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一級建造師市政實務知識點：盾構掘進技術

一、土壓平衡盾構掘進

(一)土壓平衡式掘進特點

土壓平衡盾構，是將開挖下來的土砂充滿到開挖面和隔板之間泥土倉，根據(jù)需要在其中注入改良材料，用適當?shù)耐翂毫Υ_保開挖面的穩(wěn)定性。通過貫穿隔板設置的螺旋輸送機，可在推進的同時進行排土。在施工時，必須在開挖兩層隔板之間充滿土砂，對其進行加壓達到滿足開挖面的穩(wěn)定需要的狀態(tài)。為了獲得適合于盾構推進量的排土量，要對土壓力和出土盤進行計量，對螺旋式排土器的轉數(shù)和盾構的推進速度進行控制，達到平衡狀態(tài)，同時，還要掌握刀盤扭矩和推力等，進行正確的控制管理以防止開挖面的松動和破壞。

(二)土倉壓力管理

(1)在土壓平衡盾構的施工中，為了確保開挖面的穩(wěn)定，要適當?shù)鼐S持壓力艙壓力。一般，如果土倉壓力不足，發(fā)生開挖面的涌水或坍塌風險就會增大。如果壓力過大，又會引起刀盤扭矩或推力的增大而發(fā)生推進速度下降或地面隆起等問題。

(2)土倉壓力管理的基本思路是：作為上限值，以盡量控制地表面的沉降為目的而使用靜止土壓力;作為下限值，可以允許產生少量的地表沉降，但可確保開挖面的穩(wěn)定為目的而使用主動土壓力。

(3)掌握開挖面的穩(wěn)定狀態(tài)，一般是用設置在隔板上的土壓計來確定土倉壓力。

(4)推進過程中，土倉壓力維持有如下的方法：

①用螺旋排土器的轉數(shù)控制;

②用盾構千斤頂?shù)耐七M速度控制;

③兩者的組合控制等。

通常盾構設備采用組合控制的方式。

(5)要根據(jù)各施工條件實施良好的管理。另外，需要確認伴隨推進所產生的地基的變形、排土狀態(tài)、刀盤扭矩以及其變化情況，及時在推進中修正土倉壓力。

(三)排土量管理

(1)為了一邊保持開挖面的穩(wěn)定一邊順利地進行推進，則需要適量地進行排土，以維持排土量和推進量相平衡。可是，由于圍巖的重度在掘進中會有一定的波動，以及受添加劑的種類、添加量或排土方式等因素的影響，排出渣土的重度也會發(fā)生變化，所以要恰當?shù)卣莆张磐亮渴潜容^困難的。另外，作為排土，其狀態(tài)可在半固體狀態(tài)到流體狀態(tài)之間變化，其性狀是各種各樣的。因此，僅單獨根據(jù)排土量的管理來控制開挖面坍塌或地基沉降是困難的，最好是根據(jù)壓力艙的壓力管理和開挖土量管理同時進行。

(2)排土量管理的方法可大致分為容積管理法和重量管理法。作為容積管理法，一般是采用計算渣土搬運車臺數(shù)的方法或從螺旋排土器轉數(shù)等進行推算。重量管理法，一般是用渣土搬運車重量進行驗收。計算渣土搬運車臺數(shù)的方法是一種粗略式的估計，由于應用簡便，在現(xiàn)場使用較多。

(四)渣土改良

土壓平衡盾構的渣土排出量必須與掘進的挖掘量相匹配，以獲得穩(wěn)定而合適的支撐壓力值，使掘進機的工作處于最佳狀態(tài)。當通過調節(jié)螺旋輸送機的轉速仍不能達到理想的出土狀態(tài)時，可以通過改良渣土的塑流狀態(tài)來調整。

(1)改良渣土的特性：

在土壓平衡工況模式下渣土應具有以下特性：

1)良好的塑流狀態(tài)。

2)良好的黏稠度。

3)低內摩擦力。

4)低透水性。

(2)當渣土滿足不了這些要求時，需通過向刀盤、土倉內及螺旋輸送機內注入改良材料對渣土進行改良，常用的改良材料是泡沫或膨潤土泥漿。

(五)土壓平衡盾構掘進要點

(1)開挖渣土應充滿土倉，渣土形成的土倉壓力應與刀盤開挖面外的水土壓力平衡，并應使排土量與開挖土量相平衡。

(2)應根據(jù)隧道工程地質和水文地質條件、埋深、線路平面與坡度、地表環(huán)境、施工監(jiān)測結果、盾構姿態(tài)以及始發(fā)階段的經驗，設定盾構刀盤轉速、掘進速度和土倉壓力等掘進參數(shù)。

(3)掘進中應監(jiān)測和記錄盾構運轉情況、掘進參數(shù)變化和排出渣土狀況，并應及時分析反饋，調整掘進參數(shù)和控制盾構姿態(tài)。

(4)應根據(jù)工程地質和水文地質條件，向刀盤前方及土倉注入改良劑，渣土應處于流塑狀態(tài)。

二、泥水加壓盾構掘進

(一)泥水加壓式掘進特點

(二)泥水倉壓力管理

(三)排土量管理

為了一邊保持開挖面的穩(wěn)定一邊順利地推進開挖，開挖時需要使排出和開挖的土量相平衡。泥水加壓盾構施工，一般是從設置在送泥管和排泥管上的流量計和密度計取得數(shù)據(jù)，通過計算求出偏差流量和開挖干砂量，以把握開挖面的狀態(tài)。 這一方法也可用來推斷圍巖的地質變化，為此要對前幾環(huán)的偏差流量和開挖干砂量進行統(tǒng)計計算。

(四)泥水處理系統(tǒng)和倉內破碎技術

(1)開挖下來的土、砂在泥水倉內經攪拌翼等攪拌混合，通過排泥管道輸送到地面。運到地面的泥漿，用一次分離裝置，除去礫、砂等;粉砂、黏土等添加凝固材料等形成塊(團粒)。在此基礎上，用機械處理或其他的方法，從泥漿中分離出固粒與礫、砂等排出、運走。分離后剩余的泥漿，加上水、黏土、蒙脫土、增黏劑等，調整相對密度、濃度、黏性、 再被輸送到開挖面循環(huán)利用。

(2)泥水加壓盾構維持開挖面穩(wěn)定的關鍵是在開挖面形成高質量的泥膜。因此，要對排泥管排出的泥水進行處理，處理后的泥水經調整后再通過送泥管泵入泥水倉。

(3)對于大粒徑的礫石，需要用安裝在泥水倉內的破碎機粉碎。另外，對于無法進入刀盤開口的礫石，通過刀盤上的滾刀破碎處理 。

(五)泥水加壓盾構掘進要點

(1)泥漿壓力與開挖面的水土壓力應保持平衡，排出渣土量與開挖渣土量應保持平衡，并應根據(jù)掘進狀況進行調整和控制。

(2)應根據(jù)工程地質條件，經試驗確定泥漿參數(shù)，應對泥漿性能進行檢測，并實施動態(tài)管理。

(3)應根據(jù)隧道工程地質與水文地質條件、隧道埋深、線路平面與坡度、地表環(huán)境、施工監(jiān)測結果、盾構姿態(tài)和盾構始發(fā)階段的經驗，設定盾構刀盤轉速、掘進速度、泥水倉壓力和送排泥水流量等掘進參數(shù)。

(4)泥水管路延伸和更換，應在泥水管路完全卸壓后進行。

(5)泥水分離設備應滿足地層粒徑分離要求，處理能力應滿足最大排渣量的要求，渣土的存放和運輸應符合環(huán)境保護要求。

三、管片拼裝控制

(一)拼裝方法

1.管片選型

2.拼裝順序

3.盾構千斤頂操作

4.緊固連接螺栓

5.楔形管片安裝方法

6.復緊連接螺栓

(二)真圓保持

管片拼裝呈真圓，并保持真圓狀態(tài)，對于確保隧道尺寸精度、提高施工速度與止水性及減少地層沉降非常重要。

管片環(huán)從盾尾脫出后，到注漿漿體硬化并將管片間隙填充密度，達到約束管片變形的條件時，多采用真圓保持裝置。

(三)管片拼裝施工要點

(1)管片拼裝前，應對上一襯砌環(huán)面進行清理。

(2)應控制盾構推進千斤頂?shù)耐屏托谐蹋３侄軜嬜藨B(tài)和開挖面穩(wěn)定。

(3)應根據(jù)管片位置和拼裝順序，逐塊依次拼裝成環(huán)。

(4)管片連接螺栓緊固扭矩應符合設計要求。管片拼裝完成，脫出盾尾后，應對管片螺栓及時復緊。

(5)拼裝管片時，應防止管片及防水密封條損壞。

(6)對已拼裝成環(huán)的襯砌環(huán)應進行橢圓度抽查。

(7)當盾構在既有結構內空推并拼裝管片時，應合理設置導臺，并應采取措施控制管片拼裝質量和壁后填充效果。

(8)當在富水穩(wěn)定巖層掘進時，應采取防止管片上浮、偏移或錯臺的措施。

(9)當在聯(lián)絡通道等特殊位置拼裝管片時，應根據(jù)特殊管片的設計位置，預先調整盾構姿態(tài)和盾尾間隙，管片拼裝應符合設計要求。

(四)管片拼裝誤差及其控制

管片拼裝時若管片間連接面不平行，導致環(huán)間連接面不平，則拼裝中的管片與已拼管片的角部呈點接觸或線接觸，在盾構千斤頂推力作用下管片易發(fā)生碎裂(見圖1K34-4)。為此，拼裝管片時，各管片連接面要拼接整齊，連接螺栓要充分緊固。

(五)管片修補

當已拼裝完成的鋼筋混凝土管片表面出現(xiàn)一般缺陷時，應及時修補。修補后質量應符合驗收要求。

管片修補時，應分析管片破損原因及程度，制定修補方案。修補材料強度不應低于管片強度。

四、壁后注漿

壁后注漿是向管片與圍巖之間的空隙注入填充漿液，向管片外壓漿的工藝，應根據(jù)所建工程對隧道變形及地層沉降的控制要求來確定。根據(jù)工程地質條件、地表沉降狀態(tài)、環(huán)境要求及設備性能等選擇注漿方式。注漿過程中，應采取減少注漿施工對周圍環(huán)境影響的措施。

五、隧道姿態(tài)控制

線形控制的主要任務是通過控制盾構姿態(tài)，使構建的襯砌結構幾何中心線線形順滑，且位于偏離設計中心線的容許誤差范圍內。

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