1、目錄第一章盾構(gòu)施工概況1.1 盾構(gòu)法基本概念 11.2 盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn)和存在的不足 21.2.1 盾構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn)21.2.2 盾構(gòu)法存在的不足21.3 盾構(gòu)的分類及適用條件 3第二章盾構(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) 122.1.1 盾構(gòu)的選型的原則 122.1.2 盾構(gòu)的選型的依據(jù) 122.2 盾構(gòu)選型的主要法 132.2.1 根據(jù)底層的滲透系數(shù)進(jìn)行選型 132.2.2 根據(jù)地層的顆粒級(jí)配進(jìn)行選型 142.2.3 根據(jù)地下水壓進(jìn)行選型 152.2.4 盾構(gòu)選型時(shí)必須考慮的特殊因素 152.3 盾構(gòu)選型的確定 16第三章盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的設(shè)定3.1 盾構(gòu)掘進(jìn)土壓的確定 183

2、.2 刀盤扭矩計(jì)算 18第四章刀具配置與地質(zhì)的適應(yīng)性4.1 刀具的分類 194.2 不同地質(zhì)條件下刀具的選擇 204.2.1 切削刀204.2.2 先行刀204.2.3 貝型刀 214.2.4 中心刀（魚尾刀、雙刃或三刃滾刀、錐形刀、中心羊角刀） 214.2.5 仿形刀（或超挖刀）224.2.6 滾刀234.2.7 齒刀244.3 刀具布置與配置244.3.1 刀具的布置244.3.2 刀具配置式254.3.3 刀具配置的其他注意事項(xiàng) 26第五章盾構(gòu)機(jī)始發(fā)與接收5.1 盾構(gòu)始發(fā)的工藝流程285.2 盾構(gòu)始發(fā)的施工技術(shù)285.2.1 始發(fā)洞門的地層處理和降水 285.2.2 反力架安裝與受力驗(yàn)算

3、295.2.3 始發(fā)基座安裝與受力驗(yàn)算325.2.4 始發(fā)洞門鑿除365.2.5 洞口密封止水裝置 365.2.6 盾構(gòu)的始發(fā)375.3 反力架、負(fù)環(huán)管力及基座的拆除 455.3.1 拆除流程455.3.2 拆除法 455.3.3 停機(jī)時(shí)注意問題455.4 盾構(gòu)始發(fā)常見問題的預(yù)防或處理465.4.1 加固效果不好 465.4.2 開洞門時(shí)失穩(wěn) 465.4.3 始發(fā)后盾構(gòu)機(jī)“叩頭” 465.4.4 密封效果不好 465.4.5 盾尾失圓465.4.6 支撐系統(tǒng)失穩(wěn) 475.4.7 地面沉降較大 475.5 盾構(gòu)接收的工藝流程475.6 盾構(gòu)接收的施工技術(shù)485.6.1 盾構(gòu)接收前準(zhǔn)備工作485.

4、6.2 接收洞門鋼環(huán)復(fù)測(cè)485.6.3 接收段掘進(jìn)控制495.6.4 同步注漿及二次注漿505.6.5 管片拼裝及加固505.6.6 托架安裝及洞門鑿除 515.6.7 洞門防水裝置的安裝 515.7 盾構(gòu)接收常見問題的預(yù)防或處理 515.7.1 盾構(gòu)機(jī)出洞前無(wú)法降壓處理 525.7.2 破洞門過(guò)程中出現(xiàn)滲漏處理 525.7.3 洞門圈漏水涌泥處理 52第六章渣土改良6.1 盾構(gòu)機(jī)具有的渣土改良設(shè)備 536.2 不同地層渣土改良劑的選擇 536.3 渣土改良試驗(yàn)546.4 施工中遇到的問題及處理措施 55第七章同步注漿7.1 同步注漿目的及原理577.2 同步注漿工藝流程577.3 注漿設(shè)備

5、587.4 注漿材料和配合比的選擇587.4.1 注漿材料應(yīng)具備的基本性能587.4.2 注漿材料 597.4.3 漿液主要物理力學(xué)指標(biāo)597.4.4 漿液配合比597.5 同步注漿主要技術(shù)參數(shù)的確定 607.5.1 注漿量的計(jì)算607.5.2 注漿壓力的確定607.5.3 注漿量和注漿壓力的控制607.6 注漿質(zhì)量控制 617.6.1 漿液攪拌 617.6.2 漿液運(yùn)輸及注入 617.7 同步注漿質(zhì)量保證措施 61第八章開倉(cāng)換刀8.1 開倉(cāng)位置選擇638.2 地面加固施工措施648.2.1 下行線開倉(cāng)地面加固施工措施 648.2.2 上行線開倉(cāng)地面加固施工措施 678.3 帶壓開倉(cāng)施工流程6

6、88.3.1 壓力設(shè)定688.4 作業(yè)前的準(zhǔn)備工作698.4.1 人員的安排698.5.2工期安排698.5.3機(jī)電系統(tǒng)準(zhǔn)備698.4.4 土工系統(tǒng)的準(zhǔn)備708.5.5盾構(gòu)到達(dá)預(yù)定換刀位置708.5 帶壓作業(yè)過(guò)程 718.5.1 進(jìn)倉(cāng)前壓力試驗(yàn) 718.5.2 帶壓進(jìn)倉(cāng) 718.5.3 土倉(cāng)作業(yè)728.6 恢復(fù)正常掘進(jìn)72盾構(gòu)施工技術(shù)總結(jié)第一章盾構(gòu)施工概況1.1 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法。構(gòu)成盾構(gòu)法施工的主要容是：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)洞推進(jìn)。盾構(gòu)推進(jìn)中所受到

7、的地層阻力，通 過(guò)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)是這種施工法中最主要的獨(dú)特的施工機(jī)具。它是一個(gè)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，在鋼筒中段圈面安裝頂進(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邊與襯砌環(huán)外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(guò)程中不斷從開挖面排出適量的土。盾構(gòu)法施 工的概貌如圖1-1所示。

8、圖1-1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；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(cè)技術(shù)；5 .氣壓施工中的勞動(dòng)防護(hù)措施；6 .開挖土的運(yùn)輸及處理法等。盾構(gòu)法是一種安全而有效的施工法，但不是萬(wàn)能施工法。為此有必要充分掌握盾構(gòu)施 工法的特點(diǎn)。1.2 盾

9、構(gòu)法的主要優(yōu)點(diǎn)和存在的不足1.2.1 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(dòng)引起的公害小，既不影響地面 交通，又可減少對(duì)附近居民的噪音和振動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高。3 . 土量外運(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(guò)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

10、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。1.2.2 盾構(gòu)法存在的不足1 .當(dāng)隧道曲線半徑過(guò)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(zhǎng)期有噪聲和振動(dòng)，要有解決的措施。4 .盾構(gòu)施工中采用全氣壓法以疏干和穩(wěn)定地層時(shí)，對(duì)勞動(dòng)保護(hù)要求較高，施工條件差。5 .盾構(gòu)法隧道上一定圍的地表沉陷尚難完全防止，特別在飽和含水松軟的土層中，要采取密的技術(shù)措施才能把沉陷限制在很小的限度，目前還不能完全防止以盾構(gòu)正上為中心 土層的地表沉降。6 .在飽

11、和含水地層中，盾構(gòu)法施工所用的拼裝襯砌，對(duì)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1.3 盾構(gòu)的分類及適用條件盾構(gòu)的的形式可以從各個(gè)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。以工作面擋土式劃分：敞開式，密閉式。以氣壓和泥水加壓式劃分：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

12、。開挖土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(jiǎn)易價(jià)廉，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，如遇 正面坍，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(lái)的士從下 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(wú) 坍塌現(xiàn)象，因?yàn)橥诰虻貙訒r(shí)盾構(gòu)前是敞開的。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

13、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1-2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(huì)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(lái)密閉前，同時(shí)在腳板上開出土用的小，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(huì)從出土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(lái)確定開口率。當(dāng)開口率過(guò)大時(shí)，出土量增加，會(huì)引起圍地層的沉降；反之，就會(huì)增大 盾構(gòu)的切入阻力，使地面隆起。采用擠壓盾構(gòu)時(shí)

14、，對(duì)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)，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)的適用圍取決于地層的物理力學(xué)性能。它是按含砂率 一聚力、液性指數(shù)一聚力的關(guān)系來(lái)確定其適用圍。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，聚力即使超出該圍，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

15、、液 性指數(shù)在60%以上、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)間如遇有為了建筑物或地層 加固而進(jìn)行過(guò)化學(xué)注漿的地基時(shí)，將會(huì)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。活動(dòng)帽排千斤頂中平臺(tái)動(dòng)力箱后平臺(tái)中間精進(jìn)上口千斤頂防偏轉(zhuǎn)板臺(tái)千斤頂可伸縮平臺(tái)瞥片進(jìn)土閘較 千斤頂下進(jìn)士口面構(gòu)千斤面,j上平臺(tái)圖1-3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

16、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┕ぃ乇沓两悼煽?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。0圖1-4 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(tái)（盾構(gòu)下部土塊由轉(zhuǎn)盤提升后落入堆土平臺(tái)）；5刮板運(yùn)輸機(jī)，土塊由堆土平臺(tái)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

17、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(dòng)，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(dòng)。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(dòng)前檐、正面支撐千斤頂?shù)取６軜?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(tái)，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

18、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1-5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ⅲ虿捎幂o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

19、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(dòng)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(dòng)，由刀頭切削下來(lái)的士從 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(lái)的后續(xù)設(shè)備多，基地面積大等。因此若隧 道長(zhǎng)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

20、，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(lái)的土易粘附在轉(zhuǎn) 盤，壓密后會(huì)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1-6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(gè)密封艙。在密封艙充滿壓縮空氣，達(dá)到穩(wěn)定開挖面土體的作用。這樣隧道施工人員就不 處在氣壓工作。在適當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件下，對(duì)比全氣壓盾構(gòu)，無(wú)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1-7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,

21、注入適當(dāng)壓力的泥漿來(lái)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1-8泥水加壓式盾構(gòu)(a)德國(guó)式 (b)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(guò)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(lái)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

22、按系統(tǒng)化作業(yè)。通過(guò)泥水壓力、泥水流量、泥水濃度等 的測(cè)定，算出開挖土量，全部作業(yè)過(guò)程均由中央控制臺(tái)綜合管理。泥水加壓盾構(gòu)是利用了 泥水的特性對(duì)開挖面起穩(wěn)定作用的，泥水同時(shí)具有下列三個(gè)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(rùn)土等。(2)粘度：20 40 (s

23、),漏斗粘度 500/500ml 。(3)脫水量：Q <200ml , (APL過(guò)濾試驗(yàn) 3kg/cm2,30min )。泥水加壓盾構(gòu)有日本體系及德國(guó)體系，如圖 8所示。兩者區(qū)別是：德國(guó)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(jiǎn)單；而日本式密封 艙中全是泥水，要有一套自動(dòng)控制泥水平衡的裝置。 一般地說(shuō)，泥水盾構(gòu)對(duì)地層擾動(dòng)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(cuò)出現(xiàn)的特殊地層 中使用，由于泥水對(duì)開挖面的作用明顯，因此軟弱的淤泥質(zhì)土層、松動(dòng)的砂土層、砂礫層、 卵砂礫層、砂礫和堅(jiān)硬土的互層等均運(yùn)用。泥水加

24、壓盾構(gòu)對(duì)地層的適用圍之廣。但是在松 動(dòng)的卵層和堅(jiān)硬土層中采用泥水加壓盾構(gòu)施工，會(huì)產(chǎn)生逸水現(xiàn)象，因此在泥水中應(yīng)加入一 些膠合劑來(lái)堵塞漏縫。在非常松散的卵層中開挖時(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(huì)使泥水質(zhì)量降低，而且粘土還常會(huì)粘附在刀盤和槽口上，給開挖 帶來(lái)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(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(wú)200300mm 的粗礫。(5)滲透系數(shù) K<10-2cm/so8. 土壓平衡式盾構(gòu)。土壓盾構(gòu)

25、又稱削土密閉式或泥土加壓式盾構(gòu)。它的前端有一個(gè) 全斷面切削刀盤，切削刀盤的后面有一個(gè)貯留切削土體的密封艙，在密封艙中心線下部裝 置長(zhǎng)筒形螺旋輸送機(jī)，輸送機(jī)一頭設(shè)有出入口，如圖 1-9所示。所謂土壓平衡就是密封艙 中切削下來(lái)的土體和泥水充滿密封艙，并可具有適當(dāng)壓力與開挖面土壓平衡，以減少對(duì)土 體的擾動(dòng)，控制地表沉降。這種盾構(gòu)可節(jié)省泥水盾構(gòu)中所必須的泥水平衡及泥水處理裝置 的大量費(fèi)用，主要適用于粘性土或有一定粘性的粉砂土。現(xiàn)已有加水或加泥水的新型土壓 平衡盾構(gòu)，可適用于多種土層。圖1-9 土壓平衡式盾構(gòu)土壓平衡式盾構(gòu)的基本原理，由刀盤切削土層，切削后的泥土進(jìn)入土腔(工作室)， 土腔的泥土與開挖面壓

26、力取得平衡的同時(shí)由土腔的螺旋輸送機(jī)出土，裝于排土口的排土裝 置在出土量與推進(jìn)量取得平衡的狀態(tài)下，進(jìn)行連續(xù)出土。土壓平衡式盾構(gòu)的產(chǎn)品名稱是各 不相同的，即使是相類似的盾構(gòu)，其名稱也因開挖面穩(wěn)定的法和各公司對(duì)排土機(jī)構(gòu)開發(fā)過(guò) 程的不同而各異。在使開挖面穩(wěn)定條件不同的盾構(gòu)中，把這種從土腔用螺旋輸送機(jī)出土的 盾構(gòu)與泥水加壓盾構(gòu)相區(qū)別。土壓平衡式盾構(gòu)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(wěn)定機(jī)構(gòu)：土壓平衡式盾構(gòu)的開挖面穩(wěn)定機(jī)構(gòu)， 按地質(zhì)條件可以分成二種型式, 一種是適用于摩擦角小且易流動(dòng)的淤泥、粘土等等的粘質(zhì)土層；另一種是適用于土的摩擦 角大、不易流動(dòng)、透水性大的

27、砂、砂礫等等的砂質(zhì)土層。(1)粘性土層中的開挖面穩(wěn)定機(jī)構(gòu)在粉質(zhì)粘土、粉砂、粉細(xì)砂等的粘性土層中，開挖面穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的排土式是：由刀盤 切削后的泥土先進(jìn)入土腔，在土腔的土壓與開挖面的土壓（在粘性土中，開挖面土壓與水 壓的混合、壓力作用）達(dá)到平衡的同時(shí)，由螺旋輸送機(jī)把開挖的泥土送往后部，再?gòu)某鐾?閘門口出土。這種機(jī)構(gòu)首先是由挖掘的泥土充滿土腔，在軟弱的粘性土地層中，由刀盤切 削后的泥土強(qiáng)度一般都比原狀土的強(qiáng)度低，因而易流動(dòng)。即使是在聚力很高的土層中，也 由于刀盤的攪拌作用和螺旋輸送機(jī)的搬運(yùn)作用攪亂了土體，使土的流動(dòng)性增大，因此充滿 在土腔和螺旋輸運(yùn)機(jī)泥土的土壓、可與開挖面的土壓達(dá)到相等。當(dāng)然這種充滿在

28、土腔和輸 送機(jī)泥土的土壓必須在與開挖面土壓相等的情況下由螺旋輸送機(jī)排土，挖掘量與排土量要 保持平衡。但是，當(dāng)?shù)貙拥暮傲砍^(guò)某一限度時(shí)，由刀盤切削的士流動(dòng)性變差，而且當(dāng) 土腔泥土過(guò)于充滿并固給時(shí)，泥土就會(huì)壓密，難以挖掘和排土，迫使推進(jìn)停止。在這種情 況下，一般采用的法是：向土腔添加膨潤(rùn)土、粘土等進(jìn)行攪拌，或者噴入水和空氣，用以 增加土腔土的流動(dòng)性。（2）砂質(zhì)土層中開挖面的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)在砂、砂礫的砂質(zhì)土地層中，土的摩擦阻力大，地下水豐富，透水系數(shù)也高，因此， 依靠挖掘土的土壓和排土機(jī)構(gòu)與開挖面的壓力（地下水壓和土壓）達(dá)到平衡就很困難。而 且由刀盤切削的土體流動(dòng)性也不能保證，對(duì)于這樣的土層僅采用排土機(jī)

29、構(gòu)的機(jī)械控制使開 挖面穩(wěn)定是很困難的。因此要用水、膨潤(rùn)土、粘土、高濃度泥水、泥漿材料等等的混合料 向開挖面加壓灌注，并不斷地進(jìn)行攪拌，改變挖掘土的成分比例，以此保證土的流動(dòng)性和 止水性，使開挖面穩(wěn)定。開挖面的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)可分為以下幾種式：切削土加壓攪拌式：在土腔噴入水、空氣、或者添加混合材料，來(lái)保證土腔的土砂 流動(dòng)性。在螺旋輸送機(jī)的排土口裝有可止水的旋轉(zhuǎn)式送料器（轉(zhuǎn)動(dòng)閥或旋轉(zhuǎn)式漏斗），送 料器的隔離作用能使開挖面穩(wěn)定。加水式：向開挖面加入壓力水，保證挖掘土的流動(dòng)性，同時(shí)讓壓力水與地下水壓相 平衡。開挖面的土壓由土腔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(jī)的后部裝有排土調(diào)整槽

30、，控制調(diào)整槽的開度使開挖面穩(wěn)定。高濃度泥水加壓式：向開挖面加入高濃度泥水，通過(guò)泥水和挖掘土的攪拌，以保證 挖掘土體的流動(dòng)性，開挖面土壓和水壓由高濃度泥水的壓力來(lái)平衡。在螺旋輸送機(jī)的排土 口裝有旋轉(zhuǎn)式送料器，送料器的隔離作用使開挖面穩(wěn)定。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(jī)構(gòu)混合攪拌挖 掘的土，使挖掘的土具有止水性和流動(dòng)性。由這種改性土的土壓與開挖面的土壓、水壓達(dá)到平衡，使開挖工作面得到穩(wěn)定。土壓平衡盾構(gòu)較適應(yīng)于在軟弱的沖積土層中推進(jìn)，但在礫層中或砂土層推進(jìn)時(shí)，加進(jìn)適當(dāng)?shù)哪嗤梁螅材馨l(fā)揮土壓平衡盾構(gòu)的特點(diǎn)。因此 1983年后，一般認(rèn)為土壓平衡盾構(gòu) 的適應(yīng)性是強(qiáng)的，土壓平衡

31、盾構(gòu)施工后的地表沉降量可控制在 30mm以。但其要求施工人 員具有相當(dāng)豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，能根據(jù)地層和施工條件的變化采用一系列的施工管理法。土壓平衡盾構(gòu)(含加泥式盾構(gòu))適用性：(1)細(xì)粒(粒徑0. 074mm以下)含有率在粒徑加積曲線的 7%以上。(2) 礫(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。(4)自然含水量，砂：18%以上，粘性土： 25%以上。(5)滲透系數(shù) K<5x 10_2cm/so泥水加壓盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)是當(dāng)前最先進(jìn)的盾構(gòu)形式，它們有自己的特點(diǎn)，但是， 它們不能完全取代其它類型的盾構(gòu)形式，其理由之一

32、就是它們的造價(jià)一般都高于其它類型 的盾構(gòu)。當(dāng)某施工圍的土層為軟土，并且地質(zhì)情況變化不大，地表控制沉降的要求不高時(shí)，可 采用擠壓盾構(gòu)。當(dāng)施工沿線有可能出現(xiàn)障礙物時(shí)，也有采用開胸手掘式盾構(gòu)的(手掘、機(jī) 械兼用等)。第二章 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)2.1.1盾構(gòu)的選型的原則盾構(gòu)選型是盾構(gòu)法隧道能否安全、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、快速建成的關(guān)鍵工作之一，盾 構(gòu)選型應(yīng)從安全適應(yīng)性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性等面綜合考慮，所選擇的盾構(gòu)形式要能盡量 減少輔助施工法并確保開挖面穩(wěn)定和適應(yīng)圍巖條件，同時(shí)還要綜合考慮一下因素：1）可以合理使用的輔助施工法，如降水法、氣壓法、凍結(jié)法和注漿法等；2）滿足本

33、工程隧道施工長(zhǎng)度和線形的要求；3）后配套設(shè)備、始發(fā)設(shè)施等能與盾構(gòu)的開挖能力配套；4）盾構(gòu)的工作環(huán)境。盾構(gòu)選型時(shí)主要遵循一下原則：1）應(yīng)對(duì)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，首先要滿足施工安全的要求；2）安全適應(yīng)性、技術(shù)先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性相統(tǒng)一，在安全可靠的情況下，考慮技術(shù)先進(jìn) 性與經(jīng)濟(jì)合理性；3）滿足隧道外徑、長(zhǎng)度、埋深、施工場(chǎng)地、圍環(huán)境等條件；4）滿足安全、質(zhì)量、工期、造價(jià)及環(huán)保要求；5）后配套設(shè)備的能力與主機(jī)配套，滿足生產(chǎn)能力與主機(jī)掘進(jìn)速度相匹配，同時(shí)具有 施工安全、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布置合理和易于維護(hù)保養(yǎng)的特點(diǎn)；6）盾構(gòu)制造商的知名度、業(yè)績(jī)、信譽(yù)和技術(shù)服務(wù)。盾構(gòu)選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)以上原則，對(duì)盾構(gòu)的形式和主

34、要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行研究分析，以確保 盾構(gòu)法施工的安全和可靠，選擇最佳的盾構(gòu)施工法和最適宜的盾構(gòu)。盾構(gòu)選型是盾構(gòu)法施 工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響盾構(gòu)隧道的施工安全、施工質(zhì)量、施工工藝及施工成本，為保證 工程的順利完成，對(duì)盾構(gòu)的選型工作應(yīng)非常慎重。2.1.2盾構(gòu)的選型的依據(jù)一般地講，采用盾構(gòu)施工的地層大都是復(fù)雜多變的， 目前還沒有一種萬(wàn)能的盾構(gòu)適合 于各種地質(zhì)條件。實(shí)際上，在選定盾構(gòu)時(shí)，不僅要考慮到地質(zhì)條件，還要考慮到盾構(gòu)的外 徑、隧道的長(zhǎng)度、工程的施工程序、勞動(dòng)力情況等，而且還要綜合研究工程的施工環(huán)境、 基地面積、施工引起對(duì)環(huán)境的影響程度等。選擇盾構(gòu)的種類一般要求掌握不同盾構(gòu)的特征， 同時(shí)還要逐個(gè)研究如

35、下幾個(gè)項(xiàng)目：1）工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件：顆粒分析及粒度分布，單軸抗壓強(qiáng)度，含水率，礫直徑, 液限和塑限，N值，粘聚力c,摩擦角 M土粒子相對(duì)密度，隙率和隙比，地層反力系數(shù)， 壓密特性，彈性波速度，隙水壓，滲透系數(shù)，地下水位（最高、最低、平均） ，地下水的 流速、流向，河床變遷情況等；2）隧道長(zhǎng)度、隧道平縱斷面及橫斷面形狀和尺寸等設(shè)計(jì)參數(shù)；3）圍環(huán)境條件：地上及地下建構(gòu)筑物分布，地下管線埋深及分布，沿線河流、湖泊、 海洋的分布，沿線交通情況、施工場(chǎng)地條件，氣候條件，水電供應(yīng)情況等；4）隧道施工工程籌劃及節(jié)點(diǎn)工期要求；5）宜用的輔助工法；6）技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。盾構(gòu)的選型一定要綜合考慮各種因素， 不僅是

36、技術(shù)面的，而且還有經(jīng)濟(jì)和社會(huì)面的因 素，才能最后確定采用種盾構(gòu)施工。2.2 盾構(gòu)選型的主要法2.2.1 根據(jù)底層的滲透系數(shù)進(jìn)行選型地層滲透系數(shù)對(duì)于盾構(gòu)的選型是一個(gè)很重要的因素。通常當(dāng)?shù)貙拥臐B透系數(shù)小于10-7m/s時(shí)，可以選用土壓平衡盾構(gòu)；當(dāng)?shù)貙拥臐B透系數(shù)在10-710-4m/s之間時(shí)，即可以選用土壓平衡盾構(gòu)也可以選用泥水式盾構(gòu)；當(dāng)?shù)貙拥臐B水系數(shù)大于10-4m/s時(shí)，直選用泥水盾構(gòu)。根據(jù)地層滲透系數(shù)與盾構(gòu)類型的關(guān)系，若地層以各種級(jí)配富水的沙層、沙礫層為 主時(shí)，直選用泥水盾構(gòu)；其他地層直選用土壓平衡盾構(gòu)，如圖 2-1所示。地層滲透系數(shù)卵石層粗砂礫層中細(xì)砂礫層粉細(xì)礫層泥水盾構(gòu)層層層質(zhì)砂砂砂泥泥 土

37、 粗中細(xì)淤淤 粘二泥水、土壓盾構(gòu): 土壓盾構(gòu)圖2-1地下透水性對(duì)盾構(gòu)機(jī)選型的影響2.2.2 根據(jù)地層的顆粒級(jí)配進(jìn)行選型土壓平衡盾構(gòu)主要是用于粉土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉土、粉砂層等粘稠土壤的施工， 在粘性土層中掘進(jìn)時(shí)，由刀盤切削下來(lái)的土體進(jìn)入土倉(cāng)后由螺旋機(jī)輸出，在螺旋機(jī)形成壓 力梯降，保持土倉(cāng)壓力穩(wěn)定，使開挖面土層處于穩(wěn)定。一般來(lái)說(shuō)，細(xì)顆粒含量多，渣土易 形成不透水的流塑體，容易充滿土倉(cāng)的每個(gè)部位，在土倉(cāng)中可以建立壓力來(lái)平衡開挖面的 士體。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)巖土中的粉粒和黏粒的總量達(dá)到 40 %以上時(shí)，通常直選用土壓平衡盾 構(gòu)，相反的情況選擇泥水盾構(gòu)比較合適。粉粒的絕對(duì)大小通常以0.075mm為準(zhǔn)。盾構(gòu)

38、類型與顆粒級(jí)配的關(guān)系詳見圖 2-2 :E整EM圖2-2盾構(gòu)類型與顆粒級(jí)配的關(guān)系圖中右邊藍(lán)色區(qū)域?yàn)檎惩痢⒂倌噘|(zhì)土區(qū)，為土壓平衡盾構(gòu)適用的顆粒級(jí)配圍；左邊的黃色區(qū)域?yàn)榈[粗砂區(qū)，為泥水盾構(gòu)適用的顆粒級(jí)配圍；中間的綠色區(qū)域?yàn)榧?xì)砂區(qū)域，兩類盾構(gòu)都能適用。圖11說(shuō)明細(xì)顆粒含量多則磴土能形成不透水的塑流體。粗顆粒含量高的磴 土不能形成具備這種功能的磴土，因而不能實(shí)現(xiàn)土壓平衡機(jī)理，除非對(duì)磴土進(jìn)行改良。2.2.3 根據(jù)地下水壓進(jìn)行選型當(dāng)水壓大于0.3MPa時(shí)，適宜采用泥水盾構(gòu)。如果采用土壓平衡盾構(gòu)，螺旋輸送機(jī)難 以形成有效的土塞效應(yīng)，在螺旋輸送機(jī)排土閘門處易發(fā)生渣土噴涌現(xiàn)象引起土倉(cāng)中土壓力 下降，導(dǎo)致開挖面坍塌

39、。當(dāng)水壓大于0.3MPa時(shí)，如因地質(zhì)原因需采用土壓平衡盾構(gòu)，則需增大螺旋輸送機(jī)的 長(zhǎng)度或采用二級(jí)螺旋輸送機(jī)，或采用保壓泵。2.2.4 盾構(gòu)選型時(shí)必須考慮的特殊因素在實(shí)際實(shí)施盾構(gòu)選型時(shí)，還需解決理論的合理性與實(shí)際的可能性之間的矛盾。必須考 慮環(huán)保、地質(zhì)和安全因素。1）環(huán)保因素對(duì)泥水盾構(gòu)而言，雖然經(jīng)過(guò)過(guò)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(lái)，并通過(guò)汽車等工具運(yùn)輸棄渣，但泥漿中的懸浮或半懸浮狀態(tài)的細(xì)土顆粒仍不 能完全分離出來(lái)，而這些物質(zhì)又不能隨意處理，就形成了使用泥水盾構(gòu)的一大困難。要將棄土泥漿處理成可以作為固體物料運(yùn)輸?shù)某潭纫彩强梢詫?shí)現(xiàn)的，但是做到這點(diǎn)會(huì) 出現(xiàn)以下問題：處理設(shè)

40、備貴，增加工程投資；用來(lái)安裝這些處理設(shè)備需要的場(chǎng)地較大；處理時(shí)間較長(zhǎng)。2）工程地質(zhì)因素盾構(gòu)施工段工程地質(zhì)的復(fù)雜性主要反映在基礎(chǔ)地質(zhì)和工程地質(zhì)特性的多變面，在一個(gè) 盾構(gòu)施工段中，會(huì)出現(xiàn)某部分的施工環(huán)境適合選用土壓平衡盾構(gòu)，某些又適合選用泥水盾 構(gòu)。盾構(gòu)選型時(shí)要綜合考慮并對(duì)不同選擇進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析后擇其優(yōu)者。3）安全因素從保持工作面的穩(wěn)定、控制地面沉降的角度來(lái)看，當(dāng)隧道斷面較大時(shí)，使用泥水盾構(gòu) 要比使用土壓平衡盾構(gòu)的效果好一些，特別是在河湖等水體下、在密集的建筑物與構(gòu)筑物 下及上軟下硬的地層中施工時(shí)。2.3盾構(gòu)選型的確定盾構(gòu)機(jī)的選型一定要根據(jù)不同的工程、不同的地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行“量體裁衣”式設(shè)計(jì)和選 型，才

41、能使盾構(gòu)機(jī)更好的適應(yīng)工程施工要求。根據(jù)盾構(gòu)施工法的特點(diǎn)，盾構(gòu)機(jī)選型主要取決于盾構(gòu)經(jīng)過(guò)的地層的地質(zhì)情況，同時(shí)， 所選盾構(gòu)機(jī)必須具有與工期相適應(yīng)的掘進(jìn)速度，而且能夠滿足隧道施工的要求，根據(jù)本區(qū) 間地質(zhì)特點(diǎn)，制造盾構(gòu)機(jī)時(shí)有如下要求：1、盾構(gòu)機(jī)必須具備較強(qiáng)的穩(wěn)定開挖面、防止開挖面坍塌的能力。2、具有能夠適應(yīng)不同地層的刀盤。3、在地質(zhì)復(fù)雜區(qū)段中，有必要的手段能夠?qū)η暗貙舆M(jìn)行超前探測(cè)，以便及 時(shí)采取相應(yīng)的施工技術(shù)措施。4、能夠防止突發(fā)地下水和開挖面坍塌的襲擊，應(yīng)設(shè)置緊急關(guān)閉土倉(cāng)的裝置。5、盾構(gòu)機(jī)有良好的密封性能。6、導(dǎo)向系統(tǒng)精度高，導(dǎo)向準(zhǔn)確。7、為能及時(shí)更換刀具，人員必須進(jìn)入土倉(cāng)，應(yīng)提供可靠的安全裝置保護(hù)

42、人員安全。根據(jù)地區(qū)條件，結(jié)合本標(biāo)段工程的隧道掘進(jìn)技術(shù)要求， 用于本區(qū)段施工的盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī), 必須具有穩(wěn)定開挖面、平土壓力、最大限度減少地表沉陷的功能，必須具有較強(qiáng)的糾偏抗 扭與彎道施工的能力，必須具有較好的經(jīng)濟(jì)性和較長(zhǎng)的使用壽命，必須確保各項(xiàng)作業(yè)的安 全性和可靠性。結(jié)合目前地質(zhì)資料，選用輻條式刀盤的復(fù)合式土壓平衡式盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，是 進(jìn)行隧道掘進(jìn)施工的一種較好機(jī)型，可以較好的控制地表的變形。綜上所述，我們對(duì)海瑞克、拉瓦特、川崎、日立等幾種盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行了全面的考查，經(jīng) 過(guò)分析比較，并結(jié)合國(guó)使用的經(jīng)驗(yàn)，本標(biāo)段選用海瑞克小6250mm復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機(jī), 其特點(diǎn)如下：1）就此項(xiàng)隧道工程的地質(zhì)條件而言，復(fù)合

43、式刀盤具有以下特征：可在氣壓下在土艙安全工作，有利于土壓平衡。刀盤開口率（40.5% ）,可使軟泥順利地從切削面流向土艙。直接將士壓傳至土壓傳感器，可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)地質(zhì)情況變化。易于 進(jìn)入切削面（除去障礙物）。易于鉆探（土壤處理）。2）出土式：螺旋輸送機(jī)一皮帶輸送機(jī)一出行查車由軌道電瓶車運(yùn)輸。3）注漿式：盾構(gòu)推進(jìn)與管片背后注漿同步進(jìn)行。4）具有可升降氣壓的人控氣壓倉(cāng)，用于土壓平衡工況進(jìn)入泥土密封倉(cāng)排除故障或更 換刀具。5）具有泡沫、膨潤(rùn)土聚合物注入系統(tǒng)6）具有隧道掘進(jìn)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)。第三章盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的設(shè)定盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，各項(xiàng)施工參數(shù)因地質(zhì)狀況和盾構(gòu)隧道的埋深不同而產(chǎn)生變化。以下 是根據(jù)紅谷灘地區(qū)地

44、質(zhì)條件，結(jié)合本標(biāo)段工程的隧道掘進(jìn)技術(shù)要求對(duì)各項(xiàng)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行的 分析和計(jì)算，當(dāng)盾構(gòu)因坡度變化、埋深發(fā)生變化時(shí)，盾構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)結(jié)合工程實(shí)際情況重 新調(diào)整。紅谷灘地區(qū)的地質(zhì)情況，以砂土、粉土和粉質(zhì)粘土為主。盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)確定時(shí)，以不 利因素考慮，而后根據(jù)掘進(jìn)過(guò)程中的實(shí)際情況再做調(diào)整。現(xiàn)以盾構(gòu)直徑為6250mm的海瑞克復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)在紅谷灘地區(qū)施工為依據(jù)，進(jìn)行分析總結(jié)。3.1 盾構(gòu)掘進(jìn)土壓的確定盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，開挖面土體的穩(wěn)定性主要取決于推進(jìn)土壓的合理性。盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)的確 定時(shí)，以不利因素考慮，而后根據(jù)掘進(jìn)過(guò)程中的實(shí)際情況再作調(diào)整。盾構(gòu)的正面阻力由作 用于開挖面的土壓和泥水壓組成。在盾構(gòu)施工中，確定合理

45、的土壓值是重要的環(huán)節(jié)之一， 也是地面隆起或沉降的重要決定因素，一般先通過(guò)理論計(jì)算，算出土壓值，再在盾構(gòu)掘進(jìn) 過(guò)程中，不斷調(diào)整，確定合理的土壓值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)盾構(gòu)掘進(jìn)土壓一般介于主動(dòng)土壓與被動(dòng)土壓之間。越接近主動(dòng)土壓時(shí)，盾構(gòu) 掘進(jìn)時(shí)對(duì)圍地層的擾動(dòng)圍越小，一般在粘性土中采用下式進(jìn)行計(jì)算上部土壓力P:P=K XrXH其中，K為土體側(cè)壓力系數(shù)(K=0.450.8 ); r為土體平均容重；H為地面至土倉(cāng)上部覆 土厚度。3.2 刀盤扭矩計(jì)算變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤工作示意圖見圖 3-1。第四章刀具配置與地質(zhì)的適應(yīng)性盾構(gòu)機(jī)刀具的配置是盾構(gòu)機(jī)刀具設(shè)計(jì)中是非常重要的容，其配置是否適合應(yīng)用工程的 地質(zhì)條件，直接影響盾構(gòu)機(jī)

46、的刀盤的使用壽命、切削效果、出土狀況、掘進(jìn)速度和施工效 率，而且選擇的差異對(duì)盾構(gòu)機(jī)造價(jià)也有著很大的影響，刀盤選型可以影響到總造價(jià)的4%8%。4.1 刀具的分類盾構(gòu)機(jī)刀具可根據(jù)運(yùn)動(dòng)式、布置位置和式及形狀等進(jìn)行分類。按切削原理劃分，盾構(gòu) 機(jī)的刀具一般分為切削刀和滾刀兩種，其余形式的刀具為輔助刀具。切削刀又分為齒刀、 刮刀和先行刀等。圖4-1按運(yùn)動(dòng)式分類圖4-2按安裝式分類盾構(gòu)機(jī)刀具按照安裝位置可以分為修邊刀、外沿保護(hù)刀、超前刀、掘削刀、加泥口保護(hù)刀、導(dǎo)向鉆具、中心刀等，如圖 4-3所示加龍口，圖4-3刀具按安裝位置分類4.2 不同地質(zhì)條件下刀具的選擇對(duì)于不同地層的開挖，盾構(gòu)的刀具通常采用不同型式：

47、開挖地層為硬巖時(shí)，采用盤形 滾刀；地層為較軟巖時(shí)，采用齒刀；地層為軟土或破碎軟巖時(shí)，可采用切刀（或刮刀）。4.2.1 切削刀切刀是軟土刀具，布置在刀盤開口槽的兩側(cè)，其切削原理是盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)的同時(shí)， 切刀隨刀盤旋轉(zhuǎn)對(duì)開挖面土體產(chǎn)生軸向（沿隧道前進(jìn)向）剪切力和徑向（刀盤旋轉(zhuǎn)切線向）切削力，在刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)下，刀刃和刀頭部分插入到地層部，不斷將開挖面前土體切削下來(lái)。 切削刀一般適用于粒徑小于400mm的砂、卵、粘土等松散體地層。切刀（后者帶g金頭和耐磨層）圖4-4切削刀示意圖即迎刮刀切削刀為盾構(gòu)機(jī)開挖非巖質(zhì)地層的基本刀具，其形狀、布局將對(duì)開挖效果有重要影響 切削刀切削土體的示意見圖 4-5。對(duì)于軟土地

48、層或經(jīng)滾刀破碎后的磴土將通過(guò)切刀和刮刀 進(jìn)行開挖。磴土隨切刀、刮刀正面進(jìn)入磴槽，因此切刀、刮刀既具有切削的功能又具有裝載的功能切削刀盾相前進(jìn)方同圖4-5切削刀切削土體示意圖4.2.2 先行刀先行刀是先行切削土體的刀具，超前切刀布置。先行刀在設(shè)計(jì)中主要考慮與其它刀具 組合協(xié)同工作。先行刀在切刀切削土體之前先行切削土體，將土體切割分塊，為切刀創(chuàng)造 良好的切削條件。先行刀的切削寬度一般比切刀窄，切削效率較高。采用先行刀，可顯著增加切削土體的流動(dòng)性，大大降低切刀的扭矩，提高切刀的切削效率，減少切刀的磨耗在松散體地層，尤其是砂卵地層先行刀的使用效果十分明顯圖4-6先行刀刀具形狀及與切削刀協(xié)同切削土體的示

49、意圖4.2.3 貝型刀盤圈貝型刀實(shí)質(zhì)上是超前刀，盾構(gòu)機(jī)穿越砂卵地層，特別是大粒徑砂卵地層時(shí)，若采 用滾刀型刀具，因土體屬松散體，在滾刀掘進(jìn)擠壓下會(huì)產(chǎn)生較大變形，大大降低滾刀的切 削效果，有時(shí)甚至喪失切削破碎能力。采用盤圈貝型刀，將其布置在刀盤盤圈前端面，專 用于切削砂卵，可較好地解決盾構(gòu)機(jī)切削土體 （砂卵）的難題。圖4-7貝型刀刀具4.2.4 中心刀（魚尾刀、雙刃或三刃滾刀、錐形刀、中心羊角刀）在軟土地層掘進(jìn)時(shí)，因刀盤中心部位不能布置切刀，為改善中心部位土體的切削和攪拌效果，可在中心部位設(shè)計(jì)一把尺寸較大的魚尾刀（羊角刀），一般魚尾刀超前 600 mm左右。魚尾刀的設(shè)計(jì)和配置式如下：其一讓盾構(gòu)分

50、兩步切削土體，利用魚尾刀先切削中心 部位小圓斷面土體，而后擴(kuò)大到全斷面切削土體，即將魚尾刀設(shè)計(jì)與其它切刀不在一個(gè)平 面上，即魚尾刀超前切刀布置，保證魚尾刀最先切削土體；其二是將魚尾刀根部設(shè)計(jì)成錐 形，使刀盤旋轉(zhuǎn)時(shí)隨魚尾刀切削下來(lái)的土體，在切向、徑向運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，又增加一項(xiàng)翻 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣既可解決中心部分土體的切削問題和改善切削土體的流動(dòng)性和攪拌效果，又 大大提高盾構(gòu)整體掘進(jìn)效果。在純硬巖地層掘進(jìn)時(shí)，刀盤中心位置布置雙刃或三刃滾刀中心魚尾刀中心雙貝或三刃濠刀槌形力中心羊角刀圖4-8中心刀刀具圖4-9中心刀切削土體示意圖4.2.5 仿形刀（或超挖刀）盾構(gòu)機(jī)一般設(shè)計(jì)兩把仿形刀（一把備用），布置在刀盤

51、的邊緣上。施工時(shí)可以根據(jù)超挖多少和超挖圍的要求，從邊緣徑向伸出和縮回仿形刀。仿形刀伸出最大值一般在70150mm之間。盾構(gòu)機(jī)在曲線段推進(jìn)、轉(zhuǎn)彎或糾偏時(shí)，通過(guò)仿形超挖切削土體創(chuàng)造所需空 問，保證盾構(gòu)機(jī)在超挖少、對(duì)邊土體干擾小的條件下，實(shí)現(xiàn)曲線推進(jìn)和順利轉(zhuǎn)彎及糾偏。圖4-10仿形刀示意圖4.2.6 滾刀在純硬巖地層掘進(jìn)時(shí)，采用滾刀破巖。滾刀破巖的原理是依靠刀具滾動(dòng)產(chǎn)生沖擊壓碎 和剪切碾碎的作用達(dá)到破碎巖的目的。滾刀的類型、數(shù)量、布置式、位置、超前量根據(jù)巖 層的強(qiáng)度和整體性、掘進(jìn)距離、含砂量等特點(diǎn)確定。穿越松散地層但有大粒徑的礫（粒徑大 于400mm）、并且含量達(dá)到一定比例時(shí)，也可采用滾刀型刀具。在

52、隧道地質(zhì)條件復(fù)雜多變、 巖（強(qiáng)度不算太高）與一般土體（或粘土或砂土）交錯(cuò)頻繁出現(xiàn)的情況，也有可能采用滾刀型刀 具，即在復(fù)合式盾構(gòu)機(jī)中采用。滾刀分為齒形（球齒、楔齒）滾刀和盤形滾刀。圖4-11滾刀刀刀具示意圖安裝在刀盤上的盤形滾刀在千斤頂?shù)淖饔孟戮o壓在巖面上，隨著刀盤的旋轉(zhuǎn)，盤形滾 刀一面繞刀盤中心軸公轉(zhuǎn)，同時(shí)繞自身軸線自轉(zhuǎn)。滾刀在刀盤的推力、扭矩作用下，在掌 子面上切出一系列的同心圓溝槽。當(dāng)推力超過(guò)巖的強(qiáng)度時(shí)，盤形滾刀刀尖下的巖直接破碎， 刀尖貫入巖，形成壓碎區(qū)和放射狀裂紋；進(jìn)一步加壓，當(dāng)滾刀間距S滿足一定條件時(shí)，相鄰 滾刀間巖裂紋延伸并相互貫通，形成巖碎片而崩落，盤形滾刀完成一次破巖過(guò)程。目

53、前， 破巖滾刀中使用較多的是盤形滾刀。形成破碎境(b)破碎階段圖4-12滾刀破巖機(jī)理圖4.2.7 齒刀在巖較軟的情況下掘進(jìn)時(shí)，由于盤形滾刀與巖掌子面之間不能產(chǎn)生一定的附著力，將 導(dǎo)致滾刀不能滾動(dòng)而產(chǎn)生弦磨，滾刀不能滾動(dòng)將失去有效的破巖功能。因此，在較軟的巖 層中應(yīng)將部分盤形滾刀更換成齒刀，利用齒刀進(jìn)行破巖。由于齒刀上裝有2個(gè)切削刃，因此刀盤正反轉(zhuǎn)時(shí)齒刀都能進(jìn)行破巖。圖4-12齒刀和齒刀破巖機(jī)理圖4.3 刀具布置與配置4.3.1 刀具的布置刀具布置有兩種式：第一種為刀具整體連續(xù)排列式，因其切削阻力較大，盾構(gòu)機(jī)密封艙土體流動(dòng)性差，現(xiàn) 已很少使用，僅偶爾在切削阻力小的淤泥質(zhì)地層中采用；第二種為刀具牙

54、型交錯(cuò)連續(xù)排列式，因其切削阻力小、切削效率高、密封艙土體流動(dòng) 性好和易攪拌而被廣泛使用。目前世界上基本均采用牙型交錯(cuò)連續(xù)排列式。盾構(gòu)開挖性能主要通過(guò)刀具的選擇和布置來(lái)保證。根據(jù)不同地質(zhì)情況選用不同類型的 刀具及刀具組合，實(shí)現(xiàn)刀具配置的靈便性，提高刀盤的開挖效率。目前盾構(gòu)機(jī)上常用的主 要刀具有切刀、刮刀、齒刀、雙刃滾刀、單刃滾刀、擴(kuò)刀等。4.3.2 刀具配置式刀具的布置式需要充分考慮工程地質(zhì)情況，進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)，不同的工程地質(zhì)特點(diǎn)， 采用不同的刀具配置案，以獲得良好的切削效果和掘進(jìn)速度。根據(jù)地質(zhì)條件特點(diǎn)，可以大 致分為四種地層：軟弱土地層；砂層、砂卵地層；風(fēng)化巖及軟硬不均地層；單純的純硬巖 地層

55、。1、軟弱土地層其地質(zhì)條件主要以淤泥、粘土和粉質(zhì)粘土為主，在軟弱土地層一般只需配置切削型刀具，如：切刀、邊刮刀、中心刀、先行刀和超挖刀。在軟弱土地層刀盤可以采用面板式 結(jié)構(gòu)，裝有1把魚尾形中心刀，120把切刀，16把邊刮刀及1把仿形刀。切刀安裝在開口 槽的兩側(cè)，覆蓋了整個(gè)進(jìn)磴口的長(zhǎng)度。刮刀安裝在刀盤邊緣。由于刀盤需要正反旋轉(zhuǎn)，因 此切刀的布置也在正反向布置，為了提高切刀的可靠性，在每個(gè)軌跡上至少布置2把。在邊工作量相對(duì)較大，磨損后對(duì)盾構(gòu)切口環(huán)尺寸影響較大，在正反向各布置了8把刮刀。考慮到刀盤的受力均勻性，刀具布置具有對(duì)稱性。刀具安裝采用螺栓固定，便于更換。在切 刀或刮刀的刃口和刃口背面鑲嵌有合

56、金和耐磨材料，以延長(zhǎng)刀具的使用壽命，切刀的破巖 能力為20MPa ,可以順利地通過(guò)進(jìn)出洞端頭的加固地層。2、砂層、砂卵地層其地質(zhì)條件主要以砂，卵地層為主，如遇到粒徑較大的礫或漂，應(yīng)配置滾刀進(jìn)行破碎。 在砂層、砂卵地層施工時(shí)，需設(shè)置（寬幅）切刀、邊刮刀、先行刀（重型撕裂刀）、中心刀、仿形刀等刀具。切刀是主刀具，用于開挖面大部分?jǐn)嗝娴拈_挖；邊刮刀也稱保徑刀， 用于切削外的土體，保證開挖斷面的直徑；先行刀在開挖面沿徑向分層切削，預(yù)先疏松土 體，降低切刀的沖擊荷載，減少切削力矩，同時(shí)重型撕裂刀用于破碎強(qiáng)度較低和粒徑較小 的卵和礫；中心刀用于開挖面中心斷面的開挖，起到定心和疏松部分土體的作用；仿形刀 用于曲線開挖和糾偏。滾刀用于破碎粒徑較大的礫或漂。3、風(fēng)化巖及軟硬不均地層上軟下硬、地質(zhì)不均的復(fù)合地層，且局部巖的單軸抗壓強(qiáng)度較高（150-200Mpa ）,除 配置切削型刀具外包括寬幅切刀、先行刀，還需配置滾