轨道交通工程 盾构法 盾构掘进
轨道交通工程 盾构法
盾构掘进
盾构法施工分为始发，正常掘进，接收三个阶段。
盾构始发
盾构始发指的是从始发工作井内盾构基座上开始掘进，到完成初始掘进（通常 50--100m )止。
始发是利用反力架和负环管片将盾构机推入地层开始掘进。
负环管片是在洞口外盾构尾和反力架之间的临时管片。
盾构始发施工流程
1洞口土体加固，检查土体加固质量，这个内容在工作井那里讲过。
2安装始发基座
3盾构组装及试运转，这个内容在盾构机安装那里讲过。
4安装反力架（始发前，反力架应进行安全验算。）
5安装洞门密封
6凿除洞门临时墙和围护结构（或盾构直接磨除）
7拼装负环管片，管片环面应与隧道轴线相适应。
8始发掘井，盾尾通过洞门，压板加固，壁后注浆。
盾尾密封刷进入洞门结构后，应进行洞门圈间隙的封堵和填充注浆。注浆完成后方可掘进。
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。
初始掘进长度的确定
前面讲过初始掘进的长度通常 50--100m ，
决定初始掘进长度的因素有两个:
一是衬砌与周围地层的摩擦阻力；
二是后续台车长度。
始发掘进施工要点
教材上讲的这几条内容，结合上面的盾构始发施工流程看一下。
盾构接收
盾构接收是指自掘进距接收工作井100m到盾构到达接收工作井的接收基座上。
盾构接收施工流程
1洞门凿除
2接收基座的安装与固定
3洞门密封安装
4到达段掘进
5盾构接收
盾构接收施工的主要内容
这里讲的这些条内容是对盾构接收流程的更详细的讲解。
贯通前100m，50m处对盾构姿态进行人工复核测量。
对洞门位置及轮廓复核测量。
根据复核测量结果调整盾构姿态。
凿除洞门。
拉紧靠近洞门10-15环管片。
洞门防水装置安装，盾构推出隧道。
洞门注浆堵水。
盾构机拆卸。
接收施工要点
盾构接收分为常规接收，钢套筒接收和水（土）中接收。
上面讲的就是常规接收。
钢套筒接收是先在接收工作井内安装钢套筒，钢套筒连接至洞门，让盾构机出洞后直接掘进至钢套筒内部，这样能避免盾构机出洞时漏水、涌砂风险，适用于富水砂层或周边环境复杂时。
水（土）中接收是在接收工作井内回填水或泥浆，利用水土的压力平衡来防止洞门漏水涌砂，也适用于富水砂层或周边环境复杂时。
盾构始发与接收的安全措施在教材上
1K420171 盾构法施工安全措施
二、盾构始发与接收
拆除洞口围护结构前，必须确认洞口土体加固效果。
做好土体洞口密封，设置注浆孔。
正常掘进
掘进方式
1K413034 盾构掘进技术
- 土压平衡盾构掘进
- 泥水加压盾构掘进
1K413031 盾构机选型要点 那节讲过土压平衡盾构和泥水加压盾构的内容。
这里土压平衡盾构掘进和泥水加压盾构掘进都是从掘进特点，压力管理，排土量管理，掘进要点这几个方面来讲的。
不同的是土压平衡盾构有渣土改良方面的内容
泥水加压盾构有泥水处理系统和仓内破碎技术的内容。
我们通过一个表格对比的来掌握这部分内容。
土压平衡盾构掘进 | 泥水加压盾构掘进 | |
掘进特点 | 将开挖下来的土砂充满到开挖面和隔板之间泥土仓，根据需要在其中注入改良材料，用适当的土压力确保开挖面的稳定性。  | 泥水加压盾构掘进过程中，一边用泥浆维持开挖面的稳定，一边用机械开挖方式来开挖。渣土由泥浆输送到地面。该施工方法是将开挖设备、开挖面稳定系统、渣土处理设备作为一个整体系统来进行使用的。系统的运行要充分考虑到排土量、泥浆质量、开挖面状态、壁后注浆、送排泥流量、排泥流速等条件的设定和管理  |
仓内压力管理 | （1）在土压平衡盾构的施工中，为了确保开挖面的稳定，要适当地维持压力舱压力。一般，如果土仓压力不足，发生开挖面的涌水或坊塌风险就会增大。如果压力过大， 又会引起刀盘扭矩或推力的增大而发生推进速度下降或地面隆起等问题。 （2）土仓压力管理的基本思路是：作为上限值，以尽量控制地表面的沉降为目的而使用静止土压力；作为下限值，可以允许产生少量的地表沉降，但可确保开挖面的稳定为目的而使用主动土压力。 （3）掌握开挖面的稳定状态，一般是用设置在隔板上的土压计来确定土仓压力。 （4）推进过程中，土仓压力维持有如下的方法：①用螺旋排土器的转数控制； ②用盾构千斤顶的推进速度控制； ③两者的组合控制等。通常盾构设备采用组合控制的方式。 （5）要根据各施工条件实施良好的管理。另外，需要确认伴随推进所产生的地基的变形、排土状态、刀盘扭矩以及其变化情况，及时在推进中修正土仓压力。 | （1）在泥水加压式盾构施工法中，为了确保开挖面的稳定，需要根据开挖面的土质及土水压力适当地设定泥浆压力。如果泥浆压力不足，发生开挖面坍塌的危险就会增大，如果压力过大，又会出现泥浆喷发和地面隆起的可能。 （2）泥水仓压力管理的基本思路是：作为上限值，以尽量控制地表面的沉降为目的而使用静止土压力；作为下限值，在允许少量沉降，但以保持开挖面稳定为目的而使用主动土压力。 （3）掌握开挖面的稳定状态，一般是用设置在隔板上的水压计来确认泥水仓内的泥水压力。 （4）作为掌握开挖面状态的开挖面探査法，和土压平衡盾构一样，也有使用机械触探法或非接触性电磁波、超声波调查法的。但两者都是用来探查开挖面前方或上方的局部疏松或空洞，为判断开挖面稳定状态提供辅助性信息。 |
排土量管理 |
| 为了一边保持开挖面的稳定一边顺利地推进开挖，开挖时需要使排出和开挖的土量相平衡。泥水加压盾构施工，一般是从设置在送泥管和排泥管上的流量计和密度计取得数据，通过计算求出偏差流量和开挖干砂量，以把握开挖面的状态。这一方法也可用来推断围岩的地质变化，为此要对前几环的偏差流量和开挖干砂量进行统计计算。 |
渣土改良（土压平 衡盾构） 泥水处理和仓内破碎技术 （泥水加压盾构） | 土压平衡盾构的渣土排出量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适的支撑压力值，使掘进机的工作处于最佳状态。当通过调节螺旋输送机的转速仍不能达到理想的出土状态时，可以通过改良渣土的塑流状态来调整。 （1）改良渣土的特性： 在土压平衡工况模式下渣土应具有以下特性: 1）良好的塑流状态。 2）良好的黏稠度。 3）低内摩擦力。 4）低透水性。 （2）当渣土满足不了这些要求时，需通过向刀盘、土仓内及螺旋输送机内注入改良材料对渣土进行改良，常用的改良材料是泡沫或膨润土泥浆。 | （1）开挖下来的土、砂在泥水仓内经搅拌翼等搅拌混合，通过排泥管道输送到地面。运到地面的泥浆经过处理后，再被输送到开挖面循环利用。 （2）泥水加压盾构维持开挖面稳定的关键是在开挖面形成高质量的泥膜。因此，要对排泥管排出的泥水进行处理，处理后的泥水经调整后再通过送泥管泵入泥水仓。  （3）对于大粒径的砾石，需要用安装在泥水仓内的破碎机粉碎。另外，对于无法进入刀盘开口的砾石，通过刀盘上的滚刀破碎处理。  |
盾构掘进要点 | （1）开挖渣土应充满土仓，渣土形成的土仓压力应与刀盘开挖面外的水土压力平衡，并应使排土量与开挖土量相平衡。 （2）应根据隧道工程地质和水文地质条件、埋深、线路平面与坡度、地表环境、施工监测结果、盾构姿态以及始发阶段的经验，设定盾构刀盘转速、掘进速度和土仓压力等掘进参数。 （3）掘进中应监测和记录盾构运转情况、掘进参数变化和排出渣土状况，并应及时分析反馈，调整掘进参数和控制盾构姿态。 (4 )应根据工程地质和水文地质条件，向刀盘前方及土仓注入改良剂，渣土应处于流塑状态。 | （1）泥浆压力与开挖面的水土压力应保持平衡，排出渣土量与开挖渣土量应保持平衡，并应根据掘进状况进行调整和控制。 （2）应根据工程地质条件，经试验确定泥浆参数，应对泥浆性能进行检测，并实施动态管理。 （3）应根据隧道工程地质与水文地质条件、隧道埋深、线路平面与坡度、地表环境、施工监测结果、盾构姿态和盾构始发阶段的经验，设定盾构刀盘转速、掘进速度、泥水仓压力和送排泥水流量等掘进参数。 （4）泥水管路延伸和更换，应在泥水管路完全卸压后进行。 （5）泥水分离设备应满足地层粒径分离要求，处理能力应满足最大排渣量的要求， 渣土的存放和运输应符合环境保护要求。 |
掘进特点：土压平衡盾构是用土压力来平衡开挖面的稳定。
泥水加压盾构是通过泥浆维持开挖面的稳定。这个内容在1K413031 盾构机选型要点 那节讲过。
仓内压力管理：
土压平衡盾构，如果土仓压力不足，开挖面会有坍塌的危险，如果压力过大，就会出现地面隆起的问题。
泥水加压盾构和土压平衡盾构一样，如果泥浆压力不足，开挖面就会有坍塌的危险，如果压力过大，就会出现地面隆起的问题。
土仓压力管理和泥水仓压力管理的基本思路一样，上限值以尽量控制地表沉降使用静止土压力，下限值确保开挖面的稳定使用主动土压力。
土仓压力是用土压计来确定的，泥水仓内的泥水压力是用水压计来确定的。
掌握开挖面状态的方法都是用机械触探法，非接触性电磁波，超声波调查法。
土压平衡盾构维护土仓压力的方法有：用螺旋排土器的转数控制，用盾构千斤顶的推进速度控制。
排土量管理，土压平衡盾构用容积管理法和重量管理法来管理。
容积管理法是用渣土搬运车的台数，或螺旋排土器的转数来推算土的容积。
重量管理法，是用渣土的搬运车的重量来推算。
泥水加压盾构，通过设置在送泥管和排泥管上的流量计和密度计取得的数据来计算出偏差流量和开挖干砂量。
土压平衡盾构渣土改良，为什么要进行渣土改良呢？
一个原因在
1K413031 盾构机选型要点
一、盾构类型与适用条件
（三）各种盾构对地质条件的适用性
1.土压平衡盾构
那里讲过，土压平衡盾构主要应用在黏稠土壤中，当土壤不是这种类型时，就要改良渣土。
第二个原因是通过调节螺旋输送机的转数不能到达理想的出土状态来很好的维持开挖面的平衡，就需要改良渣土。
怎么改良渣土呢？
那里也讲了，加水、膨润土、黏土，CMC，聚合物，泡沫。常用的是泡沫，膨润土。
改良后的渣土应具有的特性：和那里是一致的，良好的塑流性能，黏稠度，低内摩擦力，低透水性。
泥水加压盾构的泥水处理和仓内破碎技术。
泥水加压盾构维持开挖面稳定的关键是在开挖面形成的高质量泥膜，这个泥膜是开挖下来的土在泥水仓搅拌后，通过排泥管道输送到地面，经过处理后，再通过送泥管进入泥水仓形成的，因此，要对大粒径的砾石，需要用安装在泥水仓内的破碎机粉碎，才能通过排泥管道输送到地面。
对无法进入刀盘开口的砾石，用刀盘的滚刀破碎。
盾构掘进要点
土压平衡盾构和泥水加压盾构都是根据各种条件（水文，地质，埋深，监测结果等）来设定盾构参数（刀盘转数，掘进速度，压力等）。
泥水加压盾构
泥水管理延伸和更换，应在泥水管理完全卸压后进行。
1K413034 盾构掘进技术
五、盾构姿态控制
推进管理测量
为了使隧道线路控制在施工容许误差以内，在盾构推进时，需根据隧道内测量进行推进管理测量。
推进管理测量，原则上每天进行2次。
测量盾构的纵向偏差，横向偏差，转动偏差是通过设置在盾构上的测锤、倾斜仪，回转罗盘，经纬仪来测量。
盾构姿态控制要点
通过调整盾构掘进液压缸和铰接液压缸的行程差控制盾构姿态。
这里说的是铰接式盾构机，即盾构机不是一个整体，是分为前后2部分的，中间用铰接油缸连接，可以通过调整铰接油缸的收放来纠偏。
纠偏时应控制单次纠偏量，应逐环和小量纠偏，不得过量纠偏。
调整盾构姿态可采取液压缸分组控制，仿形刀适量超挖或反转刀盘等措施。
地层变形控制的内容
1K413035 盾构法施工地层变形控制措施
那节会讲。
特殊掘进
1K420171 盾构法施工安全措施
五、特殊地段及特殊地质条件下掘进
什么是特殊地段，我们总结为“大、小、上、下、浅、水、地”这几个字。
大指大坡度地段。
小指小曲线半径地段和小净距地段。
上指地上有建筑物的地段。
下指地下有管线和障碍物地段。
浅指覆土深度浅的地段。
水指江河有水地段。
地指地质条件复杂地段。
剩下的内容包括：详细调查，编制方案，管线保护，合理设定开挖面压力，监测，注浆，自己看一遍，有个印象就行。
障碍物处理，掘进过程中换刀
1K420171 盾构法施工安全措施
- 障碍物处理
查明障碍物，制定处理方案。
可选带压作业或地层加固的方法来确保开挖面的稳定。
- 掘进过程中换刀
尽量选择在地质条件好，地层稳定的地段换刀。
在不稳定地层换刀时，必须采取地层加固或气压法等措施，确保开挖面的稳定。
带压换刀前的准备工作：
应采取两种不同动力装置，保证不间断供气；
严禁采用明火。
带压换刀作用安全规定：
确定合理气压。
刀盘前方地层和土仓满足气密性要求。
保持开挖面和土仓空气新鲜。
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