目錄目錄 第一章第一章 盾構(gòu)施工概況盾構(gòu)施工概況 1.1 盾構(gòu)法基本概念.1 1.2 盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn)和存在的不足.2 1.2.1 盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn).2 1.2.2 盾構(gòu)法存在的不足.2 1.3 盾構(gòu)的分類及適用條件.2 第二章第二章 盾構(gòu)機(jī)地質(zhì)適應(yīng)性的確定盾構(gòu)機(jī)地質(zhì)適應(yīng)性的確定 2.1 盾構(gòu)的選型的原則與依據(jù).12 2.1.1 盾構(gòu)的選型的原則.12 2.1.2 盾構(gòu)的選型的依據(jù).12 2.2 盾構(gòu)選型的主要方法.13 2.2.1 根據(jù)底層的滲透系數(shù)進(jìn)行選型.13 2.2.2 根據(jù)地層的顆粒級配進(jìn)行選型.14 2.2.3 根據(jù)地下水壓進(jìn)行選型.15 2.2.3 盾構(gòu)選型時(shí)必須考慮的特殊因素.15 2.3 盾構(gòu)選型的確定.15 第三章第三章 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的設(shè)定盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的設(shè)定 3.1 盾構(gòu)掘進(jìn)土壓的確定.17 3.2 刀盤扭矩計(jì)算.17 第四章第四章 刀具配置與地質(zhì)的適應(yīng)性刀具配置與地質(zhì)的適應(yīng)性 4.1 刀具的分類.18 4.2 不同地質(zhì)條件下刀具的選擇.19 4.2.1 切削刀.19 4.2.2 先行刀.19 4.2.3 貝型刀.20 4.2.4 中心刀（魚尾刀 、雙刃或三刃滾刀 、錐形刀 、中心羊角刀）.20 4.2.5 仿形刀（或超挖刀）.21 4.2.6 滾刀.22 4.2.7 齒刀.23 4.3 刀具布置與配置.23 4.3.1 刀具的布置.23 4.3.2 刀具配置方式.23 4.3.3 刀具配置的其他注意事項(xiàng).24 第五章第五章 盾構(gòu)機(jī)始發(fā)與接收盾構(gòu)機(jī)始發(fā)與接收 5.1 盾構(gòu)始發(fā)的工藝流程.26 5.2 盾構(gòu)始發(fā)的施工技術(shù).26 5.2.1 始發(fā)洞門的地層處理和降水.26 5.2.2 反力架安裝與受力驗(yàn)算.27 5.2.3 始發(fā)基座安裝與受力驗(yàn)算.30 5.2.4 始發(fā)洞門鑿除.33 5.2.5 洞口密封止水裝置.34 5.2.6 盾構(gòu)的始發(fā).35 5.3 反力架、負(fù)環(huán)管片及基座的拆除 .42 5.3.1 拆除流程 .42 5.3.2 拆除方法 .42 5.3.3 停機(jī)時(shí)注意問題 .43 5.4 盾構(gòu)始發(fā)常見問題的預(yù)防或處理.43 5.4.1 加固效果不好 .43 5.4.2 開洞門時(shí)失穩(wěn) .43 5.4.3 始發(fā)后盾構(gòu)機(jī)“叩頭” .43 5.4.4 密封效果不好 .44 5.4.5 盾尾失圓 .44 5.4.6 支撐系統(tǒng)失穩(wěn) .44 5.4.7 地面沉降較大 .44 5.5 盾構(gòu)接收的工藝流程.44 5.6 盾構(gòu)接收的施工技術(shù).45 5.6.1 盾構(gòu)接收前準(zhǔn)備工作 .45 5.6.2 接收洞門鋼環(huán)復(fù)測.45 5.6.3 接收段掘進(jìn)控制.46 5.6.4 同步注漿及二次注漿.47 5.6.5 管片拼裝及加固.48 5.6.6 托架安裝及洞門鑿除.48 5.6.7 洞門防水裝置的安裝.49 5.7 盾構(gòu)接收常見問題的預(yù)防或處理.49 5.7.1 盾構(gòu)機(jī)出洞前無法降壓處理 .49 5.7.2 破洞門過程中出現(xiàn)滲漏處理 .49 5.7.3 洞門圈漏水涌泥處理 .49 第六章第六章 渣土改良渣土改良 6.1 盾構(gòu)機(jī)具有的渣土改良設(shè)備.50 6.2 不同地層渣土改良劑的選擇.50 6.3 渣土改良試驗(yàn).51 6.3 施工中遇到的問題及處理措施.52 第七章第七章 同步注漿同步注漿 7.1 同步注漿目的及原理.54 7.2 同步注漿工藝流程.54 7.3 注漿設(shè)備.55 7.4 注漿材料和配合比的選擇.55 7.4.1 注漿材料應(yīng)具備的基本性能.55 7.4.2 注漿材料.56 7.4.3 漿液主要物理力學(xué)指標(biāo).56 7.4.4 漿液配合比.56 7.5 同步注漿主要技術(shù)參數(shù)的確定.56 7.5.1 注漿量的計(jì)算.57 7.5.2 注漿壓力的確定.57 7.5.3 注漿量和注漿壓力的控制.57 7.6 注漿質(zhì)量控制.58 7.6.1 漿液攪拌.58 7.6.2 漿液運(yùn)輸及注入.58 7.7 同步注漿質(zhì)量保證措施.58 第八章第八章 開倉換刀開倉換刀 8.1 開倉位置選擇.60 8.2 地面加固施工措施.61 8.2.1 下行線開倉地面加固施工措施.61 8.2.2 上行線開倉地面加固施工措施.64 8.3 帶壓開倉施工流程.65 8.3.1 壓力設(shè)定 .65 8.4 作業(yè)前的準(zhǔn)備工作.66 8.4.1 人員的安排.66 8.5.2 工期安排.66 8.5.3 機(jī)電系統(tǒng)準(zhǔn)備.66 8.4.4 土工系統(tǒng)的準(zhǔn)備.67 8.5.5 盾構(gòu)到達(dá)預(yù)定換刀位置.67 8.5 帶壓作業(yè)過程 .68 8.5.1 進(jìn)倉前壓力試驗(yàn) .68 8.5.2 帶壓進(jìn)倉 .68 8.5.3 土倉作業(yè) .69 8.6 恢復(fù)正常掘進(jìn).69 盾構(gòu)施工技術(shù)總結(jié) 第一章第一章 盾構(gòu)施工概況盾構(gòu)施工概況 1.11.1 盾構(gòu)法基本概念盾構(gòu)法基本概念 盾構(gòu)法是在地面下暗挖隧道的一種施工方法。構(gòu)成盾構(gòu)法施工的主要內(nèi)容是：先在 隧道某段的一端建造豎井或基坑，以供盾構(gòu)安裝就位。盾構(gòu)從豎井或基坑的墻壁開孔處 出發(fā)，在地層中沿著設(shè)計(jì)軸線，向另一豎井或基坑的設(shè)計(jì)孔洞推進(jìn)。盾構(gòu)推進(jìn)中所受到 的地層阻力，通過盾構(gòu)千斤頂傳至盾構(gòu)尾部已拼裝的預(yù)制隧道襯砌結(jié)構(gòu)，再傳到豎井或 基坑的后靠壁上，盾構(gòu)是這種施工方法中最主要的獨(dú)特的施工機(jī)具。它是一個能支承地 層壓力而又能在地層中推進(jìn)的圓形或矩形或馬蹄形等特殊形狀的鋼筒結(jié)構(gòu)，在鋼筒的前 面設(shè)置各種類型的支撐和開挖土體的裝置，在鋼筒中段周圈內(nèi)面安裝頂進(jìn)所需的千斤頂， 鋼筒尾部是具有一定空間的殼體，在盾尾內(nèi)可以拼裝一至二環(huán)預(yù)制的隧道襯砌環(huán)。盾構(gòu) 每推進(jìn)一環(huán)距離，就在盾尾支護(hù)下拼裝一環(huán)襯砌，并及時(shí)向緊靠盾尾后面的開挖坑道周 邊與襯砌環(huán)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(gòu)推進(jìn)過 程中不斷從開挖面排出適量的土方。盾構(gòu)法施工的概貌如圖 1-1 所示。 圖圖 1-11-1 盾構(gòu)施工概貌盾構(gòu)施工概貌 1盾構(gòu)；2盾構(gòu)千斤頂；3盾構(gòu)正面網(wǎng)格；4出土轉(zhuǎn)盤；5出土皮帶運(yùn)輸機(jī)；6管片拼裝機(jī)； 7管片；8壓漿泵；9壓漿孔；10出土機(jī)；11由管片組成的隧道襯砌結(jié)構(gòu)；12在盾尾空隙的 壓漿；13后盾管片；14豎井。 使用盾構(gòu)法，往往需要根據(jù)穿越土層的工程地質(zhì)水文地質(zhì)特點(diǎn)輔以其他施工技術(shù)措施。 主要有： 1疏干掘進(jìn)土層中地下水的措施； 2穩(wěn)定地層、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施； 3隧道襯砌的防水堵漏技術(shù)； 4配合施工的監(jiān)測技術(shù)； 5氣壓施工中的勞動防護(hù)措施； 6開挖土方的運(yùn)輸及處理方法等。 盾構(gòu)法是一種安全而有效的施工法，但不是萬能施工法。為此有必要充分掌握盾構(gòu) 施工法的特點(diǎn)。 1.21.2 盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn)和存在的不足盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn)和存在的不足 1.2.11.2.1 盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn)盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn) 1除豎井施工外，施工作業(yè)均在地下進(jìn)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。 2盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行，施工易于管理，施工人員也較 少，勞動強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高。 3土方量外運(yùn)較少。 4穿越河道時(shí)不影響航運(yùn)。 5施工不受風(fēng)雨等氣候條件影響。 6隧道的施工費(fèi)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(zhì)差水 位高的地方建設(shè)埋深較大的隧道，盾構(gòu)法有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。 7當(dāng)隧道穿過河底或其他建筑物時(shí)，不影響施工。 8 只要設(shè)法使盾構(gòu)的開挖面穩(wěn)定，則隧道越深、地基越差、土中影響施工的埋設(shè)物 等越多，與明挖法相比，經(jīng)濟(jì)上、施工、進(jìn)度上越有利。 1.2.21.2.2 盾構(gòu)法存在的不足盾構(gòu)法存在的不足 1當(dāng)隧道曲線半徑過小時(shí)，施工較為困難。 2在陸地建造隧道時(shí)，如隧道覆土太淺，開挖面穩(wěn)定甚為困難，甚至不能施工，而 在水下時(shí)，如覆土太淺則盾構(gòu)法施工不夠安全，要確保一定厚度的覆土。 3豎井中長期有噪聲和振動，要有解決的措施。 4盾構(gòu)施工中采用全氣壓方法以疏干和穩(wěn)定地層時(shí)，對勞動保護(hù)要求較高，施工條件 差。 5盾構(gòu)法隧道上方一定范圍內(nèi)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(yán)密的技術(shù)措施才能把沉陷限制在很小的限度內(nèi)，目前還不能完全防止以 盾構(gòu)正上方為中心土層的地表沉降。 6在飽和含水地層中，盾構(gòu)法施工所用的拼裝襯砌，對達(dá)到整體結(jié)構(gòu)防水性的技術(shù) 要求較高。 7用氣壓施工時(shí)，在周圍有發(fā)生缺氧和枯井的危險(xiǎn)，必須采取相應(yīng)的辦法。 1.31.3 盾構(gòu)的分類及適用條件盾構(gòu)的分類及適用條件 盾構(gòu)的的形式可以從各個方面進(jìn)行分類。 按手工和機(jī)械劃分為：手掘式，半機(jī)械式，機(jī)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。 1手掘式盾構(gòu)。手掘式盾構(gòu)是盾構(gòu)的基本形式，世界上仍有工程采用手掘式盾構(gòu)， 如圖 1-2 所示。按不同的地質(zhì)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(jù)開挖面土體自立性適當(dāng)分層開挖，隨挖土隨支撐。開挖士方量為全部隧道 排土量。這種盾構(gòu)便于觀察地層和清除障礙，易于糾偏，簡易價(jià)廉，但勞動強(qiáng)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。 這種盾構(gòu)由上而下進(jìn)行開挖，開挖時(shí)按順序調(diào)換正面支撐千斤頂，開挖出來的土從 下半部用皮帶運(yùn)輸機(jī)裝入出土車，采用這種盾構(gòu)的基本條件是：開挖面至少要在挖掘階 段無坍塌現(xiàn)象，因?yàn)橥诰虻貙訒r(shí)盾構(gòu)前方是敞開的。 手掘式盾構(gòu)的適用地層：手掘式盾構(gòu)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(yīng)于復(fù)雜的地層，迄今為止施工實(shí)例也最多，該形式的盾 構(gòu)在開挖面出現(xiàn)障礙物時(shí)，由于正面是敞開的，所以也較易排除。由于這種盾構(gòu)造價(jià)低 廉，發(fā)生故障也少，因此是最為經(jīng)濟(jì)的盾構(gòu)。在開挖面自立性差的地層中施工時(shí)，它可 與氣壓、降水、化學(xué)注漿等穩(wěn)定地層的輔助施工法同時(shí)使用。 圖圖 1-21-2 手掘式盾構(gòu)手掘式盾構(gòu) 2擠壓式盾構(gòu)。當(dāng)敞開式盾構(gòu)在地質(zhì)條件很差的粉砂土質(zhì)地層、粘土層中施工時(shí)， 土就會從開挖面流入盾構(gòu)、引起開挖面坍塌，因而不能繼續(xù)開挖，這時(shí)應(yīng)在盾構(gòu)的前面 設(shè)置胸板來密閉前方，同時(shí)在腳板上開出土用的小孔，這種形式的盾構(gòu)就叫擠壓式盾構(gòu) (見圖 1-3)。盾構(gòu)在擠壓推進(jìn)時(shí)，土體就會從出土孔如同膏狀物從管口擠出那樣，擠入盾 構(gòu)。根據(jù)推進(jìn)速度來確定開口率。當(dāng)開口率過大時(shí)，出土量增加，會引起周圍地層的沉 降；反之，就會增大盾構(gòu)的切入阻力，使地面隆起。采用擠壓盾構(gòu)時(shí)，對一定的地質(zhì)條 件設(shè)置一定的開口率、控制出土量是非常重要的。 擠壓盾構(gòu)是將手掘式盾構(gòu)胸板封閉，以擋住正面土體。這種盾構(gòu)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(gòu)全擠壓向前推進(jìn)時(shí)，封閉全部胸板，不需 出土，但要引起相當(dāng)大的地表變形。當(dāng)采用局部擠壓式盾構(gòu)，要部分打開胸板，將需要 排出的土體從開口處擠入盾構(gòu)內(nèi)，然后裝車外運(yùn)，這種盾構(gòu)施工，地表變形也較大。 擠壓式盾構(gòu)適用地層:擠壓式盾構(gòu)的適用范圍取決于地層的物理力學(xué)性能。它是按含 砂率內(nèi)聚力、液性指數(shù)內(nèi)聚力的關(guān)系來確定其適用范圍。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)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(jù)迄今為止的施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)土體含 砂率在 20%以下、液性指數(shù)在 60%以上、內(nèi)聚力在 0.5kg/cm2以下時(shí)，盾構(gòu)的開口率一般 為 20.8%，在極軟弱的地層中，開口率也有小到的 0.3%。在擠壓式盾構(gòu)的施工區(qū)間內(nèi) 如遇有為了建筑物或地層加固而進(jìn)行過化學(xué)注漿的地基時(shí)，將會影響擠壓盾構(gòu)的推進(jìn)， 因此應(yīng)預(yù)先考慮到把盾構(gòu)胸板做成可拆卸的形式。 圖圖 1-31-3 擠壓盾構(gòu)擠壓盾構(gòu) 3網(wǎng)格式盾構(gòu)，在上海軟土層中常常被采用。它具有的特點(diǎn)是，進(jìn)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(zhì)，盾構(gòu)正面裝鋼板網(wǎng)格，在推進(jìn)中可以切 土，而在停止推進(jìn)時(shí)可起穩(wěn)定開挖面的作用。切入的土體可用轉(zhuǎn)盤、皮帶運(yùn)輸機(jī)、礦車 或水力機(jī)械運(yùn)出，如圖 1-4 所示。這種盾構(gòu)法如在土質(zhì)較適當(dāng)?shù)牡貙又芯氖┕?，地?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。 圖圖 1-4 網(wǎng)格式盾構(gòu)網(wǎng)格式盾構(gòu) 1盾構(gòu)千斤頂（推進(jìn)盾構(gòu)用） ；2開挖面支撐千斤頂；3舉重臂（拼裝裝配式鋼筋混凝土襯砌用） ； 4堆土平臺（盾構(gòu)下部土塊由轉(zhuǎn)盤提升后落入堆土平臺） ；5刮板運(yùn)輸機(jī)，土塊由堆土平臺進(jìn)入后輸 出；6裝配式鋼筋混凝土襯砌；7盾構(gòu)鋼殼；8開挖面鋼網(wǎng)格；9轉(zhuǎn)盤；10裝土車。 4半機(jī)械式盾構(gòu)。半機(jī)械式盾構(gòu)是如圖 1-5 所示。半機(jī)械式盾構(gòu)是介于手掘式和機(jī) 械式盾構(gòu)之間的一種形式，它更接近于手掘式盾構(gòu)。它是在敞開式盾構(gòu)的基礎(chǔ)上安裝機(jī) 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(diǎn)。 機(jī)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(gòu)相同，裝有活動前檐、正面支撐千斤頂?shù)取?盾構(gòu)的機(jī)械裝備有如下形式： 盾構(gòu)工作面下半部分裝有鏟斗、切割頭等。 盾構(gòu)工作面上半部分裝有鏟斗、下半部分裝有切割頭。 盾構(gòu)中心裝有切割頭。 盾構(gòu)中心裝有鏟斗。 形式：盾構(gòu)工作面上半部裝有正面支撐千斤頂和作業(yè)平臺，上半部工作面由人工 挖掘，挖掘的土、砂落到下半部分，下半部分由鏟斗和裝載機(jī)進(jìn)行挖掘和出土。 形式：盾構(gòu)的上半部工作面由鏟斗或者裝載機(jī)挖掘，下半部工作面由切割頭或鏟 斗進(jìn)行挖掘和出土。 形式：由切割頭進(jìn)行挖掘和出土。 形式：由鏟斗式挖掘機(jī)進(jìn)行挖掘和出土。 半機(jī)械盾構(gòu)的適用地層：半機(jī)械式盾構(gòu)比手掘式盾構(gòu)更適用于良好地層。形式 適用 于開挖面需作支撐的地層，形式適用于能自立的地層。形式大多適用于亞粘土與 砂礫的夾層。形式大多適用于固結(jié)粘上層、硬質(zhì)砂土層。形式大多適用于粘土和砂礫 混合層。 圖圖 1-5 半機(jī)械式盾構(gòu)半機(jī)械式盾構(gòu) 5開胸機(jī)械切削盾構(gòu)。當(dāng)?shù)貙幽軌蜃粤?，或采用輔助措施后能夠自立時(shí)，在盾構(gòu)的 切口部分，安裝與盾構(gòu)直徑相適應(yīng)的大刀盤，以進(jìn)行全斷面開胸機(jī)械切削開挖，如圖 1-6 所示。機(jī)械式盾構(gòu)是一種采用緊貼著開挖面的旋轉(zhuǎn)刀盤進(jìn)行全斷面開挖的盾構(gòu)。它具有 可連續(xù)不斷地挖掘土層的功能。能一邊出土、一邊推進(jìn)，連續(xù)不斷地進(jìn)行作業(yè)。 機(jī)械式盾構(gòu)的切削機(jī)構(gòu)采用最多的是大刀盤形式，它有單軸式、雙重轉(zhuǎn)動式、多軸式 數(shù)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(zhuǎn)動，由刀頭切削 下來的土從槽口進(jìn)入設(shè)在外圈的轉(zhuǎn)盤中，再由轉(zhuǎn)盤提升到漏土斗中，然后由傳送帶把土送 入出土車。 機(jī)械式盾構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)除了能改善作業(yè)環(huán)境、省力外，還能顯著提高推進(jìn)速度，縮短工 期。問題是盾構(gòu)的造價(jià)高，為了提高工作效率而帶來的后續(xù)設(shè)備多，基地面積大等。因 此若隧道長度短時(shí)，就不夠經(jīng)濟(jì)。與手掘式盾構(gòu)相比，在曲率半徑小的情況下施工以及 盾構(gòu)糾偏都比較困難。 機(jī)械式盾構(gòu)適用地層：機(jī)械式盾構(gòu)可在極易坍塌的地層中施工，因?yàn)槎軜?gòu)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(shí)，切削下來的土易粘附 在轉(zhuǎn)盤內(nèi)，壓密后會造成出土困難。因此機(jī)械式盾構(gòu)大多適用于地質(zhì)變化少的砂性土地 層。 圖圖 1-6 開胸式機(jī)械切削式盾構(gòu)開胸式機(jī)械切削式盾構(gòu) 7 局部氣壓盾構(gòu)。在機(jī)械盾構(gòu)的支承環(huán)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(nèi)充滿壓縮空氣，達(dá)到穩(wěn)定開挖面土體的作用。這樣隧道施工人員 就不處在氣壓內(nèi)工作。在適當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件下，對比全氣壓盾構(gòu)，無疑有較大優(yōu)越性。但這 種盾構(gòu)在密封艙、盾尾及管片接縫處易產(chǎn)生漏氣問題，如圖 1-7 所示。 圖圖 1-7 局部氣壓式盾構(gòu)局部氣壓式盾構(gòu) 7泥水加壓式盾構(gòu)。泥水加壓式盾構(gòu)是在盾構(gòu)正面與支承環(huán)前面裝置隔板的密封艙 中，注入適當(dāng)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(jìn)土與泥 水混合后，用排泥泵及管道輸送至地面處理（見圖 1-8） 圖圖 1-81-8 泥水加壓式盾構(gòu)泥水加壓式盾構(gòu) (a)德國式德國式 (b)日本式日本式 具體地講，泥水加壓盾構(gòu)就是在機(jī)械式盾構(gòu)大刀盤的后方設(shè)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(jī)構(gòu)，保證開挖面土體的穩(wěn)定。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)開挖下來的土就進(jìn)入泥水室。由攪拌裝置進(jìn) 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(jìn)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(huán)泥水加壓盾構(gòu)在其內(nèi)部不能直接觀察到開 挖面，因此要求盾構(gòu)從推進(jìn)、排泥到泥水處理全部按系統(tǒng)化作業(yè)。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(yè)過程均由中央控制臺綜合管理。泥 水加壓盾構(gòu)是利用了泥水的特性對開挖面起穩(wěn)定作用的，泥水同時(shí)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(chǎn)生有效的壓力。 （3）加壓泥水可滲透到地層的某一區(qū)域，使得該區(qū)域內(nèi)的開挖面穩(wěn)定。 就泥水的特性而言，濃度和密度越高，開挖面的穩(wěn)定性越好，而濃度和密度越低泥 水輸送時(shí)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(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值如下： （1）容重：1.051.25（g/cm3）粘土、膨潤土等。 （2）粘度：2040（s） ，漏斗粘度 500/500ml。 （3）脫水量：Q200ml， （APL 過濾試驗(yàn) 3kgcm2,30min） 。 泥水加壓盾構(gòu)有日本體系及德國體系，如圖 8 所示。兩者區(qū)別是：德國式的密封艙 中設(shè)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(gòu)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(gòu)對地層擾 動最小，地面沉降也最小，但費(fèi)用最高。 泥水盾構(gòu)適用地層：泥水加壓盾構(gòu)最初是在沖積粘土和洪積砂土交錯出現(xiàn)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(zhì)土層、松動的砂土層、砂 礫層、卵石砂礫層、砂礫和堅(jiān)硬土的互層等均運(yùn)用。泥水加壓盾構(gòu)對地層的適用范圍之 廣。但是在松動的卵石層和堅(jiān)硬土層中采用泥水加壓盾構(gòu)施工，會產(chǎn)生逸水現(xiàn)象，因此 在泥水中應(yīng)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(shí)，也有可能失敗。 還有在堅(jiān)硬的土層中開挖時(shí)，不僅土的微粒會使泥水質(zhì)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(yīng)該予以注意。 泥水加壓盾構(gòu)的適用性： （1）細(xì)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 20030Omm 的粗礫石。 （5）滲透系數(shù) K s 屬中長桿；s 屬短粗桿。 L：桿件長度；i：截面慣性半徑，i=0.461 =L/i =0.7 8.7/0.461=13.21s=61.4（長度系數(shù) 取 0.7） 所以，此 500 鋼管支撐屬短粗桿，桿件穩(wěn)定性滿足要求。 5）反力架底座型鋼焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算 取角焊縫的有效高度8mm，焊縫長度1m 時(shí)，其抗剪力為=160N /m2=1280kN。而實(shí)際圖中 反力架底座的鋼板長度為1.2m，500 鋼管斜剖面長度為3.2m。因此焊接500 鋼管四邊焊 縫長度為3.2m 其最大可受力4096kN。600 鋼管與預(yù)埋鋼板焊接點(diǎn)最大水平推力為 2527kN， 安全系數(shù)達(dá)到4096kN/2527kN=1.62。所以后靠底座支撐滿底座最大受力為 2527kN 足要求。 由以上分析可知，本盾構(gòu)機(jī)反力架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足使用要求，盾構(gòu)機(jī)反力架結(jié)構(gòu)的設(shè) 計(jì)具有一定的實(shí)用性，對今后同類地鐵盾構(gòu)的施工具有較大的指導(dǎo)作用。 5.2.35.2.3 始發(fā)基座安裝與受力驗(yàn)算始發(fā)基座安裝與受力驗(yàn)算 1、始發(fā)基座安裝 盾構(gòu)機(jī)組裝前，依據(jù)隧道設(shè)計(jì)軸線與洞口定出盾構(gòu)出洞姿態(tài)的空間位置，然后反推 出始發(fā)基座的空間位置。始發(fā)基座的安裝注意始發(fā)、到達(dá)段所處的線路平、縱面條件。 由于始發(fā)基座在盾構(gòu)始發(fā)時(shí)要承受縱向、橫向的推力以及約束盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)的扭矩，所以在 盾構(gòu)始發(fā)前，必須對始發(fā)基座兩側(cè)與盾構(gòu)井預(yù)埋件及鋼支撐進(jìn)行連接固定，加固的方式 見圖 5-4 盾構(gòu)始發(fā)基座加固示意圖。考慮到盾構(gòu)機(jī)可能叩頭的影響，始發(fā)基座的安裝高 程可根據(jù)端頭地質(zhì)情況進(jìn)行適當(dāng)抬高 1020mm。盾構(gòu)始發(fā)基座具有足夠的 剛度和強(qiáng)度，導(dǎo)軌必須順直。 圖圖 5-45-4 盾構(gòu)始發(fā)基座加固示意圖盾構(gòu)始發(fā)基座加固示意圖 2、負(fù)環(huán)管片安裝 負(fù)環(huán)管片包括負(fù)環(huán)鋼管片和負(fù)環(huán)砼管片。負(fù)環(huán)鋼管片為 350mm 厚，內(nèi)徑為 5640mm， 外徑為 6340mm 的鋼制圓環(huán)，負(fù)環(huán)鋼管片起到連接負(fù)環(huán)砼管片和反力架的作用。 在拼裝第一環(huán)負(fù)環(huán)管片時(shí)，在盾尾管片拼裝區(qū) 180范圍內(nèi)用木條填墊盾尾內(nèi)側(cè)與管 片間的間隙，見圖 5-5 負(fù)環(huán)管片定位示意圖。 圖圖 5-55-5 負(fù)環(huán)管片定位示意圖負(fù)環(huán)管片定位示意圖 在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)拼裝好整環(huán)后利用盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)千斤頂將管片緩慢推出盾尾，此時(shí)利用門 吊將拼裝好的整環(huán)鋼管片吊至盾尾，并將鋼管片同推出盾尾的負(fù)環(huán)管片用螺栓連接。為 了避免負(fù)環(huán)管片全部推出盾尾后下沉，在始發(fā)基座導(dǎo)軌上點(diǎn)焊圓鋼，以填充始發(fā)支座軌 道與管片外側(cè)的空隙，使圓鋼將負(fù)環(huán)管片托起。第二環(huán)負(fù)環(huán)以后管片將按照正常的安裝 方式進(jìn)行安裝。 隨著負(fù)環(huán)管片的拼裝負(fù)環(huán)鋼管片將靠在反力架上， 負(fù)環(huán)鋼管片同反力架采用焊接的形式連接牢固。隨著負(fù) 環(huán)的進(jìn)一步拼裝，盾構(gòu)機(jī)快速地通過洞門進(jìn)行始發(fā)掘進(jìn) 施工。 始發(fā)基座、導(dǎo)軌和管片安裝后的示意圖見圖 5-6。 位位位位 位位位位位位 位位位位 圖圖 5-65-6 始發(fā)基座、導(dǎo)軌和管片安裝后示意圖始發(fā)基座、導(dǎo)軌和管片安裝后示意圖 3、始發(fā)基座的安裝要點(diǎn) 1）始發(fā)基座為整體式，自重 12T，由于吊裝距離較遠(yuǎn)，達(dá)到 11 米，為安全起見，采 用 80T 吊車吊入井內(nèi)。 2）保證基座的加工尺寸精度，特別是軌面與地面的高度和軌面之間的距離。保證精 度為5mm，兩條軌道之間的平行度精度為3mm。 3）前期預(yù)埋鋼板標(biāo)高調(diào)整精度為5mm。 4）基座安裝軸線精度水平偏差：5mm，高度偏差：0mm-10mm。 5）基座固定焊接必須采用自然冷卻，嚴(yán)禁用水冷卻。 4、始發(fā)基座受力驗(yàn)算 本工程所用盾構(gòu)機(jī)主體總重約為286T，根據(jù)各個部位的重量，將盾構(gòu)機(jī)分為三段， 第一段為刀盤和前盾，第二段為中盾和螺旋機(jī)，第三段為尾盾和拼裝機(jī)。各段在基座上 接觸面的長度和重量分別為： 第一段：Lh3.4m，Gn1420kN；第二段：Lm2.2m，Gm1020kN； 第三段：Le3.5mm，Ge420kN 簡圖 5-7 如下： 圖圖 5-75-7 始發(fā)架受力簡圖始發(fā)架受力簡圖 Ph=1420/3.4=417.6 kN/m Ph cos30=361.6 kN/m Pm=1020/2.2=463.6 kN/m Pm cos30=401.5 kN/m Pe=420/3.5=120 kN/m Pe cos30=103.9 kN/m 基座簡化為多跨等跨連續(xù)梁 按照配對最不利的情況考慮，受力圖簡化如5-8。 q=401.5 kN/m 圖圖 5-85-8 始發(fā)架受力簡化圖始發(fā)架受力簡化圖 最大彎矩：MBmax=1/8ql2=45.3kNm 最大剪力：QBmax=0.625ql=238.4kN 最大支反力：Fmax=2QBmax=476.8kN 橫梁采用20mm厚鋼板組合，簡化為H型鋼計(jì)算，承受剪應(yīng)力和拉壓應(yīng)力，鋼軌焊接在 橫梁上，如下圖所示5-9 拉彎Wx=1704cm3 截面S=158cm2 腰厚: d=2cm =205MPa =120Mpa 剪應(yīng)力： 1 =Q/S=238.4/158=1.5kN/cm2=15MPa 拉壓應(yīng)力： =MBmax/Wx=45300/1704=26.6MPa 所以：橫梁的抗彎和抗剪強(qiáng)度滿足要求 腹板的抗壓校核 圖圖 5-95-9 H H 型鋼受力簡圖型鋼受力簡圖 2 =F/S 腰=476.8/（2x29）=8.22kN/cm2=82.2MPa 所以：腹板的抗壓強(qiáng)度滿足要求 支撐梁（底梁）的強(qiáng)度校核 3 支撐架選用 300 H 型鋼 截面面積：S=120.4cm2 抗彎模量：W=451cm3 基座底部工字鋼梁的最大拉應(yīng)力： =F/S=238.4/120.4=19.8MPA 最大壓應(yīng)力 =F/S=476.8/120.4=39.6MPa95%，即固結(jié)收縮率5%。 （4）漿液稠度：8 12cm。 7.4.47.4.4 漿液配合比漿液配合比 為保證漿液質(zhì)量，施工中應(yīng)根據(jù)始發(fā)時(shí)地層的實(shí)際情況選擇漿液配合比，特別是和 易性適宜的漿液，達(dá)到易于壓送、不離析、不沉淀、不堵管。在施工中根據(jù)地層條件、 地下水情況及周邊條件等，通過現(xiàn)場試驗(yàn)優(yōu)化確定。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本標(biāo)段工程同步注漿采用單液水泥砂漿填充管片外環(huán)形間隙，初步擬采 用如表 1 所示的漿液配比（根據(jù)始發(fā)時(shí)的實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整） 。 表表 7-17-1 同步注漿材料配合比同步注漿材料配合比 摻和料外加劑 材料種類水泥砂子水 粉煤灰膨潤土膨脹劑 每 m3 用量(kg) 158739485342500 同步注漿漿液凝固時(shí)間為 6-10h。 7.57.5 同步注漿主要技術(shù)參數(shù)的確定同步注漿主要技術(shù)參數(shù)的確定 7.5.17.5.1 注漿量的計(jì)算注漿量的計(jì)算 背后襯砌注漿量 Q，通?？砂聪率焦浪悖篞=V 式中，V理論空隙量， 注入率。 人天區(qū)間采用的加泥式土壓平衡盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑 6.28m，而預(yù)制鋼筋混凝土管片外徑 為 6.0m，則理論上每掘進(jìn)一環(huán)，盾構(gòu)掘削土體形成的空間與管片外壁之間的空隙的理論 體積為： V=（6.282-62）1.2/4=3.24m3。 注入率 的主要影響因素包括注入壓力決定的壓密系數(shù) 1、土質(zhì)系數(shù) 2、施工損耗系數(shù) 3 和超挖系數(shù) 4。 則 =1+2+3+4 +1 每環(huán)實(shí)際注漿量可根據(jù)地層和施工損耗等情況選取相應(yīng)的注入率。 7.5.27.5.2 注漿壓力的確定注漿壓力的確定 注漿壓力是指注入孔附近的壓力，而不是泵的噴射壓力。注漿壓力應(yīng)綜合覆蓋土的 厚度、地下水的壓力及管片的強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)定。但應(yīng)注意以下問題： （1）不大于盾尾密封壓力的警戒值 （2）不大于管片能承受的最大壓力 （3）根據(jù)管片脫出盾尾后位移情況進(jìn)行及時(shí)調(diào)整 （4）根據(jù)地表建筑物沉降情況進(jìn)行及時(shí)調(diào)整 7.5.37.5.3 注漿量和注漿壓力的控制注漿量和注漿壓力的控制 背后注漿的注入量受漿液向土體中的滲透、泄露損失（漿液流到注入?yún)^(qū)域之外） 、小 曲率半徑施工、超挖、背后注漿所用漿液的種類等多種因素的影響。雖然這些因素的影 響程度目前尚在探索，但控制注入量多少的基本原則是不變的，即要保證有足夠的漿液 能很好的填充管片與地層之間的空隙。 一般每環(huán)漿液注入量為 67m3，施工中如果發(fā)現(xiàn)注入量持續(xù)增多時(shí)，必須檢查超挖、 漏失等因素。而注入量低于預(yù)定注入量時(shí)，可以考慮是注入漿液的配比、注入時(shí)期、盾 構(gòu)推進(jìn)速度過快或出現(xiàn)故障所致，必須認(rèn)真檢查采取相應(yīng)的措施，一般可采取加大注漿 壓力或在盾構(gòu)掘進(jìn)后進(jìn)行二次注漿。 注入壓力要考慮不同地層的多種情況，注入壓力一般是 24Bar，由于考慮在砂質(zhì)或 砂卵石地層中漿液的擴(kuò)散，所以注入壓力要比在其它地層中的注入壓力小一些。 在背后注漿施工中，為控制注漿效果和質(zhì)量，應(yīng)對注入壓力和注入量這兩個參數(shù)進(jìn) 行嚴(yán)格控制，我們采取的是以設(shè)定注入壓力為主，兼顧注入量的方法。 7.67.6 注漿質(zhì)量控制注漿質(zhì)量控制 7.6.17.6.1 漿液攪拌漿液攪拌 制漿時(shí)的注意事項(xiàng)： 1）對于制漿材料要把好質(zhì)量關(guān)，選用供貨質(zhì)量穩(wěn)定的供貨商。拌制漿液時(shí)，不能使 用固結(jié)成塊的黃泥粉和膨潤土，砂料應(yīng)是粒徑 24mm 的細(xì)砂，含泥量不能超過標(biāo)準(zhǔn)，不 得混有雜物和大粒徑石子； 2）漿液攪拌要充分，拌和要連續(xù)，不能間斷； 3）定期檢查計(jì)量系統(tǒng)，保證按配比生產(chǎn)漿液； 4）根據(jù)拌制的第一罐漿液的性能指標(biāo)，合理調(diào)整各骨料和水的加量，保證漿液的性 能最終滿足要求； 5）按規(guī)定對設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)，使設(shè)備經(jīng)常處于良好的工作狀態(tài)。冬季施工， 要對漿液攪拌站的關(guān)鍵部位做好保溫工作。 6）縮短供貨周期，盡量縮短原料在施工現(xiàn)場的存放時(shí)間，減少材料的板結(jié)現(xiàn)象。如 用含水量較大的細(xì)砂，應(yīng)相應(yīng)地調(diào)節(jié)水的加量。 7.6.27.6.2 漿液運(yùn)輸及注入漿液運(yùn)輸及注入 漿液運(yùn)輸及注入過程中的注意事項(xiàng) 1）若漿液運(yùn)輸距離較長，直接泵送至盾構(gòu)機(jī)漿液罐內(nèi)容易發(fā)生堵管現(xiàn)象，應(yīng)采用漿 液罐車運(yùn)輸，縮短泵送距離，減少堵管現(xiàn)象的發(fā)生； 2）在漿液站向罐車內(nèi)泵送漿液的過程中，應(yīng)保證罐車在連續(xù)攪拌，防止?jié){液離析； 漿液運(yùn)送到后配臺車后，應(yīng)及時(shí)泵入到儲漿罐中，由儲漿罐繼續(xù)進(jìn)行攪拌； 3）罐車泵送完漿液后，及時(shí)進(jìn)行清洗； 4）檢查從注入孔到泵的輸漿管接頭的好壞； 5）注意觀察注入壓力、注入量； 6）定期清理注漿管及注漿孔。 7.77.7 同步注漿質(zhì)量保證措施同步注漿質(zhì)量保證措施 1）在開工前制定詳細(xì)的注漿作業(yè)指導(dǎo)書，并進(jìn)行詳細(xì)的漿材配比試驗(yàn)，選定合適的 注漿材料及漿液配比。 2）制訂詳細(xì)的注漿施工設(shè)計(jì)和工藝流程及注漿質(zhì)量控制程序，嚴(yán)格按要求實(shí)施注漿、 檢查、記錄、分析，及時(shí)做出 PQt 曲線，分析注漿速度與掘進(jìn)速度的關(guān)系，評價(jià)注 漿效果，反饋指導(dǎo)下次注漿。 3）成立專業(yè)注漿作業(yè)組，由富有經(jīng)驗(yàn)的注漿工程師負(fù)責(zé)現(xiàn)場注漿技術(shù)和管理工作。 4）根據(jù)洞內(nèi)管片襯砌變形和地面及周圍建筑物變形監(jiān)測結(jié)果，及時(shí)進(jìn)行信息反饋， 修正注漿參數(shù)和施工工藝，發(fā)現(xiàn)情況及時(shí)解決。 5）做好注漿設(shè)備的維修保養(yǎng)和注漿材料供應(yīng)，定時(shí)對注漿管路及設(shè)備進(jìn)行清洗, 保 證注漿作業(yè)順利連續(xù)不中斷進(jìn)行。 6）環(huán)形間隙充填不夠、結(jié)構(gòu)與地層變形不能得到有效控制、變形危及地面建筑物安 全或存在地下水滲漏區(qū)段，必要時(shí)通過吊裝孔對管片背后進(jìn)行補(bǔ)充注漿，以增加注漿層 的密實(shí)性并提高防水效果。 7）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值推斷，盾構(gòu)單線推進(jìn)對地表影響主區(qū)域?yàn)檩S線兩側(cè) 7m 范圍內(nèi), 約為 洞徑的 2.2 倍；整個影響區(qū)域?yàn)檩S線兩側(cè) 20m 內(nèi)，大約為洞徑的 6.2 倍。因此應(yīng)對上述 軸線兩側(cè)范圍加強(qiáng)監(jiān)控。 第八章第八章 開倉換刀開倉換刀 8.18.1 開倉位置選擇開倉位置選擇 南昌地鐵 1 號線長蛟區(qū)間下行線開倉位置選取在 182 環(huán)至 188 環(huán)（里程 XK4247.425XK4240.575）的位置，采用加固后氣壓開倉的方式進(jìn)行。加固采用三軸攪 拌樁進(jìn)行加固且加固范圍為 10.45m6.85m（見下圖） ，刀盤切口停機(jī)選在里程 XK4+242.575，850600 三軸攪拌樁樁底均控制在入巖 1m，地面標(biāo)高為+19.52m，樁底底 標(biāo)高為-1.0m；水泥攪拌樁樁頂標(biāo)高控制在+6.5m，加固樁長 7.5m。 圖圖 8-18-1 下行線開倉位置及加固平面示意圖下行線開倉位置及加固平面示意圖 南昌地鐵 1 號線長蛟區(qū)間上行線盾構(gòu)機(jī)停機(jī)位置切口里程 SK4+201.92（切口里程 對應(yīng)環(huán)號 220）中心埋深 20.1m，處 29下坡，主要處于圓礫、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂 巖土層中，圓礫層厚 1.5m，強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖厚度 0.3m，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖厚度 4.2m， 距離預(yù)定開倉換刀位置（切口里程 SK4+198，對應(yīng)環(huán)號 223）只有 3.92m，預(yù)定開倉位置 的地層與目前停機(jī)位置所處地層基本相同。盾構(gòu)機(jī)開倉位置前方 225 環(huán)處有一鳳凰花園 西區(qū) J-02#為 11 層砼住宅樓，地基加固為夯擴(kuò)灌注樁，樁徑 0.5m，樁長約 13.85m，樁 底標(biāo)高 3.4m。隧道軸線豎向曲線為 29坡度。 圖圖 8-28-2 上行線開倉位置及加固平面示意圖上行線開倉位置及加固平面示意圖 8.28.2 地面加固施工措施地面加固施工措施 8.2.18.2.1 下行線開倉地面加固施工措施下行線開倉地面加固施工措施 （1）施工工藝 加固采用 850600 的三軸攪拌樁，水泥采用 42.5 級普通硅酸鹽水泥，水泥摻量不小 于 20%。加固后土體應(yīng)具有良好的均勻性、自立性、止水性，無側(cè)限抗壓