1、隧道工程盾构、降水法、通道、泵站、洞门防水施工方案编 制： 审 核： 批 准： 版 本 号: ESZAQDGF001 编制单位： 编 制: 审 核： 批 准： 二XX年X月目录xx工程1施工方案11.1、概述71.2盾构机选型主要原则71.4、盾构掘进机的功能描述131.7.1盾构机直径的确定（计算盾尾间隙）22L=1850mm； Ro隧道曲线半径 Ro =350m；221.7.3盾构掘进机计算依据和计算内容24L盾构掘进机长度，L=8.05m；26（b）松动土压PS291、施工场地布置381.3.2、施工便道38、施工用电394)风机选型40、施工排水40、消防设施402、出发、到达工作井的2、施工41、锁口盘(套井)施工方案41、锁口盘(套井)施工42、沉井施工42、沉井入土下沉43、始发基座安装44、洞门密封装置的安装45、组装反力架45、凿除端墙钢筋砼462.2.4 、负环管片的安装463、端头加固473.3、端头土体加固方法49、深层搅拌桩加固施工工艺494、管线路布置50、风管布置50、水管布置511盾构机始发掘进511.1始发形式521.2.2洞口密封装置53（1）始发前检查地层加固的质量，确保加固土体强度和渗透性符合要求；543.到站掘进56（1）拆除围护结构砼57（2）安装洞门密封装置57（3）安装接收基座57（4）拼装到达段管片57（5）注浆防水58（6）洞门施工53、84.盾构到达掘进584.2盾构机到达前拆除挡土墙再到达的方法584.3到达步骤594.3.1盾构机的到达59临时墙的拆除594.4到达掘进注意要点595. 正常掘进595.1土压平衡工况的掘进特点60QS=VSN60VS设定的每转一周的理论排土量605.3确保土压平衡而采取的技术措施616.2 滚动偏差636.3 姿态的监测637.2推进过程中的蛇行和滚动658.两相邻隧道盾构施工的影响669.通道、泵站施工66（1） 预注浆加固地层66（2）超前小导管注浆67（3）上半断面开挖67（5）施工监测67（6）下半断面开挖及支护68（7）集水井的开挖68（3）通道、泵站开挖对主隧道的影响694.4、1、盾构穿越软硬不均地层714.2、盾构穿越砂层、淤泥层段714.3、盾构通过断裂带地层724.4、盾构通过球状风化地层734.5、盾构穿越硬岩地层734.6、盾构穿越水底浅覆土层地段74 2R0774.7、相邻隧道小间距盾构施工785.1盾构施工保护性技术措施796、土压平衡盾构施工事故预防与处理81（2）地表隆沉发展历程85（3）开挖地层原始应力状态的改变对地面沉陡的影响88（6）管片回环变形对地面沉陷的影响91（7）受扰动土体的固结再沉降91（10）回填注浆质量和操作质量的影响914）地面隆沉的横向沉陷槽和影响范围92（2）进行试掘进，确定员优掘进参数，指导全线施工94（3）设定前仓压力5、94（4）保持开挖过程中的土水压力均衡94M =112（1）冻结法分类1206）降水法施工121（b）从隧道内施工的方法122（a）井点降水122（b）深井降水122（a）重力排水123（4）压气压力的设定1257、施工运输1267.1、洞内运输126、轨道方式128、管片、钢轨的运输1291、测量制度1301.1 、控制网测量制度1301.2 、地面平面控制点的定期复核制度1302. 2、竖井联系测量132(1) O1AO2，O1BO2应尽可能小，应小于1，成直伸三角形；1333)投点仪方法133（）环片中心平面位置确定135（）环片中心标高确定135、井下水平测量1362.4、盾构拼装测量6、1369.1、盾构隧道监测的目的及控制标准1419.1.1、施工监测的意义和目的1419.1.2、地表、建筑物、铁路、管线、围岩等的控制标准1429.1.3、施工监测达到效果1449.2、盾构施工引起地层位移的原因与机理1449.2.1、盾构开挖引起地层变形概述1449.4.2、观测频率1669.6、沉降监测对施工的指导意义1699.6.1、掘进模式选择1699.6.2、掘进土压力选择1709.6.3、壁后注浆1729.6.4、循环出碴量的选择1739.6.5、控制地层失水1739.6.6、推进速度的选择1749.6.7、其他影响因素1749.7、监测管理体系和质量保证措施17510、防水施工7、及施工排水177、结构防水179（2）提高管片自身防水能力180（1）弹性橡胶防水条防水181（c）粘接防水材料183（d）防水材料安装注意事项183（d）涂刷界面处理剂185（e）加封氯丁胶乳水泥185（f）变形缝185（3）嵌缝和弹性橡胶条组合防水185（2）吊装孔防水1861) 劳动力计划编制说明：2002) 劳动力计划表20012.2 管片模具20112.3管片制作标准、原材料要求、生产程序20212.4 管片生产施工工艺流程和技术措施20312.4.1 管片生产施工工艺流程20312.4.2. 管片生产技术措施20312.5 管片生产管理控制21012.5.1 生产质量控制210128、.6 管片生产设备配置21112.7.2 管片抗弯试验21212.7.4 管片整环水平拼装试验213A1*；214A2*；21412.9.1 管片的贮存21412.9.3 管片的管理215管片拼装工艺流程215管片拼装质量控制217第十三部分 同步注浆与壁后注浆21813.1、注浆目的21813.1.1、使管片尽早支承地层，减少地基沉陷量，保证环境安全；21813.2、注浆方式21913.3、注浆材料配比与性能指标21913.4、注浆设备21913.5、主要注浆参数22013.7、注浆工艺流程22113.8、注浆质量保证措施22213.9、注浆结束标准及注浆效果检查223第一部分 盾构选型及参9、数计算1.1、概述 盾构是一种专门用于隧道工程的大型高科技综合施工设备，它具有一个可以移动的钢结构外壳（盾壳），盾构内装有开挖、排土、拼装和推进等机械装置，进行土层开挖、碴土排运、衬砌拼装和盾构推进等系列操作，使隧道结构施工一次完成。它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，从松散软土、淤泥到硬岩都可应用，在相同条件下，其掘进速度为常规钻爆法的410倍。较长地下工程的工期对经济效益和生态环境等方面有着重大影响，而且隧道工程掘进工作面又常常受到很多限制，面对进度、安全、环保、效益等这些问题，使用盾构机无疑是最好的选择。些外，对修建穿越江、湖、海底和沼泽地域隧道，采用盾构10、法施工，也具有十分明显的技术和经济优势 。采用盾构法施工，盾构的选型及配置是隧道施工中关键环节之一，盾构选型应根据工程地质水文情况、工期、经济性、环境保护、安全等综合考虑。盾构的选型及配置是一种综合性技术，涉及地质、工程、机械、电气及控制等方面。1.2盾构机选型主要原则盾构的选型依据盾构选型主要应考虑以下几个因素：1）工程地质、水文条件及施工场地大小。2）业主招标文件中的要求。3）管片设计尺寸与分块角度。4）盾构的先进性、适应性与经济性。5）盾构机厂家的信誉与业绩。6）盾构机能否按期到达现场。 盾构的型式1）敞开式型盾构 敞开式型盾构是指盾构内施工人员可以直接和开挖面土层接触，对开挖面工况进行11、观察，直接排除开挖面发生的故障。这种盾构适用于能自立和较稳定的土层施工，对不稳定的土层一般要辅以气压或降水，使土层保持稳定，以防止开挖面坍塌 。有人工开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构。2）部分敞开式型盾构部分敞开式型盾构是在盾构切口环在正面安装挤压胸板或网格切削装置，支护开挖面土层，即形成挤压盾构或网格盾构，施工人员可以直接观察开挖面土层工况，开挖土体通过网格孔或挤压胸板闸门进入盾构。根据以往大量工程经验，通常都将挤压胸板和网格切削装置组合在一起安装在盾构上，形成网格挤压盾构。这种盾构适用于不能自立、流动性在的松软粘性土层、尤其是对隧道沿线地面变形无严格 要求的工程。当盾构采用网格开挖时12、，应将安装在网格后面的挤压胸板部分或大部分拆除，利用网格孔对土层的摩擦力或粘结力对开挖面土层进行支护，当盾构向前推进时（一般是盾构穿越江湖、海底或沼泽地区），应将挤压胸板装上，盾构向前推进时，可将土体全部排挤在外面，不进入盾构；另外也可根据具体情况和盾构推力在大小和方向控制要求，选择和操纵挤压闸门控制一定的进土量，以使盾构顺利掘进。有时在网格装置和挤压板后面加装一道隔舱板形成一道泥土舱，然后向泥土舱注水并与弃土搅拌形成泥浆，再通过管道将弃土泥浆排往地面，可进一步提高施工效率，改善隧道内施工环境。3）封闭型盾构封闭型是在盾构切口环和支承环之间增设一道密封隔舱板，在开挖面的土层和密封隔舱板之间形成13、密封泥土舱，盾构施工时，通过对密封泥土舱中的压力进行控制，使其与开挖面土层水、土压力保持平衡，从而使开挖面土层保持稳定。施工人员不能直接观察开挖面土层工况，而是通过各种检测传感装置进行显示自动控制。封闭型盾构主要有泥水加压式和土压平衡式两大类型。（1）泥水加压盾构在盾构内设一道密封隔舱板，在隔舱板与开挖面土层之间形成密封泥水舱，在泥水舱内充以压力泥浆支护开挖面土层，利用泥浆压力平衡开挖面土层水、土压力，并在土的表面形成一层不透水的泥膜，同时泥浆中的细微粘粒在极短时间内渗入土层，有利于增强土层自立能力。由刀盘开挖下的泥土经刀盘切削搅拌和搅拌机搅拌后，形成浓稠泥浆，用管道排送到地面处理场，再通过分14、离处理排除土碴，余下浆液经浓度、比重调整后又重新送入盾构循环使用。泥水加压盾构适用于土层范围很广，从软弱粘土、砂土到砂砾都可适用。对一些特定条件下的工程，如大量含水砂砾，无粘聚力、极不稳定土层和覆土浅的工程，尤其是超大直径和对地表变形要求高的工程都能显示其优越性。另外对有些场地较宽、有丰富水源和较好排放条件或泥浆仅需作简单沉淀处理排放的工程，这种方法可较大地降低施工成本。泥水加压盾构刀盘，多使用面板式结构，进土槽口宽度应按土质而定，一般槽口宽应小于排泥管口径，以免大块石堵塞管道，刀盘开口率一般在8%10%左右。采用泥水加压盾构施工，不需辅以其它（气压、降水）工艺来稳定开挖面土层，其施工质量好、15、效率高、安全可靠。然而它需要一套技术较复杂的泥水分离处理设备，投资较高，占地面积大，尤其是在城市施工困难较大。（2）土压平衡式盾构在盾构密封泥土舱内利用开挖下的泥土直接支护开挖面土层，既具有泥土加压盾构的优点，又消除了复杂的泥水分离处理设施，受到工程界的普遍重视。土压平衡式盾构可根据不同的地质条件采取不同的技术措施，设计成不同的类型，能适应从松软粘性土到砂砾土层范围各种土层内各种土层施工。a）普通型的土压平衡式盾构普通型的土压平衡式盾构适用于松软粘性土，由刀盘切削下的泥土进入泥土舱，再通过螺旋输送机向后排出。由于经过刀盘切削和扰动，会增加泥土的塑流性，在受到刀盘切削和螺旋输送机传送后也会变得更16、为松软，使泥土舱内的土压力能均匀传递。通过调节螺旋输送机转速或调节盾构推进速度，调节密封泥土舱内的土压力，并使其接近开挖面静止土压，保持开挖面土层的稳定。普通型土压平衡式盾构一般使用面板式刀盘，进土槽口宽在200500左右，刀盘开口率约为20%40%。另外在螺旋输送机排土口装有排土闸门，有利于控制泥土舱内土压和控制排土量。b）加泥型的土压平式衡盾构当泥土含砂量超过一定限度时，土和砂的流动性就差，靠刀盘切削扰动，难以使泥土达到足够的塑流状态，有时会压密固结，产生拱效应。当地下水量丰富时，通过螺旋输送机的泥土，就不能起到止水作用，无法进行施工。此时，应在普通型土压平衡式盾构基础上增加特殊泥浆压注系17、统，即形成加泥型的土压式平衡盾构。对刀盘面板、泥土舱和螺旋输送机注入特殊粘土泥浆材料，再通过刀盘开挖搅拌作用，使之与开挖下来的泥土混合，使其转变为流动性好和不透水性泥土，符合土压平衡式盾构施工要求，符合土压平衡式盾构施工要求。 为了降低刀盘传动功率和减小泥土移动阻力，加泥型土压平衡式盾构刀盘为有幅条的开放式结构，开口面积接近100%，并在刀盘背面安装能伸出来若干能对土砂搅拌的叶片 ，以便对土砂进行强力搅拌，使其变成具有塑流性和不透水性的泥土。另外，要求注入浓度、粘性更高的泥浆材料才能改变土砂的功能时，往往难以用刀盘搅拌达到目的，这将大大增加刀盘和螺旋输送机的机械负荷，造成盾构施工困难。此时应注18、入发泡剂代替泥浆材料，因为发泡剂材料比重小、搅拌负荷轻，可使刀盘扭矩降低50%左右。盾构排出土砂中的泡沫会随时时间自然消失 ，有时在泥土中加入消泡剂，可加速泡沫的消失，保持良好的作业环境。c）加水型土压平衡式盾构在砂层、砂砾层透水性较大的土层中，还可以采用加水型土压平衡盾构。这种盾构是在普通型土压平衡式盾构基础上，在螺旋输送机的排土口接上一个排土调整箱，在排土调整箱中注入压力水，并使其与开挖面土层地下水压保持平衡。经过螺旋输送机将弃土排入调整箱内与压力水混合后形成泥浆，再通过管道向地面排送。开挖面的土压，仍由密封的泥土舱内土压来平衡。盾构掘进时，刀盘不停地对土层进行开挖和搅拌，使密封的泥土舱内19、的土砂处于均匀状态，土砂颗粒之间的空隙被水填满，减少了土砂颗粒之间有效应力，增加了流动性，从而能顺畅地通过螺旋输送机送入排土调整箱。在调整箱内通过搅拌混合，向地面处理场排放。加水型土压平衡盾构的泥水排放系统与泥水加压盾构相似，但注入的主要是清水，无粘粒材料，无需对注入的水进行浓度、比重控制，泥水分离处理设备和工艺也大为简化。这种盾构刀盘一般使用面板式结构，进土槽口尺寸可根据土体中砾石最大尺寸来决定，刀盘开口率一般在20%60%左右。d）泥浆型土压平衡式盾构这种盾构适用于土质松软、透水性、易于崩塌的积水砂砾层覆土较浅、泥水易喷出地面和易产生地表变形的极差地层的施工。这种盾构具有土压平衡盾构和泥水20、加压盾构的纺织系统双重特征。盾构掘进时，应向盾构内注入高浓度泥浆，通过搅拌，使土砂混合成泥土，并充满泥土舱，支护开挖面。由于从螺旋输送机的排土口装上一个旋转排土器既可保持泥土舱内土压的稳定，又可不断地从压力区无压区内顺利排出。但从排土器排出的泥土呈泥浆状，不能用排送干土方式，排送向地面，同时泥浆浓度较高，无法通过管道排出，从螺旋输送机排出的泥土，是在泥浆槽中经水稀释后再以流体形式通过管道排往地面。这种泥浆型土压平衡盾构机的泥土舱的泥浆供入系统和排出系统是两个回路，所以从泥浆排出系统操作所造成的压力波动，对泥土舱内支护压力无大影响，使盾构操作控制更为简便。这种泥浆型土压平衡盾构机通常采用面板结构21、，进土槽宽度可按土层中最大砾石尺寸决定。刀盘开口率一般在40%60%左右。由于泥浆型土压平衡盾构多用于巨砾土层，因此排土多采用带式螺旋输送机，可比同样大小中心轴式螺旋输送机排出的石块粒径大一倍左右。（3）复合型盾构（盾构掘进机）采用盾构掘进长距离隧道，会遇到复杂多变的地质条件，往往用一种类型的盾构难以完成施工任务，因此出现了复合型盾构。所谓复合型盾构，就是在软土盾构的刀盘上安装切削岩层的各式刀具，有的还在盾构内安装碎石机，这种硬岩开挖工具与软土隧道盾构机械相结合，能在硬岩和软土地层交替作业。复合型盾构刀盘上安装的刀具，应根据不同岩层条件而定。软土地层：主要采用割刀。安装在刀盘进土槽口两侧。硬岩22、地层：主要采用盘式滚刀，对于更坚硬的地层，应安装牙轮形和镶嵌碳化钨珠形的滚轮刀。软硬混合交替夹层：应采用不同形式的刮刀取代滚刀，其开挖方法是刮下块状石块，使其对软塑土层更有效地进行开挖。上述各种刀具，应能相互调换，以便随岩层的变化进行有效选择。复合型盾构主要有以下三种类型：a）泥水加压型复合盾构以泥水加压盾构为基型，与硬岩开挖技术相结合，对大块卵石、块石应在盾构内安装碎石机。当盾构地软土层施工时，可按封闭型泥水加压盾构进行施工；当遇到硬岩地层施工时，在刀盘上安装不同的硬岩切削刀具即能快速转换成敞开型机械盾构施工，而碴土排送仍采用水力管道排送。b）土压平衡型复合盾构以土压平衡盾构为基础，与硬岩开23、挖技术相结合，当盾构在软土层施工时，可按封闭型土压平衡盾构进行施工；而当遇到硬岩地层施工时，在刀盘上安装不同刀具就能快速转换成敞开型机械盾构施工，为了排送尺寸较大的石块，可选用带式螺旋输送机。c）敞开型复合盾构以普通机械开挖盾构为基型，与硬岩开挖技术相结合，施工时只要根据遇到的不同土层条件，及时转换安装适当的刀具，就能使施工继续进行。由于盾构掘进机，适应性较广，主要以它为例。1.3盾构掘进机的工况的转换盾构掘进机具有土压平衡状态和非土压平衡状态两种工况，能够适应软、硬两种地层的施工。根据地质情况，能够实现两种工作状态的互换。盾构掘进机从非平衡状态向土压平衡状态下的过渡：根据地质超前预报的信息，24、在前方遇到围岩不稳定的软土地带、断层带及涌水几率较高的地段时，及时关闭螺旋输送机的闸门，在盾构掘进机的密封隔板与开挖面形成的密封碴舱和螺旋输送机内充满刀盘切削下来的碴土，在盾构掘进机推进油缸的推动作用下，给泥土仓内的碴土施加压力，通过控制出土量，保持泥土仓的土压力与开挖面的土压相平衡，从而起到稳定开挖面地层，防止地表变形的作用，来实现从非土压平衡状态向土压平衡状态的转换。盾构掘进机从平衡状态向非土压平衡状态下的过渡：在岩石稳定性好的地段，盾构掘进机可以在非土压平衡下进行隧道施工，不需要维持泥土仓的压力来稳定开挖面，可排空碴仓，此时因为碴仓内没有土压力，盾构掘进机有较高的掘进速度并且易于操作。 25、1.4、盾构掘进机的功能描述、推进特点1）土压平衡盾构的推进盾构掘进机具有土压平衡功能，在通过地层断裂带及工作面不稳定时，可以建立土压平衡，确保工程安全和工程质量；土压平衡盾构适应在残积层、全风化层、强风化层等软弱围岩中进行掘进，根据碴土的塑性和流动性，在刀盘前和土仓内注入膨润土、高浓度泥浆、发泡剂等，与刀盘切削下来的岩土在土仓内进行搅拌，使其变为塑性的土体，通过控制掘进速度和调节螺旋机的转速两个方面来控制出土量，以调整切削腔室的土压的稳定，达到保持开挖面的稳定和控制地面沉降的目的，土仓内的土压力需在施工中根据地面的沉降量不断修正，土压力过小会引起地表沉降，土压力过大会引起地表隆起。2）非土压26、平衡盾构的推进当工作面岩土稳定时，也可以加大排土量，排空泥土仓的土碴，在泥土仓的压力处于不平衡状态下进行正常掘进。非土压平衡盾构适应于在中风化层、微风化层等硬岩中进行掘进，因岩石的稳定性好，尤其是微风化层天然单轴极限抗压强度最高达44.645.8 MPa，盾构可以在非土压平衡状态下进行隧道施工，不需要靠泥土仓的压力来稳定开挖面，可将土仓内的碴土排空，用管片衬砌背后及时注浆的方法来控制地面沉降。盾构主要依靠盘形滚刀来破碎岩石，滚刀在盾构掘进机的推进作用下压入岩体，碾碎岩石。滚刀在刀盘上按螺旋线排列，使得在整个工作面上的岩石均被破碎。在掘进的同时，注入泥浆及添加剂，一方面泥水可降低切割岩石的摩擦力27、，减小刀盘扭矩，同时也起到辅助破岩的作用。当切削刀盘旋转开挖，盾构掘进机有一个自然趋势滚向相反的方向，为确保盾构掘进机的稳定，在盾构掘进机的前部设有一对撑靴，当在开挖较硬的地层而出现滚动时，将撑靴伸出，撑在隧道周边上，它能抵抗这种滚动趋势。3）盾构掘进机在软、硬不均断面地层中的推进盾构掘进机在穿越残积层、全风化层与微风化层的混合断面时，盾构掘进机姿态可能会向软弱地层的方向偏移。可以采取将偏移方向的推进油缸的工作油压提高，同时降低相反方向推进油缸的工作油压，使盾构的掘进机推进力形成纠偏力矩，依此来调整盾构掘进机的姿态。4)盾构掘进机穿越断层带的推进比如，在广州火车站至三元里站区间，走马岗断裂带在28、隧道底部通过；在越秀公园附近有一广从断裂带，这些断裂破碎带富水性较好，施工时可能出现涌水现象，在该段地层中，采用土压平衡工况掘进是非常可靠的。5）盾构掘进机穿越火车站的推进比如，盾构掘进机在穿越广州火车站时，为保障铁路不减速的运行安全，主要应满足轨道的沉降要求。可以采取以下措施：a）在铁路两侧设沉降观测点，进行跟踪测量，及时通知开挖面优化盾构掘进参数，切实保证开挖面的土压平衡，使土仓压力波动控制在最小的幅度，尽可能减少盾构掘进机对周围土体的扰动。b）采用及时和二次注浆，及时对管片衬砌盾尾间隙进行充填注浆， 10m后再进行补压浆。c）在穿越铁路时，进行管片外23m的径向压力劈裂注浆；控制地层沉降29、引起的轨道下沉，保证列车安全运行。1.5.主要机构的功能描述此次投标选用的是盾构掘进机，主要由盾壳、刀盘、推进系统、螺旋输送机、盾尾密封、铰接装置、管片拼装机、撑靴、后配套设备等机构组成。1）盾壳盾壳是一个用厚钢板焊接的圆柱形筒体，是盾构受力支撑的主体结构。其作用：（1）承受地下水、土压力，盾构千斤顶的推力及各种施工荷载；（2）支承和安装各类机电设备及管片；（3）保护操作人员的安全。盾壳沿长度方向分切口环、支承环、盾尾三部分。盾尾后端安装有盾尾密封。2）刀盘刀盘用来开挖土体，同时具有搅拌泥土的功能。刀盘是幅条式结构，几十把盘形滚刀以螺旋线布置在幅条上，能够全断面的破碎围岩。滚刀设计成背装式，实30、现在泥土仓内对损坏的滚刀进行更换，消除了在盾构掘进机刀盘前端维修保养刀具的危险。切割刀对称安装在幅条的两侧，刀盘用螺栓、螺母固定，可以更换。装在泥土仓内的压力传感器，可以使操作人员随时察看舱内的土压力，以便及时并准确地调整开挖参数。比如，广州地铁二号线越秀公园站三元里站盾构法施工地段既有软土，又有硬岩，还有软土和硬岩的混合断面的地质特点，我们采用盘形滚刀和割刀组合布置的刀盘。这种方式的刀盘具有较强的地质适应能力，割刀用以开挖砂土层、粘土和强风化岩层等软弱围岩，盘形滚刀则用来对较硬的中、微风化岩层进行全断面破碎开挖。3）刀盘驱动系统刀盘驱动系统用以驱动刀盘旋转，对土体进行挤压和切削。主要由大轴承31、大齿圈、密封圈、减速器及马达等组成。刀盘用高强度螺栓与大齿圈连接，大齿圈即为大轴承的回转环，马达带动减速器输出轴上的小齿轮，小齿轮与大齿圈啮合，从而驱动刀盘旋转。大轴承既承受刀盘的自重，又承受盾构掘进机的推进力，是盾构掘进机的主要组成部件。为了获得最大的主轴承寿命，设置有密封装置，密封由加压润滑油系统来润滑。盾构掘进机在开挖软弱围岩时，采用高扭矩，低转速的工况；当盾构切削硬岩时，增大流量，采用低扭矩、高转速的工况。4）铰接装置比如，广州地铁二号线越秀公园站三元里站盾构法施工地段的线形条件：最小平面曲线半径为350m，最小竖曲线半径2000m，为了使盾构掘进机适应曲线段的推进，能够灵活转向，把32、盾掘进机设计成铰接式，从而易于转弯，减小曲线超挖量；并能减少顶进时管片的偏压，提高隧道施工质量，也易于对掘进方向随时进行修正。铰接装置使盾构掘进机分成前后两段，两段之间通过铰接千斤顶操作，可使盾构掘进机前后两段绕铰接中心沿圆弧面上下、左右回转，满足盾构掘进机顺利转弯和坡度的要求，使盾构掘进机转弯方便，减少曲线超挖量及对土体的扰动。盾构掘进机铰接处设有机械限位，以保证盾构掘进机推进时前后节绝对不会脱开，并保证达到设计转角位移要求。铰接装置设内外两道密封，以防泥水进入。5）人行闸门在盾构掘进机密封隔板处设有一道人行闸门，闸门处有一气压仓。在土压平衡工况下施工需要进入泥土密封仓内排除障碍或调换切削刀33、具时，先将泥土仓内充以压缩空气，用以疏干并支护开挖面土体，然后人员再通过气压仓的加、减压过渡而出入泥土仓。6）推进系统盾构掘进机是通过沿支承环周边布置的盾构掘进机千斤顶支撑在已安装好的管片衬砌上所产生的反作用力而前进的。为了不使千斤顶端部承受管片的集中荷载，造成偏心荷重，支座设计成铰接式，并设置支板均匀地将力传递到管片的环面上。把盾构千斤顶分成掘进机若干扇区，每个扇区由一只电磁比例减压阀控制，用来调节各组扇区千斤顶的工作压力，从而纠正或控制盾构推进的方向，使符合设计轴线的要求。7）撑靴撑靴的主要作用是防止盾构掘进机的滚动。当切削刀盘旋转对硬岩切削开挖时，机器有一个滚向相反的方向自然趋势，尤其是34、在硬岩地层中，盾壳构的外壳与洞壁之间的摩擦力较小，这种滚动更加明显，在盾构掘进机前部设有一对撑靴，可能出现较大滚动时，将撑靴伸出，撑在隧道壁上，它能产生抵抗这种滚动的反力矩。撑靴主要是由支撑靴板、支撑油缸和支撑座组成。不需要时，可以收回撑靴。8）泥浆及添加剂的注入机构为了改善开挖下来的碴土的塑性化流动，注入设备必须将足够数量的泥浆及添加剂注到适当的位置。泥浆及添加剂的注入机构主要由搅拌土箱、压注泵组、输送管路、注入口组成。穿越软土时，在泥土仓内加注泥浆或发泡剂等添加剂，可以改善碴土的和易性，确保螺旋输送机的出土顺畅，有效地调节土仓内的压力。当盾构掘进机穿越较硬的岩层时，泥水可降低刀盘面板与岩土35、摩擦力，减小刀盘扭矩，同时起到冷却滚刀，延长刀头的寿命和辅助破岩的作用。9）螺旋输送机螺旋输送机的主要功能是：一是排土；二是通过调节转速控制出土量，保持密封仓内土压稳定；三是螺旋输送机为密闭式的输送装置，可防止水渗漏到盾构内。螺旋输送机由螺旋叶片、外壳、排土闸门等部件组成。螺旋输送机变速可逆转。泥土入口端装在盾构泥土舱底部，穿过密封隔板固定，倾斜安装。螺旋输送机出碴口安装滑动式闸门，用以防水。螺旋输送机为可伸缩式，当在土压平衡状态时，泥土具有可塑性，螺旋输送机的叶片和集料斗缩回，泥土可顺利排出；在非土压平衡状态时为便于集料，螺旋输送机叶片和集料斗向前伸出。由于螺旋输送机能排出岩碴的最大粒径是有36、限的，为防止螺旋输送机被卡死，采用二次破碎的方式，对进入泥土舱内大的石块进行破碎，以适应裂隙发育的硬岩地层。10）密封盾尾密封盾尾，用以防止地层中的泥土、泥水、地下水和衬砌外围注浆材料从盾尾的间隙中漏入盾构。由三道钢丝刷和一道弹簧钢板组成。在每两道密封之间注入密封材料、油脂等，作为防高压水措施，以提高密封效果，并可减少钢丝刷密封件与隧道管片外表面之间的磨擦，延长密封件的寿命。11）背衬充填与注浆系统采用盾构法施工的隧道，是沿着盾构掘进机的外壳进行开挖的，而作为衬砌的管片则是在盾尾组装起来的，所以当盾构掘进机推进时，围岩与管片间由于盾尾的抽脱及超挖等原因就形成了空隙，这一空隙如不加处理地搁置，不37、可避免的上面的围岩要向下沉降，其结果是发生波及地表的地面沉陷，严重的会危及地表建筑物的安全，因此，及时地进行背衬充填与注浆可以起到压实松动的围岩,以防地表沉陷，提高隧道防水性，防止管片漏水，将管片与围岩一体化，确保管片衬砌的稳定。12）管片拼装机构拼装机的功能是安全且迅速地把管片组装成所定形式，它具有伸缩臂、夹具前后移动以及臂回转的功能。拼装机回转由马达驱动；管片的轴向平移和封顶块的轴向移动，由平移千斤顶操作夹持器来完成；管片的提升由液压油泵操纵。这些液压缸和马达由一个独立的液压泵站供油，简化了管线布置，避免了管线的机械运动。由于管片的自重造成管片安装位置不准确，严重影响下一环管片的安装和管片38、环的受力状态，为此，在组装管片时，可用真圆度保持器对管片进行位置矫正，保持管片的真圆度。真圆度保持器具有前后移动和径向顶压的功能。1.6、盾构机的主要性能用于西班牙马德里工程的盾构机地质：石灰石、泥灰岩、粘土;刀盘切削直径6140mm ; 抗压强度3501050Kg/cm2（35MPa105MPa）;刀盘扭矩：154tm ； 推力：584t 。用于美国尤克利得隧道工程的盾构机地质：页岩、粘土 ; 刀盘切削直径：5970mm ；抗压强度：141Kg/cm2（14.1MPa） ； 刀盘扭矩：111 tm ； 推力：2268t用于新加坡隧道工程的盾构掘进机地质：砂岩、泥岩、粘土、冲积土; 刀盘直径：39、6550mm；刀盘功率：945Kw; 掘进速度1883m/周用于英格兰某工程的盾构掘进机地质：砂岩、石灰石、淤泥、粘土; 刀盘直径：7350mm; 掘进速度：7.537.5m/周1.7方案实例针对工程标段的地质条件、线路条件、周边环境以及施工、工期要求，我们先后同罗宾斯、川崎、海瑞克、小松等盾构生产厂家进行多次技术交谈，他们所提供的设备方案，都选用了复合式盾构掘进机，其结构特点如表3-4所示。盾构掘进机结构特点比较 表3-4项目罗宾斯川崎小松海瑞克适应的地质条件砂土、泥土、软岩、强、中、微风化岩，岩石抗压强度2080MPa同左。岩石抗压强度57MPa同左。岩石抗压强度3460MPa砂土、泥土、40、软岩、强、中、微风化岩， 刀盘与切削原理采用混合型刀盘，其上安装了用于岩石切割的盘型滚刀和用于软土开挖的切刀，其中17吋的盘型滚刀37个，切刀与边刀共84把。当开挖面处于岩层时，盾构以敞口开挖方式进行切削推进。当开挖面处于软土和不稳定地层时，则以保持开挖面稳定的土压平衡方式进行切削开挖。混合型刀盘，其上安装了17吋的正滚刀35把，15.5吋的中心刀、边刀、超挖刀各2把，切刀48把，切削原理同左。混合型刀盘，其上安装了17吋的单刃盘刀25把，双刃盘刀8把，切刀140把，边刀17把，切削原理同左。混合型刀盘，其上安装了17吋的双刃盘刀21把，切刀64把，边刀8把，超挖刀1把，切削原理同左。螺旋输送41、机螺旋输送机为中心轴式，进口端位于泥土舱的底部，以利于排空土舱内的土碴。最大通过粒径为300mm。螺旋输送机为中心轴式，进口端不在底部，当进行敞口开挖岩层时，螺旋机和导料板即可伸入泥土舱内，有利于岩碴的输出，并由螺旋机的中段出料口出碴。当处于软土和不稳定地层时，螺旋机又缩回原位，以利于泥土舱内水、土压力的控制，最大粒径250300mm。螺旋机为带状式，其结构较小，最大排出粒径可达450mm，进口端位于泥土舱的底部，以利于排空舱内的土碴。螺旋输送机为中心轴式，螺杆可伸缩，当处于岩层时，螺杆伸入泥土舱内的底部，有利于岩碴的排出，有利于两种不同切削过程的转换。最大排出粒径为250mm。主要性能参数刀42、盘切削直径6200mm，刀盘最大转速3rpm，刀盘扭矩（功率）5850KNm（900KW）总推力3300T刀盘切削直径6200mm，刀盘最大转速3rpm，刀盘扭矩（功率）5732KNm（900KW）,总推力3234T刀盘最大转速3.8rpm，刀盘扭矩4876KNm功率（900KW）总推力3600T刀盘切削直径6320mm，刀盘最大转速6rpm，刀盘扭矩（功率）4860KNm（945KW）总推力3058T从盾构掘进机的使用实例，对比各盾构掘进机生产厂家提供的方案，综合我们自己进行的盾构性能对比和盾构掘进机参数的计算，选取具有复合式性能的盾构掘进机，完全可以达到业主要求的沉降指标、工期要求，确保施43、工安全。盾构掘进机方案如图所示。 1.7.1盾构机直径的确定（计算盾尾间隙）1）盾尾间隙的计算盾尾间隙的计算（如右图）D管片外径 D=6000mm； L盾尾端至第一环管片前端的距离 L=1850mm； Ro隧道曲线半径 Ro =350m；R隧道管片内侧曲线半径， R= RoD/2=347m；盾尾端部至第一环长度L；管片前端对应的圆心角；=sin-1（L/R）= sin-1 （1.85/347）=0.3050b第一环管片前端相对于盾尾端部的移出量；b=R（1cos）=347（1cos0.3050）=0.005m=5mmb=5mm是曲线半径350m时，管片在盾尾内的最小极限间隙值，考虑到管片本身的44、尺寸误差、拼装的精度、盾尾的偏移等，通常要在这一极限间隙量上增加相应的富裕值，按照各国常用的盾尾间隙计算公式及盾构机外径对应的常用富裕值（K=30mm）,需要的盾尾间隙为：C=（bK）/2=（5+30）/2=18mm选取盾尾间隙x =25mm，因为C=25mm18mm，在曲线半径为350m时，是完全能满足施工要求的。2）盾构机直径D的确定D=d2（xt）d衬砌管片外径； x盾尾间隙，x =25mm； t盾尾外壳钢板厚度选取t= 45mm因此盾构掘进机的直径为：D=60002（2545）=6140mm1.7.2盾构机长度的确定（计算最小转弯半径的超挖量）由于盾构掘进机的最小转弯半径为350m，所45、以在盾构掘进机的方案结构长度决定后，需计算盾构掘进机较长的那段在最小转弯半径处的扩挖量，以确定盾构掘进机能否顺利通过最小曲线段。1）扩挖量的计算（如下图）图中：La盾构掘进机前端到铰接中心的长度，La =4650mm； Lb盾构掘进机后体长，Lb=3400mmRs盾构掘进机内曲线半径，Rs =346.9m计算条件：每一开挖循环盾构掘进机体的转弯角度，取St=10线路曲线半径，R0=350m A、B、C三点的坐标计算 XA=（LbL） =（34001850） =1550mmYA= R0=350mXB=XALa cos St =15504650 cos10 =6129.37mmYB=YALa si46、n St =3500004650sin10 =349192.5mm XC=XB+（D/2）sin St =6129.37+（6140/2） sin10 =5596.27mmYC=YB（D/2）cos St =349192.5（6140/2） cos10 =346169.3mmCa=tan-1| XC/ YC| = tan-1|5596.27/ 349192.5| =0.9181 =3.74mm理论计算表明：在半径为350m的曲线段上推进，当盾构掘进机前体长度为4.6m，每次推进偏转10时，扩挖量为3.74mm，即可以满足要求。但是，在实际施工中，考虑施工、盾构掘进机本身的误差等，实际的扩挖量远47、比理论计算值要大，参考有关的资料，取盾构掘进机的最大超挖值为：OC=100mm1.7.3盾构掘进机计算依据和计算内容1）计算依据盾构掘进机选型主要性能参数的计算根据业主所提供的地铁的工程和水文地质情况，参考有关资料进行。2） 计算内容盾构掘进机的主要参数计算包括硬岩和软岩两种情况进行。1.7.4硬岩中推进时盾构掘进机推力和扭矩的计算1）地质参数按照微风化岩层选取。岩石的抗压强度Ry：Ry=56.6MPa=566kg/cm2盘型滚刀的参数：盘型滚刀的直径：d=43.2cm，R=21.6cm ；盘型滚刀刃角=60刀具每转切深：h=1cm； 盘型滚刀刀间距：Bm=2htg/2 ；刀盘直径：D=6.148、8m式中：h为刀具每转的切深；为岩石的自然破碎角，查表选取=150Bm=2htg/2=21tg1500/2=7.46cm7.5cm2）在硬岩中盾构掘进机推力计算（1）硬岩中盾构掘进时刀盘的滚压推力a）每个盘型滚刀的推力F力根据力平衡原理和能量守恒原理计算刀盘的滚压推力，每个滚刀的滚压推力F力为：=18.6t式中：岩石的自然破碎角; h刀具每转切深,单位为厘米; R盘型滚刀的半径， 单位为厘米; Ry岩石的抗压强度，单位为MPa 。kd 岩石的滚压系数，其与岩石性质有关，查表取kd=0.55；ri为盘型滚刀的刃角半径，单位为厘米；i为盘型滚刀的半刃角；为岩石的自然破碎角，查表选取=1500 b）49、盘刀的滚动力F 式中：与被滚压岩石自由面条件和形状有关的换算系数，=0.8； m刀盘上安装的盘型滚刀数量，P力= F力 =1.73tc）滚刀数量的计算m=D/（2Bm） =6.14/（20.075） =40.9因此刀盘上安装的盘型滚刀数量取为：m=41根据经验公式m=7Dd）刀盘的滚压推力F推:F推=mF力 =4118.6 =762.6t（2）盾构主机外壳与泥土之间的摩擦阻力F1 式中:u土与钢之间的摩擦系数，u=0.3； L盾构掘进机长度，L=8.05m；F1=1/4（26.4+31.5+22.7+27.8）6.148.050.3=1254.3t（3） 盾尾与管片之间的摩擦阻力F4 F4=W50、cc =400.3 =12.0t式中：Wc作用于盾尾的管片的重量（假定作用于盾尾的重量为两环管片的重量，Wc=40t）c管片与盾尾之间的摩擦系数c=0.3（4） 后续设备所需的牵引力F5F5=qGF1=（5） 硬岩中盾构掘进所需的总推力F总= F推 + F1 + F4 + F53） 硬岩掘进时所需的刀盘扭矩T:a）刀盘滚动阻力矩计算T1刀盘滚动阻力矩计算T1：=114.4t.m式中：Bm滚刀间距，Bm =7.5cm；F盘刀滚动力；由前面的计算，F=1.73t 式中：Bm滚刀间距，Bm =7.5cm； F盘刀滚动力；由前面的计算，F=1.73t b） 石碴提升所需要的扭矩T2；T2 =qR2h151、R =1.993.0920.010.6183.09 式中：q石碴容重，q=1.99t/m3； 1刀盘系数，1=0.618； c） 克服刀盘自重所需要的扭矩T3：T3=W1.1.R =500.6183.09 式中：W1=刀盘自重，W1=50td） 硬岩掘进所需要的力矩T总:T总= T1T2T3 =114.41.195.5 =211t.me）盾构掘进机在硬岩中推进时所需要的推力和扭矩F总=762.6tT总=211t.m取F总=763t；T总=211t.m1.7.5软土中的推力和扭矩计算通常，盾构在硬岩中掘进时的刀盘扭矩小于在软土的扭矩，只对盾构在软土中推进时的扭矩进行计算。1） 地质参数选取：岩土52、容重=1.99t/m3； 岩土内摩擦角 =19.50； 土的粘结力 C=49Kpa=4.9t/m2； 覆盖层厚度: Hmax=26m， Hmin=8m； 地面上置荷载 P0=2t/ m2； 水平侧压力系数=0.49； 盾构掘进机外径 D=6.14m； 盾构掘进机总长 L=8.05m；盾构掘进机总重W=250t（假定）；管片每环的重量Wg=20t； 水平与垂直土压之比 K0=12）土压力计算按照常规算法，盾构的外部荷载将分别按照最大覆土厚度处的松动土压力和两倍盾构直径的全土柱高计算所产生的土压力，并取两者中的最大值作为盾构计算的外部荷载。即P外maxps , pq .a） 松动土压力计算：（a）53、松动高度计算： 式中： =5.93m松动高度h0 =7.9m（b）松动土压PS Ps=h0 =1.997.9 =15.72t/m2 b）两倍盾构机直径的全土柱土压力：Pq=h0式中：h0=2D=26.14=12.28mPq=h0 =1.9912.28 =24.4 t/m2由于PqPs所以，取Pq计算。c） 盾构受土压力的计算（a） 盾构上部土压力P0 = Pq +2 =24.4+2 0=26.4 t/m2（b） 盾构底部土压力P01=P0+W/（DL） =26.4+250/（6.148.05） =31.5 t/m2（c）盾构顶部侧压力P1 =P0 =31.50.49 =15.4t/m2（d）盾54、构底部侧压力P2 =（P0+D） =（26.4+1.996.14）0.49 =18.9t/m23）盾构机的推力计算：盾构掘进机的推力由盾构掘进机的外壳与土体之间的摩擦阻力、刀盘承受的主动水平压力引起的推力、土的粘结力引起的刀盘推力、盾尾与管片之间的摩擦阻力几部分组成。（a） 盾构外掘进机外壳与土体之间的摩擦阻力F1:F1=1/4（P0+ P01+ P1+ P2）.DLu式中:u土与钢之间的摩擦系数，u=0.3； L盾构机长度，L=8.05m；F1=1/4（26.4+31.5+22.7+27.8）6.148.050.3=1254.3t（b）刀盘水平压力引起的推力F2：水平主动土压力PdH0=h055、+R =12.283.07 =15.4m水平主动土压力PdPd =H0tg2（450-/2） =1.9915.4tg2（450-19.50/2） =15.3t/m2F2 =/4（D2. Pd）=/4（6.18215.3） =462.0t（c） 土的粘结力引起的刀盘推力F3F3 =/4（D2C） =/4（6.1824.9） =147.0t（d）盾尾与管片之间的摩擦阻力F4 F4=Wcc =400.3 =12.0t式中：Wc作用于盾尾的管片的重量（假定作用于盾尾的重量为两环管片的重量，Wc=40t）c管片与盾尾之间的摩擦系数c=0.3（e） 后续设备所需的牵引力F5F5=qG（f）盾构机掘进需要的56、总推力FF= F1F2F3F4+ F5 =1254.3462.0147.012.0 =1875.3t（4）曲线段推力计算在曲线段推进时，盾构机的推力为正常推进时的150%，因此，盾构掘进机实际应备的推力为：F推=1.5F =1.51875.3 =2813.0t取F推为2813.0 t4）软土推进时盾构掘进机扭矩计算盾构掘进机在软土中推进时的扭矩包含切削扭矩、刀盘的旋转阻力矩、刀盘所受推力荷载产生的反力矩、密封装置所产生的摩擦力矩、刀盘的前端面的摩擦力矩、刀盘后面的摩擦力矩、刀盘开口的剪切力矩、土压腔内的搅动力矩。（1）切削土体的扭矩T1计算参数：推进速度v: 一般情况下v=1.8m/h，vma57、x=3m/h；刀盘转速n: n=1rpm刀盘每转切深h: h=v/n=3cm，hmax= Vmax /n=5cm； 土的抗压强度qu : qu =12.2t/m2刀盘直径：Dd =6.18m，半径Rd =3.09mT1=1/2（qu hmax R2d ） =1/2（12.20.053.092）（2）刀盘自重产生的旋转反力矩T2:T2=G. R1 .ug式中：G刀盘自重，假定G=50t；R1滚动接触半径，R1=2.05；ug滚动摩擦系数，ug =0.004；T2 =502.050.004（3）刀盘推力荷载产生的旋转阻力矩T3推力荷载Pt Pt =R2Pd/4（d22d12）C =0.653.0958、215.3/4（4.8223.8422）4.9 =330.2t式中:刀盘开口率，=0.65; d2刀盘支撑梁外径，d2=4.8md1刀盘支撑梁内径，d1 =3.84mT3 = Pt R1 g =330.22.050.004（4） 密封装置摩擦力矩T4T4=2umFm （n1R2m1n2Rm12） =20.20.15（31.84232.262）式中：um密封与钢之间的摩擦系数，um=0.2Fm密封的推力，Fm =0.15t/m2; 密封数n1= n2=3， R m1 、R m2密封的安装半径，R m1=1.84m，R m2=2.26m（5） 刀盘前表面上的摩擦力矩T5T5=2/3（upR3Pd）59、 =2/3（0.650.153.09315.3）式中：up土层和刀盘之间的摩擦系数，up =0.15;刀盘开口率，=0.65Pd刀盘中心的土压力，由前面的计算，Pd =15.3t/m2（6） 刀盘圆周的摩擦反力矩T6刀盘圆周土压力PzPz =（P0P01P1P2）/4 =（26.431.522.727.8）/4 =27.1t/m2式中：D盾构机直径，D=6.18mLk刀盘宽度，Lk =0.45T6=2LkRd2Pzup（7）刀盘背面的摩擦力矩T7刀盘背面的摩擦力矩由土腔室内的压力所产生，假定土腔室内的土压力为0.8PdT7=2/3（R3up0.8Pd） =2/3（0.653.0930.150.60、815.3） （8） 刀盘开口槽的剪切力矩T8土的抗剪应力C，在切割腔内，由于碴土含有水，取C=1.0t/m2, 内摩擦角取为=50C=115.3tg50 =2.3t/m2T8=2/3.CRd3 （1）=2/32.33.093（10.65） =49.7 t.m（9） 刀盘土腔室内的搅动力矩T9T9=2（r22+r12）Lz C=2（2.42+1.922）0.82.3式中：r1刀盘支撑梁的内径，r1= d1/2=1.92m；r2刀盘支撑梁的外径，r2= d2/2=2.4m ； Lz刀盘支撑梁的长度，假定Lz =0.8m；（10）刀盘总扭矩T =2.910.42.74.892.271.073.7461、9.724.0取T=322 t.m5）推力和扭矩的经验计算公式（1） 推力的经验计算公式a） 推力的经验计算公式1Fj=D2 式中：50120t/m2b） 推力的经验计算公式2 FJ=/4D2Pj 式中： Pj=70100t/m2按照盾构掘进机刀盘扭矩的常用算法M=D3，对机械式，=0.51.2; 泥水加压式，=1.01.5;对于土压平衡盾构，取= 1.52.0; M=26.183 =472 t.m 根据理论公式和经验公式分别计算推力和扭矩，再考虑足够储备，最后，综合确定推力和扭矩。1.7.6刀盘功率P/1）刀盘功率P/ N=Nmax0.7 P/=TcN/9550 式中：刀盘最大扭矩为Tc，单62、位为t.m；刀盘最大扭矩所对应转速N=Nmax0.7，单位为r/min .1.7.7刀盘驱动机功率P刀盘驱动机功率PP= P/式中：传动总效率、包括机械传动总效率、液压传动总效率，取=0.75.1.6.7盾构推进功率 PT = F V式中：F盾构总推力，单位为N；V最大推进速度，单位为m/s;PT单位为w.1.7.8螺旋输送机的参数确定1）螺旋输送机输送量Q盾构机的开挖直径 D=6.18m； 开挖速度：V=1.8m/h Vmax=3m/h，计算螺旋输送机的参数时取Vmax（1）盾构掘进机的理论挖掘量ql:ql =/4.（D2Vmax） =/4（6.1823） =90.0m3/h（2） 螺旋输送63、机的理论出土量q土的松动系数取为1.6q=90.01.6=144 m 3/h（3） 螺旋输送机的实际输送能力Q螺旋输送机的实际输送能力应大于盾构的理论出土量，查表取Q=2q=2144 =288 m3/h取Q=320 m3/h2）螺旋输送机的主要参数的确定选定螺旋输送机的参数：螺旋外径： Ds =800mm;螺旋节距： Ls =700mm;转速: n=015rpm;根据选定的参数重新验算螺旋输送机的输送量：每转输送量为：Qs =/4.（Ds2.Ls） =/4（0.820.7） =0.35 m3/转Q=60.n. Qs=60150.35 =315m3/h螺旋输送机设计输送量Q=400 m3/h3164、5m3/h由计算说明所选参数能够满足盾构掘进机开挖需要。因此，螺旋输送机的参数为：螺杆直径: D=800mm；螺杆节径 L=700mm；转速 n=015rpm螺旋输送机的长度暂定为9.5m，实际设计时根据需要可能有所改动。3）皮带输送机的参数确定皮带输送机的输送量应与螺旋输送机的输送量相匹配，也就是说，皮带输送机的输送量应为315 m3/h，确定皮带输送机的参数时以此为标准进行计算。 （1）确定带宽BB式中:Q皮带输送机的实际输送量应与螺旋输送机相匹配,即Q=315m3/hKd断面系数，查表Kd =355Kv速度系数，查表Kv=0.98K倾角系数，查表K=1V带速，V=2.0m/s B =6765、3mm取标准带宽B=700mmb）电动滚筒的功率计算电动滚筒的轴功率P0：P0=（Kk.Lh.VKz.L.hQ0.00273Q.H）Kf式中：Kk空载运行功率系数，查表=0.0165Lh运送长度，=30mV带速，V=2.5m/sKz水平满载运行功率系数，查表=10.8910-5=103.9H倾斜高度，H=0.5mKf查表，Kf =2.8N0=（0.0165302.5103.9303150.002733150.5）2.8=5.14KW电动滚筒的功率N:NK q.（ N0/）式中：K q满载驱动系数，取K q =1.01.4,计算时取K q =1.4效率，计算时取=0.88N1.4（5.14/0.66、88） =8.2KW取N10KW经过计算，皮带输送机的参数取为：输送距离 Lh =30m胶带宽度 B=700mm带速 v=2.5m/s电动滚筒功率 N=10KW直径 D=500mm旋转线速度 v=2.5m/s第二部分 施工准备1、施工场地布置1.1、施工场地布置原则地铁一般地处市区，交通拥挤、人流集中、施工用地比较紧张，场地规划主要按以下原则布置：1.1.1、施工场地作为施工组织的重要资源，必须严格按照招标文件和设计图纸提供的施工条件和施工要点，做到合理可行。1.1.2、根据现场施工总体安排及交通运输的需要，施工临时用地以满足施工生产和现场管理为主，尽量减少干扰既有道路交通。1.1.3、充分考67、虑市容及环境保护，施工设施布置在满足生产规模和施工工艺的要求下，做到紧凑美观、安全防火。1.1.4、充分利用既有交通，减少施工临时便道工程。1.2、施工场地总平面布置应根据实地调查，选用生产、生活营地，并合理布置好生活区、办公区、生产区（试验室、钢筋加工房、模板加工区、临时堆土区及机械停放场）及材料堆码区（材料房、水泥库房、钢筋堆放区及钢管支撑堆放区）进行围挡。为便于管理和高效组织生产,施工场地按如下要求布置:1.2.1、生产区与生活区尽量分开布置。1.2.2、生产区布置应方便现场施工。1.2.3、生产区与材料堆码区应尽量靠近。1.3、主要临时设施安排1.3.1、施工围挡施工围挡一般采用厚3m68、m、高2.1m彩钢波纹板，板后采用42钢管固定，管间用扣件连接。板顶部设置10cm高的黄色压顶条，并每隔5m安装警示红灯，板外侧设置反光片，保证周围交通安全。或采用砖砌围墙（墙高2.5m,每隔4m设370mm370mm砖柱）,墙外侧涂刷白色涂料，墙上醒目标注业主要求的内容。1.3.2、施工便道为了满足进料、出土及结构施工的要求，一般修6m宽、20cm厚、C20砼道路作为施工便道。场内施工便道与场外公路顺接。施工便道在大门口位置设洗车槽，进出工地车辆必须冲洗，确保不带泥进入市区。除对施工便道进行硬化外，对钢筋加工场、模板加工场、机修场、材料和水泥堆料场等场地采用15cm厚、C15砼进行硬化。1.69、3.3、生产、生活房屋生产、生活房屋本着安全适用、布局合理、标准统一的原则进行布置。监理、办公用房采用高标准双层活动组合房屋，生活区用房为双层砖砼结构，料库、机修间、加工房、工具房和其余生产用房采用砖墙结构；对于有防火要求用房，则按要求调整房屋结构，并按规定配备消防设施和器材。1.4、施工用水、用电、用风、通讯、排水及消防设施布置、施工用水及生活用水生产、生活用水从业主指定供水点（或与有关部门联系取得的供水点）接驳50供水管，引至生产、生活区域，管道每100米设置一阀门，以便于检修。施工用水采用32供水管路，供水管每60米设置一阀门，并按规定配置消防栓及消防箱，另根据施工要求，在施工用水压力不70、足时，可在适当地点增设增压泵，以满足施工要求。生活用水以32供水管为主管路、25供水管为支线管路引入生活区和办公区。、施工用电施工用电从业主提供的变压器接驳点（或与有关部门联系取得的变压器接驳点）引至生产区和生活区，另外为了满足施工期间意外停电的应急需要,还应各配备一台150KVA发电机作为备用电源。现场施工照明按以下方案实施：1）施工用电管线沿隧道一侧布置。2）主体结构施工时，每隔50米增设一配电箱作为施工照明用电，配电箱设置良好的接地装置和漏电开关，防止触电。、施工用风在地铁隧道拱顶上挂1000mm的拉链式软风管压入式通风，将新鲜空气压入盾构机后配套设备末端，由后配套上的二次通风设备实现将71、压入盾构机末端的新鲜空气在盾构机前端和各作业空间的流通。在隧道内安装完管片之后，为防管片下沉变形，应及时灌豆石、注浆填充管片与围岩间空隙，因此应在隧道边墙脚安设150mm高压风管供灌砂用。1)通风方式根据地铁隧道施工实际情况，选用压入式通风方式。2)风量的计算宜采用最小端面风速法计算风量。Q需VminS其中：Vmin最小端面风速取0.25 m/s。S为开挖端断面面积约为28m2。Q需=0.2528=7 m3/s=25200 m3/h。压入式通风，百米漏风率情况如下：L1000m，L100=2.5%；1000mL2000m，L100=2%，其中L为掘进深度，L100为百米漏风率。Q机=（Q需+Q72、漏）1.15（风量备用系数）对于1600m隧道而言：Q机=（25200+252002%1600/100）1.15=38254m3/h3)风压计算h机h总阻=h摩+h局+入正，h总阻沿程总的通风阻力，h摩=9.8LVQ/S（Pa），其中：风道摩擦阻力系数=0.0005，L风道总长度，V风道周边长度，S过流面积，Q计算风量m3/s。4)风机选型对于1600m长隧道选用2SZ90风机两台，800m的隧道选用2SZ90风机一台。风机具体参数如下：风量：45000m3/h，风压：3160Pa，电机功率：30Kw2。5)根据需要，配备12台12 m3/min空压机。、通讯本工程配置6部程控电话，监理办公室73、业主代表办公室、项目经理部调度、办公室、工程部、项目经理各配一台程控电话；另外项目经理、总工及各部门负责人均配有手机。现场施工指挥、协调则采用对讲机联系。监理办公室、业主代表办公室与经理部每个部门各配一台微机（工程部配四台），配备上网装置，实现办公网络化和现代化。、施工排水施工场地内除不同区域设置排水沟外，沿施工便道周边设排水沟，排水沟截面为400 mm500mm（高宽），并每隔30米设置一沉淀池，沉淀池尺寸800 mm800 mm800mm，排水沟泛水坡度为1%，生活污水和生产废水、雨水等经沉淀池沉淀后排入市政污水井和雨水井。、消防设施在各生产和生活场地按规定配备足够的消防灭火器及其它消防74、工具。同时与当地消防部门联系，取得市政府部门的检查认可，并坚持消防经常自检，确保设施经常处于良好状态，随时可满足消防要求，施工中消防设施不得挪用。、其它为方便材料运输和现场管理, 应设置7m宽大门，大门旁侧设门卫室。沿竖井结构基坑坡顶四周设置1.2m高防护栏杆，防护栏杆采用48钢管焊接而成，上覆绿色安全防护网，确保施工人员安全。在竖井人、料的出入口安设钢爬梯，供施工人员及材料的出入。2、出发、到达工作井的施工为使盾构施工顺利进行，施工前，应建好始发竖井，其宽度B一般取B=D(1.52)m，以利进行各项作业，长必须有安装盾构、后座设备、运输管片和进行出土的余地，一般始发井长度A为L+(0.51.75、0) L，其建造采用触变泥浆护壁，普通沉井法施工施工。2.1、竖井施工、竖井凹形帷幕止水及井底地基加固为防止井壁下沉涌水、冒砂以及增加井壁底部土层的承载力，采用单管高压旋喷注浆法对井壁外侧及井底呈凹形进行帷幕止水与土体加固。旋喷桩桩径600mm，桩距500 mm，排距450 mm，呈梅花形布置，各桩间均相互咬合。注浆材料采用32.5级普通硅酸盐水泥，水灰比1。加固后的土体承载力 KPa，渗透系数10-6cm/s。、锁口盘(套井)施工方案为确保出发井、到达工作井顺利施工,准确无误沉到设计位置,满足出发井、到达工作井下沉施工及盾构机施工的要求,设计了锁口盘。锁口盘净尺寸 (长宽),外形尺寸 (长宽76、),深度2 4,与凹形帷幕墙体旋喷桩顶相接使之成为一体,达到保护竖井井筒的目的。出发井井筒设计方案：出发井净空尺寸 (长宽),井深 ,为矩形沉井。井壁厚度 ,钢筋砼结构。刃脚外侧的竖向钢板与内侧斜面钢板及底面钢板制成钢靴,钢靴长度为 ,内焊制钢筋、浇注砼与井壁砼浇结一体。刃脚砼强度等级为 ,井壁砼强度等级为 。沉井面对 方向井壁下部预留盾构机进洞口尺寸为 。 沉井分 次制作, 次下沉。在每节接缝处预留凹形槽,并作防水处理,以便井壁有机结合。沉井第一段下沉砼强度必须达到设计强度后方可下沉,以后下沉,其强度要达到设计强度的75%,沉井下沉施工必须严格按允许偏斜率(0.5%)施工；刃脚钢靴施工前要将77、井筒四周表土层进行置换改良；沉井下沉施工中进行壁后注浆；触变泥浆配合比为：陶土(或高岭土)18%,纯碱0.6%,甲基纤维素0.05%, 水81. 35%。泥浆密度1.1Kg/L；沉井下沉到设计标高后置换壁后泥浆,砂浆强度等级为M7.5,待砂浆凝固,井壁与土层间、锁口盘间结牢方可进行井底施工；沉井周围要布设永久性水准点,距井口中心距离50。、施工要点出发井帷幕止水、井底土体加固施工测量定位：严格按设计测量放样定桩位,控制好标高,在每个桩位上用短钢筋带白灰定点位,并在施工线外2左右处埋设对称点,以防止错位和遗漏,施工中保证桩位偏差5。旋喷成桩严格控制钻孔垂直度,偏差24,保证桩径600,使桩与桩之78、间相互咬合。桩质量检测：通过现场钻探取样、原位测试、压水试验,结合室内渗透、抗压试验等方法,测得固结体的抗压强度和渗透系数。经检测加固后的土体承载力应满足设计加固土体承载力的要求。加固体的渗透系数应满足加固土体渗透系数10-6cm/s的要求。为下步沉井施工提供了良好保障。、锁口盘(套井)施工土方开挖使用履带式挖掘机 台、翻斗车 台,挖运土方至弃渣场。挖至帷幕桩顶部时预留20左右,以免挖掘机对桩体扰动破坏,然后由人工操平。 套井基坑临时支护：套井位于 土层中 ,套井长边达 ,短边为 ,开挖深度,必须对修整后的周边进行临时支护。在直墙部位,采用24砖墙,10砂浆砌筑,每隔2设置一个37砖垛,砂浆不79、要饱满以增加护墙的透水性能。套井的斜边部位采用 4的钢丝网临时支护,钢丝网由 18的土钉固定, 8钢筋压平,10砂浆抹面35,旋喷桩顶清洗干净。钢筋绑扎、支模浇砼：按设计图纸的布筋要求进行钢筋绑扎,搭接长度、搭接位置以规范规定为准。模板用 钢模板。采用商品砼泵送(沉井井筒浇筑均用商品砼泵送),四周对称均匀浇筑,震捣要及时。、沉井施工刃脚垫层施工刃脚钢靴在施工前,为防止刃脚钢靴制作过程中及井筒浇筑砼时突沉及不均匀沉降,需对井筒周围表土层进行置换改良。施工刃脚垫层宽 ,深 ,采用碎石级配每填40厚碎石使用蛙式电夯夯实。根据填料的实际含水量情况洒水夯击以增加垫层的密实度。在垫层上铺设厚度为15、长度80、为80、宽度15的垫木,沿刃脚环向密集铺置如 图。刃脚钢靴制作安装为确保刃脚钢靴加工质量,焊接按钢结构工程施工及验收规范执行。出发井井筒刃脚钢靴分10段制作,场外加工,组装验收后分段拉运现场,下入套井内螺栓钢板连接安装。钢靴焊接程序:放样切割边缘加工点焊连接矫正位置焊接成型矫正割渗水孔螺栓连接。井筒制作预留管口施工：按设计要求,井壁预留隧道口、管道口在井筒下沉过程中应填实,填充物容重基本上要与钢筋砼容重相近,以防止井筒下沉过程中因自重不均产生偏斜。在施工中对隧道预留口灌注素砼,管道预留口砌砖,解决质量平衡问题。预埋管路施工：在井壁上需埋设 50的硬质塑料管,用于壁后注浆。施工时用短钢筋将塑料管81、夹紧再与井壁钢筋点焊牢固防止偏位,管口用木塞或硬塑丝堵盖封严,防止砼块或其它坠物阻塞管路。砼施工缝处理:在浇筑砼顶面做矩形槽。具体做法是使用特制的矩形钢模在砼浇筑到预定位置时安装。槽宽40,槽深10,在井壁砼的中心部位布置。待浇筑的砼初凝时拆除,下次砼浇筑时将施工缝内的杂物清理干净后,先浇注水泥浆,然后再浇筑砼,确保与前次砼紧密结合。、沉井入土下沉导向木安装：在井筒下沉前,沿井筒外壁四周与套井井壁间隙,前后、左右对称安装10组导向木。导向木用钢筋通过套井预留环悬挂在井筒外井壁与套井井壁之间,保证沉井居中位置准确无误,起到导正井筒作用。刃脚垫木拆除：在沉井内安排若干施工人员,对称同时拆除垫木,专82、人上下指挥,防止沉井突然下沉,发生意外。挖、提土机具的选择：由于沉井内作业面大、深度浅、无大量积水,因此选择 台 微型挖掘机挖土,提土选择 台 汽车吊做提升机具,自加工提土斗 个,容积为1 53。井下每班45人作业,井筒上面安排专人指挥吊车与井内人员相互配合,确保吊装出土顺利安全,吊出的土直接装入翻斗车,拉运至弃土场。 挖土顺序：开挖土体应从沉井中心开始向周围井壁进行,在沉井底部形成“锅底”形状。挖土顺序一般为:对砂层只挖中间不挖四周;对粘土层则从中间向四周均匀对称挖土;对土质软硬不均的先挖硬的一侧,后挖软的一侧。严格控制挖土速度。沉井下沉质量控制：严格控制井内出土量和挖土位置,使沉井处于竖直83、平衡下沉。随时分析和检验土层摩擦阻力与沉井自重的关系,必要时可增加沉井本身质量。当沉井某一侧位置出现“突沉”现象,沉井发生偏斜时,应及时采取纠偏措施。壁后注浆：触变泥浆通过预埋在井壁内的管道或井壁外侧的环状间隙,随着沉井下沉而不断地注入壁后,及时充填下沉产生的环状间隙,将井壁与土体隔开,改善土体的渗透性能。同时浆液压力保持土体的完整,不致坍塌,从而减小了沉井外侧的摩擦阻力。壁后泥浆置换与井筒固结：沉井下沉到设计位置后,立即进行检测调整、紧固,然后下入注浆管进行壁后泥浆置换。置换泥浆为水泥砂浆,强度等级为7 5。砂浆注入套井底面标高时,上部采用25砼浇筑井壁与套井之间的间隙,使井口平齐。基底砼施84、工:基底清理干净并经验收合格后及时进行封闭。基底砼浇筑时必须震捣密实,使沉井成为一个闭合的受力整体。2.2 、盾构始发的准备工作 、始发基座安装始发基座采用钢结构形式，主要承受盾构机的重力和推进时的摩擦力。由于盾构机重达400多吨，所以始发基座必须具有足够的刚度、强度。此外，在始发基座两侧每隔1.5m利用200H型钢给始发基座加横向的支撑，提高始发基座的稳定性。在安装始发基座前进行测量放样工作，准确定位始发基座。在盾构机主机组装时，在始发基座的轨道上涂硬质润滑油以减小盾构机在始发基座上向前推进时的阻力。 如果盾构机始入曲线段，隧道中线和线路中线在曲线段有一定的偏移量，由于盾构机主机在全部进入加85、固区时几乎不能够调向，为了使盾构机进入加固区后管片衬砌不超限，盾构机始发的方向不能垂直于车站端墙，而是同洞门处线路中线点的一条割线方向平行。始发基座的坡度（即盾构机的中心坡度）应略小于隧道设计轴线坡度；考虑到隧道后期沉降因素，盾构中心比设计轴线抬高20mm。 、洞门密封装置的安装为了防止盾构始发掘进时泥土、地下水从盾壳和洞门的间隙处流失，以及盾尾通过洞门后背衬注浆浆液的流失，在盾构始发时需安装洞门临时密封装置，临时密封装置由帘布橡胶、扇形压板、垫片和螺栓等组成。为了保证在盾构机始发时快速、牢固地安装密封装置，盾构施工时在预留洞门处预埋环状钢板。盾构机进入预留洞门前在外围刀盘和帘布橡胶板外侧涂润86、滑油,以免盾构机刀盘挂破帘布橡胶板影响密封效果。当盾构机刀盘进入洞门后将扇形压板置于外侧并用螺栓固定；当盾构机主机全部通过洞门后将扇形压板置于内侧靠在负环管片的外表面，起到防止泥水、浆液流失的作用，从而减少始发时的地层损失。 、组装反力架反力架提供盾构机推进时所需的反力，因此反力架须具有足够的刚度和强度。反力架支撑在底板和中板上，反力架的纵向位置保证洞门环砼管片拆除后浇注洞门时满足洞门的结构尺寸和连接要求，同时须保证支撑的稳定性。反力架的横向位置保证负环管片传递的盾构机推力准确作用在反力架上。安装反力架时，先用经纬仪双向校正两根立柱的垂直度，使其形成的平面与盾构机的推进轴线垂直。如果始发位于曲87、线上，反力架和洞门端墙不平行，为了保证盾构推进时反力架横向稳定，用膨胀螺栓和型钢对反力架的支撑进行横向的固定。在安装反力架和始发台时，反力架左右偏差控制在10mm之内，高程偏差控制在5mm之内，上下偏差控制在10mm之内。始发台水平轴线的垂直方向与反力架的夹角2，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差2，水平趋势偏差3 、凿除端墙钢筋砼如果盾构始进面围护结构设计为钢筋砼，则应先凿除围护结构，其主要目的是割掉盾构机通过范围内的钢筋，使盾构机顺利进入端头加固区。由于端头土体一般都采取了加固，加固后土体暴露时间不能够太长，而在吊装螺旋输送机时需暂时将盾构机推进预留洞门内，在盾构机刀盘进入预留洞门前只能将部分88、围护结构进行凿除以保证安全。施工时先凿除砼保护层的2/3厚，并将外层钢筋焊割掉；当螺旋输送机组装完毕后将盾构机拉出洞门，并进行盾构机的剩余组装、调试以及负环管片的拼装工作。当盾构机推进至洞门时将剩余的钢筋焊割掉，并进行剩余围护结构的凿除，在进行第二次凿除施工时，准备好喷浆机以及喷浆料，一旦工作面出现失稳的迹象，马上进行喷浆以封闭掌子面。凿除施工时，在盾构机与掌子面之间搭建脚手架，利用人工进行凿除围护结构砼施工，凿除按照从下往上、从中间往两边的顺序进行。2.2.4 、负环管片的安装负环管片包括负环钢管片和负环砼管片。负环钢管片一般为350mm厚，内径为5500mm，外径为6200mm的钢制圆环。89、负环钢管片起到连接负环砼管片和反力架的作用。在拼装第一环负环管片前，在盾尾管片拼装区180度范围内安设7根长1.4m、40mm厚的木条（盾尾内侧与管片间的间隙为45mm），并将钢环与反力架用螺栓连接好。在盾构机内拼装好负环管片后，利用盾构机推进千斤顶将管片缓慢推出盾尾，这时反力架与负环管片之间还有一定的间隙，继续拼装第二环负环管片，与第一环负环管片用螺栓连接牢固之后，用推进油缸往后推，直至负环管片与钢环管片贴紧为止，然后用薄钢板或快凝型砂浆将负环管片与钢管片之间的缝隙填实。由于始发支座轨道与管片外侧有85mm的空隙，为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，在始发基座导轨上点焊外径80mm圆钢，使圆90、钢将负环钢管片和负环砼管片托起。第二环负环以后管片将按照错缝的方式进行拼装。具体见图1。盾尾管片钢管导轨木条始发基座图1随着负环的进一步拼装，盾构机快速地通过洞门进行始发掘进施工。3、端头加固当盾构始发及到达端头，如果其周围地层为自稳能力差，透水性强的松散砂土和含水粘土时，如不对其进行加固处理，则在凿除洞门围护结构后，必将大量土体和地下水向工作井内塌陷，导致洞周大面积地表下沉，危及地下管线和附近建筑物安全。目前，常用加固方法有：注浆、旋喷、深沉搅拌、井点降水、冻结法等，可根据土体种类（粘性土、砂性土、砂砾土、腐植土）、渗透系数和标贯值、加固深度和加固的主要目的（防水或提高强度）、工程规模和工期91、环境要求等条件进行选择。加固后土体应有一定的自立性、防水性和强度。为了确保盾构始发和到达的安全性，必须对始发到达端头的加固土体的范围、强度进行验算，并严格检验。3.1、加固土体的强度及整体稳定验算3.1.1、强度的验算将加固土体视为厚度为t的周边自由支撑的弹性圆板，在外侧水压力作用下，板中心处的最大弯曲应力，按弹性力学原理求得，其强度验算公式为：max=wr/21/k1=3(3+)/8 式中：r为工作井半径；t为加固土体厚度；1为加固土体的极限抗拉强度的10%; k1为安全系数，一般取k1=1.5; w作用于开洞中心处的侧向水压力。对于砂性土，水压力和土压力分别计算；对于粘性土，水土压力合算92、。土压力按静止土压力考虑，土的计算参数按加固前的选用。为加固后土体的泊桑比，一般=0.2。周边自由支承的圆板，其支座的最大剪力可按弹性力学原理求得，其抗剪强度验算公式如下：max=3wr/4c /k2式中：c为加固后土体的极限抗剪强度；k2为抗剪安全系数，一般取k2=1.5。3.1.2、整体稳定验算洞外加固土体在上部土体和地面堆载P等作用下,可能沿某滑动面向洞内整体滑动,假定滑动面是以端墙开洞顶点o为圆心,开洞直径D为圆弧面,此时引起下滑力距:M=M1+ M2+ M3。式中：地面堆载P引起的下滑距M1=PD2/2;上覆土体自重Q上引起的下滑力距M2=Q上D/2;滑移圆弧线内土体下滑力距 M3=93、rtD3/3，此处rt为加固后土体的重度。抵抗下滑力距为：M抗=M抗1+ M抗2+ M抗3。式中：M抗1=CuhD; M抗2=CuD2(/2-);M抗3=CutD2;Cu:加固前土体的粘结力；Cut:加固后的土体的粘结力；h：上覆土体高度；=sin-1t/D;抗滑移的安全系数k2= M抗/ M1.5。3.2 、端头土体加固范围根据理论分析和工程实践经验，洞口周围土体的最小加固宽度和高度为：当洞口直径：5.0D8.0m范围时（目前，国内地铁盾构内径都在此范围内），其加固范围为：孔洞口周围土体的最小加固有宽度和高度如下：B2.0m,一般取0.5Ds(Ds为盾构外径)；H12.5m,H21m。加固纵94、向长度L：盾构始发端头，根据有关文献资料，砂性土，一般为L=盾构长度+a，其中a由改良后土体渗透系数确定，通常a=11.5m。根据以往加固经验，加固长度L一般取7.58.5m。盾构到达端头，加固长度一般为L=盾构长度+3环管片宽度。其纵向加固最佳合理有待根据具体条件进一步探讨，一般以保证工程施工安全为基本原则。3.3、端头土体加固方法根据盾构施工要求以及工程地质、水文地质条件和地面环境条件，一般地质为砂、粘土等软弱、破碎及结理发育类围岩，端头需进行地层加固。其方法根据现场条件及实际施工的可行性，一般地质为砂、粘土等软弱围岩，采用深层搅拌桩进行加固；破碎及结理发育类围岩一般采用注浆加固，现以深层95、搅拌桩加固进行阐述。、深层搅拌桩加固施工工艺）工艺流程(如图2所示)施工放样钻机就位下沉钻进喷浆至孔底上提喷浆强制搅拌复 搅提钻、移位 图2（加固施工工艺流程）2）施工工艺（1）钻机定位移动深层搅拌机到指定桩位对中，调整塔架丝杆或平台基座，使搅拌轴保持垂直。一般对中误差不超过2cm，搅拌轴垂直度偏差不超过1.0%。（2）浆液配置a）严格控制水灰比，一般为0.450.55，对袋装水泥抽检，使用经过核定准的定量容器加水；b）充分拌合水泥浆，每次投料后拌合时间不得少于3min；（3）送浆将制备好的水泥浆经筛过滤后，倒入贮浆桶，开动灰浆泵，将浆液送至搅拌头；（4）钻进搅拌钻进至桩位的设计标高。（5）提96、升搅拌喷浆证实浆液从喷嘴喷出并具有一定压力后，连续喷入水泥浆液，原地喷浆搅拌30秒。根据设计要求的成桩试验结果调整灰浆泵压力档次，使喷浆量满足要求。将搅拌头自桩端反转匀速提升搅拌，并继续喷入水泥浆，提升至桩顶，不关闭动力头及灰浆泵。（6）重复钻进喷浆搅拌完成提升搅拌喷浆后，操作搅拌头钻进搅拌，至设计标高后停止下沉操作，原地喷浆15秒。（7）重复提升搅拌完成重复钻进搅拌后，将搅拌头自桩端反转匀速提升搅拌，直至地面。（8）成桩成桩完毕，清理搅拌叶片上包裹的土块及喷浆口，桩机移至另一桩位施工。3.、端头加固体检测为确保加固质量，必须对加固土体钻孔取样，以检查其强度、透水性以及均质性。检查方法有多种：97、从广州、深圳等地实践表明，其主要有两方面：3.1、从地面钻孔对加固强度进行取芯，以确认加固质量，有两方面资料认为其芯体的单轴侧限抗压强度一般为0.3Mpa1.0Mpa为 宜。若采用钻孔桩、搅拌桩或旋喷桩等方法加固，通常取芯钻孔布置在三桩咬合处。3.2、从洞口处进行水平钻孔检查，打孔数量为周边孔8个,中心孔一个，看其固结和渗水情况，一般渗水量每昼夜不得大于30L。若加固质量不佳，有流水、流砂、涌泥现象时，应进行补充加固，端头加固是确保盾构安全出洞和进洞的关键环节，南京地铁一号线曾发生过因端头加固不到位，致使洞门围护结构破除后，发生了滑坍工程事故，导致盾构不能顺利进行施工。当端头地层为类以上围岩时98、，则可不需加固处理。如果涌水量大，则需进行止水处理。4、管线路布置4.1、运输线路布置水平运输采用电瓶车与矿车、管片车、砂浆车组合进行洞内的运输工作，轨线采用四轨单线，外面两轨为盾构机后配套所用，中间两轨为列车所使用。 4.2、电线路、风管、水管布置、电线布置电线路分动力线与照明线，均挂在边墙上，动力线一般布置在离隧底2.8m处, 照明线离隧底2.0m，每隔20m在边墙上设固定点,以便把电线挂好、拉直。、风管布置在拱顶上挂1000mm的拉链式软风管压入式通风，将新鲜空气压入盾构机后配套设备末端。在隧道内安装完管片之后，为防管片下沉变形，应及时灌豆石、注浆填充管片与围岩间空隙，因此应在隧道边墙脚99、安设150mm高压风管供灌砂用。、水管布置隧道内的水主要来源：开挖面涌水、洞内漏水及施工作业后的废水。为保证洞内不积水，排水管采用80及100钢管，根据水量进行调配，最后排至始发井处集中井，用水泵抽出地面集中排出。水管布置在隧道边墙墙脚处。 第三部分 盾构掘进1盾构机始发掘进盾构机的始发，在盾构掘进施工中占有相当重要的位置。目前，盾构隧道有埋深加大且结构尺寸大型化的趋势，施工周围的环境亦日趋严峻。在这种情况下，盾构工程的始发对辅助施工法的依赖性将越来越大，几乎到了没有辅助施工法就不能施工的地步。与此相应，辅助施工法也进步显著，现在辅助施工法不但强度增大、可靠性提高，而且在大深度场所也能适用。以100、前是以化学注浆进行端头加固为主，目前逐渐采用了高压喷射注浆和冻结等更为安全的施工方法。1.1始发形式盾构机的始发是指利用临时拼装管片等承受反作用力的设备，将盾构机推上始发基座，再由始发口进入地层，开始沿所定设计线路掘进的一系列作业。根据临时墙拆除方法和防止开挖面地层坍塌方法的不同，施工方法可分成如下几类:第1种方法：使开挖面地层能够自稳，再将盾构机贯入自稳的开挖面。它是通过化学注浆、高压喷射注浆、冻结施工法等来加固开挖面地层使之能够自稳，或向始发竖井压气，以平衡开挖面地下水压，使地层自稳。第2种方法：利用挡土墙防止开挖面崩塌，让盾构机开始掘进。这种方法又分为两种：一种是将始发竖井的挡土墙做成双101、层，以防止内层挡土墙拆除时开挖面崩塌，当盾构机向前推进，到达开挖面地层，起吊盾构机前方的外层挡土墙后盾构机才开始开挖;另一种是在始发竖井的近旁再挖一个竖井，盾构机从该竖井内向前推进，在回填后开始开挖。另外，近年来作为特殊施工事例，有的采用水泥加固土墙等，在做成构筑物后，取出芯材(工字型钢)，只将水泥加固土墙挖除，即开始让盾构机开挖。以上是拆除临时挡土墙让盾构机开始开挖的方法，目前，国内普遍采用直接破除始发竖井的挡土墙，将盾构机贯入工作面后掘进的方法进行始发作业。对于具体的始发作业，一般是对不良地质采用端头加固处理技术的办法，或采用地基改良使开挖面自稳，再开始开挖。此外，始发作业可以单独采用或组102、合采用以上施工方法，这取决于地质、地下水、覆盖层、盾构直径、盾构机型、施工环境等因素，还要考虑安全性、施工性、经济性和进度等。1.2始发设备1.2.1始发基座、反力架、临时拼装负环管片始发基座根据盾构机设置的位置(高度、方向)和盾构机的重量、盾构机械组装作业的施工顺序等来确定，用工字钢和钢轨等材料安装而成。反力架和临时拼装管片是根据管片的运进和出碴空间等来确定形状，同时必须注意要根据正线管片开始衬砌的位置来确定临时负环管片、反力架的位置。一般用工字钢安装反力架，临时负环管片的使用，能容易撤除钢结构或高强度铸铁结构。临时管片的拼装精度会影响正线管片的正圆度，必须引起高度重视。部分盾构施工中，有时103、采用临时负环管片只组装下半环，上部留有开口，不特别设置反力架。 1.2.2洞口密封装置洞口密封装置是对洞口初始掘进段与盾构机或管片之间的间隙采取的防渗措施，以确保施工可靠和安全。即在盾构机开始推进后不久，就可对开挖面加压，盾构机尾部通过之后，立即进行壁后注浆，尽早稳定洞口。为了不使入口土层发生破损和反转，必须充分注意盾构机推进口的净空和土层的材质、形状、粒径等。洞口密封装置由洞口防渗材料、防止土层反转的压板及固定它们的铁件构成。在靠构筑物始发时，它被固定在构筑物的混凝土上。在靠临时设施始发时，通过浇筑洞口混凝土等来固定。压板多采用滑动式，但必须随盾构机的移动进行调整。最近采用枢轴结构的压板(翻104、板式)增多，节省了压板调整时间，提高了在盾构机下部狭窄空间内作业的效果。.3始发步骤.3.1始发准备作业对于土压平衡式盾构机，需配备出碴设备、壁后注浆设备、器材搬运设备等。在进行这些作业的同时，还要进行始发准备作业, 始发准备作业包括始发基座的设备、盾构机的组装、洞口密封装置的安装、反力架的设置、后配套设备的设置、盾构机试运转等。拆除临时墙的作业是在开挖面自稳时间内进行的，中途不能停止。因此，各项作业均应可靠地施工。盾构机贯入地层后不能目测之处很多，始发前一定要进行试运转等。盾构始发必须待端头加固完成并达到设计强度后进行。所以应注意作业规划和进度管理。.3.2拆除临时墙拆除临时墙必须对洞口进行105、放样。开凿前应确认混凝土凿除部分不会引起坍方、涌水。有的地铁在做围护结构时，在洞口部位的钢筋用玻璃纤维代替，当盾构出、进洞时，不用预先开凿，而是用盾构直接破洞，从而缩短始发时间。 起始推进口临时墙的拆除作业，由于伴有地层坍塌、地下水涌入等危险，拆除前要确认地层自稳、止水等状况，拆除作业要迅速而谨慎。 .3.3始发方案（1）盾构机主机与设备桥连接，利用临时门架将设备桥托起，后配套拖车置于出碴井后面；（2）在设备桥上安装临时皮带输送机作为临时出碴设备，设备桥和后配套拖车间利用长120m的延长管线进行连接；（3）管片和碴土的吊装均通过出碴口进行起吊；（4）当盾构机掘进53m后，拆除反力架和负环管片，106、用临时钢支撑将负环管片撑住；（5）将后配套拖车分别移至隧道内，拆除临时门架和临时皮带输送机并将第一节后配套拖车与设备桥连接，并顺次连接第二、三、四节拖车；（6）取掉延长管线并将盾构机配套的皮带输送机进行硫化安装，重新连接水、电、油等管路，使盾构机形成正常的掘进状态。1.4盾构机始发的注意事项盾构始发前要根据地层情况，设定一个掘进参数。开始掘进后要加强监测，及时分析、反馈监测数据，动态地调整盾构掘进参数，同时还注意以下事项：（1）始发前检查地层加固的质量，确保加固土体强度和渗透性符合要求；（2）始发基座导轨必须顺直，严格控制其标高及中心轴线，由于始发时盾构机与地层间摩擦力很小，盾构易旋转，这时可107、以在盾构机两侧盾壳焊接两排钢块作为防扭装置，用来卡住始发台，防止盾构机旋转。同时应加强盾构机姿态的测量，如发现盾构有较大转角，可以采用大刀盘正反转的措施进行调整，同时推进速度要慢；（3）在拼装第一环负环管片时，为防止两块邻接块失稳，可在管片抓取头归位之前，在盾壳内与负环钢管片之间焊接一根槽钢以扶住邻接块。（4）始发前在刀头和密封装置上涂抹油脂，避免刀盘上刀头损坏洞门密封装置；（5）及时封堵洞圈，以防洞口漏失泥水和所注浆液；（6）严格控制盾构机操作，调节好盾构推进千斤顶的压力差，防止盾构发生旋转、上飘或叩头；（7）完毕之后，始发台的端部与洞口围岩还有一定的距离。为保证盾构机在始发时不至于因刀盘悬108、空而造成盾构机“叩头”，可在始发洞口内安设一段型钢作为始发导轨，同时应注意，在导轨末端与洞口围岩之间，应留出刀盘的位置，以保证始发时，盾构机刀盘可以正常旋转；（8）在拆除延长管线时要注意推进油缸压力的保持，防止盾构机后退。（9）始发前应在基座轨道上涂抹润滑油膏，减少盾构推进阻力。（10）始发前应在刀头和密封装置上涂抹油脂，避免刀盘上刀头损坏洞门密封装置。（11）及时封堵洞圈，防止洞圈漏浆。（12） 调整盾构的初始姿态。通常盾构的中心线要比隧道中心线高20mm左右，以防止始发时盾构磕头。（13） 精确测量盾构的姿态。1.5盾构初始掘进（1） 初始掘进长度确定。确定盾构初始掘进长度应综合考虑以下因109、素:盾构和盾构的后续台车设备;管片与土体之间的摩擦力足以支持盾构的推力;初始掘进时运输线路情况;施工熟练水平、施工速度及工期要求;根据以上条件，一般初始掘进长度选择为100m左右。（2）初始掘进试验段掘进需要解决的问题通过试验段掘进，掌握在不同土层中盾构掘进各项参数的调控方法、管片拼装、环形间隙注浆的工艺。同时通过监控量测分析地表隆陷、地层位移规律，及时反馈信息调整施工参数，为正常掘进提供参考依据。研究工程地质和水文地质特征、摸索最佳施工参数；地表隆陷及建筑物变形监控量测在试验段加强监控量测，通过监测数据与掘进参数比较，掌握最佳掘进参数；各种操作工艺的熟练、补充及完善掘进管片拼装工艺、同步注浆110、及辅助材料添加工艺，盾构姿态控制纠偏防转工艺、盾构的维修保养工艺、碴土的运输起吊、倾倒工艺等；完善施工管理程序和制度，进行相关人员培训。（3）初始掘进注意事项负环管片脱出盾构后，周围无约束，在推力作用下，易变形，为此，将在管片两侧用型钢支撑加固，并用钢丝绳将管片和始发托架箍紧;千斤顶总推力控制在反力架的设计荷载以内。优先选用下部千斤顶，推力增加要遵守循序渐进的原则；盾构贯入时，应注意密封装置的压力情况，若橡胶有可能弹出，则要停止推进，对其采取加固措施，确保密封效果;盾构密封油脂的注入应达到压力要求，以保证盾尾的密封效果;初始注浆时，选取注浆压力要综合考虑地面沉降要求和洞门密封装置的承压能力;临111、时管片可不贴密封条，但需粘贴缓冲垫，螺栓不用止水垫圈;盾构在未完全进入洞门之前，应在壳体上设置防扭转装置。调整好盾构姿态。2试验掘进一般将盾构机在机场站始发后的130m左右作为掘进试验段。通过试验段掘进以便熟练掌握盾构机操作、在不同地层中盾构推进各项参数的调节控制方法；熟练掌握管片拼装工艺、防水施工工艺、环形间隙注浆工艺；测试地表隆陷、地中位移、管片受力、建筑物下沉和倾斜等。当盾构机的刀盘部分切入帘布橡胶板并抵达掌子面时，人工将预制好的粘土土胚加入刀盘后的土仓内，以便盾构机在掘进时形成一定的土压。在确认洞门连续墙的钢筋已经割除完毕以后，进行盾构机的试运转。由于盾构机没有进洞后周围岩土侧压力的磨112、擦作用，且盾构油缸的推力和掌子面通过刀盘的反力都很小，所以，在试运转时应使刀盘慢速旋转，且要正、反向旋转，使盾构姿态正确。进洞后，盾构机刀盘切削水泥搅拌桩并穿越洞门端头加固区，这时，土压设定值应略小于理论值且推进速度不宜过快，各组油缸的压力不大于70bar，盾构机总推力不大于600T。盾构机坡度略大于设计坡度，待盾构机出加固区之后，为防止因正面土压变化而造成盾构机突然“低头”，可将混合仓的土压力的值设定成略高于理论值，并将下部推进油缸的推力稍稍调高一些。当盾尾进入洞门后，及时调整扇形压板的位置将洞门封堵严实，以防洞口漏泥水、漏浆，从而减少地层的损失。在掘进过程中，根据情况在盾构机正面及混合仓内113、加入泡沫剂、膨润土、泥浆等添加剂以改善碴土性能。在施工过程中，应根据地表的监测信息对土压设定值以及推进速度等施工参数作及时的调整。3.到站掘进到站掘进是指盾构机到达车站端头井之前15m范围内的掘进。盾构机掘进到达车站时必须准确的通过预留洞门。虽然盾构机配备有先进的测量导向系统及盾构机姿态显示系统，但为了确保盾构机顺利到站，避免工程事故的发生，在盾构机到达车站100m处进行一次全面的测量复核工作。测量工作不仅包括盾构机的状态的测量（隧道中线及标高的测量），还对车站预留洞门位置进行闭合测量复核，测量无误后再进行掘进施工。此时盾构隧道中心与设计隧道中心有一定的偏差，按照实际的偏差拟定一条盾构机掘进线114、路，在到达阶段严格控制盾构机姿态，使盾构机顺利通过洞门而且隧道衬砌不超出限界。到站掘进步骤：到站掘进前对地层进行土体加固，到达段的地层加固范围和加固严格按洞门端头土体加固的要求。随着盾构机的推进，盾构机越来越接近车站，掘进过程中要严格控制盾构推力，降低推进速度和刀盘转速，保证车站结构的安全以及避免较大的地表沉降。具体到达步骤如下：（1）拆除围护结构砼盾构机前端靠近洞门前，先凿除部分围护结构砼，并在围护结构上设一个500mm的观测孔，观测盾构机到达情况。当盾构前端靠上洞门砼时，停止盾构推进，尽可能掏空土仓内的泥土，然后人工凿除预留洞门范围内围护结构砼并割掉全部的钢筋。（2）安装洞门密封装置盾构机115、进入预留洞门前，在外围刀盘和帘布橡胶板内侧（迎盾构机侧）涂润滑油以免盾构机刀盘挂破帘布橡胶板，从而影响密封效果。当盾构机刀盘进入洞门后将扇形压板置于外侧并用螺栓固定，起到防止泥水、浆液流失的作用，从而减少到达时的地层损失。当盾尾通过洞门后，不再调整扇形压板位置（因为拼装完洞门环管片后不再进行管片的拼装）。（3）安装接收基座在人工凿除围护结构的同时安装盾构接收基座。接收基座的姿态（平面位置、标高）根据盾构机的姿态来进行相应的调整。使得盾构机平顺地推进到始发接收基座上，以免盾构机进洞时拉损隧道管片衬砌以及损坏盾尾密封钢丝刷。（4）拼装到达段管片当盾构机掘进到达段时，一方面，由于EPB模式中土压力的116、调节，盾构机推进不能够提供足够的压缩力，管片与管片间的缝隙会比较大，给防水带来一段的困难；另一方面，盾构机推进到接收基座时盾构机的姿态与理想状态有一定的偏差，盾构机移动到接收基座的过程会对已经拼装的管片产生影响；因此对到达段管片的拼装质量要求更高。拼装时要加强连接螺栓的复紧工序，将纵向螺栓尽可能的连接紧。在到达段用6根18槽钢将出洞处10环管片沿隧道纵向拉紧作为辅助的手段。管片拼装至洞门环为止。（5）注浆防水在盾构机出洞时要加强同步注浆和二次注浆，尤其是在盾尾进入加固区后，调整二次注浆浆液的性状，采用快硬性浆液或聚胺酯材料充填管片与加固区刀盘开挖面之间的空隙，作为一道比较理想的临时防水措施。（117、6）洞门施工到达段洞门的施工要通过合理的组织，及时进行施作以免引起较大的地层损失。洞门的施工安排在盾构机进入端头井进行调头、转场、拆卸施工时进行。 4.盾构到达掘进 盾构机的到达，是指在稳定地层的同时，将盾构机沿所定路线推进到竖井边，然后从预先准备好的大开口处将盾构机拉进竖井内，或推进到到达墙的所定位置后停下等待一系列的作业。施工方法有两种，一种是盾构机到达后拆除到达竖井的挡土墙再推进，另一种是事先拆除挡土墙，再推进到指定位置。到达掘进一般为进洞前15m3m的掘进。4.1盾构机到达后拆除挡土墙再推进的方法将盾构机推进到到达竖井的挡土墙外，通过预先对到达端头地基改良使地层能够自稳，拆除挡土墙，再118、将盾构机推进到指定位置。拆除挡土墙时，盾构机停在敞开的围岩前面，盾构机前面与到达竖井之间间隙小，故自稳性强。由于工种少，施工安全性好，这是一种被广泛采用的施工方法。但因盾构机再推进时围岩易发生坍塌，所以多用于地层稳定性好的中小断面盾构工程。4.2盾构机到达前拆除挡土墙再到达的方法 该法因事先要拆除挡土墙，所以要进行高强度的地基改良，在构筑物内部设置易撤去、能受力的钢制隔墙;然后从下至上拆除挡土墙，用水泥土或贫配比砂浆顺次充填围岩改良体与隔墙间的空隙，完全换成水泥土或贫配比砂浆后，将盾构机推进到构筑物内的隔墙前，拆除隔墙，完成到达过程。因不让盾构机再次推进，有防止地基坍塌之效果，洞口防渗性也很强119、，但地基改良的规模增大，而且必须设置隔墙，故扩大了到达准备作业的规模，但确保了地层稳定。这种方法多用于大断面盾构工程中。4.3到达步骤掘进到达之前，要充分地进行基线测量，以确定盾构机的位置，掌握好到达口前的线形。由于必须在到达口的允许范围内贯入，所以要精密测量各个管片环，保证线形无误。盾构机至到达口跟前时，挡土墙将发生变化，对于特别容易变形的板桩之类的挡土墙，应事先进行补强以防止盾构机推力的影响。补强方法一般采用从竖井内用工字钢支承，或用埋入构筑物内的临时梁支承。假如盾构机的开挖面靠近到达竖井，则对竖井挡土墙的状况要经常进行观测，将盾构机推进控制在与位移吻合的程度。特别是开挖面压力急剧下降时易120、导致围岩坍塌，故需综合考虑盾构机的位置、地基改良的范围、挡土墙的位移、地表面沉陷等因素来确定开挖面的压力。4.3.1盾构机的到达由于刀具不能旋转或推力上升等机械操作方面的变化，虽然能察觉到已到达临时墙，仍应从到达竖井的临时墙钻孔和测量来确定盾构机位置，再确定是否停止推进。停止推进后，为防止临时墙拆除后漏水，应仔细进行壁后注浆施工。临时墙的拆除 拆除临时墙前，在临时墙上开几个检查口，以确认围岩状况和盾构机到达位置。临时墙的拆除与始发相同。围岩的自稳性会随着时间而变化，故作业必须迅速进行，力求稳定围岩。特别是在拆去了临时墙将盾构机向竖井内推进时，应仔细监视围岩状况，谨慎施工。4.4到达掘进注意要点121、（1）为确保盾构在到站时的位置准确，在盾构离端头10015m时，需进行精确测量、定位，调整盾构姿态，离端头50m时，需再次精确测量，以便于纠偏、对高程、盾构姿态进行调整，测量采取自动导向与人工测量相结合;（2）掘进速度逐渐放慢，掘进推力相应减少;（3）到站掘进中，由于盾构推力减少，安装的管片反力就小，使管片安装不密贴，易造成漏水现象。为满足管片接缝防水要求，自离端头50m开始，在安装完每一环管片后，在每环管片的300、1500、2100、3300mm位置，安装四个固定板，然后与上一环管片用角钢焊接。（4）加大地面监测频率，依据监测结果及时调整掘进参数。5. 正常掘进为了防止盾构机掘进对地面建筑122、物产生有害的沉降和倾斜，防止盾构施工影响范围内的地下管线发生开裂和变形，必须规范盾构机操作并选择适当的掘进工况，减小地层损失，将地表隆陷控制在允许的范围内（+1cm/-3cm）。下面以土压平衡式盾构为例进行说明。5.1土压平衡工况的掘进特点土压平衡工况掘进时，是将刀具切削下来的土充满腔室，然后利用土仓内泥土压与作业面的土压和水压相抗衡，与此同时，用螺旋式输送机排土设备进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持正面土体稳定，并防止地下水土的流失而引起地表过大的沉降。5.2掘进控制程序在盾构掘进中，保持土仓压力与作业面压力（土压、水压之和）平衡是防止地表沉降123、保证建筑物安全的一个很重要的因素。（1）土仓压力值P的选定。P值应能与地层土压力和静水压力相抗衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为P0，则PKP0，K一般取1.01.3，在地层掘进过程中根据地质和埋深情况以及地表沉降监测信息进行反馈和调整优化。地表沉降与工作面稳定关系以及相应措施对策见表。（表）地表沉降与工作面稳定关系以及相应措施与对策地表沉降信息工作面状态P 与P0关系措施与对策备 注下沉超过基准值工作面坍陷与失水PmaxP0增大P值Pmax、Pmin分别表示P的最大峰值和最小峰值隆起超过基准值支撑土压力过大，土仓内水进入地层PminP0减小P值（2）土仓压力P的保持，主要通过维持开挖124、土量与排土量的平衡来实现。可通过设定掘进速度、调整排土量或设定排土量、调整掘进速度两条途径来达到。（3）排土量的控制排土量的控制是盾构在土压平衡工况模式下工作时的关键技术之一。理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的，当推进速度和P值设定，盾构机可自动设置理论转速N：QS=VSNVS设定的每转一周的理论排土量QS与掘进速度决定的理论碴土量Q0相当，即：Q0=AVn0A切削断面面积n0松散系数V推进速度通常，理论排土率用K=QS/Q0表示。理论上，K等于1或接近1，这时碴土就具有低的透水性且处于良好的塑流状态。事实上，地层的土质不一定都具有这种特性，这时螺旋输送机的实际出土量就与125、理论出土量不符，当碴土处于干硬状态时，因摩阻力大，碴土在螺旋输送机中的输送遇到的阻力也大，同时容易产生固结、阻塞现象，实际排土量将小于理论排土量，则必须依靠增大转速来增大实际出土量，以使之接近Q0。这时Q0QS，K1。当碴土柔软而富有流动性时，在土仓内高压力的作用下，碴土自身有一个向外流动的能力，从而使实际排土量大于螺旋输送机转速决定的理论排土量，这时，Q0QS，K1，必须依靠降低螺旋输送机的转速来降低实际排土量。当碴土的流动性非常好时，由于输送机对碴土的摩阻力减小，有时还可能产生碴土喷涌现象，这时，转速很小就能满足出土要求，K值接近于0。碴土的排出量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适126、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，可以通过改良碴土的塑流状态来调整。（4）碴土具有的特性在土压平衡工况模式下碴土应具有以下特性：A、良好的塑流状态B、良好的粘软稠度C、低的内摩擦力D、低的透水性一般地层岩土不一定具有这些特性，从而使刀盘摩擦增大，工作负荷增加。同时，密封仓内碴土塑流状态差时，在压力和搅拌作用下易产生泥饼、压密固结等现象，从而无法形成有效的对开挖仓密封和良好的排土状态。当碴土具有良好的透水性时，碴土在螺旋输送机内排出时无法形成有效的压力递降，土仓内的土压力无法达到稳定的控制状态。当碴土满足不了这些要求时，需通过向刀盘、127、混合仓内注入添加剂对碴土进行改良，采用的添加剂种类主要是泡沫或膨润土。5.3确保土压平衡而采取的技术措施（1）拼装管片时，严防盾构机后退，确保正面土体稳定。（2）同步注浆充填环形间隙，使管片衬砌尽早支承地层，控制地表沉陷。（3）切实作好土压平衡控制，保证掌子面土体稳定。（4）利用信息化施工技术指导掘进管理，保证地面建筑物的安全。（5）在砂质土层中掘进时向开挖面注入粘土材料、泥浆或泡沫，使搅拌后的切削土体具有止水性和流动性，既可使碴土顺利排出地面，又能提供稳定开挖面的压力。5.4加泥技术在砂性土层中推进时要考虑在土仓注入泥浆。其配合比拟为：水：膨润土：粉煤灰：添加剂=4：1：1：0.1，加泥量为128、5%20%出土量。注入压力略高于盾构机的土仓压力。5.5泡沫的注入无论盾构机通过砂性土还是在粘性土地层，都可以通过向土仓内注入泡沫来改善碴土的性状，使碴土具有良好的流塑性；同时泡沫的加入可以起到防水的作用，防止盾构机发生喷涌和突水事故。但由于泡沫的用量和价格都比较高，所以只有在加泥不满足要求以及发生喷涌、突水的情况下才使用。当泡沫注入后，可以将螺旋输送机回缩，控制好盾构机推力将盾构机刀盘进行空转，使泡沫充分地和土仓内的碴土拌和，使泡沫剂在改善碴土性状和止水方面发挥最大的功效。6.盾构纠偏盾构的姿态偏差主要是方向偏差和滚动偏差。方向偏差是指盾构在水平和竖直方向偏离了线路的方向，滚动偏差则指盾构的129、机身沿其轴线发生了旋转。由于隧道通过的岩层软硬不均、岩层界线变化较大且盾构在掘进过程中还需要适应线路在平面方向和竖直方向的变化，盾构掘进参数的设置不可能随时都能完全适应掌子面的岩石情况，因此盾构容易发生方向偏差，即上下和左右方向的偏差:另外，由于盾构在掘进过程中是依靠力盘的旋转来挤压和切削岩体而工作的，因此盾构机身有向刀盘旋转方向相反的滚动趋势.如果这种滚动趋势得不到有效的控制，盾构就会发生滚动，即发生滚动偏差，方向偏差和滚动偏差都会对盾构的掘进带来不利的影响，因此有必要对其进行控制和纠正。6.1方向偏差盾构产生方向偏差的主要原因有以下几个方面:（1）盾构推进过程中不同部位的推进千斤顶参数设置130、不能与实际需要完全吻合，致使推进千斤顶在不同部位的推进量不一致而产生方向偏差。（2）开挖掌子面的土层软硬不均，刀盘在洞室不同部位的阻力不一致，致使刀盘向阻力较小的方向移动而产生方向偏差。（3）刀盘自重的影响，使盾构有向下低头的趋势。6.2 滚动偏差产生滚动偏差的主要原因是盾构壳体与洞壁之间的摩擦力矩不能平衡刀盘旋转的扭矩。这种情况在盾构通过稳定性较好的地段尤为明显，因为此时盾构壳体与洞壁之间只有中下部才产生摩擦力，同时其摩擦系数也相对较小。盾构产生过大的滚动不仅会影响管片的拼装，也会引起隧道轴线的偏斜。 通过电子经纬仪测量盾构的竖直角和水平角的变化来确定盾构在竖直方向和水平方向偏差。自动监测则131、采用盾构自带的激光导向系统。6.3 姿态的监测与方向偏差的监测类似，也采用人工监测和机器自动监测相结合的手段进行监测。人工监测的主要仪器是精密水准仪，通过测量监测点的高程差来计算滚动角。自动监测则采用盾构自带的滚动角测量系统进行监测。6.4盾构姿态调整(1) 方向偏差的纠正方向偏差的纠正通过调整油缸来实现。将每个区域的油缸编为一组，每组油缸设有一个电磁比例减压阀，节该组油缸的工作压力。另外，每组推进油缸中都有一个油缸装有位移传感器，以显示该分区的行程。通过控制各分区的工作压力，进而控制各分区的推进量，便可以控制盾构的方向，同时也可以通过调整各区域的推进量来纠正方向偏差，当盾构出现左偏时，则升高132、左侧B区域的油缸压力，同时降低右侧c区域的油缸压力，这样左侧的推进量相对于右侧的推进量就会变大，从而实现了纠偏。与此类似，当出现右偏时，则加大右侧千斤顶的推进量.当出现上仰时，则加大上侧千斤顶的推进量;当出现下俯时，则加大下侧千斤顶的推进量。盾构在通过水平曲线和竖向曲线时，应对盾构推进千斤顶的油缸进行分区控制，以便使盾构按预定的方向偏转。(2)滚动偏差的纠正当盾构的实际滚动偏差超过允许值时，盾构会自动报警，此时应将盾构刀盘进行反转，以实现纠偏。在围岩较硬的地段，盾构与地层的摩擦力较小，盾构容易发生滚动，为了防止盾构反复出现偏差和进行纠偏，应及时使用盾构上的稳定器。6.5纠偏要点(1)盾构出现蛇133、行时，应在长距离范围内慢慢修正，不可修正过急，以免出现更多蛇行或更大的蛇行量。 (2)根据掌子面地层情况及时调整掘进参数，避免出现更大的偏差。(3)在纠正滚动偏差而转换刀盘转动方向时，宜保留适当的时间间隔，不宜速度太快。7.曲线地段及坡度掘进在曲线段（包括水平曲线和竖向曲线）施工时，盾构机推进操作控制方式是把液压推进油缸进行分区操作，使盾构机按预期的方向进行调向运动。曲线段施工时，采用安装楔形环与伸出单侧千斤顶的方法，使推进轨迹符合设计线路的弯道要求。7.1在曲线段推进时，要注意以下几点：（1）进入弯道施工前，调整好盾构的姿态；（2）精确计算每一推进循环的偏离量与偏转角的大小，根据盾尾间隙和掘134、进线形，选择合适类型的管片拼装，合理选配推进千斤顶的数量、推进力、分区与组合进行推进；（3）将每一循环推进后的测量结果记入图中与设计曲线相对照，确定是否修正下次推进的偏转量与方位角；（4）合理选择超挖量，尽量使盾构靠近曲线内侧推进，将推进速度控制在3040mm/min内，或将每一循环分成几次推进，从而减小管片的受力不均；（5）为防止管片的外斜，必须保证管片背后注浆的效果，使千斤顶的偏心推力有效地起作用，确保曲线推进效果，减少管片的损坏与变形；（6）当盾构偏离曲线的设计线路较大时，停止盾构推进，采取相应措施，避免下述现象发生：在曲线推进过程中，出现管片损坏严重、管片螺栓折断，接头部件损坏，管片拼135、装困难、隧道衬砌超限等问题。（7）根据掌子面地层情况及时调整掘进参数调整掘进方向避免引起更大的偏差。（8）蛇行的修正以长距离慢慢修正为原则，如修正得过急，蛇行反而更加明显。在曲线推进的情况下，使盾构当前所在位置点与远方的一点进行线路拟合，使隧道衬砌不超限。纠偏幅度每环不超过20mm。（9）在曲线施工中，盾构曲线走行轨迹引起的建筑空隙比正常推进大，必须加大注浆量，正确选好压注点，并做好盾尾密封装置的技术措施。液压推进油缸的分区表 表油缸分区直线左转右转上仰下俯A工作工作工作工作B工作工作工作工作C工作工作工作工作D工作工作工作工作图 液压推进油缸的分区图7.2推进过程中的蛇行和滚动在盾构推进过程136、中，蛇行和滚动是难以避免的。出现蛇行和滚动主要与地质条件、推进操作控制有关。针对不同的地质条件，进行周密的工况分析，并在施工过程中严格控制盾构机的操作，减少蛇行值和盾构机的滚动。当出现滚动时采取正反转刀盘方法来纠正盾构机姿态。盾构机推进时还需注意以下几个问题：（1）工作面的地层结构及物理力学特性的不均匀性；（2）推进系统性能的平衡性、稳定性；（3）监控系统的敏感性，可靠性和稳定性；（4）富水软弱地层对盾壳的环向弱约束性；（5）通过软硬变化地层时的刀盘负载与盾壳约束条件的不对称性（包括进出洞的类似情况）；对于以上问题要通过实际的掘进施工不断地积累施工经验，并在施工过程中做记录，探索出各种问题对盾137、构机掘进的影响程度，并把比较严重的问题作为施工中的重点问题进行研究解决，为下次掘进类似地层提供支持。8.两相邻隧道盾构施工的影响两相邻隧道的短距离对盾构施工尤其是对到达段的施工非常不利，当后续盾构施工到此段时，可能会对已经施工好的隧道造成影响和造成地层坍塌，一般采用的施工技术措施如下:(l)对线间距非常小的地段进行地层加固，提高两条隧道之间地层的强度和稳定性；(2)当采用土压平衡模式掘进时，严格控制掘进速度、掘进推力和土仓压力，并精确控制盾构的姿态，降低对地层的扰动；(3)加强地表沉降监测和先行隧道的变形监测，严格控制同步注浆压力，一旦发现异常，及时调整掘进参数和采取加固措施，确保地面环境和已138、建成隧道的安全；(4)必须确保左右线两台盾构有一定的安全间距。9.通道、泵站施工9.1通道泵站主要施工工序为：（1） 预注浆加固地层预注浆一般在两条平行隧道内进行。为加快施工进度，保证注浆质量，注浆加固工作最好在两条隧道内同时进行。根据两条隧道的间距，分为两个注浆段，注浆孔采用辐射状，终孔位置附近可满足加固范围的要求，若孔口附近浆液扩散较近，满足不了加固范围，可在孔口附近补打短孔，以便地层加固范围均能予以满足。根据以往的经验，软弱地层中成孔困难，前期孔可采用分段前进式注浆，虽然速度较慢，但可以保证注浆质量。如采用单液注浆，可将两泵吸浆管放在同一种浆液中，或用一台泵即可。当达到设计注浆压力并且注139、浆量达到计算注浆的80以上时，可结束本孔注浆。按照设计要求每孔均达到注浆结束标准，即可结束该段注浆。必要时取样进行力学试验、分析，均达到要求后，再进行下步工作。否则，进行补孔注浆。（2）超前小导管注浆超前小导管注浆有两个作用：一是对原加固的地层再次进行处理，二是超前导管起到超前插扦的超前支护作用。超前导管的长度可根据一次开挖长度及机具性能决定，一般以35m为宜。超前导管一般以32焊接或4无缝钢管制作。先将钢管截成需要的长度，尾端做成尖锥形，并钻办68mm的孔，头部根据与注浆管连接的孔式可加工成丝扣或焊上6mm钢筋箍。小导管的安设采用钻孔顶入法。顶入后在孔口用塑胶泥或喷砼封闭。一般来说，若小导管140、注浆压力低，进浆量小，可采用简易的风动注浆泵进行压注。（3）上半断面开挖上半断面开挖工作量小，且对断面精度要求高，在经过加固后的软弱地层，宜采用人工开挖的方法。为保证工作面的稳定性，开挖时可采用环形开挖留核心的办法，即在架设钢拱架部位先开挖，不妨碍一次支护的部份保留下来必要时，可用喷砼对工作面进行临时封闭。如地层处理效果较差，可采用扦板法施工，即予先将钢板扦入地层中，在其保护下进行开挖，确保施工安全。一次开挖长度不宜过长，一般来说，挖制在0.51.0m之间。（4）上半断面一次支护开挖工作完成后，应立即架设钢拱架、挂网、喷射砼，对围岩进行支护，其间隔时间(即从开挖至一次支护完成之间隔)应不超出h141、。钢拱架的拱脚要放在可靠的基础上，如地层松软，可用钢板或予制砼板(块)支撑，必要时加设拱脚锚杆。两根钢拱架之间要用钢筋连接，钢筋两头要分别牢固地焊接在两榀钢架上，以增加其刚度和稳定性。喷射砼时，最好分23次喷够厚度，以满足柔性支护的要求。（5）施工监测在软弱地层中施工、量测是必不可少的工序。根据量测结果可以判定洞室是否稳定，是否需要加强支护手段，为下段设计和施工提供依据。同时量测还可以提供坍孔危险讯号，以便及早采取措施，预防坍方。工作面观测、拱顶下沉量测及洞室收敛量测是监测工作中不可缺少的项目，同时根据工程需要，还可进行多点位移量测、地层对喷层压力量测，喷层变形量测等。如量测后围岩不稳定，洞室142、下沉、收敛变形过大、可采用增加网喷厚度、安设投脚锚杆等措施来解决。甚至可以提前施作钢筋砼衬砌，来抑制结构的变形。（6）下半断面开挖及支护下半断面(包括核心土)开挖工作量大但施工场地较宽阔。可采用小型掘进机或小型装载机开挖。开挖后，及时将钢拱架接上并架设仰拱钢架，喷射砼，使一次支护尽早成环，从而减少地表及土层变形。下半断面开挖时，可根据预注浆对地层处理的效果，采取补救措施。如地层处理结果较差的地段，可先用小导管补充注浆，进行二次处理，也可以跳槽开“马口”形式，先把钢拱架立脚接下来，然后再开挖。总之，要根据具体情况，灵活改变施工工序。在下半断面开挖、支护过程中，要特别重视量测工作，以防止上部变形过143、大或“坍拱”，而造成不应有的损失。（7）集水井的开挖在整个通道打通并一次支护完成后，开始进行集水井的开挖。由于地层加固范围的限制，集中井的部份地层未进行处理。因此，集水井的开挖施工顺序是：对地层进行处理，处理的方法分为两种：一种是向下打孔、注浆，使集水井周围有2m左右的地层被加固；一种是采用井点降水法，疏干集水开挖井范围内的地下水，给开挖创造条件。究竞采取那种方法，视现场具体情况选择。小导管周边注浆。在开挖周边安设小导管并进行注浆加固，以再次对地层进行改良。开挖。开挖深度每次为0.50.75m。支护。每循环开挖完毕后，采用型钢钢架进行支护并喷射砼。 以此顺序逐步向下开挖。（8）模注钢筋砼直至设144、计深度待通道集中井全部施工完毕后，继续对结构进行量测，当量测的拱顶下沉及洞内收敛值基本稳定后，施作二次模筑钢筋砼。（9）施工注意事项通道泵站全暗挖施工，是在弱软围岩中进行，而且两条平行的地铁隧道业已完工。必须稳扎稳打，步步为营。若稍有不慎，不仅影响通道、泵站的质量，而且由于通道变形过大或破坏，还会影响到两隧道结构安全。因此，施工中必须注意以下几点必须有一支施工经验丰富、责任心强的施工队伍。这支队伍从领导到工人，都必须熟悉全暗挖的每一道工序及其衔接，必须充分了解设计意图和施工方法，并在施工中能灵活运用。切实保证预注浆的质量，这是全暗挖法成功的关键。严格掌握注浆结束标准及检查验收标准，对不符合质量145、标准的坚决推倒重来，决不允许侥幸、凑合心理和不负责任的态度。 台阶长度要严格控制，绝不可过长，根据以往量测结果及理论计算，台阶长度即结构未封闭的距离不得超过开挖长度的23倍。每次严格控制进度，杜绝盲目冒进。 加强施工监测，时刻了解围岩及结构的动态变化，及时反馈给现场指挥及技术人员，以便根据情况，采取相应的对策。9.2几个问题的探讨 ”（1）全暗挖方案实施的可能性在铁路隧道和地下工程中，运用工作面注浆法改良加固地层后，进行暗挖施工成功的例子不胜枚举。就国内而言，大瑶山隧道F 9断层的顺利通过；北京地铁在遇到细砂层后，注浆加固后不仅安全通过，而且地表沉降量控制在穴允许范围之内，这些例子表明，随着我146、国科技、施工水平的不断提高，类似软土层中以暗挖法修建地铁通道是可能的。（2）软土中采用工作面预注浆是可行的。软土中由于颗粒细小，颗粒之间又充满了水，用工作面预注浆法能否起到加固地层与封闭地下水也是大家关心的问题。就注浆机理来看，劈裂注浆是靠浆液的压力，把软弱地层劈开，充填进浆液，并使其凝固，胶结。由于浆液凝固体或固砂体占据了地层中的空间，使原来地层更加密实，特别是粘性土，本来渗透系数就很低，压密以后，渗透性更弱同时由于地层被挤密，其粘结力、内摩擦角相应加大，起到了加固地层和封闭地下水的作用。从多次的试验和工程实践中来看，对于软土地层，劈裂注浆的压力并不很高，一般0.52.0Mpa，即可将地层劈147、开，达到注浆加固的目的。这么低的注浆压力，在实际工作中是可能的。目前，注浆材料工业发展很快，除常规的水泥水玻璃外，还有磨细水泥或其他化学浆材，材料进行平。在上海地铁及越江隧道等工程中，运用注浆法封堵连墙续背后的地下水，加固盾构出口及盾尾注浆，都是成功的（3）通道、泵站开挖对主隧道的影响通道、泵站的开挖，对地层进行扰动，破坏了原地层的力的平衡，对已建成的地铁主隧道肯定会有影响，但其影响究竞有多大，能否影响到主隧道结构破坏的程度，这是全暗挖法能否成立的关键。通道泵站的开挖，是在对地层进行一次预处理后进行的，而且在施工过程中，还要对结构特殊部位(上半断面)的地层，进行三次加固处理，这就大大减少了地层148、的变形。根据北京地铁量测结果，小导管超前予预注浆即可保证地表沉降量符合要求(即30 mm)，若采用深孔注浆，则地表沉降量仅为小导管注浆的1213，即地表沉降量为1015mm，现采用两次注浆加固，沉降量可降至1416。又据量测资料证实，隧道拱顶下沉量为地表沉降量的23倍。按此推算，两次注浆后开挖，通道开挖部位拱顶下沉量小于22.5mm。对两主隧道的影响就更小了。为了减少通道开挖对主隧道的影响，我们可以在主隧道与通道之间设变形缝，使通道变形不受主隧道的约束，也不牵连主隧道。因此，通道开挖对主隧道影响很小，不会影响主隧道结构的安全稳定。 第四部分 复杂地质条件下掘进控制技术4.1、盾构穿越软硬不均地149、层、地质条件分析北京地铁地质资料显示，上部多为人工填土或全新统海陆交互沉积的淤泥或淤泥质土、淤泥质砂；下部为上更新统陆相冲积洪积形成的砂、土层；底部为基岩残积形成的粘性土层。白垩系下统白鹤洞组广岗段厚400450m，由紫红色钙质粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹浅灰色泥灰岩、泥岩组成，微层理发育，含方解石，常见钙质斑块及少量斑点状石膏。盾构区间大部分在残积土层和岩石风化层中穿过，软硬不均地层现象明显。盾构施工过程中存在的主要问题盾构掘进控制难度大，工况转换频繁。、主要施工技术措施1）结合地质资料，运用超前钻事先探明上软下硬地层的软硬情况。2）采用土压平衡或气压平衡模式掘进，必要时注泡沫或泥浆对碴150、土改良。3）采取措施，重视盾构的轴线控制和姿态控制：（1）合理利用超挖刀。（2）根据测量数据及时修正千斤顶推力组合。（3）合理利用铰接千斤顶调整盾构姿态。（4）利用刀盘正反转、使用稳定翼等措施对盾构旋转进行控制。（5）放慢掘进速度，以便更好的保护设备和控制轴线。4.2、盾构穿越砂层、淤泥层段、地质条件分析根据北京地铁地质资料显示，盾构区间部分穿越陆相洪积-冲积砂层（Qal+pl）及河湖相淤泥质粉质粘土层（Qal3），长度为400m至600m不等，砂层段以粉砂为主，局部含细砂，含少量粘粒。灰白色浅黄色、淡黄色、饱和、松散稍密，局部中密。呈断续分布、埋深不一、厚度不大、厚薄不均、厚度为0.703.151、00m，平均1.98m。标准贯入平均值N=13.6击，标准值N=9.6击。淤泥质粉质粘土（淤泥）呈灰深灰色，饱和，大部分为流塑状，局部软塑状，局部夹软可塑状粉质粘土及粉细砂薄层。厚度为1.003.70m，标准贯入平均值N=3.5击。采用土压平衡盾构通过存在难题是地层中富水压力大，盾构掘进控制困难，易发生喷涌，易造成地表沉降。4.2.2、主要技术措施穿越部分砂层、淤泥层地段时，主要采取的施工技术有以下几个方面：1）采用土压平衡模式掘进，严格控制出土量，确保土仓压力以稳定工作面，控制地表沉降。2）盾构掘进过程中向土仓内及刀盘面注入泡沫等添加材料，改善碴土性能，提高碴土的流动性和止水性，防止涌水流砂152、和发生喷涌现象，并利于螺旋输送机排土。3）选择合理的掘进参数，快速通过，以将施工引起的对地层的影响减到最小。4）运用导向系统和分区操控推进油缸，控制盾构姿态，防止盾构抬升。5）适当缩短浆液胶凝时间保证同步注浆质量，减少地层损失，以控制地表沉降。4.3、盾构通过断裂带地层根据北京地铁地质情况调查，地铁多处通过断裂地质带，断裂带埋深大约在1030m范围内，岩体破碎，围岩的强度大，天然单轴抗压强度最大可达156Mpa，而且强度不均匀，稳定性差。形成了地下储水构造，地下水比较丰富。、盾构通过时存在的主要问题1）易发生涌水。2）破碎地段的岩块较大，易堵塞螺旋输送机。3）断裂带下伏的基岩为蚀变花岗岩与硅化153、岩，岩体强度大，要求盾构破岩能力强。、主要技术措施1）及时将双刃滚刀更换为单刃滚刀。因为单刃滚刀比双刃滚刀接触面小、破岩能力高。2）采取土压平衡工况掘进，及时调整土仓压力，确保土压平衡，同时采取措施防止拼装管片时盾构出现后退，保证工作面的土体稳定。3）适时调整掘进参数，防止出现过大的方向偏差，同时使岩石得到充分的切削，避免大的岩块堵塞螺旋输送机。4）掘进过程中向土仓内注入泥水或泡沫，防止螺旋输送机堵塞和水涌入隧道。5）连续掘进，对地表和建筑物连续监测。并及时注浆充填管片与地层之间的环形间隙，防止土体塑性区的扩大，控制地表沉陷。6）水压较大时，要防止盾尾被击穿，因此要及时在尾刷处注油脂。4.4、154、盾构通过球状风化地层4.4.1、地质条件分析根据北京地铁工程地质情况调查，多处通过花岗岩球状风化地层，熟称“孤石”层，花岗岩单轴抗压强度在160MPa左右。由于风化球岩体的强度远大于周围岩土层的强度，是盾构施工的不利因素。风化球周围岩土层主要为花岗岩强、全风化层，强度差异较大，稳定性差，为类围岩。花岗岩球状风化，由于风化球周围岩体与球状风化岩体本身强度存在较大差距，易造成刀具损坏，甚至会导致刀盘变形，至使整个盾构机瘫痪。上海某隧道公司在深圳地铁施工就是一例，最终不得不采用矿山法贯通隧道后将盾构设备拖出。、通过球状分化层其主要施工技术措施1）超前钻探或地质雷达物探，以预防为主，提前采取一些诸如地155、表或洞内深孔爆破等必要的处理措施。2）注意观察盾构掘进的异常情况以及掘进参数的异常变化，判断是否碰上球状风化岩体。一旦发现推力加大时，盾构进尺缓慢或滞迟不前，应立即停机，切不可贸然推进。3）以低掘进速度和高转速掘进球状风化岩体，掘进过程中随时监测刀具和刀盘受力状态，确保其不超载并观测刀盘是否受力不均，以防刀盘产生变形。如遇刀盘卡住，可回缩刀盘予以调整，然后重新掘进。4）如球状风化岩体在软地层随刀盘一起滚动，可利用地质超前钻机对周围软地层予以加固，然后进行掘进。5）如上述措施不能奏效，则人员通过压缩空气仓、切削仓进入开挖面，对球状风化岩体予以人工处理。如开挖面地层稳定性差，则预先予以加固。6）及156、时足量进行同步注浆。4.5、盾构穿越硬岩地层、地质条件情况地质钻探资料显示在天河-华师区间及大塘-汉溪区间大部分为类以下围岩，部分为、类以上围岩，揭露出抗压强度为140Mpa和 156 Mpa的硬岩。其长度范围在50m-200m。根据“Tunnels&Tunnelling lnternational”JUNE2001下图资料显示：当Q=0.1-10时，采用盾构法施工掘进速度远远快于传统的钻爆法施工；图4-1 隧道不同工法掘进速度与Q值关系图当Q值大于50以上时，也就是当岩石强度很高时，传统钻爆法施工速度快于盾构法施工。由于在盾构施工区间范围内硬岩距离短，若采用钻爆法施工，由于上覆土层厚达30m157、左右，增设竖井施工难度大，又不经济，所以采用盾构直接通过较为合理。、盾构法施工技术措施1）采用单刃滚刀破岩，减少换刀次数与频率，提高施工进度。掘进过程中随时监测刀具和刀盘受力状态，确保其不超载。2）适时合理更换刀具，以提高掘进效率，避免损伤刀盘。3）换刀时启动刀盘伸缩装置缩短换刀时间并在土仓内更换刀具，减少换刀时间对掘进循环的影响，提高设备利用率。4）硬岩段掘进时启动盾构稳定装置，减小盾构的振动和防止盾构产生超限扭转，使管片的受力稳定，确保隧道的成形质量和保护管片，防止盾构的变形。5）采用敞开模式掘进，遵循高转速、低扭矩原则选取参数，以提高掘进速度。6）进入硬岩段掘进前要对盾构进行一次全面的维158、修保养，确保盾构的工作状态良好。4.6、盾构穿越水底浅覆土层地段北京地铁穿越江河浅覆土，河底标高距隧道顶仅0.97m，不足隧道直径的1/6。、存在的主要问题1）浅覆土易产生冒顶通透水流。如此浅的覆土、高水头压力下，刀盘前方土压平衡不易建立。河水常从扰动土体裂缝中经刀盘开口及盾尾进入盾构机，造成盾构淹水。2）隧道上浮。水域下浅覆土中推进的盾构，上下受到的力不均衡，盾构姿态上扬，压坡困难，隧道上浮，轴线难以控制。3）流砂、管涌。在砂土、砂质粉土等易液化的土层中掘进，刀盘切削挤压扰动，加上过高的水头压力（有时可达0.3-0.5MPa）。液化砂土随地下水沿盾尾和隧道接缝渗入隧道内，造成局部地基掏空，隧159、道下沉。、河底盾构隧道推进时浅覆土最小厚度1）土压平衡盾构在河底浅覆土中推进的受力分析盾构机在河底饱和粘土土层中推进时有工作面挤压力合力等于主动土压力、挤压力合力等于静止土压力和挤压力合力等于被动土压力三种临界受力平衡状态。如图（a）（b）（c），（无粘性土层中c=0） Pg=Ft-Ff Ff=DPr Pa=(HW+h+D/2)W+(h+D/2)Ka-2cKa*D2/4 PO=(HW+h+D/2)W+(h+D/2)Ko*D2/4 PP=(HW+h+D/2)W+(h+D/2)KP+2ckP*D2/4 Ka=tan2(450-/2)；K0=1-sin；KP=tan2(450+/2)式中，Pg：盾构160、正面挤压力；Ft：为盾构推力实测值；Ff：为盾构摩擦力计算值；L：盾构长度；D：盾构外径；：盾构外周与土壤的摩擦系数，亚粘土中=0.4，淤泥质粘土中=0.3；Pr：盾构外周平均径向土压力；Pa：主动土压力；PO：静止土压力；PP：被动土压力；Ka：主动土压力系数；K0：静止土压力系数；KP：被动土压力系数；HW：水深；W：水容重；h：覆土厚度；：土浮重度；c：土内聚力；：土内摩擦角；：有效内摩擦角。 HWW 2ckp HWW HWW 2ckp hKo （a）Pg=Pa （b）Pg=Po （c）Pg=Pp图4-2 河底饱和粘土中盾构工作面的三种临界平衡状态当盾构正面挤压力Pg小于工作面主动土压力161、Pa时（如上图a），开挖面土体将向土仓内坍塌，引发覆土塌陷；当盾构正面挤压力Pg介于主动土压力Pa和静止土压力PO之间（PaPgPO）时，盾构前方的覆土层将有一定的沉降，与后续工序造成的沉降叠加，将不利控制隧道总沉降。适合盾构推进的工况正面挤压力Pg介于静止土压力PO和被动土压力PP之间，使前方覆土层有一定隆起，用以补偿后续工序引起的沉降，又不至于将覆土层顶裂；当正面挤压力Pg大于被动土压力PP时，前方覆土将被顶裂，河水沿裂缝涌入盾构造成工程事故。浅覆土最小厚度根据以上分析，土压平衡盾构施工时应将土仓压力保持在静止土压力与被动土压力之间，即：POPg PP 盾构安全推进所需的最小覆土厚度为： 162、4Pg /D2 2CKP-HWW D W+KP 2 、河底隧道抗浮控制隧道穿越饱和土层会受到水的浮力，当浮力超过隧道上覆土重量和隧道及隧道内设备自重时，隧道将上浮。当管片脱离盾尾时，隧道被包围在壁后注浆的浆液中，受到浆液的浮力比在饱和土中受到的浮力要大的多。同时，盾构推进挖出土方导致地基卸载，拼装好的隧道会受到地基回弹的作用向上偏离中心轴线。在浮力和地基回弹共同作用下，隧道上覆土产生隆起，若最大隆起值得不到有效控制，覆土层将被顶裂，产生透水裂缝，将严重影响隧道和隧道施工安全。考虑盾构推进时产生的地层损失与地基回弹对隧道的影响的抵消作用，隧道抗浮可以用下式控制： P+qFY 其中：支护管片重：q163、=（R02-Ri2）c；浆液浮力：FY=YR02；上覆土重：P=2 R0 h；R0：隧道外半径；Ri：隧道内半径；c：混凝土容重；Y：壁厚注浆容重。由上式可以推出阻止隧道上浮所需的最小覆土厚度： R02Y（R02Ri2）c 2R0 、河底加固措施当河底浅覆土厚度不能满足盾构推进所需的最小覆土厚度时，则必须对河底进行加固。常用措施一般有：河底抛土，加大隧道上覆土层厚度。这种方法一般用于深水河底隧道加固中，既能满足盾构推进、隧道安全所要求的最小覆土厚度，又节约成本。盾构穿越水塘就采用这种方案。河底注浆加固。由于航运及排水要求，在浅水河道中加固隧道浅覆土不宜采用河道抛土的办法。因此，河底注浆加固及设164、置抗浮板是浅水河道加固的首要选择。加设抗浮板，为盾构推进及阻止隧道上浮提供反力。在特别浅的覆土区域，应在注浆加固的同时增高抗浮结构，如抗拔桩及抗浮板。用于平衡盾构推进时土体产生的侧向压力以便盾构能较适当的推进力及推进速度快速通过河底危险区。、盾构施工技术措施在盾构通过河底前，将盾构姿态调整到最佳状态;严格控制出土量，确保土仓压力以稳定工作面。盾构进入河底后保持平稳掘进，减少纠偏，减少对土体扰动，出土量控制在97%左右，掘进速度保持在5cm/min。掘进中严格控制各分区推进油缸的压力，确保盾构掘进方向正确和盾构姿态正常，防止盾构抬头。盾尾油脂及时加注以避免盾尾涌水，控制适宜的壁后注浆压力，避免压165、浆压力大于盾尾密封压力时浆液残留固结在密封区。严格控制同步注浆，及时回填环形间隙，加大注浆量，减少注浆量不足带来的地层损失，而造成较大的地面沉降。4.7、相邻隧道小间距盾构施工当左右线的线间距变得很小，只有9米，净间距只有2.7米，这样小的距离对盾构施工尤其是到达段施工非常不利，当后续盾构施工到此段时，可能会对已经施工好的隧道造成影响和造成地层坍塌，此段施工技术措施如下：、对线间距非常小的地段进行地层加固，提高两条隧道之间地层的强度和稳定性。、采用土压平衡模式掘进，严格控制掘进速度、掘进推力和土仓压力，并精确控制盾构的姿态，降低对地层的扰动。、加强地表沉降监测和先行隧道的变形监测，严格控制同步166、注浆的压力，一旦发现异常，及时调整掘进参数和采取加固措施，确保地面环境和已建成隧道的安全。、必须确保左右线两台盾构有一定的安全间距。第五部分 盾构穿越建筑物施工技术5.1盾构施工保护性技术措施(1)在盾构掘进到建筑群之前委托房管部门或权威部门对地面建筑物进行检测、拍照和记录，对其鉴定并签字认可，以备后查。(2)在到达建筑物之前调整好盾构的姿态，加强出土和轴线控制，尽量减少盾构纠偏量以减少对周围土体的扰动，确保地面建筑物的安全。(3)随时调整盾构施工参数，减少盾构的超挖和欠挖，防止地面隆陷。(4)在掘进过程中严格进行同步注浆，及时填充盾尾空隙，以减少隧道周围土体的水平及垂直位移而引起的地表沉降。167、(5)加强对建筑物的变形、沉降监测，及时反馈信息，调整盾构施工参数。盾构穿过后，仍需监测一段时间，直到沉降变形基本稳定为止。(6)在盾构穿过后，根据情况进行二次注浆加固。 5.2盾构过桩基城市地铁施工常遇到桩基侵入隧道净空的情况，首先必须对桩基进行托换加固处理，托换处理方法主要有门式桩梁、片筏基础、顶升及树根桩等。盾构过桩基前完成所有桩基托换。对侵入隧道桩基是否进行处理，首先应研究所处地质特点工作面是否稳定;其次，应研究桩的特点，是何种类型的桩，是否有钢筋，钢筋直径是多大。对于素混凝土桩则无须进行处理，直接由盾构机破除。对于有钢筋桩，钢筋直径在l 8以下时亦可采用盾构机直接通过，若桩钢筋较大时168、，盾构通过存在一定困难则必须处理，采取地面抽拔方法，效果不理想，主要是桩基按承压设计，抽拔时很易拔断。所以比较实际的方法还是在洞内处理。其技术措施是:(1)对房屋桩基进行全面、细致的调查，获取桩基的准确资料，结合地面调查，利用超前钻探明桩基准确位置。 (2)对所有桩基侵入隧道净空的房屋预先进行桩基托换，并保证盾构过桩基前完成所有桩基托换。(3)在盾构切口离桩基约20米时调整好盾构姿态，加强出土量和轴线控制，尽量减少盾构纠偏量以减少对周围土体的扰动。(4)通过前检查刀盘刀具状况，更换磨损的滚刀。(5)若工作面自稳能力差、水压大，则将土压平衡模式逐步过渡到气压平衡模式状态，尽可能腾空土仓，为人工进169、入土仓处理桩基创造条件。若工作面自稳条件好、水压小，则采用开式模式。(6)刀盘切口到达桩基后停机，若在气压平衡模式下则人工通过气压仓闸门进入土仓;若在开式模式则直接进入土仓，通过刀盘开口将桩周土清除。(7)对于大直径灌注桩采用风镐和电锯将桩主筋抽出;对于预制桩则采用将桩分段送出。(8)盾构通过后，及时足量进行同步注浆，并加强监控量测。 5.3盾构穿越既有铁路、地铁隧道的施工技术精心施工、合理设定目标土压力、严格泥土塑流化管理、精心调整控制盾构姿态，均衡施工做好盾构停推时的准备工作、采用同步注浆和多次补浆技术、加强地表变形监测、采用信息化施工等综合技术措施可以控制并将盾构法施工对土体的扰动降低到170、很小的水平，顺利穿越既有铁路、地铁隧道。具体措施如下： (1)盾构的土舱压力直接影响上方地层变形，在盾构穿越过程中必须严格控制土舱压力及与土舱压力有关的施工参数，如：推进速度、出土量等，以保持盾构掘进面稳定和平衡。掘进面土压平衡是动态的平衡，施工中应特别注意调整推进速度和出土量使土舱压力波动控制在最小的幅度范围内，以减少地层的变形和沉降。(2)严格控制同步注浆量和浆液质量，通过同步注浆及时填充建筑空隙，减少施工过程中土体的变形。要合理控制注浆压力，尽量作到填充而不是劈裂。注浆压力过大，管片外的土层将会被浆液扰动而造成较大的沉降，并易造成跑浆。同时，注浆压力过小填充速度过慢，填充不足，也会使变形171、增大。注浆压力宜控制在(1112)倍的静止土压力值。 同步注浆在衬砌脱出盾尾及盾构掘进时同步进行，并在推进一环的时间内完成。(3)二次注浆加固：二次注浆加固一方面是为了弥补同步注浆的不足，同时也是保护上方隧道的有效措施。先从施工隧道内朝下方注浆，减少施工隧道本身的沉降，然后，在与上方隧道交叉的地方，通过施工隧道管片壁上的注浆孔朝左右和斜上方注浆，对上方隧道进行注浆加固。注浆分多次进行，以避免对上方隧道产生过于骤然的作用。注浆量的大小根据上方隧道的沉降大小进行调节。二次补压浆利用滞后盾构机46环管片上的注浆孔完成。 (4)严格控制盾构的姿态，盾构姿态的变化不宜过大、过频，以降低土层的损失和对周围172、土体的扰动，减少上方隧道与本身隧道的沉降；对轴线和地层变形的控制要求推进的左右偏差和高程偏差，保持相对的平稳，控制一次纠偏量，减少对土体的扰动，并为管片拼装创造良好的条件。(5)在盾构推进调整优化施工参数的过程中，要及时接受监测的反馈信息，用其来调整优化盾构推进过程中的施工参数，实现信息化施工，保护重要建筑物。 信息化施工是指：通过监测数据的反馈分析，判断当前的施工状况是否科学合理，及时发现工程中存在的问题，为采取有效的防范措施提供信息，指导施工安全顺利进行。监测途径主要有： 垂直沉降监测； 水平位移监测；上方轨道左右两侧高差监测； 隧道断面收敛变形监测。采用了多种通讯工具，将监测数据和盾构的173、施工参数，快速传递给分析中心，分析中心通过科学的分析判断将盾构施工参数的调整信息传递给盾构推进的工作面，指导盾构的掘进。(6)除了对施工隧道本身采取有效的技术措施，减少其对上方隧道产生的影响外，还应对上方隧道进行加固处理：减少上方隧道沉降的加固措施；对隧道纠偏的加固措施；道床处理：由于道床与隧道的整体刚度不一，受变形的影响，道床与隧道管片之间存在着脱离的现象，这样将影响列车的安全运行。为了加强道床与管片之间的粘接和止水能力，对上方隧道的交叉部位注EAA环氧浆进行了补强加固和止水处理。采用EAA环氧水泥注浆，能有效填充裂缝间隙，形成的聚合物环氧固体有良好的粘接力和物理力学性能，达到填充粘接加固的174、目的，以减少隧道变形对列车运行的影响，确保盾构的顺利通过。 (7)考虑到列车运行时的冲击载荷，在既有铁路、地铁的正下方采用加强型管片。第六部分 土压平衡盾构施工事故的预防与处理6、土压平衡盾构施工事故预防与处理6.1、土压平衡盾构施工中出现的事故土压平衡盾构施工中常出现喷涌、盾尾击穿、泥饼、地表沉降、土压平衡盾构机的异常现象等事故。6.2、土压平衡盾构施工中的事故成因分析及对策、喷涌1）喷涌成因分析盾构在通过地下水丰富的地段时，如果对地层了解不够，施工处理不当，以及不可预测的因素，都可能发生喷涌事故。所谓的喷涌是指打开盾构的螺旋输送器的闸门出土时，以水为主，水和砂混合物从出土口喷涌而出，散落在175、隧道内，皮带运输无法带走土体。喷涌的原因主要有：在地下水丰富的地段施工时开挖面充水裂隙发育或已成盾构隧道同步注浆液没有完全充实衬背空隙以致留下流水通道等，形成开挖面富水压力大，由此造成盾构不能连续掘进，出现喷涌。引发喷涌的机理（喷涌机理示意图见图6-1）是：打开螺旋输送器即发生喷涌，接着土仓内土压力很快回落。在这种情况下，为了防止隧道淹没并减轻清渣土的工程量（否则无法安装管片），操作者通常会通过手动或自动关闭螺旋输送器出土闸门。在停止出土的这一阶段，地层中的水又很快会充满土仓内，土仓内的土压力又迅速上升到设定极限（主要是水压力），之后，打开螺旋输送器又是喷涌，喷涌停机喷涌停机，如此恶性循环，盾176、构无法连续掘进。2）采取的对策（1）关闭螺旋输送器情况下继续掘进，让切削下的土挤出土仓内的水。采取这种措施时，要预防仓内压力过高，造成盾构前方隆起、冒浆以及盾尾被击穿等。 （2）提前采用气压平衡模式掘进，但要预防漏气事件的发生。（3）加入高浓度泥浆或泡沫，改善土体的和易性，使土体中的颗粒和泥浆成为一整体。（4）盾构选型方面，螺旋输送器选择具有土塞效应的中轴式螺杆和间断式螺杆。（5）在盾构刀盘设计时，优化设计好刀盘的开口率和刀具，使切削进仓的颗粒较小且均匀。（6）如果施工特别困难的情况下，在螺旋输送器某一位置安装连接管道，改成泥水盾构出土模式。、盾尾击穿土压平衡盾构通过高水头地段时，盾尾被击穿的177、现象也是较多发生的。地下水通过管片与盾壳之间的空隙大量流入，其不仅造成工作面拼装管片困难，而且造成注浆液受冲洗流失，继而造成环与环之间错台和螺栓孔砼崩裂等质量事故（如果在软土地层中掘进，还将造成地面下沉和隧道等事故）。引发盾尾密封刷被击穿的直接原因有两方面：其一是密封刷本身损坏脱落；其二是盾尾油脂失效或流失。依据经验，密封刷损坏脱落的可能较少，最可能的是盾尾油脂失效或流失。由于水头压力可达2 3kg/cm2，注入的油脂很快被冲走。因此先要确定水的来源，然后堵住高压水流。如果水质清澈冷爽，可以判断水主要来自即成隧道的底部。可在盾构后10cm范围内，对已注过浆、已形成的隧道地段进行补偿性二次注浆，178、可以起到十分明显的效果。补偿性二次注浆后击穿盾尾的流水减弱直至停止，则及时对盾尾补注油脂。6.2.3、泥饼1）泥饼成因盾构施工时，有时会发现刀盘空转的情况下，扭矩很大，且一掘进扭矩就超过设定额定扭矩而跳闸，并且土仓压力上升很快。其原因是：盾构在通过粘性土地层时，粘性土本身附着力、粘着力和消散力共同作用，易形成泥饼。另外，盾构在通过粉砂泥岩地层时，刀盘的刀具无法将易软化、易变形的粉砂质泥岩破碎成碎块状，而大多是碾磨成粉末。这些粉末大多为膨润土矿物的集合体，而刀盘内泥浆水温大多情况下超过50，促使这类矿物吸水膨胀并显示出很强的粘结性，越积越多，越积越硬，形成泥饼。泥饼可在刀盘前和土仓内两个部位形成179、，土仓内泥饼一旦形成后，土仓的可供进土的储有量仅剩下实际容量的一半甚至更少。其后果是增加了盾构掘进的荷载，增大了喷涌的可能性，继而造成出土困难。同样，刀盘前泥饼形成后，造成刀盘开口堵塞，掘进困难等等。2）技术措施（1）掘进时注泡沫剂，改善土体的和易性，预防粘土结块。（2）盾构刀盘在设计上应考虑对泥岩的切削功能，使刀盘尽可能少出现粘结堵塞，如果施工时对切削的土体进行适当处理，改善其特性，则粘结堵塞现象则会很少产生。处理土体可以防止土仓内土碴粘结缠连在一起。如果土仓确实发生堵塞缠连则需要人工清理。在开挖面稳定的前提下，如果围岩隔水性较好，则可采用气压平衡模式掘进，人工进仓清除泥饼。一般人工清理可以180、用铁锹、高压水等，基本上手工用具都可以采用，能清理即可。（3）在刀盘背面和土仓胸板上增设空心搅动棒，增加搅拌强度和范围，并且空心棒内还可以预留注水孔，以便清洗刀盘和土仓。（4）空转刀盘，使泥饼在离心力的作用下脱落。、地表沉降在软土地层中开控隧道，不论采用何种方法都会产生程度不同的地面沉降，盾构法也不例外。特别是在松软饱和含水不稳定的淤泥质粘土层的浅复土隧道中，这种现象尤为明显。地表沉降甚至会引起地面建筑物墙体的开裂，个别地点由于墙体开裂而产生不良的影响，因此，控制地面沉降是软土地层中隧道开挖必须解决的关键性问题。1）地表沉降的发展过程（1）地面沉降的原因盾构推进引起的地层损失和盾构隧道受扰动或181、受剪切破坏的重塑土的再固结，是地面沉降的基本原因。引起地层沉降的施工及其它因素主要有：a）开挖面土体移动。盾构掘进时，开挖面土体受到的水平支护应力小于原始侧向应力，则开挖面土体向盾构内移动，引起地层损失而导致盾构上方地面沉降，当盾构推进时，如作用在正面土体的推应力大于原始侧向应力，则正面土体向上向前移动，引起负地层损失而导致盾构上方地面隆起。b）盾构后退。在盾构暂停推进时，由于盾构推进千斤顶漏油回缩可能引起盾构后退，使开挖面土体坍落或松动，造成地层损失。c）土体挤入盾尾空隙。由于向盾尾后面隧道外周建筑空隙中压浆不及时，压浆量不足，压浆压力不适当，使盾尾后隧道周边土体失去原始三维平衡状态，而向盾182、尾空隙中移动，引起地层损失。在含水不稳定地层中，这往往是引起地层损失的最主要因素。d）改变推进方向，盾构在曲线推进、纠偏、抬头或叩头推进过程中，实际开挖断面不是圆形而是椭圆，因此引起地层损失。盾构轴线与隧道轴线的偏角越大则对土体扰动和超挖程度及其引起的地层损失越大。e）特别是推进的盾构外周粘附一层粘土时，盾尾后隧道外周环形空隙会有较大量的增加，如不相应增加压浆量，地层损失必然大量增加。f）在土压力作用下，隧道管片产生的变形也会引起少量的地层损失。g）隧道管片衬砌沉降较大时，会引起不可忽略的地层损失。同时饱和松软地层衬砌渗漏亦引起沉降。h）受扰动土体的固结沉降由于盾构推进中的挤压作用和盾尾后的压183、浆作用等施工因素，使周围地层形成正值的超孔隙水压区，其超孔隙水压力，在盾构隧道施工后的一段时间内消散复原，在此过程中地层发生排水固结变形，引起地面沉降（固结沉降）。土体受到扰动后，土体骨架还发生持续很长时间的压缩变形。在此土体蠕变过程中产生的地面沉降为次固结沉降。在孔隙比和灵敏度较大的软塑和流塑性地层中，次固结沉降往往要持续几年以上，它所占总沉降量的比例可高达35%以上。（2）地表隆沉发展历程盾构在软土层中进行掘进施工，会引起地层移动而导致不同程度的地面和隧道沉降，当沉陷达到一定程度时就会影响地面建筑、地下设施和隧道本身的正常使用。在盾构施工中引起地层损失、盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的土体184、再固结，特别是在淤泥质粘土层中开挖时，这种土灵敏度较高，稍经扰动就会产生丧失承载力和重新再固结的现象且要经较长时间才能稳定下来。因此，盾构在不同地层掘进时引起的地表变形可分为5个阶段，如图6-2所示。a）先行沉降自开挖面距地面观测点还有相当距离（数10米）直到开挖面到达观测点之前所产生的沉降，是随着盾构掘进因地下水水位降低而产生的,是由地基有效上覆土厚度增加而产生的压缩、固结沉降。地层软弱不同，先行沉降影响距离也不一样，淤泥质粉质粘土层在地面房屋附加荷载的作用下，影响距离最远，达30m以上，其它依次为可塑粉质粘土、粉细砂、硬塑粉质粘土层。盾构掘进相对对淤泥质粉质粘土层扰动大，先行沉降约-2mm185、，其他地层则有-1mm的先行沉降，但在盾构土压设置较大时，先行沉降表现为隆起，隆起值较小，在1mm上下。b）开挖面前的隆沉自开挖面距观测点（约几米）时起直至开挖面位于观测点正下方之间所产生的隆沉现象，多由于开挖面的崩塌、盾构机的推力过大等所引起的开挖面土压力失衡所致，是由土体应力释放或盾构反向土仓压力引起的地基塑性变形，隆沉大小主要与盾构正面压力平衡状态有关，盾构土仓内压力小于土体正面压力时，盾构开挖产生地层损失，盾构上方地面会出现沉降，相反，当土仓内压力高于土体正面压力，则盾构上方地面会出现升隆现象。这一阶段淤泥质粉质粘土层仍表现为-3mm的沉降，其余如粉细砂层、可硬塑粉质粘土层也有-2mm186、的沉降，沉降数值不大，说明盾构土压设置合理，在土压设置较大时（粉细砂层无房地段，盾构土仓压力在2.2bar，其它地层土压在2.0bar以上），则稍有隆起，一般情况下，盾构土压设置应使这一阶段的地表隆起510mm为好，这也说明盾构掘进时土压仍可调整得大一些。c）通过沉降从开挖面到达观测点的正下方之后直到盾构机尾部通过观测点为止，这一期间所产生的沉降，主要是土的扰动和由盾构掘进直径与盾构直径差（3cm）引起土体应力释放所致。有房屋荷载作用的淤泥质粉质粘土层通过沉降最大，有6mm8 mm，次为粉细砂层，有46mm的沉降，这两种地层在盾构通过阶段沉降速度快，数值大，与其地层特性有关。可硬塑粉质粘土层通187、过沉降26mm。d）盾尾空隙沉降盾构机的尾部通过观测点的正下方之后所产生的沉降。是盾尾空隙的土体应力释放所引起的弹塑性变形，沉降大小于盾尾同步注浆压力、浆液充填率密切相关，充填较理想时，沉降就小，反之就大。有房屋荷载作用的淤泥质粉质粘土层盾尾空隙沉降9mm；粉细砂层和可塑粉质粘土层盾尾空隙沉降分别为6mm和37mm ；硬塑粉质粘土层地层稍硬，沉降有滞后现象，实际由盾尾空隙引起的沉降在56mm。e）后期沉降是固结和蠕变残余变形，主要是地基扰动所致。粉细砂层由24mm的后期沉降，盾构刀盘过测点20m后稳定，稳定时间短而快；淤泥质粉质粘土层属高灵敏度、高压缩性地层，这一阶段主要为固结沉降，沉降量大，188、后续沉降有1520mm，占总沉降量的50%以上，且沉降具长期性、缓慢性特征，刀盘过测点80m以上趋于稳定；可塑性粉质粘土层后期沉降有24mm，刀盘过测点2030m后稳定；硬塑性粉质粘土层后期沉降有46mm，由于地层较硬，沉降表现为滞后，刀盘过测点4050m后稳定。在不同地层中，除有房屋的淤泥质粉质粘土层的沉降总值约40mm外，其它地层的沉降总量相差不多，基本都在1520mm内，主要是沉降各阶段数值有差别，各阶段沉降除与地层有重要关联外，盾构掘进参数对其有重要影响，从总体上看，沉降量和沉降速率较大阶段发生在第2、4阶段，即盾构施工控制沉降的第2阶段和第4阶段最为关键，第2阶段变形控制要素是土仓内189、的压力，第4阶段变形控制要素是盾尾间隙注浆的及时性和充填率。2）地面沉降的影响因素盾构法施工中引起地面沉降的因素是很多的实际产生的沉降是各种因素的综合。这里对其中的一些主要因素分别进行论述。（1）隧道埋深的影响实测和实验研究表明：隧道埋深对地层位移的影响因地层情况各异，有如下关系式：式中：R 隧道半径； h 隧道埋深；i 隧道轴线到地面沉陷槽曲线反弯点的距离；k、n与地层特性及施工因素有关的常数。（2）隧道介质种类和环境的影响盾构法施工地面沉陷槽宽度主要取决于最接近隧道拱顶的那一层土的状况，这意味着如果隧道完全位于地下水位下，那么紧挨隧道上方的承压水土层对沉陷槽有重大影响。（3）开挖地层原始应190、力状态的改变对地面沉陡的影响盾构法施工引起周围地层变形的原因是土体初始应力状态受到扰动。原状土体经历挤压、剪切、扭曲等复杂的应力路径，平衡状态受到破坏。如图6-3所示，当开挖工作面逐步接近盾构轴线上某一点（A点）时，主应力3增加速度大于1。3的不断增加使得盾构前方的土体积聚，并引起地表隆起。当开挖面前方土体没有及时施加支承，土体应力释放并向盾构内临空面滑移，引起地表沉降。如图6-4土压平衡式盾构开挖面主动土体侧压力、水压力和密封仓压力应始终满足下式（1），才能使土体在开挖衬砌过程中保持开挖面稳定。 当Pi（1.15 1.20）（Pz+Pw）时，实践证明地表有较小的变形。盾构未到达时，地面略有3191、 5mm的隆起，随后为沉降所抵消。 Pz+PwPi （1）对于粘性土体，定义开挖面的稳定比为Nt。则有Nt=（PzPw）Sun （2）Pz=KoZz （3）Pw=Zw （4）Su=Pztg+ C （5）其中：Z 开挖面中心至地表深度（m）；z上体的不含水容重（KNm3）；w土体中水的容重（KNm3）；n 折减系数，上压乎衡式盾构一般取n1；Su土体不排水抗剪强度。不管采用何种方法在软土层中开挖隧道，必然会对周围的土体产生影响。盾构掘进时开挖面土体的松动和坍塌，尤其是地下水位的变化，会导致地层原始应力状态的改变和土体极限平衡状态的破坏，从而引起地表下沉。从稳定比Nt的定义可知，Nt越大，上体的自192、立性越差，越有可能被剪切破坏，从而发生正面土体的塑流，使地层损失增加，地面沉陷量加大。如果Nt很小，说明支护压力很大，则往往会造成地面隆起，扰动土体，使后期沉陷量加大。稳定比与开挖面土体损失量如图6-5所示：Ntl时，开挖面为弹性变形，损失量1%；1Nt4时，开挖面为弹塑性交形，损失量2%4%；5Nt8时开挖面为塑性变形，损失量4%； 反之，如Nt值为负，即PzPi，上体位移方向亦相反，地面产生隆起现象。（4）地层损失对地面沉降的影响开挖隧道过程中，实际开挖的土层体积总是不等于竣工隧道的体积。这两个体积之差称为地层损失。地层损失不仅包括建筑空隙的体积，也包括超欠挖或其它土层流失。 地层损失受多193、方面因素影响。据Muir wood提出的地层损失的选取方法为：正面土体的地层损失占总体积的极限比例为0.1；切割边缘后面的地层损失占0.1一0.5。盾构的地层损失占0.1，盾尾后的地层损失占04。地层损失与稳定比的关系常用地层损失率（即相对地层损失）表示： Vn式中：Vo 隧道的理论体积；V 为地层损失的体积。当稳定比小于2时，地层损失率一般小于1，引起的地表沉降可以忽略不计。当稳定比在2 4之间时，采用盾构法施工可以将地层损失率限制到小于20 30。当稳定比为4 6时，盾构能减少土体的径向位移，也有助于减少开挖面土体的轴向位移。当稳定比接近5时，开挖后土体的位移趋于增加，此时必须有正面支撑。194、如稳定比大于6，正面土体是不稳定的。土压平衡式盾构施工时，在盾构推进过程中，盾构密封仓压力与开挖面土体主动压力相对平衡。使开挖面保持稳定，大大减少丁地层损失的影响因家。（5）建筑空隙充填不足对地面沉降的影响 通常盾构外径要比隧道衬砌外径大2左右。这是因为：a）盾尾壳板有一定厚度，而壳板厚度又因盾构埋深、盾构直径、盾构长度和壳板材质而异；b）为便于管片在盾壳内拼装以及盾构推进时需要不断纠偏使之在设计轴线上推进，通常在盾壳内面与衬砌外径之间要留一定的空隙。这称之为建筑空隙。盾尾建筑空隙如不充填材料必然会被周围土体所占。假设地层不产生压缩或松胀，那么建筑空隙的体积就应等于地面沉降槽的体积。因此，建筑195、空隙必须及时灌浆。压浆压力、压浆材料的性能及充填数量均会影响地表沉降值及沉降速率。盾构在曲线中掘进，或纠偏掘进过程中实际开挖断面不是圆形而是椭圆形，故引起地层损失；盾构在土体中移动，盾壳表面粘附着一层粘土，推进时盾尾后隧道外围形成的空隙将大量增加，如不相应增加压浆量，地层损失量将增加。（6）管片回环变形对地面沉陷的影响 衬砌结构脱出盾尾之后，受力条件迅即变化。在土压力作用下，成环管片竖椭圆形或圆形变为横椭圆形，管片圆环产生的变形也会导致地表的少量沉降。据实测资料显示，其沉降量一般在1mm 4mm之间。衬砌渗漏亦会引起地表沉降。（7）受扰动土体的固结再沉降 由于盾构掘进中的挤压作用和盾尾注浆作用196、等因素，使周围地层形成超孔隙水压区，需经过一段时间才能消散复原。在此过程中因地层发生排水固结变形而引起地表沉降。（8）土体性质的影响土体的压缩性、强度性质显然对地层位移有重要的影响。（9）盾构机性能的影响开挖面水压及土压不平衡，切削回转能力减弱，推进压力下降等因素将引起开挖面坍塌、超挖，随隧道开挖出现偏差会引起尾部空隙增大，开挖面切削转矩及盾构推力过大会引起地层扰动。（10）回填注浆质量和操作质量的影响回填注浆是否充足、及时，衬砌管片拼装质量是否完善，土压是否适当，盾构机推进时姿态控制是否良好，是否发生偏差、蛇行，施工工序是否合理，施工人员操作是否熟练，经验是否丰富等均影响到地层位移。（11）197、其它因素对地面沉降的影响 盾构施工中的一些技术问题，如盾构纠偏、盾构临时停顿或后退及推进速度、出土量的变化等，都对地表沉降有影响。3）纵向地表沉降（1）盾构始发段和到达段地表沉降较大，但在端头加固区内沉降很小。盾构始发到达阶段，土仓压力处于不断调整阶段，始发时土压在逐渐增大，到达时土压则减小，在土压调整过程中，未能建立真正意义上的土压平衡， 因而引起部分地层损失，使地面沉降较大，但在加固区内，由于地层经加固处理后，地层强度、止水性、均匀性、整体稳定性都有改善，使得盾构掘进时其加固区内的沉降很小，一般在3mm以下。在正常掘进段，盾构掘进时基本建立了土压平衡，盾构其它掘进参数在监测的反馈指导下设置198、较好，地面沉降得以有效控制。（2）端头土体加固对沉降影响大。土体加固方案、加固范围、效果等对始发和到达端的地层沉降影响大，因此加固区长度应大于盾构长度，加固区两侧可考虑用一排旋喷桩代替搅拌桩，以控制泥水流失。（3）在富水软弱地层中（软流塑淤泥质粉质粘土）地面房屋等附加荷载对地表沉降量有较大影响。在软流塑淤泥质粉质粘土中掘进时引起的后期固结沉降就大，在房屋附加荷载的作用下，盾构掘进对地层的扰动相对较大，其后期固结沉降稳定时间长，后期固结沉降约占总沉降的50%以上。4）地面隆沉的横向沉陷槽和影响范围盾构施工中引起的地面沉降不仅仅表现在隧道轴线上方，在其周围也会引起不同程度的沉降。在理论上，地面沉降199、沿隧道轴线横截面呈高斯曲线分布。如图6-6所示。但在实际中，由于控制沉降的因素较多，相互之间的关系较复杂。因此，沉降曲线不可能符合一定的函数关系。但通过对以往盾构施工的总结，可得出如下结论：（1）地质条件与沉降大小密切相关，相对软弱稳定性差的地层，地层沉降量大，中风化地层自稳性较好，即使采用敞开式开挖，其地表沉降值也很小；而在强风化地层和全风化地层中，虽然采用了有利于控制沉降的土压平衡模式开挖，其沉降均值仍较大，最大甚至超过60mm。沉降槽相对深度和曲线曲率从大到小依次为淤泥质粉质粘土层、可塑性粉质粘土层、粉细砂层、硬塑性粉质粘土层。（2） 在盾构开控面前方，由于地面隆起，有些沉降槽呈凸形，盾200、构通过后地面逐渐下沉，呈凹形。（3）沉降槽曲线基本沿隧道轴线点呈典型的正态分布，在轴线处的沉降值最大，沉降槽的影响范围在隧道两侧各15.00米左右，其中沉降较大的部分在隧道两侧各6.00米范围内，距轴线10m外的沉降量小于4mm，15m外的沉降量小于2mm，20m外的沉降量小于1mm。（4）沉降槽中心大致与隧道中心相吻合，但有些地方存在偏差。其原因是：在挤压力作用下，盾构顶部土体所受扰动较远处土体大。当洞周土体向建筑空隙收缩时，因扰动而产生塑性破坏的土体传递位移的能力大大降低。（5）沉陷曲线的斜率与水平夹角在50左右，约等于45+2。其中为隧道所在地层淤泥质粘土的内摩擦角为9.6，这说明沉陷曲201、线与主动土压的滑裂面较近。（6）盾构通过和盾尾脱出后沉降是控制沉降的关键阶段。4）防止地面沉降的对策（1）优化匹配盾构掘进参数 盾构最优掘进是指：掘进时对周围地层及地面的影响最小、地层强度下降小、受到的扰动小、超孔隙水压力小、地面隆沉小、盾尾脱出时的突沉幅度小，这些是盾构施工中控制地面沉降、保护环境的首要条件和治本方法。要达到上述最优状态，必须在掘进过程中视隧道上覆土厚度、地质条件、地面荷载、设计坡道、转弯半径、轴线偏差及盾构姿态等情况，选取合理的参数指导施工，但各参数既是独立的，又存在相互匹配、优化组合的问题，宏观表现在地表变形的控制。为此必须进行沿线监测地表沉降值，据此不断进行优化组合，指202、导下一步的掘进施工，使之真正优化施工参数。（2）进行试掘进，确定员优掘进参数，指导全线施工根据沿线地形、地貌条件，将100m试推段划分为3个区段：第一区段长15m，为初掘进，共设定3组掘进参数，通过地表监测，摸索地层变化和轴线控制的规律；第二区段长35m，根据地面条件、建筑物、地下管线情况，对第一阶段设定的3组参数进行调整，以取得最优参数；第三区段长50m，是正式掘进的准备阶段，通过这一区段的掘进，对地面沉降、隧道轴线控制、衬砌安装质量等制订出控制措施，基本掌握施工参数，能利用信息反馈指导施工。通过100m试推进，为整个区间隧道的掘进奠定良好的基础。（3）设定前仓压力前仓压力的设定应随隧道上覆203、土厚度的不同而变化，这对控制地面沉降极其重要。设定的前仓压力一般为理论值（静止土压十水压）的105115。（4）保持开挖过程中的土水压力均衡土压平衡式盾构可通过调整推进速度和螺旋排土器的转速，使压力舱压力与开挖面土水压力相对应。另外根据需要，注入适当的添加剂增加开挖土的塑性流动化，使压力舱内不产生空隙。泥水加压式盾构可根据围岩的透水性来调整泥浆性状，并仔细进行泥浆管理，使压力舱压力始终对应于开挖面的土水压力。实施这些开挖面稳定管理同时，还应根据需要研究采用辅助施工方法以保证围岩的稳定。（5）减少推进中围岩的扰动为了减少推进中盾构与围岩之间的摩擦，尽量不扰动围岩，必须减少盾构机偏转及横向偏移等防204、止蛇行发生。（6）防止一次盾构的变形为了防止管片环变形，必须使用形状保持装置等来确保管片组装精度，同时充分紧固接头螺栓。（7）防止地下水位下降为了防止从管片接头、壁后注浆孔等漏水，必须仔细进行管片的组装以及防水作业。（8）确定壁后注浆的最佳匹配盾构掘进中，以适当的注浆压力和注浆量、合理配比的压浆材料等，在脱出盾尾的衬砌背面环形建筑空隙进行同步注浆，做到完全填充盾尾空隙以防止围岩松弛和下沉，同时防止管片漏水，并达到管片环的早期稳定和防止隧道蛇行等目的，是控制或减小地面沉降的关键性措施。a）注浆材料：必须选择最适合围岩的土质和盾构型式等条件的注浆材料。作为注浆材料，应具备以下性质：（a）不发生材料205、离析；（b）不丧失流动性；（c）注浆后的体积变化小；（d）尽早达到围岩强度以上；（e）水密性好。通常使用的注浆材料见解说图6-7。一般来说，对于围岩稳定性好的土质，用单液注浆施工较多。而对于围岩难以稳定的粘土层或易坍塌的砂层，则采用双液注浆施工。单液注浆材料的性质是：（a）具有可压送的流动性；（b）能填充到目标空洞范围；（c）在填充的注浆材料硬化前，不发生材料离析或凝固。双液注浆材料，其特征是在注浆期间具有流动性，在注浆时和注浆后可迅速变为可塑状固结物，其性质是：（a）能在指定范围注浆；（b）材料离析少而且不受地下水的影响；（c）能调节硬化时间；（d）能根据需要尽早达到所需的强度等。b）注浆材206、料的合理配比：稠度值控制在10.511.0，容重近似于原状土。对于不同地质条件有如下要求：（a）对于较坚硬、有其一定的自稳能力的岩层，要均匀地充填地层，就必须增加浆液的流动性，因此浆液配比要在保证砂浆稠度、离析率、固结率、强度等指标的基础上延长其凝胶时间，控制在1230h，以获得更为均匀的填充效果。（b）对于较软弱、其自稳能力较差的岩层，注浆后希望能尽快获得浆液固结体强度，因此浆液配比要保证砂浆的固结率和强度，并将凝胶时间适当缩短为57h，以便在较短的时间内加固地层，增强地层的稳定性。（c）在富含水地层中，要求浆液的保水性要好，不离析，凝胶时间为56h。另外，若在同步注浆后还漏水，则应进行补注207、水泥水玻璃双液浆，以达到固结堵水的目的。（d）在盾构始发和到达段，总体上要求缩短浆液凝胶时间，以便在填充地层的同时能尽早获得浆液固结体强度，保证开挖面安全并防止从洞口处漏浆。c）注浆时间：浆液的压入时间应与管片脱开盾尾同步为宜，匀量注入的时间应与推进一环的时间相同。d）注浆方法：注浆施工从设置在管片上的注浆孔或在盾构上设置注浆管进行。一般是用钢车将注浆材料运入隧道内，然后用设在后方台车上的注浆泵进行压送。为了防止注浆材料或地下水流入盾尾止水带内，把作为盾尾填充材料的润滑脂注入到盾尾止水带之间。为防止盾尾止水带损坏造成注入材料流入盾尾，需要将盾尾止水带设计为可更换的结构。注浆完毕后，清洗注浆设备208、（注浆泵、注浆管道等）时，要设置旁通阀清除，以免在下一次注浆时将冲洗水混入注浆材料中注入。e）注浆压力和注浆量：为了充分充填盾构施工产生的地层空隙，避免由此引起的地表沉陷影响地表建筑物与地下管线的安全；避免过大的注浆压力引起地表有害隆起或破坏管片衬砌，防止注浆损坏盾尾密封，注浆压力最佳值应在综合考虑地基条件、管片强度、设备性能、浆液特性和土舱压力的基础上确定。合适的注浆压力约为100300KN/m2，即在自稳能力较强的中风化、微风化岩地层中，选用敞开模式或半敞开模式开挖，同步注浆压力约为0.10.15MPa。在自稳能力较差的强风化、全风化岩地层和粘土层中，选用土压平衡模式开挖，同步注浆压力为0209、.150.2MPa。由于注浆材料与围岩的渗透性、加压导致向围岩内的压入、排水固结、超挖等原因，合适的注浆量应为理论上（从盾构外径面积扣除管片外径面积计算的空隙量）的150200。注浆量、注浆压力都要通过一定程度的试验后，在确认注浆结果和对周围影响的基础上决定。在施工中也要按每个固定的区间进行注浆效果的确认，并将其结果反馈到施工中。f）压浆位置：有目的地选择等角度分布于盾尾外壳6根浆管的不同压浆位置，能使飘浮”于浆液中的隧道尾端产生位移，既可改善隧道轴线原有的偏差，又可改善管片与盾尾的卡壳状况。g）二次注浆：这是对壁后注浆的补充注浆。其目的是：（a）填补一次注浆的未填充部分。（b）补充注浆材料的210、体积减少部分。（c）对盾构推力导致的，在管片、注浆材料、围岩之间产生的剥离状态进行填充并使其一体化，提高止水效果。h）注浆质量管理：（a）注浆所使用的材料，要符合有关质量规定，同时要定期地验收以确保其质量。（b）为了保证注浆材料的质量，需要定期测定流量值、粘性、析出率、凝胶时间、抗压强度等。（c）注浆前进行详细的浆液配比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比，保证所选浆液配比、强度、耐久性等物理力学指标符合设计施工要求。（d）制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆并进行检查、记录和分析，及时做出P(注浆压力)Q(注浆量)t(时间)曲线，分析注浆效果，反馈指导下次注浆211、。（e）根据洞内管片衬砌变形和地面及周围建筑物变形监测结果，及时进行信息反馈，修正注浆参数及设计和施工方法，发现情况及时解决。（f）做好注浆孔的的密封，保证其不渗漏水。（g）做好注浆设备的维修保养及注浆材料供应，保证注浆作业顺利连续不间断地进行。i）注浆施工工艺注浆工艺是实现注浆目的、保证地面建筑物、地下管线、盾尾密封及衬砌管片安全的重要一环，因此必须严格控制，并依据地层特点及监控量测结果及时调整各种参数，确保注浆质量和安全。 为了使环形间隙能较均匀地充填，并防止衬砌承受不均匀偏压，同时对盾尾预置的注浆孔进行压注，在每个注浆孔出口设置分压器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而212、获得对管片背后的对称均匀压注。同步注浆施工工艺流程见图6-8。j）注浆效果检测（a）采用钻孔取样检测注浆效果利用管片的注浆孔等，对已注浆的壁后注浆材料进行取样，检查其注浆厚度、情况、强度等，这在质量管理上非常有效。但是，对采样时地下水的流入等问题，必须充分的注意。注浆压力、注浆量图表于计划值计 划 值管理基准值注浆方式选择注浆开始监 视注浆完毕注浆效果检查判 定变形检测分析判 断注浆、现场试验情况正常二次补强注浆不合要求情况异常图6-8 同步注浆施工工艺流程图（b）采用超声波检测注浆效果超声波检测是通过注浆前后超声波波速提高幅度的方法来分析注浆质量和效果的，测试仪器采用SYC2型声波岩石参数测213、定仪和FSS型换能器。通过岩体声速变化规律和测孔注浆压力、注入量等情况进行分析，可根据以下结论分析注浆效果： 若注浆后信号较弱，声速较低，说明岩层裂隙较多，注浆不足，岩层裂隙没有得到很好地充填；若注浆后波形信号明显，声速值较高，则说明随着注入浆液的充填、固结，形成了比较致密完整的岩体。 在围岩松动圈范围内声速变化较大，而在松动圈范围外声速值、波幅值变化不大。这是因为：松动区域围岩较破碎，注浆时进浆量较多，注浆压力由小到大变化，故此区域声速提高幅度也大，这样可测出浆液的有效扩散距离。超声波速度是岩体超声波测定的主要参数之一，也是衡量岩体结构的主要指标。用超声波检测注浆质量及效果，主要是将其声速测214、定的结果进行分析和研究。注浆后声速幅度值越大，说明裂隙被充填越密实，注浆质量和效果越好，从而达到了充填间隙和固结堵水的目的。5）突发性沉降事故的处理措施在盾构施工中根据地质情况和需保护的建筑物采取不同掘进模式，能够保证沉降要求。如遇特殊情况，发生较大的沉降后，必须采取快速稳定沉降的措施：（1）发生沉降的地点，在沉陷范围派专人值班，负责人员、交通、建筑物的安全。（2）盾构关闭进土闸门，建立土压，所设的土压比所处位置的水土压力高0.2 kg/cm2，盾构停止掘进，用盾构上的超前注浆设备和注浆孔向地层注浆加固。不停地向管片背后注浆，并调整浆液配合比使其具有足够的强度和快速凝结。（3）在沉陷范围采用钻215、机进行地表注浆加固方法，增加地基的强度。（4）增加沉降观测，及时反馈信息。、土压平衡盾构机的异常现象1）盾构机正常推进时，泥土仓内土压大幅度突降。 （1）产生原因：这是由于泥土仓内空气含量较多，泥土仓的土压主要由空气压力形成，而且泥土仓内含有大量的水，泥水混合液很稀，压力空气容易穿过稀泥进入螺旋输送机前闸门(入土闸门)，通过螺旋输送机从其后闸门（出土闸门）迅速喷出，使泥土仓内压力空气瞬时大量释放，导致泥土仓内的土压大幅度突降；在较松软的地质中，泥土仓内的大量压力空气有时会通过盾构机外壳的松软土层向盾尾方向移动，最后在中盾和尾盾连接处穿过尾盾的密封条向盾构机内部释放压力空气，也会造成泥土仓内的土216、压大幅度突降。（2）处理方法：遇此情况时，螺旋输送机应立即停止出土，关闭螺旋输送机及其出土闸门。盾构机继续往前推进，使泥土仓土压尽快恢复至正常值，以保持开挖面土层的稳定，防止由于泥土仓压力突降而引起地层发生变化，引起地表面出现较大幅度沉降。同时在操作中，应根据土质情况和刀盘扭矩的大小，减小泥土仓内的加水量，调整泡沫系统中空气的比例，并减小泡沫量，降低泥土仓内水和空气的含量。2）盾构机停止往前推进后，泥土仓土压自动上升。 （1）产生原因：盾构机停止往前推进后，泡沫系统已关闭，但由于泡沫系统某个进气阀故障，阀芯被卡住，在泡沫系统关闭后阀芯在弹簧力的作用下不能复位，进气阀仍处于开启状态，压力空气继续217、通过该进气阀进入泥土仓，导致在盾构机停止推进后泥土仓土压自动上升。（2）处理方法： a）首先关掉空气压缩机，打开储气罐的放气阀，使压力空气卸压，直至泥土仓土压不再上升为止。 b）若泥土仓土压上升幅度很大，为了防止地表面隆起，需启动皮带输送机和螺旋输送机，打开螺旋输送机出土闸门，低速运转螺旋输送机，慢慢地出土，直至泥土仓土压降至正常值为止；若泥土仓土压上升幅度较小，不会引起地表面隆起，不需降低泥土仓土压。c）检查泡沫系统空气进气阀，查明进气阀阀芯被卡住的具体原因，修理或更换进气阀，使其正常打开和关闭。3）螺旋输送机出土时，螺旋输送机出土闸门和皮带之间形成“大土堆”。（1）产生原因：在粘土地层中，218、刀盘从开挖面上切削下来的泥土与从盾构机往泥土仓里注入的水或土层中的地下水在泥土仓内未均匀混合，造成泥和水呈分离状态。在螺旋输送机出土时，整团粘土从螺旋输送机出土闸门排至皮带输送机的皮带上。由于泥和水呈分离状态，泥与皮带之间的摩擦力较小，而且开始运土时皮带是上坡，引起泥土在皮带上打滑，不能及时运走。随着螺旋输送机不停地出土，皮带上的泥土越积越多，形成大的土堆。（2）处理方法：在“大土堆”形成后，螺旋输送机应停止出土，继续运转皮带输送机，采用人工方法逐步铲掉，并通过皮带运走。禁止操作人员在“大土堆”形成后，为了减少麻烦，试图通过螺旋输送机继续出土，增加“大土堆”上方的泥土重量将其压塌，使土堆塌落在219、皮带上运走。若此时螺旋输送机继续出土，从螺旋输送机出土闸门排出的大量泥土将从“大土堆”上滑落至皮带输送机前端支撑架上，结果不但不能压塌“大土堆”，反而会使皮带输送机前端支撑架上泥土越积越多，可能造成整个支撑架被压塌的后果。所以当遇到粘土地层时，操作人员应使泥和水在泥土仓内尽可能均匀混和，尽量避免泥水混和不匀；同时通过摄像仪注意观察螺旋输送机出土情况，当发现有整团泥土在皮带上打滑，滞留在皮带上不能及时运走时，应减小螺旋输送机出土速度或停止出土，以防止皮带上的泥土越积越多而形成“大土堆”。4）盾构机不能正常往前推进。（1）产生原因：在盾构机操作中，造成盾构机不能正常往前推进的原因有以下两种：a）推220、进液压缸撑靴未压紧管片。在管片拼装时，有时部分推进液压缸未完全伸出到位，液压缸撑靴未压紧管片，液压缸油压小于2MPa未达到盾构机推进的最小油压，PLC自动控制系统使盾构机不能正常推进。b）铰接液压缸行程不正确。铰接液压缸连接中盾和尾盾，用于盾构机转弯。当盾构机转弯时，液压缸中的液压油重新分配，使一侧伸长，另一侧缩短。为防止达到其最大伸长量，在PLC自动控制系统中液压缸行程L设定值范围是10mmL140mm。当某个铰接液压缸行程不在此范围时，PLC自动控制系统自锁，盾构机不能正常往前推进。（2）处理方法：针对以上两种原因，相对应的处理方法如下：a）此时应将盾构机从“推进”状态切换至“管片拼装”状221、态，让推进液压缸无杆端继续进油，增大推进液压缸油压至大于2MPa为止，此时推进液压缸撑靴均压紧管片。在所有管片被压紧后，盾构机即可正常推进。b）当液压缸行程小于10mm时，应将铰接液压缸开关置于“松放”模式，使液压缸行程加大，直至液压缸行程在设定值范围内为止；当液压缸行程大于140mm时，应将开关置于“回拉”模式，使液压缸行程减小，直至行程在设定值范围内为止。5）盾构机“磕头”。（1）产生原因：盾构机推进过程中，由于泥土仓实际土压力值低于理论值，使盾构机头部下降，造成盾构机“磕头”。（2）处理方法：实际操作中，应使泥土仓土压力值略高于理论值，并在推进时按工况条件和地质情况在盾构机正面加入发泡剂222、膨润土和水等添加剂，改良支撑面的土体。施工过程中要根据隧道理深、所在位置的土层状况和地层变形量等信息反馈，对土压力设定值、推进速度和注浆量等施工参数作及时调整。6）盾构机“蛇形前进”（1）产生原因：在盾构机推进过程中，操作人员对盾构机中心轴线与隧道中心线出现的偏差进行纠正时，每次纠偏量过大，导致需不停地对盾构机进行左右纠偏，造成盾构机的“蛇形前进”。（2）处理方法：对于盾构机中心轴线与隧道中心线出现的偏差，操作人员应及时纠正，盾构机一次(一环)纠偏量不宜过大，以不超过5mm为标准，以减少盾构机在推进过程中对地层的扰动及防止盾尾钢板拉伤管片，损坏管片的止水条，影响止水效果；若每次纠偏量过大，还223、会造成在盾尾内管片拼装困难，有时会给完成后的隧道使用带来障碍。7）拼装机油泵吸空在以往施工过程中，拼装机油泵吸空问题曾成为停机率较高的主要原因。拼装机液压系统由油泵、变容油箱、工作台提升组合阀块、横移组合阀块、紧定组合阀块及阀块所控制的千斤顶组成。该系统是盾构众多液压系统中唯一的一个闭式液压系统。由于在施工过程中各台盾构的拼装机油泵都出现过不同程度的吸空现象，严重的使得管片无法拼装，盾构因此无法正常推进，拖延工期，造成地面下沉。（1）产生原因：油泵的吸空一般有两大原因：a）由吸油管内部空穴现象所引起。如果吸油管直径较小，吸油面过低或吸油管路中其它阻力较大，以至于吸油管路中的压力低于当时温度下液224、体的饱和蒸汽压力时，液体就开始沸腾而形成汽泡。同时，原来溶于油液中的空气也游离出来，形成气泡，这些气泡混杂在油液中产生了气穴，使原来充满管路和油泵中的油液成为不连续状态，这就是空穴现象。PVB10这类高压校塞泵对吸油面高度和吸入管直径应有一定要求，但拼装机的工况使上述要求受到了限制，尽管理论计算证明在正常情况下现有设计不会在吸油管内产生空穴。b）外部原因，即空气进入油箱或吸油管后吸入油泵而引起的。拼装机液压系统中，空气进入油箱的途径较多，共计有： （a）各执行机构及管路中的残留空气； （b）进排油单向安全阀落入泥块或杂物，关闭不全； （c）回油及泄油管路中接头及焊缝渗漏； （d）加油手动截止阀225、或放油手动截止阀渗漏； （e）变容油箱大活塞Y型密封损坏，油箱内壁光洁度差或出现锈斑。（f）变容油箱端盖密封不良等等。现将空气进入的各种途径根据主次顺序列出因果图（如图6-9）。（2）对策措施a）常规措施（a）选用优质元件，对因果图中5、6、7三项元件进行严格的检查，质量不过关的全部更换。 （b）管路必须用氩弧焊接，经泵压试验，泵压压力不得低于30MPa，严格地按规范进行投油，投油中不断敲击管子，冲去全部焊渣和残留物。（c）确保油液清洁，拼装机加油应用专用加油管通过加油滤器加油； （d）单向阀加装防尘排气塞。（e）变容油箱解体，检查活塞Y型密封圈，砂光内壁，重做端盖，钢板加厚并增加一道径向密封226、。 （f）吸油管改成354厚壁紫铜管，减低油管钢性，使管接头锥口密封性得到改善。b）管理措施（a）施工中，严格做好制度规定的各项常规保养工作。（b）每天上班进行油箱排气。（c）油量控制在活塞端盖离箱盖间隙45mm左右。（d）每半个月作一次油箱容积变化测试。（e）泵的配油盘摩损到一定时候，即当调定压力从12.5MPa降至10MPa左右时，应及时将泵更换下来，研究配油盘以免产生恶性损坏。6.3、盾构施工中的事故日常预防措施盾构施工中应从观测、测量、施工记录，盾构维护管理，质量管理以及辅助施工法等方面做好日常施工事故的预防措施。、现场观测、测量和施工记录1）在盾构隧道工程中进行现场观测、测量和施工记227、录的主要目的如下：（1）确保盾构施工安全。（2）出现施工事故和纠纷时可作为查明原因和进行补偿的资料。（3）作为竣工后进行维护管理及修补的资料。（4）作为今后的盾构施工技术改进、发展的资料等。由于有种种好处，应尽力详细地、正确地做好记录。另外，对上述资料应认真整理和妥善保存，以便今后使用。2）盾构施工中应进行观测、测量和施工记录的内容如下：（1）观测a）压力舱内的压力，开挖面的泥水压、泥水状态（闭胸式） 开挖面的状态、涌水量及水质（敞开式）b）盾构隧道附近地表和其他建筑物及埋设物的变形。c）地基变形。d）地下水位的变化。e）千斤顶推力、刀盘扭矩。f）盾构隧道的变形、蛇行。g）盾构机的蛇行和姿势。228、h）壁后注浆的管理。i）排水量的管理。j）隧道内作业场所的风速及隧道内换气状况。k）隧道内工作状态下的空气压力、空气消费量及漏气情况。（2）调查及测量a）建筑物调查。b）水井调查。c）作用于盾构或衬砌上的土压力和水压力。d）盾构或衬砌中产生的应力和变形。（3）施工记录a）施工日志。b）竣工图（平面图、纵断面图等）。e）土质资料。f）电影、照片、录像等。、盾构维护管理为了充分发挥盾构的性能，防范故障、事故于未然，必须定期和随时进行维护、检查和维修。主要检查项目如下所示。但应根据盾构型式的特点、现场实际状况设立细目，根据检查表切实进行，不要发生漏项。盾构的功能的复杂化使得故障部位的特定比较困难，为229、了能迅速处理故障，有时需建立故障诊断系统。1）日常检查、维护：（1）各部位的螺栓、螺母松动检查、拧紧。（2）异常声音、发热检查。（3）工作油、润滑油、润滑脂、水、空气的异常泄露检查。（4）各部位供油、脂情况确认、检查、补充。（5）工作油箱油位检查。（6）电源电压正常确认。（7）操作盘开关类、指示灯、仪表类正常动作确认。（8）盾构本体与台车之间的软管、电线异常有无检查。（9）安全阀设定压力检查。（10）液压设备维护、过滤器清扫后的回路内排水确认。2）定期维修、维护（1）1个月维修、维护a）油箱排水b）电动机类的精密检查（轴承供油、绝缘电阻测量、滴水检查等）c）控制盘和配电器具检查（接点磨损状况，230、绝缘电阻测量、配线管、管道损伤等）（2）6个月检查、维护启动油、润滑油定期检查（2次/年、工作油生产厂家检查）（3）长期停止运行的维护管理：长期停止运行时，必须实施下列作业：a）每个设备的空载运行（每隔1015天）。b）汽缸头、阀槽等滑动面露出部分涂油。c）防止空间加热器引起的动力盘内结露的作业。、质量管理对修建隧道所用的主要材料及制品必须进行必要的试验检查。确认其质量、形状、尺寸、强度等符合规范之后再使用。对容易破损、变质的材料，必须加以严格管理。1）试验和检查：需进行试验和检查的主要材料有：（1）管片：管片制品的精度和质量好坏，直接关系到一次衬砌组装难易程度和盾构推进的精度。此外，对盾构的231、变形、漏水、地基下沉等也有影响，故在严格管理的同时，还必须细心制造。（2）盾构：盾构的制造精度不高的话，在推进过程中会产生蛇行、偏转等种种弊端，因此需精心制造和管理。（3）壁后注浆材料：由于流动性、强度、收缩率、防水性、硬化时间等是注浆材料的重要特性。这些特性直接关系到施工的好坏，还会对隧道的变形、形状，围岩的下沉、漏水漏气产生影响。为此，应选定与围岩土质和注浆方法相适应的材料，除对材料的质量进行管理外，还必须对材料的配合比严格管理。在现场必须进行以下检查：a）材料：水泥、细骨料、添加剂依据混凝土技术规范（1996）；b）试验检查项目：砂浆抗压强度试验依据土木学会标准，混凝土抗压强度试验方法和232、预填料石压浆混凝土的砂浆抗压强度试验方法。砂浆稠度试验依据土木学会标准，预填料石混凝土注浆、砂浆稠度试验方法。（4）一次衬砌防水材料：由于隧道的使用目的、管片的形状和施工环境的不同，一次衬砌防水材料所需的特性也各自不同。其材料的品种也多种多样。无论何种情况，都应该选择符合规范标准和施工条件且经济的材料。关于其粘结性、拉伸率、强度、耐久性、耐蚀性、硬化时间等必要事项可参考试验何施工实际情况，确认其质量。（5）二次衬砌混凝土：混凝土必须具有所需强度、耐久性、及不透水性，质量稳定。其管理依据混凝土技术规范（1996年）。2）主要材料及制品的贮存（1）管片贮存：选择适当的贮存场所和贮存方法，防止管片产233、生有害的裂纹和永久性变形等，同时避免防锈和防潮。（2）临时材料的贮存：临时材料如钢轨、枕木、钢材等虽可直接露天堆放，但不应直接与地面接触，应在下面垫上角钢，使之排列整齐、妥善存放。（3）对于机械器具类、电器用品类、禁止受潮的产品、铁器类及易丢失的小件物品类等均要在仓库中分类妥善保管。、辅助施工法1）辅助施工法的一般原则当围岩不稳定，有可能发生开挖面坍塌、地表面下陷时，应根据围岩条件、盾构型式、环境等因素，采用化学加固法、注浆加固法、高压喷射搅拌法、冻结法、降低地下水位法、压气施工法等辅助施工法用以维持围岩的稳定。另外，从地面或隧道内加固施工困难时，往往要采用导洞来进行。2）化学加固施工（1）目234、的化学加固施工是以增加地基的强度或不透水性为目的，把注入材料强制填充到围岩的间隙或裂缝里。（2）适用范围盾构的出发及到达时，会由于切除竖井挡土墙而使开挖处于暴露状态。由于这种状态保持时间较长，有必要进行化学加固施工来增加围岩的强度和止水性。另外，盾构推进中地下工程而危及工程安全时，需实施化学加固施工以达到防护的目的。另外，在小覆土部位、地中接合部位或刀头交换部位、地中扩挖部位等，为了加固围岩，形成急曲线施工中的隔断壁及反力壁、防止压气施工时的漏气、防止由于推进而带来的围岩松动等目的而实施化学加固。（3）施工方法化学加固施工，分为双重管单液注浆施工法、双重管多液注浆施工法、双重管双段施工法和以局235、部施工为目的的单管注浆施工法。其施工原理有：不改变土粒子的排列，只是使注入材料渗透到土的间隙的渗透输将方法；使地基出现裂缝或沿层面形成脉状缝隙的劈裂注浆方法。前者适合砂质地基，后者适合粘性土地基。注浆使用的材料（注浆材料），通常使用水玻璃系，分为溶液型与悬浮型。另外，按pH值分为碱性系、中性系和酸性系，按反应剂分为无机系和有机系。注入方法通常有：a）从地表面进行注入时，不妨碍施工，与盾构推进没有关系。b）从隧道内进行时，必须停止盾构。c）利用导洞实施时，必须先进行导洞施工。实施化学加固施工时，必须根据围岩条件、盾构型式来选择最适当的注入方法、注入材料等，以达到注浆的目的。另外，还必须遵守化学加236、固施工的相关规定及管理条例。3）注浆加固法（1）注浆加固法分类注浆加固法有以下几个特点：a）加固后土体的强度较大，防渗性能提高，效果显著；b）加固的范围和深度可以根据需要加以控制；c）见效快、施工周期短；d）施工时噪音小，对周围环境的影响也少；e）浆液在凝固过程中，既有物理作用，又有化学作用，所以可靠性较好。在配合盾构施工中，适合软土中注浆大致可以分为五大类：a）渗透注浆渗透注浆就是在一定压力作用，浆液慢慢地渗入到土的颗粒间隙中，在一定的时间内凝固，起到固结、止水的作用，渗透注浆的材料可以根据土的粒径来选择。因为化学注浆材料是真溶液（即溶质以分子状态分散在溶剂中），易于渗透到微细的缝隙中去，所237、以经常被选来做为渗透注浆，渗透注浆适用于颗粒直径大于0.05mm，渗透系数大于10-3cm/s的粉砂层土层。b）劈裂注浆当土的颗粒直径小于0.01mm，如亚粘土或粘土、淤泥质粘土，浆液很难渗入到这些极细微的颗粒间隙中，从理论上来说，化学浆液可以渗入到土的颗粒间隙中，但是渗透范围很小，时间很长，缺少实用价值。而这部分土体恰恰又是最软弱需要加固的。这时就可以采用劈裂注浆。浆液在一定压力作用下，似利斧劈入土层，浆液注入的劈裂路线呈脉状，形成纵横交叉的网络，所以又称为脉状注浆。c）压密注浆压密注浆仅适用于软土，浆液中含有一定级配的砂粒，坍落度较小，用特殊的泵将这样类似的材料压入土体中，浆液在压力作用下238、挤压周围土体，占据一定的空间，再在一定的时间内凝固。这种注浆方法，一方面对土体产生压密作用；另一方面又自身形成像“冰糖葫芦”一样的凝固体。d）喷射注浆喷射注浆就是利用高压射流的冲击、空穴、水锤效益，对周围土体产生扰动、切削、搅拌作用；同时注入凝胶材料，将松散的土颗粒重新固结，形成坚实的固结体。如果钻杆边旋转边提升，则形成的固结体呈圆柱形；如果钻杆定向喷射再逐步提升，则形成板状帷幕。这种注浆适用粒径从5cm的砾石层到粒径小于0.01mm的淤泥质粘土。e）搅拌注浆搅拌注浆主要是依靠大型机械来搅拌土体，同时注入凝胶材料，形成新的坚固的固结体。这种注浆方向的原理与高压喷射注浆一样，只不过一个利用机械力239、，而后一种是引用高压射流。常用水泥浆液来作为胶凝材料，则称为湿式搅拌；如果把水泥干粉直接压入土中搅拌，则称为干式搅拌。（2）注浆加固材料注浆加固材料的品种非常多，一定要根据地质情况和加固的目的仔细选择使用。注浆材料的分类大致如下：水 泥水 玻 璃无机类 悬浊型浆液丙烯酰胺尿醛树脂聚 胺 脂铬 木 素丙烯盐酸环氧树脂其 他有机类 溶液型浆液 a）水泥系水泥是最常用的注浆材料。目前用各种水灰比配制浆液注浆的工艺已被稳定性水泥浆所取代。稳定性水泥浆液是具有触变性的浆液，也就是非理想液体，如图6-10所示，这种液体在受外力作用时，并不立即发生形变，只有在超过一个屈服值（P0）时，才发生形变。这种浆液在240、注浆过程中，不易析水，性能稳定，一旦注入地层后，在外力小于P0值时，浆液就不再流动，而且在凝固时，收缩小，加固效果好。P0PE非理想液体屈服值PE理想液体图6-10稳定性水泥浆中常加入表面活性剂和膨润土。超细水泥是目前水泥注浆材料中又一新品种。超细水泥的比表面积比一般水泥要大1倍，颗粒直径为0.0050.01mm，所以其渗透性能好。超细水泥可以在厂里磨细后立即使用。在配制超细水泥时一定要防入表面活性剂，否则细颗粒凝聚在一起，不能起到应有的效果。b）水玻璃系俗称泡化碱，化学名称硅酸钠。水玻璃的浓度用波美度表示。波美度与密度关系如下：oBe=式中 oBe 波美度； D 密度（g/cm3）水玻璃的模241、数M是二氧化硅（SiO2）与氧化钠（NaO2）的摩尔数之比。M = 注浆用的水玻璃一般选用的模数为2.83.3，波美度可以根据凝固时间在20 40oBe 中进行选择。纯水玻璃浆液，如果是碱性水玻璃，则可以用酸性物质作为凝胶剂。如果是中性水玻璃，则在使用前进行酸化处理，使pH 值接近于4；如果是酸性水玻璃，则酸化后尽快使用，因为经酸化的水玻璃保存期较短。纯水玻璃浆液的固化时间与pH值直接有关，如图6-11所示，所以一方面要精确调节浆液的pH值，另一方面又要详细了解地层中的酸碱情况，不要起相反的作用。10根据国内外的经验和实践，纯水玻璃的凝胶体的耐久性基本上有如下的规律：在碱性情况下形成的凝胶体则242、稳定性差，易发生破坏和崩解；在酸性情况下形成的凝胶体则稳定性较好。c）水泥、水玻璃浆液系用水泥和水玻璃进行双液注浆，由于材料易得，凝固时间容易控制，结石强度高，所以应用很广泛。常用的水泥、水玻璃浆液中每m3含有水玻璃350kg，水泥250kg，膨润土25kg。水泥、水玻璃浆液的凝固时间可以从十几秒到几小时进行调节。增加水泥的用量，凝固时间会变快，而且结石强度好；调节水玻璃的波美度的接近35 oBe时，凝固时间最快，温度高也使凝固时间加快。d）丙烯酰胺系丙烯酰胺是一种白色结晶体，极易溶于水，经常配制成7.510%的溶液使用。由于其溶液的粘度小，基本上接近于水的粘度，所以可灌性好，易渗透到微细的缝243、隙中去，而且调节凝固时间方便，其凝胶体的渗透系数10-3cm/s ，所以是一种很有效的防渗注浆材料，再加上其初凝到终凝的过程时间极短，所以适用于流速不大情况下的动水注浆，能有效地封堵漏水。丙烯酰胺在使用时要加入交联剂，常用的交联剂有甲撑双丙烯酰胺。交联剂可使聚合后的聚丙烯酰胺不再溶于水，同时要加入一对氧化还原的试剂作为促进剂，并且以其活性和用量来控制胶凝时间。e）尿醛树脂系尿醛树脂是甲醛和尿素的缩合物。这种原料容易取得，预先缩合成水溶性树脂后就可以用来注浆，注浆时可加入酸性物质作为固化剂。尿醛树脂固化后，强度较高，但是有一定刺激味，并且收缩率较大。因为该材料是用酸作固化剂的，所以注浆时对地层的244、酸碱性质一定要详细调查，如果在碱性地层中使用就有可能酸被中和，而尿醛树脂不能凝固。f）聚胺脂系聚氨酯是异氰酸酯和聚醚地预聚物。由于含有氰酸根，所以遇水会发生反应产生二氧化碳气体，体积迅速膨胀，同时又会发生连锁反应产生交联，形成一种泡沫体。聚氨酯浆液在遇水发泡过程中产生二次渗透，而且凝固时间较快，浆液不易流失，所以适应性较强，见效快。目前聚氨酯注浆材料有水溶性和油溶性。油溶性聚氨酯使用时要放入三乙胺、有机锡、发泡灵助剂，以促使其遇水发泡速度加快，能够迅速凝胶结膜、泡孔均匀。g）铬木素系铬木素是酸性低浆废液加入重铬酸盐后形成的高分子网络结构凝胶。铬木素浆液的粘度较低，凝胶体强度较高，而且本身也是表245、面活性材料，所以渗透性能好。因为浆液中含有铬离子，要防止重金属离子对对地下水的污染。目前已用过硫酸胺代替重铬盐酸的胺木素系注浆材料。在使用铬木素时，要加入三氯化铁作速凝剂。h）丙烯盐酸系丙烯酸盐类有丙烯酸钙、丙烯酸镁、丙烯酸锌、丙烯酸钠等，其中常用丙烯酸镁，其凝胶体是强韧的弹性体，如果渗入水泥浆液中，可以作为速凝剂。丙烯酸盐的30%水溶液表面张力只有4050dyn/cm，比水（76dyn/cm）还小，更容易与土粒子浸润，所以其渗透性好。i）其他化学注浆材料的品种非常多。例如：甲凝（甲基丙烯酸甲酯）、糠酮树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。其中糠酮树脂是用糠醛和丙酮混合后加入促进剂配制而成的浆液，粘度低246、，凝胶体有一定的弹性，这种材料既可单独作为注浆材料，也可与其他材料如环氧树脂等混合使用，可以弥补环氧树脂粘度大的缺点。在实际施工中，往往会把二种系列的材料混合使用，组成新的注浆材料，兼有各自的长度。例如：把丙烯酰胺与尿醛树脂混合使用组成“丙强浆液”。（3）注浆材料的渗透性a）水泥浆液是悬浊型浆液，也就是溶质以固体状态分散在溶剂中的浆液。适用于悬浊浆液的地质条件，可参照下列标准：上式中D16、D10是被注浆的地基土体颗粒级配曲线上含量分别为15%、10%的粒径。G85、G95是浆液颗粒级配曲线上含量分别为85%、95%的粒径如表6-1所示。表 6-1浆 材 名 称G85G95普 通 水 泥677247、4早 强 水 泥2534粉 煤 灰4752粘 土2650膨 润 土1.57b）真溶液的可灌性溶质以分子状态分散在溶剂中的溶液称为真溶液。真溶液中不含有颗粒，所以，从理论上来说，溶液可以渗入到极细微的裂隙中。浆液的渗透性不仅与溶液的类型有关，而且与溶液的粘度和表面张力有关。粘度小，易渗透；粘度大，则难渗透。浆液表面张力小，浆液与土颗粒的接触角减小，所以易与被加固的土颗粒浸润，不仅渗透性能提高，而且浆液凝固后与被加固的土颗粒粘结也牢。（4）注浆施工方法注浆是一门综合性的学科。注浆方法和注浆工艺有很多种，选择适当的方法是注浆工程成败的关键。根据注浆材料混合的方式可以分为：单液式注浆孔口混合式双液注浆248、孔内混合式双液注浆如果根据注浆管的形式分类有：钻杆注浆花杆注浆双重管注浆套管分层注浆高压喷射注浆a）单液式注浆这是最常用的一种注浆形式，它是将规定配比的注浆材料放在同一搅拌机中充分搅拌，用一台泵通过注浆管路注入地层的方法。这种方法要求浆液的凝固时间稍长一些，否则浆液会在搅拌桶中凝固，所以只能适用于如水泥浆那样凝固时间较长的浆液。b）孔口混合式双液注浆将A、B二种浆液放在二种贮浆搅拌筒内，分别用注浆泵注浆，在注浆管孔口混合后，再通过预先埋设的注浆管进入地层，这种注浆方式适用于凝固时间较短的浆液。孔口混合式是注浆种应用较多的方法。c）孔内混合式双液注浆将A、B二种浆液各自放在二个搅拌式贮浆筒内，分249、别用注浆泵注浆，通过预先埋设的双路注浆管在进入地层的瞬间混合。这种注浆方法常用并列的二根注浆管或双重管，适用于瞬间固化的注浆材料。以注浆管的形式分类：a）钻杆注浆钻杆注浆是利用钻孔的钻杆直接作为注浆管进行注浆的方法。这种方法的长处是适应范围广，注浆工艺简单，但是这种方法比较适用于单液注浆，而且每次注浆都要占有一台钻机，降低了钻机的使用效率。b）花管注浆花管注浆是钻孔成形后，拔去钻杆再插入一端有许多小孔（俗称花管）的注浆管进行注浆的方法。这种方法，因为浆液通过许多小孔中分散进入地层，所以浆液能够比较均匀地渗透到地层中。但在埋设花管时要防止堵塞花管上的小孔或让土颗粒从小孔中进入注浆管造成管路堵塞。250、c）双重管注浆双重管由内管和外管组成，A液和B液分别由内管和外管注入，在到达注浆管和末端进入地层前一瞬间混合。双重管式的注浆方法有许多，并且都有其专门的称号，例如：DCC法、SGR法、LAG法、MT法等，有些直接利用钻杆改制，这样可以筒化注浆工艺。d）套管分层注浆利用特别的套管，该套管为3350cm一节，每节上都有小孔，孔外紧紧地包裹有橡胶套，以保证浆液从管中喷出，而不会反流到管中，注浆时，再放入二端都装有密封器的注浆芯管，逐段分层注浆。用这种方法特点是：（a）可以反复进行注浆，以提高注浆加固效果；（b）可以根据不同的地层，有选择地进行分层注浆；（c）钻孔和注浆二步工艺分开进行，缩短了施工周期251、。e）高压喷射注浆利用高压射流对土体的冲击、水锤、空穴等作用，使土体在扰动后重新固结，形成新的改良过的土体。目前高压喷射有单重管、双重管和三重管。单重管就是直接把浆液加压到20MPa，喷射到土体中；双重管可以是一路用高压水，另一路用水泥或凝胶材料，也可以是二路分别用A、B液喷入地层瞬时凝固的速凝浆液；三重管一般是一路高压水，一路用水泥或胶凝材料，另一路是用压缩空气加在高压水的外层，以保证高压射流在空气介质中运动可以扩大喷射注浆的半径。（5）注浆效果的检测地层中注浆后的效果，可以用下列方法来鉴定：a）标准贯入度试验方法在同一地点，做注浆前后的标准贯入度对比试验。但是在内聚力小的土层不适用。也可以252、用旁压计来测定地层的反力比较注浆前后的效果。标准贯入度应该多做几个点，从较多的数据中来求得平均值来进行比较。b）透水性试验透水性试验也就是测定渗透系数试验，可以用抽水试验、水位恢复试验等。抽水试验一般采用蒂姆法（Thiem），式中： k渗透系数（cm/s） Q单位时间抽水量（cm3/s）抽水试验主要用于测定水平方向的渗透系数。水位恢复试验是将钢管打入地层，使其周围与土层不出现空隙，除去管内的土，把管内的地下水抽出，使水位降低到管下端，测出水位h3，经过t时间后，水位上升，测出水位h1，则可利用下式求k其中系数E如表6-2所示。表6-2 系数E的值（cm）管 的 直 径 2r2.55.17.61253、0.212.715.220.3139.653.1233.239.452.9326.233.039.452.6419.626.232.839.252.1519.625.932.838.951.861319.324.932.638.651.671319.325.633.238.651.381319.125.632.238.451.01012.719.125.232.837.9126.412.718.824.931.5156.112.518.324.6255.811.717.3405.310.2604.81003.8这种用“管”法测定时，水是由管的下端向上流动的，所以主要是测定垂直方向的渗透系数。c254、）染色剂检查法染色剂检查法有二种方法。一种是在注浆材料种放入荧光素，在开挖后用紫外线灯照射使荧光素发出荧光，就可知道浆液固结的范围。另一种在开挖面喷洒显色剂，例如酚酞，当遇到碱性浆液的固结体则会显示红色。d）波速测定波速的传播速度与传递的介质有关。例如：声音在空气中的传播速度是340m/s，而在水中传播的速度是1500m/s，在同一介质中，又与其密度有关。密度高、则传播速度也快，我们可以利用这个特性来检查注浆加固的效果。e）静力触探在软土中，一般使用圆锥型顶部面积为10cm2的探头，目前已有四功能的探头，可以同时测定锥尖阻力、侧壁阻力、空隙水压力及孔斜。把注浆前后的锥尖阻力描写在同一张表格上，255、可以明确地显示出注浆的效果。（6）注浆施工法的适用范围与注意事项在盾构施工中，注浆法主要适用于以下几个方面：加固由于建造竖井被扰动以防止盾构出洞时发生障碍；盾构在出洞或进洞时，处于无气压或减气压状态中，用注浆法加固工作面的土体以防止坍塌；在含水地层中注浆防止涌水；注浆加固小曲率半径施工部分的地层；保护盾构施工现场周围的建筑物等。注浆施工时，一定要事先进行调查，再决定注浆材料的种类、注浆的方法、注入量、注浆的范围等；注浆结束后又需检查效果。4）高压喷射搅拌施工（1）原理与目的高压喷射搅拌施工式用高压喷射流来切削围岩，切削下来的土砂与硬化材料置换或混合搅拌，在计划范围内形成圆柱加固体的方法。一般与256、化学加固施工的目的相同，只是为了得到更大的加固强度或更好的止水性而采用的。（2）施工方法高压喷射搅拌施工法可分为：a）只用超高压水或超高压硬化浆液来切削围岩的方法。b）同时使用空气的方法。同时使用空气的方法又可分为a）用伴随空气的超高压硬化浆液来切削、充填围岩的双重管施工法。b）用超高压水和超高压空气来切削围岩，在切削部高压填充硬化浆液的三重管施工法。（3）注意事项如果进行良好的施工管理，高压喷射搅拌施工法是一种可靠性很高的施工方法，但是实施时必须注意下述事项：a）改良体直径受地基和钻杆上拉速度的支配，互层地基要注意改良体的形成直径与钻杆的配置。b）对砂砾及硬质粘性土，在大多数情况下改良体的形257、成很难，不能确保有效半径。应加以注意。c）泥浆的排出不顺畅时，会产生地基隆起或泥浆流如埋设物的隐患，所以要对施工速度和泥浆的排出状态严加管理。d）基础托换工程中采用高压喷射搅拌施工时，从高压喷射开始到硬化材料的硬化期间，围岩的支持力被释放，所以要研究它的危害和施工顺序等。e）要注意施工中断时的管理，以免造成桩头部残留液体渗出物形成的未凝固部分。5）冻结施工一般来说，在用其他的施工方法稳定开挖面土体估计有困难的情况下，可用冻结施工法。这种施工法就是将土体中的水低温冻结，形成冻土。冻土具有一定的强度和隔水性能，可以保证安全地开挖。在盾构施工时，冻结法可用来加固盾构的出洞和进洞部分的土体，加固急转弯258、部分的土体，加固河床底部的土体。（1）冻结法分类冻结施工法依其冷却地层的方式，可分为盐水法（间接方式）和低温液化法（直接方式）二大类。但是，由于盾构工程冻结规模大，所以通常采用的是盐水方式。a）盐水法盐水法就是把冷却到-20-30的盐水输入到埋设在土层中的双重冷却管中，使之循环、冻结土层，回收的盐水重新冷却，再循环使用。该施工法，冻结量大，适用于施工期长的工程。b）低温液化法低温液化气体施工法就是把低温液化氮气（-193）输送入埋设在地层中的冷冻管中，在冷冻管中气化，使冷冻管周围的地层冷却冻结，气化后的氮气排放入大气中。这种方法，冻土量少，适用于施工工期短的工期。（2）注意事项采用冻结法来稳定259、地层时，应注意下述几点：a）除了冷冻管外，要适当地布置测温管，以测定地层中的温度，根据地中温度的测定来确定地层的冻结状态。隧道内气温高时，需要盐水循环设备及对冻结地面采取保冷措施。b）必须注意由冻结管损坏等引起的盐水泄露。通常，冻结管铺设后进行耐压试验，开挖冻结管附近的冻土时，应在确认冻结管的位置后再进行。c）地下水的流动（流速在15m/h）会妨碍冻结的进行。地下水丰富且透水性好的砂及砂砾层中，要注意地下水流的存在。可根据情况采用化学加固来截断地下水，或降低其流速。d）冻土接触地中结构物时，地中结构物成了妨碍冻结的热源，所以必须研究地中结构物的冷却措施。另外，穿越河川、湖泊等的施工中使用冻结施260、工法时，必须研究河川底与冻土顶端之间的间距。e）冻土的强度随着温度的下降而增大，但是围岩的含水率小时（10%以下），不可指望冻土会有较高的强度。另外，冻土的强度受土中含盐量的影响，所以滨海地区要注意。f）冻结时，地基会隆起、膨胀；解冻时，地基会下沉、收缩。隆起及下沉根据地基条件、冻土时间、冻结规模、解冻速度、荷载条件而异。一般来说，砂及砂砾层小，粘土、粉砂、砂质粉土较大，腐植质土的沉降特别大。对解冻产生的地表下沉，可采用循环温水强制解冻后，用化学加固等来填充空隙的强制解冻方式的控制。采用冻结施工法时，必须充分研究邻近已设结构物或埋设物的防护对策。另外，对于施工对象的隧道，也应予以同样的注意。6261、）降水法施工降水法是一种稳定土层的施工方法。通过排除地层中的地下水，是地下水降低，以此来防止在含水砂性土层中从开挖面涌水而发生坍方事故。在透水性大的地层中，用压气法施工对地下水难以奏效，因此可以用降水法或并用降水法与气压法来解决。（1）适用范围及施工效果该施工法适用的土质为：透水系数在10-110-4cm/s的范围内的粉土质砂到砂砾层。降水法的效果可概括为下述三点：a）防止涌水引起开挖面的坍塌；b）通过排水来加固地表；c）可以在正常气压下或较低气压下作业，能改善工作环境，提高工作效率。（2）施工方法：a）根据施工的位置不同，降水法可分为从地表施工的方法和从隧道内施工的方法。（a）从地表施工的方262、法一般浅井点和深井点两种施工方法。盾构的下端距地表面浅于67m时，从地表面施工的浅井点施工方法效果比较好。盾构位置距地表面10m左右时，往往采用并用排水配管的路下式井点施工方法。盾构位置距地表面10m以上时，从地表面施工的浅井点施工法，其抽水效果不好，一般采用深井点施工方法。如果采用敞开式盾构，设计时，为了防止由涌水引起的开挖面坍塌，降低后的水位最好设计在盾构下端少许。开挖面出现难透水层时，往往无法使水位充分下降，这种情况时，必须采用局部性措施。另外，高水压下的闭胸式盾构的出发和到达，往往采用以降低地下水压为目的的降低地下水施工方法。（b）从隧道内施工的方法受地表条件的限制，有时不可能从地面抽263、水。在这种情况下，对敞开式盾构，采用从隧道内施工的井点降水施工，或利用水平钻孔、导洞等来降低地下水位。从隧道内部实施井点降水施工时，向隧道下方，或斜前方设置井点进行抽水。这时推进速度会受到限制。因为从开挖面进行水平钻孔时，必须停止钻孔作业中的推进作业。b）根据排水的功能，降水法可分为重力排水（深井法）和真空排水（井点、真空深井）。（a）井点降水井点降水是在直径为5cm左右的钢管一端装上的井点管，将该管打入土层，间距为14cm，在地面部分用软管与2530cm的总管连接。总管与抽水泵和真空泵连接，从井点中抽出的地下水，通过井点管和总管排出，使地下水位降低。为了分离空气和水，装有气水分离箱。各管路接264、头如果泄露会使抽水的效能降低。井点降水适用于渗透系数值为10-4cm/s以上的地层。从理论上来说，真空吸水的高度能达到10m，实际上有效高度为6m。如果要使地下水位降得更深，就需要采用多极井点降水、或从隧道内部向下，或向斜前方埋设井点抽水。（b）深井降水深井降水法就是在含水层中挖一个直径为30100cm的深井，放入潜水泵，把地下水抽到地面上，以降低地下水位。这种施工方法因为是靠重力排水，所以抽水高度不受限制，可以根据盾构推进进度预先在地面上施工，有计划地降低地下水位。根据以往的经验，在地下水丰富、地下水位高的地方，降水法和气压法并用，其效果比单独采用降水法好，而且可以避免在过高的气压条件下施工265、。在城市街道中用降水法时，诚然要保证一定的施工场地，也必须有排水的设备（河流、下水道等）。在采用该法时，要注意因地下水位下降而引起地面的下沉。c）先导隧道排水如果在地下水位高的含水砂层和砂砾层中进行象地下铁道这样大断面的盾构隧道施工，当气压加到理论值时，有发生漏气和喷气的危险。在这种情况下，可以在隧道的推进轴线上先挖一条小直径的隧道（先导隧道），在先导隧道中，可以用注浆或降水方法加固地层。这就是先导隧道施工法。先导隧道的位置要根据隧道的轴线和地质构造来选定。因地面上有建筑物不能用深井降水施工的地方，以及气压难以加到理论值的地质构造场所，可以采用先导隧道排水。这种施工大多数是在地下水位高度为81266、5m，渗透系数为10-210-3cm/s，粉砂土含量为10%以下，内聚力较小，均质系数n10的砂层中进行。先导隧道排水方法有两种。一种是在注浆孔中装上排水管，重力排水；另一种是装上井点管强制排水。（a）重力排水重力排水有排水孔板法和抽水管法两种。排水孔板法，就是把装有过滤器的排水孔板装在先导隧道的注浆孔内排水。这种方法集水面积小，地层中的砂也易流失，易引起堵塞。抽水管法是把装有滤网的抽水管打入地层中排水。这种方法集水面积比排水孔板法大，排水效果也好，并且可以用手工螺钻施工。（b）强制排水在先导隧道下半部为不透水层时，采用重力排水效果甚微，可用井点来强制排水。此外，在先导隧道施工时，安装闸墙，利267、用隧道施工时的气压，将地下水从隧道内的排水管道中排出地下水的方法也称为强制排水。（3）施工注意事项使用降水施工时，要根据其规模大小区别对待，对于下述情况需加以注意：a）饮用水井的干枯在使用饮用水井的地区，有时会由于地下水位降低而引起饮用水井枯竭。为此，使用降水时，要对影响范围内的饮用水井的位置、深度、用途、用量等进行调查，并采取必要的措施。b）地层下沉随着地下水位的下降，在影响范围内土的容重增大，作用于土的有效荷载增加发生弹性下沉，同时随着有效应力的增加，土也会发生压密压缩。所以要注意避免对周围环境有较大的影响。c）土层的松弛在用泵抽水时，土中的细砂、细微的粒子也同时流失，这样地层中会产生空洞268、，地层松动，所以一定要用有效的过滤材料，以防止土壤的流失。同时使用降水法时，确保有排放水的地方（河流、湖泊、下水道等），还必须注意排放水的水质。7）压气施工（1）使用范围由于覆土厚度、土质、地下水等条件的不同，有时压气施工法收不到预期的效果，采用压气施工法前必须仔细研究。使用闭胸式盾构施工如开挖面前方出现障碍物时，为了清除该障碍物，有时用压气压来控制开挖面的涌水。采用压气施工法时，事先必须充分研究关于防止压气施工法特有的灾害问题。（2）压气对开挖面的稳定作用压气对开挖面的稳定作用，可大致分为下述三种：a）可阻止来自开挖面的涌水防止开挖面坍塌。b）由于压气压本身的挡土作用而使开挖面保持稳定。c）269、由压气产生的围岩脱水作用，增加了粉砂、粘土层、或含有粉砂粘土成分的砂质土的强度。（3）土质于压气的效果压气的效果受围岩的条件所影响，故应充分调查土的粒度组成、土的透水性透气性、地下水的状态等。另外，工程进展的同时必须观察开挖面的状态，测定并记录涌水量、空气消耗量、并与事先调查资料进行比较，将其反馈到下一步的施工中。土质不同，压气的效果也不同，大致如下：a）砂砾地基：由于透水性好，有地下水时涌水也多，增加压气压时，则往往增加漏气（隧道内的空气连续向围岩侧泄露的现象）。压气效果不明显，支护作用也收不到预期的效果。b）砂质地基：由于透气性好，故空气消耗量也大。小覆土时，如压气压太高的话，则发生喷发（270、隧道内的空气破坏围岩，爆发性的喷出地面）的危险性很大。虽然涌水量比砂砾地层少，但是完全避免困难。涌水处发生开挖面坍塌的危险性很大。c）粉砂质地基：透水性差，压气效果好，是适合压气施工的地基。只要注意覆土与压气压的关系就不会发生喷发现象，基本可以防止涌水。压气压本身的支护作用，围岩的脱水作用产生的强度也会大大增强。d）粘土质地基：土质较弱，开挖面不稳定时，可依靠压气压本身的挡土作用和脱水作用使地基得到加固，故多采用压气法。e）互层地基：一般的围岩都是由各种土质的互层构成，比较复杂，地下水压也往往被不透水层隔断。例如，即使使砂砾或砂质层，如果开挖面的上部有粉砂或粘土等透气性差的地层时，也是较为理想271、的压气施工地层。在开挖面的地下水压高的透水层与低透水层之间夹着难透水层时，由于低透水层的漏气非常多，不得不降低压气压力。此时，透水层出现的涌水层很多成为问题的实例较多。故一般在透水系数大于110-2cm/s时，往往很难采用压气施工法。（4）压气压力的设定设定确保开挖面稳定和防止涌水所必须的最小压气压力，以免对施工环境及附近地区产生影响。一般，在不发生漏气，喷发范围内压气压力越高，开挖面稳定效果越好，但是，从工作效率和隧道工作人员的健康方面考虑，压气压力则越低越好。因此，必须综合研究上述情况，选择最合适的压气压力。另外，必须供应必要的空气以确保需要的压气压力。通常，压气压力以开挖面的地下水压力为272、基准，再考虑其他因素来确定，但是，压气压力对开挖面的任一部分都作用同一压力，而对于隧道顶与底部的作用水压和土压是不同的，因此，对所有的位置都给予最适合条件，是很困难的。选择压气压力的方法，因覆土厚度、地质、隧道直径而异，一般多取压气压力等于从盾构顶部算起D/22D/3位置的地下水压力。小直径隧道，一般多取D/2。但是在粘性土围岩，透水性小的条件下，可采用较上述略小的压力进行施工。（5）事前调查与漏气对策及停气：在压气区间，为了防止漏气、喷发等现象发生，要充分研究事前调查结果并考虑相应的措施。施工过程中也要注意土质、压气压力及送气量的变化。另外，停气时不要急速进行，要仔细观察地基的动向、涌水状况273、等慎重进行。对于防止漏气或喷发发生而进行的事前调查，所需要考虑的措施和注意点等如下：a）事前调查与漏气对策：考虑到缺氧空气的喷发和对水井的污染，需要调查距盾构推进部位半径为1km以内的水井、地下室。施工地区附近有其他地下工程正在施工时，压气压力有时会影响地下工程。所以互相要密切配合协商，采取必要的措施。另外，开挖面附近有已设的建筑物、桥基、埋设物、地铁等时，事前要充分调查它们的状态，特别是在已完工的工程由于施工造成地基松动的部分，或有透气层时，因为考虑到这些部分会产生漏气和喷发的危险。故必须采取相应的措施，一般多用化学加固来防止漏气、喷发。b）停气：停气不要急速进行，要一边仔细观察地基的动态，274、特别是地表的下沉、涌水的增加状况等一边进行。如果发现上述征兆时，则需要重新压气并采取必要的措施后，再次慢慢降低气压来停气。已经预测到由于停气而会使开挖面出现涌水时，应在实施化学加固或降低地下水位法后再实施停气。盾构到达时，要在开挖面与贯通面之间的围岩以及临时隔墙等的抵抗力能充分承受压气压力之前（地点）开始停气，并注意防止喷发。接近河川进行停气时，必须采取充分的对策以防止水的流入。一般，在到达前，采用化学加固等来进行地基的改良和加固，盾构进入该改良区段后再进行停气。采用压气施工法进行施工时，由于地层条件影响，有时缺氧气体和有害气体会漏到附近的水井、地下室或其他地下施工现场，故需充分调查土质及地下275、水条件。对照相关法规，采取必要的对策，防止缺氧的发生。第七部分 施工运输7、施工运输隧道出碴、进料运输系统在盾构施工中与隧道掘进速度息息相关。洞内运输系统布置不合理隧道掘进速度将受到很大影响。隧道运输设备应能将开挖的碴土及时运出洞外，将每一循环所需的管片、注浆材料及其他材料运至工作面并保证每个工序的连接性。隧道施工中需运送的种类较多，但由于场地限制又不可能配置过多的运输车辆，因此只有合理配备机械制定合理运输计划快速运输，才能保证材料供应，与盾构掘进机掘进速度配套。7.1、洞内运输土压平衡工况掘进时，是将刀具切削下来的土充满腔室，然后利用土仓内泥土压与作业面的土压和水压相抗衡，与此同时，用螺旋式276、输送机排土设备进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持正面土体稳定，并防止地下水土的流失而引起地表过大的沉降。因而运碴设备的选择对于隧道施工就有着重要作用.设备选择运力不够就会制约隧道的施工进度;相反运力过大就会造成设备浪费.因此在选择运输工具时我们要根据施工水平盾构机的性能、地质情况及操作人员的熟练水平，进行选择。、循环作业时间安排每循环工序作业时间安排为120min。（1）掘进准备5min。 （2）根据盾构机技术参数，平均掘进速度40mm/min，每循环用时1200/40=30min，考虑地铁的工程地质和水文地质情况以及初次使用盾构机施工，并结合国277、内其他工程的经验，每循环掘进时间按45min（其中重载列车出洞、轻载列车进洞及其停机调换碴车时间按占用工序时间5min计）考虑。其中在掘时的同时进行同步注浆，并利用管片输送机将该列车运进的管片吊放至管片小车上。（3）停止掘进并进行管片拼装前的检查10min。（4）管片拼装50min。（5）管片拼装完成后的检查及掘进准备10min，开始第二循环的推进。（6）每掘进6.25m延长轨线一次，用时30min；掘进40m延长水管一次，用时80min；每200m延长一次电缆线，安排在倒班期间进行，不占循环时间。（7）VMT在曲线段每30m搬站一次，在直线段每100m搬站一次，人工搬站用时4h。利用调度施工278、协调在二个掘进班倒班期间进行每月预计掘进进尺劳动组织安排为2班掘进（每班12h），每两星期安排12小时的倒班及集中维修保养时间。每月需延长轨线43次用时约22h，接长水管6次约8h，VMT搬站8次用时32h，共计78h。掘进工作效率按80%考虑，每月有效施工时间27天，故障停机及其它不可预见情况按85%的效率计：12h/班80%60min/h120min/循环=4.8循环/班1.2m/循环4.8循环/班27天2班/天85%=264m、运输机械的选择隧道每环掘进的碴土方量为：（以开挖面直径D=6.3 m，管片宽为1.2m）V/4D2LK 1/46.321.21.348.6m3式中：V-每环掘进的279、碴土方量（m3）；D-开挖直径（m）；L管片宽度（m）；K1碴土松方系数，取1.3。每环注浆量为：V/4（6.32-6.02）1.23.48m3根据隧道掘进、供料的施工要求，每台盾构机配备两列运输车辆，由16吨电瓶机车牵引，将掘进前半环所用的机车称为第一列车，掘进后半环所用的机车称为第二列车，这样第一列车的编组为三节10m3矿车、一节6m3砂浆车、一节管片车，第二列车的编组为二节10m3矿车，两节管片车。要运材料进洞时，在第二列车后可加一节管片车以运输材料。 7.1 列车编组示意图、轨道方式碴土及施工材料（管片、砂浆、钢轨等）的洞内运输采用有轨运输，实行中间线制，轨距900mm。根据配套设备情280、况选用24Kg钢轨，轨枕采用18热轧型工字钢，间距600mm，钢枕间距1666根/km。扣件选用铁路常用的扣板式扣件，用普通M22螺栓加防转垫圈代替螺旋道钉。扣件由M22螺栓、螺母、平垫圈、弹簧垫圈、扣板等零件组成。钢轨接头夹板选用22型鱼尾板（长度510mm）。18热扎工字钢按照轨道的标高，根据隧道内轮廓的形式，加工好之后直接架立在衬砌混凝土上，采用螺栓连接。开挖面 盾构机 坑口7.2中间单线制轨道布置图为便于调车及材料运输，盾构机后为了方便调车会车在两线间设置道岔，每隔200m设置一让车复线，采用人工扳道。洞内行车速度控制在10km/h以内，倒退作业时，行车速度控制在8km/h，全部车辆配281、有停车制动系统。为保证行车安全、运输畅通在开工之初就制定合理有效的运输管理办法和调度指挥措施。为方便盾构前进方向移动时拨接段落模数，单根钢轨的长度为6.25m。7.2、垂直运输、碴土起吊机械碴土的采用24.2米32吨+5吨门吊出碴进行垂直运输，采用4.0 m3抓斗出碴，南端头采用3t升降平台下放辅助材料（布置在吊装井西侧）。为了保证垂直运输能够安全进行，在井下吊装位置安装监视系统。门吊司机与井下安全员采用有线对讲机进行联系。门吊操作室内装有监视器，出碴井下安装固定式摄像头，以便操作司机监视摘碴土倾斜情况。、管片、钢轨的运输管片、钢轨和其它设施的运输与碴土的运输部采用不同起吊设备以保证隧道施工中282、不互相干扰。管片和钢轨的运输在坑口的另一侧安装们型吊车（35T）的电动绞车，进行管片运输。、注浆材料运输注浆用浆液在地面施工场地中搅拌完成后采用管道输送的形式，从搅拌站输送到坑口，直接输入砂浆车内。7.3、洞外运输为解决碴土运输时间限制或因其它原因碴土暂时不能外运的矛盾，在盾构施工场地设临时弃碴坑。夜间由汽车运至弃土场。碴坑容量约360m3，碴坑的容量按7环的存碴量来计算，得出容量为340m3，设计容量为360m3。按高峰期220环/月的进度来计算，设每月为25个工作日，则日掘进8.8环，而正常情况下，晚上的9个小时（晚10：00早7：00）可以进行碴土外运，所以只要保证白天15小时的存碴（即283、5.5环，253m3），就可以不影响生产。碴场紧邻出碴井，利用32T悬臂门吊作为碴车的提升设备。门吊跨度为24.2米，其中向碴坑悬臂延伸5米。施工便道在大门口位置设洗车槽，进出工地车辆必须冲洗，确保不带泥进入市区。第八部分 施工控制测量测量是确保盾构推进轴线与设计轴线一致的保证，是确保工程质量的前提和基础。一般情况下，隧道上方地面为密集的建筑物或者是交通拥挤的街道；而洞内设备众多，车辆、人员行走频繁，用传统测量方法很难满足盾构快速、准确推进的要求。鉴于上述原因，采用GPS静态定位技术完成对业主所给导线网、水准网及其它控制点的检核。在盾构机上配备ZED导向系统指导盾构推进，减低人工测量的频率。1284、测量制度1.1 、控制网测量制度严格贯彻三级测量复核制度，即集团公司精测队精测；一公司精测组负责复核及洞内200米或400米一次的定期复测，并交桩于工程项目部测量组；工程项目部测量组再进行复核并负责施工放样测量及控制点的维护工作，确保隧道贯通精度。1.2 、地面平面控制点的定期复核制度由于导线点的位置多数是选择在车站或竖井附近的高楼上，在车站或竖井施工期间，很可能会使楼房略微倾斜或沉降，而使导线点点位移动，所以地面导线除开工前复测外，以后还必须进行定期复测如果复测位移量较大，这就给各次联系测量结果的互相比较产生困难此时，在复测时，应与较远的导线点进行联测，只有确认地面导线点没有移位的情况下，285、才可取各次联系测量的平均值作为地下导线的起算数据，否则必须分别处理各次结果。地面导线点的选择，应尽量靠近车站或竖井，但又不能紧靠着车站或竖井，以免受施工影响而使点位变化，在相邻车站与竖井之间的导线点个数最好是两个点。在贯通测量时，如果导线点距车站或竖井较远，或邻近车站或竖井点数较多，那么应重新选择过渡点，使新点与井口直接通视，并与原导线点构成简单图形，如三角形，进行测边测角。通过平差处理得出新点的坐标和方位角。这样得出的新点的精度仍然很高，这样就有效地减少了地面导线点的误差对贯通的影响。1.3、 地面高程控制点的定期复核首先用精密水准测量方法，对地面控制水准点进行联测。检测是用精密水准仪N3，286、按等水准测量方法进行往返观测，确保观测正确。一般在车站或竖井附近布设两个水准点，以便相互较核。2、主要测量技术措施2.1、地面控制测量我方中标后，立即组织集团公司精测队根据业主提供的工程定位资料和测量标志资料，对所给导线网、水准网及其它控制点用GPS静态定位技术进行复测；同时根据施工需要，加密导线点进行测量，并将测量成果报请监理工程师及业主审查、批准。、引测近井导线点利用业主及监理工程师批准的测量成果书，由公司精测组以较近且不受施工影响的导线点为基点，引测至少三个导线点至每个端头井附近，导线全长不超过350m，平均边长为60m，最短边不小于30m，布设成多个结点的导线网（三角网或大地四边形），287、且与附近的测量中心所交控制桩点至少有两个点的通视。技术指标为（按上海地铁测量中心下发的测量技术规定要求）：1）每边测距中误差 6mm2）测角中误差 2.53）测回数（2全站仪） 64）方位角闭合差 5sqrt（n）5）全长相对闭合差 1/350006）相邻点相对点位中误差 8mm观测采用左右角观测，左右角平均值之和与360的较差小于4。测距时，一测回三次读数的较差小于3mm，测回间平均值较差小于3mm，往返平均值较差小于5mm。气象数据每条边在一端测定一次。测距边进行高程归化和投影改正，并采用严密方法平差。、引测近井水准点利用业主及监理理工程师批准的水准网，由公司精测组以较近且不受施工影响的水288、准点为基点、将水准点引测至端头井附近，测量等级达到国家三等。每端头井附近至少布设两个埋设稳定的测点，以便相互校核。2. 2、竖井联系测量把地面坐标、方位和高程传递到地下的测量工作称为竖井联系测量设地铁隧道长L1km，则联系测量传递方位的允许误差为m=m/L=4.7(为换算系数, m为地铁隧道允许横向或高程贯通的极限误差与区间隧道允许横向贯通的误差之比，m=11.4mm)。根据现场情况，联系测量有下面3种方法：、平面坐标传递1)用陀螺定向法将地面坐标及方向传递到竖井隧道中，见图1。4CBEDL3L4L5L6Z1Z212567L1L2 3 3 图1 陀螺高程传递示意图用逆转点法测出地面上BC和井下289、Z1Z2的陀螺方位角。用全站仪做边角测量，测出L1、L2、L3、L4、L5、L6的边长及1、2、5、6、7的角度。利用空间三角关系计算出3、4的角度，再结合控制点B的坐标，推算出Z1、Z2、Z3三点的坐标。以Z1Z2、Z3Z2起始边作为隧道推进的起始数据。在整个施工过程中，坐标传递测量至少进行三次。每条定向边在两端点上独立定向各一次为一测回，半测回连续跟踪5个逆转点读数。先在井上定向边测定一测回，接着在井下定向边测定两测回，最后在井上定向边测定一测回。上下半测回间互差15，测回间互差8，每条边的方位角采用两测回的平均值。具体要求为：(1）陀螺经纬仪一次定向精度小于10；(2）全站仪标称精度为2290、，最好为1，2mm+2ppm；(3）铅垂仪投点误差在3mm之内；(4）全站仪测定铅垂仪纵轴坐标的中误差在3mm之内；(5）从地面近井点通过竖井定向，传递到地下近井点的坐标相对地面近井点的允许误差为10mm；(6）全站仪独立三测回测定铅垂仪的纵轴坐标互差小于3mm。2) 联系测量钢丝法：通过竖井悬挂两根钢丝，由井上导线点测定与钢丝的距离和角度，从而算得钢丝的坐标以及它们之间的方位角，然后在井下，认为钢丝的坐标和方位角已知，通过测量和计算便可得出地下导线点的坐标和方位角，这样就把地上与地下导线联系起来了，如图2所示这个方法的精度，取决于测站点和钢丝悬挂点位置的选择，具体要点为：(1) O1AO2，291、O1BO2应尽可能小，应小于1，成直伸三角形；(2)ba，b1a应尽可能小；(3)钢丝间的距离。应尽可能长；(4)为提高精度和检核，往往取用3根钢丝组成双联系三角形此方法一般用于竖井较深，井口小情况，一般深度为20m以内时，其传递方位一般可达到2的精度。CDc1b1cbaBO1O2CA 图2 联系测量钢丝法示意图3)投点仪方法利用车站两端竖井，将井上点位投影到井下，作为地下导线的起始点。本法的工作条件是：井上井下通视条件良好，并且井下可直接通向隧道方向。投点仪法是利用车站两端的出土竖井（见图3），在两个井上端各搭设一个观测台（A,B），由地面导线测得观测台的坐标和方位角，然后用垂直投影仪，将观292、测台坐标直接投到井下，这时在井下的预埋件上凿一个标志，作为井上两点在井下的投影点，其坐标和方位角就是地下导线的起算数据。根据光学投影仪的精度1/30000计算，当井深15m时，其投点误差为0.5mm,车站两端距离约200m，因此这个方法传送方位角误差（包括仪器对中误差）可达到35的精度。为了提高投点精度，投点仪每转90投点一次，投点时水准气泡严格居中，然后取其平均位置，作为投影点。图3车站及两端出土竖井A 车站 B、高程传递水准测量按二等水准测量方法进行施测，闭合差不大于8mm，L以km计。进行高程传递测量时，用鉴定后的钢尺，挂重锤10kg，用两台水准仪在井上和井下同步观测（如图4），将高程传293、至井下固定点。测量至少三次，每次错动钢尺35cm，高差较差不大于2mm时取平均值使用。图4 高程传递示意图2.3、井下控制测量、井下平面控制测量)盾构进洞处洞口中心坐标测量为了确保盾构施工的正确性，必须经常进行检测。检测内容包括：地面导线与地下导线的联系测量。地面水准点与地下水准点的传递测量、隧道端点洞门口中心三维坐标测量，测量定隧道瓦片中心的三维坐标以及地面控制的复测等。这些检测内容中除了隧道中心的三维坐标的测定外，其余均与前面讨论方法相同。隧道中心坐标的测量方法，其难度并不很高，但很复杂。由于隧道管片是成环形，环中心在洞壁上没有明显标志，所以测量通常是测定一个圆周上若干点的坐标，然后按最小294、二乘拟合的方法计算环的椭圆度和环中心坐标。观测时，仪器是安置在地下导线点上，以特制的棱镜安放在洞壁圆周各点上，每点测定三维坐标。拟合计算是按一般的闭合曲线方程进行的。此方法操作不易及计算复杂，现在大多已改成“水平标杆法”进行施作，其操作步骤为：（）环片中心平面位置确定中心点的确定方法：将一根5m长的精制铝合金尺横在隧道环两侧，并用水准气泡调其水平，再用全站仪瞄其中心位置，测得距离和夹角，从而算得坐标。（）环片中心标高确定用一根5m长的塔尺，置于环片的上、下的中央（最大读数处）位置上，用水准尺的水平丝读取上、下尺的读数，将读数相加便得到竖径。通过将各环的底部高程加上竖径一半，算得各环的高程。)盾295、构掘进平面控制测量地下导线随着盾构的掘进而不断延长，导线点也随着盾构掘进而一个个建立起来其测量方法为：以竖井联系测量的井下起始边为支导线的起始边，沿隧道设计方向布设导线，导线点通常建在管片顶部的仪器台上，仪器采用强制归心，测量人员可在吊篮上观测并与仪器台完全分离，从而确保仪器的稳定性（如图5所示）直线部分一般每100 m设一个吊篮和仪器台，曲线部分视曲线半径大小，以控制盾构轴线测量的需要而定，一般距离在30m60m之间导线采用左右角观测，圆周角闭合差2 。隧道仪器台吊篮梯子 图5 地下导线点测量示意图、井下水平测量以竖井传递的水准点为基准点，沿隧道直线段每150m左右布设一固定水准点，曲线段每296、100m 左右布设一固定水准点。按国家二等水准测量规范施测，全程闭合差8mm（L为全程长度，单位：km）。地下控制水准测量在隧道贯通前独立进行三次，并与高程联系测量同步；重复测量的高程与原测高程之差5mm时，逐次平均。相邻测点往返测闭合差3mm，2.4、盾构拼装测量安装盾构导轨时，测设其坡度和高程，高程与设计值（按抬高后的值）较差小于2mm，盾构机拼装竣工后，进行盾构纵向轴线和径向轴线测量，主要有刀口、机头与盾尾连接点中心、盾尾之间的长度测量；盾构外壳长度测量；盾构刀口、盾尾和支承环的直径测量。2.5、盾构定位姿态测量、平面偏离测量盾构定位姿态测量主要就是依据地下导线点来精确确定盾构掘进的方位297、和位置。以使盾构机在推进过程中偏差不超过误差限值22.8mm。盾构机在推进过程中，测量人员就是要让盾构沿着设计里程、轴线、高程掘进，并正确进入接收井的预留门洞。盾构机在推进过程中，应考虑因旋转对水平偏差的影响，使盾构中心轴线与理论轴线相互一致。盾构机向前行进的距离全靠千斤顶伸出的行程量控制。对于直线段和曲线段路径都要导出公式，改正盾构机切口和尾部对理论轴线行径的改正数，因此对盾构机控制测量必须采取以下方法和措施。1)在盾构机顶部中心轴线上，固定一水平前尺和水平后尺，并量取距离（如图6），以控制盾构横向偏差。盾构推进方向中心轴左方水平尺刻为红色，右方水平尺刻划为黑色标记。仪器拨角指向水平红色，读298、数为“”，黑色读数为“”。1.5402.472盾尾尾切口2.538后前 图6 盾构机示意图2）在水平后尺中心固定一根水准尺，尺底指向盾构中心3.130m处引测中心高程。3）在盾构旁腔内悬1m长垂球，指向刻划为1cm1.74cm的坡度板。纵向刻划每隔1cm计算切口和尾部高程：横向刻划1.74cm表示1，计算盾构转角改正数。以上数据根据几何原理，导出下列计算公式：（1）平面部分盾构机自身转角改正：前尺：2.475sine=后尺：2.640sin式中 转角，右转为负，左转为正号。设计轴线与推进轴线不平行偏差计算（见图7） 前尺切口后尺盾尾隧道设计轴线x隧道bbay图7 推进轴线与设计轴线的偏差切口偏299、差：x=-2.605(a+b)-a+e尾部偏差：y=+2.645(a+b)-b+e(2)高程部分令坡度为i，与设计值差为：切口=i4.012+h；盾尾=- i2.538+h上式中，仰为“+”，俯为“”；h=rrcos为盾构转角引起竖直标尺位置改变的改正数。根据该推算公式，控制好盾构机切口和盾尾的平面及高程差，推进后每一环管片的偏差必将在精度范围之内。测定轴线上的前后坐标并归算到盾构轴线切口坐标和盾尾坐标，与相应设计的切口坐标和盾尾坐标进行比较，得出切口平面偏离和盾尾偏离，最后将切口平面偏离和盾尾偏离加上盾构转角改正后，就是盾构实际的平面姿态。、高程偏离测量测定后标高加上盾构转角改正后的标高，归300、算到后标盾构中心高程，按盾构实际坡度归算切口中心标高及盾构中心标高，再与设计的切口里程标高及盾尾里程标高进行比较，得出切口中心高程偏离及盾尾中心高程偏离，就是盾构实际的高程姿态。盾构姿态测定的频率视工程的进度及现场情况而定，理论上每10环测一次。、管片测量衬砌管片测量包括测量衬砌管片的环中心偏差、环的椭圆度和环的姿态。管片35环测量一次，测量时每个管片都应当测量，并测定待测管片的前端面2.6、使用ZED导线系统的盾构推进测量、ZED导线系统主要组成部件1）目标单元此单元由接收激光束的光靶传感器和部分数据处理单元组成，用来测量以激光为参考的盾构切口环的垂直和水平位移、激光入射水平角、盾构切口环的301、仰角及滚动角。2）控制单元操作人员的显示屏及微机系统。用来数据输入、计算并将计算所得的盾构位置偏差值显示在操作室屏幕上，指导操作人员准确操作。3）接口单元是由激光发射装置、经纬仪、电子测距仪组成的经纬仪组合单元，它发射激光束，以此作为测量的基准。 、盾构初始位置的测定和输入：用常规测量方法将盾构切口环的仰角、滚动角、水平角三个数据测出，将目标靶单元相对于盾构的位置（X，Y）测得并输入控制单元。、经纬仪的坐标（X，Y，H）的测量及经纬仪的安置隧道直线段每50米左右、曲线段每20米左右要重新安装接口单元，使发射的激光束能够被目标单元有效接收。同时，用人工测量方法测出经纬仪的坐标（X，Y，Z），输入302、控制单元 ，作为计算盾构位置偏差的标准。、导向系统导向ZED导向系统以安装在隧道壁上的激光经纬仪发出的激光为基准，接口单元把激光数据、距离、经纬仪的坐标（X，Y，H）与控制系统发生联系，并输给控制单元。目标单元接受激光束，测出光点在靶上的位置（X，Y），靶单元计算出自身轴线与激光束的轴线关系、盾构的仰角和滚动角，这些数据通过电缆输给控制单元，控制单元中的计算机系统计算时考虑靶单元与盾构轴线的安装误差，计算出靶单元对应的地方盾构机轴线与隧道设计轴线偏差位置（X，Y），通过盾构实际轴线与隧道轴线的夹角关系，预测出盾构切口位置（X，Y）偏差。这些数据显示在盾构操作屏上，盾构操作人员以此来调节盾构推进303、方向。2.7、贯通后的控制测量以地面和地下控制导线点为依据，组成附合导线，并进行左右线的附合导线测量。中线点的间距，直线上平均为150m，曲线不小于60m。2.8、竣工测量、线路中线调整测量对中线点组成的导线采用级全站仪，左右角各测三测回，左右角平均值之和与360较差小于5，测距往返各二测回，往返二测回平均值较差小于5mm。平差后线路中线依据设计坐标进行归化改正。盾构通过每一车站后，联测地上、井下导线网、水准网，并进行平差，为精密铺轨提供具有一定精度和密度的导线点与水准点。、断面测量利用断面仪进行断面测量，每一断面处测点6个。根据测量结果确定检查盾构管片衬砌完成后的限界情况。3、辅助测量3.1、调查测定在施工影响范围内的建筑物、构筑物、地下管线的确切位置，做出这些建筑物、构筑物、地下管线与设计隧道的平面位置关系图。3.2、按施工场地平面布置图，对临时设施的位置准确放样。3.3、按照设计图，准确放样出联络通道及冷站管泵、预留孔洞的位置。4、测点的安置原则与保护 4.1、测点选在通视良好，不受施工扰动的地方。4.2、导线和水准控制