盾构施工技术与监理控制(一)教材

盾构施工技术与监理控制

——武汉轨道交通6号线

六渡桥站～江汉路站区间盾构工程广东铁路建设监理有限公司编稿：满宇轩一、盾构施工技术1、盾构法隧道的发展历史与现状2、盾构法隧道的基本原理及特点3、盾构施工分类与选型4、盾构机的结构组成5、盾构施工规范术语6、盾构施工关键技术二、盾构监理控制1、盾构监理质量控制2、盾构监理安全控制3、盾构施工专用表格1、盾构法隧道的发展历史与现状

18世纪末英国人提出在伦敦地下修建横向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，开挖面急剧浸水，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年英国工程师布鲁诺尔(M.I,Brunel)观察小虫腐蚀木船底板成洞的经过，发现这种蛀虫钻出孔道，并用它分泌的粘液加固洞穴，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。他用一个宽11.58m、高6.7m的矩形盾构，在英国伦教的泰晤出河下面修建世界第一条水底隧道。初期，工程进展顺利，但后来由于地层下沉，施工中遇到泥水涌入隧道的极大困难，两次被淹，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，采用压气辅助施工，于1834年再次开工，终于在1843年完工，隧道全长458m。自Brunel向泰晤士河隧道发起挑战到胜利，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。布鲁诺尔1806注册专利的盾构

M.I.Brunel螺旋盾构，1818

1825～1843年，布鲁诺在伦敦泰吾士河下用盾构法修建458m长的矩形隧道（11.4m×6.8m）。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。1888～1890年间采用盾构法在美国和加拿大间的圣克莱(St,Clair)河下建成了一条直径为6.40m，长为1870m的萨尔尼亚(Sarnia)水底隧道，为盾构法修建隧道开拓了更为广阔地发展前景。19世纪到20世纪中叶，盾构工法相继传入法国、德国、日本、苏联等国，并得到不程度的发展。已用在水底公路隧道、地下铁道、上下水道、电力、通讯煤气等市政公用地下设施管道。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。1932年原苏联开始用直径为6.6～9.5m的盾构先后在莫斯科、列宁格勒、基辅等城市修建地下铁道的区间隧道及车站。1922年日本开始用盾构法修筑国铁奥羽线折渡隧道。1943年修建关门水底隧道直径达6.0m，长1100多米。我国盾构的开发与应用始于1953年，东北阜新煤矿用手握式盾构修建了直径2.6m的输水巷到。1962年2月，上海城建局隧道工程公司结合上海软土地层对盾构进行了系统的试验研究，研制了一台直径4.16m的手握式普通敞胸盾构，隧道掘进长度68m，试验获得了成功，并采集了大量的盾构施工法隧道数据资料。1965年3月，由上海隧道工程设计院设计，江南造船厂制造的2台直径5.8m的网格挤压盾构，于1966年完成了2条平行隧道，隧道长660m，地面最大沉降10cm。1966年5月，中国第一条水底公路隧道——上海打浦路越江公路隧道工程，主隧道采用由上海隧道工程设计院设计，江南造船厂制造的直径10.22m网格挤压盾构施工，辅以气压稳定开挖面，在水深为16m的黄浦江底顺利掘进隧道，掘进总长度1322m。1957年起北京采用直径2.0m、2.6m的盾构施工下水道工程；1972年在江苏大屯矿用立井盾构施工了井筒达150m。从1960年起上海在第四纪软弱饱和水土层中用不同类型盾构完成了一批地铁区同隧道、水底公路隧道、地下人防通道、引水隧道、排水隧道、电缆隧道等工程。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。最近，盾构技术的发展动向是：开发了超大断面的盾构机和MF（多工作面）盾构机以及DOT（双圆）盾构机等多断面盾构机，加上在衬砌和开挖方面使用了ECL（超大型矩形）盾构施工法的技术，采用管片自动组装装置，以及采用自动测量技术进行开挖控制，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。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。2、盾构法隧道的基本原理及特点

2.1盾构法施工的基本原理2.2盾构法施工的优缺点2.1盾构法施工的基本原理

盾构法隧道的基本原理：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。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已经拼装好的衬砌管片上。盾构机是这种施工方法中主要的施工机具。盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内安全的进行开挖和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法”。

盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌管片三大部分组成。盾构施工概况

在隧道的一端建造竖井或基坑，将盾构安装就位，盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的孔壁推进。2.2盾构法施工的优缺点

盾构法的主要优点（1）盾构法隧道施工不受地面自然条件的影响。在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的影响，能较经济合理地保证隧道安全施工；（2）盾构法施工隧道机械化、自动化程度高。并且可以根据每一施工区段设计的专用设备。盾构的推进、出土、衬砌拼装等主要工序循环进行，可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，施工易于管理，掘进速度较快，施工人员也较少，劳动强度低，生产效率高；（3）地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰。在松软地层中，开挖埋置深度较大的长距离、大直径隧道，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。（4）除竖井施工外，施工作业均在地下进行，对周围环境的影响较小，占用的施工场地小，对邻近建筑物的影响小，噪音、振动引起的公害小，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪音和振动影响。土方量外运较少。（5）隧道的施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建造覆土较深的隧道。在土质差水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较好的技术经济优越性。（6）与明挖法相比，盾构施工在经济上、施工进度上有利。

盾构法存在的不足（1）需要隧道衬砌管片预制、运输、衬砌、衬砌结构防水及堵漏、施工测量、场地布置、机械安装等施工技术的配合，系统工程协调复杂；（2）施工过程变化断面尺寸困难；只能前进，不能后退；对施工的要求精度高。当隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，开挖面稳定甚为困难，施工难度大，甚至不能施工。在饱和含水的松软地层中施工，地表沉陷风险较大，要采取严密的技术措施才能把沉陷限制在很小的限度内，目前还不能完全防止以盾构正上方为中心土层的地表沉降。在施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水性的技术要求较高。在水下时，如覆土太浅则盾构法施工不够安全，要确保一定厚度的覆土。（3）盾构机制造周期长，造价较昂贵，盾构的拼装、转移等工艺复杂，建造短于750m的隧道经济性差。（4）竖井中长期有噪声和振动，要有解决的措施。（5）盾构施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层时，对劳动保护要求较高，施工条件差。（6）盾构机的通用性比较差，适应性有限，并非所有地层都适合盾构施工，需要针对地层情况专门进行设计。3、盾构施工分类与选型

盾构的分类方法较多，可按盾构切削断面的形状；盾构自身构造的特征、尺寸的大小、功能；挖掘土体的方式；掘削面的挡土形式；稳定掘削面的加压方式；施工方法；适用土质的状况等多种方式分类。3.1按挖掘土体的方式分类盾构可分手掘式盾构、半机械式盾构及机械式盾构三种。①手掘式盾构：即掘削和出土均靠人工操作进行的方式。②半机械盾构：即大部分掘削和出土作业由机械装置完成，但另一部分仍靠人工完成。③机械式盾构：即掘削和出土等作业均由机械装备完成。3.2按掘削面的挡土形式分类盾构可分为开放式、部分开放式、封闭式三种。①开放式：即掘削面敞开，并可直接看到掘削面的掘削方式。②部分开放式：即掘削面不完全敞开，而是部分敞开的掘削方式。③封闭式：即掘削面封闭不能直接看到掘削面，而是靠各种装置间接地掌握掘削面的方式。封闭式盾构

为了能在极软弱的地层中应用，可采用封闭式盾构施工，在距开挖面稍后一点的地方设置隔墙，在隔墙上设置可调面积的开口，将被压缩了的土砂排出的一种方法；在砂，粘土未分选的冲积层中最适用。由于是从开口处排出压密、凝缩了的土砂，故不适用硬土层中。如果含砂率高，有可能推进困难;如果液性指数高，土壤将流出，工作面不稳定。由于粒径和颗粒组成的不同，即使含砂率和液性指数相同，有时可以进行施工，有时又不能进行施工。计算推进力时，应根据土质和开口比确定。3.3按加压稳定掘削面的形式分类按加压稳定掘削面的形式，盾构可分为压气式、泥水加压式，削土加压式，加水式，加泥式，泥浆式六种。①压气式：即向掘削面施加压缩空气，用该气压稳定掘削面。②泥水加压式：即用外加泥水向掘削面加压稳定掘削面。③削土加压式（也称土压平衡式）：即用掘削下来的土体的土压稳定掘削面。④加水式：即向掘削面注入高压水，通过该水压稳定掘削面。⑤泥浆式：即向掘削面注入高浓度泥浆（＝1.4g/cm3）靠泥浆压力稳定掘削面。⑥加泥式：即向掘削面注入润滑性泥土，使之与掘削下来的砂卵混合，由该混合泥土对掘削面加压稳定掘削面。

土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构。它的前端有一个全断面切削刀盘，在它后面有一个贮留切削土体的密封舱，在其中心处或下方装有长筒形的螺旋输送机，在密封舱和螺旋输送机，以及在盾壳四周装设的土压传感装置，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。土压平衡盾构工作原理定义：土压平衡式盾构机用开挖出的土料作为支撑开挖面稳定的介质。适用条件：土料具有良好的塑性变形，软稠度，内摩擦角小及渗透率小。由于一般土壤不能完全满足这些特性，所以要进行改良。改良的方法通常为：加水，膨润土，粘土，聚合物和泡沫等，根据土质情况选用。通过这些改良措施，扩大了土压平衡式盾构机的应用范围。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。泥土在盾构压力舱中的增减受到有效控制，推进压力与土层压力和地下水压力相抗衡，使得掘进工作面保持稳定。泥水平衡盾构工作原理泥水加压式盾构的总体构造与土压平衡式盾构相似，仅支护开挖面方法和排碴方式有所不同。在泥水加压式盾构的密封舱内充满特殊配制的压力泥浆，刀盘(花板型)浸没在泥浆中工作。对开挖面支护，通常是由泥浆压力和刀盘面板共同承担，前者主要是在掘进中起支护作用，后者主要是在停止掘进时起支护作用。

对于不透水的粘性土，泥浆压力应保持大于围岩主动土压力。对透水性大的砂性土，泥浆会渗入到土层内一定深度，并在很短时间内，于土层表面形成一层泥膜，有助于改善围岩的自承能力，并使泥浆压力能在全开挖面上发挥有效的支护作用。此时，泥浆压力一般以保持高于地下水压0.2MPa为宜。而刀盘切削下的碴土在密封舱内与泥浆混合后，用排泥泵及管道输送至地面处理，处理后的泥浆再由供泥泵和管道送回盾构重复使用，所以，在采用泥水加压式盾构时，还需配备一套泥浆处理系统。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。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，适用于应付各种困难地层和控制地表沉降。挖出的土以泥水形式由管道运输，而砾石可压碎后被管道运输或在管道输送中途被移走。

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。当水压大于0.3MPa时，适宜采用泥水盾构。如采用土压平衡盾构，螺旋输送机难以形成有效的土塞效应，在螺旋输送机排土闸门处易发生碴土喷涌现象，引起土仓中土压力下降，导致开挖面坍塌。当水压大于0.3MPa时，如因地质原因需采用土压平衡盾构，则需增大螺旋输送机的长度，或采用二级螺旋输送机。3.4按盾构切削断面形状分类按盾构切削断面形状，盾构可分为圆形、非圆形两大类。圆形又可分为单圆形、半圆形、双圆搭接形、三圆搭接形。非圆形又分为马蹄形、矩形（长方形、正方形、凹、凸矩形）、椭圆形（纵向椭圆形、横向椭圆形）。3.5按盾构机的尺寸大小分类

按盾构机的尺寸大小，盾构机可分为超小型、小型、中型、大型、特大型、超特大型。超小型盾构系指D（直径）≤1m的盾构，小型盾构系指1m＜D≤3.5m的盾构，中型盾构系指3.5m＜D≤6m的盾构，大型盾构系指6m＜D≤14m的盾构，特大型盾构系指14m＜D≤17m的盾构，超特大型盾构系指D＞17m的盾构。3.6按照适用地层进行分类A、软土盾构机B、复合式盾构机C、硬岩掘进机3.7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。3.8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：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：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：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：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：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。3.9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。

盾构工法的选定程序流程图4、盾构机的结构组成

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。盾构机的主要组成部分：1）盾构机壳体，主要起支护周围土体的作用。一般分为切口环、支承环和盾尾环三部分。2）土体开挖系统，包括切削装置和驱动装置。3）正面密封系统。4）推进系统，包括推进千斤顶和液压系统。5）衬砌拼装系统，包括拼装机和真圆保持器。6）注浆系统，包括注浆泵和注浆管路。7）盾尾密封系统，包括盾尾钢丝刷和盾尾油脂注入装置。8）排土系统。土压平衡盾构机的排土系统包括螺旋输送机和皮带运输机，泥水平衡盾构机的排土系统包括吸泥口、管路和泥浆泵。9）控制系统。土压平衡盾构盾构设备主要组成部分示意图支撑环切口环盾尾土压平衡盾构机直径6190mm；主机长度8100mm；整机全长57m；铰接;推进千斤顶:11对;推进速度:0~8mm/min;螺旋输送机直径700mm.油脂箱泥浆箱配电箱压缩空气箱控制箱外壳外壳：

设置盾构外壳的目的是保护掘削、排土、推进、施工衬砌等所有作业设备、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，盾构壳体从工作面开始可分为切口环（前）、支承环（中）和盾尾（后）三部分。1、切口环：是盾构的前导部分，在其内部和前方可以设置各种类型的掘削机械和支承地层挡土设备，故又称掘削挡土部。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。通过主轴承支撑和液压马达式电机驱动旋转的刀盘，正面安装土体切削刀并带有碴土进料口，背面安装有碴土搅拌桨。刀盘侧面还装有可伸缩的超挖刀。刀盘的型式有花板型和辐条型的不同型式，根据地层性质所需要安装刀具大小与数量不同以及进料口面积大小与数量不同，有不同的开口率。一般硬岩刀盘开口率小，软土开口率大。

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。切割开挖面上的土壤和在开挖室内搅拌使之变成可塑的泥土浆。切削刀盘前面一般布置有添加土壤改良剂料的灌注口，对开挖面上的土壤进行改良处理。切削刀盘盘面有封闭式和敞开式两种。

封闭式切削刀盘是用于开挖面不稳定的土层类型，这样可以避免在开挖面有大量的土壤松动。缺点：是在开挖面上支撑压力的分布不均匀。承压隔板上测得的土压值不一定就是真实值，它还和刀盘的位置和转向有关。

敞开式切削刀盘（敞开式星形设计），一般不会发生阻塞，此时开挖面支撑压力分布均匀且送到螺旋输送机上的土料流动稳定。缺点：是由于缺乏机械支撑，进入压缩空气下的开挖室的危险较大。此外，长时间运行时，在覆土浅时易造成沉降，稳定性和刀盘的强度降低。

刀具的类型有齿刀、刮刀和滚刀等不同型式，齿刀、刮刀用于软土质地层、滚刀用于岩石地层。刀盘上可仅为一种类型的刀具，也可为多种刀具的组合，以适应不同形式的地层。现代盾构机刀盘设计上可进行刀具的更换，可在刀盘背面换刀。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。

开挖室（密封舱）切削刀盘与后面的承压隔板之间所形成的一个空间。用于存贮被刀盘切削下来的土体，并加以搅拌使其成为不透水的，具有适当流动性的塑流体，使其能及时充满密封舱和螺旋输送机的全部空间，对开挖面实行密封，以维持开挖面的稳定性，同时，也便于将其排出。在密封舱后隔板上，一般留有进入舱孔，供人员进出入密封舱和进行维修工作。

2、支承环：

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，所以该部位的前端和后方均设有环状梁和支柱，由梁和柱支承其全部荷载。沿其内周边均匀地装有推动盾构前进的千斤顶（推进机构），以及开挖机械的驱动装置和排土装置，以及管片安装机构。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。因此，要求盾构千斤顶有足够力可用以克服盾构推进过程中所遇到的各种阻力。决定盾构的推力主要有如下因素：（1）盾构壳体与土之间的摩擦力；（2）工作面推进阻力；（3）推进中切口插入土中的阻力；（4）管片与盾尾摩擦阻力等。除了考虑以上因素外，还有转向、纠偏、防偏转的稳定装置，挡板等的阻力和后车架的牵引阻力等。一般来说，把考虑以上因素的计算值再乘以安全系数2所得的数值作为盾构的推力。

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）。螺旋输送机功能：用来将密封舱内的塑流状土体排出盾构外，并在排土过程中，利用螺旋桨叶片与土体间的摩擦和土体阻塞所产生的压力损失，将螺旋输送机排出口的泥土压力降至一个大气压，使其不发生喷漏现象。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。螺旋输送机的圆柱形壳体有一段是可以伸缩的。它伸到开挖室内部,可以改善土料的供应。由于存在摩擦，在壳体内的土料不能旋转，只能作轴向移动。

螺旋输送机的安装位置较低时更好用，因为土料是利用其自身重量压入螺旋输送机开口中的。当螺旋输送机位于中心时，必须将在开挖室下部的土料向上压送以克服重力作用。若螺旋输送机位于更低的位置，使用压缩空气将开挖室内的土料向低位压送没什么问题，因此压缩空气气室的位置越高越好。

塑流化材料注入器用来向密封舱、刀盘和螺旋输送机内注入添加剂。因为当土体中的含砂量超过一定限度时，由于其内摩擦角大，流动性差，单靠刀盘的旋转搅动很难使这种土体达到足够的塑流性，一旦在密封舱内贮留，极易产生压密固结，无法对开挖面实行有效的密封和排土。此时，就需要向切削土体内注入一种促使其塑流化的添加剂，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。

土压传感器用于测量密封舱和螺旋输送机内的土压力，前者是判定开挖面是否稳定的依据，后者用来判断螺旋输送机的排土状态，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流状土体作用在开挖面上的压力(P)(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)和盾构前方地层的静止土压力与地下水压力(F)相平衡的方法。螺旋输送机排土量大时，密封舱内土压力P就减小，当F>P时，开挖面可能坍方而引起地面沉降；相反，排土量小时，P值就加大，一旦F<Pmax，地面将会隆起。因此，要控制土压平衡式盾构在推进过程中开挖面的稳定，可以用两种方法来实现，其一是控制螺旋输送机排土量(调节其转速)；但研究表明，对于粘性土来说，开挖面不破坏的排土量波动值必须控制在理论掘进体积的2.8%左右，这就需要量测精度在l%以内的切削土体积的检测系统。其二是用调节盾构千斤顶的推进速度和螺旋输送机转速，直接控制密封舱内的土压力P，一般情况下，不使开挖面产生影响的碴土压力P的波动范围如下：主动土压力+地下水压力<P<被动土压力+地下水压力管片安装机管片安装机由以下构件组成：a.悬臂梁b.移动机架c.回转机架d.安装头操作员通过可移动的控制器来操纵管片安装机

3、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（结构型式为三排二室或四排三室钢丝刷等结构形式密封）、在钢丝刷之间的空隙处加压注入填满密封材料和润滑剂等填充材或者是两者的组合材料，从而把耐地下水压的能力提高到1.1MPa。

后配套设备主要有物料运输、液压系统、电力系统、控制系统、注浆系统、泡沫发生系统、测量系统和通风系统等。

5、盾构施工规范术语《盾构法隧道施工与验收规范》GB50446-2008规范术语（20个）1、盾构：盾构掘进机的简称，是在钢壳保护下完成隧道掘进、拼装作业，由主机和后配套组成的机电一体化设备。2、工作井：盾构组装、拆卸、调头、吊运管片和出渣土等使用的工作竖井，包括盾构始发工作井、盾构接收工作井等。3、盾构始发：盾构开始掘进的施工过程。4、盾构接收：盾构到达接收位置的施工过程。5、盾构基座：用于保持盾构始发、接收等姿态的支撑装置。6、负环管片：为盾构始发掘进传递推力的临时管片。7、反力架：为盾构始发掘进提供反力的支撑装置。8、管片：隧道预制衬砌环的基本单元，管片的类型有钢筋混凝土管片、纤维混凝土管片、钢管片、铸铁管片、复合管片等。9、开模：打开管片模板的过程。10、出模：管片脱离模具的过程。11、防水密封条：用于管片接缝处的防水材料。12、壁后注浆：用浆液填充隧道衬砌环与地层之间空隙的施工工艺。13、铰接装置：以液压千斤顶连接，可调节前后壳体姿态的装置。14、调头：盾构施工完成一段隧道后调转方向的过程。15、过站：利用专用设备把盾构拖拉或顶推通过车站的过程。16、小半径曲线：地铁隧道平面曲线半径小于300m、其他隧道小于40D（D为盾构外径）的曲线。17、大坡度：隧道坡度大于3%。18、姿态：盾构的空间状态，通常采用横向偏差、竖向偏差、俯仰角、方位角、滚转角和切口里程等数据描述。19、椭圆度：圆形隧道管片衬砌拼装成环后最大与最小直径的差值。20、错台：成型隧道相邻管片接缝处的高差。

法平面：

是数学术语，是指过空间曲线的切点，且与切线垂直的平面，称为法平面。即垂直于切线（虚拟法线）的平面。又称法面。掌子面：

是施工术语，又称礃子面，是坑道施工中的一个术语。即开挖坑道（采煤、采矿或隧道工程中）不断向前推进的工作面（作业面）。它不是一个固定的面，开挖面有掌子面、边墙面和拱顶面，确切地说是正对着你的那个不断向前移动的工作面。“掌子面”是民间叫法，最早从煤窑来的，老窑工形容挖煤的工作面“只有巴掌大的地方”，时间久了，就流传称为“掌子面”。6、盾构施工关键技术6.1盾构法施工步骤6.2盾构始发6.3盾构接收（进洞）阶段6.4盾构推进施工6.5砂性土中盾构推进6.6管片的预制与拼装6.7地面沉降控制技术6.1盾构法施工步骤在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井；盾构在起始端工作井内安装就位；依靠盾构千斤顶推力（作用在新拼装好的衬砌和工作井后壁上）将盾构从起始工作井的壁墙开孔处推出；盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片；及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环的位置；盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。

拼装管片（1）：落地块位置千斤顶回缩，拼装落地块盾构推进：在保持正面压力平衡条件下，边推进边出渣，顶进一环拼装管片（4）：拼装封顶块拼装管片（2）：标准块位置千斤顶回缩，拼装标准块管片现场堆放：检查修补破损，粘贴止水橡胶条、传力衬垫拼装管片（3）：邻接块位置千斤顶回缩，拼装邻接块管片垂直运输：用龙门架将管片装运到电瓶车上管片水平运输（1）：用电瓶车将管片运至盾构机内千斤顶顶进：千斤顶顶进一环环宽距离泥浆注入：在保持正面压力一定的情况下，不断注入新鲜泥浆管片水平运输（2）：用单轨葫芦吊沿导梁将管片运至工作面泥浆运输：用泥浆排送管路将泥浆运送至泥浆处理设备,处理排放穿连接螺栓及嵌缝：将管片连成整体隧道衬砌,并做嵌缝堵漏处理.壁后注浆：用惰性或活性浆液填塞管片壁后空隙，并用以防水封堵手孔：用同色混凝土封堵手孔，防止穿孔螺栓生锈腐蚀二次紧固穿孔螺栓：将螺栓拧紧，增加隧道刚性铺设道轨及管路：盾构机前进同步铺设电瓶车及机架道轨以及相应管路二次注浆：对局部隧道渗漏点进行二次注浆防水预拌注浆浆液：在工作井附近拌制壁后注浆浆液壁后注浆浆液运输：用管路将浆液运至注浆桶盾构施工工艺流程图盾构施工工艺环节1、盾构机的选型、订货、组装及调试2、管片制作施工3、施工现场前期准备施工4、进、出洞口土体加固施工5、盾构机现场组装施工6、反力支撑系统安装施工7、盾构近出动施工8、盾构推进施工盾构机选型及定购的依据土质条件、岩性开挖面稳定隧道埋深、地下水位设计隧道的断面环境条件、沿线场地衬砌类型工期造价辅助工法设计路线、线形、坡度电气等其他设备条件地上、地下建筑物埋设物水井、废井旧建筑物、临时建筑其它计划环境条件障碍物噪声、振动地基变形地下水利用施工垃圾处理住房、文物等周围条件土地利用状况将来计划道路种类、交通状况施工用地状况河川、湖沼等的状况地质条件地层构成地下水位（头）分布缺氧气体、有害气体的有无各层的工程性质（强度特性、变形特性、透水性）设计条件整理断面形状尺寸延长覆土线路工期盾构机选型流程图配套设施一:地面监控室配套设施二:浆液搅拌站配套设施三:龙门吊配套设施四:管片堆放场配套设施五:碴土堆放场配套设施六:

隧道通风及水平运输系统隧道通风系统盾构机操作室螺旋输送机出土口皮带输送机、碴土碴土落入土斗电瓶车编组运至提升区域翻转架及土坑管片吊放管片运至拼装区管片拼装成型隧道6.2盾构始发

盾构隧道始发技术是盾构法施工技术的关键，也是盾构施工成败的一个标志，必须要全力做好。始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

⑴洞口端头处理（软土无自稳能力的地层

中）；⑵洞门砼凿除（主要针对钢筋砼围护结构）⑶盾构始发基座的设计加工、定位安装；⑷始发用反力架的设计加工、就位；⑸支撑系统、洞门环的安设；⑹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，一般要根据洞口地层的稳定情况评价地层，并采取有针对性的处理措施。地层处理一般采取如“固结灌浆”、“冷冻法”措施进行地层加固处理。选择加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，且不能有地下水的损失。常用的具体处理方法有搅拌桩、旋喷桩、注浆法，SMW（型钢水泥土搅拌桩）工法、冷冻法等。选择哪一种方法要根据地层具体情况而定，并且严格控制整个过程。反力架、始发台的安装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。反力支撑系统安装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。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。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：用行车吊着帘布橡胶板，先从上向下安装。帘布橡胶板安装完毕后，再安装铰链板（翻板）。注：在安装铰链板之前，需先对铰链板（翻板）进行实地放样，实地摆放，编号。铰链板（翻板）安装从上至下。当安装到最后一块时，如果铰链板（翻板）长出，需将长出部分割除。防水装置安装流程图组盾构进出洞门止水密封装置在负环拼装之前需事前将盾尾油脂填满盾尾钢丝束内。

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。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或盾尾下沉。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。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。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。

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。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。

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。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。始发台两侧的加固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。始发常出现的问题1、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。2、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。3、始发后盾构机“叩头”：始发推进后，在盾构机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。4、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。5、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。6、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。7、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。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。6.3盾构接收（进洞）阶段盾构接收（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①选定加固工法加固到达部位近旁地层及设置出口密封圈。②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。③讨论低速推进的起始位置、慢速推进的范围。④讨论泥水盾构泥水减压的起始位置。⑤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。⑥讨论掘削到达面的方法及其起始时间。⑦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。⑧盾构机停止推进的位置的讨论。⑨讨论到达部位周围的背后注浆工法。⑩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：

⑴观察进洞洞口有无渗漏的状况，发现洞口渗漏应及时封堵。

⑵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。进洞前洞圈弧形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：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：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４根拉杆，上部焊接两根，左右腰部各焊接一根。把最后2０环管片连接一起，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。1、盾构推进时隧道内运输

运输车辆编组示意图

6.4盾构推进施工2、隧道内施工布置1）运输钢轨布置2）人行走道3）隧道照明4）隧道给排水5）隧道通讯联络、数据传输和视频监视6）隧道通风3、推进参数设定1）推进时正面土压力设定盾构掘进应保持掘进过程中的开挖面的稳定，将对周边天然土层的扰动影响控制在最小限度。开挖面的稳定是通过管理开挖面土仓内泥土压力来保证的。2）推进时出土量控制盾构机上设置出土量计测装置，就是在螺旋机的排土口处进行泥斗车重量计量的装置，本装置具有计测精度高、可实时计量、计量速度快等特征。3）掘进速度控制推进时速度不宜过快，正常情况下推进速度保持2～4cm／min，当穿越重要建筑物和管线时降低推进速度。4、盾构掘进轴线控制合理调整每个区域千斤顶的液压压力差即能调整盾构机的上下左右点的行程差，进而使盾构机沿着设计轴线推进。1）盾构平面控制（左右方向）利用左、右两侧千斤顶的行程差使盾构机左右方向得到控制。2）盾构高程控制（上下方向）盾构的高程控制和平面控制的机理是一样的，利用上、下两侧千斤顶的行程差产生偏转力矩进行控制。为防止盾构机在软土内的“磕头”现象，盾构机下部千斤顶的额定功率应大于其它区域千斤顶的额定功率。5、保持盾尾的密封盾构推进时必须保持盾尾的密封，否则水、土和同步注浆浆液将从盾尾进入盾构机内部，一方面污染盾构工作面，另一方面将造成盾尾后部土体的变形。为保持盾尾的密封，在盾构推进时必须适时、适量地压注盾尾油脂。水、土压力止水性润滑油脂止水刷（三道钢丝刷一道钢板刷）注油脂管同步连续注浆管

固定装置管片6、盾构推进姿态测量（1）地面测量控制网的设置（2）井上、井下控制点的传递1）平面控制点的传递2）高程控制点的传递（3）盾构推进中的定位测量7、盾构推进同步注浆（1）同步注浆的目的。（2）同步注浆材料的选定。（3）注浆量（注入率）（4）注入压力盾构机在推进时，必须压注同步注浆浆液，控制地面的沉降；管片与盾构间的建筑间隙，由浆液对其进行有效的填充，减小盾构推进时对地面管线、建筑物的影响同步注浆可以对管片的环与环之间的高差进行有效的控制，以免管片推出盾尾后管片下沉或上浮量过大，引起管片碎裂。如图所示同步注浆的作用B2A1A2A3B1K盾构注浆孔一般分为6个注浆点，可以随时根据管片姿态与盾构姿态对盾构的注浆点进行更换。如图所示同步注浆孔位置示意图A2A3A1KB1B2同步注浆浆液选择单液浆材料：石灰、粉煤灰、膨润土、外掺剂、水。双液浆材料：A液：水泥、膨润土、稳定液水B液：水玻璃盾构同步注浆对浆液的要求隧道稳定性依赖浆液结石体抗压强度大小；浆液良好的填充性能；浆液有效的抗剪切强度；浆液的高容重；浆液的低坍落度值的厚浆；浆液的高流动性；抗渗性；抗离析；缓凝型；双液浆的优点浆液凝结时间短；浆液结石体强度高；浆液具有一定的抗渗作用；防止盾构开挖面上支护泥水受压倒灌至盾构蹲位处；较好地控制管段的初期沉降和稳定性。双液浆存在的不足由于受地下水的稀释影响，双液浆浆液的凝结时间较难控制，浆液结石体强度不均；由于注入地层的浆液时间不同，后注的浆液往往因为前注已趋于稠化的浆液阻断，而不能完全填充到空隙位置，其结果很可能导致浆液被压入阻力小的周围土体中，注浆效果不能达到预期目标；浆液稀薄对盾尾损坏作用较大，同时部分浆液劈裂或渗透到注浆空隙以外的土层中，注浆率一般为理论值的200～300%；浆液不能有效地阻止正面支护泥水后窜，致使泥水与浆液混合造成浆液结石体的不均匀；注浆材料费用高、注浆设备较复杂等缺点。软土地质条件（粘土、粉质粘土）

对单液浆的要求材料来源广泛，无污染，价格便宜，拌浆操作简单；浆液流动性和充填性好，比重与原状土相当，不离析及不流窜到盾尾空隙和注浆区域以外的地方；浆液拌制后坍落度值为12～14CM，20小时后不小于5CM；材料可泵性好，能在长距离输送情况下不泌水、不堵管；浆液注入时具备不受或少受地下水稀释的特性，并可阻止支护泥水后窜；20小时浆液前切强度必须达到或超过800Pa；28天强度达到0.5MPa左右；配浆和注浆施工操作方便；浆液结石体体积收缩小，并具有抗振动液化作用。单、双液浆各项性能比较双液浆单液浆注浆设备螺杆泵、管泵柱塞泵注浆管路双路至注浆口并单路单路浆液比重1.3～1.5＞1.9浆液坍落度——12～14cm泌水量1～4ml1～4ml屈服值（Pa）——800(20h)凝固时间（S）7～11——单轴抗压强度（MPa）/28d2.50.5输送方式管路运输车注浆量（100%）200～300100～120材料成本（元/m3）23020020m3/环注浆费用（元）9200～138004000～4800注浆材料水泥生石灰膨润土粉煤灰水黄砂数量50Kg60Kg50Kg726Kg适量550Kg同步注浆（单液）浆液配比（1M3）浆液稠度测试值为9～11。6.5砂性土中盾构推进砂性地层中盾构推进存在的问题：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0．005mm)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。①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。②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。③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。④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。⑤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时曾经遇到过这样的问题，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。6.6、管片预制与拼装管片宽度为1.5m，厚度为350mm；管片混凝土强度C50，抗渗等级P10。隧道拼装形式一般分为：1、通缝拼装:各环管片的纵缝对齐的拼装方法，这种拼装方法在拼装时定位容易，纵向螺栓容易穿进，拼装施工应力小，但容易产生环面不平，并有较大累计误差，导致环向螺栓很难穿进，环缝压密量不够。2、错缝拼装：错缝拼装即前后环管片的纵缝错开拼装，一般错开1/2～1/3块管片弧长，用此法建造的隧道整体性好，拼装施工应力大，纵向穿螺栓困难，纵缝压密差。但环面较平正，穿环向螺栓比较容易。管片类型：钢管片、钢筋混凝土管片管片成环后的尺寸：隧道管片成环后，其管片外径为

6200mm，内径为5500mm；（指单圆隧道，盾构直径为6200mm）管片拼装成环一共由6块管片组成：3块标准块A1、A2、A3块，2块邻接块B1、B2块，1块封顶块K块。衬砌环型式：通用楔形环楔形量：40mm（双面楔形）

其中：A2管片宽度最长，为1510mm；K管片宽度最短，为1470mm；

A1、A3管片宽度为1500mm；B1、B2管片宽度为1480mm。通

过楔形量调整管片转角。接触面构造：管片纵缝接触面设凹凸榫槽。1、通缝拼装2、错缝拼装高精度管片制作

成型钢筋笼堆放钢筋：HPB300、HRB400合笼后钢模尺寸检查钢筋笼吊装入模表面压实管片入养护池养护三环试拼装及接缝测量管片堆场堆放管片的防水防水材料管片进场管片进场必须对其进行验收，保证管片质量，对管片的生产日期和养护期、