【正文】 綜上所述，我們對海瑞克、拉瓦特、川崎、日立等幾種盾構(gòu)機進(jìn)行了全面的考查，經(jīng)過分析比較，并結(jié)合國內(nèi)使用的經(jīng)驗，本標(biāo)段選用海瑞克 φ6250mm 復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)機，其特點如下：1）就此項隧道工程的地質(zhì)條件而言，復(fù)合式刀盤具有以下特征：可在氣壓下在土艙內(nèi)安全工作，有利于土壓平衡。根據(jù)南昌地區(qū)條件，結(jié)合本標(biāo)段工程的隧道掘進(jìn)技術(shù)要求，用于本區(qū)段施工的盾構(gòu)掘進(jìn)機，必須具有穩(wěn)定開挖面、平衡水土壓力、最大限度減少地表沉陷的功能，必須具有較強的糾偏抗扭與彎道施工的能力，必須具有較好的經(jīng)濟性和較長的使用壽命，必須確保各項作業(yè)的安全性和可靠性。導(dǎo)向系統(tǒng)精度高，導(dǎo)向準(zhǔn)確。能夠防止突發(fā)地下水和開挖面坍塌的襲擊，應(yīng)設(shè)置緊急關(guān)閉土倉的裝置。具有能夠適應(yīng)不同地層的刀盤。 盾構(gòu)選型的確定盾構(gòu)機的選型一定要根據(jù)不同的工程、不同的地質(zhì)特點進(jìn)行“量體裁衣”式設(shè)計和選型，才能使盾構(gòu)機更好的適應(yīng)工程施工要求。盾構(gòu)選型時要綜合考慮并對不同選擇進(jìn)行風(fēng)險分析后擇其優(yōu)者。要將棄土泥漿處理成可以作為固體物料運輸?shù)某潭纫彩强梢詫崿F(xiàn)的，但是做到這點會出現(xiàn)以下問題：處理設(shè)備貴，增加工程投資；用來安裝這些處理設(shè)備需要的場地較大；處理時間較長。必須考慮環(huán)保、地質(zhì)和安全因素。當(dāng)水壓大于 時，如因地質(zhì)原因需采用土壓平衡盾構(gòu)，則需增大螺旋輸送機的長度或采用二級螺旋輸送機，或采用保壓泵。 根據(jù)地下水壓進(jìn)行選型當(dāng)水壓大于 時，適宜采用泥水盾構(gòu)。圖 11 說明細(xì)顆粒含量多則碴土能形成不透水的塑流體。 左邊的黃色區(qū)域為礫石粗砂區(qū)，為泥水盾構(gòu)適用的顆粒級配范圍。粉粒的絕對大小通常以 為準(zhǔn)。一般來說，細(xì)顆粒含量多，渣土易形成不透水的流塑體，容易充滿土倉的每個部位，在土倉中可以建立壓力來平衡開挖面的土體。根據(jù)地層滲透系數(shù)與盾構(gòu)類型的關(guān)系，若地層以各種級配富水的沙層、沙礫層為主時，宜選用泥水盾構(gòu)；其他地層宜選用土壓平衡盾構(gòu)，如圖 21 所示。 盾構(gòu)選型的主要方法 根據(jù)底層的滲透系數(shù)進(jìn)行選型地層滲透系數(shù)對于盾構(gòu)的選型是一個很重要的因素。選擇盾構(gòu)的種類一般要求掌握不同盾構(gòu)的特征，同時還要逐個研究如下幾個項目：1）工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件：顆粒分析及粒度分布，單軸抗壓強度，含水率，礫石13直徑，液限和塑限，N 值，粘聚力 c，內(nèi)摩擦角 φ，土粒子相對密度，孔隙率和孔隙比，地層反力系數(shù)，壓密特性，彈性波速度，孔隙水壓，滲透系數(shù)，地下水位（最高、最低、平均） ，地下水的流速、流向，河床變遷情況等； 2）隧道長度、隧道平縱斷面及橫斷面形狀和尺寸等設(shè)計參數(shù)；3）周圍環(huán)境條件：地上及地下建構(gòu)筑物分布，地下管線埋深及分布，沿線河流、湖泊、海洋的分布，沿線交通情況、施工場地條件，氣候條件，水電供應(yīng)情況等；4）隧道施工工程籌劃及節(jié)點工期要求；5）宜用的輔助工法；6）技術(shù)經(jīng)濟比較。 盾構(gòu)的選型的依據(jù)一般地講，采用盾構(gòu)施工的地層大都是復(fù)雜多變的，目前還沒有一種萬能的盾構(gòu)適合于各種地質(zhì)條件。盾構(gòu)選型時，應(yīng)根據(jù)以上原則，對盾構(gòu)的形式和主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行研究分析，以確保盾構(gòu)法施工的安全和可靠，選擇最佳的盾構(gòu)施工方法和最適宜的盾構(gòu)。12第二章 盾構(gòu)機地質(zhì)適應(yīng)性的確定 盾構(gòu)的選型的原則與依據(jù) 盾構(gòu)的選型的原則盾構(gòu)選型是盾構(gòu)法隧道能否安全、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟、快速建成的關(guān)鍵工作之一，盾構(gòu)選型應(yīng)從安全適應(yīng)性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟性等方面綜合考慮，所選擇的盾構(gòu)形式要能盡量減少輔助施工法并確保開挖面穩(wěn)定和適應(yīng)圍巖條件，同時還要綜合考慮一下因素：1）可以合理使用的輔助施工法，如降水法、氣壓法、凍結(jié)法和注漿法等；2）滿足本工程隧道施工長度和線形的要求；3）后配套設(shè)備、始發(fā)設(shè)施等能與盾構(gòu)的開挖能力配套；4）盾構(gòu)的工作環(huán)境。 當(dāng)某施工范圍內(nèi)的土層為軟土，并且地質(zhì)情況變化不大，地表控制沉降的要求不高時，可采用擠壓盾構(gòu)。（5） 滲透系數(shù) K＜510 2cm/s。（3）粘性土（粘土、粉砂土含有率 4%以上）的 N 值在 15 以下。 土壓平衡盾構(gòu)（含加泥式盾構(gòu)）適用性：（1）細(xì)粒（粒徑 0．074mm 以下）含有率在粒徑加積曲線的 7%以上。因此 1983 年后，一般認(rèn)為土壓平衡盾構(gòu)的適應(yīng)性是強的，土壓平衡盾構(gòu)施工后的地表沉降量可控制在 30mm 以內(nèi)。由這種改性土的土壓與開挖面的土壓、水壓達(dá)到平衡，使開挖工作面得到穩(wěn)定。在螺旋輸送機的排土口裝有旋轉(zhuǎn)式送料器，送料器的隔離作用使開挖面穩(wěn)定。開挖面的土壓由土腔內(nèi)的混合土體的壓力與其平衡，為了能確保壓力水的作11用，在螺旋輸送機的后部裝有排土調(diào)整槽，控制調(diào)整槽的開度使開挖面穩(wěn)定。在螺旋輸送機的排土口裝有可止水的旋轉(zhuǎn)式送料器（轉(zhuǎn)動閥或旋轉(zhuǎn)式漏斗），送料器的隔離作用能使開挖面穩(wěn)定。因此要用水、膨潤土、粘土、高濃度泥水、泥漿材料等等的混合料向開挖面加壓灌注，并不斷地進(jìn)行攪拌，改變挖掘土的成分比例，以此保證土的流動性和止水性，使開挖面穩(wěn)定。（2）砂質(zhì)土層中開挖面的穩(wěn)定機構(gòu)在砂、砂礫的砂質(zhì)土地層中，土的摩擦阻力大，地下水豐富，透水系數(shù)也高，因此，依靠挖掘土的土壓和排土機構(gòu)與開挖面的壓力（地下水壓和土壓）達(dá)到平衡就很困難。但是，當(dāng)?shù)貙拥暮傲砍^某一限度時，由刀盤切削的土流動性變差，而且當(dāng)土腔內(nèi)泥土過于充滿并固給時，泥土就會壓密，難以挖掘和排土，迫使推進(jìn)停止。即使是在內(nèi)聚力很高的土層中，也由于刀盤的攪拌作用和螺旋輸送機的搬運作用攪亂了土體，使土的流動性增大，因此充滿在土腔內(nèi)和螺旋輸運機內(nèi)泥土的土壓、可與開挖面的土壓達(dá)到相等。（1）粘性土層中的開挖面穩(wěn)定機構(gòu) 在粉質(zhì)粘土、粉砂、粉細(xì)砂等的粘性土層中，開挖面穩(wěn)定機構(gòu)的排土方式是：由刀盤切削后的泥土先進(jìn)入土腔內(nèi)，在土腔內(nèi)的土壓與開挖面的土壓（在粘性土中，開挖面土壓與水壓的混合、壓力作用）達(dá)到平衡的同時，由螺旋輸送機把開挖的泥土送往后部，再從出土閘門口出土。土壓平衡式盾構(gòu)又分為：削土加壓式，土壓平衡加水式，高濃度泥水加壓式，加泥式等 4 類。土壓平衡式盾構(gòu)的產(chǎn)品名稱是各不相同的，即使是相類似的盾構(gòu)，其名稱也因開挖面穩(wěn)定的方法和各公司對排土機構(gòu)開發(fā)過程的不同而各異。現(xiàn)已有加水或加泥水的新型土壓平衡盾構(gòu)，可適用于多種土層。所謂土壓平衡就是密封艙中切削下來的土體和泥水充滿密封艙，并可具有適當(dāng)壓力與開挖面土壓平衡，以減少對土體的擾動，控制地表沉降。土壓盾構(gòu)又稱削土密閉式或泥土加壓式盾構(gòu)。（5）滲透系數(shù) K102cm/s。 （3）自然含水量 18%以上。 泥水加壓盾構(gòu)的適用性： （1）細(xì)粒土（粒徑 以下）含有率在粒徑累積曲線的 10%以上。在非常松散的卵石層中開挖時，也有可能失敗。泥水加壓盾構(gòu)對地層的適用范圍之9廣。一般地說，泥水盾構(gòu)對地層擾動最小，地面沉降也最小，但費用最高。 泥水加壓盾構(gòu)有日本體系及德國體系，如圖 8 所示。 （2）粘度：20～40（s） ，漏斗粘度 500/500ml。（3）加壓泥水可滲透到地層的某一區(qū)域，使得該區(qū)域內(nèi)的開挖面穩(wěn)定。（1）泥水的壓力和開挖面水土壓力的平衡。通過泥水壓力、泥水流量、泥水濃度等的測定，算出開挖土量，全部作業(yè)過程均由中央控制臺綜合管理。盾構(gòu)推進(jìn)時開挖下來的土就進(jìn)入泥水室。圖 17 局部氣壓式盾構(gòu)7．泥水加壓式盾構(gòu)。在適當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件下，對比全氣壓盾構(gòu)，無疑有較大優(yōu)越性。在密封艙內(nèi)充滿壓縮空氣，達(dá)到穩(wěn)定開挖面土體的作用。7圖 16 開胸式機械切削式盾構(gòu)7． 局部氣壓盾構(gòu)。但是，在粘性土地層中施工時，切削下來的土易粘附在轉(zhuǎn)盤內(nèi)，壓密后會造成出土困難。與手掘式盾構(gòu)相比，在曲率半徑小的情況下施工以及盾構(gòu)糾偏都比較困難。問題是盾構(gòu)的造價高，為了提高工作效率而帶來的后續(xù)設(shè)備多，基地面積大等。 多 根 輻 條 狀 槽 口 的 切 削 頭 繞 中 心 軸 轉(zhuǎn) 動 ， 由 刀 頭 切 削下 來 的土 從 槽 口 進(jìn) 入 設(shè) 在 外 圈 的 轉(zhuǎn) 盤 中 ， 再 由 轉(zhuǎn) 盤 提 升 到 漏 土 斗 中 ， 然 后 由 傳 送 帶 把 土 送入 出 土 車 。能一邊出土、一邊推進(jìn)，連續(xù)不斷地進(jìn)行作業(yè)。機械式盾構(gòu)是一種采用緊貼著開挖面的旋轉(zhuǎn)刀盤進(jìn)行全斷面開挖的盾構(gòu)。圖 15 半機械式盾構(gòu)5．開胸機械切削盾構(gòu)。 形 式 ③ 大 多 適 用 于 固 結(jié) 粘 上 層 、 硬 質(zhì) 砂 土 層 。 形 式 ① 適 用于 開 挖 面 需 作 支 撐 的 地 層 ， 形 式 ② ～ ④ 適 用 于 能 自 立 的 地 層 。 形式④：由鏟斗式挖掘機進(jìn)行挖掘和出土。 形式②：盾構(gòu)的上半部工作面由鏟斗或者裝載機挖掘，下半部工作面由切割頭或鏟斗進(jìn)行挖掘和出土。 ④盾構(gòu)中心裝有鏟斗。 ②盾構(gòu)工作面上半部分裝有鏟斗、下半部分裝有切割頭。它的頂部與手掘式盾構(gòu)相同，裝有活動前檐、正面支撐千斤頂?shù)取? 機械挖土裝置前后、左右、上下均能活動。半機械式盾構(gòu)是介于手掘式和機械式盾構(gòu)之間的一種形式，它更接近于手掘式盾構(gòu)。4．半機械式盾構(gòu)。在含水地層中施工，需要輔以疏干地層的措施。切入的土體可用轉(zhuǎn)盤、皮帶運輸機、礦車或水力機械運出，如圖 14 所示。圖 13 擠壓盾構(gòu) 3．網(wǎng)格式盾構(gòu)，在上海軟土層中常常被采用。根據(jù)迄今為止的施工經(jīng)驗，當(dāng)土體含砂率在 20%以下、液性指數(shù)在 60%以上、內(nèi)聚力在 ，盾構(gòu)的開口率一般為 2～%，在極軟弱的地層中，開口率也有小到的 %。它是按含砂率—內(nèi)聚力、液性指數(shù)—內(nèi)聚力的關(guān)系來確定其適用范圍。當(dāng)采用局部擠壓式盾構(gòu)，要部分打開胸板，將需要排出的土體從開口處擠入盾構(gòu)內(nèi)，然后裝車外運，這種盾構(gòu)施工，地表變形也較大。這種盾構(gòu)分為全擠壓式或局部擠壓式兩種，它適用于軟弱粘性土層。采用擠壓盾構(gòu)時，對一定的地質(zhì)條件設(shè)置一定的開口率、控制出土量是非常重要的。根據(jù)推進(jìn)速度來確定開口率。當(dāng)敞開式盾構(gòu)在地質(zhì)條件很差的粉砂土質(zhì)地層、粘土層中施工時，4土就會從開挖面流入盾構(gòu)、引起開挖面坍塌，因而不能繼續(xù)開挖，這時應(yīng)在盾構(gòu)的前面設(shè)置胸板來密閉前方，同時在腳板上開出土用的小孔，這種形式的盾構(gòu)就叫擠壓式盾構(gòu)(見圖 13)。在開挖面自立性差的地層中施工時，它可與氣壓、降水、化學(xué)注漿等穩(wěn)定地層的輔助施工法同時使用。 手掘式盾構(gòu)的適用地層：手掘式盾構(gòu)有各種各樣的開挖面支撐方法，從砂性土到粘性土地層均能適用，因此較適應(yīng)于復(fù)雜的地層，迄今為止施工實例也最多，該形式的盾構(gòu)在開挖面出現(xiàn)障礙物時，由于正面是敞開的，所以也較易排除。在含水地層中需輔以降水、氣壓或土壤加固。開挖士方量為全部隧道排土量。手掘式盾構(gòu)是盾構(gòu)的基本形式，世界上仍有工程采用手掘式盾構(gòu)，如圖 12 所示。以氣壓和泥水加壓方式劃分：氣壓式，泥水加壓式，土壓平衡式，加水式，高濃度泥水加壓式，加泥式。按手工和機械劃分為：手掘式，半機械式，機械式三大類。7．用氣壓施工時，在周圍有發(fā)生缺氧和枯井的危險，必須采取相應(yīng)的辦法。5．盾構(gòu)法隧道上方一定范圍內(nèi)的地表沉陷尚難完全防止，特別在飽和含水松軟的土層中，要采取嚴(yán)密的技術(shù)措施才能把沉陷限制在很小的限度內(nèi)，目前還不能完全防止以盾構(gòu)正上方為中心土層的地表沉降。3．豎井中長期有噪聲和振動，要有解決的措施。 盾構(gòu)法存在的不足1．當(dāng)隧道曲線半徑過小時，施工較為困難。7．當(dāng)隧道穿過河底或其他建筑物時，不影響施工。6．隧道的施工費用不受覆土量多少影響，適宜于建造覆土較深的隧道。4．穿越河道時不影響航運。2．盾構(gòu)推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行，施工易于管理，施工人員也較少，勞動強度低，生產(chǎn)效率高。為此有必要充分掌握盾構(gòu)施工法的特點。主要有：1．疏干掘進(jìn)土層中地下水的措施；2．穩(wěn)定地層、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；23．隧道襯砌的防水堵漏技術(shù)；4．配合施工的監(jiān)測技術(shù)；5．氣壓施工中的勞動防護措施；6．開挖土方的運輸及處理方法等。圖 11 盾構(gòu)施工概貌1－盾構(gòu)；2－盾構(gòu)千斤頂；3－盾構(gòu)正面網(wǎng)格；4－出土轉(zhuǎn)盤；5－出土皮帶運輸機；6－管片拼裝機；7－管片；8－壓漿泵；9－壓漿孔；10－出土機；11－由管片組成的隧道襯砌結(jié)構(gòu)；12－在盾尾空隙的壓漿；13－后盾管片；14－豎井。在盾構(gòu)推進(jìn)過程中不斷從開挖面排出適量的土方。它是一個能支承地層壓力而又能在地層中推進(jìn)的圓形或矩形或馬蹄形等特殊形狀的鋼筒結(jié)構(gòu)，在鋼筒的前面設(shè)置各種類型的支撐和開挖土體的裝置，在鋼筒中段周圈內(nèi)面安裝頂進(jìn)所需的千斤頂，鋼筒尾部是具有一定空間的殼體，在盾尾內(nèi)可以拼裝一至二環(huán)預(yù)制的隧道襯砌環(huán)。盾構(gòu)從豎井或基坑的墻壁開孔處出發(fā)，在地層中沿著設(shè)計軸線，向另一豎井或基坑的設(shè)計孔洞推進(jìn)。目 錄第一章 盾構(gòu)施工概況 盾構(gòu)法基本概念 .........................................................1 盾構(gòu)法的主要優(yōu)點和存在的不足 ...........................................2 盾構(gòu)法的主要優(yōu)點 ...................................................2 盾構(gòu)法存在的不足 ...................................................2 盾構(gòu)的分類及適用條件 ...................................................2第二章 盾構(gòu)機地質(zhì)適應(yīng)性的確定 盾構(gòu)的選型的原則與依據(jù) ................................................12 盾構(gòu)的選型的原則 ............................................