軌道交通工程盾構施工技術項目1盾構發展歷史認知目錄

CONTENTS2中國盾構發展認知1國外盾構發展認知任務1.1國外盾構發展認知（1）以布魯內爾盾構為代表的手掘式盾構；（2）以半機械式、機械式、網格式、氣壓式為代表的機械開挖式盾構；（3）以土壓平衡或泥水平衡為代表的閉胸式盾構；（4）以大斷面、大深度、長距離、斷面多樣化為代表的多元化盾構。國外盾構主要經歷了4個發展階段：相關知識1.1.1 手掘式盾構1806年，法國工程師馬克·布魯內樂（Marc

Brunel）在蛀蟲鉆孔的啟示下，發現了盾構掘進隧道的原理，并在英國注冊了專利。1818年，馬克完善了盾構結構的機械系統，設計成用全斷面螺旋式開挖的封閉式盾殼，襯砌緊隨其后，如圖所示。布魯內爾申請的盾構專利示意1.1.1 手掘式盾構1825年，馬克和他的兒子金德姆·布魯內爾（Kingdom

Brunel）第一次在倫敦泰晤士河下用一個斷面高6.8

m，寬11.4

m的矩形盾構修建第一條盾構法隧道。1869年，英國人詹姆斯·亨利·格雷特黑德（JamesHenry

Greathead）用圓形盾構再次在泰晤士河底修建了一條外徑為2.18m，長402m的隧道（Rotherhithe隧道），并第一次采用了鑄鐵管片。國際上公認馬克為盾構法隧道創始人，而他的兒子金德姆更是作為杰出發明家和工程師留名青史。Greathead圓形盾構后來成為大多數盾構的模型。1.1.2 機械式盾構用機械開挖代替人工開挖是盾構施工的一個巨大進步。第一個機械化盾構的專利是1876年英國人約翰·迪金森·布倫頓（JohnDickinson

Brunton）和他的兄弟喬治·布倫頓（George

Brunton）申請的專利。1886年，格雷特黑德將壓縮空氣方法與盾構掘進相結合使用。壓縮空氣在盾構掘進中的使用，標志著在承壓水地層中掘進隧道的一個重大進步，填補了富水地層隧道施工的空白，促進了盾構在世界范圍內的推廣。1896年，英國人普賴斯（Price）開發了一種幅條式刀盤機械化盾構，并于1897年成功地應用在倫敦的黏土地層的施工中。1.1.3 閉胸式盾構第三代盾構以閉胸式盾構為代表，主要包括土壓平衡盾構和泥水平衡盾構，以新型襯砌為主要技術特點。土壓平衡盾構是通過調節土艙的土壓力穩定開挖面，棄土可以從土艙排出的盾構。泥水平衡盾構是通過調節泥水艙的泥水壓力穩定開挖面，棄土以泥水方式排出的盾構。土壓平衡盾構土壓平衡盾構又稱為泥土加壓式盾構。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。1.1.3 閉胸式盾構2.

泥水平衡盾構泥水平衡盾構也稱泥水加壓盾構，它的開發目的是通過噴射水流，將土料以泥漿的形式排出。但水不能支護開挖面，無法阻止開挖面不停地流動。這種情況與充滿水的挖槽相類似，從而提出在開挖面用類同槽壁法的支護，而膨潤土泥漿可在無黏聚力土槽溝中支護掘出的開挖面。這樣就誕生了泥水平衡盾構。1964年英國人莫特·海（Mott

Hay）、安德森（Anderson）和約翰·巴特利特（John·Bartlett）申請了泥水平衡盾構的專利。1.1.4 多元化盾構1.

盾構隧道長距離化、大直徑化表 列出了部分直徑超過15

m的國外盾構隧道工程序號工程名稱盾構直徑/m盾構類型1馬德里M30環線隧道15.2土壓2意大利Sparvo隧道15.55土壓3東京灣公路海底隧道14.14泥水4意大利Santa

Lucia隧道15.87土壓5東京外環公路隧道16.1土壓6美國西雅圖SR99隧道17.45土壓7意大利Caltanissetta公路隧道15.08泥水1.1.4 多元化盾構類矩形盾構2.

盾構多樣化從斷面形狀方面:類矩形、雙圓盾構、三圓盾構、馬蹄形盾構等；從功能上講:球體盾構、母子盾構、擴徑盾構、變徑盾構、分岔盾構、途中更換刀具盾構、障礙物直接切除盾構等特種盾構；從盾構的掘削:出現了搖動、擺動掘削方式的盾構。三圓盾構馬蹄形盾構母子型盾構1.1.4 多元化盾構3.

施工自動化施工設備出現了：（1） 管片供給、運送、組裝自動化裝置；（2）盾構掘進中的方向、姿態自動控制系統；（3）施工信息化、自動化的管理系統及施工故障自診斷系統。任務1.2中國盾構發展認知1.2.1 中國盾構的黎明期中國盾構歷經了黎明期、創新期和跨越期。中國盾構從曾經落后于世界發展到現在總體技術已位于世界領先水平。1953年至2001年是中國盾構發展的黎明期。1953年，東北阜新煤礦用手掘式盾構是我國首條用盾構法施工的隧道。從而揭開了中國盾構從無到有的歷史。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。1986年，中鐵隧道局集團有限公司研制出半斷面插刀盾構，并成功用于修建北京地鐵復興門折返線。1.2.1 中國盾構的黎明期1987年12月，上海造船廠制造出我國首臺直徑4.35m加泥式土壓平衡盾構。1988年上海又自主開發研制了當時我國直徑最大的新一代土壓平衡盾構。上海自行開發研制的直徑5.64

m土壓平衡盾構是當時國內直徑最大的加水型土壓平衡盾構。盾構的總體設計合理，刀盤結構新穎、切削硬土能力強，螺旋輸送機排泥性能良好，采用了具有自整定和預整定功能的土壓平衡控制系統，性能穩定可靠。盾構分解為幾個單元體制造并在工地總裝，簡化了工藝、降低了造價、縮短了加工周期。1.2.2 創新期中國盾構(2)

2002年至2008年是中國盾構的創新期。2002年8月，國家將盾構的自主研發正式列入國家高技術研究發展計劃（簡稱“863”計劃），從而揭開了中國盾構從有到優的歷史。2002年8月，國家科學技術部將“

6.3

m全斷面隧道掘進機研究設計”列入國家“863”計劃。為縮小我國在泥水平衡盾構的設計、制造技術方面與國際先進水平的差距。國家科學技術部于2005年7月將泥水平衡盾構的研究列入“863”計劃，對大直徑泥水平衡盾構消化吸收與設計課題進行了專題立項。1.2.3 跨越期中國盾構(3)

2009年至今，是中國盾構的跨越期。這個時期中國盾構自主創新能力顯著提高，在關鍵核心技術、實驗平臺研制、盾構產業化跨越式發展等方面取得了重大突破。在關鍵核心技術方面，以“盾構裝備自主設計制造關鍵技術及產業化”項目為依托，攻克了穩定性、順應性、協調性三大關鍵技術。在實驗平臺研制方面，研制出了多臺具有自主知識產權的盾構技術科研儀器設備。在盾構產業發展方面，土壓平衡盾構、泥水平衡盾構和巖石掘進機產業化取得了重大突破。1.2.4 中國盾構市場前景1.

城市地鐵盾構應用前景北京、天津、上海、廣州是中國前4個擁有地鐵的城市。目前中國運作地鐵項目的城市，盡管1號線的長度都在25

km以內，但地鐵總長度規劃沒有一個在100

km以下的。我國近期地鐵盾構施工市場主要分布在以下三類城市：①

區域地區經濟龍頭城市：以北京、上海、廣州等城市為代表。②

經濟發達的超大城市：以深圳、天津、重慶、成都等城市為代表。③

人口密集的特大城市：以杭州、沈陽、青島等城市為代表。1.2.4 中國盾構市場前景2.

過江隧道前景中國江河湖海眾多，海岸線綿延萬余公里，越江、跨海隧道大有前景。泥水平衡盾構已廣泛地應用于越江、跨海等隧道工程。國家發改委于2020年發布了《長江干線過江通道布局規劃（2020—2035年）》。規劃中指出，目前過江通道仍存在通道總量偏少、部分通道負荷較重、資源利用水平不高等亟待解決的矛盾和問題，到2025年，建成過江通道180座左右，到2035年，建成過江通道240座左右，另長江下游等重點河段應堅持“少橋多隧”“宜隧則隧”的原則。1.2.4 中國盾構市場前景3.

鐵路隧道前景鐵路隧道是盾構施工的重要對象，從2000年開始，新建鐵路隧道每年平均以200

km的速度增長，且長大隧道所占相對密度增加。4.

市政管道前景城市綜合管廊是在城市道路、廠區等地下建造一個隧道空間，將電力、通信、燃氣、供熱、給排水中兩種及兩種以上的市政公用管線鋪設在同一個構筑物內，同時設置專門的投料口、通風口、檢修口和檢測系統保證其正常運行。引水工程不可避免地會遇到引水隧道的施工問題，而選擇盾構或硬巖掘進機施工是其最佳手段。1.2.5 盾構施工發展展望:

智能盾構智能建造相對于傳統的淺埋暗挖施工，隧道盾構施工極大地提高了機械化和自動化程度。智能化盾構的應用，能夠顯著提升機械工程的效率，降低勞動強度，減少施工風險。智能盾構修建隧道的影響:能夠利用感知系統自己判斷前方地質及環境條件；能夠感知和監控盾構關鍵系統的工作狀態;自動調整掘進方向和姿態，實現自動推進、自動糾偏、自動拼裝等;自動檢測和評價盾構隧道建設質量，及時發現偏差和缺陷。感謝觀看軌道交通工程盾構施工技術項目2盾構構造認知目錄

CONTENTS

盾構的分類認知

土壓平衡盾構認知

泥水平衡盾構認知

多模盾構認知5任務2.1盾構的分類認知2.1.1 按挖掘土體的方式分類（1）手掘式盾構（2）半機械盾構（3）機械式盾構即掘削和出土均靠人工操作進行的方式，手掘式盾構是結構最簡單、配套設備少，因而造價也最低，制造工期短。機械式盾構是在手掘式盾構的切口部分裝上一個與盾構直徑一般大小的大刀盤，用它來實現盾構施工的全斷面切削開挖。是在手掘式盾構正面裝上機械來代替人工開挖，根據地層條件，可以安裝反鏟挖土機或螺旋切削機，土體較硬可安裝軟巖掘進機。2.1.2 按開挖直徑分類盾構根據其直徑的大小分為以下幾類：0.2～2

m直徑稱為微型盾構。2～4.2

m直徑稱為小型盾構。4.2～7

m直徑稱為中型盾構。7～12

m稱為大型盾構。12

m以上為超大型盾構。2.1.3 按支護地層形式分類盾構按照支護地層的形式主要分為：自然支護式、機械支護式、壓縮空氣支護式、泥漿支護式，土壓平衡支護式5種類型。（1）自然支護式盾構：利用推土斜面的壓力來抵抗外部土壓，適用于地質情況穩定，且無地下水的地層。（2）機械支護式盾構：利用機械壓力來抵抗開挖面的土壓，適用于地質情況穩定，且無地下水的地層。2.1.3 按支護地層形式分類（3）壓縮空氣支護式盾構：通過設備制造壓縮空氣來平衡開挖面的水土壓力，適用于含有地下水的軟土地層。（4）泥水平衡盾構：利用泥漿壓力來抵抗開挖面水土壓力的盾構，適用于地下水豐富的土層中，對地表的沉降控制較為有利。（5）土壓平衡盾構：利用土艙內的土壓來平衡開挖面水土壓力的盾構，可適用于各種地層。2.1.4 按掘削面的擋土形式分類按掘削面的擋土形式，盾構可分為開放式、部分開放式、封閉式3種。開放式即掘削面敞開，并可直接看到掘削面的掘削方式。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。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。2.1.5 按截面形狀分類盾構按照截面類型可分為：圓形盾構、橢圓形盾構、馬蹄形盾構、矩形盾構、雙圓搭接形盾構、三圓搭接形盾構等類型。圓形盾構圓形盾構如圖所示，為目前隧道施工中使用最為廣泛的類型。圓形盾構具有結構受力合理，承載能力較強，荷載分布均勻；施工過程中不易發生側傾，穩定性好等優點。圓形盾構2.1.5 按截面形狀分類馬蹄形盾構馬蹄形盾構如圖所示。該盾構有大小9個刀盤，錯落設置，最大的直徑4.9m，最小的1.1m，每個刀盤都是獨立的操控系統，可隨意組合，能同時、單個和不同方向地旋轉。相對圓形盾構的一個大刀盤旋轉、一套控制系統的“粗放”施工，馬蹄形盾構可以針對不同土質層進行最大面積、最大角度的精細開挖。馬蹄形盾構2.1.5 按截面形狀分類矩形盾構矩形盾構如圖所示。相比于圓形盾構，矩形盾構空間利用率較高，且開挖斷面尺寸一般較大；缺點是技術難度大，造價相對較高。目前我國已生產出具有自主知識產權的矩形盾構，可用于單洞雙線等大斷面隧道的施工。矩形盾構2.1.5 按截面形狀分類多圓搭接形盾構多圓盾構一般為多個圓斷面疊加、搭接組成，主要有雙圓搭接形盾構、三圓搭接形盾構兩種形式。雙圓盾構三圓盾構2.1.5 按截面形狀分類以雙圓搭接形盾構為例，說明雙圓搭接形盾構的優點：雙圓隧道優化了斷面形式，有效減少了開挖斷面積。雙圓區間隧道寬度較窄，避免對地面構筑物的影響。為線路選線提供了多種可行方案。兩條區間隧道合二為一，有利于提高抗震、救災能力。從經濟角度考慮，可縮小區間隧道和相鄰車站的工程量。2.1.6 按適用土質分類按適用土質，盾構可分為軟土盾構、硬巖盾構及復合盾構3種。軟土盾構即切削軟土的盾構。硬巖盾構即掘削硬巖的盾構。復合盾構既可切削軟土，又能掘削硬巖的盾構。任務2.2土壓平衡盾構認知2.2.1 工作原理土壓平衡盾構是在機械式盾構的前部設置隔板，使土艙和排土用的螺旋輸送機內充滿切削下來的泥土，依靠推進油缸的推力給土艙內的開挖土渣加壓，使土壓作用于開挖面以使其穩定。土壓平衡盾構的工作原理：刀盤旋轉切削開挖面的泥土，破碎的泥土通過刀盤開口進入土艙，泥土落到土艙底部后，通過螺旋輸送機運到皮帶輸送機上，然后輸送到停在軌道上的運渣車上。盾構在推進油缸的推力作用下向前推進。盾殼對挖掘出的還未襯砌的隧道起著臨時支護作用，承受周圍土層的土壓、承受地下水的水壓并將地下水擋在盾殼外面。掘進、排土、襯砌等作業圴在盾殼的掩護下進行。所有盾構的形式：本體從工作面開始均可分為前盾、中盾、盾尾三部分，借以盾殼鋼板連成整體。盾殼擁有可充分承受土壓、水壓、盾構千斤頂推進反作用力、挖掘反作用力。中盾前部收納有刀盤裝置的驅動部分、通過艙墻與前盾區分開來。艙墻下方設置有螺旋輸送機；上方裝有人行孔，中央裝有人行閘、回轉節。中盾外周呈圓周方向，均等配置有為推進盾構運行的盾構千斤頂。2.2.2 主機構造土壓平衡盾構盾體結構示意2.2.2 主機構造前盾構造前盾部分是開挖和擋土部分，它位于盾構的最前端，施工時最先切入土層并掩護開挖作業。前盾保持著工作面的穩定，并作為開挖下來的土砂向后方運輸的通道，采用機械化開挖式盾構時，可根據開挖下來土砂的狀態，確定前盾的形狀、尺寸。前盾2.2.2 主機構造主驅動裝置由主軸承、八個液壓驅動馬達、八個減速器及主軸承密封組成。軸承外圈通過連接法蘭用螺絲與前體固定，軸承內圈用螺絲和刀盤連接，借助液壓動力帶動液壓馬達、減速器、軸承內齒圈直接驅動刀盤旋轉。主軸承設置有三道唇形外密封和兩道唇形內密封，外密封前兩道采用永久性失脂潤滑來阻止土艙內的渣土和泥漿滲入，后一道密封是防止主軸承內的潤滑油滲漏。主驅動2.2.2 主機構造中盾構造中盾是盾構的主體結構，是承受作用于盾構上全部荷載的骨架。它緊接于前盾，位于盾構中部，通常是一個剛性很好的圓形結構。地層壓力、所有千斤頂的反作用力及前盾入土正面阻力、襯砌拼裝時的施工荷載均由中盾來承受。中盾2.2.2 主機構造中盾盾尾構造盾尾鋼結構鋼板一般厚

40

mm，以適應預計的工作壓力，與中盾通過鉸接油缸進行連接，盾尾主要包括：（1）盾尾密封：盾尾密封一般采用鋼絲刷密封裝置，鋼絲刷是集彈簧鋼板、鋼絲刷及不銹鋼金屬網于一體的結構。（2）雙鉸接密封：由重載型橡膠密封和緊急密封組成。2.2.3 刀盤構造刀盤構造簡介刀盤位于盾構的最前部，是一個帶有多個進料槽的切削盤體，主要用于切削土體。根據結構形式，刀盤主要可分為面板式和輻條式兩種，此外還有一種介于兩者之間的幅板式刀盤（由輻條和幅板組成）。盾構刀盤的選用應結合地質情況及工作環境綜合分析確定。面板式刀盤輻條式刀盤2.2.3 刀盤構造（1）刀盤的主要功能。①

開挖功能：刀盤旋轉時，刀具切削隧道掌子面的土體，對掌子面的地層進行開挖，開挖后的渣土通過刀盤的開口進入土艙。②

穩定功能：支撐掌子面，具有穩定掌子面的功能。③

攪拌功能：對于土壓平衡盾構，刀盤對土艙內的渣土具有一定的塑性，然后通過螺旋輸送機將渣土排出。2.2.3 刀盤構造（2）刀盤的要求。①

刀盤應有足夠的強度和剛度。②

刀盤應有較大的開口率。③

針對地層的變化，能夠方便地更換硬巖滾刀和軟巖齒刀。④

刀盤結構應有足夠的耐磨強度。⑤刀盤上應配置足夠的渣土攪拌裝置。⑥

刀盤上應配置足夠的注入口，各口并裝有單向閥，以滿足刀具的冷卻、潤滑和渣土改良。2.2.3 刀盤構造（3）刀盤的支撐方式。①

中心支撐式：結構簡單，用于中小型盾構，優點是黏附黏性土的危險性小。②中間支撐式：結構均衡，多用于大中型盾構。③

外周支撐式：由于該型支撐的盾構內空間廣闊，故便于大直徑盾構中處理孤石、漂石。中心支撐式中間支撐式外周支撐式2.2.3 刀盤構造（4）刀盤評價指標。①

開口率：指開口面積占整個刀盤面積的百分比。一般在

20%～65%不等，開口率對土壓平衡盾構有著重要意義，開口是否合適直接影響到壓力控制。②

刀間距：指在直徑方向上，相鄰兩條軌跡上的刀具之間的距離。刀間距過大，影響切削效果；刀間距過小，浪費能源，經濟性變差。③

刀高：指刀具伸出面板的距離。④

刀具高差：指不同刀具之間的高度差。很多時候為了改善切削效果，采用不同的刀具和高度，例如先行刀、主切刀、魚尾刀就有不同的高度。2.2.3 刀盤構造刀具簡介盾構刀具的配置是盾構刀具設計中非常重要的內容，其配置是否適合工程地質條件，直接影響盾構的刀盤使用壽命、切削效果、出土狀況、掘進速度和施工效率。目前使用的刀具一般有兩類：一是滾動類刀具。二是切削類刀具。（1）滾刀。滾刀分齒形滾刀和盤形滾刀。齒形滾刀主要有球齒滾刀和楔齒滾刀兩種，常用于軟巖。盾構上應用較廣的是盤形滾刀。2.2.3 刀盤構造盤形滾刀按刀圈的數量分為單刃、雙刃、多刃等三種形式。單刃、雙刃、多刃滾刀在風化的砂巖及泥巖等較軟巖地層時，一般采用雙刃滾刀，較硬巖采用單刃滾刀。盤形滾刀按刀圈材質分為耐磨層表面刀圈、標準鋼刀圈、重型鋼刀圈、鑲齒硬質合金刀圈滾刀等，并分別適應于不同的地層。2.2.3 刀盤構造（2）切刀。切刀安裝在刀盤開口槽的兩側，也稱刮刀。目前最有效的切刀為雙層耐磨設計，配有雙層碳鎢合金刀齒以提高刀具的耐磨性，在第一排刀齒磨損后，第二排刀齒可以代替第一排刀齒繼續發揮作用。切刀在刀盤上的安裝采用背裝式，可以從開挖艙內拆卸和更換。切刀2.2.3 刀盤構造（3）先行刀。先行刀一般安裝在輻條中間的刀箱中。采用背裝式，可從土艙進行更換。先行刀主要有3種形式：貝殼刀、齒刀、撕裂刀。貝殼刀撕裂刀齒刀2.2.3 刀盤構造（4）周邊刮刀。周邊刮刀也稱鏟刀，安裝在刀盤的外圈，用于清除邊緣部分的開挖渣土防止沉積、確保刀盤的開挖直徑以及防止刀盤外緣的間接磨損。（5）仿形刀。仿形刀安裝在刀盤的外緣上，通過液壓油缸啟動，采用可編程控制，通過刀盤回轉傳感器來實現。駕駛員可以控制仿形刀開挖的深度（即超挖的深度），以及超挖的位置。2.2.3 刀盤構造刀盤驅動方式刀盤的驅動方式有3種：一是變頻電機驅動；二是液壓驅動；三是定速電機驅動。鑒于定速電機驅動會導致刀盤轉速不能調節，一般不采用。液壓驅動具有調速靈活，控制簡單、液壓馬達體積小、安裝方便等特點，但液壓驅動效率低、發熱量大。變頻驅動具有發熱量小、效率高、控制精確等優點，在工業領域應用較廣。2.2.4 管片拼裝機管片拼裝機由拼裝機大梁、支撐架、旋轉架和拼裝頭組成2個拼裝機行走液壓油缸，可以使支撐架、旋轉架、拼裝頭在拼裝機大梁上沿隧道軸線方向移動。某盾構管片拼裝機結構示意2.2.5 排土設備螺旋輸送機螺旋輸送機由筒體、驅動裝置、螺旋軸、出渣閘門組成，是土壓平衡盾構的排土裝置，主要有以下3個功能。渣土在螺旋機內向外排出的過程中形成密封土塞，渣土壓力從前至后（1） 依次遞減。（2）在保持土艙土壓的同時，將盾構土艙內的土體向外連續排出。（3）隨時調整向外排土的速度，確保盾構連續正常向前掘進。2.2.5 排土設備皮帶輸送機皮帶輸送機由電機驅動，用于將螺旋輸送機輸出的渣土傳送到盾構后配套的渣車里。皮帶輸送機由皮帶機支架、前隨動輪、后主動輪、上下托輪、皮帶、皮帶張緊裝置、皮帶刮泥裝置、和帶減速器的驅動電機等組成。皮帶輸送機安裝布置在后配套連接橋和拖車的上面。2.2.6 后配套設備盾構后配套設備主要由4～6節后配套臺車組成，設備組成基本相同，主要為盾構操作所需的操作室、電氣部件、液壓部件、注漿設備、泡沫設備、膨潤土設備、循環水設備及通風設備等。盾構后配套臺車2.2.6 后配套設備1號臺車及其上的設備1號臺車上裝有盾構的操作室及注漿設備。盾構操作室中有盾構操作控制臺、控制電腦、盾構PLC自動控制系統、VMT隧道掘進激光導向系統電腦及螺旋輸送機后部出土口監視器。2號臺車及其上的設備2號臺車上有包含液壓油箱在內的液壓泵站、膨潤土泵、盾尾密封油脂泵及潤滑油脂泵。液壓油箱及液壓泵站為刀盤驅動、推進油缸、鉸接油缸、管片拼裝機、管片運輸小車、螺旋輸送機、注漿泵等液壓設備提供壓力油。2.2.6 后配套設備3號臺車及其上的設備3號臺車上裝有空壓機、儲氣罐、1組配電柜及1臺二次風機。二次風機由11

kW的電機驅動，將由中間井輸送至第4節臺車位置處的新鮮空氣，繼續向前泵送至盾體附近，以給盾構提供良好的通風。4號臺車及其上的設備4號臺車上裝有變壓器、電纜卷筒、水管卷筒、風管盒。鋪設在隧道中的2條內徑為100mm的水管作為盾構的進、回水管，將蓄水池與水管連接起來，與一臺高壓水泵驅動盾構用水在蓄水池和盾構之間循環。任務2.3泥水平衡盾構認知泥水平衡盾構是在機械式盾構前部設置一道封閉隔板，裝備刀盤及輸送泥漿的送排泥管和推進盾構的推進油缸。工作原理：把水、黏土及其添加劑混合制成的泥水，經輸送管道壓入泥水艙，待泥水充滿整個泥水艙，并具有一定壓力，形成泥水壓力室。通過泥水的加壓作用和壓力保持機構，能夠維持開挖工作面的穩定。相關知識泥水平衡盾構2.3.1 結構特點泥水平衡盾構的結構泥水平衡盾構結構主要包括刀盤、前體、中體、盾尾、主軸承等。泥水平衡盾構由以下5大系統構成：（1）一邊利用刀盤挖掘整個開挖面、一邊推進的盾構掘進系統；（2）可調整泥漿物性，保持開挖面穩定的泥水循環系統；（3）綜合管理排泥狀態及泥水處理設備運轉狀況的綜合管理系統；（4）泥水分離處理系統；（5）壁后同步注漿系統。2.3.1 結構特點2.泥水平衡盾構施工的特點（1）在易發生流砂的地層中能穩定開挖面，可在正常大氣壓下作業。（2）泥水傳遞速度快而且均勻，開挖面平衡土壓力的控制精度高，對開挖面周邊土體的干擾少，地面沉降量控制精度高。（3）盾構出土，減少運輸車輛；刀盤、刀具磨損小。（4）刀盤所受扭矩小，更適合大直徑隧道施工。（5）特別適用于地層含水量大、上方有水體的越江隧道和海底隧道。2.3.2 開挖面穩定機理1.泥膜形成機理泥水平衡盾構是通過在泥水艙中適當壓力的泥漿，使其在開挖面形成泥膜，支撐隧道開挖面的土體，并由刀盤切削土體表層的泥膜，與泥水混合后，形成高密度的泥漿，然后由排泥泵及管道將泥漿輸送到地面，進行分離處理。2.泥膜形成的基本要素從泥水平衡理論中可以看出，在泥水平衡盾構法施工中，盡快形成不透水的泥膜是一個相當關鍵的環節。在泥水平衡盾構施工中控制泥水壓力和控制泥水質量是兩個重要的要素。2.3.2 開挖面穩定機理為了保持開挖面穩定，必須可靠而迅速地形成泥膜，以使壓力有效作用于開挖面。因此，泥水應具有以下特性：泥水的密度 含砂量 泥水的黏性 泥水壓力3.掘進速度與泥膜的關系泥水平衡盾構處于正常掘進狀態時，刀具并不直接切削土體，而是對刀盤正面已形成的泥膜進行切削。高質量泥水形成泥膜的時間為1～2s。2.3.3 地質適應范圍泥水平衡盾構最初是在沖積黏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，在軟弱的淤泥質土層、松動的砂土層、砂礫層、卵石砂礫層、砂礫和堅硬土的互層等地層中均適用。目前，泥水平衡盾構工法對地層的適用范圍不斷擴大，即使處于惡化的施工環境和存在地下水等的不良條件下，由于有相應的處理方法，幾乎能適應所有的地層。貝殼層礫石層砂層黏性土層任務2.4多模盾構認知2.4.1 土壓泥水雙模盾構土壓泥水雙模盾構集成了土壓平衡盾構、泥水平衡盾構的設計理念及功能，融合了泥水、土壓兩種模式。土壓泥水雙模盾構同時具備兩套排渣系統和兩種壓力平衡方式。雙模式掘進機用于土壓平衡模式時，基本配置與常規土壓平衡盾構完全相同。可根據地層變化在兩種模式之間實現相互切換，能最大限度地控制工程風險，同時實現優質高效掘進。采用土壓平衡模式可以實現穩定地層的高效掘進施工；采用泥水平衡模式可以更好地應對高水壓滲透地層中的隧道掘進施工。2.4.1 土壓泥水雙模盾構土壓泥水雙模式盾構的模式轉換如圖所示，連續切換的施工方法如下：（1）在土壓平衡模式下，停止盾構掘進；關閉螺旋輸送機出土閘門，正轉螺旋輸送機使其內部形成有效土塞后關閉螺旋輸送機；啟動泥水處理系統。（2）在泥水平衡模式下，停止盾構掘進。土壓平衡模式泥水平衡模式2.4.2 土壓TBM雙模盾構土壓TBM雙模盾構是指一臺盾構既具備土壓平衡盾構功能，又具備TBM的功能，可根據施工地質條件和要求，進行功能轉換，從而滿足安全、快速施工的需求。TBM模式土壓平衡模式2.4.2 土壓TBM雙模盾構土壓TBM雙模式盾構的模式轉換分兩種：土壓模式轉換為TBM模式TBM模式轉換土壓模式兩種轉換是相互可逆的過程，但TBM模式轉換土壓模式流程較復雜。大直徑土壓TBM雙模盾構主機皮帶機和螺旋機同時布置在同一臺設備上，在洞內轉換時，可將一套出渣系統后退縮回至盾體內部，另一套出渣系統伸出盾體外側即可。2.4.3 三模盾構土壓泥水單護盾三模盾構具有3種掘進模式，分別是土壓掘進模式、泥水掘進模式和

TBM掘進模式。泥水式 土壓平衡式 敞開式1—刀盤；2—沉潛墻；3—隔板；4—推進缸；5—人艙；6—破碎機；7—格柵；8—吸泥管；9—鉸接缸；10—管片；11—排泥管；12—進泥管；13—螺旋輸送機；14—皮帶輸送機。1.土壓掘進模式轉換成泥水掘進模式首先開挖艙降渣位，停止盾構各系統，關閉螺旋出土機閘門；然后啟動環流系統旁通循環，向開挖艙灌漿；接著逆循環疏通排漿口；最后環流系統進漿艙內循環，充分洗艙，轉為泥水模式掘進。2.泥水掘進模式轉換成土壓掘進模式首先確保系統運行正常；然后關閉氣墊艙聯通閘閥，隔離氣墊艙；泥水模式下進漿循環清洗開挖艙；隨后在旁通模式下，緩慢推進在開挖艙內堆渣；最后伸出轉動螺機，打開閘門，運行皮帶機，轉為土壓模式掘進。2.4.3 三模盾構3.泥水掘進模式轉換成TBM掘進模式在模式轉換地點，利用環流旁通循環清洗氣墊艙；然后打開氣墊艙頂部呼吸管，聯通開挖艙，監測壓力波動情況；接著隔離氣墊艙，排氣恢復常壓；接著關閉氣墊艙頂部呼吸管，排漿管路排渣，切換至TBM掘進模式。4. TBM掘進模式轉換成泥水掘進模式首先在模式轉換地點，進行氣墊艙加氣保壓測試；然后利用環流系統送漿到開挖艙，灌漿至滿；接著打開氣墊艙聯通管路刀閘；最后利用環流系統送漿到氣墊艙、開挖艙，利用排漿管路排渣，切換成泥水掘進模式。2.4.3 三模盾構5.土壓掘進模式轉換成TBM掘進模式在模式轉換地點降低開挖艙渣位，關閉螺旋出土機閘門；然后灌漿至滿，利用逆循環疏通排漿口；接著利用環流系統進漿艙內循環洗艙；最后底部沖刷進漿，排漿管排渣，轉為TBM模式掘進。6. TBM掘進模式轉換成土壓掘進模式在模式轉換地點，調試各系統，確保運行正常；接著在TBM模式下進漿循環清洗開挖艙；然后緩慢推進對開挖艙堆渣；最后伸出轉動螺機，打開閘門，運行皮帶機，轉為土壓模式掘進。2.4.3 三模盾構可變密度盾構既能以土壓平衡模式，也能以泥水平衡模式推進?？勺兠芏榷軜嬘?種工作模式：土壓平衡模式、加泥式土壓平衡模式、常規泥水平衡模式和高密度泥漿泥水平衡模式。2.4.4 可變密度盾構可變密度盾構示意2.4.4 可變密度盾構1.土壓平衡模式此模式可有效解決在黏土地層或有大量大粒徑破碎巖石出渣困難的問題，也不會因為平衡壓力過大導致地面噴涌。加泥土壓平衡模式示意2.4.4 可變密度盾構2.加泥土壓平衡模式該工作模式的出渣方式同常規土壓平衡模式。該工作模式可在低水壓地層有效解決卵石和破碎巖石地層出渣困難和地下水的流失造成沉降的問題。常規土壓平衡模式示意2.4.4 可變密度盾構3.常規泥水平衡模式該模式可解決地下水豐富、高水壓時螺旋輸送機噴涌問題，以及大量小粒徑巖石和少量大粒徑破碎巖石出渣困難的問題。常規泥水平衡模式示意2.4.4 可變密度盾構1.土壓平衡模式高密度膨潤土對溶洞和裂隙起到填充和堵塞的作用，從而有效解決泥漿地面突涌和遭遇溶洞群或地下空洞后開挖面失壓造成的開挖面失穩和地表沉降。在螺旋輸送機后部的泥漿調節箱可以降低泥漿的密度使其滿足泥漿管路泵送的需要。高密度泥水平衡模式示意感謝觀看軌道交通工程盾構施工技術項目3盾構選型目錄

CONTENTS2

盾構選型1

盾構選型的原則、依據和方法任務3.1盾構選型的原則、依據和方法3.1.1 盾構選型的原則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，所選擇的盾構形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，同時還要綜合考慮以下因素：（1）可以合理使用的輔助施工法如降水法、氣壓法、凍結法和注漿法等。（2）滿足工程隧道施工長度和線形的要求。（3）后配套設備、始發設施等能與盾構的開挖能力配套。（4）盾構的工作環境。3.1.1 盾構選型的原則盾構選型時主要遵循下列原則：應對工程地質、水文地質有較強的適應性，要滿足施工安全的要求。在安全可靠的情況下，考慮技術先進性和經濟合理性。滿足安全、質量、工期、造價及環保要求。滿足隧道外徑、長度、埋深、施工場地、周圍環境等條件。后配套設備的能力與主機配套，滿足生產能力與主機掘進速度相匹配。盾構制造商的知名度、業績、信譽和技術服務。3.1.2 盾構選型的依據選型時的主要依據如下：工程地質、水文地質條件隧道長度、隧道平縱斷面及橫斷面形狀、尺寸等設計參數周圍環境條件隧道施工工程籌劃及節點工期要求宜用的輔助工法技術經濟比較3.1.3 盾構選型的主要步驟（1）在對于工程地質、水文地質條件等充分研究上選定盾構的類型，對敞開式、閉胸式盾構進行比選。（2）根據滲透系數、顆粒級配等對土壓平衡盾構和泥水平衡盾構比選。（3）根據地質條件等確定盾構的主要技術參數。（4）根據地質條件選擇與盾構掘進速度相匹配的后配套施工設備。3.1.4 盾構選型的主要方法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。根據地層滲透系數與盾構類型的關系，若地層以各種級配富水的砂層、砂礫層為主時，宜選用泥水平衡盾構；其他地層宜選用土壓平衡盾構，如圖。地層滲透性與盾構選型的關系3.1.4 盾構選型的主要方法根據地層的顆粒級配進行選型土壓平衡盾構主要適用于粉土、粉質黏土等黏稠土壤的施工，在黏性土層中掘進時，由刀盤切削下來的土體進入土艙后由螺旋機輸出，在螺旋機內形成壓力梯降，保持土艙壓力穩定，使開挖面土層處于穩定。根據地下水壓進行選型當水壓大于

0.3

MPa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，或采用保壓泵。盾構類型與顆粒級配的關系3.1.5 盾構選型時必須考慮的特殊因素環保因素降低污染保護環境是選擇泥水平衡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并不容易的原因：①

處理設備貴，增加了工程投資。②

用來安裝這些處理設備需要的場地較大。③

處理時間較長。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和工程地質特性的多變方面。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。安全因素從保持工作面的穩定、控制地面沉降的角度來看，當隧道斷面較大時，使用泥水平衡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（構）筑物下及上軟下硬的地層中施工時。3.1.5 盾構選型時必須考慮的特殊因素任務3.2盾構選型土壓平衡盾構的適用范圍土壓平衡盾構主要適用于粉土、粉質粉土、粉砂層等黏稠土壤的施工，在黏性土層中掘進時，由刀盤切削下來的土體進入黏土、淤泥土艙后由螺旋輸送機輸出，在螺旋輸送機內形成壓力梯降，保持土艙壓力穩定使開挖面土層處于穩定。盾構向前推進的同時，螺旋輸送機排土，使排土量等于開挖量，即可使開挖面的地層始終保持穩定。排土量通過調節螺旋輸送機的轉速和出土閘門的開度予以控制。3.2.1 盾構形式的選擇泥水平衡盾構的適用范圍泥水平衡盾構通過施加略高于開挖面水土壓力的泥漿壓力來維持開挖的穩定。除泥漿壓力外，合理地選擇泥漿的狀態也可增加開挖面的穩定性。泥水平衡盾構比較適合于河底、江底、海底等高水壓條件下的隧道施工。泥水平衡盾構適用于沖積形成的砂礫、砂、粉砂、黏土層、弱固結的互層以及含水率高開挖面不穩定的地層；洪積形成的砂礫、砂、粉砂、黏土層以及含水率很高固結松散易于發生涌水破壞的地層。對于難以維持開挖面穩定性的高透水地層、礫石地層，有時也要考慮采用輔助工法。3.2.1 盾構形式的選擇刀盤結構形式有面板式、輻條式和復合式3種。泥水平衡盾構一般都采用面板式刀盤；土壓平衡盾構則根據土質條件不同可采用面板式或輻條式。對于土壓平衡盾：構采用面板式刀盤時由于泥土流經刀盤面板的開口進入土艙，盾構掘進時土艙內的土壓力與開挖面的土壓力之間產生壓力降且壓力降的大小受面板開口的影響不易確定，從而使得開挖面的土壓力不易控制。面板式刀盤的優點：是通過刀盤的開口限制進入土艙的卵石粒徑。面板式刀盤的缺點：是由于受刀盤面板的影響，開挖面土壓不等于測量土壓，土壓管理困難。3.2.2 刀盤結構形式的選擇3.2.3 刀具選擇盾構刀具合理選型和配置，往往能在施工中起到事半功倍的效果。盾構刀盤合理配置有先行刀與切削刀，將更有效增加刀具使用壽命。盾構刀盤上先行刀和切削刀高低分層配置的工作原理：在刀具切削土層時，先行刀首先在土層被切削面上切出溝槽，然后由切削刀切下土質。①

軟土地層中土的強度不足，偏松散，局部有剝落的情況，其抗壓強度普遍在10

MPa以內，因此較為適宜的是切（刮）削刀。②

具硬巖地層，較為可行是普通盤形滾刀。③

復合地層，所含的地質類型較多，集多類地質于一體，因此需采取多類刀具相適配的綜合型方案3.2.4 盾構主機選擇項目主要影響因素一般取值范圍掘進速度施工工期0～80

mm/min推力和推進系統地質情況0～4000

t鉸接形式設計線型（曲線半徑）主動鉸接/被動鉸接密封系統地下水含量根據實際情況設計密封盾構主機的主要參數包括主驅動、推力、扭矩、鉸接形式、密封形式等。參數主要與設計線型、水文地質情況、周邊建（構）筑物情況有著密切的聯系，具體情況見表。表城市軌道交通盾構主要參數及主要決定因素主驅動選擇盾構主驅動主要包括驅動動力、減速機、齒輪副、主軸承、密封和潤滑、主驅動箱等。驅動路徑為驅動動力→減速機→小齒輪→主軸承→驅動盤→刀盤，具有傳遞扭矩大、結構復雜緊湊、控制精度高等特點。液壓馬達驅動和變頻電機驅動是現有主驅動的主要驅動動力。目前盾構廠商對主軸承的密封均采用骨架式唇形密封圈，常用的唇形密封圈有單唇形密封圈、帶壓緊環的唇形密封圈及多唇密封圈。多唇密封圈有更好的韌性，更能有效地適應變形。對旋轉軸的磨損相對較小，但價格較高。3.2.4 盾構主機選擇推進系統選擇推進系統是盾構的關鍵系統，它主要承擔著盾構的推進任務，同時能夠實現盾構的轉彎、曲線行進、姿態控制、糾偏及同步運動等功能。推進液壓系統主要包括推進泵、控制閥組、推進缸和管路附件等。盾構在前進過程中主要克服土壓對刀盤作用力、周圍土體對盾體的摩擦力、管片與尾盾之間的摩擦力、切口環貫入地層的貫入阻力、轉向阻力和后配套牽引力等。盾構推進油缸一般采用圓周均布，上下左右布置，可以保證管片受力平衡、封頂塊方便安裝。3.2.4 盾構主機選擇鉸接形式選擇盾構盾體有主動鉸接與被動鉸接兩種連接方式，主動和被動鉸接構造方式如圖。3.2.4 盾構主機選擇盾構主動鉸接構造示意盾構被動鉸接構造示意3.2.4 盾構主機選擇主動鉸接的推進千斤頂安裝在盾尾法蘭上，其推力作用在盾尾上，再通過鉸接千斤頂將作用力傳遞到中盾前部，憑著鉸接千斤頂的主動伸縮來調整盾體前、后部分彎折角度，達到使盾構轉彎的目的。被動鉸接的推進千斤頂安裝在中盾法蘭上，其推力直接作用在中盾上，由中盾通過鉸接千斤頂拖動尾盾。主動型鉸接裝置和被動型鉸接裝置各有其特點，在進行選擇時，應從隧道的曲線半徑、管片寬度，盾構制造商的經驗，操作者的習慣等方面進行綜合考慮。3.2.4 盾構主機選擇排土系統選擇土壓平衡盾構排土系統主要包括螺旋輸送機和皮帶傳送機，針對性設計主要考慮兩種設備的型號規格及相互匹配性。渣土改良系統選擇渣土改良是土壓平衡盾構的重要功能，通過向土艙內渣土注入泡沫、膨潤土或水等聚合物添加劑，增加渣土的流動性，降低渣土的透水性，達到堵水、減磨、降扭及保壓的效果，對平衡、維持開挖面的穩定有重要作用。渣土改良系統主要包括泡沫、膨潤土注入泵及配套管路，主要由開挖面的地質情況決定。3.2.4 盾構主機選擇注漿系統選擇注漿系統主要包括同步注漿系統和二次注漿系統，同步注漿主要用于填補管片和開挖地層之間的空隙，對控制開挖地層穩定和地表沉降有著重要作用。同步注漿和二次注漿系統應充分考慮區間水文地質情況和沉降要求，保證注漿效果，注漿速度滿足掘進速度要求，注漿壓力適應地層情況。特殊設計有時，針對特殊的設計線型或地質特點，必須采取特殊的針對性設計。如瓦斯區間，必須對盾構進行通風、防爆改造、瓦斯監控等進行設計。盾構及后配套拖車上設備以外的設備稱為施工輔助設備。施工輔助設備因圍巖條件、施工環境及施工方法的不同而不同。通風設備應符合以下要求：一次通風宜采用壓入式通風，風管采用軟管，管徑根據隧道斷面、長度、出渣方式確定。根據計算風量和風壓，結合通風方式及通風設備的布置，宜采用軸流式通風機。長距離通風時，為滿足風壓的要求，宜采用相同型號的風機等距離間隔串聯方式，普通隧道施工區域的風速不宜低于

0.3

m/s，瓦斯隧道施工區域風速不低于0.5

m/s。3.2.5 施工輔助設備的選擇3.2.6 盾構選型實例中微風化板巖是盾構法隧道施工的一種常見地層，這種地層相對穩定，地下水較少，巖層的硬度相對較高。下面以某盾構區間為例說明長距離硬巖掘進的盾構選型及針對性設計。1.盾構區間概況【例】某盾構區間左線全長1860.924m，右線全長1850.6m。線間距為13.0～15.0m，線路平面最小曲線半徑為550m，最大縱坡為28.00‰。隧道埋深為12.00～22.0m。管片設計參數如下：管片內徑5.4m，管片厚度300mm，管片外徑6.0m，管片寬度1.5m，分塊數為6塊。管片襯砌環為楔形通用環，楔形量為45

mm，襯砌環由1個封頂塊、2個鄰接塊和3個標準塊組成。3.2.6 盾構選型實例（1）區間地質情況。本工程區間主要地層均為強風化板巖、中風化板巖、微風化板巖，另有少量雜填土、粉質黏土，區間范圍內無地下水。本工程區間地質情況分布如圖所示。盾構區間地質情況分布3.2.6 盾構選型實例（2）區間建（構）筑物情況。區間建（構）筑物情況見。表 區間沿線建（構）筑物情況建筑物名稱基礎形式與隧道關系某磚混結構小區樓房樁基礎最小水平距離2.4

m某立交橋樁基2.2m樁基礎，樁長21.02

m最小水平距離2.7

m某大橋樁基直徑2.2

m樁基礎，樁長15m最小水平距離8.4

m雨水箱涵鋼筋混凝土結構，

截面尺寸為7.2

m×3.7

m

，

壁厚0.6

m調線后箱涵底部與隧道頂部間距為1.84m過水箱涵鋼筋混凝土結構，截面尺寸為5

m×2.5

m，壁厚0.5

m豎向凈距為0.965

m人行過街地下通道鋼筋混凝土結構，截面尺寸為6

m×3.7

m，壁厚0.5

m豎向凈距為9.0

m3.2.6 盾構選型實例盾構選型根據工程實際情況，計劃采用復合式土壓平衡盾構，并根據工程特點進行針對性設計。針對本工程長距離全斷面硬巖的特點，盾構設備做以下針對性設計：（1）刀盤設計。選擇刀盤的開口率為35%左右的輻板式刀盤。為了防止刀盤過度磨損，應在刀盤周邊及外緣布置保護性刀具，并在刀盤表面及外緣周圍設置耐磨層。3.2.6 盾構選型實例（2）刀具設計。盾構在巖層掘進時，配置正面滾刀23把，滾刀安裝高度17

mm。設置了8把滾刀、16把邊緣刮刀。刀盤在軟土區、硬巖區、上軟下硬區刀具的布置如圖所示。正滾刀高度175

mm，數量23把，中心滾刀為8把雙聯滾刀。刀盤配置示意3.2.6 盾構選型實例（3）盾體設計。盾尾厚度根據其尺寸及所受的地層壓力而定，在滿足管片后部注漿及盾構轉彎半徑的前提下，選取盾尾間隙為35mm，選取盾殼鋼板厚度為50mm，盾尾加強鋼環的厚度為30

mm，則盾尾厚度=盾殼厚度+鋼板厚度=80mm；則盾構尾部的外徑為D=6

000+2×（35+80）=6

230（mm）。為了減小盾構在復合地層中推進時的阻力，將盾構設計成前部稍大，后部稍小。中盾與尾盾的連接采用被動鉸接設計，中盾和盾尾之間設計有兩道密封，一道為橡膠密封，一道為緊急氣囊密封。3.2.6 盾構選型實例（4）主驅動設計。根據本盾構區間的水文地質情況，對主驅動設計見表。表 主驅動主要設計參數項目形式及參數驅動形式電驅驅動組數量6組驅動總功率660

kW轉速范圍0～2.4

r/min額定扭矩5700

kN·m脫困扭矩6300

N·m3.2.6 盾構選型實例（5）渣土運輸系統。螺旋機內徑采用?820

mm，螺旋輸送機最高轉速19r/min，在風化巖層零土壓出渣時，高轉速對出渣有很大幫助。（6）注漿系統。盾尾注漿管共有4×2根，正常情況下4用4備（注漿口設計在尾盾左上、右上、左下、右下位置）。注漿時根據超挖情況，調整泵出口管路連接位置進行作業。3.2.6 盾構選型實例（7）泡沫注入系統。盾構配置6路單管單泵單噴口泡沫注入系統。通過旋轉接頭往刀盤前面6個噴口噴注，發泡方式由原來的管路中混合直接發泡變為在混合箱充分混合后由泡沫泵泵送發泡，增強發泡效果，降低泡沫消耗量。每路泡沫管道與噴口阻力不同時，各路泡沫仍能按其設定量噴注。泡沫注入系統示意圖3.2.6 盾構選型實例（8）膨潤土注入系統。膨潤土注入系統由膨潤土罐、膨潤土輸送泵、流量傳感器、過濾器和刀盤及螺旋機注入點等組成。在盾殼周圈設有膨潤土注入口，在需要時可以注入膨潤土以降低推進阻力。膨潤土注入系統系統具有手動和自動控制功能。感謝觀看軌道交通工程盾構施工技術項目4盾構施工目錄

CONTENTS1

盾構豎井施工6

開艙作業及刀具更換技術2

端頭加固技術7

管片分類和構造3

盾構組裝與調試8

盾構組裝與調試4

盾構始發9

盾構始發5

盾構掘進技術10

盾構掘進技術目錄

CONTENTS12

端頭加固技術13

盾構組裝與調試11

盾構豎井施工任務4.1盾構豎井施工4.1.1 盾構豎井的分類盾構豎井按豎井的用途，分為盾構始發豎井、中間豎井和接收豎井3種。盾構始發豎井盾構始發豎井即始發盾構的豎井。始發豎井的另一個功能是運輸存放盾構始發掘削中需要的各種器械及材料的基地。始發豎井及其周圍的場地是一個停放出土設備、起吊設備、管片、各種機電設備、背后注漿設備、原材料等的場地。盾構始發豎井的平面凈尺寸必須滿足上述各項工作的要求。一般情況下在盾構兩側各留1.5

m作為盾構安裝作業的空間。4.1.1 盾構豎井的分類盾構接收豎井盾構接收豎井用于接收在土層中已完成了某一階段推進長度的盾構。盾構進入接收井后，或實施解體，或進行維修保養，或為繼續推進做準備，或作折返施工。中間豎井對長距離隧道來說因盾構檢修、隧道通風、路線中途改變掘進方向等需要設置的豎井稱為中間豎井。由于盾構要在中間豎井內實現到達、始發，所以到達方向的內空尺寸及始發方向的內空尺寸均應滿足作業要求。盾構拼裝前端頭豎井施工地鐵隧道的盾構始發豎井和接收豎井，一般利用地鐵車站兩端端頭井。地鐵車站采用明挖法或蓋挖法修建時，在車站端頭處暫時不澆筑中層板和頂板及相應的梁柱混凝土，從而為盾構施工留出上下施工的通道即端頭井如圖。4.1.2 盾構豎井施工盾構拼裝后南水北調中線穿越黃河工程盾構工作井獨立工作豎井施工地鐵隧道的中間豎井、水工盾構隧道、公路鐵路盾構隧道的始發井和接收井，由于沒有地鐵車站，無法利用車站端頭井始發和接收盾構，需要修建獨立的工作井。獨立工作井常采用圍護開挖的施工方法。4.1.2 盾構豎井施工4.1.2 盾構豎井施工獨立工作井也可采用明挖法施工。對于放坡開挖豎井，需要采用先開挖，后結構，最后回填的施工工序。例如：川氣東送管道黃石長江穿越隧道中，南岸始發井采用明挖法開挖，錨噴初期支護，現澆混凝土二次襯砌作業的方法。當附近的地表沉降控制要求不很高，獨立的豎井也可采用沉井施工方案。例如：汕頭華能電廠二期工程過海電纜隧道北端盾構工作井為圓形沉井結構，內徑為14m，沉井制作高度為37.5m，沉井分三段接高及下沉，下沉深度為37.2

m。任務4.2端頭加固技術4.2.1 端頭加固設計端頭加固的要求及方法端頭加固的要求會因工程地質條件和水文地質條件等因素有所不同，概括而言，加固后的土體應滿足以下4方面的要求：加固土體需滿足強度要求。加固土體需滿足整體穩定性的要求。加固土體需滿足止水和滲透性的要求，特別對于富水砂土地層。加固土體需滿足變形特征的要求，通常指盾構土艙內土壓建立前。4.2.1 端頭加固設計加固方法選擇常用的加固方法有高壓旋噴樁、深層攪拌樁、降水法、凍結法、注漿法等，應用時可以采用一種工法或多種工法相結合的加固手段。對于軟土地區，常用的加固方式有水泥土深層攪拌樁+高壓旋噴樁，素SMW工法樁（三軸攪拌樁）+高壓旋噴樁，高壓旋噴樁，等等。采用最多的是水泥土深層攪拌樁+高壓旋噴樁（或注漿）的加固方式；當受地面環境限制時，也可采用凍結法進行加固。高壓旋噴樁特點：①可指定加固某一深度的土層；②

滲透系數很小的細顆粒土層無法進行灌漿加固，而高壓旋噴可以；③在間距狹小處可施工；④

結合定噴法，可有效地形成垂直向、水平向或封閉式隔水墻；⑤使用方便，移動靈活。范圍：適用于砂土、黏性土、淤泥土及人工填土等土質。4.2.1 端頭加固設計深層攪拌樁特點：①

固化樁與原地基構成復合地基，改善承載力和變形模量；②能自立支護擋土；③樁體連接成壁后有隔水帷幕作用；④

施工中無振動，無噪聲、無污染，對周邊建筑物和地下管線影響小；⑤施工機具簡單，操作方便，造價低。范圍：適用于黏性土、砂性土等地層。4.2.1 端頭加固設計降水法特點：①

盾構工作井施工中，防止井內涌泥或產生流砂；②

盾構隧道施工中，穩定開挖面土體，防止盾尾漏泥漏水；③井點降水尤其適用盾構的進出洞施工。范圍：適用土層為粉砂、砂質粉土、粉質黏土。4.2.1 端頭加固設計凍結法特點：①

可有效隔絕地下水，其抗滲透性能是其他任何方法不能相比的；②

凍土帷幕的形狀和強度可視施工現場條件，地質條件靈活布置和調整，凍土強度可達5～10

MPa，能有效提高工效；③

凍結法是一種環保型工法，對周圍環境無污染，無異物進入土壤，噪聲小，凍結結束后，凍土墻融化，不影響建筑物周圍地下結構。范圍：適用于地下水大、但流動性較小的地層；粉細砂層。4.2.1 端頭加固設計4.2.1 端頭加固設計加固范圍確定合理的加固范圍是確保盾構始發安全的一個關鍵因素，加固范圍主要包括橫向加固范圍、縱向加固范圍及豎向加固范圍。（1）穩定性計算的力學模型。對于土體穩定的加固設計，可以建立比較理想的土體滑動破壞模型同時根據土體的不同性質，將其分為黏性土體和砂性土體，分別建立兩種不同的力學模型。通過模型對穩定性進行深入分析，推導出土體失穩的破壞范圍，從而根據結果確定科學合理的加固范圍。4.2.1 端頭加固設計（2）橫向加固范圍。為了保證橫向土體的穩定性，必須提前進行必要的加固工作，橫向加固范圍一般取盾構直徑外圍3

m，即盾構左右兩側各3

m。（3）縱向加固范圍。洞門圍護結構拆除后，盾構刀盤尚未進入始發端頭地層時，進行加固的目的主要有以下2個：①

滿足強度和穩定性的要求；②

滿足止水的要求，防止地層中的水滲入到施工區域和盾構工作井。4.2.1 端頭加固設計當盾構貫入始發端頭地層時，首先要根據強度和穩定性計算出相應的縱向加固范圍。同時將其與盾構的主機長度對比，會出現以下2種情況：①

當計算所得縱向加固范圍小于盾構主機長度時，根據幾何準則要求和實際工程經驗，可以根據經驗公式進行計算L=LD+（3～4）b式中 L——縱向加固范圍；LD——

盾構長度；b——

管片的環寬。②

當計算所得縱向加固范圍大于盾構主機的長度時，取計算所得的縱向加固長度與經驗公式計算值中的較大值。4.2.2 端頭加固施工高壓旋噴樁施工（1）施工工藝流程。高壓旋噴樁可分為單管法、二重管法和三重管法，主要區別在于單管法主要噴射水泥漿，二重管法主要噴射水泥漿和空氣，三重管法主要噴射水泥漿、空氣和水，施工流程基本一致。高壓旋噴樁施工流程4.2.2 端頭加固施工（2）施工控制要點。①

在正式施工前，應做1～3個點的高壓旋噴注漿試驗，驗證施工效果是否滿足設計要求。②

在鉆進前應進行低壓射水試驗，檢查噴嘴是否通暢、壓力是否正常。③ 鉆進過程中，為防止泥沙堵塞噴嘴，應邊射水邊鉆進，壓力應控制在0.5

MPa左右。④

水泥漿應在旋噴前半小時內配制，漿液拌制時應嚴格按照配合比進行。⑤

噴射注漿前要檢查高壓設備和管路系統，設備壓力和排量必須滿足設計要求。4.2.2 端頭加固施工⑥

噴漿管插入到設計深度后，及時輸送漿液、水和氣，噴頭在預定深度噴射時，只旋轉不提升，停留1～3

min后再提升，確保下部固結體質量。⑦

在噴射過程中，應隨時觀測或測定注漿管轉速、提升速度，水、漿、氣壓力及流量等情況并做好記錄⑧

在噴射提升注漿管時，拆卸注漿管速度要快，重新進行噴射的上下搭接長度應不小于0.3

m，防止固結體脫節。⑨

噴射注漿施工結束后應及時清洗注漿設備和管道，在漿液罐中注入適量清水，開啟高壓泵，清洗全部管路中殘存的水泥漿，直至沖洗干凈。4.2.2 端頭加固施工2.

深層攪拌樁施工（1）施工工藝流程。攪拌樁按照加固材料的狀態可分為漿體攪拌樁和粉體攪拌樁，按施工機械葉片攪拌方向不同又可分為單向水泥土攪拌樁和多向水泥土攪拌樁，施工步驟略有差異。深層攪拌樁施工工藝流程（噴漿型）如圖高壓旋噴樁施工流程4.2.2 端頭加固施工（2）施工控制要點。①施工前應根據加固