泥水盾构培训剖析

1、泥水平衡盾构 施工技术 培训,上海斯美科汇建设工程咨询有限公司 2015年1月,目录,盾构施工技术,现代盾构机主要分为土压平衡式、泥水平衡式、硬岩式、复合式等类型。传统的盾构施工法大多有赖于气压、降水、注浆加固等措施来对付不稳定地层的局面, 而泥水加压式盾构是用泥浆加压确保切削面稳定, 用管道输送代替轨道出土, 加快了掘进速度, 改善了劳动条件和施工环境, 能较好地稳定开挖面和防止地表隆陷, 成为当今一种划时代的盾构新技术。,一、泥水盾构施工技术,1、原理 2、适用条件 3、功能组成 4、施工工艺流程,一、泥水盾构施工技术 1、原理,泥水加压式盾构是在机械切削式盾构的前部刀盘后侧设置隔板, 它

2、与刀盘之间形成泥水压力室, 将加压的泥水送入泥水压力室, 使泥水对切削面上的土体作用有一定压力, 来达到开挖面的稳定。盾构推进时由旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水, 用流体输送方式送到地面的泥水分离系统, 待土、水分离后, 再把滤除切削土砂的泥水重新压送回压力室, 如此不断循环完成切削、排土、推进。因为是泥水压力使切削面稳定平衡的, 故称泥水加压平衡盾构法,简称泥水盾构。,20世纪60年代英国隧道专家建议在隔舱板前用喷水“水力盾构”，但水不能支护开挖面，无法阻止开挖面不停地流动。,20世纪70年代日本的泥水盾构机,日本的大直径泥水平衡盾构机,一、泥水盾构施工技术 1、原理,

3、泥水系统的作用 及时向开挖面密闭舱提供掘进施工需求的泥浆，用优质膨润土配制的泥浆的比重、粘度等技术指标必须满足在高透水砂层中形成泥膜和稳定开挖面的要求； 及时把切削土砂形成的混合泥浆输送到地面进行分离和处理，再将回收的泥浆调整利用。 泥水系统与盾构机的选型、掘进速度、地质条件等紧密联系在一起的，不同的地质工况条件取决了不同的泥水系统模式。,一、泥水盾构施工技术 1、原理,泥水加压式盾构开挖面土体是依靠泥水压力对开挖面上的水土压力发挥平衡作用以求得稳定。泥水压力主要是在掘进中起支护作用。 此外, 由于泥水中的粘粒受到上述压力差作用在开挖面形成一层泥膜, 对提高开挖面的稳定性起到极其重要的作用,

4、尤其在均匀系数较小的砂层中的稳定作用尤为显著。,一、泥水盾构施工技术 1、原理,支护泥水在泥水盾构掘进中起着重要作用： 在开挖面土体表面形成泥膜，泥膜厚度随渗透时间增加而增加，从而有效提高渗透抵抗力。 支承、稳定正面开挖面土体。 盾构借助泥水压力与正面土压产生泥水平衡效果，有效支承正面土体。 对刀盘和刀头等切削设备有冷却和润滑作用。,一、泥水盾构施工技术 2、适用条件,泥水加压平衡盾构工法采用泥水加压平衡刀盘切削面, 能使开挖面保持稳定, 确保隧道施工安全, 具有对地层扰动小和沉降小等优点。 泥水平衡式盾构机工作特点：适应土层为中细砂、粗砂和砂砾石等各类软土地层。最适宜于开挖区难以稳定、滞水砂

5、层、含水量高的松软粘性土层及隧道上方有水体的场合。,一、泥水盾构施工技术 2、适用条件,泥水盾构对硬岩也有较强的适应性： 泥水盾构可以降低施工风险 采用泥水盾构能使现场施工条件要求降低：,一、泥水盾构施工技术 3、功能组成,泥水加压平衡盾构机主要由五大系统组成: (1)盾构掘进系统; (2)泥水加压和循环系统; (3)控制系统; (4)泥水分离处理系统; (5)壁后注浆系统。,一、泥水盾构施工技术 3、功能组成,(1) 盾构掘进系统 掘进系统包括泥水加压平衡盾构掘进部分和使其运转的动力设备、装载动力设备以及与掘进机同时前进的后方车架。泥水加压平衡盾构掘进部分由刀盘、盾壳、刀盘动力驱动马达、推进

6、千斤顶和管片拼装机等设备组成。 右图是6260 泥水平衡式盾构机主体结构简图,一、泥水盾构施工技术 3、功能组成,(2) 泥水加压和循环系统 泥水加压平衡盾构的特征之一是将泥水送往开挖面, 通过对开挖面加压使其达到稳定, 并用流体输送砂土。泥水通过泥浆泵进行循环、加压、流体输送土砂、泥水分离后重新循环到开挖面, 这一系统称为泥水加压、循环系统。 泥水加压、循环系统的控制包括： 泥浆循环模式的选择； 泥浆循环参数的选择； 泥浆中碎石的处理； 管路的延伸。,一、泥水盾构施工技术 3、功能组成,(2) 泥水加压和循环系统 该系统需要达到以下两个目的: 流体输送掘削出来的土砂(含砾石); 控制开挖面水

7、压的稳定。 泥水在盾构机至泥水处理系统之间的循环是由泥水输送系统实现的, 盾构机开挖下来的土砂进入切削仓, 经搅拌后的高密度泥水由泥水泵泵送至泥水处理系统, 在泥水场进行处理, 通过一次分离设备和二次分离设备将土砂从泥水中分离排除, 分离后的泥水经调整密度, 粘度等指标后再泵回开挖面, 如此循环。,一、泥水盾构施工技术 3、功能组成,(2) 泥水加压和循环系统 泥浆循环模式包括： 旁通模式（待机模式）：拼装管片时用，将开挖面的泥浆隔离； 开挖模式：通过流量泵来控制泥浆的压力、流量； 反循环模式：泥浆逆向流动，在开挖室堵塞或清理管路时使用； 隔离模式：与地面泥浆系统完全隔离，在管路延伸时使用；

8、长时间停机：开挖室保压、此时泥浆液面自动校正。,左图为新浆制作流程图,一、泥水盾构施工技术 3、功能组成,(3) 控制系统（含自动导向系统） 泥水加压式盾构法, 是用泥水加压密闭的开挖面, 不能直观目视开挖面状态及切削状况。为此, 采用PLC控制管理送排泥状态、开挖面泥水室压力以及泥水处理设备等运转状况来进行推测, 以便及时处理突如其来的异常情况。泥水加压式盾构的控制管理系统, 不是单纯的信息中心, 而是作为整体运转所不可缺少的一个体系。将这些信息集中在一起并迅速作出反应的某一处理称为中央控制, 操作人员的操作技能是兼下达土木、电气、机械等综合判断指令的技术于一体, 并在数据分析中起到显著的作

9、用。,一、泥水盾构施工技术 3、功能组成,(3) 控制系统（含自动导向系统） 控制系统通过对盾构掘进速度、切口水压、泥水密度、排泥流量等数据采集、分析来监视开挖面稳定状况, 并通过调整泥水各项。性能指标确保开挖面的稳定。比如检查相当于一环的掘削土量, 若发现比事先预定的土砂量(用钻孔采集的资料, 根据含水率, 土质等计算出来的土砂量)相差多, 则说明开挖面稳定受到破坏, 应立即采取提高泥水比重, 增加泥水压力等适当的措施进行管理。 控制系统含盾构机的自动导向控制，不另介绍。,一、泥水盾构施工技术 3、功能组成,(3) 控制系统 （含自动导 向系统） 左图为小松 盾构机控制屏,一、泥水盾构施工技

10、术 3、功能组成 小松盾构机的自动导向系统显示屏,一、泥水盾构施工技术 3、功能组成,(4) 泥水分离处理系统 泥水分离处理系统是将切削下来的土砂形成的泥水, 通过流体进行输出地面后, 经分离成土砂和水, 最后将土砂排弃的处理系统。在这个处理系统中, 将大直径砾石和砂作机械筛分, 小颗粒粉砂土、粘土胶体用凝集剂使其形成团粒后, 采取强制脱水。通过一次处理分离大颗粒, 二次处理分离小颗粒和泥水处理后, 部分泥水再次与开挖面循环, 其中泥水浓度的控制、开挖面稳定、泥水处理设备的运转以及弃土等所有各个环节, 是作为泥水加压式盾构工法系统的一部分。,一、泥水盾构施工技术 3、功能组成,(5) 盾尾壁后

11、注浆系统 盾尾壁后注浆的主要目的是控制地面沉降, 防止向管片内漏水, 使土压力作用均匀以及使管片组成的衬砌环早期稳定, 防止管片上浮、侧移和错台。 背填注浆方式, 根据其实施时期可进行如下分类: a) 同步注浆方式 同步注浆与盾构掘进同时进行, 通过同步注浆系统及盾尾的内置注浆管, 在盾构向前推进盾尾形成空隙的同时, 采用螺杆泵二管路( 四注入点) 同时注浆。注浆可根据需要采用自动控制或手动控制方式。,一、泥水盾构施工技术 3、功能组成,(5) 盾尾壁后注浆系统 b) 即时注浆方式 即时注浆是在每一环掘进完成后, 从盾尾的管片注浆孔实施背填注浆的, 以尽量缩短尾部空隙的发生和尾部填充时间的延迟

12、。在特殊地段, 如软弱土层和急转弯段, 采用两套注浆系统同时进行盾尾同步注浆和管片即时注浆。 c) 补充注浆方式 根据工程实际情况( 如管片渗漏、隧道沉降等) , 可采取在盾尾数环后的管片注浆孔进行二次( 或多次) 背填注浆, 控制滞后沉降, 减轻隧道防水压力。,一、泥水盾构施工技术 4、施工工艺流程,二、泥水盾构机操作,1、泥浆粘度控制 2、泥浆循环系统控制 3、盾构机姿态控制 4、其他操作,二、泥水盾构机操作,泥水盾构机操作的基本原则是：控制切口环压力在要求范围内稳定和盾构机姿态在设计要求范围内的前提下，实现盾构机正常掘进。,二、泥水盾构机操作 1、泥浆粘度控制,在泥水盾构中，泥浆的作用有

13、两种：维持开挖面稳定和运送弃土。泥水盾构机施工时稳定开挖面的机理为：以泥水压力来抵抗开挖面的土压力和水压力以保持开挖面的稳定，同时，控制开挖面变形和地基沉降；在开挖面形成弱透水性泥膜，保持泥水压力有效作用于开挖面。泥浆作为一种运输介质将开挖下来的弃土以流体形式输送，经泥水分离处理设备滤除废渣，将泥水分离。 泥浆的比重和粘度等性能决定它稳定开挖面和携带渣土的能力。,二、泥水盾构机操作 1、泥浆粘度控制,泥浆比重 为保持开挖面的稳定，即把开挖面的变形控制到最小限度，泥浆比重应比较高。 一般情况下，在砂层中，泥浆比重要求偏大一些，在1.201.25g/cm3,在粘土层中应当偏小一点，一般在1.101

14、.15g/cm3。,二、泥水盾构机操作 1、泥浆粘度控制,泥水粘度 泥水必须具有适当的粘性，以收到以下效果： 防止泥水中的粘土、砂粒在土仓内的沉积，保持开挖面稳定； 提高粘性，增大阻力防止逸泥； 使开挖下来的弃土以流体输送，经泥水分离处理设备滤除废渣，将泥水分离。,二、泥水盾构机操作 1、泥浆粘度控制,泥水粘度 泥浆粘度低，达不到携带弃土能力和稳定开挖面的要求，粘度太高会影响它的运输能力，易形成堵管。在掘进过程中，一般情况下，在全断面砂层中，粘度控制在35s40s，上部有砂层，中底部为少量粘土时，粘度控制在2530s,中上部是粘土层，下部有岩土层时，粘度控制在20-25s。在实际掘进中，应当结

15、合地层分布情况、泥水分离系统的出渣情况、进出口泥浆粘度和比重的差值、泥水循环系统是否顺畅、地表沉降等原因综合考虑。,二、泥水盾构机操作 2、泥浆循环系统控制,泥浆循环系统控制受外界影响很多，有可控的，也有无法控制的。就可控的因素是： 地层因素 地层的影响对切口环的压力最为关键，而我们泥浆循环操作的目的就是稳定切口环压力。不同的地层切口环压力需要值不一样，所以必须了解和熟悉在掘进状态下盾构机所处在的地层。当地层发生改变时，提前做好掘进数据记录，方便在相应的地层中寻求最佳的掘进状态。一般在进入不同地层前，做好技术交底，作出比较符合实际的、有效的交底，并在掘进中随时跟进交底的执行情况，切口环压力的计

16、算应当在一个合理的范围，严格按交底进行操作。,二、泥水盾构机操作 2、泥浆循环系统控制,泥浆循环液位的控制 泥浆循环液位的上升与下降直观的放映出切口环压力的波动，客观的反映出土仓里面泥渣的堆积情况。,二、泥水盾构机操作 2、泥浆循环系统控制,泥浆循环系统控制 泥水盾构机操作最重要的就是泥浆循环控制，泥浆循环控制是否适当直接影响切口环压力的稳定。 泥浆循环的控制主要靠泵和阀来控制。 对于不同的地层，泥浆循环的控制手法应该是有所不同的，掘进速度有快慢之分。 ,二、泥水盾构机操作 2、泥浆循环系统控制,（4）液位计联锁控制 液位连锁原理是当液位上升或者下降到某一液位指示等亮时，循环系统自动切换到旁路

17、，停止掘进。其原理时防止液位在人为 操作情况下继续上升或下降，引起切口环压力大的波动，从而关闭或者开启进浆阀。液位连锁还有一个优点是，可以更好的协调交接班，防止上一个班组由于操作不当引起气包仓或者土仓堵塞问题。,二、泥水盾构机操作 2、泥浆循环系统控制,（5）刀具配置 应尽量避免滚刀的偏磨，顺利通过软弱地层及上软下硬地层地段，进入到全断面岩层。因此如何防止滚刀偏磨是一个重要问题。,二、泥水盾构机操作 3、盾构机姿态控制,1）影响盾构机姿态的原因： （1）地层变化； （2）掘进参数不合理（主要原因）； （3）设备存在缺陷（如刀具配置不合理）。,二、泥水盾构机操作 3、盾构机姿态控制,2）在正常掘

18、进过程中应当保持盾构机水平和垂直姿态在30mm，经验表明垂直姿态控制在0 -30mm更理想，这样的姿态无论对于超限和隧道上浮都有一定的帮助。在上软下硬的复合地 层中，盾构机保证一定的俯角（-2-5）推进，在沙层中保持+2+4的仰俯角推进，这样更有利于姿态的控制。,二、泥水盾构机操作 3、盾构机姿态控制,3）滚动角应当控制在-6+6间，根据滚动角的变化随时更换刀盘转向，一环中有需要的话可以多次转变刀盘转向。这样可以防止由于滚动角大造成隧道管片扭转和预防刀盘结泥饼。 4）在曲线掘进时，在盾构机进入缓和曲线前，做好盾构机姿态调节，常规下一般姿态向曲线内侧偏移-10-25mm比较合适，弯转半径小时取大

19、值。,二、泥水盾构机操作 3、盾构机姿态控制,5）推进油缸行程控制原则上推进至1330mm至1360mm的时候应停止掘进，除非特殊情况下推进油缸行程可以适当多走一点（如需驳接泥浆管）但不宜走太多。 推进油缸行程差不宜超过20mm，行程差过大，则盾尾刷容易碰擦管片，管片脱离盾尾较多，变形较大，管片姿态变差，甚至造成管片开裂；如果 推进油缸行程差比较大时，应当合理的进行管片选型，通过管片来调整推进油缸的行 程差。,二、泥水盾构机操作 3、盾构机姿态控制,纠偏过头，推进油缸行程差过大，造成的管片碎裂,二、泥水盾构机操作 3、盾构机姿态控制,纠偏造成管片碎裂 的情况,二、泥水盾构机操作 3、盾构机姿态

20、控制,6）铰接油缸伸出的长度，直接影响到掘进时盾构机的姿态，应减少铰接油缸的行程差，尽量将行程差控制在20mm以内，铰接油缸行程差加大，盾构机推力增大，同时造成管片选型困难。将铰接油缸的总行程控制在4060mm之间为宜， 7）管片选型要合理，其实在管片选型上，不能光凭盾尾间隙草率选定管片，应当以盾尾间隙为原则，结合铰接油缸行程和盾构机走向趋势来进行综合选型。,二、泥水盾构机操作 4、其他操作控制,1）盾构进出洞土体加固 为了在拆除盾构工作井的盾构端头临时墙时保持地层的稳定，防止盾构进出洞始发或接收时，在盾构完全进入地层之前与盾构到达后完全脱出地层时，其周围流出地下水和泥沙造成端头失稳，则需要根

21、据地层条件、水文条件、隧洞埋深及周边环境等因素对盾构进出洞端头进行加固处理。可采用搅拌桩、高压旋喷桩结合压密注浆加固，或采用化学注浆加固，以及冻结加固等 。,二、泥水盾构机操作 4、其他操作控制,2）洞口密封装置安装 盾构在进出洞过程中，切口水压较高，洞口与盾构壳体形成环形的建筑空隙，为防止出洞时压力较高的泥水大量从洞门处通过此建筑空隙窜入井内，影响开挖面泥水压力的建立，造成开挖面土体的不稳定，必须设置性能良好的密封装置。洞口密封可采用钢翻板、钢套筒、帘布橡胶和油脂压注等多道密封装置，确保泥水平衡建立。,二、泥水盾构机操作 4、其他操作控制,3）洞门混凝土凿除 盾构工作井围护结构为地下连续墙结

22、构，出洞前需凿除洞圈内钢筋混凝土。最后一层凿至外层钢筋，暴露内、外排钢筋，割去外排钢筋，保留内排钢筋。一般采用风镐将洞门作粉碎性分层凿除处理。 为确保高压旋喷桩加固效果，应严格控制每次凿除深度，一般为每层20cm。洞门混凝土凿除外层钢筋后，应在洞门上下左右及中部各开一孔，用来观察外部正面土体的加固效果，确认效果良好后，继续凿除剩余混凝土。对洞门内的外、内排钢筋依次作割除处理。整个凿除作业应密切注意外侧土体加固效果，根据实际情况，最终安全地将洞门凿除。,二、泥水盾构机操作 4、其他操作控制 3）洞门混凝土凿除,洞门打探洞,二、泥水盾构机操作 4、其他操作控制,3）洞门混凝土凿除,二、泥水盾构机操

23、作 4、其他操作控制,4 ）导向轨道的接长 盾构出洞时，由于基准导轨与前方土体之间有一段的距离(即洞门到连续墙的距离)，为保证盾构安全及准确出洞，在洞门内与凿除围护结构处安装二根导向接长轨道，安装倾角位置与基准一致。并在导轨下方作加固处理。,三、质量控制,（一）管片选型控制 （二）管片拼装控制 （三）注浆控制,三、质量控制 （一）管片选型控制,管片选型的两个原则。 第一，管片选型要适合隧道设计线路； 第二，管片选型要适应盾构机姿态。,三、质量控制,（二）管片拼装控制 管片破碎现象在隧道衬砌的内外两侧均有发生。衬砌外侧，一般发生在管片与盾构机外壳的接触部位(以拱底块、标准块与邻接块接缝处、封顶块

24、居多)；内侧一般发生在管片的角部（以标准块、邻接块和封顶块居多），管片中部少有发生。,三、质量控制 （二）管片拼装控制,1、管片拼装过程中的问题（破碎） 1)圆环管片环面不平整 2)拼装时工人的操作问题 拼装中出现的管片破碎不是技术问题，是最不应该发生的。,三、质量控制 （二）管片拼装控制 拼装中止水条损坏 管片拼装,三、质量控制 （二）管片拼装控制,三、质量控制 （二）管片拼装控制,2、管片破碎的防治措施 管片破碎常常是以上一种或一种以上因素综合作用的结果，经过仔细分析再采取针对性措施进行处理，可以减少管片破碎现象的发生： 1）搬运堆放时的针对性措施 （1）在搬运过程中轻吊慢放，着地时要平稳

25、；堆放时不宜超过3层，并正确摆放垫木。 （2）吊放管片的钢丝绳上缠橡胶条等，在起吊时，能起到缓冲作用，或者选用尼龙绳来代替钢丝绳。 （3）选、摆放好垫木，在管片车上管片搁置部位设置橡胶条，以起到缓冲作用。,三、质量控制 （二）管片拼装控制,2、管片破碎的防治措施 2）管片拼装时的针对性措施 （1）按要求贴膨胀止水条、橡胶密封垫、传力衬垫、纠偏用石棉橡胶板，保证粘贴可靠，位置正确； （2）拼装前检测前一环管片的环面情况，清除环面和盾壳内的各种杂物（泥块及浆液），保证环面清洁、无夹泥； （3）拼装前，先测量前一环各管片之间的相互高差，包括环向和径向。根据实测数据，调整已粘贴好的纠偏锲子，以保证拼装

26、后环面的平整度；,三、质量控制 （二）管片拼装控制,2、管片破碎的防治措施 （4）拼装时保证衬砌环圆度，块与块不错位； （5）封顶块安装前，实测并确保顶部两邻接块间间距，并通过推进油泵的伸缩来调整好邻接块间的间距，控制在比设计值大6mm左右，以便顺利安装封顶块； （6）及时复紧环向螺栓。 总之，管片防破碎主要是要提高操作工人的工作责任心。,三、质量控制 （三）注浆控制,注浆按其注浆方式为同步注浆和二次补浆； 按浆液性能分单液浆和双液浆,三、质量控制 （三）注浆控制,（1）同步注浆 同步注浆是指在盾构掘进过程中，盾构机向前行进，管片脱出盾尾与围岩形成空隙的同时，从位于盾尾的注浆管路注入浆液填充形

27、成的建筑空隙。,三、质量控制 （三）注浆控制,（2）二次注浆 盾构施工过程中，因同步注浆效果不理想，浆液未能有效填充管片衬背后建筑空隙,造成地面沉降大，成管片上浮，漏水等缺陷。为改善这种现象，采用利用管片吊装孔二次补充注入浆液。，二次注浆可分为单液浆和双液浆，在阻止管片上浮、控制地表沉降时多采用注双液浆。 其实除注浆方式不一样以外，在不同地层中掘进其浆液类型也有所区别，在砂层中用双液浆效果更为理想。,四、掘进中常见问题处理,（一）盾尾漏浆处理 （二）地表沉降处理 （三）渗漏水处理,四、掘进中常见问题处理 （一）盾尾漏浆处理,盾尾漏浆是盾构施工最常见的，也是最麻烦的问题。特别是在富水层中掘进，如

28、果盾尾刷受损，盾尾间隙差，浆液凝固时间长，注浆压力大等原因，漏浆的频率高很多。 盾尾漏浆有两种形式：漏泥浆和漏砂浆（实际掘进中盾尾还会漏水）。,四、掘进中常见问题处理 （一）盾尾漏浆处理,盾尾漏浆的根本原因是： 盾尾刷在掘进过程中由于盾尾间隙差，盾尾刷受管片挤压导致失去弹性或者脱落造成盾尾漏泥浆和砂浆及清水。 浆液凝固时间过短,造成浆液不能充分填充管片后空隙,而是堆积在注浆口附近,造成注浆通道受限制,后续浆液压力必然剧增,当浆液压力高于盾尾刷和油脂的抗压力时,就会击穿盾尾刷和油脂衬背而造成盾尾漏砂浆，长期下去就会导致盾尾漏泥浆和砂浆及清水。 所以在防止盾尾漏浆最有效的措施是保护好盾尾刷和控制好

29、注浆压力与浆液的凝固时间。,四、掘进中常见问题处理 （一）盾尾漏浆处理,在掘进过程中盾尾漏浆，首先应当了解漏浆情况，具体位置在哪个部位，漏浆量有多大，盾尾间隙如何，注浆压力有多大，综合以上信息进行处理。 总而言之，在掘进中多注意保护盾尾刷，控制好注浆压力，使用配比合理的浆液，从根源上解决漏浆问题。在盾尾刷已经受损后，有条件更换盾尾刷时应马上更换尾刷。,四、掘进中常见问题处理 （二）地表沉降处理,盾构法在软土层中推进，会导致不同程度的地面和隧道沉降，即使采用当前先进的盾构技术，也难完全防止这些变形，上海虹桥机场跑道下的盾构推进，采用严格措施，最终跑道沉降也达6mm。 多数设计图纸要求：“一般地段

30、盾构掘进引起的地层损失率应1%，并不得超过地表最大允许变形：隆起10mm，沉降30mm，特殊情况下根据具体环境保护要求确定。”,四、掘进中常见问题处理 （二）地表沉降处理,盾构施工引起的地层损失和盾构周围土体受扰动，或受剪切破坏的重塑土的再固结，是地面和隧道沉降的基本原因。 地层损失是盾构施工中挖除土体体积和建成隧道体积之差。建成隧道体积包括隧道外围包裹的压入浆体体积，地层损失率以占盾构理论排土体积的百分比表示。圆形盾构理论出土体积为盾构截面面积。周围土体再弥补地层损失中，发生地层变形，引起地面沉降。,四、掘进中常见问题处理 （二）地表沉降处理,1、引起地层损失的因素是： （1）开挖面土体移动

31、。盾构掘进时，开挖面土体受到水平支护应力小于土体侧向应力，则开挖面土体向盾构内移动，引起地层损失 ，而导致盾构上方地面沉降；若盾构推进时，作用在正面土体的推应力大于侧向应力，则正面土体向上、向前移动，引起地层负损失，而导致盾构前上方土体隆起。 （2）盾构后退。在盾构暂停推进时，盾构推进千斤顶漏油而引起盾构后退，使开挖面土体坍落或松动，造成地层损失。,四、掘进中常见问题处理 （二）地表沉降处理,1、引起地层损失的因素是： （3）土体挤入盾尾空隙。压浆不及时，压浆量不足，压浆压力不适当，使盾尾后周边土体失去平衡状态，向盾尾空隙中移动，引起地层损失。 （4）改变推进方向。盾构在曲线推进、纠偏、抬头或

32、磕头推进过程中，实际开挖面不是圆形而是椭圆，引起地层损失。盾构轴线与隧道轴线的偏角越大，则对土体扰动和超挖程度就越大，其引起的地层损失也越大。 （5）随盾构推进而移动的盾构正面阻碍物，使地层在盾构通过后产生空隙，而又无法及时压浆填充，引起地层损失。,四、掘进中常见问题处理 （二）地表沉降处理,1、引起地层损失的因素是： （6）推进的盾构外周粘附一层粘土时，盾尾后隧道外周环形成空隙会有较大量的增加，如不相应增加压浆量，地层损失必然大量增加。 （7）盾构移动对土层的摩擦和剪切。 （8）在土压力作用下，隧道衬砌产生的变形也会引起地层损失。饱和松软地层衬砌渗漏亦会引起地层沉降。,四、掘进中常见问题处理

33、 （二）地表沉降处理,2、施工引起的地层损失可分为三类： （1）正常的地层损失。 （2）不正常的地层损失。 （3）灾害性的地层损失。,四、掘进中常见问题处理 （二）地表沉降处理 地面沉降的横向分布估算公式为： S(x)-沉降量 V1-地层损失量 Z-距隧道中心的埋深,四、掘进中常见问题处理 （二）地表沉降处理,隧道上部地面沉降槽示意图 Smax隧道中心线处最大的沉降量 i沉降槽宽度系数,四、掘进中常见问题处理 （二）地表沉降处理,沉降槽宽度系数i的计算方法有多种，attewell的公式计算方法是： 式中：r为隧道半径，Z为隧道的中心埋深。 地层损失率的计算方法是：R=V1/V 其中：V为盾构的截面面积，31.55m2（直径6340mm盾构机），地层损失率用百分比表示。,四、掘进中常见问题处理 （二）地表沉降处理 盾构掘进引起的地层损失率应小于1%，如果大于1%，区间隧道的后期沉降量大，相应可能引起运营隧道的曲率半径过小，影响隧道的正常使用和安全。 对应于盾构掘进引起的地层损失率1%，相应管片自脱出盾尾15天后不同盾构覆土厚度处的地面沉降槽最大沉降量及盾构前方是最大隆起量不得大于下表中的规定数值。表内数值就是根据目前1%的地层损失率来计算的。只要有隧道埋深就可计算出最大沉降量和最大隆起量。,四、掘进中常见问题处理 （二）地表沉降处理,3、解决措施