土压平衡盾构施工技术

土压平衡盾构施工技术

一、盾构施工法概述

1.盾构施工程序。盾构施工法与矿山法相比具有的特点是地

层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构保护下进行，因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。其主要施工程序为：建造盾构工作井；盾构机安装就位；出洞口土体加固处理；初推段盾构掘进施工；隧道正常连续掘进施工；盾构接收井洞口的土体加固处理；盾构进入接收井解体吊出。

2.盾构施工优点。盾构施工与矿山法施工具有以下优点：地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小；自动化程度高、劳动强度低、施工速度快；因隧道衬砌属工厂预制，质量有保证；穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时，周围可不受施工影响；穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候影响；对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全；在费用和技术难度上不受覆土深度影响。

二、盾构推进隧道施工

1. 掘进原理。盾构在粉质粘土、粉质砂土和砂质粉土等粘性土层中掘进施工时，由刀盘旋转切削下来的土体进入密封土仓后，可对开挖面地层形成被动土压力，与开挖面上的主动土压力相抗衡。使开挖面的土层处于稳定状态。当盾构推进时，启动螺旋输送器排

土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面地层始终处于稳定。排土量一般通过调节螺旋输送器转速和出土口装置予以控制。当地层含砂量超过某一限度时，因土的摩阻力大、渗透系数高、地下水丰富等原因，泥土塑流性将明显变差，密封仓内的土体可因固结作用而被压密，导致渣土难于排出，甚至形成泥饼而无法推进，而且单靠切削土提供的被动土压力，常不足以抵抗开挖面的水土压力。出现这种状况时，可向密封仓内注入水、泡沫、膨润土等，同时进行搅拌，以期适当改善仓内土体的塑流性，顺利排土。

2.轴线控制。盾构轴线的控制是盾构推进施工的一项关键技

术，怎样控制盾构能在已定空间轴线的允许偏差范围内是必须掌握的技术，在实际施工中盾构推进轴线控制不可能是理想的状况，轴线控制不佳状况除地质不均匀引起的正面阻力不均匀及隧道的平面和竖曲线要求外，往往是产生于人为因素，这是指施工不精心及对轴线控制操作技术水平不够两个原因，而后者占多数。

三、影响盾构轴线控制的原因

1. 地层土体对盾构产生的偏向。盾构在向前推进过程中将受

到盾构切口贯入土层的阻力、盾构正面阻力、盾构四周土体与盾构壳体间的摩阻力，盾构自重与下卧土层的摩阻力等组成。由于受到地层土质变化、隧道埋深变化、地面建筑物等因素，造成各种阻力不均匀的作用于盾构，从而导致盾构推进时偏向。

2. 盾构制作误差造成盾构推进轴线的偏向。圆形断面盾构是

中心对称的结构，这是对轴线控制极为有利的形式，但由于加工误

差使其外形并非正圆，导致盾构产生偏向。

3.已拼装成环的隧道对盾构推进轴线产生的影响。由于管片成环后与盾尾不同心，两者之间沿圆周的间隙大小不一，又由于管片轴线与盾构轴线在施工中是不一致的，形成了管片与盾壳局部处有接触现象，产生了摩阻力，这一阻力显然会影响盾构的推进轴线。

四、盾构轴线控制的原理

盾构推进的过程，是盾构轴线控制的过程，即阻碍盾构前进

的外力F外和盾构千斤顶合力F推（见图2-2 ）。是一对方向相

反，不作用于一直线上的力，形成一个力偶，起到控制盾构轴线的目的。所以说盾构推进的过程就是寻找F外作用位置的过程，

选择最理想的 e 来控制盾构推进轴线。

五、盾构推进轴线的控制方法

1. 盾构纵坡控制。盾构纵坡控制不单是调整盾构高程位置，还可以调正盾构和已成环管片之间顶部和下部间隙，以减少盾构对圆环的径向卡压及下一环管片拼装的困难。

（1）稳坡法。这种方法盾构推进中对地层扰动最小，是最佳控制方法。

（2）变坡法。盾构推进前应先观察盾构与管片上下的间隙情况，遇盾构上部已卡管片时则可采用先抬后压的纵坡控制所示，反之可用先压后抬的方法来控制。

由于操作人员的技术水平，对盾构的性能不熟，以及施工人

员思想不集中等原因，往往发生在一环距离的推进过程中，多次进

行纵坡起伏的调正。这是施工中最忌的方法，因为这种极不平稳的控制盾构推进轴线，对地层将产生最大的扰动，对地面建筑物危害很大，特别是当地层受到大扰动时，后期变形要有一个较长的时间，且变形量亦较大。

2. 左右两腰对称千斤顶伸出长度差值的控制。盾构平面轴线

的控制其含意及方法与纵坡控制相同，而不同的其一是控制对象，即盾构运动的轨迹方向不同，而两个轨迹面是两个相互垂直的面，另一点是表示形式不同，一般平面是采用比较容易的左右两腰千斤顶伸出长度差值来表示，也有用平面夹角表示。

（1）盾构推进阻力大小及合力作用位置的调整。上面所讲述的用盾构自身前进动力千斤顶来控制盾构推进轴线，是主动、积极的技术措施。当用千斤顶难以控制轴线时，可采用调整作用于盾构上的阻力大小及其合力的位置。对盾构阻力大小及合力作用位置调整，效果显著，但受到盾构型式的限制。

（2）选择合理压浆位置，改善纠偏条件。利用压浆的压力调正管片与盾构两者相对位置的关系，改善盾构的纠偏条件。

六、盾构推进轴线控制时应注意的一些问题

1. 盾构推一环的纠偏幅度应以小到大最后到小的规律控制。

由于开始推进时管片埋入盾尾内的深度为最长，这就使盾构与管片之间相对位置调节量是处于最小的状态，过量的纠偏将会导致危机管片安全的现象，故而这时推进纠偏量应控制合理，而随推进距离的增加，管片脱出盾尾量增多，就改善了盾构与管片之间相对位置的调节条件，则纠偏量也可随之加大。但当一环推进快结束时，为了保证下一环管片拼装便利与质量，这时纠偏量也应相应减少，

使盾构位置处于理想的位置。这控制盾构轴线的规律盾构操作人员必须做到正确运用、掌握。以往施工经验可知这三个阶段的划分，一般为每环推进距离各1/3 范围最佳。

2. 盾构轴线控制纠偏必须要按“及时、连续”的原则。当施工时产生有过大偏差时，其纠偏应做到合理，使盾构纠偏轴线和顺，有利于施工及隧道的使用要求。控制好盾构推进轴线是建造优质隧道的手段，目的是使每环管片能拼装于理想的位置上，使连接形成的隧道轴线为最佳状态，从而满足隧道建造后使用上的需要。