盾構施工技術與監理控制

——武漢軌道交通6號線

六渡橋站～江漢路站區間盾構工程廣東鐵路建設監理有限公司編稿：滿宇軒一、盾構施工技術1、盾構法隧道的發展歷史與現狀2、盾構法隧道的基本原理及特點3、盾構施工分類與選型4、盾構機的結構組成5、盾構施工規范術語6、盾構施工關鍵技術二、盾構監理控制1、盾構監理質量控制2、盾構監理安全控制3、盾構施工專用表格1、盾構法隧道的發展歷史與現狀

18世紀末英國人提出在倫敦地下修建橫向貫通泰晤士河隧道的設想，并于1798年開始著手工作希望實現這個構想。但由于豎井挖不到預定深度，計劃受挫，4年后Torevix決定在另一個地方建造連接兩岸的隧道，隨后工程再次開工，當掘進到最后30m時，開挖面急劇浸水，工程再次受阻。工程從開工到被迫終止用了5年時間，此后修建橫貫泰晤士河隧道的計劃在以后10年內沒有任何進展。1818年英國工程師布魯諾爾(M.I,Brunel)觀察小蟲腐蝕木船底板成洞的經過，發現這種蛀蟲鉆出孔道，并用它分泌的粘液加固洞穴，從而得到啟發，在此基礎上提出了盾構工法，并得到專利。這就是所謂開放型手掘式盾構的原型。Brunel對自己的新工法非常自信，于1823年擬定了修建另一條泰晤士河隧道的計劃，隨后這個計劃得到英國國會批準，于1825年動工。他用一個寬11.58m、高6.7m的矩形盾構，在英國倫教的泰晤出河下面修建世界第一條水底隧道。初期，工程進展順利，但后來由于地層下沉，施工中遇到泥水涌入隧道的極大困難，兩次被淹，工程被迫中止。但Brunel并沒有灰心，總結了失敗的教訓后，對盾構做了7年改進，采用壓氣輔助施工，于1834年再次開工，終于在1843年完工，隧道全長458m。自Brunel向泰晤士河隧道發起挑戰到勝利，前后經歷了20個春秋，此時，他已是72歲的老人。Brunel對盾構工法的貢獻極為卓著，這是后人的一致評價。布魯諾爾1806注冊專利的盾構

M.I.Brunel螺旋盾構，1818

1825～1843年，布魯諾在倫敦泰吾士河下用盾構法修建458m長的矩形隧道（11.4m×6.8m）。自Brunel的方形盾構后，盾構技術經過23年的改進，到1869年修建橫貫通泰晤士河的第二條隧道，這個項目由Great負責，從起初Torevix的反復失敗，到Brunel的盾構工法，進而改進為Great的盾構工法，前后經歷了80年的漫長歲月。1888～1890年間采用盾構法在美國和加拿大間的圣克萊(St,Clair)河下建成了一條直徑為6.40m，長為1870m的薩爾尼亞(Sarnia)水底隧道，為盾構法修建隧道開拓了更為廣闊地發展前景。19世紀到20世紀中葉，盾構工法相繼傳入法國、德國、日本、蘇聯等國，并得到不程度的發展。已用在水底公路隧道、地下鐵道、上下水道、電力、通訊煤氣等市政公用地下設施管道。在這一段時期，盾構工法雖然有一定進步，但這一時期仍主要是盾構工法在世界各國的推廣與普及。1932年原蘇聯開始用直徑為6.6～9.5m的盾構先后在莫斯科、列寧格勒、基輔等城市修建地下鐵道的區間隧道及車站。1922年日本開始用盾構法修筑國鐵奧羽線折渡隧道。1943年修建關門水底隧道直徑達6.0m，長1100多米。我國盾構的開發與應用始于1953年，東北阜新煤礦用手握式盾構修建了直徑2.6m的輸水巷到。1962年2月，上海城建局隧道工程公司結合上海軟土地層對盾構進行了系統的試驗研究，研制了一臺直徑4.16m的手握式普通敞胸盾構，隧道掘進長度68m，試驗獲得了成功，并采集了大量的盾構施工法隧道數據資料。1965年3月，由上海隧道工程設計院設計，江南造船廠制造的2臺直徑5.8m的網格擠壓盾構，于1966年完成了2條平行隧道，隧道長660m，地面最大沉降10cm。1966年5月，中國第一條水底公路隧道——上海打浦路越江公路隧道工程，主隧道采用由上海隧道工程設計院設計，江南造船廠制造的直徑10.22m網格擠壓盾構施工，輔以氣壓穩定開挖面，在水深為16m的黃浦江底順利掘進隧道，掘進總長度1322m。1957年起北京采用直徑2.0m、2.6m的盾構施工下水道工程；1972年在江蘇大屯礦用立井盾構施工了井筒達150m。從1960年起上海在第四紀軟弱飽和水土層中用不同類型盾構完成了一批地鐵區同隧道、水底公路隧道、地下人防通道、引水隧道、排水隧道、電纜隧道等工程。20世紀60至80年代盾構工法繼續發展完善，成績顯著。這一時期出現了多種盾構工法，以泥水式、土壓式盾構工法為主。

1990至2003年，這一段時間盾構工法的技術進步極為顯著。歸納起來有以下幾個特點：（1）盾構隧道長距離化、大直徑化。這一時期英法兩國修建了長達48km的英吉利海峽隧道，隧道斷面直徑達8.8m，采用的是土壓盾構工法。（2）盾構多樣化。出現了矩形、橢圓形、多園搭接形等多種異圓斷面盾構。（3）施工自動化。盾構掘進中和方向、姿態自動控制系統，施工信息化、自動化的管理系統及施工故障自診斷系統。最近，盾構技術的發展動向是：開發了超大斷面的盾構機和MF（多工作面）盾構機以及DOT（雙圓）盾構機等多斷面盾構機，加上在襯砌和開挖方面使用了ECL（超大型矩形）盾構施工法的技術，采用管片自動組裝裝置，以及采用自動測量技術進行開挖控制，用計算機進行各種施工管理實現管理系統化等的開發研究。對提高盾構施工的安全性、適應性和經濟性展示了更為廣闊的應用前景。2、盾構法隧道的基本原理及特點

2.1盾構法施工的基本原理2.2盾構法施工的優缺點2.1盾構法施工的基本原理

盾構法隧道的基本原理：用一件有形鋼質組件沿隧道設計軸線開挖土體而向前推進。盾構推進中所受到的地層阻力，通過盾構千斤頂傳至盾構尾部已經拼裝好的襯砌管片上。盾構機是這種施工方法中主要的施工機具。盾構施工法是“使用盾構機在地下掘進，在護盾的保護下，在機內安全的進行開挖和襯砌作業，從而構筑成隧道的施工方法”。

盾構施工法是由穩定開挖面、盾構機挖掘和襯砌管片三大部分組成。盾構施工概況

在隧道的一端建造豎井或基坑，將盾構安裝就位，盾構從豎井或基坑的墻壁開孔出發，在地層中沿著設計軸線，向另一豎井或基坑的孔壁推進。2.2盾構法施工的優缺點

盾構法的主要優點（1）盾構法隧道施工不受地面自然條件的影響。在盾構支護下進行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航運、潮汐、季節、氣候等條件的影響，能較經濟合理地保證隧道安全施工；（2）盾構法施工隧道機械化、自動化程度高。并且可以根據每一施工區段設計的專用設備。盾構的推進、出土、襯砌拼裝等主要工序循環進行，可實行自動化、智能化和施工遠程控制信息化，施工易于管理，掘進速度較快，施工人員也較少，勞動強度低，生產效率高；（3）地面人文自然景觀受到良好的保護，周圍環境不受盾構施工干擾。在松軟地層中，開挖埋置深度較大的長距離、大直徑隧道，具有經濟、技術、安全、軍事等方面的優越性。（4）除豎井施工外，施工作業均在地下進行，對周圍環境的影響較小，占用的施工場地小，對鄰近建筑物的影響小，噪音、振動引起的公害小，既不影響地面交通，又可減少對附近居民的噪音和振動影響。土方量外運較少。（5）隧道的施工費用不受覆土量多少影響，適宜于建造覆土較深的隧道。在土質差水位高的地方建設埋深較大的隧道，盾構法有較好的技術經濟優越性。（6）與明挖法相比，盾構施工在經濟上、施工進度上有利。

盾構法存在的不足（1）需要隧道襯砌管片預制、運輸、襯砌、襯砌結構防水及堵漏、施工測量、場地布置、機械安裝等施工技術的配合，系統工程協調復雜；（2）施工過程變化斷面尺寸困難；只能前進，不能后退；對施工的要求精度高。當隧道曲線半徑過小或隧道埋深較淺時，開挖面穩定甚為困難，施工難度大，甚至不能施工。在飽和含水的松軟地層中施工，地表沉陷風險較大，要采取嚴密的技術措施才能把沉陷限制在很小的限度內，目前還不能完全防止以盾構正上方為中心土層的地表沉降。在施工所用的拼裝襯砌，對達到整體結構防水性的技術要求較高。在水下時，如覆土太淺則盾構法施工不夠安全，要確保一定厚度的覆土。（3）盾構機制造周期長，造價較昂貴，盾構的拼裝、轉移等工藝復雜，建造短于750m的隧道經濟性差。（4）豎井中長期有噪聲和振動，要有解決的措施。（5）盾構施工中采用全氣壓方法以疏干和穩定地層時，對勞動保護要求較高，施工條件差。（6）盾構機的通用性比較差，適應性有限，并非所有地層都適合盾構施工，需要針對地層情況專門進行設計。3、盾構施工分類與選型

盾構的分類方法較多，可按盾構切削斷面的形狀；盾構自身構造的特征、尺寸的大小、功能；挖掘土體的方式；掘削面的擋土形式；穩定掘削面的加壓方式；施工方法；適用土質的狀況等多種方式分類。3.1按挖掘土體的方式分類盾構可分手掘式盾構、半機械式盾構及機械式盾構三種。①手掘式盾構：即掘削和出土均靠人工操作進行的方式。②半機械盾構：即大部分掘削和出土作業由機械裝置完成，但另一部分仍靠人工完成。③機械式盾構：即掘削和出土等作業均由機械裝備完成。3.2按掘削面的擋土形式分類盾構可分為開放式、部分開放式、封閉式三種。①開放式：即掘削面敞開，并可直接看到掘削面的掘削方式。②部分開放式：即掘削面不完全敞開，而是部分敞開的掘削方式。③封閉式：即掘削面封閉不能直接看到掘削面，而是靠各種裝置間接地掌握掘削面的方式。封閉式盾構

為了能在極軟弱的地層中應用，可采用封閉式盾構施工，在距開挖面稍后一點的地方設置隔墻，在隔墻上設置可調面積的開口，將被壓縮了的土砂排出的一種方法；在砂，粘土未分選的沖積層中最適用。由于是從開口處排出壓密、凝縮了的土砂，故不適用硬土層中。如果含砂率高，有可能推進困難;如果液性指數高，土壤將流出，工作面不穩定。由于粒徑和顆粒組成的不同，即使含砂率和液性指數相同，有時可以進行施工，有時又不能進行施工。計算推進力時，應根據土質和開口比確定。3.3按加壓穩定掘削面的形式分類按加壓穩定掘削面的形式，盾構可分為壓氣式、泥水加壓式，削土加壓式，加水式，加泥式，泥漿式六種。①壓氣式：即向掘削面施加壓縮空氣，用該氣壓穩定掘削面。②泥水加壓式：即用外加泥水向掘削面加壓穩定掘削面。③削土加壓式（也稱土壓平衡式）：即用掘削下來的土體的土壓穩定掘削面。④加水式：即向掘削面注入高壓水，通過該水壓穩定掘削面。⑤泥漿式：即向掘削面注入高濃度泥漿（＝1.4g/cm3）靠泥漿壓力穩定掘削面。⑥加泥式：即向掘削面注入潤滑性泥土，使之與掘削下來的砂卵混合，由該混合泥土對掘削面加壓穩定掘削面。

土壓平衡式盾構又稱削土密封式或泥土加壓式盾構。它的前端有一個全斷面切削刀盤，在它后面有一個貯留切削土體的密封艙，在其中心處或下方裝有長筒形的螺旋輸送機，在密封艙和螺旋輸送機，以及在盾殼四周裝設的土壓傳感裝置，根據需要還可裝設改善切削土體流動性的塑流化材料的注入設備。土壓平衡盾構工作原理定義：土壓平衡式盾構機用開挖出的土料作為支撐開挖面穩定的介質。適用條件：土料具有良好的塑性變形，軟稠度，內摩擦角小及滲透率小。由于一般土壤不能完全滿足這些特性，所以要進行改良。改良的方法通常為：加水，膨潤土，粘土，聚合物和泡沫等，根據土質情況選用。通過這些改良措施，擴大了土壓平衡式盾構機的應用范圍。盾構推進時，其前端刀盤旋轉掘削地層土體，切削下來的土體進入土艙。當土體充滿土艙時，其被動土壓與掘削面上的土、水壓基本相同，故掘削面實現平衡（即穩定）。這類盾構靠螺旋輸送機將渣土（即掘削棄土）排送至土箱，運至地表。由裝在螺旋輸送機排土口處的滑動閘門或旋轉漏斗控制出土量，確保掘削面穩定。泥土在盾構壓力艙中的增減受到有效控制，推進壓力與土層壓力和地下水壓力相抗衡，使得掘進工作面保持穩定。泥水平衡盾構工作原理泥水加壓式盾構的總體構造與土壓平衡式盾構相似，僅支護開挖面方法和排碴方式有所不同。在泥水加壓式盾構的密封艙內充滿特殊配制的壓力泥漿，刀盤(花板型)浸沒在泥漿中工作。對開挖面支護，通常是由泥漿壓力和刀盤面板共同承擔，前者主要是在掘進中起支護作用，后者主要是在停止掘進時起支護作用。

對于不透水的粘性土，泥漿壓力應保持大于圍巖主動土壓力。對透水性大的砂性土，泥漿會滲入到土層內一定深度，并在很短時間內，于土層表面形成一層泥膜，有助于改善圍巖的自承能力，并使泥漿壓力能在全開挖面上發揮有效的支護作用。此時，泥漿壓力一般以保持高于地下水壓0.2MPa為宜。而刀盤切削下的碴土在密封艙內與泥漿混合后，用排泥泵及管道輸送至地面處理，處理后的泥漿再由供泥泵和管道送回盾構重復使用，所以，在采用泥水加壓式盾構時，還需配備一套泥漿處理系統。刀盤掘削下來的土砂進入泥水艙，經設置在艙內的攪拌裝置拌和后成為含掘削土砂的高濃度泥水，再經泥漿泵將其泵送到地表的泥水分離系統，待土、水分離后，再把濾除掘削土砂的泥水重新壓送回泥水艙。如此不斷循環實現掘削、排土、推進。因靠泥水壓力使掘削面穩定故得名泥水加壓盾構，簡稱泥水盾構。泥水盾構掘進機對于隧道面可被泥水加壓所支撐的土質條件很理想，適用于應付各種困難地層和控制地表沉降。挖出的土以泥水形式由管道運輸，而礫石可壓碎后被管道運輸或在管道輸送中途被移走。

盾構類型與滲透性的關系

地層滲透系數對于盾構的選型是一個很重要的影響因素。根據歐美和日本的施工經驗，當地層的透水系數小于10-7m/s時，可以選用土壓平衡盾構；當地層的滲水系數在10-7m/s和10-4m/s之間時，既可以選用土壓平衡盾構也可以選用泥水式盾構；當地層的透水系數大于10-4m/s時，宜選用泥水盾構。當水壓大于0.3MPa時，適宜采用泥水盾構。如采用土壓平衡盾構，螺旋輸送機難以形成有效的土塞效應，在螺旋輸送機排土閘門處易發生碴土噴涌現象，引起土倉中土壓力下降，導致開挖面坍塌。當水壓大于0.3MPa時，如因地質原因需采用土壓平衡盾構，則需增大螺旋輸送機的長度，或采用二級螺旋輸送機。3.4按盾構切削斷面形狀分類按盾構切削斷面形狀，盾構可分為圓形、非圓形兩大類。圓形又可分為單圓形、半圓形、雙圓搭接形、三圓搭接形。非圓形又分為馬蹄形、矩形（長方形、正方形、凹、凸矩形）、橢圓形（縱向橢圓形、橫向橢圓形）。3.5按盾構機的尺寸大小分類

按盾構機的尺寸大小，盾構機可分為超小型、小型、中型、大型、特大型、超特大型。超小型盾構系指D（直徑）≤1m的盾構，小型盾構系指1m＜D≤3.5m的盾構，中型盾構系指3.5m＜D≤6m的盾構，大型盾構系指6m＜D≤14m的盾構，特大型盾構系指14m＜D≤17m的盾構，超特大型盾構系指D＞17m的盾構。3.6按照適用地層進行分類A、軟土盾構機B、復合式盾構機C、硬巖掘進機3.7根據地質條件選擇盾構機類型

砂質土類自立性能較差的地層，應盡量使用密閉型的盾構施工。若為地下水較豐富且透水性較好的砂質土，則應優先考慮使用泥水平衡盾構；對粘性土，則可首先考慮土壓平衡盾構。砂礫和軟巖等強度較高的地層自立性能較好，應考慮半機械式或敞口機械式盾構施工。因在相同條件下，盾構復雜，操作困難，造價高，反之，盾構簡單，制造使用方便，造價低。針對地下水條件，若其壓力值較高（大于0.1MPa），就應優先考慮使用密封型的盾構，以保證工程的安全，條件許可也可采用降水或氣壓等輔助方法。

對于礫徑較小的地層，可以考慮各種盾構的使用。若礫徑較大，除自立性能較好的地層可考慮采用手掘式或半機械式盾構外，－般應使用土壓平衡盾構，若需采用泥水平衡盾構的話，須增加一個鱷式碎石機，在輸出泥漿前，先將大石塊粉碎。3.8盾構機選型的其它條件除了地質條件以外的盾構機選型的制約條件還很多，如工期、造價、環境因素、基地條件等。

工期制約條件：因為手掘式與半機械式盾構機使用人工較多，機械化程度低，所以施工進度慢。其余各類型盾構機因為都是機械化掘進和運輸，平均掘進速度比前者快。

造價制約因素：一般敞口式盾構機的造價比密閉式盾構機低，主要原因是敞口式盾構機個象密閉式盾構機那樣有復雜的后配套系統，在地質條件允許的情況下，從降低造價考慮，宜優先選用敞口式盾構機。

環境因素的制約：敞口型的盾構機引起的地表沉降大于網格式盾構，更大于密閉式的掘進機。基地條件的制約：泥水平衡式的掘進機必須配套大型的泥漿處理和循環系統，若需使用泥水平衡盾構開挖隧道，就必須具備較大的地面空間。設計線路、平面豎向曲線形狀的制約：若隧道轉彎曲率半徑太小，就需考慮使用中間鉸接的盾構。將其分為前后鉸接的兩段，顯然增加了施上中轉彎的靈活性。3.9輔助工法的使用

掘進機施工隧道的輔助工法一般有：壓氣法、降水法、凍結法、注漿法等。前三種屬于物理方法，注漿法屬于化學方法。這些方法也主要是用于保證隧道開挖而的穩定，注漿法還能減少盾構機開挖過程中引起的地表沉降。一般密閉式掘進機使用最多的是注漿法。盾尾注漿用以填補建筑間隙，以減少地面沉降。在地層自立性能差的情況下，若采用手掘進、半機械式或網格式掘進機施工，就需采用壓氣法輔助施工，以高氣壓保證開挖面的穩定，在這一輔助工法下，施工人員易患氣壓職業病。當盾構機在砂質土或砂礫層中施工時，可考慮使用降水的方法改變地層的物理力學指標，增加其自立性能，確保開挖面的穩定。凍結法的施工成本較高，一般情況下不采用，但在長隧道的盾構對接中使用。

盾構工法的選定程序流程圖4、盾構機的結構組成

盾構由通用機構與專用機構組成。通用機構一般由外殼、掘土機構、推進機構、擋土機構、管片組裝機構、附屬機構等組成。專用機構因機種而異，如對于土壓盾構而言，專用機構即為排土機構、攪拌機構、添加材注入裝置；而對于泥水盾構而言，專用機構系指送排泥機構、攪拌機構。盾構機的主要組成部分：1）盾構機殼體，主要起支護周圍土體的作用。一般分為切口環、支承環和盾尾環三部分。2）土體開挖系統，包括切削裝置和驅動裝置。3）正面密封系統。4）推進系統，包括推進千斤頂和液壓系統。5）襯砌拼裝系統，包括拼裝機和真圓保持器。6）注漿系統，包括注漿泵和注漿管路。7）盾尾密封系統，包括盾尾鋼絲刷和盾尾油脂注入裝置。8）排土系統。土壓平衡盾構機的排土系統包括螺旋輸送機和皮帶運輸機，泥水平衡盾構機的排土系統包括吸泥口、管路和泥漿泵。9）控制系統。土壓平衡盾構盾構設備主要組成部分示意圖支撐環切口環盾尾土壓平衡盾構機直徑6190mm；主機長度8100mm；整機全長57m；鉸接;推進千斤頂:11對;推進速度:0~8mm/min;螺旋輸送機直徑700mm.油脂箱泥漿箱配電箱壓縮空氣箱控制箱外殼外殼：

設置盾構外殼的目的是保護掘削、排土、推進、施工襯砌等所有作業設備、裝置的安全，故整個外殼用鋼板制作，并用環形梁加固支承。一臺盾構機的外殼沿縱向從前到后分為前、中、后三段，盾構殼體從工作面開始可分為切口環（前）、支承環（中）和盾尾（后）三部分。1、切口環：是盾構的前導部分，在其內部和前方可以設置各種類型的掘削機械和支承地層擋土設備，故又稱掘削擋土部。掘削機構：對機械式盾構、封閉式（土壓式、泥水式）盾構而言，掘削機構即掘削刀盤。通過主軸承支撐和液壓馬達式電機驅動旋轉的刀盤，正面安裝土體切削刀并帶有碴土進料口，背面安裝有碴土攪拌槳。刀盤側面還裝有可伸縮的超挖刀。刀盤的型式有花板型和輻條型的不同型式，根據地層性質所需要安裝刀具大小與數量不同以及進料口面積大小與數量不同，有不同的開口率。一般硬巖刀盤開口率小，軟土開口率大。

刀盤的構成及功能：掘削刀盤即作轉動或搖動的盤狀掘削器，由掘削地層的刀具、穩定掘削面的面板、出土槽口、轉動或搖動的驅動機構、軸承機構等構成。刀盤設置在盾構機的最前方，其功能是既能掘削地層土體，又能對掘削面起一定支承作用從而保證掘削面的穩定。切割開挖面上的土壤和在開挖室內攪拌使之變成可塑的泥土漿。切削刀盤前面一般布置有添加土壤改良劑料的灌注口，對開挖面上的土壤進行改良處理。切削刀盤盤面有封閉式和敞開式兩種。

封閉式切削刀盤是用于開挖面不穩定的土層類型，這樣可以避免在開挖面有大量的土壤松動。缺點：是在開挖面上支撐壓力的分布不均勻。承壓隔板上測得的土壓值不一定就是真實值，它還和刀盤的位置和轉向有關。

敞開式切削刀盤（敞開式星形設計），一般不會發生阻塞，此時開挖面支撐壓力分布均勻且送到螺旋輸送機上的土料流動穩定。缺點：是由于缺乏機械支撐，進入壓縮空氣下的開挖室的危險較大。此外，長時間運行時，在覆土淺時易造成沉降，穩定性和刀盤的強度降低。

刀具的類型有齒刀、刮刀和滾刀等不同型式，齒刀、刮刀用于軟土質地層、滾刀用于巖石地層。刀盤上可僅為一種類型的刀具，也可為多種刀具的組合，以適應不同形式的地層。現代盾構機刀盤設計上可進行刀具的更換，可在刀盤背面換刀。擋土機構：擋土機構是為了防止掘削時，掘削面地層坍塌和變形，確保掘削面穩定而設置的機構。該機構因盾構種類的不同而不同。對泥水盾構而言，擋土機構是泥水艙內的加壓泥水和刀盤面板。對土壓盾構而言，擋土機構是土艙內的掘削加壓土和刀盤面板。

開挖室（密封艙）切削刀盤與后面的承壓隔板之間所形成的一個空間。用于存貯被刀盤切削下來的土體，并加以攪拌使其成為不透水的，具有適當流動性的塑流體，使其能及時充滿密封艙和螺旋輸送機的全部空間，對開挖面實行密封，以維持開挖面的穩定性，同時，也便于將其排出。在密封艙后隔板上，一般留有進入艙孔，供人員進出入密封艙和進行維修工作。

2、支承環：

即盾構的中央部位，是盾構的主體構造部，因為要支承盾構的全部荷載，所以該部位的前端和后方均設有環狀梁和支柱，由梁和柱支承其全部荷載。沿其內周邊均勻地裝有推動盾構前進的千斤頂（推進機構），以及開挖機械的驅動裝置和排土裝置，以及管片安裝機構。推進機構：盾構機的推進是靠設置在支承環內側的盾構千斤頂的推力作用在管片上，進而通過管片產生的反推動力使盾構前進的。因此，要求盾構千斤頂有足夠力可用以克服盾構推進過程中所遇到的各種阻力。決定盾構的推力主要有如下因素：（1）盾構殼體與土之間的摩擦力；（2）工作面推進阻力；（3）推進中切口插入土中的阻力；（4）管片與盾尾摩擦阻力等。除了考慮以上因素外，還有轉向、糾偏、防偏轉的穩定裝置，擋板等的阻力和后車架的牽引阻力等。一般來說，把考慮以上因素的計算值再乘以安全系數2所得的數值作為盾構的推力。

排土機構：就土壓盾構而言，排土機構由螺旋輸送機、排土控制器及盾構機以外的泥土運出設備構成。螺旋輸送機的功能是把土艙內的掘削土運出、經排土控制器送給盾構機外的泥土運出設備（至地表）。螺旋輸送機功能：用來將密封艙內的塑流狀土體排出盾構外，并在排土過程中，利用螺旋槳葉片與土體間的摩擦和土體阻塞所產生的壓力損失，將螺旋輸送機排出口的泥土壓力降至一個大氣壓，使其不發生噴漏現象。通過螺旋輸送機排碴量的速度來控制和調解碴艙內的土體壓力。螺旋輸送機的圓柱形殼體有一段是可以伸縮的。它伸到開挖室內部,可以改善土料的供應。由于存在摩擦，在殼體內的土料不能旋轉，只能作軸向移動。

螺旋輸送機的安裝位置較低時更好用，因為土料是利用其自身重量壓入螺旋輸送機開口中的。當螺旋輸送機位于中心時，必須將在開挖室下部的土料向上壓送以克服重力作用。若螺旋輸送機位于更低的位置，使用壓縮空氣將開挖室內的土料向低位壓送沒什么問題，因此壓縮空氣氣室的位置越高越好。

塑流化材料注入器用來向密封艙、刀盤和螺旋輸送機內注入添加劑。因為當土體中的含砂量超過一定限度時，由于其內摩擦角大，流動性差，單靠刀盤的旋轉攪動很難使這種土體達到足夠的塑流性，一旦在密封艙內貯留，極易產生壓密固結，無法對開挖面實行有效的密封和排土。此時，就需要向切削土體內注入一種促使其塑流化的添加劑，經刀盤混合和攪拌后能使固結土成為流動性好、不透水的塑流體。

土壓傳感器用于測量密封艙和螺旋輸送機內的土壓力，前者是判定開挖面是否穩定的依據，后者用來判斷螺旋輸送機的排土狀態，噴涌、固結、阻塞等。土壓平衡式盾構維持開挖面穩定的原理是依靠密封艙內塑流狀土體作用在開挖面上的壓力(P)(它包括泥土自重產生的土壓力與盾構推進過程中盾構千斤頂的推力)和盾構前方地層的靜止土壓力與地下水壓力(F)相平衡的方法。螺旋輸送機排土量大時，密封艙內土壓力P就減小，當F>P時，開挖面可能坍方而引起地面沉降；相反，排土量小時，P值就加大，一旦F<Pmax，地面將會隆起。因此，要控制土壓平衡式盾構在推進過程中開挖面的穩定，可以用兩種方法來實現，其一是控制螺旋輸送機排土量(調節其轉速)；但研究表明，對于粘性土來說，開挖面不破壞的排土量波動值必須控制在理論掘進體積的2.8%左右，這就需要量測精度在l%以內的切削土體積的檢測系統。其二是用調節盾構千斤頂的推進速度和螺旋輸送機轉速，直接控制密封艙內的土壓力P，一般情況下，不使開挖面產生影響的碴土壓力P的波動范圍如下：主動土壓力+地下水壓力<P<被動土壓力+地下水壓力管片安裝機管片安裝機由以下構件組成：a.懸臂梁b.移動機架c.回轉機架d.安裝頭操作員通過可移動的控制器來操縱管片安裝機

3、盾尾盾尾部即盾構的后部。盾尾部為管片拼裝空間，該空間內裝有拼裝管片的舉重臂。為了防止周圍地層的土、地下水及背后注入的填充漿液竄入該部位，物設置尾封裝置。尾封：盾尾密封是為了防止周圍地層的土砂、地下水、背后注入漿液、開挖面上的泥水、泥土從盾尾間隙流向盾構而設置的封裝措施。尾封通常使用鋼絲刷（結構型式為三排二室或四排三室鋼絲刷等結構形式密封）、在鋼絲刷之間的空隙處加壓注入填滿密封材料和潤滑劑等填充材或者是兩者的組合材料，從而把耐地下水壓的能力提高到1.1MPa。

后配套設備主要有物料運輸、液壓系統、電力系統、控制系統、注漿系統、泡沫發生系統、測量系統和通風系統等。

5、盾構施工規范術語《盾構法隧道施工與驗收規范》GB50446-2008規范術語（20個）1、盾構：盾構掘進機的簡稱，是在鋼殼保護下完成隧道掘進、拼裝作業，由主機和后配套組成的機電一體化設備。2、工作井：盾構組裝、拆卸、調頭、吊運管片和出渣土等使用的工作豎井，包括盾構始發工作井、盾構接收工作井等。3、盾構始發：盾構開始掘進的施工過程。4、盾構接收：盾構到達接收位置的施工過程。5、盾構基座：用于保持盾構始發、接收等姿態的支撐裝置。6、負環管片：為盾構始發掘進傳遞推力的臨時管片。7、反力架：為盾構始發掘進提供反力的支撐裝置。8、管片：隧道預制襯砌環的基本單元，管片的類型有鋼筋混凝土管片、纖維混凝土管片、鋼管片、鑄鐵管片、復合管片等。9、開模：打開管片模板的過程。10、出模：管片脫離模具的過程。11、防水密封條：用于管片接縫處的防水材料。12、壁后注漿：用漿液填充隧道襯砌環與地層之間空隙的施工工藝。13、鉸接裝置：以液壓千斤頂連接，可調節前后殼體姿態的裝置。14、調頭：盾構施工完成一段隧道后調轉方向的過程。15、過站：利用專用設備把盾構拖拉或頂推通過車站的過程。16、小半徑曲線：地鐵隧道平面曲線半徑小于300m、其他隧道小于40D（D為盾構外徑）的曲線。17、大坡度：隧道坡度大于3%。18、姿態：盾構的空間狀態，通常采用橫向偏差、豎向偏差、俯仰角、方位角、滾轉角和切口里程等數據描述。19、橢圓度：圓形隧道管片襯砌拼裝成環后最大與最小直徑的差值。20、錯臺：成型隧道相鄰管片接縫處的高差。

法平面：

是數學術語，是指過空間曲線的切點，且與切線垂直的平面，稱為法平面。即垂直于切線（虛擬法線）的平面。又稱法面。掌子面：

是施工術語，又稱礃子面，是坑道施工中的一個術語。即開挖坑道（采煤、采礦或隧道工程中）不斷向前推進的工作面（作業面）。它不是一個固定的面，開挖面有掌子面、邊墻面和拱頂面，確切地說是正對著你的那個不斷向前移動的工作面。“掌子面”是民間叫法，最早從煤窯來的，老窯工形容挖煤的工作面“只有巴掌大的地方”，時間久了，就流傳稱為“掌子面”。6、盾構施工關鍵技術6.1盾構法施工步驟6.2盾構始發6.3盾構接收（進洞）階段6.4盾構推進施工6.5砂性土中盾構推進6.6管片的預制與拼裝6.7地面沉降控制技術6.1盾構法施工步驟在盾構法隧道的起始端和終端各建一個工作井；盾構在起始端工作井內安裝就位；依靠盾構千斤頂推力（作用在新拼裝好的襯砌和工作井后壁上）將盾構從起始工作井的壁墻開孔處推出；盾構在地層中沿著設計軸線推進，在推進的同時不斷出土和安裝襯砌管片；及時地向襯砌背后的空隙注漿，防止地層移動和固定襯砌環的位置；盾構進入終端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推進。

拼裝管片（1）：落地塊位置千斤頂回縮，拼裝落地塊盾構推進：在保持正面壓力平衡條件下，邊推進邊出渣，頂進一環拼裝管片（4）：拼裝封頂塊拼裝管片（2）：標準塊位置千斤頂回縮，拼裝標準塊管片現場堆放：檢查修補破損，粘貼止水橡膠條、傳力襯墊拼裝管片（3）：鄰接塊位置千斤頂回縮，拼裝鄰接塊管片垂直運輸：用龍門架將管片裝運到電瓶車上管片水平運輸（1）：用電瓶車將管片運至盾構機內千斤頂頂進：千斤頂頂進一環環寬距離泥漿注入：在保持正面壓力一定的情況下，不斷注入新鮮泥漿管片水平運輸（2）：用單軌葫蘆吊沿導梁將管片運至工作面泥漿運輸：用泥漿排送管路將泥漿運送至泥漿處理設備,處理排放穿連接螺栓及嵌縫：將管片連成整體隧道襯砌,并做嵌縫堵漏處理.壁后注漿：用惰性或活性漿液填塞管片壁后空隙，并用以防水封堵手孔：用同色混凝土封堵手孔，防止穿孔螺栓生銹腐蝕二次緊固穿孔螺栓：將螺栓擰緊，增加隧道剛性鋪設道軌及管路：盾構機前進同步鋪設電瓶車及機架道軌以及相應管路二次注漿：對局部隧道滲漏點進行二次注漿防水預拌注漿漿液：在工作井附近拌制壁后注漿漿液壁后注漿漿液運輸：用管路將漿液運至注漿桶盾構施工工藝流程圖盾構施工工藝環節1、盾構機的選型、訂貨、組裝及調試2、管片制作施工3、施工現場前期準備施工4、進、出洞口土體加固施工5、盾構機現場組裝施工6、反力支撐系統安裝施工7、盾構近出動施工8、盾構推進施工盾構機選型及定購的依據土質條件、巖性開挖面穩定隧道埋深、地下水位設計隧道的斷面環境條件、沿線場地襯砌類型工期造價輔助工法設計路線、線形、坡度電氣等其他設備條件地上、地下建筑物埋設物水井、廢井舊建筑物、臨時建筑其它計劃環境條件障礙物噪聲、振動地基變形地下水利用施工垃圾處理住房、文物等周圍條件土地利用狀況將來計劃道路種類、交通狀況施工用地狀況河川、湖沼等的狀況地質條件地層構成地下水位（頭）分布缺氧氣體、有害氣體的有無各層的工程性質（強度特性、變形特性、透水性）設計條件整理斷面形狀尺寸延長覆土線路工期盾構機選型流程圖配套設施一:地面監控室配套設施二:漿液攪拌站配套設施三:龍門吊配套設施四:管片堆放場配套設施五:碴土堆放場配套設施六:

隧道通風及水平運輸系統隧道通風系統盾構機操作室螺旋輸送機出土口皮帶輸送機、碴土碴土落入土斗電瓶車編組運至提升區域翻轉架及土坑管片吊放管片運至拼裝區管片拼裝成型隧道6.2盾構始發

盾構隧道始發技術是盾構法施工技術的關鍵，也是盾構施工成敗的一個標志，必須要全力做好。始發階段存在以下幾種特殊情況：（1）始發推進前需鑿除車站的圍護結構（主要是處理鋼筋砼結構），鑿除圍護結構后的土體在一定的時間段內必須保持自穩，不能有水土流失；（2）始發階段盾構機主體在始發導軌上不能進行調向；（3）始發階段的姿態及地面沉降控制比正常推進階段更困難；（4）始發期間一些設備如管片小車、管片吊機，包括出渣都不能正常使用。有時也會存在盾構機因為車站結構的原因而不能整機始發。綜上所述，盾構在初始階段的施工難度很大。因此，應確保盾構連續正常地從非(泥水)土壓平衡工況過渡到(泥水)土壓平衡工況，以達到控制地面沉降，保證工程質量等目的。始發技術包括

⑴洞口端頭處理（軟土無自穩能力的地層

中）；⑵洞門砼鑿除（主要針對鋼筋砼圍護結構）⑶盾構始發基座的設計加工、定位安裝；⑷始發用反力架的設計加工、就位；⑸支撐系統、洞門環的安設；⑹盾構組裝、盾構始發方案；始發洞口的地層處理

在盾構始發之前，一般要根據洞口地層的穩定情況評價地層，并采取有針對性的處理措施。地層處理一般采取如“固結灌漿”、“冷凍法”措施進行地層加固處理。選擇加固措施的基本條件為加固后的地層要具備最少一周的側向自穩能力，且不能有地下水的損失。常用的具體處理方法有攪拌樁、旋噴樁、注漿法，SMW（型鋼水泥土攪拌樁）工法、冷凍法等。選擇哪一種方法要根據地層具體情況而定，并且嚴格控制整個過程。反力架、始發臺的安裝反力架的位置確定主要依據洞口第一環管片的起始位置、盾構的長度以及盾構刀盤在始發前所能到達的最遠位置確定。反力支撐系統安裝始發洞口維護結構的切除根據經驗，一般在始發前至少一個月開始洞口維護結構的切除。整個施工一般分兩次進行，第一次先將圍護結構主體鑿除，只保留維護結構的鋼筋保護層，在盾構始發前將保護層混凝土鑿除。在鑿除完最后一層混凝土之后，要及時檢查始發洞口的凈空尺寸，確保沒有鋼筋、混凝土侵入設計輪廓范圍之內。在盾構出洞之前要在洞圈內開探測孔，觀測槽壁后的土體是否穩定，有無泥水漏出。在盾構出洞之前，需把洞圈封門破除。封門破除分二次，第一次破除其厚度的一半。然后將槽壁剩下的部分分成九塊，在盾構將要出洞之前予以割除。破除方法：在洞圈外圍打設腳手架，在井上接兩臺空壓機，人工用風鎬采取從上到下的順序進行鑿除。第一次封門鑿除完畢后，將安裝洞圈防水裝置。安裝順序：用行車吊著簾布橡膠板，先從上向下安裝。簾布橡膠板安裝完畢后，再安裝鉸鏈板（翻板）。注：在安裝鉸鏈板之前，需先對鉸鏈板（翻板）進行實地放樣，實地擺放，編號。鉸鏈板（翻板）安裝從上至下。當安裝到最后一塊時，如果鉸鏈板（翻板）長出，需將長出部分割除。防水裝置安裝流程圖組盾構進出洞門止水密封裝置在負環拼裝之前需事前將盾尾油脂填滿盾尾鋼絲束內。

此時負環拼裝完畢后，前期盾構出洞準備工作就緒。等待盾構正式出洞。在盾構出洞之前，在洞圈內左、右兩邊各焊接一段導向軌。此導向軌是基座軌道的延長線，但比基座軌道底2cm，以免盾構出洞刀盤旋轉碰到此導向軌。此導向軌的作用是為了防止盾構進入洞圈后盾構磕頭或盾尾下沉。盾構出洞時要先將洞門鋼筋割除，分九大塊，從上向下進行。為保護電焊工的人生安全，防止割除下來的砼塊砸傷人，在割除之前先在洞圈上焊接安裝倒腳手架。準備工作就緒，開始割除洞門鋼筋。采用從下到上的方式分九塊上、中、下三部分割除。另外，要在割除塊處事先掛上鋼絲繩。下方鋼筋割除完后，為保證人員安全，電焊工需爬到事先搭設好的腳手架上在割除上方鋼筋，以免砼塊掉落砸傷人。下部砼拉除后，先將第一層腳手架割除，電焊工爬到第二層腳手架上開始割除中部砼塊。

以上述方法類推，直至全部砼分塊割除完畢。全部槽壁割除完畢后，要把最上方遺留的腳手架全部盡快割除。將洞圈臟物清理完畢，掉落的砼塊吊運到旁邊，包括保護刀盤刀頭和防水裝置的方木。工作準備就緒，盾構開始推進，向洞圈土體靠攏。在這期間，施工速度一定要快。在保證人員安全的情況下，盡量加快負環管片的拼裝速度，配合盾構機以最快的速度靠近洞圈土體，防止土體暴露時間過長導致土體塌方。

盾構推進過程中，當負環管片脫離盾尾時，管片和盾構基座間將產生一定間隙。為防止管片下沉導致環縫開口，要在管片與盾構基座間用錐木塞住。

防止盾構推進導致管片標準塊產生外張現象，在管片兩邊各焊接一支撐柱。盾構出洞是盾構施工中非常重要的環節，也是危險性最大的環節。所以，盾構出洞最關節的是要快。因此在破除洞門之前所有工作都應就緒，保證所有設備運轉正常。各施工環節都應配合到位，力保盾構順利靠上洞門土體。始發臺兩側的加固由于始發臺在盾構始發時要承受縱向、橫向的推力以及約束盾構旋轉的扭矩。所以在盾構始發之前，必須對始發臺兩側進行必要的加固。負環管片的拼裝類型在安裝井內的負環管片的拼裝類型通常采取通縫拼裝，主要是因為盾構井一般只有一個，在施工過程中要利用此井進行出渣、進管片。所以采用通縫拼裝可以保證能及時、快速的拆除負環管片。始發臺兩側的加固始發時盾構姿態的控制：主要通過盾構機的推油缸行程來控制姿態。始發時盾構推進參數的控制：在保證盾構正常推進的情況下，稍微降低總推力和刀盤扭矩。洞口注漿：在盾尾完全進入洞體后，調整洞口密封，進行洞口注漿。漿液不但要求順利注入，而且要有早期的強度。

反力架、負環管片的拆除：反力架、負環管片的拆除時間根據背襯注漿的砂漿性能參數和盾構的始發掘進推力決定。一般情況下，掘進100M以上（同時前50環完成掘進7日以上），可以根據工序情況和工作整體安排，開始進行反力架、負環管片拆除。始發常出現的問題1、加固效果不好：端頭土體加固的效果不好是在始發過程中經常遇到的問題。采取的主要措施是必須根據端頭土體情況選擇合理的加固方法，而且要加強過程控制，特別是要嚴格控制一些基本參數。對于加固區與始發井間形成的必然間隙要采取其它方式處理。2、開洞門時失穩：主要表現為土體坍塌和水土流失二種，其主要原因也是由端頭加固效果不好所致。在小范圍的情況下可采用邊破除洞門砼，邊利用噴素砼的方法對土體臨空面進行封閉。如果土體坍塌失穩情況嚴重時，只有封閉洞門重新加固。3、始發后盾構機“叩頭”：始發推進后，在盾構機脫離加固區時容易出現盾構機“叩頭”的現象，根據地質條件不同有些可能出現超限的情況。為此，通常采用抬高盾構機的始發姿態、合理安裝始發導軌以及快速通過的方法盡量避免“叩頭”或減少“叩頭”的影響。4、密封效果不好：洞門密封的主要目的也是在始發掘進階段減少土體流失。當洞門加固達到預期效果時，對于洞門環的強度要求相對較低，否則要在盾構推進前徹底檢查和確定洞門環的狀況。在始發過程中若洞門密封效果不好時可即時調整壁后注漿的配合比，使注漿后盡早封閉，也可采用在洞門密封外側向洞門密封內部注快凝雙液漿的辦法解決。5、盾尾失圓：在很多情況下，始發階段由于自重及其他原因，盾尾一般都會出現失圓的情況，有些可能達到10CM之多。可以采用盾構機自帶的整圓器進行整圓，在必要的情況下，可采用錯縫拼裝以保證在管片拼至隧道內時管片自身的橢圓度控制在誤差以內。6、支撐系統失穩：支撐系統在某些情況下由于盾構機推進中的瞬時推力或扭矩較大而產生失穩，這樣將導致整個始發工作的失敗。對于支撐系統的失穩只能從預防角度進行，同時在始發階段對支撐系統加強監測。7、地面沉降較大：由于始發施工的特殊性，始發階段的地面沉降值均較大，因此在始發階段需盡早建立盾構機的適合工況并嚴密注意出土量及土壓情況，同時加大監測頻率，控制地面沉降值。盾構機的始發成功主要由始發條件及始發施工技術中每一環節的處理決定。在前期的地質勘探，特別是對端頭土體的液限、塑限、滲透系數、含水量等各種物理力學指標進行全面的調查及評估是相當有必要的；同時應對始發技術施工中的每一個環節加強全面、細致的控制，以確保各種處理措施達到預期效果。因為始發技術與各個工程的始發條件息息相關，所以始發時每一個細節如采用什么端頭加固方式、連續墻破除方式、始發臺及反力架的定位等均需根據現場條件選擇最合適的方法。6.3盾構接收（進洞）階段盾構接收（進洞）階段掘進是盾構法隧道施工最后一個關鍵環節。盾構能否順利進洞關系到整個隧道掘進施工的成敗。在盾構進洞前后需做好充分的盾構接收的準備工作，確保盾構以良好的姿態進洞，就位在盾構接收基座上。盾構到達前須慎重考慮的事項①選定加固工法加固到達部位近旁地層及設置出口密封圈。②為了確保盾構機按規定計劃路線順利到達預定位置，需要認真討論測定盾構位置的方法和隧道內外的聯絡方法。③討論低速推進的起始位置、慢速推進的范圍。④討論泥水盾構泥水減壓的起始位置。⑤討論盾構推進到位時，由于推力的影響是否需要在豎井內側井壁到達口處采取支護等措施。⑥討論掘削到達面的方法及其起始時間。⑦認真考慮防止從盾構機外殼板和到達面間的間隙涌水、涌砂的措施。⑧盾構機停止推進的位置的討論。⑨討論到達部位周圍的背后注漿工法。⑩應周密的考慮拉出盾構機到井內時的盾構承臺等臨時設備的配備及設置狀況。盾構進洞土體加固：盾構進洞區域土體加固一般與出洞區域土體加固是同時進行，對盾構進洞土體加固效果的檢驗可參照對盾構出洞土體加固。盾構接收基座設置：盾構接收基座用于接收進洞后的盾構機，由于盾構進洞姿態是未知的。在盾構接收（進洞）前仍需復核接收井洞門中心位置和接收基座平面、高程位置（一般以低于洞圈面為原則），確保盾構機進洞后能平穩、安全推上基座。進洞前盾構姿態監控：在盾構進洞前100環對已貫通隧道內布置的平面導線控制點及高程水準基點做貫通前復核測量，是準確評估盾構進洞前的姿態和擬定進洞段掘進軸線的重要依據。復核數據應通過反復比較，分析誤差是否在允許偏差之內，從而正確的指導進洞段盾構推進的方向。洞門圍護結構鑿除（進洞側）：盾構進洞前需對接收井內圍護結構背水面鋼筋進行割除及砼鑿除，通過打探孔實際驗證盾構進洞區域土體加固的效果。在洞門圍護結構鑿除后同樣需對其后土體自立性、滲漏等情況進行觀察，判斷進洞區域土體的實際加固效果是否滿足盾構安全進洞的要求，否則應采取補救措施。

盾構接收進洞：盾構接收（進洞）準備工作就續后，盾構機向前推進，在前端刀盤露出土體直至盾構殼體順利推上接收基座的過程稱為“盾構接收進洞”。該關鍵環節要重點做好以下工作：

⑴觀察進洞洞口有無滲漏的狀況，發現洞口滲漏應及時封堵。

⑵及時安裝洞口拉緊裝置，并檢查其牢固性。為防止盾構進洞時盾構機鏟到基座，將基座降低2cm。進洞前洞圈弧形鋼板的焊接盾構進洞前，為了縮小盾殼與洞圈的間隙、便于塞添海面及防止盾構進洞時洞圈產生出水、漏泥等問題，在洞圈內焊接一整環鋼板。在盾構機靠上此鋼板時，為確保鋼板順利外翻，在鋼板一圈以10cm間距開縫，縫深約10cm。洞圈下部是盾構進洞的薄弱點，是最容易出現險情的部位，因此在洞圈底部鋼板內、外層各加焊一道擋泥板加焊在洞圈底部6m弧度位置，距離洞圈底部位置25cm處,10mm厚，高100mm，內弧鉉長2m鋼板三道，間距20cm用于盾構進洞時清理盾構底部的泥土便于盾構順利騎上基座。洞門破除完畢后，盾構開始推進。由于刀盤已出洞圈前方無土層存在故此時推進無出土，每推進1.2米應立即拼裝盡快完成，從而縮短進洞時間防止發生意外。推進至盾尾還剩70cm在槽壁內停止推進盾構一次進洞結束。洞圈密封、注漿加固：一次進洞后停止推進立即安裝一整圈花紋鋼板，鋼板與洞圈采用段焊，當焊接完畢后用速凝水泥封堵弧形鋼板上的所有間隙。此時洞圈封堵完畢，準備開始進行壁后注漿。隧道內注漿的同時考慮到漿液有可能順著盾殼和管片間的間隙流出，所以在鋼板上下左右4個位置開設注漿孔在必要時進行補壓漿，漿液達到設定強度時開始二次進洞。防止管片被拉開的措施：為防止盾構完全進洞后，千斤頂離開管片，管片反作用力的釋放而拉開管片間的間隙，造成滲漏水現象，在管片的縱向螺栓上焊接４根拉桿，上部焊接兩根，左右腰部各焊接一根。把最后2０環管片連接一起，為保險起見此后每拼裝好一環就焊拉桿連接．管片脫出盾尾后，螺栓有可能松動也會造成滲漏水現象，所以要加強對螺栓復緊、補緊。（注：拉桿材料為10號槽鋼）盾構正常推進階段是千斤頂頂住管片向前前進，而此次推進已無管片。故使用頂管法，在千斤頂與管片之間加頂管使盾構機向前推進。當推進至盾尾離槽壁3.5米處停止推進，（共推進4.2米）二次進洞結束。二次進洞后同一次進洞相同，用弧型鋼板焊接一圈，當焊接完畢后用速凝水泥封堵弧形鋼板上的所有間隙，開始進行注漿加固。1、盾構推進時隧道內運輸

運輸車輛編組示意圖

6.4盾構推進施工2、隧道內施工布置1）運輸鋼軌布置2）人行走道3）隧道照明4）隧道給排水5）隧道通訊聯絡、數據傳輸和視頻監視6）隧道通風3、推進參數設定1）推進時正面土壓力設定盾構掘進應保持掘進過程中的開挖面的穩定，將對周邊天然土層的擾動影響控制在最小限度。開挖面的穩定是通過管理開挖面土倉內泥土壓力來保證的。2）推進時出土量控制盾構機上設置出土量計測裝置，就是在螺旋機的排土口處進行泥斗車重量計量的裝置，本裝置具有計測精度高、可實時計量、計量速度快等特征。3）掘進速度控制推進時速度不宜過快，正常情況下推進速度保持2～4cm／min，當穿越重要建筑物和管線時降低推進速度。4、盾構掘進軸線控制合理調整每個區域千斤頂的液壓壓力差即能調整盾構機的上下左右點的行程差，進而使盾構機沿著設計軸線推進。1）盾構平面控制（左右方向）利用左、右兩側千斤頂的行程差使盾構機左右方向得到控制。2）盾構高程控制（上下方向）盾構的高程控制和平面控制的機理是一樣的，利用上、下兩側千斤頂的行程差產生偏轉力矩進行控制。為防止盾構機在軟土內的“磕頭”現象，盾構機下部千斤頂的額定功率應大于其它區域千斤頂的額定功率。5、保持盾尾的密封盾構推進時必須保持盾尾的密封，否則水、土和同步注漿漿液將從盾尾進入盾構機內部，一方面污染盾構工作面，另一方面將造成盾尾后部土體的變形。為保持盾尾的密封，在盾構推進時必須適時、適量地壓注盾尾油脂。水、土壓力止水性潤滑油脂止水刷（三道鋼絲刷一道鋼板刷）注油脂管同步連續注漿管

固定裝置管片6、盾構推進姿態測量（1）地面測量控制網的設置（2）井上、井下控制點的傳遞1）平面控制點的傳遞2）高程控制點的傳遞（3）盾構推進中的定位測量7、盾構推進同步注漿（1）同步注漿的目的。（2）同步注漿材料的選定。（3）注漿量（注入率）（4）注入壓力盾構機在推進時，必須壓注同步注漿漿液，控制地面的沉降；管片與盾構間的建筑間隙，由漿液對其進行有效的填充，減小盾構推進時對地面管線、建筑物的影響同步注漿可以對管片的環與環之間的高差進行有效的控制，以免管片推出盾尾后管片下沉或上浮量過大，引起管片碎裂。如圖所示同步注漿的作用B2A1A2A3B1K盾構注漿孔一般分為6個注漿點，可以隨時根據管片姿態與盾構姿態對盾構的注漿點進行更換。如圖所示同步注漿孔位置示意圖A2A3A1KB1B2同步注漿漿液選擇單液漿材料：石灰、粉煤灰、膨潤土、外摻劑、水。雙液漿材料：A液：水泥、膨潤土、穩定液水B液：水玻璃盾構同步注漿對漿液的要求隧道穩定性依賴漿液結石體抗壓強度大小；漿液良好的填充性能；漿液有效的抗剪切強度；漿液的高容重；漿液的低坍落度值的厚漿；漿液的高流動性；抗滲性；抗離析；緩凝型；雙液漿的優點漿液凝結時間短；漿液結石體強度高；漿液具有一定的抗滲作用；防止盾構開挖面上支護泥水受壓倒灌至盾構蹲位處；較好地控制管段的初期沉降和穩定性。雙液漿存在的不足由于受地下水的稀釋影響，雙液漿漿液的凝結時間較難控制，漿液結石體強度不均；由于注入地層的漿液時間不同，后注的漿液往往因為前注已趨于稠化的漿液阻斷，而不能完全填充到空隙位置，其結果很可能導致漿液被壓入阻力小的周圍土體中，注漿效果不能達到預期目標；漿液稀薄對盾尾損壞作用較大，同時部分漿液劈裂或滲透到注漿空隙以外的土層中，注漿率一般為理論值的200～300%；漿液不能有效地阻止正面支護泥水后竄，致使泥水與漿液混合造成漿液結石體的不均勻；注漿材料費用高、注漿設備較復雜等缺點。軟土地質條件（粘土、粉質粘土）

對單液漿的要求材料來源廣泛，無污染，價格便宜，拌漿操作簡單；漿液流動性和充填性好，比重與原狀土相當，不離析及不流竄到盾尾空隙和注漿區域以外的地方；漿液拌制后坍落度值為12～14CM，20小時后不小于5CM；材料可泵性好，能在長距離輸送情況下不泌水、不堵管；漿液注入時具備不受或少受地下水稀釋的特性，并可阻止支護泥水后竄；20小時漿液前切強度必須達到或超過800Pa；28天強度達到0.5MPa左右；配漿和注漿施工操作方便；漿液結石體體積收縮小，并具有抗振動液化作用。單、雙液漿各項性能比較雙液漿單液漿注漿設備螺桿泵、管泵柱塞泵注漿管路雙路至注漿口并單路單路漿液比重1.3～1.5＞1.9漿液坍落度——12～14cm泌水量1～4ml1～4ml屈服值（Pa）——800(20h)凝固時間（S）7～11——單軸抗壓強度（MPa）/28d2.50.5輸送方式管路運輸車注漿量（100%）200～300100～120材料成本（元/m3）23020020m3/環注漿費用（元）9200～138004000～4800注漿材料水泥生石灰膨潤土粉煤灰水黃砂數量50Kg60Kg50Kg726Kg適量550Kg同步注漿（單液）漿液配比（1M3）漿液稠度測試值為9～11。6.5砂性土中盾構推進砂性地層中盾構推進存在的問題：土壓平衡盾構施工成功的關鍵之—是合理進行土壓力管理，使開挖面保持穩定。為保證密封艙內的土壓力能夠真實反映，需要要將開挖面切削下來的土體在密封艙內調整成一種“塑性流動狀態”的土體。如果地層是淤泥質枯土層的話，只要在密封艙內通過旋轉翼板攪拌，就可滿足這種狀態順利進行施工。但是，如果地層是粘粒(粒徑小于0．005mm)的含量較少(小于10％)的卵石層、砂土地層、粉土層、風化巖地層，進入密封艙的土體就很難形成這種“塑性流動狀態”，從而給土壓力保持帶來困難，導致施工出現以下問題。①開挖面失穩：當盾構開挖面中心水、土壓力與盾構機密封艙內壓力無法平衡的時候，將產生開挖面失穩。土壓平衡盾構在砂性土層中施工時，由于砂性土流動性極差，切削下來的土體并不能充滿整個密封艙，進入艙內砂性土大顆粒沉積在密封艙的底部，而細小顆粒浮在上層，出現分層離析、表層失水、開挖面上部的土壓力無法被艙內壓力平衡，發生土體失穩。高水頭壓力下，大刀盤切削振動可能引起工作面附近砂土液化，孔隙水壓力上升，有效應力減小，抗剪強度降低甚至喪失。液化引起的管涌流砂使工作面失去穩定平衡。土體失穩將引起大幅度的地層位移，使得相鄰的建、構筑物產生差異沉降，管線破裂，地表發生大范圍沉陷，造成巨大的經濟損失。產生開挖面穩定問題的原因如下：土壓平衡式盾構是將開挖下來的土料泥土化，由刀盤上輪輻開孔進入開挖面后的密封艙，通過施加適當的土壓力并控制出土量，使密封艙土體擠壓密實，保持與工作面水、土體側壓力動態平衡，開挖面處于穩定狀態。要保證開挖面的穩定必須注意以下幾個環節：首先，盾構施工過程中必須在開挖面和隔板之間充滿土料，這里土料是作為一種荷載傳遞的介質，將密封艙的壓力由刀盤上的開孔傳遞到開挖面上，以維持工作面的穩定；其次，在盾構推進挖土和管片拼裝過程中，始終保證盾構機密封艙內壓力孔始終略微大于正面主動側壓力PS和水壓力Pw之和。土壓平衡式盾構在砂性土層中比較容易喪失穩定性主要是由于砂性土、砂質粉土等土層由于土的滲透性好，受擾動后產生水土分離流出，土與水不能形成具有一定流動性的土料，無法完全充滿開挖面與隔板之間的土艙，致使在開挖面上局部區域壓力不平衡從而導致工作面失穩。由此可見要保證土壓平衡式盾構在砂性土等特殊土層中施工時工作面的穩定，應當增加砂性土的保水性，改善其流動性。②盾構推進時周圍土體發生液化導致土體沉降雖然土壓平衡盾構施工時不會對盾構周圍土體造成影響，但在砂性土等粘粒含量較少的特殊土層中的盾構推進過程會發生一個特殊現象，尤其是顆粒級配不理想和相對密度較小的土層中容易發生液化。

由于粉細砂層顆粒與顆粒之間吸引力相對很小，幾乎沒有連接，且含水量較高，所以在循環荷載作用的一開始，就產生一個較大的瞬間變形。主要原因是顆粒受到擠壓后，孔隙體積被壓縮，孔隙比減小，此時部分有效應力發生轉移，由超孔隙水壓力來承擔，土骨架強度降低，土體產生殘余變形。當施加的動應力小于臨界動應力時，隨著振動時間的增長，土體顆粒經過不斷調整，已能夠適應變化了的壓力環境，此時變形已趨于緩和，這是一個結構再造階段。最后，當振動時間繼續增長時，土體結構差異性調整已不明顯，結構參數的變化大多趨于平緩，新的結構體系已基本形成；在壓力的進一步作用下，新體系的結構要素僅做適當調整以求得更加鞏固的平衡結構。這時的永久變形值基本上已趨于穩定。但是當施加的動應力大于臨界動應力時，隨著振動次數增多，土體結構經過一段時間的調整仍不能適應新的壓力環境，而在這過程中，孔隙水壓力不斷上升，有效應力不斷下降，最后導致土體強度喪失，也即粉細砂層達到了液化狀態。在砂性土層中盾構推進時，因盾構前進、盾構內部設備的振動和其他等因素，容易使周圍的砂土發生液化，這在推進速度較慢和推進持續時間較長等情況下更加明顯。砂土發生液化后，不可避免地造成土體的沉降。③密封艙內砂土積聚，切削推進困難土壓平衡式盾構穿越砂性土地層時，若砂土中含有少量粘粒，則在盾構密封艙內的壓力較高時，渣土往往無法順利排出，在這樣的情況下如果繼續強行推進，那么密封艙內的砂粒失水固結越壓越緊，將會使千斤頂的頂推力增加，刀盤的扭矩變大盾構無法正常推進，甚至會使刀具損傷，主軸承斷裂，盾構嚴重損傷。上海地鐵明珠二期I臨平路—溧陽路區間盾構隧道，在粉砂地層中施工，盾構推進時遇到這個問題，密封艙的閉塞密封艙內壓力失控、扭矩變大、盾構推進困難，同時還引起較大的地層位移和地表沉降。密封艙閉塞問題產生原因：

土壓平衡式盾構在砂性土層中掘進時，密封艙壓力較在粘性土中掘進時高。含有少量粘粒的砂性土經刀盤切削進入密封艙后，由于砂性土本身具有較大的內摩擦力，加上少量粘粒所提供的粘結力，使得渣土在較高的密封艙壓力作用下，發生應力重分布，在螺旋出土器的進出口附近容易產生拱作用，拱外渣土無法進入出土器，造成密封艙閉塞。消除密封艙閉塞現象的關鍵在于消除壓力拱，參照普氏理論，壓力拱形成的一個重要原因就是松散體之間存在較大摩擦力和粘結力，因而應當從降低渣土的內摩擦角著手考慮。④艙內泥砂“結餅”當土壓平衡式盾構在粘聚力和內摩擦角都比較大的土層中施工時，在密封艙內，主軸承附近的土體往往會排水固結，形成餅狀，若不及時采取措施，結餅的范圍將不斷的擴大，最終充滿整個密封艙，使得刀盤扭矩增大、切削困難甚至無法進行。2002年，深圳地鐵一期工程就遇到了這樣的問題，最后不得不停止推進，打開密封艙人工處理，由此引起了臨近建筑物沉降，地表塌陷，對工程的影響巨大。密封艙結餅現象問題產生原因

在礫質粘性土等同時具有較大的粘聚力和內摩擦角的土層中進行盾構掘進時，由于刀盤轉動較慢，密封艙中的土體受到的攪拌作用的影響由周邊向中間遞減，在密封艙主軸處的土體基本上只受到沿盾構軸向的壓力，在此荷載下，渣土中的孔隙水排出，發生固結，形成泥餅。若不及時處理，泥餅將向周邊不斷擴大直至充滿整個密封艙。與密封艙閉塞現象相似，引起結餅現象的關鍵在于礫質粘性土本身所具有的較大的粘聚力和內摩擦角，如何降低渣土的粘聚力和內摩擦角是解決結餅問題的核心。⑤排土口噴涌，污染盾構作業面通常情況下，在螺旋出土器的出口處，所排出的渣土中的水的壓力為零，渣土在自重作用下落入傳輸帶，然而在滲透性較大的砂性土中施工時，密封艙和排土器內的土體不能完全有效地抵抗開挖面上較高的水壓力，會在螺旋出土器的口部產生噴涌。采用土壓平衡式盾構施工時曾經遇到過這樣的問題，因為噴涌而嚴重影響施工工期的情況。噴涌發生問題產生原因

盾構正面的砂土中的水頭壓力所產生的向螺旋出土器出口的滲流力經過密封艙以及螺旋出土器過程的水頭損失，還會在螺旋出土器的出口產生噴涌。噴涌發生的主體是強度較低的擾動土，發生路徑是筒狀的螺旋出土器，而且土體本身處于運動中，只是由于運動的速度和壓力失控發生的現象。噴涌發生的關鍵是砂性土具有良好的滲透性，不能對流經的水造成較大的水頭損失。6.6、管片預制與拼裝管片寬度為1.5m，厚度為350mm；管片混凝土強度C50，抗滲等級P10。隧道拼裝形式一般分為：1、通縫拼裝:各環管片的縱縫對齊的拼裝方法，這種拼裝方法在拼裝時定位容易，縱向螺栓容易穿進，拼裝施工應力小，但容易產生環面不平，并有較大累計誤差，導致環向螺栓很難穿進，環縫壓密量不夠。2、錯縫拼裝：錯縫拼裝即前后環管片的縱縫錯開拼裝，一般錯開1/2～1/3塊管片弧長，用此法建造的隧道整體性好，拼裝施工應力大，縱向穿螺栓困難，縱縫壓密差。但環面較平正，穿環向螺栓比較容易。管片類型：鋼管片、鋼筋混凝土管片管片成環后的尺寸：隧道管片成環后，其管片外徑為

6200mm，內徑為5500mm；（指單圓隧道，盾構直徑為6200mm）管片拼裝成環一共由6塊管片組成：3塊標準塊A1、A2、A3塊，2塊鄰接塊B1、B2塊，1塊封頂塊K塊。襯砌環型式：通用楔形環楔形量：40mm（雙面楔形）

其中：A2管片寬度最長，為1510mm；K管片寬度最短，為1470mm；

A1、A3管片寬度為1500mm；B1、B2管片寬度為1480mm。通

過楔形量調整管片轉角。接觸面構造：管片縱縫接觸面設凹凸榫槽。1、通縫拼裝2、錯縫拼裝高精度管片制作

成型鋼筋籠堆放鋼筋：HPB300、HRB400合籠后鋼模尺寸檢查鋼筋籠吊裝入模表面壓實管片入養護池養護三環試拼裝及接縫測量管片堆場堆放管片的防水防水材料管片進場管片進場必須對其進行驗收，保證管片質量，對管片的生產日期和養護期、