北京地铁土压平衡盾构设计
【摘要】文章叙述了北京地铁加泥土压平衡式盾构的设计，着重介绍了具有创新特点的盾构推进系统中的并联油缸节点板同步器；带预埋管的焊接式壳体的设计，集中了外置式和内置式同步注浆管、盾尾密封注浆管的优点；刀盘驱动系统采用低速大扭矩油马达直接驱动，简化结构，提高传动效率设计寿命达.2万小时。
【关键词】土压平衡盾构并联油缸节点板同步器壳体刀盘驱动
一、前言
盾构法是在地层中修建隧道的一种方法，能适用任何水文地质条件（松软的、坚硬的、有地下水的、无地下水的）下的隧道施工；而施工时又不影响地面交通，对施工地区附近的居民几乎没有振动和噪音的干扰，可控制地面沉降，减小对地下管线、地面构筑物及周围环境的影响，并具有较快的施工进度和较高的工程质量。
根据北京地铁五号线工程的地质报告，盾构主要穿越的是③层粉细砂、④层圆砾和⑤层粘质粉土砂质粉土，因此，决定采用加泥土压平衡式盾构。
二、加泥土压平衡式盾构设计
在设计盾构的壳体、推进系统、加泥系统、刀盘驱动系统、同步注浆系统、螺旋输送机、管片拼装机、气密舱、管片吊运机构、皮带运输机、盾尾密封、集中润滑系统、液压系统等部件时，充分利用当今世界先进技术，并对壳体、推进系统、加泥系统、刀盘驱动系统、同步注浆系统等的设计有所创新。
1、设计参数
图1为北京地铁加泥土压平衡式盾构总体结构示意图。
盾构外径660mm；管片外径6000mm，内径5400 mm，宽1500 mm；总推力35000kN；最大切削直径6180 mm；铰接装置的上下、左右转动角度均为±1.5°；刀盘最大扭矩5100 kN·m，转速0~1.623 r/min，液压传动功率630kW；螺旋输送机叶片直径800mm，转速~6 r/min，出土量约82m3/h；管片拼装机自由度
为6，转速0~.8 r/min，旋转角度±200°。
2、加泥系统
盾构在砂土、砂砾等砂质土层中推进施工时，由于土体的内聚力小，当含砂量超过某一限度时，土体的塑流性明显变差，进入土仓内的土体因易固结而被压密，进入螺旋输送机内的渣土也因由于大量失水而被压密，导致难于排出。因此，需向土仓和螺旋输送机内注入水、膨润土泥浆或发泡剂等添加材料，通过搅拌后，土体的性能得到改良。于是，设计时要增大土仓容积，使土仓容积达到一环管片开挖量的70％；增加土仓内搅拌棒的数量，使刀盘切削下来进入土仓的土体，能与添加剂充分搅拌，从而改善土体的流动性；通过中心回转接头向刀盘面板注入泥水或泡沫，以润滑刀盘盘面，减小刀盘切削扭矩，增加土体的流动性，设计中采用４台螺杆泵，同时向４个点注入泥水或泡沫等添加剂，不管注入点前的压力大小，都能保证每一个点有泥水或泡沫注入。
3、盾构推进系统
根据盾构壳体与土体之间的摩擦力、盾构刀盘的正面阻力、推进中切口插入土中的阻力、管片与盾尾之间的摩擦力和后方台车的牵引阻力，考虑一定的安全系数，求出盾构所需的总推力为35000kN。而油缸的布置，既要满足盾构所需的总推力，又要避开管片接缝，所以在整环管片圆周内只能有6个点可布置油缸，如果在布置点上采用单个油缸（高压固定在35Ma），那么必须增大油缸的外径，结果是油缸布置的圆直径与管片环的直径不一致。于是，本设计考虑采用并联油缸，即在1个油缸布置点上，有2个油缸并联（共6组），共用个节点板。为解决2个并联油缸的同步问题（每个油缸的伸出速度都有细微的差别），创新设计了并联油缸节点板同步器，利用弹簧在弹性变化范围内的自由变化，使并联油缸同步。把6组油缸分成4个区，每区可分别调压，当在拼装管片时，每组油缸可单独伸缩控制。
4、注浆管的布置
目前，盾构的同步注浆管、盾尾密封注浆管均有一段注浆管依附在盾构的壳体上，分为外置式和内置式两种。外置式即把同步注浆管及盾尾密封注浆管安置在盾壳的外端，在管段外再加保护套，其优点是结构简单，不需要加大盾构的直径，但只适应软土地层，且不能人工清洗管段；内置式则因在壳体板的内侧开槽，安放注浆管，需增加盾壳的板厚，其优点是注浆管在盾壳内，能适应各种地层，且当注浆管堵塞时，能清洗，但其必须增大盾构的直径，即增大了盾尾与管片外径间的间隙，从而增加注浆量和施工成本。
本设计集外置式和内置式的优点，首次设计出采用带预埋管的焊接式壳体（共有4点注浆），即先把盾构壳体板分成4块，再按盾构壳体的长度，制成4条带槽的壳体板（该槽供注浆用），在沟槽的外侧（与土体接触处）用耐磨钢板焊接，在沟槽的内侧开清洗孔，将带槽的壳体板与分成4块的壳体板按要求焊接，成为带预埋管的焊接式壳体，这种布置注浆管的方式，在不增加盾构直径、保证盾构壳体结构强度的前提下，能适应各种不同的土层，并能人工清洗注浆管。
5、刀盘驱动系统
刀盘驱动装置是盾构中最重要的关键部件之一，其成本占盾构制造总成本的40％左右，加工、安装精度要求高，制作难度大，在施工中又不可维修，考虑到盾构在砂土、砂砾等土层中推进施工，所以，要求盾构刀盘驱动设计使用寿命达1万小时以上。刀盘回转轴承由德国专业公司根据设计制造，采用内齿式三
排圆柱滚子组合转盘轴承，能同时承受轴向、径向载荷及倾覆力矩，设计寿命达1.2万小时，刀盘驱动极限扭矩达5100kN·m，扭矩系数为2.2；采用低速大扭矩油马达直接驱动，简化结构，提高传动效率，保证在其使用寿命内能稳定、可靠工作。
6、刀具形式及切削方式
采用中间梁支承、面板式全断面回转切削方式，刀盘的开口率为35％。
割刀突出刀盘面板100mm，按全断面切削排列；撕裂刀突出刀盘面板150mm，按螺旋式排列；中心刀由多把小割刀组成，按鼻式布置；在刀盘上还布置有圆弧刀和周边保护刀，以保护切削刀盘的最外圈，见图2。
撕裂刀超前割刀50mm，可先于割刀接触土层，并把砂砾层捣松，以利于进土，减少刀具的磨损；在安全条件（加气压）下，可在刀盘仓内对撕裂刀进行换装及检修。
刀盘的中心装有回转接头，回转接头有8路，其中4路为泥水及泡沫管路，向刀盘面板注入泥水或泡沫，以润滑刀盘盘面，其余4路为液压油路，为2把仿形刀的油缸进出油路。
7、铰接装置
本盾构设计成铰接式盾构。将壳体分成前、后两部分，前、后壳体之间通过铰接油缸连接，采用后驱推动方式，在LC控制下，可实现X型和V型铰接，在前壳体偏转时，可以减小推进时产生的分力，以利于盾构转弯，而后壳体仍可保证盾构后壳体与管片环的同轴度，这样既保护盾尾刷免受损坏，又可防止盾构主体挤压管片，致使管片碎裂损环。
铰接密封装置由3道密封圈与集中润滑系统组成，用4个密封圈压板把3道密封圈固定，通过集中润滑系统，定时、定量、定压注入密封油脂，使其保持一定的密封压力，抵御盾构外部土体和泥水的侵入。
三、结束语
针对北京地铁隧道所处的粘性土、砾砂、卵石地层而设计的土压平衡盾构，现正在加工制造中，其性能可达到同类进口盾构的技术水平，而成本仅为进口盾构的一半，将可与进口盾构争夺建设市场。
参考文献
1、《北京地铁五号线工程的地质报告》
2、杜文库、闻和咏.北京地铁五号线盾构试验段工程盾构法施工概述【R】.中德隧道（盾构）技术研讨会资料之四，2002－06
3、土木学会.隧道标准规范（盾构篇）解释（日文版）【S】.1997－05
4、程骁、潘国庆.盾构施工技术.1990
来源：《上海隧道》2004年第4期
土压平衡盾构施工工艺 作业指导书 3.6.1 工艺概述土压平衡盾构施工中,由刀盘切下的弃土进入土仓，形成土压，土压超过预先 设定值时，土 仓门打开，部分弃土通过螺旋机排出土仓，从而保持土仓内土压平衡，土仓内的土压反作用于挖掘面，防止地层的坍塌。 3.6.2 作业内容一、启动皮带机、刀盘、螺旋输送机等机电设备，根据测量系统面板上显示的盾 构目前滚动 状态选择盾构旋向按钮，一般选择能够纠正盾构滚动的方向；开启螺旋输送机的出渣口仓门并开 始推进。二、根据测量系统屏幕上指示的盾构姿态，调整各组推进油缸的压力至适当的值，并逐渐增 大推进系统的整体推进速度。三、在盾构的掘进过程中，值班工程师及设备主管人员随时注意巡检盾构的各种设备状态， 如泵站噪声情况，油脂及泡沫系统原料是否充足，轨道是否畅通，注浆是否正常等。操作室内主司机应时刻监视螺旋输送机出口的出渣情况，根据测量系统屏幕上显示的值调整盾构的姿态。发现问题立即采取相应的措施。 四、掘进完成后停止掘进按以下顺序停止掘进：停止推进系统、逐步降低螺旋输送机的转速至零、停止螺旋输送机、关闭螺旋输送机出渣口仓门、停止皮带机、停止刀盘转动。 3.6.3 质量标准及验收方 法 1、盾构本体滚动角不大于3度。 2、盾构轴线偏离隧道轴线不大于50mm。 3、盾构推进过程中壁后注浆不小于设计方量，设计方量根据地质情况、地表监测情况调整。 4、根据横向偏差和转动偏差，应采取措施调整盾构姿态，防止过量纠偏。 5、盾构停止掘进时应采取适当措施稳定开挖面，防止坍塌。 6、必须对盾构姿态和管片姿态进行人工复合测量。 3.6.4 工艺流程图以两趟列车完成一个 掘进循环为例。 - 221 -
土压平衡盾构施工技术难点及处理措施 【摘要】土压平衡盾构以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于地铁施工中，虽然技术成熟，但施工中一些常见的问题，施工方依然应当采取预防及处理措施，从而确保地铁工程的施工质量。本文根据实际工作经验，对施工中几个常见的难题探讨了其预防及处理措施。 【关键词】土压平衡盾构；盾构法隧道；事故预防；处理 一、盾构刀盘结泥饼问题 盾构机穿越粘土地层时，如掘进参数不当，则刀盘和土仓会产生很高的温度，这样粘土在高温、高压作用下易压实固结成泥饼，特别是刀盘的中心部位。当泥饼产生，最终会导致盾构无法掘进。 施工中采取的主要技术措施为：1）施工前分析隧道范围内的地层情况，在到达此地层前把刀盘上的部分滚刀换成齿刀，增大刀盘的开口率。3）合理增加刀盘前方泡沫的注入量，增大碴土的流动性，减小碴土的黏附性，降低泥饼产生的几率。5）必要时螺旋输送机内也要加入泡沫，以增加渣土的流动性，利于渣土的排出。6）如果刀盘产生泥饼，可空转刀盘，使泥饼在离心力的作用下脱落，施工过程中确保开挖面稳定。7）如上述方法均未能奏效，则可采用人工进仓处理的方式清除泥饼，人工进仓处理前如掌子面地层软弱，则需进行预加固。 二、桩基侵入盾构隧道 城市地铁线路规划设计应避开重要建（构）筑物、避开建筑物的桩基，但城市中心区内房屋建筑较为密集，要求线路选线时避开所有的建筑物是不现实的，因此难免会有一些建筑物桩基侵入隧道，由于许多桩基为钢筋混凝土结构，盾构机无法通过，需要对桩基进行拆除。针对侵入盾构隧道的桩基，采取的措施为：1）具有承载力的桩基，采取桩基托换方法。2）大竖井暗挖拆除桩基方法。3）小竖井开挖分区拆除桩基方法。4）人工挖孔+暗挖横通道拆除桩基方法。 深圳市地铁龙岗线西延段3153标盾构区间下穿燕南人行天桥，开工前该桥地表以上部分已经拆除，但桩基并没有拆除。调查资料显示共有8根直径为1.2m 的人工挖孔桩侵入右线隧道，盾构机无法安全、顺利通过。为了使侵入隧道的桩基不对盾构施工造成影响，采用比原桩基直径大的人工挖孔桩自地表而下来破除侵入隧道范围内的桩基。燕南人行天桥与盾构区间隧道位置关系如图所示。侵入隧道桩基与隧道纵面位置关系如图1和图2所示。 图1 燕南人行天桥与盾构区间隧道位置关系图 图2 侵入隧道桩基与隧道纵面位置关系图
2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理 傅德明 上海市土木工程学会 1 土压平衡盾构的结构原理 土压平衡盾构的基本原理 土压平衡盾构属封闭式盾构。盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土、水压基本相同，故掘削面实现平衡(即稳定)。示意图如图所示。由图可知，这类盾构靠螺旋输送机将碴土(即掘削弃土)排送至土箱，运至地表。由装在螺旋输送机排土口 处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。 1.1.1 稳定掘削面的机理及种类 土压盾构稳定掘削面的机理，因工程地质条件的不同而不同。通常可分为粘性土和砂质土两类，这里分别进行叙述。 1.1.1.1 粘性土层掘削面的稳定机理 因刀盘掘削下来的土体的粘结性受到破坏，故变得松散易于流动。即使粘聚力大的土层，碴土的塑流性也会增大，故可通过调节螺旋输送机转速和出土口处的滑动闸门对排土量进行控制。对塑流性大的松软土体也可采用专用土砂泵、管道排土。 地层含砂量超过一定限度时，土体流性明显变差，土舱内的土体发生堆积、压密、固结，致使碴土难于排送，盾构推进被迫停止。解决这个问题的措施是向土舱内注水、空气、膨润土或泥浆等注入材，并作连续搅拌，以便提高土体的塑流性，确保碴土的顺利排放。 1.1.1.2 砂质土层掘削面的稳定机理 就砂、砂砾的砂质土地层而言，因土颗粒间的摩擦角大故摩擦阻力大；渗透系数大。当地下水位较高、水压较大时，靠掘削土压和排土机构的调节作用很难平衡掘削面上的土压和水压。再加上掘削土体自身的流动性差，所以在无其它措施的情况下，掘削面稳定极其困难。为此人们开发了向掘削面压注水、空气、膨润土、粘土、泥水或泥浆等添加材，不断搅拌，改变掘削土的成分比例，以此确保掘削土的流动性、止水性，使掘削面稳定。 1.1.1.3 土压盾构的种类 按稳定掘削面机构划分的土压平衡盾构大致有如下几种，见表1。 表1 土压盾构的种类 图1 土压盾构基本形状
16土压平衡盾构施工工艺 16.1总则 16.1.1适用范围 本标准适用于采用土压平衡式盾构机修建隧道结构的施工。 16.1.2编制参考标准及规范 16.1.2.1地下铁道工程施工及验收规范(GB 50299-1999)。 16.1.2.2地下铁道设计规范（GB 50157-2013）。 16.1.2.3铁路隧道设计规范（TB10003-2016）。 16.1.2.4盾构掘进隧道工程施工验收规范。 16.1.2.5公路隧道施工技术规范(JTJ042－94)。 16.1.2.6公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)。 16.2术语 16.2.1土压平衡式盾构 土压平衡盾构也称泥土加压式盾构，它的基本构成见图16.2.1。在盾构切削刀盘和支承环之间有一密封舱，称为“土压平衡舱”，在平衡舱后隔板的中间装有一台长筒形螺旋输送器，进土口设在密封舱内的中心或下部。用刀盘切削下来的土充填整个
16.2.2 端头加固 为确保盾构始发和到达时施工安全，确保地层稳定，防止端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况，根据各始发和到达端头工程地质、水文地质、地面建筑物及管线状况和端头结构等综合分析，确定对洞门端头地层加固形式。 16.2.3 盾构后座 盾构刚开始掘进时，其推力要靠工作井井壁来承担。因此，在盾构与井壁之间需要设传力设施，此设施称为后座。 16.2.4 添加材 采用土压平衡盾构掘进时，为改善土体的流动性防止其粘附在盾构机上而注入的一些外加剂。添加材的功能是：辅助掘削面的稳定（提高泥土的塑流性和止水性）；减少掘削刀具的磨耗；防止土仓内的泥土压密粘附；减少输送机的扭矩和泵的负荷。 16.3 施工准备 16.3.1 技术准备 16.3.1.1 根据隧道外径、埋深、地质、地下管线、构筑物、地面环境、开挖面稳定及地表隆陷值等的控制要求，经过经济、技术比较后选用盾构设备。盾构选型流程如图16.3.1.1所示。 16.3.1.2 认真熟悉工程设计文件、图纸，对工程地质、水文地质、地下管线、暗
土压平衡盾构土舱压力控制技术 提要：近年来，随着大量盾构隧道工程的兴建，土压平衡式盾构机使用也越来越广泛。本文结合工程实际，就土压平衡式盾构土舱压力控制技术有针对性地进行探讨。 关键词：土压平衡、土舱压力、土体状态 1 前言 在土压平衡式盾构的施工法中，为了确保开挖面的稳定，需要适当地维持压力舱压力，一般，如果压力舱压力不足，会引起前方地基沉降，发生开挖面的涌水或坍塌的危险就会增大。如果压力过大，又会引起刀盘扭矩或推力的增大而发生推进速度的下降或喷涌等问题。因此，设置合理的施工土舱压力，提高盾构隧道在施工过程中的稳定性，对于控制地表沉降、提高掘进速度、降低掘进成本有着非常重要的意义。 2 土压平衡盾构的工作原理 土压平衡盾构的开挖土舱由刀盘、切口盘、隔板及添加剂注入系统组成。将刀盘切削下来的碴土填满土舱室，在切削刀盘后面装有使土舱室内土砂强制混合的搅拌臂。借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压，这一压力通过碴土及刀盘作用于整个作业面，使作业面稳定，同时用螺旋输送机排土，螺旋输送机排土量与盾构推进量相适应，掘进过程中始终维持开挖土量与排土量平衡，维持土舱内土压力稳定在预定范围内。土舱内的土压力通过土压传感器进行测量，为保证预定的土压力可通过控制推进力、推进速度、螺旋输送机转速来控制，控制原理见土舱土压力控制示意图1： P w+P E=P EPB 图1 土舱土压力与地层水土压力平衡
当土舱内的土压力大于地层土压力和水压力时，地表将会隆起；当土舱内的土压力小于地层土压力和水压力时，地表将会下沉；因此土舱内的土压力应与地层土压力和水压力平衡。 3 土舱压力引起地基沉降或隆起 以上海地铁M8线延吉中路站～黄兴路站区间下行线施工中反映出的土舱压力和地表沉隆之间关系进行说明： 盾构推进施工前，提前在盾构通过的轴线上方设置地面变形监测点，每隔5m一个，盾构施工前测定初始值。 推进39环时，覆土厚度11.8m，计算土舱压力0.22Mpa，实际设定为0.26Mpa，推进时，反映的土舱压力和地表沉隆之间关系如下图所示： 由以上图分析可知，土舱压力设定值与计算值有较大差别,盾构前方地面隆起较大，说明土舱压力设定值偏大，而实际的土压力小于设定值。 推进60环时，覆土厚度12.1m，计算土舱压力0.23Mpa，实际设定为0.23Mpa，推进时，反映的土舱压力和地表沉隆之间关系如下图所示： 土舱压力设定值与计算值相同,盾构前方地面沉隆变化也很小，说明土舱压力设定值适宜，实际的土压力与计算值基本吻合。 由以上两图看出土舱压力的设定与盾构机切口前方地面的沉隆情况密切相
TABLE OF CONTENTS TECHNICAL DATA E D I T I O N 09/2010V E R S I O N 001S -591/592 G U A N G D O N G I N T E R C I T Y R A I L W A Y L O T 3I I - 1 D O C U M E N T : 7686-001 II. Technical Data 1. Tunnel boring machine general. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .II - 3 1.1Tunnel boring machine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 31.2Tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 31.3Segments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 4 2. Shield general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .II - 5 2.1Steel construction shield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 52.2Tailskin articulation cylinder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 52.3Advance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 52.4Man lock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 62.5Screw conveyor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 6 3. Cutting wheel general. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .II - 7 3.1Steel construction cutting wheel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II - 7 4. Drive general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .II - 8
加泥式土压平衡盾构施工技术 内容提要：本文详细介绍了土压平衡盾构机组成、工作原理，并结合深圳地铁盾构隧道的施工，重点对盾构隧道的主要施工过程和关键工艺技术进行总结和分析。 关键词：土压平衡盾构施工技术 一、盾构施工法概述及盾构机的选型 1．1盾构施工法概述 盾构施工法于19世纪初在英国开始使用，经过反复摸索，在近30～40年间取得了飞速发展，现在，该施工法已同矿山法一起成为城市隧道施工的两大主要施工方法。20世纪90年代该项技术被引进我国，主要集中应用盾构技术来进行上、下水道、电力通讯隧道、人防工事、地铁隧道等施工。目前在上海、广州、深圳、南京等城市已经开始采用盾构法来施工地铁隧道，盾构法在国内逐渐开始发展普及。 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： 1、建造盾构工作井 2、盾构机安装就位 3、出洞口土体加固处理 4、初推段盾构掘进施工 5、隧道正常连续掘进施工 6、盾构接收井洞口的土体加固处理 7、盾构进入接收井解体吊出 盾构施工与矿山法施工具有以下优点： 1、地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小； 2、自动化程度高、劳动强度低、施工速度快； 3、因隧道衬砌属工厂预制，质量有保证； 4、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； 5、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； 6、对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全； 7、在费用和技术难度上不受覆土深度影响。 盾构法施工也存在一些缺点：
土压平衡盾构机技术规格及要求 1.土压平衡盾构机（以下简称盾构机）技术要求的说明 1.1盾构机技术要求以南昌轨道交通工程、周边环境及地质条件要求，兼顾满足南昌轨道交通其他线路区间、周边环境及地质条件要求及各项施工条件。 1.2本技术要求为南昌轨道交通3号线盾构区间掘进的盾构机最低技术规格和施工要求。 1.3本技术要求对盾构机部件结构不作具体的规定，但其必须满足本标准对盾构机所需的功能、性能、配置等要求。 1.4本技术要求仅限于主要部件、总成、系统的功能、性能、配置等，未描述部分应自动满足南昌轨道交通3号线工程、周边环境及地质条件。 2.新机技术规格要求 2.1整机 盾构机技术规格必须满足南昌轨道交通3号线工程、周边环境及地质条件要求，兼顾满足南昌轨道交通其他线路区间、周边环境及地质条件要求及各项施工条件。 盾构机的各项安全性能指标必须满足国家及南昌地区相关安全使用和施工规范要求。 盾构机应满足南昌地铁三号线管片规格：外径Φ6000mm，内径Φ5400mm，宽度1200/1500mm，纵向螺栓分度36°。 盾构机最大推进速度应≤80mm/min。 盾构机最小掘进转弯半径应≤250m；适用隧道纵向坡度应≥±45‰。 盾构机最大工作压力应≥0.5Mpa。 盾构机主要部件及总成使用寿命应≥10km或10000小时。 盾构机主要部件应采用世界知名厂商品牌及产品。 盾构机主要结构件材料应采用国内知名厂商品牌及产品。 2.2刀盘 2.2.1基本结构 刀盘支腿数量≥4个，≤6个。 宜采用复合式刀盘，刀盘开口率应≥30%。 复合式刀盘滚刀的安装刀座宜采用单楔块方式。软岩刀具的安装可采用螺栓紧固或销轴安装方式。
简析土压平衡盾构掘进施工工艺 发表时间：2017-12-30T16:11:46.590Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第21期作者：谢妃三 [导读] 本文主要对土压平衡盾构的掘进施工的工作原理、特点及具体的施工工艺进行了具体分析。 广州市盾建地下工程有限公司 510000 摘要：土压平衡盾构以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于地铁施工中。土压平衡盾构机的施工过程是一个各系统组合、运行与协调的过程，按照各施工过程的顺序和特点，可将其分解为掘进系统、衬砌系统、衬砌背后注浆系统、维修系统、动力系统等，本文主要对土压平衡盾构的掘进施工的工作原理、特点及具体的施工工艺进行了具体分析。 关键词：土压平衡；盾构；掘进；施工工艺 1.土压平衡盾构掘进施工原理 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.土压平衡盾构掘进施工特点 2.1初始掘进技术特点 2.1.1一般后续设备临时设置于地面。在地铁工程中，多利用车站作为始发工作井，后续设备可在车站内设置。 2.1.2大部分来自后续设备的油管、电缆、配管等，随着盾构掘进延伸，部分管线必须接长。 2.1.3由于通常在始发工作井内拼装临时管片，故向隧道内运送施工材料的通道狭窄。 2.1.4由于初始掘进处于试掘进状态，且施工运输组织与正常掘进不同，因此施工速度受到制约。 2.2正常掘进技术特点 2.2.1后续设备设置在隧道内，仅部分管路和电缆需要延长，作业效率高。 2.2.2始发井内的临时管片、临时支撑、后背支撑等被拆除，始发井下空间变得宽阔，施工材料与弃土运输容易。 2.3到达掘进技术特点 2.3.1盾构停止掘进后，准确测量盾构机坐标位置与姿态，确认与隧道设计中心线的偏差值。 2.3.2根据测量结果制订到达掘进方案。 2.3.3继续掘进时，及时测量盾构机坐标位置与姿态，并依据到达掘进方案进行及时进行方向修正。 2.3.4掘进至到达洞口加固段时，确认洞口土体加固效果，必要时进行注浆加固。 2.3.5进入到达洞口加固段后，逐渐降低土压（泥水压）设定值至0MPa，降低掘进速度，适时停止加泥、加泡沫（土压式盾构）、停止送泥与排泥（泥水式盾构）、停止注浆，并加强工作井周围地层变形观测，超过预定值时，必须采取有效措施后，才可继续掘进。 3.实例探析某地铁隧道中的土压平衡盾构掘进施工工艺 3.1工程概况 某城市地铁线路区间长度1189.413米，区间中部设一处联络通道。其中该区间工程在里程K41+613.000处下穿城市的站前北街公路桥，桥基位于区间隧道右线北侧仅1.55m，距离较近。此公路桥主要通行机动车辆，车流量主要集中在正常上下班时间。 盾构穿越站前北街公路桥段地层自地面往下依次为杂填土层、粉质填土层、粉土层、粉质粘土层、细中砂层、粉质粘土层，本盾构区间线路主要穿越粉质粘土层和细中砂。 3.2总体施工思路 3.2.1穿桥前对盾构机及配套设备进行检修，保证盾构机在下穿公路桥时所有设备运行正常。 3.2.2对所有施工人员进行专项技术交底，由专人对整个掘进过程进行24小时严密监控，发现异常立即汇报，确保盾构安全、顺利通过。 3.2.3穿桥之前对隧道轴线进行复测，确保盾构沿着设计轴线推进。调整盾构姿态至最佳，避免盾构穿桥时频繁纠偏。 3.2.4盾构掘进时严格控制推力、掘进速度、注浆量及出碴量，根据地面监测情况及时合理调整掘进参数，减小土体变形对桥梁基础桩的影响。 3.3盾构掘进 3.3.1掘进参数设置 ①合理设置土压力值 盾构推进时，控制螺旋输送机出土量与掘进速度的关系，根据盾构上方的覆土厚度及地面沉降监测信息的反馈，及时调整土压，科学合理地设置土压力值及相宜的推进参数，以减少对土体的扰动。 ②刀盘转速设定 降低刀盘转速，刀盘转速设定在0.9～1.2r/min，减少刀盘对土体的扰动，防止地表沉降。 ③掘进速度设定 穿越隧道时掘进速度控制在20～30mm/min，防止掘进速度快引起的刀盘扭矩增大。 3.3.2掘进过程中姿态的控制 盾构机在掘进过程中运动轨迹为蛇行运动，该轨迹应始终围绕着隧道轴线波动，在实际控制时，可根据显示屏上自动测量系统测得值
海瑞克土压平衡式盾构机分析 盾构机的工作原理 1．盾构机的掘进 液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。 2．掘进中控制排土量与排土速度 当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。 3.管片拼装 盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。 盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用 盾构机的最大直径为6.28m，总长65m，其中盾体长8.5m，后配套设备长56.5m，总重量约406t，总配置功率1577kW，最大掘进扭矩5300kN?m，最大推进力为36400kN，最陕掘进速度可达8cm／min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。 1.盾体 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体，其外径是6．25m。 前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。 前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后
土压平衡盾构机流体输送控制系统工作原理 何於琏 (中铁隧道股份公司河南新乡 453000 摘 要流体输送系统用于盾构机的润滑、密封、填充以及碴土改良 , 是盾构机中的重要系统。本文介绍了流体输送系统的组成 , 并简明叙述了衬砌背后注浆控制系统、碴土改良控制系统、主轴承油脂密封润滑控制系统、盾尾密封油脂注入控制系统的工作原理。关键词流体输送 非传动介质控制系统原理 W orki n g Pri n c i ple of Control Syste m of Flui d Conveyi n g Syste m s of EPB Shi eld Machi n es HE Yu 2lian (China R ail w ay Tunnel S tock Co . , L td . , X ingxiang 453000, Henan, China Abstract:Fluid conveying syste m, which is app lied in the lubricati on, sealing, backfilling and conditi oning of EP B shield machines, is one of the i m portant syste m s of EP B shield This compositi on of the fluid conveying syste m and the working p rinci p les of contr ol syste of ment lining, gr ound conditi oning syste m, main bearing grease sealing and grease injecti on syste m. Key words:fluid conveying; non 2transit; p le
土压平衡盾构始发工艺流程 3.4.1工艺概述盾构始发是隧道盾构法施工的一大关键环节，也是盾构法施工隧道的难点之一， 始发的成败 将对隧道施工质量、进度、安全、工期及经济效益产生决定性的影响。 3.4.2作业内容主要作业内容：包括始发端头地层加固、始发台定位安装、盾构机下井组装并调 试、反力架 定位安装、洞门围护桩破除、洞门导轨安装、洞门密封装置安装、负环管片安装等。 3.4.3质量标准及验收方法 一、附属设施 1．始发基座主要作用是用于稳妥、准确地放置盾构，并在基座上进行盾构安装与试掘进，所以基座必须有足够的强度、刚度和安装精度，并且考虑盾构安装调试作业方便。 -209-
2．对始发台、反力架进行全面的检查与修理，反力架受力要检算，安装固定必须在定位完成后进行，反力架支柱底部必须以钢板垫实，始发台必须通过加固挡块固定于地面上，近洞门端须支撑于车站二衬墙上； 3．洞门防水装置安装时必须将连接螺栓栓接牢固，根据实际情况合理对扇形压板的位置进行调整，防止帘布橡胶板外翻影响防水效果；在进行洞门凿除、始发台加固等施工操作时，注意对帘布橡胶板的保护；确保将洞门圈周边的钢筋及混凝土清除干净，避免对盾构掘进造成影响； 二、始发掘进 1．洞口拆除后必须尽快将盾构向前推进，使盾构刀盘切入土层，尽量缩短正面土体的暴露时间，在拆除封门的同时，作好盾构掘进和管片拼装的准备工作。 2．洞门凿除前，应对洞门经改良后的土体进行质量检查，合格后方可进行洞门凿除；应制定洞门围护结构破除方案，采取适当的密封措施，保证始发安全。 3．第一环负环管片定位时，应先保证管片横断面应与路线中线垂直，待管片完成定位后，将管片与反力架之间的空隙填充密实。 4．盾构空载调试运转正常后开始盾构始发施工，在开始进行负环管片后移时，应通过控制推进油缸行程的方法控制负环管片后移，所有推进油缸行程应尽量保持一致。 5．盾构在始发基座上向前推进时，应注意对反力架的保护，根据反力架的强度制定推力限制，并尽量做到不调向，油缸均匀施加推力。 6．始发掘进过程中应严格控制盾构的姿态和推力，并加强监测，根据检测结果调整掘进参数。 7．为防止管片发生旋转，始发阶段应注意扭矩控制，一般情况下，始发阶段的盾构扭矩值不得大于正常掘进的70%，并可在盾壳与始发台接触部位焊接“防扭挡块”，在推进过程中注意及时割除。 8．在盾构始发阶段，应注意各部位油脂的使用和消耗情况。 3.4.4工艺流程图 图3.4.4-1 土压平衡盾构始发流程框图 -210-
土压平衡盾构土舱压力控制技术
土压平衡盾构土舱压力控制技术 提要：近年来，随着大量盾构隧道工程的兴建，土压平衡式盾构机使用也越来越广泛。本文结合工程实际，就土压平衡式盾构土舱压力控制技术有针对性地进行探讨。 关键词：土压平衡、土舱压力、土体状态 1 前言 在土压平衡式盾构的施工法中，为了确保开挖面的稳定，需要适当地维持压力舱压力，一般，如果压力舱压力不足，会引起前方地基沉降，发生开挖面的涌水或坍塌的危险就会增大。如果压力过大，又会引起刀盘扭矩或推力的增大而发生推进速度的下降或喷涌等问题。因此，设置合理的施工土舱压力，提高盾构隧道在施工过程中的稳定性，对于控制地表沉降、提高掘进速度、降低掘进成本有着非常重要的意义。 2 土压平衡盾构的工作原理 土压平衡盾构的开挖土舱由刀盘、切口盘、隔板及添加剂注入系统组成。将刀盘切削下来的碴土填满土舱室，在切削刀盘后面装有使土舱室内土砂强制混合的搅拌臂。借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压，这一压力通过碴土及刀盘作用于整个作业面，使作业面稳定，同时用螺旋输送机排土，螺旋输送机排土量与盾构推进量相适应，掘进过程中始终维持开挖土量与排土量平衡，维持土舱内土压力稳定在预定范围内。土舱内的土压力通过土压传感器进行测量，为保证预定的土压力可通过控制推进力、推进速度、螺旋输送机转速来控制，控制原理见土舱土压力控制示意图1：
P w+P E=P EPB 图1 土舱土压力与地层水土压力平衡 当土舱内的土压力大于地层土压力和水压力时，地表将会隆起；当土舱内的土压力小于地层土压力和水压力时，地表将会下沉；因此土舱内的土压力应与地层土压力和水压力平衡。 3 土舱压力引起地基沉降或隆起 以上海地铁M8线延吉中路站～黄兴路站区间下行线施工中反映出的土舱压力和地表沉隆之间关系进行说明： 盾构推进施工前，提前在盾构通过的轴线上方设置地面变形监测点，每隔5m一个，盾构施工前测定初始值。 推进39环时，覆土厚度11.8m，计算土舱压力0.22Mpa，实际设定为 0.26Mpa，推进时，反映的土舱压力和地表沉隆之间关系如下图所示：
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
土压平衡盾构机选型 1选型程序 由于施工与工程本身的各种条件密切相关，盾构法施工较之一般的隧道施工技术具有更大
2选型依据 2.1工程、水文地质条件 1）工程地质 需要着重考虑下述施工地层特性的影响： 隧道埋深及上覆地层的软硬程度； 掘进地层的软硬程度及软硬不均情况的分布； 岩石抗压强度； 岩石完整性系数； 岩石变形模量大小； 不良地质与特殊地质的有无； 2）水文地质 岩土的富水性及渗透性大小； 地下水类型及赋存与补给方式； 地下水力联系好坏； 2.2掘进长度及过程 除掘进总长度以外，有无调头、过站施工。 2.3管片尺寸、拼装 盾构隧道管片外径、内径，管片厚度，管片宽度，分块数，管片的拼装方式。 2.4线路平面条件 平曲线半径、直线段曲线段长比率。 2.5线路纵断面条件，隧道埋深 竖向转弯半径，最大坡度，最小坡度，竖曲线个数。隧道平均埋深，最小埋深等。 2.6掘进速度要求 2.7掘进方向误差要求 一般不超过±50mm。 2.8地表沉降量要求 一般情况下须控制在+10mm/-30mm范围内； 2.9盾构机寿命 分主要部件寿命及主轴承寿命要求。 2.10周围环境 1）地面建筑物
建筑物分布密度； 建筑物平面与盾构隧道相位置关系； 建筑物层高、结构类型、完好程度、重要程度、规模大小； 建筑物基础类型、桩基与盾构隧道的相对位置关系。 2）地下管线 地下管线平面分布、埋深、类型、抵御变形能力、重要程度、盾构隧道相对位置关系有关。 2．11盾构机价格 除价格因素外，盾构机制造商的业绩、信誉、实力、售后服务水平、允许的制造周期等因素。 3盾构机可靠性设计 由于盾构推进的不可逆转性；在推进过程中基本不存在大范围深层次维修的空间及时间；再加上单段掘进距离较长，因此一旦推进开始，除了少量可快速处理的问题允许出现以外，一般不应也不能出现较大的机电故障及缺陷问题，这既是施工进度方面的需要，也牵涉了很大的质量、安全问题。因此盾构机的可靠性设计显得十分重要。一般在选型时以下几个方面需要予以重点考虑: 1>．盾构机设计参数是否按照掘进区间的工程条件确定。 2>．主轴承寿命大小设计。 3>．螺旋输送机的耐磨性及密封性设计。 4>．刀盘扭矩大小的设计。 5>．刀盘开口率及耐磨性设计；刀具类型、数量、刀间距；刀体材料及抗压性能；换刀方式。 6>．土仓内碴土改良系统的设计（数量、分布及防堵塞设计）。 7>．铰接设计方式，可否满足曲线施工、方向修正时的要求。 8>．设计平均掘进速度能否满足要求。 9>．控制系统是否具有自动及手动控制模式，能控制推进力、刀盘扭矩、推进速度、土仓压力、螺旋输送机转速等参数。数据采集处理传输系统的及时有效性，是否具有故障自动诊断系统。 10>．盾构机掘进方向控制能力及自动纠偏能力牵涉的导向系统设计。 11>．管片背侧注浆方式的设计。
土压平衡盾构脱困技术及经验教训 摘要: 为解决土压平衡盾构通过硬岩地层时被卡死的难题，以重庆地铁 6 号线土压平衡盾构施工为例，施工中采取以下脱困措施:1) 采用爆破方法破除盾体上方围岩使盾构脱困; 2) 采用抬高刀具和增大开挖直径的方法解决边滚刀磨损超限造成盾体被卡的问题; 3) 爆破脱困后，对爆破形成的空腔进行注浆回填，保证盾构施工安全。针对盾构卡机问题，提出以下防卡措施: 1) 盾构在硬岩条件下施工，给盾构机配备扩挖刀; 2) 定期对刀盘情况进行检查。 关键词: 土压平衡盾构; 盾构卡机; 脱困技术; 爆破施工; 注浆 0 引言 盾构( TBM) 是目前国际上最先进的隧道施工机械，其依靠机械的强大推力和剪切力破碎岩石，使隧道掘进、出碴、衬砌、灌浆等工序平行作业，实现一次成洞。由于国内对盾构的研究不够深入，在盾构施工过程中还有很多不尽人意的地方，像卡机就是影响和约束盾构施工的一个重要因素［1］。针对盾构通过硬岩地层被卡，采取何种脱困措施，国内已有一些相关研究。文献［2 －5］详细介绍了盾构穿越断层破碎带和膨胀性围岩时，由于地应力过大和软弱围岩塑性收敛变形过快等因素造成卡机，提出了加强超前地质预报、改变TBM 施工参数、人工扩挖、超高压换步和化学灌浆加固等措施解决盾构卡机; 文献［6］介绍了不良地质条件下双护盾TBM 卡机的类型，提出了5 种卡机脱困措施; 文献［7］从设备选择、地质条件和施工现场操作方面分析了卡机发生的原因，提出了化学灌浆和小导洞开挖的脱困措施。 上述文献中盾构卡机的原因大都是因地质破碎、疏松或地应力太大造成掌子面塌方或围岩变形过快使刀盘被卡，且都是山岭隧道。目前还未有相关文献对由于盾构没有扩挖刀，边滚刀磨损超限和更换不及时，从而导致开挖直径变小以至于盾体被卡的原因进行研究，也鲜有采用爆破使盾构脱困的技术方法。本文以重庆地铁6 号线土压平衡盾构施工为例，分析盾构在硬岩中卡机的原因，阐述采用爆破方法使盾构脱困的技术。 1 工程概况 重庆轨道交通6 号线2 期土压平衡盾构试验段曹蔡区间右线，采用中铁19 号盾构机掘进。盾构掘进至627 环( YDK42 + 493．826) 后，推力逐渐增大、刀盘扭矩逐渐减小，随后开仓更换刀具。2011 年2 月12 日更换刀具后，对628 环进行掘进。开始掘进后，掘进参数出现异常，推力不断增加、刀盘扭矩逐渐减小、盾尾铰接无法收回。开仓进行检查，发现前体切口环位置与周边岩面密贴，判断为盾体被围岩卡死。 盾构被围岩卡死里程为YDK42 + 493．826，此处隧道埋深为11．5 m，左右线线间距为13．1 m( 盾构平面位置如图1 所示) 。根据地质勘探资料，结合土仓掌子面的围岩情况，洞身范围全断面为中风化砂岩，灰白色，细－中粒结构，中－厚层状结构，主要由石英、云母、长石等组成，钙质胶结，砂岩抗压强度为42 ～44MPa，围岩强度较好。地面以下1．8 m 为强风化带，岩质较软，岩芯较完整，多呈短柱状; 其下为中风化带，岩质较硬，岩芯较完整，多呈短－中柱状; 层底深度为20．9 m，分层厚度为19．1 m。
土压平衡盾构密闭套筒始发施工工法 中铁二局股份有限公司城通分公司 1 前言 盾构施工过程中，盾构始发与到达是最易产生事故的工序，直接影响盾构隧道的顺利贯通。当盾构始发端头地质条件复杂，端头加固龄期长无法满足施工节点要求或由于盾构始发端头存在较多较大地下管线且管线迁改难度大、时间长、费用高时，如何确保盾构机安全始发成为一个工程难点。 广州市轨道交通六号线二期工程【施工三标】土建施工项目高塘石站～黄陂站区间隧道计划从高塘石站始发2台盾构机向高黄中间风井方向掘进。因端头11根10KVA电缆未迁改，且迁改周期较长，为满足工期节点要求，尽早完成该区间洞通节点目标，减少管线迁改及端头地基加固的周期影响，依据平衡始发原理，在盾构始发井内安装钢套筒，并在钢套筒内安装盾构机，盾构在钢套筒内实现安全始发掘进，解决了盾构始发的难题。 2 工法特点 1、施工占用场地小，在盾构始发井内安装钢套筒，并在钢套筒内安装盾构，盾构机在密闭钢套筒内实现始发。 2、工期短，能够解决始发端头加固龄期长，影响施工工期的问题。 3、无需端头加固，依靠钢套筒这个密闭空间，提供平衡掌子面的水土压力，解决了管线迁改周期长，费用高的难题。 3 适用范围 土压平衡盾构在施工场地受限、工期短、端头加固困难且加固期龄太长、管线迁改困难等施工条件下始发。 4 工艺原理 密闭钢套筒平衡始发依据平衡始发原理，通过钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的水土压力，使盾构机破除洞门前即已建立了水土平衡的环境，始发等同于常规掘进，从而避免了盾构机始发过程中因为欠压或渗漏而出现塌方的情况。从直径和长度进行设计，通过把直径与长度设计成比盾构略长的钢套筒与洞口密闭连接，盾构机安装在钢套筒内，然后在钢套筒内填充回填物，通过钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的水土压力，盾构在钢套筒内实现安全始发掘进进入前方土体，最终使盾构能够正常掘进施工。
土压平衡式盾构机 1发展概况和工作原理 土压平衡式盾构机（如图1所示）的开发始于70年代初。第一台土压平衡式盾构机外径为3.72m，由日本IHI设计制造，于1974年在东京投入使用。随后，其它一些厂家也开始生产土压平衡式盾构机，产品的名称不完全相同，但从原理上都可归纳为土压平衡系统（Earth-pressure balance system，即EPBS）。 1．切削刀盘2．开挖室3．承压隔板4．压缩空气闸室 5．推进千斤顶6．尾盾密封7．油箱8．带式输送机 9．管片拼装机10．刀盘驱动11．螺旋输送机 图1土压平衡式盾构机 土压平衡式盾构机的发展基于挤压式盾构机（闭胸）和泥水式盾构机。挤压式盾构机在其承压隔板上设有面积可调的排土口，开挖面的稳定靠调节孔口大小和排土阻力，使盾构千斤顶推力和开挖面土压达到平衡来实现。挤压式盾构机适用于具有良好塑性的粘土层，适用地质范围狭窄。泥水式盾构机在非粘土层中广泛应用，但随细颗粒土砂百分比的增加其分离越来越复杂，代价越来越高，悬浮液也需频繁更换，还存在环保问题。特别是在日本主要城市施工时，由于空间有限使得安装分离设备较为困难。这些都促进了土压平衡式盾构机的发展。与泥水式盾构机相比，土压平衡式盾构机没有分离装置，施工时的覆土层可以相对较浅。其适用地质范围比挤压式盾构机广，掘进性能也优于挤压式盾构机。 根据日本对不同盾构机型的统计资料，从1964年到1974年的10年间，与气压施工法同时使用的手掘式盾构机占总数的3/4，从1974年到1984年的10年间，这种盾构机型减少，泥水式和土压平衡式等机械挖掘式盾构机不断增加。日本隧道技术协会对世界盾构施工法现状开展通信调查的结果（其中96%是日本的工程），从1980年至1985年的6年间，密闭型盾构机从1980年占各种类型盾构机总数的60%急增至86%，特别是土压平衡式盾构机从19%增大到60%。 土压平衡式盾构机的刀盘切削面与后面的承压隔板所形成的空间为开挖室或泥土室。刀盘旋转切削下来的土壤通过刀盘上的开口进入泥土室，与泥土室内的可塑土浆混合或被搅拌混合，盾构千斤顶的推