城市轨道交通盾构法

1、1K413030 盾构法施工盾构法施工遂道（P90） 施工条件在松软含水地层、地面构筑物不允许拆迁，施工条件困难地段采用盾构法施工遂道优越性振动小、噪声低、施工速度快、安全可靠、对沿线居民生活、地下和地面构筑物及建筑物影响小等。分类A、单层装配式衬砌预制装配式衬砌（管片）；B、双层复合式衬砌预制装配式衬砌和模注钢筋混凝土整体式衬砌相结合的双层衬砌； C、挤压混凝土整体衬砌A、预制装配式衬砌（要点）按材料分类钢筋混凝土管片耐压性和耐久性都比较好，抗压强度达60MPa,渗透系数小于10-11m/s，刚度大，由其组成的衬砌防水性能有保证。钢和铸铁管片价格较贵，现在除了在需要开口的衬砌环或预计受特殊荷

2、载的地段采用外，一般都采用钢筋混凝土管片。钢管片强度高、具有良好的可焊接性，便于加工维修，重量轻也便于施工。与混凝土管片相比，其刚度小、易变形，抗锈性差，在不做二次衬砌时，必须有抗腐、抗锈措施。铸铁管片强度高、防水和防锈性能好，易加工。和钢管片相比，刚度亦较大，故在早期的地下铁道区间遂道中得到广泛的应用。复合管片按管片螺栓手孔大小箱型l 只有强度较大的金属管片才采用箱型结构。当然，直径和厚度较大的钢筋混凝土管片也有采用箱型结构的；l 在箱型管片中纵向加劲肋是传递千斤顶推力的关键部位，一般沿衬砌环向等距离布置，加劲肋的数量应大于盾构千斤顶的台数，其形状应根据管片拼装和是否需要灌注二次衬砌的施工要

3、求而定。平板型l 对盾构千斤顶具有较大的抵抗力，对通风的阻力也较小；l 无手孔的管片也称为砌块；l 钢筋混凝土管片多采用平板型结构衬砌环内管片之间以及各衬砌环之间的连接方式，从其力学特性来看柔性连 接单排螺栓连接允许相邻管片间产生微小的转动和压缩，使衬砌环能按内力分布状态产生相应的变形，以改善衬砌环的受力状态，销钉连接无连接件刚性连 接通过增加连接螺栓的排数，力图在构造上使接缝处的风度与管片本身相同 。刚性连接不仅拼装麻烦、造价高，而且会在衬砌环中产生较大的次应力，带来不良后果。 B、双层衬砌（要点）w 为了防止隧道渗水和衬砌腐蚀，修正隧道施工误差，减少噪声和振动以及作为内部装饰，可以在装配式

4、衬砌内部再做一层整体式混凝土或钢筋混凝土内衬，根据需要还可以在装配式衬砌与内层之间铺设防水隔离层。w 双层衬砌主要用在有腐蚀性地下水的地层中。C、挤压混凝土整体式衬砌（ECL）（要点）w 挤压混凝土衬砌（ECL）：就是随着盾构向前掘进，用一套衬砌施工设备在盾尾同步灌注的混凝土或钢筋混凝土整体式衬砌，因其灌注后即承受盾构千斤顶推力的挤压作用，故有此称谓。挤压混凝土衬砌可以是素混凝土，也可以是钢筋混凝土，但应用最多的是钢钎维混凝土。w 挤压混凝土衬砌一次成型，内表面光滑，衬砌背后空隙，故无需注浆，且对控制地层移动特别有效。但因挤压混凝土衬砌需要较多的施工设备，其中包括混凝土成型用框模，拼拆框模的系

5、统，混凝土配制车、泵、阀、管等组成的混凝土配送系统。而且，混凝土制备、配送、钢筋架立等工艺较为复杂，在渗漏性较大的土层中要达到防水要求尚有困难。故挤压混凝土衬砌的应用尚不广泛。盾构法施工 P93 基本步骤1) 在盾构法隧道的始发端和接收端各建一个工作（竖）井；2) 盾构在始发端工作井内安装就位；3) 依靠盾构千斤顶（作用在已拼装好的衬砌环和工作 井后壁上）将盾构从始发工作井的墙壁开孔处推出；4) 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；5) 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位置；6) 盾构进入接受工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进

6、；优点1) 除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少附近居民的噪声和振动影响；2) 盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也较少；3) 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；4) 施工不受风雨等气候条件影响；5) 当隧道穿过河底或其他建筑物时，不影响施工；6) 只要设法使盾构的开挖面稳定，则隧道越深，地基越差，土中影响施工的埋设物等越多，与明挖法相比，经济上、施工进度越有利。存在的问题1) 当隧道曲线半径过小时，施工较为困难；2) 在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，则盾构法施工困难很大，而在水下时，如覆土太浅则盾构法施工不

7、够安全；3) 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；4) 盾构法隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止，特别在饱和含水松软的土层中，要采取严密的技术措施才能把沉陷限制在很小的限度内；5) 在饱和含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水的技术要求较高。1K413031 掌握盾构施工条件与现场布置要求 P114一、盾构法施工条件盾构与盾构法施工1) 盾构是用来开挖土砂类围岩的隧道的机械，由切口环、支撑环及盾尾三部分组成，也称盾构机械；2) 盾构法是盾构壳体防止围岩的土砂坍塌，进行开挖、推进，并在盾尾进行衬砌作业从而修建隧道的方法；3) 盾构机

8、分类：按开挖面是否封闭密闭式土压式（按平衡开挖面的土压与水压的原理划分的）泥水式敞开式盾构法施工适用条件1) 在松软含水土层，相对均质的地质条件；2) 盾构法施工隧道应有足够的埋深，覆土深度宜不小于6m。隧道覆土太浅，盾构法施工难度较大；在水下修建隧道时，覆土太浅盾构施工安全风险较大；3) 地面上必须有修建用于盾构进出洞和出土进料的工作井位置；4) 隧道之间或隧道与其他建（构）筑物之间所夹土（岩）体加固处理的最小厚度为水平方向1.0m,竖直方向1.5m; 5) 从经济角度讲，连续的盾构施工长度不宜小于300m；城镇施工注意事项工作井位置选择盾构施工隧道，除了工作竖井外、作业均在地下进行，因此工

9、作竖井位置选择要考虑不影响地面社会交通，对附近居民的噪声和振动影响较少区域；且能满足施工生产组织的需要。工作井断面尺寸确定w 拼装和拆卸用的工作井平面尺寸应根据盾构装拆的施工要求来确定；w 拼装井的井壁上设有盾构出洞口，井内设有盾构基座和盾构推进的后座；w 井的宽度一般应比盾构直径大1.62.0m,以满足操作的空间要求；w 井口长度，除了满足盾构内安装设备的要求外，还要考虑盾构推进出洞时，拆除洞门封板和在盾构后面设置后座，以及垂直运输所需的空间；施工环境条件限制在城镇内选择盾构法施工前提条件：1、 必须掌握隧道穿过区域地上和地下建（构）筑物的详尽资料，并做好处理保护方案；2、 必须采取严密的技

10、术措施，把地表沉陷限制在允许的限度内；3、 选择泥水式盾构必须设置封闭式泥水储存和处理设施；二、盾构施工现场布置施工组织设计1、 盾构施工组织设计、施工方案应满足合同工期和施工进度的要求，在规定的施工区域内正确处理施工期间所需各项设施之间的空间关系；2、 在建设方提供的施工用地范围内，对施工现场的道路交通、材料仓库、材料堆场、临时房屋、大型施工设备、集土（泥）坑、拌浆系统、临时水电管线、消防器材等做出合理的规划布置；施工现场平面布置1、 盾构施工的现场平面布置包括：盾构工作竖井、竖井防雨棚及防淹墙、垂直运输设备、管片堆场、管片防水处理场、拌浆站、料具间及机修间、两回路的变配电间等设施以及进出通

11、道等；2、 盾构施工现场设置：A、 工作井施工需要采取降水措施时，应设相当规模的降水系统（水泵房）；B、 采用气压法盾构施工时，施工现场应设置空压机房，以供给足够的压缩空气；C、 采用泥水平衡盾构机施工时，施工现场应设置泥浆处理系统（中央控制室）、泥浆池；D、 采用土压平衡盾构施工时，应设置电机车电瓶充电间等设施；1K413032 掌握盾构法始发与接收施工技术 P115一、洞口土体加固技术洞口土体加固必要性1、 盾构从始发工作井进入地层前，首先应拆除盾构掘进开挖洞体范围内的工作井围护结构，以便将盾构推入土层开始掘进；盾构到达工作井前，亦应先拆除盾构掘进开挖洞体范围内的工作井围护，以便隧道贯通、

12、盾构进入接受工作井。2、 由于拆除洞口围护结构会导致洞口土体失稳、地下水涌入，且盾构进入始发洞口开始掘进一段距离内或到达接收洞口前的一段距离内难以建立起土压（土压平衡盾构）或泥水压（泥水平衡盾构）以平衡开挖面的土压和水压，因此拆除洞口围护结构前必须对洞口土体进行加固，通常在工作井施工过程中实施。3、 特定地质条件下（如富水软土地层），洞口围护结构可采用混凝土或纤维混凝土施作。盾构始发或接收施工时，可直接利用盾构刀具切除。洞口土体加固目的4、 拆除工作井洞口围护结构时，确保洞口土体稳定，防止地下水流入。1、 盾构掘进通过加固区域时，防止盾构周围的地下水及土砂流入工作井。2、 拆除洞口围护结构及盾

13、构掘进通过加固区域时，防止地层变形对施工影响范围内的地面建筑物及地下管线与构筑物等的破坏。确定加固方案的方法洞口土体加固前，要根据地质条件、地下水位、盾构种类与外形尺寸、覆土深度及施工环境条件等，明确加固目的后，按照图1K413032所示程序确定加固方案。加固方法注浆法（按其原理分为）渗透注浆法不改变土颗粒排列、只使注入材料渗透到土颗间隙并固结的渗透注浆法。适合于砂质土层。挤密注浆法（劈裂注浆法）沿注浆层面地层形成脉状裂缝、注浆材料使土颗粒间隙减小、土体被挤密游资法（劈裂注浆法）。适合于黏性层。详见1K413044 熟悉小导管注浆加固技术高压喷射搅拌法高压喷射加固材料，使其与被搅动的土砂混合，

14、或转换被搅动的土砂，形成具有一定强度的改良地层。冻结法对软弱地层或含地下水土层实施冻结，冻结的土体具有高强度和止水性，特别适用于大断面盾构施工和地下水压高的场合。二、盾构始发技术盾构始发是指盾构自始发工作井内盾构基座上开始挤进到完成初始段（通常50100mm）掘进止，亦可划分两个阶段为：、洞口土体加固段掘进；、初始掘进；盾构始发特点1、 一般后续设备临时设置于地面。在地铁工程中，多利用车站作为始发工作井，后续设备可在车站内设置。2、 大部分来自后续设备的油管、电缆、配管等，随着盾构掘进延伸，部分管线必须接长。3、 由于通常在始发工作井内拼装临时管片，故向隧道内运送施工材料的通道狭窄。4、 由于

15、始发处于试掘进状态，且施工运输组织与正常掘进不同，因此施工速度受到制约。始发段长度的确定决定始发段长度有两个因素：、衬砌与周围地层的摩擦阻力；、后续台车长度； 始发结束后要拆除临时管片、临时支撑和反力架，将后续台车移入隧道内，以便后续正常掘进。由于此后盾构的掘进反力只能由衬砌与周围地层的摩擦阻力承担，因此初始掘进长度L必须符合以下条件： 若L大于后续台车长度，则取L为初始长度； 若L小于后续台车长度，则可综合权衡利弊后，确定L或后续台车长度为初始掘进长度。洞口土体加固段掘进技术要点1、 盾构基座、反力架与管片上部轴向支撑的制作与安装要具备足够的刚度，保证负载后变形量满足盾构掘进方向要求。2、

16、安装盾构基座和反力架时，要确保盾构掘进方向符合隧道设计轴线。3、 由于临时管片（负环管片）的椭圆度直接影响盾构掘进时管片拼装精度，因此安装临时管片时，必须保证其椭圆度，并采取措施防止其受力后旋转、径向位移与开口部位（临时管片安装时通常不形成封闭环，在其上部预留运输通道）变形。4、 拆除洞口围护结构前要确认洞口土体加固效果，必要时进行补浆加固，以确保拆除洞口围护结构时不发生坍塌、地层变形过大，且盾构始发过程中开挖面稳定。5、 由于拼装最后一环临时管片（负一环，封闭环）前，盾构上部千斤顶一般不能使用（最后一环临时管片拼装前安装的临时管片通常为开口环），因此从盾构进入土层到通过土体加固段前，要慢速掘

17、进，以便减小千斤顶推力，使盾构方向容易控制；盾构到达洞口土体加固区间的中间部位时，逐渐提高土压（泥水压）设定压力，加固段达到预定的设定值。6、 通常盾构机盾尾进入洞口后，拼装整环临时管片（负一环），并在开口部安装上部轴向支撑，使随后盾构掘进时全部盾构千斤顶都可使用。7、 盾构机盾尾进入洞口后，将洞口密封与封闭环管片贴紧，以防止泥水与注浆液从洞门泄漏。8、 加强观测工作井周围地层变形、盾构基座、反力架、临时管片和管片上部轴向支撑的变形与位移，超过预定值时，必须采取有效措施后，才可继续掘进。初始掘进的主要任务初始掘进的主要任务：收集盾构掘进数据（推力、刀盘扭矩等）及地层变形量测量等数据，判断土压（

18、泥水压），注浆量、注浆压力等设定值是否适当，并通过测量盾构与衬砌的位置，及早把握盾构掘进方向控制特性，为正常掘进控制提供依据。因此，初始掘进阶段是盾构法隧道施工的重要阶段。三、盾构接收技术要点盾构接收是指自掘进距接收工作井一定距离（通常100m左右）到盾构机落到接收井内接收基座上止。 当盾构正常掘进至接收工作井一定距离（通常50100mm）时，盾构进入到达掘进阶段，到达掘进是正常掘进的延续，是保证盾构准确贯通、安全到达的必要阶段。其施工技术要点如下：1 、盾构暂停掘进，准确测量盾构机坐标位置与姿态，确认与隧道设计中心线的偏差值。2 、根据测量结果制订到达掘进方案。3 、继续掘进时，及时测量盾构

19、机坐标位置与姿态，并依据到达掘进及时方向修正。4 、掘进至接收井洞口加固段时，确认洞口土体加固效果，必要时进行补注浆加固。5 、进入接收井洞口加固段后，逐渐降低土压（泥水压）设定值至0MPa,降低掘进速度，适时停止加泥、加泡沫（土压式盾构）、停止送泥与排泥（泥水式盾构）、停止注浆，并加固工作井周围地层变形观测，超过预定值时，必须采取有效措施后，才可继续掘进。6 、拆除洞口围护结构前要确认洞口土体加固效果，必要时进行注浆加固，以确保拆除洞口围护结构时不发生土体坍塌、地层变形过大。7 、盾构接收基座的制作与安装要具备足够的刚度，且安装要对其轴线与高程进行校核，保证盾构机顺利、安全接收。8 、拼装完

20、最后一环管片，千斤顶不要立即回收。及时将洞口段数环管片纵向临时拉紧成整体，拧紧所有管片连接螺栓，防止盾构机与衬砌管片脱离时衬砌纵向应力释放。9 、盾构机落到接收基座上后，及时封堵洞口处管片外周与盾构开挖洞体之间空隙，同时进行填充注浆，控制洞口周围土体沉降。1K413033 掌握盾构掘进技术 P118 本条文以密闭式盾构为例简要介绍掘进技术一、 盾构法施工现场如图1K413012-5所示，其主要施工步骤为：(一) 、一段隧道的起始端和终止端各建一个工作井（城市地铁一般利用车站的端头）作为始发或接受工作井。(二) 、盾构在始发工作井安装就位。(三) 、依靠盾构千斤顶推力（作用在工作井后壁或新拼装好

21、的衬砌上）将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出。(四) 、盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土（泥）和安装衬砌管片。(五) 、及时向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置。(六) 、盾构进入接收工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。 盾构掘进控制的目的：是确保开挖面稳定的同时，构筑隧道结构、维持隧道线形、及早填充盾尾空隙。因此，开挖控制、一次衬砌、线形控制和注浆构成了盾构掘进控制四要素。施工前必须根据地质条件、隧道条件、环境条件、设计要求等，要试验的基础上，确定具体控制内容与参数；施工中根据包括量测监控的各项数据调整控制参数，才能确保实现施工安全、施工质量

22、、施工工期与施工成本预期目标。盾构掘进控制的具体内容见表1K413033。密闭式盾构掘进控制内容构成 表1K413033控制要素内 容开挖泥水式开挖面稳定泥水压、泥浆性能排土量排土量土压式开挖面稳定土压、塑流化改良排土量排土量盾构参数总推力、推进速度、刀盘扭矩、千斤顶压力等线形盾构姿态、位置倾角、方向、旋转铰接角度、超挖量、蛇行量注浆注浆状况注浆量、注浆压力注浆材料稠度、泌水、凝胶时间、强度、配比一次衬砌管片拼装椭圆度、螺栓坚固扭矩防水漏水、密封条压缩量、裂缝隧道中心位置蛇行量、直角度二、开挖控制开挖控制的根本目的是确保开挖面稳定、土压（泥水压）控制1、 土压式盾构，以土压和塑流性改良控制为主

23、，辅以排土量、盾构参数控制。泥水式盾构，以泥水压和泥浆性能控制为主，辅以排土量控制。2、 开挖面的土压（泥水压）控制值，按地下水压（间隙水压）+土压+预备压设定。 、地下水压可从钻孔数据正确掌握，但要考虑季节性变动。靠近河流等场合，要考虑水面水位变动影响； 、土压有静止土压、主动土压和松驰土压，要根据地层条件区别使用。A、静止土压：按静止土压设定控制土压，是开挖面不变形最理想土压力，但控制土压力相当大，必须加大设备装备能力；B、主动土压：是开挖面不发生坍塌的临界压力，控制土压最小；C、松驰土压：地质条件良好、覆土深、能形成土拱的场合，可采用松驰土压； 、预备压，用来补偿施工中的压力损失，土压式

24、盾构通常取1020kN/,泥水式盾构通常取2050kN/。3、 计算土压（泥水压）控制值时，一般沿隧道轴线适当间隔（例如20m），按各断面的土质条件，计算出上限值与下限值，并根据施工条件在其范围内设定。土体稳定性好的场合取低值，地层变形要求小的场合取高值。（上限值）Pmax=地下水压+静止土压+预备压（下限值）Pmin=地下水压+（主动土压或松驰土压）+预备压为使开挖面稳定，土压（泥水压）变动要小；变动大的情况下，一般开挖面不稳定。、土压式盾构泥土的塑流化改良控制1、土压式盾构掘进时，理想地层的土特性是：、塑性变形好；、流塑至软塑状；、内摩擦小；、渗透性低；细颗粒 （75m以下的粉土与黏土）含

25、量30%以上的土砂，塑性流动性满足要求。在细颗粒含量低于30%、或砂卵石地层，必须加泥或加泡沫等改良材料，以提高塑性流动性和止水性（见图1K413033-1）。改良材料必须具有流动性、易与开挖土砂混合、不离析、无污染等特性。一般使用的改良材料有矿物系（如膨润土泥浆）、界面活性剂系（如泡沫）、高吸水性树脂系和水溶性高分子系四类（我国目前常用前两类），可单独或组合使用。 2、选择改良材料要依据以下条件： 、土质（粒度分布、砾石粒径、砾石含量、黏性土含量、均等系数等） 、透水系数； 、地下水压； 、水离子性； 、是否泵送排土； 、加泥（泡沫等）设备空间（地面、隧道内）； 、掘进长度； 、弃土处理条件

26、； 、费用（材料价格、注入量、材料损耗、用电量、设备费等）3、流动化改良控制是土压式盾构施工的最重要要素之一，要随时把握土压仓内土砂的塑性流动性。一般按以下方法掌握塑流性状态。 、根据排土性状 取样测定（或根据经验目视）土砂的坍落度，以把握土压内土砂的流动状态。采用的坍落度控制值取决于土质、改良材料性状与土的输送方式。 、根据土砂输送效率 按螺旋输送机转数计算的排土量与按盾构推进速度计算的排土量进行比较，以判断开挖土砂的流动状态，一般情况下，土压仓内土砂的塑性流动性好，盾构掘进就正常，两者高度相关。 、根据盾构机械负荷 根据刀盘压（或电压）、刀盘扭矩、螺旋输送机扭矩、千斤顶推力等机械负荷变化，

27、判断土砂的流动状态。一般根据初始掘进时的机械负荷状况和地层变化结果等因素，确定开挖土砂的最适性状和控制值的容许范围。、泥水式盾构的泥浆性能控制 泥水式盾构掘进时，泥浆起着两方面的重要作用：、依靠泥浆压力在开挖面形成泥膜或渗透区域，开挖面土体强度提高，同时泥浆压力平衡了开挖面土压和水压，达到了开挖面稳定的目的；、泥浆作为输送介质，担负着将所有挖出土砂运送到工作井外的任务。因此。泥浆性能控制是泥水式盾构施工的最重要素之一。 泥浆性能包括：相对密度、黏度、pH、过滤特性和含砂率。、排土量计算1、开挖土量计算 单位掘进循环（一般按一环管片宽度为一个掘进循环）开挖土量Q，一般按下式计算：当使用仿形刀或超

28、挖刀时，应计算开挖土体积增加量。2、土压式盾构出土运输方法与排土量控制 土压式盾构的出土运输（二次运输）一般采用轨道运输方式。 土压式盾构排土量控制方法分为重量控制和容积控制两种。重量控制有检测运土车重量、用计量漏斗检测排土量等控制方法。容积控制一般采用比较单位掘进距离开挖土砂运土车台数的方法和根据螺旋输送机转数推算的方法。我国目前采用容积控制方法。3、泥水式盾构排土量控制 泥水式盾构排土量控制方法分为容积控制和干砂量（干土量）控制两种。容积控制方法如下，检测单位掘进循环送泥流量Q1与排泥量Q2，按下式计算排土体积Q3： Q3=Q2-Q1 式中 Q3排土体积（m3） Q2排泥体积（m3） Q1

29、送泥体积（m3）对比Q3与Q，当QQ3时，一般表示泥浆流失（泥浆或泥浆中的水渗入土体）；QQ3时，一般表示涌水（由于泥水压低，地下水流入）。正常掘进时，泥浆流失现象居多。干砂量表征土体或泥浆中土颗粒的体积，开挖土干砂量V按下式计算：干砂量控制方法是，检测单位掘进循环送泥干砂量V1与排泥干砂量V2，按下式计算排土干砂量V3：三、管片拼装控制、管片拼装控制1、拼装成环方式：盾构推进结束后，迅速拼装管片成环。除特殊场合外，大都采取错缝拼装。在纠偏或急曲线施工的情况下，有时采用通缝拼装。2、拼装顺序 一般从下部的标准（A型）管片开始，依次左右两侧交替安装标准管片，然后拼装邻接（B型）管片，最后安装楔形

30、（K型）管片。3、盾构千斤顶操作 拼装时，若盾构千斤顶同时全部缩回，则在开挖面土压的作用下盾构会后退，开挖面将不稳定，管片拼装空间也将难以保证。因此，随管片拼装分别缩回盾构千斤顶非常重要。4、紧固连接螺栓 先紧固环向（管片之间）连接螺栓，后紧固轴向（环与环之间）连接螺栓。采用扭矩扳手紧固，紧固力取决于螺栓的直径与强度。5、楔形管片安装方法 楔形管片安装在邻接之间，为了不发生管片损伤、密封条剥离，必须充分注意正确地插入楔形管片，为方便插入楔形管片，可装备能将邻接管片沿径向外顶出的千斤顶，以增大插入空间。 拼装径向插入楔形管片时，楔形管片有向内的趋势，在盾构千斤顶推力作用下，其向内的趋势加剧。拼装

31、轴向插入型楔形管片时，管片后端有向内的趋势，而前端有向外的趋势。6、连接螺栓再紧固 一环管片拼装后，利用全部盾构千斤顶均匀施加压力，充分紧固轴向连接螺栓。 盾构继续掘进后，在盾构千斤顶推力、脱出盾尾后土（水）压力的作用下衬砌产生变形，拼装时紧固的连接螺栓松驰。为此，待推进到千斤顶推力影响不到的位置后，用扭矩扳手等，再一次紧固螺栓。再紧固的位置随着随隧道外径、隧道线形、管片种类、地质条件等而不同。、真圆保持管片拼装呈真圆，并保持真圆状态，对于确保隧道尺寸精度、提高施工速度与止水性及减少地层沉降非常重要。管片环从盾尾脱出后，到注浆体硬化到某种程度的过程中，多采用真圆保持装置。、管片拼装误差及其控制

32、 管片拼装时，若管片间连接面不平行，导致环间连接面不平，则拼装中的管片与已拼管片的角部呈点接触或线接触，在盾构千斤顶推力作用下，发生破损（见图1K413033-2）。为此，拼装管片时，各管片连接面要拼接整齐，连接螺栓要充分紧固。 另外，盾构掘进方向与管片环方向不一致时，盾构与管片产生干涉，将导致管片损伤或变形，伴随管片宽度增加，上述情况增多。为防止管片损伤，预先要根据曲线半径与管片宽度对适宜的盾构方向控制方法进行详细研究，施工中对每环管片的盾尾间隙认真检测，并对隧道线形与盾构方向严格控制。在盾构与管片产生干涉的场合，必须迅速改变盾构方向、消除干涉。 盾构纠偏应及时、连续，过大的偏斜量不能采取一

33、次纠偏的方法，纠偏时不得损坏管片，并保证后一环管片的顺利拼装。、楔形环的使用在盾构工程中，除曲线施工外，为进行蛇行修正，也可使用楔形环管片。四、注将控制注浆是向管片与围岩之间的空隙注入填充浆液，向管片外压浆的工艺，应根据所建工程对隧道变形及地层沉降的控制要求选择同步注浆或壁后注浆、一次注浆或多次压浆。由计划到施工的流程如图1K413033-3所示、注浆目的管片拼装完成后，随着盾构的推进、管片与洞体之间出现空隙。如不及时充填，地层应力得以释放，而产生变形。其结果发生地面沉降，邻近建（构）筑物沉降、变形或破坏等。注浆的主要目的就是防止地层变形，还有其他重要目的，具体如下： 1、抑制隧道周边地层松弛

34、，防止地层变形； 2、及早使管片环安定，千斤顶推力平滑地向地层传递。作用于管片的土压力平均 ，能减少作用于管片的应力和管片变形，盾构的方向控制容易； 3、形成材料的性能；、注浆材料的性能一般对注浆材料的性能有如下要求：1. 流动性好；2. 注入时不离析；3. 具有均匀的高于地层土压的早期强度；4. 良好的充填性；5. 注入后体积收缩小；6. 阻水性高；7. 适当的黏性，以防止从盾构密封漏浆或向开挖面流；8. 不污染环境；、一次注浆一次注浆分为同步注浆、即时注浆和后方注浆三种方式，要根据地质条件、盾构直径、环境条件、注浆设备的维护控制、开挖断面的制约与盾尾构造等充分研究确定。 1、同步注浆 同步

35、注浆是在空隙出现的同时进行注浆、填充空隙的方式，分为从设在盾构的注浆管注入和从管片注浆孔注入两种方式。从设在盾构的注浆管注入，其注浆管安装在盾构外侧，存在影响盾构姿态控制的可能性，每次注入若充分洗净注浆管，则可能发生阻塞，但能实现真正意义的同步注浆。从管片注浆孔注入，管片从盾构脱出后才能注浆，为与前者区别，可被称作半同步注浆。 2、即时注浆 一环掘进结束后从管片注浆注入的方式。 3、后方注浆 掘进数环后从管片注浆孔注入的方式。 一般盾构直径大，或在冲积黏性土和砂质土中掘进，多采用同步注浆；而在自稳性好的软岩中，多采用后方注浆方式。、二次注浆二次注浆是以弥补一次注浆缺陷为目的进行的注浆，具体作用

36、如下：1、补足一次注浆未充填的部分；2、补充由浆体收缩引起的体积减小；3、以防止周围地层松弛范围扩大为目的的补充；以上述1、2为目的的二次注浆，多采用与一次注浆相同的浆液；若以3这目的，多采用化学浆液。、注浆量与注浆压力注浆控制分为压力控制与注浆量控制两种，压力控制是保持压力不变，注浆量变化的方法。 注浆量控制是注浆一定，压力变化的方法。一般仅采用一种控制方法都不充分，应同时进行压力和注浆量控制。1、注浆量注浆量除受浆液向地层渗透和泄漏外，还受曲线掘进、超挖和浆液种类等因素影响，不能准确确定。一般采用以下方法确定。 按下式计算注浆Q： 2、注浆压力注浆压力应根据土压、水压、管片强度、盾构形式与

37、浆液特性综合判断决定，但施工中通常基于施工经验确定。 从管片注浆孔注浆，注浆压力一般取100300kN/m2（13kg/cm2）,或间隙水压+200kN/m2左右。注浆量与注浆压力要经过一定的反复试验 ，确认注浆效果、对周围地层和建（构）筑物的影响等，并在施工中进行一定范围内的效果确认，反馈结果指导施工。五、隧道的线形控制 线形控制的主要任务是通过控制盾构姿态，使构建的衬砌结构几何中心线线形中顺滑，且位于偏离设计中心线的容许误差范围内。、掘进控制测量随着盾构掘进，对盾构及衬砌的位置进行测量，以把握偏离设计中心线的程度。测量项目包括：、盾构的位置；、倾角；、偏转角；、转角及盾构千斤顶行程；、盾尾

38、间隙；、衬砌位置等。基于上述测量结果，作图画出盾构及衬砌与设计中心线的位置关系，直接预测下一环盾构偏差十分重要。、方向控制掘进过程中，主要对盾构体倾斜及其位置，以及拼装管片的位置进行控制。 盾构方向（偏转角和倾角）修正依靠调整盾构千斤顶使用数量进行。若遇硬地层或曲线掘进，要进行大的方向修正场合，须采用仿形刀向调整方向超挖。此时，盾尾间隙减小，管片拼装困难，为确保盾尾间隙，必须进行方向修正。 盾尾间隙大大减小的情况下，要拼装楔形环管片，以确保盾尾间隙。 盾构转角的修正，可采用刀盘向盾构偏转同一方向旋转方法，利用所产生的回转反力进行修正。1K4133034 熟悉盾构法施工地层变形控制措施 P126

39、一、近接施工与地层变形、新建盾构隧道穿越或邻近既有地下管线、交通设施、建（构）筑物（以下简称既有结构物）的施工被称为近接施工，在城市中近接施工中近接施工不可避免，且随着地下空间的开发利用会日益增多。因此，盾构施工必须考虑控制影响区域的地层变形，采用有效的环境保护措施。、近接施工管理1、盾构近接施工会引发地层变形、对既有结构物会造成不同程度的有害影响；因此有必要采取系统性措施控制地层变形以保护既有结构物。首先，应详细调查工程条件、地质条件、环境条件（即既有结构物现况与安全要求），在调查的基础上进行分析与预测、制定防护措施；其次，制定专项施工方案；最后，施工过程中通过监控量测反馈指导施工而确保既有

40、结构物安全。 2、近接施工管理流程如图1K413034-1所示3、近接施工的管理措施 盾构掘进引起的周边地层变形状态及其原因，包括：变形程度与主要原因之间关系、对既有结构物承载能力的影响程度。 预测盾构掘进引起产生地层变形的解析方法，预测对既有结构物影响的解析模型。 减小地层变形与防止对既有结构物影响措施的选择，及其与工程条件、地质条件和环境条件相适应措施的确定方法。 监控量测管理系统、监测项目、监测方法、监测数据的反馈方法。二、施工与地层变形控制、地层变形原因1、地层变形的主要原因大致分为条件因素和直接原因两类。 条件因素主要有：覆土厚度、盾构直径、隧道线形、衬砌背后间隙、衬砌种类等。2、直

41、接原因由盾构掘进引发，主要有开挖面失稳、地下水位降低、推力过大、频繁纠偏、洞体土层失稳、盾构与洞体的摩擦力、衬砌背后产生间隙、注浆压力、衬砌变形、衬砌漏水等。虽然地层变形的直接原因有很多，但大体可分为以下4类： 地层应力释放产生的弹塑性变形，导致地层反力降低； 土压增大产生的压缩变形、导致垂直土压增大或地层反力降低； 附加土压产生弹塑性变形，导致作用土压增大； 伴随土的物理性能变化产生的弹塑性变形以及徐变变形，导致地层承载能力降低。1、盾构掘进通过某一断面的地层变形时间曲线与盾构掘进过程中所处位置相关。如图1K4133034-2所示。2、某一断面地层变形的第1阶段：发生在盾构到达该断面之前，主

42、要表现为地下水位降低产生固结沉降； 第2阶段：盾构通过该断面前，若盾构控制土压（泥水压）不足或过大，则开挖面正前方土体弹塑性变形引起地层沉降或隆起； 第3阶段：发生在盾构通过该断面时，由于超挖、纠偏、盾构外周与周围墙体的摩擦等原因而发生地层沉降或隆起； 第4阶段：盾构通过该断面后产生的弹塑性变形；若衬砌背后与洞体的空隙填充不及时，造成地层应力释放，则墙体的弹塑性变形引起地层沉降；若衬砌背后的填充注浆压力过高，则附加土压引起地层隆起； 第5阶段：盾构通过该后长时间地发生后续沉降，主要由于盾构掘进造成层扰动、的地松驰等引起，在软弱性土地层中施工表现最为明显，而在砂性土或密实的硬黏性土中施工基本不发

43、生。、既有结构物变形与变位1、盾构掘进产生地层变形的同时，既有结构物的外力条件或承载能力发生变化。2、外力条件或承载能力的变化使得既有结构物发生沉降、倾斜、断面变形等变位与变形现象，其变位与变形的程度取决于工程条件、地质条件与既有结构物构造特征。这里，工程条件主要是指隧道线形、近接施工区间的长度、是否采取隔离措施等；地质条件是指既有结构物与隧道之间地层的物理力学参数；既有结构物构造特征主要包括断面形状、强度、变形特性。三、密闭式盾构掘进地层变形控制措施由于盾构掘进地层变形各阶段的机理不同，因此必须有针对性地采取控制措施。前期沉降控制1、前期沉降控制的关键是保持地下水压。2、保持地下水压措施：

44、合理设定土压（泥水压）控制值并在掘进过程中保持稳定，以平衡开挖面土压与水压。 保持开挖面土压（泥水压）稳定的前提条件：对于土压式盾构是泥土的塑流化改良效果，应根据地层条件选择适宜的改良材料与注入参数；而对于泥水式盾构则是泥浆性能，应根据地层条件选择适宜泥浆材料与配合比。 防止地下水从盾构机、盾尾以及拼装好衬砌结构渗入。为此，应保持盾构机刀盘驱动、铰接、盾尾等部位密封完好，保证盾尾密封油质注入压力与注入量，管片密封与拼装质量满足规范要求。 土压式盾构在地下水位高且渗透性好的地层掘进时，采取有效的防喷措施，以防止地下水从螺旋输送机涌入。开挖面前沉降（隆起）控制1、开挖面前沉降（隆起）控制的主要措施

45、是土压（泥水压）管理，真正实现土压（泥水压）平衡。 2、通常采取的措施有： 合理设定土压（泥水压）控制值并在掘进过程中保持稳定，以平衡开挖面土压与水压。 保持开挖面土压（泥水压）稳定的前提条件：对于土压式盾构是泥土的塑流化改良效果，应根据地层条件选择适宜的改良材料与注入参数；而对于泥水式盾构则是泥浆性能，应根据地层条件选择适宜泥浆材料与配合比。 加强排土量控制。 对于土压式盾构，必要时还应对盾构推力、推进速度、刀盘扭矩等盾构参数进行控制。通过时沉降（隆起）控制通过时沉降（隆起）控制措施主要有2种：1、控制好盾构姿态，避免不必要的纠偏作业。出现偏差时，应本着“勤纠、少纠、适度”的原则操作。在较硬

46、地层中掘进的场合，纠偏时或曲线掘进时需要超挖，应合理确定超挖半径与超挖范围，尽可能减少超挖。2、土压式盾构在软柔或松散地层掘进时，盾构外周与周围墙体的黏滞阻力或摩擦较大时，应采取注浆减阻措施。、尾部空隙沉降（隆起）控制尾部空隙沉降（隆起）控制的关键是采用适宜的衬砌背后注浆措施，主要有：1、 用同步注浆方式，及时填充尾部空隙。2、根据地质条件、工程条件等因素，合理选择单液注浆或双液注浆，正确选用注浆材料与配合比，以便拼装好的衬砌结构及时稳定。3、加强注浆量与注浆压力控制。4、及时进行二次注浆。、后续沉降控制后续沉降主要在软弱黏性土地层中施工时发生，主要控制措施是：1、盾构掘进、纠偏、注浆等作业时

47、，尽可能减小对地层的扰动。2、若后续沉降过大不满足地层沉降要求，可采取向特定部位地层内注浆的措施 。四、盾构施工与既有结构物防护、接近施工中既有结构物防护措施，按实施对象划分为三种： 1、盾构施工措施；2、对既有结构物采取措施；3、盾构隧道与既有结构物之间采取措施。、盾构施工措施盾构施工措施，主要是控制地层变形，同时减少对地层的扰动。、对既有结构采取措施对既有结构物采取的措施通常有结构物加固、下部基础加固及基础托换三类。结构物加固包括：墙体加固、增设闭合框架加固、增加支撑等方式，以增强结构物本身抵抗变形的能力。下部基础加固有：加固桩、网状桩和锚杆等方法，以提高结构基础的抗变形能力。基础托换是用

48、新的基础结构替换受施工影响的结构物下部基础。、新建隧道与既有结构物之间采取的措施1、新建隧道与既有结构物之间采取措施，主要有三种（如图1K4133034-3所示）： 盾构隧道周围地层加固； 既有结构物基础地层加固； 隔断盾构掘进地层应力与变形；2、盾构隧道周围地层加固 盾构隧道周围地层加固的目的是提高周围墙体强度，以减小盾构掘进时对周围地层的扰动，使加固区以外的地层不产生松驰，从而保护既有结构物。 通常采用的方法有：注浆加固、高压喷射搅拌等3、既有结构物基础地层加固 既有结构物基础地层加固，是以提高结构物地基承载力，减小结构物地基变形为目的。通常采用的方法同样是：注浆加固、高压喷射搅拌等。 4

49、、隔断盾构掘进地层应力与变形 隔断盾构掘进地层应力与变形，就是有盾构隧道与既有结构物之间构筑刚性好的构造体，以隔断地层变形对既有结构物的影响。 通常的方法就是在盾构隧道与结构物之间施作隔断桩。具体可选用高压旋喷桩、钢管桩、柱桩、连续墙等形式。1K413035 了解盾构机型选择要点 P131一、盾构机的选择选择的目的1、盾构机的选择是保障工程项目安全顺利实施的前提条件与设备保障。2、盾构机的选择除满足隧道断面形式与外形尺寸外，还应包括盾构机类型、性能、配套设备、辅助工法等（注：辅助工法包括压气工法、注浆工法）。选择的依据盾构机的选择依据主要有：工程地质与水文地质条件、隧道断面形状、隧道外形尺寸、

50、隧道埋深、地下障碍物、地下构筑物、地面构筑物、地表隆沉要求等，经过技术、经济比较后确定。选择的主要原则1、适用性原则盾构机的断面形状与外形尺寸租用于隧道断面形状与外形尺寸，种类与性能要租用工程地质与水文地质条件、隧道埋深、地下障碍物、地下构筑物与地面建筑物安全需要、地表隆沉要求等使用条件。若所选盾构机不能充分满足上述使用条件，应增加相应的辅助工法（如压气工法、注浆式法等），以确保开挖面稳定。2、技术先进性原则 技术先进性有两方面含义：一是不同种类盾构机技术先进性不同，二是同一种类盾构机由于设备配置的差异与功能的差异而技术先进性不同。 选择技术先进的盾构机， 一方面为了更好地适应建设单位当前及今

51、后的工程施工要求，提高施工单位的市场竞争力；另一方面在合理使用寿命期内保持技术先进性。 技术先进性要以可靠性为前提，要选择经过工程实践验证，可靠性高的先进技术。 当前，技术最先进的盾构机是泥土压式和泥水式盾构机，随着盾构机的设计与制造技术不断完善与提高，其适用范围愈加广泛，已成为盾构隧道施工使用最多的盾构机。 3、经济合理性原则经济合理性是指，所选择的盾构机及其辅助工法用于工程项目施工，在满足施工安全、质量标准、环境保护要求和工期要求的前提下，其综合施工成本合理。二、盾构机类型与适用条件盾构机类型盾构机可按照不同的分类方法进行分类。1、按开挖面是否封闭分（见图1K413035-1）可分为密闭式

52、敞开式两类。2、按平衡开挖面土压与水压的原理不同，密闭式盾构机又可分为土压式（常用泥土压式）和泥水式两种。敞开式盾构按开挖方式划分，可分为手掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式三种。3、按盾构机的断面形状划分，有圆形和异形盾构机两类，其中异形盾构机主要有多圆形、马蹄形和矩形。各种盾构机对地质条件的适用性根据当前盾构机的技术水平，各种盾构机对地质条件的适用性如表1K413035所示三盾构机选择的基本程序、盾构机选择应遵循基本原则，采取科学的方法，经过策划、调查、可行性研究、综合比选评价等步骤，按照可行的程序进行。、盾构机选择的基本流程，如图1K413035-2所示，以供参考。1K420113 掌握盾构

53、法隧道施工质量检查与验收 P327 本条文分为管片制作、盾构掘进和管片拼装等环节。主要介绍盾构法施工质量控制与检验.一、钢筋混凝土管片制作质量控制要点、工前质量控制1、人员、设备基本规定 管片应由具备相应资质等级厂家制作，制作厂家应有健全的质量管理体系及质量控制和质量检验制度。 制作前应编制生产技术方案，并经有关方审查批准。 生产操作人员经培训、考核，合格者方可进行操作。特殊工种应持证上岗。 模具材料符合质量要求；加工精度符合要求，并满足管片尺寸与形状要求。 混凝土搅拌、运输、振捣、养护等设备检验符合要求，各种计量器具、设备检定必须在有效期内。 2、原材料要求 原材料具备质量证明文件，并经复验

54、合格。 家采用非碱活性骨料；采用碱活性骨料时，混凝土中碱含量的阻值应符合混凝土结构设计规范GB50010。 预埋件规格和性能符合设计要求。3、准备工作 生产线布置符合工艺要求。 模具安装完毕验收合格。 混凝土经试配确定配合比，其性能配合符合设计要求。、制作过程质量控制1、模具 模具安装符合要求后进行试生产，在度生产的管片中，随机抽取3件进行水平拼装检验，合格后方可正式生产。 合模前清理模具各部位，脱模剂涂刷应薄而均匀，无积累、流淌现象；螺栓孔预埋件、中心吊装孔预埋件和模具接触面应密封良好；钢筋骨架和预埋件严禁接触脱模剂。 模具周转100次必须进行检验，允许偏差和检验方法符合表1K420113-1的规定。2、钢筋及骨架制作与安装质量要求 混凝土浇筑前，进行钢筋隐蔽工程验收； 钢筋加工允许偏差和检验方法符合表1K420113-2的规定 ； 钢筋骨架安装位置的允许偏差和检验方法表1K420113-3的规定；3、混凝土浇筑 应连续浇筑，浇筑时不得扰动预埋件； 根据生产条件选择适当的振捣方式，振捣应密实，不得漏振或过振； 浇筑成型后，初凝前再次进行压面； 浇筑混凝土时留置的试件符合混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204的规定。4、混凝土养护 混凝土浇筑成型后至开模前，应覆盖保湿，可采用蒸气养护或自然养护； 采用蒸气养护时，应经试验确定养护制度，并监