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盾构掘进技术施工要点一、土压平衡盾构掘进（一）土压平衡式掘进特点土压平衡盾构，是将开挖下来的土砂充满到开挖面和隔板之间泥土仓，根据需要在其中注入改良材料，用适当的土压力确保开挖面的稳定性。
通过贯穿隔板设置的螺旋输送机，可在推进的同时进行排土。
在施工时，必须在开挖两层隔板之间充满土砂，对其进行加压达到满足开挖面的稳定需要的状态。
为了获得适合于盾构推进量的排土量，要对土压力和出土盘进行计量，对螺旋式排土器的转数和盾构的推进速度进行控制，达到平衡状态，同时，还要掌握刀盘扭矩和推力等，进行正确的控制管理以防止开挖面的松动和破坏。
（二）土仓压力管理（1）在土压平衡盾构的施工中，为了确保开挖面的稳定，要适当地维持压力舱压力。
一般，如果土仓压力不足，发生开挖面的涌水或坍塌风险就会增大。
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下降或地面隆起等问题。
（2）土仓压力管理的基本思路是：作为上限值，以尽量控制地表面的沉降为目的而使用静止土压力；作为下限值，可以允许产生少量的地表沉降，但可确保开挖面的稳定为目的而使用主动土压力。
（3）掌握开挖面的稳定状态，一般是用设置在隔板上的土压计来确定土仓压力。
（4）推进过程中，土仓压力维持有如下的方法：①用螺旋排土器的转数控制；②用盾构千斤顶的推进速度控制；③两者的组合控制等。
通常盾构设备采用组合控制的方式。
（5）要根据各施工条件实施良好的管理。
另外，需要确认伴随推进所产生的地基的变形、排土状态、刀盘扭矩以及其变化情况，及时在推进中修正土仓压力。
（三）排土量管理（1）为了一边保持开挖面的稳定一边顺利地进行推进，则需要适量地进行排土，以维持排土量和推进量相平衡。
可是，由于围岩的重度在掘进中会有一定的波动，以及受添加剂的种类、添加量或排土方式等因素的影响，排出渣土的重度也会发生变化，所以要恰当地掌握排土量是比较困难的。
另外，作为排土，其状态可在半固体状态到流体状态之间变化，其性状是各种各样的。
富水液化砂层土压平衡盾构掘进地表沉降控制技术
富水液化砂层土压平衡盾构掘进地表沉降控制技术是一种用于在砂层土地下进行盾构
掘进时控制地表沉降的技术。
在富水液化砂层土中进行盾构掘进时，会引起大量水分流失，导致地表沉降。
如果不加以控制，可能会对周围的建筑物、地下管线等造成不可逆的损
坏。
该技术主要通过以下几个方面来控制地表沉降：
1. 富水液化砂层土处理：在进行盾构掘进前，需要对富水液化砂层土进行处理，以
提高其稳定性。
常用的处理方法包括注浆加固、挖控砂层钻孔灌浆、预充水等。
2. 掘进过程中的施工措施：在盾构掘进的过程中，可以采取一些措施来减小地表沉降。
可以合理控制盾构推进速度、采用多层顶进法、采用节段掘进法等。
这些措施可以减
小盾构对土体的扰动，从而减小地表沉降。
3. 地表沉降监测与预测：在盾构掘进过程中，需要对地表沉降进行监测和预测，及
时发现并采取措施来控制地表沉降。
常用的监测手段包括测量沉降点、沉降观测井、地面
位移监测等。
4. 控制地下水位：地下水位是导致地表沉降的主要原因之一。
在进行盾构掘进时，
需要采取措施来控制地下水位。
常用的措施包括设置隔水帷幕、注浆加固、水封等。
富水液化砂层土压平衡盾构掘进地表沉降控制技术通过处理土体、施工措施、监测预
测和控制地下水位等手段来减小地表沉降，保护周围建筑物和地下管线的安全。
该技术在
盾构掘进工程中得到广泛应用，为城市地下工程的安全高效施工提供了有力支撑。
土压平衡盾构机工作原理土压平衡盾构机是一种用于地下隧道施工的机械设备，它能够在不破坏地表的情况下进行隧道的开挖和支护。
相比传统的开挖方法，土压平衡盾构机具有施工安全、施工速度快、对周围环境的影响小等优点。
它的工作原理是利用盾构机的推进装置和掘进装置相互配合，通过对土壤的剥离和推进来实现隧道的开挖。
土压平衡盾构机主要由盾构体、推进装置、掘进装置和支护装置等部分组成。
工作时，盾构机首先进入工作区域，并进行钻孔和张拉导管的工作。
然后，开始进行掘进作业。
掘进装置首先钻入土壤中，然后通过旋转刀盘对土壤进行切削。
切削后的土层由盾构体上的切削腔集中导入盾构机内部。
此时，通过压泥管将过高的压力排出。
在土压平衡盾构机的施工过程中，土壤中压力是非常重要的，它能够确保隧道工作面保持稳定，并防止隧道塌陷。
土壤压力的平衡是软弱地层盾构施工中的关键，其中包括孔前土压力平衡、孔内土压力平衡和孔后土压力平衡。
在孔前土压力平衡过程中，当推进装置推进一定距离后，需要通过注浆或人工通过导管来向掘进面施加压力，使前方土层形成一定的土壤压力，以防止隧道的塌陷。
而在孔内土压力平衡过程中，盾构机夹持住已经掘进的管片，并通过向管片内注浆来施加一定的内部土压力，以抵抗外部土壤的压力，确保隧道工作面的稳定。
最后，在孔后土压力平衡过程中，盾构机通过推进土层，并及时排除剥离的土壤，使工作面后面的土层得到有效支撑，以防止隧道工作面后退。
土压平衡盾构机还包括封闭空腔和气压平衡系统。
封闭空腔是指隧道后方的可供施工人员和设备出入的空间。
通过保持封闭空腔内的空气压力略高于周围大气压力，可以防止地下水渗入和土壤坍塌。
气压平衡系统则是通过控制封闭空腔内空气的压力和流动方向，来保持稳定的工作环境，并降低地下水渗入的风险。
综上所述，土压平衡盾构机通过盾构体、推进装置、掘进装置和支护装置等部分的相互配合，以及土壤压力的平衡控制，实现了地下隧道的安全快速施工。
它的工作原理在于控制土壤压力，保持工作面的稳定，同时通过封闭空腔和气压平衡系统，确保施工环境的安全和可控。
泥水平衡盾构压力平衡原理泥水平衡盾构压力平衡原理是指在盾构施工过程中，通过控制泥浆的压力来平衡盾构机前后腔的压力差，以保证施工的安全和顺利进行。
本文将详细介绍泥水平衡盾构压力平衡原理及其应用。
泥水平衡盾构是一种在地下施工中常用的盾构方法。
它通过在盾构机前后腔之间注入泥浆，并通过控制泥浆的压力来平衡盾构机前后腔的压力差。
这种平衡可以有效地减小盾构机前后腔的压力差，降低地层的沉降和地表的变形，从而保证施工的安全性。
泥水平衡盾构压力平衡原理的核心是控制泥浆的压力。
在盾构机施工过程中，泥浆被注入到盾构机前后腔之间，形成一个封闭的环境。
通过控制泥浆的注入速度和排出速度，可以控制泥浆的压力，从而实现前后腔的压力平衡。
当盾构机前后腔的压力差较大时，可以增加泥浆的注入速度，提高泥浆的压力，使前后腔的压力趋于平衡；当盾构机前后腔的压力差较小时，可以减小泥浆的注入速度，降低泥浆的压力，保持前后腔的压力平衡。
泥水平衡盾构压力平衡原理的应用非常广泛。
首先，它可以用于地铁、隧道等地下工程的施工。
在这些工程中，地下水位较高，地层较松软，如果不采取措施来平衡盾构机前后腔的压力差，就会导致地层的沉降和地表的变形，严重影响工程的安全性和稳定性。
通过采用泥水平衡盾构压力平衡原理，可以有效地控制盾构机前后腔的压力差，减小地层的沉降和地表的变形，保证工程的安全和顺利进行。
泥水平衡盾构压力平衡原理还可以用于河道、湖泊等水域工程的施工。
在这些工程中，水的压力对盾构机的施工造成了很大的影响。
通过采用泥水平衡盾构压力平衡原理，可以控制泥浆的压力，从而平衡水的压力，保证施工的安全性和稳定性。
泥水平衡盾构压力平衡原理还可以用于土层较软、地下水位较高的地区的施工。
在这些地区，地层的稳定性较差，如果不采取措施来平衡盾构机前后腔的压力差，就会导致地层的沉降和地表的变形，严重影响工程的安全性和稳定性。
通过采用泥水平衡盾构压力平衡原理，可以有效地控制盾构机前后腔的压力差，减小地层的沉降和地表的变形，保证工程的安全和顺利进行。
土压平衡盾构机概念
土压平衡盾构机是一种用于在土中进行隧道挖掘的工程机械设备。
它是盾构机的一种类型，主要用于地下隧道工程的施工。
土压平衡盾构机的工作原理是通过在盾构机前端设置推进挡土板，来平衡土层的压力，防止土压力过大造成隧道坍塌。
盾构机的前端还配备有刀盘，通过旋转切割土层，并将土层运输到后方的输送系统中。
土压平衡盾构机主要由推进装置、刀盘、导向系统、控制系统和输送系统等组成。
推进装置可以通过液压驱动，推进盾构机前进。
刀盘上的刀片可以根据土层类型进行更换，以实现最佳切割效果。
导向系统用于保持盾构机的方向稳定，控制系统则用于操作盾构机的运行。
输送系统负责将挖出的土层从隧道中运输出来。
土压平衡盾构机在隧道施工中具有高效、安全、低风险等特点。
它可以适应各种土层类型的挖掘，并且由于使用了土压平衡技术，可以最大程度地保护隧道周围的土体，减少地表沉降和其他地质灾害的风险。
同时，土压平衡盾构机还可以进行人工开挖和管片施工等工作，是一种多功能、高效的隧道施工设备。
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：
地下水位
PEPB土舱压力Pw+PE=PEPB
PE土压力w水压力
地表面图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：
土舱压力与机头前方地表沉隆的关系(一)
-3-2-101234
0m5m10m15m20m22m25m距机头的距离地
表
沉隆值(mm)
盾构推进39环前方地表沉隆变化盾构
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： 土舱压力与机头前方地表沉隆的关系(二 )
-3-2-101234
0m5m10m15m20m25m距机头的距离地
表
沉隆值(mm)
盾构推进60环前方地表沉隆变化盾构
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关，影响通常在1.5D+H(D为盾构机外径，H为盾构中心至地面高度)范围内，由盾构刀盘向前方递减。 4 土舱压力控制技术 4.1 土舱压力的设定与调整 4.1.1 土舱压力的计算方法 （1）水土压力计算 盾构推进施工中，如何对推进土压力进行设定，必须经过周密的计算。而土压力的计算，采用何种条件，需要根据地质情况而定，计算土压力的方法有两种，一种是将土压与水压分开的计算方法；另一种是将水压作为土压的一部分进行计算的方法。采用土压分算或合算不能一概而论，一般而言，在砂性土地层中，认为土压和水压是分别作用的；在粘性土地层中，土压和水压可认为是相互间成为一体作用的。但是由于正确地掌握土中水的变化、地下水位等是非常困难的，即使进一步根据地质条件、盾构设备状况慎重地进行分析也难以作出判断时，可以使用两种方法同时进行计算，然后根据施工情况选用较安全一侧的方法。 （2）土体重度 采用水土分算时，对土的重度，在地下水位以上时采用湿重度，在地下水位以下时采用水中浮重度。采用水土合算时，在地下水位以上，也采用湿重度，而在地下水位以下时采用饱和重度。土的重度，原则上根据工程地质勘察结果来决定。根据过去的经验，使用水土分算时，地下水位以上一般为16～18KN/m3,水中浮重度为8～10KN/m3；使用水土合算时，地下水位以上一般采用18～20KN/m3的值。 （3）附加土压 由于部分地面上有构筑物或活荷载等附加荷载存在，另外施工中还有许多不可预见的因素，致使施工土压力往往小于原状土体中的静止土压力。按照施工经验，在对沉降要求比较严格的地段计算土压力时，通常在理论计算的基础上再考虑(0.01～0.02)MPa的压力作为附加土压。 （4）经验公式 上海地区地层是洪积层和冲积层交错的，隧道穿越的地层很少出现单一的土质情况。但上海地区的盾构隧道大多是从灰色淤泥粘土④层，灰色粘土⑤层中穿越，因此，采用土压合算比较接近实际情况，经过一、二、四、八线地铁的施工实践，总结经验计算公式如下： P=KrH K-----土压力系数（K=0.7～1.0） r------泥土容重 H-----地面至盾构中心覆土厚度 4.1.2 施工中土压力的及时调整 土舱压力应随隧道上覆土厚度的变化而变化，但如单凭理论土压来设定土舱压力显然不是很合适的，由于土层的复杂性，如地面超载作用力的大小及建筑物基础结构的不准确性，另外，盾构机内部的土压传感器和自动模式控制器存在系统误差，造成了土压力设定值的计算结果不可能十分准确。 目前，主要通过预先在盾构施工的轴线上布置地面变形监测点，盾构施工中用精密水准仪每天2次对机头前30m的监测点进行观测，并把监测点的高程变化及时反馈盾构操作者，以便及时调整设定土压力。直至地面不在发生大的沉隆为准。所以盾构前方地面沉降监测结果可直接反映土压力设定值与自然土压力的吻合程度。 在实际的施工中，可根据地表沉隆要求控制盾构机前的地面沉隆量在-2～+2mm之间，如隆起过大则应适当调低压力设定值，如发生沉降则应适当调高压力设定值。 4.1.3 协调好推进速度、螺旋机转速和土舱压力之间的关系 土压平衡式盾构，施工中可采用自动土压控制装置，通过装在盾构机土舱隔壁上的土压计对掘进中的土压进行常时监视，利用装在后续台车上的操作盘内PLC计算出与操作目标值(管理土压值)的差值,通过ＰＩＤ控制，自动调整螺旋机转速的控制指令值，如下图所示： 计测土压(左右土压的平均值)高于目标值时增加回转速度，反之减少回转速度如下图所示： 掘进速度变化时的自动土压控制动作
由外部因数引起的掘进速度变化的例子.
掘进速度变化时土舱土压的变化情况.由于土压偏离目标值,产生偏差,这时通过自动控制螺旋机回转速度来减少偏差量. 改变目标土压值时的自动土压控制动作
掘进速度不变的情况下改变土压目标值时的例子
与变化计测土压时一样,同样产生土压偏差. 由于土压偏离目标值,产生偏差,这时通过自动控制螺旋机回转速度来减少偏差量.
4.2控制好土舱内土体状态，建
立土压平衡 保持土舱内的泥土处于有良好的流动性、不透水性的状态更容易建立土压平衡并保持开挖面的稳定。
土压计测 螺旋机 回转速度指令
螺旋机 回转速度计测
管理土压设定 自动土压控制系统图
偏差 目标値 时间 土压 螺旋机 回转速度
掘进速度
偏差 目标値 時間 计测土压 螺旋机 回转速度
掘进速度 4.2.1影响土舱内土体的稳定的因素 当土舱内泥土砂、石含量超过一定限度时，由于泥土的摩擦角增大，流动性差，靠刀盘开挖扰动和土舱内搅拌臂的搅拌，很难使泥土达到足够的流塑状况，一旦在泥土舱内充满过量，就会压密固结，致使排土阻力太大，无法进行排土。有时还会产生拱效应，造成泥土疏密不均。 当土内地下水含量丰富时，螺旋输送机内的泥土就不能起止水作用，而且会引起开挖面土层崩塌，致使盾构无法继续开挖和排土。 对于粘土矿物含量超过25％的各类土层，推进中极易产生泥饼现象，造成土压力忽高忽低、推进阻力增大、地面隆起、建筑物被破坏、盾构机损坏等现象。 4.2.2土体状态的控制方法 （1）在盾构选型时应根据施工范围内地质、水文情况，选定符合要求盾构机的刀盘系统、搅拌系统、排土系统等。 1）刀盘系统 刀盘系统决定着地层的破碎机理，其中刀盘刀具的数量、布置形式、种类、开口率、开口孔隙的规格、刀盘辐条的钢结构形式、刀盘转速等对进入土舱内土体的影响最大。刀盘的扭矩大小和土压计精度、耐久性也非常重要。 2）搅拌系统 搅拌装置必须在刀盘的开挖部位、取土部位有效地使土砂进行相对运动，防止发生共转、附着、沉淀等现象。搅拌装置有以下几种，可单独使用，也可组合使用。 ①刀盘（刀头、轮辐、中间梁） ②刀盘背面的搅拌翼 ③设置在螺旋排土器芯轴上的搅拌翼 ④设置在隔壁上的固定翼 ⑤独立驱动搅拌翼 这些搅拌臂共同的作用就是入的土体进行搅拌，使土体变得更加均匀，流塑性更好。 3）螺旋输送机系统 排土系统必须是能够保持渣土和土压力、地下水的平衡、并具有按盾构推进
