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1K413033掌握盾构掘进技术
     本条文以密闭式盾构为例简要介绍掘进技术。
     一、盾构法施工现场如图1K413012-5所示，其主要施工步骤为：
     （一）一段隧道的起始端和终止端各建一个工作井（城市地铁一般利用车站的端头）作为始发或接受工作井。
     （二）盾构在始发工作井内安装就位。
     （三）依靠盾构千斤顶推力（作用在工作井后壁或新拼装好的衬砌上）将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出。
     （四）盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土（泥）和安装衬砌管片。
     （五）及时向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置。
     （六）盾构进入接收工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。
     盾构掘进控制的目的是确保开挖面稳定的同时，构筑隧道结构、维持隧道线形、及早填充盾尾空隙。因此，开挖控制、一次衬砌、线形控制和注浆构成了盾构掘进控制四要素。施工前必须根据地质条件、隧道条件、环境条件、设计要求等，在试验的基础上，确定具体控制内容与参数；施工中根据包括量测监控的各项数据调整控制参数，才能确保实现施工安全、施工质量、施工工期与施工成本预期目标。盾构掘进控制的具体内容见表1K413033。
     二、开挖控制
     开挖控制的根本目的是确保开挖面稳定。
     土压式盾构与泥水式盾构的开挖控制内容略有不同。
     （一）土压（泥水压）控制
     1．土压式盾构，以土压和塑流性改良控制为主，辅以排土量、盾构参数控制。泥水式盾构，以泥水压和泥浆性能控制为主，辅以排土量控制。
     2．开挖面的土压（泥水压）控制值，按地下水压（间隙水压）+土压十预备压设定。
     (1)地下水压可从钻孔数据正确掌握，但要考虑季节性变动。靠近河流等场合，要考虑水面水位变动的影响。
     (2)土压有静止土压、主动土压和松弛土压，要根据地层条件区别使用。按静止土压设定控制土压，是开挖面不变形的最理想土压值，但控制土压相当大，必须加大设备装备能力。主动土压是开挖面不发生坍塌的临界压力，控制土压最小。地质条件良好、覆土深、能形成土拱的场合，可采用松弛土压。
     (3)预备压，用来补偿施工中的压力损失，土压式盾构通常取10～20kN／m2，泥水式盾构通常取20～50kN/m2。
     3．计算土压（泥水压）控制值时，一般沿隧道轴线取适当间隔(例如20m)，按各断面的土质条件，计算出上限值与下限值，并根据施工条件在其范围内设定。土体稳定性好的场合取低值，地层变形要求小的场合取高值。
     （上限值）p一-地下水压十静止土压十预备压
     （下限值）Pmin= 地下水压+（主动土压或松弛土压）+预备压
     为使开挖面稳定，土压（泥水压）变动要小，变动大的情况下，一般开挖面不稳定。
     （二）土压式盾构泥土的塑流化改良控制
     1．土压式盾构掘进时，理想地层的土特性是：
     (1)塑性变形好；
     (2)流塑至软塑状；
     (3)内摩擦小；
     (4)渗透性低。
     细颗粒(75ym以下的粉土与黏土)含量30%以上的土砂，塑性流动性满足要求。在细颗粒含量低于30%、或砂卵石地层，必须加泥或加泡沫等改良材料，以提高塑性流动性和止水性（见图1K413033-1）。
     改良材料必须具有流动性、易与开挖土砂混合、不离析、无污染等特性。一般使用的改良材料有矿物系（如膨润土泥浆）、界面活性剂系（如泡沫）、高吸水性树脂系和水溶性高分子系四类（我国目前常用前两类），可单独或组合使用。
     2．选择改良材料要依据以下条件：
     (1)土质（粒度分布、砾石粒径、砾石含量、黏性土含量、均等系数等）；
     (2)透水系数；
     (3)地下水压；
     (4)水离子电性；
     (5)是否泵送排土；
     (6)加泥（泡沫等）设备空间（地面、隧道内）}
     (7)掘进长度；
     (8)弃土处理条件}
     (9)费用（材料价格、注入量、材料损耗、用电量，设备费等）。
     3．流动化改良控制是土压式盾构施工的最重要要素之一，要随时把握土压仓内土砂的塑性流动性。一般按以下方法掌握塑流性状态。 ．
     (1)根据排土性状
     取样测定．（或根据经验目视）土砂的坍落度，以把握土压仓内土砂的流动状态。采用的坍落度控制值取决于土质、改良材料性状与土的输送方式。
     (2)根据土砂输送效率
     按螺旋输送机转数计算的排土量与按盾构推进速度计算的排土量进行比较，以判断开挖土砂的流动状态。一般情况下，土压仓内土砂的塑性流动性好，盾构掘进就正常，两者高度相关。
     (3)根据盾构机械负荷
     根据刀盘油压（或电压）、刀盘扭矩、螺旋输送机扭矩、千斤顶推力等机械负荷变化，判断土砂的流动状态。一般根据初始掘进时的机械负荷状况和地层变化结果等因素，确定开挖土砂的最适性状和控制值的容许范围。
     （三）泥水式盾构的泥浆性能控制
     泥水式盾构掘进时，泥浆起着两方面的重要作用：一是依靠泥浆压力在开挖面彤成泥膜或渗透区域，开挖面土体强度提高，同时泥浆压力平衡了开挖面土压和水压，达到了开挖面稳定的目的i二是泥浆作为输送介质，担负着将所有挖出土砂运送到工作井外的任务。因此，泥浆性能控制是泥水式盾构施工的最重要要素之一。
     泥浆性能包括：相对密度、黏度、pH、过滤特性和含砂率。-
     （四）排土量控制
     1-开挖土量计算
     单位掘进循环（一般按一环管片宽度为一个掘进循环）开挖土量Q, -般按下式计算：
     Q=，r/4- D2．S．式中e一开挖土计算体积(m3)；
     D-盾柯外径(m);
     S．——掘进循环长度(m)。
     当使用仿形刀或超挖刀时，应计算开挖土体积增加量。
     2．土压式盾构出土运输方法与排土量控制
     土压式盾构的出土运输（二次运输）一般采用轨道运输方式。
     土压式盾构排土量控制方法分为重量控制与容积控制两种。重量控制有检测运土车重量、用计量漏斗检测排土量等控制方法。容积控制一般采用比较单位掘进距离开挖土砂运土车台数的方法和根据螺旋输送机转数推算的方法。我国目前多采用容积控制方法。
     3．泥水式盾构排土量控制
     泥水式盾构排土量控制方法分为容积控制与干砂量（干土量）控制两种。
     容积控制方法如下，检测单位掘进循环送泥流量Qi与排泥流量Qz，按下式计算排土体积Q3：
     Qb= Q - Qi式中Q3-排土体积(rr13)；
     Qz -排泥流量(1113)；
     Qi-送泥流量(Ill3)。
     对比Q3与Q，当Q>Q3时，一般表示泥浆流失（泥浆或泥浆中的水渗入土体）；Q     干砂量表征土体或泥浆中土颗粒的体积，开挖土干砂量V按下式计算：
     V3—Q．lOO／(Gs．∞+100)式中V-开挖土干砂量(ITl3)；
     Q一开挖土计算体积( n13)；
     Gs-土颗粒比重；
     扩一土体的含水量(%)。
     干砂量控制方法是，检测单位掘进循环送泥干砂量Ⅵ与排泥干砂量V2，按下式计算排土干砂量矾：
     V3=VZ - VI=[(G2 -1).Q2 - (G] -1).Qil/(G] -1)式中Va-排土干砂量(m3)；
     Ⅵ——排泥干砂量(Ill3)；
     ¨——送泥干砂量(Ill3)；
     G2-排泥相对密度；
     Gi -送泥相对密度。
     对比V3与V，当V>VH时，一般表示泥浆流失；V

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