LOGOLOGOLOGO提 綱LOGOLOGOLOGOLOGO1.1盾構法LOGO盾構是一種全封閉的隧道掘進機（既能支承地層的壓力、又能在地層中掘進的施工機具）,襯砌管片提供反力,不能連續(xù)掘進。一邊保持開挖面及圍巖穩(wěn)定，一邊進行隧道掘進、出渣，并在盾尾內拼裝管片形成襯砌，及時實施注漿，從而盾構是一種全封閉的隧道掘進機（既能支承地層的壓力、又能在地層中掘進的施工機具）,襯砌管片提供反力,不能連續(xù)掘進。一邊保持開挖面及圍巖穩(wěn)定，一邊進行隧道掘進、出渣，并在盾尾內拼裝管片形成襯砌，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。4即管片拼裝和注漿。41.1盾構法盾構法：以盾構為核心的一整套完整的建造隧道的施工方法。盾構法：以盾構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)定盾構沿設計路線高精度推進（盾構姿態(tài)、隧道方向）襯砌（管片）作業(yè)自卸汽車

挖掘機

門吊管片存放區(qū)土壓盾構 后配套

盾構始發(fā)井通風機LOGOLOGO5運輸設備56LOGO1.2土壓平衡盾構基本原理6LOGO（1）盾殼支承著圍巖并保護著刀盤旋轉，在千斤頂推力的作用下，刀盤上被切割、破碎的碴土，經過開口進入密閉室，當密閉室內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速或者盾構機的推進速度，達到密閉室內的泥土壓力與開挖面壓力的（1）盾殼支承著圍巖并保護著刀盤旋轉，在千斤頂推力的作用下，刀盤上被切割、破碎的碴土，經過開口進入密閉室，當密閉室內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速或者盾構機的推進速度，達到密閉室內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備運至洞外。7LOGO土壓平衡盾構基本原理7LOGO（2）土壓平衡盾構（2）土壓平衡盾構開挖面穩(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，調節(jié)排土量。對必須混入添加材的土質而言，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。LOGO盾構施工環(huán)境LOGO盾構機是根據施工對象“度身定做”的。制造盾構機所依據的對象稱之為施工環(huán)境，它是基礎地質、工程與水文地質、氣候地貌、建筑物以及地下管線和構筑物等特征的總和。在施工環(huán)境的諸多因素中，掌握基礎地質和工程地質構選型及采用盾構施工工藝的先決條件。盾構施工時防止圍巖變形，控制地面沉降，保護地面和地下建（構）筑物和管線安全就是一個很重在的因素。8LOGO1.3盾構施工環(huán)境LOGO圍巖的各向均勻性均一地層：指在開挖斷面范圍內和開挖延伸方向上，由一種或若干種地在均一地層中盾構施工的特點：①施工中盾構機模式基本上不需要變化；②盾構機結構在施工中不需要進行改變；③需要在施工藝上做適當調整。9LOGO1.3盾構施工環(huán)境LOGO復合地層上不同地層組成，且這些地層的巖土力學、工程地質和水文地質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。在復合地層中盾構施工的特點：①經常變換盾構施工模式；②盾構機的配置需做適當調整；③用的施工工藝和施工參數(shù)要根據地層變化而變化；④圍巖變化極懸殊的地段及石英含量高或高強度硬巖地段等地層中掘進時需頻繁更換刀具；⑤在某些特殊地層要采取一些輔助工法。10LOGO盾構施工環(huán)境LOGO建（構）筑物和地下管線等的損壞程度與沉降量大小有關地面建（構）屋、鐵路、橋梁、電塔等。地下構筑物：地鐵車站、地鐵隧道、地下車庫、地下商場、地下管廊、建（構）筑物基礎等。地下管線：供水管、排污管、各種電力和通信管線、各種燃氣管線等、地下異物：人類活動中，在地層當中出現(xiàn)的非自然物體。如：水域的沉船及相關的錨、河堤拋石、房屋木樁、地下文物等。11LOGO盾構施工風險LOGO盾構工程施工風險，主要有：“地質復雜性”、“盾構機的不適應性”、“人認知的局限性、責任性、方案和措施的不合理性”。地質風險：細砂層，含瓦斯、煤成氣地層，球狀風化體或構造風化硬巖，砂礫石、卵石地層等地層盾構掘進。盾構機風險：盾構選型和功能性缺陷，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。人為風險：認知的局限性（不能全面系統(tǒng)地了解地質變化、盾構機性能），施工組織及責任心，方案和措施的合理性等問題。12LOGOLOGOLOGO2.1盾構的“型式”LOGO盾構機根據地質條件、工程環(huán)境以及工程設計等具體特征“量身定做”核心技術不僅是設備本身的機電工業(yè)設計，還在于設備如何適用于各類工程地質。盾構施工的成功率，主要取決于盾構選型，決定于盾構是否適應現(xiàn)場施工環(huán)境，盾構選型正確與否決定著盾構施工的成敗。盾構的“型式”涉及盾構的“型”和“模式”。都有土壓平衡盾構和泥水盾構兩種機型?！靶汀笔窃谑┕で皼Q定的。一般具有泥水平衡模式和氣壓復合模式二種模式。“模式”是在施工過程中根據工程地質和水文地質由操作人員實時決策的。14LOGO2.1盾構的“型式”LOGO盾構的“類型”盾構的“類型”是指與特定的盾構施工環(huán)境，特別是與特定的基礎地質相匹配的盾構的種類。弱地質地層開挖的稱為盾構；用于巖石地層開挖稱為巖石掘進機。盾構的“類型”根據施工環(huán)境可劃分為軟土盾構和復合盾構兩類。巖條件下的一類盾構。主要特點：刀盤僅安裝軟土刀具(先行刀、切刀、刮刀)，無需滾刀。復合盾構是指既適用于軟土、又適用于砂卵石、巖層的一類盾構。主要特點：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)。15LOGO2.1盾構的“型式”LOGO盾構的“機型”指根據工程地質和水文地質條件，盾構所采用的最有效的開挖面支護形式。水支護式、土壓平衡支護式五種機型。盾構的“模式”開挖面穩(wěn)定的前提下，盾構所采用的掘進作業(yè)模式?！澳Ｊ健笔嵌軜嫷囊环N操作方式。土壓平衡盾構的“模式”可分為土壓平衡式、敞開式、半敞開式三種。模式(也稱間接控制模式或D模式)兩種。16盾構的“型式”土壓平衡模式（EPB）盤開挖下來的碴土填滿泥土倉，借助盾構推進油缸的推力通過隔板進行加壓，使之產生泥土壓，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）刀盤切削下來的碴土進入土倉后，不需要進行加壓，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縮空氣來穩(wěn)定開挖面，施加氣壓的大小根據不同地層條件確定。壓縮空氣土倉壓力分布

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

土倉壓力分布

IV級圍巖，重要建(構)筑物17LOGO土壓平衡式 敞開式 半敞開式LOGOLOGO盾構選型原則LOGO盾構選型應從地質適應性（也稱安全可靠性）、技術先進性、經濟性等方面綜合考慮，所選擇的盾構機要能盡量減少輔助施工法并確保開挖面穩(wěn)定和適應圍巖條件。應對工程地質、水文地質有較強的適應性，首先要滿足施工安全的要求；地質適應性、技術先進性、經濟性相統(tǒng)一，在安全可靠的情況下，考慮技術先進性和經濟合理性；滿足隧道外徑、長度、埋深、施工場地、周圍環(huán)境等條件；同時具有施工安全、結構簡單、布置合理和易于維護保養(yǎng)的特點；盾構制造商的知名度、業(yè)績、信譽和技術服務。18LOGO盾構選型依據LOGO以工程地質、水文地質為主要依據，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，參考國內外已有盾構工程實例及相關的盾構技術規(guī)范、施工規(guī)范及相關標準，對盾構類型、驅動方式、功能要求、主要技術參數(shù)，輔助設備的配置等進行研究。工程地質、水文地質條件；隧道長度、隧道平縱斷面及橫斷面形狀和尺寸等設計參數(shù)；周圍環(huán)境條件；隧道施工工程籌劃及節(jié)點工期要求；宜用的輔助工法；技術經濟比較。19LOGO盾構選型主要步驟LOGO在對工程與水文地質條件、周圍環(huán)境、工期要求、經濟性等充分研究的基礎上選定盾構類型。環(huán)境、安全等因素對土壓平衡盾構和泥水盾構進行比選。對盾構各主要功能部件進行選擇和設計（開口率，刀具種類與配置，螺旋輸送機的形式與尺寸，沉浸墻的結構設計與泥漿門的型式，破碎機的布置與型式，送排泥管的直徑等），并根據地質條件等確定盾構的主要技術參數(shù)。盾構的主要技術參數(shù)在選型時應進行詳細計算，主要包括刀盤直徑，刀盤開口率，刀盤轉速，刀盤扭矩，刀盤驅動功率，推力，掘進速度，螺旋輸送機功率、直徑、長度，送排泥管直徑，送排泥泵功率、揚程等。根據地質條件選擇與盾構掘進速度相匹配的盾構后配套施工設備。20LOGO盾構選型主要方法LOGO（1）根據地層的滲透系數(shù)進行選型地層滲透系數(shù)對于盾構的選型是一個很重要的因素。通常，當?shù)貙拥臐B透系之間時，既可以選用土壓平衡盾構也可以選用泥水式盾構；當?shù)貙拥耐杆禂?shù)大于10-4m/s時，宜選用泥水盾構。212LOGO2.5 盾構選型主要方法LOGO（2）根據地層的顆粒級配進行選型個部位，在土艙中可以建立壓力，平衡開挖面的土體。當巖土中的粉粒和粘粒的總量達到40%以上時,通常會選用土壓平衡盾構,相反的情況選擇泥水盾構比較合適。粉粒的絕對大小通常以0.075mm為界。土壓盾構/泥水盾構的應用范圍篩分粒徑淤泥i 沙 砂礫100粘土 9080706050403020100

中 粗 細

粗 細 中 粗00002

0,006

0,02

0,06

0,2

0,6

2,0

6,0

20.0

602,20泥水盾構土壓盾構泥水盾構LOGO盾構選型主要方法LOGO根據水壓進行選型當水壓大于0.3MPa時，適宜采用泥水盾構。如果采用土壓平衡盾構，螺旋輸引起土倉中土壓力下降，導致開挖面坍塌。當水壓大于0.3MPa時，如因地質原因需采用土壓平衡盾構，則需增大螺旋輸送機的長度，或采用二級螺旋輸送機。土壓平衡盾構不含添加劑土壓平盾構加劑 粘泥水盾含添劑淤泥泥水盾構不含添加劑卵石 23LOGO盾構選型程序LOGO[調查項目]周 ?土地利用狀況圍 ?將來計劃條 ?道路種類、交通狀況件 ?施工用地狀況河川、湖沼等的狀況地地層構成質地下水位（頭）分布條件各層的工程性質（強度特性、變形特性、透水性）

計 劃設計條件整理延長覆土線路工期

環(huán) ?噪聲、振境 ?地基變形條 ?地下水利件 ?施工垃圾處理住房、文物等地上、地下建筑物障 ?埋設物礙 ?水井、廢井物 ?舊建筑物、臨時建筑其它242.6 盾構選型程序LOGO[論證項目]LOGO開挖 ?自立性穩(wěn)面 ?地層構成穩(wěn)定?支護方式性地?影響范圍基?水平、鉛直變形條?臨近建筑物變形件

可能適用的方式選擇敞胸式手掘式半機械式機械式敞胸式手掘式半機械式機械式土壓平衡式泥土 泥 水壓土 加壓壓 壓式 式 式

地下水污染、地環(huán) 下水枯竭境 ?振動、噪保 ?日照、景護 ?交通障礙物處理其 ?開挖土的處他 ?開挖土的搬施工用地252.6 盾構選型程序施工措施的論證[比較論證]

開挖面的穩(wěn)定地基變形

長距離施工急曲線施工障礙物安 全 經 濟 工 期地基變形

盾構

相關措施LOGOLOGO綜合評價方法的選擇 26LOGOLOGOLOGO3.1 土壓平衡盾構構造LOGO盾構機主要由開挖系統(tǒng)、推進系統(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、超前鉆機及預注漿孔、鉸接裝置、通風裝置、碴土改良裝置及其他裝置如盾殼、人閘等組成。雙向（順時針，逆時針）旋輸送機排出。主機由前殼體和后殼體構成鉸接盾構，是用鋼板焊接而成的園型筒體，在內部焊有筋板、環(huán)板等一些加強板，具有耐土壓、水壓的強度。盾構機殼體和盾尾殼體是由管片的外形尺寸、盾構機殼體在施工時所受28的載荷以及對應于隧道最小曲率半徑而決定的，盾尾應有一定的間隙。28LOGO3.1 土壓平衡盾構構造LOGO前后殼體由鉸接油缸聯(lián)接，上下左右可彎曲，在鉸接部分設有鉸接密封。有人行閘。在支撐環(huán)部分的內周安裝有推進、鉸接油缸和管片拼裝機。在盾尾部分安裝有懸臂工作操作臺、盾尾密封等。屬裝置。臺車上安裝有完成盾構各種動作的動力、液壓、電氣、控制、測量設備、管路等。29LOGO土壓平衡盾構構造LOGO303131LOGO盾體LOGO具有足夠的耐土壓、水壓的強度和剛度，抵擋周圍土體壓力。盾體由前體（切口環(huán)）、中體（支撐環(huán)）加劑管路等裝置。LOGO刀盤與刀具LOGO刀盤具有足夠的剛度和強度用于支撐開挖面水土壓力和承受掘進中的推力及扭矩。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。合適的刀盤開口率以保證碴土進入土倉的順暢性。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。刀盤上合理配置添加劑（膨潤土或氣泡）挖面，改善開挖土的塑流性。軟 復土 合刀 刀32盤 盤32LOGO3.3 刀盤與刀具LOGO復合刀盤33軟土刀盤33LOGO3.3 刀盤與刀具LOGO刀具刀、中心切削刀、先行刀。先行刀比主切削刀高，先對開挖面進行切削以減輕對主切削刀及面板磨損。復合刀盤需布置滾刀或焊接撕裂刀（或齒刀），足盾構破巖需要。34復合刀盤34軟土刀盤LOGO3.3 刀盤與刀具LOGO正 周面 邊 先切 刮 行削 刀 刀刀切削刀、刮刀安裝形式中心切削刀353.3 刀盤與刀具雙 單 單刃 刃 刃滾 滾 齒刀 刀 刀三刃滾刀LOGO撕裂刀LOGO

36滾刀安裝形式LOGO3.3 刀盤與刀具LOGO軟土刀盤：主切削刀的布置一般是將刀盤分成內、中、外3部分，內部1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。37主切削刀配置 先行刀配置37LOGO3.3 刀盤與刀具LOGO復合刀盤：滿足盾構破巖需要，結合地質條件布置滾刀。滾刀在盾構推進千斤頂和刀盤旋轉共同作用下，刀刃滾動切入巖體，切入區(qū)產生裂紋，而軌跡相鄰的兩滾刀間裂紋達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。盾構破巖效率與貫入度、轉速正相關，針對一定的巖體強度及RQD條件，提高貫入度與轉速將加大盾構額定推力與扭矩，需考慮推力、轉速、扭矩等因素。38垂直力 刀間距示意圖 滾動力分析38LOGO3.3 刀盤與刀具LOGO垂直力 Vf=f（D，α，δ，ζ，S，P）=D1/2P3/2[4/3*δ+2ζ（S-2Ptanα/2）]tanα/2滾動力 Rf=Vftanβ=VfC【式中：δ--巖石單軸抗壓強度；ζ--巖石無側限抗剪強度；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；針對一定的巖石強度及RQD，δ、ζ、C相當；則由上式知：破巖能力可視為僅由S、P確定。貫入度P在掘進時可調整,而刀間距在刀盤設計時即固定。所以，刀間距的設計是提高破巖能力的關鍵。3940LOGO刀盤與刀具40LOGOLOGO刀盤驅動裝置LOGO刀盤驅動用螺栓安裝在壓力艙壁上，刀盤驅動有變頻電機驅動和液壓驅動兩種方式。刀盤在變頻電機（液壓馬達）驅動和推進油缸的作用下，通過減速器、大小齒輪、三排圓柱滾子軸承完成力和運動的傳遞而實現(xiàn)轉動和切入工作面，實現(xiàn)盾構開挖功能。分、變頻減速電動機等構成。41LOGO3.4 刀盤驅動裝置LOGO42變頻電機驅動42LOGO刀盤驅動裝置LOGO43液壓驅動43LOGO推進裝置LOGO盾體的前進由千斤頂完成。每一組油缸均可獨立控制壓力進行操縱而不會引示的每組油缸行程及壓力。油缸的布置避開了管片接縫。推進油缸安裝在中盾上，布置在盾構機殼體四周。千斤頂頂在壓力艙板后部。推進系統(tǒng)配備大排量、高壓力的變量泵。各自獨立進行壓力調節(jié)?？偟耐七M速度由一個總流量控制閥來調節(jié)。4445LOGO推進裝置45LOGO46LOGO鉸接裝置46LOGO膠密封和緊急密封（緊急膨脹密封）。鉸接油缸安裝在前后殼體上可使前后盾體左右上下彎曲。LOGO盾尾LOGO一般3道鋼絲密封刷；每條注脂管都連接到前油脂腔和后油脂腔；盾尾密封裝置在加注密力，以防止漏漿；注漿管路直徑50mm在盾尾；注漿管設計有特制的窗47口以便于進行維修或清洗堵塞。47LOGO螺旋輸送機LOGO螺旋輸送機形狀一般有軸式和帶式。螺旋機的作用是出碴和調節(jié)土倉土壓力。螺旋輸送機安裝在土倉壁的連接法蘭上。把碴土從盾構機土倉底部運送到皮帶輸送機進料端。排土能力應滿足盾構機在最大掘進速度時排土要求。螺旋輸送機主要部件包括：安裝/連接法蘭（焊接在倉壁上）螺旋前段上有耐磨保護塊前段帶有耐磨保護伸縮段出料管驅動裝置，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卸料口閘門及連接保壓泵的接頭4849LOGO螺旋輸送機49LOGOLOGO管片拼裝機LOGO懸臂梁、移動機架、回轉機架、安裝頭等構件組成。主要運動構件功能均可通過比例控制來實現(xiàn)。裝置但備有線控操作的電纜連接接頭。上。在完成掘進循環(huán)后，一部分千斤頂回縮，為第一片管片留出足夠的空間。其余千斤頂和已經裝好的管片仍保持接觸，以防止盾構機由于土壓而后退。50螺栓連接起來。在管片安裝機夾頭放開管片之前，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)。5051LOGO管片拼裝機51LOGO52LOGO同步注漿系統(tǒng)52LOGO同步注漿通過注漿管路、注漿泵及控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。將砂漿車里的砂漿輸送到后配套拖車的砂漿罐中。掘進期間，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。砂漿泵從盾構機上的砂漿罐向管片外環(huán)間隙注入砂漿，通過行程計數(shù)器和壓力傳感器控制，壓力傳感器連接到PLC同步注漿系統(tǒng)固定裝置止水刷止水性潤滑油脂

水、土壓力LOGOLOGO53同步連續(xù)注漿管53注油脂管 管片LOGO泡沫發(fā)生系統(tǒng)LOGO能低，良好的彈性，降低對盾構機的附著性，減少對盾構機的磨損。泡沫發(fā)生系統(tǒng)由以下部件組成：刀盤上有個注入點土艙壓力板上有注入點螺旋輸送機上有個注入點水泵(離心式)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54用水沖洗時的切換裝置54LOGO3.11 泡沫發(fā)生系統(tǒng)LOGO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管路。泡沫是在泡沫發(fā)生器內用空氣對液體進行攪拌混合而獲得的?？諝夂鸵后w的劑量是通過PLC操作單元和流量計來計量的。是否進行調整主要是根據掘進速度、支持注入到刀盤前端、土倉和螺旋輸送機內。泡沫管路系統(tǒng)也可用于選擇提供水或者聚合物。5556LOGO泡沫發(fā)生系統(tǒng)56LOGOLOGO油脂注入系統(tǒng)LOGO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。軸承、主軸承唇密封、螺旋輸送機唇密封和回轉單元提供油脂。57LOGO皮帶輸送機LOGO送來的碴土轉運到后部拖車的尾部裝在碴土列車上。后配套上的出料口組成。主要組成。在驅動裝置部分裝有一個機械式可調節(jié)的刮料器。帶輸送機有防跑偏裝置、急停拉線裝置。58LOGO其它系統(tǒng)和裝置LOGO雙倉人行閘土倉自動壓力調整裝置管片運輸軌道梁懸臂操作臺電氣系統(tǒng)通風系統(tǒng)數(shù)據采集存儲和傳輸系統(tǒng)故障自診斷報警聯(lián)鎖系統(tǒng)自動導向測量系統(tǒng)59控制系統(tǒng)與操作面板59LOGOLOGOLOGO4.1 施工流程LOGO盾構機是集機、電、液、光于一體的技術含量高的大型隧道施工設備，性能先進、結構復雜，施工機械化、自動化程度高。盾構施工系統(tǒng)性強，往往牽一發(fā)而動全身。盾構隧道施工一般經歷的五個階段：盾構機制造、下井、組裝、調試、驗收等和盾構始發(fā)準備；盾構始發(fā)和試掘進；盾構正常段掘進；盾構到達段掘進和盾構到達；盾構解體、吊出等。盾構施工三個主要工序：開挖出土、管片拼裝、同步注漿61施工控制的三個要點：開挖面的穩(wěn)定、盾構沿設計路線高精度推進（構姿態(tài)、隧道方向）、管片作業(yè)61施工流程盾構機下井始發(fā)站盾構總體施工流程：到達端頭加固始發(fā)井交付使用→盾構托架就位→盾構機下井、安裝、調試→初始掘進（L=80~100m）→負環(huán)拆除及其它調整→正常掘進→盾構機到達中間站→盾構機通過中間站→盾構機再次安裝、調試→盾構機再次初始掘進→正常掘進→盾構機到達終點站→盾構機解體外運→隧道清理驗收到達端頭加固

始發(fā)端頭加固反力架安裝始發(fā)端頭加固

盾構機就位調試設備調整正常掘進過 站中間站到達車站過 站中間站再次就位調試再次始發(fā)

洞門密封圈安裝洞門密封圈安裝洞門密封圈安裝盾構機托架到達終點站到達站LOGO62LOGO盾構機解體外運LOGO盾構下井組裝、調試與驗收LOGO（1）盾構下井組裝整機組裝：始發(fā)井（場地）應具有容納盾構主機和后部臺車的條件，將盾構主機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→螺旋輸送機→盾尾→管線連接→組裝完成。分體組裝：始發(fā)井應具有容納盾構主機的條件，地面應有能放置盾構后配套下井組裝。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（根據工作條件逐次下井組裝）。63LOGO盾構下井組裝、調試與驗收LOGO盾構調試盾構在工廠及工地組裝和連接完成后，應進行調試，主要調試內容包括：刀盤應著重觀測刀盤轉動和端面跳動是否符合要求?？蛰d調試合格后在試掘進期進行設備負荷調試。除空載調試內容外，還應進行個工作系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)達到滿足正常生產要求的工作狀態(tài)。盾構驗收驗收程序一般為：由購買方和制造商共同認定《驗收大綱》；共同逐項進行驗收；購買方在驗收過程中根據合同及設計聯(lián)絡會議中提到的設計要求，對盾構組裝與調試中出現(xiàn)的問題向制造商提出整改要求。64應包括:工廠驗收、組裝驗收、試掘進驗收。64LOGO盾構始發(fā)與到達LOGO盾構始發(fā)施工階段：指從破除洞門、盾構始發(fā)推進到盾構掘進、壁后注漿、渣土運輸?shù)热ば蛘归_前的施工階段。盾構接收施工階段：指盾構刀盤進入加固土體的掘進施工及盾構主機完全進入接收基座的施工階段。始發(fā)和到達施工時可能發(fā)生盾構隧道偏離、始發(fā)反力架與盾構基座變形或移位、洞門涌水、涌泥砂、地表沉降過大以及坍塌等危險情況，施工風險大。技術方案和措施，加強技術管理、現(xiàn)場管理，盾構始發(fā)與接收的風險是可控的。應根據始發(fā)和到達部位地質、環(huán)境、隧道設計等條件，結合始發(fā)和到達階段施工特點，制定始發(fā)和到達專項施工方案；應嚴格按方案實施，并對地表、臨近地面建（構筑物、地下埋設物、始發(fā)反力架、盾構基座、洞門密封裝置等進行觀察和監(jiān)測。6566LOGO4.3 盾構始發(fā)與到達66LOGO4.3 盾構始發(fā)與到達始發(fā)與到達的基本工況與要求盾構始發(fā)與到達時需拆除鋼筋砼圍護結構，要求裸露的土體應穩(wěn)定、無漏水；始發(fā)與到達是一段工作過程，盾構在此期間逐漸建壓（或逐漸減壓、失壓），一定范圍的土體保持穩(wěn)定及無漏水的狀態(tài)；加固土體

擋土墻

反力架注漿孔

原狀土體注漿孔

加固土體

擋土墻切削土

同步注漿

切削土LOGO到達階段：需逐漸降低土壓直至降為0，以LOGO到達階段：需逐漸降低土壓直至降為0，以式擋土墻越來越薄。67接收托架始發(fā)托架始發(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。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。LOGO4.3 盾構始發(fā)與到達LOGO端頭加固方案加固范圍應考慮地層與地下水特性（水、砂層）、盾構機長度以及盾構周徑向孔位置等因素。經現(xiàn)場取樣試驗確定并滿足設計要求。68LOGO4.3 盾構始發(fā)與到達LOGO推薦加固方案粘土、黃土、殘積土等（條件：無水；有水，C、φ效果）推薦方案：素混凝土樁、墻擋土加固（+降水）。粉土、淤泥質土、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)墻設計（一般墻趾深入隔水層）時，推薦加固方法：U土連續(xù)+旋噴樁加固+降水當用其他方法難以達到穩(wěn)定開挖面土體時，采用凍結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。694.3 盾構始發(fā)與到達始發(fā)與到達施工流程始發(fā)部位地層加固

洞口段地層加固盾構接收基座安裝與加固洞門密封裝置安裝安裝盾構始發(fā)基座洞門擋土結構物第一次鑿除洞門密封裝置安裝安裝盾構始發(fā)基座盾構組裝隧道貫通前測量盾構組裝隧道貫通前測量盾構調試 洞門擋土結構物第一次鑿除盾構調試洞門擋土結構物第一次鑿除掘進參數(shù)調整掘進方向控制掘進參數(shù)調整安裝反力架與洞門密封裝置 到達段掘進安裝反力架與洞門密封裝置到達段掘進洞門擋土結構第二次鑿除安裝負環(huán)管片、定位 洞門擋土結構第二次鑿除 洞門擋土結構第二次鑿除安裝負環(huán)管片、定位始發(fā)推進與負環(huán)管片安裝隧道貫通、盾構上接收托架盾尾通過洞門密封后進行洞門封堵盾尾通過洞門密封后洞門封堵始發(fā)推進與負環(huán)管片安裝隧道貫通、盾構上接收托架盾尾通過洞門密封后進行洞門封堵盾尾通過洞門密封后洞門封堵盾構掘進與管片安裝 洞門封堵等墻后盾構完全上接收托架LOGO盾構始發(fā)作業(yè)流程圖LOGO

盾構到達作業(yè)流程圖70LOGO4.3 盾構始發(fā)與到達LOGO始發(fā)施工要點構旋轉措施，對始發(fā)時的偏壓保持有充分的強度。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‰；其材質、形狀和尺寸。必須牢固地固定在盾構始發(fā)洞口上。在洞門密封壓板上設置防反轉裝置。負環(huán)管片和反力架位置；反力架基面要有足夠的平整度。負環(huán)管片定位時，管片橫斷面應與隧道軸線垂直。71侵入設計輪廓范圍之內。71采用設置導臺等措施防止盾構機機頭下降。LOGO4.3 盾構始發(fā)與到達LOGO重合。始發(fā)掘進應滿足以下要求：抹油脂，避免損壞洞門密封裝置。對脫出盾尾的負環(huán)管片應及時進行加固，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過程中必須加強對地面沉降監(jiān)測并及時反饋分析，不斷調整盾構掘進施工參數(shù)。與洞門可靠封閉。72圈做大。72LOGO4.3 盾構始發(fā)與到達LOGO到達施工要點在距離接收井100m測量，確定盾構姿態(tài)及糾偏計劃；糾偏應逐步完成，每一環(huán)糾偏量不能過大。在距離接收井50m慢均勻地切削土體，距離小于10m時，進一步控制盾構掘進速度和掘進參數(shù)。臨近接收井的20環(huán)管片應做好螺栓緊固、拉緊使之連成整體，防止管片松弛而影響密封防水效果。盾構中盾進入加固區(qū)后，應利用其徑向注漿孔封堵加固區(qū)的漏水通道。在拼裝的管片進入加固范圍后，應采用快硬性漿液封堵。應密切觀察洞門情況，發(fā)現(xiàn)有漏漿現(xiàn)象應立即停止注漿并進行處理。73膠板，防止洞門泥土及漿液漏出。73盾構接收到基座上后，應及時做好管片與洞門密封圈間的密封。LOGO4.3 盾構始發(fā)與到達LOGO分體始發(fā)分臺車分開前行，待初始掘進完成后再將盾體與臺車在隧道內安裝連接進行正常掘進的施工方法。盾構整體始發(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。在尋求解決盾構施工和車站施工相互影響的過程中，小空間內的分體始發(fā)成為了最好的解決辦法。括管路的接長連接、線路的接長連接、盾構機部分設備的改裝、臨時出土口的安裝等內容。7475LOGO4.3 盾構始發(fā)與到達75LOGO76LOGO4.3 盾構始發(fā)與到達76LOGOLOGO4.3 盾構始發(fā)與到達LOGO幾種特殊的接收工法到達施工中應逐漸降低土（泥水）倉壓力，當有承壓水砂性土層加固效果不理想或盾構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）物和地下管線等的安全。為了規(guī)避此類風險，根據地質、環(huán)境條件，宜選擇盾構土中接收或鋼套筒接收或箱體接收等方法，模擬盾構在原狀土中的掘進工況，保持土（泥水）倉內壓力平衡，以控制地層沉降，防止出現(xiàn)險情。鋼筋混凝土擋墻、箱體與鋼套筒等設施的結構物應經專門設計計算，滿足盾構自重、盾構掘進時的推力、扭矩、土（泥水）倉壓力等受力要求。為確保洞門擋土結構破除安全，應采取適當?shù)牡貙蛹庸檀胧?7施工孔洞。774.3 盾構始發(fā)與到達進行填充：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，可采用低標號砂漿對鋼套筒或箱體進行填充，并封閉預留的施工孔洞。盾構到達接收井后，應對洞門進行注漿封堵。應在確認洞門密封可靠后方可進行填充物的清理和接收設施的拆除。擋土墻

水 注漿孔

砂、土

擋墻盾構土中接收LOGOLOGO78砼導臺盾構始發(fā)與到達

盾構鋼套筒接收擋土墻 人孔 鋼筋混凝土箱體注漿孔回填土LOGOLOGO砼導臺

盾構箱體接收 79盾構掘進模式硬不均勻地層的施工，并能根據地層及環(huán)境條件需要采用適當?shù)木蜻M模式掘進，確保開挖面穩(wěn)定。掘進作業(yè)一般有土壓平衡模式、開敞模式及半開敞模式三種模式。應根據地層軟硬情況、地下水狀況、地表沉降控制要求等選擇合適的掘進模式。作為過渡模式，并在地質條件較好的地層中完成。采用半敞開模式（局部氣壓模式）氣、噴涌。壓縮空氣LOGOLOGO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

土倉壓力分布

80IV級圍巖，重要建(構)筑物LOGO盾構掘進模式LOGO狀況、地表沉降要求等選擇合適的掘進模式。當?shù)貙榆浫酢⒌叵滤S富，且地表沉降要求高時，應采用土壓平衡模式掘進；當?shù)貙虞^硬且穩(wěn)定可采用開敞模式掘進；當?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。三種掘進模式在掘進中可以相互轉換，在掘進模式轉換過程中，特別是土壓平衡模式和開敞模式相互轉換時，采用半開敞模式來逐步過渡并在地層穩(wěn)定性較好地選擇半開敞模式（局部氣壓模式）道直徑等因素。應事先調查地層土的粒度組成、透水性和透氣性、地下水狀態(tài)等，掘進施工時應判斷開挖面狀態(tài)，測定并記錄涌水量、空氣消耗量、并與調查資料比較，反饋指導施工。對可能發(fā)生漏氣、噴涌等現(xiàn)象應制定相應控制措施。81LOGO盾構試掘進LOGO盾構試掘進為正常掘進控制提供依據。摸索、了解、掌握、驗證盾構適應性能及施工規(guī)律。地表變形量測點，施工時跟蹤測量地表沉降、隆起變形。力等施工參數(shù)，為后續(xù)掘進取得可供借鑒的施工參數(shù)和施工操作經驗。目前，城市地鐵盾構隧道試掘進段長度一般為100m。當管片和圍巖間的摩擦阻力滿足盾構掘進所需的反力時，方可拆除負環(huán)管片與始發(fā)反力架。拆除負環(huán)管片和始發(fā)反力架后，盾構掘進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—盾構千斤頂推力（kN）；82D—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）。82LOGO碴土改良技術LOGO土倉內渣土塑流狀態(tài)，并降低對刀盤、刀具和螺旋輸送機等的磨損。提高土倉內渣土的塑流性，防止開挖土砂在盾構內粘附等。83發(fā)泡劑注入后碴土改良效果83LOGO盾構掘進與參數(shù)管理LOGO盾構掘進過程中必須對成環(huán)管片與地層之間進行壁后注漿；掘進至一個管片環(huán)寬度時，應停止掘進，進行管片拼裝。構姿態(tài)以及盾構初始掘進階段的經驗，選擇盾構掘進模式，設定土倉壓力、刀盤轉速、推力、扭矩、螺旋輸送機轉速、排土量、盾構滾轉角、俯仰角、偏角等掘進參數(shù)?？蓮亩軜嬀蜻M兩環(huán)以上的狀態(tài)測量資料分析出盾構掘進趨勢，并通過地表變形量測數(shù)據判定預設的土倉壓力的準確程度，從而調整施工參數(shù)，制定出當班盾構掘進指令。分析反饋，調整掘進參數(shù)，控制盾構姿態(tài)。844.7 盾構掘進與參數(shù)管理土壓平衡盾構掘進作業(yè)流程準備工作→轉動刀盤→啟動次級運輸系統(tǒng)（皮帶機）→啟動推進千斤頂→啟動首級運輸系統(tǒng)（螺旋機）→回填注漿→停止掘進→安裝管片→準備下一環(huán)掘進

開始設定土倉壓力P0設定刀盤扭矩、轉速設定推力上限值設定添加劑注入參數(shù)設定掘進速度設定螺旋輸送機轉速盾構掘進設定推力上限值設定添加劑注入參數(shù)設定掘進速度設定螺旋輸送機轉速盾構掘進調整螺旋輸送機參數(shù)調整添加劑注入參數(shù)否 刀盤扭矩、推是否不超過上調整螺旋輸送機參數(shù)調整添加劑注入參數(shù)LOGO是LOGO實際土倉壓力P1 與P0是否相符是否渣土塑流性滿足要求是調整掘進參數(shù)否調整掘進參數(shù)排土量是否正常是調整掘進參數(shù)與方向控制否調整掘進參數(shù)與方向控制盾構姿態(tài)是否正確是調整掘進參數(shù)與加強注漿否 地表沉降等監(jiān)測數(shù)據是否在允許范圍內調整掘進參數(shù)與加強注漿85是85繼續(xù)盾構掘進土壓平衡盾構掘進作業(yè)流程圖LOGO4.7 盾構掘進與參數(shù)管理LOGO盾構掘進過程：速與油壓、螺旋機轉速與油壓、排土速度、盾構姿態(tài)，以及盾構分組推進油缸伸出長度等施工參數(shù)是否正常，發(fā)現(xiàn)異常應及時調整。應保持盾構配套設備、抽排水與通風設備、運輸設備、供電系統(tǒng)等正常運轉。應保持盾構密封。應按設定的參數(shù)沿隧道軸線進行盾構掘進，并作好詳細的施工記錄（盾構推進油缸行程、掘進速度、推力、扭矩、土（泥水）倉壓力、刀盤轉速、螺旋輸送機轉速、排土量、盾構姿態(tài)、盾構內壁與管片間隙、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（量；刀盤轉速和扭矩；注漿壓力和注漿量）加強掘進控制管理。864.7 盾構掘進與參數(shù)管理應使土倉內渣土具有適當塑流性并防止地下水流出，保持土壓平衡盾構開挖面 塑性流性穩(wěn)定所需土倉壓力，維持與盾構推進量相 管理

開挖面穩(wěn)定管理選擇添加劑添加劑注入量、配比設定硬 軟塑流狀態(tài)平衡的排土量，對渣土塑流性、土倉壓力、壓掘進參數(shù)和排土量等進行動態(tài)管理。 土壓力管設定的土倉壓力應能抵抗開挖面前方 理 的水土壓力，并應保持土倉壓力。開挖面掘進數(shù)前方水土壓力計算可采用主動土壓力和靜 參數(shù)理管理止土壓力，一般：以控制地表沉降為目的土時取上限，確保開挖面穩(wěn)定但允許產生少 排土量管量地表沉降時取下限。應通過施工監(jiān)測數(shù) 理監(jiān)據反饋和掘進參數(shù)等分析，適當調整土倉 視壓力設定值。

注入量增大螺旋排土器旋轉速度增加盾構刀盤掘進速度降低螺旋排土器旋轉速度增加盾構刀盤掘進速度降低反饋

好土倉壓力設定土倉壓力設定掘進速度，盾構負荷上限設定掘進速度，盾構負荷上限設定正常正常正常地表變形確認，檢查正常下一步掘進

注入量減少低螺旋排土器旋轉速度降低螺旋排土器旋轉速度降低盾構刀盤掘進速度增加降低掘進速度超上限降低掘進速度超上限過或不足超限87LOGO土壓平衡盾構開挖面穩(wěn)定管理流程圖LOGOLOGO4.7 盾構掘進與參數(shù)管理LOGO理論掘進排土量相平衡，采取測量排出渣土體積和重量的方法來計量排土量，與理論排土量進行比較，判斷排土量大小，并根據掘進狀況進行調整和控制。量或排土方式等因素影響，渣土容重也會發(fā)生變化，要準確地管理排土量比較困難。應根據土倉壓力和排土量同時進行管理，防止地層沉降或開挖面失穩(wěn)。盾構掘進過程中遇到下列情況時，應及時處理：盾構前方地層發(fā)生坍塌或遇有障礙。盾構滾動角大于3°。盾構軸線偏離隧道軸線大于50mm。盾構推力與預計值相差較大。管片嚴重開裂或嚴重錯臺。壁后注漿系統(tǒng)發(fā)生故障無法注漿。88盾構掘進扭矩發(fā)生異常波動。88LOGO4.7 盾構掘進與參數(shù)管理LOGO盾構暫停掘進時，應采取措施保持土（泥水）埋深、地表變形等條件和設備特點，采取針對性的技術措施。當盾構因故臨時停止掘進且時間較短時，可采取向土倉內注入泡沫或泥漿等措施保持土倉壓力。當盾構因故較長時間停止掘進時：在停止掘進前應做好停機準備工作。停止掘進前的最后一環(huán)掘進完后土倉壓力比設定壓力值略大。采取向土倉內注入泡沫或泥漿等措施保持土倉壓力。摩擦阻力。采取措施保護盾構上的壁后注漿、泡沫和泥漿等注入管路。89可定時做小距離不出土推進，防止盾尾被壁后注漿漿液包裹。89LOGO盾構掘進與參數(shù)管理LOGO用使管片損傷，應采取措施防止管片上?。嚎刹捎每炷凉{液進行壁后注漿，盡快封閉管片與地層的間隙。應控制盾構姿態(tài)和正確地選擇管片類型，減小盾構推進油缸反力向上分力。必要時，使盾構在設計軸線下方掘進，預留管片上浮量。90LOGO土倉壓力設定與控制LOGO主要問題（1）設定合適的土倉壓力確保開挖面的穩(wěn)定，關系到盾構施工效率和工程環(huán)境安全。開挖面地層穩(wěn)定性較好進速度下降，存在盾構掘進效率降低、設備能耗和損耗加大等問題；開挖面地層穩(wěn)定性較差成地層水土流失過多，導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定采用經驗數(shù)據的現(xiàn)象較多，往往會出現(xiàn)土倉壓力設定時或大或小的偏差，不利于施工控制。91LOGO4.8 土倉壓力設定與控制LOGO盾構土壓力設定在土壓平衡盾構土倉隔板上安裝有土壓力傳感器，土倉壓力值由土壓傳感將測得的土壓力值與設定的土倉壓力轉速或推進液壓缸的伸出速度，使土倉壓力的測定值與設定土倉壓力相等。92LOGO934.8 土倉壓力設定與控制LOGO93計算開挖面前方土壓力獲取地層物理力學指標。地質勘探、土工試驗或參考經驗數(shù)據，得出γ、cφ以及地下水頭高度等。計算隧道上方覆土自重應力和地面荷載引起的附加應力等。確定土壓力系數(shù)。靜止土壓力系數(shù)K0（K0=1-sinφ），數(shù)Ka=tg2(45°－φ/2)、Kp=tg2(45°+φ/2)。采用土壓力計算公式計算開挖面前方土壓力。LOGO4.8 土倉壓力設定與控制LOGO【開挖面前方土壓力理論計算】【1】三種類型土壓力開挖面前方土體容重γ，粘聚力c，有效內摩擦角φ，靜止土壓力系數(shù)為K0。 靜止土壓力時，土則：土1K0q2K0(+γD) p土=(q+γh)tg2(45°-φ/2)-2ctg(45°-φ/2)則：土1=tg2(4°-φ/2)-2ctg(4°-φ/2)2+γD)t2(4°-φ/2)-2ctg(4°-φ/2)94 p土=(q+γh)tg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2)則：土1=tg2(4°+φ/2)+2ctg(4°+φ/2)942+γD)t2(4°+φ/2)+2ctg(4°+φ/2)LOGO4.8 土倉壓力設定與控制LOGO【2】開挖面前方土壓力計算時應結合工程實際進行：當開挖面前方土體有地下水時，還應考慮地下水對開挖面前方土體土壓力影響：的土壓力采用浮容重和有效應力抗剪強度指標計算；標計算。用，可采用近似方法將地面荷載換算成等值填土高度進行計算，其垂直應力與隧道開挖面以上的土體自重應力疊加。95開挖面前方土體成層分布時，各層土的容重γ、粘聚力c，有效內摩擦角φ在進行土壓力計算時按各層高度及地層物理力學參數(shù)分層計算，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。95LOGO4.8 土倉壓力設定與控制LOGO確定土倉壓力設定值結合盾構施工狀態(tài)與工程實踐經驗，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盾構隧道開挖后，圍巖的應力釋放和變形發(fā)展具有空間和時間效應，圍巖變形不是瞬時就達到其最終值，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，在土體變形的初期階段采用盾構殼體或管片及管片背后的注漿體來支承因此，允許圍巖有一定變形且滿足沉降要求時，可適當減小土倉壓力設定值，有利于盾構推進參數(shù)控制和掘進效率提高。實際上，這種利用圍巖變形的時空效應以適當減小土倉壓力的做法在施工中會經常用到。96理論計算被動土壓力往往比較大，土倉壓力設定值不會達到被動土壓力的數(shù)值。96LOGO4.8 土倉壓力設定與控制LOGO一般情況下：地層穩(wěn)定性較好且地面沉降要求不高個數(shù)值為土倉壓力設定值；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定值；地層穩(wěn)定性較差且地面沉降要求較高設定土倉壓力值。由于開挖面前方地層地質的復雜性以及土壓力理論的假定對計算結果的影響，實際施工中還應通過地面沉降等監(jiān)測數(shù)據的分析對土倉壓力設定值進行適當修正97LOGO4.8 土倉壓力設定與控制LOGO盾構土壓力控制方法因此，力進行控制。開挖面前方土體的性質可通過地層加固等手段進行改善，但受加固條件和98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)和到達端頭等）采取地層加固措施。開挖面前方土體性質一般情況下不可人為改變，要實現(xiàn)土壓平衡模式掘進，就需要通過改善土倉內土體性質，并采用輔助技術措施改變土倉內土壓力的大小，使土倉壓力的大小與開挖面前方土壓力大致相等，因此，根據開挖面前方土壓力的大小設定好土倉壓力后，重點應進行土倉內土壓力控制。98LOGO4.8 土倉壓力設定與控制LOGO采用土壓力理論計算方法，估算土倉內土體的靜止土壓力和被動土壓力，以此為指導，采取技術措施對土倉壓力的實測值進行控制。在盾構推進狀態(tài)，對粘聚力較大（細顆粒含量較高）的粘土地層，要采取措施降低土倉內上下部的土壓力；而對粘聚力較?。氼w粒含量較低）則要采取措施增大土倉內上部土壓，降低土倉內下部土壓。在盾構停機狀態(tài)，土倉上下部的土倉壓力都要采取措施適當增大。通過監(jiān)測數(shù)據對土倉壓力設定值進行修正是必要的，但由于地面沉降等生了一定難度，因此，關鍵還是要控制土倉壓力的大小，以保持開挖面穩(wěn)定。99LOGO4.8 土倉壓力設定與控制LOGO盾構土壓力控制技術措施結合理論分析和工程實踐，一般采取土倉內土體改良、輔助壓氣以及嚴格控制出土量等技術措施進行土倉壓力的建立和控制。盾構推進時，對粘聚力較小的地層，需改善土倉內土體性質，通過提高粘采取向土倉內注入膨潤土泥漿可以增大粘聚力并減小內摩擦角，對土倉壓力的改變效果明顯。100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。100LOGO4.8 土倉壓力設定與控制LOGO盾構推進時，對粘聚力較大的地層，采用注入泡沫或水的方法，降低土塑流性。盾構停機時，土倉壓力往往會有所下降，開挖面的穩(wěn)定性會受到影響，充土壓不足，使土倉內土壓與開挖面前方的主動土壓力相一致。101實際施工中土倉內的碴土很難完全充滿，對粘聚力較小的地層，由于土面前方土體進入土倉內的空間。101LOGO4.8 土倉壓力設定與控制LOGO通過螺旋輸送機出土控制，使土倉壓力保持相對穩(wěn)定，防止出現(xiàn)較大波行對比分析，使實際出土量與理論出土量基本吻合。在實際施工中，通過觀測土倉隔板上土壓力傳感器顯示的土倉壓力實測值與土倉壓力設定值進行比較，判斷土倉壓力的偏差。根據具體情況采用上述一種或幾種組合的技術措施，控制土倉壓力的實測值與設定值基本一致，實現(xiàn)土壓平衡以保持開挖面穩(wěn)定。102LOGO4.9 盾構姿態(tài)控制與糾偏LOGO盾構姿態(tài)控制盾構掘進時應采取正確分組控制盾構推進油缸、正確選擇管片類型以及適當使用鉸接裝置等方法控制盾構姿態(tài)，使盾構按隧道線路正確地掘進。按照隧道線路掘進的重要因素，掘進方向取決于推力的大小和推力的作用位置，應事先考慮隧道線形選擇推進油缸的分組、位置和各分組推力的大小等，盾構掘進時正確掌握盾構的位置和方向，同時使推進油缸作用在適當?shù)奈恢?。使用多個推進油缸，也可按曲線半徑的大小適當使用鉸接裝置的油缸推進。選擇管片類型，并嚴格控制管片拼裝質量與精度。103LOGO4.9 盾構姿態(tài)控制與糾偏LOGO動偏差等姿態(tài)監(jiān)控，定期測量和復核隧道軸線、管片直徑與不圓度﹑管片水平和垂直偏差等管片狀態(tài)，通過測量左右、上下推進油缸行程差和盾尾間隙分析管片和盾構的相對位置。因自重而產生的栽頭現(xiàn)象。盾構掘進過程中應隨時監(jiān)測和控制盾構姿態(tài)，盾構軸線偏離隧道軸線允許偏差應不超過±50mm，盾構滾動角在3°以內。復核，并詳細記錄。104LOGO4.9 盾構姿態(tài)控制與糾偏LOGO盾構糾偏當發(fā)現(xiàn)盾構姿態(tài)、隧道軸線等出現(xiàn)偏差時，應及時糾偏。盾構糾偏只能在此范圍內調整，盾構糾偏應及時、連續(xù)，控制一次最大糾偏量在允許范圍之內，不應過量糾偏。（3)應防止過量糾偏而損壞已拼裝管片和破壞盾構密封。過量糾偏會使盾構軸線與隧道軸線產生較大的夾角，導致盾殼卡住盾尾內的管片而引起管片被擠壓破壞或增加下環(huán)管片拼裝難度，也會由于擠壓盾尾刷而影響盾尾密封效果，同時也會增加盾構對地層的擾動。要在掘進的過程中，進行適時的測量與糾正，控制偏差在允許范圍之內。105LOGO4.9 盾構姿態(tài)控制與糾偏LOGO根據盾構的橫向和豎向偏差及滾動偏差，可采取推進油缸分組控制或使用超挖刀或反轉刀盤等措施調整盾構姿態(tài)。根據施工經驗，盾構縱坡和盾構平面最大糾偏量：盾構縱坡最大糾偏量： i=(i盾-i襯)≤[i]盾構平面最大糾偏量： ΔL＜S×tanα控制盾構推進油缸的方法進行糾偏，也可適當使用鉸接裝置糾偏。糾正滾動偏差時采用改變刀盤旋轉方向、施加反向旋轉力矩的方法進行糾偏。曲線段糾偏時可采取使用超挖刀適當超挖增大建筑間隙的方法來糾偏。當偏差過大時，應在較長距離內分次限量逐步糾偏。106LOGO4.10 管片選型與安裝LOGO的好壞。管片生產與安裝質量的好壞不僅直接關系到成洞的質量，而且對盾構機能否繼續(xù)順利推進有著直接的影響。管片采用工廠化預制生產，嚴格控制生產各環(huán)節(jié)，確保管片生產質量。107LOGO上0.00右LOGO上0.00右左0.00下管片環(huán)型號：P1轉向：平行向前管片安裝順序：A2-A3-A1-C-B-K（4）管片安裝采取自下而上的原則，由下部開始，先裝底部標準塊（或鄰接0.000.00塊），再對稱安裝標準塊和鄰接塊，最后安裝封頂塊，封頂塊安裝時，先縱向搭接2/3，徑向推上，然后縱向插入。用管片拼裝機將管片吊起，沿吊機梁0.000.00移動至盾尾位置。第1環(huán)安裝時千斤頂交替收回，即安裝那段管片收回那段相對應的千斤頂，其余千斤頂仍頂緊。第1環(huán)1084.11 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。同步注漿注漿管

壁后注漿管LOGOLOGO盾尾 盾尾孔隙注漿注漿孔109LOGO4.11 壁后注漿LOGO同步注漿液應具備的性能：良好的長期穩(wěn)定性及流動性，并能保證適當?shù)某跄龝r間，以適應盾構施工及遠距離輸送的要求；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，不易產生傾析現(xiàn)象；漿液固結后體積收縮小，泌水率??；原材料來源豐富、經濟，施工管理方便，并能滿足施工自動化技術要求等。110LOGO4.11 壁后注漿LOGO以盾尾間隙量為基礎，結合地層、線路適當考慮注漿系數(shù)，以達到充填密實。注漿系數(shù)主要由土質系數(shù)、超挖系數(shù)決定。漿液特性和土倉壓力的基礎上確定，要求理論注漿壓力（壓入口處）應略大于地層土壓和水壓之和，以達到對環(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。同步注漿結束標準（雙控標準）：注漿壓力達到設計壓力；注漿量達到理論注漿量的90%以上。111LOGO4.11 壁后注漿LOGO二次注漿者水玻璃水泥漿液。水泥漿液（單液漿）：宜用42.5級以上的硅酸鹽水泥。水灰比根據漏水、沉降情況而定，一般采用1.5:1、1:1、0.75:1、0.5:1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。注漿壓力一般視地質情況和覆土深度而定，壓力一般控制在0.15~0.25Mpa，對土體產生大的擾動。112LOGO4.12 盾構隧道防水LOGO管片結構自防水管片的生產主抓三個方面：砼密實度、抗裂性能和制作精度。管片接縫防水雜物清理干凈。傳力襯墊嵌縫防水螺栓孔防水注漿孔防水接口防水LOGO771610LOGO771610壓縮前壓緊后3333LOGO刀具更換與人員壓氣進倉LOGO刀具更換落、缺損，必須進行刀具更換。應根據施工條件和盾構掘進情況，分析判斷刀具磨損程度和地層穩(wěn)定性，確定刀具更換的地點與方法，并做好相關準備工作。盾構土倉敞開時，刀具磨損情況可直接測量，對需更換的刀具進行更換；盾構更換的地點和方法。探等方法來判斷。1154.13 刀具更換與人員壓氣進倉一般，刀具磨損程度是根據記錄的掘進數(shù)據變化、地質和刀具配置情況等綜合分析判斷；也可采用輔助性磨耗探測裝置；還可通過計算磨損量進行預測。 K

DNLVLOGOLOGO式中：δ——磨損量（mm）（最外周部）；K——磨損系數(shù)（mm/km），因地質條件、施工方法、材料和配置等而異，應考慮類似工程的實績來確定；D——盾構外徑（m）；N——刀轉速（rpm）；L——推進距離（km）；V——推進速度（m/min）或氣壓作業(yè)等措施，確保開挖面穩(wěn)定。和磨損量測量→確認需更換刀具→運入工具、刀具、器材等→刀具拆除→刀具安裝→刀具更換記錄→整體檢查等。4.13 刀具更換與人員壓氣進倉正常磨損滾刀 非正常磨損滾刀 嚴重磨損的滾刀LOGO邊緣刮刀掉落LOGO

刀圈斷裂

刮刀掉落后磨損LOGO4.13 刀具更換與人員壓氣進倉LOGO人員壓氣進倉常壓或帶壓開倉作業(yè)應執(zhí)行《盾構法開倉及氣壓作業(yè)技術規(guī)范》2014）的有關規(guī)定。編制開倉作業(yè)專項方案和專項應急預案；帶壓進倉作業(yè)還應制定詳細的加壓減壓作業(yè)指導書。壓力的條件下實施氣壓作業(yè)。由于地質條件復雜多變，且開倉及氣壓作業(yè)時間較長，如果地層不滿足氣體保壓要求，容易發(fā)生開挖面失穩(wěn)、地層變形、地表沉降、損壞地表和地下建（構）筑物等情況。因此，氣壓作業(yè)前應進行地層保壓試驗，檢查地層漏氣情況，保證土倉內氣壓達到設定的工作壓力且不發(fā)生較大波動。4.13 刀具更換與人員壓氣進倉氣壓作業(yè)人員帶壓進出土倉應嚴格按作業(yè)程序進行。設備檢查人員（材料）進入預備艙開啟記錄設備人員（材料）進入預備艙確保預備艙和主艙壓力門關閉確保預備艙和主艙壓力門關閉土倉內作業(yè)完畢關閉預備艙門人員（材料）進入主艙，關閉密閉門預備艙升壓關閉預備艙門人員（材料）進入主艙，關閉密閉門預備艙升壓主艙降壓否預備艙壓力是否等于工作壓力

否主艙壓力是否等于大氣壓力人員（材料）進入主艙關閉主艙門（材料）離開主艙人員（材料）進入主艙關閉主艙門（材料）離開主艙主艙升壓停止記錄設備打印進艙記錄主艙升壓否主艙壓力是否等于土倉壓力開啟土倉密閉門是開啟土倉密閉門LOGOLOGO進入土倉內作業(yè)

119LOGO4.13 刀具更換與人員壓氣進倉LOGO帶壓進倉更換刀具前，應完成下列準備工作：對盾構設備以及帶壓進倉作業(yè)設備進行全面檢查和試運行，確保設備滿足帶壓進倉的要求。應通過計算與試驗確定氣壓作業(yè)工作壓力，以穩(wěn)定工作面和防止地下水滲漏。采用兩種不同的動力裝置，保證不間斷供氣。業(yè)人員培訓合格后方可作業(yè)；進倉作業(yè)人員應經體檢合格。通訊計算所得的土倉工作壓力進行現(xiàn)場試驗，如能保證開挖面穩(wěn)定，則可確定為工作壓力。能保證開挖面穩(wěn)定的土倉工作壓力可采用下式計算：P=Pw+Pr式中：Pw—計算至隧道開挖中心的水頭壓力；120Pr—考慮不同地質條件、地面環(huán)境及開挖面位置的壓力調整值。120LOGO刀具更換與人員壓氣進倉LOGO帶壓更換刀具應符合下列要求：初次開倉前土倉內保壓時間不得小于2h。人閘內的加壓速度宜控制在0.05～0.10MPa/10min。體仍然不適，則應減壓出倉。在確認人閘內壓力達到工作壓力后，進倉人員應再次確認人閘與土倉連接門的安全性，方能進入土倉。人閘與土倉的連接門必須保持開啟。全操作規(guī)定。作業(yè)人員應按照刀具更換專項方案和安全操作規(guī)定更換刀具。保持開挖面和土倉空氣新鮮。嚴禁倉外作業(yè)人員進行轉動刀盤、出渣、泥漿循環(huán)等危及倉內作業(yè)人員安全操作。土倉內應設置臨時的上下通道，并應保證進出土倉的通道暢通。氣壓作業(yè)環(huán)境下進行明火作業(yè)時應制定專項方案，且應經審批后方可進行。121進倉人員工作時間和減壓時間應符合有關規(guī)定。121LOGO盾構調頭與過站LOGO和過站條件、施工環(huán)境、盾構尺寸和重量以及盾構需要移動的距離和方向等，選定調頭和過站方法，制定專項施工方案。備吊出后在地面進行。過程中安全通過的要求，應采用計算機模擬等方法對結構空間尺寸進行核對。盾構通過起吊在地面調頭和過站時，應具備起重吊裝作業(yè)條件和作業(yè)要求。122LOGO4.14 盾構調頭與過站LOGO盾構在地下空間內調頭時盾構應平移一定距離并水平旋轉180°，應橫向和縱向平移一定距離。受力計算確定；頂推或牽引設備與反力設施應計算確定，滿足安全作業(yè)的要求。動平臺或導臺上滑移，也可采用輪式移動小車滾動的方式，應根據實際情況而定。應對盾構移動平臺（或導臺）、盾構移動基座（或輪式小車）移動與起重設備等準備工作進行檢查與驗收。應事先模擬移動路徑并現(xiàn)場測量放樣、核實，并嚴格按規(guī)劃好的路徑移動盾構。應有專人指揮，專人觀察盾構移動狀態(tài)，避免方向偏離或發(fā)生碰撞。123LOGO4.14 盾構調頭與過站LOGO盾構機調頭順序124盾構解體吊出拆卸順序與組裝順序相反，后裝的先拆，先裝的后拆。采用吊機解體吊出的方案。拆卸之前對整機各部、各系統(tǒng)管路、電路與組件進行詳細標識。拆卸以應有序進行。1螺旋1螺旋輸送機712刀盤82臺車3盾尾93臺車4中盾104臺車5前盾1156橋架250噸吊機拆卸吊井LOGO2LOGO5 接收托架

74 3 1 6 8 9 107

125LOGO特殊地段掘進LOGO淺覆土地段隧道覆土厚度小于隧洞外徑尺寸即按淺覆土地段施工。施工應防止地面過量變形或坍塌，防止注漿擊穿覆土。壓力與同步注漿壓力應適當降低。在特別軟弱的地層中掘進應控制掘進速度，及時固結管片，防止隧道變形。隧道覆土厚度與隧洞外徑尺寸之比小于3/4，特殊地段應加設鋼筋混凝土覆蓋板。126LOGO4.16 特殊地段掘進LOGO下穿和鄰近建（構）筑物、管線等地段詳細調查盾構下穿建（構）筑年限及現(xiàn)狀，必要時應由有關部門作出評估。根據盾構隧道與建（構）固、隔離、基礎托換等預先保護措施，以及跟蹤補償注漿等措施。應的加強和改造。通過人倉人工清除前方障礙物時，應制定常壓或帶壓開倉方案，經審定后實施對距離隧道較近的給水、燃氣等管道，若不能遷改則應采取加固或懸吊等措施，并要準確掌握管線閘閥的位置。風險較大的雨、污水管道，可采用由檢查井經地面增設的管道分段抽排導流或在管道內做橡膠軟管內襯等措施。127監(jiān)測點需布置在建（構）筑物上，對重要管線應加強監(jiān)測。127LOGO4.16 特殊地段掘進LOGO下穿越水下地段定措施。檢查盾構的各密封部位，確認其完好、可靠。足量注漿的前提下適當減小注漿壓力，防止擊穿覆土體覆蓋層。采用聲納法或在水底土層設置穩(wěn)固監(jiān)測點加強監(jiān)測。壓住漏點后試掘進、出土；或采用不出土擠壓推進通過漏水段等措施。128LOGO4.16 特殊地段掘進LOGO小半徑曲線地段的擬合，管片寬度不宜大。地層中必需使用超挖(仿形)刀，便于盾構機轉彎。開裂。做好管片選型及排版，應細化到拼裝點位，使盾尾間隙較均勻，防止破壞盾尾密封。同步注漿宜使用速凝、早強漿液。增加施工測量頻次，及時轉移測量基站。盾構在小曲線上始發(fā)，應采用割線始發(fā)方式，通過模擬選擇割線起止點。一129般應在盾構機全部進入土體后再實施曲線掘進。129LOGO4.16 特殊地段掘進LOGO小凈距隧道對處于軟土地層中凈距小于70%響的程度進行評估和計算分析。應采用鋼桁架對先行隧道管片做好縱向、徑向加固。對可能液化的夾土體應注漿加固并達到設計強度。后行隧道應至少在先行隧道完成一個月，且兩掘進面大于100m的條件下施工。上下重疊小凈距隧道宜先完成下行隧道。平行小凈距隧道可在兩隧道間設置隔離樁。砌管片進行實時監(jiān)測。130LOGO4.16 特殊地段掘進LOGO砂、卵石地層砂卵石地層應據其粒徑、地下水等條件選用適宜的盾構類型。大粒徑的卵、漂石含量高，隧道斷面無水或可降水，宜采用開敞式盾構。水壓大、滲透系數(shù)大的地層宜采用泥水盾構。在含泥量較大或穩(wěn)定性較好的的砂卵石地層宜采用土壓平衡盾構。在砂卵石地層掘進的土壓平衡盾構，應符合下列要求：較大的扭矩（額定扭矩應不小于6000kN?m）。刀盤應具有較大的開口率（50%左右為宜）。據地層致密程度，開挖刀可配置大體量的貝殼刀或雙刃滾刀。強化的耐磨性能。渣土渣土改良系統(tǒng)應具有足夠的能力。針對松散、富水的砂卵石地層，可配置雙螺旋輸送機或保壓泵碴裝置。131LOGO4.16 特殊地段掘進LOGO土壓平衡盾構在砂卵石地層掘進應采取下列措施：采用膨潤土泥漿、聚合物、泡沫等添加材料改良渣土。根據砂卵石地層的松散程度，選用適宜的土壓力、貫入度、刀盤轉速，實現(xiàn)較高的掘進速度（一般不應小于30mm／min）。面鉆孔注漿，充填密實。停機時應采用注入膨潤土泥漿等措施保壓。應設置一定比例的深層監(jiān)測點，以真實反映地層沉降。加強刀具檢查，應有計劃地設置換刀點并做好加固。132LOGO4.16 特殊地段掘進LOGO孤石、花崗巖球狀風化體及上軟下硬地段采用鉆探、物探等方法