土壓平衡盾構(gòu)與泥水平衡盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理

1、2土壓平衡盾構(gòu)與泥水平衡盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理上海市土木工程學(xué)會(huì)1土壓平衡盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理圖1 土壓盾構(gòu)基本形狀1.1土壓平衡盾構(gòu)的基本原理土壓平衡盾構(gòu)屬封閉式盾構(gòu)。盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，其前端刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)掘削地層土體，切削下來(lái)的土體進(jìn)入土艙。當(dāng)土體充滿(mǎn)土艙時(shí)，其被動(dòng)土壓與掘削面上的土、水壓基本相同，故掘削面實(shí)現(xiàn)平衡（即穩(wěn)定）。示意圖如圖6.1所示。由圖可知，這類(lèi)盾構(gòu)靠螺旋輸送機(jī)將碴土 （即掘削棄土）排送至土箱，運(yùn)至地表。由裝在螺旋輸送機(jī)排土口處的滑動(dòng)閘門(mén)或旋轉(zhuǎn)漏斗控制出土量，確保掘削面穩(wěn)定。1.1.1穩(wěn)定掘削面的機(jī)理及種類(lèi)土壓盾構(gòu)穩(wěn)定掘削面的機(jī)理，因工程地質(zhì)條件的不同而不同。通常可分為粘性土和砂質(zhì)土兩類(lèi)，這里分別進(jìn)

2、行敘述。1.1.1.1粘性土層掘削面的穩(wěn)定機(jī)理因刀盤(pán)掘削下來(lái)的土體的粘結(jié)性受到破壞，故變得松散易于流動(dòng)。即使粘聚力大的土層，碴土的塑流性也會(huì)增大，故可通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速和出土口處的滑動(dòng)閘門(mén)對(duì)排土量進(jìn)行控制。對(duì)塑流性大的松軟土體也可采用專(zhuān)用土砂泵、管道排土。地層含砂量超過(guò)一定限度時(shí)，土體流性明顯變差，土艙內(nèi)的土體發(fā)生堆積、壓密、固結(jié)，致使碴土難于排送，盾構(gòu)推進(jìn)被迫停止。解決這個(gè)問(wèn)題的措施是向土艙內(nèi)注水、空氣、膨潤(rùn)土或泥漿等注入材，并作連續(xù)攪拌，以便提高土體的塑流性,確保碴土的順利排放。1.1.1.2砂質(zhì)土層掘削面的穩(wěn)定機(jī)理就砂、透系數(shù)大。砂礫的砂質(zhì)土地層而言，因土顆粒間的摩擦角大故摩擦阻力大

3、；滲 當(dāng)?shù)叵滤惠^高、水壓較大時(shí)，靠掘削土壓和排土機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)作用 很難平衡掘削面上的土壓和水壓。再加上掘削土體自身的流動(dòng)性差，所以在無(wú) 其它措施的情況下，掘削面穩(wěn)定極其困難。為此人們幵發(fā)了向掘削面壓注水、 空氣、膨潤(rùn)土、粘土、泥水或泥漿等添加材，不斷攪拌，改變掘削土的成分比 例，以此確保掘削土的流動(dòng)性、止水性，使掘削面穩(wěn)定。1。1.1.1.3 土壓盾構(gòu)的種類(lèi)按穩(wěn)定掘削面機(jī)構(gòu)劃分的土壓平衡盾構(gòu)大致有如下幾種，見(jiàn)表表1 土壓盾構(gòu)的種類(lèi)盾構(gòu)名稱(chēng)穩(wěn)定掘削面的措施適用土質(zhì)削土加壓式盾構(gòu) 面板一次擋土。 充滿(mǎn)土艙內(nèi)的掘削土的被動(dòng)土壓穩(wěn)定掘削面。 螺旋輸出機(jī)排土滑動(dòng)閘門(mén)的控制作用沖積粘土：粉土、粘土、砂質(zhì)粉

4、 土、砂質(zhì)粘土、夾砂粉質(zhì)粘土加水式土壓盾構(gòu) 面板一次擋土。 向排槽內(nèi)加水，與掘削面水壓平衡，增土體的流 動(dòng)性。 滯留于土艙內(nèi)掘削土通過(guò)螺旋傳送機(jī)滑動(dòng)閘門(mén) 作用擋土。含水砂礫層亞粘土層高濃度泥水加壓式土壓盾構(gòu) 面板一次擋土。 高濃度泥水加壓平衡，并確保土體流動(dòng)。 轉(zhuǎn)斗排土器的泥水壓的保持調(diào)節(jié)作用。松軟滲透系數(shù)大的含水砂層，砂 礫層，易坍層加泥土壓盾構(gòu) 向土艙內(nèi)注入泥土、泥漿或高濃度泥漿，經(jīng)攪拌后塑流性提高，且不滲水穩(wěn)定掘削面 檢測(cè)土艙內(nèi)壓控制推進(jìn)量，確保掘削面穩(wěn)定。軟弱粘土層，易坍的含水砂層及 混有卵石的砂礫層。丿：陽(yáng)1町小=/ iLitt /片* I! S kill F IK-A-HRftaB

5、定圧？I式Hd燈r ?Haw寺貼卜dh !J TU r C”K - t + - 9審a-n1 ITT-r-lt I乎圖2 土壓平衡盾構(gòu)種類(lèi)面板式土壓盾構(gòu)輻條式土壓盾構(gòu)，不1.1.2.構(gòu)成系統(tǒng)采用土壓盾構(gòu)時(shí)，必須根據(jù)地層土質(zhì)條件建立一個(gè)施工系統(tǒng)。該系統(tǒng)由掘削推進(jìn)裝置、掘削面穩(wěn)定裝置、添加材注入裝置、攪拌裝置、碴土運(yùn)出排放裝 置等裝置構(gòu)成。因該施工系統(tǒng)與土壓、地下水壓、土質(zhì)、最大粒徑、顆粒級(jí)配、 含水量，加材的種類(lèi)、配比、濃度、注入量、注入速度，刀盤(pán)扭矩，推進(jìn)速度、 排土裝置等諸多因素有關(guān)。所以必須事先對(duì)這些因素的影響進(jìn)行周密細(xì)致的調(diào) 查，以便選擇滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的有充足裕度的且可進(jìn)行恰當(dāng)管理的各種裝

6、置、設(shè)備、系統(tǒng)。1.121盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)因土壓盾構(gòu)掘削面與隔板之間充滿(mǎn)掘削泥土，各種機(jī)械零部件的更換和改 造極為困難，所以必須考慮其耐久性和耐磨性。各機(jī)械單元應(yīng)注意的事項(xiàng)如下:(1)掘削刀盤(pán)的支承方式:必須根據(jù)土質(zhì)條件選擇可以充分發(fā)揮其特長(zhǎng)的支承方式。(2) 刀盤(pán) 面板：要不要面板應(yīng)根據(jù)掘削面的穩(wěn)定性、土艙內(nèi)檢修和掘削刀具更換 的安全性等條件確定。使用面板時(shí)應(yīng)據(jù)土質(zhì)條件 ( 粘聚力、礫石 )、障礙物狀況， 總之以不妨礙泥土流入為原則選擇面板開(kāi)口的寬度和數(shù)量。 扭矩：通常根據(jù)土質(zhì)條件，有無(wú)礫石確定。一般情況下，掘削時(shí)的摩擦 扭矩、土的攪拌 (向上 )扭矩都比泥水盾構(gòu)的情形要大，另外，

7、也要考慮開(kāi)挖面 不能自立時(shí)的富裕度。 盾尾密封：特別重要的是對(duì)于地下水壓、壁后注漿壓應(yīng)具有良好的密封 性，為了提高止水性能，止水帶的設(shè)置層數(shù)不能太少。 土壓計(jì)：為測(cè)量土艙內(nèi)的泥土壓力，必須選用精度高、耐久性好的優(yōu)質(zhì) 產(chǎn)品，并設(shè)置在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?千斤頂安全鎖：在開(kāi)挖面土壓力作用下，盾構(gòu)始終受到正面土壓作用， 為了在管片組裝等推進(jìn)停止過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)不發(fā)生后退，液壓系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置銷(xiāo)定裝 置。(3) 掘削面穩(wěn)定測(cè)量為了判斷開(kāi)挖面的穩(wěn)定性，可在盾構(gòu)上裝設(shè)土壓、排土量、刀盤(pán)扭矩、盾 構(gòu)千斤頂推力等計(jì)測(cè)儀器和開(kāi)挖面坍塌探測(cè)儀等。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，判斷 掘削面的穩(wěn)定狀況。(4) 添加材注入裝置土壓平衡式盾構(gòu)上的

8、加材注入裝置由添加材注入泵、設(shè)置在刀盤(pán)和土艙內(nèi) 等處的添加材注入口等組成。注入位置、注入口徑、注入口數(shù)量應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、盾構(gòu)直徑、機(jī)械構(gòu)造進(jìn)行選擇。因注入口被土砂堵塞時(shí)，修理、清掃等都很困 難，故應(yīng)采用防堵結(jié)構(gòu)。添加材注入裝置必須能跟蹤刀盤(pán)扭矩的變動(dòng)，及時(shí)改變注入材料在地層中 的滲透，排出碴土的狀態(tài)，土艙內(nèi)的泥土壓等參數(shù)，即調(diào)節(jié)注入壓和注入量。(5) 攪拌裝置攪拌裝置必須在刀盤(pán)的開(kāi)挖部位，取土部位有效地使土砂進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 防止發(fā)生共轉(zhuǎn)、粘附、沉積等現(xiàn)象。攪拌裝置有以下幾種，可單獨(dú)使用，也可 組合使用。刀盤(pán)( 刀頭、輪輻、中間梁 )。刀盤(pán)背面的攪拌翼。調(diào)協(xié)在螺旋排土器芯軸上的攪拌翼。設(shè)置在隔壁上的

9、固定翼。獨(dú)立驅(qū)動(dòng)攪拌翼。(6) 排土裝置地下水壓力的土壓平衡式盾構(gòu)上的排土裝置必須是能夠保持渣土和土壓力、 平衡，并具有按盾構(gòu)推進(jìn)量調(diào)節(jié)排土量的控制功能。排土機(jī)構(gòu)有以下方式：螺旋式排土器+閘門(mén)方式螺旋式排土器+排土口加壓裝置方式螺旋式排土器+旋轉(zhuǎn)式送料器 ( 旋轉(zhuǎn)料斗、閥門(mén) ) 方式螺旋式排土器+壓力泵方式螺旋式排土器+泥漿泵考慮排土裝置時(shí)，必須考慮與土質(zhì)、礫石直徑、地下水等地層條件和盾構(gòu) 直徑、隧道內(nèi)外條件選擇最為合適的設(shè)備。螺旋式排土器的型式大致區(qū)分為 有軸螺旋式排土器 和 無(wú)軸螺旋式排土器 。挖掘礫石地層時(shí)，需按排土能力考慮輸送機(jī)型式和尺寸大小( 直徑)。尤其在透水性好的土質(zhì)條件下使用無(wú)

10、軸螺旋式排土器時(shí)，需認(rèn)真研究止水 性等壓力保持能力。1.2 削土加壓式盾構(gòu)削土加壓盾構(gòu)，即利用刀盤(pán)掘削下來(lái)的原狀土穩(wěn)定掘削面的盾構(gòu)。這種盾 構(gòu)主要適用的土質(zhì)為粉砂粘土、細(xì)粉砂粘土、含少量礫石的細(xì)砂粘土等沖積層 細(xì)粒軟土 (N值不超過(guò)15,天然含水率25%滲透系數(shù)KV5X 10-2cm/s)，這些土 體的摩擦角小，塑流性大 ) 。這種盾構(gòu)是土壓盾構(gòu)的基本型式。這種盾構(gòu)靠刀盤(pán) 掘削土體；靠刀盤(pán)、攪拌葉片及螺旋輸土機(jī)的旋轉(zhuǎn)破壞土體的壓密性，降低其 強(qiáng)度，提高其塑流性。推進(jìn)裝置通過(guò)掘削土對(duì)掘削面施加被動(dòng)土壓實(shí)現(xiàn)掘削面 的穩(wěn)定。在維持掘削面穩(wěn)定的前提下，由螺旋輸土機(jī)的出土口排土給土車(chē)，運(yùn) 送至隧道外部。

11、1.2.1 盾構(gòu)機(jī)的構(gòu)成特點(diǎn)(1) 刀盤(pán): 掘削刀盤(pán)通常設(shè)置在盾構(gòu)的前端，由加勁肋和面板構(gòu)成。加勁肋上 裝有刀具，用來(lái)掘削土體；面板是承受掘削面水、土壓力的第一道擋土機(jī)構(gòu)。切削刀盤(pán)一般選擇周邊支承，刀盤(pán)輻條、進(jìn)土孔和面板的尺寸及布設(shè)主要 取決于盾構(gòu)外徑和土質(zhì)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)原是可使掘削土順利地流向螺旋輸土機(jī)，并圖 4 螺旋輸送機(jī)避免土艙處周邊外的掘削土的壓密固結(jié)。圖 3 刀盤(pán)和液壓驅(qū)動(dòng) ,(2) 排土機(jī)構(gòu) : 由螺旋碴土輸土機(jī)、排土控制器及泥土輸出設(shè)備構(gòu)成。（3） 土體攪拌機(jī)構(gòu)1.2.2 運(yùn)行管理這里只介紹掘土量和排土量的運(yùn)行管理，其目的是確保掘削面穩(wěn)定。避免 地層沉降過(guò)大給鄰近構(gòu)造物帶來(lái)的不良影響

12、。具體運(yùn)行管理方式有以下三種： 控制挖土量。先將螺旋輸土機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整到某一定值，保持排土量基本 不變，然后由設(shè)置在土艙內(nèi)的土壓計(jì)和刀盤(pán)的掘削扭矩的監(jiān)測(cè)儀表控制盾構(gòu)的 推力和速度。 控制排土量。 先將盾構(gòu)的掘進(jìn)速度調(diào)整到一定值， 保持掘土量基本不變， 然后由設(shè)置在螺旋輸土機(jī)內(nèi)的土壓計(jì)的實(shí)測(cè)值控制螺旋輸土機(jī)的轉(zhuǎn)速，或轉(zhuǎn)斗 排土的轉(zhuǎn)速。 同時(shí)控制掘土量和排土量。把上述兩種方式組合起來(lái)同時(shí)控制。效果較 好，但運(yùn)行管理復(fù)雜。1.2.4 加水土壓盾構(gòu)1. 工作原理當(dāng)掘削地層為滲水系數(shù)大的砂層、砂礫層時(shí)，若再利用削土加壓土壓盾構(gòu)，（ 細(xì)粒成分少 ） 無(wú)盡管土艙內(nèi)掘削土可以平衡掘削面上的土壓，但由于孔隙率大

13、法阻止地下水的涌入，即地下水會(huì)從螺旋輸土機(jī)的排土口噴出，使盾構(gòu)掘進(jìn)受 阻。作為阻止地下水涌入的措施，可在輸土機(jī)的排土口處設(shè)置一個(gè)排土調(diào)整槽， 該槽上部設(shè)一個(gè)加壓水注入口，底部設(shè)一個(gè)泥水排放口。由加壓水注入口注入 加壓水，與掘削面上的水壓平衡 （阻止地下水涌入 ） 起穩(wěn)定掘削面的作用。螺旋 輸土機(jī)把土艙內(nèi)的掘削土運(yùn)送給排土調(diào)整槽，掘削土在槽內(nèi)與水混合成泥水， 隨后由管道輸?shù)降乇?，?jīng)地表的土、水分離后，分離水返回排土調(diào)整槽循環(huán)使 用。示意圖如圖 2 所示。圖 5 加水式土壓平衡盾構(gòu)2 盾構(gòu)機(jī)構(gòu)造特點(diǎn)加水土壓盾構(gòu)是一種裝有面板的封閉型盾構(gòu)。 刀盤(pán)的構(gòu)造與削土加壓盾構(gòu)基 本相同，區(qū)別在于除可安裝一般掘

14、削刀具外，還裝有可切割礫石的刀具。刀盤(pán)的幵口率按預(yù)計(jì)礫石的最大直徑?jīng)Q定，一般為20%-60%螺旋輸土機(jī)排土口處 設(shè)有排土調(diào)整槽，用來(lái)送入有壓水確保掘削面穩(wěn)定輸出泥水經(jīng)管道排至地表。艙, , 遲, 3. 運(yùn)行管理加水式盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定的管理系指排土量的管理和加入水壓力的管理，要 求隨時(shí)掌握盾構(gòu)掘進(jìn)的挖掘土量和排土量的關(guān)系，使土腔內(nèi)的土保持在最佳滯 留狀態(tài)，同時(shí)要求加壓水的壓力與地下水壓力平衡。(1) 排土率的管理 : 排土量基本上可由盾構(gòu)的推進(jìn)速度和螺旋輸土機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控 制。排土率可以通過(guò)盾構(gòu)的推進(jìn)速度和盾構(gòu)開(kāi)挖面的面積計(jì)算出的挖掘土量與(可用與裝在入水管和排泥管上的流量計(jì)、密度計(jì)所反映的排土量相

15、比較而求得 泥水加壓盾構(gòu)相同的方法求得 )。為使土艙內(nèi)的掘削土量保持最佳滯留狀態(tài)，應(yīng)對(duì)總推力、刀盤(pán)扭矩、螺旋 輸送機(jī)扭矩等進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)測(cè)定結(jié)果的反饋來(lái)進(jìn)行最佳管理。(2) 加入水壓力的管理 : 加入水壓力的管理是以土艙內(nèi)孔隙水壓力的測(cè)定結(jié)果作 為地下水的壓力基準(zhǔn)值，進(jìn)而控制排土調(diào)整槽中的加入水壓力。加入水壓力的控制可根據(jù)流體輸送泵的轉(zhuǎn)速、閥門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)整。加入水壓力的管理是以開(kāi)挖面穩(wěn)定、容易挖掘?yàn)闇?zhǔn)則 ( 最佳加入水壓力 )， 依據(jù)地層土質(zhì)條件和掘削情況來(lái)制定，但是，在管理上，除考慮了以上基本條件之外，還規(guī)定了一個(gè)以盾構(gòu)中心水壓力為準(zhǔn)的上、下容許變動(dòng)值，并在此范 圍內(nèi)進(jìn)行管理。1.4 加泥

16、土壓盾構(gòu)1.4.1 工作原理加泥式土壓平衡盾構(gòu)，是靠向掘削面注入泥土、泥漿和高濃度泥水等潤(rùn)滑材料，借助攪拌翼在密封土艙內(nèi)將其與切削土混合，使之在成為塑流性較好和 不透水泥狀土，以利于排土和使掘削面穩(wěn)定的一類(lèi)盾構(gòu)機(jī)。掘進(jìn)施工中可隨時(shí) 調(diào)整施工參數(shù)，使掘削土量與排土量基本平衡。盾構(gòu)機(jī)仍由螺旋輸送機(jī)排土、 碴土由出土車(chē)運(yùn)輸。加泥式土壓平衡盾構(gòu) ( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)加泥土壓盾構(gòu) ) 的構(gòu)造見(jiàn)圖6。這類(lèi)盾構(gòu)主要用于在軟弱粘土層、 易坍塌的含水砂層及混有卵石的砂礫層等地層中隧道的掘進(jìn)施工。圖 6. 泥土加壓式盾構(gòu)機(jī)1.4.2. 盾構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)與削土加壓式盾構(gòu)相比較，加泥式盾構(gòu)是無(wú)面板的輻條式盾構(gòu)，密封土艙 內(nèi)設(shè)有泥

17、土注入裝置和泥土攪拌裝置、排土裝置等與前者相同，這類(lèi)盾構(gòu)特點(diǎn) 如下：a) 可改善切削土的性能。在砂土或砂礫地層中，土體的塑流性差，開(kāi)挖面有地下水滲入時(shí)還會(huì)引起崩塌。盾構(gòu)機(jī)有向切削土加注泥土等潤(rùn)滑材料并進(jìn)行 攪拌的功能，可使其成為塑流性好和不透水的泥狀土。b) 以泥土壓穩(wěn)定開(kāi)挖面。泥狀土充滿(mǎn)密封艙和螺旋輸送機(jī)后，在盾構(gòu)推進(jìn)力的作用下可使切削土對(duì)開(kāi)挖面開(kāi)成被動(dòng)土壓力，與開(kāi)挖面上的水、土壓力相 平衡，以使開(kāi)挖面保持穩(wěn)定。c) 泥土壓的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。在密封艙內(nèi)裝有土壓計(jì)、可隨時(shí)監(jiān)測(cè)切削土的壓力，并自動(dòng)調(diào)控排土量，使之與掘削土量保持平衡。1.4.3 . 添加材料添加材料一般采用由粘土、 膨潤(rùn)土 CMC

18、高吸水性樹(shù)脂及發(fā)泡劑等材料制成 的泥漿液。切削土體為軟弱粘性土?xí)r，可不需注入泥漿，但在砂土和砂礫等地層中則必須注入泥漿。泥漿中泥土的含量可大致采用表2所示的數(shù)據(jù)。表2不同土質(zhì)時(shí)的泥漿濃度和使用量土質(zhì)類(lèi)別泥漿濃度()使用量(l/m 3)砂土層1530 300砂礫層30 50 300白色砂質(zhì)沉積層20 30 200砂質(zhì)粉土層515 100在掘進(jìn)施工中，加泥量應(yīng)根據(jù)刀盤(pán)扭矩、螺旋輸送機(jī)轉(zhuǎn)速、推進(jìn)速度和排土量 等隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。144.運(yùn)行管理為使掘削面保持穩(wěn)定，掘進(jìn)施工中或應(yīng)對(duì)排土量和土壓進(jìn)行管理和控制, 排土量可按下述兩種方法進(jìn)行計(jì)算。(1)測(cè)出空車(chē)和載重車(chē)的重量，據(jù)以算出排土量。(2)根據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)

19、量和螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，按下式計(jì)算排土量:Q ANP(1.1)式中： Q 排土量;排土效率;A螺旋輸送機(jī)斷面積;N 轉(zhuǎn)速;P螺旋翼片的間距。由于刀盤(pán)不設(shè)面板，掘削面完全由密封艙內(nèi)的泥土壓支撐，故土壓可通過(guò)P處于以下范圍:安裝在密封艙內(nèi)的土壓計(jì)直接進(jìn)行測(cè)量和管理。通常需使土壓Pa+ PwP PpPw(1.2 )式中:Pa主動(dòng)土壓力;Pp被動(dòng)土壓力;Pw地下水壓力。通常先根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果確定設(shè)定土壓力Po，同時(shí)制定土壓的上、下限,其允許范圍為（F0P）（P0P）1.5復(fù)合土壓盾構(gòu)1.5.1引言上面幾節(jié)敘述的土壓盾構(gòu)可以說(shuō)均為軟土土壓盾構(gòu)。這些盾構(gòu)對(duì)穿越路線上強(qiáng)度差別較大的地層（如巖層、軟巖、軟土等）

20、及掘削全斷面內(nèi)縱向強(qiáng)度不均勻等復(fù)雜地層而言，已失去適應(yīng)性。為此人們幵發(fā)了適應(yīng)上述復(fù)雜地層的所謂的土壓復(fù)合盾構(gòu)。為了適應(yīng)復(fù)雜地層條件需要復(fù)合盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)上裝有6.4示出的6.2、6.3、6.42種以上）刀具，即可切削軟土，也可切削軟巖、砂礫和硬巖層。圖是復(fù)合盾構(gòu)的構(gòu)造圖；照片 6.1是復(fù)合盾構(gòu)刀盤(pán)正視外貌；照片均為復(fù)合盾構(gòu)實(shí)物外貌。其它裝置與一般土壓盾構(gòu)相同，不再贅述。本節(jié)重點(diǎn)敘述復(fù)合盾構(gòu)的穩(wěn)定掘削面的方式、適用范圍、施工注意事項(xiàng)及工程實(shí)例。圖7復(fù)合盾構(gòu)構(gòu)造圖圖8復(fù)合型土壓盾構(gòu)刀盤(pán)正視 （土壓、敞開(kāi)并用）圖1.5.2工作原理因?yàn)閺?fù)合盾構(gòu)掘削地層的對(duì)象為復(fù)合地層，即從軟土層延伸到硬巖。所以復(fù)合盾構(gòu)

21、工法與一般的軟土盾構(gòu)工法存在一定的差異。歸納起來(lái)，存在以下幾點(diǎn): 對(duì)硬地層而言，盾構(gòu)的切削刀具以可以破碎巖層的滾刀為主。就面板而言，多為穹形，即使面板最外緣也作滾動(dòng)切削，以便確保外圍巖層的破碎。 就巖層而言，錨固千斤頂錨固在井壁上，取其反力推進(jìn)盾構(gòu)（TBM機(jī)）0次襯砌可據(jù)地層狀況作如下處理，可以用簡(jiǎn)單的鋼制支承和擋板作襯；也可以用噴射混凝土法作襯；也可不作襯 （巖層強(qiáng)度極大）。 就破碎帶和軟地層而言主，與通常的軟土盾構(gòu)掘進(jìn)一樣使用管片組裝一T刀具為主次襯砌，并以該管片上取得的反力作為盾構(gòu)的推進(jìn)力。 因?yàn)樵趲r層中采用以滾刀為主的面板，而在土砂層中采用以的面板，所以地層變化時(shí)應(yīng)在變化點(diǎn)更換面板。1

22、.5.2 .穩(wěn)定掘削面的方式復(fù)合盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行多采用方式識(shí)別和智能控制系統(tǒng)，操作人員可據(jù)硬巖、軟巖、3種,復(fù)合地層及軟土層的條件設(shè)定穩(wěn)定掘削面的方式。穩(wěn)定方式大致分為以下見(jiàn)表3。表3穩(wěn)定掘削面的方式及有關(guān)事項(xiàng)有關(guān)事項(xiàng)穩(wěn)定掘削面的方式不加壓穩(wěn)定式氣壓穩(wěn)定式土壓平衡穩(wěn)定式適應(yīng)地層掘削地層完全可以自立，且 地下水少，即使有少量地下 涌水，也完全可以控制。多 數(shù)為硬巖層。掘削地層的地下水壓力為0.10.2MPa,且地下 水豐富。具體地層多為硬 巖層，局部強(qiáng)風(fēng)化巖層， 局部全風(fēng)化巖層、軟巖 層。掘削地層系不能自立的土層、 地下 水壓較大（超過(guò)0.2MPa），且地下 水豐富。具體系指隧道全斷面或上 部處于不穩(wěn)

23、定地層和強(qiáng)風(fēng)化巖層、 全斷面處于斷裂構(gòu)造帶及地層涌 水量大的地層。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定土艙內(nèi)無(wú)需建立壓力（超過(guò) 大氣壓的壓力）。螺旋輸土 機(jī)的轉(zhuǎn)速可據(jù)出土狀況設(shè) 定。向土艙內(nèi)壓注壓縮空氣，氣壓0.2MPa。土艙內(nèi)掘削土可順利壓往螺旋輸 送機(jī)入口?？蓳?jù)具體情況隨時(shí)改變螺旋輸送 機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)土艙內(nèi)壓，可 適當(dāng)加大泥漿（或泥水）的注入壓 力。添加劑的使用狀況掘削土體粘度較大時(shí)，可向土艙內(nèi)注入適量的水。須往掘削面上的土艙內(nèi) 添加發(fā)泡劑。須往掘削面上和土艙內(nèi)添加發(fā)泡 劑，有時(shí)也添加膨潤(rùn)土等添加材。掘進(jìn)速度（8 12）cm/min（5 8）cm/min（2 5）cm/min注意事項(xiàng)注意觀察渣出狀況，一旦發(fā)

24、現(xiàn)有水涌出或出土量不正 常，則應(yīng)立即建立土壓或氣 壓。掘進(jìn)結(jié)束后，土艙內(nèi)應(yīng)保 持一定的渣土，以防止下 次打開(kāi)螺旋輸送機(jī)時(shí)土 艙發(fā)生噴涌。控制好螺旋輸送機(jī)的出土速度及 盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度，使土艙內(nèi)的壓 力保持在設(shè)定值上。（1）不加壓穩(wěn)定方式不加壓穩(wěn)定方式即土艙內(nèi)的氣壓為大氣壓，無(wú)需在土艙內(nèi)建立氣壓或土壓平衡以支承掘削面上的土壓和水壓。完全靠掘削地層自身的自立能力確保掘削 面的穩(wěn)定。就這種掘削方式而言，盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)具有較大的切削和破碎硬巖的 能力。掘削下來(lái)的巖渣通過(guò)刀盤(pán)上的開(kāi)口 (即卸渣口 )進(jìn)入土艙，隨后被深入土 艙底部的螺旋輸送機(jī)送出。(2) 氣壓穩(wěn)定式( 氣壓氣壓穩(wěn)定式盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，土艙內(nèi)下半部

25、是巖渣，上半部是壓縮空氣V0.2MPa),靠該氣壓對(duì)抗掘削面上的土壓 +地下水壓，防止掘削面的土體坍塌及 地下水的涌入。(3) 土壓穩(wěn)定式這里的土壓穩(wěn)定式盾構(gòu)的工作原理，就是前面敘述過(guò)的土壓平衡盾構(gòu)的工 作原理。即刀盤(pán)切削下來(lái)的渣土充滿(mǎn)土艙，與此同時(shí)，螺旋輸送機(jī)排土。掘進(jìn) 過(guò)程中始終維持掘削土量與排土量相等來(lái)確保掘削面的穩(wěn)定及防止地下水的滲 入。即確保盾構(gòu)掘進(jìn)的順利正常進(jìn)行。3. 適用地層的范圍復(fù)合盾構(gòu)適用的地層范圍是硬巖、軟巖、硬土、軟土及上述巖、土的復(fù)合 層。1.5.3 施工注意事項(xiàng)復(fù)合盾構(gòu)工法施工成敗的關(guān)鍵在于認(rèn)真地作好掘進(jìn)管理，實(shí)現(xiàn)信息化施工。掘進(jìn)管理包括掘削面的狀態(tài)管理 ( 土壓、水

26、壓、推力、扭矩、推進(jìn)量、排土量、 注入土艙的泥漿的質(zhì)量、背后注漿量等等 ) ；隧道中心軸線的偏移量；一次襯砌 的拼裝質(zhì)量；背后注漿的狀況及地層變形的狀況等。下面重點(diǎn)介紹施工中一些 值得注意的事項(xiàng)。硬因應(yīng) ,1 刀具更換在巖層中施工時(shí)，如果盾構(gòu)刀具受損，則可對(duì)土艙施加氣壓，作業(yè)人員入 艙更換刀具。更換刀具時(shí)要選擇土體自立性好的層段進(jìn)行，最好選擇全斷面均 為巖層的區(qū)段。在軟土層或粘度較高的礫質(zhì)粘土層中施工時(shí)，應(yīng)盡可能不使用滾刀，同時(shí) 增加刀盤(pán)的開(kāi)口率。在強(qiáng)度較高的風(fēng)化巖中施工時(shí)應(yīng)及時(shí)安裝滾刀；在強(qiáng)底較低的風(fēng)化巖中施 工時(shí)，應(yīng)安裝 T 型刀具或超前刀具。2 盾構(gòu)在不同地層分界面處的施工盾構(gòu)由軟土層進(jìn)

27、入全斷面巖層，即由土壓平衡態(tài)向氣壓或不加壓態(tài)過(guò)渡時(shí)， 除適當(dāng)降低土壓設(shè)定值，增加同步注漿量、調(diào)整各區(qū)域油壓差以及改變盾構(gòu)千 斤頂?shù)暮狭ξ恢猛?，還應(yīng)放慢推進(jìn)速度。盾構(gòu)由全斷面巖層進(jìn)入軟土層，即由氣壓方式或不加壓態(tài)，向土壓平衡態(tài) 過(guò)渡時(shí)，除適當(dāng)提高土壓設(shè)定值，減少同步注漿量外，還應(yīng)提高盾構(gòu)與設(shè)計(jì)軸 線的相對(duì)坡度，調(diào)整各區(qū)域油壓差改變盾構(gòu)千斤頂?shù)暮狭ξ恢煤头较?，提高?進(jìn)速度。3 盾構(gòu)穿越斷裂帶的施工 施工前應(yīng)確切地掌握斷裂帶的分布狀態(tài)，視實(shí)際情況對(duì)隧道頂部以上的 斷裂帶土層進(jìn)行加固。 盾構(gòu)切口切入斷裂帶時(shí)，應(yīng)考慮盾構(gòu)正前方巖土性質(zhì)的變化，對(duì)盾構(gòu)姿 態(tài)和出土量等參數(shù)作相應(yīng)調(diào)整，以防止盾構(gòu)產(chǎn)生下傾、上

28、仰。為了抑制沉降和 斷裂帶涌水的不利影響，應(yīng)及時(shí)實(shí)施同步注漿。 盾構(gòu)穿越后，為確保隧道穩(wěn)定，防止斷裂帶向盾構(gòu)切口涌水，必須及時(shí) 的向隧道外周的斷裂帶土層進(jìn)行背后注漿，以便切斷向切口的涌水通路。 配備抽水泵及時(shí)抽去盾構(gòu)掘削面上的積水，確保盾構(gòu)高速掘進(jìn)，嚴(yán)格控制螺旋輸送機(jī)閘門(mén)的開(kāi)度，避免噴涌造成的地層沉降。4盾構(gòu)在巖層中的施工合理利用超挖刀和中折千斤頂，以達(dá)到糾偏效果和控制盾構(gòu)機(jī)的的姿態(tài)。孤石處理 : 孤石出現(xiàn)后立即停止推進(jìn)并鎖定千斤頂，防止盾構(gòu)后退。若前方地層的自立性好，則先清空土艙內(nèi)的泥土并建立氣壓平衡，隨后作業(yè)人員 通過(guò)人行閘進(jìn)入土艙，對(duì)孤石進(jìn)行粉碎；若地層自立性差或根本不能自立，則 需先對(duì)

29、土體進(jìn)行加固處理，隨后方可允許作業(yè)人員進(jìn)艙工作。5 刀盤(pán)泥餅的形成及防止當(dāng)在裂隙水豐富且塑性較大的風(fēng)化巖中掘時(shí)，若盾構(gòu)土艙設(shè)定壓力過(guò)高， 經(jīng)切削破碎后的風(fēng)化巖與裂隙水混合，經(jīng)刀盤(pán)碾壓極易在刀盤(pán)正面及土艙內(nèi)壁 上形成粘附泥餅，從而致使刀盤(pán)的切削效率大降，刀盤(pán)扭矩、推力大增，設(shè)備 故障率大增。為了防止泥餅的產(chǎn)生，通常采用下列措施： 土艙內(nèi)水、土、氣壓力設(shè)定值不宜過(guò)高，應(yīng)設(shè)法減少刀盤(pán)與正面巖土的 擠壓應(yīng)力。 采取壓發(fā)泡劑等措施切斷裂隙水的通道，防止地層中的裂隙水涌入。 合理布設(shè)刀盤(pán)刀具，遇到塑性大在，裂隙水豐富的風(fēng)化巖土?xí)r，應(yīng)及時(shí) 拆除滾刀。 向刀盤(pán)正面壓注一定量的發(fā)泡劑或潤(rùn)滑水，減小刀盤(pán)與正面土體

30、的碾磨力，同時(shí)還可增加破碎土的塑流性。 在土艙內(nèi)加以適當(dāng)?shù)臍鈮?，提高螺旋輸送機(jī)的排土能力。2泥水平衡盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理2.1泥水盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定機(jī)理及適用土層范圍9。當(dāng)盾泥水加壓式盾構(gòu)幵挖面土體是依靠泥水壓力對(duì)幵挖面上的水土壓力發(fā)揮平 衡作用以求得穩(wěn)定。泥水壓力主要是在掘進(jìn)中起支護(hù)作用，其原理見(jiàn)圖構(gòu)底部處于地下水位以下的深度為H時(shí)，其水壓力為 水H，而在盾構(gòu)正面密封艙（即泥水壓力室）底部的泥水壓力為泥（H + h），由此可見(jiàn)地下水壓力小于泥水壓力。因此在盾構(gòu)正面密封艙內(nèi)通入高于地下水位h的泥水，則在幵挖面任何一點(diǎn)y處的地下水壓力為 水y，泥水壓力 泥（y+ h ）。一般情況下 h取2m, 而泥大于水

31、，開(kāi)挖面任何一點(diǎn)的泥水壓力總是大于地下水力，從而就形成了 個(gè)向外的水力梯度，這是保持幵挖面穩(wěn)定的基本條件。此外，由于泥水中的粘粒受到上述壓力差作用在幵挖面形成一層泥膜，對(duì) 提高幵挖面的穩(wěn)定性起到極其重要的作用，尤其在均勻系數(shù)較小的砂層中的穩(wěn) 定作用尤為顯著。泥水的容重隨土層的不同而變化，在粘性土中容重可小一些,土 質(zhì)KN/m3粘性土（亞粘土、輕亞粘土）1.03-1.05砂性土 （粉砂、亞砂土）1.03-1.05細(xì)砂、中砂（含有粉粒及粘粒）1.05-1.06中粗砂（含有多少量粉粒）1.07-1.10砂礫（含有少量粉粒）1.08-1.12表4在砂層或砂礫層中容重要大一些，見(jiàn)表4。圖9泥水加壓盾構(gòu)作

32、用原理泥水容重參考值當(dāng)盾構(gòu)停止掘進(jìn)時(shí)，幵挖面切削土層的大刀盤(pán)便停止轉(zhuǎn)動(dòng)及進(jìn)土，變成為 一個(gè)大型的正面支撐板，對(duì)幵挖面保護(hù)穩(wěn)定是有利的。隨著泥水加壓盾構(gòu)施工技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)泥水加壓盾構(gòu)幵挖面穩(wěn)定的理論 亦隨著深化和發(fā)展。2.1.1 開(kāi)挖面穩(wěn)定機(jī)理2.1.1.1 泥模形成機(jī)理泥水加壓盾構(gòu)是通過(guò)在支承環(huán)前面裝置隔板的密封艙中，注入適當(dāng)壓力的 泥漿，使其在幵挖面形成泥膜，支承正面土體，并由安裝在正面的大刀盤(pán)切削 土體表層泥膜，與泥水混合后、形成高密度泥漿，然后由排泥泵及管道把泥漿 輸送到地面處理。整個(gè)過(guò)程是通過(guò)建立在地面中央控制室內(nèi)的泥水平衡自動(dòng)控 制系統(tǒng)統(tǒng)一管理。在泥水平衡的理論中，泥膜的形成是至關(guān)

33、重要的，當(dāng)泥水壓力大于地下水 壓力時(shí)，泥水按達(dá)西定律滲入土壤，形成與土壤間隙成一定比例的懸浮顆粒, 被捕獲并積聚于土壤與泥水的接觸表面，泥膜就此形成。隨著時(shí)間的推移，泥 膜的厚度不斷增加，滲透抵抗力逐漸增強(qiáng)。當(dāng)泥膜抵抗力遠(yuǎn)大于正面土壓時(shí), 產(chǎn)生泥水平衡效果。2.1.1.2泥膜形成基本要素從泥水平衡理論中可以看出，在泥水加壓式盾構(gòu)法施工中，盡快形成不滲 透泥膜是一個(gè)相當(dāng)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。然而，要形成泥膜必須滿(mǎn)足下列四項(xiàng)基本條件。(1)泥水最大粒徑-泥水最大顆粒粒徑對(duì)泥膜形成的效果有很大影響。根 據(jù)土層滲透系數(shù) K和的不同要求，泥水最大顆粒粒徑亦不同，它們之間必需相 互匹配，其關(guān)系見(jiàn)表5表5泥水最大粒徑

34、與K值關(guān)系參表土層名稱(chēng)地層滲透系數(shù)k(cm/s)泥水最大粒徑(mm)粗砂1 9X 1010.84-2中砂1 9X 100.42-0.84細(xì)砂1 一21 9X 100.074-0.42粉1 9X 103 0.074(2)顆粒級(jí)配-顆粒級(jí)配對(duì)泥膜形成具有很大的影響，最佳的泥水顆粒徑分布形式必須通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。(3)泥水深度-泥水深度提高能使泥水屈服值升高，同時(shí)能使泥膜的穩(wěn)定 性增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)證明高密度的泥水可以產(chǎn)生高質(zhì)量的泥膜。(4)泥水壓力 雖然滲透體積隨泥水壓力上升而上升，但它的增加量遠(yuǎn)小于 壓力的增加量，而增加泥水壓力將提高作用于幵挖面的有效支承壓力，因此, 開(kāi)挖面處在高質(zhì)量泥水條件下，增加

35、泥水壓力會(huì)提高開(kāi)挖面的穩(wěn)定性。2.1.1.3掘進(jìn)速度與泥膜的關(guān)系泥水加壓盾構(gòu)處于正常掘進(jìn)狀態(tài)時(shí)，刀頭并不直接切削土體，而是對(duì)刀盤(pán) 正面已形成的泥膜進(jìn)行切削，在切削后的一瞬間，又形成了下一層泥膜，由于 盾構(gòu)刀盤(pán)轉(zhuǎn)速是一定值，而且盾構(gòu)推進(jìn)速度最大能力又受到一定限制，因此掘 進(jìn)速度只和切入土體的深度有關(guān)，而和泥膜無(wú)關(guān)。但是當(dāng)泥水加壓式盾構(gòu)在不正常掘進(jìn)狀態(tài)時(shí)，特別當(dāng)泥水質(zhì)量和切口水壓 達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，泥膜需經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才能形成，這樣就約束了掘進(jìn)速度。高質(zhì)量泥水形成泥膜的時(shí)間為1-2秒。2.1.2 開(kāi)挖面穩(wěn)定的判斷方法泥水加壓式盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中，泥水不斷循環(huán)，幵挖面的泥膜因受大刀盤(pán) 的切削而處在形成一

36、破壞一形成的過(guò)程中。由于地層的變化等因素，幵挖面的 平衡是相對(duì)的，為保持幵挖面的穩(wěn)定，在泥水加壓式盾構(gòu)掘進(jìn)施工幵挖面穩(wěn)定 就成為重要的管理項(xiàng)目之一，它直接影響著隧道施工質(zhì)量。合理地進(jìn)行泥水管 理、切口水壓管理和同步注漿管理控制每環(huán)掘削量是幵挖而穩(wěn)定的必要保證。由于泥水加壓式盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中，開(kāi)挖面充滿(mǎn)泥水，泥水室前側(cè)是切削刀盤(pán)， 后側(cè)是密封隔墻，四周是盾構(gòu)，殼體施工操作人員是不可能用肉眼直接觀察到 開(kāi)挖面穩(wěn)定狀況。為此，通常采用下述方法對(duì)開(kāi)挖面穩(wěn)定狀況進(jìn)行判斷。2.1.2.1 土砂量掘削控制1)根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行理論性的每環(huán)掘削量土砂計(jì)算所求得的理論掘削量將作為控制每環(huán)實(shí)際掘削土砂量的大致目標(biāo)。

37、2)實(shí)際掘削土砂量實(shí)際掘削土砂量是通過(guò)中央控制室的掘進(jìn)管理系統(tǒng)，直接顯示在計(jì)算機(jī)屏 幕上，它能較真實(shí)的反映實(shí)際掘削過(guò)程中的掘削土砂量。但由于設(shè)置在泥水輸 送管路系統(tǒng)中用經(jīng)測(cè)定泥水密度和泥水流量的密度計(jì)、流量?jī)x等儀器的差，使 實(shí)際掘削土砂量因測(cè)量精度而產(chǎn)生誤差。為了將系統(tǒng)誤差縮小到最低 ( 挖掘在測(cè)量?jī)x表正常精度范圍內(nèi) ) ，需在旁路 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，定期檢查校正設(shè)備。(3)實(shí)際掘削土砂量 W(干砂量)與偏差流量 q的關(guān)系偏差流量 q瞬時(shí)計(jì)算式式中：q 偏差流量 (m3/min)A 盾構(gòu)刀盤(pán)面積 (m2)V S 推進(jìn)速度 (m/min)Q0 進(jìn)泥流量 (m3/min)Q1排泥流量 (m3/min)上式變

38、換可得到排泥流量計(jì)算式由此可見(jiàn)，實(shí)際掘削量 W (干砂量)與偏差流量q的關(guān)系，偏差流量為正值時(shí)，盾構(gòu)處于“超挖”狀態(tài)，干砂量比砂量比標(biāo)準(zhǔn)值大：偏差流量為負(fù)值時(shí)，盾構(gòu)處于“溢水”狀態(tài)，干砂量比標(biāo)準(zhǔn)值小。(4) 掘削量的判斷方法每掘進(jìn) 50-100 環(huán)后，統(tǒng)計(jì) 10-50 環(huán)泥水質(zhì)量較好、每環(huán)掘進(jìn)后盾構(gòu)切口上 方地面沉降量較小的掘削量，并將統(tǒng)計(jì)值輸入計(jì)算機(jī)。在掘進(jìn)過(guò)程中，動(dòng)態(tài)觀 測(cè)本環(huán)掘削量曲線與統(tǒng)計(jì)曲線的變化情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)掘削量過(guò)大時(shí)，應(yīng)立即檢查泥水密度、粘度和切口水壓。此外，也 可以利用探測(cè)裝置，調(diào)查土體坍塌情況，在查明原因后應(yīng)及時(shí)調(diào)整有關(guān)參數(shù)， 確保開(kāi)挖面穩(wěn)定。2.1.2.3 溢水量檢查泥水質(zhì)

39、量的好壞將直接影響泥膜形成的時(shí)間和開(kāi)挖面的穩(wěn)定。溢水量是測(cè) 定泥水漿液質(zhì)量的一個(gè)較好的方法。在延安東路南線隧道泥水盾構(gòu)施工中認(rèn)為 較好質(zhì)量不泥水溢水量為6.2 A (l/m2 h)，A為掘削斷面積m2。當(dāng)掘削停止時(shí)，中央控制室觀測(cè)單位時(shí)間內(nèi)的累計(jì)值，如果泥水溢水量大 于6.2A (l/m2 h),則應(yīng)檢查泥水質(zhì)量和管路系統(tǒng)泥漿情況。3利用探測(cè)裝置進(jìn)行土體崩塌檢查 為保證開(kāi)挖面穩(wěn)定，有必要利用安裝在盾構(gòu)頂部的探測(cè)裝置定期進(jìn)行檢查，判斷盾構(gòu)前上方的土體有無(wú)松動(dòng)。一般要求每天進(jìn)行23次的檢查，并做好探測(cè)記錄。如發(fā)現(xiàn)土體有可能崩塌時(shí)， 應(yīng)首先對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析， 并適當(dāng)增加泥水密度和進(jìn)行泥水循環(huán)。

40、2.1.2.4 地表沉降與信息反饋地表沉降也是反映盾構(gòu)正面穩(wěn)定的一個(gè)方面。因此需要在盾構(gòu)掘進(jìn)沿途布置沉降測(cè)點(diǎn)， 跟蹤測(cè)量因盾構(gòu)掘進(jìn)而引起的地表的沉降情況。 一般每天需對(duì)盾構(gòu)前1020m盾構(gòu)后3050m軸線區(qū)域內(nèi)的各沉降點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)，也應(yīng)對(duì)3050m以后的各點(diǎn)進(jìn)行定期測(cè)量，直至沉降穩(wěn)定上為止。開(kāi)挖面不穩(wěn)定而產(chǎn)生的地表沉降往往發(fā)生在盾構(gòu)切口前方， 這時(shí)應(yīng)檢查泥水質(zhì)量及切口水壓。 當(dāng)盾構(gòu)后方發(fā)生較大沉降時(shí)， 多數(shù)是由于同步注漿不足所致，這時(shí)應(yīng)提高同步注漿率，改善產(chǎn)注漿效果。5. 開(kāi)挖面水壓信號(hào)檢查 在檢查開(kāi)挖面水壓時(shí)，應(yīng)注意檢查開(kāi)挖面水壓信號(hào)傳感器，有時(shí)會(huì)因?yàn)楣苈范氯绊懻２杉瘮?shù)據(jù)。2.1.

41、3 適當(dāng)土層范圍泥水加壓盾構(gòu)最初是在沖積粘土和洪積砂土交錯(cuò)出現(xiàn)的特殊地層中使10所表用，由于泥水對(duì)開(kāi)挖面的作用明顯，因此在軟弱的淤泥質(zhì)土層、松動(dòng)的砂土層、砂礫層、卵石砂礫層、砂礫和堅(jiān)硬土的互層等地層中均適應(yīng)，圖示的是適應(yīng)于泥水加壓盾構(gòu)的地質(zhì)和 N值的關(guān)系。圖 10 泥水加壓盾構(gòu)的適應(yīng)地層目前泥水加壓盾構(gòu)工法對(duì)地層的適用范圍正不斷擴(kuò)大， 即使處于惡化的施工環(huán)境和存在地下水等的不良條件下，由于有相應(yīng)的處理方法，因而被認(rèn)為幾乎能適應(yīng)所有的地層?，F(xiàn)就下列不同土質(zhì)，從經(jīng)濟(jì)而又安全地掘削施工方面作一比較。2.1.3.1. 粘性土層粘土礦物相互間電化學(xué)結(jié)合面形成的粘性土層，近似變質(zhì)了瓊膠塊關(guān)體、所以由泥水比

42、重和加壓帶來(lái)的力就容易形成對(duì)開(kāi)挖面的穩(wěn)定，不論粘性土層的狀態(tài)如何、都適應(yīng)于用泥水加壓盾構(gòu)工法施工的地層，日本的沖積層和洪積層的兩層粘性土層，在敞開(kāi)型盾構(gòu)工法中，因開(kāi)挖面敞開(kāi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起的開(kāi)挖面坍塌和彈塑性變形，是很能難防止地面下沉的。密閉型盾構(gòu)工法，因周?chē)馏w受到擾動(dòng)而造成的地面沉降較大，泥水加壓盾構(gòu)在加壓時(shí)，又用刀盤(pán)作圓周切削可解決上述地表沉降的問(wèn)題，因而泥水加壓構(gòu)是最適當(dāng)?shù)?。同時(shí)泥水加壓盾構(gòu)也適用 超出密閉型盾構(gòu)使用范圍的 （ 由于粘性、液性界限和砂的比例等 ）粉砂土及粘土層。2.1.3.2. 砂層不含水的砂層由于漏漿，就不能保持住對(duì)開(kāi)挖面的加壓和穩(wěn)定。通常，在含有某一數(shù)量的粉砂土、粘土

43、的沖積層中，幾乎都有一定的含水量，全部都是細(xì)砂的地層是少見(jiàn)的，干燥的松弛砂也很少有，由于砂層內(nèi)摩擦角有許多是在280左右、所以大部分可用泥水加壓來(lái)保持開(kāi)挖面的穩(wěn)定。松馳的含水量多的砂量，在其它盾構(gòu)工法中是很難保持土層穩(wěn)定，采用泥水加壓盾構(gòu)并提高其泥水比重、粘度和壓力是適用的。2.1.2.3. 礫石層顆粒級(jí)配組成好的密實(shí)礫石層開(kāi)挖面是穩(wěn)定的，沒(méi)有必要采用泥水加壓盾構(gòu)。但是對(duì)于水分多、不含有作為粘合劑的粉砂土及粘土等，相撞時(shí)會(huì)發(fā)出嘎拉嘎拉響聲的礫石層和有大直徑的礫石層，若不實(shí)行任何措施，就會(huì)發(fā)生開(kāi)挖面塌方的事故。因此安裝礫石破碎裝置和排礫裝置，增加了泥水加壓盾構(gòu)的適用場(chǎng)合。當(dāng)使用泥水時(shí)，開(kāi)挖面的穩(wěn)

44、定就容易保持。在有地下水可能涌出的場(chǎng)合下，管片不再是不能進(jìn)行拼裝了。但若不詳細(xì)地調(diào)查礫石層顆粒級(jí)配組成、地層變動(dòng)情況、地下水涌出量、流量以及礫石的嚙合等狀況，則是否需要采用泥水就值得考慮了。2.1.3.4. 貝殼層貝殼層很難稱(chēng)為一種土層、但含有水存在于土體中的貝殼很多，同上述礫石層一樣更加堅(jiān)硬，開(kāi)挖面很難穩(wěn)定，但使用泥水并用大刀盤(pán)挖土就可以成為能適應(yīng)的地層。除巖層以外，泥水加壓盾構(gòu)能適于各類(lèi)地質(zhì)的土層，對(duì)開(kāi)挖面難以穩(wěn)定的土質(zhì)特別有效，除地層 （ 含水） 因素以外，還能克服地面條件和其它地下條件的因素所造成的種種困難而取得成效，譬如上部是河或海等有水體的地方；有道路、建筑物的地方；有土中埋設(shè)物和

45、地下結(jié)構(gòu)物的地方，適合于要減少沉降的地方等。在這些場(chǎng)所采用泥水加壓盾構(gòu)，無(wú)論在工法上還是經(jīng)濟(jì)上都是有效的，見(jiàn)表 5 吧。盾構(gòu)選型參考表O原則上通用應(yīng)用時(shí)需要探討條件盾構(gòu)型式手掘式盾構(gòu)半機(jī)械機(jī)械挖掘機(jī)敞開(kāi)型密閉型挖掘盾構(gòu)一般泥水加壓土壓系土質(zhì)軟弱粘性土 硬質(zhì)粘性土 松弛砂質(zhì)土 密實(shí)砂質(zhì)土 礫石土 含漂礫土 泥巖層OOOOOOOOOOOOOOOOOOO對(duì)地質(zhì)和地下水 的適應(yīng)性容易應(yīng)付地質(zhì) 的變化，對(duì)于地 下水涌出和塌 方可預(yù)先采取 地基處理工法、 降低地下水位、 氣壓工法等措 施最適合于軟弱粘 性土。粘土、粉砂 土在70%以上。液 壓性指數(shù)為90-200。粘聚力以20.5km/cm為大致目標(biāo)幾乎同

46、手掘敞開(kāi)型盾構(gòu)相同幾乎同手掘敞開(kāi)型盾 構(gòu)類(lèi)似.并有利于開(kāi)挖 面的穩(wěn)定和施工效率 的提高。同樣為穩(wěn)定開(kāi) 挖而需兼用各種處理 工法措施對(duì)地質(zhì)應(yīng)付.特別適于滯 水砂層和其它工法無(wú)法 對(duì)付的場(chǎng)合很難處理礫石、漂石.在非滯水處需要加水加泥基地需要排放土砂 設(shè)備、豎井、器 材設(shè)備堆放場(chǎng) 地排出土方需要吊 裝運(yùn)輸設(shè)備.廢土 作為工業(yè)垃圾，需 要進(jìn)行處理和手掘敞開(kāi)型相 同和手掘敞開(kāi)型相同需要有設(shè)置泥水處理設(shè) 備用地和密閉型相同開(kāi)挖面障礙物作業(yè)面多，容易 處理卵石、樁等極難應(yīng)付.但可改 為敞開(kāi)型構(gòu)造.對(duì) 于開(kāi)挖面穩(wěn)定的 處理工法可另行 安排和手掘敞開(kāi)型相 同敞開(kāi)型時(shí)場(chǎng)地大容易 對(duì)付。但密閉型時(shí)對(duì)開(kāi) 挖面穩(wěn)定要另

47、行處理因?yàn)槭敲荛]型對(duì)開(kāi)挖面 穩(wěn)定的處理需要安排其 它工法同泥水加壓相同曲線施工可以對(duì)前面開(kāi) 挖面施工.也易 轉(zhuǎn)彎?rùn)M向反力系數(shù)小.有時(shí)難轉(zhuǎn)彎和手掘敞開(kāi)型相 同采用中間折雙雙疊式、 超挖刀、阻力板等措施宛如在泥水中浮游的狀態(tài)，方向易保持.不需要特別措施和密閉型相同，曲線 段施工較難施工速度由于是人力掘 肖所經(jīng)施工速 度慢，并且受后 方設(shè)備多的影 響，必須進(jìn)行充 分探討不需要掘削、但工 期長(zhǎng)，由于呈泥土 化，存在運(yùn)輸問(wèn)題掘削、堆放速度 快、但受后方設(shè)備 左右因?yàn)槭菣C(jī)械掘削，效率 高，但和后方設(shè)備的平 衡至關(guān)重要掘削效率高，搬運(yùn)快，但受處理設(shè)備左右需要一般的機(jī)械掘 削和密閉型兩方面 性能作業(yè)環(huán)境兒乎都

48、帶有氣 壓，為高壓下作 業(yè)，泥漿作業(yè) 多，擔(dān)心缺氧和 高壓障礙兼用氣壓少，環(huán)境 好，但泥漿作業(yè)和 手掘敞開(kāi)式相同和手掘敞開(kāi)型相同和手掘敞開(kāi)型相同不需要?dú)鈮?，棄土呈流體 輸送，所以場(chǎng)地大，安全 性能高，作業(yè)環(huán)境好。不要?dú)鈮旱菪龣C(jī) 大，泥漿多，場(chǎng)地狹。 由于泥漿多存在安 全問(wèn)題施工管理將遮板貫入土 體，在它下面安 全掘削。用活動(dòng) 罩，半月形面板 千斤頂進(jìn)行擋 土,盾構(gòu)下部的 部分土留下?lián)?土、推進(jìn)適當(dāng)?shù)毓芾黹_(kāi)口 率和推力。謀求地 基的隆起、沉降和 推力、開(kāi)口率的平 衡。由于盾構(gòu)周?chē)?的土被擾動(dòng)，須要 作再注漿等處理和手掘敞開(kāi)型無(wú) 多大差異。由于推 進(jìn)快，所以開(kāi)挖面 敞開(kāi)時(shí)間短土量的檢查是依照泥

49、漿等掘削土是由密度計(jì)、流量 計(jì)進(jìn)行自動(dòng)檢查。自動(dòng)操 作推力、扭矩。要進(jìn)行泥 水壓力、比重等管理，以 保證開(kāi)挖面穩(wěn)定。自動(dòng)進(jìn) 行進(jìn)行泥水管理要檢查土量，進(jìn)行對(duì) 土壓和推力，掘削推 力和排土量等的管 理。檢查扭矩經(jīng)濟(jì)性盾構(gòu)價(jià)格較便 宜，但推進(jìn)慢， 人工費(fèi)高，氣壓 及其它費(fèi)用大盾構(gòu)價(jià)格便宜，但 需要作泥土處理、 搬運(yùn)、棄土，還需 要處理周?chē)鷶_動(dòng)掘削機(jī)裝備渣機(jī) 部分手掘式貴，但 推進(jìn)，棄土同手掘 敞開(kāi)型一樣盾構(gòu)價(jià)格是手掘敞開(kāi) 型2倍經(jīng)上，但長(zhǎng)距離 時(shí)是有利的，作業(yè)人員 也少盾構(gòu)價(jià)格是機(jī)械盾構(gòu)的1.5倍以上。當(dāng)距離有1km 以上時(shí)，和共它工法無(wú)差 異盾構(gòu)比泥水加壓更 貴，但處理設(shè)備少， 掘削土為泥土化，

50、所 以需要處理費(fèi)、2.2 泥水盾構(gòu)掘進(jìn)工況2.2.1 旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)2.2.1.1 旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)的切削方式和構(gòu)造形狀 切削方式切削方式通常有下圖三種，見(jiàn)圖24。其中回轉(zhuǎn)切削方式的結(jié)構(gòu)緊湊，因其易于調(diào)整側(cè)向傾斜，一般多采用這種方式。圖 11 泥水盾構(gòu)常用切削方式2.2.1.2 構(gòu)造形狀般根據(jù)施工要求和土質(zhì)條件確定構(gòu)造形狀。幅條形狀可減少切削時(shí)的實(shí)際扭矩，便于將土砂排出。面板形狀對(duì)工作面的支護(hù)及工作面保存注 漿材料有效。刀盤(pán)前端的形狀分為中心凸出、全部凸出。凹陷等數(shù)種，選 用時(shí)應(yīng)根據(jù)工作面的穩(wěn)定條件來(lái)決定。在含有大礫石的地層中，要注意由 于形狀不同會(huì)產(chǎn)生耐磨耗程度不同的問(wèn)題。(1) 旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)支承方式旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)

51、在支承構(gòu)造上主要有兩大方式：中心支承方式和周邊支承方式。滾筒刀支承方式見(jiàn)圖 12，中心周邊支承方式見(jiàn)圖13，中心支承方式的泥水加壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)見(jiàn)圖 14、圖 15,周邊支承方式的泥水加壓平衡 盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)見(jiàn)圖 16,圖 17。圖 12 滾筒力支承方式圖 13 中心周邊支承方式圖14中心支承方式6.15m泥水加壓平衡盾圖15中心支承方式10.02m泥水加平衡盾構(gòu)圖16周邊支承方式3.97m泥水加壓平衡盾構(gòu)圖17周邊支承方式6.75m泥水加壓平衡盾構(gòu)根據(jù)各自特征、幵挖面狀況、土質(zhì)以及礫徑等可選擇相應(yīng)支承方式使用。這兩種支承方式的主要特征比較如表6旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)的兩種支承方式比較中心支承式周邊支撐式掘進(jìn)時(shí)

52、泥水室內(nèi)的泥水狀態(tài)由于是屬單板大刀盤(pán)形式、上、下 部泥水混合有困難，所以上、下部 的泥水比重不同由于大刀盤(pán)內(nèi)側(cè)有料斗，能將下部 的土砂揚(yáng)起，上下部泥水濃度相 同，并高于送泥水濃度，對(duì)開(kāi)挖面 穩(wěn)定有利停止時(shí)泥水室內(nèi)的泥水狀態(tài)從臨近盾構(gòu)頂部處送入泥水、需防止頂部土體塌方由于送泥管位于中心部位，頂部泥 水比重隨時(shí)間推移而降低，對(duì)穩(wěn)定 不利排泥水管堵塞排泥水管易形面較陡坡度，較易堵 塞排泥水管在中心呈水平布置， 不易 堵塞用攪拌機(jī)檢測(cè)開(kāi)挖面塌方低速轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌機(jī)，通過(guò)力矩變化來(lái) 檢測(cè)開(kāi)挖面塌方情況由于攪拌機(jī)靠近中心位置，不能檢 測(cè)排除障礙物盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)內(nèi)有效空間小，困難盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)內(nèi)中心部位空間大，可 以去除

53、障礙物等礫石處理盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)內(nèi)設(shè)置礫石處理裝置 有困難，設(shè)置在機(jī)外可以在盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)內(nèi)設(shè)置粉碎機(jī)，滾動(dòng)篩、鐵柵篩等大刀盤(pán)滑板裝置因?yàn)槭禽S，能安裝大刀盤(pán)的滑板裝 置，可根據(jù)土質(zhì)作調(diào)節(jié)構(gòu)造上有困難粘性土的粘附為使粘性土不致粘附在大刀盤(pán)上， 可以安裝高壓水等沖水等沖洗裝 置土易粘附在向上提升的葉片或料 斗上，須要考慮用送泥管等清洗變換成機(jī)械掘削式盾構(gòu)難出土可以輕易地變更轉(zhuǎn)矩?fù)p失由機(jī)械阻力（軸承，密封）損失的轉(zhuǎn) 矩小由機(jī)械阻力損失的轉(zhuǎn)矩大。由泥水 壓力產(chǎn)生的徑向荷載大，轉(zhuǎn)動(dòng)損耗 大密封件壽命因密封件滾動(dòng)距離小，壽命長(zhǎng)因密封件滾距離大，壽命短此外，尚有中間支承方式。這種中間支承方式特征是在強(qiáng)度方面均衡, 多

54、用大中直徑的盾構(gòu)中。如日本東京灣海底隧道泥水盾構(gòu)的刀盤(pán)支承方 式，根據(jù)下述條件，采用了中間支承方式:外徑為14.14m大直徑盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī);-由于掘削的土層多數(shù)是洪積性的粘性土土層，事先采用能防止土砂在倉(cāng)內(nèi)粘附滯留的形式；能承受作用在刀盤(pán)上的偏心荷重所產(chǎn)生的扭矩；地鐵復(fù)線級(jí)以上的泥水盾構(gòu)都采用中間支承方式，并有大直徑盾構(gòu)用支承方式的實(shí)績(jī)；刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)方式采用在效率上、噪音方面及坑內(nèi)溫度等作業(yè)環(huán)境上有利的電驅(qū)動(dòng)方式。18。考慮到上述幾點(diǎn)因素，配置了能充分承受外壓的結(jié)構(gòu)及材料。中間支承方式 14.14m 泥水加壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)見(jiàn)圖圖 18 中間支承方式 14.14m 泥水加壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)對(duì)于泥水盾構(gòu)直徑 7m 左右的刀盤(pán)中間支承方式，通常有多種。除與 土質(zhì)等因素有關(guān)外，還與粒徑有關(guān)。日本大川隧道泥水盾構(gòu)施工的地層中除混雜有粘性土外，根據(jù)鉆探結(jié)果砂礫層中的礫徑30mm左右，約按3倍 取值，按最大礫徑lOOmn來(lái)作定中間支承方式。參見(jiàn)圖。圖 19 7.15m 泥水盾構(gòu)刀盤(pán)中間支承方式在采用中間支承方式時(shí)，為防止粘土在土倉(cāng)內(nèi)粘附，應(yīng)事先