一级建造师

盾构掘进技术

1、盾构掘进控制的目的是确保开挖面稳定的同时，构筑隧道结构、维持隧道线形、及早填充盾尾空隙。因此，开挖控制、一次衬砌、线形控制和注浆构成了盾构掘进控制四要素。

2、盾构掘进控制内容;①盾构参数：总推力、推进速度、刀盘扭矩、千斤顶压力②线形---盾构姿态、位置---倾角、方向、旋转;铰接角度、超挖量、蛇行量;(方青卓旋风脚超蛇行)③注浆：注浆状况---注浆量、注浆压力;注浆材料---稠度、泌水、强度、配比、凝胶时间(觅强仇宁被发配)④一次衬砌：管片拼装---椭圆度、螺栓紧固扭矩;防水---漏水、密封条压缩量、裂缝;隧道中心位置---蛇行量、直角度。

3、开挖控制的根本目的是确保开挖面稳定。

4、土压(泥水压)控制

①土压式盾构，以土压和塑流性改良控制为主，辅以排土量、盾构参数控制。泥水式盾构，以泥水压和泥浆性能控制为主，辅以排土量控制。

②开挖面的土压(泥水压)控制值，按地下水压(间隙水压)+土压+预备压设定。

1)土压有静止土压、主动土压和松弛土压。按静止土压设定控制土压，是开挖面不变形的最理想土压值，但控制土压相当大。主动土压是开挖面不发生坍塌的临界压力，控制土压最小。地质条件良好、覆土深、能形成土拱的场合，可采用松弛土压。

2)预备压用来补偿施工中的压力损失，土压盾构取10-20KN/m2，泥水盾构取20-50KN/m2。

3)计算土压控制值，土质稳定取低值，地层变形要求小取高值;(上限值)P max=地下水压+静止土压+预备压;(下限值) P max=地下水压+(主动土压或松弛土压)+预备压。

为使开挖面稳定，土压(泥水压)变动要小;变动大的情况下，一般开挖面不稳定。

5、土压式盾构泥土的塑流化改良控制

①土压式盾构掘进时，理想地层土特性是：1)塑性变形好;2)流塑至软塑状;3)内摩擦小;4)渗透性低。

②细颗粒(75μm以下的粉土与黏土)含量30%以上的土砂，塑性流动性满足要求。在细颗粒含量低于30%、或砂卵石地层，必须加泥或加泡沫等改良材料，以提高塑性流动性和止水性。

③改良材料必须具有流动性、易与开挖土砂混合、不离析、无污染等特性。一般使用的改良材料有矿物系(如膨润土泥浆)、界面活性剂系(如泡沫)、高吸水性树脂系和水溶性高分子系四类(我国目前常用前两类)，可单独或组合使用。

④选择改良材料依据的条件：地下水压、水离子电性、土质、透水系数、弃土处理条件、费用、是否泵送排土、加泥设备空间、掘进长度。(由于水压、电性，导致土质透水，弃土费用高，是否泵送排土加泥掘进)

6、流动化改良控制是土压式盾构施工的最重要要素之一，按以下方法掌握塑流性状态。

①根据排土性状，取样测定土砂的坍落度，坍落度低→流动性差。②根据土砂输送效率③根据盾构机械负荷(刀盘油压、刀盘扭矩、螺旋输送机扭矩、千斤顶推力)

7、泥水式盾构泥浆作用：一是依靠泥浆压力在开挖面形成泥膜或渗透区域，开挖面土体强度提高，同时泥浆压力平衡了开挖面土压和水压，达到了开挖面稳定的目的;二是泥浆作为输送介质。

泥浆性能包括：相对密度、粘度、含砂率、PH值、过滤特性。

8、排土量控制

①土压式盾构排土量控制方法分为重量控制(检测运土车重量、计量漏斗检测排土量)与容积控制(比较运土车台数、螺旋机转数推算)两种。我国目前多采用容积控制方法。

②泥水式盾构排土量控制方法分为容积控制与干砂量(干土量)控制两种。

容积控制：Q>Q3,一般表示泥浆流失;Q

干砂量控制：V>V3,一般表示泥浆流失;V

9、管片拼装控制

①拼装成环方式：盾构推进结束后，迅速拼装管片成环。大都采取错缝拼装。在纠偏或急曲线施工的情况下，有时采用通缝拼装。

②拼装顺序：一般从下部的标准(A型)管片开始，依次左右两侧交替安装标准管片，然后拼装邻接(B型)管片，最后安装楔形(K型)管片。

③盾构千斤顶操作：拼装时，随管片拼装顺序分别缩回盾构千斤顶非常重要。

④紧固连接螺栓：先紧固环向(管片之间)，后紧固轴向(环与环之间)连接螺栓。紧固力取决于螺栓直径与强度。

⑤楔形管片安装方法：装备能使邻接管片沿径向向外顶出的千斤顶。

⑥连接螺栓再紧固：一环拼装后利用千斤顶均匀施加压力，充分紧固轴向螺栓;待推进到千斤顶影响不到处，再一次紧固连接螺栓

10、真圆保持：对于确保隧道尺寸精度、提高施工速度与止水性及减少地层沉降非常重要。

11、管片拼装误差及其控制

①管片损坏原因：拼装的管片与已拼管片的角部呈点接触或线接触;盾构掘进方向与管片环向方向不一致，产生干涉，导致损坏。

拼装管片时，各管片连接面要拼接整齐，连接螺栓要充分紧固。

盾构纠偏应及时连续，过大的偏斜量不能采取一次纠偏的方法，纠偏时不得损坏管片，并保证后一环管片的顺利拼装。

12、楔形环的使用：曲线施工、蛇行修正使用楔形环管片。

注浆控制

1、注浆目的：注浆的主要目的防止地层变形，还有：①抑制隧道周边地层松弛，防止地层变形。②及早使管片环安定，千斤顶推力平滑地向地层传递。③形成有效的防水层。

2、注浆材料的性能：流离强填，收租染粘。(流动性好、不离析、早期强度、填充性好、收缩小、阻水性高、无污染、适当粘性)

3、一次注浆：分为同步注浆、即时注浆和后方注浆三种方式

①同步注浆：孔隙出现同时注浆②即时注浆：一环掘进结束后从管片注浆孔注入的方式。③后方注浆：掘进数环后从管片注浆孔注入的方式④一般盾构直径大，或在冲积黏性土和砂质土中掘进，多采用同步注浆;而在自稳性好的软岩中，多采取后方注浆方式。

4、二次注浆：二次注浆是以弥补一次注浆缺陷为目的进行的注浆。具体作用如下：①补足一次注浆未充填的部分;②补充由浆体收缩引起的体积减小;③以防止周围地层松弛范围扩大为目的的补充。④以上述1、2为目的的二次注浆， 多采用与一次注浆相同的浆液;若以3为目的，多采用化学浆液。

5、注浆量与注浆压力：注浆控制分为压力控制(压力不变)与注浆量(注浆量不变)控制两种。应同时进行压力和注浆量控制。注浆量与注浆压力要经过一定的反复试验，确认注浆效果、对周围地层和建(构)筑物的影响等，并在施工中进行一定范围内的效果确认，反馈其结果指导施工。

①注浆量受浆液向地层泄露或渗透、曲线掘进、超挖、浆液种类影响;②注浆压力根据土压、水压、管片强度、盾构形式、浆液特性(水土管盾浆)来决定，通常根据施工经验确定。③注浆压力一般取100-300KN/m2，或间隙水压+200KN/m2。

6、盾构隧道的线形控制

①掘进控制测量：测量盾构的位置、衬砌位置、倾角、偏转角、转角、盾构千斤顶行程、盾尾间隙。

②盾构方向修正依靠调整盾构千斤顶使用数量。要进行大的方向修正场合，须采用仿形刀向调整方向超挖。盾尾间隙大大减小情况下，要拼装楔形环管片，以确保盾尾间隙。盾构转角修正，可采取刀盘向盾构偏转同一方向旋转方法，利用所产生的回转反力进行修正。

（责任编辑：lqh）

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