盾构法隧道的发展历史、技术现状和发展动向盾构法隧道的发展历史、技术现状和发展动向18世纪末英国人提出在伦敦地下修建横贯通泰晤士河隧道的设想,并于1798年开始着手工作希望实现这个构想,但由于竖井挖不到预定深度,计划受挫,4年后Torevix决定在另一个地方建造连接两岸的隧道,随后工程再次开工,当掘进到最后30m时,开挖面激剧浸水,工程再次受阻,工程从开工到被迫终止用了5年时间,此后修建横贯泰晤士河隧道的计划在以后10年内没有任何进展,1818年,Brunel观察小虫腐蚀木船底板成洞的经过,从而得到启发,在此基础上提出了盾构工法,并得到专利,这就是所谓开放型手掘式盾构的原型,Brunel对自己的新工法非常自信,于1823年拟定了修建另一条泰晤士河隧道的计划,随后这个计划得到英国国会批准,于1825年动工,初期,工程进展顺利,但后来由于地层下沉,工程被迫中止,但Brunel并没有灰心,总结了失败的教训后,对盾构做了7年改进后,于1834年再次开工,又经过7年施工,终于在1841年贯通隧道,自Brunel向泰晤士河隧道发起战到胜利,前后经历了20个春秋,此时,他已是72岁的老人,Brunel对盾构工法的贡献极为卓著,这是后人的一致评价,自Brunel的方形盾构后,盾构技术经过23年的改进,到1869年修建横贯通泰晤士河的第二条隧道,这个项目由Great负责,从起初Torevix的反复失败,到Brunel的盾构工法,进而改进为Great的盾构工法,前后经历了80年的漫长岁月,19世纪到20世纪中叶,盾构工法相继传入美国、法国、德国、日本、苏联等国,并得到不程度的发展,在这一段时期,盾构工法虽然有一定进步,但这一时期仍主要是盾构工法在世界各国的推广与普及,20世纪60至80年代盾构工法继续发展完善,成绩显著,这一时期出现了多种盾构工法,以泥水式、土压式盾构工法为主,1990至2003年,这一段时间盾构工法的技术进步极为显著,归纳起来有以下几个特点：(1)盾构隧道长距离化、大直径化,这一时期英法两国修建了长达48km的英吉利海峡隧道,隧道断面直径达8.8m,采用的是土压盾构工法,(2)盾构多样化,出现了矩形、椭圆形、多园搭接形等多种异圆断面盾构,(3)施工自动化,盾构掘进中和方向、姿态自动控制系统,施工信息化、自动化的管理系统及施工故障自诊断系统,当前是泥水盾构、土压盾构技术的普及与推广时期,但有些技术细节还有待完善及改进,多种特种盾构的相继问世,大大地扩展了盾构工法的应用范围,使用盾构工法的前景更加宽广,但由于这这些特种工法问世时间不长,施工实例还不够多,有些细节仍有待改进,近年来交通工程、下水道工程、共同沟工程存在大直径盾构隧道的构建需求,所以大直径、长距离、高速施工等施工措施、施工设备的研发与成功应用也较为迫切,盾构法隧道的基本原理是用一件有形钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进,盾构由通用机构与专用机构组成,通用机构一般由外壳、掘土机构、推进机构、挡土机构、管片组装机构、附属机构等组成,专用机构因机种而异,如对于土压盾构而言,专用机构即为排土机构、搅拌机构、添加材注入装置；而对于泥水盾构而言,专用机构系指送排泥机构、搅拌机构,外壳设置盾构外壳的目的是保护掘削、排土、推进、做衬等所有作业设备、装置的安全,故整个外壳用钢板制作,并用环形梁加固支承,一台盾构机的外壳沿纵向从前到后分为前、中、后三段,通常又将这三段称为切口、支承、盾尾三部分,切口 该部位装有掘削机械和挡土设备,故又称掘削挡土部,支承 支承部即盾构的中央部位,是盾构的主体构造部,因为要支承盾构的全部荷载,所以该部位的前言和后方均设有环状梁和支柱,由梁和柱支承其全部荷载,盾尾 盾尾部即盾构的后部,盾尾部为管片拼装空间,该空间内装有拼装管片的举重臂,为了防止周围地层的土、地下水及背后注入的填充浆液窜入该部位,物设置尾封装置,尾封盾尾密封是为了防止周围地层的土砂、地下水、背后注入浆液、开挖面上的泥水、泥土从盾尾间隙流向盾构而设置的封装措施,尾封通常使用钢丝刷、尿烷橡胶或者两者的组合,尾封的示意图如上图所示,另外,最近作为防止高压地下水的措施,有人在钢丝刷之间的空隙处加压注入密封材和润滑剂等填充材及采用4层钢丝刷密封,从而把耐地下水压的能力提高到1.1MPa,中折装置 在小曲率半径曲线段施工时,可以把盾构机做成可以折成2节、3节的中折形式,中折装置的设置不仅可以减少曲线部位的超挖量,而且由于弯曲容易,使盾构千斤顶的负担得以减轻,推进时作用在管片上的偏压减小,故使施工性得以提高, 推进机构 盾构机的推进是靠设置在支承环内侧的盾构千斤顶的推力作用在管片上,进而通过管片产生的反推动力使盾构前进的, 挡土机构 挡土机构是为了防止掘削时,掘削面地层坍塌和变形,确保掘削面稳定而设置的机构,该机构因盾构种类的不同而不同, 对泥水盾构而言,挡土机构是泥水舱内的加压泥水和刀盘面板,对土压盾构而言,挡土机构是土舱内的掘削加压土和刀盘面板, 掘削机构 对机械式盾构、封闭式(土压式、泥水式)盾构而言,掘削机构即掘削刀盘, 刀盘的构成及功能 掘削刀盘即作转动或摇动的盘状掘削器,由掘削地层的刀具、稳定掘削面的面板、出土槽口、转动或摇动的驱动机构、轴承机构等构成,刀盘设置在盾构机的最前方,其功能是既能掘削地层土体,又能对掘削面起一定支承作用从而保证掘削面的稳定, 排土机构 就土压盾构而言,排土机构由螺旋输送机、排土控制器及盾构机以外的泥土运出设备构成,螺旋输送机的功能是把土舱内的掘削土运出、经排土控制器送给盾构机外的泥土运出设备(至地表),盾构机的主要部件刀盘、切口环、支撑环、盾尾、拼装机、螺旋机, 刀 盘切口环支撑环拼装机土压平衡盾构工作原理盾构推进时,其前端刀盘旋转掘削地层土体, 切削下来的土体进入土舱,当土体充满土舱时,其被动土压与掘削面上的土、水压基本相同,故掘削面实现平衡(即稳定),这类盾构靠螺旋输送机将渣土(即掘削弃土)排送至土箱,运至地表,由装在螺旋输送机排土口处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量,确保掘削面稳定,土压平衡盾构工法示意图土压平衡盾构工法示意图u土压平衡盾构掘进机与工法土压平衡盾构掘进机与工法l泥土在盾构压力舱中的增减受到有效控制泥土在盾构压力舱中的增减受到有效控制, ,推进推进压力与土层压力和地下水压力相抗衡压力与土层压力和地下水压力相抗衡, ,使得掘使得掘进工作面保持稳定进工作面保持稳定, ,土压平衡盾构工法示意图土压平衡盾构工法示意图u土压平衡盾构掘进机与工法土压平衡盾构掘进机与工法u几几种种不不同同直直径径的的土土压压平平衡衡盾盾构掘进机构掘进机泥水平衡盾构工作原理 泥水盾构系靠盾构机的推进力使泥水(水、粘土及添加剂的混合物)充满封闭式盾构的密封舱(也称泥水舱),并对掘削面上的土体施加一定的压力,该压力称为泥水压力,通常取泥水压力大于地层的地下水压+土压,所以尽管盾构刀盘掘削地层,但地层不会坍落,即处于稳态, 刀盘掘削下来的土砂进入泥水舱,经设置在舱内的搅拌装置拌和后成为含掘削土砂的高浓度泥水,再经泥浆泵将其泵送到地表的泥水分离系统,待土、水分离后,再把滤除掘削土砂的泥水重新压送回泥水舱,如此不断循环实现掘削、排土、推进,因靠泥水压力使掘削面稳定故得名泥水加压盾构,简称泥水盾构,u泥水平衡盾构掘进机与工法泥水平衡盾构掘进机与工法l泥水盾构掘进机对于隧道面可被泥水加压所支撑的泥水盾构掘进机对于隧道面可被泥水加压所支撑的土质条件很理想土质条件很理想, ,适用于应付各种困难地层和控制适用于应付各种困难地层和控制地表沉降地表沉降, ,挖出的土以泥水形式由管道运输挖出的土以泥水形式由管道运输, ,而砾石而砾石可压碎后被管道运输或在管道输送中途被移走可压碎后被管道运输或在管道输送中途被移走, ,泥水平衡加压式泥水平衡加压式盾构掘进机工法盾构掘进机工法示意图示意图1 工作井施工加固区2 盾构吊装加固区3 盾构出洞4 盾构推进出土过程5 推进拼装6拼装成环后的管片环面盾构按开挖面与作业室之间隔板构造可分为全敞盾构按开挖面与作业室之间隔板构造可分为全敞开式、半敞开式及闭胸式三种开式、半敞开式及闭胸式三种,手掘式半机械式机械式全敞开式半敞开式挤压式泥水式土压式闭胸式盾构土压平衡式加泥式土压平衡式盾构按开挖面与作业室之间隔板构造可分为全敞盾构按开挖面与作业室之间隔板构造可分为全敞开式、半敞开式及闭胸式三种开式、半敞开式及闭胸式三种,手掘式半机械式机械式全敞开式半敞开式挤压式泥水式土压式闭胸式盾构土压平衡式加泥式土压平衡式国内外根据各种使用条件的不同,使用的盾构也不同,特别是面板及刀具的形式多种多样,目目前前,应应用用最最广广的的是泥水盾构和土压平衡盾构是泥水盾构和土压平衡盾构,手掘式盾构手掘式盾构 半机械式盾构半机械式盾构 网格式盾构网格式盾构 新干新干线TUNNEL开敞式开敞式闭胸式SHIELD闭胸式SHIELDSHIELD O.D.：東京湾横断道路東京湾横断道路TUNNEL闭胸式SHIELDSHIELD O.D.：年年圆圆泥水式泥水式盾构盾构()地下鉄车站部区间同時施工闭胸式SHIELD盾构选型的基本原则盾构选型的基本原则开挖面稳定地层的适应性地下水处理沉降施工适宜性安全性辅助工法环境及公害 盾构类型与渗透性的关系盾构类型与渗透性的关系盾构类型与渗透性的关系 地层渗透系数对于盾构的选型是一个很重要的影响因素,根据欧美和日本的施工经验,当地层的透水系数小于10-7m/s时,可以选用土压平衡盾构；当地层的渗水系数在10-7m/s和10-4m/s之间时,既可以选用土压平衡盾构也可以选用泥水式盾构；当地层的透水系数大于10-4m/s时,宜选用泥水盾构,盾构类型与颗粒级配的关系一般来说,细颗粒含量多,碴土易形成不透水的塑流体,容易充满土仓,在土仓中可以建立压力,平衡开挖面的土体,粗颗粒含量高的碴土塑流性差,实现土压平衡困难,盾构类型与颗粒级配的关系详见下图,图中蓝色区域为淤泥粘土区,为土压平衡盾构适应范围,绿色区域为粗砂、细砂区,即可使用泥水盾构,也可经土质改良后使用土压平衡盾构,黄色区域为卵石砾石粗砂区,为泥水盾构适用的颗粒级配范围,盾构类型与水压的关系当水压大于当水压大于0.3MPa0.3MPa时时, ,适宜采用泥水盾构适宜采用泥水盾构, ,如采用土压平衡盾构如采用土压平衡盾构, ,螺旋输送机难以形成螺旋输送机难以形成有效的土塞效应有效的土塞效应, ,在螺旋输送机排土闸门处在螺旋输送机排土闸门处易发生碴土喷涌现象易发生碴土喷涌现象, ,引起土仓中土压力下引起土仓中土压力下降降, ,导致开挖面坍塌导致开挖面坍塌, ,当水压大于当水压大于0.3MPa0.3MPa时时, ,如因地质原因需采用如因地质原因需采用土压平衡盾构土压平衡盾构, ,则需增大螺旋输送机的长度则需增大螺旋输送机的长度, ,或采用二级螺旋输送机或采用二级螺旋输送机, ,我国典型地区盾构选型我国典型地区盾构选型我国盾构应用较多或较早的地区是上海、广州及北京地区,可以说这三个地区分别代表了我国三大区域的土层特征,盾构特征,上海是软土区域,广州是软弱不均区域,北京是砂卵石地层为特点,1.根据地质条件选择盾构机类型根据地质条件选择盾构机类型砂质土类自立性能较差的地层,应尽量使用密闭型的盾构施工,若为地下水较丰富且透水性较好的砂质土,则应优先考虑使用泥水平衡盾构；对粘性土,则可首先考虑土压平衡盾构,砂砾和软岩等强度较高的地层自立性能较好,应考虑半机械式或敞口机械式盾构施工,因在相同条件下,盾构复杂,操作困难,造价高,反之,盾构简单,制造使用方便,造价低,针对地下水条件,若其压力值较高(大于0.1MPa),就应优先考虑使用密封型的盾构,以保证工程的安全,条件许可也可采用降水或气压等辅助方法,对于砾径较小的地层,可以考虑各种盾构的使用,若砾径较大,除自立性能较好的地层可考虑采用手掘式或半机械式盾构外,般应使用土压平衡盾构,若需采用泥水平衡盾构的话,须增加一个鳄式碎石机,在输出泥浆前,先将大石块粉碎,2盾构机选型的其它条件盾构机选型的其它条件除了地质条件以外的盾构机选型的制约条件还很多,如工期、造价、环境因素、基地条件等,工期制约条件工期制约条件因为手掘式与半机械式盾构机使用人工较多,机械化程度低,所以施工进度慢,其余各类型盾构机因为都是机械化掘进和运输,平均掘进速度比前者快,造价制约因素造价制约因素一般敞口式盾构机的造价比密闭式盾构机低,主要原因是敞口式盾构机个象密闭式盾构机那样有复杂的后配套系统,在地质条件允许的情况下,从降低造价考虑,宜优先选用敞口式盾构机,环境因素的制约环境因素的制约敞口型的盾构机引起的地表沉降大于网格式盾构,更大于密闭式的掘进机,基地条件的制约基地条件的制约泥水平衡式的掘进机必须配套大型的泥浆处理和循环系统,若需使用泥水平衡盾构开挖隧道,就必须具备较大的地面空间,设计线路、平面竖向曲线形状的制约设计线路、平面竖向曲线形状的制约若隧道转弯曲率半径太小,就需考虑使用中间铰接的盾构,将其分为前后铰接的两段,显然增加了施上中转弯的灵活性,3辅助工法的使用辅助工法的使用掘进机施工隧道的辅助工法一般有：压气法、降水法、冻结法、注浆法等,前三种属于物理方法,注浆法属于化学方法,这些方法也主要是用于保证隧道开挖而的稳定,注浆法还能减少盾构机开挖过程中引起的地表沉降,一般密闭式掘进机使用最多的是注浆法,盾尾注浆用以填补建筑间隙,以减少地面沉降,在地层自立性能差的情况下,若采用手掘进、半机械式或网格式掘进机施工,就需采用压气法辅助施工,以高气压保证开挖面的稳定,在这一辅助工法下,施工人员易患气压职业病,当盾构机在砂质土或砂砾层中施工时,可考虑使用降水的方法改变地层的物理力学指标,增加其自立性能,确保开挖面的稳定,冻结法的施工成本较高,一般情况下不采用,但在长隧道的盾构对接中使用,4盾构工法的选定程序流程图盾构工法的选定程序流程图(一)盾构的始发盾构隧道始发技术是盾构法盾构隧道始发技术是盾构法施工技术的关键施工技术的关键,也是盾构施工成也是盾构施工成败的一个标志败的一个标志,必须要全力做好必须要全力做好,始始发阶段存在以下几种特殊情况：发阶段存在以下几种特殊情况：(1)始发推进前需凿除车站的围护结构(主要是处理钢筋砼结构),凿除围护结构后的土体在一定的时间段内必须保持自稳,不能有水土流失；(2)始发阶段盾构机主体在始发导轨上不能进行调向；(3)始发阶段的姿态及地面沉降控制比正常推进阶段更困难；(4)始发期间一些设备如管片小车、管片吊机,包括出渣都不能正常使用,有时也会存在盾构机因为车站结构的原因而不能整机始发,综上所述,盾构在初始阶段的施工难度很大,因此,应确保盾构连续正常地从非(泥水)土压平衡工况过渡到(泥水)土压平衡工况,以达到控制地面沉降,保证工程质量等目的, 始发技术包括始发技术包括洞口端头处理洞口端头处理( (软土无自稳能力的地层软土无自稳能力的地层 中中) )；洞门砼凿除洞门砼凿除( (主要针对钢筋砼围护结构主要针对钢筋砼围护结构) )；盾构始发基座的设计加工、定位安装；盾构始发基座的设计加工、定位安装；始发用反力架的设计加工、就位；始发用反力架的设计加工、就位；支撑系统、洞门环的安设支撑系统、洞门环的安设； 盾构组装、盾构始发方案盾构组装、盾构始发方案； 始发洞口的地层处理在盾构始发之前在盾构始发之前,一般要根据洞口地层的一般要根据洞口地层的稳定情况评价地层稳定情况评价地层,并采取有针对性的处理并采取有针对性的处理措施措施,地层处理一般采取如地层处理一般采取如“固结灌浆固结灌浆”、“冷冻法冷冻法”措施进行地层加固处理措施进行地层加固处理,选择加选择加固措施的基本条件为加固后的地层要具备最固措施的基本条件为加固后的地层要具备最少一周的侧向自稳能力少一周的侧向自稳能力,且不能有地下水的且不能有地下水的损失损失,常用的具体处理方法有搅拌桩、旋喷常用的具体处理方法有搅拌桩、旋喷桩、注浆法桩、注浆法,SMW工法、冷冻法等工法、冷冻法等,选择哪一选择哪一种方法要根据地层具体情况而定种方法要根据地层具体情况而定,并且严格并且严格控制整个过程控制整个过程,盾构机始发前的洞门加固反力架、始发台的安装反力架、负环管片位置的确定依据反力架的位置确定主要依据洞口第一环管片的起始位置、盾构的长度以及盾构刀盘在始发前所能到达的最远位置确定,盾构机座的运输盾构机座的运输盾构机座延伸段盾构机座的加固反力架及负环管片示意图反力架及负环管片示意图安装反力架及负环管片示意安装反力架及负环管片示意始发洞口维护结构的切除根据经验,一般在始发前至少一个月开始洞口维护结构的切除,整个施工一般分两次进行,第一次先将围护结构主体凿除,只保留维护结构的钢筋保护层,在盾构始发前将保护层混凝土凿除,在凿除完最后一层混凝土之后,要及时检查始发洞口的净空尺寸,确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围之内,探孔位置示意图探孔位置示意图 探孔实际位置图在盾构出洞之前要在洞圈内开探测孔,观测槽壁后的土体是否稳定,有无泥水漏出, 在盾构出洞之前,需把洞圈封门破除,封门破除分二次,第一次破除其厚度的一半,然后将槽壁剩下的部分分成九块,在盾构将要出洞之前予以割除,洞圈封门分块图 破除方法：在洞圈外围打设脚手架,在井上接两台空压机,人工用风镐采取从上到下的顺序进行凿除,第一次封门凿除完毕后,将安装洞圈防水装置,安装顺序：用行车吊着袜套,先从上向下安装,袜套安装完毕后,再安装铰链板, 注：在安装铰链板之前,需先对铰链板进行实地放样,实地摆放,编号,铰链板安装从上至下,当安装到最后一块时,如果铰链板长出,需将长出部分割除,防水装置安装流程图组在负环拼装之前需事前将盾尾油脂填满盾尾钢丝束内, 盾尾油脂此时负环拼装完毕后,前期盾构出洞准备工作就绪,等待盾构正式出洞前期负环管片拼装完毕在盾构出洞之前,在洞圈内左、右两边各焊接一段导向轨,此导向轨是基座轨道的延长线,但比基座轨道底2cm,以免盾构出洞刀盘旋转碰到此导向轨,此导向轨的作用是为了防止盾构进入洞圈后,盾构磕头,盾尾下沉,盾构出洞时要先将洞门钢筋割除,分九大块,从上向下进行,为保护电焊工的人生安全,防止割除下来的砼块砸伤人,在割除之前先在洞圈上焊接安装倒脚手架,图23 倒脚手架 图25 保护刀盘刀头图24 保护防水装置准备工作就绪,开始割除洞门钢筋,采用从下到上的方式分九块上、中、下三部分割除,另外,要在割除块处事先挂上钢丝绳,下方钢筋割除完后,为保证人员安全,电焊工需爬到事先搭设好的脚手架上在割除上方钢筋,以免砼块掉落砸伤人 图26 开始破槽壁割除钢筋 图27 电焊工在脚手架上 图组28 拉除下部三块砼下部砼拉除后,先将第一层脚手架割除,电焊工爬到第二层脚手架上开始割除中部砼块, 图29 割除脚手架图30 拉除第二层槽壁以上述方法类推,直至全部砼分块割除完毕,全部槽壁割除完毕后,要把最上方遗留的脚手架全部尽快割除,将洞圈脏物清理完毕,掉落的砼块吊运到旁边,包括保护刀盘刀头和防水装置的方木, 图31环管片下部支撑工作准备就绪,盾构开始推进,向洞圈土体靠拢,在这期间,施工速度一定要快,在保证人员安全的情况下,尽量加快负环管片的拼装速度,配合盾构机以最快的速度靠近洞圈土体,防止土体暴露时间过长导致土体塌方,盾构推进过程中,当负环管片脱离盾尾时,管片和盾构基座间将产生一定间隙,为防止管片下沉导致环缝开口,要在管片与盾构基座间用锥木塞住,另外,此时负环管片是开口环,为开口环管片支撑防止盾构推进导致管片标准块产生外张现象,在管片两边各焊接一支撑柱,盾构出洞是盾构施工中非常重要的环节,也是危险性最大的环节,所以,盾构出洞最关节的是要快,因此在破除洞门之前所有工作都应就绪,保证所有设备运转正常,各施工环节都应配合到位,力保盾构顺利靠上洞门土体,图34以上为盾构出洞工艺的介绍,始发台两侧的加固由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩,所以在盾构始发之前,必须对始发台两侧进行必要的加固,负环管片的拼装类型在安装井内的负环管片的拼装类型通常采取通缝拼装,主要是因为盾构井一般只有一个,在施工过程中要利用此井进行出渣、进管片,所以采用通缝拼装可以保证能及时、快速的拆除负环管片,始发时盾构姿态的控制主要通过盾构机的推油缸行程来控制姿态,始发时盾构推进参数的控制在保证盾构正常推进的情况下,稍微降低总推力和刀盘扭矩,洞口注浆在盾尾完全进入洞体后,调整洞口密封,进行洞口注浆,浆液不但要求顺利注入,而且要有早期的强度,反力架、负环管片的拆除反力架、负环管片的拆除时间根据背衬注浆的砂浆性能参数和盾构的始发掘进推力决定,一般情况下,掘进100M以上(同时前50环完成掘进7日以上),可以根据工序情况和工作整体安排,开始进行反力架、负环管片拆除,盾构始发实况盾构始发实况加固效果不好端头土体加固的效果不好是在始发过程中经常遇到的问题,采取的主要措施是必须根据端头土体情况选择合理的加固方法,而且要加强过程控制,特别是要严格控制一些基本参数,对于加固区与始发井间形成的必然间隙要采取其它方式处理,开洞门时失稳开洞门时失稳主要表现为土体坍塌和水土流失二种,其主要原因也是由端头加固效果不好所致,在小范围的情况下可采用边破除洞门砼,边利用喷素砼的方法对土体临空面进行封闭,如果土体坍塌失稳情况严重时,只有封闭洞门重新加固,始发后盾构机“叩头”始发推进后,在盾构机抵达掌子面及脱离加固区时容易出现盾构机“叩头”的现象,根据地质条件不同有些可能出现超限的情况,为此,通常采用抬高盾构机的始发姿态、合理安装始发导轨以及快速通过的方法尽量避免“叩头”或减少“叩头”的影响,密封效果不好洞门密封的主要目的也是在始发掘进阶段减少土体流失,当洞门加固达到预期效果时,对于洞门环的强度要求相对较低,否则要在盾构推进前彻底检查和确定洞门环的状况,在始发过程中若洞门密封效果不好时可即时调整壁后注浆的配合比,使注浆后尽早封闭,也可采用在洞门密封外侧向洞门密封内部注快凝双液浆的办法解决,盾尾失圆在很多情况下,始发阶段由于自重及其他原因,盾尾一般都会出现失圆的情况,有些可能达到10CM之多,可以采用盾构机自带的整圆器进行整圆,在必要的情况下,可采用错缝拼装以保证在管片拼至隧道内时管片自身的椭圆度控制在误差以内,支撑系统失稳支撑系统在某些情况下由于盾构机推进中的瞬时推力或扭矩较大而产生失稳,这样将导致整个始发工作的失败,对于支撑系统的失稳只能从预防角度进行,同时在始发阶段对支撑系统加强监测,地面沉降较大由于始发施工的特殊性,始发阶段的地面沉降值均较大,因此在始发阶段需尽早建立盾构机的适合工况并严密注意出土量及土压情况,同时加大监测频率,控制地面沉降值,小结盾构机的始发成功主要由始发条件及始发施工技术中每一环节的处理决定,在前期的地质勘探,特别是对端头土体的液限、塑限、渗透系数、含水量等各种物理力学指标进行全面的调查及评估是相当有必要的；同时应对始发技术施工中的每一个环节加强全面、细致的控制,以确保各种处理措施达到预期效果,因为始发技术与各个工程的始发条件息息相关,所以始发时每一个细节如采用什么端头加固方式、连续墙破除方式、始发台及反力架的定位等均需根据现场条件选择最合适的方法,盾构接收(进洞)阶段掘进是盾构法隧道施工最后一个关键环节,盾构能否顺利进洞关系到整个隧道掘进施工的成败,在盾构进洞前后需做好充分的盾构接收的准备工作,确保盾构以良好的姿态进洞,就位在盾构接收基座上,盾构到达前须慎重考虑的事项如下:选定加固工法加固到达部位近旁地层及设置出口密封圈,为了确保盾构机按规定计划路线顺利到达预定位置,需要认真讨论测定盾构位置的方法和隧道内外的联络方法,讨论低速推进的起始位置、慢速推进的范围,讨论泥水盾构泥水减压的起始位置,讨论盾构推进到位时,由于推力的影响是否需要在竖井内侧井壁到达口处采取支护等措施,讨论掘削到达面的方法及其起始时间,认真考虑防止从盾构机外壳板和到达面间的间隙涌水、涌砂的措施,盾构机停止推进的位置的讨论,讨论到达部位周围的背后注浆工法,应周密的考虑拉出盾构机到井内时的盾构承台等临时设备的配备及设置状况,盾构进洞土体加固盾构进洞区域土体加固一般与出洞区域土体加固是同时进行,对盾构进洞土体加固效果的检验可参照对盾构出洞土体加固,盾构接收基座设置盾构接收基座用于接收进洞后的盾构机,由于盾构进洞姿态是未知的,在盾构接收(进洞)前仍需复核接收井洞门中心位置和接收基座平面、高程位置(一般以低于洞圈面为原则),确保盾构机进洞后能平稳、安全推上基座,进洞前盾构姿态监控在盾构进洞前100环对已贯通隧道内布置的平面导线控制点及高程水准基点做贯通前复核测量,是准确评估盾构进洞前的姿态和拟定进洞段掘进轴线的重要依据,复核数据应通过反复比较,分析误差是否在允许偏差之内,从而正确的指导进洞段盾构推进的方向,洞门围护结构凿除(进洞侧)盾构进洞前需对接收井内围护结构背水面钢筋进行割除及砼凿除,通过打探孔实际验证盾构进洞区域土体加固的效果,在洞门围护结构凿除后同样需对其后土体自立性、渗漏等情况进行观察,判断进洞区域土体的实际加固效果是否满足盾构安全进洞的要求,否则应采取补救措施,盾构接收进洞盾构接收(进洞)准备工作就续后,盾构机向前推进,在前端刀盘露出土体直至盾构壳体顺利推上接收基座的过程称为“盾构接收进洞”,该关键环节要重点做好以下工作：观察进洞洞口有无渗漏的状况,发现洞口渗漏应及时封堵,及时安装洞口拉紧装置,并检查其牢固性,为防止盾构进洞时盾构机铲到基座,将基座降低2cm,进洞前洞圈弧行钢板的焊接进洞前洞圈弧行钢板的焊接盾构进洞前,为了缩小盾壳与洞圈的间隙、便于塞添海面及防止盾构进洞时洞圈产生出水、漏泥等问题,在洞圈内焊接一整环钢板,在盾构机靠上此钢板时,为确保钢板顺利外翻,在钢板一圈以10cm间距开缝,缝深约10cm,洞圈下部是盾构进洞的薄弱点,是最容易出现险情的部位,因此在洞圈底部钢板内、外层各加焊一道挡泥板加焊在洞圈底部6m弧度位置,距离洞圈底部位置25cm处,10mm厚,高100mm,内弧铉长2m钢板三道,间距20cm用于盾构进洞时清理盾构底部的泥土便于盾构顺利骑上基座,洞门破除完毕后,盾构开始推进,由于刀盘已出洞圈前方无土层存在故此时推进无出土,每推进1.2米应立即拼装尽快完成,从而缩短进洞时间防止发生意外,推进至盾尾还剩70cm在槽壁内停止推进盾构一次进洞结束,洞圈密封、注浆加固洞圈密封、注浆加固一次进洞后停止推进立即安装一整圈花纹钢板,钢板与洞圈采用段焊,当焊接完毕后用速凝水泥封堵弧形钢板上的所有间隙,此时洞圈封堵完毕,准备开始进行壁后注浆,隧道内注浆的同时考虑到浆液有可能顺着盾壳和管片间的间隙流出,所以在钢板上下左右4个位置开设注浆孔在必要时进行补压浆,浆液达到设定强度时开始二次进洞,防止管片被拉开的措施防止管片被拉开的措施为防止盾构完全进洞后,千斤顶离开管片,管片反作用力的释放而拉开管片间的间隙,造成渗漏水现象,在管片的纵向螺栓上焊接根拉杆,上部焊接两根,左右腰部各焊接一根.把最后2环管片连接一起,先连接环到环,为保险起见此后每拼装好一环就焊拉杆连接管片脱出盾尾后,螺栓有可能松动也会造成渗漏水现象,所以要加强对螺栓复紧、补紧,(注：拉杆材料为10号槽钢)盾构正常推进阶段是千斤顶顶住管片向前前进,而此次推进已无管片,故使用顶管法,在千斤顶与管片之间加顶管使盾构机向前推进,当推进至盾尾离槽壁3.5米处停止推进,(共推进4.2米)二次进洞结束,二次进洞后同一次进洞相同,用弧型钢板焊接一圈,当焊接完毕后用速凝水泥封堵弧形钢板上的所有间隙,开始进行注浆加固,砂性地层中盾构推进的影响存在的问题土压平衡盾构施工成功的关键之是合理进行土压力管理,使开挖面保持稳定,为保证密封舱内的土压力能够真实反映,需要要将开挖面切削下来的土体在密封舱内调整成一种“塑性流动状态”的土体,如果地层是淤泥质枯土层的话,只要在密封舱内通过旋转翼板搅拌,就可满足这种状态顺利进行施工,但是,如果地层是粘粒(粒径小于0005mm)的含量较少(小于10)的卵石层、砂土地层、粉土层、风化岩地层,进入密封舱的土体就很难形成这种“塑性流动状态”,从而给土压力保持带来困难,导致施工出现以下问题,开挖面失稳当盾构开挖面中心水、土压力与盾构机密封舱内压力无法平衡的时候,将产生开挖面失稳,土压平衡盾构在砂性土层中施工时,由于砂性土流动性极差,切削下来的土体并不能充满整个密封舱,进入舱内砂性土大颗粒沉积在密封舱的底部,而细小颗粒浮在上层,出现分层离析、表层失水、开挖面上部的土压力无法被舱内压力平衡,发生土体失稳,高水头压力下,大刀盘切削振动可能引起工作面附近砂土液化,孔隙水压力上升,有效应力减小,抗剪强度降低甚至丧失,液化引起的管涌流砂使工作面失去稳定平衡,土体失稳将引起大幅度的地层位移,使得相邻的建、构筑物产生差异沉降,管线破裂,地表发生大范围沉陷,造成巨大的经济损失,产生开挖面稳定问题的原因如下：土压平衡式盾构是将开挖下来的土料泥土化,由刀盘上轮辐开孔进入开挖面后的密封舱,通过施加适当的土压力并控制出土量,使密封舱土体挤压密实,保持与工作面水、土体侧压力动态平衡,开挖面处于稳定状态,要保证开挖面的稳定必须注意以下几个环节：首先,盾构施工过程中必须在开挖面和隔板之间充满土料,这里土料是作为一种荷载传递的介质,将密封舱的压力由刀盘上的开孔传递到开挖面上,以维持工作面的稳定；其次,在盾构推进挖土和管片拼装过程中,始终保证盾构机密封舱内压力孔始终略微大于正面主动侧压力PS和水压力Pw之和,土压平衡式盾构在砂性土层中比较容易丧失稳定性主要是由于砂性土、砂质粉土等土层由于土的渗透性好,受扰动后产生水土分离流出,土与水不能形成具有一定流动性的土料,无法完全充满开挖面与隔板之间的土舱,致使在开挖面上局部区域压力不平衡从而导致工作面失稳,由此可见要保证土压平衡式盾构在砂性土等特殊土层中施工时工作面的稳定,应当增加砂性土的保水性,改善其流动性,盾构推进时周围土体发生液化导致土体沉降虽然土压平衡盾构施工时不会对盾构周围土体造成影响,但在砂性土等粘粒含量较少的特殊土层中的盾构推进过程会发生一个特殊现象,尤其是颗粒级配不理想和相对密度较小的土层中容易发生液化,由于粉细砂层颗粒与颗粒之间吸引力相对很小,几乎没有连接,且含水量较高,所以在循环荷载作用的一开始,就产生一个较大的瞬间变形,主要原因是颗粒受到挤压后,孔隙体积被压缩,孔隙比减小,此时部分有效应力发生转移,由超孔隙水压力来承担,土骨架强度降低,土体产生残余变形,当施加的动应力小于临界动应力时,随着振动时间的增长,土体颗粒经过不断调整,已能够适应变化了的压力环境,此时变形已趋于缓和,这是一个结构再造阶段,最后,当振动时间继续增长时,土体结构差异性调整已不明显,结构参数的变化大多趋于平缓,新的结构体系已基本形成；在压力的进一步作用下,新体系的结构要素仅做适当调整以求得更加巩固的平衡结构,这时的永久变形值基本上已趋于稳定,但是当施加的动应力大于临界动应力时,随着振动次数增多,土体结构经过一段时间的调整仍不能适应新的压力环境,而在这过程中,孔隙水压力不断上升,有效应力不断下降,最后导致土体强度丧失,也即粉细砂层达到了液化状态,在砂性土层中盾构推进时,因盾构前进、盾构内部设备的振动和其他等因素,容易使周围的砂土发生液化,这在推进速度较慢和推进持续时间较长等情况下更加明显,砂土发生液化后,不可避免地造成土体的沉降,密封舱内砂土积聚,切削推进困难土压平衡式盾构穿越砂性土地层时,若砂土中含有少量粘粒,则在盾构密封舱内的压力较高时,渣土往往无法顺利排出,在这样的情况下如果继续强行推进,那么密封舱内的砂粒失水固结越压越紧,将会使千斤顶的顶推力增加,刀盘的扭矩变大盾构无法正常推进,甚至会使刀具损伤,主轴承断裂,盾构严重损伤,上海地铁明珠二期I临平路溧阳路区间盾构隧道,在粉砂地层中施工,盾构推进时遇到这个问题,密封舱的闭塞密封舱内压力失控、扭矩变大、盾构推进困难,同时还引起较大的地层位移和地表沉降,密封舱闭塞问题产生原因：土压平衡式盾构在砂性土层中掘进时,密封舱压力较在粘性土中掘进时高,含有少量粘粒的砂性土经刀盘切削进入密封舱后,由于砂性土本身具有较大的内摩擦力,加上少量粘粒所提供的粘结力,使得渣土在较高的密封舱压力作用下,发生应力重分布,在螺旋出土器的进出口附近容易产生拱作用,拱外渣土无法进入出土器,造成密封舱闭塞,消除密封舱闭塞现象的关键在于消除压力拱,参照普氏理论,压力拱形成的一个重要原因就是松散体之间存在较大摩擦力和粘结力,因而应当从降低渣土的内摩擦角着手考虑,舱内泥砂“结饼”当土压平衡式盾构在粘聚力和内摩擦角都比较大的土层中施工时,在密封舱内,主轴承附近的土体往往会排水固结,形成饼状,若不及时采取措施,结饼的范围将不断的扩大,最终充满整个密封舱,使得刀盘扭矩增大、切削困难甚至无法进行,2002年,深圳地铁一期工程就遇到了这样的问题,最后不得不停止推进,打开密封舱人工处理,由此引起了临近建筑物沉降,地表塌陷,对工程的影响巨大,密封舱结饼现象问题产生原因：在砾质粘性土等同时具有较大的粘聚力和内摩擦角的土层中进行盾构掘进时,由于刀盘转动较慢,密封舱中的土体受到的搅拌作用的影响由周边向中间递减,在密封舱主轴处的土体基本上只受到沿盾构轴向的压力,在此荷载下,渣土中的孔隙水排出,发生固结,形成泥饼,若不及时处理,泥饼将向周边不断扩大直至充满整个密封舱,与密封舱闭塞现象相似,引起结饼现象的关键在于砾质粘性土本身所具有的较大的粘聚力和内摩擦角,如何降低渣土的粘聚力和内摩擦角是解决结饼问题的核心,排土口喷涌,污染盾构作业面通常情况下,在螺旋出土器的出口处,所排出的渣土中的水的压力为零,渣土在自重作用下落入传输带,然而在渗透性较大的砂性土中施工时,密封舱和排土器内的土体不能完全有效地抵抗开挖面上较高的水压力,会在螺旋出土器的口部产生喷涌,采用土压平衡式盾构施工的深圳地铁曾经遇到过这样的问题,广州地铁施工中也出现过因为喷涌而严重影响施工工期的情况,喷涌发生问题产生原因：盾构正面的砂土中的水头压力所产生的向螺旋出土器出口的渗流力经过密封舱以及螺旋出土器过程的水头损失,还会在螺旋出土器的出口产生喷涌,喷涌发生的主体是强度较低的扰动土,发生路径是筒状的螺旋出土器,而且土体本身处于运动中,只是由于运动的速度和压力失控发生的现象,喷涌发生的关键是砂性土具有良好的渗透性,不能对流经的水造成较大的水头损失,管片分类管片分类管片宽度为管片宽度为1.2m,厚度为厚度为350mm；隧道拼装形式一般隧道拼装形式一般分为以下三种分为以下三种：1、通缝拼装；、通缝拼装；2、错缝拼装；、错缝拼装；管片类型：管片类型：钢管片钢管片钢筋混凝土管钢筋混凝土管片片技术名词解释技术名词解释管片端头管片端头每块管片的二个纵向端面；每块管片的二个纵向端面；张角张角两块管片端面接头缝在径向向外张开称外张角两块管片端面接头缝在径向向外张开称外张角,反之称内张角；反之称内张角；喇叭喇叭两块管片端面接头缝在纵向向推进方向张开叫前喇叭两块管片端面接头缝在纵向向推进方向张开叫前喇叭,反之称后喇叭；反之称后喇叭；踏步踏步前后两环管片内弧面的不平整度；前后两环管片内弧面的不平整度；纵向螺栓纵向螺栓环与环之间的连接螺栓；环与环之间的连接螺栓；环向螺栓环向螺栓同一环管片块与块之间的连接螺栓；同一环管片块与块之间的连接螺栓；端肋端肋管片中每块管片两端头的肋板；管片中每块管片两端头的肋板；环肋环肋管片环向的肋板；管片环向的肋板；纵肋纵肋管片在纵向的加劲肋；管片在纵向的加劲肋；椭圆度椭圆度圆环垂直、水平两直径之差值；圆环垂直、水平两直径之差值；超前超前指圆环环面与推进设计轴线垂直度的误差指圆环环面与推进设计轴线垂直度的误差,有上、下超前和左、右超前有上、下超前和左、右超前之分之分,管片成环后的尺寸管片成环后的尺寸隧道管片成环后隧道管片成环后,其管片外径为其管片外径为6200mm,内径为内径为5500mm；(指指单圆隧道单圆隧道,盾构直径为盾构直径为6340mm)管片进场必须对其进行验收管片进场必须对其进行验收,保证保证管片质量管片质量,对管片的生产日期和养对管片的生产日期和养护期、合格证进行校对护期、合格证进行校对管片吊卸必须小心轻放管片吊卸必须小心轻放,防止管片防止管片被撞坏被撞坏,影响管片的质量影响管片的质量管片进场验收管片进场验收管片堆放时管片堆放时,管片与管片之间必须管片与管片之间必须防止枕木防止枕木,防止管片受力不均防止管片受力不均,使管使管片产生裂缝片产生裂缝管片的堆放高度不得高于管片的堆放高度不得高于3块管片块管片的高度的高度管片防雨设施管片防雨设施管片堆场放置移动遮雨管片堆场放置移动遮雨棚；棚；可以在雨天中用来遮雨可以在雨天中用来遮雨,并在雨天中可进行管片并在雨天中可进行管片涂料工作涂料工作移移动遮雨棚遮雨棚1-4管片遮盖防雨油布管片遮盖防雨油布在下雨天中在下雨天中,用油布遮盖管片用油布遮盖管片,对管片的止水带起保护作用；对管片的止水带起保护作用；止水带遇水膨胀止水带遇水膨胀,失去止水作用；失去止水作用；防水橡胶膨胀止水带的制作防水橡胶膨胀止水带的制作止水止水带制作制作包角粘子包角粘子管片的垂直运输管片的垂直运输管片依靠管片依靠32T行车的吊运进行车的吊运进行垂直运输行垂直运输,吊吊运至井下运至井下使管片平稳的使管片平稳的堆放在电机车堆放在电机车托运的平板车托运的平板车上上水平运输水平运输管片水平运输靠电机车进行水平运输；管片水平运输靠电机车进行水平运输；运输至车架内运输至车架内,井下施工人员使用车架内的单、双轨梁对管片进井下施工人员使用车架内的单、双轨梁对管片进行调运、安放行调运、安放；管片运输车双轨梁运输管片同步注浆拌浆作业同步注浆拌浆作业盾构机在推进时盾构机在推进时,必须必须压注同步注浆浆液压注同步注浆浆液,控控制地面的沉降；制地面的沉降；管片与盾构间的建筑管片与盾构间的建筑间隙间隙,由单液浆对其进由单液浆对其进行有效的填充行有效的填充,减小盾减小盾构推进时对地面管线、构推进时对地面管线、建筑物的影响建筑物的影响,并进行浆液稠度测试并进行浆液稠度测试,测试值为测试值为911,单液浆的材料：单液浆的材料：1、黄砂、黄砂2、水泥、水泥3、粉煤灰、粉煤灰4、膨润土、膨润土5、水、水稠度稠度仪拌拌浆间同步注浆的作用同步注浆的作用同步注浆可以对管片的环同步注浆可以对管片的环与环之间的高差进行有效与环之间的高差进行有效的控制的控制,以免管片推出盾尾以免管片推出盾尾后管片下沉或上浮量过大后管片下沉或上浮量过大,引起管片碎裂引起管片碎裂,如图所示如图所示盾构同步注浆孔位置盾构同步注浆孔位置盾构注浆孔一般分为盾构注浆孔一般分为6个注个注浆点浆点,可以随时根据管片姿可以随时根据管片姿态与盾构姿态对盾构的注态与盾构姿态对盾构的注浆点进行更换浆点进行更换,如图所示如图所示管片拼装形式管片拼装形式一般分为三种：一般分为三种：1、为通缝拼装；、为通缝拼装；2、错缝拼装；、错缝拼装；通通缝拼装隧道拼装隧道错缝拼装隧道拼装隧道管片拼装的特点管片拼装的特点通缝拼装通缝拼装：各环管片的纵缝对齐的拼装方法：各环管片的纵缝对齐的拼装方法,这种拼装方法在拼装这种拼装方法在拼装时定位容易时定位容易,纵向螺栓容易穿进纵向螺栓容易穿进,拼装施工应力小拼装施工应力小,但容易产生环面但容易产生环面不平不平,并有较大累计误差并有较大累计误差,导致环向螺栓很难穿进导致环向螺栓很难穿进,环缝压密量不够环缝压密量不够,错缝拼装错缝拼装：错缝拼装即前后环管片的纵缝错开拼装：错缝拼装即前后环管片的纵缝错开拼装,一般错开一般错开1/21/3块管片弧长块管片弧长,用此法建造的隧道整体性好用此法建造的隧道整体性好,拼装施工应力大拼装施工应力大,纵纵向穿螺栓困难向穿螺栓困难,纵缝压密差纵缝压密差,但环面较平正但环面较平正,穿环向螺栓比较容易穿环向螺栓比较容易,成环隧道的直径成环隧道的直径成环管片外径为成环管片外径为 6200mm6200mm；成环管片的内径为成环管片的内径为 5500mm5500mm；管片拼装成环一共由管片拼装成环一共由6块块管片组成：管片组成：1块落底块块落底块D块、块、2块标准块块标准块B1、B2块、块、2块邻接块块邻接块L1、L2块、块、1块块封顶块封顶块F块块,如右图所示如右图所示红色为外径；红色为外径；蓝色为内径；蓝色为内径；管片拼装顺序管片拼装顺序管片拼装顺序一般为：先管片拼装顺序一般为：先下后上的拼装顺序；下后上的拼装顺序；第一步：拼装落底块第一步：拼装落底块D块；块；第二步：拼装标准块第二步：拼装标准块B1、B2,左右交叉；左右交叉；第三步：拼装邻接块第三步：拼装邻接块L1、L2左右交叉；第四步：拼左右交叉；第四步：拼装封顶块装封顶块F,纵向插入；纵向插入；成成环后管片位置后管片位置拼装落底块拼装邻接块拼装标准块拼装封顶块管片拼装顺序示意图管片拼装顺序示意图第一步第一步第二步第二步第四步第四步第三步第三步拼装前的准备拼装前的准备管片拼装前管片拼装前,盾尾夹仓必须清理干净盾尾夹仓必须清理干净,里面不能有管片碎裂或小石里面不能有管片碎裂或小石块块,以免使落底块拼装时以免使落底块拼装时,无法使其与上一环管片环面相平；无法使其与上一环管片环面相平；管片拼装时管片拼装时,检查管片的止水带有无脱落的现象检查管片的止水带有无脱落的现象,以免在管片拼装以免在管片拼装时翻到槽外时翻到槽外,使与前一环的环面不密贴使与前一环的环面不密贴,引起管片的渗漏水现象；引起管片的渗漏水现象；检查管片的环面是否平整检查管片的环面是否平整,如果不平整如果不平整,应用及时采用黏贴楔子应用及时采用黏贴楔子,对对其进行管片的纠偏；其进行管片的纠偏；一般楔子的厚度分为种：一般楔子的厚度分为种：1mm、2mm、3mm；楔子的黏贴量一；楔子的黏贴量一般最厚为般最厚为6mm,并且在黏贴时在膨胀止水带上多黏贴一条红色止并且在黏贴时在膨胀止水带上多黏贴一条红色止水条水条,楔子的黏贴一般以阶梯式进行黏贴楔子的黏贴一般以阶梯式进行黏贴,楔子的黏贴不易过厚楔子的黏贴不易过厚,以以免使管片产生裂缝免使管片产生裂缝,影响隧道质量；影响隧道质量；封顶块封顶块F块的拼装块的拼装拼装封顶块拼装封顶块F块块,为纵向插入式；为纵向插入式；在其左右两侧涂刷润滑剂在其左右两侧涂刷润滑剂,使在插入时不会过紧使在插入时不会过紧,使止水带向外逃使止水带向外逃出出,影响下一环管片的拼装；止水带外逃直接影响下一环管片在拼影响下一环管片的拼装；止水带外逃直接影响下一环管片在拼装时管片邻接块装时管片邻接块L1、L2两角部容易碎裂两角部容易碎裂,并引起管片渗漏水；并引起管片渗漏水；管片成环后管片成环后管片超前量的制作管片超前量的制作管片的超前量直接控制着整条隧道的质量管片的超前量直接控制着整条隧道的质量,管片的超前量一般管片的超前量一般由井下测量人员使用垂线对其进行垂吊由井下测量人员使用垂线对其进行垂吊,并计算出管片的超前量并计算出管片的超前量;施工队按照管片的实际超前量与设计超前量并与盾构机现在施工队按照管片的实际超前量与设计超前量并与盾构机现在的盾构姿态的盾构姿态,对管片的超前量做出相应的调整；如果实际管片的超对管片的超前量做出相应的调整；如果实际管片的超前量比设计超前量过多前量比设计超前量过多,并且落低块已经与盾壳相碰并且落低块已经与盾壳相碰,那么此时应那么此时应对管片做下超对管片做下超,相反为上超相反为上超,如果管片标准块如果管片标准块B1与盾壳相碰或间隙与盾壳相碰或间隙过小过小,那么管片应做右超那么管片应做右超,相反为左超相反为左超,如果管片的楔子不及时跟上如果管片的楔子不及时跟上,会引起在盾构推进时管片外弧被会引起在盾构推进时管片外弧被盾壳拉坏盾壳拉坏,引起管片的渗漏水引起管片的渗漏水,管片超前量的制作管片超前量的制作施工队根据隧道的设计轴施工队根据隧道的设计轴线、管片的设计超前量、线、管片的设计超前量、盾构目前的盾构姿态与井盾构目前的盾构姿态与井下实测管片的超前量相比下实测管片的超前量相比较较,制定出下一步管片楔制定出下一步管片楔子的粘贴量；子的粘贴量；并由管片涂料人员按照施工队并由管片涂料人员按照施工队的要求的要求,并按照楔子粘贴示意并按照楔子粘贴示意图进行粘贴楔子；图进行粘贴楔子；下超前下超前向下踏步 (右)向上踏步 (左)上超前上超前纵向向错缝环向向错缝纵、环向向错缝管片的超前量是非常重要管片的超前量是非常重要的的,它控制着整条隧道的质它控制着整条隧道的质量；量；管片超前量由井下测量人管片超前量由井下测量人员对其进行测量计算；员对其进行测量计算；使用使用5.5m的锤球对管片的的锤球对管片的超前量进行垂吊；超前量进行垂吊；管片的环面垂直于设计轴管片的环面垂直于设计轴线；线；管片超前量的测量管片超前量的测量垂球垂球垂垂吊吊位位置置量量测位置位置管片超前量示意图管片超前量示意图1、当隧道管片高程处于超标时、当隧道管片高程处于超标时,隧道管片就利用楔子对管片高程隧道管片就利用楔子对管片高程进行相应的调整；进行相应的调整；2、管片的高程、平面标准为、管片的高程、平面标准为5mm5mm, ,超出超出5mm5mm为超标；为超标；3 3、楔子的粘贴制作以阶梯式进行粘贴、楔子的粘贴制作以阶梯式进行粘贴, ,使管片拼装后使管片拼装后, ,在推进时在推进时, ,所受到的顶力均匀所受到的顶力均匀, ,不宜出现裂缝或渗漏水现象；不宜出现裂缝或渗漏水现象；管片超前量示意图管片超前量示意图管片的超前量示意图管片的超前量示意图上超上超6mm下超下超6mm管片超前量示意图管片超前量示意图右超右超6mm左超左超6mm管片环面错位纠偏管片环面错位纠偏对于管片十字缝错位对于管片十字缝错位,将采用楔子对其进行环面纠偏；将采用楔子对其进行环面纠偏；楔子的厚度一般为楔子的厚度一般为3mm、2mm、1mm；十字缝错缝管片管片环面的状面的状态主要有以下几种：主要有以下几种： 下超前下超前( (右超前右超前)向下踏步 (右)上超前上超前( (左超前左超前)向上踏步 (左)纵向向错缝环向向错缝纵、环向向错缝环面不平或面不平或纵缝前后喇叭前后喇叭前喇叭后喇叭推进方向千斤顶封封顶块前突前突楔子粘贴楔子粘贴管片十字缝错位纠偏应把楔子粘贴于管片的侧面管片十字缝错位纠偏应把楔子粘贴于管片的侧面,根据十字缝错位根据十字缝错位的大小的大小,进行调整楔子的粘贴量和粘贴部位；防止管片拼装成环后进行调整楔子的粘贴量和粘贴部位；防止管片拼装成环后出现喇叭口出现喇叭口楔子粘楔子粘贴后后楔子未粘楔子未粘贴楔子的特性楔子的特性一般楔子的厚度分为种：一般楔子的厚度分为种：1mm、2mm、3mm；楔子的粘贴量一般最厚为楔子的粘贴量一般最厚为6mm,并且在粘贴时在膨胀止水带上多并且在粘贴时在膨胀止水带上多粘贴一条红色止水条粘贴一条红色止水条,楔子的粘贴一般以阶梯式进行制作楔子的粘贴一般以阶梯式进行制作,楔子的楔子的粘贴不易过厚粘贴不易过厚,以免使管片受力后以免使管片受力后,因受力不均匀而产生裂缝因受力不均匀而产生裂缝,影响影响隧道质量；隧道质量；胶粘剂楔子楔子粘贴楔子粘贴盾构开舱作业应建立完善的开舱控制程序,严格开舱管理,确保开舱施工安全,开舱管理应遵循下列原则：(1)合理制定开舱里程、地层预处理方案等开舱计划；(2)开舱条件应安全、可靠；(3)尽可能减少对地面环境影响；(4)开舱作业应连续,快进、快出,开舱程序控制为使开舱作业有序地进行,应制定开舱作业程序,并建立相应的签认制度,(1)开舱准备工作确认为保证开舱作业的连续、快速,必须做好充分的准备,准备工作包括预计更换刀具准备、开舱作业工具准备、洞内风水电准备等,准备工作由专人负责,完成后由相关工程师确认,机电总工程师审核；(2)开舱位置确定根据开舱计划,必须在盾构到达既定里程后方可进行开舱作业,开舱位置由土木工程师确认,土木总工程师审核,通过签认后即可打开舱门；(3)工程地质确认开舱后先按要求对土舱进行冷却与空气置换,然后由有经验的地质工程师判断工作面的地质条件,仔细观察后签署意见,并由土木总工程师进行审核确认,确认安全后其他人员方可进入土舱执行下一步作业；(4)刀具检查与处理方案确定由具有刀具管理经验的机械工程师对刀具进行检查,做好记录,并由机电总工程师进行审核确认,制定刀具处理方案,由土木工程师对工作面稳定情况进行进一步判断后,决定是否可进行既定方案的刀具处理施工,进行刀具处理的过程中,必须有一名土木工程师不间断地对工作面稳定情况进行观察；(5)刀盘清理及舱门关闭确认刀具处理完毕关闭舱门前对土舱及刀盘前方进行全面的检查,避免工具、杂物遗留在内,检查完毕由当班班长签认,负责机械工程师确认,确认后关闭舱门,舱门关闭情况由负责机械工程师确认,机电总工程师审核,完成后及时恢复掘进施工,安全保障措施与安全事故抢救(1)开舱安全保障措施开舱作业必须在既定的位置进行,如果因施工需要必须在其他位置进行开舱作业时,必须充分分析并报业主及监理同意后,由项目经理及总工程师决定；开舱作业的一切准备工作必须提前做好,一旦开舱必须保证作业立即开始；开舱必须在掘进停止后立即进行,在作业过程中必须由专人负责观察工作面稳定情况,一旦发现异常及时撤出施工人员,并关闭舱门,坍塌发生时,必须立即封堵工作面或恢复掘进；做好开舱作业组织,确保施工的有序、连续,尽快完成施工,(2)安全事故抢救组织成立安全事故领导小组,做好后勤保障与突发事故的处理、抢救准备；组织有医护人员参加的抢救小组；施工现场配备急救医药与器械,医护人员在现场值班；在施工现场规划与建立安全事故抢救通道,确保在紧急情况下能及时疏散人员,盾构隧道施工原理及方法 石家庄铁道学院土木分院地下工程系 朱 永 全1. 盾构法的基本含义盾构法的基本含义 盾构施工法是盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进使用盾构机在地下掘进, ,在护盾的在护盾的保护下保护下, ,在机内安全的进行开挖和衬砌作业在机内安全的进行开挖和衬砌作业, ,从而构筑从而构筑成隧道的施工方法成隧道的施工方法”, ,按照这个定义按照这个定义, ,盾构施工法是由盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成, , 一、盾构法施工的原理及方法一、盾构法施工的原理及方法 盾构法施工的概貌如图盾构法施工的概貌如图5-5-15-5-1所示所示, ,在隧道的一端建在隧道的一端建造竖井或基坑造竖井或基坑, ,将盾构安装就位将盾构安装就位, ,盾构从竖井或基坑的盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发墙壁开孔出发, ,在地层中沿着设计轴线在地层中沿着设计轴线, ,向另一竖井或向另一竖井或基坑的孔壁推进基坑的孔壁推进, , 盾盾构构推推进进中中所所受受到到的的地地层层阻阻力力, ,通通过过盾盾构构千千斤斤顶顶传传至至盾盾构构尾尾部部已已经经拼拼装装好好的的衬衬砌砌管管片片上上, ,盾盾构构机机是是这这种种施施工工方法中主要的施工机具方法中主要的施工机具, , 图 5-5-1 盾构法施工概貌图车站碴土储舱和料斗龙门吊车泥浆处理设备竖井皮带运输机盾构机螺旋输送机管片运输车泥浆注入车斗车电瓶车2. 2. 盾盾构构法法施施工工的的原原理理和和过过程程：(网网上上有有视视频频,也也可可参参见见前面谭伟姿的课件前面谭伟姿的课件)3. 3. 密封式密封式( (平衡平衡) )盾构机的组成盾构机的组成盾构机组成(2) 压力舱压 力 测试搅拌系统压力控制加浆系统(3) 排土、排泥系统排土器排浆管路搅拌装置加浆装置(4) 推进装置千斤顶选型和配置工作速度安全锁总推力千斤顶行程压力垫盾 构 机通用装置轴承止水带(1) 刀 盘超挖装置刀盘开口旋转速度形 式润滑装置刀 头旋转力矩支承方式(6) 附属装置盾尾止水装置壁后注浆装置开挖面崩坏探测装置锁定装置测量装置后方台车接头装置起重臂真圆保护(5) 管片组装装置油压机油油压机油压管路(7) 油压装置KBBA管 片AAA管片的组装顺序K管片(封顶块)的嵌入半径方向插入型BKKBBB盾构机是根据每一施工区段设计的专用设备盾构机是根据每一施工区段设计的专用设备盾构施工不可退后盾构施工不可退后对施工的要求精度高对施工的要求精度高占用的施工场地小占用的施工场地小对邻近建筑物的影响小对邻近建筑物的影响小对周围环境的影响较小对周围环境的影响较小2.盾构施工的特点盾构施工的特点 初期的盾构法是用手掘式或机械开挖式盾构机初期的盾构法是用手掘式或机械开挖式盾构机,结结合使用压气施工方法保证开挖面稳定合使用压气施工方法保证开挖面稳定,进行开挖进行开挖,在地在地下水较丰富的地区下水较丰富的地区,用注浆法进行止漏用注浆法进行止漏,而对软弱地层而对软弱地层,则采用掌子面封闭式施工则采用掌子面封闭式施工,经过多年对盾构技术的研经过多年对盾构技术的研究开发和应用究开发和应用,已演变成现在非常盛行的泥水平衡式已演变成现在非常盛行的泥水平衡式和土压平衡式两种盾构机和土压平衡式两种盾构机,这两种机型的最大优点是这两种机型的最大优点是在开挖功能中考虑了稳定开挖面的措施在开挖功能中考虑了稳定开挖面的措施,将盾构施工将盾构施工法中的三大要素的前两者联系融为一体法中的三大要素的前两者联系融为一体,无需辅助施无需辅助施工措施工措施,并通过使用不同类型的并通过使用不同类型的刀具刀具刀具刀具,就能适应地质情就能适应地质情况变化范围较广的地质条件况变化范围较广的地质条件, 5. 盾构机和盾构法的发展史盾构机和盾构法的发展史 砾石、岩石等硬质围岩时的刀头大砾石、岩石时多采用刀轮式刀头刀头的固定方式焊接螺栓式插入式焊接式 盾盾构构法法施施工工开开挖挖面面稳稳定定技技术术的的历历史史,是是从从压压气气施施工工法法的的“气气”演演变变到到泥泥水水式式的的“水水”和和土土压压式式的的“土土”,“开开挖挖面面稳稳定定”和和“盾盾构构开开挖挖”的的技技术术已已达达到到较较完完善善的的地地步步,目目前前盾盾构构一一般般指指密密封封式式泥泥水水平平衡衡式式和土压平衡式盾构和土压平衡式盾构, 最近最近,盾构技术的发展动向是：开发了超大断面盾构技术的发展动向是：开发了超大断面的盾构机和的盾构机和MFMF盾构机以及盾构机以及DOTDOT盾构机等多断面盾构盾构机等多断面盾构机机,加上在衬砌和开挖方面使用了加上在衬砌和开挖方面使用了ECLECL施工法的技术施工法的技术,采用管片自动组装装置采用管片自动组装装置,以及采用自动测量技术进以及采用自动测量技术进行开挖控制行开挖控制,用计算机进行各种施工管理实现管理用计算机进行各种施工管理实现管理系统化等的开发研究系统化等的开发研究,对提高盾构施工的安全性、对提高盾构施工的安全性、适应性和经济性展示了更为广阔的应用前景适应性和经济性展示了更为广阔的应用前景,1. 盾构机的种类盾构机的种类 盾构机是盾构法施工盾构机是盾构法施工的主要施工机械的主要施工机械, ,按开挖按开挖面与作业室之间的隔墙构面与作业室之间的隔墙构造可分为全开敞式、半开造可分为全开敞式、半开敞式及密封式三种敞式及密封式三种, ,种类种类划分如下所示：划分如下所示： 二、盾构机的种类和构造二、盾构机的种类和构造(1)全开敞式全开敞式 全开敞式盾构机是指没有隔墙、开挖面敞露状态全开敞式盾构机是指没有隔墙、开挖面敞露状态的盾构机的盾构机, ,根据开挖方式的不同根据开挖方式的不同, ,又分为手掘式、半机又分为手掘式、半机械化式及机械式三种械化式及机械式三种, ,这种盾构机适用于开挖面自稳性这种盾构机适用于开挖面自稳性好的围岩好的围岩, ,在遇到开挖面不能自稳的地层时在遇到开挖面不能自稳的地层时, ,则需进行则需进行地层超前加固等辅助施工方法地层超前加固等辅助施工方法, ,以防止开挖面坍塌以防止开挖面坍塌, , a.手掘式盾构机手掘式盾构机 如图如图5-5-25-5-2所示所示, ,手掘式盾构机的正面是开敞的手掘式盾构机的正面是开敞的, ,通通常设置防止开挖顶面塌陷的活动前檐及上承千斤顶、常设置防止开挖顶面塌陷的活动前檐及上承千斤顶、工作面千斤顶及防止开挖面塌陷的挡土千斤顶工作面千斤顶及防止开挖面塌陷的挡土千斤顶, ,开挖采开挖采用铁锹、镐、碎石机等开挖工具用铁锹、镐、碎石机等开挖工具, ,人工进行人工进行, , 图 5-5-2 手掘式盾构构造 手掘式盾构机手掘式盾构机 这种盾构机适应的土质是自稳性强的洪积层压实这种盾构机适应的土质是自稳性强的洪积层压实的砂、砂砾的砂、砂砾, ,固结粉砂和粘土固结粉砂和粘土, ,对于开挖面不能自稳的对于开挖面不能自稳的冲积软弱砂层、粉砂和粘土冲积软弱砂层、粉砂和粘土, ,施工时必须采用稳定开挖施工时必须采用稳定开挖面的辅助施工法面的辅助施工法, ,如气压施工法、改良地基、降低地下如气压施工法、改良地基、降低地下水位等措施水位等措施, ,目前手掘式盾构机一般用于开挖断面有障目前手掘式盾构机一般用于开挖断面有障碍物、巨砾石等特殊场合碍物、巨砾石等特殊场合, ,而且应用逐渐减少而且应用逐渐减少, , b.半机械式盾构机半机械式盾构机 如图如图5-5-35-5-3所示所示, ,半机械式盾构机进行开挖及装运半机械式盾构机进行开挖及装运石碴都采用专用机械石碴都采用专用机械, ,配备液压铲土机、臂式刀盘等挖配备液压铲土机、臂式刀盘等挖掘机械和皮带运输机等出碴机械掘机械和皮带运输机等出碴机械, ,或配备具有开挖与出或配备具有开挖与出碴双重功能的机械碴双重功能的机械, ,以图省力以图省力, , 图5-5-3 半机械式盾构构造半机械式盾构机半机械式盾构机 为为防防止止开开挖挖面面顶顶面面塌塌陷陷,盾盾构构机机内内装装备备了了活活动动前前檐檐和和半半月月形形千千斤斤顶顶,由由于于安安装装了了挖挖掘掘机机,再再设设置置工工作作面面千千斤斤顶顶等支挡设备是较困难的等支挡设备是较困难的, 与与手手掘掘式式盾盾构构机机一一样样, ,应应有有确确保保开开挖挖面面稳稳定定的的措措施施, ,适适应应土土质质以以洪洪积积层层的的砂砂、砂砂砾砾、固固结结粉粉砂砂和和粘粘土土为为主主, ,也也可可用用于于软软弱弱冲冲积积层层, ,但但须须同同时时采采用用超超前前加加固固, ,或或采采取取降低地下水位、改良地基等辅助措施降低地下水位、改良地基等辅助措施, , c.机械式盾构机机械式盾构机 如图如图5-5-45-5-4所示所示, ,机械式盾构机前面装备有旋转式机械式盾构机前面装备有旋转式刀盘刀盘, ,增大了盾构机的挖掘能力增大了盾构机的挖掘能力, ,开挖的土砂通过旋转开挖的土砂通过旋转铲斗和排土可以连续进行铲斗和排土可以连续进行, ,缩短了工期缩短了工期, ,减少了作业人减少了作业人员员, ,在开挖自稳性好的围岩时在开挖自稳性好的围岩时, ,机械式盾构机适应的土机械式盾构机适应的土质与手掘式盾构机、半机械式盾构机一样质与手掘式盾构机、半机械式盾构机一样, ,须采用辅助须采用辅助施工方法施工方法, , 图 5-5-4 机械式盾构构造(2) 半开敞式半开敞式 是指挤压式盾构机是指挤压式盾构机, ,它是在开放型盾构的切口环与它是在开放型盾构的切口环与支撑环之间设置胸板支撑环之间设置胸板, ,以支挡正面土体以支挡正面土体, ,但在胸板上有但在胸板上有一些开口一些开口, ,当盾构向前推进时当盾构向前推进时, ,需要排出的土体将从开需要排出的土体将从开口处挤入盾构内口处挤入盾构内, ,然后装车外运然后装车外运, ,见图见图5-5-55-5-5, ,这种盾构这种盾构适用于软弱粘土层适用于软弱粘土层, ,在推进过程中要引起较大的地面隆在推进过程中要引起较大的地面隆起起, , 图5-5-5 部分开放型盾构构造(3) 密封式密封式 是指在机械开挖式盾构机内设置隔墙是指在机械开挖式盾构机内设置隔墙, ,进入刀盘与进入刀盘与隔墙土仓的土体隔墙土仓的土体, ,由泥水压力或土压提供足以使开挖面由泥水压力或土压提供足以使开挖面保持稳定的压力保持稳定的压力, ,密封式盾构机又分成局部气压式、泥密封式盾构机又分成局部气压式、泥水平衡式和土压平衡式几种水平衡式和土压平衡式几种, , 局部气压式盾构局部气压式盾构, , 在在机机械械式式盾盾构构支支承承环环的的前前边边装装上上隔隔板板, ,使使切切口口环环成成为为一一个个密密封封舱舱, ,其其中中充充满满压压缩缩空空气气, ,达达到到疏疏干干和和稳稳定定开开挖挖面面土土体体的的作作用用, ,见图见图5-5-65-5-6, , 图5-5-6 局部气压式盾构构造局部气压式盾构局部气压式盾构 压缩空气的压力值可根据工作面下压缩空气的压力值可根据工作面下1/31/3点的地下静点的地下静水压力确定水压力确定, ,由于这种盾构是靠压缩空气对开挖面进行由于这种盾构是靠压缩空气对开挖面进行密封密封, ,故要求地层透水性小故要求地层透水性小, ,渗透系数渗透系数K K小于小于1 110-10-5m/s5m/s, ,静水压力不大于静水压力不大于0.1MPa0.1MPa, ,另外另外, ,这种盾构在密封舱、这种盾构在密封舱、盾尾及管片接缝处易产生漏气盾尾及管片接缝处易产生漏气, ,引起工作面土体坍塌引起工作面土体坍塌, ,造成地面降陷造成地面降陷, , 土压平衡式盾构土压平衡式盾构 土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构构, ,它的前端有一个全断面切削刀盘它的前端有一个全断面切削刀盘, ,在它后面有一个在它后面有一个贮留切削土体的密封舱贮留切削土体的密封舱, ,在其中心处或下方装有长筒形在其中心处或下方装有长筒形的螺旋输送机的螺旋输送机, ,在密封舱和螺旋输送机在密封舱和螺旋输送机, ,以及在盾壳四以及在盾壳四周装设的土压传感装置周装设的土压传感装置, ,根据需要还可装设改善切削土根据需要还可装设改善切削土体流动性的塑流化材料的注入设备体流动性的塑流化材料的注入设备, , 泥水加压式盾构泥水加压式盾构 泥水加压式盾构的总体构造与土压平衡式盾构相泥水加压式盾构的总体构造与土压平衡式盾构相似似, ,仅支护开挖面方法和排碴方式有所不同仅支护开挖面方法和排碴方式有所不同, ,在泥水加在泥水加压式盾构的密封舱内充满特殊配制的压力泥浆压式盾构的密封舱内充满特殊配制的压力泥浆, ,刀盘刀盘( (花板型花板型) )浸没在泥浆中工作浸没在泥浆中工作, ,对开挖面支护对开挖面支护, ,通常是由通常是由泥浆压力和刀盘面板共同承担泥浆压力和刀盘面板共同承担, ,前者主要是在掘进中起前者主要是在掘进中起支护作用支护作用, ,后者主要是在停止掘进时起支护作用后者主要是在停止掘进时起支护作用, , 泥水加压式盾构泥水加压式盾构 对对于于不不透透水水的的粘粘性性土土,泥泥浆浆压压力力应应保保持持大大于于围围岩岩主主动动土土压压力力,对对透透水水性性大大的的砂砂性性土土,泥泥浆浆会会渗渗入入到到土土层层内内一一定定深深度度,并并在在很很短短时时间间内内,于于土土层层表表面面形形成成一一层层泥泥膜膜,有有助助于于改改善善围围岩岩的的自自承承能能力力,并并使使泥泥浆浆压压力力能能在在全全开开挖挖面面上上发发挥挥有有效效的的支支护护作作用用,此此时时,泥泥浆浆压压力力一一般般以以保保持持高高于于地地下下水水压压0.2MPa0.2MPa为为宜宜,而而刀刀盘盘切切削削下下的的碴碴土土在在密密封封舱舱内内与与泥泥浆浆混混合合后后,用用排排泥泥泵泵及及管管道道输输送送至至地地面面处处理理,处处理理后后的的泥泥浆浆再再由由供供泥泥泵泵和和管管道道送送回回盾盾构构重重复复使使用用,所所以以,在在采采用用泥泥水水加加压压式式盾盾构构时时,还还需需配配备备一一套泥浆处理系统套泥浆处理系统, 泥水加压式盾构按泥浆系统压力控制方式可分为直接泥水加压式盾构按泥浆系统压力控制方式可分为直接控制型控制型( (日本型日本型) )和间接控制型和间接控制型( (德国型德国型) )两种基本类型两种基本类型, , a a直接控制型直接控制型( (日本型日本型) ) 直直接接控控制制型型( (日日本本型型) )泥泥水水加加压压式式盾盾构构的的泥泥浆浆压压力力控控制制由由一一套套自自动动控控制制泥泥浆浆平平衡衡的的装装置置来来实实现现, ,见见图图5-5-105-5-10, ,P1P1为为供供泥泥泵泵, ,从从泥泥浆浆处处理理厂厂的的泥泥水水调调整整槽槽将将泥泥浆浆压压人人盾盾构构密密封封舱舱, ,供供入入泥泥浆浆比比重重在在1.051.051.251.25之之间间, ,在在密密封封舱舱内内与与开开挖挖碴碴土土混混合合后后的的重重泥泥浆浆由由排排泥泥泵泵P2P2、P3P3、P4P4排排至至泥泥浆浆处处理理厂厂, ,排排出出泥泥浆浆比比重重在在1.11.11.41.4之之间间, ,密密封封舱舱的的泥泥浆浆压压力力是是通通过过调调节供浆泵节供浆泵P1P1的转速或节流阀的开口比值来实现控制的的转速或节流阀的开口比值来实现控制的, , 泥水室图5-5-10 直接控制型泥水加压盾构泥浆自动控制输送系统大刀盘清水槽泥浆调整槽密度计流量计供浆管排浆管伸缩管Vp2p3p4p1直接控制型直接控制型( (日本型日本型) ) 泥泥浆浆管管中中的的泥泥浆浆流流速速, ,必必须须保保持持在在临临界界值值以以上上, ,否否则则, ,泥泥浆浆中中的的颗颗粒粒会会产产生生沉沉淀淀而而堵堵塞塞管管路路, ,尤尤其其是是在在排排泥泥管管中中, ,堵堵塞塞将将更更为为严严重重, ,按按管管道道流流理理论论, ,临临界界流流速速VL(m/s)VL(m/s)可可按按DurandDurand公式计算：公式计算： 式中式中 F FL L 流速系数流速系数,按颗粒直径和泥浆浓度而定按颗粒直径和泥浆浓度而定,当颗粒直当颗粒直径大于径大于1mm1mm时时,F FL L1.341.34；g g 重力加速度重力加速度,g g=9.8m/s=9.8m/s2 2；p p0 0 泥浆母液比重泥浆母液比重,一般一般p p0 0=1.05=1.051.251.25；p p 碴土比重；碴土比重；d d 管管子内径子内径(m)(m),直接控制型直接控制型( (日本型日本型) ) 在在盾盾构构推推进进时时, ,进进、排排泥泥管管需需不不断断延延长长, ,管管阻阻亦亦随随之之增增大大, ,为为了了保保证证管管内内的的流流速速恒恒大大于于临临界界流流速速, ,排排泥泥浆浆泵泵P2P2的的转转速速应应随随时时调调整整, ,故故排排泥泥浆浆泵泵P2P2必必须须是是自自动动调调速速的的, ,当当P2P2泵泵达达到到最大扬程时最大扬程时, ,再加再加P3P3、P4P4接力泵接力泵, , 为为了了保保证证盾盾构构推推进进质质量量、减减少少地地面面沉沉降降量量, ,需需要要严严格格控控制制排排土土量量, ,故故应应在在进进、排排泥泥浆浆管管路路上上分分别别装装设设流流量量计计和和比比重重计计, ,根据检测数据即可计算实际排土量根据检测数据即可计算实际排土量 , ,b间接控制型间接控制型( (德国型德国型) ) 间接控制型间接控制型( (德国型德国型) )泥水加压式盾构的泥浆压力控制泥水加压式盾构的泥浆压力控制由空气和泥水双重系统实现由空气和泥水双重系统实现, ,见图见图5-5-115-5-11, , 空气管半隔板图5-5-11 间接控制型泥水加压盾构泥浆压力控制系统混合盾构混合盾构(Mixshield) 混合盾构是近几年在欧洲发展起来的一种新型盾构混合盾构是近几年在欧洲发展起来的一种新型盾构, ,这种盾构本机可以构成一台泥水加压式盾构、气压式盾构这种盾构本机可以构成一台泥水加压式盾构、气压式盾构或土压平衡式盾构或土压平衡式盾构, ,当地层条件变化时当地层条件变化时, ,盾构的机形可以随盾构的机形可以随地层变化而相应改变调整地层变化而相应改变调整, , 多圆盾构多圆盾构(MultiCircularFaceShield) 多圆盾构是近年日本开发的新型盾构多圆盾构是近年日本开发的新型盾构, ,其中的双圆盾其中的双圆盾构可以用来修建区间隧道构可以用来修建区间隧道, ,一次开挖完成双线区间隧道一次开挖完成双线区间隧道, ,可可以比两个单独的圆形隧道降低工程成本工以比两个单独的圆形隧道降低工程成本工10%10%, ,减少开挖面减少开挖面积积15%15%, ,三圆盾构既可用来修建地铁车站隧道三圆盾构既可用来修建地铁车站隧道, ,拆下中间盾拆下中间盾构后又成为两个单独盾构构后又成为两个单独盾构, ,可以修建区间隧道可以修建区间隧道, , 2. 土压平衡式盾构机的构造土压平衡式盾构机的构造 (1)切削刀盘切削刀盘 通过主轴承支撑和液压马达式电机驱动旋转的刀盘通过主轴承支撑和液压马达式电机驱动旋转的刀盘, ,正正面安装土体切削刀并带有碴土进料口面安装土体切削刀并带有碴土进料口, ,背面安装有碴土搅背面安装有碴土搅拌桨拌桨, ,刀盘侧面还装有可伸缩的超挖刀刀盘侧面还装有可伸缩的超挖刀, , 刀盘的型式有花板型和刀盘的型式有花板型和辐条型的不同型式辐条型的不同型式( (如图如图5-5-5-7)5-7), ,根据地层性质所需要根据地层性质所需要安装刀具大小与数量不同以安装刀具大小与数量不同以及进料口面积大小与数量不及进料口面积大小与数量不同同, ,有不同的开口率有不同的开口率, ,一般硬一般硬岩刀盘开口率小岩刀盘开口率小, ,软土开口软土开口率大率大, , 图5-5-7 切削刀盘形式花板型辐条型(2)刀具刀具 刀具的类型有齿刀、刮刀和滚刀等不同型式刀具的类型有齿刀、刮刀和滚刀等不同型式, ,齿刀、齿刀、刮刀用于软土质地层、滚刀用于岩石地层刮刀用于软土质地层、滚刀用于岩石地层, ,刀盘上可仅为刀盘上可仅为一种类型的刀具一种类型的刀具, ,也可为多种刀具的组合也可为多种刀具的组合, ,以适应不同形式以适应不同形式的地层的地层, ,现代盾构机刀盘设计上可进行刀具的更换现代盾构机刀盘设计上可进行刀具的更换, ,可在刀可在刀盘背面换刀盘背面换刀, , 砾石、岩石等硬质围岩时的刀头大砾石、岩石时多采用刀轮式刀头刀头的固定方式焊接螺栓式插入式焊接式(3)密封舱密封舱 用于存贮被刀盘切削下来的土体用于存贮被刀盘切削下来的土体, ,并加以搅拌使其成并加以搅拌使其成为不透水的为不透水的, ,具有适当流动性的塑流体具有适当流动性的塑流体, ,使其能及时充满密使其能及时充满密封舱和螺旋输送机的全部空间封舱和螺旋输送机的全部空间, ,对开挖面实行密封对开挖面实行密封, ,以维持以维持开挖面的稳定性开挖面的稳定性, ,同时同时, ,也便于将其排出也便于将其排出, ,在密封舱后隔板在密封舱后隔板上上, ,一般留有进入舱孔一般留有进入舱孔, ,供人员进出入密封舱和进行维修工供人员进出入密封舱和进行维修工作作, , 压力舱(泥土压盾构)添加材料注入口添加材料注入管搅 拌翼搅 拌翼独立搅拌翼螺旋排土器 (4)螺旋输送机螺旋输送机 用来将密封舱内的塑流状土体排出盾构外用来将密封舱内的塑流状土体排出盾构外, ,并在排土并在排土过程中过程中, ,利用螺旋叶片与土体间的摩擦和土体阻塞所产生利用螺旋叶片与土体间的摩擦和土体阻塞所产生的压力损失的压力损失, ,使螺旋输送机排土口的泥土压力降至一个大使螺旋输送机排土口的泥土压力降至一个大气压力气压力, ,使其不发生喷漏现象使其不发生喷漏现象, ,通过螺旋输送机排碴量的速通过螺旋输送机排碴量的速度来控制和调解碴舱内的土体压力度来控制和调解碴舱内的土体压力, , (5)塑流化材料注入器塑流化材料注入器 用来向密封舱、刀盘和螺旋输送机内注人添加剂用来向密封舱、刀盘和螺旋输送机内注人添加剂, ,因因为当土体中的含砂量超过一定限度时为当土体中的含砂量超过一定限度时, ,由于其内摩擦角大由于其内摩擦角大, ,流动性差流动性差, ,单靠刀盘的旋转搅动很难使这种土体达到足够单靠刀盘的旋转搅动很难使这种土体达到足够的塑流性的塑流性, ,一旦在密封舱内贮留一旦在密封舱内贮留, ,极易产生压密固结极易产生压密固结, ,无法无法对开挖面实行有效的密封和排土对开挖面实行有效的密封和排土, ,此时此时, ,就需要向切削土体就需要向切削土体内注入一种促使其塑流化的添加剂内注入一种促使其塑流化的添加剂, ,经刀盘混合和搅拌后经刀盘混合和搅拌后能使固结土成为流动性好、不透水的塑流体能使固结土成为流动性好、不透水的塑流体, , (6)土压传感器土压传感器 用于测量密封舱和螺旋输送机内的土压力用于测量密封舱和螺旋输送机内的土压力, ,前者是判前者是判定开挖面是否稳定的依据定开挖面是否稳定的依据, ,后者用来判断螺旋输送机的排后者用来判断螺旋输送机的排土状态土状态, ,喷涌、固结、阻塞等喷涌、固结、阻塞等, ,土压平衡式盾构维持开挖面稳定的原理是依靠密封舱内塑土压平衡式盾构维持开挖面稳定的原理是依靠密封舱内塑流状土体作用在开挖面上的压力流状土体作用在开挖面上的压力(P)(P)(它包括泥土自重产生它包括泥土自重产生的土压力与盾构推进过程中盾构千斤顶的推力的土压力与盾构推进过程中盾构千斤顶的推力) )和盾构前和盾构前方地层的静止土压力与地下水压力方地层的静止土压力与地下水压力(F)(F)相平衡的方法相平衡的方法, ,见图见图5-5-95-5-9, , 图5-5-9 土压平衡式盾构维持开挖面稳定示意图FPGLFFPminF=PFPmaxPmaxQPminQmaxF 由图上可看出：螺旋输送机排土量大时由图上可看出：螺旋输送机排土量大时, ,密封舱内土密封舱内土压力压力P P就减小就减小, ,当当F PF P时时, ,开挖面可能坍方而引起地面沉降；开挖面可能坍方而引起地面沉降；相反相反, ,排土量小时排土量小时 , ,P P值就加大值就加大, ,一旦一旦F PmaxF Pmax, ,地面将会隆地面将会隆起起, ,因此因此, ,要控制土压平衡式盾构在推进过程中开挖面的稳要控制土压平衡式盾构在推进过程中开挖面的稳定定, ,可以用两种方法来实现可以用两种方法来实现, ,其一是控制螺旋输送机排土量其一是控制螺旋输送机排土量( (调节其转速调节其转速) )； 但但研研究究表表明明,对对于于粘粘性性土土来来说说,开开挖挖面面不不破破坏坏的的排排土土量量波波动动值值必必须须控控制制在在理理论论掘掘进进体体积积的的2.8%2.8%左左右右,这这就就需需要要量量测测精精度度在在l%l%以以内内的的切切削削土土体体积积的的检检测测系系统统,其其二二是是用用调调节节盾盾构构千千斤斤顶顶的的推推进进速速度度和和螺螺旋旋输输送送机机转转速速,直直接接控控制制密密封封舱舱内内的的土土压压力力P P,一一般般情情况况下下,不不使使开开挖挖面面产产生生影影响响的的碴碴土土压压力力P P的的波波动动范围如下：范围如下：主动土压力主动土压力+ +地下水压力地下水压力PP被动土压力被动土压力+ +地下水压力地下水压力(7)管片安装机管片安装机管片安装机由以下构件组成：管片安装机由以下构件组成：a.a.悬臂梁悬臂梁b.b.移动机架移动机架c.c.回转机架回转机架d.d.安装头安装头操作员通过可移动的控制器来操纵管片安装机操作员通过可移动的控制器来操纵管片安装机, , (8)后配套设备后配套设备 主主要要有有物物料料运运输输、液液压压系系统统、电电力力系系统统、控控制制系系统统、注注浆系统、泡沫发生系统、测量系统和通风系统等浆系统、泡沫发生系统、测量系统和通风系统等, ,