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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，根據需要在其中注入改良材料，用適當的土壓力確保開挖面的穩定性。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定需要的狀態。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和盾構的推進速度進行控制，達到平衡狀態，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定，要適當地維持壓力艙壓力。一般，如果土倉壓力不足，發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定為目的而使用主動土壓力。

(3)掌握開挖面的穩定狀態，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控制;

②用盾構千斤頂的推進速度控制;

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、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生變化，所以要恰當地掌握排土量是比較困難的。另外，作為排土，其狀態可在半固體狀態到流體狀態之間變化，其性狀是各種各樣的。因此，僅單獨根據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的方法或從螺旋排土器轉數等進行推算。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的方法是一種粗略式的估計，由于應用簡便，在現場使用較多。

(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，以獲得穩定而合適的支撐壓力值，使掘進機的工作處于最佳狀態。當通過調節螺旋輸送機的轉速仍不能達到理想的出土狀態時，可以通過改良渣土的塑流狀態來調整。

(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。

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、地表環境、施工監測結果、盾構姿態以及始發階段的經驗，設定盾構刀盤轉速、掘進速度和土倉壓力等掘進參數。

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

(4)應根據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。

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據，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。 這一方法也可用來推斷圍巖的地質變化，為此要對前幾環的偏差流量和開挖干砂量進行統計計算。

(四)泥水處理系統和倉內破碎技術

(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利用。

(2)泥水加壓盾構維持開挖面穩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，并應根據掘進狀況進行調整和控制。

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

(3)應根據隧道工程地質與水文地質條件、隧道埋深、線路平面與坡度、地表環境、施工監測結果、盾構姿態和盾構始發階段的經驗，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。

(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，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，應對上一襯砌環面進行清理。

(2)應控制盾構推進千斤頂的推力和行程，并應保持盾構姿態和開挖面穩定。

(3)應根據管片位置和拼裝順序，逐塊依次拼裝成環。

(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)對已拼裝成環的襯砌環應進行橢圓度抽查。

(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)當在聯絡通道等特殊位置拼裝管片時，應根據特殊管片的設計位置，預先調整盾構姿態和盾尾間隙，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，應根據所建工程對隧道變形及地層沉降的控制要求來確定。根據工程地質條件、地表沉降狀態、環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境影響的措施。

五、隧道姿態控制

線形控制的主要任務是通過控制盾構姿態，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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