盾构基础知识试题及答案

盾构基础知识试题及答案一、填空题（每空1分，共30分）1.盾构法施工的核心原理是通过______结构在掘进全过程中实时围护周边地层，配合______动态平衡机制稳定开挖面、机械连续出渣、______衬砌拼装作业，实现隧道长距离暗挖施工，最大限度降低对周边地层与建（构）筑物的扰动。2.按开挖面支护方式划分，盾构可分为______、______、______三大类，其中适用于高水压、大粒径卵石与砾石地层、压力控制精度高的主流机型为______。3.土压平衡盾构实现开挖面稳定的核心传力介质是______，该介质需具备良好的______、低透水性、适当压缩性的性能要求，当渣土性能不满足掘进要求时，需通过注入______进行改良。4.常规直径盾构的盾尾密封系统采用______道钢丝刷配合独立油脂腔的结构形式，正常掘进过程中需保证各油脂腔压力较同步注浆压力高______以上，防止浆液、地下水或渣土涌入盾体内部。5.盾构刀盘的结构形式主要分为______、______、______三类，其中结构刚度大、开口率低、可预留常压换刀作业通道、适用于硬岩与复合地层的为______刀盘。6.盾构始发与接收端头的地层加固质量核心检测指标包含三项，分别是土体无侧限抗压强度（要求≥______MPa）、渗透系数（要求≤______cm/s）、______（要求加固范围内无空洞、软弱夹层，质地均匀）。7.壁后同步注浆的核心作用包括填充盾尾建筑空隙、______、抑制地层沉降、提升隧道结构抗渗性能四类，正常地层中单环同步注浆量宜为理论建筑空隙体积的______倍，需根据地层特性、监测数据动态调整。8.盾构掘进过程中的核心控制参数可分为开挖面平衡压力参数、______、______、______、壁后注浆参数五大类，其中______是判断开挖面是否发生超挖、地层损失是否超限的核心指标。9.泥水平衡盾构维持开挖面稳定的核心介质是循环泥浆，泥浆三大核心性能指标是指______、______、______，当穿越高透水砂卵石地层时需适当提高泥浆黏度，促进开挖面形成致密泥膜。10.盾构预制管片按拼装接缝形式可分为______、______两类，其中______拼装的结构整体性好、接缝刚度均匀，为当前盾构隧道的主流拼装形式。11.盾构姿态控制需严格遵循“勤纠偏、小量纠”的原则，正常掘进阶段平面偏差、高程偏差应控制在______mm以内，每环纠偏量不应超过______mm，防止姿态突变造成管片破损、盾尾密封刷磨损失效。12.盾构刀盘刀具按破岩功能划分，可分为切削软土与软岩的______、破碎硬岩的______、保护刀盘边缘结构的______三类。13.盾构接收作业前需在洞门位置安装______，接收过程中待刀盘抵拢洞门围护结构后逐步降低仓内压力，防止涌水涌砂风险；接收基座的高程需较盾构设计轴线低______mm，抵消盾构出洞时的栽头偏差。14.土压平衡盾构掘进过程中刀盘结泥饼的典型征兆包括刀盘扭矩______、推进速度______、土仓温度异常升高、出渣量波动四类。15.盾构法隧道衬砌普遍采用钢筋混凝土预制管片，管片混凝土强度等级不应低于______，抗渗等级应根据隧道埋深与地下水压力确定，且不应低于______。16.盾构带压进仓作业时，仓内压力需根据开挖面位置的水土压力计算确定，作业人员进仓前需按规范完成______适应过程，作业过程中仓内氧气浓度应保持在______范围内，防止缺氧或富氧安全风险。17.盾构施工诱发的地表沉降按时间序列可分为五个阶段，分别是盾构到达前的先期沉降、______、盾构盾体通过时的沉降、______、后期土体长期固结沉降。18.泥水平衡盾构开挖面形成的泥膜按结构形式可分为______、______、______三类，其中在高透水砂卵石地层需优先形成低渗透性的泥皮型泥膜，防止泥浆漏失。19.盾构换刀作业按作业环境气压条件可分为常压换刀和______两类，当刀盘前方地层自稳性差、地下水压力高时，必须采用______或预先地层加固的方式保障作业安全。20.盾构正常掘进阶段需严格遵循“三同步”作业原则，即______、______、壁后注浆三个工序动态匹配，减少各工序间的时间差，降低地层扰动。二、单项选择题（每题1分，共15分。每题只有1个正确答案）1.下列盾构机型中，刀盘开口率可达60%以上、渣土流动阻力小、不易结泥饼，适用于高黏性软土地层的是（）A.面板式土压平衡盾构B.辐条式土压平衡盾构C.泥水平衡盾构D.硬岩敞开式盾构2.盾尾密封油脂的核心性能要求不包含下列哪一项（）A.抗水冲密封性B.与钢丝刷的强附着性C.良好可泵送性D.早强硬化性能3.某地铁隧道穿越富水粉质黏土与粉砂层，埋深14m，地下水位在地表下2m，经计算开挖面中心位置的静止水土压力总和为0.22MPa，下列土仓压力设定值最合理的是（）A.0.18MPaB.0.20MPaC.0.23MPaD.0.35MPa4.下列同步注浆材料性能指标中，适用于富水砂层的要求是（）A.凝结时间长、泌水率高B.凝结时间适中、结石率高、抗水分散性好C.早期强度低、流动性差D.后期收缩率大5.盾构始发阶段为防止刀盘贯入地层后出现栽头风险，下列措施不合理的是（）A.始发基座安装时适当抬高前端10~20mmB.刀盘抵拢掌子面时采用低推力、低转速逐步切削C.始发掘进前10环快速推进，尽快使盾体全部进入地层D.及时调整同步注浆量，重点填充盾尾下部空隙6.盘形滚刀的核心破岩原理是（）A.切削刃的剪切刮削作用B.滚刀滚动过程中的垂直挤压力使岩石产生压碎、楔裂破坏C.刀盘高速旋转的磨削作用D.高压水力冲切作用7.泥水平衡盾构出渣过程中，监测到泥浆携渣能力不足、大粒径卵石沉积在排浆管底部时，应采取的调整措施是（）A.降低泥浆黏度，提高进浆流量B.提高泥浆黏度和比重，加大排浆管内流速C.降低泥水仓压力，减少出渣量D.加快推进速度，提高出渣效率8.下列关于管片拼装作业的要求，说法错误的是（）A.拼装前需清理盾尾杂物，逐块检查管片止水条粘贴质量B.拼装时按照先底部块、再两侧邻接块、最后封顶块的顺序作业C.封顶块安装时可采用盾构推进油缸强行顶推就位，无需调整相邻管片间隙D.拼装完成后及时拧紧环向与纵向连接螺栓，待管片脱出盾尾后进行二次复紧9.盾构掘进过程中，当监测到土仓压力持续降低、出渣量较理论值超出15%以上、地表监测点出现突发沉降时，最可能发生的风险是（）A.盾尾密封损坏漏浆B.开挖面失稳坍塌、超挖C.刀盘结泥饼D.管片破损渗漏10.根据《盾构法隧道施工安全技术标准》要求，当带压进仓作业的仓内压力为0.3MPa时，作业人员单次连续作业时长不应超过（）A.1hB.2hC.4hD.6h11.下列端头地层加固方式中，适用于富水大粒径砂卵石地层、加固深度大、加固体均匀性好、止水效果可靠的是（）A.地面深层搅拌桩加固B.地面袖阀管注浆加固C.人工地层冻结法加固D.高压旋喷桩加固12.盾构刀盘上的滚刀刀间距设计需匹配岩石单轴抗压强度，当岩石单轴抗压强度越高时，合理的刀间距应（）A.越大B.越小C.与强度无关，保持固定值D.根据出渣量随机调整13.下列关于盾构接收作业的要求，说法错误的是（）A.接收前需对端头加固质量进行取芯检测，强度、渗透性、均匀性达标后方可开展接收作业B.接收前需在接收洞门安装帘布橡胶板等密封装置，预埋洞门注浆管C.盾构刀盘抵拢接收洞门围护结构时，需保持较高土仓压力快速掘进破墙，缩短洞门暴露时间D.盾体完全进入接收基座后，需及时对洞门圈与盾体的间隙进行封堵注浆14.土压平衡盾构所用的泡沫改良剂的主要作用不包含（）A.提高渣土流塑性，降低渣土内摩擦角B.降低渣土透水性，防止螺旋输送机喷涌C.减小刀盘扭矩，降低刀具磨损D.提高渣土早期强度，增强开挖面稳定性15.当盾构在小半径曲线段掘进时，为控制姿态符合设计线路要求，下列操作正确的是（）A.全程保持最大推力快速推进，减少曲线段停留时间B.合理调整各分区推进油缸的推力差，配合铰接装置小量纠偏，控制每环纠偏量在允许范围内C.全程超挖曲线内侧土体，强制盾构快速转弯D.降低同步注浆压力，减少管片对盾构姿态的约束三、多项选择题（每题2分，共20分。多选、少选、错选均不得分）1.下列盾构类型中，属于闭胸式盾构的有（）A.土压平衡盾构B.泥水平衡盾构C.压缩空气盾构D.手掘式盾构E.半机械式盾构2.下列结构属于盾构主机盾体组成部分的有（）A.切口环B.支撑环C.盾尾D.连接桥E.后配套拖车3.土压平衡盾构发生螺旋输送机喷涌的主要原因包含（）A.渣土改良效果差，渣土透水性过高B.土仓内地下水压力高，螺旋输送机止水效果不足C.同步注浆压力过高D.盾尾密封损坏漏浆E.开挖面穿越富水砂层、承压水层4.盾构选型的核心依据包含（）A.工程地质与水文地质条件B.隧道断面尺寸、平纵线路条件C.周边环境沉降控制要求D.施工工期与工程经济指标E.施工单位现有设备保有数量5.盾构始发作业的关键风险点包含（）A.端头加固质量缺陷导致洞门破除时涌水涌砂B.始发基座、反力架刚度不足导致变形失稳C.始发掘进参数控制不当导致姿态超限、栽头D.负环管片拼装质量差导致推力传递失效E.同步注浆不及时导致始发段地表沉降超限6.下列关于盾构刀具磨损的典型征兆，说法正确的有（）A.刀盘扭矩显著增大，相同推进速度下所需推力明显升高B.出渣中发现刀具合金碎块、刀盘结构磨损产生的铁屑C.掘进相同地层时，相同推力下推进速度无明显变化D.盾构姿态偏差逐渐增大，纠偏灵敏度下降、难度提高E.刀盘主驱动系统油温异常升高7.壁后注浆分为同步注浆、二次补注浆、堵水注浆三类，下列属于二次补注浆作用的有（）A.补充同步注浆填充不密实的空隙，控制盾尾脱出后的后期沉降B.封堵管片背后的渗水通道，提高隧道结构抗渗性能C.在盾尾脱出瞬间填充建筑空隙，减少初始地层损失D.填充管片与地层间的空隙，提高周边地层稳定性，抑制隧道长期沉降E.为脱出盾尾的管片提供早期约束，防止管片移位8.盾构穿越城市建成区施工时，必须开展的现场监测项目包含（）A.地表沉降监测B.周边建（构）筑物沉降、倾斜与裂缝监测C.地下管线沉降监测D.隧道内管片衬砌变形、错台监测E.盾构自身掘进参数与实时姿态监测9.下列关于泥水平衡盾构开挖面泥膜作用的说法，正确的有（）A.在开挖面形成低渗透性隔离层，将泥水仓压力有效传递至开挖面土体，平衡水土压力B.封堵地层孔隙，防止泥浆大量漏失导致仓压失稳C.泥浆固相颗粒渗透进入地层表层一定深度，提高开挖面土体的自稳能力D.在刀盘与开挖面之间形成润滑层，减少刀具与土体的直接摩擦，降低刀具磨损E.通过泥浆循环携带切削渣土，经排浆管道输送至地面处理系统10.盾构施工过程中，严禁作业人员进入土仓或泥水仓作业的情形包含（）A.开挖面地层自稳能力不足，存在坍塌风险且未采取可靠加固措施B.仓内可燃气体浓度超过爆炸下限的10%C.作业人员未经过带压作业专项培训，未持有有效特种作业证件D.仓内氧气浓度低于19.5%E.洞门密封、盾尾密封存在严重漏浆漏渣风险未处置完成四、判断题（每题1分，共10分。正确打√，错误打×）1.土压平衡盾构适用于所有地层，无需根据地质条件调整渣土改良剂配比，即可实现安全掘进。（）2.盾尾密封装置出现漏浆、漏渣征兆时，应立即加大对应位置的盾尾油脂注入压力与注入量，必要时停机开展密封修复，防止漏损扩大引发安全事故。（）3.盾构掘进过程中，为提高施工效率，可采用长时间高速度推进的方式通过不良地质段，缩短地层暴露时间。（）4.采用错缝拼装工艺时，相邻环管片的封顶块位置应相互错开不小于90°，避免通缝位置出现应力集中。（）5.泥水平衡盾构的泥浆循环系统分为进浆管路和排浆管路，其中排浆管内的泥浆流速应高于渣土临界沉降流速，防止大粒径渣土沉积造成管路堵塞。（）6.当盾构穿越重要建（构）筑物时，应适当提高土仓压力设定值，加快推进速度，加大同步注浆量，以最快速度通过风险源。（）7.盾构主驱动密封的作用是防止土仓内的渣土、地下水进入主驱动齿轮箱，造成轴承、齿轮等核心部件损坏，正常掘进过程中需持续注入密封油脂维持密封压力。（）8.盾构掘进过程中出现刀盘结泥饼征兆时，可采用适当提高刀盘转速空转、向土仓内注入分散剂、降低推进速度的方式进行处理，严禁高推力闷推。（）9.盾构接收时，当盾尾完全脱出洞门圈后即可停止壁后注浆，立即开展洞门永久封堵作业。（）10.盾构施工过程中产生的工程渣土需按规定分类运输、合规处置，严禁随意倾倒污染土壤与水体环境。（）五、简答题（每题5分，共20分）1.简述土压平衡盾构维持开挖面稳定的基本原理。2.简述盾构始发施工的主要工艺流程。3.简述盾构掘进过程中地表沉降超限的主要防控措施。4.简述土压平衡盾构刀盘结泥饼的主要原因及处置措施。六、案例分析题（共15分）背景资料：某城市地铁区间隧道采用直径6.28m的土压平衡盾构施工，隧道衬砌采用C50钢筋混凝土预制管片，管片外径6.0m，环宽1.5m。隧道穿越地层主要为可塑状粉质黏土、富水粉细砂层，地下水位埋深3.5m，隧道顶部埋深12~15m，区间侧穿一栋建成20年的6层砖混结构居民楼，设计要求地表累计沉降不超过30mm，建筑物倾斜率不超过2‰。施工过程中发生以下事件：事件1：盾构掘进至距居民楼水平距离20m位置时，监控室值班人员发现土仓压力较设定值波动幅度达到±0.04MPa，连续3环出渣量较理论计算值超出15%，对应位置地表监测点累计沉降达到18mm，沉降速率达到5mm/d，已超过监测预警值。事件2：现场施工班组为赶施工工期，未对掘进参数异常情况进行排查处置，将推进速度提高至60mm/min继续掘进；2天后盾构刀盘进入居民楼下方投影区域，监测数据显示居民楼基础最大累计沉降达到28mm，楼体墙体出现3条宽度0.2~0.5mm的细微裂缝，存在结构安全风险。问题：1.分析事件1中地表沉降速率超标的主要原因。（5分）2.指出事件2中施工单位存在的违规作业行为。（5分）3.针对当前现场风险情况，提出应立即采取的应急处置措施。（5分）参考答案一、填空题1.钢制盾壳、密闭仓压力、预制装配式2.敞开式盾构、半敞开式（半机械式）盾构、闭胸式盾构、泥水平衡盾构3.刀盘切削进入土仓的渣土、流塑性、泡沫（膨润土/聚合物改良剂）4.3、0.02MPa5.辐条式、辐板式、面板式、面板式6.0.5、1.0×10^-5、土体均匀性7.稳定管片结构位置、1.3~1.88.刀盘驱动与掘进参数（推力、扭矩、转速）、推进速度参数、出渣量参数、出渣量9.比重、黏度、含砂率10.通缝拼装、错缝拼装、错缝11.±50、1012.切刀（刮刀）、盘形滚刀、周边保护刀（边刮刀）13.洞门密封装置（帘布橡胶密封体系）、20~3014.持续异常增大、显著下降（甚至出现不进尺情况）15.C50、P816.分级加压、19.5%~23.5%17.刀盘抵达位置的开挖面沉降、盾尾脱出后的建筑空隙沉降18.泥皮型、渗透带型、泥皮-渗透带混合型19.带压换刀、带压换刀20.刀盘匀速切削掘进、输送系统均衡出渣二、单项选择题1.B2.D3.C4.B5.C6.B7.B8.C9.B10.B11.C12.B13.C14.D15.B三、多项选择题1.ABC2.ABC3.ABE4.ABCD5.ABCDE6.ABDE7.ABD8.ABCDE9.ABCD10.ABCDE四、判断题1.×2.√3.×4.√5.√6.×7.√8.√9.×10.√五、简答题1.土压平衡盾构维持开挖面稳定的基本原理：（1）压力平衡机制：通过密闭土仓内填充的渣土建立压力，动态调整推进速度与螺旋输送机的出渣速率，使土仓内的压力始终略高于开挖面位置的静止水土压力（高10~20kPa），抵消地层应力与地下水压力，防止开挖面坍塌或隆起；（2）渣土改良机制：通过向刀盘面板、土仓内注入泡沫、膨润土、聚合物等改良材料，将刀盘切削下来的原状渣土改良为具备良好流塑性、低透水性、和易性的塑流性介质，确保土仓压力能够均匀、连续地传递到整个开挖面，避免局部压力失衡；（3）动态调控机制：掘进过程中实时监测土仓压力、出渣量、地表与周边建构筑物沉降数据，动态调整掘进参数，压力过低时减缓出渣、适当提高推力，压力过高时加大出渣、降低推力，实现全过程动态平衡。2.盾构始发施工的主要工艺流程：（1）施工准备阶段：完成端头地层加固并开展取芯检测，确认加固质量达标；精准安装始发基座、反力架与洞门密封装置，完成盾构主机与后配套设备组装、调试，通过始发条件验收；（2）洞门破除阶段：采用分层凿除工艺破除洞门范围内的围护结构混凝土，切断外露钢筋，清理洞门区域杂物，全过程监测洞门土体稳定性；（3）初始定位阶段：拼装首环负环管片，调整盾构初始姿态与设计轴线吻合，将刀盘缓慢抵拢洞门掌子面；（4）始发掘进阶段：设定初始掘进参数，采用低推力、低转速、匀速的模式开始掘进，同步开展壁后注浆，待盾尾完全进入洞门圈后及时封堵洞门间隙，防止涌水涌砂；（5）负环拆除阶段：待盾构连续掘进80~100m，已拼装完成的管片与地层间的摩擦力能够足够提供掘进反力后，停机拆除负环管片与反力架，进入正常掘进阶段。3.地表沉降超限的主要防控措施：（1）开挖面压力管控：根据地层埋深、地下水位、监测数据动态设定土仓/泥水仓压力，将压力波动范围控制在±0.02MPa以内，避免压力过低引发开挖面坍塌超挖、压力过高造成地层隆起；（2）出渣量管控：每环掘进前计算理论出渣量，掘进过程中采用称重或体积计量方式动态管控实际出渣量，当出渣量超过理论值10%时立即停机排查超挖风险，严禁超量出渣；（3）壁后注浆管控：严格控制同步注浆的浆液性能、注浆压力与注浆量，确保浆液在盾尾脱出间隙的第一时间填充密实，对同步注浆不饱满的区域及时开展二次补注浆，减少地层损失；（4）姿态管控：遵循“勤纠偏、小量纠”的原则，控制每环纠偏量不超过允许值，避免大幅纠偏扰动地层；小半径曲线段掘进时合理控制超挖刀的伸出量，减少不必要的超挖；（5）监测管控：加密地表与周边环境监测频率，建立掘进参数与监测数据的联动机制，根据监测结果动态调整参数，实现信息化施工；当监测数据达到预警值时立即停机处置，严禁冒险掘进。4.刀盘结泥饼的主要原因及处置措施：主要原因包括：（1）地层因素：穿越高黏性黏土、泥岩、页岩等地层时，切削下来的土体黏性大、附着力强，易在刀盘面板、土仓中心位置黏结、压实形成泥饼；（2）改良因素：渣土改良参数不合理，泡沫、膨润土等改良剂注入量不足，渣土流塑性差、黏性大，易黏附在刀盘结构上；（3）参数因素：长时间采用高推力、低转速模式掘进，刀盘对土体的挤压作用强，且土仓内渣土因摩擦升温，进一步加剧土体黏结；（4）设备因素：刀盘中心区域开口率偏低，渣土流动通道狭窄，易造成淤积黏结。处置措施包括：（1）参数调整：立即降低推进速度，适当提高刀盘转速进行空转搅动，向土仓内注入分散剂、高倍率泡沫，软化、稀释黏结的泥饼，改善渣土流动性；（2）优化改良：调整改良剂配比，适当增加泡沫注入量与空气占比，降低渣土黏性，避免渣土继续黏结；（3）开仓清理：若泥饼严重导致掘进参数恶化、无法正常推进，在做好地层加固、气压保障等安全措施的前提下，开仓人工清理刀盘与土仓内的泥饼；（4）后续防控：恢复掘进后避免长时间高推力闷推，定期短时间空转刀盘，保持渣土流动状态，根据地层特性动态调整改良参数，防止泥饼再次形成。六、案例分析题1.事件1中地表沉降速率超标的主要原因：（1）土仓压力控制不到位，压力波动幅度达到±0.04MPa，远超允许波动范围，压力偏低时段无法有效平衡开挖面水土压力，导致富水粉细砂层出现局部坍塌，引发地层损失；（2）渣土改良效果不足，穿越富水粉细砂层时未调整改良剂配比，渣土透水性高、和易性差，土仓压力无法均匀传递