之二盾構(gòu)設(shè)備介紹.doc

盾構(gòu)技術(shù)簡介中鐵五局集團(tuán)工管中心盾構(gòu)設(shè)備介紹第一章：盾構(gòu)隧道技術(shù)1盾構(gòu)工法的概述2盾構(gòu)工法的發(fā)展歷史3我國盾構(gòu)技術(shù)概況第二章：盾構(gòu)設(shè)備介紹1盾構(gòu)機(jī)的基本構(gòu)造2土壓平衡和泥水平衡的比較3國外盾構(gòu)機(jī)廠家介紹及盾構(gòu)比較第三章：盾構(gòu)選型1選型的依據(jù)2.不同地質(zhì)下盾構(gòu)的選型3.盾構(gòu)的經(jīng)濟(jì)分析第四章：盾構(gòu)施工1盾構(gòu)施工應(yīng)考慮的因素2盾構(gòu)機(jī)的進(jìn)發(fā)與到達(dá)3盾構(gòu)壁后注漿4盾構(gòu)隧道的防水5盾構(gòu)襯砌6盾構(gòu)的姿態(tài)調(diào)整7盾構(gòu)機(jī)的安全8盾構(gòu)正常施工應(yīng)注意的問題第一章：盾構(gòu)隧道技術(shù)一盾構(gòu)工法概述盾構(gòu)（Shield）一詞來源于英語，其含義在土木工程領(lǐng)域中為遮蓋物、保護(hù)物。這里把外形與隧道橫截面相同，但尺寸比隧道外形稍大的鋼筒或框架壓入地中構(gòu)成保護(hù)掘削機(jī)的外殼。該外殼及殼內(nèi)各種作業(yè)機(jī)械、作業(yè)空間的組合體稱為盾構(gòu)機(jī)（以下簡稱盾構(gòu)）。實(shí)際上盾構(gòu)是一種既能支撐地層的壓力、又能在地層中掘進(jìn)的施工機(jī)具。以盾構(gòu)為核心的一整套完整的建造隧道的施工方法稱為盾構(gòu)工法。盾構(gòu)法是利用盾構(gòu)在地下建造隧道的一種施工方法，是隧道暗挖施工法的一種，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)對(duì)環(huán)境影響小出土量少，周圍地層沉降小，對(duì)周圍構(gòu)造物的影響?。徊挥绊懙乇斫煌吧痰?duì)I業(yè)，無需切斷、搬遷地下管線等各種地下設(shè)施；對(duì)周圍居民生活、出行影響小；無空氣、噪音、振動(dòng)污染問題。(2)盾構(gòu)掘進(jìn)不受地形、地貌、江河水域等地表環(huán)境條件的限制。(3)地表占地面積小，故征地費(fèi)用少。(4)適用于大深度、大地下水壓施工，相對(duì)而言施工成本低。(5)施工不受天氣（風(fēng)、雨、）條件限制。(6)挖土、出土量少、利于降低成本。(7)盾構(gòu)工發(fā)構(gòu)筑的隧道的抗地震性好。(8)適用地質(zhì)情況范圍寬，軟土、砂卵土、軟巖、直到巖層均可使用。盾構(gòu)法施工的概貌如圖1所示，其主要施工內(nèi)容或步驟為：（1）在盾構(gòu)法隧道的起始端和終端各建一個(gè)工作井；（2）盾構(gòu)在始端工作井內(nèi)安裝就位；（3）依靠盾構(gòu)千斤頂推力（作用在已拼裝好的臨時(shí)襯砌環(huán)和工作井后壁上）將盾構(gòu)從起始工作井的墻壁開孔處推出；（4）盾構(gòu)在地層中沿著設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)，在推進(jìn)的同時(shí)不斷出土；（5）盾構(gòu)每推進(jìn)一環(huán)距離，就在盾尾支護(hù)下拼裝一環(huán)襯砌，并及時(shí)向盾尾后面的襯砌環(huán)外周的空隙中壓注漿體，防止隧道及地面下沉；（6）盾構(gòu)進(jìn)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(jìn)。圖1 盾構(gòu)法施工概貌圖盾構(gòu)是進(jìn)行土方開挖、正面支護(hù)和隧道襯砌結(jié)構(gòu)安裝的施工機(jī)具，它還需要其他施工技術(shù)密切配合。主要有：地下水的降低，穩(wěn)定地層，防止隧道及地面沉陷的土體加固措施，隧道襯砌結(jié)構(gòu)的制造，地層的開挖，隧道內(nèi)的運(yùn)輸，襯砌與地層間的充填注漿，襯砌的防水與堵漏，地表對(duì)開挖土方的運(yùn)輸及處理方法，配合施工的測量、檢測技術(shù)，合理的施工布置等。采用氣壓法施工時(shí)，還涉及到醫(yī)學(xué)上的一些問題和防護(hù)措施等?，F(xiàn)代盾構(gòu)能適用于從流動(dòng)性很大的第四紀(jì)淤泥質(zhì)土層到中風(fēng)化和微風(fēng)化巖層的各種復(fù)雜的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。既可用來修建地鐵區(qū)間隧道、引水隧洞等小斷面隧道，也可用來修建大斷面的車站隧道，而且施工速度快（5m/d40m/d），對(duì)控制地面沉降有較大把握。特別在地面交通繁忙，地面建筑物和地下管線密布，對(duì)地面沉降要求嚴(yán)格的城區(qū)，地下水發(fā)育、圍巖穩(wěn)定性差、隧道較長而又工期要求緊迫的情況下更顯優(yōu)越。但應(yīng)指出，盾構(gòu)法施工需要較多的時(shí)間和投資用于盾構(gòu)與附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造，以及建造端頭工作井等設(shè)施。同時(shí)，盾構(gòu)法施工技術(shù)方案和施工細(xì)節(jié)對(duì)圍巖條件的依賴性，較之其他方法尤甚，這就要求事先對(duì)沿線的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件做細(xì)致的勘探工作，并要根據(jù)圍巖的復(fù)雜程度做好各種應(yīng)變的準(zhǔn)備。目前盾構(gòu)工發(fā)已在城市隧道（如地鐵隧道，污水排放隧道，飲水、供水隧道，江河湖海底隧道，電力、電訊、供氣及共同溝工等隧道）建造中確立了絕對(duì)的統(tǒng)治地位，故有人將其稱為城市隧道工法。二盾構(gòu)工法的發(fā)展歷史世界上第一條盾構(gòu)隧道是由Mare Brunel 和他的兒子Isambart Brunel一起在倫敦泰晤士河下修建的，該隧道斷面為寬11.7m、高7m的矩形，長366m，采用人工開挖盾構(gòu)施工，施工中經(jīng)歷了很大困難，多次出現(xiàn)涌水，歷時(shí)20年左右。1869年，James Greathead 采用圓形敞開式盾構(gòu)在泰晤士河下又建了一條外徑為2.18m的人行隧道，該隧道在不透水的黏土層中掘進(jìn)，無地下水威脅，因此進(jìn)展相當(dāng)順利。1886年，Greathead在建造倫敦地鐵時(shí)首次使用了壓縮空氣盾構(gòu)，解決了在含水地層中盾構(gòu)隧道修建問題。界上第一臺(tái)機(jī)械化盾構(gòu)的專利出現(xiàn)在1876年，由英國的John Dickinson 和George Brunton 合作申請(qǐng)。第一臺(tái)機(jī)械化盾構(gòu)的設(shè)想是由幾塊鋼板構(gòu)成的半球狀刀盤旋轉(zhuǎn)切削土體，然后靠徑向轉(zhuǎn)動(dòng)的土斗將切削下來的土體運(yùn)到皮帶輸送機(jī)上，如圖2所示。圖2第一臺(tái)機(jī)械化盾構(gòu)1896年，J.Price的專利（圖3）帶來了較大改進(jìn)，刀盤由若干輪輻構(gòu)成，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)由長軸傳遞，其外形也與現(xiàn)代盾構(gòu)較為接近。早期的盾構(gòu)技術(shù)在英國發(fā)明并得到發(fā)展并不是偶然的事件，由于19世紀(jì)和20世紀(jì)初，英國是全球最強(qiáng)盛的工業(yè)化國家，而對(duì)隧道掘進(jìn)來講，倫敦的黏土可說是地球上較為理想的盾構(gòu)施工土層，因此由當(dāng)時(shí)最發(fā)達(dá)的國家率先在較理想的土層中發(fā)展盾構(gòu)技術(shù)是合乎技術(shù)發(fā)展的邏輯的。20世紀(jì)40年代起，前蘇聯(lián)采用直徑為6.0m9.5m的盾構(gòu)先后在莫斯科、列寧格勒等城市修建地下鐵道區(qū)間和車站隧道，將盾構(gòu)施工水平推進(jìn)到一個(gè)新高度。圖3 輪幅式刀盤盾構(gòu)20世紀(jì)60年代以來，盾構(gòu)法施工在日本得到了迅速發(fā)展，在東京、大阪、名古屋、京都等城市地下鐵道施工中都廣泛地被采用。為了克服在含水地層中盾構(gòu)施工引起的地面沉降，以及鋼筋混凝土管片的制造精度和防水問題，日本和德國等制成和研究了泥水（加壓）盾構(gòu)和土壓平衡盾構(gòu)等削土密封式壓力平衡盾構(gòu)等現(xiàn)代盾構(gòu)，發(fā)展了相應(yīng)的施工工藝、配套設(shè)備，以及各種新型襯砌和防水技術(shù)。日本能夠在現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展中獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷也有其客觀原因。首先，日本從60年代中期開始步入現(xiàn)代化國家行列，其科學(xué)技術(shù)水平已逐步接近歐美強(qiáng)國，這為日本發(fā)展現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持；其次，日本是一個(gè)人口眾多、土地貧乏的多島國家，為了擴(kuò)大生存空間，不得不大力開發(fā)地下空間，而一些大城市的軟弱地層條件又給日本隧道專家?guī)砹撕芏嗬щy，激勵(lì)著日本隧道專家尋找理想的隧道建造技術(shù)，構(gòu)成了日本隧道盾構(gòu)施工技術(shù)進(jìn)步的動(dòng)力。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展的主流大致在以下兩個(gè)方面：（1）以日本為代表，注重開發(fā)不同幾何形狀的盾構(gòu)技術(shù)，以適應(yīng)地鐵車站或其他特殊斷面的隧道工程的需要，發(fā)展了矩形盾構(gòu)、雙圓盾構(gòu)、三圓盾構(gòu)、豎井平行隧道一體化的可垂直轉(zhuǎn)向的盾構(gòu)、可變斷面盾構(gòu)等特殊形狀盾構(gòu)；見照片4和照片5。（2）以歐洲（特別是德國）為代表，為充分發(fā)揮盾構(gòu)設(shè)備的能力、滿足長隧道工程修建的需要，致力于研究能適應(yīng)不同地層的多功能盾構(gòu)，已發(fā)展了混合式盾構(gòu)、機(jī)械平衡盾構(gòu)等。 圖4球體盾構(gòu)機(jī)（母機(jī)掘進(jìn)位置） 圖5 球體盾構(gòu)機(jī)（球體作90轉(zhuǎn)動(dòng)后）3我國盾構(gòu)技術(shù)概況我國盾構(gòu)技術(shù)在解放前是個(gè)空白。新中國成立后，在第一個(gè)五年計(jì)劃期間，東北阜新煤礦用直徑2.6m盾構(gòu)及小型混凝土預(yù)制塊建造了輸水巷道，1957年在北京下水道工程中也用過直徑為2.0m及2.6m的盾構(gòu)。系統(tǒng)地開發(fā)我國的盾構(gòu)技術(shù)可認(rèn)為是始于1963年上海隧道公司在浦東塘橋第四紀(jì)軟弱含水地層中進(jìn)行的直徑4.2m的盾構(gòu)隧道試驗(yàn)。該盾構(gòu)為手掘式，鋼筋混凝土管片襯砌，接縫防水材料采用瀝青環(huán)氧樹脂，試驗(yàn)中曾采用了降水法和氣壓法兩種疏干地層的輔助措施。1966年上海在黃浦江上用可封閉式網(wǎng)格盾構(gòu)建造了直徑為10m的第一條越江隧道。1988年上海隧道公司又建成了11.3m的延安東路過江隧道。1989年在上海地鐵一號(hào)線工程中正式采用盾構(gòu)法修建地鐵區(qū)間隧道。目前，我國在廣州、深圳、南京、北京等城市地鐵施工中，大量采用盾構(gòu)技術(shù)修建區(qū)間隧道，盾構(gòu)技術(shù)在我國掀起了新的應(yīng)用和發(fā)展高潮。但是我國盾構(gòu)技術(shù)的發(fā)展還存在不少不足之處。除上海隧道股份公司試制了一臺(tái)地鐵施工用盾構(gòu)，僅限于引進(jìn)使用國外盾構(gòu)。且盾構(gòu)工法種類不多，各種特種異圓形斷面及特種功能盾構(gòu)工法應(yīng)用少；地中盾構(gòu)對(duì)接技術(shù)；豎井隧道的一體化施工技術(shù)；盾構(gòu)直接削豎井井壁的進(jìn)、出洞技術(shù)等課題，目前均屬空白。第二章：盾構(gòu)設(shè)備介紹一、盾構(gòu)的基本構(gòu)造1、盾構(gòu)殼體盾殼是一個(gè)用厚鋼板焊接，并用環(huán)形梁加固支承的圓柱形筒體，是盾構(gòu)受力支撐的主體結(jié)構(gòu)。其主要作用：一是承受地下水、土壓力，盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏案鞣N施工荷載；二是支承和安裝各類機(jī)電設(shè)備及管片；三是保護(hù)操作人員的安全。盾構(gòu)機(jī)的外殼沿縱向從前到后可分為前、中、后三段，通常又把這三段分別稱為切口環(huán)、支承環(huán)、盾尾三部分。切口環(huán)包括刀盤、主驅(qū)動(dòng)裝置以及人閘。支承環(huán)安裝有推進(jìn)油缸并支承管片拼裝機(jī)。盾尾后端安裝有盾尾密封，保證混凝土襯砌周邊的密封性。盾殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以承受410巴的流體靜壓力。盾殼使用的材料、尺寸及其設(shè)備應(yīng)與當(dāng)?shù)赝临|(zhì)（地層中含水和研磨材料等）中遇到的工作條件相符合。 除了盾尾必須焊接以外，盾構(gòu)各個(gè)部件均為螺栓組裝。為了把盾構(gòu)做得有點(diǎn)圓錐形，盾尾的直徑要比支承環(huán)和切口環(huán)的直徑小一些。更換刀具時(shí)，可以直接從人閘里進(jìn)行刀盤降速操作。圖6歐洲泥水盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖切口環(huán)該部位裝有掘削機(jī)械和檔土設(shè)備，故又稱掘削檔土部。就全敞開式盾構(gòu)而言，通常切口的形狀有階梯形、斜承形、垂直形三種。切口的上半部較下半部突出，呈帽檐狀。突出的長度因地層的不同而異，通常為3001000mm。切口部的前端裝有掘削刀盤，刀盤后方至隔板止的空間稱為土艙（或泥水艙）。刀盤背后土艙間內(nèi)設(shè)有攪拌裝置。土壓平衡盾構(gòu)土艙底部設(shè)有進(jìn)入螺旋輸送機(jī)的排土口。土艙上部留有添加材注入口；泥沙平衡盾構(gòu)土艙底部設(shè)有進(jìn)入泥漿泵的的排漿口，必要時(shí)需安裝碎石機(jī)防止大塊碴石進(jìn)入泥漿泵，土艙上部也留有添加材注入口用于改良碴土的流動(dòng)性。但是對(duì)部分敞開式（網(wǎng)格式）盾構(gòu)而言，也有無突出帽檐的設(shè)計(jì)。對(duì)自立性掘削較好的地層來說，切口的長度可以設(shè)計(jì)得稍短一些。對(duì)無自立性地層而言，切口得長度應(yīng)設(shè)計(jì)得長一些。掘削時(shí)把掘削面分成幾段，設(shè)置幾層作業(yè)平臺(tái)，依次支承檔土、掘削。有些情況下，把前檐做成靠油缸伸縮得活動(dòng)前檐。切口的頂部做成刃形。對(duì)礫石層而言，應(yīng)做成T型。支承環(huán)支承部即盾構(gòu)的中央部分，是盾構(gòu)的主體構(gòu)造部。因?yàn)橐С卸軜?gòu)的全部荷載，所以該部位的前方和后方均設(shè)有環(huán)狀梁和支柱，由梁和柱支承全部荷載。對(duì)敞開式、半敞開式盾構(gòu)而言，該部位裝有推動(dòng)盾構(gòu)機(jī)體前進(jìn)的盾構(gòu)千斤頂，其推力經(jīng)過外殼傳到切口。中口徑以上的盾構(gòu)機(jī)的支承部還設(shè)有柱和平臺(tái)，利用這些支柱可以組裝出多種形式（H型、井型、 ）的作業(yè)平臺(tái)。對(duì)封閉式盾構(gòu)而言，支承部空間內(nèi)裝有刀盤驅(qū)動(dòng)裝置、盾構(gòu)千斤頂、中折機(jī)構(gòu)、舉重臂支承機(jī)構(gòu)等等諸多設(shè)備。盾尾擴(kuò)挖刀盾尾部即盾構(gòu)的后部。盾尾部為管片拼裝空間，該空間裝有拼裝管片的舉重臂。為了防止周圍地層的土砂、地下水及背后注入的填充漿液竄入該盾構(gòu)內(nèi)，盾尾設(shè)置有密封裝置。盾尾封裝形式如圖13 所示。盾尾的內(nèi)徑與管片的外徑的差稱為盾尾間隙，通常其大小在2030mm之間。2、刀盤刀盤結(jié)構(gòu)刀盤結(jié)構(gòu)分面板式和輻條幅板式兩種，面板式為整體板狀結(jié)構(gòu)，上裝刀具和開進(jìn)碴口，輻條幅板式由輻條幅板所組成。上面可根據(jù)地質(zhì)情況安裝刮刀、盤型滾刀或混裝軟硬巖刀具。刮刀的形狀和位置利于巖土的切割和清渣。刀盤的開口率也須根據(jù)地質(zhì)情況定，一般在2070%范圍內(nèi)，其取值需綜合考慮便于泥渣進(jìn)入開挖室內(nèi)、保持開挖面穩(wěn)定和保證刀盤足夠的剛度、強(qiáng)度三方面的需要。所有的刀具都能從開挖室里面進(jìn)行更換。提供有起吊機(jī)具便于換刀的操作。在刀盤中心部，設(shè)置了回轉(zhuǎn)接頭和必需的管道，專為擴(kuò)挖副刀供給液壓油，和為開挖室供應(yīng)泥漿等改良劑。刀盤的外緣還可以焊接特種耐磨板予以保護(hù)。圖7輻條式刀盤示意圖刀具刀盤上安裝有刮刀、滾刀及仿形刀。特殊地質(zhì)情況時(shí)可以在刀具上配備磨損檢測裝置。用于檢測刀具的磨損情況，檢測裝置一般有液壓油控制和電氣控制兩種方式。 a刮刀刮刀為軟巖用刀具，用來切割未固結(jié)的土壤?？梢詫⒄谱用娴耐寥绖冸x下來。刮刀的寬度使得每把刀的切割軌跡之間有一定的重疊。刮刀上鑲有碳化鎢刀刃，目的是為了更好地防止開挖過程中產(chǎn)生的磨損。刀體由經(jīng)過機(jī)加工的碳鋼制成，刀刃由用銅焊焊在刀體凹槽中的碳化鎢鑲嵌塊構(gòu)成。刀體上可能與掌子面發(fā)生摩擦的其他表面由硬化面層加以保護(hù)。刮刀安裝在焊在刀盤輻條兩側(cè)的支撐上。b.盤型滾刀盤型滾刀為硬巖開挖刀具，有時(shí)刀盤上混裝的少量滾刀，用于在復(fù)合地質(zhì)巖層掘進(jìn)中段可能遇到風(fēng)化的砂巖、部分硬巖地層。c.擴(kuò)挖刀擴(kuò)挖刀安裝在刀盤的外緣上，是安裝在一個(gè)液壓油缸的活塞桿端部的刀具。擴(kuò)挖刀由司機(jī)進(jìn)行控制，控制壓力通過刀盤回轉(zhuǎn)傳感器傳遞。用來盾構(gòu)轉(zhuǎn)向時(shí)擴(kuò)大開挖直徑，也可在周邊磨損時(shí)校準(zhǔn)盾構(gòu)機(jī)的開挖直徑。司機(jī)可以控制擴(kuò)挖刀開挖的深度（即超挖的深度），以及超挖的位置是在機(jī)器左側(cè)還是右側(cè)。如果決定要對(duì)左側(cè)進(jìn)行擴(kuò)挖以幫助機(jī)器向左轉(zhuǎn)彎，那么擴(kuò)挖副刀只在左側(cè)伸出，擴(kuò)挖左側(cè)水平直徑線上、下450的范圍便可以了。特殊情況可安裝第二把擴(kuò)挖副刀以作緊急時(shí)備用。旋轉(zhuǎn)接頭旋轉(zhuǎn)接頭安裝在護(hù)盾內(nèi)，靠著開挖室后板。它由以下幾種功能：a.連接中心改良劑加入管道。通過它將膨潤土泥漿或高分子聚合物輸送到刀盤前部或土倉中。b.連接液壓油管道和油脂管道，它們與擴(kuò)挖刀連接。c.連接各類電線和備選的液壓油管道。刀盤驅(qū)動(dòng)刀盤驅(qū)動(dòng)裝置是盾構(gòu)機(jī)切削的動(dòng)力來源，一般刀盤可在正反兩個(gè)方向以同樣的速度和扭矩回轉(zhuǎn)進(jìn)行巖土的切割，以便在盾構(gòu)產(chǎn)生滾翻時(shí)進(jìn)行糾正。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)刀盤驅(qū)動(dòng)有液壓和變頻電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)兩種形式，一般大直徑的盾構(gòu)采取變頻電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)較好，小直徑盾構(gòu)采用液壓驅(qū)動(dòng)較好。液壓驅(qū)動(dòng)使用的電機(jī)一般為普通電動(dòng)機(jī)。密封電機(jī)的密封一般使用的是唇式密封保護(hù)著主軸承。自動(dòng)密封注脂系統(tǒng)確保了在掘進(jìn)期間的主軸承密封性能。一般來說，盾構(gòu)的主軸承密封系統(tǒng)對(duì)巖石類地層的磨損作用非常敏感。密封注脂系統(tǒng)必須高效，它是通過油脂泵不間斷地從里向外擠出油脂來防止外部泥水、碴土的進(jìn)入來保證密封性能的。圖8密封示意圖密封系統(tǒng)一般由5道以上密封構(gòu)成。密封保護(hù)通過3種注射實(shí)現(xiàn)的： 腔室1 : 使用連續(xù)流量計(jì)注射前部油脂（HBW型油脂）。由于迷宮密封中的壓力損失（可估算出壓力損失），壓力P1比土壓P0高。 腔室 2: 用傳統(tǒng)方法注射油脂，壓力調(diào)整保持在3.0-4.0 bar。舉例來說，如果外部壓力為6bar，前部HBW油脂壓力應(yīng)為6.5bar。密封A的壓差 在2.5-3.5bar之間變化。由于密封唇上壓力低，密封A的磨損也減小。油脂消耗量很低，因?yàn)榍皇?1里的壓力比腔室 2里的壓力高。腔室 3: 與腔室 2同時(shí)采用傳統(tǒng)方法注射油脂，但是流速較低。腔室 3里的壓力和腔室 2里的壓力相關(guān)，注射時(shí)的最大壓差為0.5bar。如果壓力平衡，油脂消耗量就很低，密封磨損也會(huì)很小。腔室 4 : 使用DT 46液壓油進(jìn)行潤滑，以獲得很低壓力和5m/min的平均循環(huán)速度。密封唇C的壓差在3.0-4.5bar之間變化。因此，此密封唇的磨損率最大。此密封唇的泄漏會(huì)立即通過潤滑油中出現(xiàn)油脂而被發(fā)覺。該高速油循環(huán)也用作密封槽的冷卻。腔室 5: 定期使用液壓油進(jìn)行潤滑。從排油量可以檢測泄漏。 如果密封C出現(xiàn)問題，應(yīng)停止向腔室 4里注油而將油轉(zhuǎn)注入腔室 5。如果密封A出現(xiàn)問題（發(fā)現(xiàn)反常高油脂流量或高于最大的壓力），應(yīng)停止向腔室 2里注射油脂，密封B承擔(dān)密封作用。 主軸承和驅(qū)動(dòng)裝置的潤滑主軸承和驅(qū)動(dòng)裝置的潤滑一般采用浸油式潤滑。即使?jié)櫥到y(tǒng)停止了工作，這種設(shè)計(jì)也確保了設(shè)備安全地運(yùn)行。潤滑回路有兩個(gè)功能：確保對(duì)主軸承的滾柱滾道進(jìn)行強(qiáng)制式潤滑循環(huán)，確保油的過濾和冷卻。軸承的潤滑是通過刀盤驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)行來控制自動(dòng)循環(huán)回路同步實(shí)現(xiàn)的。 驅(qū)動(dòng)裝置的焊接框架構(gòu)成了一個(gè)油池，在油池里，主軸承和齒圈及驅(qū)動(dòng)小齒輪都被油浸泡著，油面高為驅(qū)動(dòng)裝置高度的2/3。 這個(gè)閉式系統(tǒng)有一個(gè)窺測門，在底部有一個(gè)排油閥，還有油位指示，頂部有通氣閥。軸承和齒圈頂部的潤滑使用噴淋潤滑，有若干個(gè)噴嘴，每個(gè)噴嘴都有一個(gè)止回閥。流到噴嘴的油壓是低壓，設(shè)有壓力開關(guān)以調(diào)節(jié)壓力。通過一個(gè)電泵裝置將油供給這些噴嘴。電泵裝置把油從油箱底部抽上來。在供油回路上有一個(gè)油壓表，可檢查其壓力。一個(gè)節(jié)溫器調(diào)節(jié)著油溫。一個(gè)流量控制器調(diào)節(jié)著流速。一個(gè)裝備有磁性沉積杯的濾清器使油經(jīng)過濾清后循環(huán)地使用。如有任何故障發(fā)生，刀盤將立即停止回轉(zhuǎn)。安裝在回路中的和焊接框架上的取樣出口，允許進(jìn)行定期的油質(zhì)分析，因此有可能發(fā)現(xiàn)主軸承狀況的細(xì)微變化（如磨損，有水或土）。這種監(jiān)測既簡單又可靠。還可以進(jìn)行補(bǔ)充性的監(jiān)測，以便對(duì)潤滑系統(tǒng)的故障作出診斷。3、推進(jìn)系統(tǒng)盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)是通過沿支承環(huán)周邊布置的成對(duì)的盾構(gòu)推力油缸，支撐在已安裝好的管片襯砌上所產(chǎn)生的反作用力而前進(jìn)的。每對(duì)油缸都均勻分布于盾體周圍。一般情況下油缸分為為4組。每組油缸均有單獨(dú)的壓力和伸縮速度調(diào)整。盾構(gòu)開挖時(shí)司機(jī)可以通過調(diào)整4組油缸的伸出速度、壓力進(jìn)行糾偏或轉(zhuǎn)向。為了便于主機(jī)的方向控制，油缸直接頂推在靠近機(jī)器重心的前體上。為了測量機(jī)器開挖方向和行程，每組推進(jìn)油缸中至少有一個(gè)油缸裝有行程測量檢測器和速度傳感器，速度可在控制室無級(jí)調(diào)整。管片安裝期間，推進(jìn)油缸可通過無線操作板或機(jī)位控制臺(tái)操作。根據(jù)安裝管片的位置，可以在控制室面板上單獨(dú)操作任何一對(duì)油缸伸、縮。管片安裝期間，正在安裝的管片對(duì)應(yīng)的油缸縮回。其它油缸的撐靴保持適當(dāng)?shù)膲毫σ宰銐虻耐屏εc管片接觸，確保安裝期間管片的安全、襯砌環(huán)之間密封的壓力以及維持開挖室里的限定壓力。在管片安裝工序的接近完成插入封頂塊、推進(jìn)油缸接觸管片并施加壓力時(shí)，應(yīng)以減小的油缸壓力，以避免盾構(gòu)機(jī)向前移動(dòng)及損壞拼裝機(jī)的安裝臂。下圖9為4組20個(gè)推進(jìn)油缸時(shí)（實(shí)際使用中各廠家設(shè)計(jì)使用的油缸數(shù)量不同）的示意圖：圖9推進(jìn)油缸示意圖每對(duì)油缸的活塞桿都裝有襯墊，固定在球窩節(jié)上并覆蓋聚氨酯，確保與管片襯砌環(huán)均勻平滑地接觸。4、排碴系統(tǒng)排碴系統(tǒng)的功能主要是穩(wěn)定開挖面和運(yùn)送渣土，為了穩(wěn)定掌子面，一般要使用膨潤土、高分子聚合物等改良劑，以便使碴土有一定的流動(dòng)性、減少內(nèi)摩擦系數(shù)、保持適當(dāng)?shù)臐B透系數(shù)或比重以維持開挖室的壓力并傳遞到開挖面上保持開挖面的水土壓力平衡。主要有土壓平衡盾構(gòu)用的螺旋輸送機(jī)和泥水平衡盾構(gòu)用的泥漿泵兩種渣土運(yùn)送系統(tǒng)。為了增加排土效率和防止結(jié)泥餅、排碴口堵塞,在密封土艙內(nèi)設(shè)置有攪拌器，泥水平衡盾構(gòu)有時(shí)還設(shè)有碎石機(jī)，將所有進(jìn)入刀盤的卵石破碎成可以通過排渣系統(tǒng)泵出的顆粒尺寸。泥水平衡泥漿排渣系統(tǒng)排碴系統(tǒng)包括新鮮泥漿的輸送回路和排碴回路。這里介紹的是歐洲的液力泥水平衡盾構(gòu)，它是以壓縮空氣來控制開挖面泥水壓力的，主要由調(diào)控氣壓控制平衡壓力，壓力易于控制；日本的泥水平衡盾構(gòu)是直接由泥漿泵系統(tǒng)進(jìn)行平衡壓力的調(diào)控的，調(diào)控壓力較難控制。圖示為液力泥水加壓式盾構(gòu)管路圖，使用膨潤土泥漿為運(yùn)輸介質(zhì),泥漿通過安裝在泥漿制備廠的一個(gè)可變速的離心泵P1.1，從設(shè)置在地面的泥漿制備廠被壓送到輸送回路中。泥漿的輸送受到調(diào)節(jié)，以便在被浸沒隔板后面的氣墊室保持恒定的泥漿平面高度。 為了在掌子面處均勻輸入泥漿，輸送主回路在護(hù)盾內(nèi)分為5路，有2個(gè)注漿口設(shè)在上部，2個(gè)在下部，一個(gè)在中間回轉(zhuǎn)接頭前部。排渣回路由安裝在盾構(gòu)機(jī)后配套平臺(tái)車上的可變速離心泵P2.1以及一個(gè)設(shè)在隧道內(nèi)的可變速增力泵（P2.2）組成?；旌暇蜻M(jìn)碴土后的混合漿液由泥漿泵抽回地面，復(fù)合泥水加壓式盾構(gòu)排出的泥漿通常要進(jìn)行振動(dòng)篩、旋流器和壓濾機(jī)或離心機(jī)等三級(jí)分離處理，才能將碴土從泥漿中分離出來以便排除。圖10歐洲液力泥水盾構(gòu)排碴管路示意圖液力排渣系統(tǒng)的控制大都采用遠(yuǎn)程控制式球閥，分為3種水平的控制：。圖11泥漿管延伸系統(tǒng)a手動(dòng):所有的指令都靠手動(dòng)執(zhí)行。操作手操縱泵的速度及閥的開度。操作手還控制氣墊室里的泥漿平面高度b.半自動(dòng)：操作手能控制泵的速度和某些閥的開度。盡管如此，安全是一直處于激活狀況。c.自動(dòng)：控制的數(shù)據(jù)有：開挖模式和旁通模式的流量值。操作手不能操縱不同的部件，除非在停止模式。氣壓回路總是自動(dòng)的，且總是處于工作中。根據(jù)裝備有按鈕開關(guān)和指示燈的梗概圖，軟件被用于監(jiān)控裝置。數(shù)值的計(jì)算是借助監(jiān)視器與PLC之間的通訊在屏幕上進(jìn)行的?？刂频膮?shù)有：碴液比重，泵馬達(dá)的壓力、流量等。系統(tǒng)還具有警告程序。泥漿管延伸提供一套旁通系統(tǒng)用來臨時(shí)過渡注泥漿管和排渣管，形成前后兩個(gè)泥漿循環(huán)，以便延伸固定在隧道里的泥漿管時(shí)保持整體管道中的泥漿流速，防止泥漿沉淀。泥漿管延伸系統(tǒng)使用兩個(gè)水平軟管環(huán)和一個(gè)平移托架。延伸系統(tǒng)的圖解見圖11。液力式泥水盾構(gòu)中氣壓控制的泥水壓力調(diào)整系統(tǒng)加壓系統(tǒng)由排渣系統(tǒng)（或輸送系統(tǒng)，在特殊情況下）的調(diào)節(jié)裝置以及安裝在前護(hù)盾頂部的壓縮空氣回路所組成。（詳見圖12）在有水滲入隧道，或水從掌子面流入地層的情況下，壓縮氣墊能夠調(diào)節(jié)泥漿的平面高度，起著緩沖和吸收沖擊，并最終消除壓力峰值。加壓系統(tǒng)對(duì)氣墊加壓或減壓，以便保持對(duì)掌子面的恒定壓力。系統(tǒng)由一個(gè)派生的控制裝置來監(jiān)測，這個(gè)裝置只觀測設(shè)定點(diǎn)與開挖室內(nèi)泥漿壓力的差值。系統(tǒng)的原理見圖12：圖12氣壓調(diào)節(jié)泥水壓力系統(tǒng)示意圖螺旋輸送機(jī)排碴系統(tǒng)土壓平衡盾構(gòu)采用螺旋輸送機(jī)排碴，其作用一是排出碴土，二是通過螺旋輸送機(jī)的壓縮和輸送時(shí)碴土間內(nèi)摩擦和螺旋機(jī)壁間的摩擦阻力將土倉中的碴土高壓逐步遞減到出碴口的常壓；三是通過控制螺旋機(jī)的出碴量（和掘進(jìn)速度配合）控制土倉內(nèi)的壓力，平衡開挖面的水土壓力；四是通過螺旋機(jī)中土塞止水作用，加入改良劑使碴土保持滿足防噴要求的滲透率，要求防止土倉中泥水突出。為了穩(wěn)定掌子面，也需要根據(jù)地質(zhì)情況加入膨潤土、泡沫劑、高分子聚合物等改良劑，以便使碴土有一定的流動(dòng)性和滲透系數(shù)以維持開挖室的壓力并傳遞到開挖面上保持開挖面的水土壓力平衡，并防止螺旋機(jī)中突水、突泥。螺旋輸送機(jī)前部不能安裝碎石機(jī)，有較大卵石時(shí)，可采用無中心軸式螺旋增大碴土的通過能力，螺旋輸送機(jī)長度取決于其減壓和封水的需要，必要時(shí)，即當(dāng)開挖面水土壓力較高時(shí)，也可通過采用變節(jié)距螺旋、間斷螺旋等方法增加螺旋的減壓、止水能力，減短的螺旋機(jī)長度。5、盾尾密封系統(tǒng)盾尾密封用以防止地層中的泥土、泥水、地下水和襯砌外圍注漿材料從盾尾間隙中漏入盾構(gòu)。盾尾密封一般由3排金屬鋼絲刷組成，壓力特別高的泥水盾構(gòu)中也有乃至四道以上鋼絲刷的。鋼絲刷用螺栓連接在尾裙上并由金屬板保護(hù)。這3排鋼絲刷形成2圈環(huán)形空間，在每個(gè)圈環(huán)形空間內(nèi)間注入密封材料、油脂等，以向外逐級(jí)緩慢擠出油脂的方式來防止外部高壓泥、水進(jìn)入，以保證密封效果，并減少鋼絲刷密封件與隧道管片外表面之間的磨擦，延長密封件的壽命。油脂消耗量約為密封面積的0.41.5kg/m2。油脂是由后配套臺(tái)車上的變量注脂泵通過固定在尾裙里每圈環(huán)形間隙中的油脂導(dǎo)管自動(dòng)注入的。油脂泵入是連續(xù)進(jìn)行并配有壓力檢測、監(jiān)測裝置?？稍诳刂剖依镏蟹从?，泵入時(shí)從各個(gè)注入點(diǎn)挨個(gè)循環(huán)進(jìn)行，注入閥的換向是由控制室里根據(jù)需要來設(shè)置控制（流量調(diào)節(jié)器）的，或者通過測量注入反饋的壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)。一般注脂控制與刀盤旋轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)。當(dāng)?shù)侗P停止旋轉(zhuǎn)時(shí)可由司機(jī)強(qiáng)行注脂或設(shè)置定時(shí)自動(dòng)注脂。氣動(dòng)式注脂泵直接安裝在后配套第一節(jié)臺(tái)車上的油脂桶上，通過電動(dòng)氣動(dòng)閥為各個(gè)注脂點(diǎn)供應(yīng)油脂。圖13盾尾密封結(jié)構(gòu)示意6、同步注漿系統(tǒng)（背襯充填與注漿系統(tǒng)）管片注漿采用同步注漿系統(tǒng)和補(bǔ)充注漿相結(jié)合。當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，注漿管路在盾殼殼體內(nèi)及時(shí)有效地對(duì)管片襯砌背部和地層間的空隙進(jìn)行充填，注漿設(shè)備安裝在后配套臺(tái)車上，主要包括注漿料斗和泵。灌漿料斗帶有攪拌器。通過料斗和服務(wù)車上灌漿車之間的導(dǎo)管可以進(jìn)行回填灌漿。漿料的輸送由每個(gè)灌漿車（自制功另購）上的輸送泵來完成。歐洲生產(chǎn)的盾構(gòu)管片襯砌外圍的注漿通過安裝在尾護(hù)盾盾殼里面的注漿管進(jìn)行（日本的盾構(gòu)注漿管是單獨(dú)裝在盾殼外部，以減小管片周邊建筑間隙降低工后沉降和注六漿量、降低成本，但磨穿或出現(xiàn)故障時(shí)難以處理）。7、管片拼裝機(jī)管片拼裝機(jī)是用來抓取、輸送和安放管片的。拼裝機(jī)由支撐管片抓取平臺(tái)組件的固定框架和支撐旋轉(zhuǎn)、提升組件的轉(zhuǎn)動(dòng)體兩個(gè)主要部件組成。轉(zhuǎn)動(dòng)體由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，在固定于拼裝機(jī)定子上的環(huán)形齒圈上轉(zhuǎn)動(dòng)。拼裝機(jī)設(shè)計(jì)為縱向插入管片襯砌封閉塊，配備有機(jī)械式或吸盤式抓取裝置。所有運(yùn)動(dòng)均為液壓驅(qū)動(dòng)。圍繞隧道軸線的旋轉(zhuǎn)為比例閥控制。提升和平移運(yùn)動(dòng)具有兩種速度，最低速度僅用作管片精確定位。其它運(yùn)動(dòng)只有低速。拼裝機(jī)和抓取系統(tǒng)受到保護(hù)，防止由于推進(jìn)油缸的靠近和加壓而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)和受力。拼裝機(jī)安裝在后護(hù)盾里（鉸接點(diǎn)的后面），以最大程度減小曲線隧道里拼裝機(jī)和管片襯砌之間的軸線不重合而產(chǎn)生管片擦邊可能，從而使管片環(huán)能夠按緊密度公差要求快速安裝。 司機(jī)使用遠(yuǎn)程控制面板控制所有運(yùn)動(dòng)，因此司機(jī)不需要呆在拼裝機(jī)的工作區(qū)域。拼裝機(jī)由1個(gè)無線控制板或1個(gè)機(jī)位控制臺(tái)控制。8、人閘人閘用來進(jìn)入開挖室和隧道掌子面以便在壓縮空氣下進(jìn)行維修操作或刀具更換等作業(yè)。人閘安裝在護(hù)盾的上部并與承壓隔板螺栓連接。人閘一般包含了符合標(biāo)準(zhǔn)的必需的氣體供給（加壓和減壓）、通訊（對(duì)講機(jī)、蜂窩電話）、輔助設(shè)施（工業(yè)用水、加熱、照明）和安全設(shè)施（氣體分析儀、記錄器及人閘的控制面板）的所有設(shè)施。 提升平衡樞軸平移旋轉(zhuǎn)圖14管片安裝機(jī)泥水加壓盾構(gòu)中當(dāng)人員需要進(jìn)入泥水室時(shí)，應(yīng)先向壓力倉內(nèi)加入預(yù)定的氣壓，用以支護(hù)開挖面土層，當(dāng)人員進(jìn)入壓力倉并關(guān)閉閘門，逐漸向壓力倉內(nèi)加入氣壓，待泥土室內(nèi)氣壓與壓力倉內(nèi)氣壓相等時(shí)，人員便可進(jìn)入泥水室進(jìn)行維護(hù)操作。土壓平衡盾構(gòu)進(jìn)入步驟和泥水盾構(gòu)基本相同，必要時(shí)要先進(jìn)行注漿（從盾構(gòu)內(nèi)或地表）預(yù)加固才能進(jìn)入。圖15人閘示意圖9、后配套后配套分出碴、運(yùn)送管片、材料的出碴服務(wù)后配套和盾構(gòu)自身后配套兩部分組成。出碴后配套按照服務(wù)列車在隧道內(nèi)軌道上運(yùn)行進(jìn)行設(shè)計(jì)。服務(wù)列車由管片車、砂漿車、碴土車、平板運(yùn)輸車和機(jī)車組成。盾構(gòu)的后配套各門架臺(tái)車為相同設(shè)計(jì)（機(jī)械焊接結(jié)構(gòu)），裝有輪子由盾構(gòu)拉動(dòng)在軌道上運(yùn)行，盾構(gòu)機(jī)各輔助系統(tǒng)裝在上面。門架臺(tái)車上有人行走道、護(hù)欄和扶梯，以確保人員行動(dòng)的安全與方便。盾構(gòu)后配套整個(gè)長度上有人行走道和手護(hù)欄，可使工作人員行動(dòng)自如并易于接近各種設(shè)備裝置以進(jìn)行機(jī)器維修保養(yǎng)。第一節(jié)臺(tái)車用一連接梁和盾構(gòu)主機(jī)相連接，該梁下方的空間允許鋪設(shè)軌道。二土壓平衡式和泥水平衡式的比較1土壓平衡式盾構(gòu)土壓平衡式盾構(gòu)又稱削土密封式或泥土加壓式盾構(gòu)。它的前端有一個(gè)全斷面切削刀盤,刀盤后有一個(gè)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(jī),在密封艙和螺旋輸送機(jī)上方以及開挖面均勻布設(shè)有土壓傳感裝置,一般為5個(gè)，根據(jù)需要可裝設(shè)改善切削土體流動(dòng)性的塑流化土壤改良材料的注入設(shè)備。各裝置的主要功能如下:切削刀盤用于切削土體,同時(shí)將切削下來的土體適當(dāng)攪拌混合,從刀盤開口中擠入密封艙。在刀盤的正面裝有切削刀具,其中齒形刀適用于軟弱地層,盤形刀適用于堅(jiān)硬地層。刀盤背面裝有攪拌翼片,為了在曲線上施工,刀盤周邊還裝有齒形的超挖刀。根據(jù)圍巖條件,切削刀盤可以是面板型、輻條型和礫石破碎型。是否需要采用面板型刀盤,應(yīng)根據(jù)工作面的穩(wěn)定性,以及在切削刀盤腔內(nèi)進(jìn)行維修和更換刀具時(shí)的安全性而定。采用面板型刀盤時(shí),其面板上開口槽的寬度和數(shù)目應(yīng)根據(jù)圍巖條件（粘結(jié)力、障礙物）,以不妨礙土體的排出為原則而確定。根據(jù)盾構(gòu)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。其中第一種構(gòu)造簡單,攪拌效果好,適用于中小直徑盾構(gòu);中間支承式的強(qiáng)度和攪拌效果好,適用于大直徑盾構(gòu);周邊支承式強(qiáng)度高,消除礫石容易。圖16 土壓平衡盾構(gòu)構(gòu)造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(dāng)流動(dòng)性的塑流體,使其能及時(shí)充滿密封艙和螺旋輸送機(jī)的全部空間,并對(duì)開挖面形成一定的土壓平衡其水土壓力,以維持開挖面的穩(wěn)定性,同時(shí),也便于將其排出。螺旋輸送機(jī)用來將密封艙內(nèi)的塑流狀土體排出盾構(gòu)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(chǎn)生的壓力損失,使螺旋輸送機(jī)排土口的泥土壓力降至一個(gè)大氣壓力,使其不發(fā)生噴漏現(xiàn)象。塑流化改良材料注入器用來向密封艙、刀盤和螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入添加劑。因?yàn)楫?dāng)土體中的含砂量超過一定限度時(shí),由于其內(nèi)摩擦角大,流動(dòng)性差,單靠刀盤的旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)很難使這種土體達(dá)到足夠的塑流性,一旦在密封艙內(nèi)貯留,極易產(chǎn)生壓密固結(jié),無法對(duì)開挖面實(shí)行有效的密封和排土。此時(shí),就需要向切削土體內(nèi)注入一種促使其塑流化的添加劑,經(jīng)刀盤及土艙內(nèi)的攪拌裝置混合和攪拌后能使固結(jié)土成為流動(dòng)性較好、不透水的塑流體碴土。關(guān)于塑流化添加劑的種類,以及注入口位置、直徑、數(shù)目均需按圍巖特性、機(jī)器構(gòu)造、盾構(gòu)直徑等條件進(jìn)行選擇。目前常用的添加劑有兩類：一類為泥漿材料;另一類為化學(xué)發(fā)泡劑,這種材料可以在土體內(nèi)形成大量泡沫,使土攘顆粒分開,從而降低了土體的內(nèi)摩擦角和滲透性。又因其比重小,攪拌負(fù)荷輕,容易將土體攪拌得均勻,從而提高土體的流動(dòng)性和不透水性。而且泡沫會(huì)隨時(shí)間自然消失,碴土即可還原到初始狀態(tài),不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此,近年來已逐漸取代了泥漿材料,并己制定出決定泡沫量、發(fā)泡度(空氣、溶液混合率)以及是否需要采用碴土消泡劑等等的技術(shù)規(guī)則,研制了化學(xué)發(fā)泡劑自動(dòng)注入系統(tǒng),以便按盾構(gòu)的掘進(jìn)速度控制發(fā)泡劑的注入量, 圖17土壓平衡盾構(gòu)土壤改良劑加入裝置土壓傳感器用于測量密封艙和螺旋輸送機(jī)內(nèi)的土壓力,前者是判定開挖面是否穩(wěn)定的依據(jù),后者用來判斷螺旋輸送機(jī)的排土狀態(tài)：噴涌、固結(jié)、阻塞等。土壓平衡式盾構(gòu)維持開挖面穩(wěn)定的原理是依靠密封艙內(nèi)塑流狀土體作用在開挖面上的壓力（它包括泥土自重產(chǎn)生的土壓力與盾構(gòu)推進(jìn)過程中盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏Γ┖投軜?gòu)前方地層的靜止土壓力與地下水壓力(F)相平衡的方法。應(yīng)該認(rèn)為,直接控制土壓的方法比較容易實(shí)現(xiàn)。從理論上講,通過注入塑流化添加劑和強(qiáng)力攪拌能將各種土質(zhì)改良成土壓平衡式盾構(gòu)工作所需的塑流體,故可通過加入改良劑可擴(kuò)大土壓平衡盾構(gòu)的適用圍巖條件。但在富含水的砂層或礫砂層,尤其在高水、土壓的條件下,土壓平衡式盾構(gòu)在穩(wěn)定開挖面土體、防止和減少地面沉降、避免土體移動(dòng)、以較短的螺旋機(jī)長度將高壓降到低壓出碴和土體流失等方面都較難達(dá)到理想的控制。 2泥水加壓式盾構(gòu)泥水加壓式盾構(gòu)的總體構(gòu)造與土壓平衡式盾構(gòu)相似,僅支護(hù)開挖面方法和排碴方式有所不同。在泥水加壓式盾構(gòu)的密封艙內(nèi)充滿特殊配制的壓力泥漿,刀盤浸沒在泥漿中工作。對(duì)開挖面支護(hù),通常是由泥漿壓力和刀盤面板共同承擔(dān),前者主要是在掘進(jìn)中起支護(hù)作用,后者主要是在停止掘進(jìn)時(shí)起支護(hù)作用。對(duì)于不透水的粘性土,泥漿壓力應(yīng)保持略大于圍巖主動(dòng)土壓力（0.2巴左右）。對(duì)透水位大的砂性土,泥漿會(huì)滲入到土層內(nèi)一定深度,并在很短時(shí)間內(nèi),于土層表面形成一層泥膜,有助于改善圍巖的自穩(wěn)能力,并使泥漿壓力能在全開挖面上發(fā)揮有效的支護(hù)作用。而刀盤切削下的碴土在密封艙內(nèi)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(gòu)重復(fù)使用,所以,在采用泥水加壓式盾構(gòu)時(shí),還需配備一套泥漿處理系統(tǒng)。泥水盾構(gòu)的主要特點(diǎn)是基本上適應(yīng)所有的地質(zhì)條件，缺點(diǎn)是要配套泥漿處理系統(tǒng)，使用成本高，控制環(huán)境污染較困難。泥水加壓式盾構(gòu)按泥漿系統(tǒng)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。日本式直接泥水加壓盾構(gòu)的泥漿壓力控制由一套自動(dòng)控制泥漿直接加壓進(jìn)行平衡的,原理示意圖如下：泥漿處理廠的泥水從調(diào)整槽將泥漿壓人盾構(gòu)密封艙,在密封艙內(nèi)與開挖碴土混合后的重泥漿由排泥泵和根據(jù)隧道長度及揚(yáng)程要求而增加的加壓泥漿泵排至泥漿處理廠。密封艙的泥漿壓力是通過調(diào)節(jié)供漿泵P1 的轉(zhuǎn)速或節(jié)流閥的開口比值來實(shí)現(xiàn)控制的，當(dāng)開挖面的壓力突然失去平衡時(shí)，密封艙的泥漿壓力調(diào)節(jié)有一個(gè)較長的延時(shí)過程，在掘進(jìn)過程中密封艙的泥漿平衡壓力波動(dòng)較大，同時(shí)對(duì)供泥漿泵和排泥漿泵的控制要求很高。圖18日本式泥漿加壓平衡原理示意圖德國式復(fù)合式泥水加壓盾構(gòu)的泥漿壓力控制由空氣和泥水雙重系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。加壓示意圖如下：在盾構(gòu)的密封艙內(nèi),裝有半道隔板,將密封艙分隔成兩部分。在隔板的前面充滿壓力泥漿,隔板后面盾構(gòu)軸線以上部分充滿壓縮空氣,形成氣壓緩沖層,因此,在隔板后面的泥漿上表面作用有空氣壓力。由于在兩者的接觸面上氣壓和液壓相等,故僅需調(diào)節(jié)空氣壓力,就可確定全開挖面上的支護(hù)壓力。在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí),由泥漿室和空氣加壓腔共同保證開挖室內(nèi)壓力穩(wěn)定，泥漿流失或盾構(gòu)推進(jìn)速度變化時(shí),進(jìn)、出泥漿量如失去平衡,由于空氣具有較好的可壓縮性，空氣加壓腔內(nèi)的氣壓可以很快平衡密封艙內(nèi)的壓力，以保持開挖面支護(hù)壓力的穩(wěn)定。當(dāng)液位達(dá)到最高極限位置時(shí),供泥漿泵自動(dòng)停止加大排量；當(dāng)液位達(dá)到最低極限位置時(shí),排泥漿泵則自動(dòng)降低排量，壓力非常穩(wěn)定。由于有壓縮空氣進(jìn)行壓力平衡，對(duì)供泥泵和排泥泵的控制要求較低。圖19德國式泥漿加壓平衡原理示意圖密封艙空氣室的空氣壓力是根據(jù)開挖面需要的支護(hù)泥漿壓力而確定的。不論盾構(gòu)是否掘進(jìn)或液面位置產(chǎn)生波動(dòng),空氣壓力終究可以通過空氣調(diào)節(jié)閥使壓力保持恒定。而且,由于空氣緩沖層有彈性作用,所以在液位波動(dòng)時(shí),也不會(huì)影響開挖面的支護(hù)液壓。因此,和直接控制型泥水加壓式盾構(gòu)相比,這種盾構(gòu)的控制系統(tǒng)更為簡化,對(duì)開挖面地層的支護(hù)更為穩(wěn)定,即使在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí),支護(hù)壓力也不會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)變化,對(duì)掘進(jìn)時(shí)控制地面沉降更為有利。為了保證盾構(gòu)推進(jìn)質(zhì)量、減少地面沉降量,在進(jìn)、排泥漿管路上分別裝設(shè)流量計(jì)和比重計(jì),根據(jù)檢測數(shù)據(jù)即可計(jì)算實(shí)際排土重，可嚴(yán)格控制排土量,故地面沉降量較易控制。泥水加壓式盾構(gòu)排出的泥漿通常要進(jìn)行振動(dòng)篩、旋流器和壓濾機(jī)或離心機(jī)等三級(jí)分離處理，才能將碴土從泥漿中分離出來以便排除,見圖18。清泥水回到調(diào)整槽重復(fù)循環(huán)使用。泥水加壓式盾構(gòu)中所使用的泥漿為膨潤土泥漿,在粘性土層中掘進(jìn)時(shí),還可用原土造漿以減少成本。膨潤土泥漿的主要成分和地下連續(xù)墻施工中使用的相同,其物理力學(xué)特性：比重、粘性、沉降性、含砂率等應(yīng)根據(jù)地層特性（粒度、硬度、滲透性等）以及地下水狀況(水位、所含離子種類與濃度等)而定。為了增加排土效率和防止排泥口堵塞,在密封艙內(nèi)可以設(shè)置螺旋攪拌器和礫石破碎裝置,以及供工作人員進(jìn)入開挖面排除障礙物的氣閘。第三章 盾構(gòu)的選型一選型的根據(jù)根據(jù)不同的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和施工環(huán)境與工期的要求,合理地選擇盾構(gòu)機(jī)類型,對(duì)保證施工質(zhì)量,保護(hù)地面與地下建(構(gòu))筑物安全和加快施工進(jìn)度是至關(guān)重要的。因?yàn)橹挥性谑┕ぶ胁拍馨l(fā)現(xiàn)所選用的盾構(gòu)是否適用,一種不適用的盾構(gòu)將對(duì)工期和造價(jià)產(chǎn)生嚴(yán)重影響,但此時(shí)想更換已不可能了。盾構(gòu)選型的根據(jù),按其重要性排列如下:1、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件隧道沿線地層圍巖分類、各類圍巖的工程特性、不良地質(zhì)現(xiàn)象和地層中含沼氣狀況；地下水位,穿越透水層和含水砂礫層的水壓力、圍巖的滲透系數(shù)以及地層在動(dòng)水壓力作用下的流動(dòng)性；地層的參數(shù)表示地層固有特性的參數(shù):顆粒級(jí)配、最大土粒粒徑、液限WL、塑限Wp、塑性指數(shù)Ip(Ip=WL-Wp)；表示地層狀態(tài)的參數(shù)：含水量W、飽和度Sr、液性指數(shù)IL()、孔隙比e 、滲透系數(shù)K、濕土重度e；2表示地層強(qiáng)度和變形特性的參數(shù):不排水抗剪強(qiáng)度Su、粘結(jié)力C、內(nèi)摩擦角、標(biāo)準(zhǔn)貫入度N、壓縮系數(shù)a、壓縮模量Es;對(duì)于巖層則有：無側(cè)限抗壓強(qiáng)度c、RQD值等。3、根據(jù)地質(zhì)情況和工期要求選擇盾構(gòu)設(shè)備對(duì)盾構(gòu)機(jī)有如下要求：盾構(gòu)機(jī)必須具備較強(qiáng)的穩(wěn)定開挖面、防止開挖面坍塌的能力。要具有能夠適應(yīng)不同地層的刀盤。在地質(zhì)復(fù)雜區(qū)段中，有必要的手段能夠?qū)η胺降貙舆M(jìn)行超前探測，以便及時(shí)采取相應(yīng)的施工技術(shù)措施。能夠防止突發(fā)地下水和開挖面坍塌的襲擊，應(yīng)設(shè)置緊急關(guān)閉土倉的裝置。盾構(gòu)機(jī)有良好的密封性能。導(dǎo)向系統(tǒng)精度高，導(dǎo)向準(zhǔn)確。為能及時(shí)更換刀具，人員必須進(jìn)入土倉，應(yīng)提供可靠的安全裝置保護(hù)人員安全。二.不同地質(zhì)情況下盾構(gòu)的選型1、軟土地層的盾構(gòu)選型 軟土層的工程特性軟土層的工程特性主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：高含水量軟土主要是粘土粒及砂粒組成，常含有機(jī)質(zhì)，其粘土粒含量較高，有的可達(dá)60%70%。粘土粒的礦物成份為高嶺石、蒙脫石和伊利石，以伊利石為最常見。由于這些礦物的顆粒很小，呈薄片狀，表面帶有負(fù)電荷，且在沉積過程中，常形成絮狀結(jié)構(gòu)，并含有機(jī)質(zhì)，所以粘土粒的四周吸附著大量的偶極分子，從而軟土的天然含水量較大。另外，軟土地層一般處于東南沿海、湖泊周圍及河流的入?？?，地下水位較高，上海的地下水位在地表下0.51.5m，如此高的地下水位必然導(dǎo)致土層的含水量較高，一般大于40%，有的甚至大于100%。高孔隙比軟弱土層的孔隙比一般較大。透水性較差軟土豎向滲透系數(shù)一般在10-610-8cm/s之間，因此土層在自重或荷載作用下達(dá)到完全固結(jié)所需的時(shí)間是很長的。但有些夾薄層粉砂的軟土，水平向滲透系數(shù)較大，同濟(jì)大學(xué)的相關(guān)試驗(yàn)表明，水平向滲透系數(shù)約為豎向滲透系數(shù)的50100倍。高壓縮性軟土的壓縮系數(shù)a1-2一般大于0.5MPa-1，其壓縮性隨著液限的增大而增大，有的近期圍墾的海灘在土的自重作用下會(huì)繼續(xù)下沉。土的壓縮變形歸納起來一般包括下列幾種：土粒及團(tuán)粒的相互滑動(dòng)；孔隙中水和氣體被擠出；結(jié)合水的變形；密閉氣體的壓縮與溶解；土粒本身的彈性變形。低強(qiáng)度軟弱土層的最顯著特征就是強(qiáng)度較低。軟土不排水剪強(qiáng)度一般小于20kPa。軟土的強(qiáng)度還與土層的排水固結(jié)條件有著密切的關(guān)系。在荷載作用下，如果土層有條件排水固結(jié)，則它的強(qiáng)度隨著有效應(yīng)力的增大而增加。反之，如果土層沒有條件排水固結(jié)，隨著荷載的增大，它的強(qiáng)度可能隨著剪切變形的增大而衰減。觸變性軟土另一個(gè)重要特征就是表現(xiàn)出較強(qiáng)的觸變性。軟土一旦受到擾動(dòng)，其絮狀結(jié)構(gòu)受破壞，土的強(qiáng)度顯著降低，甚至呈流動(dòng)狀態(tài)。因此，在高靈敏度的軟土地區(qū)進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)的施工時(shí)，應(yīng)力求避免土的擾動(dòng)。軟土擾動(dòng)后，隨著靜置時(shí)間的增長，其強(qiáng)度又會(huì)逐漸有所恢復(fù)，但是一般不能恢復(fù)到原來結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。有些軟土觸動(dòng)后，幾乎馬上成為流體狀沒有一點(diǎn)自穩(wěn)性。 軟土層對(duì)盾構(gòu)施工的影響盾構(gòu)在上海軟土地區(qū)的應(yīng)用已有近40年的歷史，從中國第一條越江隧道打浦路隧道到目前正在施工的明珠線二期地鐵隧道以及大連路、復(fù)興東路越江隧道等等。軟土層對(duì)隧道施工的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：軟土強(qiáng)度較低以及含水量較高，從而只能選擇封閉式盾構(gòu)；軟土具有觸變性，盾構(gòu)施工勢必造成周圍土體的擾動(dòng)，從而導(dǎo)致土體強(qiáng)度較低，土體產(chǎn)生較大的沉降，甚至導(dǎo)致塌方等。盾構(gòu)掘進(jìn)的地表沉降控制技術(shù)?，F(xiàn)在在特大城市進(jìn)行盾構(gòu)施工的環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，相應(yīng)的地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)也越來越高，因此，如何有效的控制地表沉降尤其是運(yùn)營后的沉降非常關(guān)鍵。2、 砂卵石地層隧道盾構(gòu)選型砂卵石地層的工程地質(zhì)特性凡粒徑大于2mm的顆粒含量小于或等于全重的50%、粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重的50%，干燥時(shí)呈松散狀態(tài)，無塑性的土稱為砂土。粒徑大于2mm的顆粒超過全重50%的呈圓形、亞園形為主的土，稱為卵石，砂卵石土層的基本特性：與水的結(jié)合能力小，呈現(xiàn)無粘聚力或小粘聚力的松散粒體，不具有塑性。透水性強(qiáng)，顆粒愈粗、愈均勻、愈渾園時(shí)，透水性愈高。卵石土層的強(qiáng)度，由填充物起控制作用，強(qiáng)度愈高，摩阻力愈大，在壓力狀態(tài)時(shí)易失水固結(jié)。砂卵石地層對(duì)盾構(gòu)施工的影響砂卵石具有不同于軟土的工程地質(zhì)特性，因此，在砂卵石地層中進(jìn)行盾構(gòu)施工時(shí)，也有不同于軟土盾構(gòu)的不同之處，具體表現(xiàn)在以下方面：由于砂卵石中礦物成分主要為石英等，石英對(duì)盾構(gòu)刀盤的磨損性很大。在砂卵石地層中采用盾構(gòu)施工時(shí)，需特別考慮刀盤的耐磨損性以及刀具的可更換性。砂卵石強(qiáng)度較高，推進(jìn)阻力較大，當(dāng)采用盾構(gòu)進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)需配置比軟土盾構(gòu)推力大得多的推進(jìn)裝置；并且由于砂卵石地層摩阻力較大，管片也易損壞，液壓推進(jìn)系統(tǒng)也易出現(xiàn)故障，因此，應(yīng)提高盾殼的耐磨性、管片強(qiáng)度及液壓推進(jìn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。在砂性土中，為保證盾構(gòu)正常推進(jìn)，土體的塑流性管理十分重要，當(dāng)土體塑流性程度較差時(shí)，為保證盾構(gòu)的正常推進(jìn)，必須加大刀盤扭矩和推力，但過大的推力則會(huì)造成砂土的失水固結(jié)，強(qiáng)度增大，從而導(dǎo)致盾構(gòu)推力增大，造成惡性循環(huán)，因此，應(yīng)通過試驗(yàn)確定一個(gè)最優(yōu)的推力范圍。由于砂卵石地層壓縮性小，因此，在砂卵石地層中，盾構(gòu)隧道的沉降主要在施工期間產(chǎn)生，長期沉降僅占總體沉降的10%左右，這是與軟土地層盾構(gòu)施工產(chǎn)生的沉降規(guī)律不一致。因此，在砂卵石地層中進(jìn)行盾構(gòu)施工時(shí)，特別注意控制盾構(gòu)對(duì)土體的擾動(dòng)，減小前期沉降、到達(dá)及通過時(shí)的沉降。砂礫層中的盾構(gòu)選型 在砂礫層采用盾構(gòu)法施工，應(yīng)首先考慮如何保持開挖土層穩(wěn)定，以確保工程的順利進(jìn)行。因此在砂礫土層中一般以選用封閉型盾構(gòu)為宜；泥水加壓盾構(gòu)這種盾構(gòu)主要技術(shù)特征是利用壓力泥漿支護(hù)開挖面土層，同時(shí)采用面板式刀盤，當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，刀盤由于開挖土體，同時(shí)對(duì)開挖下的土砂和泥漿進(jìn)行充分的攪拌，而當(dāng)盾構(gòu)停止掘進(jìn)時(shí)，刀盤面板與開挖面土層密貼接觸，對(duì)開挖面土層進(jìn)行支護(hù)，增加了土層的穩(wěn)定性。這種盾構(gòu)是砂礫土層隧道