中鐵四局“五部兩室”負責人培訓課件

（工程部長）

盾構工程

中鐵四局集團有限公司

二。一五年二月

第一章基礎知識

1盾構法的基本概念

盾構法是在地面下暗挖隧道的一種施工方法。當代城市建筑、公用設施和各種交通日益繁雜，市

區明挖隧道施工，對城市生活的干擾問題日趨嚴重，特別在市區中心遇到隧道埋深較大，地質復雜的

情況，若用明挖法建造隧道則很難實現。在這種條件下采用盾構法對城市地下鐵道、上下水道、電力

通訊、市政公用設施等各種隧道建設具有明顯優點。此外，在建造穿越水域、沼澤地和山地的公路和

鐵路隧道或水工隧道中，盾構法也往往因它在特定條件下的經濟合理性及技術方面的優勢而得到采用。

構成盾構法施工的主要內容是：先在隧道某段的一端建造豎井或基坑，以供盾構安裝就位。盾構

從豎井或基坑的墻壁開孔處出發，在地層中沿著設計軸線，向另一豎井或基坑的設計孔洞推進。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拼裝的預制隧道襯砌結構，再傳到豎井或

基坑的后靠壁上，盾構是這種施工方法中最主要的獨特的施工機具。它是一個能支承地層壓力而又能

在地層中推進的圓形或矩形或馬蹄形等特殊形狀的鋼筒結構，在鋼筒的前面設置各種類型的支撐和開

挖土體的裝置，在鋼筒中段周圈內面安裝頂進所需的千斤頂，鋼筒尾部是具有一定空間的殼體，在盾

尾內可以拼裝一至二環預制的隧道襯砌環。盾構每推進一環距離，就在盾尾支護下拼裝一環襯砌，并

及時向緊靠盾尾后面的開挖坑道周邊與襯砌環外周之間的空隙中壓注足夠的漿體，以防止隧道及地面

下沉。在盾構推進過程中不斷從開挖面排出適量的土方。

使用盾構法，往往需要根據穿越土層的工程地質水文地質特點輔以其他施工技術措施。主要有：

⑴疏干掘進土層中地下水的措施；

⑵穩定地層、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；

⑶隧道襯砌的防水堵漏技術；

⑷配合施工的監測技術；

⑸氣壓施工中的勞動防護措施；

⑹開挖土方的運輸及處理方法等。

盾構法施工的概貌如圖1T所示。

圖1-1盾構施工概貌圖

1—盾構；2—盾構千斤頂；3—盾構正面網格；4一出土轉盤；5一出土皮帶運輸機；6一管片拼裝

機；7—管片；8—壓漿泵；9一壓漿孔；10一出土機；11一由管片組成的隧道襯砌結構；12一在盾尾空

隙的壓漿；13一后盾管片；14一豎井。

2盾構法的優缺點

2.1優點

⑴除豎井施工外，施工作業均在地下進行，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。

⑵盾構推進、出土、拼裝襯砌等主要工序循環進行，施工易于管理，施工人員也較少，勞動強度

低，生產效率高。

⑶土方量外運較少。

⑷穿越河道時不影響航運。

⑸施工不受風雨等氣候條件影響。

⑹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。

⑺當隧道穿過河底或其他建筑物時，不影響施工。

⑻只要設法使盾構的開挖面穩定，則隧道越深、地基越差、土中影響施工的埋設物等越多，與明

挖法相比，經濟上、施工、進度上越有利。

2.2缺點

⑴當隧道曲線半徑過小時，施工較為困難。

⑵在陸地建造隧道時，如隧道覆土太淺，開挖面穩定甚為困難，甚至不能施工，而在水下時，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。

⑶豎井中長期有噪聲和振動，要有解決的措施。

⑷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。

⑸盾構法隧道上方一定范圍內的地表沉陷尚難完全防止，特別在飽和含水松軟的土層中，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。

⑹在飽和含水地層中，盾構法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。

⑺用氣壓施工時，在周圍有發生缺氧和枯井的危險，必須采取相應的辦法。

3盾構的分類及選型

3.1盾構的分類

盾構的的形式可以從各個方面進行分類。按手工和機械劃分為：手掘式，半機械式，機械式三大

類。以工作面擋土方式劃分：敞開式，密閉式。以氣壓和泥水加壓方式劃分：氣壓式，泥水加壓式，

土壓平衡式，加水式，高濃度泥水加壓式，加泥式。

⑴手掘式盾構

手掘式盾構是盾構的基本形式，世界上仍有工程采用手掘式盾構，如圖「2所示。按不同的地質

條件，開挖面可全部敞開人工開挖；也可用全部或部分的正面支撐，根據開挖面土體自立性適當分層

開挖，隨挖土隨支撐。開挖土方量為全部隧道排土量。這種盾構便于觀察地層和清除障礙，易于糾偏，

簡易價廉，但勞動強度大，效率低，如遇正面坍方，易危及人身及工程安全。在含水地層中需輔以降

水、氣壓或土壤加固。

圖1-2手掘式盾構示意圖

這種盾構由上而下進行開挖，開挖時按順序調換正面支撐千斤頂，開挖出來的土從下半部用皮帶

運輸機裝入出土車，采用這種盾構的基本條件是：開挖面至少要在挖掘階段無坍塌現象，因為挖掘地

層時盾構前方是敞開的。

手掘式盾構的適用地層：手掘式盾構有各種各樣的開挖面支撐方法，從砂性土到粘性土地層均能

適用，因此較適應于復雜的地層，迄今為止施工實例也最多，該形式的盾構在開挖面出現障礙物時，

由于正面是敞開的，所以也較易排除。由于這種盾構造價低廉，發生故障也少，因此是最為經濟的盾

構。在開挖面自立性差的地層中施工時，它可與氣壓、降水、化學注漿等穩定地層的輔助施工法同時

使用。

⑵擠壓式盾構

當敞開式盾構在地質條件很差的粉砂土質地層、粘土層中施工時，土就會從開挖面流入盾構、引

起開挖面坍塌，因而不能繼續開挖，這時應在盾構的前面設置胸板來密閉前方，同時在腳板上開出土

用的小孔，這種形式的盾構就叫擠壓式盾構（見圖1-3）?盾構在擠壓推進時，土體就會從出土孔如同膏

狀物從管口擠出那樣，擠入盾構。根據推進速度來確定開口率。當開口率過大時，出土量增加，會引

起周圍地層的沉降；反之，就會增大盾構的切入阻力，使地面隆起。采用擠壓盾構時，對一定的地質

條件設置一定的開口率、控制出土量是非常重要的。

活動帽檐千斤頂

上進士口\支撐千斤頂

上平臺

中平臺,/但

防偏轉板±

進土閘板

千斤頂下進士口盾構千斤頂I

-5.800------1.-3.300一

圖1-3擠壓盾構示意圖

擠壓盾構是將手掘式盾構胸板封閉，以擋住正面土體。這種盾構分為全擠壓式或局部擠壓式兩種,

它適用于軟弱粘性土層。盾構全擠壓向前推進時，封閉全部胸板，不需出土，但要引起相當大的地表

變形。當采用局部擠壓式盾構，要部分打開胸板，將需要排出的土體從開口處擠入盾構內，然后裝車

外運，這種盾構施工，地表變形也較大。

擠壓式盾構適用地層：擠壓式盾構的適用范圍取決于地層的物理力學性能，它是按含砂率一內聚

力、液性指數一內聚力的關系來確定其適用范圍。根據施工經驗，內聚力即使超出該范圍，在含砂率

小的地層中也可能適用。根據迄今為止的施工經驗，當土體含砂率在20%以下、液性指數在60%以上、

內聚力在0.5kg/cm2以下時，盾構的開口率一般為2?0.8%,在極軟弱的地層中，開口率也有小到的

0.3%?在擠壓式盾構的施工區間內如遇有為了建筑物或地層加固而進行過化學注漿的地基時，將會影

響擠壓盾構的推進，因此應預先考慮到把盾構胸板做成可拆卸的形式。

⑶網格式盾構

在上海軟土層中常常被采用。它具有的特點是，進土量接近或等于全部隧道其出土量，且往往帶

有局部擠壓性質，盾構正面裝鋼板網格，在推進中可以切土，而在停止推進時可起穩定開挖面的作用。

切入的土體可用轉盤、皮帶運輸機、礦車或水力機械運出，如圖1-4所示。這種盾構法如在土質較適

當的地層中精心施工，地表沉降可控制到中等或較小的程度。在含水地層中施工，需要輔以疏干地層

的措施。

3

⑷半機械式盾構

半機械式盾構是如圖1-5所示。半機械式盾構是介于手掘式和機械式盾構之間的一種形式，它更

接近于手掘式盾構。它是在敞開式盾構的基礎上安裝機械挖土和出土裝置，以代替人工勞動，因而具

有省力而高效等特點。

圖卜5半機械式盾構示意圖

機械挖土裝置前后、左右、上下均能活動。它有鏟斗式、切削頭式和兩者兼有等三種形式。它的

頂部與手掘式盾構相同，裝有活動前檐、正面支撐千斤頂等。

盾構的機械裝備有如下形式：①盾構工作面下半部分裝有鏟斗、切割頭等。②盾構工作面上半部

分裝有鏟斗、下半部分裝有切割頭。③盾構中心裝有切割頭。④盾構中心裝有鏟斗。

形式①：盾構工作面上半部裝有正面支撐千斤頂和作業平臺，上半部工作面由人工挖掘，挖掘的

土、砂落到下半部分，下半一部分由鏟斗和裝載機進行挖掘和出土。

形式②：盾構的上半部工作面由鏟斗或者裝載機挖掘，下半部工作面由切割頭或鏟斗進行挖掘和

出土。

形式③：由切割頭進行挖掘和出土。形式④：由鏟斗式挖掘機進行挖掘和出土。

半機械盾構的適用地層：半機械式盾構比手掘式盾構更適用于良好地層。形式①適用于開挖面需

作支撐的地層，形式②?④適用于能自立的地層。形式②大多適用于亞粘土與砂礫的夾層。形式③大

多適用于固結粘上層、硬質砂土層。形式④大多適用于粘土和砂礫混合層。

⑸開胸機械切削盾構

當地層能夠自立，或采用輔助措施后能夠自立時，在盾構的切口部分，安裝與盾構直徑相適應的

大刀盤，以進行全斷面開胸機械切削開挖，如圖16所示。機械式盾構是一種采用緊貼著開挖面的旋

轉刀盤進行全斷面開挖的盾構。它具有可連續不斷地挖掘土層的功能。能一邊出土、一邊推進，連續

不斷地進行作業。

圖1-6開胸式機械切削式盾構示意圖

機械式盾構的切削機構采用最多的是大刀盤形式，它有單軸式、雙重轉動式、多軸式數種，其中

單軸式使用得最為廣泛。多根輻條狀槽口的切削頭繞中心軸轉動，由刀頭切削下來的土從槽口進入設

在外圈的轉盤中，再由轉盤提升到漏土斗中，然后由傳送帶把土送入出土車。

機械式盾構的優點除了能改善作業環境、省力外，還能顯著提高推進速度，縮短工期。問題是盾

構的造價高，為了提高工作效率而帶來的后續設備多，基地面積大等。因此若隧道長度短時，就不夠

經濟。與手掘式盾構相比，在曲率半徑小的情況下施工以及盾構糾偏都比較困難.

機械式盾構適用地層：機械式盾構可在極易坍塌的地層中施工，因為盾構的大刀盤本身就有防止

開挖面坍塌的作用。但是，在粘性土地層中施工時，切削下來的土易粘附在轉盤內，壓密后會造成出

土困難。因此機械式盾構大多適用于地質變化少的砂性土地層。

⑹局部氣壓盾構

在機械盾構的支承環前邊裝上隔板，使切口與此隔板之間形成一個密封艙。在密封艙內充滿壓縮

空氣，達到穩定開挖面土體的作用。這樣隧道施工人員就不處在氣壓內工作。在適當地質條件下，對

比全氣壓盾構，無疑有較大優越性。但這種盾構在密封艙、盾尾及管片接縫處易產生漏氣問題，如圖

1-7所示。

圖1-7局部氣壓式盾構示意圖

⑺泥水加壓式盾構

泥水加壓式盾構是在盾構正面與支承環前面裝置隔板的密封艙中，注入適當壓力的泥漿來支撐開

挖面，并以安裝在正面的大刀盤切削土體，進土與泥水混合后，用排泥泵及管道輸送至地面處理，如

圖「8所示。

圖1-8泥水加壓式盾構((a)德國式(b)日本式)示意圖

具體地講，泥水加壓盾構就是在機械式盾構大刀盤的后方設置一道隔板，隔板與大刀盤之間作為

泥水室，在開挖面和泥水室中充滿加壓的泥水，通過加壓作用和壓力保持機構，保證開挖面土體的穩

定。盾構推進時開挖下來的土就進入泥水室。由攪拌裝置進行攪拌，攪拌后的高濃度泥水用流體輸送

法送出地面，把送出的泥水進行水土分離，然后再把分離后的泥水送入泥水室，不斷地循環泥水加壓

盾構在其內部不能直接觀察到開挖面，因此要求盾構從推進、排泥到泥水處理全部按系統化作業。通

過泥水壓力、泥水流量、泥水濃度等的測定，算出開挖土量，全部作業過程均由中央控制臺綜合管理。

泥水加壓盾構是利用了泥水的特性對開挖面起穩定作用的，泥水同時具有下列三個作用。

①泥水的壓力和開挖面水土壓力的平衡。②泥水作用到地層上后，形成一層不透水的泥膜，使泥

水產生有效的壓力。③加壓泥水可滲透到地層的某一區域，使得該區域內的開挖面穩定。就泥水的特

性而言，濃度和密度越高，開挖面的穩定性越好，而濃度和密度越低泥水輸送時效率越高，因此考慮

了以上條件，目前被廣泛作為泥水管理標準的數值如下：

①容重：1.05?1.25（g/cm3）粘土、膨潤土等。②粘度：20-40（s）,漏斗粘度500/500ml。③

脫水量：Q<200ml）（APL過濾試驗3kg/cm2,30min）。

泥水加壓盾構有日本體系及德國體系，兩者區別是：德國式的密封艙中設置了起緩沖作用的氣壓

艙，以便于人工控制正面泥漿壓力，構造較簡單；而日本式密封艙中全是泥水，要有一套自動控制泥

水平衡的裝置。一般地說，泥水盾構對地層擾動最小，地面沉降也最小，但費用最高。

泥水盾構適用地層：泥水加壓盾構最初是在沖積粘土和洪積砂土交錯出現的特殊地層中使用，由

于泥水對開挖面的作用明顯，因此軟弱的淤泥質土層、松動的砂土層、砂礫層、卵石砂礫層、砂礫和

堅硬土的互層等均運用。泥水加壓盾構對地層的適用范圍之廣。但是在松動的卵石層和堅硬土層中采

用泥水加壓盾構施工，會產生逸水現象，因此在泥水中應加入一些膠合劑來堵塞漏縫。在非常松散的

卵石層中開挖時，也有可能失敗。還有在堅硬的土層中開挖時，不僅土的微粒會使泥水質量降低，而

且粘土還常會粘附在刀盤和槽口上，給開挖帶來困難，因此應該予以注意。

泥水加壓盾構的適用性：①細粒土（粒徑0.074mm以下）含有率在粒徑累積曲線的10%以上。②礫

石（粒徑2mm以上）含有率在粒徑加積曲線的60%以上。③自然含水量18%以上。④無200?300mm的

粗礫石。滲透系數K<10-2cm/s。

⑻土壓平衡式盾構

土壓盾構又稱削土密閉式或泥土加壓式盾構。它的前端有一個全斷面切削刀盤，切削刀盤的后面

有一個貯留切削土體的密封艙，在密封艙中心線下部裝置長筒形螺旋輸送機，輸送機一頭設有出入口，

如圖『9所示。所謂土壓平衡就是密封艙中切削下來的土體和泥水充滿密封艙，并可具有適當壓力與

開挖面土壓平衡，以減少對土體的擾動，控制地表沉降。這種盾構可節省泥水盾構中所必須的泥水平

衡及泥水處理裝置的大量費用，主要適用于粘性土或有一定粘性的粉砂土。現已有加水或加泥水的新

型土壓平衡盾構，可適用于多種土層。

圖1-9土壓平衡式盾構示意圖

土壓平衡式盾構的基本原理，由刀盤切削土層，切削后的泥土進入土腔（工作室），土腔內的泥

土與開挖面壓力取得平衡的同時由土腔內的螺旋輸送機出土，裝于排土口的排土裝置在出土量與推進

量取得平衡的狀態下，進行連續出土。土壓平衡式盾構的產品名稱是各不相同的，即使是相類似的盾

構，其名稱也因開挖面穩定的方法和各公司對排土機構開發過程的不同而各異?在使開挖面穩定條件

不同的盾構中，把這種從土腔內用螺旋輸送機出土的盾構與泥水加壓盾構相區別。土壓平衡式盾構又

分為：削土加壓式，土壓平衡加水式，高濃度泥水加壓式，加泥式等4類。

開挖工作面穩定機構：土壓平衡式盾構的開挖面穩定機構，按地質條件可以分成二種型式，一種

是適用于內摩擦角小且易流動的淤泥、粘土等等的粘質土層；另一種是適用于土的內摩擦角大、不易

流動、透水性大的砂、砂礫等等的砂質士層。

開挖面的穩定機構可分為以下幾種方式：①切削土加壓攪拌方式：在土腔內噴入水、空氣、或者

添加混合材料，來保證土腔內的土砂流動性。在螺旋輸送機的排土口裝有可止水的旋轉式送料器（轉

動閥或旋轉式漏斗），送料器的隔離作用能使開挖面穩定。

②加水方式：向開挖面加入壓力水，保證挖掘土的流動性，同時讓壓力水與地下水壓相平衡。開

挖面的土壓由土腔內的混合土體的壓力與其平衡，為了能確保壓力水的作用，在螺旋輸送機的后部裝

有排土調整槽，控制調整槽的開度使開挖面穩定。

③高濃度泥水加壓方式：向開挖面加入高濃度泥水，通過泥水和挖掘土的攪拌，以保證挖掘土體

的流動性，開挖面土壓和水壓由高濃度泥水的壓力來平衡。在螺旋輸送機的排土口裝有旋轉式送料器,

送料器的隔離作用使開挖面穩定。

④加泥式：向開挖面注入粘土類材料和泥漿，由輻條形的刀盤和攪拌機構混合攪拌挖掘的土，使

挖掘的土具有止水性和流動性。由這種改性土的土壓與開挖面的土壓、水壓達到平衡，使開挖工作面

得到穩定。

土壓平衡盾構較適應于在軟弱的沖積土層中推進，但在礫石層中或砂土層推進時，加進適當的泥

土后，也能發揮土壓平衡盾構的特點。因此1983年后，一般認為土壓平衡盾構的適應性是強的，土壓

平衡盾構施工后的地表沉降量可控制在30mm以內。但其要求施工人員具有相當豐富的施工經驗，能根

據地層和施工條件的變化采用一系列的施工管理方法。

土壓平衡盾構（含加泥式盾構）適用性：

①細粒（粒徑0.074nm以下）含有率在粒徑加積曲線的7%以上。②礫石（粒徑2mm以上）含有率

在粒徑加積曲線的70%以下。③粘性土（粘土、粉砂土含有率4%以上）的N值在15以下。

3.2盾構的選型

3.2.1地鐵施工用盾構機選型基本原則

盾構選型是盾構法隧道能否安全、環保、優質、經濟、快速建成的關鍵工作之一，盾構選型應從

安全適應性（也稱可靠性）、技術先進性、經濟性等方面綜合考慮，所選擇的盾構型式要能盡量減少

輔助施工法并確保開挖面穩定和適應圍巖條件。盾構機選型時應遵循以下幾項基本原則：

⑴盾構機技術水平先進可靠，并適當超前，符合我國國情

⑵所選盾構機應滿足所用地鐵規劃各條隧道所穿越地層不同地質與水文條件的施工需要，盡量適

用更多的地質條件和水文條件。

⑶能夠滿足淺埋或超淺埋地鐵隧道施工以及穿越大量房屋建筑之下施工的需要，即要求盾構機對

控制地表沉降配備足夠的功能和具有良好的操作性能。

⑷盾構機能夠適應城市地下構筑物眾多的特點，必要時可實現隧道（盾構機）內清除或撤換障礙

物的施工。

⑸盾構機在設計方面應考慮地鐵隧道施工需要多次拆卸、多次組裝和可能應用于多項隧道工程的

實際特點。

⑹滿足長距離掘進和小半徑曲線掘進要求。

⑺后續設備、始發基地等施工設備能與盾構機的開挖能力配套。

⑻工作環境，為了減少輔助工法并保證施工安全可靠，選擇能保持開挖面穩定和適應圍巖條件的

盾構機型非常重要。

3.2.2盾構機選型依據

根據以上原則，對盾構的型式及主要技術參數進行研究分析，以確保盾構法施工的安全、可靠，

選擇最佳的盾構施工方法和選擇最適宜的盾構。

盾構選型是盾構法施工的關鍵環節，直接影響盾構隧道的施工安全、施工質量、施工工藝及施工

成本，為保證工程的順利完成，對盾構的選型工作應非常慎重。

盾構選型應以工程地質、水文地質為主要依據，綜合考慮周圍環境條件、隧道斷面尺寸、施工長

度、埋深、線路的曲率半徑、沿線地形、地面及地下構筑物等環境條件，以及周圍環境對地面變形的

控制要求的工期、環保等因素，同時，參考國內外己有盾構工程實例及相關的盾構技術規范、施工規

范及相關標準，對盾構類型、驅動方式、功能要求、主要技術參數，輔助設備的配置等進行研究。選

型時的主要依據如下：

⑴工程地質、水文地質條件；

⑵隧道長度、隧道平縱斷面及橫斷面形狀和尺寸等設計參數；

⑶周圍環境條件：

⑷隧道施工工程籌劃及節點工期要求；

⑸宜用的輔助工法；

⑹技術經濟比較。

3.2.3盾構機選型考慮要素及注意點

⑴工程地屬條件

國內典型地質分四種：①以上海為代表的純軟土地層；②以重慶為代表的全斷面巖石地層；③以

廣州、深圳為代表的軟硬不均復合地層；④以成都、北京為代表的砂卵石地層。

①粘性土及粉土層

盾構機在此地層中施工時，一般較容易控制，但常會發生刀盤粘附導致增大阻力和螺旋輸送機的

粘附堵塞，因而盾構機選型時應注重在刀盤形式、開口率、刀具、加泥位置等考慮解決方法。

②砂性土層

盾構機在砂性土層施工比在粘土層施工稍為困難。砂性土一般摩擦阻力大，滲透性好，在盾構機

推進擠壓下水分很快排出，土體強度提高，故不僅盾構機推進摩擦阻力大，而且開挖面土壓力也較大，

常會導致盾構機刀盤扭矩和總推力不足。

另外，盾構機密封艙內刀具切削下來的砂土不易攪拌成均勻的塑流體，特別是在無水砂性土層中

施工，有時甚至實現不了與開挖面土壓力保持動態平衡的需要，操作不當會出現開挖面上方的局部坍

塌。再有，砂性土如中石英含量較大，刀具磨損較嚴重，并伴有損壞盾尾密封系統的現象。因此盾構

機選型時，應將設備的推力、刀盤的扭矩、形式、開口率，以及加泥加泡沫系統等內容作為重點統籌

考慮。

③砂卵石地層

在一些級配良好砂卵石地層，含砂率在25%?40%之間時。盾構機在此地層中施工遠比在砂性土

層中施工困難，首先是盾構機密封艙內建立土壓平衡比較困難，甚至盾構機實現不了土壓平衡的功能;

其次是大粒徑砂卵石不但切削或破碎困難，而且切削下來的硝土經螺旋輸送機向外排出也十分困難；

再次是刀盤（刀具）和螺旋輸送機以及密封艙內壁磨損嚴重，而且盾構機掘進過程中產生的震動和噪音

對周邊環境影響較大等等。因此盾構機選型時，必須從如何解決上述三個問題出發，對刀盤支撐方式、

刀盤形式，刀具形狀及布置方式，加泥加泡沫系統等方面認真研究，保證所選機型適應砂卵石地層的

施工。

④粉質粘土、粘質粉土互層

對于此類地層，盾構機施工比較容易。有時甚至不用加泥只需加水即能順利施工。

⑤中砂、粉質粘土、砂卵石互層

對于此類地層，盾構機施工比砂性土層困難，而遠比砂卵石層容易，所需注重問題與前三項類似,

但因為幾類地質交互的原因，情況有較大變化。

⑥廣深地層

施工中遇到上軟下硬和孤石侵入隧道等地質突變，導致刀盤面板被磨穿；滾刀嚴重的弦磨和損壞；

所有切刀刮刀損壞。

⑦成都砂卵石地層

砧土與刀盤刀具摩擦力大，導致刀盤驅動扭矩大、刀盤刀具及螺旋輸送機磨損嚴重。

砂卵石地層顆粒級配較差，磴土不易改良，流動性差，刀盤易產生泥餅，導致扭矩大、掘進速度

慢甚至無法掘進。

穩定性差，掘進過程中地層受到擾動容易產生坍塌，富水地層易發生噴涌；扭矩過大和欠壓掘進

也是產生坍塌的重要原因。

⑧重慶地鐵地層

殘積粘土及泥巖易形成泥餅。

砂巖、泥巖互層易造成刀具異常損壞。

溝谷地帶和高填方區拋填的孤石造成掘進困難。

在石英含量較高的砂巖掘進時刀具磨損嚴重。

斷層破碎帶造成卡盾，不得不采用從刀盤前方向后爆破的方式脫困。

⑵工程水文條件

對于采用密閉式盾構機技術施工，除工作井施工需要考慮降水外，區間隧道盾構機施工時對地下

水只需稍加注意即可（對于密封0.6MPa以下的水壓力，就目前盾構機技術水平已很容易）。對于城市特

殊水，因其產生原因和作用于土體的狀況復雜多變，不易一概而論。有些情況其對地層土體物理力學

性能的影響較大，如土體被特殊水長期浸泡變軟或由于管道滲漏其周圍土體不斷被水帶走后形成不規

則空穴等等，給盾構施工沉降控制造成很大困難。因此盾構機選型肘對城市特殊水的影響需特別加以

考慮。

⑶曲線施工

根據城市地鐵的使用要求以及城市交通網的規劃，地鐵隧道必然存在曲線部分，而節能型車站通

常為進站上坡出站下坡，也有坡度較大的豎曲線部分；另外地鐵隧道線形設計或施工時，常為避開既

有構筑物，不得已改變線形，也會出現曲線。因此盾構機所裝備的功能，應滿足曲線推進的要求。設

計在曲線段一般采用楔形管片，但為減少曲線施工對土層的干擾，筆者認為除采用楔形管片外，設計

盾構機時還可以考慮采用油壓分區控制、實現千斤頂可自由編組；或采用仿形刀裝置、錢接機構等功

能綜合解決。

⑷地下構筑物

城市地下修建了大量的構筑物，如上下水管道、煤氣、熱力、電力、通訊、人防工程等。地下除

可能有文物外，舊繁華市區還可能存在一些年代久遠、損壞嚴重、存在嚴重滲滑的各種管道。而由于

歷史的原因，城市建設檔案管理相對滯后，很難弄清地下各種構筑物的分布狀況。工程勘測時，因鉆

孔距離的局限，隧道沿線總存在勘測的空當，實際上還存在地鐵隧道上方地面現有大量房屋建筑，不

能實施勘測。因此盾構法施工過程中，會遇到各種障礙物或異物，并且往往不具備從地面進行處理的

條件，給盾構掘進施工帶來意想不到的困難。盾構機選型時，應考慮地下構筑物眾多的現實，提出相

應的解決辦法。

⑸淺覆土及隧道穿越建筑物

隧道穿越建筑物下方，特別是舊有民房（穿越其它現存構筑物兩者距離過近的情況也可劃歸此類），

是城市隧道采用盾構法施工的首選原因；另由于種種原因，地鐵隧道總會有局部埋深不大，隧道覆土

較淺的地段，故盾構機在上述條件下施工不可避免。對此稍作分析即可知道，這兩種情況下盾構法施

工所需要考慮的問題都是如何控制土體（地面）沉降或變形，避免引起地面建筑物下沉、傾斜、開裂或

者避免造成相鄰構筑物損壞。根據盾構法施工經驗.如果施工控制不好，確實會引起隧道前方或周邊

土體產生較大沉降與變形，造成地面房屋開裂或嚴重干擾相鄰構筑物。因而盾構機選型時，將盾構機

配備控制土體沉降與變形的功能以及具有操作簡便、靈巧等性能作為重點考察內容。

⑹同一臺盾構機多次解體、搬運、組裝調試與掘進

盾構機的使用壽命一般可達6km甚至10km以上，而盾構法隧道工程標段劃分不會過大，估計在兩

個區間左右，即單線長度不大于4km,低于盾構機的使用壽命。因此須充分考慮盾構機分塊的合理性，

既要保證盾構機的整體質量，又要滿足便于組裝、解體和搬運的要求。

3.2.4盾構機機型選擇

⑴盾構機機型的確定

采用那一種機型技術經濟更合理，必須從盾構機的工作原理、適用地質領域的寬窄、經濟指標以

及對環境的影響等綜合均衡比較之后，才能得出正確的決策。

泥水式平衡盾構機的工作原理是通過向密封艙內加入泥水（漿）來平衡開挖面的水、土壓力，其開

挖面的平衡穩定性及控制地面沉降性能較好，盾構機內部空間較大，特別是大直徑隧道施工具有一定

技術優勢，但施工棄土需進行泥水分離處理。該設備系統龐大，占地面積多，且價格昂貴。

加泥式土壓平衡盾構機的工作原理則是向密封艙內加入塑流化改性材料，與開挖面切削下來的土

體經過充分攪拌，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流體，同時通過伺服控制盾構機推進千斤頂速

度與螺旋輸送機向外排土的速度相匹配，經艙內塑流體向開挖面傳遞設定的平衡壓力，實現盾構機始

終在保持動態平衡的條件下連續向前推進。由于加泥式土壓平衡盾構機可以根據不同地層的地質條件,

設計和配制出與之相適應的塑流化改性劑（如泡沫等），極大地拓寬了該類機型的施工領域，特別是在

砂卵石地層中施工優勢最為明顯。故近年來該機成為盾構機應用的主流機型，在隧道工程中得到廣泛

應用。

⑵盾構機選型步驟

①在對工程地質、水文地質條件、周圍環境、工期要求、經濟性等充分研究的基礎上選定盾構的

類型；對敞開式、閉胸式盾構進行比選。

②在確定選用閉胸式盾構后，根據地層的滲透系數、顆粒級配、地下水壓、環保、輔助施工方法、

施工環境、安全等因素對土壓平衡盾構和泥水盾構進行比選。

③根據詳細的地質勘探資料，對盾構各主要功能部件進行選擇和設計（如刀盤驅動型式，刀盤結

構型式、開口率，刀具種類與配置，螺旋輸送機的形式與尺寸，沉浸墻的結構設計與泥漿門的型式，

破碎機的布置與型式，送排泥管的直徑等），并根據地質條件等確定盾構的主要技術參數。盾構的主

要技術參數在選型時應進行詳細計算，主要包括刀盤直徑，刀盤開口率，刀盤轉速，刀盤扭矩，刀盤

驅動功率，推力，掘進速度，螺旋輸送機功率、直徑、長度，送排泥管直徑，送排泥泵功率、揚程等。

根據地質條件選擇與盾構掘進速度相匹配的盾構后配套施工設備。

⑶根據地層的滲透系數進行選型

地層滲透系數對于盾構的選型是一個很重要的因素。通常，當地層的滲透系數小于10，/s時，可

以選用土壓平衡盾構；當地層的滲透系數在107m/s和10'm/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%/s時，宜選用泥水盾構。

盾構與滲透系數的關系見圖170：

地層滲透性與盾構選型

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粘土

10-11

圖1-10盾構與滲透系數的關系圖

⑷根據地層的顆粒級配進行選型

一般來說，細顆粒含量多，磴土易形成不透水的流塑體，容易充滿土倉的每個部位，在土倉中可

以建立壓力，平衡開挖面的土體。

盾構類型與顆粒級配的關系詳見圖『11、圖1T2,圖1T1中右邊藍色區域為粘土、淤泥質土區,

為土壓平衡盾構適用的顆粒級配范圍，左邊的黃色區域為礫石粗砂區，為泥水盾構適用的顆粒級配范

圍。

Grainsize(mm)

圖1-12粒徑尺寸示意圖

圖1T2中綠色區域為粗砂、細砂區，即可使用泥水盾構，也可經土質改良后使用土壓平衡盾構。

一般來說,當巖土中的粉粒和粘粒的總量達到40%以上時,通常會選用土壓平衡盾構,相反的情況選

擇泥水盾構比較合適。粉粒的絕對大小通常以0.075mm為界。

⑸根據水壓選型

當水壓大于0.3MPa時，適宜采用泥水盾構。如果采用土壓平衡盾構，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硝土噴涌現象，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。

⑹盾構選型時必須考慮的特殊因素

盾構選型時，在實際實施時，還需解決理論的合理性與實際的可能性之間的矛盾。必須考慮環保、

地質和安全因素。

①環保因素

對泥水盾構而言，雖然經過過篩、旋流、沉淀等程序，可以將棄土漿液中的一些粗顆粒分離出來,

并通過汽車、船等工具運輸棄磴，但泥漿中的懸浮或半懸浮狀態的細土顆粒仍不能完全分離出來，而

這些物質又不能隨意處理，就形成了使用泥水盾構的一大困難。降低污染保護環境是選擇泥水盾構面

臨的十分重要的課題，需要解決的是如何防止將這些泥漿棄置江河湖海等水體中造成范圍更大、更嚴

重的污染。

要將棄土泥漿徹底處理可以作為固體物料運輸的程度也是可以做到的，國內外都有許多成功的事

例，但做到這點并不容易，因為：

a、處理設備貴，增加了工程投資

b、用來安裝這些處理設備需要的場地較大

c、處理時間較長

②工程地質因素

盾構施工段工程地質的復雜性主要反映在基礎地質（主要是圍巖巖性）和工程地質特性的多變方

面。在一個盾構施工段或一個盾構合同標段中，某些部分的施工環境適合選用土壓平衡盾構，但某些

部分又很適合選用泥水盾構。盾構選型時應綜合考慮并對不同選擇進行風險分析后擇其優者。

③安全因素

從保持工作面的穩定、控制地面沉降的角度來看，使用泥水盾構要比使用土壓平衡盾構的效果好

一些，特別是在河湖等水體下、在密集的建筑物或構筑物下及上軟下硬的地層中施工時。在這些特殊

的施工環境中，施工過程的安全性將是盾構選型時的一項極其重要的選擇，如北京鐵路地下直徑線最

終選擇了泥水盾構。

3.2.5加泥式土壓平衡盾構機的基本技術（配置）

前節己詳細闡明了采用加泥式土壓平衡盾構機技術經濟的合理性，下面針對地鐵隧道工程，提出

盾構機的基本技術（配置）選擇和要求。

⑴盾構機刀盤形式

盾構機刀盤形式按照工程地質條件和施工控制要求，大致可分為面板式和輻條式（復合式刀盤由這

兩種形式派生而出）刀盤兩種形式。

面板式刀盤在中途換刀時安全可靠，但開挖土體進入土倉時易粘結易堵塞，在刀盤上易形成泥餅。

輻條式刀盤僅有幾根輻條，輻條后設有攪拌葉片，土砂流動順暢，不易堵塞。但不能安裝滾刀，

且中途換刀安全性差，需加固土體，費用高。

輻條式刀盤對砂、土等單一軟土地層的適應性比面板式刀盤較強；但由于不能安裝滾刀，在風化

巖及軟硬不均地層或硬巖地層，宜采用面板式刀盤。

比較結果詳見表1-1:

表1-1輻條式及面板式刀盤特性比較列表

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⑵盾構機刀盤驅動方式

刀盤驅動方式是盾構機的重要組成部分，其承擔驅動刀盤旋轉切削開挖面土體攪拌密封艙內土體

的任務。刀盤驅動系統也是盾構機內務系統中消耗功率較大的設備之一。過去為了保證刀盤旋轉切削

土體的能力和效果，盾構機刀盤驅動方式多設計為液壓驅動。但隨著變頻電機技術的不斷發展，逐漸

在盾構機的設計中被采用，而且由于其具有明顯的技術優勢，同時價格也在逐年下降，應用于盾構機

呈不斷擴大的趨勢。筆者從盾構機刀盤驅動效串的高低，后續配備設備的多少，設備維護、保養的難

易以及作業人員工作環境的優劣等方面綜合考慮，認為北京地區隧道施工用盾構機，其刀盤的驅動方

式以采用變頻電機驅動方式為好。盾構機刀盤驅動方式特性比較見表1-2o

表1-2盾構機刀盤驅動方式特性比較列表

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⑶盾構機刀盤支撐方式

盾構機刀盤支撐方式如圖1-13所示，一般有中心支撐，中間支撐和周邊支撐三種方式。采用何種

方式，主要依據盾構機的直徑和工程的地質條件。中心支撐方式主要用于中小直徑（直徑W67.5m以下）

的盾構機，其對地質條件的適應性較好。中間支撐方式則主要用于中大直徑（直徑在①4.5?。17.4m

之間，有工程實績）的盾構機，當直徑不太大、地質條件為粘性土時，刀盤采用中間支撐方式易在支撐

的中心部分粘附，并逐漸擴大形成俗稱〃泥餅''的現象，造成出土不暢與盾構機的阻力增大。若盾構機

刀盤采用中間支撐方式，需對此給予充分注意和采取有效對策。周邊支撐方式則比較靈活，即可用于

小直徑盾構機，也可用于大直徑盾構機，但也同樣存在刀盤支撐位置處易于粘附的問題，需要采取相

應的解決措施。上述三種盾構機刀盤支撐方式中，前兩種目前在盾構機中廣泛應用，后一種使用尚不

多。一般采用中間支撐方式比較普遍。

⑷添加材料注入系統（渣土改良系統）

加泥系統是加泥式土壓平衡盾構機的基本配置。正是采用該系統，對于不同地質的條件，通過添

加塑流化改性材料，改善盾構機密封艙內切削土體的塑流性，既可實現平衡開挖面水、土壓力又能向

外順暢排土，大大拓寬了盾構機的適應范圍。

在穿越地層有大量的砂土及砂卵石地層，而且不少地區地下水位較低，甚至隧道穿越無水砂卵石

地層，盾構機在這種地質環境中掘進時，僅考慮采用加泥措施來改善切削土體流動性往往效果不佳，

密封艙內切削土體離析嚴重，盾構機經常堵塞不能正常掘進，而且加泥量過大掘進效率降低，施工費

用增加。為適應地質環境的施工，可在加泥的基礎上增加泡沫系統。利用加入泡沫改善土體粒狀構造,

吸附在土體顆粒之間的氣泡可以減少土體顆粒的摩擦，增加切削土體的粘聚力，同時降低土體滲透性,

達到既能平衡開挖面土壓又能連續向外順暢排土的目的。

為適應不同地質條件，改良不同地層，除配備泡沫和膨潤土漿液注入外，還應配備高分子材料注

入系統和加泥系統以及在中盾與前盾、中盾與盾尾附件增加盾殼徑向注入口，以適應各中地層。

⑸螺旋輸送機

螺旋輸送機是加泥式土壓平衡盾構機的重要組成部分，主要有以下三個功能：

①將盾構機密封艙內開挖出來的土體向外連續排出。

②切削土體在螺旋輸送機內向外排出過程中形成密封土塞，阻止土體中的水分散失，保持密封艙

內土壓穩定。

③將盾構機密封艙內土壓值的高低，自動（也可手動）與設定土壓值比較，隨時調整向外排土速度,

控制盾構機密封艙內實現連續的動態土壓平衡過程，確保盾構機連續正常向前掘進。

根據螺旋輸送機的構造不同，可分為有中心軸的螺旋桿式螺旋輸送機和無中心軸的帶式螺旋輸送

機。比較國內外盾構法施工的業績，可認為前者適用于一般性土、砂運輸，后者適用于較大顆粒的砂

卵石和塊石的運輸。對于有可能遇到少量的大顆粒卵石或漂石，為盡可能增加盾構機最大排出卵石（礫

石）的能力，宜采用帶式螺旋運輸機。

⑹皮帶運輸機

皮帶運輸機與螺旋箱送機相接，盾構機密封艙內切削土體由螺旋輸送機向外排出后，經皮帶運輸

機輸送到出喳斗車，再運往工作豎井外。

⑺壁后同步注漿系統

隨著盾構機技術的不斷應用和發展，廣大工程技術人員逐漸深刻地認識到壁后注漿技術在盾構法

隧道施工中的重要作用，若進行歸納，可以指出有以下幾個作用：

①同步填充盾構機向前推進過程中管片逐漸脫出盾尾所產生的間隙（簡稱盾尾間隙，一般在60~

100mm之間）。

②改善管片結構防水和抗滲性能。

③促進隧道管片結構及早穩定。

④限制隧道結構蛇行。

壁后同步注漿最重要的作用是第一項，盾構法隧道施工中能否及時填充盾尾間隙，是控制土體沉

圖1-14盾構機同步注漿系統示意圖

⑻盾尾密封系統

盾構機盾尾密封系統是盾構機正常掘進的關鍵系統之一。追溯盾構機的應用實踐，盾構法隧道施

工所發生的安全事故常常不在盾構機頭而在盾尾。盾構機盾尾密封一般有剛性密封和柔性密封。由于

剛性密封對管片生產和管片拼裝質量要求較高，逐漸被柔性密封取代。盾構機采用內注密封油脂式鋼

絲刷柔性密封系統。鋼絲刷密封系統柔度適中，適應性強，對管片及管片拼裝質量要求一般。盾構機

掘進時，向盾尾連續注入優質盾尾密封油脂，可保證在0.5MPa的壓力下，盾尾不會出現滲漏水和滲漏

泥漿。

⑼管片正圓器

在直徑大于5nl以上的盾構法隧道中，拼裝完好的管片在脫出盾尾后會產生下沉變形，影響管片最

終拼裝質量。由于區隧道施工要求較高，為保證管片在脫出盾尾后的最終拼裝質量，建議采用管片正

圓器對管片變形進行矯正和限制。根據經驗，上下支撐式管片正圓器正圓效果較好，如圖1T5所示。

圖1-15上下支撐式正圓器示意圖

⑩數據采集系統與監控管理系統

為提高盾構機施工技術水平，國外已開發出性能優越的管理軟件，其中盾構機挖掘數據管理軟件

是應用最廣泛的軟件系統。采用此系統，可輸出周報、日報、環報以及掘進100mm為單位的挖掘管理

數據；有各種參數設定、測量、掘進、報警以及歷史曲線和動態曲線等施工應用畫面；所有采集數據

均能保存下來，供日后分析和判斷。

（11）全自動監測與導向系統

隨時掌握與分析盾構機在掘進過程的各種參數，是現代盾構機技術的一個主要部分，也是指導盾

構機實現正常、順利掘進不可缺少的條件。如3.4.10節所述，先進的盾構機推進技術數據采集系統與

監控管理系統是目前盾構機的基本配置。全自動監測與導向系統擁有以下功能：

①自動監削掘進過程中盾構機的各種狀態，包括盾構機的傾斜、轉動、方位及位置。

②將（1）項中監測數據全部收集、顯示、打印與保存。

③自動監測結果可隨時與事先輔入的數據，如隧道設計軸線進行比較。

④自動監測結果可以和盾構機的其他推進技術參數同屏顯示。

采用全自動監測系統，無論是具體的操作人員還是工程管理技術人員都能在各自的位置上隨時掌

握盾構機掘進的各種狀態，可以與事前輸入的隧道軸線相比較，也可以隨時對有關參數進行調整。

?盾尾間隙自動測量系統

按照目前盾構機盾尾密封結構的設計思想，盾構機一般均存在盾尾間隙。間隙的大小則根據盾構

法隧道曲線段施工曲率半徑的大小、管片安裝所需空間以及管片安裝不當出現蛇行（此項目與施工隊伍

的施工技術水平有關）等因素來確定。為盡可能排除或減少盾構機掘進過程中盾尾間隙處出現管片外周

與盾殼內側相互擠壓，降低推進阻力，進一步提高管片拼裝質量，盾構機可安裝盾尾間隙自動測量系

統，其價格不貴但使用效果較好。采用盾尾間隙自動測量系統，在施工中可自動連續測量盾尾間隙的

大小，適時判斷管片與盾尾之間的相對位置，并與其他盾構機推進技術參數結合，達到綜合控制盾構

機姿態的目的。盾尾間隙自動測量示意見圖1T6。

圖1-16盾尾間隙自動測量示意圖

?球面壓力傳感器

控制開挖面土壓平衡的土壓計，是盾構機實現土壓平衡控制的關鍵元件之一，其精度一般較高。

但在砂卵石地層中施工時、粒徑較大的砂卵石，頻繁撞擊土壓計，對土壓計的質量要求很高。為防止

土壓計失效，筆者建議將其設計為球面壓力傳感器，施工中萬一出現損壞，可以在機內進行壓力計的

更換。球面壓力傳感器更換示意見圖『17。

旋轉

⑴拆除

史反結上部位斷面

(2)女較

圖1-17球面壓力傳感器更換示意圖

3.2.6地鐵隧道施工用盾構機的幾個關鍵問題

⑴盾構機刀盤扭矩系數

盾構機刀盤扭矩系數(a)是盾構機設計時一個重要參數，其值選用是否得當直接關系到盾構機能

否正常掘進。眾所周知，影響盾構機刀盤扭矩的因素較多，在此不贅述。根據日本《隧道標準規范(盾

構篇)及解釋》中有關盾構機設備部分的內容，盾構機刀盤裝配扭矩M可用以下簡化式計算:

M=ax。'

式中M-盾構機裝備扭矩/(kN.m)

a-扭矩系數

D-盾構機外徑

對于加泥式土壓平衡盾構機，根據國內使用經驗在軟土地層扭矩選擇為額定扭矩6000(kN.m)及以

上，復合盾構選擇為額定扭矩7000(kN.m)及以上,

⑵刀具布置和刀具形狀

刀具布置和刀具形狀在盾構機設計中是非常重要的內容。刀具布置方式及刀具形狀是否適合應用

工程的地質條件，直接影響盾構機的切削效果、出土狀況和掘進速度。

應根據不同的地質條件和經驗進行選型。但超挖刀（仿形刀）必須配備，主要用于小曲線掘進糾

偏和穿越交互地層糾偏。

⑶轉彎及糾偏較接機構

經過統計，地鐵施工用盾構機的靈敏系數（機長/外徑）一般不大于1.5,不用錢接機構也能滿足轉

彎和糾偏的需要。但考慮到在城市內施工控制地面沉降的要求較高，施工中可能有（或已碰到）障礙物,

需要提前（或盡量減少與障礙物相撞的范圍）繞開障礙物，需要轉彎（甚至較小半徑轉彎）掘進。此時使

用錢接機構，可以比較容易地實現轉彎和減少對盾構機周邊土體的擾動，對控制沉降有利。用轉彎及

糾偏較接機構，還可以依據曲線隧道的有使關參數，預先計算出每段曲線中每環管片應該轉動的角度,

盾構機曲線推進前啟動校接機構，使之符合曲線前進方向的要求，限定盾構機在設定的曲線上推進。

為增強盾構機轉彎功能，以適應地鐵隧道施工的需要，應為盾構機配備轉彎及糾偏較接機構。

⑷洞內超前注漿加固隧道前方土體及氣壓封閉開挖面系統

①氣壓封閉開挖面系統

采用密閉式盾構機掘進施工時，掘進前方若碰到障礙物，一般不易處理，但施工中很難避免。為

此，宜在盾構機設計階段，考慮與人孔結合，配備氣壓艙。一旦遇到異常情況（如障礙物等）不能由地

面進行處理時，可在隧道內進入盾構機密封艙里進行處理。

②洞內超前注漿加固隧道前方土體系統

當盾構法隧道穿越地段的地面建筑物的基礎結構較差，或建筑物特別重要時，對盾構機控制沉降

的性能要求很高。特別是對于隧道前進方向有重要構筑物（如已運行地鐵、油庫等）相鄰以及土體由于

城市特殊水的原因變軟，或有大量不規則空隙的情況，筆者認為還應考慮在隧道內對開挖面前方土體

注漿加固的輔助措施，即在盾構機內預先設計多個注漿加固孔（按可全斷面注漿的要求設計），同時配

備盾構機內專用注漿設備，一旦施工需要，立即安裝注漿設備，對開挖面前方土體實施超前注漿加固。

設計超前注漿深度一般為3?4m,最大注漿加固土體斷面直徑可達12m。盾構機內超前注漿加固土體

見圖1-18?

圖1-18盾構機內超前注漿加固土體功能示意圖

盾構機掘進施工時，可以根據遇到的不同情況，單獨應用機內超前注漿加固土體系統和氣壓密封

系統，還可將兩者聯合使用，以進一步提高隧道施工的安全性和可靠性。

⑸盾構機總推力及分區油壓控制系統

根據日本資料，盾構機的總推力與開挖面的土壓阻力、盾構機外圓周摩擦等6個因素有關。

在設計盾構機時，一般在考慮6個因素的基礎上，增加一定比例的富余推力。砂卵石地區盾構法

施工的經驗，推進阻力較大。為滿足有些地區砂卵石地層隧道施工盾構機推力的需要，盾構機的總推

力宜適當增大，達到盾構機掘進斷面單位面積上推力大于1200kN（即盾構機總推力/盾構機外徑圓面積）

較為合適，建議40000kN及以上。

推進系統為盾構機向前掘進提供動力，直線段掘進時，推進千斤頂的合力理論上應在盾構機的軸

心；曲線段掘進時，推進千斤頂的推進合力作用點則應該位于最有利于盾構機曲線掘進的位置上（盾構

機加工制造時千斤頂位置已固定的條件下進行調鏈）。盾構機在推進施工時，為控制出現較大偏差，推

進操作時實際上是隨時在對盾構機的態勢進行糾偏和調整。為便于推進千斤頂分區編組或自由編組，

實現適時糾偏，盾構機推進系統應設計為分區油壓控制，確保推進千斤頂的合力滿足曲線掘進及糾偏

的要求。

⑹盾構機在砂卵石地層掘進的耐磨損（耗）措施

根據砂卵石或硬巖地層進行盾構法施工的經驗，盾構機的刀盤、刀具、密封艙內壁以及螺旋輸送

機的磨損（耗）比較大，特別是在石英砂含量較多、卵石（礫石）粒徑較大的情況下，磨損極為嚴重。為

保證盾構機在砂卵石地層掘進時刀具切削正常，實現長距離掘進，應采取以下措施。

①使用耐磨及韌性好的礦用刀具材料，除在刀具刀口部分考慮嵌入超硬材料（如碳化鴇合金等）外,

切削土砂（卵石）沿刀具向后流動所經過的刀具表面也適當給予加強。

②在盾構機刀盤盤圈后端、密封艙內壁以及螺旋輸送機內均采用耐磨材料，并考慮便于維修和更

換的措施。

盾構機選型與企業發展的戰略密切相關，除軟土盾構機外，其他盾構機易選擇復合盾構機，并選

擇較高的配置。這樣，可根據不同的地質條件選擇刀盤即可。也就是說，通過更換不同的刀盤和刀具

就能適應絕大部分的地質條件，降低企業成本。

4裝配式襯砌結構與構造

⑴隧道斷面的型式

盾構法隧道為位于二端豎井結構間的暗埋隧道段，盾構由一端的拼裝豎井開始推進，再從另一端

的拆卸豎井推出，形成有一定坡度的隧道。根據隧道的使用要