土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)

土壓平衡盾構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)LOGO一。

概述二。

盾構(gòu)選型三。土壓平衡盾構(gòu)機(jī)四。施工關(guān)鍵技術(shù)LOGO提

綱LOGO盾構(gòu)是一種全封閉的隧道掘進(jìn)機(jī)（既能支承地層的壓力、又能在地層中掘進(jìn)的施工機(jī)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(shí)施注漿，從而在盡可能不擾動圍巖條件下修建隧道的方法。4“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。LOGO

1.1

盾構(gòu)法門吊自卸汽車管片存放區(qū)盾構(gòu)始發(fā)井通風(fēng)機(jī)運(yùn)輸設(shè)備（1）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。（2）三大要素：l

開挖面的穩(wěn)定l

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

襯砌（管片）作業(yè)LOGO

1.1

盾構(gòu)法土壓盾構(gòu)挖掘機(jī)后配套（1）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(jī)開機(jī)排土，控制螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速或者盾構(gòu)機(jī)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(yùn)輸設(shè)備運(yùn)至洞外。61.2

土壓平衡盾構(gòu)基本原理LOGO（2）土壓平衡盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定機(jī)理l泥土壓必須可以對抗開挖面上地層的土壓和水壓。l必須可以利用螺旋輸送機(jī)等排土機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)排土量。l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)。71.2

土壓平衡盾構(gòu)基本原理LOGO盾構(gòu)機(jī)是根據(jù)施工對象“度身定做”的。制造盾構(gòu)機(jī)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。（1）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)選型及采用盾構(gòu)施工工藝的先決條件。（2）盾構(gòu)隧道施工擾動土體引起圍巖不同程度的變形，淺埋對上部影響更嚴(yán)重。盾構(gòu)施工時防止圍巖變形，控制地面沉降，保護(hù)地面和地下建（構(gòu)）筑物和管線安全就是一個很重在的因素。LOGO1.3盾構(gòu)施工環(huán)境8（3）圍巖的各向均勻性

均一地層：指在開挖斷面范圍內(nèi)和開挖延伸方向上，由一種或若干種地

層組成，但其巖土力學(xué)、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)等特征相近的地層或地層組合。在均一地層中盾構(gòu)施工的特點(diǎn)：①施工中盾構(gòu)機(jī)模式基本上不需要變化；②盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)在施工中不需要進(jìn)行改變；③需要在施工藝上做適當(dāng)調(diào)整。LOGO1.3盾構(gòu)施工環(huán)境9（4）復(fù)合地層：在地下工程開挖斷面范圍和開挖延伸方向上，由兩種或兩種以

上不同地層組成，且這些地層的巖土力學(xué)、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)等特征相差懸殊的組合地層。主要有：斷面在垂直方向和水平方向上不同地層的組合。在復(fù)合地層中盾構(gòu)施工的特點(diǎn)：①

經(jīng)常變換盾構(gòu)施工模式；②

盾構(gòu)機(jī)的配置需做適當(dāng)調(diào)整；③

用的施工工藝和施工參數(shù)要根據(jù)地層變化而變化；④

圍巖變化極懸殊的地段及石英含量高或高強(qiáng)度硬巖地段等地層中掘進(jìn)時需

頻繁更換刀具；⑤在某些特殊地層要采取一些輔助工法。LOGO1.3盾構(gòu)施工環(huán)境10（5）建（構(gòu)）筑物和地下管線等的損壞程度與沉降量大小有關(guān)

地面建（構(gòu)）筑物保護(hù)是地鐵盾構(gòu)隧道施工碰到的最嚴(yán)重的問題之一：房

屋、鐵路、橋梁、電塔等。

地下構(gòu)筑物：地鐵車站、地鐵隧道、地下車庫、地下商場、地下管廊、建

（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)等。

地下管線：供水管、排污管、各種電力和通信管線、各種燃?xì)夤芫€等、

地下異物：人類活動中，在地層當(dāng)中出現(xiàn)的非自然物體。如：水域的沉船

及相關(guān)的錨、河堤拋石、房屋木樁、地下文物等。LOGO1.3盾構(gòu)施工環(huán)境11盾構(gòu)工程施工風(fēng)險，主要有：“地質(zhì)復(fù)雜性”、“盾構(gòu)機(jī)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”。（1）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)。（2）盾構(gòu)機(jī)風(fēng)險：盾構(gòu)選型和功能性缺陷，大軸承或三大密封損壞，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。（3）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(jī)性能），

施工組織及責(zé)任心，方案和措施的合理性等問題。LOGO1.4盾構(gòu)施工風(fēng)險12二、

盾構(gòu)選型LOGO盾構(gòu)機(jī)根據(jù)地質(zhì)條件、工程環(huán)境以及工程設(shè)計(jì)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(jī)電工業(yè)設(shè)計(jì)，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)選型，決定于盾構(gòu)是否適應(yīng)現(xiàn)場施工

環(huán)境，盾構(gòu)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”。l

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(jī)型?！靶汀笔窃谑┕で皼Q定的。l

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；泥水盾構(gòu)一般具有泥水平衡模式和氣壓復(fù)合模式二種模式?！澳Ｊ健笔窃谑┕み^程中根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)由操作人員實(shí)時決策的。LOGO2.1盾構(gòu)的“型式”14（1）盾構(gòu)的“類型”l

盾構(gòu)的“類型”是指與特定的盾構(gòu)施工環(huán)境，特別是與特定的基礎(chǔ)地質(zhì)相匹配的

盾構(gòu)的種類。l

根據(jù)施工環(huán)境，全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)分為盾構(gòu)和巖石掘進(jìn)機(jī)二類：用于土質(zhì)地層或

弱地質(zhì)地層開挖的稱為盾構(gòu)；用于巖石地層開挖稱為巖石掘進(jìn)機(jī)。l

盾構(gòu)的“類型”根據(jù)施工環(huán)境可劃分為軟土盾構(gòu)和復(fù)合盾構(gòu)兩類。

軟土盾構(gòu)是指適用于未固結(jié)成巖的軟土、某些半固結(jié)成巖及全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化圍

巖條件下的一類盾構(gòu)。主要特點(diǎn)：刀盤僅安裝軟土刀具

(先行刀、切刀、刮刀)，無需滾刀。

復(fù)合盾構(gòu)是指既適用于軟土、又適用于砂卵石、巖層的一類盾構(gòu)。主要特點(diǎn)：刀盤既安裝有軟土刀具，如切刀和刮刀，又安裝硬巖刀具

(滾刀)。LOGO2.1盾構(gòu)的“型式”15（2）盾構(gòu)的“機(jī)型”l指根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，盾構(gòu)所采用的最有效的開挖面支護(hù)形式。l

盾構(gòu)按支護(hù)地層的形式主要分為自然支護(hù)式、機(jī)械支護(hù)式、壓縮空氣支護(hù)式、泥

水支護(hù)式、

土壓平衡支護(hù)式五種機(jī)型。（3）盾構(gòu)的“模式”l盾構(gòu)的“模式”是指在一定“型”的基礎(chǔ)上，根據(jù)特定的盾構(gòu)施工環(huán)境，在確保開挖面穩(wěn)定的前提下，盾構(gòu)所采用的掘進(jìn)作業(yè)模式。l

“模式”是盾構(gòu)的一種操作方式。

土壓平衡盾構(gòu)的

“模式”可分為土壓平衡式、敞開式、半敞開式三種。

泥水盾構(gòu)的“模式”可分為泥水平衡模式

(也稱直接控制模式)和泥水氣壓復(fù)合

模式

(也稱間接控制模式或D模式)兩種。LOGO2.1盾構(gòu)的“型式”16

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(jī)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(jī)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。壓縮空氣土壓平衡式

敞開式

半敞開式LOGO2.1盾構(gòu)的“型式”土倉壓力分布

V級、VI級圍巖，

重要建筑物土倉壓力分布II級、IIII級圍巖，

部分IV級圍巖17IV級圍巖，

重要建(構(gòu))筑物土倉壓力分布

盾構(gòu)選型應(yīng)從地質(zhì)適應(yīng)性（也稱安全可靠性）、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮，所選擇的盾構(gòu)機(jī)要能盡量減少輔助施工法并確保開挖面穩(wěn)定和適應(yīng)圍巖條件。（1）應(yīng)對工程地質(zhì)、水文地質(zhì)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，首先要滿足施工安全的要求；（2）地質(zhì)適應(yīng)性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性相統(tǒng)一，在安全可靠的情況下，考慮

技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合理性；（3）滿足隧道外徑、長度、埋深、施工場地、周圍環(huán)境等條件；（4）滿足安全、質(zhì)量、工期、造價及環(huán)保要求；（5）后配套設(shè)備的能力與主機(jī)配套，滿足生產(chǎn)能力與主機(jī)掘進(jìn)速度相匹配，

同時具有施工安全、結(jié)構(gòu)簡單、布置合理和易于維護(hù)保養(yǎng)的特點(diǎn)；（6）盾構(gòu)制造商的知名度、業(yè)績、信譽(yù)和技術(shù)服務(wù)。LOGO2.2盾構(gòu)選型原則18以工程地質(zhì)、水文地質(zhì)為主要依據(jù)，綜合考慮周圍環(huán)境條件、隧道斷面尺寸、

施工長度、埋深、線路的曲率半徑、沿線地形、地面及地下構(gòu)筑物等環(huán)境條件，以及周圍環(huán)境對地面變形的控制要求、工期、環(huán)保等因素，同時，參考國內(nèi)外已有盾構(gòu)工程實(shí)例及相關(guān)的盾構(gòu)技術(shù)規(guī)范、施工規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對盾構(gòu)類型、驅(qū)動方式、功能要求、主要技術(shù)參數(shù)，輔助設(shè)備的配置等進(jìn)行研究。（1）工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件；（2）隧道長度、隧道平縱斷面及橫斷面形狀和尺寸等設(shè)計(jì)參數(shù)；（3）周圍環(huán)境條件；（4）隧道施工工程籌劃及節(jié)點(diǎn)工期要求；（5）

宜用的輔助工法；（6）

技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。LOGO2.3盾構(gòu)選型依據(jù)19（1）

在對工程與水文地質(zhì)條件、周圍環(huán)境、工期要求、經(jīng)濟(jì)性等充分研究的

基礎(chǔ)上選定盾構(gòu)類型。（2）根據(jù)地層的滲透系數(shù)、顆粒級配、地下水壓、環(huán)保、輔助施工方法、施工

環(huán)境、安全等因素對土壓平衡盾構(gòu)和泥水盾構(gòu)進(jìn)行比選。（3）對盾構(gòu)各主要功能部件進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)（如刀盤驅(qū)動型式，刀盤結(jié)構(gòu)型式、開口率，刀具種類與配置，螺旋輸送機(jī)的形式與尺寸，沉浸墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與泥漿門的型式，破碎機(jī)的布置與型式，送排泥管的直徑等），并根據(jù)地質(zhì)條件等確定盾構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)。盾構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)在選型時應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，主要包括刀盤直徑，刀盤開口率，刀盤轉(zhuǎn)速，刀盤扭矩，刀盤驅(qū)動功率，推力，掘進(jìn)速度，螺旋輸

送機(jī)功率、直徑、長度，送排泥管直徑，送排泥泵功率、揚(yáng)程等。（4）根據(jù)地質(zhì)條件選擇與盾構(gòu)掘進(jìn)速度相匹配的盾構(gòu)后配套施工設(shè)備。LOGO2.4盾構(gòu)選型主要步驟2021（1）根據(jù)地層的滲透系數(shù)進(jìn)行選型u地層滲透系數(shù)對于盾構(gòu)的選型是一個很重要的因素。通常，當(dāng)?shù)貙拥臐B透系數(shù)小于10-7m/s時，可以選用土壓平衡盾構(gòu)；當(dāng)?shù)貙拥臐B透系數(shù)在10-7m/s和10-4m/s之間時，既可以選用土壓平衡盾構(gòu)也可以選用泥水式盾構(gòu)；當(dāng)?shù)貙拥耐杆禂?shù)大于10-4m/s時，宜選用泥水盾構(gòu)。LOGO2.5盾構(gòu)選型主要方法（2）根據(jù)地層的顆粒級配進(jìn)行選型u一般來說，細(xì)顆粒含量多，碴土易形成不透水的塑流體，容易充滿土艙的每個部位，在土艙中可以建立壓力，平衡開挖面的土體。u當(dāng)巖土中的粉粒和粘粒的總量達(dá)到40%以上時,通常會選用土壓平衡盾構(gòu),相反

的情況選擇泥水盾構(gòu)比較合適。粉粒的絕對大小通常以0.075mm為界。篩分粒徑淤泥i沙

砂礫粘土

細(xì)

中

粗

細(xì)

中

粗

細(xì)中

粗0,00,002

0,006

0,02

0,060,20,62,06,020.0

602,20LOGO2.5盾構(gòu)選型主要方法1009080706050403020100土壓盾構(gòu)/泥水盾構(gòu)的應(yīng)用范圍泥水盾構(gòu)土壓盾構(gòu)（3）根據(jù)水壓進(jìn)行選型u當(dāng)水壓大于0.3MPa時，適宜采用泥水盾構(gòu)。如果采用土壓平衡盾構(gòu)，螺旋輸送機(jī)難以形成有效的土塞效應(yīng)，在螺旋輸送機(jī)排土閘門處易發(fā)生碴土噴涌現(xiàn)象，引起土倉中土壓力下降，導(dǎo)致開挖面坍塌。u當(dāng)水壓大于0.3MPa時，如因地質(zhì)原因需采用土壓平衡盾構(gòu)，則需增大螺旋輸

送機(jī)的長度，或采用二級螺旋輸送機(jī)。

粘土

淤泥

砂質(zhì)

礫石

卵石

LOGO2.5盾構(gòu)選型主要方法

土壓平衡盾構(gòu)含添加劑

泥水盾構(gòu)含添加劑

土壓平衡盾構(gòu)不含添加劑

泥水盾構(gòu)不含添加劑

232.6盾構(gòu)選型程序[調(diào)查項(xiàng)目]地層構(gòu)成地下水位（頭）分布缺氧氣體、有害氣體有無

各層的工程性質(zhì)（強(qiáng)度特

性、變形特性、透水性）土地利用狀況將來計(jì)劃道路種類、交通狀況

施工用地狀況河川、湖沼等的狀況地上、地下建筑物

埋設(shè)物水井、廢井舊建筑物、臨時建筑

其它噪聲、振動地基變形地下水利用施工垃圾處理

住房、文物等LOGO設(shè)計(jì)條件整理斷面形狀尺寸延長設(shè)計(jì)條件整理

斷面形狀尺寸

延長計(jì)

劃

覆土

線路環(huán)境條件地質(zhì)條件周圍條件障礙物

工期???????????????????242.6盾構(gòu)選型程序[論證項(xiàng)目]?地下水污染、地

下水枯竭?振動、噪聲?

日照、景觀?交通?障礙物處理?開挖土的處理?開挖土的搬運(yùn)?施工用地影響范圍水平、鉛直變形

臨近建筑物變形LOGO閉胸式敞胸式?

自立性?地層構(gòu)成?支護(hù)方式環(huán)境保護(hù)

其

他可能適用的方式選擇地

?基

?條

?開挖面穩(wěn)定性泥水加壓式半機(jī)械式土

壓

式泥土壓式手掘式機(jī)械式平衡式土壓件25安

全

經(jīng)

濟(jì)

工

期?

開挖面穩(wěn)定?

環(huán)境保護(hù)

?

推進(jìn)?

盾構(gòu)

?

推進(jìn)?

相關(guān)措施?

地基變形?

操作環(huán)境

?

襯砌?

相關(guān)措施

?

襯砌施工措施的論證????開挖面的穩(wěn)定地基變形出發(fā)到達(dá)部的保護(hù)

周圍建筑物的保護(hù)?

長距離施工?

急曲線施工?

障礙物綜合評價LOGO2.6盾構(gòu)選型程序方法的選擇[比較論證]26三、

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)LOGO盾構(gòu)機(jī)主要由開挖系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、排土系統(tǒng)、管片拼裝系統(tǒng)、液壓、電氣、

控制系統(tǒng)、姿態(tài)控制裝置、導(dǎo)向系統(tǒng)、壁后注漿裝置、后續(xù)臺車、集中潤滑裝

置、超前鉆機(jī)及預(yù)注漿孔、鉸接裝置、通風(fēng)裝置、碴土改良裝置及其他裝置如

盾殼、人閘等組成。（1）盾構(gòu)機(jī)前部是旋轉(zhuǎn)切削刀盤，工作時，在推進(jìn)油缸作用下可以對開挖面

雙向（順時針，逆時針）切削，通過安裝在切削刀盤上的刀具將開挖面土體切削下來送入土倉，然后與注入土倉中的添加材料攪拌后以塑流土體形式通過螺

旋輸送機(jī)排出。（2）主機(jī)由前殼體和后殼體構(gòu)成鉸接盾構(gòu)，是用鋼板焊接而成的園型筒體，在內(nèi)部焊有筋板、環(huán)板等一些加強(qiáng)板，具有耐土壓、水壓的強(qiáng)度。（3）盾構(gòu)機(jī)殼體和盾尾殼體是由管片的外形尺寸、盾構(gòu)機(jī)殼體在施工時所受的載荷以及對應(yīng)于隧道最小曲率半徑而決定的，盾尾應(yīng)有一定的間隙。LOGO3.1土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)造（4）前后殼體由鉸接油缸聯(lián)接，上下左右可彎曲，在鉸接部分設(shè)有鉸接密封。（5）在切口環(huán)部分裝有切削刀盤驅(qū)動裝置，在土倉壁下部裝有螺旋輸送機(jī)、中部裝

有人行閘。（6）在支撐環(huán)部分的內(nèi)周安裝有推進(jìn)、鉸接油缸和管片拼裝機(jī)。（7）在盾尾部分安裝有懸臂工作操作臺、盾尾密封等。（8）在盾構(gòu)內(nèi)設(shè)有檢查維修時用的臺面、液壓、電氣儀器、計(jì)量儀器、注入管等附

屬裝置。（9）臺車上安裝有完成盾構(gòu)各種動作的動力、液壓、電氣、控制、測量設(shè)備、管路等。LOGO3.1土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)造29LOGO3.1土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)造3031（1）盾體是用鋼板焊接而成的園型筒體，在內(nèi)部焊有筋板、環(huán)板等一些加強(qiáng)板，

具有足夠的耐土壓、水壓的強(qiáng)度和剛度，抵擋周圍土體壓力。（2）盾體由前體（切口環(huán)）、中體（支撐環(huán)）和盾尾三大部分組成，盾構(gòu)機(jī)前體前部安裝有刀盤，盾構(gòu)機(jī)本體內(nèi)安裝有刀盤驅(qū)動裝置、推進(jìn)油缸、鉸接裝置、螺旋

輸送機(jī)、拼裝機(jī)、氣壓人行閘、工作平臺、電氣系統(tǒng)、液壓、同步注漿、加泥及添

加劑管路等裝置。LOGO3.2

盾體（1）刀盤l

具有足夠的剛度和強(qiáng)度用于支撐開挖面水土壓力和承受掘進(jìn)中的推力及扭矩。l盤面上有足夠的刀具數(shù)量、種類和合適的安裝位置，有效開挖并有足夠的壽命。l合適的刀盤開口率以保證碴土進(jìn)入土倉的順暢性。l刀盤配置先行刀，提高刀盤的掘削性及刀盤與刀具的耐磨性。l刀盤上合理配置添加劑（膨潤土或氣泡）注入口，保證添加劑均勻的注入到開挖面，改善開挖土的塑流性。32LOGO3.3

刀盤與刀具復(fù)合刀盤軟土刀盤33LOGO3.3

刀盤與刀具軟土刀盤復(fù)合刀盤（2）刀具l

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。l

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。34LOGO3.3

刀盤與刀具軟土刀盤復(fù)合刀盤中心切削刀35LOGO切削刀、

刮刀安

裝形式3.3

刀盤與刀具正面切削刀周邊刮刀先行刀LOGO雙

刃滾

刀

三

刃滾

刀3.3

刀盤與刀具滾刀安裝形式單刃滾刀單刃齒刀撕裂刀3637（3）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。主切削刀配置先行刀配置LOGO3.3

刀盤與刀具（4）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(qiáng)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。38垂直力

刀間距示意圖滾動力分析LOGO3.3

刀盤與刀具Vf

=f（D，

α

,

δ

,

ζ

,

S，P）=D1/2P3/2[4/3*δ+2ζ（S-2Ptanα/2）]tanα/2Rf=Vftanβ=VfC【式中：

δ--巖石單軸抗壓強(qiáng)度；

ζ--巖石無側(cè)限抗剪強(qiáng)度；S—刀間距；P—貫入度；D—刀具外徑

α—刀具刃角；C—巖石切割系數(shù)；

β—合力夾角】上述各變量中：刀盤直徑和滾刀尺寸確定后，幾何尺寸基本相同，D、

α

、

β穩(wěn)

定；針對一定的巖石強(qiáng)度及RQD，

δ

、

ζ

、C相當(dāng)；則由上式知：破巖能力可視為僅

由S、P確定。貫入度P在掘進(jìn)時可調(diào)整,而刀間距在刀盤設(shè)計(jì)時即固定。所以，刀間距的設(shè)計(jì)是提高破巖能力的關(guān)鍵。LOGO垂直力滾動力3.3

刀盤與刀具uu3940LOGO3.3

刀盤與刀具刀盤驅(qū)動用螺栓安裝在壓力艙壁上，刀盤驅(qū)動有變頻電機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動兩種方式。刀盤在變頻電機(jī)（液壓馬達(dá)）驅(qū)動和推進(jìn)油缸的作用下，通過減速器、大小齒輪、三排圓柱滾子軸承完成力和運(yùn)動的傳遞而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動和切入工作面，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)開挖功能。（1）變頻電機(jī)驅(qū)動裝置：由固定部分、回轉(zhuǎn)部分、三排園柱滾子軸承和密封部

分、變頻減速電動機(jī)等構(gòu)成。（2）液壓驅(qū)動裝置：主要部件有：齒輪箱，主軸承，密封支撐，刀盤安裝法蘭環(huán)，密封壓緊環(huán)，內(nèi)外密封系統(tǒng)，小齒輪，齒輪馬達(dá)和軸承等。在后配套上裝有電機(jī)驅(qū)動液壓泵，液壓泵中有供給單元。液壓驅(qū)動變速箱配備液壓馬達(dá)，結(jié)合變

量泵和液壓馬達(dá)，可將刀盤轉(zhuǎn)速設(shè)定到最佳。LOGO3.4

刀盤驅(qū)動裝置41LOGO3.4

刀盤驅(qū)動裝置變頻電機(jī)驅(qū)動液壓驅(qū)動43LOGO3.4

刀盤驅(qū)動裝置（1）盾體的前進(jìn)由千斤頂完成。每一組油缸均可獨(dú)立控制壓力進(jìn)行操縱而不會引

起管片移位或產(chǎn)生引起損壞的壓力過載。在控制室里，盾構(gòu)機(jī)司機(jī)可以看到數(shù)字顯

示的每組油缸行程及壓力。油缸的布置避開了管片接縫。（2）推進(jìn)油缸安裝在中盾上，布置在盾構(gòu)機(jī)殼體四周。千斤頂頂在壓力艙板后部。（3）推進(jìn)系統(tǒng)配備大排量、高壓力的變量泵。（4）千斤頂為每一個或兩個一組，每對油缸均有獨(dú)立的撐靴。在推進(jìn)時，組油缸

各自獨(dú)立進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)?？偟耐七M(jìn)速度由一個總流量控制閥來調(diào)節(jié)。LOGO3.5

推進(jìn)裝置4445LOGO3.5

推進(jìn)裝置（1）盾尾和中盾通過鉸接油缸連接。鉸接接頭是機(jī)加工的，鉸接密封包括重載橡

膠密封和緊急密封（緊急膨脹密封）。（2）鉸接油缸安裝在前后殼體上可使前后盾體左右上下彎曲。LOGO3.6鉸接裝置（1）一般3道鋼絲密封刷；（2）每條注脂管都連接到前

油脂腔和后油脂腔；（3）盾尾密封裝置在加注密

封油脂后能抵抗預(yù)計(jì)的操作壓

力，以防止漏漿；（4）注漿管路直徑50mm整合

在盾尾；（5）注漿管設(shè)計(jì)有特制的窗

口以便于進(jìn)行維修或清洗堵塞。LOGO3.7

盾尾（1）螺旋輸送機(jī)形狀一般有軸式和帶式。螺旋機(jī)的作用是出碴和調(diào)節(jié)土倉土壓力。

螺旋輸送機(jī)安裝在土倉壁的連接法蘭上。把碴土從盾構(gòu)機(jī)土倉底部運(yùn)送到皮帶輸

送機(jī)進(jìn)料端。排土能力應(yīng)滿足盾構(gòu)機(jī)在最大掘進(jìn)速度時排土要求。（2）螺旋輸送機(jī)主要部件包括：?

安裝/連接法蘭（焊接在倉壁上）?

螺旋前段上有耐磨保護(hù)塊?

前段帶有耐磨保護(hù)?

伸縮段?

出料管?

驅(qū)動裝置，包括：帶有球面軸承的3排密封系統(tǒng)，帶有行星齒輪的液壓馬達(dá)?

卸料口閘門及連接保壓泵的接頭LOGO3.8螺旋輸送機(jī)4849LOGO3.8螺旋輸送機(jī)（1）管片拼裝機(jī)安裝在盾尾區(qū)域，用來安裝襯砌管片，整體外形為一圓環(huán)狀，由

懸臂梁、移動機(jī)架、回轉(zhuǎn)機(jī)架、安裝頭等構(gòu)件組成。主要運(yùn)動構(gòu)件功能均可通過

比例控制來實(shí)現(xiàn)。（2）盾構(gòu)內(nèi)的操作員通過遙控器來操縱管片安裝機(jī)。管片拼裝操作采用無線遙控

裝置但備有線控操作的電纜連接接頭。（3）在掘進(jìn)過程中要安裝的管片由管片運(yùn)輸機(jī)車運(yùn)送過來，放置在管片輸送小車上。在完成掘進(jìn)循環(huán)后，一部分千斤頂回縮，為第一片管片留出足夠的空間。其

余千斤頂和已經(jīng)裝好的管片仍保持接觸，以防止盾構(gòu)機(jī)由于土壓而后退。（4）管片安裝機(jī)抓起管片并將其放在應(yīng)放的位置，在此位置它可以和上一管片用

螺栓連接起來。在管片安裝機(jī)夾頭放開管片之前，一定要保證已回縮的千斤頂再次頂緊管片，以防止管片意外移動。其余管片的安裝方法與此相同，直至完成整個管片環(huán)。LOGO3.9

管片拼裝機(jī)51LOGO3.9

管片拼裝機(jī)（1）同步注漿通過注漿管路、注漿泵及控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。（2）砂漿在地面準(zhǔn)備，通過帶攪拌器的砂漿車輸送到后配套系統(tǒng)上的砂漿攪拌罐中。

將砂漿車?yán)锏纳皾{輸送到后配套拖車的砂漿罐中。（3）掘進(jìn)期間，注漿泵吸取砂漿罐的砂漿并將其注入盾尾管片與隧道的間隙中。砂漿泵從盾構(gòu)機(jī)上的砂漿罐向管片外環(huán)間隙注入砂漿，通過行程計(jì)數(shù)器和壓力傳感器

控制，壓力傳感器連接到PLC以控制泵的速度，進(jìn)而控制環(huán)間壓力在預(yù)定的范圍內(nèi)。52LOGO3.10

同步注漿系統(tǒng)固定裝置止水刷止水性潤滑油脂同步連續(xù)注漿管注油脂管LOGO3.10

同步注漿系統(tǒng)水、土壓力管片（1）泡沫是改良碴土性質(zhì)材料。使支持壓力傳遞到隧道開挖面，流動性好，滲水性

能低，良好的彈性，降低對盾構(gòu)機(jī)的附著性，減少對盾構(gòu)機(jī)的磨損。（2）泡沫發(fā)生系統(tǒng)由以下部件組成：?

刀盤上有個注入點(diǎn)?

土艙壓力板上有注入點(diǎn)?

螺旋輸送機(jī)上有個注入點(diǎn)?

水泵

(離心式)?

泡沫泵

(螺旋式)?

混合液控制裝置?

壓縮空氣控制裝置?

泡沫發(fā)生器?

測量裝置及其控制?

用水沖洗時的切換裝置LOGO3.11泡沫發(fā)生系統(tǒng)（3）泡沫調(diào)節(jié)原理是基于氣液兩態(tài)的機(jī)械混合。水和發(fā)泡劑的混合是在后配套區(qū)間完成的。發(fā)泡劑裝在可更換的罐中，發(fā)泡劑通過定量泵供給，水從工業(yè)用水管路獲

得，二者混合后再通過流量控制裝置供給到相關(guān)管路。（4）泡沫是在泡沫發(fā)生器內(nèi)用空氣對液體進(jìn)行攪拌混合而獲得的?？諝夂鸵后w的劑

量是通過PLC操作單元和流量計(jì)來計(jì)量的。是否進(jìn)行調(diào)整主要是根據(jù)掘進(jìn)速度、支持

壓力和所給的配方來決定。泡沫發(fā)生系統(tǒng)有三種操作模式：手動、半自動和全自動。（5）通過控制可控制球閥，盾構(gòu)機(jī)操作手通過操作控制臺元件向有關(guān)注入點(diǎn)將泡沫

注入到刀盤前端、土倉和螺旋輸送機(jī)內(nèi)。（6）泡沫管路系統(tǒng)也可用于選擇提供水或者聚合物。LOGO3.11泡沫發(fā)生系統(tǒng)55LOGO3.11泡沫發(fā)生系統(tǒng)（1）盾尾密封設(shè)在盾構(gòu)機(jī)殼體最尾部，能防止土砂、水及同步注漿材的侵入。采用

耐久性好的鋼絲刷型盾尾密封。一個氣動油脂泵安裝在后配套系統(tǒng)中，采用氣動油脂注入系統(tǒng)向盾尾鋼絲刷中注入油脂。（2）一個氣動油脂泵安裝在后配套系統(tǒng)中。該泵連接到多管路自動的油脂泵，對主

軸承、主軸承唇密封、螺旋輸送機(jī)唇密封和回轉(zhuǎn)單元提供油脂。LOGO3.12油脂注入系統(tǒng)57（1）皮帶輸送機(jī)用于將螺旋機(jī)

送來的碴土轉(zhuǎn)運(yùn)到后部拖車的

尾部裝在碴土列車上。（2）皮帶機(jī)由驅(qū)動單元和位于

后配套上的出料口組成。主要

由皮帶、卸料部件、

張緊裝置

組成。在驅(qū)動裝置部分裝有一

個機(jī)械式可調(diào)節(jié)的刮料器。（3）帶輸送機(jī)有防跑偏裝置、

急停拉線裝置。LOGO3.13

皮帶輸送機(jī)58（1）雙倉人行閘土倉自動壓力調(diào)整裝置（2）管片運(yùn)輸軌道梁（3）懸臂操作臺（4）液壓系統(tǒng)（5）電氣系統(tǒng)（6）通風(fēng)系統(tǒng)（7）數(shù)據(jù)采集存儲和傳輸系統(tǒng)（8）故障自診斷報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)（9）自動導(dǎo)向測量系統(tǒng)（10）控制系統(tǒng)與操作面板LOGO3.14其它系統(tǒng)和裝置四、

施工關(guān)鍵技術(shù)LOGO盾構(gòu)機(jī)是集機(jī)、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(jī)械化、自動化程度高。盾構(gòu)施工系統(tǒng)性強(qiáng)，往往牽一發(fā)而動全身。l盾構(gòu)隧道施工一般經(jīng)歷的五個階段：?盾構(gòu)機(jī)制造、下井、組裝、調(diào)試、驗(yàn)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。l

盾構(gòu)施工三個主要工序：開挖出土、管片拼裝、同步注漿l

施工控制的三個要點(diǎn)：開挖面的穩(wěn)定、盾構(gòu)沿設(shè)計(jì)路線高精度推進(jìn)（盾構(gòu)姿態(tài)、隧道方向）、管片作業(yè)LOGO4.1施工流程盾構(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(jī)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(jī)到

達(dá)中間站→盾構(gòu)機(jī)通過中間站→盾

構(gòu)機(jī)再次安裝、調(diào)試→盾構(gòu)機(jī)再次

初始掘進(jìn)→正常掘進(jìn)→盾構(gòu)機(jī)到達(dá)

終點(diǎn)站→盾構(gòu)機(jī)解體外運(yùn)→隧道清

理驗(yàn)收到達(dá)終點(diǎn)站再次始發(fā)L_____

洞門密封圈安裝洞門圍護(hù)墻鑿除洞門密封圈安裝始發(fā)端頭加固反力架安裝LOGO盾構(gòu)機(jī)下井始發(fā)站4.1施工流程盾構(gòu)機(jī)解體外運(yùn)盾構(gòu)機(jī)就位調(diào)試過

站到達(dá)車站初始掘進(jìn)正常掘進(jìn)再次就位調(diào)試設(shè)備調(diào)整盾構(gòu)機(jī)托架到達(dá)端頭加固中間站到達(dá)站!62（1）盾構(gòu)下井組裝l整機(jī)組裝：始發(fā)井（場地）應(yīng)具有容納盾構(gòu)主機(jī)和后部臺車的條件，將盾構(gòu)

主機(jī)及全部后配套臺車一次組裝完畢。順序：后配套臺車→

中盾→前盾→刀盤→管片拼裝機(jī)→螺旋輸送機(jī)→盾尾→

管線連接→組裝完成。l分體組裝：始發(fā)井應(yīng)具有容納盾構(gòu)主機(jī)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(jī)在井下完成組裝，后配套臺車在地面連接，主機(jī)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。順序：中盾→前盾→刀盤→管片拼裝機(jī)→螺旋輸送機(jī)→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）。4.2盾構(gòu)下井組裝、調(diào)試與驗(yàn)收LOGO63（2）盾構(gòu)調(diào)試l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。l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）盾構(gòu)驗(yàn)收驗(yàn)收程序一般為：由購買方和制造商共同認(rèn)定《驗(yàn)收大綱》；共同逐項(xiàng)進(jìn)行驗(yàn)收；購買方在驗(yàn)收過程中根據(jù)合同及設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會議中提到的設(shè)計(jì)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(yàn)收、組裝驗(yàn)收、試掘進(jìn)驗(yàn)收。4.2盾構(gòu)下井組裝、調(diào)試與驗(yàn)收LOGO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(yùn)

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(jī)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(qiáng)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(jì)等條件，結(jié)合始發(fā)和到達(dá)階段施工特點(diǎn)，制定始發(fā)和到達(dá)專項(xiàng)施工方案；應(yīng)嚴(yán)格按方案實(shí)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。LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)6566LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)4.3.1

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。注漿孔加固土體切削土加固土體LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)擋土墻反力架

注漿孔始發(fā)托架切削土接收托架原狀土體同步注漿擋土墻4.3.2

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(shí)施。（2）加固土體應(yīng)達(dá)到自穩(wěn)的強(qiáng)度及止水效果，并根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算及工法的適用特點(diǎn)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(jī)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(qiáng)度、抗?jié)B指標(biāo)應(yīng)

經(jīng)現(xiàn)場取樣試驗(yàn)確定并滿足設(shè)計(jì)要求。LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)68（5）推薦加固方案l粘土、黃土、殘積土等（條件：無水；有水，C、

φ值較高，但能實(shí)現(xiàn)可靠降水效果）推薦方案：素混凝土樁、墻擋土加固（+降水）。l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。l

富水、承壓水砂等地層?基坑主體采用連續(xù)墻設(shè)計(jì)（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(qiáng)度很高的凍土體，起到隔水和擋土墻的作用。LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)694.3.3

始發(fā)與到達(dá)施工流程盾構(gòu)始發(fā)作業(yè)流程圖盾構(gòu)到達(dá)作業(yè)流程圖

70LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)盾構(gòu)調(diào)試安裝反力架與洞門密封裝置洞門封堵等墻后盾構(gòu)完全上接收托架盾尾通過洞門密封后進(jìn)行洞門封堵洞門密封裝置安裝洞門擋土結(jié)構(gòu)物第一次鑿除隧道貫通、盾構(gòu)上接收托架盾構(gòu)接收基座安裝與加固盾尾通過洞門密封后洞門封堵洞門擋土結(jié)構(gòu)第二次鑿除洞門擋土結(jié)構(gòu)物第一次鑿除洞門擋土結(jié)構(gòu)第二次鑿除到達(dá)段掘進(jìn)隧道貫通前測量安裝負(fù)環(huán)管片、定位始發(fā)推進(jìn)與負(fù)環(huán)管片安裝盾構(gòu)組裝安裝盾構(gòu)始發(fā)基座洞口段地層加固掘進(jìn)參數(shù)調(diào)整掘進(jìn)方向控制盾構(gòu)掘進(jìn)與管片安裝始發(fā)部位地層加固4.3.4

始發(fā)施工要點(diǎn)（1）盾構(gòu)始發(fā)基座應(yīng)能承受盾構(gòu)機(jī)的荷載，規(guī)定正確的始發(fā)方向，穩(wěn)固并有防盾

構(gòu)旋轉(zhuǎn)措施，對始發(fā)時的偏壓保持有充分的強(qiáng)度。始發(fā)基座臺面高度偏差不大于±30mm，前端左右高程偏差不大于

±20mm，始發(fā)基座與隧道軸線偏差不大于

±5‰；（2）洞門密封裝置的內(nèi)徑略大于盾構(gòu)外徑，密封圈必須考慮盾構(gòu)始發(fā)洞口的凈空和

其材質(zhì)、形狀和尺寸。必須牢固地固定在盾構(gòu)始發(fā)洞口上。在洞門密封壓板上設(shè)置

防反轉(zhuǎn)裝置。（3）始發(fā)反力架應(yīng)滿足承受盾構(gòu)推力的足夠強(qiáng)度和剛度；由正式管片起始位置確定

負(fù)環(huán)管片和反力架位置；反力架基面要有足夠的平整度。（4）負(fù)環(huán)管片定位時，管片橫斷面應(yīng)與隧道軸線垂直。（5）鑿除洞門范圍鋼筋混凝土，應(yīng)檢查始發(fā)洞口凈空尺寸，確保沒有鋼筋、混凝土

侵入設(shè)計(jì)輪廓范圍之內(nèi)。（6）采用設(shè)置導(dǎo)臺等措施防止盾構(gòu)機(jī)機(jī)頭下降。LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)（7）始發(fā)前應(yīng)對盾構(gòu)姿態(tài)作復(fù)核、檢查，盾構(gòu)位置應(yīng)準(zhǔn)確，盾構(gòu)軸線應(yīng)與隧道軸線

重合。（8）始發(fā)掘進(jìn)應(yīng)滿足以下要求：?

采取小推力、低扭矩始發(fā)掘進(jìn)。刀盤進(jìn)入洞門前，在邊緣刀具和橡膠密封圈上涂

抹油脂，避免損壞洞門密封裝置。?對脫出盾尾的負(fù)環(huán)管片應(yīng)及時進(jìn)行加固，以保證在傳遞推力過程中管片不浮動及

下沉變位。最初的管片安裝保持良好的真圓度?初始掘進(jìn)過程中必須加強(qiáng)對地面沉降監(jiān)測并及時反饋分析，不斷調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)施工參數(shù)。（9）盾尾完全進(jìn)入接收井后以后調(diào)整洞門密封，采用同步注漿及二次注漿將管片

與洞門可靠封閉。（10）小半徑曲線始發(fā)選擇最優(yōu)割線始發(fā)，洞門根據(jù)曲線的轉(zhuǎn)彎要求，一般將洞門圈做大。LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)4.3.5

到達(dá)施工要點(diǎn)（1）在距離接收井100m對盾構(gòu)位置進(jìn)行準(zhǔn)確測量，同時應(yīng)對接收洞門位置進(jìn)行復(fù)核測量，確定盾構(gòu)姿態(tài)及糾偏計(jì)劃；糾偏應(yīng)逐步完成，每一環(huán)糾偏量不能過大。（2）在距離接收井50m時應(yīng)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)，逐漸放慢掘進(jìn)速度，推力逐漸降低，緩慢均勻地切削土體，距離小于10m時，進(jìn)一步控制盾構(gòu)掘進(jìn)速度和掘進(jìn)參數(shù)。（3）臨近接收井的20環(huán)管片應(yīng)做好螺栓緊固、拉緊使之連成整體，防止管片松弛而

影響密封防水效果。（4）盾構(gòu)中盾進(jìn)入加固區(qū)后，應(yīng)利用其徑向注漿孔封堵加固區(qū)的漏水通道。（5）在拼裝的管片進(jìn)入加固范圍后，應(yīng)采用快硬性漿液封堵。（6）最后一環(huán)管片拼裝完成后，通過二次注漿孔注入雙液漿進(jìn)行封堵。注漿過程中

應(yīng)密切觀察洞門情況，發(fā)現(xiàn)有漏漿現(xiàn)象應(yīng)立即停止注漿并進(jìn)行處理。（7）盾構(gòu)前體盾殼被推出洞門時應(yīng)束緊壓板卡環(huán)上的鋼絲繩，使壓板壓緊簾布橡

膠板，防止洞門泥土及漿液漏出。（8）盾構(gòu)接收到基座上后，應(yīng)及時做好管片與洞門密封圈間的密封。LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)4.3.6

分體始發(fā)l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。l盾構(gòu)機(jī)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(diǎn)。主要包括管路的接長連接、線路的接長連接、盾構(gòu)機(jī)部分設(shè)備的改裝、臨時出土口的安裝

等內(nèi)容。LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)7475LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)76LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)4.3.7

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(jì)計(jì)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。LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)（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78LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)擋土墻注漿孔砼導(dǎo)臺砂、土擋墻水主體結(jié)構(gòu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)車站主體結(jié)構(gòu)前后法蘭,

螺栓連接

盾構(gòu)機(jī)主體部分成型隧道頂推托輪組洞門預(yù)埋環(huán)板洞門鑿除后的回填體進(jìn)料口反力架

3后端蓋鋼管斜撐鋼板預(yù)埋件鋼套筒

43鋼管直撐托架

吊耳擋土墻注漿孔LOGO4.3盾構(gòu)始發(fā)與到達(dá)盾構(gòu)鋼套筒接收人孔

鋼筋混凝土箱體盾構(gòu)箱體接收砼導(dǎo)臺

回填土79端頭加固連續(xù)墻刀盤（1）土壓平衡盾構(gòu)既適用于較高強(qiáng)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。l

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。l

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。l

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。LOGO4.4盾構(gòu)掘進(jìn)模式土倉壓力分布II級、IIII級圍巖，部分IV級圍巖V級、VI級圍巖，重要建筑物IV級圍巖，重要建(構(gòu))筑物土倉壓力分布土倉壓力分布壓縮空氣80（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。LOGO4.4盾構(gòu)掘進(jìn)模式81（1）盾構(gòu)試掘進(jìn)為正常掘進(jìn)控制提供依據(jù)。l摸索、了解、掌握、驗(yàn)證盾構(gòu)適應(yīng)性能及施工規(guī)律。l根據(jù)控制地面變形及環(huán)保的要求，沿盾構(gòu)推進(jìn)軸線和與軸線垂直的橫斷面布設(shè)地表變形量測點(diǎn)，施工時跟蹤測量地表沉降、隆起變形。l

分析、調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)推力、刀盤扭矩、掘進(jìn)速度、土倉壓力、壁后注漿量和壓

力等施工參數(shù)，為后續(xù)掘進(jìn)取得可供借鑒的施工參數(shù)和施工操作經(jīng)驗(yàn)。（2）目前，城市地鐵盾構(gòu)隧道試掘進(jìn)段長度一般為100m。（3）當(dāng)管片和圍巖間的摩擦阻力滿足盾構(gòu)掘進(jìn)所需的反力時，方可拆除負(fù)環(huán)管片

與始發(fā)反力架。拆除負(fù)環(huán)管片和始發(fā)反力架后，盾構(gòu)掘進(jìn)反力由管片與圍巖間摩擦阻力提供。L＞F/

(

πDf）式中：L—從洞門開始的管片長度（m）；F—盾構(gòu)千斤頂推力（

kN）；D—管片外徑(m)；f—考慮壁后注漿材料的管片與圍巖的摩擦阻力（kN/m2）。LOGO4.5盾構(gòu)試掘進(jìn)83（1）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(jī)等的磨損。（2）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。LOGO4.6碴土改良技術(shù)發(fā)泡

劑注

入后改良

效果碴土（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(yàn)，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(jī)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)?？蓮亩軜?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(yùn)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)。4.7盾構(gòu)掘進(jìn)與參數(shù)管理LOGO84（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(yùn)

輸系統(tǒng)（皮帶機(jī)）→啟動推進(jìn)千斤頂→啟動首級運(yùn)輸系統(tǒng)（螺旋機(jī)）→

回填注漿→停止掘進(jìn)→安裝管片→準(zhǔn)備下一環(huán)掘進(jìn)設(shè)定添加劑注入?yún)?shù)設(shè)定掘進(jìn)速度設(shè)定螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速4.7盾構(gòu)掘進(jìn)與參數(shù)管理LOGO是盾構(gòu)姿態(tài)是否正確土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)作業(yè)流程圖渣土塑流性滿足要求刀盤扭矩、推力是否不超過上限排土量是否正常

繼續(xù)盾構(gòu)掘進(jìn)

調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)

與方向控制調(diào)整添加劑

注入?yún)?shù)調(diào)整螺旋輸送機(jī)

參數(shù)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)

與加強(qiáng)注漿盾構(gòu)掘進(jìn)設(shè)定刀盤扭矩、轉(zhuǎn)速設(shè)定推力上限值調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)設(shè)定土倉壓力P0地表沉降等監(jiān)測數(shù)據(jù)

是否在允許范圍內(nèi)實(shí)際土倉壓力P1

與P0是否相符

是85開始是是是是否否否否否否（5）盾構(gòu)掘進(jìn)過程：l

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(jī)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。l

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

應(yīng)保持盾構(gòu)密封。l

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(jī)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)。）l

重點(diǎn)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(qiáng)掘進(jìn)控制管理。4.7盾構(gòu)掘進(jìn)與參數(shù)管理LOGO86（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(jì)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。添加劑注入量、配比設(shè)定注入量增大降低掘進(jìn)速度土倉壓力設(shè)定注入量減少選擇添加劑硬

軟好高正常正常正常正常反饋螺旋排土器旋轉(zhuǎn)速度降低

盾構(gòu)刀盤掘進(jìn)速度增加低超上限▲超上限過或不足超限塑流性管理土壓力管理掘進(jìn)參數(shù)管理排土量管理監(jiān)視4.7盾構(gòu)掘進(jìn)與參數(shù)管理LOGO土壓平衡盾構(gòu)開挖面穩(wěn)定管理流程圖正常

87地表變形確認(rèn)，檢查螺旋排土器旋轉(zhuǎn)速度增加

盾構(gòu)刀盤掘進(jìn)速度降低排土量土倉壓力塑流狀態(tài)刀盤扭矩推力掘進(jìn)速度，盾構(gòu)

負(fù)荷上限設(shè)定下一步掘進(jìn)開挖面穩(wěn)定管理（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(shí)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(jì)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：l

盾構(gòu)前方地層發(fā)生坍塌或遇有障礙。l

盾構(gòu)滾動角大于3

°。l

盾構(gòu)軸線偏離隧道軸線大于50mm。l

盾構(gòu)推力與預(yù)計(jì)值相差較大。l

管片嚴(yán)重開裂或嚴(yán)重錯臺。l

壁后注漿系統(tǒng)發(fā)生故障無法注漿。l

盾構(gòu)掘進(jìn)扭矩發(fā)生異常波動。4.7盾構(gòu)掘進(jìn)與參數(shù)管理LOGO（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(diǎn)，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：l

在停止掘進(jìn)前應(yīng)做好停機(jī)準(zhǔn)備工作。l

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。l

采取向土倉內(nèi)注入泡沫或泥漿等措施保持土倉壓力。l

停止掘進(jìn)后應(yīng)加大盾尾油脂注入量，保護(hù)盾尾密封。l

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。l

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。l

可定時做小距離不出土推進(jìn)，防止盾尾被壁后注漿漿液包裹。4.7盾構(gòu)掘進(jìn)與參數(shù)管理LOGO（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?。簂

可采用快凝漿液進(jìn)行壁后注漿，盡快封閉管片與地層的間隙。l

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。l

必要時，使盾構(gòu)在設(shè)計(jì)軸線下方掘進(jìn)，預(yù)留管片上浮量。4.7盾構(gòu)掘進(jìn)與參數(shù)管理LOGO904.8.1

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(shí)際工程實(shí)踐中土倉壓力設(shè)定采用經(jīng)驗(yàn)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。4.8土倉壓力設(shè)定與控制LOGO914.8.2

盾構(gòu)土壓力設(shè)定（1）在土壓平衡盾構(gòu)土倉隔板上安裝有土壓力傳感器，土倉壓力值由土壓傳感

器測得并輸送給可編程控制器（PLC），PLC將測得的土壓力值與設(shè)定的土倉壓力值相比較后輸出電信號調(diào)控液壓控制系統(tǒng)中的比例流量閥，以此改變螺旋輸送機(jī)

轉(zhuǎn)速或推進(jìn)液壓缸的伸出速度，使土倉壓力的測定值與設(shè)定土倉壓力相等。（2）盾構(gòu)在土壓平衡模式施工時，以開挖面前方土體土壓力計(jì)算值為主要依據(jù)，土倉壓力設(shè)定值與開挖面前方土體土壓力基本相等；通過控制土倉壓力的實(shí)測值

與設(shè)定值基本相等，實(shí)現(xiàn)開挖面土壓力平衡。4.8土倉壓力設(shè)定與控制LOGO92（3）計(jì)算開挖面前方土壓力l

獲取地層物理力學(xué)指標(biāo)。地質(zhì)勘探、土工試驗(yàn)或參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出

γ

、c、φ

以及地下水頭高度等。l

計(jì)算隧道上方覆土自重應(yīng)力和地面荷載引起的附加應(yīng)力等。l

確定土壓力系數(shù)。靜止土壓力系數(shù)K0（K0=1-sinφ

)

,主動和被動土壓力系

數(shù)Ka=tg2

(45

°

-

φ/2)、Kp=tg2

(45

°+φ/2)。l

采用土壓力計(jì)算公式計(jì)算開挖面前方土壓力。934.8土倉壓力設(shè)定與控制LOGO【開挖面前方土壓力理論計(jì)算】【1】

三種類型土壓力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。l

靜止土壓力時，p土=K0

(q+γh)則：p土1=K0qp土2=K0

(q+γD)l

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)l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)4.8土倉壓力設(shè)定與控制LOGO【2】

開挖面前方土壓力計(jì)算時應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行：

當(dāng)開挖面前方土體有地下水時，還應(yīng)考慮地下水對開挖面前方土體土壓力影響：?

對砂土和粉土按分土分算，側(cè)向壓力為靜止水壓力和土壓力之和，地下水位以下

的土壓力采用浮容重和有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算；?

對粘性土按分土合算，地下水位以下的土壓力采用飽和容重和總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指

標(biāo)計(jì)算。

當(dāng)隧道上方地面有建筑物或其它荷載時，還應(yīng)考慮地面荷載引起的附加應(yīng)力的作用，可采用近似方法將地面荷載換算成等值填土高度進(jìn)行計(jì)算，其垂直應(yīng)力與隧道開挖面以上的土體自重應(yīng)力疊加。

開挖面前方土體成層分布時，各層土的容重γ、粘聚力

c

，有效內(nèi)摩擦角φ等不同，在進(jìn)行土壓力計(jì)算時按各層高度及地層物理力學(xué)參數(shù)分層計(jì)算，土壓力分布在地層交界面處發(fā)生突變，土壓力呈折線分布。4.8土倉壓力設(shè)定與控制LOGO96（4）確定土倉壓力設(shè)定值l

結(jié)合盾構(gòu)施工狀態(tài)與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對開挖面前方地層的穩(wěn)定性和沉降控制要求等綜合分析，確定開挖面前方土壓力的類型，以土倉壓力與開挖面前方土壓力

基本相等的原則，參照開挖面前方土壓力計(jì)算結(jié)果，確定合適的土倉壓力設(shè)定值。l

盾構(gòu)隧道開挖后，圍巖的應(yīng)力釋放和變形發(fā)展具有空間和時間效應(yīng)，圍巖變形不是瞬時就達(dá)到其最終值，而是隨著時間的推移逐漸完成的，利用圍巖變形的時空效應(yīng)，在土體變形的初期階段采用盾構(gòu)殼體或管片及管片背后的注漿體來支承圍巖，通過調(diào)整盾構(gòu)施工速度縮短圍巖未支承的時間，可以減少地層土體的變形，因此，允許圍巖有一定變形且滿足沉降要求時，可適當(dāng)減小土倉壓力設(shè)定值，有利于盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)控制和掘進(jìn)效率提高。實(shí)際上，這種利用圍巖變形的時空效應(yīng)以適當(dāng)減小土倉壓力的做法在施工中會經(jīng)常用到。l

理論計(jì)算被動土壓力往往比較大，土倉壓力設(shè)定值不會達(dá)到被動土壓力的數(shù)值。4.8土倉壓力設(shè)定與控制LOGOl

一般情況下：?地層穩(wěn)定性較好且地面沉降要求不高，可用介于主動和靜止土壓力之間的某個數(shù)值為土倉壓力設(shè)定值；?地層穩(wěn)定性較好但地面沉降要求較高或地層穩(wěn)定性較差但地面沉降要求不高，

可用靜止土壓力為土倉壓力設(shè)定值；?地層穩(wěn)定性較差且地面沉降要求較高，可用略高于靜止土壓力的某個數(shù)值為

設(shè)定土倉壓力值。l

由于開挖面前方地層地質(zhì)的復(fù)雜性以及土壓力理論的假定對計(jì)算結(jié)果的影響，

實(shí)際施工中還應(yīng)通過地面沉降等監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析對土倉壓力設(shè)定值進(jìn)行適當(dāng)修正。4.8土倉壓力設(shè)定與控制LOGO974.8.3

盾構(gòu)土壓力控制方法（1）實(shí)際工程施工中，經(jīng)常會遇到土倉壓力傳感器顯示土倉壓力不穩(wěn)定、土倉

內(nèi)上下壓力差大、土倉內(nèi)壓力線性分布規(guī)律不明顯以及土倉內(nèi)不能完全充滿碴土等情況，土倉內(nèi)土體性質(zhì)不穩(wěn)定或形成的土倉壓力與開挖面前方土壓力不平衡。因此，需利用土倉內(nèi)的碴土并采取措施建立滿足平衡條件的土倉壓力，對土倉壓

力進(jìn)行控制。（2）開挖面前方土體的性質(zhì)可通過地層加固等手段進(jìn)行改善，但受加固條件和成本控制等的影響，一般情況下不可取，僅在特殊部位（如始發(fā)和到達(dá)端頭等）采取地層加固措施。開挖面前方土體性質(zhì)一般情況下不可人為改變，要實(shí)現(xiàn)土壓平衡模式掘進(jìn)，就需要通過改善土倉內(nèi)土體性質(zhì)，并采用輔助技術(shù)措施改變土倉內(nèi)土壓力的大小，使土倉壓力的大小與開挖面前方土壓力大致相等，因此，根據(jù)開挖面前方土壓力的大小設(shè)定好土倉壓力后，重點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行土倉內(nèi)土壓力控制。4.8土倉壓力設(shè)定與控制LOGO（3）采用土壓力理論計(jì)算方法，估算土倉內(nèi)土體的靜止土壓力和被動土壓力，

以此為指導(dǎo)，采取技術(shù)措施對土倉壓力的實(shí)測值進(jìn)行控制。l

在盾構(gòu)推進(jìn)狀態(tài)，對粘聚力較大（細(xì)顆粒含量較高）的粘土地層，要采取措施降低土倉內(nèi)上下部的土壓力；而對粘聚力較?。?xì)顆粒含量較低）的地層，

則要采取措施增大土倉內(nèi)上部土壓，降低土倉內(nèi)下部土壓。l

在盾構(gòu)停機(jī)狀態(tài)，土倉上下部的土倉壓力都要采取措施適當(dāng)增大。（4）通過監(jiān)測數(shù)據(jù)對土倉壓力設(shè)定值進(jìn)行修正是必要的，但由于地面沉降等

往往有滯后效應(yīng)，盾構(gòu)開挖過程中在開挖面前方產(chǎn)生的地層沉降會在盾構(gòu)通過之后隨時間的推移逐步發(fā)展到地面，這就使通過施工監(jiān)測來控制土倉壓力設(shè)定值產(chǎn)

生了一定難度，因此，關(guān)鍵還是要控制土倉壓力的大小，以保持開挖面穩(wěn)定。4.8土倉壓力設(shè)定與控制LOGO994.8.4

盾構(gòu)土壓力控制技術(shù)措施結(jié)合理論分析和工程實(shí)踐，一般采取土倉內(nèi)土體改良、輔助壓氣以及嚴(yán)格控制出土量等技術(shù)措施進(jìn)行土倉壓力的建立和控制。（1）盾構(gòu)推進(jìn)時，對粘聚力較小的地層，需改善土倉內(nèi)土體性質(zhì)，通過提高粘聚力增大上部土倉壓力，通過降低內(nèi)摩擦角以減小下部土倉壓力。比如對砂層，

采取向土倉內(nèi)注入膨潤土泥漿可以增大粘聚力并減小內(nèi)摩擦角，對土倉壓力的改

變效果明顯。（2）盾構(gòu)推進(jìn)時，對粘聚力較小的地層，采用向土倉內(nèi)注入泡沫或用空壓機(jī)通過管道向土倉內(nèi)壓入高壓氣體等輔助措施，在土倉內(nèi)形成了一定的氣壓，一是可補(bǔ)充上部土壓力的不足，二是高壓空氣的注入可降低碴土的容重和內(nèi)摩擦角，

降低土倉下部土壓力。在進(jìn)行注入泡沫或高壓氣體時，地層的氣密性對氣體“逃逸”有一定影響，必要時持續(xù)注入泡沫或高壓氣體以保證氣壓穩(wěn)定。4.8土倉壓力設(shè)定與控制LOGO（3）盾構(gòu)推進(jìn)時，對粘聚力較大的地層，采用注入泡沫或水的方法，降低土

倉內(nèi)碴土的容重、粘聚力和內(nèi)摩擦角，以降低土倉內(nèi)土倉壓力，同時可提高碴土

塑流性。（4）盾構(gòu)停機(jī)時，土倉壓力往往會有所下降，開挖面的穩(wěn)定性會受到影響，因此，在盾構(gòu)停機(jī)之前減少出土量，通過擠壓提高倉內(nèi)土體的容重，以提高停機(jī)時土倉內(nèi)土壓力；在盾構(gòu)停機(jī)時通過注入泡沫或高壓氣體在土倉內(nèi)形成氣壓，補(bǔ)

充土壓不足，使土倉內(nèi)土壓與開挖面前方的主動土壓力相一致。（5）實(shí)際施工中土倉內(nèi)的碴土很難完全充滿，對粘聚力較小的地層，由于土

倉上部土壓較小，往往會在開挖面頂部形成一定體積的空腔，當(dāng)空腔較小時對地面沉降影響較小，當(dāng)空腔較大時開挖面就會產(chǎn)生較大沉降?？涨坏男纬芍饕怯捎谕羵}上部壓力較小所致，因此，一是要采取上述措施加大上部土壓，二是在盾構(gòu)推進(jìn)與停機(jī)時，當(dāng)?shù)孛娉两狄蟾叩那闆r下盡量使土倉內(nèi)充滿碴土，減小開挖面前方土體進(jìn)入土倉內(nèi)的空間。4.8土倉壓力設(shè)定與控制LOGO（6）通過螺旋輸送機(jī)出土控制，使土倉壓力保持相對穩(wěn)定，防止出現(xiàn)較大波

動；同時嚴(yán)格控制出土量，通過對每一掘進(jìn)進(jìn)尺的出土量與理論計(jì)算的出土量進(jìn)行對比分析，使實(shí)際出土量與理論出土量基本吻合。在實(shí)際施工中，通過觀測土倉隔板上土壓力傳感器顯示的土倉壓力實(shí)測值與土倉壓力設(shè)定值進(jìn)行比較，判斷土倉壓力的偏差。根據(jù)具體情況采用上述一種或幾種組合的技術(shù)措施，控制土倉壓力的實(shí)測值與設(shè)定值基本一致，實(shí)現(xiàn)土壓平衡以保持開挖面穩(wěn)定。4.8土倉壓力設(shè)定與控制LOGO1024.9.1

盾構(gòu)姿態(tài)控制（1）盾構(gòu)掘進(jìn)時應(yīng)采取正確分組控制盾構(gòu)推進(jìn)油缸、正確選擇管片類型以及適當(dāng)使用鉸接裝置等方法控制盾構(gòu)姿態(tài)，使盾構(gòu)按隧道線路正確地掘進(jìn)。l

盾構(gòu)掘進(jìn)是通過盾構(gòu)推進(jìn)油缸的推力來實(shí)現(xiàn)的，推進(jìn)油缸的正確使用是盾構(gòu)按照隧道線路掘進(jìn)