計算可采用主動土壓力和靜止土壓力，一般：以控制地表沉降為目的時取上限，確保開挖面穩(wěn)定但允許產(chǎn)生少量地表沉降時取下限。應(yīng)通過施工監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋和掘進(jìn)參數(shù)等分析，適當(dāng)調(diào)整土倉壓力設(shè)定值。土壓平衡盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定管理流程圖453.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)（8）為在保持開挖面穩(wěn)定的同時進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)，應(yīng)嚴(yán)格控制排土量，使實際排土量與理論掘進(jìn)排土量相平衡，采取測量排出渣土體積和重量的方法來計量排土量，與理論排土量進(jìn)行比較，判斷排土量大小，并根據(jù)掘進(jìn)狀況進(jìn)行調(diào)整和控制。

由于土體經(jīng)開挖后單位體積容重會有一定的變化，另外，由于添加劑的種類、添加量或排土方式等因素影響，渣土容重也會發(fā)生變化，要準(zhǔn)確地管理排土量比較困難。應(yīng)根據(jù)土倉壓力和排土量同時進(jìn)行管理，防止地層沉降或開挖面失穩(wěn)。（9）盾構(gòu)掘進(jìn)過程中遇到下列情況時，應(yīng)及時處理：

盾構(gòu)前方地層發(fā)生坍塌或遇有障礙。

盾構(gòu)滾動角大于3°。

盾構(gòu)軸線偏離隧道軸線大于50mm。

盾構(gòu)推力與預(yù)計值相差較大。

管片嚴(yán)重開裂或嚴(yán)重錯臺。

壁后注漿系統(tǒng)發(fā)生故障無法注漿。

盾構(gòu)掘進(jìn)扭矩發(fā)生異常波動。463.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)（10）盾構(gòu)暫停掘進(jìn)時，應(yīng)采取措施保持土（泥水）倉壓力以穩(wěn)定開挖面，防止水土流失和地層坍塌；盾構(gòu)停止掘進(jìn)時間較長時，應(yīng)結(jié)合隧道地層、開挖面穩(wěn)定性、隧道埋深、地表變形等條件和設(shè)備特點，采取針對性的技術(shù)措施。

當(dāng)盾構(gòu)因故臨時停止掘進(jìn)且時間較短時，可采取向土倉內(nèi)注入泡沫或泥漿等措施保持土倉壓力。當(dāng)盾構(gòu)因故較長時間停止掘進(jìn)時：在停止掘進(jìn)前應(yīng)做好停機準(zhǔn)備工作。停止掘進(jìn)前的最后一環(huán)掘進(jìn)完后土倉壓力比設(shè)定壓力值略大。采取向土倉內(nèi)注入泡沫或泥漿等措施保持土倉壓力。停止掘進(jìn)后應(yīng)加大盾尾油脂注入量，保護(hù)盾尾密封。停止掘進(jìn)后向盾體周圍注入泥漿，預(yù)防盾體被包裹，并可減少盾構(gòu)恢復(fù)掘進(jìn)時的摩擦阻力。采取措施保護(hù)盾構(gòu)上的壁后注漿、泡沫和泥漿等注入管路?？啥〞r做小距離不出土推進(jìn)，防止盾尾被壁后注漿漿液包裹。

473.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)（11）對脫出盾尾后的管片上浮應(yīng)采取針對性措施，防止隧道軸線偏差過大和管片損傷。管片脫出盾尾后，在未及時凝固的壁后注漿漿液和地下水的浮力或盾構(gòu)推進(jìn)油缸反力向上分力的作用下可能使管片上浮，造成隧道線形偏差較大，也會由于剪切力作用使管片損傷，應(yīng)采取措施防止管片上?。嚎刹捎每炷凉{液進(jìn)行壁后注漿，盡快封閉管片與地層的間隙。應(yīng)控制盾構(gòu)姿態(tài)和正確地選擇管片類型，減小盾構(gòu)推進(jìn)油缸反力向上分力。必要時，使盾構(gòu)在設(shè)計軸線下方掘進(jìn)，預(yù)留管片上浮量。

483.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.7土倉壓力設(shè)定與控制3.7.1主要問題

（1）設(shè)定合適的土倉壓力確保開挖面的穩(wěn)定，關(guān)系到盾構(gòu)施工效率和工程環(huán)境安全。

開挖面地層穩(wěn)定性較好時，土倉壓力過大時會引起刀盤扭矩和推力增大、推進(jìn)速度下降，存在盾構(gòu)掘進(jìn)效率降低、設(shè)備能耗和損耗加大等問題；

開挖面地層穩(wěn)定性較差時，土倉壓力不足則會發(fā)生開挖面的涌水或坍塌，造成地層水土流失過多，導(dǎo)致地層沉降難以控制等問題。

（2）實際工程實踐中土倉壓力設(shè)定采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)的現(xiàn)象較多，往往會出現(xiàn)土倉壓力設(shè)定時或大或小的偏差，不利于施工控制。

掌握土倉壓力設(shè)定和控制方法，對盾構(gòu)施工具有一定的指導(dǎo)意義。493.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.7.2土壓力

（1）由于土體自重、土上荷載或結(jié)構(gòu)物的側(cè)向擠壓作用，擋土結(jié)構(gòu)物所承受的來自墻后填土的側(cè)向壓力。（2）墻體位移條件是影響土壓力的最主要的因素。（3）墻體位移的方向和相對位移量決定所產(chǎn)生的土壓力性質(zhì)和土壓力大小。

(a)靜止土壓力(b)主動土壓力(c)被動土壓力（Earthpressureatrest)（Activeearthpressure)（Passiveearthpressure)

503.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)（4）土壓力的類型取決于：墻體是否發(fā)生位移以及位移的方向；墻后土體所處的應(yīng)力狀態(tài)。土壓力分靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力三種類型。（5）擋土墻所受土壓力的大小并不是一個常數(shù)，而是隨位移量的變化而變化。Pa＜P0

＜＜Pp513.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

開挖面前方土壓力理論計算

開挖面前方土體容重γ，粘聚力c，有效內(nèi)摩擦角φ，靜止土壓力系數(shù)為K0。

靜止土壓力時，p土=K0(q+γh)

則：p土1=K0qp土2=K0(q+γD)

主動土壓力時，p土=(q+γh)tg2(45°-φ/2)-2ctg(45°-φ/2)

則：p土1=qtg2(45°-φ/2)-2ctg(45°-φ/2)p土2=(q+γD)tg2(45°-φ/2)-2ctg(45°-φ/2)

被動土壓力時，p土=(q+γh)tg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2)

則：p土1=qtg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2)p土2=(q+γD)tg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2)523.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.8壁后注漿壁后注漿（同步注漿和二次注漿）是防止地層下降并使作用于隧道的土壓力得以均布，注漿回填到管片背面，形成一定厚度的充填層，防止隧道承受偏壓及接縫張開。充填層本身起防水層作用。二次注漿注漿孔盾尾孔隙盾尾壁后注漿管注漿管同步注漿533.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.8.1同步注漿（1）漿液：一般為水泥砂漿，由水泥、粉煤灰、砂、膨潤土、水和外加劑等組成，漿液應(yīng)具備的性能：良好的長期穩(wěn)定性及流動性，并能保證適當(dāng)?shù)某跄龝r間，以適應(yīng)盾構(gòu)施工及遠(yuǎn)距離輸送的要求；良好的充填性能；在滿足漿液施工的前提下，盡可能早地獲得高于地層的早期強度；漿液在地下水環(huán)境中，不易產(chǎn)生傾析現(xiàn)象；漿液固結(jié)后體積收縮小，泌水率??；原材料來源豐富、經(jīng)濟，施工管理方便，并能滿足施工自動化技術(shù)要求等。543.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)（2）注漿量：盾構(gòu)機注漿量按沖程計，漿液泵每注一次為一沖程。注漿量的確定以盾尾間隙量為基礎(chǔ)，結(jié)合地層、線路適當(dāng)考慮注漿系數(shù)，以達(dá)到充填密實。注漿系數(shù)主要由土質(zhì)系數(shù)、超挖系數(shù)決定。（3）注漿壓力：注漿壓力最佳值應(yīng)在綜合考慮地質(zhì)條件、管片強度、設(shè)備性能、漿液特性和土倉壓力的基礎(chǔ)上確定，要求理論注漿壓力（壓入口處）應(yīng)略大于地層土壓和水壓之和，以達(dá)到對環(huán)向空隙有效充填而非劈裂注漿，以免擾動管片周圍的原狀土而引起地面甚至隧道的沉降或造成跑漿現(xiàn)象。（4）同步注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)（雙控標(biāo)準(zhǔn)）：注漿壓力達(dá)到設(shè)計壓力；注漿量達(dá)到理論注漿量的90%以上。553.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.8.2二次注漿（1）二次注漿材料可根據(jù)地質(zhì)地層、隧道埋深及地下水情況選擇，一般為水泥漿液或者水玻璃水泥漿液。

水泥漿液（單液漿）：宜用42.5級以上的硅酸鹽水泥。水灰比根據(jù)漏水、沉降情況而定，一般采用1.5:1、1:1、0.75:1、0.5:1等幾種。灌注過程中，應(yīng)經(jīng)常攪拌，為提高漿液的早期強度，可摻入各種早強劑或其他外摻劑。

雙液漿（水玻璃水泥漿液）：水玻璃水泥漿液水玻璃易使用模數(shù)2.4~2.8，濃度35~4°Be左右，與水泥配合比為1:1.15、1:1.5等。（2）注漿壓力一般視地質(zhì)情況和覆土深度而定，壓力一般控制在0.15~0.25Mpa，避免對土體產(chǎn)生大的擾動。563.土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)3.9盾構(gòu)隧道防水（1）管片結(jié)構(gòu)自防水管片的生產(chǎn)主抓三個方面：砼密實度、抗裂性能和制作精度。（2）管片接縫防水彈性密封墊：彈性密封墊貼緊貼牢；防止彈性密封墊脫落；彈性密封墊表面的雜物清理干凈。傳力襯墊（3）嵌縫防水（4）螺栓孔防水（5）注漿孔防水（6）接口防水57開挖出土管片安裝土料運輸同步注漿過程一過程二完成開始兩個過程三個工序

過程一中開挖與同步注漿同時完成，過程二中管片安裝的同時進(jìn)行土料運輸。過程一完成后開始進(jìn)行過程二，即在掘進(jìn)完成后開始管片拼裝，依此循環(huán)。4.施工組織與管理要點施工工序與施工過程58施工組織關(guān)鍵在于確保每個工序、每個過程的各個環(huán)節(jié)的正常施工?！叭齻€工序”

開挖出土→地質(zhì)、盾構(gòu)機選型與配置、掘進(jìn)模式和掘進(jìn)參數(shù)、碴土改良、出土量和碴土車容積、垂直提升設(shè)備和能力等。

同步注漿→設(shè)備、漿液材料和配合比、注漿量、注漿壓力、漿液攪拌站等。

管片拼裝→隧道設(shè)計、管片生產(chǎn)、運輸、防水、選型、拼裝等?！皟蓚€過程”

開挖出土與運土能力、同步注漿與漿液配置的匹配→列車編組及漿液攪拌站

管片拼裝與土方材料運輸時間的合理安排→列車編組、編組列車調(diào)度及運輸系統(tǒng)。4.施工組織與管理要點594.2.1施工場地規(guī)劃原則在滿足各種邊界條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行場地規(guī)劃。應(yīng)滿足盾構(gòu)隧道施工需要，土料運輸與堆放是場地布置的核心。根據(jù)各階段的施工要求，施工場地分階段動態(tài)布置。辦公、生活區(qū)在場地滿足施工生產(chǎn)需要的基礎(chǔ)上集中布置。供水、供電、排污系統(tǒng)必須根據(jù)施工生產(chǎn)需要和場地特點布置。考慮文明施工和環(huán)境保護(hù)。4.2.2施工場地布置的主要內(nèi)容沿場地四周設(shè)邊界設(shè)施（圍墻、大門等）。生產(chǎn)用房、臨時設(shè)施（垂直提升設(shè)備、集土槽、漿液攪拌站等）及材料等堆放場地（管片、鋼軌、盾構(gòu)輔料等）、加工場地等。生活、辦公區(qū)。臨時供電、供水、排污系統(tǒng)。施工便道。4.施工組織與管理要點4.2施工場地規(guī)劃布置604.施工組織與管理要點614.3.1運輸方式洞內(nèi)水平運輸采用有軌運輸，電瓶車牽引編組列車；洞內(nèi)出土還可采用皮帶機運輸、管道運輸?shù)确绞?。垂直運輸采用龍門吊等提升設(shè)備。4.施工組織與管理要點4.3土方與物料運輸組織624.3.2編組列車一環(huán)掘進(jìn)出土進(jìn)料一列編組列車完成或由兩列編組列車完成。4.施工組織與管理要點1—電瓶車(45t)；2—碴土車(17m3/節(jié)，1.5m寬，5個)；3—漿液車(6m3)；4—管片車(一環(huán)兩個)634.3.3編組列車軌道線路布置始發(fā)和初始掘進(jìn)階段在臨時出土口出土進(jìn)料，列車編組短，運能低，對掘進(jìn)速度影響大，軌道主要以單線、道岔線等線路布置。

正常掘進(jìn)階段在盾構(gòu)工作井處出土進(jìn)料，列車編組可加長、可采用多個編組列車調(diào)度，運能可大大提高，軌道以洞內(nèi)單線、洞口設(shè)道岔會讓等線路布置形式。

長距離掘進(jìn)時在中部適當(dāng)位置設(shè)置會讓線。

軌道的線路布置應(yīng)與運輸列車的編組運行相匹配，而列車的編組運行以土料運輸合理組織為前提。

編組列車的配置、軌道布置、運輸各個環(huán)節(jié)（洞內(nèi)走行、垂直提升、裝卸土料等）的作業(yè)時間等方面應(yīng)匹配，這也是施工進(jìn)度控制的一個核心問題。4.施工組織與管理要點644.施工組織與管理要點65隧道內(nèi)布置“三管、三線、一走道”。

三管：φ150的冷卻水管、φ150的排污管和φ1000通風(fēng)管。

三線：10KV高壓電纜、380/220V動力照明線和有軌運輸軌線。

一走道：走道板4.施工組織與管理要點4.4通風(fēng)、供電與供排水系統(tǒng)664.施工組織與管理要點674.施工組織與管理要點4.5盾構(gòu)始發(fā)準(zhǔn)備工作684.施工組織與管理要點694.施工組織與管理要點704.施工組織與管理要點714.施工組織與管理要點72項目部下設(shè)盾構(gòu)作業(yè)層，實行專業(yè)化管理。

盾構(gòu)作業(yè)隊27~30人/班/臺。4.施工組織與管理要點4.6施工管理機構(gòu)人員結(jié)構(gòu)人員設(shè)置（人）備注一、盾構(gòu)隊管理人員41、隊長12、盾構(gòu)機操作司機13、土建工程師14、機電工程師1二、盾構(gòu)隊作業(yè)人員231、電工12、機修工33