盾构施工技术总结.doc

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1、目录第一章 盾构施工概况1。1 盾构法基本概念11.2 盾构法的主要优点和存在的不足21。2.1 盾构法的主要优点21.2.2 盾构法存在的不足21.3 盾构的分类及适用条件2第二章 盾构机地质适应性的确定2.1 盾构的选型的原则与依据122.1。1 盾构的选型的原则122.1.2 盾构的选型的依据122.2 盾构选型的主要方法132.2.1 根据底层的渗透系数进行选型132.2。2 根据地层的颗粒级配进行选型142。2.3 根据地下水压进行选型152。2.3 盾构选型时必须考虑的特殊因素152.3 盾构选型的确定15第三章 盾构掘进参数的设定3。1 盾构掘进土压的确定173.2 刀盘扭矩计算

2、17第四章 刀具配置与地质的适应性4.1 刀具的分类184.2 不同地质条件下刀具的选择194。2。1 切削刀194。2。2 先行刀194.2.3 贝型刀204.2。4中心刀（鱼尾刀、双刃或三刃滚刀 、锥形刀 、中心羊角刀）204.2.5仿形刀（或超挖刀）214.2。6 滚刀224.2.7 齿刀234.3 刀具布置与配置234。3。1 刀具的布置234。3.2 刀具配置方式234.3.3 刀具配置的其他注意事项24第五章 盾构机始发与接收5。1 盾构始发的工艺流程265.2 盾构始发的施工技术265。2。1 始发洞门的地层处理和降水265.2。2 反力架安装与受力验算275。2。3 始发基座安

3、装与受力验算305。2.4 始发洞门凿除335。2.5 洞口密封止水装置345.2.6 盾构的始发355.3反力架、负环管片及基座的拆除425。3。1拆除流程425.3.2拆除方法425.3.3停机时注意问题435.4 盾构始发常见问题的预防或处理435。4.1加固效果不好435.4。2开洞门时失稳435.4。3始发后盾构机“叩头”435.4。4密封效果不好445。4.5盾尾失圆445。4。6支撑系统失稳445。4。7地面沉降较大445.5 盾构接收的工艺流程445。6 盾构接收的施工技术455。6.1盾构接收前准备工作455。6.2 接收洞门钢环复测455.6.3 接收段掘进控制465.6。

4、4 同步注浆及二次注浆475.6.5 管片拼装及加固485.6.6 托架安装及洞门凿除485。6。7 洞门防水装置的安装495.7 盾构接收常见问题的预防或处理495。7。1盾构机出洞前无法降压处理495。7。2破洞门过程中出现渗漏处理495.7.3洞门圈漏水涌泥处理49第六章 渣土改良6。1 盾构机具有的渣土改良设备506.2 不同地层渣土改良剂的选择506。3 渣土改良试验516.3 施工中遇到的问题及处理措施52第七章 同步注浆7.1 同步注浆目的及原理547.2 同步注浆工艺流程547.3 注浆设备557.4 注浆材料和配合比的选择557.4。1 注浆材料应具备的基本性能557.4。2

5、 注浆材料567。4.3 浆液主要物理力学指标567。4。4 浆液配合比567.5 同步注浆主要技术参数的确定567。5。1 注浆量的计算577。5.2 注浆压力的确定577。5。3 注浆量和注浆压力的控制577。6 注浆质量控制587。6.1 浆液搅拌587.6。2 浆液运输及注入587。7 同步注浆质量保证措施58第八章 开仓换刀8.1 开仓位置选择608.2 地面加固施工措施618.2。1 下行线开仓地面加固施工措施618.2。2 上行线开仓地面加固施工措施648。3 带压开仓施工流程658.3.1压力设定658.4 作业前的准备工作668.4。1 人员的安排668.5.2 工期安排66

6、8.5.3 机电系统准备668.4.4 土工系统的准备678.5.5 盾构到达预定换刀位置678.5带压作业过程688.5.1进仓前压力试验688。5.2带压进仓688。5.3土仓作业698.6 恢复正常掘进69盾构施工技术总结第一章 盾构施工概况1.1 盾构法基本概念盾构法是在地面下暗挖隧道的一种施工方法.构成盾构法施工的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁开孔处出发，在地层中沿着设计轴线,向另一竖井或基坑的设计孔洞推进.盾构推进中所受到的地层阻力,通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制隧道衬砌结构,再传到竖井或基坑的后靠壁上，盾构是这种施工

7、方法中最主要的独特的施工机具。它是一个能支承地层压力而又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊形状的钢筒结构，在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内面安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体,在盾尾内可以拼装一至二环预制的隧道衬砌环.盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向紧靠盾尾后面的开挖坑道周边与衬砌环外周之间的空隙中压注足够的浆体,以防止隧道及地面下沉。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。盾构法施工的概貌如图1-1所示。图1-1盾构施工概貌1盾构；2盾构千斤顶;3盾构正面网格；4出土转盘；5出土皮带运输机；6管片拼装机；7管片

8、；8压浆泵；9压浆孔；10出土机；11由管片组成的隧道衬砌结构；12在盾尾空隙的压浆；13后盾管片；14竖井.使用盾构法，往往需要根据穿越土层的工程地质水文地质特点辅以其他施工技术措施。主要有：1 疏干掘进土层中地下水的措施；2 稳定地层、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；3 隧道衬砌的防水堵漏技术；4 配合施工的监测技术;5 气压施工中的劳动防护措施；6 开挖土方的运输及处理方法等。盾构法是一种安全而有效的施工法，但不是万能施工法.为此有必要充分掌握盾构施工法的特点。1。2 盾构法的主要优点和存在的不足1.2。1 盾构法的主要优点1 除竖井施工外,施工作业均在地下进行，噪音、振动引起的公害小

9、，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪音和振动影响。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，劳动强度低,生产效率高。3 土方量外运较少.4 穿越河道时不影响航运。5 施工不受风雨等气候条件影响。6 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。在土质差水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较好的技术经济优越性。7 当隧道穿过河底或其他建筑物时，不影响施工.8 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、进度上越有利。1.2.2 盾构法存在的不足1 当隧道曲线半径过小时，施工较

10、为困难。2 在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，开挖面稳定甚为困难，甚至不能施工，而在水下时，如覆土太浅则盾构法施工不够安全，要确保一定厚度的覆土。3 竖井中长期有噪声和振动,要有解决的措施。4 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。5 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，目前还不能完全防止以盾构正上方为中心土层的地表沉降。6 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性的技术要求较高.7 用气压施工时，在周围有发生缺氧和枯井的危险，必须采取相应的办

11、法。1。3 盾构的分类及适用条件盾构的的形式可以从各个方面进行分类.按手工和机械划分为:手掘式，半机械式,机械式三大类.以工作面挡土方式划分：敞开式,密闭式。以气压和泥水加压方式划分:气压式，泥水加压式,土压平衡式，加水式，高浓度泥水加压式,加泥式.1手掘式盾构.手掘式盾构是盾构的基本形式，世界上仍有工程采用手掘式盾构,如图12所示。按不同的地质条件，开挖面可全部敞开人工开挖;也可用全部或部分的正面支撑,根据开挖面土体自立性适当分层开挖，随挖土随支撑.开挖士方量为全部隧道排土量。这种盾构便于观察地层和清除障碍，易于纠偏,简易价廉，但劳动强度大，效率低，如遇正面坍方，易危及人身及工程安全。在含水

12、地层中需辅以降水、气压或土壤加固. 这种盾构由上而下进行开挖，开挖时按顺序调换正面支撑千斤顶,开挖出来的土从下半部用皮带运输机装入出土车，采用这种盾构的基本条件是：开挖面至少要在挖掘阶段无坍塌现象,因为挖掘地层时盾构前方是敞开的。 手掘式盾构的适用地层：手掘式盾构有各种各样的开挖面支撑方法，从砂性土到粘性土地层均能适用，因此较适应于复杂的地层，迄今为止施工实例也最多，该形式的盾构在开挖面出现障碍物时，由于正面是敞开的，所以也较易排除。由于这种盾构造价低廉，发生故障也少，因此是最为经济的盾构。在开挖面自立性差的地层中施工时，它可与气压、降水、化学注浆等稳定地层的辅助施工法同时使用.图1-2 手掘

13、式盾构2挤压式盾构。当敞开式盾构在地质条件很差的粉砂土质地层、粘土层中施工时,土就会从开挖面流入盾构、引起开挖面坍塌，因而不能继续开挖，这时应在盾构的前面设置胸板来密闭前方，同时在脚板上开出土用的小孔，这种形式的盾构就叫挤压式盾构（见图1-3)。盾构在挤压推进时，土体就会从出土孔如同膏状物从管口挤出那样，挤入盾构.根据推进速度来确定开口率。当开口率过大时，出土量增加,会引起周围地层的沉降;反之，就会增大盾构的切入阻力，使地面隆起。采用挤压盾构时，对一定的地质条件设置一定的开口率、控制出土量是非常重要的。挤压盾构是将手掘式盾构胸板封闭，以挡住正面土体。这种盾构分为全挤压式或局部挤压式两种，它适用

14、于软弱粘性土层。盾构全挤压向前推进时，封闭全部胸板，不需出土，但要引起相当大的地表变形。当采用局部挤压式盾构,要部分打开胸板，将需要排出的土体从开口处挤入盾构内,然后装车外运，这种盾构施工，地表变形也较大。挤压式盾构适用地层:挤压式盾构的适用范围取决于地层的物理力学性能.它是按含砂率内聚力、液性指数内聚力的关系来确定其适用范围。根据施工经验,内聚力即使超出该范围，在含砂率小的地层中也可能适用。根据迄今为止的施工经验，当土体含砂率在20%以下、液性指数在60以上、内聚力在0.5kg/cm2以下时，盾构的开口率一般为20.8，在极软弱的地层中，开口率也有小到的0。3。在挤压式盾构的施工区间内如遇有

15、为了建筑物或地层加固而进行过化学注浆的地基时,将会影响挤压盾构的推进，因此应预先考虑到把盾构胸板做成可拆卸的形式。图13 挤压盾构 3网格式盾构，在上海软土层中常常被采用。它具有的特点是，进土量接近或等于全部隧道其出土量，且往往带有局部挤压性质，盾构正面装钢板网格，在推进中可以切土，而在停止推进时可起稳定开挖面的作用。切入的土体可用转盘、皮带运输机、矿车或水力机械运出，如图1-4所示。这种盾构法如在土质较适当的地层中精心施工，地表沉降可控制到中等或较小的程度。在含水地层中施工,需要辅以疏干地层的措施。图1-4 网格式盾构1盾构千斤顶（推进盾构用）;2开挖面支撑千斤顶；3举重臂（拼装装配式钢筋混

16、凝土衬砌用）；4堆土平台（盾构下部土块由转盘提升后落入堆土平台）；5刮板运输机,土块由堆土平台进入后输出;6装配式钢筋混凝土衬砌;7盾构钢壳；8开挖面钢网格；9转盘；10装土车。4半机械式盾构。半机械式盾构是如图1-5所示.半机械式盾构是介于手掘式和机械式盾构之间的一种形式，它更接近于手掘式盾构。它是在敞开式盾构的基础上安装机械挖土和出土装置，以代替人工劳动，因而具有省力而高效等特点。 机械挖土装置前后、左右、上下均能活动.它有铲斗式、切削头式和两者兼有等三种形式。它的顶部与手掘式盾构相同,装有活动前檐、正面支撑千斤顶等。 盾构的机械装备有如下形式： 盾构工作面下半部分装有铲斗、切割头等。 盾

17、构工作面上半部分装有铲斗、下半部分装有切割头。 盾构中心装有切割头。 盾构中心装有铲斗. 形式：盾构工作面上半部装有正面支撑千斤顶和作业平台，上半部工作面由人工挖掘,挖掘的土、砂落到下半部分,下半部分由铲斗和装载机进行挖掘和出土。 形式：盾构的上半部工作面由铲斗或者装载机挖掘，下半部工作面由切割头或铲斗进行挖掘和出土。 形式：由切割头进行挖掘和出土。 形式：由铲斗式挖掘机进行挖掘和出土。 半机械盾构的适用地层：半机械式盾构比手掘式盾构更适用于良好地层。形式适用于开挖面需作支撑的地层,形式适用于能自立的地层.形式大多适用于亚粘土与砂砾的夹层。形式大多适用于固结粘上层、硬质砂土层。形式大多适用于粘

18、土和砂砾混合层.图15 半机械式盾构5开胸机械切削盾构。当地层能够自立，或采用辅助措施后能够自立时，在盾构的切口部分，安装与盾构直径相适应的大刀盘，以进行全断面开胸机械切削开挖,如图16所示。机械式盾构是一种采用紧贴着开挖面的旋转刀盘进行全断面开挖的盾构。它具有可连续不断地挖掘土层的功能。能一边出土、一边推进，连续不断地进行作业。 机械式盾构的切削机构采用最多的是大刀盘形式，它有单轴式、双重转动式、多轴式数种，其中单轴式使用得最为广泛。多根辐条状槽口的切削头绕中心轴转动,由刀头切削下来的土从槽口进入设在外圈的转盘中,再由转盘提升到漏土斗中,然后由传送带把土送入出土车。 机械式盾构的优点除了能改

19、善作业环境、省力外，还能显著提高推进速度，缩短工期.问题是盾构的造价高，为了提高工作效率而带来的后续设备多，基地面积大等。因此若隧道长度短时，就不够经济。与手掘式盾构相比,在曲率半径小的情况下施工以及盾构纠偏都比较困难。 机械式盾构适用地层：机械式盾构可在极易坍塌的地层中施工，因为盾构的大刀盘本身就有防止开挖面坍塌的作用。但是，在粘性土地层中施工时，切削下来的土易粘附在转盘内，压密后会造成出土困难。因此机械式盾构大多适用于地质变化少的砂性土地层。图16 开胸式机械切削式盾构7 局部气压盾构。在机械盾构的支承环前边装上隔板，使切口与此隔板之间形成一个密封舱。在密封舱内充满压缩空气，达到稳定开挖面

20、土体的作用。这样隧道施工人员就不处在气压内工作.在适当地质条件下，对比全气压盾构,无疑有较大优越性。但这种盾构在密封舱、盾尾及管片接缝处易产生漏气问题，如图17所示。图1-7 局部气压式盾构7泥水加压式盾构。泥水加压式盾构是在盾构正面与支承环前面装置隔板的密封舱中,注入适当压力的泥浆来支撑开挖面，并以安装在正面的大刀盘切削土体,进土与泥水混合后，用排泥泵及管道输送至地面处理（见图18）图1-8 泥水加压式盾构(a)德国式 (b)日本式 具体地讲，泥水加压盾构就是在机械式盾构大刀盘的后方设置一道隔板，隔板与大刀盘之间作为泥水室,在开挖面和泥水室中充满加压的泥水，通过加压作用和压力保持机构，保证开

21、挖面土体的稳定。盾构推进时开挖下来的土就进入泥水室.由搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用流体输送法送出地面,把送出的泥水进行水土分离,然后再把分离后的泥水送入泥水室，不断地循环泥水加压盾构在其内部不能直接观察到开挖面，因此要求盾构从推进、排泥到泥水处理全部按系统化作业。通过泥水压力、泥水流量、泥水浓度等的测定，算出开挖土量，全部作业过程均由中央控制台综合管理.泥水加压盾构是利用了泥水的特性对开挖面起稳定作用的,泥水同时具有下列三个作用。（1） 泥水的压力和开挖面水土压力的平衡.（2） 泥水作用到地层上后，形成一层不透水的泥膜，使泥水产生有效的压力。（3） 加压泥水可渗透到地层的某一区域,使

22、得该区域内的开挖面稳定。 就泥水的特性而言，浓度和密度越高,开挖面的稳定性越好，而浓度和密度越低泥水输送时效率越高，因此考虑了以上条件，目前被广泛作为泥水管理标准的数值如下： （1）容重：1。051.25（g/cm3）粘土、膨润土等。 （2）粘度：2040(s)，漏斗粘度500/500ml。 （3)脱水量:Q200ml，（APL过滤试验3kgcm2,30min）。 泥水加压盾构有日本体系及德国体系，如图8所示。两者区别是：德国式的密封舱中设置了起缓冲作用的气压舱，以便于人工控制正面泥浆压力，构造较简单；而日本式密封舱中全是泥水，要有一套自动控制泥水平衡的装置。一般地说,泥水盾构对地层扰动最小，

23、地面沉降也最小,但费用最高. 泥水盾构适用地层:泥水加压盾构最初是在冲积粘土和洪积砂土交错出现的特殊地层中使用，由于泥水对开挖面的作用明显，因此软弱的淤泥质土层、松动的砂土层、砂砾层、卵石砂砾层、砂砾和坚硬土的互层等均运用。泥水加压盾构对地层的适用范围之广。但是在松动的卵石层和坚硬土层中采用泥水加压盾构施工,会产生逸水现象,因此在泥水中应加入一些胶合剂来堵塞漏缝。在非常松散的卵石层中开挖时，也有可能失败。还有在坚硬的土层中开挖时，不仅土的微粒会使泥水质量降低,而且粘土还常会粘附在刀盘和槽口上，给开挖带来困难，因此应该予以注意. 泥水加压盾构的适用性： （1）细粒土（粒径0.074mm 以下）含

24、有率在粒径累积曲线的10%以上。 （2）砾石（粒径2mm以上）含有率在粒径加积曲线的60以上。 （3）自然含水量18%以上。 （4)无20030Omm的粗砾石。(5）渗透系数K102cm/s。 8土压平衡式盾构。土压盾构又称削土密闭式或泥土加压式盾构。它的前端有一个全断面切削刀盘，切削刀盘的后面有一个贮留切削土体的密封舱，在密封舱中心线下部装置长筒形螺旋输送机,输送机一头设有出入口，如图1-9所示。所谓土压平衡就是密封舱中切削下来的土体和泥水充满密封舱,并可具有适当压力与开挖面土压平衡，以减少对土体的扰动，控制地表沉降。这种盾构可节省泥水盾构中所必须的泥水平衡及泥水处理装置的大量费用,主要适用

25、于粘性土或有一定粘性的粉砂土。现已有加水或加泥水的新型土压平衡盾构,可适用于多种土层.图19 土压平衡式盾构土压平衡式盾构的基本原理，由刀盘切削土层，切削后的泥土进入土腔（工作室）,土腔内的泥土与开挖面压力取得平衡的同时由土腔内的螺旋输送机出土，装于排土口的排土装置在出土量与推进量取得平衡的状态下,进行连续出土。土压平衡式盾构的产品名称是各不相同的，即使是相类似的盾构，其名称也因开挖面稳定的方法和各公司对排土机构开发过程的不同而各异。在使开挖面稳定条件不同的盾构中，把这种从土腔内用螺旋输送机出土的盾构与泥水加压盾构相区别.土压平衡式盾构又分为：削土加压式，土压平衡加水式，高浓度泥水加压式，加泥

26、式等4类。开挖工作面稳定机构：土压平衡式盾构的开挖面稳定机构，按地质条件可以分成二种型式，一种是适用于内摩擦角小且易流动的淤泥、粘土等等的粘质土层；另一种是适用于土的内摩擦角大、不易流动、透水性大的砂、砂砾等等的砂质士层。（1）粘性土层中的开挖面稳定机构 在粉质粘土、粉砂、粉细砂等的粘性土层中，开挖面稳定机构的排土方式是：由刀盘切削后的泥土先进入土腔内，在土腔内的土压与开挖面的土压(在粘性土中，开挖面土压与水压的混合、压力作用）达到平衡的同时，由螺旋输送机把开挖的泥土送往后部，再从出土闸门口出土。这种机构首先是由挖掘的泥土充满土腔，在软弱的粘性土地层中,由刀盘切削后的泥土强度一般都比原状土的强

27、度低，因而易流动。即使是在内聚力很高的土层中，也由于刀盘的搅拌作用和螺旋输送机的搬运作用搅乱了土体，使土的流动性增大，因此充满在土腔内和螺旋输运机内泥土的土压、可与开挖面的土压达到相等。当然这种充满在土腔和输送机内泥土的土压必须在与开挖面土压相等的情况下由螺旋输送机排土，挖掘量与排土量要保持平衡。但是，当地层的含砂量超过某一限度时，由刀盘切削的土流动性变差，而且当土腔内泥土过于充满并固给时,泥土就会压密，难以挖掘和排土，迫使推进停止。在这种情况下，一般采用的方法是:向土腔内添加膨润土、粘土等进行搅拌,或者喷入水和空气，用以增加土腔内土的流动性。(2）砂质土层中开挖面的稳定机构在砂、砂砾的砂质土

28、地层中，土的摩擦阻力大，地下水丰富，透水系数也高,因此，依靠挖掘土的土压和排土机构与开挖面的压力（地下水压和土压）达到平衡就很困难。而且由刀盘切削的土体流动性也不能保证，对于这样的土层仅采用排土机构的机械控制使开挖面稳定是很困难的。因此要用水、膨润土、粘土、高浓度泥水、泥浆材料等等的混合料向开挖面加压灌注，并不断地进行搅拌，改变挖掘土的成分比例，以此保证土的流动性和止水性，使开挖面稳定。开挖面的稳定机构可分为以下几种方式：切削土加压搅拌方式：在土腔内喷入水、空气、或者添加混合材料，来保证土腔内的土砂流动性.在螺旋输送机的排土口装有可止水的旋转式送料器（转动阀或旋转式漏斗），送料器的隔离作用能使

29、开挖面稳定。 加水方式：向开挖面加入压力水，保证挖掘土的流动性，同时让压力水与地下水压相平衡。开挖面的土压由土腔内的混合土体的压力与其平衡，为了能确保压力水的作用,在螺旋输送机的后部装有排土调整槽，控制调整槽的开度使开挖面稳定. 高浓度泥水加压方式：向开挖面加入高浓度泥水，通过泥水和挖掘土的搅拌，以保证挖掘土体的流动性，开挖面土压和水压由高浓度泥水的压力来平衡。在螺旋输送机的排土口装有旋转式送料器，送料器的隔离作用使开挖面稳定。 加泥式：向开挖面注入粘土类材料和泥浆，由辐条形的刀盘和搅拌机构混合搅拌挖掘的土，使挖掘的土具有止水性和流动性。由这种改性土的土压与开挖面的土压、水压达到平衡,使开挖工

30、作面得到稳定。 土压平衡盾构较适应于在软弱的冲积土层中推进，但在砾石层中或砂土层推进时，加进适当的泥土后,也能发挥土压平衡盾构的特点.因此1983年后，一般认为土压平衡盾构的适应性是强的,土压平衡盾构施工后的地表沉降量可控制在30mm以内.但其要求施工人员具有相当丰富的施工经验，能根据地层和施工条件的变化采用一系列的施工管理方法。 土压平衡盾构(含加泥式盾构)适用性：（1） 细粒(粒径0074mm以下）含有率在粒径加积曲线的7以上。（2） 砾石（粒径2mm以上）含有率在粒径加积曲线的70%以下。（3） 粘性土（粘土、粉砂土含有率4以上）的N值在15以下。（4） 自然含水量,砂：18%以上,粘性

31、土：25以上。（5） 渗透系数K5102cm/s。 泥水加压盾构和土压平衡盾构是当前最先进的盾构形式，它们有自己的特点,但是，它们不能完全取代其它类型的盾构形式，其理由之一就是它们的造价一般都高于其它类型的盾构。 当某施工范围内的土层为软土,并且地质情况变化不大，地表控制沉降的要求不高时，可采用挤压盾构。当施工沿线有可能出现障碍物时，也有采用开胸手掘式盾构的（手掘、机械兼用等)。第二章 盾构机地质适应性的确定2.1 盾构的选型的原则与依据2。1.1 盾构的选型的原则盾构选型是盾构法隧道能否安全、环保、优质、经济、快速建成的关键工作之一，盾构选型应从安全适应性、技术先进性、经济性等方面综合考虑，

32、所选择的盾构形式要能尽量减少辅助施工法并确保开挖面稳定和适应围岩条件，同时还要综合考虑一下因素：1）可以合理使用的辅助施工法，如降水法、气压法、冻结法和注浆法等；2）满足本工程隧道施工长度和线形的要求；3)后配套设备、始发设施等能与盾构的开挖能力配套；4）盾构的工作环境。盾构选型时主要遵循一下原则:1)应对工程地质、水文地质有较强的适应性，首先要满足施工安全的要求；2）安全适应性、技术先进性与经济性相统一，在安全可靠的情况下，考虑技术先进性与经济合理性；3)满足隧道外径、长度、埋深、施工场地、周围环境等条件；4）满足安全、质量、工期、造价及环保要求；5）后配套设备的能力与主机配套,满足生产能力

33、与主机掘进速度相匹配,同时具有施工安全、结构简单、布置合理和易于维护保养的特点；6)盾构制造商的知名度、业绩、信誉和技术服务.盾构选型时，应根据以上原则，对盾构的形式和主要技术参数进行研究分析,以确保盾构法施工的安全和可靠，选择最佳的盾构施工方法和最适宜的盾构。盾构选型是盾构法施工的关键环节，直接影响盾构隧道的施工安全、施工质量、施工工艺及施工成本，为保证工程的顺利完成，对盾构的选型工作应非常慎重。 2.1。2 盾构的选型的依据一般地讲,采用盾构施工的地层大都是复杂多变的，目前还没有一种万能的盾构适合于各种地质条件。实际上，在选定盾构时，不仅要考虑到地质条件，还要考虑到盾构的外径、隧道的长度、

34、工程的施工程序、劳动力情况等,而且还要综合研究工程的施工环境、基地面积、施工引起对环境的影响程度等.选择盾构的种类一般要求掌握不同盾构的特征,同时还要逐个研究如下几个项目：1）工程地质、水文地质条件：颗粒分析及粒度分布，单轴抗压强度，含水率，砾石直径，液限和塑限，N值，粘聚力c，内摩擦角，土粒子相对密度,孔隙率和孔隙比，地层反力系数，压密特性,弹性波速度，孔隙水压，渗透系数,地下水位（最高、最低、平均)，地下水的流速、流向，河床变迁情况等; 2)隧道长度、隧道平纵断面及横断面形状和尺寸等设计参数；3）周围环境条件:地上及地下建构筑物分布，地下管线埋深及分布，沿线河流、湖泊、海洋的分布，沿线交通

35、情况、施工场地条件，气候条件，水电供应情况等；4）隧道施工工程筹划及节点工期要求;5）宜用的辅助工法；6）技术经济比较。 盾构的选型一定要综合考虑各种因素，不仅是技术方面的，而且还有经济和社会方面的因素，才能最后确定采用何种盾构施工。2。2 盾构选型的主要方法2。2。1 根据底层的渗透系数进行选型地层渗透系数对于盾构的选型是一个很重要的因素。通常当地层的渗透系数小于 107m/s时,可以选用土压平衡盾构；当地层的渗透系数在 107104m/s之间时，即可以选用土压平衡盾构也可以选用泥水式盾构；当地层的渗水系数大于104m/s时，宜选用泥水盾构。根据地层渗透系数与盾构类型的关系,若地层以各种级配

36、富水的沙层、沙砾层为主时,宜选用泥水盾构；其他地层宜选用土压平衡盾构，如图2-1所示。图21 地下透水性对盾构机选型的影响2。2.2 根据地层的颗粒级配进行选型土压平衡盾构主要是用于粉土、粉质粘土、淤泥质粉土、粉砂层等粘稠土壤的施工，在粘性土层中掘进时，由刀盘切削下来的土体进入土仓后由螺旋机输出，在螺旋机内形成压力梯降,保持土仓压力稳定，使开挖面土层处于稳定.一般来说，细颗粒含量多，渣土易形成不透水的流塑体,容易充满土仓的每个部位，在土仓中可以建立压力来平衡开挖面的土体。 一般来说，当岩土中的粉粒和黏粒的总量达到40以上时,通常宜选用土压平衡盾构,相反的情况选择泥水盾构比较合适。粉粒的绝对大小

37、通常以0。075mm为准。 盾构类型与颗粒级配的关系详见图22：图22 盾构类型与颗粒级配的关系图中右边蓝色区域为粘土、淤泥质土区,为土压平衡盾构适用的颗粒级配范围； 左边的黄色区域为砾石粗砂区，为泥水盾构适用的颗粒级配范围； 中间的绿色区域为细砂区域,两类盾构都能适用。图11说明细颗粒含量多则碴土能形成不透水的塑流体。粗颗粒含量高的碴土不能形成具备这种功能的碴土,因而不能实现土压平衡机理，除非对碴土进行改良.2。2。3 根据地下水压进行选型当水压大于0。3MPa时，适宜采用泥水盾构。如果采用土压平衡盾构，螺旋输送机难以形成有效的土塞效应，在螺旋输送机排土闸门处易发生渣土喷涌现象引起土仓中土压

38、力下降，导致开挖面坍塌。当水压大于0。3MPa时,如因地质原因需采用土压平衡盾构，则需增大螺旋输送机的长度或采用二级螺旋输送机，或采用保压泵.2。2。3 盾构选型时必须考虑的特殊因素在实际实施盾构选型时，还需解决理论的合理性与实际的可能性之间的矛盾。必须考虑环保、地质和安全因素.1）环保因素对泥水盾构而言，虽然经过过筛、旋流、沉淀等程序，可以将弃土浆液中的一些粗颗粒分离出来，并通过汽车等工具运输弃渣，但泥浆中的悬浮或半悬浮状态的细土颗粒仍不能完全分离出来，而这些物质又不能随意处理，就形成了使用泥水盾构的一大困难。要将弃土泥浆处理成可以作为固体物料运输的程度也是可以实现的，但是做到这点会出现以下

39、问题：处理设备贵，增加工程投资；用来安装这些处理设备需要的场地较大；处理时间较长.2）工程地质因素盾构施工段工程地质的复杂性主要反映在基础地质和工程地质特性的多变方面，在一个盾构施工段中，会出现某部分的施工环境适合选用土压平衡盾构，某些又适合选用泥水盾构.盾构选型时要综合考虑并对不同选择进行风险分析后择其优者.3）安全因素从保持工作面的稳定、控制地面沉降的角度来看，当隧道断面较大时，使用泥水盾构要比使用土压平衡盾构的效果好一些，特别是在河湖等水体下、在密集的建筑物与构筑物下及上软下硬的地层中施工时。2.3 盾构选型的确定盾构机的选型一定要根据不同的工程、不同的地质特点进行“量体裁衣”式设计和选

40、型,才能使盾构机更好的适应工程施工要求.根据盾构施工法的特点,盾构机选型主要取决于盾构经过的地层的地质情况，同时,所选盾构机必须具有与工期相适应的掘进速度，而且能够满足隧道施工的要求,根据本区间地质特点,制造盾构机时有如下要求:1、盾构机必须具备较强的稳定开挖面、防止开挖面坍塌的能力。2、具有能够适应不同地层的刀盘。3、在地质复杂区段中，有必要的手段能够对前方地层进行超前探测，以便及时采取相应的施工技术措施。4、能够防止突发地下水和开挖面坍塌的袭击，应设置紧急关闭土仓的装置.5、盾构机有良好的密封性能.6、导向系统精度高,导向准确。7、为能及时更换刀具,人员必须进入土仓，应提供可靠的安全装置保

41、护人员安全。根据南昌地区条件，结合本标段工程的隧道掘进技术要求,用于本区段施工的盾构掘进机,必须具有稳定开挖面、平衡水土压力、最大限度减少地表沉陷的功能，必须具有较强的纠偏抗扭与弯道施工的能力，必须具有较好的经济性和较长的使用寿命，必须确保各项作业的安全性和可靠性.结合目前南昌地质资料，选用辐条式刀盘的复合式土压平衡式盾构掘进机，是进行隧道掘进施工的一种较好机型，可以较好的控制地表的变形.综上所述，我们对海瑞克、拉瓦特、川崎、日立等几种盾构机进行了全面的考查，经过分析比较，并结合国内使用的经验，本标段选用海瑞克6250mm复合式土压平衡盾构机,其特点如下：1）就此项隧道工程的地质条件而言，复合

42、式刀盘具有以下特征：可在气压下在土舱内安全工作,有利于土压平衡.刀盘开口率(40。5)，可使软泥顺利地从切削面流向土舱。直接将土压传至土压传感器，可以随时监测地质情况变化。易于进入切削面（除去障碍物）。易于钻探（土壤处理）。2）出土方式：螺旋输送机皮带输送机出碴车由轨道电瓶车运输。3）注浆方式：盾构推进与管片背后注浆同步进行。4）具有可升降气压的人控气压仓，用于土压平衡工况进入泥土密封仓排除故障或更换刀具。5）具有泡沫、膨润土聚合物注入系统6）具有隧道掘进自动导向系统。第三章 盾构掘进参数的设定盾构掘进过程中，各项施工参数因地质状况和盾构隧道的埋深不同而产生变化.以下是根据南昌红谷滩地区地质条

43、件，结合本标段工程的隧道掘进技术要求对各项掘进参数进行的分析和计算，当盾构因坡度变化、埋深发生变化时，盾构的各项参数结合工程实际情况重新调整。南昌红谷滩地区的地质情况，以砂土、粉土和粉质粘土为主。盾构推进参数确定时,以不利因素考虑，而后根据掘进过程中的实际情况再做调整。现以盾构直径为6250mm的海瑞克复合式土压平衡盾构在南昌红谷滩地区施工为依据，进行分析总结。3。1 盾构掘进土压的确定盾构推进时，开挖面土体的稳定性主要取决于推进土压的合理性.盾构推进参数的确定时，以不利因素考虑,而后根据掘进过程中的实际情况再作调整。盾构的正面阻力由作用于开挖面的土压和泥水压组成。在盾构施工中,确定合理的土压

44、值是重要的环节之一，也是地面隆起或沉降的重要决定因素，一般先通过理论计算，算出土压值，再在盾构掘进过程中，不断调整，确定合理的土压值。根据经验盾构掘进土压一般介于主动土压与被动土压之间。越接近主动土压时，盾构掘进时对周围地层的扰动范围越小,一般在粘性土中采用下式进行计算上部土压力P:P=KrH其中,K为土体侧压力系数（K=0。450。8）；r为土体平均容重;H为地面至土仓上部覆土厚度。3。2 刀盘扭矩计算变频调速电机驱动刀盘工作示意图见图31.第四章 刀具配置与地质的适应性盾构机刀具的配置是盾构机刀具设计中是非常重要的内容,其配置是否适合应用工程的地质条件，直接影响盾构机的刀盘的使用寿命、切削

45、效果、出土状况、掘进速度和施工效率，而且选择的差异对盾构机造价也有着很大的影响,刀盘选型可以影响到总造价的 48。4.1 刀具的分类盾构机刀具可根据运动方式、布置位置和方式及形状等进行分类。按切削原理划分,盾构机的刀具一般分为切削刀和滚刀两种，其余形式的刀具为辅助刀具。切削刀又分为齿刀、刮刀和先行刀等。刀具固定式旋转式图41 按运动方式分类 图42 按安装方式分类 盾构机刀具按照安装位置可以分为修边刀、外沿保护刀、超前刀、掘削刀、加泥口保护刀、导向钻具、中心刀等，如图43所示。图43 刀具按安装位置分类4.2 不同地质条件下刀具的选择对于不同地层的开挖，盾构的刀具通常采用不同型式：开挖地层为硬

46、岩时，采用盘形滚刀；地层为较软岩石时，采用齿刀；地层为软土或破碎软岩时，可采用切刀(或刮刀）。4.2.1 切削刀切刀是软土刀具,布置在刀盘开口槽的两侧,其切削原理是盾构机向前推进的同时,切刀随刀盘旋转对开挖面土体产生轴向（沿隧道前进方向）剪切力和径向（刀盘旋转切线方向）切削力，在刀盘的转动下，刀刃和刀头部分插入到地层内部，不断将开挖面前方土体切削下来。切削刀一般适用于粒径小于400mm的砂、卵石、粘土等松散体地层。图44 切削刀示意图切削刀为盾构机开挖非岩质地层的基本刀具，其形状、布局将对开挖效果有重要影响。切削刀切削土体的示意见图45。对于软土地层或经滚刀破碎后的碴土将通过切刀和刮刀进行开挖。碴土随切刀、刮刀正面进入碴槽，因此切刀、刮刀既具有切削的功能又具有装载的功能。图4-5 切削刀切削土体示意图4.2.2 先行刀先行刀是先行切削土体的刀具，超前切刀布置。先行刀在设计中主要考虑与其它刀具组合协同工作。先行刀在切刀切削土体之前先行切削土体，将土体切割分块，为切刀创造良好的切削条件。先行刀的切削宽度一般比切刀窄，切削效率较高.采用先行刀，可显著增加切削土体的流动性