盾构推进工作

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一、 盾构开挖方法

1.敞开式开挖

手掘式及半机械式盾构均为敞开式开挖。这种方式适用于地质条件好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施时能维持稳定的情况。其开挖程序一般是从顶部开始逐层向下挖掘。若土质较差，还可以借助支撑千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。根据其切口长度，每环可分几次开挖和推进。

2.网格式开挖

网格式开挖由网格梁与隔板将开挖面分成许多格子。开挖面的支撑作用时由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力产生的。当盾构推进时，克服这项阻力，土体就从格子里呈条状挤出来。要根据土的性质，调节网格的开挖面积。采用网格式开挖时，在所有千斤顶缩回之后，会产生较大的盾构后退现象，导致地表沉降，因此施工时要防止盾构后退。

3.挤压式开挖

全挤压式和局部挤压式开挖，由于不出土或只部分出土，对土层有较大的扰动，在考虑施工轴线时，应尽量避开地面建筑物。局部挤压施工时，要严格控制出土量，以减少和控制地表变形。全挤压施工时，盾构把四周一定范围内的土体挤压密，由于只有上部有自由面，所以大部分土体被挤向地表，部分则挤向盾尾及盾构下部，建筑空隙自然得到充填。

4.机械切削开挖

使用机械式盾构进行开挖，它适用于各类土层，尤其适用于极易坍塌的砂性土层的长隧道，可连续掘进挖土。由旋转刀盘切削产生的渣土经过刀盘上的预留槽口进入土舱，提升和流入漏斗后，在通过传送带运人出土车。目前采用的泥水加压盾构、土压平衡盾构是这种开挖方式的典型例子。

二、 施工管理

1.土压平衡式盾构

土压平衡式盾构的施工管理是通过排土机构的机械控制方式进行，这种排土机构可以调整排土量，使之与挖土量保持平衡，以避免地面沉降或对附近构筑物造成影响。

2.加泥式或加泥浆式盾构

加泥或加泥浆式盾构为了确保开挖面的稳定，在盾构推进时进行排土量管理和土压管理。排土量管理以使掘进量和排土量之间取得平衡为目的；土压管理以通过土压计测出密封舱内的泥土压力来保持土压力平衡为目的。

3.加水式盾构

加水式盾构施工法的开挖面稳定管理有两种方式：一是不间断地掌握盾构掘进中的掘土量和排土量之间的关系，从而将密封舱内的切削土的积存量保持在最佳状态的排土率管理；二是保证同地下水压力取得平衡的附加水压力管理。

4.泥水加压平衡式盾构

泥水加压式盾构一面要保持泥水压力来平衡作用于开挖面的外部压力，一面又要向前推进，所以要对开挖面泥水压力、密封舱内的土压力，以及同掘土量平衡的出土量等进行必要的检测和管理。

三、 盾构操纵与纠偏

1.盾构的操纵与偏向

盾构操纵，主要是使盾构运动轨迹始终在设计轴线容许偏差值范围内，达到隧道衬砌拼装在理想的位置上的目的。

盾构在地层中推进时，导致偏向的因素很多，主要有：

a.地质条件的因素

由于地层土质不均匀，以及地层有卵石或其它障碍物，造成正面及四周的阻力不一致。

b.机械设备的因素

各千斤顶工作不同步，由于加工精度误差造成伸出阻力不一致，盾构外壳形状误差、设备在盾构内安置偏重于某一侧，千斤顶安装后轴线不平行。

c.施工操作的因素

部分千斤顶使用频率过高，导致衬砌环缝的防水材料压密量不一致，累积后使推进后座面不正，挤压式盾构推进时有明显上浮；盾构下部土体如有过量流失，引起盾构下沉。

2.盾构的纠偏

a.千斤顶编组的调整

通过调整千斤顶的编组，使其千斤顶合力位置与外力合力位置组成一个有利于纠偏的力偶，从而调整高程位置及平面位置。

b.盾构纵坡的控制

通过变坡法或稳坡法控制纵坡来调整盾构高程，以及盾构与已成管片端面间的间隙。

c.开挖面阻力的调整

当利用千斤顶编组无法达到纠偏目的时，可采用调整开挖面阻力，也就是人为地改变阻力的合力位置，从而得到一个理想的纠偏力偶，来达到控制盾构轴线的目的。

d.盾构自传的控制

当盾构有少量自转时，可用盾构内的举重臂、转盘等大型旋转设备的使用地方来纠正；当自转量较大时，采用压重的方法，使其形成一个纠旋转力偶。

四、 衬砌壁后压浆

为防止地表沉降，必须将盾尾和衬砌之间的建筑空隙及时压浆充填，压浆还可以改善隧道衬砌的受力状态，增强衬砌的防水效能，有利于盾构推进纠偏，因此是盾构施工的关键工序。

1.压浆方法

a.二次压注

当盾构推进一环后，立即用风动压注机通过衬砌管片的压注孔，向衬砌壁后的建筑空隙注入豆粒砂，防止地层的坍塌。继续推进5～8环后，再用压浆泵将水泥类浆体灌入砂间空隙，使之固结。二次压注法施工繁琐，压注豆粒砂不易保证密实，尤其是拱顶部分，此外灌注水泥浆时也难填满。地表沉降略大，后期常需进行补充压浆，但对保护盾尾密封装置有利。

b.一次压注

若地层条件较差，盾尾空隙一出现就会发生坍塌时，则希望盾尾空隙内始终保持一定的压力。在这种情况下尾宜采取一次压注法，即随着盾尾空隙的出现，立即压注水泥砂浆，并保持一定压力。一旦出现压浆故障，盾构也要暂停推进。这种工艺对盾尾密封装置要求较高，容易产生盾尾漏浆，须准备采取有效的堵漏措施。

2.压浆材料

压浆的常用材料拌制成浆体要满足下列要求：
a.和易性要好
b.凝结时间要合适
c.要有一定的强度
d.收缩率要小
e.具有一定的抗渗能力

目前通常采用无水泥的压浆材料，它是以石灰、膨润土、磨细粉煤灰和砂配置而成。

3.压浆设备

隧道内的压浆设备由压浆泵、软管、连接管片压浆孔的旋塞注浆嘴、管路接头、阀门等组成。目前施工压浆泵一般采用活塞式压浆泵或自吸式压浆泵。