盾构机施工技术大全

盾构法施施工技术术大全铁路工程程隧道研研究分院院2018-01-15第三篇盾构法隧隧道施工工目录录1、绪论2、盾构机机选型与与配套设设备3、盾构法法施工4、复合地地层的盾盾构施工工5、特殊条条件下的的盾构施施工6、结语1绪论1.1盾构法施施工的概概念与特特点盾构法是是采用盾盾构机构构筑隧道道的暗挖挖施工方方法。在隧道某某段的一一端建造造竖井或或基坑，，以供盾盾构机安安装就位位。盾构构机从竖竖井或基基坑的墙墙壁开孔孔处出发发，沿设设计轴线线，向另另一竖井井或基坑坑的设计计孔洞推推进、构构筑隧道道，并有有效地控控制地面面隆降。。盾构法施施工具有有自动化化程度高高、对环环境影响响小，施施工安全全、质量量可靠、、施工进进度快等等显著特特点，广广泛应用用于城市市及特殊殊条件下下的隧道道工程建建设中。。（1）1818年Brunel提出出盾构工工法并获获得专利利；1841年世界界第一条条盾构隧隧道--伦敦泰泰晤士河河底隧道道贯通；；20世纪纪60—80年代代盾构工工法大发发展—各类平衡衡式盾构构；（2）1954、、1957年我我国阜新新、北京京采用盾盾构法修修建疏、、下水道道（φ2.6m）；1963、1965年年上海使使用网格格式挤压压盾构修修建隧道道，打浦路过过江隧道道（φ10.22m--2761m）；（3）近20年来盾构构法隧道道已在我我国各行行业广泛泛应用，，盾构施施工技术术已具有有国际先先进水平平；1.2盾构法隧隧道施工工的发展展与现状状公路：上海--崇明岛岛“南隧”（φ15.43m—7.5㎞）；（泥水））武汉长江江隧道（（φ11.4m--2538m）；（泥水））南京长江江隧道（（φ14.3m--3825m）；（泥水））铁路：北京站--北京京西站地地下直径径线隧道道（φ11.97m--7.3㎞）广--深深--港港客运专专线狮子子洋隧道道（φ11.4m--10.8㎞）莞--惠惠；长长--株株--潭潭城际际铁路（（φ8.8m；φ9.3m）水利：南水北调调、穿越越黄河（φ8.8m--4520m）TBM市政：上海中山山路地下下通道φ14.27m（土压））；共同管廊廊电力：取水、电电缆；石油、天天然气：：管廊（φ3.0m）地铁：在建项目已投投入600余台盾构构；盾构法施施工在我我国各行行业应用用情况（4）盾构机国国产化有有了大的的发展①上海隧道道股份公公司、中中铁隧道道装备、、北京华华隧通等等多家国国内企业业具有设设计、制制造能力力。②多个合资厂制制造的盾构机机国产化比例例达50-70%；③许多厂家已能能提供较高质质量的部件、、刀具及辅料料；1.3对目前盾构法法施工的认识识（1）基本本工法是成熟熟的、可靠的的、先进的；；（2）在适适应性及特殊殊条件下仍存存在许多需研研究的问题（3）盾构构机仍需不断断改进1.3盾构法隧道施施工技术研究究应把握的要要点（1）系统性、、综合性（2）地质特征征、工程特点点（3）盾构机选选型与改进（4）充分的前前期准备（5）特殊条件件的技术方案案（6）沉降理论论与监控量测测（7）复合型的的技术人才2.盾构机选型与与配套设备2.1盾构类型与构构造2.2盾构工作原理理2.3盾构选型2.4其他配套设备备2.1盾构机的类型型与构造盾构机是是一一个能支撑地地层压力而又又能在地层中中掘进的专用用隧道施工设设备。主机是具有一一定形状（园园形、矩形等等）的钢筒（（箱）形结构构。设置置各种类型的的开挖土体、、推进、安安装衬砌块等等机构。主机后拖带安安装有电气、、液压、机械械及辅助系统统的配套台车车。2.1.1盾构机2.1.2盾构机的型式式（1）开胸式盾构构盾构前部与掌掌子面无隔离离，与岩土、、地下水相通通。采用机械械方式部分支支撑掌子面，，采用人工或或挖掘机械开开挖的盾构。。设有密封的胸板结构，与与盾尾密封等等设置共同作作用使得盾构及成成型隧道内部部与岩土、地地下水隔离，，形成安全的的作业空间。。可建立气、泥泥水或土压力力以稳定掌子子面，采用刀刀盘开挖的盾盾构。有土压、泥水平平衡两类（2）闭胸式盾构构闭胸式盾构A、土压平衡盾盾构机以刀盘切削下下来的泥土为为介质，经盾盾构推进、压压缩，建立起起稳定开挖面面的土压，并并通过控制开开挖量与螺旋旋输送器的排排土量之间的的平衡，保持持土仓的压力力与开挖面的的土、水压力力平衡的盾构构。B、泥水平衡盾盾构机以具有一定压压力的特制泥泥水（泥浆））作为稳定开开挖面土、水水压力的介质质，采用刀盘盘开挖，并通通过对开挖量量和泥水压力力、流量的控控制，保持盾盾构泥水仓压压力与开挖面面的土、水压压力平衡的盾盾构。弃碴由由泥浆携带通通过管道输送送至地面。（掘进机类型型简介）（1）隧道掘进机机一般分类TBM全断面岩石掘掘进机（开开敞式、单护护盾、双护盾盾）盾构机一一般指软岩岩、软土掘进进机（2）盾构机针对对地层特征的的分类：软土盾构复合盾构硬岩盾构（3）复合式盾构构机既能适应软土土掘进又要有有相当破岩能能力复合地层的需需求（交互、、变化）复合性能的适适应機種名：

TM544PMX-3工事名：地下鉄12号線環状部掘削距離：1095m地質：泥岩、砂Φ5.44mE.P.B土压盾构机2.1.3土压平衡盾构构机刀盘、刀刀具（刮刀、滚刀刀）、喷口前盾:主轴承、主密密封、驱动系系统（液压马马达、减速箱箱）中盾:推进油缸、拼拼装机前、中盾与盾盾尾：铰接油缸、盾盾尾密封、管管片拼装空间间螺旋输送机：：出土控制、土土塞1号台车：操作控制室、、同步注浆系系统2号台车：电机、液压泵泵站3号台车：电气控制柜、、各类油脂注注入泵4号台车：变压器、压缩缩空气系统5号台车：电缆、冷却水水卷盘等连接桥架盾构主机与后后拖台车连接接、皮带输送送机管片拼装机其他系统简介介电气系统电气系统是盾盾构机的重要要组成部分，，其设计依据据盾构总体设设计提供的盾盾构参数、设设备配置、控控制要求和工工艺要求等，，主要包含供供配电、照明明、控制、人人机交互、数数据采集等。。液压系统统盾构机液液压系统统为推进进系统、、铰接系系统、螺螺旋输送送机（回回转、闸闸门）系系统、管管片拼装装机（回回转、抓抓取）系系统、仿仿行刀系系统、同同步注浆浆清洗系系统等系系统提供供动力源源。其他系统统简介导向系统统实时显示示盾构的的方向、、姿态、、掘进的的蛇行线线路，，将有测测量结果果用图表表在显示示屏上表表示显示示，把握握变化状状态，引引到掘进进。同步注浆浆系统在盾构掘掘进的同同时，通通过注浆浆泵的泵泵压作用用，把混混合浆液液灌入盾盾尾的管管片环外外间隙之之中，达达到填充充管片环环外空隙隙、固结结管片环环位置、、减小地地面沉降降、充当当环外第第一道防防水线的的目的其他系统统简介集中润滑滑系统集中润滑滑系统为为密封、、润滑消消耗脂注注入系统统。系统统采用间间断补给给压力油油脂的方方式，起起到对该该加注点点进行润润滑、密密封保护护的作用用。盾尾注脂脂系统盾尾油脂脂密封系系统是为为盾构机机盾尾加加注、补补充密封封油脂而而设计的的高压注注脂密封封系统。。其他系统统简介冷却系统统添加材料料注入系系统压缩空气气系统2.1.5泥水盾构构泥水加压压盾构泥水加压压盾构泥水加压压盾构整整机运输输泥水盾构构构造2.1.6特种、异异形盾构构敞开式（（矩形））多园盾构构直角母子子盾构2.2盾构工作作原理2.2.1一般原理理钢结构盾盾壳支护护提供安安全的地地下作业业空间；；机械开挖挖掌子面面土（岩岩）体；；采用机械械的、自自动的出出碴运输输系统；；机械拼装装预制衬衬砌块；；隧道开挖挖、衬砌砌一次构构筑成型型。主要介绍绍采用刀刀盘（刀刀具）开开挖土（（岩）体体，具有有压力平平衡性能能的泥水水、土压压平衡盾盾构。2.2.2泥水盾构构工作原原理（1）泥水循循环系统统原理图图（2）正常掘进进泥水循循环示意意图（3）泥水加压压操作程程序（4）泥水式盾盾构排土土量控制制方法A、容积控制制法检测单位位掘进循循环送泥泥流量Q­1与排泥流流量Q2，排土积积Q3：Q3=Q2-Q­1式中Q3——排土体积积（m3）Q2——排泥流量量（m3）Q1——送泥流量量（m3）对比Q3与Q，当Q>Q3时，一般般表示泥泥浆流失失（泥浆或或泥浆中中的水渗渗入土体体）；Q<Q3时，一般般表示涌涌水（由于泥泥水压低低，地下下水流入入）。正正常时，，泥浆流流失现象象居多。。B、干砂量表表征土体体或泥浆浆中土颗颗粒的体体积开挖土干干砂量V按下式计计算：V=Q.100/（Gs.w+100）式中：V-开挖土干干砂量（（m3）Q-开挖土计算算体积（m3）Gs-土颗粒密度度w-土体的含水水量（%）干砂量控制制方法是，，检测单位位掘进循环环送泥干砂砂量V1与排泥干砂砂量V2，按下式计计算排土干干砂量V3V3=V2-V1=[（G2-1）.Q2-(G1-1).Q1]/(G1-1)式中：V3-排土干砂量量（m3）V2-排泥干砂量量（m3）V1-送泥干砂量量（m3）G2-排泥密度G1-送泥密度对比V3与V，当V>V3时，一般表表示泥浆流流失；V<V3时，一般表表示超挖。。2.2.2土压平衡盾盾构的三种种模式（1）土压平衡衡盾构掘进进作业具有有土压平衡衡式、敞开开式及半敞敞开式三种种模式。（2）为保证开开挖面稳定定、有效控控制地表沉沉降及确保保地面建筑筑物安全并并获得较高高掘进效率率，必须根根据根据盾盾构机的类类型、盾构构隧道围岩岩的工程地地质和水文文地质条件件、施工环环境等因素素，综合判判断、选择择不同的掘掘进模式。。土压平衡模模式盾构机刀盘盘旋转，由由刀具切削削下来的土土体填充刀刀盘后面的的土仓，并并随盾构机机的推进逐逐渐充满并并建立起压压力，直至至与所处地地层的土、、水压力相相平衡。通通过对推进进速度与螺螺旋机排土土量的控制制使所建立立起的压力力保持稳定定，从而减减少对地层层的扰动，，保证地层层的隆降控控制在一定定的范围内内。半敞开式—气压辅助模模式敞开式模式式盾构构造与与原理演示示Φ6.14mE.P.B土压盾构机機種名：

TM614PAD-2工事名：酉島S/S

引出管路掘削距離：831m地質：砂砾、砂、粘土機種名：

TM544PMX-3工事名：地下鉄12号線環状部掘削距離：1095m地質：泥岩、砂Φ5.44mE.P.B土压盾构机2.3盾构机的选选型＊选型程序＊地质条件＊基本类型＊选型要点＊主要参数2.3.1选型程序2.3.2选型与地层层2.3.3基本类型选选择据对地层与与地下水的的初步认识识，在粘土土、粉土、淤泥及大部砂层层、园砾、硬岩岩区间选用土压平平衡盾构；；在既是全断断面砂、园园砾，上软下硬、变化化频烦、差差别大的地地层，又是处于地地面沉降要要求严格等等敏感区间间，应优先选择泥泥水盾构。。含大粒径卵卵石、无水水、有一定定稳定性的的地层，可选择开胸胸式盾构；；2.3.4选型要点（1）外形与与基本尺寸寸：内外置注浆浆管；开挖挖直径；盾盾尾外径（（管片外径径、盾尾间间隙、盾壳壳厚度）；；（2）主轴承承：寿命、直径径；（3）主密封封、铰接密密封、盾尾尾密封：结构形式式与性能；（4）扭矩：：驱动系统（（变频电机机、液压））、减速器器、转速；；（5）推力：：油缸布置、、行程、控控制分组；；推进速度度；（6）铰接：：方式（主动动、被动））、转角；；选型要点（7）刀盘（辐条、面面板；开口口率、注入入口）；刀具（滚刀、刮刮刀、先行行刀；形状状尺寸、刀刀间距）；；（8）螺旋输输送机：（驱动功率率、扭矩；；有轴、无无轴；）（9）同步注注浆：储存与注入入能力；（10）液压、电电气控制系系统：（可靠性、、便于操作作）；（11）测量、导导向系统；；（12）人闸及其其他刀盘、刀具针对主要的地地层条件选择择刀盘、刀具具（1）对粘土，尤尤其是全断面面砂、园砾、、卵石地层，，刀盘结构设设计应有利于于碴土通过，，开口率应在在40～60%之间。（2）除个别有较较硬岩层区间间外，均不做做配置滚刀的的考虑。边缘缘区设滚刀以以减少磨损、、减小扭矩似似有作用。（3）先行刀、贝贝壳刀等应体体量大（刀宽宽250～300mm、厚度也要相相适应）、外外形园钝，以以耐冲击、耐耐磨损。（4）耐磨设计必必须到位。重重点是刀体、、刀盘外圈、、螺旋及螺旋旋机内腔等，，关键是耐磨磨材料要确保保质量。复合刀盘软土刀盘主要参数及重重点配置推荐荐（以6m盾构为例）（1）刀盘额定扭扭矩：5000～6000kNm;驱动功率：变变频电机驱动动不小于750kw、液压驱动不不小于900kw。（2）螺旋输送机机内径800mm为宜，扭矩120kNm以上，驱动功功率200kw以上。（3）主轴承直径径3m左右为宜。（4）最高转速1.5～3rpm即可。（5）人行闸必须须设置在上方方。（6）膨润土注入入能力强。2.3.5选型采购的主主要环节（1）盾构机的的基本型式与与参数（2）拟选厂家盾构构机的使用情情况与问题（3）盾构机的的国产化与零零部件的代用用（4）设计联络络（5）工厂监造造（6）工厂组装装验收盾构直径与推推力关系①盾构软土土中掘进的推推力计算：F=F1+F2+F3+F4+F5F1—外壳与土体间间的摩擦力F2—刀盘上水平推推力F3—切土所需要的的推力，F4—盾尾与管片之之间的摩阻F5—后方台车的阻阻力。②盾构硬岩岩中掘进时推推力计算：F=mF力＋F1＋F4＋FF力—单个滚刀贯入入岩石力m—刀盘盘形滚刀刀的数量2.3.6主要参数计算算（1）推力盾构机扭矩特特性曲线①软土中掘进时时扭矩计算：：M=M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+MM1—刀具的切削扭扭矩，M2—刀盘旋转力矩矩，M3—推力荷载产生生的旋转扭矩矩，M4—密封装置产生生的摩擦力矩矩，M5—刀盘前表面上上的摩擦力矩矩，M6—刀盘圆周面上上的摩擦力矩矩，M7—刀盘背面的摩摩擦力矩，M8—刀盘开口槽的的剪切力矩，，M9—刀盘土腔室内内的搅动力矩矩②盾构在硬岩中中掘进扭矩计计算：T=T1+T2+T3T1—刀盘滚动阻力力矩计算，T2—石碴提升所需需要的扭距（TBM)T3—克服刀盘自重重所需扭矩。。（2）扭矩（3）螺旋输送机的的排土量QS螺旋输送机的的排土量QS理论上由其转转速决定，应应与掘进速度度决定的理论论碴土量Q0相当：QS=Q0Q0=A×V×n0式中：A-切削断面面积积n0-松散系数，V-推进速度。2.4盾构施工的主主要配套设备备2.3.1一般要求（1）必须充分分满足盾构机机的效率；（2）符合场地地条件；（3）要考虑适量的的备用或应急急方案。2.3.2运输设备与方方案的选择（1）垂直、水水平运输；机机车车辆的配配置（连续输输送带）：（2）泥水输送送系统2.3.3浆液拌合设备备2.3.4泥浆处理设备备2.3.5管片及模具的的选型龙门吊作业3盾构法施工3.1简介3.2土压平衡工法法概要3.3盾构施施工组组织的的要求求与特特点3.4掘进施施工3.5管片拼拼装3.6附属、、辅助助工程程3.1盾构法法施工工基本本要求求盾构法法是采采用盾盾构机机构筑筑隧道道的施施工方方法，，其基本本要求求：隧道掘的进进；沉降控的住住；管片拼的好好；3.2土压平平衡式式盾构构工法法概要要（1）选用用一台台适应应于拟拟建隧隧道地地质、、设计计、环环境等等条件件的盾盾构机机。（（为了了适应应不同同自稳稳程度度的围围岩条条件，，可选选用具具有土土压平平衡式式、敞敞开式式、半半敞开开式三三种掘掘进模模式的的复合合型盾盾构机机）。。（2）盾构构施工工场地地、盾盾构工工作井井具备备条件件，，组装装、调调试盾盾构机机。（3）根据据地层层和地地面构构造物物情况况，选选定适适宜的的掘进进模式式和推推力、、扭矩矩、推推进速速度、、刀盘盘转速速、土土压力力值等等掘进进参数数。（4）在盾盾构前前部的的旋转转机构构与推推进油油缸的的共同同作用用下，，带动动装有有适应应不同同岩土土条件件刀具具的刀刀盘旋旋转推推进，，挤压压破碎碎、刮刮削岩岩土进进入土土仓并并予搅搅拌使使之便便于输输送，，经过过运输输系统统将弃弃土输输送至至地面面及土土场，，从而而使盾盾构机机向前前掘进进一段段距离离（大大于一一环管管片的的宽度度）。。土压平平衡式式盾构构工法法概要要土压平平衡式式盾构构工法法概要要（4）管片片拼装装机械械手将将已预预制好好且嵌嵌有止止水条条的数数块管管片按按序安安装成成环，，形成成隧道道的永永久衬衬砌结结构，，并给给盾构构机的的推进进提供供反力力。（5）在掘掘进的的同时时，利利用同同步注注浆系系统足足量注注浆，，填充充开挖挖直径径与管管片外外径之之间的的空隙隙，以以弥补补地层层损失失，根根据需需要利利用管管片吊吊装孔孔进行行二次次注浆浆以补补充和和加强强。（演示示）3.3盾构施施工组组织要要求与与特点点3.3.1基本要要求（1）充充分了了解工工程地地质、、水文文地质质及环环境条条件，，按照照合同同与设设计要要求编编制详详细施施工计计划，，完成成各项项前期期准备备工作作。（2）确确定合合理的的掘进进模式式和掘掘进参参数，，并在在施工工中优优化调调整；；控制制盾构构姿态态及隧隧道轴轴线，，及时时、逐逐步纠纠偏；；合格格安装装管片片，保保证隧隧道衬衬砌质质量。。（3）做好好地表表隆降降的监监测，，根据据监测测反馈馈的信信息指指导施施工，，采取取措施施控制制地表表隆降降在允允许范范围以以内，，满足足环境境要求求。3.3.2施工组组织特特点充分领领会隧隧道盾盾构法法施工工系统统性很很强的的特点点，在在施工工之前前全面面掌握握工程程规模模、要要求、、地质质和环环境条条件等等有关关资料料，以以利于于正确确采取取经济济合理理的施施工措措施。。首先先要进进行总体策策划；；在进行行隧道施施工的的一般般准备备工作时时，必必须同同步完完成其其特有的的各项项前期期工作作：（1）盾构构机及及配套套设备备（采购购、修修理、、改造造）（2）施工工基地地的布布置、、建设设（3）管片片厂的的建设设及生生产（4）需在在盾构构掘进进到达达前提提前处处理的的特殊殊问题题3.3.3总体策策划（1）策划划前提提：合同文文件（总工工期与与节点点工期期、设设计、、地质质、环环境、、相关工工程情情况及及管理理程序序等条条件））盾构机机到场场时间间场地与与组装装条件件（2）策划划目的的：保证盾盾构按按时始始发及及总工工期要要求盾构机机的有有效使使用及及顺利利掘进进利于施施工且且经济济合理理3.3.4施工准准备（1）熟悉悉合同同文件件（合同同条款款、招招标设设计、、地质质资料料、工程量量清单单、管管理程程序等等）（2）现场场调查查（场场地、、交通通、管管线、、建筑筑物、、环境境）（3）补充充地质质勘察察（4）施工工图设设计与与施工工方案案研究究（5）设备备、物物资准准备（6）临时时工程程、施施工准准备（7）实施施性施施工组组织设设计（8）人员员组织织与培培训3.3.5盾构施施工基基地的的布置置、建建设A、施工总总平面面设计计一般般要求求根据施施工项项目、、施工工方案案和周周围环环境，，本着着“节约用用地，，施工工必需需”的原则则进行行临时时工程程布设设,并注意环境境保护和水水土保持工工作。（1）设计能力力满足盾构构效率要求求（日进尺和和月进尺））。（2）考虑临时时设施兼顾顾工作井与与掘进同步步要求。（3）利用地形形条件，尽尽量少占地地。（4）充分考虑虑环境保护护。B、临建与施工工场地布置置：（1）施工基地地及生产生生活所需临临时设施本本着“节约用地，，施工与生生活必需”的原则进行行布设，要要采取措施施保护环境境。（2）供电、供供水、冷却却、通风、、通讯等保保障供应系系统（3）要做好应应对防洪、、防火、防防风等可能能发生灾害害及风险的的防范设计计并制定预预案。C、辅助添加材材料与配件件（1）泡沫剂剂、澎润土土泥浆（2）盾尾油油脂（3）配件、、易损件准准备D、端头加固E、管片厂的建建设及生产产（1）生产工厂厂可以自建建，也可以以与就近的的预制厂合合作生产。。（2）预制厂的的规模应该该达到3000m²，同时还要要配备一些些必须的设设备和工具具等。（3）钢制模型型应该尽早早委托加工工制造。（4）提前组织织预生产，，始发前达达到强度的的衬砌块不不少于1000环。管片模型管片的水池池养护3.4盾构掘进盾构机下井盾构机就位调试初始掘进正常掘进到达车站过站再次始发到达终点站盾构机解体外运设备调试始发端头加固反力架安装洞门密封圈安装洞门围护墙凿除到达端头加固洞门密封圈安装盾构机托架再次就位调试始发站中间站到达站3.4.1盾构施工程程序3.4.2盾构始发：洞门的完全全破除、盾盾构由工作作井出发掘掘进至机体体完全进入入地层并对对零环管片片实施同步步注浆，实实现正常掘掘进的施工工过程。①严格执行盾盾构机操规规程②探明端头加加固质量，，谨慎破除除洞门③关注洞门密密封效果，，及时调整整、注浆封封闭。④在盾构刀盘盘到达掌子子面及脱离离加固区时时，容易出出现盾构机机“磕头”现象，应抬抬高盾构机的始始发姿态、、合理安装装始发导轨轨以及快速速通过始发密封结结构（泥水水加压）盾构始发始发后负环环上半部拆拆除盾构机到达达程序盾构到达盾构机距接接收井约50m至完完全进入接接收井，并并封闭最后后一环管片片的施工过过程。盾构机到达达注意事项项（1）根据盾构构机的姿态态及纠偏计计划推进，，纠偏要逐逐步完成，，每一环纠纠偏量不能能过大。（2）在盾构机机距离端头头墙50米时,逐渐放慢掘掘进速度，，控制在20mm/min以下，以确确保到达端端墙的稳定定。（3）加强地表表沉降监测测，及时反反馈信息（4）用型钢拉拉紧最后20环管片。（5）特别注意意在盾构机机破洞门土土体前，对对加固体与与盾壳空隙隙的注浆封封堵。（加固体的的长度、中中盾开注浆浆孔）当最后一环环管片拼装装完成后，，二次注入入双液浆进进行封堵。。注浆的过过程中要密密切关注洞洞门的情况况。到达密封结结构（土压压平衡）成型隧道与与拉紧最后后管片3.4.3掘进施工程程序土压平衡操操作程序3.4.4掘进技术管管理要点模式选择掘进参数方向姿态同步注浆监控量测设备维护掘进技术管管理要点（1）模式选择择--土压平衡模模式确定土压力力（（计算-类比-实验）土压平衡控控制（（掘掘削与排土土量的平衡衡的控制））碴土塑流性性能管理（（必要条条件、碴土土改良-塑流、抗渗渗）出土量管理理（2）正确管理理掘进参数数土仓压力、、推力、扭扭矩、速度度、转速速、同步注注浆等参数数部分掘进参参数建议值值（3）盾构机机掘进过程程中的沉降降变化规律律盾构推进过过程中，开开挖及管片片脱出盾尾尾时，是沉沉降变化最最快的阶段段，因此掘进施施工要连续续进行，否否则地层变变形最大的的阶段的时时间将变长长，导致沉沉降量可能能变大，尤尤其在较差差地层中掘掘进时更要要注意。3.4.5盾构施工的的地层隆降降（1）与掌子面面稳定的相相关问题A、地层应力状状态A、地层应力状状态B、掌子面平衡衡状态分析析PT-掌子面极限限状态临界界力；PD-盾构刀盘压压力①PT＝PD平衡状态，但棱柱体S-BB′C′C-DD′G′G具有下滑趋趋势，作用用于楔形体体S-ABC②PT＜PD③PT＞PDC、盾构施工开开挖面稳定定的理论方方法①极限平衡法法---筒筒仓理论②稳定系数法D、土拱效应松散体（包包括土、砂砂）介质中中：H／D≥2.0～～2.5“拱”效应存在H–埋深D–洞径E、沉降槽与沉沉降曲线（2）盾构掘掘进中地层层沉降原因因分析：A、地层损失①盾构机机开挖土体体体积大于于隧道实体体体积。②对地层层扰动后的的土体主、、次固结。。B、特殊部位①始发与与到达掘进进时土压尚尚未建立或或失压。②隧道与与洞门结合合部薄弱易易发生水土土流失。C、不良地质条条件①上软下下硬。②富水砂砂层、断裂裂破碎带易易发生喷涌涌。D、掘进技术参参数与盾构构机控制失失误①掘进模模式选择错错误、土压压等参数未未及时调整整适应、未未同步足量量注浆和及及时二次注注浆②盾构机机姿态不当当、盾构机机较长时间间停顿且措措施不当沉降原因分分析（3）基本对对策首先把握盾盾构施工的的特点、盾盾构机自身身特点与能能力，去去克服问题题。①通过实验确确定适宜的的土压力、、掘进速度度等掘进参参数②加强同步注注浆、适时时二次注浆浆以弥补地地层损失；；③采取特别措措施，增加加辅助设备备及添加剂剂3.4.6同步注浆的的控制（1）选择适宜宜的浆液、、凝结时间间、配合合比等（2）计算注浆浆量，在软软土区应以以控制注浆浆量为准，，在硬岩区区应以注浆浆压力为主主要控制参参数。（3）对造浆、运运输过程的的管理要到到位，注浆浆手要精心心操作，发发生堵管要要采取措施施及时疏通通。同步注浆3.4.7测量、导向向、姿态（1）按隧道测测量方法向向井下引入入坐标、基基准点。（2）盾构机配备备自动导向仪仪进行方向控控制；确定各各相关点的坐坐标，通过系系统在盾构机机操作室的电电脑上显示前前后参考点的的水平和垂直直偏离值（盾盾构姿态）、、里程。德国VMT公司生产的SLS-T自动导向系统统SLS-T导向系统主要要由激光全站站仪、ELS激光系统、个个人电脑、调调制解调器、、电源、PLC、测斜仪、软软件等部分组成。SLS-T导向系统（3）方向姿态的的控制A.分组推进油缸缸B.铰接油缸C.超挖刀3.4.8预测、监测与与信息化施工工合理掘进参数数的选择，是是通过预测、、监测、反馈馈、分析等一一系列过程验验证，确定的的。这就要求求实施作为土土建工程施工工科学化发展展重要表证的的信息化施工工管理。①盾构机自动采采集的信息和和人工通过监监测、测量采采集信息的相相互校核，更更好的指导施施工，提供安安全、质量的的保证。成立立以项目总工工程师任组长长的信息化领领导小组，加加强信息化施施工的组织与与管理。激光棱镜导向向机构②对反馈数据的的分析、判断断、调整掘进进参数将人工监测、、测量搜集到到的信息和盾盾构机自动采采集到的信息息，进行对比比分析。然后后上报综合组组，经过研究究对比，并根根据盾构掘进进的实际情况况，调整优选选盾构参数，，下达作业指指令书。③根据掘进验证证的数据，再再次进行预测测核对调整后后的掘进参数数，经过一段段时间的实际际施工验证，，据此对下一一阶段的沉降降做出预测。。3.4.9盾构机过站（（过隧道）技技术线路较长的区区间中间一般般均设计有通通风竖井，竖竖井与一扩大大段矿山法隧隧道相连。因因此区间隧道道采管片选型型要适应盾构构机的姿态用用盾构法施工工时，存在盾盾构机必须经经过竖井下矿矿山法隧道的的问题。移动托架过站站弧形导台过站站盾构机整体吊吊装过站利用永久管片片过隧道利用临时管片片过隧道过站弧形导台台3.4.10软土地层土压压盾构掘进的的难点A、泥饼成因：在粘性性颗粒含量大大的土层中，，粘性颗粒在在高温、高高压下作用下下积聚而成的的坚硬块体。。对策：刀盘开开口率、土仓仓搅拌型式、、添加剂、掘掘进参数B、富水全断面砂砂、卵石层原因：：难以以建立立压力力，螺螺旋输输送机机喷涌涌对策：：碴土土改良良；欠欠压推推进、、严控控出土土量；；保压压泵碴碴；3.5管片拼拼装与与防水水标准块块K快两邻接接块3.5.1管片的的类型型（1））管片片：隧道道衬砌砌环的的基本本单元元。通通常采采用钢钢筋混混凝土土预制制。视视隧道道直径径每一一衬砌砌环可可分为为不同同片数数。通通常有有一片片封顶顶块、、两片片邻接接块、、多片片基本本块。。（2））隧道道衬砌砌组合合形式式①采采用标标准环环、左左转环环、右右转环环管片片组合合标准环环管片片：基基本块块投影影为矩矩形的的管片片；转弯环环管片片：管管片投投影为为楔形形，使使用于于隧道道曲线线及修修正盾盾构掘掘进蛇蛇形误误差。。有左左、右右两种种转弯弯楔形形方向向②采采用用通通用用管管片片组组合合隧道道衬衬砌砌仅仅由由具具有有一一种种楔楔形形方方向向的的转转弯弯环环管管片片拼拼装装完完成成。。（3）管管片片的的选选型型和和拼拼装装①盾构构机机PLC系统统能能预预测测5环拟拟拼拼装装管管片片的的型型号号（左左右右转转弯弯环环）和和点点位位,但施施工工中中不不要要完完全全照照办办,还要要本本着着纠纠偏偏不不能能过过急急的的原原则则，，并并考考虑虑现现场场所所存存放放各各类类管管片片的的数数量量，，确确定定管管片片型型号号的的选选择择。。②管片片拼拼装装是是质质量量控控制制的的关关键键环环节节，，不不必必太太快快，，拼拼装装机机操操作作手手是是关关键键，，环环向向螺螺拴拴应应注注意意紧紧固固。。因因推推进进千千斤斤顶顶分分为为四四组组，，在在盾盾构构机机推推进进时时，，即即使使在在纠纠偏偏时时，，一一定定要要把把握握各各组组推推力力不不要要相相差差过过大大（4）管片片的的接接缝缝防防水水①管片片之之间间设设置置密密封封垫垫沟沟槽槽，，其其内内设设置置高高弹弹性性三三元元乙乙丙丙橡橡胶胶密密封封条条。。②管片片间间设设有有嵌嵌缝缝槽槽。。为为防防止止隧隧道道上上半半部部拱拱顶顶滴滴漏漏危危及及行行车车安安全全，，对对隧隧道道上上半半部部拱拱顶顶45°°范围围作作嵌嵌缝缝密密封封。。隧隧道道下下半半部部不不作作嵌嵌缝缝处处理理，，以以保保证证隧隧道道长长期期防防水水效效果果。。③螺栓栓孔孔采采用用可可更更换换的的遇遇水水膨膨胀胀橡橡胶胶密密封封圈圈作作为为螺螺孔孔密密封封圈圈加加强强防防水水。。③管片片选选型型要要适适应应盾盾构构机机的的姿姿态态管片片三三种种型型号号，，标标准准环环、、左左转转环环、、右右转转环环。。管管片片是是在在盾盾尾尾内内拼拼装装，，所所以以不不可可避避免免的的受受到到盾盾构构机机姿姿态态的的约约制制。。管管片片平平面面尽尽量量垂垂直直于于盾盾构构机机轴轴线线，，让让盾盾构构机机的的推推进进油油缸缸能能垂垂直直地地推推在在管管片片上上，，这这样样使使管管片片受受力力均均匀匀，，掘掘进进时时不不会会产产生生管管片片破破损损。。同同时时也也要要兼兼顾顾管管片片与与盾盾尾尾之之间间的的间间隙隙，，避避免免盾盾构构机机与与管管片片发发生生碰碰撞撞而而破破损损管管片片。。当当因因地地质质不不均均、、推推力力不不均均等等原原因因，，使使盾盾构构机机偏偏离离线线路路设设计计轴轴线线时时，，管管片片的的选选型型要要适适宜宜盾盾构构机机的的姿姿态态。。3.5.2隧道道防防水水技技术术及及注注意意事事项项（1）盾构构区区间间防防水水工工作作以以管管片片结结构构自自防防水水为为根根本本、、接接缝缝防防水水为为重重点点，，确确保保隧隧道道整整体体防防水水，，同同时时遵遵循循“以防防为为主主、、以以堵堵为为辅辅、、多多道道防防线线、、综综合合制制理理”的原原则则，，制制定定防防水水施施工工措措施施。。（2）管片片砼砼采采用用高高抗抗渗渗高高强强度度（（C50）等等级级的的混混凝凝土土，，抗抗渗渗等等级级为为S12。采采用用掺掺加加高高效效减减水水剂剂及及粉粉煤煤灰灰“双掺”技术，减减少水泥泥用量，，降低水水化热，，减少收收缩裂缝缝的产生生。准备拼装装的管片片（1）盾构工工作井的的端头加加固①洞口部位位的土体体处于不不稳定地地层时，，盾构始始发和到到达前应应进行加加固改良良，达到到土体能能够自稳稳和止水水的要求求②加固范围围取值应应根据强强度的计计算、施施工经验验及设备条件件确定。还还应考虑虑工作井井施工时时的异常情况况。②根据隧道道埋深、、地层情情况及施施工环境境等因素素，考虑虑工法的的适用特特点，宜宜选择高高压喷射射注浆法法、化学学加固法法、冻结结法以及及降低地地下水等等加固方方法。3.6辅助、附附属工程程端头加固固方法示示意（2）联络通通道软土中修修建联络络通道是是地铁盾盾构施工工的难点点（地面加固固、冻结结法、新新材料注注浆、降降水）（3）洞门成型盾构构隧道与与管线布布置4复合地层层的盾构构施工4.1复合地层层复合地层层是针对对单一且且较均匀匀的软土土、硬岩岩地层而而言。复合地层层指在隧隧道开挖挖断面内内和一定定的掘进进区段内内，具有有两种及及以上不不同地层层，且其其岩土力力学、工工程地质质、水文文地质特特征相差差悬殊的的组合地地层；（1）隧道断面面垂直方方向上不不同地层层的组合合；常见见的上软软下硬；；（2）隧道水平平方向上上不同地地层的组组合广、深地地区的地地质极具具代表性性4.2复合式盾盾构机（1）隧道掘掘进机一一般分类类TBM（硬岩掘掘进机））↘盾构机（（软土掘掘进机））↗（2）复合式式盾构机机复合地层层的需求求（交互互、变化化）复合性能能的适应应既能适应应软土掘掘进又要要有相当当破岩能能力复合式盾盾构机4.3刀盘刀盘是关关键地质→刀盘结构的刚刚度、强强度、耐耐磨程度度;结构及与与驱动的的连接开口率;刀具具布置;其他他（注入入系统等等）复合刀盘盘：软土地层层需较大大的开口口率，尤尤其是粘粘土岩石地层层对破岩岩能力提提出要求求（1）盾盾构机破破岩能力力的分析析（2）破破岩能力力与设计计分析4.4复合地层层掘进施施工要点点4.4.1刀具的配配置软土上软下硬硬全断面硬硬岩4.4.2对区间地地层的总总体把握握掘进模式式转换与与换刀位位置掘进模式式转换与与刀具配配置5特殊条件件下的盾盾构掘进进一般要求求：①调查地质质与周边边环境，，分析施施工条件件，制定定针对措措施。②认真检查查、保养养盾构机机，保证证盾构机机及附属属设备处处于良好好状态。。③合理选择择掘进模模式，严严格控制制和管理理掘进参参数，严严格控制制盾构姿姿态和掘掘进方向向。④加强监控控量测管管理，加加密监测测频次。。⑤必要时的的要采取取针对性性的加固固措施。。⑥施工前要要制定应应急预案案。5.1浅覆土（1）隧道覆土厚厚度小于隧洞洞外径尺寸即即按浅覆土地地段施工。施施工要防止地地面隆起或坍坍塌，防止注注浆击穿覆土土。（2）一般应采用用压力平衡模模式掘进，土土压力按承受受全部覆土压压力及水压力力计算，设定定的土（泥水水）仓压力应应适当降低，，同步注浆压压力也应适当当降低。（3）邻近建筑物物或覆土中埋埋设有管线时时，需采取隔隔离措施或对对地层进行加加固。5.2富水砂层（土压平衡））1）应加注泥浆浆、泡沫或高高效聚合物，，改良土体；；2）采用较大开开口率刀盘，，适当欠压掘掘进，控制出出土量；3）若出现喷涌涌现象，采用用螺旋输送机机双闸门控制制，关闭闸门门，适当向前前掘进，使土土仓内建立平平衡，转动刀刀盘，将土仓仓内的土体搅搅拌均匀。前前后闸门协协调动作，边边掘进边出土土，始终保持持土仓内压力力稳定。4）严格控制盾构构掘进方向和和铰接油缸的的行程差，以以确保铰接密密封效果；加加强尾刷密封封检查，不漏漏水漏砂。5）必要时采用用保压泵碴装装置。6）注意刀具的的检查，提前前设置换刀加加固区。7）特别注意始始发、到达掘掘进技术及端端头加固效果果。5.3下穿、邻近建建（构）筑物物及地下管线线（1）视下穿建（（构）筑物及及地下管线与与隧道距离及及其基础与结结构形式，分分别采取加固固、托换等措措施。一般桩桩基基础距隧隧道3m以外可不作加加固等处理，，可采用跟踪踪注浆保护措措施。（2）处于主动坍坍塌线范围内内的建（构））筑物及地下下管线作为邻邻近施工处理理。一般应采采用加固、隔隔离措施。（3）加强掘进参参数管理、足足量同步注浆浆，减少地层层损失以控制制地层沉降。（4）确需洞内内处理个别障障碍物时，应应采取地层加加固、带压作作业等措施以以确保安全。。5.4穿越水域地段段（1）深入探明地地质、水文、、水底地形、、河堤结构、、周围构筑物物等情况。分分析影响、制制定措施和预预案。（2）对浅覆土河河床要事先抛抛填土袋预压压或做混凝土土压板。（3）进入水域下下施工前对设设备作全面检检修，尤其是密封性性。（4）掘进时应适适当减少出土土量，保持较较高的泥水或或土压力，确确保开挖面稳稳定。在足量量注浆的前提提下应适当减减小注浆压力力，防止击穿穿覆土。（5）采用声纳法法或在河床设设置稳固监测测点加强监测测。（6）发生掘进面面与水体连通通时要首先关关闭螺旋机闸闸门，抛填土土袋压住漏点点后试掘进、、出土；或采采用不出土挤挤压推进通过过漏水段等措措施处理。5.5小曲线半径地地段施工（1）小曲线半径径始发应采用用割线始发，，注意割线起起始点及线路路中心线与隧隧道中心线关关系；（2）盾构机应具具有铰接功能能和超挖(防形)刀装置。管片片的楔型量满满足小曲线半半径的拟合，，管片宽度不不宜大。（3）掘进时一般般应启动超挖挖(防形)刀，减少因盾盾构机的挤压压对地层的扰扰动。在较硬硬的地层中必必需启动超挖挖(防形)刀，以适当扩扩大开挖断面面，便于盾构构机转弯。（4）运用铰接装装置，分组控控制推力油缸缸，防止衬砌砌管片变形。。（5）认真做好管管片选型及拼拼装点位，使使盾尾间隙处处于较均匀状状态，防止破破坏盾尾密封封。（6）增加线路测测量频次。小曲线半径始始发要点①始发割线线长度按盾构构机完全进入入洞门钢环为为宜②②如果隧隧道曲线半径径过小，在割割线中点处隧隧道偏移值超超过允许偏移移值，则将割割线起点往曲曲线外侧偏移移。由于该区区间盾构始发发曲线半径小小，割线起点点往线路曲线线外侧偏移1，保证割线中中点处的隧道道相对设计线线路偏移值在在规范允许内内。5.6小净距隧道（1）两隧道净距距小于隧道外外径2/3的隧道按小净净距隧道施工工，在软土地地层中施工的的影响程度要要预先进行评评估和计算分分析。（2）软土地层中中需在先行隧隧道洞内采用用钢桁架加固固管片，对可可能塑化的夹夹土体注浆加加固并达到设设计强度。（3）后行隧道应应至少在先行行隧道完成一一个月后施工工。（4）小净距上下下重叠隧道一一般应先完成成下行隧道。5.7岩溶地段（1）采用物探、、钻探等方法法探明岩溶的的分布、规模模、充填物及及地下水的情情况。（2）溶溶洞洞填填充充物物、、隧隧底底地地基基承承载载力力及及封封堵堵主主要要地地下下水水通通道道应应满满足足以以下下要要求求：：提供供建建立立压压力力平平衡衡的的条条件件。。避免免盾盾构构机机发发生生陷陷落落及及严严重重栽栽头头。。满足足永永久久隧隧道道结结构构的的承承载载力力、、变变形形、、防防水水要要求求。。（3）盾盾构构机机应应具具有有针针对对硬硬岩岩、、软软硬硬差差别别大大的的围围岩岩条条件件的的掘掘进进能能力力。。（4）掘掘进进时时一一般般应应建建立立压压力力平平衡衡，，选选用用小小转转数数、、小小贯贯入入量量等等掘掘进进参参数数，，慎慎重重掘掘进进。。必必要要时时在在洞洞内内进进行行超超前前地地质质勘勘探探，，确确保保施施工工安安全全。。5.8较大大直直径径的的砾砾石石、、孤孤石石、、花花岗岗岩岩球球状状风风化化（1）含含有有较较多多体体量量大大于于进进碴碴口口或或螺螺旋旋输输送送机机输输送送粒粒径径的的砾砾石石、、孤孤石石、、花花岗岗岩岩球球状状风风化化地地层层，，在在地地下下水水小小的的情情况况下下优优先先选选用用开开敞敞式式盾盾构构施施工工。。（2）在在此此地地段段须须谨谨慎慎掘掘进进，，根根据据盾盾构构机机显显示示的的参参数数波波动动、、变变化化及及掘掘进进经经验验判判断断是是否否遇遇到到孤孤石石等等，，发发现现异异常常应应保保持持压压力力，，及及时时停停机机检检查查、、分分析析确确认认。。（3）地地面面有有条条件件且且探探明明孤孤石石位位置置可可采采用用深深孔孔爆爆破破，，一一般般可可由由滚滚刀刀掘掘进进缓缓慢慢磨磨削削或或开开仓仓人人工工破破除除。。5.9黄土（1）试验验、认认识非非饱和和新黄黄土的的湿陷陷特性性在盾盾构工工法中中的反反映，，如加加大沉沉降量量，暂暂停掘掘进时时难以以保压压等问问题，，采用用相应应对策策。（2）在非非饱和和的黄黄土地地层中中可选选用开开敞模模式，，加注注水或或泡沫沫。在在地下下水位位高、、水量量大地地层中中宜选选用土土压平平衡模模式掘掘进。。（3）饱和和黄土土地层层承载载力差差，掘掘进时时须特特别注注意盾盾构机机姿态态，防防止栽栽头。。（4）特别别注意意地表表水的的防排排、地地下管管线渗渗漏的的处理理，防防止渗渗漏至至隧道道周围围。停机时时要注注意地地下水水的防防排，，刀盘盘要及及时支支撑掌掌子面面，防防止黄黄土的的湿陷陷性坍坍塌。。隧道断断面地地质黄土地地质条条件下下的盾盾构隧隧道沉沉降规规律满满足一一般盾盾构隧隧道沉沉降规规律。。分析析结果果存在在一定定的湿湿陷性性，并并且和和同步步注浆浆的凝凝固时时间有有关系系。5.10软硬不不均地地层（1）在上上软下下硬地地层中中应优优先选选择泥泥水盾盾构，，土压压平衡衡盾构构要采