土仓压力控制方法汇总

压力舱内土体状态控制方法

一、工程概况

本标段区间隧道全部采用土压平衡式盾构掘进，土压平衡是利用盾构机切削的泥土充满密封仓并保持适当的土压力来平衡开挖面的土体，从而达到对盾构正前方开挖面进行支护的目的。平衡压力的设定是土压平衡盾构施工的关键，维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节，其中包括推力、推进速度和出土量三者的相互关系，对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用。因此，盾构推进过程中，要根据不同地质泥土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果及时调整设定土仓压力，推进速度要保持相对平稳，控制好每次的纠偏量，减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好条件。同步注浆量要根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整，将施工轴线的地层变形控制在允许的范围内。

二、土压平衡工作原理

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。当土舱内的土压力

V地表面

矿地下水位

w水压力P E土压力P E p B土舱压力

p+p=p

wEEPB

图1土舱土压力与地层水土压力平衡

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。

三、土舱内初始土压力值计算（理论值）

3.1计算模型

在饱和粘性土及粘性土层，盾构的荷载按全土柱进行计算。盾构周围负荷分布状态见下图。

图2隧道负荷分布状态（周围）

3.2 计算依据

① 《土压系列盾构施工法》

② 《上海市轨道交通杨浦线（M8线）一期工程土建III 标工程地质勘测报告》。

③ 盾构机操作说明书

④ 《上海市轨道交通杨浦线（M8线）一期工程线路施工图》 ⑤ 《上海市轨道交通杨浦线（M8线）一期工程区间圆形隧道结构标准图》。

⑥ 《上海市轨道交通杨浦线（M8线）一期工程区间衬砌圆环布置图》。

⑦ 国家和上海市有关地铁、市政等有关施工技术及验收规范、规程。

3.3 土压力的影响因素: P 右

p 左 p

水压力

水平水力压

寸 「压 力 土抗力（被动土压力）］hf 土抗

力（盾构自重反力）f i 儿I 水压力

I4

p 下

垂直土压力

①土压力值与地面沉降监测关系

前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前舱压力显然不是很合适的；另外，因土层的复杂性，如地面超载作用力的大小及建筑物基础结构的不准确性，造成了土压力设定值的计算结果不可能十分准确。再则，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。根据实际施工经验，盾构机切口前方1.5D+H（D为盾构机外径，H为盾构中心至地面高度）范围内地面的沉降情况与土压力设定值密切相关，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，可控制盾构机前的地面沉降量在负沉陷（隆起）0〜2mm,如负沉降过大则应适当调低压力设定值，如发生正沉降则应适当调高压力设定值。

②土压力控制值与掘进速度关系

合理设定土压力控制值的同时应限制掘进速度，如掘进速度过快，螺旋输送机转速相应值达到极限，密封舱内土体来不及排出，会造成土压力设定失控。所以应根据螺旋输送机转速（相应极限值）控制最高掘进速度，一般控制在以内。

③进、出洞时土压力控制值

在进、出洞阶段，因端头井前基本上都是较开阔的场地，土体经

过加固，设定前舱压力时，应将着重点放在进出洞的安全上，除掘进速度应严格控制外，前舱压力可相对设得低些。

四、工程工作流程

计算理论土压力一►盾构出洞60m试推进——►调整推进参数＞正常推进一推进速度、设置压力值、理论压力值、地表沉降量数

据收集

一数据整理、分析一总结成果

6、原始数据采集和分类

⑴收集整理地面监测资料

⑵计算沿线理论土压力值⑶收集整理盾构机推进过程中实际土压

力值和对应推进速度，与

理论值互相检校，确定合理的土压力值。

2.4黄兴绿地站〜延吉中路站（下行线）初始土压力值计算

根据隧道的埋深、采用盾构机的机型计算初始土压力值见下表。

黄兴绿地站〜延吉中路站土压值表（下行线）

在出洞进洞阶段，因端头井前基本上都是较开阔的场地，土体经过加固，设定前舱压力时，应将着重点放在进出洞的安全上，除掘进速度应严格控制外，前舱压力可相对设得低些。

三、盾构隧道防水施工

1、项目概况

本工程全线属滨海平原地貌单元，沿线90m深度范围内均为第四纪更新世（Q3）以来的松散沉积物，线路主要穿过灰色砂质粉土②3b 层，灰色淤泥质粉质粘土③层，灰色淤泥粘土④层，灰色粘土⑤la层和灰色粉质粘土⑤1b层。线路长距离穿越的④层和⑤1a层，土质均匀，透水性差，对盾构施工有利，但其工程地质性质较差，含水量高，空隙比大，强度低，压缩性高，且稳定时间长，在动力作用下易产生流变现象。第②层粉土和第③层粉质粘土对盾构施工不利。地下水水位埋深0.5〜1.0m,水位动态为气象型，承压水动态较稳定，压力水头一般距地

表6〜11m，沿地层渗透具有水平向大于

垂直向的特征。

为防止隧道内部渗漏，给竣工后隧道的运营管理和维修带来问题，施工时应严格按设计要求及有关规范要求进行，对涉及到与防水有关的材料、机具、工艺进行严格控制和把关。对隧道底部和进出洞门、旁通道、螺栓孔和注浆孔等局部位置进行特殊处理，以确保建成的隧道不漏水，达到隧道的防水设计要求。

2、隧道防水质量验收标准

不得有线流、滴流和漏泥砂，隧道内面平均漏水量不超过

0.1L/m2/d。

3、防水措施

盾构法施工的隧道防水包括管片本体防水、管片接缝防水、旁通道防水和隧道渗漏处理。

3.1管片本体防水

3.1.1材料、机具防水

管片生产所用的水泥、砂、石子、粉煤灰、外加剂、钢材等原材料均应符合国家质量标准的有关规定，且必须附有生产厂家的产品质量保证书，并按规定进行复验。优选供应厂家，合理组织材料供应，重视材料的标识。

弹性密封垫应涂刷缓膨胀剂，以免在潮湿环境或遇水先期膨胀，影响最终防水能力。

要保证止水橡胶条的粘贴质量，以防在衬砌运输或施工过程中脱

落；止水橡胶条质量要达到设计要求。

3.1.2管片防水

选用科学合理的防水混凝土配合比；

完善制造工艺和养护措施，加强生产过程中的计量装置的检验校核和质量监督控制；

混凝土的浇捣、蒸养、拆模、修整、水养均应按照制定的规定进行质量控制。管片钢模在浇捣前须进行精度的检验，并清理杂物。清理后的模具涂上脱模剂。模具组装完毕后，必须对钢模的内净宽度进行检查。钢筋骨架入模后，必须检验底部、两端、两侧的混凝土保护层，管片中的预埋件锚固钢筋必须与管片的主筋焊接牢固，预埋件就位必须与钢模底弧面保持垂直密贴。

对混凝土制品厂运抵工地的管片，除需提供出厂合格证外，工地质检员还需按规范要求逐块进行验收。每个单块成品管片都要进行外观质量检验和制作精度检验，不合格的产品应作处理或报废；

为确保管片的抗渗性能，除对管片混凝土进行抗渗检测外，还必须按国家强制性规范要求的管片抗渗检漏频率，对单块管片进行抗渗检测。其方法是：将被检管片置于专用测试架上，在管片外表面施以

1.0Mpa水压力，恒压3小时，渗透深度小于5mm为合格。抽检不合格，严禁出厂，作报废处理；

加强管片堆放、运输过程中的管理和检查，防止管片产生附加应力而开裂或在运输中碰掉边角，确保管片完好；对管片破损的部位，表面用界面处理剂处理后，再用高标号防水砂浆进行修补。

管片进洞后应作外观检查；

钢管片的防腐处理是盾构法隧道防水的一项重要内容，应考虑隧道的特定环境，采取有效的措施。按设计，钢管片制作后先进行除锈处理，除锈后的钢管片先在背板涂702环氧富锌底漆一度，待固化后再涂H52-65环氧煤沥青厚浆型防锈漆二度。内表面涂红丹漆二度。

为防止管片的接头面漏水，一般施行防水条施工和嵌缝施工。防水条施工是在管片接头面上设置防水条槽，将密封条贴在上面即可。嵌缝施工是在管片组装结束后，在接头面上设置的槽内填充上防水填料。3.2接缝防水

3.2.1进出洞防水

在洞门和区间隧道管片及和车站结构的刚性接头中设置水膨胀橡胶止水条。施工缝设置止水条或止水带，变形缝设置加厚的复合型弹性密封垫。在主体完工后，对全部缝隙进行嵌缝施作，根据施工具体情况，必要时可进行提前预注浆或施工时预埋注浆管进行后注浆。

3.2.1.1在防水处理上，按时间可分为三个阶段进行。一是进出洞的处理；二是进出洞期间的防水措施；三是进出洞后的防水封堵措施。

3.2.1.2进出洞前的洞门处理根据洞门的地质条件和埋深，确定

洞门的封门（主要指车站结构

作好后预留的洞门）处理方案。对于砂及粘土等软弱地层，主要采取混凝土封门，在洞门处设置预埋钢环，洞门与端墙间要进行必要的构造处理。盾构进洞时，将混凝土封门拆除。本标段洞门在车站施工时通过车站地下连续墙和混凝土封堵的方式进行防水。

3.2.1.3进出洞期间的防水措施

出洞时，在洞门开放后，盾构应尽快推抵开挖面，封闭洞口。到达时，应尽快推出洞门封闭。本标段按设计要求在洞门设置帘布橡胶板和圆环板等防水装置并在盾构进出洞时注速凝水硬性双液浆对洞门进行封堵。

3.2.1.4进出洞防水封堵措施

盾构始发准备完成，切口环进入洞门后应立即进行洞门圈的封堵，在盾尾进入掌子面土体后，压注速凝水硬性双液封堵；在盾构到站刀盘完全脱离隧道后，也应立即固定翻板进行洞门圈的封堵，及时对隧道进行注浆充填，以确保盾构到站后地表的稳定。

同时，现浇洞门的施工要严格按设计的防水要求进行操作。施工时若混凝土达到一定的强度再注以化学固接剂进行封堵。严禁直接浇灌混凝土封堵。

3.2.2螺栓孔防水

螺旋孔的密封圈采用遇水膨胀橡胶材料，利用压实和膨胀双重作用加强防水，使用寿命终结可以进行更换，另外管片连接件的防腐处理是延长使用寿命，防止隧道渗漏的重要方面，且上海市地区的地下水对钢筋结构有弱腐蚀性，因此不能忽视对连接螺栓的防腐处理。管片连接件采用在其表面加锌基铬酸盐涂层的方法保证螺栓不被水浸锈蚀。连接件

的防腐处理应进行盐雾试验，试验次数为每个区间作两次。

3.2.3注浆孔防水

注浆孔的防水封堵采用密封圈和密封塞，密封圈用遇水膨胀橡胶制作。必要时也应用聚氨脂密封胶进行完全封闭，进行封闭前彻底清除孔

内的残余物。

3.3旁通道防水

旁通道的防水，在初次支护时可视地下水情况做出一些引排和封堵，二次衬砌采用防水混凝土。二次衬砌施作前铺设无纺布+EVA防水板进行防水，施工缝设置遇水膨胀橡胶止水条。对旁通道处前后各5环正洞衬砌管片进行全环嵌缝处理，更有利于旁通道与正线隧道的接口部位的防水。

施工中应注意以下几点：

①铺设无纺布和EVA之前，应清理初次支护的表面，割除外露钢筋头、注浆管等尖利器物，凿除突出墙面的喷射料，使表面基本平整；

②防水板的焊接应使用专用焊缝焊机，并应先在地面上试焊，检验焊缝强度和密封性能后，方可正式进洞焊接；

③无纺布如用射钉枪固定，其钉孔处必须用专用密封圈密封，防止水从钉孔渗出；

④每道焊缝必须经过认真仔细的检查，有问题处要补焊，特别是拐角部位两个面搭接处，应严把焊接质量关；

⑤拐角搭接处和超挖部位等复杂面，不应将防水板绷的太紧，防止施作二次衬砌时将防水板拉破；

⑥遇水膨胀橡胶止水条的安装一定要按设计要求进行施工。

3.4隧道渗漏处理

工程施工完成后，对所有的渗漏处均应进行修补，使之完全达到防水等级要求。

按设计要求，管片最大裂缝允许宽度为0.2mm。旁通道和洞门最

大裂缝宽度的大小，漏水的裂缝均应进行修补。具体施工方法为：

（1）涂抹处理

①若裂缝为0.15mm以下湿裂缝或微渗裂缝时，用无机水性高渗透密封剂涂刷封闭处理；

②若裂缝为0.20mm以上的干裂缝时，采用聚氨酯、聚硫材料涂抹封闭；或采用聚合物水泥（氯丁胶乳、氯偏乳液、丙烯酸酯乳液）涂抹或砌抹封闭。

（2）注浆处理

①因外荷变化可能发展到0.20mm以上的渗漏或裂缝虽在0.20mm 以下，但漏水较多时，采用注浆处理，注浆材料为聚氨酯（水溶性、油溶性）、丙凝或硅酸钠。聚氨酯用于处理大量漏水；丙凝用于处理微细漏缝；硅酸钠用于处理大量的裂缝与间隙；

②注浆后用嵌缝加强，嵌缝材料可选用氯丁腻子膏、聚硫密封胶、聚氨酯密封胶或胶乳水泥等。嵌缝时先对嵌缝槽（宽3~10mm，深20〜30mm）清理并涂冷底子，然后用嵌缝枪嵌填或手工封嵌；嵌缝槽口浇注混凝土或封塞聚合物快硬水泥；

③对结构有影响的0.2mm以上的干裂缝或微湿裂缝应注浆补强，

补强注浆材料采用：环氧—糠醛—丙酮注浆材料或甲凝注浆材料。

4、施工时的结果验证

待区间隧道施工时根据上述操作验证效果，作适当调整，得到合

理的施工方法。

盾构机穿越上软下硬地层及全断面硬岩地层质量控制

1〕做好补充地质勘探，在地层起伏交界处进行钻孔，查清上软下硬地层的位置和长度； 掘进过程中不断观察出土情况，并结合推力、扭矩、速度、土压，以及渣土中石块的比例和大小，判断硬岩的比例，及时调整掘进参数。 2〕在岩层和土层同时存在的地段，应以硬岩的强度来进行刀具配置；掘进时采用土压平衡掘进模式，根据隧道顶部地质情况选择适宜土压力，适当降低土压有利于提高刀具的寿命。 3〕盾构机在上软下硬地层中掘进时，盾构姿态容易向上抬，为了保持正确的掘进线路，应该合理控制上下千斤顶的推进油压；此时边缘滚刀承受最大的破岩压力，应选用重型破岩刀具。 4〕在上软下硬地段应该采用低转速，以减少滚刀与岩土分界面的冲击。 5〕加大发泡剂比例，以改善土体的流动性和土仓的温度，降低土仓温度有利于减少刀具磨损和偏磨； 6〕下部是硬岩，掘进速度受硬岩制约而变慢，容易多出土，应该以盾构机进尺来控制出土量，防止超挖，同时保证盾尾回填注浆。 2.2穿越全断面地层硬岩段的掘进措施 本段长度为90m，该地层天然单轴抗压强度最高达89.9MPa，受此硬岩影响，盾构掘进时可能会遇到以下困难：1〕掘进速度慢；2〕刀具磨损快，换刀频繁，工作量大；3〕盾构容易出现“卡壳〞现象，推进困难；4〕盾构姿态不好控制，造成隧道质量缺陷；5〕管片上浮；6〕地下水流失。 针对本区间的硬岩地质条件，盾构掘进中采取了以下措施： 1) 施工前进行详细的补充勘探，进一步查清硬岩的分布及特性； 2) 根据岩石的强度，选择匹配的硬岩刀具和耐磨刀具，掘进时，通过提高刀盘转速，减少贯入度，来保证掘进速度； 3) 每3～5环检查一次刀具，做到勤检查、勤更换，特别是边缘滚刀要及时更换，以保证盾构的开挖洞径。现场准备足量的刀具，以便需要时能及时更换刀具。 4) 在中、微风化岩层中采用敞开式掘进模式； 5) 开启刀盘加泡沫、加水装置，改进正面土体，降低刀具和土体的摩擦力，减小扭矩，降低刀盘和土体温度，减小刀具的偏磨； 6) 在掘进过程中，根据滚动角的大小，及时通过调整刀盘转向〔左转或右转〕来防止盾体产生扭转； 三、具体的技术措施 3.1进入全断面前，在上软下硬的区域预加固 盾构机进入全断面硬岩段前，在里程SK35+501.250～SK35+485.640范围下半部是岩层，上半部是软土层。此时，盾构机已经掘进了约500m，刀具难以克服这一段上软下硬地层。工程部在里程SK35+503.200～SK35+485.200预先进行地面加固，进行一次全面换刀。加固采用三重管旋喷桩，加固区呈倒L型，平面施工范围为横向9.3m，纵向20m，加固深度为桩顶在隧道拱顶以上3米，桩底在隧道拱底以下1米〔其中一段为隧道顶部3m至隧道顶〕，隧道左侧1.65米，右侧1.65米，详见以下图1：

带压进仓方案

带压进仓 一、目的 在盾构机掘进施工中，由于地质条件及地面环境不允许，不能常压工作或者紧急情况下，施工作业人员必须进仓作业。为保证工程、人员、设备的安全，同时在计划时间内快速、安全、高效地实现进仓作业目的，特制定盾构机进仓技术方案。进仓作业的目的： （1）解决发生的故障； （2）清理土仓，检查地层情况； （3）检查刀盘、刀具的磨损情况； （4）更换刀具、清理刀盘。 二、方案编制依据 1、盾构机主机结构设计图和实际空间尺寸； 2、带压作业技术规范； 3、刀盘位臵的地质状况； 三、盾构机的人员仓介绍 盾构机的人员仓见示意图和结构图 土压盾构人仓结构图 ⑴人员仓介绍 a.人员仓是人员出入土仓（泥水仓）进行维修和检查或者换刀具的转换通道，出入土仓的工具和材料也由此通过。 b.人员仓包括主仓和副仓。主仓和中间仓之间有法兰连接，而中间仓直接 人员仓示意

焊接在压力隔板上。通过隔板上的门就可以进入土仓。副仓和主仓横向连接，这样从副仓出来必须要经过主仓。副仓的作用是在带压工作时运送设备、人员和出现紧急情况时的出入。 人员仓压缩空气的供应是由配备的专门空气压缩机供应，管路配有相应的滤清器和安全阀，并且在拖车上还配有一套供气系统和储气罐，再准备一套内燃空压机供气系统，以便在停电的情况下及时切换供气设备保证仓内人员安全撤出。人员仓配有自动保压系统，人员仓内压力一经设定后，完全由自动保压系统调节、控制仓内压力。 c.当有人员在带压模式进入人员仓工作时必须保证时刻有受过专业培训的技术人员现场控制，密切注意仓内人员的工作状况，且严格遵守带压进仓规定的时间。进入人员仓的工作人员必须经过身体检查，并接受相关的专业技术培训。 ⑵设备功能介绍 根据仓的大小，主仓可容纳3人，副仓可容纳2人。主仓和副仓都是可分开操作的，内部都配有以下设备：通讯系统、排气阀和通风阀、消防喷头、气压表、温度计、时钟。 人员仓内外共配备了两套通讯系统，一套常规电话和一套气路电话。这样的配臵可保证在任何情况下都能和人员仓内部的工作人员取得联系。 排气阀和通风阀只在意外情况发生后人员被堵在仓内时使用；正常情况下，进出人员仓都有仓门负责人来操作。 人员仓内安装有消防喷头可喷水消防和降温。 时钟、气压表、温度计等常规设备使在人仓中的带压人员时刻掌握环境情况。 仓外控制设备：两仓的排气阀和通气阀、通讯系统、自动保压系统、人员仓通风用的流量表、气压表。 设臵在仓外的排气阀和通气阀与仓内的阀门连通，以备在特殊情况下紧急排气。 气压表和通风流量表有助于人员仓外的操作人员掌握和控制仓内的压力环境。

盾构法施工过程中土压平衡盾构机姿态控制技术

盾构法施工过程中土压平衡盾构机姿态 控制技术 摘要：盾构法主要是利用盾构机进行隧道修建的一种方法，在实际施工过程中，借助盾构机在地下进行掘进，不仅能够避免开挖面发生坍塌，还能够最大限度保证掘进过程中开挖面的稳定，促使相关人员能够在盾构机内相对安全地开展隧道开挖以及衬砌等作业，以更好完成隧道施工。在盾构法的具体应用过程中，盾构机姿态控制是整个施工的核心与关键，因此应该加大对盾构机姿态控制技术的重视，保证隧道施工的顺利开展。鉴于此，文章将首先分析盾构机姿态控制的主要影响因素，然后具体探究盾构法施工过程中土压平衡盾构机姿态控制技术。 关键词：盾构法；土压平衡盾构机；姿态控制技术；影响因素 引言 盾构是隧道施工过程中的一种常用机械，在具体施工过程中，盾构机能够在盾壳的掩护作用下让隧道能够一次成型，同时完成土体的开挖，同时还能够对土渣进行排运，对管片进行安装等，以更好实现整机的推进。依据盾构法的开挖以及结构特性，可以具体划分为敞开式和闭胸式盾构，其中闭胸式盾构主要采用的就是土压平衡式的开挖方式，借助泥土进行加压或者利用泥水进行加压的方式更好抵抗来自开挖面的水和土的压力，最大限度保证开挖面稳定。由此可以看出，在土压平衡盾构隧道施工中，保持开挖面的稳定是整体施工的关键，这就促使土压平衡盾构机姿态控制技术在盾构法的应用过程中显得非常重要。 一、盾构机姿态控制的主要影响因素 （一）土质因素 在盾构机的具体推进过程中，如果切口环附近的体质在硬度方面差距较大，并且在松软土层的施工过程中如果不能合理对推力进行设置，就可能导致盾构机

深陷土体，出现载头现象。如果这种现象不能得到及时改进，那么盾构机的姿态就会逐渐偏离既定施工轴线。 （二）盾构机始发托架与反力架的定位 在利用盾构机进行施工的过程中，在初始阶段，这一设备通常会被放置在始发托架，在这个过程中受托架高程、始发托架以及反力架固定性以及定位准确性等多方面因素的影响，促使与之相对应的始发盾架在姿态上存在一定差异。[1]鉴于此，要求在初始阶段，应该加大对上述问题已的关注，并对盾构机的位置进行不断调整。此外，盾构机与隧道洞门中的钢环应该与隧道的中线轴线和高程相一致，还应该保证始发托架的稳定，并且不能出现变形问题。 （三）盾构机姿态控制过程中的管片姿态 在盾构机进行推进期间，管片的拼装工作通常会在机器的盾尾位置展开，并借助拼装机开展管片的安装工作。在这个过程中，拼装机需要实现管片的横向、纵向以及径向移动。同时还应该完成管片的俯仰、回转以及横摇等动作，确保能够迅速完成管片的定位以及安装工作。在拼装管片的过程中，如果与隧道的标准线路发生偏移，就应该结合实际情况，及时进行调整。如果不能在管片拼装发生偏移的第一时间内就对管片进行调节，就容易为隧道中线带来一定不良影响，促使隧道施工难以满足工程实际需求。因此，在管片的安装过程中，应该保证工作开展的合理性，最大限度减少对盾构机姿态的影响。 二、盾构法施工过程中土压平衡盾构机姿态控制技术 在隧道施工中，在隧道曲线、坡度以及施工技术等因素的影响下，促使在盾构工作推进过程中时常存在误差。如果这些误差不能得到及时处理，在长期积累中就容易发生隧道衬砌被侵限的问题，在盾尾的间隙变小之后，管片容易受力不均，因此在运用盾构法进行施工的时候，应该积极采取行之有效的方法合理控制盾构机的具体掘进方向，保证能够及时纠正掘进过程中出现的偏差。 （一）盾构过程中出土量的控制

机械顶管常见问题原因及控制措施

机械顶管常见问题原因及控制措施 质量问题预防措施 一、测量与方向控制 1、有严格的放样复核制度，并做好原始记录。顶进前必须遵守严格的放样复测制度，坚持三级复测：施工组测量员→项目管理部→监理工程师，确保测量万

无一失。 2、布设在工作坑后方的仪器座必须避免顶进时移位和变形，必须定时复测并及时调整。 3、顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10′～20′不得大于0.5°。并设置偏差警戒线。 4、初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。 5、本工程为平坡顶进，高程始终不变，对每一米、每节管的位置必须测量，确保顶进时正确，以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。 6、保持土仓压力平衡，使排土量与切削量大致相等。如果力过大，加快排土速度，减小顶进量，即减少切削量；如果压力过小，与上相反，即放慢排土量，增加顶进量，即增大切削量。 7、允许偏差控制如下： 二、防止顶管机出洞后产生叩头现象 （1）在洞内下部填上硬粘土在洞内下部浇筑一块托板，把掘进机托起。 （2）把掘进机与第一节砼管牢固联接在一起。 三、防掘进机旋转措施

（1）掘进机与前三节管联接成整体，即在距离管端150mm～200mm处，用水钻钻出Φ38～Φ40三个互呈120°的孔，用螺栓连接拉紧。 （2）切削土层时，若发现偏转，掘进机刀盘可按偏转的反方向运转。 三、防止掘进机大刀盘出洞时损伤（坏）止水胶圈的措施 （1）先暂时不安装止水胶圈，待机头接近前墙壁（止水墙）时，临时把止水胶圈套在机壳前端。 （2）在安装导轨时，注意导轨不可直接抵到前墙壁（或止水墙），留下大于100mm空档，用短型钢垫紧，以防止水胶圈与导轨顶面相接触而损坏。 （3）机头大刀盘出洞口越过止水胶圈安装位置后立即安装止水胶圈。 四、改善螺旋输送机输土性能措施 在砂性土层顶进，一定要加入作泥材料（膨润土浆），按出泥形状确定泥浆浓度和加入量。 五、防止地面沉降或隆起的措施 （1）控制土仓压力 除了采取化学注浆加固土壤，防止塌坍外，在顶管机操作时，注意土仓压力控制在50 Kpa～70Kpa之间。机械顶管防止地面沉降或隆起的关键是控制土仓压力，必须在合理范围内，一般情况下，土仓压力过大，会使地面隆起，而压力过小，则会引起地面沉降。同时，注浆应该不停的压注，并保持一定的压力（0.15Mpa～0.3 Mpa之间）。触变泥浆必须具有一定的流动性和保水性。 （2）设置沉降观测点 在匝道上设2组沉降观测点，每组5个点，间距2m，其中一点正处于管中心线处。事先做好高程记录，在机头刚顶过该组观测点时，测一次高程，以后每天测一次，直至工程完工，并做好记录。 六、防止顶进时阻力过大措施 在砂性土层顶进，土与顶管机外壳、砼管外壁磨擦阻力较大，采用触变泥浆减摩同时填充空隙防止坍塌，是目前唯一有效的办法，因此，触变泥浆要充分使用好。 （1）触变泥浆采用优质膨润土，并提前用水浸泡，并加定量的碱，触变泥浆浆液静止时呈胶质固体状，触动后呈流动状，不凝固为准，并具有良好的保水性。

土压平衡盾构土仓压力设定与控制

土压平衡盾构土仓压力设定与控制 土压平衡盾构是一种用于地下隧道开挖的先进施工技术。在盾构机挖进土体的过程中，为了保证人员和设备的安全，需要通过设定和控制土仓压力来保持平衡。本文将介绍土压平衡盾构土仓压力的设定与控制的方法。 一、土压平衡盾构土仓压力设定的目标 土压平衡盾构土仓压力设定的目标是在盾构机挖进土体的过程中，保持土压平衡，即土压力与地下水压力之间的差值不超过一定范围。这样可以有效控制土体的变形和沉降，保证隧道的稳定施工。 二、土压平衡盾构土仓压力设定的方法 1. 理论计算法：根据盾构机的挖进速度、土体性质和地下水压力等参数，通过理论计算得出合理的土仓压力设定值。这种方法相对简单，但需要精确的参数输入和土质性质的准确评估。 2. 经验法：根据历次相似工程经验，结合地质勘察结果，设定合适的土仓压力。这种方法适用于类似地质条件下的盾构施工，但需要经验丰富的专业人员进行判断。 3. 反馈控制法：利用传感器测量土仓压力和地下水压力，通过实时反馈控制系统对土仓压力进行调整。这种方法可以根据实际情况灵活调整土仓压力，但需要高精度的传感器和快速响应的控制系统。 三、土压平衡盾构土仓压力控制的方法

1. 主动控制：根据土仓压力设定值，通过改变土仓内部的工作压力来控制土仓压力的变化。这种方法可以实现对土仓内部的土体压力进行主动调节，但需要有稳定的供土系统和准确的土压力控制装置。 2. 被动控制：在土仓内设置排土管，通过调节排土管的开闭程度来控制土仓压力的变化。这种方法相对简单，但需要准确把握土仓内外土体的平衡关系，以防止排土管过度开启引起土层失稳。 3. 水封控制：在土仓与盾尾之间设置水封装置，通过调节水封压力来控制土仓压力的变化。这种方法可以实现对盾尾处土仓压力的有效控制，但需要稳定的供水系统和精确的水封装置。 四、土压平衡盾构土仓压力设定与控制的注意事项 1. 土仓压力设定值应根据实际地质条件和施工需求进行合理确定，避免过大或过小造成隧道沉降或土体塌陷。 2. 土压平衡盾构施工中需要严格监测土仓压力和地下水压力的变化，及时调整设定值和控制方法。 3. 土压平衡盾构施工过程中需要稳定供土系统、排土系统和水封系统的运行，以保证土仓压力的设定和控制。 4. 盾构机设备和控制系统需要具备高精度、快速响应和可靠稳定的性能，才能满足土仓压力的设定和控制需求。 总之，土压平衡盾构土仓压力设定与控制是保证盾构施工安全

盾构施工控制措施

盾构施工控制措施 1、盾构机建压措施 土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土体充满土仓，由盾构机的推进、挤压而建立起压力，利用这种泥土压与作业面地层的土压与水压平衡。同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持开挖面土体的稳定。 （1）土压平衡模式下土仓压力的控制方法 土仓压力控制采取以下两种操作模式： ①通过螺旋输送机来控制排土量的模式：即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时盾构的推进速度人工事先给定。 ②通过推进速度来控制进土量的模式：即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时螺旋输送机的转速人工事先给定。 掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式，以保证开挖面的稳定。 （2）掘进中排土量的控制 排土量的控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一。根据对碴土的观察和监测的数据，要及时调整掘进参数，不能出现出碴量与理论值出入较大的情况，一旦出现，立即分析原因并采取措施。 理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的，掘进的速度和土仓压力值P值设定后，盾构机可自动设置理论转速N： QS根据碴土车的体积刻度来确定。 QS应与掘进速度决定的理论碴土量Q0相当，即: Q0=A Vn0 A-切削断面面积 n0-松散系数 V-推进速度 通常理论排土率用K =QS/Q0表示。 理论上K值应取1或接近1，这时碴土具有低的透水性且处于好的塑流状态。事实上，地层的土质不一定都具有这种性质，这时螺旋输送机的实际出土量与理论出土量不符，当碴土处于干硬状态时，因摩擦力大，碴土在螺旋输送机中输送遇到的阻力也大，同时容易造成固结堵塞现象，实际排土量将小于理论排土量，则必须依靠增大转速来增大实际排土量，以使之接近Q0，这时Q0＜QS，K＞1。当碴土柔软而富有流动性时，在土仓内高压力作用下，碴土自身有一个向外流动的能力，从而碴土的实际排土量大于螺旋输送机转速决定的的理论排土量，这时Q0＞QS，K＜1。此时必须依靠降低螺旋输送机转速来降低实际出土量。当碴土的流动性非常好时，由于螺旋输送机对碴土的摩阻力减少，有时会产生碴土喷涌现象，这时转速很小就能满足出土要求。 碴土的出土量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适的支撑压力值，

一般土压平衡盾构机工作原理

一般土压平衡盾构机工作原理 ⏹ 1.4 土压平衡盾构 ⏹土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，在刀盘的旋转作用下，刀具切削开 挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构千斤顶的推力通过隔板给土仓内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。 ⏹土压平衡工作原理 ⏹刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底 部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的碴车上。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进。盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。 ⏹ ⏹通过调整排土量或开挖量来直接控制泥土舱内的压力，并使其与开挖面地层水、土 压力相平衡，同时直接地利用泥土舱的泥土对开挖面地层进行支护，从而使开挖面土层保持稳定。 ⏹ ⏹ 1.4.1 土压平衡盾构机组成 ⏹土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装

机、推进油缸、同步注浆系统和辅助装置等组成。 ⏹适用：软土、软岩（含水/不含水）地层的隧道开挖与衬砌 ⏹Φ4.33m加泥式土压平衡盾构 ⏹ 1.4.2土压平衡盾构（EPB）工作原理 ⏹土压平衡盾构的工作原理 ⏹通过调整排土量或开挖量来直接控制泥土舱内的压力，并使其与开挖面地层水、土 压力相平衡，同时直接地利用泥土舱的泥土对开挖面地层进行支护，从而使开挖面土层保持稳定。 ⏹EPB工作原理图 ⏹EPB ⏹ 1.4.3 土压平衡盾构特点 ⏹土压平衡盾构的特点： ⏹主要通过控制盾构开挖速度和螺旋输送机转速，达到控制土压的目的 ⏹整体结构 ⏹ 1.5 盾构机的构造 ⏹土压平衡盾构机构成： ⏹ 1.盾壳、盾构推进千斤顶、盾尾密封、铰接装置、人员舱 ⏹ 2.刀盘和刀盘驱动支承机构 ⏹ 3.螺旋输送机 ⏹ 4.管片拼装机 ⏹ 5.后配套设备。 ⏹ 盾壳是一个用厚钢板焊接而成的圆筒，是盾构受力支撑的主体结构。

土压平衡式盾构学习

盾构土木知识培训 1、土压 盾构掘进过程中土仓压力的控制数据是根据盾构机的埋深，按照土力学（土压力＋水压）计算出，掘进过程中要求土压控制基本平稳，严禁出现忽高忽低的现象发生，盾构操作手根据土仓压力的变化情况调整螺旋机的出土速度，要求土压变化量控制在技术交底数值的上下范围0.1bar内，操作手在掘进过程中，尽量使掘进速度与螺旋机的出土速度保持一个平衡状态，当掘进即将完成需要停机进行管片拼装时，操作手需要根据管片拼装需要的时间长短，在停机前操作手应将土仓压力建立的压力适当提高，因盾构机操作面板反映出的土仓压力，往往包含有气压的成分，盾构机在停机期间，气体的扩散会造成土压的降低，如果停机前不对土压适当提高，当再次恢复掘进时，很可能土仓压力下降较大，出现土仓压力与掌子面水土压力不平衡现象，在软土地层或松散沙层地质条件下可能会出现土体的下沉，造成地表沉降。 对土压平衡式盾构而言，一个重要的因素就是要使密封仓内的土压力和开挖面的水土压力保持动态平衡。如果密封仓内的土压力大于开挖面的水土压力。地表将发生隆起；反之，如果密封仓内的土压力小于开挖面的水土压力。地表将发生沉陷。 土舱内的土压通过传感器来进行测量，并通过控制推进油缸的推力、推进速度、螺旋输送机转速来控制的。 土仓压力大于水压力和土压力之和，则地面隆起。

土仓压力小于水压力和土压力之和，则地面下沉。 土压力的计算主要考虑地层土压、地下水压、预先考虑的预备压力。在我国铁路隧道设计规范中，根据大量的施工经验，在太沙基土压力理论的基础上提出以岩体综合物性指标为基础的岩体综合分类法，根据隧道埋深的不同，将隧道分为深埋隧道和浅埋隧道。再根据隧道的具体情况采用不同的计算方式进行施工土压计算。 土仓理论压力计算： 土仓压力P＝(γ土h＋σ外) ξ＋γ水h 式中：γ土：土溶重 γ水：水比重 h：埋深 σ外：外荷载 ξ：土的静止侧压力系数,砂层0.34-0.45.粘土0.5-0.7 由于施工存在许多不可预见的因素，致使施工土压力小于原状土体中的静止土压力。按照施工经验，在计算土压力时，通常在理论计算的基础之上再考虑100～200 N／m2的压力作为预备压力。 本工程土压始发时为0.7-1.4bar. 2、出土量控制 掘进出土量是掘进过程中需要重点控制的项目之一，很多事故的造成往往是因为出土量没有很好的得到控制，最终造成出土量超方，出土超方现象在软土地层更容易发生，根据施工经验，出土量一旦超方，必定会造成地面的沉降，因此，施工过程中因严格控制出土方量的控制。 盾构掘进的出土量要求掘进的距离与出土量在过程中保持平衡，有时也可能会出现掘进一整环的出土量没有超方，但如果在掘进过程中出现仅掘进1米，出土量已接近整环的出土量，在后段的掘进过程中操作手为保证出土不超方很可能会刻意的少出土或者不出土掘进，

土压平衡盾构土仓压力

土压平衡盾构土仓压力 随着城市建设的不断发展，地下建筑的建设也变得日益重要。在地下建筑中，盾构隧道在城市道路、地铁、隧道等领域中广泛应用。在盾构隧道施工过程中，一项重要的技术就是土压平衡盾构技术。在这种技术中，土仓是土压平衡盾构中的关键设备之一，其作用是保证施工中隧道周围的土壤不塌方，防止地面陷落和损害建筑物。 土压平衡盾构主要是通过将机械盾构机推进至需要建设的地下空间，然后沿着斜向或水平方向钻进土壤中。在钻进土壤的同时，机械盾构机利用盾构机前端的盾构壳将土层推挤到机械盾构机后方的土仓中。随着机械盾构机不断前进，土仓中的土壤不断增加，从而形成了一种动态平衡的土压力，它避免了地下空间中的水和泥浆流入到隧道中，同时也保证了施工安全。 在土压平衡盾构技术中，土仓压力是一个重要的参考指标。如果土仓的压力太小，就可能会导致隧道周围的土层发生坍塌，从而影响施工进程。反之，如果土仓的压力太大，就容易导致管片的破损和变形等情况。因此，在施工前需要对应的建筑工程材料和设备进行检查和测试，以确保施工过程中土仓压力的稳定性。 在土仓压力测试中，一种常用的方法是使用压力传感器。压力传感器可安装在机械盾构机的土仓内，通过数值读出土仓内的实时压力情况，并将数据传送给控制中心。控制中心可根据这些数据调节土仓中的土壤流动速度，以保持土仓压力的平衡。 除了使用压力传感器之外，还可以使用闸阀和刮板等装置来控制土仓的土壤流动速度和方向。通过调整闸阀和刮板的位置，可以控制土仓中土壤的流动和停留时间，从而达到平衡土仓内的压力的目的。 土压平衡盾构技术的应用已经相当成熟，但施工过程仍然存在不可预知的因素，这些因素可能会对土仓压力造成影响，进而影响施工的安全与效率。因此，在土仓压力测试过程中，需要密切关注测试数据的变化及其原因，并及时调整施工方案，确保隧道施工进程的稳定。

软土地层盾构机施工管片上浮原因及控制措施

盾构法施工具有对地面影响小、机械化程度高、安全性好、劳动强度低、进度快等优点，已在我国城市地铁施工中得到广泛应用，但盾构隧道管片局部或整体上浮是长期存在且较难解决的问题，本文依托北京地铁隧道工程实例，分析管片上浮原因并提出治理措施。 1、工程概况 北京市轨道交通17号线某盾构区间长4 557.248 m，线间距为12~26.5 m，最小曲线半径600m，隧道顶部覆土厚7.4~26 m，中间设9处联络通道。本区间盾构施工范围内主要土层为粉质粘土、粘质粉土–砂质粉土，局部夹杂部分粉细砂层，地下水资源丰富，水位线基本位于隧道底板上方。 本区间施工采用 6660土压平衡盾构机，管片外径6 400 m m，内径5 800 m m。总结以往施工监测资料发现管片在脱出盾尾后6 h左右上浮量达到最大，最大上浮为40~60 m m，而本区间隧道局部地段最大上浮量达110 m m以上。 2、管片上浮情况统计 在本区间施工过程中，对已完成的隧道段进行上浮量统计，其中左线区间隧道830~850环上浮量最大，最大上浮量达到114 m m，多环管片成型隧道姿态超出规范要求。此时区间隧道处于17.5‰上坡阶段，发现出现管片上浮后，若不及时采取措施会对整条隧道的质量产生难以补救的后果。发现管片上浮后，即对上浮段的管片进行实时监测，对管片上浮情况进行研究。

3、管片上浮的危害 考虑到本区间管片并非个别管片上浮而是整段隧道均有上浮现象，且随隧道顶部覆土厚度减少，管片上浮趋势变大，若不及时采取措施将会如下影响：（1）会使盾构推进过程中千斤顶顶力分布产生变化，易造成管片破损，影响隧道质量；（2）会导致管片间错台变大，使纵向连接螺栓受到额外的剪力，可能会造成管片破损，影响隧道安全；（3）会影响环与环之间的防水胶条接触密实，进而引起隧道渗漏水现象；（4）会影响成型隧道的轴线偏差，并引起管片侵入隧道的建筑限界；（5）会破坏地层稳定，严重者还可能导致地面或管线沉降超标。 4、管片上浮原因 4.1水文地质原因引起管片上浮 本区间主要穿越地层为粉质粘土、粘质粉土–砂质粉土等软土地层，且水源较丰富，水位线位于隧道顶部以上。整个隧道浸泡在盾构掘进形成的通道内，周围充满同步注浆的浆液，隧道被周围液体包裹受浮力作用，若管片重力不能克服所受浮力，则管片可能上浮。经计算，管片受到的浮力大于管片自重，约为后者的2.16倍。 4.2同步注浆引起的管片上浮 在盾构掘进过程中，为填充管片与周围土体之间的缝隙，使用惰性同步注浆浆液进行注浆，该浆液一般初凝时间在3.5 h左

论述土压平衡盾构机带压开仓

论述土压平衡盾构机带压开仓 1带压开仓作业 1.1带压进仓地点的选择 根据地质补勘及详勘资料，拟定在进入基岩凸起段前后进行刀具检查和更换，具体位置根据掘进的各项参数与实际出渣情况确定。开仓时选择在透水性、富水性、渗透系数相对较小的地层进行带压进仓作业。同时应避开建构筑物、管线和水井等影响范围。 1.2盾构密封 1.2.1盾尾密封 1.2.1.1盾尾刷密封 本工程盾尾内径为6430mm,管片外径为6200mm,盾尾密圭寸由3道密封钢刷，最大耐压达到20ar。停机前对盾构刷密封情况进行检查,确保密封严密。在加压过程中注意观察盾尾刷密封情况,是否存在漏气。 1.2.1.2加強同步注浆 在掘进到停机点前10环时对同步注浆系统进行检查，重点检查6根注浆管路是否正常运行。如果出现了管路不通等情况，浆泵无力，冲程数与实际泵送放量差距较大等情况，进行管路疏通和注浆泵的全面清洗，使整个注浆系统各个处于优良的工作状态。在掘进到停机点前5 环时对整个膨润土系统进行检查，包括刀盘前方和盾体周围两个方向的膨润土管路和膨润土泵的运转情况。整个系统的各部分检查就绪后进行试注浆。试注浆过程中主要是观察各管路的压力是否正常，如果压力过大或者过小都必须对系统进行调试，同步注浆压力一般大于水土压力lbar。 同步注浆浆液的配比根据现场情况确定，初凝时间控制在6h左右。盾构机的开挖直径为6.48m，管片外径为6.2m，管片的宽度为1.2m，每环的理论注浆量为3.34m3,注浆量取环形间隙理论体积的 1.3〜1.8倍，即每环同步注浆量4.342m3〜6.012m3,为了保证换刀的气

密性，每环的注浆量取6.1m3,同步注浆压力控制大于水土压力lbar左右。从停机点前3环开始，同步注浆应连续不中断，并且要尽量保证 掘进的连续性以保证注浆的连续与饱满。 1.2.2铰接密封 盾构机铰接有12组油缸组成，铰接系统工作压力高达6.Sbar，铰接密封型式采用2道双唇橡胶密封并具备紧急充气功能。盾构机铰接 采用集中自动润滑的方式进行。建压前对铰接密封进行检查，在加压过程中注意观察盾尾刷密封情况，是否存在漏气。 1.2.3管片二次注浆 在掘进至开仓位置后对拖出盾尾的2〜5环管片进行二次注浆封堵，防止盾尾的来水通过盾壳与开挖面的间隙流至刀盘，注浆采用水泥、水玻璃双液浆进行封堵。盾尾二次注浆根据土仓压力控制注浆压力，以防浆液注入刀盘，刀盘应慢转。 1.2.4盾体径向注浆 利用径向注浆孔注入衡盾泥或克泥效，对盾体进行包裹从而封堵 盾体周围土体来水。盾体径向注浆封堵时根据土仓压力控制注浆压力以防浆液注入刀盘，刀盘应慢转。 1.3保压作业技术 1.3.1压力设置 1.3.1.1根据地下水位和地质条件，确定进仓时仓室内需要保持的 气压。地层不稳定时，根据水土合算重新计算压力。 1.3.1.2掘进工作模式下，开挖仓压力P根据掌子面水土压力确定，其上限值Pmax为静止土压力，其下限值Pmin为主动土压力。根据朗肯土压力计算公式进行计算。根据本工程地质条件，盾构区间土压力采用水土分算。 计算切口上限值和下限值，实际取值介于理论计算值的上、下限 之间，取两者平均值。 1.3.1.3盾构的以下系统必须处于待命状态：气闸系统，低压空气 系统。

盾构施工土压力确定

土压平衡盾构施工土压力的确定 摘要：在土压平衡盾构施工中，设置合理的施工土压对控制地表沉降有非常重要的意义。本文通过对地层土压力、水压力的计算原理分析，确定出土压平衡盾构施工土压力的设置方法，最后结合现场施工对设置方法进行简单的验证。 关键词：土压平衡盾构施工土压力确定 1、概述 土压平衡盾构工法具有对地面、地下环境影响小、掘进速度快、地表沉降小等特点，已经越来越多地应用于城市地铁施工领域。土压平衡盾构施工中，合理设置施工土压对控制地表沉降有非常重要的意义。 土压平衡盾构施工过程中，施工土压力的设定遵循以下原则： a.土仓内的土压力应可以维持刀盘前方的围岩稳定，不致因土压偏低造成土体坍塌、地下水流失。 b.土仓内的土压应尽可能低，以降低掘进扭矩和推力，提高掘进速度，降低土体对刀具的磨损，以最大限度地降低掘进成本。 因此，对盾构土仓内的土压力值的确定，就显得十分重要。 2、地层土压计算 地层压力的计算原理有多种，目前我国铁路隧道设计规范是在太沙基土压力理论的基础上，提出以岩体综合物性指标为基础的岩体综合分类法。根据隧道的埋置深度不同，将隧道分为深埋隧道和浅埋隧道；然后根据隧道的具体情况，采用不同的计算方式进行地层土压计算[1]。 2.1深埋隧道的土压计算 对于深埋隧道，一般根据隧道围岩分类和隧道结构参数，按照《铁路隧道设计规范》的计算公式计算围岩竖直分布松动压力和水平松动压力。 地层的水平侧向力为： σ = q×0.41×1.79Sω 水平侧向力 式中， S—围岩级别，如Ⅲ级围岩，则S=3； ω—宽度影响系数，且ω=1+i（B-5）； B—隧道净宽度，单位以m计；

i—以B=5m为基准，当B<5m时，取i=0.2，当B>5m，取i=0.1； q—根据围岩级别确定的水平侧压力系数，具体见表1： 2.2.1主动土压力与被动土压力 盾构隧道施工过程中，刀盘扰动改变 了原状天然土体的静止弹性平衡状态，从 而使刀盘附近的土体产生主动土压力或被 动土压力。 盾构推进时，如果土仓内土压力设置 偏低，工作面前方的土体向盾构刀盘方向产生微小的移动或滑动，土体出现向下滑动趋势，为了抵抗土体的向下滑动趋势，土体的抗剪力逐渐增大。当土体的侧向应力减小到一定程度，土体的抗剪强度充分发挥时，土体的侧向土压力减小到最小值，土体处于极限平衡状态，即主动极限平衡状态，与此相应的土压力称为主动土压力Ea，如图1所示。 盾构推进时，如果土仓内土压力设置偏高，刀盘对土体的侧向应力逐渐增大，刀盘前部的土体出现向上滑动趋势，为了抵抗土体的向上滑动趋势，土体的抗剪力逐渐增大，土体处于另一极限平衡状态，即被动极限平 衡状态，与此相应的土压力称为被动土压力 Ep，如图2所示。 2.2.2主动土压力与被动土压力计算： 根据盾构的特点及盾构施工原理，结合我 国铁路隧道设计、施工的具体经验，采用朗 金理论计算主动土压力与被动土压力。 盾构推力偏小时，土体处于向下滑动的极限平衡状态。此时，土体内的竖直应力σ z 相当于大主应力σ 1，水平应力σ a 相当于小主应力σ 3 。水平应力σ a 为维持刀盘前方的土 体不向下滑移所需的最小土压力，即土体的主动土压力： σ a =σ z tan2（45°-φ/2）-2ctan（45°-φ/2） 式中， σ z －深度z处的地层自重应力；

盾构机掘进不同地层条件下的操作要点

盾构机掘进不同地层条件下的操作要点 1、工程地质 1.1、本工程长江段水下地层： ·上部由第四系全新统新近沉积松散粉细砂，中粗砂组成， ·中部由第四系全新统中密～密实粉细砂组成， ·下部基岩为志留系泥质粉砂岩夹砂岩、页岩； 1.2、江南及江北两岸地层： ·地表有呈松散状态的人工填土， ·上部由第四系全新统冲积软～可塑粉质粘土， ·中部由第四系全新统中密～密实粉细砂组成， ·下部基岩为志留系泥质粉砂岩夹砂岩、页岩。 2、盾构始发段的掘进 盾构在始发段推进时，主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。同时，检查盾构是否与始发台、洞门发生干涉或是否有其他异常事件或事故的发生，确保盾构安全的向前推进。 2.1、始发时盾构推进参数的控制

2.2 盾构在始发台上向前推进时，一般通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发台向前推进。如盾构出现较大的偏差时，可以通过适当的调整推进油缸行程进行合理的纠偏，纠偏趋势值原则上不大于±2‰。 2.3、始发时的注意事项 ·开始时推进时，要密切关注洞门扇形压板与盾壳之间的间隙，防止冒浆。 ·盾构位于始发台上时尽量不要进行姿态调整。

3、盾构到达井的掘进 土仓压力在距洞门距离大于10米时可保持与区间隧道掘进时一致的压力，而在距洞门5～10米时需适当减小压力，在距洞门2～5米时应将土压转换为相应的气压。在距洞门仅2米时应减小土仓压力，小于1米时应尽量排出土仓中的渣土，以使洞门岩面的渣土顺利进入土仓。 3.1、盾构机到达井掘进参数控制 盾构机进入到达段后，首先减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制泥浆系统的流量和压力，并时刻监视气压室的压力值，避免较大的地表隆陷。 盾构机刀盘距离贯通里程小于10米时，进一步降低推力、刀盘转速以及推进速度，避免由于刀盘前部土体太薄，造成刀盘前部形成坍塌。 4、富水地层的掘进要点 盾构机过江、富水地层时要把握“护头保尾”原则，即始终保持盾构机头土仓压力稳定和盾尾密封良好，并利用信息化施工手段，及时调整盾构机各种参数。 4.1、盾构设备性能是能否树立进行顺利掘进的关键。因此必须对盾构机进行全面系统地检查与维修，保证盾构在性能完好。 4.2、正确设定掘进参数。土仓压力设定考虑到当地的天气、

盾构施工中相关计算

盾构施工中相关计算 土仓压力的计算 出土量的计算 每环注浆量的计算 注浆速度的计算 对土压平衡式盾构而言，一个重要的因素就是要使密封仓内的土压力和开挖面的水土压力保持动态平衡。假如密封仓内的土压力大于开挖面的水土压力，地表将发生隆起;反之，假如密封仓内的土压力小于开挖面的水土压力，地表将发生沉陷，通过最近的学习和资料的收集，对现有的地仓压力计算作一下结合。已便结合以后施工提供数据，将理论与实践结合，得到适合西安地区的土仓压力计算模型。 1.土仓压力设定的原则 在盾构施工过程中，掘进时土压力设定的通用原则:在选择掘进土压力时重要考虑地层土压力、地下水压力(孔隙水压力)，并考虑预备压力;土仓内的土压力可以维持刀盘前方的围岩稳定，不致于因土压偏低导致土体坍塌、地下水流失;为了减少掘进扭矩、推力，提高掘进速度，减少土体对刀具的磨损，土仓内的土压力应尽也许得低，以使掘进成本最低。 总体而言，土仓压力控制如下图所示：

土压平衡盾构正面推动力可表达为： ()i z w N P P P =-+ 式中： i P — 密封舱土压力，kPa; z P — 开挖面侧向静止土压力，kPa; w P — 开挖面水压力，kPao 为使开挖面保持稳定，理论上应尽量满足0N =。 2.土仓压力计算 通常在设定土仓压力时重要考虑地层土压力、地下水压以及预先考虑的预备压力。 地层土压力的计算： 地层土压力的计算是最为复杂，采用不同的计算模型就会有不同的结果，根据高等土力学中的知识，可以选择以下三种计算方法： 静止土压力 在静止的弹性平衡状态下天然土体的土压力，在深度z 处，其竖

直面的应力，即静止土压力为： 0z k z σγ= 式中： γ— 土的有效重度，3/kN m ； z — 埋深，m ； 0k — 土的静止侧压力系数 静止侧压力系数0k 的数值可通过室内的或原位的静止侧压力实验测 定，在施工岩土勘察报告中均会给出。 0k 也可按经验拟定:砂0.34-0.45;硬粘土、压密砂性土0.5-0.7;极软粘土、松散砂性土0.5--0.7。 以本工程为例，无水砂砾石地层中0k =0.4，埋深约为10.5 m ， 砂砾石的重度为213/kN m 。代入得z σ＝88.22/kN m 库伦土压力 采用库伦土压力理论计算积极土压力与被动土压力。在施工过程中，由于施工的扰动，改变了原状天然土体的静止弹性平衡状态，从而使刀盘前方土体产生积极或被动土压力。 当盾构推力偏小，土体处在向下滑动的状态时，土压力将由静止土压力逐渐减小，当土体达成积极极限平衡状态并出现滑动面时，土压力减至最小，即转变成为积极土压力。此时土体内的竖直应力z σ相称

富水地层土压平衡盾构防喷涌控制措施

富水地层土压平衡盾构防喷涌控制措施 摘要：土压平衡盾构机作为修筑隧道的主要工程机械，在富水地层施工过程时，螺旋输送机喷涌现象经常发生。喷涌现象的机理和危害已多次经过学者和施工人员阐述，本文从盾构机的性能和施工措施两个方面，提出多项富水地层土压平衡盾构防喷涌控制措施，为土压盾构机的设计制造及施工提供借鉴的意义。 关键词：土压平衡盾构、富水地层、防喷涌 前言：盾构机作为一种集土体开挖、土体输送、管片衬砌等功能为一体的隧道施工机械，土压平衡盾构机因具备施工简单、适应地层范围广、对场地面积需求少、施工成本相对低等优点，成为国内外城市地铁隧道、市政、水利隧道建设的首选。其主要由盾壳、刀盘、推进油缸、螺旋输送机、管片拼装机以及盾尾密封装置等组成。刀盘与后面的承压隔板所形成的空间为土舱，施工时，刀盘旋转开挖下来的渣土充满土舱和螺旋输送机壳体内的全部空间。推进油缸的推力通过承压隔板传递到压力舱内的渣土上，由渣土的压力作用于开挖面，以平衡开挖面上的地下水压和土压，从而保持开挖面的稳定，此为土压平衡盾构施工的基本原理。若盾构机在掘进过程中，渣土以塑性流动状态随螺旋输送机连续排出，此时盾构机的土压平衡为动态平衡。若排土口处的出渣速率不受控制，则动态平衡被打破，开挖面的稳定性难以保证。 图1 土压平衡盾构机工作原理 土压平衡盾构机在富水、渗透性大的地层中施工时，经常遇到喷涌现象。喷涌的发生不但影响正常施工排土和土舱压力的控制，严重时会过多的将开挖面和

管片四周的土、砂带出，造成地表沉降、塌陷，管片漏水等施工事故[1]。对于喷涌的机理，在参考文献2，朱伟等学者建立了盾构机内水压力递减模型，基于模型推导了水压力和流量的变化关系来用于解释喷涌发生的机理，提出了发生喷涌的两个边界条件，对于影响喷涌的5个参数：土体的渗透系数、土舱长度、螺旋输送机长度、土舱和螺旋输送机直径进行了敏感性分析。参考文献3，朱海军等依据武汉地铁某区间隧道，借鉴地基渗流破坏机理建立了喷涌发生的渗流模型，并通过理论分析得到喷涌发生的主要因素，同时对喷涌发生的实际条件进行了验 1 算。施工现场采用了“泡沫＋高分子聚合物”进行渣土改良，使喷涌现象得到了有效控制。参考文献4，钟志全等施工人员在长沙地铁4号线施工中遭遇连续喷涌现象，分析了喷涌的危害和原因，提出了封堵水源、降水、碴土改良、掘进参数调整和出碴口改造等一系列处理措施。 随着国内外设备和施工技术的发展，防喷涌的措施也有了一定的进步，本文依托大东湖核心区污水传输系统工程、洛阳引故入新、哥本哈根地铁等富水、高水压地层项目，提出盾构机设计中须采用的措施，如：增加排水孔、延长螺旋输送机的长度、改进螺旋输送机出渣口方式、改进皮带机角度与挡渣形式等；项目施工过程中采用了“堵、排、降、调、改良”等方式，减少喷涌发生的可能性，降低喷涌的危害。本文将盾构喷涌防治措施进行了总结和提炼，希望能为类似工程提供一些参考。 1、盾构机设计与制造中的防喷涌措施 土压盾构机作为隧道施工的主要机械，一旦盾构机制造完成并开始施工，再发现盾构机与地质的适应性存在偏差，对盾构机在隧道内再次改造，难度将非常大，所以盾构机设计之前应做足技术准备，必须依据隧道岩土工程勘察报告，了解隧道水文地质条件，若水文地质条件不清楚，应再次补堪，对隧道穿越地层了解清楚。土压盾构机常用防喷涌的措施有以下几种方式： 1.1土仓隔板预留排水孔

盾构掘进工程施工组织设计方案

盾构隧道施工方案

5∙ 1盾构隧道100m试挖施工 盾构开始开挖的100m称为试挖段。通过试挖段将实现以下目标： 在最短的时间内对盾构机进行负载调试。 (2) 了解和了解工程地质条件，掌握地质条件下土压平衡的施工方法。 (3)收集、整理、分析和总结各层的开挖参数，制定各层正常开挖作业规则，以及推力、推进速度和排泥量的关系，实现快速、连续、高效的正常开挖。 (4)熟悉管片拼装操作流程，提高拼装质量，加快施工进度。 (5)通过本路段的施工，加强对地表变形的监测分析，反映盾构机出孔和前进时盾构机对周围环境的影响，掌握盾构机前进参数和同步注浆量。 (6)通过在地层上推进施工，找出盾构截面在各层中时盾构推进轴的控制规律。 (7)试挖段试验项目：灌浆液的混合比、外加剂的种类及用量、盾构掘进的各项参数、施工方式的选择。 (8 )验证不同岩层的刀盘和刀具磨损量，结合推力、刀盘转速等确定最佳参数，计算切换点。 5. 2盾构隧道法向段施工 6. 2.1驱动方式的选择 土压平衡盾构机有开放式、半开放式和土压平衡三种开挖方式。土压力平衡方式分 为普通土压力平衡和附加土压力平衡。为获得理想的开挖效果，保证开挖面的稳定性， 避免涌水、涌砂、塌方等事故，有效控制地表沉降，保证地面建筑物的安全，必须根据 不同的开挖条件选择不同的开挖条件。不同的地质条件。该段隧道主要穿越地层＜3-2＞ 中粗砂层、＜4-2B＞粉质粉质粘土、＜5Z-2＞砂质粘土、＜6Z＞全风化花岗片麻岩、＜7Z＞强风化花岗片麻岩，＜8Z ＞中风化花岗片麻岩，＜9Z＞微风化花岗片麻岩，＜F＞断层断裂带， 地质较为复杂，因此在推进时采用盾构机土压平衡方式。通过试掘段的掘进，选取7个 施工管理指标进行掘进控制管理：a、土仓压力；b、推进速度；c、总推力；d、土 壤位移；e、刀盘转速和扭矩；Fo注浆压力和注浆量；g、加泥量和加泥比，其中土 仓压力和同步注浆量是主要管理指标。 ⑴土压平衡模式 ①适应工作条件 一个。洞体位于粉砂质粉砂、泥质粉砂岩等自稳定性较差的地层中。