土压平衡盾构施工技术

土压平衡盾构施工技术提纲土压平衡盾构机2土压平衡盾构施工关键技术3概述1施工组织与管理要点43TBM是隧道掘进机（TunnelBoringMachine）的简称。为了与盾构法施工的区别，通常对全断面岩石掘进机（FullFaceRockTunnelBoringMachine）也简称TBM。隧道掘进机TBM山岭掘进机（FFRTBM）盾构机（shield）开敞式掘进机护盾式掘进机双护盾式掘进机单护盾式掘进机1.概述1.1

TBM（岩石掘进机）4

通常所说的TBM是指长大距离的山岭隧道全断面岩石掘进机。主要分为开敞式、双护盾式、单护盾式三种类型。各种不同类型的TBM分别适应于不同地质下长距离（>10km）隧道掘进施工。一般情况下，整条隧道地质情况都差的作业条件下使用单护盾TBM;

在良好地质中则使用开敞式TBM;

双护盾TBM常用于复杂地层的长隧道开挖，一般适用于中厚埋深、中高强度、地质稳定性基本良好的隧道，对各种不良地质和岩石强度变化有较好适应性。1.概述单护盾式TBM51.概述双护盾式TBM6开敞式TBM1.概述71.概述1.2盾构法(Shield)盾构是一种全封闭的隧道掘进机（既能支承地层的压力、又能在地层中掘进的施工机具）,衬砌管片提供反力,不能连续掘进。一边保持开挖面及围岩稳定，一边进行隧道掘进、出渣，并在盾尾内拼装管片形成衬砌，及时实施注浆，从而在尽可能不扰动围岩条件下修建隧道的方法。

“盾”——“保护、庇护”,

指刀盘、盾壳；“构”——“构筑、修建”，

即管片拼装和注浆。8盾构法：以盾构为核心的一整套完整的建造隧道的施工方法。三大要素：

开挖面的稳定

盾构沿设计路线高精度推进（盾构姿态、隧道方向）

衬砌（管片）作业1.概述门吊管片存放区挖掘机自卸汽车盾构始发井通风机运输设备土压盾构后配套手掘式半机械式机械式全敞开式半敞开式挤压式泥水式土压式闭胸式盾构土压平衡式加泥式土压平衡式1.概述10盾壳支承着围岩并保护着刀盘旋转，在千斤顶推力的作用下，刀盘上被切割、破碎的碴土，经过开口进入密闭室，当密闭室内的泥土压力与开挖面压力取得平衡的同时，端部伸入密闭室下部的螺旋输送机开机排土，控制螺旋输送机的转速或者盾构机的推进速度，达到密闭室内的泥土压力与开挖面压力的动态平衡。碴土通过配套的运输设备运至洞外。1.概述1.3土压平衡盾构基本原理11土压平衡盾构开挖面稳定机理泥土压必须可以对抗开挖面上地层的土压和水压。必须可以利用螺旋输送机等排土机构，调节排土量。对必须混入添加材的土质而言，注入的添加材料必须可使泥土（混入添加材的开挖土）的塑流性和抗渗性提高到满足开挖面稳定要求的水准。1.概述12盾构机是根据施工对象“度身定做”的。制造盾构机所依据的对象称之为施工环境，它是基础地质、工程与水文地质、气候地貌、建筑物以及地下管线和构筑物等特征的总和。

在施工环境的诸多因素中，掌握基础地质和工程地质特征最为重要，是盾构机选型及采用盾构施工工艺的先决条件。

目前全国地层分为四大类：

第一类：以广州、深圳为主的复合地层，上软下硬，既有岩石，又有溶洞，砂层及淤泥；

第二类：以成都、沈阳、北京、兰州为主的砂卵石地层；

第三类：以西安、郑州为主的黄土地层；

第四类：以上海、无锡、苏州、宁波、南京为主的软土地层。1.概述1.4盾构施工环境13武汉地区存在以上全部四种地层，一级阶地为流砂和淤泥地层，二级阶地为黏土地层，三级阶地为上软下硬及硬岩地层，同时武汉还存在中粗砂地层，因此武汉地层比较复杂，四大类地层全部涉及到，所以在武汉的盾构施工比其它地区综合性要求更高一些。1.概述14盾构工程施工风险，主要有：“地质复杂性”、“盾构机的不适应性”、“人认知的局限性、责任性、方案和措施的不合理性”。

地质风险：复合地层，富水断裂带或破碎带，溶洞、土洞，含承压水的粉细砂层，含瓦斯、煤成气地层，球状风化体或构造风化硬岩，砂砾石、卵石地层等地层盾构掘进。

盾构机风险：盾构选型和功能性缺陷，大轴承或四大密封损坏，刀盘损坏（解体、开裂、磨损），刀具磨损，减速箱及齿轮传动系统损坏等情况。人为风险：认知的局限性（不能全面系统地了解地质变化、盾构机性能），施工组织及责任心，方案和措施的合理性等问题。1.概述1.5盾构施工风险15

由盾构主机、连接桥架、后续台车三部分组成。2.土压平衡盾构机2.1土压平衡盾构机构成盾构主机连接桥架后续台车16

盾构机根据地质条件、工程环境以及工程设计等具体特征“量身定做”，其核心技术不仅是设备本身的机电工业设计，还在于设备如何适用于各类工程地质。盾构施工的成功率，主要取决于盾构的选型，决定于盾构是否适应现场的施工环境，盾构的选型正确与否决定着盾构施工的成败。盾构的“型式”涉及盾构的“型”和“模式”。不论是适用于单一软土地层的软土盾构，还是适用于复杂地层的复合盾构，都有土压平衡盾构和泥水盾构两种机型。“型”是在施工前决定的。土压平衡盾构一般具有敞开式、半敞开式、土压平衡式三种模式；2.土压平衡盾构机2.2盾构选型17

土压平衡模式（EPB）：用于围岩不稳定或水压高、水量大的地层。掘进时，刀盘开挖下来的碴土填满泥土仓，借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，使之产生泥土压，这一压力作用于整个作业面，使作业面稳定，同时使刀盘切削下来的碴土量与螺旋输送机向外输送的卸土量相平衡。

敞开式模式（open）：用于开挖面足够稳定并且涌水能够被控制时。掘进时，由刀盘切削下来的碴土进入土仓后，不需要进行加压，而是由螺旋输送机直接排出土仓，使土仓尽量处于排空的状态，以便减轻刀盘转动的阻力。

半敞开模式（semi-open）：用于开挖面具有足够的自稳能力，且水压小于1.5bar的地层。掘进时不完全靠维持泥土仓的土压力来稳定开挖面，而需要充以压缩空气来稳定开挖面，施加气压的大小根据不同地层条件确定。2.土压平衡盾构机土压平衡式敞开式半敞开式182.3刀具软土刀盘上配置切削刀具：包括正面切削刀、周边刮刀、中心切削刀、先行刀。先行刀比主切削刀高，先对开挖面进行切削以减轻对主切削刀及面板磨损。

复合刀盘需布置滚刀或焊接撕裂刀（或齿刀），以满足盾构破岩需要。2.土压平衡盾构机复合刀盘软土刀盘19双刃滚刀单刃滚刀单刃齿刀2.土压平衡盾构机三刃滚刀滚刀安装形式撕裂刀20

软土刀盘：主切削刀的布置一般是将刀盘分成内、中、外3部分，内部1条切削轨迹上配置1把切削刀，中间部1条切削轨迹上配置2把切削刀及外周部1条切削轨迹配置3把切削刀，在刀盘最外周配置刮刀每个切削轨迹上有6把。这样配置可以大大减轻刀具及面板磨损，并且能有效的保证开挖直径。2.土压平衡盾构机主切削刀配置先行刀配置21

复合刀盘：满足盾构破岩需要，结合地质条件布置滚刀。

滚刀在盾构推进千斤顶和刀盘旋转共同作用下，刀刃滚动切入岩体，切入区产生裂纹，而轨迹相邻的两滚刀间裂纹达到相接或相近到一定程度，岩石即可崩裂破碎。破岩能力由垂直力和滚动力组成。盾构破岩效率与贯入度、转速正相关，针对一定的岩体强度及RQD条件，提高贯入度与转速将加大盾构额定推力与扭矩，需考虑推力、转速、扭矩等因素。2.土压平衡盾构机垂直力刀间距示意图滚动力分析22盾构机是集机、电、液、光于一体的技术含量高的大型隧道施工设备，性能先进、结构复杂，施工机械化、自动化程度高。盾构施工系统性强，往往牵一发而动全身。盾构隧道施工一般经历的五个阶段：

盾构机制造、下井、组装、调试、验收等和盾构始发准备；

盾构始发和试掘进；

盾构正常段掘进；

盾构到达段掘进和盾构到达；盾构解体、吊出等。盾构施工三个主要工序：开挖出土、管片拼装、同步注浆

施工控制的三个要点：开挖面的稳定、盾构沿设计路线高精度推进（盾构姿态、隧道方向）、管片作业3.土压平衡盾构施工关键技术3.1土压平衡盾构施工流程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整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盾构总体施工流程：始发井交付使用→盾构托架就位→盾构机下井、安装、调试→初始掘进（L=80~100m）→负环拆除及其它调整→正常掘进→盾构机到达中间站→盾构机通过中间站→盾构机再次安装、调试→盾构机再次初始掘进→正常掘进→盾构机到达终点站→盾构机解体外运→隧道清理验收233.土压平衡盾构施工关键技术243.土压平衡盾构施工关键技术3.2盾构下井组装与调试3.2.1盾构下井组装

盾构工地组装可分为整机组装和分体组装两种方式。（1）整机组装：始发井（场地）应具有容纳盾构主机和后部台车的条件，将盾构主机及全部后配套台车一次组装完毕。

组装顺序：后配套台车→中盾→前盾→刀盘→管片拼装机→螺旋输送机→盾尾→管线连接→组装完成。（2）分体组装：始发井应具有容纳盾构主机的条件，地面应有能放置盾构后配套台车的相应场地。盾构主机在井下完成组装，后配套台车在地面连接，主机与地面台车用加长管线连接后调试、始发，随盾构掘进并据井下条件将地面台车逐次下井组装。

组装顺序：中盾→前盾→刀盘→管片拼装机→螺旋输送机→盾尾→加长管线连接→后配套台车（根据工作条件逐次下井组装）。253.土压平衡盾构施工关键技术3.2.2盾构调试（1）盾构在工厂及工地组装和连接完成后，应进行调试，主要调试内容包括：刀盘驱动、液压、润滑、冷却、配电、注浆、气压仓、注入系统等以及各种仪表的校正。应着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。（2）空载调试合格后在试掘进期进行设备负荷调试。除空载调试内容外，还应进行下列负荷的调试：检查各种管线及密封的负载能力。各类阀的气密性或水密性。各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。3.2.3盾构验收验收程序一般为：由购买方和制造商共同认定《验收大纲》；共同逐项进行验收；购买方在验收过程中根据合同及设计联络会议中提到的设计要求，对盾构组装与调试中出现的问题向制造商提出整改要求。应包括:工厂验收、组装验收、试掘进验收。263.土压平衡盾构施工关键技术3.3盾构始发与到达

盾构始发施工阶段：指从破除洞门、盾构始发推进到盾构掘进、壁后注浆、渣土运输等全工序展开前的施工阶段。

盾构接收施工阶段：指盾构刀盘进入加固土体的掘进施工及盾构主机完全进入接收基座的施工阶段。

始发和到达施工时可能发生盾构隧道偏离、始发反力架与盾构基座变形或移位、洞门涌水、涌泥砂、地表沉降过大以及坍塌等危险情况，施工风险大。

通过对盾构工法原理与工况的深入认识、针对不同的地质与环境条件，采用适宜的技术方案和措施，加强技术管理、现场管理，盾构始发与接收的风险是可控的。

应根据始发和到达部位地质、环境、隧道设计等条件，结合始发和到达阶段施工特点，制定始发和到达专项施工方案；应严格按方案实施，并对地表、临近地面建（构）筑物、地下埋设物、始发反力架、盾构基座、洞门密封装置等进行观察和监测。273.土压平衡盾构施工关键技术283.土压平衡盾构施工关键技术3.3.1始发与到达的基本工况与要求（1）盾构始发与到达时需拆除钢筋砼围护结构，要求裸露的土体应稳定、无漏水；（2）始发与到达是一段工作过程，盾构在此期间逐渐建压（或逐渐减压、失压），不能达到理想的土压平衡状态，难以支撑端头区域的水土压力。要求距洞门一定距离、一定范围的土体保持稳定及无漏水的状态；到达阶段：需逐渐降低土压直至降为0，以确保洞门不发生坍塌。加固土体作为重力式挡土墙越来越薄。始发阶段：刀盘初始切削土体、填充土仓、逐渐建立反力是一个过程。其间开挖面的平衡与无漏水状态由加固土体保证。293.土压平衡盾构施工关键技术3.3.2端头加固方案（1）当洞口段土体不能满足防水土流失、防坍塌的安全要求时，必须采取地层加固措施。应根据地质、施工环境、隧道埋深、盾构类型与外径等条件，制定地层加固施工方案，并严格按方案实施。（2）加固土体应达到自稳的强度及止水效果，并根据强度计算及工法的适用特点选择加固方法。当洞口地层处于有承压水地层或砂性土层时，应采取降水、堵漏等防止涌水、涌砂的措施。（3）加固范围应考虑地层与地下水特性（水、砂层）、盾构机长度以及盾构中盾圆周径向孔位置等因素。（4）应对地层加固质量和效果进行检查，地层加固范围、加固体的强度、抗渗指标应经现场取样试验确定并满足设计要求。303.土压平衡盾构施工关键技术（5）推荐加固方案粘土、黄土、残积土等（条件：无水；有水，C、φ值较高，但能实现可靠降水效果）推荐方案：素混凝土桩、墙挡土加固（+降水）。

粉土、淤泥质土、淤泥（条件：

有水，C、φ值较低）推荐方案：旋喷桩（或搅拌桩、注浆等）加固止水+降水。

富水、承压水砂等地层基坑主体采用连续墙设计（一般墙趾深入隔水层）时，推荐加固方法：U型素混凝土连续+旋喷桩加固+降水当用其他方法难以达到稳定开挖面土体时，采用冻结法可取得较好的效果，可使不稳定的含水地层能形成强度很高的冻土体，起到隔水和挡土墙的作用。313.土压平衡盾构施工关键技术3.3.3始发与到达施工流程盾构到达作业流程图盾构始发作业流程图323.土压平衡盾构施工关键技术3.3.6分体始发分体始发是指将盾体与全部或部分台车之间采用加长管线连接，盾体与全部或部分台车分开前行，待初始掘进完成后再将盾体与台车在隧道内安装连接进行正常掘进的施工方法。盾构整体始发一般依托车站施工过程中的空间来完成，在施工过程中占用大量空间，影响车站施工。在寻求解决盾构施工和车站施工相互影响的过程中，小空间内的分体始发成为了最好的解决办法。盾构机的改造是分体始发的重中之重，也是施工过程中最大的一个难点。主要包括管路的接长连接、线路的接长连接、盾构机部分设备的改装、临时出土口的安装等内容。333.土压平衡盾构施工关键技术343.土压平衡盾构施工关键技术353.土压平衡盾构施工关键技术3.3.7几种特殊的接收工法

到达施工中应逐渐降低土（泥水）仓压力，当有承压水砂性土层加固效果不理想或盾构推力挤压与施工扰动破坏加固土体时，地下水压力作用下，水砂从刀盘前方和盾体与围岩、洞门的间隙涌出，发生地层沉降过大以及坍塌等危险情况，也会因此而危及地面建（构）物和地下管线等的安全。为了规避此类风险，根据地质、环境条件，宜选择盾构土中接收或钢套筒接收或箱体接收等方法，模拟盾构在原状土中的掘进工况，保持土（泥水）仓内压力平衡，以控制地层沉降，防止出现险情。（1）钢筋混凝土挡墙、箱体与钢套筒等设施的结构物应经专门设计计算，满足盾构自重、盾构掘进时的推力、扭矩、土（泥水）仓压力等受力要求。（2）为确保洞门挡土结构破除安全，应采取适当的地层加固措施。（3）破除洞门挡土结构前，应施做或安装好接收设施；箱体与钢套筒设施还应预留施工孔洞。363.土压平衡盾构施工关键技术（4）盾构到达前，应破除洞门挡土结构，清除盾构通过范围内的障碍物；之后立即进行填充：采用土中接收方法时，可对挡墙与洞门之间填充土砂和水，填充高度应能平衡土（泥水）仓压力；采用钢套筒或箱体接收方法时，可采用低标号砂浆对钢套筒或箱体进行填充，并封闭预留的施工孔洞。（5）盾构到达接收井后，应对洞门进行注浆封堵。（6）应在确认洞门密封可靠后方可进行填充物的清理和接收设施的拆除。盾构土中接收373.土压平衡盾构施工关键技术盾构钢套筒接收盾构箱体接收383.土压平衡盾构施工关键技术3.4盾构掘进模式（1）土压平衡盾构既适用于较高强度的岩石地层和软流塑地层施工，也可适用于软硬不均匀地层的施工，并能根据地层及环境条件需要采用适当的掘进模式掘进，确保开挖面稳定。掘进作业一般有土压平衡模式、开敞模式及半开敞模式三种模式。

应根据地层软硬情况、地下水状况、地表沉降控制要求等选择合适的掘进模式。

掘进模式由土压平衡模式向开敞模式的转换宜采用半敞开模式（局部气压模式）作为过渡模式，并在地质条件较好的地层中完成。采用半敞开模式（局部气压模式）掘进时，应做好气压管理，并采取措施防止漏气、喷涌。393.土压平衡盾构施工关键技术（2）当地层为软硬不均匀且复杂变化的复合地层时，应根据地层软硬情况、地下水状况、地表沉降要求等选择合适的掘进模式。当地层软弱、地下水丰富，且地表沉降要求高时，应采用土压平衡模式掘进；当地层较硬且稳定可采用开敞模式掘进；当地层软硬不均匀时，可采用半开敞模式或土压平衡模式掘进。（3）三种掘进模式在掘进中可以相互转换，在掘进模式转换过程中，特别是土压平衡模式和开敞模式相互转换时，采用半开敞模式来逐步过渡并在地层稳定性较好地层中完成掘进模式转换，有利于防止在模式转换中发生涌水、地层过大沉降或坍塌。（4）选择半开敞模式（局部气压模式）时应综合考虑隧道覆土厚度、地层状况、隧道直径等因素。应事先调查地层土的粒度组成、透水性和透气性、地下水状态等，掘进施工时应判断开挖面状态，测定并记录涌水量、空气消耗量、并与调查资料比较，反馈指导施工。对可能发生漏气、喷涌等现象应制定相应控制措施。403.土压平衡盾构施工关键技术3.5碴土改良技术

应根据地质条件，向开挖面或土仓内注入适当的添加剂进行渣土改良，保持土仓内渣土塑流状态，并降低对刀盘、刀具和螺旋输送机等的磨损。

可有选择地向开挖面或土仓内适当注入泥浆或水、泡沫剂、聚合物等添加材料，提高土仓内渣土的塑流性，防止开挖土砂在盾构内粘附等。发泡剂注入后碴土改良效果413.土压平衡盾构施工关键技术3.6盾构掘进与参数管理（1）盾构掘进过程中必须对成环管片与地层之间进行壁后注浆；掘进至一个管片环宽度时，应停止掘进，进行管片拼装。（2）根据隧道埋深、地质条件、线路平面与坡度、地表环境、施工监测结果、盾构姿态以及盾构初始掘进阶段的经验，选择盾构掘进模式，设定土仓压力、刀盘转速、推力、扭矩、螺旋输送机转速、排土量、盾构滚转角、俯仰角、偏角等掘进参数。

可从盾构掘进两环以上的状态测量资料分析出盾构掘进趋势，并通过地表变形量测数据判定预设的土仓压力的准确程度，从而调整施工参数，制定出当班盾构掘进指令。（3）掘进中应监测和记录盾构运转情况、掘进参数变化、排出渣土状况，并及时分析反馈，调整掘进参数，控制盾构姿态。423.土压平衡盾构施工关键技术（4）土压平衡盾构掘进作业流程准备工作→转动刀盘→启动次级运输系统（皮带机）→启动推进千斤顶→启动首级运输系统（螺旋机）→回填注浆→停止掘进→安装管片→准备下一环掘进土压平衡盾构掘进作业流程图433.土压平衡盾构施工关键技术（5）盾构掘进过程：

应通过盾构主监控室监视与监测设定的土压力、盾构推进速度与油压、刀盘转速与油压、螺旋机转速与油压、排土速度、盾构姿态，以及盾构分组推进油缸伸出长度等施工参数是否正常，发现异常应及时调整。

应保持盾构配套设备、抽排水与通风设备、运输设备、供电系统等正常运转。

应保持盾构密封。

应按设定的参数沿隧道轴线进行盾构掘进，并作好详细的施工记录（应包括：盾构推进油缸行程、掘进速度、推力、扭矩、土（泥水）仓压力、刀盘转速、螺旋输送机转速、排土量、盾构姿态、盾构内壁与管片间隙、壁后注浆压力和数量等施工参数。）重点对主要的施工管理指标（六大指标：土仓压力；推进速度；总推力；排土量；刀盘转速和扭矩；注浆压力和注浆量）加强掘进控制管理。443.土压平衡盾构施工关键技术（6）应使土仓内渣土具有适当塑流性并防止地下水流出，保持土压平衡盾构开挖面稳定所需土仓压力，维持与盾构推进量相平衡的排土量，对渣土塑流性、土仓压力、掘进参数和排土量等进行动态管理。（7）设定的土仓压力应能抵抗开挖面前方的水土压力，并应保持土仓压力。开挖面前方水土压力计算可采用主动土压力和静止土压力，一般：以控制地表沉降为目的时取上限，确保开挖面稳定但允许产生少量地表沉降时取下限。应通过施工监测数据反馈和掘进参数等分析，适当调整土仓压力设定值。土压平衡盾构开挖面稳定管理流程图453.土压平衡盾构施工关键技术（8）为在保持开挖面稳定的同时进行盾构掘进，应严格控制排土量，使实际排土量与理论掘进排土量相平衡，采取测量排出渣土体积和重量的方法来计量排土量，与理论排土量进行比较，判断排土量大小，并根据掘进状况进行调整和控制。

由于土体经开挖后单位体积容重会有一定的变化，另外，由于添加剂的种类、添加量或排土方式等因素影响，渣土容重也会发生变化，要准确地管理排土量比较困难。应根据土仓压力和排土量同时进行管理，防止地层沉降或开挖面失稳。（9）盾构掘进过程中遇到下列情况时，应及时处理：

盾构前方地层发生坍塌或遇有障碍。

盾构滚动角大于3°。

盾构轴线偏离隧道轴线大于50mm。

盾构推力与预计值相差较大。

管片严重开裂或严重错台。

壁后注浆系统发生故障无法注浆。

盾构掘进扭矩发生异常波动。463.土压平衡盾构施工关键技术（10）盾构暂停掘进时，应采取措施保持土（泥水）仓压力以稳定开挖面，防止水土流失和地层坍塌；盾构停止掘进时间较长时，应结合隧道地层、开挖面稳定性、隧道埋深、地表变形等条件和设备特点，采取针对性的技术措施。

当盾构因故临时停止掘进且时间较短时，可采取向土仓内注入泡沫或泥浆等措施保持土仓压力。当盾构因故较长时间停止掘进时：在停止掘进前应做好停机准备工作。停止掘进前的最后一环掘进完后土仓压力比设定压力值略大。采取向土仓内注入泡沫或泥浆等措施保持土仓压力。停止掘进后应加大盾尾油脂注入量，保护盾尾密封。停止掘进后向盾体周围注入泥浆，预防盾体被包裹，并可减少盾构恢复掘进时的摩擦阻力。采取措施保护盾构上的壁后注浆、泡沫和泥浆等注入管路。可定时做小距离不出土推进，防止盾尾被壁后注浆浆液包裹。

473.土压平衡盾构施工关键技术（11）对脱出盾尾后的管片上浮应采取针对性措施，防止隧道轴线偏差过大和管片损伤。管片脱出盾尾后，在未及时凝固的壁后注浆浆液和地下水的浮力或盾构推进油缸反力向上分力的作用下可能使管片上浮，造成隧道线形偏差较大，也会由于剪切力作用使管片损伤，应采取措施防止管片上浮：可采用快凝浆液进行壁后注浆，尽快封闭管片与地层的间隙。应控制盾构姿态和正确地选择管片类型，减小盾构推进油缸反力向上分力。必要时，使盾构在设计轴线下方掘进，预留管片上浮量。

483.土压平衡盾构施工关键技术3.7土仓压力设定与控制3.7.1主要问题

（1）设定合适的土仓压力确保开挖面的稳定，关系到盾构施工效率和工程环境安全。

开挖面地层稳定性较好时，土仓压力过大时会引起刀盘扭矩和推力增大、推进速度下降，存在盾构掘进效率降低、设备能耗和损耗加大等问题；

开挖面地层稳定性较差时，土仓压力不足则会发生开挖面的涌水或坍塌，造成地层水土流失过多，导致地层沉降难以控制等问题。

（2）实际工程实践中土仓压力设定采用经验数据的现象较多，往往会出现土仓压力设定时或大或小的偏差，不利于施工控制。

掌握土仓压力设定和控制方法，对盾构施工具有一定的指导意义。493.土压平衡盾构施工关键技术3.7.2土压力

（1）由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。（2）墙体位移条件是影响土压力的最主要的因素。（3）墙体位移的方向和相对位移量决定所产生的土压力性质和土压力大小。

(a)静止土压力(b)主动土压力(c)被动土压力（Earthpressureatrest)（Activeearthpressure)（Passiveearthpressure)

503.土压平衡盾构施工关键技术（4）土压力的类型取决于：墙体是否发生位移以及位移的方向；墙后土体所处的应力状态。土压力分静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类型。（5）挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数，而是随位移量的变化而变化。Pa＜P0

＜＜Pp513.土压平衡盾构施工关键技术

开挖面前方土压力理论计算

开挖面前方土体容重γ，粘聚力c，有效内摩擦角φ，静止土压力系数为K0。

静止土压力时，p土=K0(q+γh)

则：p土1=K0qp土2=K0(q+γD)

主动土压力时，p土=(q+γh)tg2(45°-φ/2)-2ctg(45°-φ/2)

则：p土1=qtg2(45°-φ/2)-2ctg(45°-φ/2)p土2=(q+γD)tg2(45°-φ/2)-2ctg(45°-φ/2)

被动土压力时，p土=(q+γh)tg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2)

则：p土1=qtg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2)p土2=(q+γD)tg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2)523.土压平衡盾构施工关键技术3.8壁后注浆壁后注浆（同步注浆和二次注浆）是防止地层下降并使作用于隧道的土压力得以均布，注浆回填到管片背面，形成一定厚度的充填层，防止隧道承受偏压及接缝张开。充填层本身起防水层作用。二次注浆注浆孔盾尾孔隙盾尾壁后注浆管注浆管同步注浆533.土压平衡盾构施工关键技术3.8.1同步注浆（1）浆液：一般为水泥砂浆，由水泥、粉煤灰、砂、膨润土、水和外加剂等组成，浆液应具备的性能：良好的长期稳定性及流动性，并能保证适当的初凝时间，以适应盾构施工及远距离输送的要求；良好的充填性能；在满足浆液施工的前提下，尽可能早地获得高于地层的早期强度；浆液在地下水环境中，不易产生倾析现象；浆液固结后体积收缩小，泌水率小；原材料来源丰富、经济，施工管理方便，并能满足施工自动化技术要求等。543.土压平衡盾构施工关键技术（2）注浆量：盾构机注浆量按冲程计，浆液泵每注一次为一冲程。注浆量的确定以盾尾间隙量为基础，结合地层、线路适当考虑注浆系数，以达到充填密实。注浆系数主要由土质系数、超挖系数决定。（3）注浆压力：注浆压力最佳值应在综合考虑地质条件、管片强度、设备性能、浆液特性和土仓压力的基础上确定，要求理论注浆压力（压入口处）应略大于地层土压和水压之和，以达到对环向空隙有效充填而非劈裂注浆，以免扰动管片周围的原状土而引起地面甚至隧道的沉降或造成跑浆现象。（4）同步注浆结束标准（双控标准）：注浆压力达到设计压力；注浆量达到理论注浆量的90%以上。553.土压平衡盾构施工关键技术3.8.2二次注浆（1）二次注浆材料可根据地质地层、隧道埋深及地下水情况选择，一般为水泥浆液或者水玻璃水泥浆液。

水泥浆液（单液浆）：宜用42.5级以上的硅酸盐水泥。水灰比根据漏水、沉降情况而定，一般采用1.5:1、1:1、0.75:1、0.5:1等几种。灌注过程中，应经常搅拌，为提高浆液的早期强度，可掺入各种早强剂或其他外掺剂。

双液浆（水玻璃水泥浆液）：水玻璃水泥浆液水玻璃易使用模数2.4~2.8，浓度35~4°Be左右，与水泥配合比为1:1.15、1:1.5等。（2）注浆压力一般视地质情况和覆土深度而定，压力一般控制在0.15~0.25Mpa，避免对土体产生大的扰动。563.土压平衡盾构施工关键技术3.9盾构隧道防水（1）管片结构自防水管片的生产主抓三个方面：砼密实度、抗裂性能和制作精度。（2）管片接缝防水弹性密封垫：弹性密封垫贴紧贴牢；防止弹性密封垫脱落；弹性密封垫表面的杂物清理干净。传力衬垫（3）嵌缝防水（4）螺栓孔防水（5）注浆孔防水（6）接口防水57开挖出土管片安装土料运输同步注浆过程一过程二完成开始两个过程三个工序

过程一中开挖与同步注浆同时完成，过程二中管片安装的同时进行土料运输。过程一完成后开始进行过程二，即在掘进完成后开始管片拼装，依此循环。4.施工组织与管理要点施工工序与施工过程58施工组织关键在于确保每个工序、每个过程的各个环节的正常施工。“三个工序”

开挖出土→地质、盾构机选型与配置、掘进模式和掘进参数、碴土改良、出土量和碴土车容积、垂直提升设备和能力等。

同步注浆→设备、浆液材料和配合比、注浆量、注浆压力、浆液搅拌站等。

管片拼装→隧道设计、管片生产、运输、防水、选型、拼装等。“两个过程”

开挖出土与运土能力、同步注浆与浆液配置的匹配→列车编组及浆液搅拌站

管片拼装与土方材料运输时间的合理安排→列车编组、编组列车调度及运输系统。4.施工组织与管理要点594.2.1施工场地规划原则在满足各种边界条件的基础上进行场地规划。应满足盾构隧道施工需要，土料运输与堆放是场地布置的核心。根据各阶段的施工要求，施工场地分阶段动态布置。办公、生活区在场地满足施工生产需要的基础上集中布置。供水、供电、排污系统必须根据施工生产需要和场地特点布置。考虑文明施工和环境保护。4.2.2施工场地布置的主要内容沿场地四周设边界设施（围墙、大门等）。生产用房、临时设施（垂直提升设备、集土槽、浆液搅拌站等）及材料等堆放场地（管片、钢轨、盾构辅料等）、加工场地等。生活、办公区。临时供电、供水、排污系统。施工便道。4.施工组织与管理要点4.2施工场地规划布置604.施工组织与管理要点614.3.1运输方式洞内水平运输采用有轨运输，电瓶车牵引编组列车；洞内出土还可采用皮带机运输、管道运输等方式。垂直运输采用龙门吊等提升设备。4.施工组织与管理要点4.3土方与物料运输组织624.3.2编组列车一环掘进出土进料一列编组列车完成或由两列编组列车完成。4.施工组织与管理要点1—电瓶车(45t)；2—碴土车(17m3/节，1.5m宽，5个)；3—浆液车(6m3)；4—管片车(一环两个)634.3.3编组列车轨道线路布置始发和初始掘进阶段在临时出土口出土进料，列车编组短，运能低，对掘进速度影响大，轨道主要以单线、道岔线等线路布置。

正常掘进阶段在盾构工作井处出土进料，列车编组可加长、可采用多个编组列车调度，运能可大大提高，轨道以洞内单线、洞口设道岔会让等线路布置形式。

长距离掘进时在中部适当位置设置会让线。

轨道的线路布置应与运输列车的编组运行相匹配，而列车的编组运行以土料运输合理组织为前提。

编组列车的配置、轨道布置、运输各个环节（洞内走行、垂直提升、装卸土料等）的作业时间等方面应匹配，这也是施工进度控制的一个核心问题。4.施工组织与管理要点644.施工组织与管理要点65隧道内布置“三管、三线、一走道”。

三管：φ150的冷却水管、φ150的排污管和φ1000通风管。

三线：10KV高压电缆、380/220V动力照明线和有轨运输轨线。

一走道：走道板4.施工组织与管理要点4.4通风、供电与供排水系统664.施工组织与管理要点674.施工组织与管理要点4.5盾构始发准备工作684.施工组织与管理要点694.施工组织与管理要点704.施工组织与管理要点714.施工组织与管理要点72项目部下设盾构作业层，实行专业化管理。

盾构作业队27~30人/班/台。4.施工组织与管理要点4.6施工管理机构人员结构人员设置（人）备注一、盾构队管理人员41、队长12、盾构机操作司机13、土建工程师14、机电工程师1二、盾构队作业人员231、电工12、机修工33