盾构始发、到达及地表沉降控制技术

张志志国国盾构构始始发发、、到到达达及及地地表表沉沉降降控控制制技技术术目录录前言言1盾构构始始发发技技术术2盾构构到到达达技技术术3地表表沉沉降降规规律律及及控控制制技技术术4盾构构刀刀盘盘刀刀具具前言言图１-1土压压平平衡衡原理理示示意图图城市市地地铁铁盾盾构构施施工工具具有有快快速速、、安安全全、、对对地地面面建建筑筑物物影影响响小小等等诸诸多多优优点点，，已已经经被被越越来来越越多多的的人人们们所所认认可可。。我我国国地地铁铁隧隧道道施施工工已已开开始始使使用用盾盾构构法法。。随随着着技技术术进进步步、、认认识识提提高高、、综综合合国国力力的的增增强强，，特特别别是是随随着着该该施施工工技技术术所所显显现现的的优优势势，，盾盾构构法法越越来来越越多多地地被被国国内内地地铁铁界界所所接接受受，，上上海海、、广广州州、、南南京京、、北北京京、、深深圳圳、、天天津津、、西西安安、、成成都都、、沈沈阳阳、、杭杭州州等等城城市市都都使使用用这这种种方方法法。。上上海海地地铁铁是是国国内内最最早早采采用用盾盾构构施施工工的的，，且且大大部部分分工工程程都都是是利利用用盾盾构构完完成成的的；；南南京京地地铁铁一一号号线线有有3个盾构标段段4台盾构机在在进行施工工，施工总总量约占全全线的30％。沈阳地地铁一号线线有8台盾构进行行施工，二二号线将有有12台盾构进行行施工，占占整个区间间隧道的70%。虽然盾构构有许多成成功的工程程实例，但但是使用这这种方法也也有较大的的风险。如如盾构在隧隧道内只能能前进，不不可后退，，一旦盾构构本身出现现致命的故故障，可能能就会产生生灾难性的的后果。而而且出事故故最多的阶阶段大部分分在始发和和到达段，，而施工阶阶段的管理理主要是刀刀盘刀具的的管理和地地表地表沉沉降的管理理，即使是是非常有经经验的承包包商也常会会在这些关关键的工序序发生事故故。始发技术1盾构始发技技术始发技术包包括洞口端端头处理（（在软土无无自稳能力力的地层中中）、洞门门砼凿除（（主要针对对钢筋砼围围护结构））、盾构始始发基座的的设计加工工、定位安安装；始发发用反力架架的设计加加工、就位位；支撑系系统、洞门门环的安设设、盾构组组装、盾构构始发方案案、其他保保证盾构推推进用设备备、人员、、技术准备备等，直到到始发推进进。在盾构机始始发阶段，，要完成盾盾构机设备备的安装与与调试；始始发辅助设设备的安装装与定位，，盾构机初初始定位与与掘进控制制，盾构机机导向系统统的安装与与调试以及及区间隧道道洞口的处处理。始发顺序为为：洞口地地层处理→→洞口始发发准备→盾盾构主机定定位、固定定→反力架架定位、固固定→负环环钢管片的的定位、安安装→主机机、后配套套连接→盾盾构调试→→刀盘、刀刀具检查→→负环管片片安装→盾盾构推进→→下一循环环→拆除反反力架、负负环管片→→始发掘进进总结→正正式掘进。。1.1洞门地层加加固处理在盾构始发发之前，一一般要根据据洞口地层层的稳定情情况评价地地层，并采采取有针对对性的处理理措施。地地层处理一一般采取如如“固结灌浆”、“冷冻法”、“插板法”等措施进行行地层加固固处理。选选择加固措措施的基本本条件为加加固后的地地层要具备备最少一周周的侧向自自稳能力，，且不能有有地下水的的损失。常常用的具体体处理方法法有搅拌桩桩、旋喷桩桩、注浆法法，SMW工法、冷冻冻法等。选选择哪一种种方法要根根据地层具具体情况而而定，并且且严格控制制整个过程程。加固土柱的的径向范围围和土体强强度一般为为盾构外3.0米，强度在在1MPa左右。从目目前的施工工的技术和和设备能力力，强度非非常容易达达到，且同同时要满足足强度和渗渗透性的要要求加固完完成后要对对地层进行行取芯并进进行强度测测试，建议议在桩间取取芯。始发技术1.2始发洞口维维护结构的的切除根据经验，，一般在始始发前至少少一个月开开始洞口维维护结构的的切除。整整个施工一一般分两次次进行，第第一次先将将围护结构构主体凿除除，只保留留维护结构构的钢筋保保护层，在在盾构始发发前将保护护层混凝土土凿除。在在凿除完最最后一层混混凝土之后后，要及时时检查始发发洞口的净净空尺寸，，确保没有有钢筋、混混凝土侵入入设计轮廓廓范围之内内。始发技术1.3洞门密封的的安装洞口密封是是为盾构在在始发时防防止背衬注注浆砂浆外外泄所用，，按种类分分有压板式式和折叶式式两种，其其中折叶式式越来越被被人们所认认可。洞口口密封的施施工分两步步进行施工工，第一步步是在车站站结构的施施工工程中中，做好始始发洞门预预埋件的埋埋设工作，，要特别注注意的是在在埋设过程程中预埋件件必须与车车站结构钢钢筋连接在在一起；第第二步在盾盾构正式始始发之前，，应先清理理完洞口的的碴土，再再完成洞口口密封的安安装。在泥泥水盾构的的使用过程程又采用密密封水箱的的方式进行行洞口密封封加强。始发技术始发技术1.4始发导轨安安装在围护结构构破除后，，盾构始发发台端部距距离洞口围围岩必然产产生一定的的空隙，为为保证盾构构在始发时时不致于因因刀盘悬空空而产生盾盾构“低头”现象，需要要在始发洞洞内安设洞洞口始发导导轨，以防防止盾构在在始发时不不产生前倾倾现象。在在安设始发发导轨时应应注意，在在导轨的末末端预留足足够的空间间，以保证证盾构在始始发时，不不致因安设设始发导轨轨而影响刀刀盘旋转。。反力架结构构示意始发台结构构示意1.5反力架、始始发台定位位始发技术1)、反力架、、负环管片片位置的确确定依据反力架的位位置确定主主要依据洞洞口第一环环管片的起起始位置、、盾构的长长度以及盾盾构刀盘在在始发前所所能到达的的最远位置置确定的。。2)、负环管片片环数的确确定假定盾构长长度Ltbm=7m，安装井长长度Las=12m，过站竖井井长Lcs=12m，洞口维护护结构在完完成第一次次凿除后的的里程Df=16498.2，设计第一一环管片起起始里程D1s=16499.3，管片环宽宽Ws＝1.5m，反力架与与负环钢管管片长Wr=1.5m。Dr为反力架端端部里程，，N为负环管片片环数。a、在安装井井内的始发发时最少负负环管片环环数确定N===7环b、在中间车车站内的始始发时最少少负环管片片环数确定定N===5.4环，取整整N=5环。始发技术3、反力架、、负环钢管管片位置的的确定在确定完始始发最少负负环管片环环数后，即即可直接定定出反力架架及负环管管片的位置置。反力架端部部里程Dr＝D1st－N×Ws4、反力架、、始发台的的定位与安安装在盾构主机机与后配套套连接之前前，开始进进行反力架架的安装。。安装时反反力架与车车站结构连连接部位的的间隙要垫垫实，以保保证反力架架脚板有足足够的抗压压强度。由于反力架架和始发台台为盾构始始发时提供供初始的推推力以及初初始的空间间姿态，在在安装反力力架和始发发台时，反反力架左右右偏差控制制在±10MM之内，高程程偏差控制制在±5MM之内，上下下偏差控制制在±10MM之内。始发发台水平轴轴线的垂直直方向与反反力架的夹夹角＜±2‰，盾构姿态态与设计轴轴线竖直趋趋势偏差＜＜2‰，水平趋势势偏差＜±3‰。始发技术1.6负环安装负环管片安安装准备：：一般情况况下，负环环管片在盾盾壳内的正正常安装位位置进行拼拼装。在安安装负环管管片之前，，为保证负负环管片不不破坏盾尾尾尾刷、保保证负环管管片在拼装装好以后能能顺利向后后推进，在在盾壳内安安设厚度不不小于盾尾尾间隙的方方木（或型型钢），以以使管片在在盾壳内的的位置得到到保证。负环管片后后移：第一一环负环管管片拼装成成圆后，用用4～5组油缸完成成管片的后后移。管管片在后移移过程中，，要严格控控制每组推推进油缸的的行程，保保证每组推推进油缸的的行程差小小于10MM。在管片的的后移过程程中，要注注意不要使使管片从盾盾壳内的方方木（或型型钢）上滑滑落。始发技术负环管片与与负环钢管管片的连接接：负环管管片的最终终位置要以以推进油缸缸的行程进进行控制，，在负环管管片与负环环钢管片之之间的空隙隙用早强砂砂浆或钢板板填满。负环管片的的拼装类型型：在安装装井内的负负环管片的的拼装类型型一般采取取通缝拼装装，主要的的优点是保保证能及时时、快速的的拆除负环环管片，在在施工过程程中要利用用此井进行行出渣、进进管片。在在中间竖井井内一般采采取错缝拼拼装，以提提高管片拼拼装的成圆圆度和管片片拼装施工工的安全。。始发技术1.7盾构始发空载推进：：盾构在空空载向前推推进时，主主要控制盾盾构的推进进油缸行程程和限制盾盾构每一环环的推进量量。要在盾盾构向前推推进的同时时，检查盾盾构是否与与始发台、、始发洞发发生干涉或或是否有其其他异常事事件或事故故的发生，，确保盾构构安全的向向前推进。。始发时盾构构姿态的控控制：盾构构在始发台台上向前推推进时，一一般通过控控制推进油油缸行程使使盾构机基基本沿始发发台向前推推进。在保保证盾构正正常推进的的情况下，，稍微降低低总推力和和刀盘扭矩矩。一般不不进行姿态态调整，如如盾构出现现较大的偏偏差时，可可以通过适适当的调整整推进油缸缸行程进行行合理的纠纠偏，纠偏偏趋势值原原则上不大大于±2‰。始发时盾构构推进参数数的控制：：在始发掘掘进，严格格控制盾构构的各组油油缸压力不不大于70bar，盾构总推推力小于800T，刀盘扭矩矩小于120bar。始发技术1.8洞口注浆在盾尾完全全进入洞体体后，调整整洞口密封封，进行洞洞口注浆。。浆液不但但要求顺利利注入，而而且要有早早期强度。。常用的注注浆采用速速凝型砂浆浆，砂浆凝凝结时间小小于4小时，砂浆浆强度大于于10Mpa。洞口注浆浆压力大于于0.6bar，小于1.5bar。始发技术1.9反力架、负负环管片的的拆除反力架、负负环管片的的拆除时间间根据洞口口地段的围围岩条件、、背衬注浆浆的砂浆性性能参数和和盾构的始始发掘进推推力决定。。（当然包包括盾构机机主机和后后配套全部部进入区间间隧道、负负环管片拆拆除工序工工作的安排排的时机结结合来决定定）一般情情况下，要要根据管片片与围岩之之间的摩擦擦力的大小小来决定（（管片与围围岩之间存存在着摩擦擦力、背衬衬注浆材料料与管片的的胶着力、、注浆材料料与管片之之间的咬合合力。胶着着力因砂浆浆早期强度度低，咬合合力因管片片背面比较较光滑，二二者都可以以忽略不计计），当盾盾构掘进推推力小于管管片与围岩岩之间的摩摩擦阻力后后，即可根根据工序情情况和工作作整体安排排，开始进进行反力架架、负环管管片拆除。。管片与围围岩之间间的摩擦擦力计算算公式为为：F=π××D×f0×E0式中：F――为管片与与围岩之之间的摩摩擦力；；D――为管片的的直径；；f0―――砂浆与围围岩之间间的摩擦擦系数，，一般取取0.1～0.15；E0―――隧道中间间位置的的松弛土土压力。。我们的经经验数据据是掘进进100m以上（同同时前50环管片完完成掘进进7日以上）），可以以根据工工序情况况和工作作整体安安排，开开始进行行反力架架、负环环管片的的拆除。。始发技术术1.10始发常见见问题的的处理（一）加加固效果果不好端头土体体加固的的效果不不好是在在始发过过程中经经常遇到到的问题题。采取取的主要要措施是是必须根根据端头头土体情情况选择择合理的的加固方方法，而而且要加加强过程程控制，，特别是是要严格格控制一一些基本本参数。。对于加加固区与与始发井井间形成成的必然然间隙要要采取其其它方式式处理。。（二）开开洞门门时失稳稳开洞门时时失稳主主要表现现为土体体坍塌和和水土流流失二种种，其主主要原因因也是由由端头加加固效果果不好所所致。在在小范围围的情况况下可采采用边破破除洞门门砼，边边利用喷喷素砼的的方法对对土体临临空面进进行封闭闭。如果果土体坍坍塌失稳稳情况严严重时，，只有封封闭洞门门重新加加固。（三）始始发后盾盾构机“叩头”始发推进进后，在在盾构机机抵达掌掌子面及及脱离加加固区时时容易出出现盾构构机“叩头”的现象，，根据地地质条件件不同有有些可能能出现超超限的情情况。为为此，通通常采用用抬高盾盾构机的的始发姿姿态、合合理安装装始发导导轨以及及快速通通过的方方法尽量量避免“叩头”或减少“叩头”的影响。。始发技术术1.10始发常见见问题的的预防和和处理（一）加加固效果果不好端头土体体加固的的效果不不好是在在始发过过程中经经常遇到到的问题题。采取取的主要要措施是是必须根根据端头头土体情情况选择择合理的的加固方方法，而而且要加加强过程程控制，，特别是是要严格格控制一一些基本本参数。。对于加加固区与与始发井井间形成成的必然然间隙要要采取其其它方式式处理。。（二）开开洞门门时失稳稳开洞门时时失稳主主要表现现为土体体坍塌和和水土流流失二种种，其主主要原因因也是由由端头加加固效果果不好所所致。在在小范围围的情况况下可采采用边破破除洞门门砼，边边利用喷喷素砼的的方法对对土体临临空面进进行封闭闭。如果果土体坍坍塌失稳稳情况严严重时，，只有封封闭洞门门重新加加固。（三）始始发后盾盾构机“叩头”始发推进进后，在在盾构机机抵达掌掌子面及及脱离加加固区时时容易出出现盾构构机“叩头”的现象，，根据地地质条件件不同有有些可能能出现超超限的情情况。为为此，通通常采用用抬高盾盾构机的的始发姿姿态、合合理安装装始发导导轨以及及快速通通过的方方法尽量量避免“叩头”或减少“叩头”的影响。。始发技术术（四）密密封效果果不好洞门密封封的主要要目的也也是在始始发掘进进阶段减减少土体体流失。。当洞门门加固达达到预期期效果时时，对于于洞门环环的强度度要求相相对较低低，否则则要在盾盾构推进进前彻底底检查和和确定洞洞门环的的状况。。在始发发过程中中若洞门门密封效效果不好好时可即即时调整整壁后注注浆的配配合比，，使注浆浆后尽早早封闭，，也可采采用在洞洞门密封封外侧向向洞门密密封内部部注快凝凝双液浆浆的办法法解决。。（五）盾盾尾失圆圆在很多情情况下，，始发阶阶段由于于自重及及其他原原因，盾盾尾一般般都会出出现失圆圆的情况况，有些些可能达达到10CM之多。可可以采用用盾构机机自带的的整圆器器进行整整圆，在在必要的的情况下下，可采采用错缝缝拼装以以保证在在管片拼拼至隧道道内时管管片自身身的椭圆圆度控制制在误差差以内。。（六）支支撑系统统失稳支撑系统统在某些些情况下下由于盾盾构机推推进中的的瞬时推推力或扭扭矩较大大而产生生失稳，，这样将将导致整整个始发发工作的的失败。。对于支支撑系统统的失稳稳只能从从预防角角度进行行，同时时在始发发阶段对对支撑系系统加强强监测。。（七）地地面沉降降较大由于始发发施工的的特殊性性，始发发阶段的的地面沉沉降值均均较大，，因此在在始发阶阶段需尽尽早建立立盾构机机的适合合工况并并严密注注意出土土量及土土压情况况，同时时加大监监测频率率，控制制地面沉沉降值。。始发技术术到达技术术２盾构到到达技术术到站阶段段工作内内容在盾构到到站期间间，要完完成区间间隧道贯贯通前的的控制点点测量与与复测、、测量误误差调整整；预留留洞口岩岩壁的处处理或加加固；以以及必要要的洞门门处理。。到站时的的工作流流程洞口地层层处理→→洞口维维护结构构的处理理→洞口口测量复复测→洞洞内控制制点复测测→盾构构到站姿姿态调整整→到站站地段管管片的互互相连接接→隧道道贯通→→洞口维维护结构构的清理理→接收收小车的的定位与与安装→→到站导导轨的定定位与安安装→盾盾构推进进→最后后一环特特殊背衬衬注浆→→盾构主主机出洞洞２.1洞门地层层及桩的的处理地层处理理：盾构构到站之之前要根根据洞口口地层的的调查情情况对地地层稳定定性进行行评价，，并采取取有针对对性的加加固措施施。地层层加固一一般采取取如“固结灌浆浆”、“冷冻法”、“插板法”、“浇注混凝凝土岩墙墙”、“增加斜撑撑”等措施进进行洞门门加固处处理。围护桩的的处根：：据经验验，在盾盾构到达达前最少少一个月月，开始始着手进进行洞口口维护桩桩的凿除除。整个个施工分分两次进进行，第第一次先先将围护护结构主主体凿除除，只保保留维护护结构的的最内层层钢筋和和钢筋保保护层，，在盾构构到站后后将最内内层钢筋筋割除。。在割除除完最后后一排钢钢筋之后后，要及及时的检检查到站站洞口的的净空尺尺寸，确确保没有有钢筋侵侵入设计计轮廓范范围之内内。到达技术术２.2洞门密封封安装为防止背背衬注浆浆砂浆或或碴土外外泄，必必须在洞洞口安设设洞口密密封。洞洞口密封封的施工工分两步步进行施施工，第第一步在在车站结结构的施施工工程程中，做做好始发发洞门预预埋件的的埋设工工作。在在埋设过过程中预预埋件必必须与车车站结构构钢筋连连接在一一起。第第二步在在盾构刀刀盘露出出洞门端端头之前前，清理理完洞口口的碴土土，完成成洞口密密封的安安装。洞口密封封安装形形式与入入洞的密密封基本本相同，，但需加加设紧固固装置到达技术术２.3到站导轨轨的安装装隧道贯通通后、盾盾构刀盘盘露出洞洞口后，，清除洞洞口碴土土，根据据刀盘与与接收小小车之间间的距离离与高差差情况，，安设盾盾构到站站接收导导轨。到达技术术２.4到站前的的掘进贯通前测测量与盾盾构姿态态的调整整：盾构构到站前前50m，要对洞洞内所有有的测量量控制点点进行一一次整体体的、系系统的控控制测量量复测，，对所有有控制点点的座标标进行精精密、准准确的平平差计算算。在盾盾构到站站前的最最后一次次测量系系统搬站站中，以以精密测测设并经经过平差差的地面面导线点点和水准准点为基基准，测测量测站站、后视视点的座座标和高高程（测测量经纬纬仪和后后视棱镜镜的座标标和高程程），每每一测量量点的测测量不少少于4个测测回回。。盾盾构构到到达达前前50米地地段段即即加加强强盾盾构构姿姿态态和和隧隧道道线线形形测测量量，，及及时时纠纠正正偏偏差差确确保保盾盾构构顺顺利利地地从从到到达达口口进进入入车车站站。。并并根根据据实实测测的的车车站站洞洞门门位位置置进进行行必必要要的的调调整整隧隧道道贯贯通通时时的的盾盾构构刀刀盘盘位位置置。。到站站掘掘进进控控制制：：盾盾构构进进入入到到达达段段后后，，首首先先减减小小推推力力、、降降低低推推进进速速度度和和刀刀盘盘转转速速，，控控制制出出土土量量并并时时刻刻监监视视土土仓仓压压力力值值，，避避免免较较大大的的地地表表隆隆陷陷。。贯贯通通前前5～6环，，进进一一步步降降低低盾盾构构掘掘进进推推力力，，掘掘进进推推力力维维持持在在400t左右右，，推推进进油油缸缸压压力力不不大大于于40bar。在在掘掘进进的的同同时时，，要要注注意意维维持持土土仓仓内内的的压压力力值值，，一一般般情情况况下下，，不不采采用用开开敞敞式式模模式式掘掘进进。。无无论论何何种种情情况况下下，，推推进进油油缸缸压压力力均均不不能能大大于于60bar（特特别别是是在在管管片片安安装装时时））。。在在贯贯通通前前的的最最后后3环，，要要求求掘掘进进速速度度控控制制在在5～10mm/min。在到到站站阶阶段段要要密密切切关关注注盾盾构构推推进进系系统统的的推推进进速速度度和和推推进进压压力力以以及及掘掘进进出出土土情情况况，，当当发发现现推推力力突突然然降降低低，，碴碴土土粒粒径径突突然然变变大大，，推推进进速速度度同同时时加加大大的的情情况况时时，，必必须须立立即即停停机机。。在在对对现现场场进进行行确确认认和和检检查查之之后后，，再再作作出出进进一一步步的的详详细细的的掘掘进进指指令令。。到达技术到达技术２.5最后几环管片片安装当隧道贯通后后，一般还需需要安装5～6环管片才能完完成区间隧道道的管片安装装。同时这几几环管片随着着隧道贯通后后，盾构前方方没有了反推推力，将造成成管片与管片片之间的环缝缝连接不紧密密，容易漏水水。在最后几几环管片安装装时，根据现现场实际情况况，要在刀盘盘前方的预定定位置，设置置支挡，以防防盾构刀盘向向前滑动。待待盾尾即将从从区间最后一一环管片滑落落之前，再次次检查洞口密密封情况，可可从管片注浆浆孔向管片背背后注入双液液水泥净浆。。为确保浆液液的饱满程度度，水泥净浆浆的水灰比不不小于2：1，水泥净浆凝凝结时间不少少于2min。注浆时，必必须从所有管管片的注浆孔孔自下而上逐逐孔注入。到达技术２.6到达常见问题题的预防及处处理洞口水土流失失造成的地表表坍塌例：上海机施施深圳地铁洞洞口失水造成成地表坍塌及时封堵地表回填地下水位高、、造成洞口水水土流失、洞洞口密封失效效例：深圳地铁铁四号线福会会区间洞口密密封失效自洞内向洞口口逐渐注浆封封堵、洞口堆堆积、洞口由由内到外、自自下而上逐步步封堵、地表表回填接收架安装不不合理，导致致盾构无法上上接收架例：广州地铁铁大汉暗挖段段到达及时凿除刀盘盘下方的导轨轨、重新安装装接收架盾构姿态控制制不好，导致致到达端管片片破损严重及时复测到达达导线网，提提高测量精度度、必要时打打孔提前预测测盾构姿态、、注意接收导导轨的高程控控制到达技术沉降控制3地表沉降规律律及控制3.1盾构施工引起起的地表沉降降原因盾构掘进引起起的地基变形形的原因如下下,但是各自发生生的机理是不不同的。（1）开挖时的土土水压力不平平衡：土压平平衡式盾构或或泥水盾构，，由于掘进量量与排土量不不等的原因，，开挖面土压压力、水压力力与压力舱压压力不平衡，，致使开挖面面失去平衡状状态，从而产产生地基变形形。开挖面土土压力、水压压力小于压力力舱压力时产产生地基下沉沉，大于压力力舱压力时产产生地基隆起起。这是由开开挖面时的应应力释放，附附加应力等引引起的弹塑性性变形。（2）推进行围岩岩的扰动：盾盾构推进时，，由于盾构的的壳板与围岩岩摩擦和围岩岩的扰动从而而引起地基下下沉或隆起。。特别是蛇形形修正和曲线线推进时进行行的超挖，是是产生围岩松松动的原因。。（3）盾尾空隙的的发生和壁后后注浆不充分分：由于盾尾尾空隙的发生生使受盾壳支支撑的围岩朝朝着盾尾空隙隙变形而产生生地基下沉。。这是由于应应力释放引起起的弹塑性变变形。地基下下沉的大小受受壁后注浆材材料的性质、、注入时间、、位置、压力力、数量等影影响。另外，，粘性土地基基中的壁后注注浆压力过大大是引起地基基临时隆起的的原因。（4）一次衬砌的的变形与变位位：接头螺栓栓紧固不足，，管片环容易易变形，盾尾尾空隙的实际际量增大，盾盾尾脱出后外外压不均等使使衬砌变形或或变位，从而而增大地基沉沉降。（5）地下水位下下降：来自开开挖面的涌水水或一次衬砌砌产生漏水时时，地下水位位下降而使地地基下沉。这这一现象是由由于开挖面的的有效应力增增加而引起的的固结沉降。。沉降控制3.2地表沉降规律律纵向地表沉降降规律沉降控制1）先期沉降，，盾构尚未到到达该点时的的变位，表现现为地表下沉沉。对于砂质质土，其可能能是由于地下下水下降引起起，对于极软软粘性土，则则沉降可能是是由于开挖面面过量取土引引起的；2）开挖面前方方地基变位，，盾构机前方方刀盘即将到到达之前发生生的变位，表表现为地表隆隆起或下沉。。其主要是由由于盾构机对对开挖面土层层施加的支护护压力过大或或过小，致使使开挖面失去去平衡状态，，从而发生地地基变位引；；3）盾构机通过过时地基变位位，指从盾构构开挖面到达达该地表点的的正下方开始始，直至盾尾尾即将脱离该该点为止的发发生的地基变变位，表现为为地表隆起或或下沉。产生生这部分地基基变位的原因因，主要是盾盾壳对土体的的摩擦力，破破坏了土体的的结构强度，，另外超挖及及盾构机姿态态的非水平向向也加剧了地地基变位；4）盾构机尾部部脱离时变位位，指盾尾空空隙形成至注注浆结束为止止的那段时间间内的下沉或或隆起。管片片从盾尾脱离离之前，盾壳壳对土体有一一约束力，方方向指向土体体，一旦盾尾尾脱离，盾构构机壳土体之之间产生空隙隙，如果在盾盾尾脱离后未未能及时注浆浆或填充率不不足，则空洞洞断面就会向向内缩小，引引起应力释放放力，产生地地表沉降，相相反，如果注注浆压力过大大，则会导致致地表隆起；；5）后期沉降，，指从注浆结结束开始，直直到下沉停止止的那部分下下沉，引起这这部分沉降的的原因，主要要是蠕变变形形与固结变形形，在软粘土土地基表现尤尤为明显。刘建航（1975）[6]在总结延安东东路盾构隧道道地表沉降分分布规律的基基础上，提出出了“欠地层损失”的概念，并提提出了预测地地表纵向沉降降的计算公式式。沉降控制3.3横向地表沉降降规律目前，关于盾盾构施工引起起的地表沉降降规律研究，，已取得了大大量的研究成成果。Peck（1969）[1]通过对大量地地表沉降数据据及工程资料料分析后，首首先提出地表表沉降槽近似似呈正态分布布的概念，即即提出地表沉沉降的经验公公式Peck公式。沉降控制Peck公式为横向地地表沉降的一一般规律，根根据图中的经经验曲线和隧隧道覆土厚度度与隧道直径径之间的关系系可以得出沉沉降槽宽度系系数i，也可根据公公式计算；根据i和方程1可以计算与隧隧道轴线垂直直的断面上任任意点的沉降降。地层损失失△F根据方程4计算，结合方方程2可以得出最大大地表沉降。。方程3可以分析横向向沉降槽的范范围。式中：φ--隧道周围地层层内摩擦角；；Z——隧道埋深。采用Peck预测地表沉降降，关键是合合理确定地层层内摩擦角φ和地层损失△△F。内摩擦角φ可根据地勘资资料综合分析析确定，地层层损失根据经经验和施工水水平选择参见见下表选择。。综合地层一一般在1~3%。其它的经验验公式由于不不长应用就不不介绍了。沉降控制地层损失计算算中的考虑因因素地层损失因素地层损失率开挖面地层损失0～0．2%切口超挖的地层损失0．1％～0．5％沿盾壳的地层损失0．1％盾尾后的地层损失地下水位以下地下水位以上0～4％0～2％纠偏的地层损失0．2％～2％曲线推进的地层损失0．3％～1％正面障碍引起的地层损失0～0．5％沉降控制1．合理确定土土（泥水）压压力设定值，，根据经验和和理论公式初初步确定土（（泥水）压力力设定值，根根据隧道埋深深、地质条件件选择合适的的计算方法。。3.4控制地表沉降降的措施沉降控制PS=PE+Pw+Py（预压）式中：Pw=HwγwPy（预压）=0.1~0.2Bar（根据经验确确定）PE：水平土压力力大小根据隧隧道上垂直覆覆土压力与侧侧压力系数来来计算。如果覆土厚度度小于隧道直直径，一般不不考虑地基的的拱效应。但但当覆土厚度度大于隧道的的外径时，地地基产生拱效效应的可能性性比较靠，计计算时采用松松弛土压力。。在砂性土中中，当覆土厚厚度大于1~2D0(D0：管片外径)时多采用松弛弛土压力。在在粘性土中，，如果由硬质质粘土（N≥8），当覆土厚厚度大于1~2D0多采用松弛土土压力。对于于中等固结的的粘土（4≤N＜8）或软粘土（（2≤N＜4），将隧道的的全覆土中作作为土压力考考虑。土体侧压力有有采用主动土土压力和静止止土压力等方方法。根据以以往的工程实实例和本工程程的隧道埋深深情况，采用用静止土压力力作为上限值值，以主动土土压力作为下下限值。沉降控制2.开挖过程中土土水压力不均均衡对策：土土压平衡盾构构可通过调整整推进速度和和螺旋机的旋旋速，使压力力舱压力与开开挖面土水压压力相对应。。另外根据需需要，注入适适当的添加剂剂添加开挖土土的塑性流动动性，使压力力舱内不产生生空隙。泥水水式盾构可根根据围岩的透透水性来调整整泥水状态，，并仔细进行行泥水管理，，使泥水舱压压力始终对应应于开挖面的的泥水压力。。实施这些开开挖面稳定管管理的同时，，还应根据需需要研究采用用辅助施工方方法以保证围围岩的稳定。。3．推进过程中中减小围岩扰扰动的对策：：为了减小推推进中盾构与与围岩之间的的摩擦，尽量量不扰动围岩岩，必须减小小盾构偏转及及横向偏移等等防止蛇形发发生。4．防止盾尾空空隙沉降与壁壁后注浆引起起的地基隆起起的对策：根根据围岩状况况来选择渗透透性好、固结结强度大的壁壁后注浆材料料，并尽量与与盾构推进的的同时进行壁壁后注浆。另另外，还需要要进一步降低低由二次注浆浆引起的沉降降。但是，特特别是冲积粘粘性土时，必必须进行控制制由二次应力力引起地基隆隆起或地基扰扰动。5．防止一次衬衬砌的变形对对策：为防止止管片变形，，必须使用形形状保持装置置来确保管片片的拼装精度度，同时充分分紧固接头螺螺栓。6．防止地下水水位下降的对对策：为了防防止从管片接接头、壁后注注浆空等漏水水，必须仔细细进行管片的的组装以及防防水作业。沉降控制刀盘刀具4盾构刀盘刀具具刀盘按其面板板的形式可分分为面板式和和辐条式，按按其对地层的的适应性分为为软土刀盘、、复合刀盘。。4.1盾构刀盘的形形式4.2刀盘形式的选选择刀盘形式

比较项目面板式辐条式砂、土适应性（粒径＜15cm）由于开挖面土体受面板开口影响，渣土进入渣舱不顺畅，易粘结，易堵塞。仅有几根幅条，同时幅条后均设有搅拌叶片，土、砂流动顺畅，不易堵塞。砂卵石适应性（粒径30cm>D＞15cm）卵石地层以剥离为主的切削方式，面板式刀盘碴土流动性不好，滚刀作用不大，刀具会产生二次破碎，易磨损成本高。碴土流动性好，二次破碎较弱，加装强度较高的切削刀具，加大螺旋机直径或采用带式螺旋机，更适应。硬岩及软硬不均硬岩需要刀具滚刀进行破碎，可以加装更多的滚刀，适应性强。刀盘结构强度无法满足加装更多滚刀和破岩的需要刀盘扭矩刀盘扭矩阻力大，需增加设备能力，造价高。适用于硬土与岩石地层刀盘扭矩阻力小，设备造价低，适用于淤泥质地层与砂层及粒径不大的砂卵石地层。刀盘刀具4.3刀具的分类掘进刀具切削破岩刀具滚压破岩刀具齿刀切刀球齿滚刀楔齿滚刀盘形滚刀辅助刀具超挖刀刮刀刀盘刀具目前我们在地地铁盾构施工工中遇到的代代表性地层主主要有：以广州地层为为代表的硬岩岩及软硬不均均的复合地层层；以上海、天津津为代表的淤淤泥质土层；；以北京、沈阳阳为代表的砂砂砾复合地层层；以西安为代表表的黄土地层层；以成都为代表表的卵石地层层；以深圳为代表表的漂石地层层。下面就以这几几种地层对刀刀盘刀具做一一个简单的介介绍4.6地铁施工的代代表性地层刀盘刀具1、广州地层为为代表的硬岩岩及软硬不均均的复合地层层，应配置面面板式复合刀刀盘，刀盘可可装滚刀用于于破岩，也可可以全部更换换为软土刀，，用于软岩的的掘进，开口口优率30%左右。2、上海、天津津为代表的淤淤泥质地层可可选用面板式式刀软土刀盘盘，也可选用用辐条式软土土刀盘，全部部配备软土刀刀具可口率可可适当放大。。3、以北京和沈沈阳为代表的的砂砾复合地地层建议用辐辐条式软土刀刀盘，配备强强度较高的软软土刀具，如如贝壳刀。4、以西安为代代表的黄土层层，可配置辐辐条式和面板板式软土刀盘盘，刀具配为为软土刀具。。5、以成都为代代表的卵石地地层，可配置置面板式复合合式刀盘，配配置强度较高高的撕裂刀，，实践证明在在此种地层中中滚刀的做用用并不大，刀刀具的主要作作用是剥离而而非破碎。6、深圳的漂石石地层，可以以说目前没有有能应对漂石石而设计的刀刀盘，只能靠靠辐助措施破破碎。应采用用面板式复合合刀盘，配置置滚刀和切削削刀具，与广广州刀盘类似似。4.7不同地层的刀刀盘刀具刀盘刀具刀盘刀具4.8刀具的磨损规规律刀具的磨损一一般是由内向向外呈逐渐增增大的趋势，，由于刀每刀刀具公转的角角速度是相同同的，但各刀刀具所在的半半径不同，刀刀就是各把刀刀具线速度不不同，在相同同时间内外部部刀具所走过过的行程就多多，切削的任任务量就重，，磨损的速度度也就相应增增加。但到边边刀部位由于于刀尖距加密密，每把刀的的破岩工作量量相应减少，，磨损的速率率也相应降低低。刀盘刀具刀具的严重磨磨损会在同一一区域重复出出现，这是由由于该区的部部分切削条件件被破坏无法法或未能恢复复导致。刀盘刀具4.9刀具异常磨损损的预防措施施合理选择掘进进推力：根据据滚刀的数量量和每把刀可可以承受的最最大径向力可可以算出刀盘盘最大承受力力，再加上土土压反力、磨磨擦力、后配配套拖力及尾尾刷阻力就可可以算出作用用在油缸上的的最大推力，，因此可以通通过控制这个个最大推力来来防止刀具过过载。刀盘刀具合理控制贯入入度根据盾构构机贯入度计计算方法Pe=V/n，贯入度越大大则刀具受力力越大，在100Mpa以上的岩石地地层掘进时贯贯入度不大于于4mm。软岩掘进时时贯入度建议议不大于25mm。及时更换保护护刀具及损坏坏刀具：个别别滚刀损坏可可能导致周边边刀具的连带带损坏，因此此在条件充许许的情况下及及时检查和更更换损坏的滚滚刀，安装过过渡刀时相临临刀具高差不不大于5mm。同时要及时时更换切削刀刀具。确保碴土改良良效果确保添添加剂的加入入效果，保证证碴土流动性性，可以有效效的防止泥饼饼产生，减少少刀具被泥饼饼抱住的危险险。刀盘刀刀具4.10刀盘刀刀具损损坏的的案例例在掘进进过程程中一一定要要及时时检查查刀具具，发发现刀刀具磨磨损后后一定定要第第一时时间更更换，，不要要报有有侥幸幸心理理想到到达预预定地地点再再换。。刀具具在发发生