盾構法施工方法、加固方案及強度計算

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”。其施工主要步驟為：(1)在盾構法隧道的起始端和終端各建一個工作井；(2)盾構在起始端工作井內安裝就位；(3)依靠盾構千斤頂推力將盾構從起始工作井的墻壁開孔處推出。一、概述

盾構法施工方法、加固方案及強度計算盾構施工法是“使用盾構(4)盾構在地層中沿設計軸線推進，在推進的同時不斷出土和安裝襯砌管片；(5)及時的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；(6)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。

(4)盾構在地層中沿設計軸線推進，在推進的同時不斷出土和安裝車站碴土儲艙和料斗龍門吊車泥漿處理設備豎井皮帶運輸機盾構機螺旋輸送機管片運輸車泥漿注入車斗車電瓶車車站碴土儲艙和料斗龍門吊車泥漿處理設備豎井皮帶運輸機盾構機螺盾構施工動畫盾構施工動畫盾構法施工方法加固方案及強度計算課件從縱向可將盾構分為：切口環、支承環和盾尾。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開挖和支撐地層的裝置；支承環是盾構的主要承載結構，沿其內周邊均勻地安裝有推進盾構前進的千斤頂，以及開挖機械的驅動裝置和排土裝置；盾尾主要是進行襯砌作業的場所，其內部設置襯砌拼裝機，尾部有盾尾密封刷、同步注漿管和盾尾密封油膏注入管等。

盾構錄像從縱向可將盾構分為：切口環、支承環和盾尾。盾構錄像切口環支承環盾尾切口環支承環盾尾切口環支承環盾尾切口環支承環盾尾盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構外徑取決于管片襯砌外徑、保證管片拼裝方便的裕量、曲線施工以及修正盾構蛇行時的間隙量、盾尾殼體的厚度等因素，一般可用下式計算：D——盾構外徑；D0——管片襯砌外徑；t——盾尾殼體的厚度，一般取30~40mm；x——盾尾間隙，x=x1+x2；x1——為拼裝管片方便的裕量，一般在20~40mm；x2——曲線施工和修正盾構蛇行所需的間隙。

盾構外徑取決于管片襯砌外徑、保證管片拼裝方便的裕量、曲線施工L——盾尾覆蓋的襯砌長度；R——曲線半徑；L——盾尾覆蓋的襯砌長度；盾構長度應根據圍巖條件、隧道平面形狀、開挖方法、運轉操作、襯砌型式等條件確定，一般按下式計算：lH——切口環長度，取決于刀盤和刀盤支承型式；lC——支承環長度，取決于盾構千斤頂的沖程長，即每環管片的寬度；lr——盾尾長度，取決于盾尾需要覆蓋幾環管片，一般為1.5~2.5環。盾構長度應根據圍巖條件、隧道平面形狀、開挖方法、運轉操作、襯對于鉸接盾構，盾構的長度可表示為lH＋lC——前殼部分長度；lP——方向控制千斤頂的行程為零時的前殼和后殼間的空隙；lr——盾尾長度。對于鉸接盾構，盾構的長度可表示為lH＋lC——前殼部分長度；二、盾構機的種類

全開敞式手掘式半機械式機械式半開敞式——擠壓式泥水式土壓式密封式泥土加壓式泥漿式土壓式泥土加壓式二、盾構機的種類全開敞式手掘式半機械式機械式半開敞式1全開敞式全開敞式盾構機是指沒有隔墻、開挖面敞露狀態的盾構機。根據開挖方式的不同，又分為手掘式、半機械化式及機械式三種。適用范圍：適用于開挖面自穩性好的圍巖。(1)手掘式盾構機1全開敞式適用范圍：適用于開挖面自穩性好的圍巖。這種盾構機適應的土質是自穩性強的洪積層壓實的砂、砂礫，固結粉砂和粘土。(2)半機械式盾構機這種盾構機適應的土質是自穩性強的洪積層壓實的砂、砂礫，固結粉半機械式盾構機進行開挖及裝運石碴都采用專用機械，配備液壓鏟土機、臂式刀盤等挖掘機械和皮帶運輸機等出碴機械，或配備具有開挖與出碴雙重功能的機械，以圖省力。(3)機械式盾構機半機械式盾構機進行開挖及裝運石碴都采用專用機械，配備液壓鏟土機械式盾構機前面裝備有旋轉式刀盤，增大了盾構機的挖掘能力，開挖的土砂通過旋轉鏟斗和排土可以連續進行，縮短了工期，減少了作業人員。2半開敞式機械式盾構機前面裝備有旋轉式刀盤，增大了盾構機的挖掘能力，開這種盾構適用于軟弱粘土層，在推進過程中要引起較大的地面隆起。3密封式是指在機械開挖式盾構機內設置隔墻，進入刀盤與隔墻土倉的土體，由泥水壓力或土壓提供足以使開挖面保持穩定的壓力。密封式盾構機又分成局部氣壓式、泥水平衡式和土壓平衡式幾種。(1)局部氣壓式盾構這種盾構適用于軟弱粘土層，在推進過程中要引起較大的地面隆起。在機械式盾構支承環的前邊裝上隔板，使切口環成為一個密封艙，其中充滿壓縮空氣，達到疏干和穩定開挖面土體的作用。在機械式盾構支承環的前邊裝上隔板，使切口環成為一個密封艙，其(2)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。(2)土壓平衡式盾構盾構法施工方法加固方案及強度計算課件①刀盤：用于切削土體，同時將切削下來的土體攪拌混合，以改善切削土體的流動性。根據圍巖條件，切削刀盤可以是花板型的、輻條型的和礫石破碎型。根據盾構直徑的大小，刀盤的主軸可以采用中空軸式、中間支承式和周邊支承式。①刀盤：用于切削土體，同時將切削下來的土體攪拌混合，以改善切盾構機刀盤盾構機刀盤盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件標準刮刀超挖刀中心刀滾刀箭型刀先行刀周邊刀標準刮刀超挖刀中心刀滾刀箭型刀先行刀周邊刀②密封艙：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。③螺旋輸送機：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，利用螺旋葉片與土體間的摩擦和土體阻塞所產生的壓力損失，使螺旋輸送機排土口的泥土壓力降至一個大氣壓力，使其不發生噴漏現象。②密封艙：用于存貯被刀盤切削下來的土體，并加以攪拌使其成為不螺旋機螺旋機④塑流化材料注入器：用來向密封艙、刀盤和螺旋輸送機內注人添加劑。關于塑流化添加劑的種類，目前常用的添加劑有兩類：泥漿材料、化學發泡劑。式中Vs——螺旋輸送機每旋轉一周的排土體積；

N——螺旋輸送機的轉速；

A——切削斷面積；

V——推進速度。

④塑流化材料注入器：用來向密封艙、刀盤和螺旋輸送機內注人添加加注泡沫加注泡沫常用螺旋輸送機的排土率K來定量判定碴土的塑流性。當碴土處于良好的塑流狀態時，K為1.0左右。⑤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。

常用螺旋輸送機的排土率K來定量判定碴土的塑流性。當碴土處于良FPFF＞PminF=PF＞PmaxPmaxQPminQmaxFFPFF＞PminF=PF＞PmaxPmaxQPminQma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)；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。

主動土壓力+地下水壓力<P<被動土壓力+地下水壓力對于花板型刀盤，若刀盤面板開口率為x，刀盤上和密封艙內的碴土壓力分別為P1和P2，

主動土壓力+地下水壓力＜P1(1-x)+P2x＜被動土壓力＋地下水壓力

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(3)泥水加壓式盾構

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。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。(3)泥水加壓式盾構盾構法施工方法加固方案及強度計算課件泥水加壓式盾構按泥漿系統壓力控制方式可分為直接控制型(日本型)和間接控制型(德國型)兩種基本類型。①直接控制型(日本型)泥水加壓式盾構的泥漿壓力控制由一套自動控制泥漿平衡的裝置來實現。泥水室大刀盤清水槽泥漿調整槽密度計流量計供漿管排漿管伸縮管VP2P3P4P1泥水加壓式盾構按泥漿系統壓力控制方式可分為直接控制型(日本型臨界流速VL(m/s)可按Durand公式計算：式中FL——流速系數，按顆粒直徑和泥漿濃度而定，當顆粒直徑大于1mm時，FL＝1.34；

g——重力加速度，g=9.8m/s2；

p0——泥漿母液比重，一般p0=1.05~1.25；

p——碴土比重；

d——管子內徑(m)。臨界流速VL(m/s)可按Durand公式計算：式中F②間接控制型(德國型)泥水加壓式盾構的泥漿壓力控制由空氣和泥水雙重系統實現。空氣管半隔板②間接控制型(德國型)泥水加壓式盾構的泥漿壓力控制由空氣和泥(4)混合盾構(Mixshield)(4)混合盾構(Mixshield)(5)多圓盾構(Multi-CircularFaceShield)(5)多圓盾構(Multi-CircularFaceShi盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件(6)MF盾構(6)MF盾構(7)DOT盾構

(7)DOT盾構(8)H＆V盾構

(8)H＆V盾構(9)矩形盾構(10)橢圓形盾構

(9)矩形盾構三、盾構機的構造及機型的選擇

1．選型的根據(1)工程地質與水文地質條件①隧道沿線地層圍巖分類、各類圍巖的工程特性、不良地質現象和地層中含沼氣狀況；②地下水位，穿越透水層和含水砂礫透鏡體的水壓力、圍巖的滲透系數以及地層在動水壓力作用下的流動性；三、盾構機的構造及機型的選擇1．選型的根據(2)地層的參數①表示地層固有特性的參數：②表示地層狀態的參數：③表示地層強度和變形特性的參數：(3)地面環境、地面和地下建(構)筑物對地面沉降的敏感度(4)隧道尺寸：長度、直徑、永久襯砌的厚度(5)工期(6)造價(7)經驗：承包商的經驗、有無同類工程的經驗。(2)地層的參數2．選型的方法四、盾構法施工

1．施工準備工作

(1)修建盾構始發井和到達井(或稱拼裝室、拆卸室、工作井)2．選型的方法四、盾構法施工1．施工準備工作線路中線線路中線盾構始發井平面線路中線線路中線盾構始發井平面軌頂面盾構始發井縱剖面軌頂面盾構始發井縱剖面盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件①現澆鋼筋混凝土封門①現澆鋼筋混凝土封門②鋼板樁封門鋼板樁預留口②鋼板樁封門鋼板樁預留口③預埋H型鋼封門H型鋼連續墻③預埋H型鋼封門H型鋼連續墻(2)盾構拼裝

后配套臺車及其它設備下井示意圖(2)盾構拼裝后配套臺車及其它設備下井示意圖(2)盾構拼裝

盾構機安裝示意圖(2)盾構拼裝盾構機安裝示意圖(2)盾構拼裝

盾構機安裝示意圖(2)盾構拼裝盾構機安裝示意圖吊運刀盤吊運盾尾吊運刀盤吊運盾尾盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件(3)洞口地層加固始發前破除洞門出洞前破除洞門(3)洞口地層加固始發前破除洞門出洞前破除洞門常用的加固方法有：注漿、旋噴、深層攪拌、井點降水、凍結法等。加固土體的范圍和需要達到的強度，可參照下述方法計算確定：①強度驗算：將加固土體視為厚度為t的周邊自由支承的彈性圓板，在外側水土壓力作用下，板中心處的最大彎曲應力，按彈性力學原理求得，并可寫出強度驗算公式：常用的加固方法有：注漿、旋噴、深層攪拌、井點降水、凍結法等。盾構機始發前的洞門加固盾構機始發前的洞門加固WW=Pa+PWPaPw土壓水壓Dntn′tWW=Pa+PWPaPw土壓水壓Dntn′t式中r——工作井端墻開洞的半徑，r＝D/2；

t——加固土體的厚度；

——加固土體的極限抗拉強度，一般可取其極限抗壓強度的10％，即；

K1——安全系數，一般取K＝1.5；式中r——工作井端墻開洞的半徑，r＝D/2；w——作用于開洞中心處的側向水土壓力。對于砂性土，水壓力和土壓力分別計算；對于粘性土，水土壓力合算。土壓力按靜止土壓力考慮，土的計算參數按加固前的選用；

——加固后土體的泊桑比，一般取＝0.2。抗剪強度的驗算公式：w——作用于開洞中心處的側向水土壓式中——加固后土體的極限抗剪強度，根據經驗，；

K2——抗剪安全系數，一般取K2＝1.5；②整體穩定驗算洞外加固土體在上部土體和地面堆載P等作用下，可能沿某滑動面向洞內整體滑動，假定滑動面是以端墻開洞外頂點O為圓心，開洞直徑D為半徑的圓弧面，此時，引起下滑的力矩為：式中——加固后土體的極限抗剪強度，根據經驗，PDCtDBOQxAHPDCtDBOQxAH

M＝M1+M2+M3

式中M1——地面堆載P引起的下滑力矩，

M1=PD2/2；

M2——上覆土體自重Q上引起的下滑力矩M3——滑移圓弧線內土體的下滑力矩

為加固后土體的重度。

M＝M1+M2抵抗下滑的力矩為：式中——滑移圓弧線AB段的抗滑力矩——滑移圓弧線BC段的抗滑力矩——滑移圓弧線CD段的抗滑力矩抵抗下滑的力矩為：式中——滑移圓弧線AB段式中——加固前土體地粘結力；

——加固后土體地粘結力；

H——上覆土體的高度；抗滑移的安全系數K2

式中——加固前土體地粘結力；抗滑移的安全系2．盾構的掘進(1)盾構千斤頂總推力與刀盤扭矩計算

①土壓平衡式盾構a．盾構千斤頂總推力推進土壓平衡式盾構所需克服的阻力有：(a)盾構與地層之間的摩阻力2．盾構的掘進式中μ——地層與鋼板的摩擦系數；

D、L——盾構的直徑和長度；

P0——盾構拱頂處的勻布圍巖豎向壓力，一般按全土柱計算，深埋情況下也可按泰沙基公式計算；

——盾構底部的勻布反力，，W為盾構重量；

P1——盾構拱頂處的側向水土壓力；

P2——盾構底部的側向水土壓力。式中μ——地層與鋼板的摩擦系數；(b)刀盤正面的側向土壓力式中Pd——刀盤中心處的側向土壓力K0——側壓力系數；

——地層的浮重度；

R——盾構的外半徑；

——按泰沙基公式計算的盾構拱頂處的松動圍巖壓力。(b)刀盤正面的側向土壓力式中Pd——刀盤中心處的側向(c)刀盤正面的地下水壓力式中——刀盤中心處的地下水壓力(d)盾尾內部與管片襯砌之間的摩阻力式中——管片與鋼板之間的摩擦系數，一般取；

——壓在盾尾上的管片襯砌重量，最大可取2~3環管片的自重；(c)刀盤正面的地下水壓力式中——刀總的阻力F為：則盾構千斤頂所需的總推力T為：

T＝KcF式中Kc——安全系數，一般取Kc＝1.5。b．刀盤扭矩：(a)刀具切削土體所需的扭矩：

總的阻力F為：則盾構千斤頂所需的總推力T為：式中h——刀具的穿透深度，h=v/N；

v——開挖速度；

N——刀盤轉速；

qu——地層單軸無側限抗壓強度；

r0——刀盤的外半徑。(b)由于刀盤自重所產生的抵抗旋轉的扭矩：式中G——刀盤自重；

R1——自重抵抗旋轉的半徑；

——轉動摩擦系數。式中h——刀具的穿透深度，h=v/N；(b)由于刀盤自(c)刀盤正面推力所產生的抵抗旋轉的扭矩：式中Wr——刀盤正面的推力，可按下式計算：x——刀盤的開口率；Pd——刀盤中心處的土側向壓力；d2——刀盤上設置刀具的外環直徑；d1——刀盤上設置刀具的內環直徑；Pw——刀盤中心處的地下水壓力；

R2——正面推力抵抗旋轉的半徑。(c)刀盤正面推力所產生的抵抗旋轉的扭矩：式中Wr—(d)刀盤密封裝置抵抗旋轉的扭矩：式中——密封材料與鋼的摩擦系數；

F——密封壓力；

——第1、2道的密封條數；

——相應的密封裝置的平均回轉半徑。(e)刀盤正面的摩擦扭矩：(d)刀盤密封裝置抵抗旋轉的扭矩：式中式中——地層與刀盤的摩擦系數，由于刀盤與地層之間充滿含水的碴土，所以，此時的摩擦系數較低，一般取。(f)刀盤周邊的摩擦扭矩：式中lk——刀盤厚度；

Pr——作用在刀盤周邊上的平均壓力，一般取式中——地層與刀盤的摩擦系數，由于刀盤(g)刀盤背面的摩擦扭矩：式中——碴土的抗剪強度，因碴土飽和含水，故抗剪強度較低，可近似地取其C＝0.01MPa，。(h)刀盤開口處切削碴土所需的扭矩：(g)刀盤背面的摩擦扭矩：式中——碴土的(i)刀盤在密封艙內攪拌碴土所需的扭矩：式中r1、r2——刀盤梁的內、外半徑；

l——刀盤梁的長度。驅動切削刀盤所需的總扭矩即為：(i)刀盤在密封艙內攪拌碴土所需的扭矩：式中r1、r2②泥水加壓式盾構a．千斤頂總推力可能還要增加一項后方臺車的牽引阻力(F5)式中——滾動阻力系數，一般取＝0.1；

Wb——后方臺車的重量。②泥水加壓式盾構a．千斤頂總推力可能還要增加一項后方臺車的b．刀盤扭矩泥水加壓式盾構需克服刀盤扭矩：刀具切削土體的抵抗扭矩(T1)、刀盤正面推力所產生的抵抗旋轉的扭矩(T3)、刀盤密封裝置與襯砌之間的旋轉摩擦阻力扭矩(T4)以及刀盤旋轉時所產生的摩擦阻力扭矩(T5、T6)。盾構推力和扭矩的控制標準：千斤頂總推力：

F=1000~1300kN/m2

b．刀盤扭矩泥水加壓式盾構需克服刀盤扭矩：刀具切削土體的抵刀盤扭矩：

式中——刀盤的扭矩系數土壓平衡式盾構：＝14~23；泥水加壓式盾構：＝9~15；

D——盾構直徑。(2)盾構掘進注意事項

①正確選擇推進千斤頂的個數與配置，以確保所需的推力。刀盤扭矩：式中——刀盤的扭矩系數②不得破壞開挖面的穩定。③不應損害管片等后方結構。④盡量防止橫向、縱向和轉動偏差的發生。(3)盾構掘進施工管理施工管理的目的就是使盾構在推進中對地層和地面影響最小，表現為地層的強度下降小，受到的擾動小，地面隆沉小，以及襯砌脫開盾尾時的突然沉降小。盾構掘進的施工管理包括：挖掘管理、線形管理、注漿管理、管片拼裝管理。

②不得破壞開挖面的穩定。①施工中的挖掘管理。②施工管理中的線性管理。盾構自動導向測量約有以下三種類型：激光導向系統；陀螺儀加千斤頂沖程計數器導向系統；普通測量系統等。①施工中的挖掘管理。③施工管理中的注漿管理。盾構施工中的注漿作業，根據注入時間，大致分為三種方式：a.同步注漿，即一邊推進盾構，一邊注漿。b.即時注漿，即在盾構推進終了后，通過管片上的注漿孔，迅速對口徑脫離盾尾的管片環背后間隙注漿。c.后方注漿，即在盾構后方一定距離處，從管片上的注漿孔向襯砌背后注漿，在時間上與盾構掘進無直接聯系。

④施工管理中的管片拼裝管理。

③施工管理中的注漿管理。3．襯砌、壓注(1)一次襯砌一次裝配式襯砌的施工是依照組裝管片的順序從下部開始逐次收回千斤頂。管片的環向接頭一般均錯縫拼裝。保持襯砌環的真圓度，對確保隧道斷面尺寸，提高施工速度及防水效果，減少地表下沉等甚為重要。緊固和再次緊固螺栓，緊固襯砌接頭螺栓必須按規定執行，以不損害組裝好的管片為準。

3．襯砌、壓注盾構法施工方法加固方案及強度計算課件(2)回填注漿回填注漿除可以防止圍巖松弛和地表下沉之外，還有防止襯砌漏水、漏氣，保持襯砌環早期穩定的作用。注漿材料需具有下列特點：不產生材料離析；具有流動性；壓注后體積變化小；壓注后的強度很快就超過圍巖的強度，保證襯砌與周圍地層的相互作用，減少地層移動；具有一定的動強度，以滿足抗震要求；具有不透水性等。(3)二次襯砌(2)回填注漿五、ECL施工法

六、盾構法施工地面沉降機理、預測和防治

1．地表沉降的規律

在隧道縱軸線上產生的地表變形一般可分為三個階段，即盾構前方地表隆起或沉降，施工沉降和固結沉降。五、ECL施工法六、盾構法施工地面沉降機理、預測和防2．地表沉降的原因與預測

(1)地面沉降原因地面沉降的基本原因是在盾構掘進時所引起的地層損失和隧道周圍地層受到擾動或剪切破壞的再固結。地層損失是指盾構施工中實際開挖的土體體積與竣工隧道體積之差。2．地表沉降的原因與預測地層損失率以占理論排土體積的百分比表示:式中：VL——盾構隧道單位長度的地層損失量(m3/m)，根據統計，在采用適當技術和良好操作的正常施工條件下，VL＝(-1.1%~11.0%)V，對于黏土可根據其穩定系數N進行估算：地層損失率以占理論排土體積的百分比表示:式中：VL——盾構隧式中：V——盾構隧道單位長度的理論體積；Cu——黏土的不排水抗剪強度；Eu——黏土的彈性模量；μ——黏土的泊松比。式中：V——盾構隧道單位長度的理論體積；Cu——黏土的不排水①地層原始應力狀態的變化②地下水位的變化③盾尾空隙充填壓漿不足④襯砌變形

⑤受撓動土體的固結(2)地面沉降的預測

地面沉降量及影響范圍的預測可以分為設計階段預測和施工階段預測。①地層原始應力狀態的變化派克橫向分布公式為：式中S(x)——距隧道中線x處的地面沉降量(m)；

S(max)——隧道中線處(即x＝0)的地面沉降量(m)；

x——距隧道中線的距離(m)；

i——沉降槽寬度系數，即沉陷曲線反彎點的橫坐標(m)，派克并假定橫向沉陷曲線為正態分布曲線。派克橫向分布公式為：式中S(x)—橫向沉降槽體積等于地層損失，即V(s)=VL=VlV。式中Z——隧道開挖面中心至地面的距離；

R——盾構外半徑；

K、n——試驗系數，K=0.63~0.82；n＝0.36~0.97。橫向沉降槽體積等于地層損失，即V(s)=VL=VlV。派克縱向沉降分布公式式中S(y)——地面沉降量(m)；

y——沉降點至坐標原點的距離(m)；

yi——盾構推進起點處盾構開挖面至坐標原點的距離(m)；

yl——盾構開挖面至坐標原點距離(m)；派克縱向沉降分布公式式中S(y)——地面沉降量(m)；Z——盾構長度；

φ——正態分布函數。橫向最大沉降量的估算公式：在砂礫土中：在砂性土中：在粘性土中：Z——盾構長度；橫向最大沉降量的估算公沉降影響范圍估算公式：式中Z——地面至開挖面中心距離(m)；

R——隧道外半徑(m)；

OFS——簡單超載系數；

K、n——系數。施工階段的地面沉降大致發生在5個階段：盾構到達前、盾構到達時、盾構通過后、管片脫出盾尾時及長期變形。沉降影響范圍估算公式：式中Z——地面至開挖面中心距3．地表沉降的監測與控制(1)地表沉降的監測

①施工監測的作用a.監測和診斷各種施工因素對地表變形的影響，提供改進施工減少沉降的依據；b.根據觀測結果預測下一步地表沉降對周圍建筑物及其它設施的影響，進一步確定保護措施；c.監測施工結果是否達到控制地表沉降和隧道沉降的要求；d.研究土囊特性、地下水條件、施工方法與地表沉降的關系，以作為改進設計的依據。3．地表沉降的監測與控制②施工監測項目a．監測地下水位的變化b．監測土體變形(a)地表變形觀測(b)地下土體沉降觀測(c)盾構各個襯砌環脫出盾尾后的沉降觀測(d)盾尾空隙中坑道周邊向內位移觀測(e)對附近建筑物的觀測②施工監測項目(2)地表沉降的控制

①減少對開挖面地層的撓動a．施工中采取靈活合理的正面支撐或適當的土壓值來防止土體坍塌，保持開挖面土體的穩定。b．在盾構掘進時，嚴格控制開挖面的出土量，防止超挖即使對地層撓動較大的局部擠壓盾構。c．控制盾構推進一環的糾偏量，以減少盾構在地層中的擺動和對土體的撓動。同時盡量減少糾偏需要的開挖面局部超挖。d．提高施工速度和連續性。(2)地表沉降的控制②做好盾尾建筑空隙的充填壓漿a．確保壓注工作的及時性，盡可能縮短襯砌脫出盾尾的暴露時間，以防止地層坍塌。b．確保壓漿數量，控制注漿壓力。c．改進壓漿材料的性能。4．盾構穿越建筑物時的保護技術(1)建筑物保護技術①保護對象的確定a．對已有建筑物和地下管線進行調查。b．確定已有建筑物的容許量。(3)地面沉降的模糊控制系統②做好盾尾建筑空隙的充填壓漿4．盾構穿越建筑物時的保護技術c．估算已有建筑物由于盾構施工可能產生的變形量。②保護方法及其運用：可分為基礎托換、結構補強等直接法和地基加固、隔斷法、凍結法等間接法二大類。a．基礎托換法b．地基加固c．隔斷法(2)隧道沿線新建建筑物的控制①區間隧道建成前，新建建筑物的控制要求a．建筑物基礎不得進入隧道斷面內，若為樁基應使隧道位于樁側摩擦阻力擴散范圍外。c．估算已有建筑物由于盾構施工可能產生的變形量。(2)隧道沿b．建筑物基底壓力不得大于設計中規定的地面超載。c．加強結構和基礎的整體剛度和強度，以適應隧道施工所產生的沉降和不均勻沉降。②區間隧道建成后，擬建建筑物的控制要求a．新建筑物在隧道頂部所產生附加應力小于天然地基的容許承載力。b．不得在控制范圍內進行明挖或降水施工。c．不得在隧道外側7~10m范圍內進行擠壓成樁，包括打樁、壓樁，只能采用鉆孔或挖孔樁，樁尖至少應在隧道底部以下5m。b．建筑物基底壓力不得大于設計中規定的地面超載。盾構法施工方法、加固方案及強度計算

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”。其施工主要步驟為：(1)在盾構法隧道的起始端和終端各建一個工作井；(2)盾構在起始端工作井內安裝就位；(3)依靠盾構千斤頂推力將盾構從起始工作井的墻壁開孔處推出。一、概述

盾構法施工方法、加固方案及強度計算盾構施工法是“使用盾構(4)盾構在地層中沿設計軸線推進，在推進的同時不斷出土和安裝襯砌管片；(5)及時的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；(6)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。

(4)盾構在地層中沿設計軸線推進，在推進的同時不斷出土和安裝車站碴土儲艙和料斗龍門吊車泥漿處理設備豎井皮帶運輸機盾構機螺旋輸送機管片運輸車泥漿注入車斗車電瓶車車站碴土儲艙和料斗龍門吊車泥漿處理設備豎井皮帶運輸機盾構機螺盾構施工動畫盾構施工動畫盾構法施工方法加固方案及強度計算課件從縱向可將盾構分為：切口環、支承環和盾尾。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開挖和支撐地層的裝置；支承環是盾構的主要承載結構，沿其內周邊均勻地安裝有推進盾構前進的千斤頂，以及開挖機械的驅動裝置和排土裝置；盾尾主要是進行襯砌作業的場所，其內部設置襯砌拼裝機，尾部有盾尾密封刷、同步注漿管和盾尾密封油膏注入管等。

盾構錄像從縱向可將盾構分為：切口環、支承環和盾尾。盾構錄像切口環支承環盾尾切口環支承環盾尾切口環支承環盾尾切口環支承環盾尾盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構外徑取決于管片襯砌外徑、保證管片拼裝方便的裕量、曲線施工以及修正盾構蛇行時的間隙量、盾尾殼體的厚度等因素，一般可用下式計算：D——盾構外徑；D0——管片襯砌外徑；t——盾尾殼體的厚度，一般取30~40mm；x——盾尾間隙，x=x1+x2；x1——為拼裝管片方便的裕量，一般在20~40mm；x2——曲線施工和修正盾構蛇行所需的間隙。

盾構外徑取決于管片襯砌外徑、保證管片拼裝方便的裕量、曲線施工L——盾尾覆蓋的襯砌長度；R——曲線半徑；L——盾尾覆蓋的襯砌長度；盾構長度應根據圍巖條件、隧道平面形狀、開挖方法、運轉操作、襯砌型式等條件確定，一般按下式計算：lH——切口環長度，取決于刀盤和刀盤支承型式；lC——支承環長度，取決于盾構千斤頂的沖程長，即每環管片的寬度；lr——盾尾長度，取決于盾尾需要覆蓋幾環管片，一般為1.5~2.5環。盾構長度應根據圍巖條件、隧道平面形狀、開挖方法、運轉操作、襯對于鉸接盾構，盾構的長度可表示為lH＋lC——前殼部分長度；lP——方向控制千斤頂的行程為零時的前殼和后殼間的空隙；lr——盾尾長度。對于鉸接盾構，盾構的長度可表示為lH＋lC——前殼部分長度；二、盾構機的種類

全開敞式手掘式半機械式機械式半開敞式——擠壓式泥水式土壓式密封式泥土加壓式泥漿式土壓式泥土加壓式二、盾構機的種類全開敞式手掘式半機械式機械式半開敞式1全開敞式全開敞式盾構機是指沒有隔墻、開挖面敞露狀態的盾構機。根據開挖方式的不同，又分為手掘式、半機械化式及機械式三種。適用范圍：適用于開挖面自穩性好的圍巖。(1)手掘式盾構機1全開敞式適用范圍：適用于開挖面自穩性好的圍巖。這種盾構機適應的土質是自穩性強的洪積層壓實的砂、砂礫，固結粉砂和粘土。(2)半機械式盾構機這種盾構機適應的土質是自穩性強的洪積層壓實的砂、砂礫，固結粉半機械式盾構機進行開挖及裝運石碴都采用專用機械，配備液壓鏟土機、臂式刀盤等挖掘機械和皮帶運輸機等出碴機械，或配備具有開挖與出碴雙重功能的機械，以圖省力。(3)機械式盾構機半機械式盾構機進行開挖及裝運石碴都采用專用機械，配備液壓鏟土機械式盾構機前面裝備有旋轉式刀盤，增大了盾構機的挖掘能力，開挖的土砂通過旋轉鏟斗和排土可以連續進行，縮短了工期，減少了作業人員。2半開敞式機械式盾構機前面裝備有旋轉式刀盤，增大了盾構機的挖掘能力，開這種盾構適用于軟弱粘土層，在推進過程中要引起較大的地面隆起。3密封式是指在機械開挖式盾構機內設置隔墻，進入刀盤與隔墻土倉的土體，由泥水壓力或土壓提供足以使開挖面保持穩定的壓力。密封式盾構機又分成局部氣壓式、泥水平衡式和土壓平衡式幾種。(1)局部氣壓式盾構這種盾構適用于軟弱粘土層，在推進過程中要引起較大的地面隆起。在機械式盾構支承環的前邊裝上隔板，使切口環成為一個密封艙，其中充滿壓縮空氣，達到疏干和穩定開挖面土體的作用。在機械式盾構支承環的前邊裝上隔板，使切口環成為一個密封艙，其(2)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。(2)土壓平衡式盾構盾構法施工方法加固方案及強度計算課件①刀盤：用于切削土體，同時將切削下來的土體攪拌混合，以改善切削土體的流動性。根據圍巖條件，切削刀盤可以是花板型的、輻條型的和礫石破碎型。根據盾構直徑的大小，刀盤的主軸可以采用中空軸式、中間支承式和周邊支承式。①刀盤：用于切削土體，同時將切削下來的土體攪拌混合，以改善切盾構機刀盤盾構機刀盤盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件標準刮刀超挖刀中心刀滾刀箭型刀先行刀周邊刀標準刮刀超挖刀中心刀滾刀箭型刀先行刀周邊刀②密封艙：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。③螺旋輸送機：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，利用螺旋葉片與土體間的摩擦和土體阻塞所產生的壓力損失，使螺旋輸送機排土口的泥土壓力降至一個大氣壓力，使其不發生噴漏現象。②密封艙：用于存貯被刀盤切削下來的土體，并加以攪拌使其成為不螺旋機螺旋機④塑流化材料注入器：用來向密封艙、刀盤和螺旋輸送機內注人添加劑。關于塑流化添加劑的種類，目前常用的添加劑有兩類：泥漿材料、化學發泡劑。式中Vs——螺旋輸送機每旋轉一周的排土體積；

N——螺旋輸送機的轉速；

A——切削斷面積；

V——推進速度。

④塑流化材料注入器：用來向密封艙、刀盤和螺旋輸送機內注人添加加注泡沫加注泡沫常用螺旋輸送機的排土率K來定量判定碴土的塑流性。當碴土處于良好的塑流狀態時，K為1.0左右。⑤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。

常用螺旋輸送機的排土率K來定量判定碴土的塑流性。當碴土處于良FPFF＞PminF=PF＞PmaxPmaxQPminQmaxFFPFF＞PminF=PF＞PmaxPmaxQPminQma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)；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。

主動土壓力+地下水壓力<P<被動土壓力+地下水壓力對于花板型刀盤，若刀盤面板開口率為x，刀盤上和密封艙內的碴土壓力分別為P1和P2，

主動土壓力+地下水壓力＜P1(1-x)+P2x＜被動土壓力＋地下水壓力

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(3)泥水加壓式盾構

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。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。(3)泥水加壓式盾構盾構法施工方法加固方案及強度計算課件泥水加壓式盾構按泥漿系統壓力控制方式可分為直接控制型(日本型)和間接控制型(德國型)兩種基本類型。①直接控制型(日本型)泥水加壓式盾構的泥漿壓力控制由一套自動控制泥漿平衡的裝置來實現。泥水室大刀盤清水槽泥漿調整槽密度計流量計供漿管排漿管伸縮管VP2P3P4P1泥水加壓式盾構按泥漿系統壓力控制方式可分為直接控制型(日本型臨界流速VL(m/s)可按Durand公式計算：式中FL——流速系數，按顆粒直徑和泥漿濃度而定，當顆粒直徑大于1mm時，FL＝1.34；

g——重力加速度，g=9.8m/s2；

p0——泥漿母液比重，一般p0=1.05~1.25；

p——碴土比重；

d——管子內徑(m)。臨界流速VL(m/s)可按Durand公式計算：式中F②間接控制型(德國型)泥水加壓式盾構的泥漿壓力控制由空氣和泥水雙重系統實現。空氣管半隔板②間接控制型(德國型)泥水加壓式盾構的泥漿壓力控制由空氣和泥(4)混合盾構(Mixshield)(4)混合盾構(Mixshield)(5)多圓盾構(Multi-CircularFaceShield)(5)多圓盾構(Multi-CircularFaceShi盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件(6)MF盾構(6)MF盾構(7)DOT盾構

(7)DOT盾構(8)H＆V盾構

(8)H＆V盾構(9)矩形盾構(10)橢圓形盾構

(9)矩形盾構三、盾構機的構造及機型的選擇

1．選型的根據(1)工程地質與水文地質條件①隧道沿線地層圍巖分類、各類圍巖的工程特性、不良地質現象和地層中含沼氣狀況；②地下水位，穿越透水層和含水砂礫透鏡體的水壓力、圍巖的滲透系數以及地層在動水壓力作用下的流動性；三、盾構機的構造及機型的選擇1．選型的根據(2)地層的參數①表示地層固有特性的參數：②表示地層狀態的參數：③表示地層強度和變形特性的參數：(3)地面環境、地面和地下建(構)筑物對地面沉降的敏感度(4)隧道尺寸：長度、直徑、永久襯砌的厚度(5)工期(6)造價(7)經驗：承包商的經驗、有無同類工程的經驗。(2)地層的參數2．選型的方法四、盾構法施工

1．施工準備工作

(1)修建盾構始發井和到達井(或稱拼裝室、拆卸室、工作井)2．選型的方法四、盾構法施工1．施工準備工作線路中線線路中線盾構始發井平面線路中線線路中線盾構始發井平面軌頂面盾構始發井縱剖面軌頂面盾構始發井縱剖面盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件①現澆鋼筋混凝土封門①現澆鋼筋混凝土封門②鋼板樁封門鋼板樁預留口②鋼板樁封門鋼板樁預留口③預埋H型鋼封門H型鋼連續墻③預埋H型鋼封門H型鋼連續墻(2)盾構拼裝

后配套臺車及其它設備下井示意圖(2)盾構拼裝后配套臺車及其它設備下井示意圖(2)盾構拼裝

盾構機安裝示意圖(2)盾構拼裝盾構機安裝示意圖(2)盾構拼裝

盾構機安裝示意圖(2)盾構拼裝盾構機安裝示意圖吊運刀盤吊運盾尾吊運刀盤吊運盾尾盾構法施工方法加固方案及強度計算課件盾構法施工方法加固方案及強度計算課件(3)洞口地層加固始發前破除洞門出洞前破除洞門(3)洞口地層加固始發前破除洞門出洞前破除洞門常用的加固方法有：注漿、旋噴、深層攪拌、井點降水、凍結法等。加固土體的范圍和需要達到的強度，可參照下述方法計算確定：①強度驗算：將加固土體視為厚度為t的周邊自由支承的彈性圓板，在外側水土壓力作用下，板中心處的最大彎曲應力，按彈性力學原理求得，并可寫出強度驗算公式：常用的加固方法有：注漿、旋噴、深層攪拌、井點降水、凍結法等。盾構機始發前的洞門加固盾構機始發前的洞門加固WW=Pa+PWPaPw土壓水壓Dntn′tWW=Pa+PWPaPw土壓水壓Dntn′t式中r——工作井端墻開洞的半徑，r＝D/2；

t——加固土體的厚度；

——加固土體的極限抗拉強度，一般可取其極限抗壓強度的10％，即；

K1——安全系數，一般取K＝1.5；式中r——工作井端墻開洞的半徑，r＝D/2；w——作用于開洞中心處的側向水土壓力。對于砂性土，水壓力和土壓力分別計算；對于粘性土，水土壓力合算。土壓力按靜止土壓力考慮，土的計算參數按加固前的選用；

——加固后土體的泊桑比，一般取＝0.2。抗剪強度的驗算公式：w——作用于開洞中心處的側向水土壓式中——加固后土體的極限抗剪強度，根據經驗，；

K2——抗剪安全系數，一般取K2＝1.5；②整體穩定驗算洞外加固土體在上部土體和地面堆載P等作用下，可能沿某滑動面向洞內整體滑動，假定滑動面是以端墻開洞外頂點O為圓心，開洞直徑D為半徑的圓弧面，此時，引起下滑的力矩為：式中——加固后土體的極限抗剪強度，根據經驗，PDCtDBOQxAHPDCtDBOQxAH

M＝M1+M2+M3

式中M1——地面堆載P引起的下滑力矩，

M1=PD2/2；

M2——上覆土體自重Q上引起的下滑力矩M3——滑移圓弧線內土體的下滑力矩

為加固后土體的重度。

M＝M1+M2抵抗下滑的力矩為：式中——滑移圓弧線AB段的抗滑力矩——滑移圓弧線BC段的抗滑力矩——滑移圓弧線CD段的抗滑力矩抵抗下滑的力矩為：式中——滑移圓弧線AB段式中——加固前土體地粘結力；

——加固后土體地粘結力；

H——上覆土體的高度；抗滑移的安全系數K2

式中——加固前土體地粘結力；抗滑移的安全系2．盾構的掘進(1)盾構千斤頂總推力與刀盤扭矩計算

①土壓平衡式盾構a．盾構千斤頂總推力推進土壓平衡式盾構所需克服的阻力有：(a)盾構與地層之間的摩阻力2．盾構的掘進式中μ——地層與鋼板的摩擦系數；

D、L——盾構的直徑和長度；

P0——盾構拱頂處的勻布圍巖豎向壓力，一般按全土柱計算，深埋情況下也可按泰沙基公式計算；

——盾構底部的勻布反力，，W為盾構重量；

P1——盾構拱頂處的側向水土壓力；

P2——盾構底部的側向水土壓力。式中μ——地層與鋼板的摩擦系數；(b)刀盤正面的側向土壓力式中Pd——刀盤中心處的側向土壓力K0——側壓力系數；

——地層的浮重度；

R——盾構的外半徑；

——按泰沙基公式計算的盾構拱頂處的松動圍巖壓力。(b)刀盤正面的側向土壓力式中Pd——刀盤中心處的側向(c)刀盤正面的地下水壓力式中——刀盤中心處的地下水壓力(d)盾尾內部與管片襯砌之間的摩阻力式中——管片與鋼板之間的摩擦系數，一般取；

——壓在盾尾上的管片襯砌重量，最大可取2~3環管片的自重；(c)刀盤正面的地下水壓力式中——刀總的阻力F為：則盾構千斤頂所需的總推力T為：

T＝KcF式中Kc——安全系數，一般取Kc＝1.5。b．刀盤扭矩：(a)刀具切削土體所需的扭矩：

總的阻力F為：則盾構千斤頂所需的總推力T為：式中h——刀具的穿透深度，h=v/N；

v——開挖速度；

N——刀盤轉速；

qu——地層單軸無側限抗壓強度；

r0——刀盤的外半徑。(b)由于刀盤自重所產生的抵抗旋轉的扭矩：式中G——刀盤自重；

R1——自重抵抗旋轉的半徑；

——轉動摩擦系數。式中h——刀具的穿透深度，h=v/N；(b)由于刀盤自(c)刀盤正面推力所產生的抵抗旋轉的扭矩：式中Wr——刀盤正面的推力，可按下式計算：x——刀盤的開口率；Pd——刀盤中心處的土側向壓力；d2——刀盤上設置刀具的外環直徑；d1——刀盤上設置刀具的內環直徑；Pw——刀盤中心處的地下水壓力；

R2——正面推力抵抗旋轉的半徑。(c)刀盤正面推力所產生的抵抗旋轉的扭矩：式中Wr—(d)刀盤密封裝置抵抗旋轉的扭矩：式中——密封材料與鋼的摩擦系數；

F——密封壓力；

——第1、2道的密封條數；

——相應的密封裝置的平均回轉半徑。(e)刀盤正面的摩擦扭矩：(d)刀盤密封裝置抵抗旋轉的扭矩：式中式中——地層與刀盤的摩擦系數，由于刀盤與地層之間充滿含水的碴土，所以，此時的摩擦系數較低，一般取。(f)刀盤周邊的摩擦扭矩：式中lk——刀盤厚度；

Pr——作用在刀盤周邊上的平均壓力，一般取式中——地層與刀盤的摩擦系數，由于刀盤(g)刀盤背面的摩擦扭矩：式中——碴土的抗剪強度，因碴土飽和含水，故抗剪強度較低，可近似地取其C＝0.01MPa，。(h)刀盤開口處切削碴土所需的扭矩：(g)刀盤背面的摩擦扭矩：式中——碴土的(i)刀盤在密封艙內攪拌碴土所需的扭矩：式中r1、r2——刀盤梁的內、外半徑；

l——刀盤梁的長度。驅動切削刀盤所需的總扭矩即為：(i)刀盤在密封艙內攪拌碴土所需的扭矩：式中r1、r2②泥水加壓式盾構a．千斤頂總推力可能還要增加一項后方臺車的牽引阻力(F5)式中——滾動阻力系數，一般取＝0.1；

Wb——后方臺車的重量。②泥水加壓式盾構a．千斤頂總推力可能還要增加一項后方臺車的b．刀盤扭矩泥水加壓式盾構需克服刀盤扭矩：刀具切削土體的抵抗扭矩(T1)、刀盤正面推力所產生的抵抗旋轉的扭矩(T3)、刀盤密封裝置與襯砌之間的旋轉摩擦阻力扭矩(T4)以及刀盤旋轉時所產生的摩擦阻力扭矩(T5、T6)。盾構推力和扭矩的控制標準：千斤頂總推力：

F=1000~1300kN/m2

b．刀盤扭矩泥水加壓式盾構需克服刀盤扭矩：刀具切削土體的抵刀盤扭矩：

式中——刀盤的扭矩系數土壓平衡式盾構：＝14~23；泥水加壓式盾構：＝9~15；

D——盾構直徑。(2)盾構掘進注意事項

①正確選擇推進千斤頂的個數與配置，以確保所需的推力。刀盤扭矩：式中——刀盤的扭矩系數②不得破壞開挖面的穩定。③不應損害管片等后方結構。④盡量防止橫向、縱向和轉動偏差的發生。(3)盾構掘進施工管理施工管理的目的就是使盾構在推進中對地層和地面影響最小，表現為地層的強度下降小，受到的擾動小，地面隆沉小，以及襯砌脫開盾尾時的突然沉降小。盾構掘進的施工管理包括：挖掘管理、線形管理、注漿管理、管片拼裝管理。

②不得破壞開挖面的穩定。①施工中的挖掘管理。②施工管理中的線性管理。盾構自動導向測量約有以下三種類型：激光導向系統；陀螺儀加千斤頂沖程計數器導向系統；普通測量系統等。①施工中的挖掘管理。③施工管理中的注漿管理。盾構施工中的注漿作業，根據注入時間，大致分為三種方式：a.同步注漿，即一邊推進盾構，一邊注漿。b.即時注漿，即在盾構推進終了后，通過管片上的注漿孔，迅速對口徑脫離盾尾的管片環背后間隙注漿。c.后方注漿，即在盾構后方一定距離處，從管片上的注漿孔向襯砌背后注漿，在時間上與盾構掘進無直接聯系。

④施工管理中的管片拼裝管理。

③施工管理中的注漿管理。3．襯砌、壓注(1)一次襯砌一次裝配式襯砌的施工是依照組裝管片的順序從下部開始逐次收回千斤頂。管片的環向接頭一般均錯縫拼裝。保持襯砌環的真圓度，對確保隧道斷面尺寸，提高施工速度及防水效果，減少地表下沉等甚為重要。緊固和再次緊固螺栓，緊固襯砌接頭螺栓必須按規定執行，以不損害組裝好的管片為準。

3．襯砌、壓注盾構法施工方法加固方案及強度計算課件(2)回填注漿回填注漿除可以防止圍巖松弛和地表下沉之外，還有防止襯砌漏水、漏氣，保持襯砌環早期穩定的作用。注漿材料需具有下列特點：不產生材料離析；具有流動性；壓注后體積變化小；壓注后的強度很快就超過圍巖的強度，保證襯砌與周圍地層的相互作用，減少地層移動；具有一定的動強度，以滿足抗震要求；具有不透水性等。(3)二次襯砌(2)回填注漿五、ECL施工法

六、盾構法施工地面沉降機理、預測和防治

1．地表沉降的規律

在隧道縱軸線上產生的地表變形一般可分為三個階段，即盾構前方地表隆起或沉降，施工沉降和固結沉降。五、ECL施工法六、盾構法