盾构施工总结例1

出入线盾构施工是劳务分包为主，现场主要有，主管人员，各分管人员、盾构司机、工程师、盾构机修维保人员,生产班组人员，地面调度、盾构施工管片防水粘贴、龙门吊操作、盾构管片运输与拼装及盾构文明施工等。其中有穿插各级管理人员，交叉施工等。劳务分包队伍人员工作经历和经验丰富，熟练的盾构司机操作手和维保人员。相对而言人员投入少，管理成本小。当然了在实际施工生产中也会有一些缺点，管理人员对下层作业人员缺乏约束力，表现为最下层劳务作业人员只服从直接雇佣人的指挥而不全部服从管理人员的直接管理，施工的制度、措施以及新工艺、新标准难以第一时间贯彻和实施。管理人员无法畅通的获得施工的信息和核心技术，企业的长久发展不利。分包成本高，使项目部效益压缩。利与弊是把双刃剑，都是对我们年轻技术管理人员的一次提升。

盾构施工总结例2

Abstract: There are significant influence the safety of city subway construction on the ground buildings, ground movement caused by ground movement theory, through the experience of shield tunneling, the development process of the ground movement caused a brief discussion.

Key words: shield construction; strata movement; ground subsidence

中图分类号：U231+.1文献标识码：A 文章编号：

1、 盾构法施工的特点

盾构法做为一个综合多项技术的的施工工艺，其施工过程有其独特的地方，盾构法施工的主要内容包括：

（1）在隧道某段的一端建造竖井或基坑做为始发井，将盾构机安装就位。

（2）盾构机从始发井的墙壁预留孔处出发，沿隧道设计轴线，向前方推进。

（3）通过盾构千斤顶将推进中所受到的地层阻力传到盾尾，再通过安装完毕的预制衬砌（管片）传到始发井的后靠壁或反力架上。

盾构机是一个既能能支承地层压力又能在地层中掘进的钢筒型结构，形状多样，如圆形、矩形及其他特制的形状。考虑到安装衬砌的方便，盾构机的直径略大于隧道衬砌的直径，盾构的支撑和开挖土体的装置布置在钢筒的前面，盾构掘进所需的顶进力由钢筒周围的千斤顶提供，盾尾是具有一定空间的壳体结构，隧道管片的安装就在这个空间内完成。随着盾构的不断推进，管片也随之进行安装，为防止土体开挖引起地面的下沉过大，在安装管片期间，需通过注浆管向周围的土体及空隙中进行压力注浆，同时需要通过盾构掘进系统的运输设备将开挖的土体输送出隧道。

在盾构施工期间，盾构从始发井出发后一般需有一段距离作为推进试验阶段，在这期间应做到：

（1）熟悉并熟练掌握盾构的性能和工作状况；

（2）确定适合于当前工程和盾构施工管理的要素；

（3）摸索出盾构施工中地表变形的一般规律。

在试验段的推进中，需要结合地表变形的监测数据等要求，通过对施工参数的不断调整，测试，优化，以达到最佳的施工效果。对于土压平衡式盾构而言，一般选定以下几个施工管理参数：平衡压力，推进速度(千斤顶行程速度)，总推力，刀盘扭矩，出土量，同步注浆及二次注浆压力等。在试验段推进中，结合地表变形量测情况和工程质量、盾构设备的要求，对施工参数反复量测、分析、调整，进一步优化。

盾构法施工前，需要根据地质条件，周边环境，地下水情况，隧道的用途等因素，确定选择何种样式的盾构机械。在截面选择上，也需要考虑截面的力学性能与施工的方便程度，鉴于以上的因素，目前国内使用最广泛的是圆形截面的盾构机。

2.盾构施工引起的地层移动理论

在开挖隧道的过程中，周边土体的应力与位移都会产生一定程度的变化，无论何种施工工艺都将引起地层的移动，使地面产生一定的沉降。在周边环境比较空旷的情况下，这些地面沉降不会得到人们的重视，但是在周边环境复杂的市区，准确的预测隧道开挖引起的地面沉降大小及范围，对保证地面工程安全和确保施工顺利具有重要的意义。

3、盾构施工引起的地层移动的原因

在盾构隧道开挖的过程中，由于土体被挖出后引起隧道周边的土体发生了松动和塌落，其最直接的表现就是地表发生了沉降。受地表沉降的影响，隧道周边地区的建筑物等会产生一定程度的位移与变形，甚至影响建筑物的正常使用。经过理论分析与工程实践经验总结得出，形成地表沉降的主要因素包括：土体损失和被扰动后的土颗粒产生固结沉降。

3.1土体损失

第一类：正常土体损失。此类土体损失排除了操作过程等主观因素的影响，假定操作过程是仔细、认真的，合乎预定的操作规程，没有任何主观的失误。土体损失的原因全部归结于施工现场的地质条件或盾构施工工艺的选择等客观条件。因为在实际施工中无论选用何种类型的盾构机械，地面沉降都不可避免，但这种沉降可以控制在一定的限度范围内。在这种情况下，地面沉降槽体积和地层损失量相等。如果地层分布比较均匀，正常地层损失所引起的地面沉降也是比较均匀的。

第二类：非正常土体层损失。此类土体损失是由于盾构施工过程中的一些主观操作失误而引起的，如盾构施工中的各类参数设置不合理、超挖、注浆不及时等。这类地层损失所引起的地面沉降的特征是在局部会有一定的变化。

第三类：灾害性土体损失。此类土体损失是由于不可预见性的突况引起的，例如盾构开挖面发生突发性急剧流动，引起灾害性的地面沉降。这类情况的发生通常是由于盾构施工中遇到水压大、透水性强的颗粒状土的透镜体或遇到地层中的贮水洞。在软粘土中进行盾构施工时，土体损失所形成的空隙会被周边的土壤及时填满，从而引起地层运动，产生施工沉降(瞬时沉降)，土的应力随之发生变化，从而形成：应变—变形—位移—地面沉降。

3.2固结沉降

固结沉降主要分为主固结沉降和次固结沉降两种，在盾构推进过程中，由于土体被挤压、超挖和盾尾的压浆作用，使地层产生了一定的扰动，隧道周边土层中的地下水产生了正、负超孔隙水压力，主固结沉降是由于超孔隙水压力消散而引起的土层压密引起的沉降，次固结沉降是由于土层位移引起的剪切变形引起的沉降。主固结沉降与土层的厚度有着密切关系，因此，即使隧道埋深较大，施工沉降很小，但主固结沉降的作用也应当引起重视。次固结沉降的过程是一个累积的过程，在软塑和流塑性土层中，由于灵敏度与孔隙比都较大，次固结沉降的过程要持续几个月甚至要几年以上，次固结沉降在总沉降中的比例可达 30%以上。理论上，盾构法隧道施工引起的周边地表沉降总量表达式为：

沉降总量=主固结沉降+次固结沉降+施工沉降(瞬时沉降)

若不考虑次固结沉降，地表总沉降等于土层损失造成的施工沉降与因地层扰动而引起的固结沉降之和。此时位于隧道上方的任一土层的相对沉降值相等，这是由于超孔隙水压力的消散，使得土颗粒向其原来的相对位置移动，在超孔隙水压力全部消散后，土颗粒也就回到其原来的相对位置上。若总沉降中计入次固结沉降的影响，地表总沉降还应加上因地层土体原有结构的破坏引起的蠕变沉降。

4盾构施工引起地层移动的发展过程

4.1前期沉降

初期沉降是指从盾构开挖面距离某测量位置相距一定距离（一般几十米）时开始到盾构机到达观测点之前，在盾构推进前方的土体滑裂面以外产生的沉降。由于初期沉降的量一般较小，而且不是所有的盾构施工工程都会发生的，一般不被人们觉察，据部分实测资料分析，初期沉降与盾构施工所引起的地下水(或孔隙水)的下降有关，同时也与隧道上部岩土体所产生的压缩和固结沉降有关。

4.2开挖面沉降(或隆起)

指从开挖面距观测点极近(几米)时起直到开挖面位于观测点正下方之间所产生的沉降或隆起现象，多由于开挖面的崩塌、盾构机的推力过大等所引起的开挖面土压力失衡所致。这是一种由于土体的应力释放或盾构开挖面的反向土压力、盾构机周围的摩擦力等的作用而产生的地基塑性变形。国际上一般用超载系数 OFS（设计采用的计算荷载与标准荷载的倍比系数）来衡量开挖面土体的稳定性。开挖面的超载系数越大土的自立性就越差，开挖面向盾构方向的位移量或土体损失量也就越大，开挖面的沉降因此而产生。

4.3尾部沉降

尾部沉降是指盾构在通过观测点时产生的地面沉降。因盾壳与土体之间有摩擦阻力存在，就必然会在土体中产生一个滑动面，这时，靠近滑动面的土层中就会存在产生剪切应力的作用，当盾构刚刚通过这些已经受到剪切破坏的土层时，因受剪切而产生的拉应力会使土体向盾尾空隙移动，为了保持盾构前进方向与隧道设计轴线保持一致，在盾构推进过程中必须压缩一部分土体，就使得另一部分的土壤得到松驰，被压缩的土体保证了盾构不会偏离轴线方向，而松驰的土体则会引起地面沉降。

4.4盾尾空隙沉降

它发生在盾尾部通过之后。引起沉降的原因是因为盾构尾部空隙增加使得地表沉陷，隧道周围土层被扰动。在土力学上表现为，土的应力释放，密实度下降。由于衬砌需要有一定的厚度，为了在施工中安装方便，使盾壳内与衬砌间必须留有一定的空隙，一般盾构的外径要比隧道衬砌的外径大 2％，这个空隙称为盾尾空隙，盾尾空隙在充填前，周围土体会向“空隙”移动，从而形成地面沉降。

4.5长期后续沉降

盾构施工总结例3

某沿海核电站取水工程采用双线盾构隧洞输水，隧洞轴线平面为直线，水平中心间距29m，盾构输水隧洞内径为7.3m，外径为8.9m，共两条，采用管片和二次衬砌作为复合支护结构。其中一次衬砌厚度0.5m，作为隧洞的主体结构，二次衬砌0.3m。隧洞轴线为直线。进水口布置在海侧的闸门井内，出水口位于陆侧的闸门井内。输水隧洞及进、出口构筑物全长为4420m。隧洞管片为C60高性能防水钢筋混凝土，二次衬砌采用C40钢筋混凝土，两者均掺加聚丙烯合成纤维。本工程盾构进出洞工作井均采用矩形结构，明挖法施工，维护结构采用喷锚支护体系，C25喷混凝土厚度20cm，锚杆采用直径25的CD反循环注浆锚杆，二衬采用C40钢筋混凝土，厚度50cm，底板厚1.5m。工作井1由两个盾构井和一个闸门井组成，2个盾构井平面尺寸15m×17m，结构净距为8.9m，深度为30m，闸门井平面尺寸为12m×49.5m，深度21.5m。工作井2由盾构井、闸门井及连接它们的取水构筑物组成，其中盾构井深度49.5m，平面尺寸16.4m×43.5m，闸门井深度17.5m，平面尺寸20m×67.2m，连接它们的取水构筑物沿线路方向长度为27.8m。本工程采用一台泥水加压平衡式盾构机，其掘进路线为：自出水构筑物（工作井1）出发取水隧洞一号进入进水构筑物（工作井2，移位，转身180°）取水隧洞二号最后出水构筑物吊出盾构机。某核电厂输水盾构隧洞成本分析盾构掘进、盾构管片、二次衬砌、盾构工作井是盾构取水隧洞的主要组成部分，尤其是盾构掘进和盾构管片，两者相加占到总费用比例的71.8%。

1.2核电厂输水盾构隧洞成本技术影响因素

影响盾构输水隧洞成本的因素主要有技术措施和管理措施两方面。技术措施包括设计方法合理与否，施工材料的选用，施工机械的选择、工期、成本管理及其他方面等。施工管理措施包括成本管理、进度管理、质量管理和施工管理等。就技术措施而言，从上节的概算造价构成分析来看，影响盾构输水隧洞造价的因素主要有以下三个方面：（1）盾构隧洞管片及二次衬砌的设计；（2）盾构机的选型设计；（3）盾构隧洞进出口工作竖井的设计。

2盾构法输水隧洞的成本控制的技术优化措施

2.1管片（一次衬砌）的合理设计

2.1.1管片环的外径：管片环的外径尺寸，取决于隧洞净空和衬砌厚度（管片厚度、二次衬砌厚度等）。管片环的外径尺寸是隧道设计时的最基本因素。一般隧洞内净空由以下五个因素确定：（1）建筑限界；（2）内净空与限界之间的富裕量；（3）施工误差；（4）隧道衬砌变形；（5）后期变形（沉降或隆起）。对核电厂输水隧洞，内净空主要由过水断面的面积要求确定，应在满足输水断面的情况下尽可能选择较小的合理的管片环断面。

2.1.2管片的厚度：管片厚度与隧道断面大小的比，主要取决于土质条件。覆盖层厚度等荷载条件，但有时隧道的使用目的和管片的施工条件也起支配作用。根据施工经验，管片厚度一般为管片外径的4%～6%D（外径），地铁区间隧道一般为4.5%～5.6%D（外径）；大直径隧道相对厚度较小，一般为4%～5%D（外径），也有个别隧道达到7%D（外径）。衬砌厚度的选择与地质条件、荷载条件密切相关，但更多情况下是经验取值。目前盾构管片计算模型主要有以下四种方法：（1）惯用法；（2）修正惯用法；（3）多铰环法；（4）梁-弹簧模型法。应在满足上述管片经验设计要求的情况下选择合理的计算模型来提高计算的精度，降低的管片厚度，一方面使得隧道断面缩小，另一方面降低了管片制造成本。

2.1.3管片宽度：从便于搬运、组装以及在隧道曲线段上的施工，考虑盾尾的长度条件，管片宽度小一些为好。但是，从降低隧道总长的管片制造成本，减少易出现漏水等缺陷的接头数量，提高施工速度等方面考虑，则此宽度大一些为好。管片宽度应根据隧道的断面和最小曲线半径，结合实际施工经验，选择在经济性、施工性方面较合理的尺寸。

2.1.4管片环分块：分块数越少、结构刚度越大，结构受力相对较大，结构变形较小，但总体上看内力差别不大。从结构防水看，分块越多，则接缝长度越长，防水难度越大。从缩短拼装时间，加快施工进度看，管片分块数越少越好；从减小拼装难度看，以采用小封顶块形式为佳；从减小管片制作与运输难度看，管片长度不宜过大。总体来说，分块数越多，工作量越大，管片的拼装工期也相应增加，应根据工程实际选择合理的管片环分块数。

2.2二次衬砌的合理设计

二次衬砌的作用在于防腐、防水、防火、隧道内表面光滑、管片拼装蛇行修正以及隧道衬砌的补强作用。在确保衬砌强度和结构安全性的条件下，二次衬砌的合理设计（采用最优厚度或者省略），有以下优点：（1）直接导致成本的降低；（2）工期得以缩短；（3）因掘削面的缩小，排出的弃土减少，从而使机器设备、始发及到达竖井等的规模缩小。

2.3盾构机的合理选型

盾构选型主要依据工程地质条件、隧道设计参数、盾构施工工艺、进度要求等因素综合进行分析，对盾构类型、驱动方式、功能要求、主要技术参数，辅助设备的配置等进行研究。目前常用的盾构机主要有泥水平衡盾构机和土压平衡盾构机，其中土压平衡盾构机占用施工场地较小，设备购置费用及运转费用较低；泥水平衡盾构机要有较大的泥水处理场地，设备购置费用及运转费用较高。但是总体来看，两种盾构机的造价均很高，其选型的正确与否，无论是对盾构施工的技术水平，还是对盾构隧洞的成本控制均起着至关重要的作用。

2.4盾构工作井的合理设计

从输水隧洞的概算费用组成可以看出，竖井的建造费用也是取水隧洞的一个重要组成部分。在满足盾构施工要求的前提下应尽量减少竖井个数和竖井建造规模，随着竖井个数的减少，盾构机进出竖井的费用以及进出洞口的地层改良费用也要相应减少。此外，选择合理的施工工法和竖井结构形式的选择（矩形、圆形）等也很重要，对此须做详细的技术经济比较。

盾构施工总结例4

随着经济的快速发展和城市化进程的不断推进，全国越来越多的大、中城市开始大范围修建或筹建地铁，盾构法以其高适应性、高度自动化、型式多样化、快速、高效、安全、环保等优势逐步成为隧道暗挖施工的首选施工方法。实践证明无论选用何种施工方法，都不可避免地对周围土体造成一定程度的扰动，盾构施工引起地表沉降的基本原因是盾构掘进引起地层应力损失、隧道周边地层受到扰动或剪切破坏的再固结，由于盾构施工引起的地表沉降因素相当复杂，除与地层条件密切相关外，还与盾构掘进时的平衡土压、掘进速度、推进压力、注浆时间、注浆压力、注浆量等有关，因此很难准确计算和预测[1]。数值分析只能是为工况变形预测提供纯理论上的预测，对实施施工偶发事件，施工队伍素质这些因素无法预见、考虑。因此现场实施监测对及时调整、优化施工参数，预测、预报风险是十分必要的。

1盾构施工地层变形特点

对于盾构施工引起地面变形的特点，国内学者研究的比较多[1～4]。其中丁文其将盾构施工地表变形分为：挖土阶段、盾尾注浆阶段、盾尾脱开阶段、固结沉降4个典型阶段；易宏伟则是对盾构施工隧道轴向和横向扰动范围进行了分区，并分析了个分区土体在盾构施工过程中应力路径及应力状态的变化过程；徐永福则阐述了盾构推进过程地表沉降的组成部分，利用隧道衬砌压力的变化提出了施工扰动影响度的定义，估算了盾构掘进时周围土体中应力扰动程度。

在前人研究总结的基础上盾构法隧道施工引起的地面变形按时间先后可分为5个阶段[1，3，7]：1）盾构机到达之前的地面变形；3）盾构机通过阶段的地表变形；4）管片脱出盾尾阶段的地标变形；5）地表后期固结阶段的变形。

2砂卵石地层盾构施工现场监测实例分析

2.1 工程概况监测断面的布置

北京地铁九号线科怡路站～丰台南路站盾构区间采用德国海瑞克土压平衡盾构机。隧道覆土约8.5 m ～10.0m。区间主要穿越地层卵石⑤、卵石⑦。卵石⑤层最大粒径380mm，一般粒径20～80mm，粒径大于20mm颗粒含量约为总质量80～90%，亚圆形，中粗砂充填，局部大于200mm的漂石含量约为15-45%。卵石⑦层最大粒径600mm，一般粒径30～120mm，粒径大于20mm颗粒含量约为总质量的80～95%。亚圆形，中粗砂充填，局部大于200mm的漂石含量约为25-45%。区间施工不涉及地下水。为了分析盾构施工过程隧道地表变形情况，本文选取区间右线典型监测断面，总结地表的沉降变形特点，浅析地表沉降的影响因素。

2.2 地表变形特点分析

盾构隧道上方地表监测点随盾构推进变形时

程曲线如图。从图上可以看出第1阶段，盾构开挖面到达之前，盾构推进对前方土体产生挤压 ，根据现场监测的第一手资料，最大隆起多发生在距离刀盘6m～10m位置，隆起位移量在-0.7mm～+2.3mm，隆起百分比占到80%以上；

第2、3阶段变形主要发生在开挖面到达和盾构通过阶段，盾构推进，盾构外壳与土层之间形成剪切滑动面，剪切应力引起地面地面变形，推进速度越大，产生的剪切应力越大，表现为地表变形也越大，另外这部分沉降受盾构姿态、管片拼装千斤顶的收回等因素影响，发生部分沉降，根据本区间现场监测数据，该部分沉降占到总沉降量的18%～26%左右；

第4阶段发生在管片脱出盾构机盾尾阶段，在这个阶段发生发生的沉降量最大，是最易发生突沉的阶段，其沉降量占到最终累计沉降量的62%～80%；这个阶段也是预防过大沉降的关键阶段，要想预防过大沉降，做到同步注浆是关键；

第5个阶段，该阶段变形主要由盾构推进对周围土体的扰动引起，主要由土层的蠕变固结引起，这部分变形在最终沉降的比例较小，尤其是卵石地层，从图3也可以看出在完成前四段的沉降后，地面变形很快趋于稳定。

从测点的时程曲线还可以看出：

1）砂卵石地层盾构施工，最大沉降沉降发生在隧道中心线上，自中心线沿垂直隧道方向成逐渐减小的趋势；

2）砂卵石地层盾构施工隧道中心线地表变形集中在9m～23mm区间段；

3）砂卵石地层稳定较快，在管片脱出盾尾后2～3天，地表变形就基本趋于稳定。

从图4可以看出，每天实测数据显示，随着测点距离开挖面间距的缩短，隧道中心线位置测点沉降明显增加，沿垂直隧道方向，测点变形成递减趋势，在盾尾脱出后沉降达到最大，之后随着开挖面的前移沉降逐渐趋于稳定，每天断面监测点变形呈现明显沉降槽。

3浅析砂卵石地层盾构施工地表变形影响因素

盾构施工对地层的扰动影响因素可根据前述5阶段变形进行总结分析。

3.1 地层状况的调查和初始推力的确定

要想在施工过程中达到有效控制地表沉降的目的，首先要在盾构推进之前要对推进地层状况，确定初步推进参数，理想的推力是静止土压力，使开挖面前方土体处于原始的弹性平衡状态，使前方土体处于既不隆起也不下沉状态，但在实际推进过程中，这个平衡实为动态平衡，在推进过程中受推进速度和出土量牵制，推力往往在一定范围内进行波动，故确定合理的推力是预防地面沉降的关键一环。该参数可以通过设立试推段来确定。

3.2 推进速度和连续性

盾构推进过程中若推进速度越快，则盾构与土体间产生的剪切应力就会越大，对土体的扰动就越大，地表沉降将越大。

确保盾构推进的连续性也是影响地表沉降的重要因素，盾构停推时，在正面土压力的作用下，势必造成盾构或多或少的后推，在盾构停顿后在复推时易造成局部塌方，盾构在中途检修或其他需要暂停时，建议做好防止后退措施，同时尽量减少暂停时间；

3.3 出土量

盾构推进过程中应防止开挖，严格控制出土量，

根据现场监测经验，出土量只要量化控制的好，地表沉降就能控制的住。

3.4 隧道覆土厚度

在设备一定的情况向，覆土越厚，盾构施工产

生的沉降槽宽度就会越宽，相同地层损失的情况下，地表产生的最大沉降将会越小。

3.5 盾尾同步注浆

盾构施工，以适当的注浆压力、注浆量、注浆

浆液在管脱出盾尾时对管片与土层间的建筑空隙进行同步或及时注浆是防止地表沉降的关键措施。

1）保证注浆时间的及时性，尽量缩短管片脱出盾尾的时间间隔，若是注浆不及时，尤其是在地层变形发生之后，就很难达到预期的注浆效果。

2）保证注浆量、控制注浆压力。所注浆液会硬化收缩，注浆量不足达不到注浆效果，因此注浆量必须超过理论上的建筑空隙的体积，注浆过量势必引起地表隆起或跑浆等现象，造成浪费。但由于盾构施工偏差、局部超挖、地层空隙等原因，使得注浆量不易估算，因此还应结合注浆压力来控制。

4结语

（1）砂卵石地层盾构施工，随着开挖面的推进，地表变形特征明显，开挖前期会有少量隆起，之后在盾为脱出时沉降变形有个骤增，之后随着开挖面的前移，砂卵石地层变形很快（2～3天）趋于稳定。

（2）根据现场监测经验，盾构施工地表总沉降一般能控制在20mm以内，管片拖出盾尾阶段沉降量占到总沉降的62%～80%。

（3）在盾构施工过程中，根据现场监测结果，

可对施工参数进行及时修正，达到优化推进参数，有效控制沉降的目的。

参考文献（References）

1连长江.城市地铁隧道施工产生的地层沉降分析.施工技术，广州建材2007年第2期.

2徐永福.盾构推进引起地面变形分析.地下工程与隧道，2000年第1期.

3 付昱凯，陆小龙、丁文其，钱磊.盾构隧道施工动态扰动特点及控制分析.地下空间与工程学报， 2010年8月第6卷第4期.

4 王明年，魏龙海，路军富，朱招庚.成都地铁卵石层中盾构施工开挖面稳定性研究.岩土力学， 2011年1月第32卷第1期.

盾构施工总结例5

摘 要：土压平衡盾构掘进是软土地区地铁隧道施工的主要方法之一，然而，它在不同的土层中的适应性是不一样的。为研究土压平衡盾构机的盾构施工参数以及刀盘开口率对土层的适应性，在新建立的大型盾构模拟试验平台上，利用直径为 1.8 m 的土压平衡模型盾构机在软土、砂土、砂砾土层中进行了盾构掘进模拟试验。试验平台的监测系统实时采集了盾构推进过程中的各种工作参数，通过分析试验数据，本文尝试对盾构掘进过程中土舱内外土压力的相关关系、刀盘扭矩和推力的变化及其影响因素进行了试验研究，还研究了不同刀盘开口率对盾构总推力和刀盘扭矩的影响规律，研究结果对土压平衡盾构机的设计和施工具有参考意义。

关键词：土压平衡模型盾构；刀盘扭矩；土舱土压力；总推力；刀盘开口率

0 前 言

土压平衡盾构是软土地区地铁隧道施工的主要方法之一，早在1963年上海就开始了软土地层盾构隧道工程试验研究和施工技术研究[1]。现在，盾构法已越来越多地应用于我国的城市地铁隧道、市政公用隧道、水电隧道、铁路隧道和公路隧道的施工建设[2]。盾构法适用的地层包括软土地层、砂土地层以及砂砾土地层等。然而，在不同的地层中盾构的适应性是有明显差异的，所以，针对实际工程进行盾构选型时必须慎重考虑盾构对不同地层的适应性。盾构的地层适应性研究包括多方面的内容，就国内外公开发表的相关研究成果来看，对土压平衡盾构的工作参数如刀盘扭矩、盾构总推力、刀盘开口率等与不同地层适应性之间的关系和规律的研究还不多。文献[3]通过掘进试验研究了DPLEX盾构在各种模拟土层中的适应性。为检验DPLEX盾构开挖机构的性能和切削面支撑等，组装了一台矩形断面（1.03 m×35 m）的试验盾构机开挖四种模拟地层——细砂、压实砂、砾石及夹有大卵石的砾石层。试验研究了盾构在4种模拟地层中的适应性以及所需扭矩的大小。文献[4]试验研究了盾构穿越砂性土层时为改善其地层适应性采用合适的添加剂的施工工艺，在试验数据分析的基础上，对添加剂增加砂性土的塑流性、保水性以及工作面动态土压平衡机理作了较深入的探讨。文献[5]就盾构机扭矩、刀具形状与布置及作用等关键技术方面根据北京地区的工程地质和水文条件研究了北京地区地铁隧道盾构的地层适应性，并提出了该地区的盾构机型和盾构机基本配置的技术要求。文献[6]结合广州地铁二号线某区间隧道盾构施工实际情况，分析了盾构适应性的因素，提出了盾构选型的流程并阐述了刀盘刀具对不同地层的切削机理。文献[7]通过模型试验，对泥浆盾构施工中泥浆维持开挖面稳定的力学机理，开挖面前缘土体的应力变化规律，泥浆压力作用机理及泥皮形态进行了研究，提出了中粗砂地基中临界泥浆压力公式。为适应我国地铁隧道蓬勃发展的需要，研究土压平衡盾构在典型土层中的适应性，本文尝试在我国新建立的大型多功能盾构掘进模拟试验平台上（见图1）[8]，对土压平衡盾构的地层适应性进行了初步的试验研究，试验中选定了上海软土，北京和沈阳的砂性土和砂砾土作为3种典型地层并在大型土箱中模拟这3种土层，通过盾构在粘土、砂土、砂砾地层的模拟掘进试验，研究了刀盘开口率、盾构总推力、刀盘扭矩、土舱内外土压力等主要盾构施工参数的相互关系以及盾构推力和刀盘扭矩的影响因素和变化规律，研究结果可为我国的土压平衡盾构的设计和土压平衡盾构的隧道掘进施工提供参考。

盾构施工总结例6

中图分类号：TU74 文献标识码：A

一、工程概况

新建广深港客运专线狮子洋隧道工程全长10.8km，从广州侧由西向东下穿狮子洋后进行东莞。根据工程水文地质特点，隧道施工选用四台直径Φ11.182m气垫式泥水平衡盾构，气垫控制精度为+0.2bar，装机总功率为4150KVA，是目前国内同行业盾构机直径较大、装机功率较高的。隧道衬砌采用单层装配式钢筋混凝土管片，管片外径10.8m，内径为9.8m，管片厚度为0.5m，环宽2.0m，每环管片选用“5+2+1”形式，即5块标准块，2块邻接块，1块封顶块，管片接缝设定位榫和定位杆槽。

该工程主要由盾构隧道+明挖暗埋隧道组成，明挖暗埋段是由地面进入盾构隧道的过渡段，其中盾构始发井深21.69 m 宽23m，盾构段隧道下穿狮子洋，最大水深约26.6m，最大水压为0.67MPa所以本标段工程具有工程规模大、设计标准高、涉及工法多、工期紧、工程地质复杂、水压力大、盾构掘进距离长等特点，是目前国内铁路隧道最长、标准最高的水底隧道，是广深港客运专线的控制性重点工程。

二、大直径泥水盾构始发总体方案

盾构出洞施工为大直径泥水平衡式盾构的关键重要工序，施工技术方案需根据不同的工程水文地质条件和周围施工环境来确定。大直径泥水盾构的出洞端头土体是否稳定相当重要，洞门端头土体一旦被扰动，可能造成地表塌陷和导致泥水昌溢，所以首先须对始发洞端头地层进行加固处理，常采用“高压旋喷法”、“冻结法”“固结灌浆”等。其次，要安设预埋洞口密封止水装置和盾构基座与反力架。接着依次进行组装盾构后配套拖车、盾构主体、刀盘、连接桥及相关配套设施，并完成盾构整机调试工作。最后在盾构机始发前，要完成洞门密封、洞门凿除、反力架支撑加固、负环管片拼装定位和形成盾构始发定位状态，同时待相应的泥水处理系统、垂直运输系统和水平运输系统、制浆系统等准备完善后才可以开始盾构始发掘进。

盾构始发时，从反力架端部里程点开始沿隧道设计中心线的内弦线

推进，直到盾尾脱离基座后逐步调整盾构姿态使盾构沿隧道设计线路推进。整个盾构始发过程中盾构始发流程见“图1盾构始发流程图”

三、大直径泥水盾构始发前施工措施

3.1、洞门地层加固处理

洞门所处地层根据现场钻探揭露自地面往下显示：上部为人工填土层，0.6m~8m为淤泥层与淤泥质砂层，8m~27m为粘土层、粉细砂层、粘土+粉细砂互层、中粗砂层，属于软塑～可塑～稍密、饱和等稳定性较差地层。27m以下为微风化泥质粉砂岩。盾构隧道顶部覆土厚度约为7.5m，为了确保盾构始发洞门围护结

构凿除后土体稳定和保证盾构始发阶段姿态的准确，依据需加固土体的强度要求进行了力学计算，采用咬合三重管旋喷桩加固方案。最后，经过现场试验室检测在隧道顶、底部和左、右边线各3米范围内的土体均能满足加固土体强度≥1MPa，满足加固土体渗透性≤1立方/d不得漏泥砂的标准，且加固土体均匀，此加固方案能满足盾构始发地层要求。

3.2、洞门密封装置设计

盾构隧道洞门在围护桩内预埋钢环，钢环的参数为：外经为φ11.82m（内经为φ11.50m）、厚度为0.5 m、环框面板宽1.0 m、钢环共重约为20吨。为了确保预埋的钢环整体精度和圆度，对钢环进行分块预埋安装，钢环之间用型钢网格支架连接；在围护施工期间，为了防止砼浇筑造成洞门钢环上浮、错位变形，所以将钢环面板背侧的锚固筋与围护桩体主筋及洞门环形钢筋焊接牢固。在盾构始发阶段，为了防止盾构刀盘进洞门后低头，在安装钢环时均应抬高50㎜。

根据洞门防水设计，本工程中洞门密封采用双道折叶式翻板。即：采用折叶式密封压板+帘布橡胶板。由两道相同的密封组成，两道密封间隔480mm，其中每道密封由帘布橡胶板、折叶压板、垫片和螺栓等组成。见图“图2.洞门密封装置结构图”

3.3、盾构基座

盾构始发基座的主要作用是用于稳妥、准确地放置盾构机，承受盾构机自身重力和推进时的摩擦力，且保证盾构机能够安全地组装、调试与始发，因此始发基座的设计必须有足够的强度、刚度和安装精度。在进行盾构井底板及填充层施工时，提前要按基座相关尺寸调整好标高、坡度，预埋好基座的连接、加固钢板，并预留好盾壳焊接和反力架立柱预留槽等。本次由于盾构机重达900多吨，所以盾构基座采用全部钢结构形式，根据盾构机长度（盾壳（含刀盘）总长度L＝11.42m）及反力架与洞门距离，故取始发基座总长为15.971m。

3.4、反力架及支撑系统设计与安装加固

盾构机始发时，支撑在主体框架梁处的反力架为盾构机提供反向推动力，因此，不仅要求反力架须具有足够的刚度和强度，而且应保证反力架安装精确度，采取的主要施工技术措施如下：

a)、反力架结构

由于本次约需向盾构机提供3330吨的反力，所以反力架采用便于组装与拆卸的组合钢结构件，其结构尺寸要根据支撑面的具体尺寸而定，反力架结构尺寸厚为1.2m，高12.37m，宽为11.47m，支撑面宽12m。

b)、反力架端部里程的确定

按如下公式计算：

式中：

Ds — 设计第一环管片起始里程，如本次左线取DIK42+999.2；

N— 负环管片数量,如本次取N＝8环；

Ws — 负环管片宽度，取2m；

cosα—与基座所设计坡度有关；

DR — 反力架端部里程，

考虑基座坡度为－1%和盾构基座与洞门间导轨长度后，经反复计算复核后确定反力架安装起点中线里程为DR ＝DIK43+17.266。

c)、支撑系统设计确定

本次反力架的支撑结构采用12根φ609（δ=16mm）钢管直接撑到主体结构墙面上，两侧采用H型钢加固。根据盾构机始发时需要提供33300 kN的反力，每根φ609钢管受力F0＝33300/12 kN，按荷载不均匀系数1.2计，反力架的每根φ609钢管所受压力F＝F0×1.2/cos300=3845(kN)，下列分别对φ609钢管强度与稳定性进行验算[4]：

φ609钢管强度验算

= 3845 / [л×（0.6092－0.5772）/4]

＝129MPa≤[σ]＝σs＝235MPa

故φ609钢管强度满足设计要求。

φ609钢管稳定性验算

临界力

Pc=л2×EI／L2

式中：E ＝210×103 MPa ， I ＝л×(D4 一d4 )／64，钢管长L= 4.7 m ，厚δ=16mm

故Pc ＝ [л2×210×103×л×(D4 一d4 )／64]／4.72＝1.23×104kN

临界应力

σc = Pc／A = 413 M Pa ≥σp= 200 MPa

根据经验公式

σc =σs－αλ2= 235 －0.00668× L2× A／I =232 MPa

N =σc× A = 6916 kN ≥ F＝3845 kN

所以 6O9钢管支撑稳定满足要求。

d)、反力架安装精度控制

由于盾构初始始发姿态是空间状态，在安装反力架时，反力架左右偏差控制在±10mm之内，高程偏差控制在±5mm之内，上下偏差控制在±10mm之内。基座水平轴线的垂直方向与反力架的夹角＜±2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜2‰（且盾尾只能向上偏），水平趋势偏差＜±2‰。

为了保证反力架安装精确度和保证盾构推进时反力架横向稳定需要采取的加固措施为：在反力架横梁安装两个H型钢支撑，作为反力架抗浮装置，为防止反力架发生左右位移，在反力架左右两侧加4根H型钢支撑固定。

3.5、始发导轨线铺设

本工程中始发段导轨线采用的轨道为43Kg/m钢轨，轨道采用43kg/m,单根长12.5m、6.25m规格的轨道，轨枕以H型钢和槽钢为主。为了防止盾构始发时磕头，在始发洞门处必须安设了具有足够强度和刚度的导轨，且导轨顶面要比基座导轨顶面低20mm，导轨末端与洞口围岩之间，应留出刀盘的位置，以保证盾构始发时，刀盘可以旋转，且导轨位置及长度要满足不损坏帘布橡胶板。

3.6、洞门凿除

在对洞门围护结构进行凿除前，应采用钻孔取样方式检测确定加固土体强度、洞门处渗透性以及土体的匀质性。盾构始发洞门围护结构凿除采用人工风镐破除方法，整个破除分两次进行，第一次先将围护结构主体凿除，且凿除至地连墙外侧主筋处，即只保留围护结构外侧主筋钢筋及保护层。

待盾构组装完成空载及负载调试成功后进行二次破除。在二次凿除剩余部分混凝土之后，要及时检查始发洞口的净空尺寸，确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围之内。在施工过程中要密切观察掌子面的情况，遇到问题要及时处理，不能盲目施工，同时应做好各项凿除安全防护措施。

3.7、负环管片设计

一般设计中盾构负环管片由负环钢管片和负环钢筋混凝土管片组成。负环钢管片起到连接负环钢筋混凝土管片和反力架，起到减小负环钢筋混凝土管片变形的作用。同时，要求钢环的平整度必须达到5cm，钢环与反力架接触面用细石混凝土嵌实。

然而本次设计与其它盾构工程不同之处：用标准的钢筋混凝土管片直接代替了50cm宽的钢环与反力架端面接触，并且预先在第一负环内预埋14块厚δ＝16mm焊接钢板，其尺寸为250mm×400mm，详见“图3、负环管片侧面预埋焊接钢板示意图”。

当负环管片与反力架接触后，将预埋

钢板面与反力架端面全部焊接牢固，并将之间的缝隙用薄钢板充填密实。负环与负环间只粘贴丁晴

软木橡胶板（纵缝间）和软木衬垫（环缝间），不粘贴止水条和自粘性橡胶薄片，负环管片间连接螺栓也不需加遇水膨胀橡胶圈。

在盾构始发井内负环管片数量确定由如下公式计算：

式中：

Ws — 负环管片宽度，取2m；

Ds — 设计第一环管片起始里程,取DIK42+999.2；

DF — 凿除洞门围护结构后的里程，取DIK42+997.9；

L— 盾构机盾壳（含刀盘）总长度，取L＝11.42m，；

— 线路修正系数与始发曲线半径和坡度有关，一般取1.0~1.8；

N— 负环管片数量

经计算后，并反复复核始发线路和盾构始发姿态后确定负环管片数量N＝8环。

四、 大直径泥水盾构始发推进控制要点

4.1、盾构始发前姿态控制

一般情况下，先根据管片拼装里程、盾构机组装位置要求、始发竖井结构、反力架支撑长度及盾构隧道线路设计轴线定出盾构始发姿态空间位置，以确定洞门钢环的预埋中心位置，然后反推出始发台的空间位置，提前调整好盾构井底板的标高、坡度及结构等。由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及抵抗盾构旋转的扭矩，所以在盾构始发之前，必须对始发台两侧进行必要的加固。另外，盾构在始发阶段（盾构主机离开始发基座前）不能够进行调向，如在曲线上始发应事先调整好始发平面轴线，而且，始发台的安装高程要根据端头地质情况和始发坡度进行适当抬高和坡度调整。

考虑到本次始发段线路，在平面上处于半径为R7000m的圆曲线和缓和曲线上， 在竖向上处于坡度为－20‰的下坡段，为了确保盾构可以准确地按照设计轴线出洞，采用割线始发，即将洞门内12米曲线的弦线向盾构井内延长，以此割线做为始发的平面中线，始发坡度调整为10‰，并将始发洞门（预埋钢环）抬高50mm，即将盾构始发纵向轴线在10‰下坡的基础上整体抬高50mm。

4.2、负环管片拼装与加固系统

在盾构机始发准备工作全部完成后，按顺序吊除清理洞圈内分割的砼块，盾构机开始进行负环段管片的拼装。拼装的总体思路是为了确保负环整体刚性、提高管片拼装的平整度、减少管片碎裂现象并防止负环管片失圆失真，负环拼装全部采取错缝拼装方式。

负环拼装时第一、二环负环的定位相当重要，对后序的负环拼装起着基准面的作用，故在确保其环面的平整度的同时，尽量减少管片的椭圆度，主要施工技术措施如下：

a)、拼装第一环负环管片前，因盾尾内侧与管片外弧面的间隙为40mm，为了确保第一环准确定位，在盾尾管片拼装区下部180度范围内、在两个推进油缸之间采用局部焊接或点焊均匀安设11根长2m厚度40mm的槽钢，如“图4.负环管片安装示意图”。然后，利用盾构机千斤顶缓慢地拼装好整环。

b)、当第一环负环管片突出盾尾300mm后，将负环管片与始发台导轨间的空隙用纵向型钢垫实，然后继续将管片推出，直至与反力架靠紧，焊接牢固，缝隙充填密实。

c)、第一环负环拼完后，要在反力架和管片安装机之间、以及管片上部的内弧面上焊接两根H型钢，在整环管片向后推出时，起到限制管片下坠的作用。

d)、第一环管片推出1500mm后开始拼装第二环管片，注意切不可将第一环管片全部推出槽钢段再拼装第二环，避免管片下沉。

e)、在前两环负环管片拼装过程中，由于盾构油缸和反力架不能有效地夹紧管片，每块管片都处于活动状态，所以应在拼装盾尾内上半圆管片、特别

是两块临接块时，要在盾尾盾壳上和反力架上焊接吊耳，用道链对管片进行固定，以支撑管片并保证施工的安全，待封顶块纵向推插到位后，拆去道链，割除吊耳，紧固封顶块与邻接块的螺栓。

在负环管片拼装与盾构机推进的过程中，要及时将负环管片外侧支撑，避免负环管片失圆过大引起管片拼装困难。采用的加固措施如下所述：

a)、在每环管片推出盾尾后，将管片与始发台导轨间隙用钢楔子和木楔子及时进行支垫，将管片压力均匀的传递给三角架。本次中每环管片按50cm间距加设钢楔子，钢楔子点焊在始发台导轨和H型钢支撑上；见图“图5.负环管片外侧支撑图”；

b)、在始发台两侧安装三角支架, 三角支架顶部加200H型钢, 200H型钢并与盾壳紧密接触。

c)、待负环安装完后管片外侧左、右、上部各背一道20B工字钢进行整体加固。确保成型后

的负环整体性，受力均匀、平稳传递。

4.3、盾构开洞试掘控制

盾构开洞控制是盾构始发试掘进的重中之重，须从每一步要精心组织，在施工过程中应采取以下施工措施来避免意外事故发生：

a)、盾构机推进前，要在盾壳外、在始发台导轨两侧要焊接2～3组盾构机防扭块装置，在刀盘切削岩体旋转时，防止盾构机整体侧转和旋转，在每组防扭块进入洞门密封装置之前将其割掉。

b)、当盾构开洞在盾构在切入土体时，为减少盾构开洞时的推进阻力及保护前置刀盘，在盾构外壳、轨道以及帘布橡胶板和翻板涂抹黄油，止水密封装置的箱体内也需充满油脂。

c)、盾构离开始发基座前基本沿预定始发路径推进，必要时可通过对推进千斤顶的选择来对盾构姿态作微量调整，在此期间盾构须切割洞门加固体，易遵循“低推力、低刀盘转速，减小扰动”的原则进行控制，避免盾构推进对主体结构墙体造成影响，以确保盾构姿态的稳定。

d)、在盾构始发掘进施工过程中，应加强盾构机姿态的测量，如发现盾构有较大转角，可以采用大刀盘正反转的措施进行调整，并将其推进速度放慢；同时，要严格控制盾构机操作，调节好盾构推进千斤顶的压力差，防止盾构发生旋转、上飘或叩头现象发生。

e)、在盾构机出加固区前，为了克服地层土体强度的突变，防止地面沉降过大或避免泥饼的产生，盾构机采取的主要掘进参数为：泥水仓中心压力在1.2bar~1.5bar（出洞地层土体侧压系数0.4，地面荷载20kN/m2）、进浆比重1.05kg/m3、进浆粘度数控制在20s左右，进排泥浆流量差必须与掘进速度相匹配，盾构推进速度控制在0~20mm/min范围内。同时，根据地面监测反馈的信息对掘进参数作出调整。

除上述几项内容外，盾构始发试掘进过程中要加强监测，及时分析、反馈监测数据，动态的调整盾构掘进参数，并为后续正常快速施工提供依据。

4.4、同步注浆的形成

当盾尾通过两道洞门密封后进行始发注浆，为了能及时填充管片与地层间环形空隙、控制地层变形、稳定管片结构、控制盾构掘进方向，加强隧道结构自防水能力，对建筑空隙采用盾尾内置的注浆管开始实施同步注浆。同步注浆主要材料是由水泥、粉煤灰、砂子组成，按不同的比例配成不同性能和指标的水泥砂浆液。

本工程同步注浆拟采用“表1同步注浆材料初步配比表”所示的初步配比。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定。

表1同步注浆材料初步配比表

水泥(kg) 粉煤灰(kg) 膨润土(kg) 砂(kg) 水(kg) 外加剂

80～260 381～241 60～50 779 460～470 按设计和试验加入

同步注浆浆液的主要物理力学性能满足下列指标：

a)、胶凝时间：一般为3～10h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和需要注浆提供较高的早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间，获得早期强度，保证良好的注浆效果。

b)、固结体强度：一天不小于0.2MPa（相当于软质岩层无侧限抗压强度），28天不小于2.5MPa（略大于强风化岩天然抗压强度）。

c)、浆液结石率：>95%，即固结收缩率

d)、液稠度：8～12cm

e)、浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。

在同步注浆施工工艺中应注意事项：

①、同步注浆系统在调试结束后应将注浆孔（包括备用孔）用油脂充填密实；

②、同步注浆一定要在通过两道密封后再实施，避免同步注浆污染破坏两道密封间的油脂，从而降低洞门密封的效果。

③、始发阶段由于盾构掘进速度相对较慢，且浆液凝结时间相对较快，要隔一定的时间对注浆管路进行清洗疏通，避免浆液凝结堵塞注浆孔。

五、大直径泥水盾构始发施工效果

在狮子洋隧道大直泥水盾构始发工程中，根据地面变形监测结果及盾构掌子面数据信息反馈显示，本次盾构始发非常成功，隧道轴线水平偏差最大33mm、高程偏差最大18mm，管片错台基本控制在2mm以内，该段隧道未发现有渗漏点和管片顶裂现象，地面最大隆起1mm、最大沉降12mm，未出现周边地表开裂和地下构筑物及管线破坏现象。本次盾构的顺利始发为今后盾构正常掘进施工奠定了基础，同时也受到了业主单位、监理单位、咨询单位和国内同行与专家到施工现场进行了参观考察，对其施工技术和质量给与了肯定和赞扬。

六、结束语

大直径泥水盾构机能否顺利始发直接决定地影响着盾构法施工隧道施工进度、工期、安全、质量及经济经济效益，因此应对盾构始发条件和施工技术中每一环节要进行仔细研究，对施工中的每一步要加强全面、细致的控制，确保各项目施工技术措施达到预期效果。

本文主要通过对狮子洋隧道大直泥水盾构始发技术的总结，充分验证该项目施工技术措施和施工工艺能满足施工安全质量的要求和铁路客运专线的规范规定，保证了盾构的顺利始发，为今后更大直径盾构始发技术提供了可查询和参考的经验性数据。

参考文献：

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[2] 孙谋.盾构隧道始发技术[EB].

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[3] 王宁.北京地铁五号线盾构曲线始发施工技术[EB].

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盾构施工总结例7

随着社会经济的发展城市人口增多、规模变大现有的城市交通已经不能满足城市发展的需要.经济发达的城市开始修建地铁工程盾构施工技术普遍应用于地铁工程中。盾构法施工的隧道衬砌方式有两种:单层装配式衬砌和多层混合式衬砌。在盾构施工中.主要采用单层装配式衬砌.衬砌为钢筋混凝土管片构成盾构隧道的主体结构承受四周土体的荷载。

1盾构施工过程中出现的管片开裂

盾构掘进施工过程中隧道管片在盾构机千斤顶反作用力及同步注浆压力和周围土体的压力作用下部分管片出现裂缝裂缝的位置主要位于隧道中部以上其中隧道拱顶占多数。管片裂缝为纵向裂缝有两种类型:

1 .1前开裂

裂缝从管片前端开裂并向后延伸(见图I) ，主要集中在隧道拱顶位置。

1.2后开裂

裂缝从管片后端开裂并向前延伸(见图2)，此类裂缝主要在隧道的两腰部位或偏上位置。

2管片开裂的原因分析

盾构隧道管片为钢筋混凝土结构其开裂主要为受力不均或受力过大所造成。在施工过程中，管片的受力状态与设计所考虑的不完全一致盾构机掘进过程中管片承受着千斤顶顶力盾尾密封刷的作用力和衬砌背后注浆的浆液压力等在这些荷载的相互作用下使盾构管片出现了不同的受力特征。通过对现场观察了解结合其它地铁工程中的经验造成管片出现上面开裂现象的主要原因可能有如下几种:

2 .1盾构机千斤顶总推力较大

作用于管片上的力是造成管片开裂的最基本因素其中盾构推进过程中总推力过大是致使管片开裂的最直接原因。目前，国内地铁盾构隧道施工中，淤泥质粘土层中总推力为8000 ~12000kN;细砂土地层中总推力为12000 ~15000kN，当总推力过大时，对于养护不好并且配筋小的管片则有可能开裂。

2 .2管片环面不平整

造成管片环面不平整主要有:管片制作精度误差管片纠偏时贴片不平整;盾构机推进时各区的千斤顶推力大小不等管片之间的环缝压缩量不一致等原因。因管片环面不平整盾构机千斤项作用于管片上将产生较大的劈裂力矩造成管片开裂(如图3所示)。

转贴于 2 .3千斤顶撑靴损坏或重心偏位

盾构机通过千斤顶作用于管片上向前掘进.在千斤顶与管片接触处设置撑靴以减少管片压力，撑靴损坏后管片局部压力增大造成管片损坏或出现裂缝。

在盾构掘进过程中已拼装的管片中心线与盾构机本身的中心线重合为理想状态但在实际施工中两条轴线存在偏差千斤顶的中心没有作用在管片环的中心上，造成管片偏心受压(见图4)。

2.4盾构机姿态控制与线路曲线段不匹配

管片是在盾构机尾部内进行拼装，拼装完成后隧道管片在盾构机内部的长度约为2.3m管片外侧的空隙为5cm，盾构机在曲线段掘进时盾构机的姿态变化与管片的姿态变化不一致，盾尾密封刷挤压管片造成开裂(见图5)。

3管片开裂应对措施

从现场观察分析，造成管片开裂的原因不是单一存在的而是几种原因集中在一起.因此在防止发生管片开裂的措施要综合考虑。针对上述原因需从以下几个方面采取措施:

（1）盾构机在砂层掘进时.应加注泡沫剂.防止土仓内积“泥饼“减小推进扭矩和总推力同时防止推进速度过快。

(2)严格管片制作时的质量控制，减少管片的制作精度误差。在施工过程中保证贴片位置的准确性盾构掘进完成后，检查上一环管片的环面平整度。

(3)检查千斤顶撑靴对出现损坏的及时更换。

(4)盾构掘进时严格控制盾构机的姿态特别在曲线段盾构机应缓慢掘进控制盾构机的每环纠偏量，防止盾构机轴线与隧道管片的轴线间的夹角过大和管片四周盾尾间隙不均匀。

盾构施工总结例8

1 前言 黄浦江从东北至西南流经上海城区，把上海分为浦东、浦西2部分，江面宽500m~700m，主航道水深14m~16m。近10年来，浦东的迅速发展促进了越江交通工程建设，采用大直径盾构建造江底交通隧道已得到广泛的应用。已建隧道5条，在建隧道4条拟建隧道6条。

上海地层为第四纪沉积层，其中0~40m深度内均为软弱地层，主要为粘土、粉质粘土、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粉砂土等，这类土颗粒微细、固结度低，具有高容水性、高压缩性、易塑流等特性。在该类地层中进行盾构隧道掘进施工，开挖面稳定和控制周围地层的变形沉降十分困难。

上海地区盾构隧道技术的应用，始于1965年，近40年来，尤其是近10年来，盾构隧道技术广泛用于地铁隧道、越江公路隧道和其它市政公用隧道。本文就上海城市交通隧道盾构施工技术的发展和现状，作一个回顾和综述。

2 网络 挤压盾构掘进技术的开发和隧道工程应用

2.1 Φ5.18m网格挤压盾构及上海地铁试验工程 2.2 打浦路隧道Φ10.2m网格挤压盾构掘进施工 圆隧道外径10m，由8块钢筋混凝土管片拼装而成。管片环宽90cm，厚60cm。管片环向接头采用双排钢螺栓联接。衬砌接缝防水采用环氧树脂。打浦路隧道于1970年底建成通车，至今已运营33年。

2.3 延安东路隧道北线Φ11.3m网格挤压水力出土盾构施工 隧道北线圆形主隧道采用了上海隧道工程公司自行设计研制的φ11.3m网格型水力出土盾构，见图3所示。在密封舱内采用高压水枪冲切开挖面，挤压进网络的土体，搅拌成泥浆后通过泥浆泵接力输送，实现了掘进、出土运输自动化。网格上布有30扇液压闸门，具有调控进土部位、面积和进土量的作用，可辅助盾构纠偏和地面沉降控制。网格板上还布设了20只钢弦式土压计，可随时监测开挖面各部位的土压值变化，实现了信息化施工。盾构最大推力可达1.08×105KN。盾构顺利穿越江中段浅复土层和浦西500m建筑密集区，保护了沿线的主要建筑物和地下管线。

3 土压平衡盾构在城市交通隧道工程的应用和发展

3.1 土压平衡盾构的引进和开发应用

近年来，我国的城市地铁隧道、市政隧道、水电隧道、公路交通隧道已经越来越多地采用全断面隧道掘进机施工，其中用得最多的是土压平衡盾构掘进机。上海、广州、深圳、南京、北京的地铁区间隧道已经采用了31台直径6.14m～6.34m的土压平衡盾构，掘进区间隧道总长度达400km。土压盾构具有机械化程度高、开挖面稳定、掘进速度快、作业安全等优点，在隧道工程中有广泛的发展前景。

土压平衡盾构适用于各种粘性地层、砂性地层、砂砾土层。对于风化岩地层、软土与软岩的混合地层，可采用复合型的土压平衡盾构。在砂性、砂砾、软岩地层采用土压盾构掘进施工，应在土舱、螺旋输送机内以及刀盘上注入润滑泥浆或泡沫，以改良土砂的塑流性能。

3.2 Φ6.34m土压盾构在上海地铁工程中的应用 于2000年开工兴建的上海地铁明4号工程区间隧道仍将使用这10台Φ6.34m土压平衡盾构施工。2001年，向日本三菱重工购置4台Φ6.34m土压平衡盾构，共计14台盾构正在掘进施工。 3.3 双圆形盾构掘进机的引进和应用 3.4 Φ7.64m土压盾构掘进外滩观光隧道

3.4.1 工程概况

上海外滩观光隧道是我国第一条行人过江专用隧道，是一条连接南京路外滩和陆家嘴东方明珠塔的江底隧道，全长646m，隧道内径6.76m。隧道内通行一来一往2条观光车轨道。 隧道衬砌环由6块钢筋混凝土管片拼装而成，管片设计强度C50，抗渗等级S8，环宽120cm，厚35cm。管片接缝防水采用EPDM多孔橡胶止水带，管片背面涂防水层。

3.4.2 φ7.65m土压平衡盾构掘进施工

隧道掘进采用φ7.65m土压平衡盾构，见图9所示。盾构大刀盘切削土体，为幅条式结构。盾构长8.935m，中间有较接装置，易于纠偏施工。盾构最大推力5.2×104KN。盾构密闭舱内充满切削土砂，通过直径900mm的螺双输送机排土，通过推进速度、螺旋机转速、排土量来控制密闭舱土压，使之与开挖面水压力平衡。盾构掘进速度为0～4cm/min。

盾构于1998年11月始发推进，隧道纵坡达4.8%，；平曲线最小半径为400m，均为国内越江盾构隧道之最。盾构初推段100m内进行了土体变形、土应力、孔隙水压的监测，反馈盾构施工，调整盾构施工参数，控制施工轴线和地表沉降。盾构掘进的平均速度达8m/d，646m隧道共花费3个月的时间完成，工程质量优良。

3.5 3.8m×3.8m矩形土压盾构掘进地铁过街人行地道

常用的盾构隧道掘进机为圆形，主要是圆形结构受力合理，圆形掘进机施工摩阻力小，即使机头旋转也 影响 小。但是圆形隧道往往断面空间利用率低，尤其在人行地道和在行隧道工程中，矩形、椭圆型、马蹄形、双圆形和多圆形断面更为合理。日本80年代开发 应用 了矩形隧道，在90年代开发应用了任意截面盾构和多圆盾构，并完成了多项人行隧道、公路隧道、铁路隧道、地铁隧道、排水隧道、市政共同沟隧道等，使异形盾构技术日益成熟，异形断面隧道工程日益增多。

4 大直径泥水加压盾构掘进越江公路隧道施工 1995年，为 发展 浦东建设需要，上海延安东路隧道南线开工建设，为缩短工期和保护隧道沿线建筑物的需求，引进日本三菱重工制造的Φ11.22m泥水加压盾构。盾构本体示意见图11。 上海大连路隧道全长2565m，为2来2去的两条双车道隧道，工程总投资16.55亿元。工程于2001年5月25日开工，合同工期28个月。隧道平、剖面见图12所示。

泥水加压盾构的泥水输送和泥水处理是盾构施工的重要组成部分，公司自选研究设计制造了适应上海软土地层的泥水分离系统，见图14所示。

盾构进出洞土体加固全部采用冻结法。 大连路隧道于2003年9月建成通车，总工期仅28个月，是上海越江公路隧道建设周期最短的。

4.3 上海越江 交通 工程的发展 2003年6月，翔殷路隧道工程开工建设，为2条2车道隧道，隧道全长2597m，隧道外径11.36m，内径10.2m，是 目前 车道最宽的盾构隧道，设计车速可达80km/h。

正在设计中的越江隧道有军工路隧道和上中路隧道(中环线配套工程)，正在规划中的越江隧道有长江西路、新建路、人民路、耀华路等4处。

5 结语

盾构施工总结例9

中图分类号：C35文献标识码： A

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1工程概述

隧道区间所处地段地形平坦，地面标高介于383.8-387.7m。区间单线长1046m，区间线路左右线总共有4个曲线半径均为3000m的曲线段，其中左右线各两个，每条线路左右转弯曲线各1个，区间曲线段总长度为125.6m。隧道覆土厚度8.5～11.2m，线路最大坡度为7.66‰，最小坡度为2‰；最大坡长553.7米；左右线各有3个竖曲线，竖曲线半径为3000m、5000m。盾构区间圆形隧道外径6.0m，内径5.4m，管片厚度300mm，管片宽度1.5m，分块数为6块（管片由一块封顶块、两块邻接块、三块标准块构成）。环间采用错缝拼装。管片砼强度等级为C50，抗渗等级S10。

1.2工程地质

地质组成自上而下为：人工填土；洪积黄土状土；晚更新世风积黄土、残积古土壤；中更新世风积黄土、残积古土壤；晚更新世及中更新世冲积粉质粘土及砂类土等。盾构主要穿越地层为、洪积黄土状土；晚更新世风积黄土、残积古土壤；中更新世风积黄土、残积古土壤。总的来说，区间地质条件较差，针对本地质条件的盾构机选型及设计至关重要，对刀具的配置、密封、刀盘开口率的设计与制造，提出更高的要求。

2.盾构机类型、配置及参数

2.1工艺原理

盾构实际上是盾构机的简称。它是一个横断面外形与隧道横断面外形相同、尺寸稍大，内藏挖土、排土机具，自身设有保护外壳的暗挖隧道的机械。以盾构为核心的一整套完整的隧道施工方法称为盾构工法，概况如图1所示。

图1

2.2盾构机类型的选择

盾构的选型是否合理，是盾构施工成败的关键。根据试验段工程特点，结合地铁整体工程需要，重点考虑（1）工程、水文地质条件；（2）掘进长度及过程；（3）管片尺寸、拼装；（4）线路平面条件；（5）线路纵断面条件，隧道埋深；（6）掘进速度要求；（7）掘进方向误差要求；（8）地表沉降量要求；（9）盾构机寿命；（10）周围环境等因素，选择铰接式土压平衡盾构机。

3.快速掘进方案的论证及确定

施工进度影响因素：盾构施工功效不高、自然灾害导致停工、停电导致停工、停水导致停工、业主要求停工、其他。通过对本项目的资源配置、右线盾构施工中的盾构机推进速度、管片拼装速度、掘进速度及施工进度等情况进行调查统计、分析比较显示，影响右线盾构施工速度较慢的关键是盾构施工功效不高。功效不高主要原因为：①首次在该地层下施工，无成功经验可以借鉴；盾构机掘进参数未优化；②列车编组不合理。

3.1优化盾构掘进参数，提高推进速度

第一步、针对首次在湿陷性黄土地质条件，对右线施工的盾构机掘进管理进行统计分析，总结经验教训，重点对右线施工单日完成8环以上的32天的盾构机掘进参数进行统计分析，确定优化后的施工参数，确定盾构快速掘进参数为：总推力在900-1400KN,切削扭矩在600-1300KN・m，掘进速度控制在60-80mm/min，土仓压力0.15-0.2Mpa；第二步、在左线的盾构施工中，结合土建情况逐步进行调整，在地面沉降、盾构机姿态及管片姿态受控的情况下，加快盾构机推进速度。

3.2优化列车编组

首先按理论计算对比，把右线的“3+2”编组模式改为“4+2”模式。确保单列列车能完成一环掘进，减少有效掘进时间。

3.3实施效果

按照以上方案实施后，安全及质量受控，左线盾构施工速度显著提高，平均每天完成11.6环（17.4米），比右线平均掘进速度5.3环/天提高了6.3环/天，创造了单班14环成洞21m、单日27环成洞40.5m及单月485环成洞727.5m创全国盾构施工新纪录，实现了快速掘进。实现盾构快速掘进节约成本约200万元。

4提高黄土地层盾构快速掘进技效率的措施

影响盾构高速掘进的因素非常多,其中盾构设备的正常运转、工序的有效管理、人员管理的合理化、盾构施工的智能化是盾构施工中最关键的环节。

4.1设备正常运转

4.1.1完善盾构施工的配套设备及设施

配套设备及设施对盾构掘进速度有较大的影响,设备和设施的配备能力应大于盾构设备的掘进能力。在工程的投标阶段,应对配套设备和设施进行详细的选型,为盾构快速掘进提供了硬件支持。为了达到快速掘进的目的,盾构配套设备应具备状态。设备发生故障时的维修设专人对盾构机进行维护,在盾构机或配套设备发生故障时能凭借丰富的经验快速维修,尽可能的减少设备问题对盾构掘进速度的影响。同时对设备进行定期和不定期的检查与修整,对于各种设备故障提前做好维修的准备工作。避免问题出现时,消耗大量的准备工作时间。

4.1.2施工期间设备常规保养

施工期间设备的常规保养,对发挥盾构设备性能,确保工作稳定性至关重要,要按规定,指定专人加强对盾构及配套设备的保养工作,使之处于良好的工作状态。

4.1.3设备发生故障时的维修

设专人对盾构机进行维护,在盾构机或配套设备发生故障时能凭借丰富的经验快速维修,尽可能的减少设备问题对盾构掘进速度的影响。同时对设备进行定期和不定期的检查与修整,对于各种设备故障提前做好维修的准备工作。避免问题出现时,消耗大量的准备工作时间。

4.2施工工序的有效管理

盾构施工工序多,每个工序顺利正常运行才能保证整个施工过程畅通。在压缩各个工序时间段的同时,应加强彼此之间的衔接。施工中,对各施工环节进行有效控制能加快盾构掘进的速度,主要措施如下:

l)龙门吊的合理选型,确保龙门吊具备足够提升能力和稳定性,保证施工期间龙门吊不会出现大故障。

2)电瓶车及编组车辆的合理选型,能有效解决长距离水平运输占用时间长的问题,可加快盾构后期掘进的速度。

3)合理设置集土坑。现场集土坑必须满足隧道出土与土车外运量相平衡的要求。在场地条件允许的前提下应尽可能的加大集土坑,来满足盾构快速掘进的要求。

4)充分挖掘盾构设备快速掘进的能力。盾构快速掘进最关键的因素是盾构设备本身的能力,现有盾构的额定速度为80mmn/〕in。由于盾构在粉质豁土层掘进,推力较小,姿态控制相对容易,可以通过关掉少数千斤顶的供油来加快剩余千斤顶的推进速度。实际施工中关掉了2个千斤顶的供油,最快速度达到10mm/min,有效地提高了盾构的推进速度。

5)加强技术人员和操作工人的培养。通过施工前技术交底,组织重要岗位的操作人员相互参观学习,定期召开经验交流会,建立奖励机制,使奖金与施工速度和施工质量挂钩等措施,提高职工的操作水平,加强对盾构施工各环节时间的控制,为盾构的快速施工提供软件支持。

4.3人员管理的合理化

l)重要岗位的操作人员,必须要经过专业培训,要加强各相关专业的理论学习。特别应该重视对操作手的重点培养,操作手应具备一定的机械电器及工程地质知识,对盾构机械结构、电气配置、隧道地层及线路情况有基本的了解。

2)要调动工人主观能动性,通过建立奖励机制,提高工人劳动积极性,避免由于工人积极性的波动而影响施工进度。

3)加强各工序工人之间的交流,增强各工序之间的协调性及合理衔接。

4)加强施工与设计人员之间的沟通。

5)人机协调,人相对于盾构来说,人是占主动性的,因此应该加强人员管理,更好配合机械,始终保持一种人等机械的状态,避免机械等人的现象。

4.4盾构施工的智能化

盾构法施工技术以其特有的智能、安全、快捷、地层适用性广等特点与优势,在我国城市地铁建设中得到广泛推广和应用,但盾构施工仍受工程地质条件、人为控制等因素的影响。盾构施工应做好信息化施工,及时将监测所获取的数据反映给盾构操作人员,通过及时调整盾构机掘进参数,控制地表的沉降或隆起。同时实现从建管公司到施工现场的实时跟踪监控,进行快速、全面、合理地分析判断,使盾构施工参数最优化.

5结论

1）黄土地层选用土压平衡盾构成功，施工顺利；

2）刀盘设计及刀具配置合理，磨损较小，辐条式刀盘和大开口率避免了施工中出现“泥饼”和“糊刀”等问题，建议后续类似地层施工刀盘开口率可以加大到50%-60%；

3）由于黄土在无水条件下自立性能好，根据隧道上方管线和建构筑物情况可适当调低土仓压力，或采取欠土压模式掘进，以有利于节能和快速掘进。

6参考文献

【1】施仲衡主编.《地下铁道设计与施工》.陕西科学技术出版社.2011年

盾构施工总结例10

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）16-0092-05

目前国内水下隧道施工已有先例，例如江苏无锡市首条湖底隧道蠡湖隧道总长1180m；武汉东湖隧道下穿湖底的主通道呈弧线走向，全长约800m。但是穿湖总长3650.98m，湖底最浅覆土7.4m，采用土压平衡盾构机施工却尚属首次，超浅埋湖底隧道掘进防喷涌、超长距离湖底隧道掘进技术控制、水下盾构隧道沿线障碍物潜在风险、长距离湖底成型隧道防水技术、微承压水治理等等，技术难度及安全风险较大。基于此，依托金鸡湖盾构工程，对土压平衡盾构机在穿越陆地、湖底的一系列过程展开施工技术研究。

1 工程概况

该工程包括[星港街站～会展中心站]、[会展中心站～华池街站]两个盾构区间，盾构掘进总长6183.391m。其中，星港街站～会展中心站区间左线长2351.980m（含短链0.365m，长链5.370m），右线长2350.108m（含短链0.425m，长链3.558m），总长4702.088m。会展中心站～华池街站区间左线长741.534m（含长链1.032m），右线长739.769m，总长1481.303m。

施工范围内土体自上而下分述为：①1淤泥层、①2素填土、③1粘土层、③2粉质粘土、④1粉土、④2粉砂、⑤粉质粘土、⑥1粘土层、⑥2粉质粘土层、⑦2粉土层、⑧工程地质层（粉质粘土层）。盾构通过的主要土层为④2粉砂和⑤粉质粘土。

本工程采用两台加泥式土压平衡盾构机进行两个区间总长约6.2km的隧道掘进施工。日本小松TM634PMX-16、TM634PMX-17盾构机先后从会展中心站西端盾构井始发，掘进至星港街站东端解体；然后转场至展中心站东端二次始发，掘进至华池街站西端盾构井解体吊出。两台盾构机共需要四次始发，四次吊出，两次转场，两次过金鸡湖及中间风井。

地质水文情况主要有四层水，一是地表水，二是赋存于全新统Q4冲湖积相沉积粘性填土层中的地下潜水，三是隧道埋深范围④2粉砂层中的微承压水，四是⑦2粉土层中的承压水。

2 盾构机选型及盾构掘进施工参数理论计算

2.1 盾构机选型情况

该工程选用的是日本小松公司土压平衡盾构机，盾构机的主要参数和工作性能如下：

2.1.1 刀盘开口率40%，配备4个超挖刀，最大超挖量为125mm。开挖部位、尺寸均可方便设计自动调节。

2.1.2 掘进扭矩、推力大，最大输出扭矩达6176kN·m，最大推力37730kN，具备10MPa强度的破岩（硬土）掘进能力。

2.1.3 盾构机主机的密封装置（刀盘驱动密封及盾尾密封等）在较高水土压力状态下具有良好的密封功能。电气和液压元件质量可靠、响应迅捷，防水性能好，适应隧道内的高温、高湿工作环境。

2.1.4 泡沫系统在刀盘、土仓和螺旋输送器上均设置注入口，既能改良刀盘开挖面的土层，也能对进入螺旋输送器的泥土起到有效改良，防止泥饼的形成。同时在螺旋输送器内形成土塞，从而抑制喷涌。同步注浆系统具有单、双液浆的双重注入功能，可根据施工的具体需要从而随时调节。

2.2 湖底盾构掘进主要施工参数理论计算

2.2.1 土压力计算。根据土压平衡盾构的工作原理，土仓压力需要与开挖面的正面水土压力平衡以维持开挖面土体的稳定，减少对土层的扰动。

3 盾构穿越长距离湖底掘进技术

穿越长湖盾构掘进首先是要根据区间设计情况、地质水文勘察情况进行盾构机选型。根据苏州地区以粉砂及粉质粘土层为主的软土地层，选择适宜粉土、粉质粘土、淤泥质粉土和粉砂层等粘稠土壤的施工的土压平衡盾构机。确定之后，针对软土地层地下水丰富的特点，进行盾构机适宜性分析以及盾构机本身一些技术改造，例如中盾上增设10个注聚氨酯孔、更换主轴承密封等。

在盾构正式始发推进前，需要进行土压平衡盾构机必要的参数计算，主要包括：（1）土压力计算；（2）注浆量计算；（3）注浆压力计算；（4）管片姿态控制参数。在掘进中以理论计算数据为依据，根据实际施工情况，尤其是监测情况对参数进行验证和必要地调整，确保周边环境安全，同时保持盾构机稳步高效运转。

穿长湖盾构掘进主要包括五个阶段：（1）初始100m试验段掘进；（2）从陆地地层进入湖底地层掘进；（3）湖底地层掘进；（4）从湖底地层进入陆地地层掘进，（5）湖底几种不同空间位置构筑物的穿越掘进。

根据以地质为本的思路，每个阶段重点对地质水文情况进行详细分析，同时针对线路情况及现场施工实际，总结各个阶段掘进的特点和应对措施。最后，针对土压力及同步注浆这两个比较重要的环节进行重点分析，汇总同步注浆在五种掘进环境中施工工艺的区别和作用比较，对实际土压力和理论土压力进行比较，总结湖底施工时土压力参数特点。

4 盾构机穿越金鸡湖底掘进施工

4.1 初始100m试验段掘进

设置100m的试验段进行掘进有两个目的：一是该试验段范围内的部分地层与湖底地层分布比较相似，结合验证理论计算的掘进参数，可以获得更为真实有效的掘进参数；二是通过试验段的掘进施工，全方位地检验整个盾构机、水平运输系统、垂直运输系统及地面配套设备的协同作业能力。通过这100m的掘进，将所有的作业人员进行人机适应，建立起整个盾构施工的管理、作业、物资供应及后配套设备管理的良性循环。

始发时为了更加有效对刀盘前方的地下水进行封堵，通过有选择地对超挖刀进行开启和关闭结合盾构机主机中盾上的10个聚氨酯注入孔人为地在加固地层里设置三道不同位置的环箍，进一步保证了始发洞门的安全。

待中盾进入加固体后利用中盾上的10个聚氨酯注入孔在侧墙附近注入水溶性聚氨酯，形成第一道防水密封，聚氨酯的用量为20～30kg/孔。

第一道环箍位于加固体内离车站侧墙1m处，环箍的长度约500mm，待中盾上的聚氨酯孔推进到该位置时，同样用聚氨酯进行封堵水，并利用管片上的预留注浆孔（即管片吊装孔）进行封环注浆，注浆液采用水泥浆-水玻璃混合浆液，对封环注浆的施工在后面有详尽的论述。

在盾构机刀盘进入加固体约4m后，控制超挖刀伸缩，形成第二道环箍，该环箍的长度为500mm。对第二道环箍的施工处理与第一道环箍相同。

对比三道环箍的材料消耗和参数，第一，发现在达到基本相近的参数要求情况下的材料消耗并不是成线性比例在增长；第二，第三道环箍的注浆施工中的压力较前两道环箍有所减小。原因分析有二：一是，前两道环箍所处的空间位置上附近的地层、地下水量近似，故两道环箍的材料消耗及注浆压力相近；二是，第三道环箍的位置为加固土体和原状土体交接处，地层性质发生了较为明显的改变，同时该处的赋水量较非加固体内变化大，最为明显的反映就是在三道环箍处，在注入水溶性聚氨酯前，打开中盾上的球阀后，用钢筋棍对盾构机四周的地层进行了试探接触，前两道环箍处基本周围较密实，没有出现流水、粉砂堵塞注入孔的现象，而在第三道环箍处进行试探时，最底部的6号注入孔流出了较为清澈的水流，并且在水平方向上和盾构机顶部的注入孔出现了粉砂堵塞的情况。在通过加固体的掘进中，给我们很深的体会是凡事预则立，对区间地层的把握和分析，做到掘进时对地层的分布及性质了如指掌，能充分地指导我们在施工中做好工序的准备和实施，在掘进的工程中，多种工序的衔接能有条不紊地进行是保证工程安全和顺利进行的重要保障。

4.2 从陆地地层进入湖底地层掘进

267环～320环为从驳岸进入湖底位置，刀盘中心深度-13.715～-13.42m，掘进面由上部1～1.8m的粉砂层和下部4.5～5.5m的粉质粘土组成，上部土压力理论值为0.119～0.121MPa，隧道为15.764‰的下坡，计算设定同步注浆压力A1、A4为0.20～0.22MPa，A2、A3注浆压力为0.25～0.28MPa，注浆量为4.0m3，注浆泵流量为90～135L/min。在进入湖底的初始100m水面上采用钢管布设湖底地形沉降直接观测点，通过湖底沉降监测信息反馈来调整土仓压力、注浆压力和注浆量，指导盾构掘进。

从驳岸进入湖底后的地层分布比较均匀，砂层的厚度为1.5～2m，位于掌子面顶部。掘进时的土压力基本与设计值吻合，在0.11MPa左右；1、4号注浆孔的注浆压力较小，在此掘进过程中的注浆压力控制非常关键，在满足注浆饱满的同时要防止注浆压力过高，击穿砂层，在盾构机的上部形成涌水通道，严重的情况下可能击穿湖底地层，在湖面上形成涌泉。在实际施工过程中一般采取的方法是在达到设计注浆量后即停止注浆。

4.3 湖底地层掘进

从第320环～第948环为湖底掘进地层，粉砂层在掌子面上的分布从线路上看基本呈W型延伸，砂层厚度为1.5～3m，并且呈现出W的前半部分的砂层增加和减少的趋势比较急剧，后半部分的比较缓和，同时在两个V形分布中都呈线性分布，对这段区间的掘进能够循序渐进的进行参数调整，隧道为3.503‰的下坡。

该段的掘进与上一段掘进区别比较明显，第一，在同等掘进参数下，渣土含水量明显增大。分析原因有二，一是含水量随着砂层的厚度增加而增大；二是前一段进湖掘进的扰动导致地下水的流向发生了改变，隧道后面的地下水与掘进掌子面形成了渗水通道。渣土里含水量的增大更加有效地改善了渣土的出土性能，促进了掘进速度的提高，能保证在45～55mm/min的速度下实现快速掘进；第二，该段地层的A2、A3孔的注浆压力有所增大，达到了0.25～0.32MPa，同时注浆量在砂层较厚的W形底部位置有所增加，流量达到了140～170L/min。

4.4 从湖底进入陆地地层掘进

从第1772环～第1933环为上岸掘进地层，粉砂层厚度在断面上从1.2～6.2m呈线性增加。

水泥浆的水灰比为1∶1，为提高浆液强度，可提高到1∶1.5，选取P42.5R硅酸盐水泥及40°Be'、模数2.4～2.6的水玻璃作为注浆材料，水泥浆和水玻璃比为1∶1。设定注浆压力为0.2～0.4MPa。注浆顺序为1234或者1235，保留6号孔不注。在进行1号孔注浆的同时，开启2号阀门，关闭3、4、5、6阀门，每个孔都是先注单液浆进行压力及浆液扩散，再用双液浆填充加固效果。在满足2号孔流出浆液和注浆压力达到设定压力值其中之一条件时即可停止注浆，关闭1、2号注浆孔阀门后进行下一孔注浆。保留6号注浆孔的目的有二：一是待注完所有的孔后打开6号孔，检查是否流水或流浆，确认注浆效果。

5 结论与讨论

（1）通过盾构施工管理标准化、系统化、人才培养、物资保障、质量管控、经济活动分析等手段，盾构机湖底适当建立被动土压推进、优化浆液比、针对性土体改良，最终实现金鸡湖隧道湖底快速掘进。

（2）采用土压平衡盾构进行水下城市轨道交通隧道具有较强的适应性，通过对盾构机的始发检查和全面检修，对盾构机土仓、刀盘主轴承密封、铰接密封、盾尾刷等关键部位的密封性进行检查，可以确保盾构机在水下掘进过程保证良好的工作状态。

（3）适当建立被动土压推进、优化浆液比、针对性土体改良长距离湖底快速掘进。

（4）盾构掘进机管片拼装质量控制，充分发挥管片结构自防水能力；止水带上设置遇水膨胀橡胶，随季节调整胶黏剂配方确保防水材料粘贴质量，保证同步注浆及时饱满，充分发挥接缝防水能力；辅以二次注浆及水泥基渗透结晶型防水材料使用，封堵漏点，加强裂缝防水，最终实现金鸡湖隧道“滴水不漏”。

参考文献