学校代码： 10286 分类号： TU714 密 级： 公 开 U D C ： 624
学 号： 117076
土压平衡盾构施工的风险管理
（学位论文形式：应用研究）
研究生姓名： 陈 伟 导师姓名： 李启明 龚洪祥
申请学位类别 工程硕士 学位授予单位 东 南 大 学 工程领域名称 建筑与土木工程 论文答辩日期 2015年 3 月12日 研究方向 工程管理 学位授予日期 20 年 月 日 答辩委员会主席顾小鹏 教授级高工 评 阅 人 盲审
2015年3月15日
工程硕士学位论文
土压平衡盾构施工的风险管理
专业名称：建筑与土木工程
研究生姓名：陈伟
校内导师：李启明
校外导师：龚洪祥
THE RISK MANAGEMENT OF EARTH PRESSURE BALANCE SHIELD
A Thesis Submitted to
Southeast University
For the Professional Degree of Master of Engineering
BY
Chen Wei
Supervised by
Li Qi-ming
and
Gong Hong-xiang
Southeast University
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
研究生签名：日期：
东南大学学位论文使用授权声明
东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学研究生院办理。
研究生签名：导师签名：日期：
摘要
随着我国经济的不断发展，城市化进程进一步加快，地铁的发展成为了我国各大城市解决交通拥挤问题的首选方案。地铁区间隧道的建设大多数采用盾构法进行施工，而土压平衡盾构又是盾构法应用最广泛的的一种。因为它适合在城市密集的地方作业，这也恰好适应了城市地铁的建设要求。但是地铁隧道盾构施工的风险管理仍然是一个沉重的话题，目前我国的地铁隧道盾构施工风险管理尚处于起步阶段，项目管理者风险意识淡薄，风险管理能力较差，为此在现阶段对工程项目风险管理进行深入研究势在必行。
论文首先分析了国内外关于隧道施工风险管控存在的问题，再结合地铁隧道盾构施工的特点，首先介绍了风险的定义、特点，结合南京地铁三号线天元西路站-清水亭西路站区间工程实例，针对该工程的特点、重点及难点，按照风险管理的整个过程，从风险辨识到评估，做了重点的分析和系统的分类。特别是对风险控制措施，从施工、地面建筑物、地下管线、管理四方面做了系统的梳理和分析，并提出了应对措施。
通过本文对地铁土压平衡盾构法施工风险管理的研究，能够较好地预测和解决施工中可能遇到的问题，对保证施工安全具有一定的指导意义，也对于我国的地铁建设有着一定的参考作用。
关键词：地铁；土压平衡盾构；风险管理
ABSTRACT
With the rapid development of economy and the accelerating paces on urbanization，the progress of subway has become the metropolitan frist choice to solve the problem which is heavy traffic. The Shield Tunnelling is widely used in the construction of the subway tunnel, earth pressure balance(EPB) shield is widespread used in Shield Tunnelling .Because the earth pressure balance(EPB) shield is suitable in intensive place of the city, which fits the requirements of the construction of city subway. However, the risk management in shield construction in subway tunnel is still a heavy topic .Recently, in China, construction risk management of metropolitan tunnel is still at the initial stage, project managers are lack of risk awareness, and their risk management ability is poor, therefore ,at present, project risk management research must be imperative.
At first, the thesis, combined with Shield Tunnelling in Subway Construction, analyzes the risk evaluation for tunnel construction across the world, which introduces the definition and characteristics. Taking Tianyuanxi Road station to Qingshuitingxi Road of Nanjing Metro Line 3 for example, the thesis make a detailed analysis and classification from risk identification to evaluation according to its features and the potential risk, especially for risk control. It presents in construction, the relationship between ground works and environment and management, and also propose a remedies.
Through the research on Risk Evaluation of EPB Shield Tunnelling, it could smoothly predict and solve the problems we meet, be meaningful to make sure the safety of construction and set an good example for railroading.
Key words: metro EPB Shield Tunnelling risk mangement
目录
摘要.................................................................... I ABSTRACT ................................................................. II 1 引言.. (1)
1.1 研究背景 (1)
1.2 国内外研究现状 (1)
1.2.1 国外现状及动态 (1)
1.2.2 国内现状及动态 (2)
1.2.3 研究的方法和内容 (4)
1.3 盾构施工简介 (4)
1.3.1 盾构法施工原理 (4)
1.3.2 盾构法施工的主要工序 (5)
1.3.3 盾构法施工的优缺点 (5)
2 风险管理综述 (7)
2.1 风险管理的概念 (7)
2.1.1风险的定义 (7)
2.1.2 风险的特点 (7)
2.1.3 风险的分类 (7)
2.2 风险管理的原则和方法 (9)
2.2.1 风险管理的原则 (9)
2.2.2 风险管理的方法 (9)
3 地铁土压平衡盾构风险辨识和评估 (11)
3.1南京地铁三号线天元西路站-清水亭西路站区间工程概况 (11)
3.1.1工程概况 (11)
3.1.2 场地工程地质与水文地质条件 (11)
3.1.3交通状况及邻近建（构）筑物、地下管线情况 (15)
3.1.4天元西路站-清水亭西路站区间隧道设计概况 (17)
3.1.5天元西路站-清水亭西路站区间工程特点、重点及难点 (18)
3.2 土压平衡盾构风险辨识 (20)
3.2.1勘察风险 (20)
3.2.2设计风险 (22)
3.2.3施工风险 (24)
3.2.4环境保护风险 (26)
3.2.5管理风险 (27)
3.2.6天元西路站-清水亭西路站区间风险识别与应对 (28)
3.3 土压平衡盾构风险评估 (30)
3.3.1评估标准建立的原则 (30)
3.3.2风险评估的内容 (31)
3.3.3风险评估的流程 (32)
3.4土压平衡盾构风险分级 (33)
3.4.1风险事件发生可能性等级标准 (33)
3.4.2风险损失等级标准 (33)
3.4.3工程风险等级标准 (33)
3.4.4工程风险处置原则 (34)
3.4.5天元西路站-清水亭西路站区间风险因素定级 (34)
4 地铁土压平衡盾构风险控制 (45)
4.1土压平衡盾构施工的风险控制 (45)
4.1.1 端头地基加固施工质量缺陷的风险控制（Ⅲ级风险） (45)
4.1.2 盾构始发与到达的风险（Ⅱ级风险） (45)
4.1.3 盾构掘进参数控制不当的风险（Ⅲ级风险） (46)
4.1.4 盾构掘进姿态控制不当的风险（Ⅱ级风险） (46)
4.1.5 管片损坏的风险（Ⅲ级风险） (46)
4.1.6 盾构设备故障的风险（Ⅲ级风险） (47)
4.1.7 冷冻法施工质量缺陷的风险（Ⅱ级风险） (48)
4.1.8 联络通道施工的风险（Ⅲ级风险） (48)
4.1.9 下穿河湖等水系的风险（Ⅱ级风险） (48)
4.2土压平衡盾构施工对地面建筑物影响的风险控制 (49)
4.2.1 厂房、企业等建筑物（Ⅲ级风险） (49)
4.2.2 酒店、住宅小区等建筑物（Ⅱ级风险） (50)
4.2.3 人行天桥等构筑物（Ⅲ级风险） (51)
4.3土压平衡盾构施工对周边管线影响的风险控制 (52)
4.3.1 220kV高压电塔保护的风险（Ⅱ级风险） (52)
4.3.2 砼雨水管、污水管保护的风险（Ⅲ级风险） (53)
4.3.3 电缆管沟保护的风险（Ⅱ级风险） (53)
4.3.4 铸铁和玻璃钢给水管、钢给水管保护的风险（Ⅱ级风险） (53)
4.4土压平衡盾构施工现场管理的风险控制 (54)
4.4.1 施工管理行为风险（Ⅱ级风险） (54)
4.4.2 监理监管行为风险（Ⅱ级风险） (54)
4.4.3 第三方监测行为风险（Ⅱ级风险） (54)
4.4.4 业主监管行为风险（Ⅲ级风险） (55)
4.5土压平衡盾构风险控制的效果体现 (55)
5结束语 (56)
5.1 本研究的主要成果 (56)
5.2 有待进一步探讨的问题 (56)
致谢 (57)
参考文献 (58)
作者简介 (61)
1 引言
1 引言
1.1 研究背景
地铁作为现代城市中快速、便捷、清洁和高效的交通工具,已成为一个国家综合国力、城市经济实力、人们生活水平及现代化的重要标志。目前我国的经济实力和综合国力显著增强,采用国际化的方式发展地铁，成为了各大城市的首选出路[1]。截止到2012年12月31日，我国内地已有北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、武汉、南京、沈阳、长春、大连、成都、西安、昆明、苏州、杭州、佛山等17个城市累计开通70条城市轨道交通运营线路（含试运营线路），总运营里程达到2064公里，其中2012年新增投运里程321公里。无论从地铁规划城市数量、规划地铁总体规模，还是在建里程，我国地铁总体规模都非常庞大。未来二十年，我国地铁建设都将处于规模空前的“超常规发展”期，研究科学合理、适合中国国情的地铁建设施工技术，意义将非常重大[2]。
伴随着地铁的发展，盾构法施工以其安全性和高效性已成为城市地铁隧道施工的主流工法。其中土压平衡盾构又以其适用范围广、占地省、成本低的特点，占据了其中绝大部分的份额。但是，当地层稳定性较差、承载力较小、含水量较大时，土压平衡盾构往往难以建立土压平衡，施工风险大，甚至无法掘进[3]。这也导致盾构施工的事故频频不断，其中始发和到达时的泄漏事故时有发生，损失严重，特别是在软土含砂地质条件下，因漏水漏砂或涌水涌砂造成端头的地面沉陷、坍塌乃至建筑物倒坍、盾构被淹被埋等重大事故不断增多，如上海、广州、南京等多个施工工地始发时地面沉陷坍塌、天津某施工工地始发时盾构被淹等等，造成了不可估量的经济损失和人员伤亡[4]。
由此可见，一方面要加快城市地铁的建设，另一方面要考虑降低地铁隧道盾构法旌工中的风险隐患。因此，进行地铁隧道土压平衡盾构施工的风险管理研究，通过风险辨识和评估发现地铁隧道盾构施工中的风险问题，采用相关控制措施进行防范，全面开展风险管理工作，成为解决当前地铁隧道盾构施工风险事故多发的新角度[5]。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外现状及动态
隧道风险管理的研究已经在许多欧美国家中广泛开展，一些国家已经编写出隧道工程风险管理的规范和法规[6]。欧共体行政院于1992年发布了“欧共体就在临时或移动施工现场实施最低安全和健康要求的指令[7]”，意大利政府于1996年由总统签字发布了相应的指令；国际隧道协会于1999年成立研究小组，在大量的研究、讨论和调查后，于2003年完成了隧道风险管理指南，指南的目的在于对所有从事隧道和地下工程的人员提供风险识别和管理的指导，为业主和承包商提供了从概念设计到竣工运营整个工程实施过程中各阶段的风险管理目标[8]；英国隧协和保险业协会于2003年9月联合发布了《英国隧道工程建设风险管理联合规范》[9]，基于这一规范，国际隧道工程保险集团（ITIG）又于
东南大学工程硕士学位论文
2006年1月发布了《隧道工程风险管理实践规程》[10]。
在理论研究方面，国外有关风险管理的内容已经比较深入，如隧道工程风险分析的代表人物美国的Einstein.H.H，他曾撰写多篇有价值的文献，主要贡献是指出了隧道工程风险分析的特点和应遵循的理念，诸如《Geological model fortunnel cost model》[11]、《Risk and risk analysis in rock engineering》[12]、《（DecisionAids in Tunneling》[13]；1992年，B.Nilsen等的论文对复杂地层条件地区的海底隧道的风险进行了比较深入的研究：1996年，国际隧协委员Heinz在其论文中对穿越海峡的隧道、穿越阿尔卑斯山的隧道如何进行风险分析作了论述；2000年，J.Reilly提出了“隧道工程的建设过程就是全面的风险管理和风险分担的过程”，并将地下隧道工程中的主要风险分为四类：造成人员受伤或死亡、财产和经济损失的风险，造成项目造价增加的风险，造成工期延误的风险和造成不能满足设计、使用要求的风险[14]；2002年，Tonon和Mammino等利用模糊理论和随机理论研究了隧道工程建设中风险分析和决策的多目标优化问题[15]；2003年，Chungsik Yoo 和Jae-hoon Kim，在对隧道工程建设过程中地面沉降预测的简化方法进行归纳和总结的基础上，开发了一个基于网络的建筑（设施）损坏评估系统[16]。
在实际工程应用方面，对隧道进行风险评估的例子也有很多，如美国西雅图地铁曾进行过对地质条件、合约、设计、施工等方面的风险分析工作，并提出了针对风险分析的评估方法；美国波斯顿中央干线工程进行了施工风险评估以及减轻对环境影响（噪声、尘埃及交通管理）的风险评估；1996年，Sturk和Olsson等介绍了一种对大型地下工程建设中的风险和决策进行分析的系统，给出了一些实用的分析方法，并将其用于瑞典的斯托克霍姆环线隧道中[17]；2000年，Vik和Sverdrup等对挪威诺梅瑞克斯伯顿隧道工程的环境风险管理进行了研究[18]。
1.2.2 国内现状及动态
我国1985年以前有关风险的研究基本处于翻译引进国外著作的状态。此后到1990年，我国有关风险的研究与应用方面的著作才开始大量出现，1990—1997年，我国对风险管理的研究处于稳定发展时期，每个相关领域都在进行积极的探索，开展风险管理理论与应用研究，风险分析与控制技术的应用领域也不断扩展。自1997年以后至今，我国风险管理研究及应用进入蓬勃发展时期。
在隧道及地下工程领域，我国的风险管理起步较晚，始发于20世纪末。在我国，毛儒是最早开始接触隧道风险管理理论的学者，在2003-2007年间，他写了很多这方面的论文，介绍发达国家隧道工程风险管理的经验和发展，对风险管理的理论以及各项管理运作过程的详细实现方法进行了阐述[19]；另外，丁士昭教授（同济大学）也是国内这一领域的开拓者，他带领的团队对我国数条地铁施工中的风险进行了探讨与研究，比较具有代表性的就是广州地铁一期工程以及上海地铁一号线等[20]。
之后几年，越来越多的学者开始对隧道及地下工程领域风险管理的各个环节，包括风险源辨识、风险估计、风险评价及风险控制等方面具体做了较为详细的研究。代表性的有，边亦海2005年运用可靠度相关理论，先是将地下工程结构的抗风险设计作为概念
1 引言
提出来，同时对基坑和隧道等地下工程结构的风险发生概率做了详细的计算，并且对风险带来的损失进行了定性评价，并总结出了改进的层次分析方法[21]。王梦恕教授2005年指出了厦门海底隧道在前期设计、实际施以及运营中存在的重大风险，并提出了相应的风险规避建议措施[22]。学者陈亮在隧道盾构施工的事故总结方面做了研究总结工作，主要成果就是2005年归类总结了盾构法隧道施工中发生的主要风险事故和防治方法，并进行了存档，整理和积累，创建了风险数据库，主要作用就是为工程风险管理的每个环节（风险辨识、评估和控制等）提供各项信息的存储、计算和分析。吴贤国2007年针对武汉长江隧道的盾构施工进行了研究，主要研究成果是总结分析了该过程的主要风险因素，并且给出了一些基本的风险控制措施，对各风险因素发生的概率及其影响结果做了半定量的分析[23]。郑海中在其博士毕业论文中阐述了我国地质工程项目风险管理的弊端，并从地质项目系统风险评估、决策风险评估和承包风险评估等方面进行了研究。陈功2008年在其硕士论文中，以成都地铁为例，分析了地铁隧道盾构区间的风险管理原理[24]。
另外，隧道及地下工程的风险管理系统开发上也得到了上足的发展。如汤漩等在2006年提出建立隧道盾构施工风险评价体系和盾构隧道施工风险知识管理系统[25]；黄宏伟、胡群芳等在2006年开展了地铁建设和运营阶段的风险管理研究，提出了地铁不同阶段的风险因素、分析和控制的完整思路，并在风险接受准则模型计算、风险数据库的建立和风险管理软件的开发等方面进行研究，取得了初步成果[26]。丁智国在2007年进行了盾构施工风险控制知识管理系统的开发与研究。提出了基于知识管理的风险管理研究[27]。周直，郭松影开展了公路山岭隧道施工安全风险预警系统的研究工作。
在实际应用方面，我国也是作出了积极的探索，具有代表意义的是由同济大学牵头进行的沪崇通道的风险评估项目[28]。整个沪崇通道的风险管理研究共提交了十七个专题报告，工程建设的各个环节基本都有涉及，包括前期设计、施工管理、对环境的保护以及运营事故控制等，这个项目是风险分析技术在隧道工程中应用的非常成功的一个典范，为以后的运用提供了保证，同时为该学科的发展奠定的良好的积极的基础。
由此可见，风险管理在我国隧道及地下工程领域已得到了初步的应用，取得的部分成果已经服务于工程项目的实施。
近几年，国内各大高校及科研院所，以及建筑公司的相关学者教授等都在积极的研究隧道及地下工程的风险管理研究，政府部门也在积极制定各项规范与措施。2003年我国相关部门联合印发了《关于进一步加强地铁安全管理工作的意见》，后来编发了《地铁与地下工程建设技术风险控制导则》，均对指导我国隧道及地下工程安全风险管理的进一步走向规范化起到了积极的作用。2004年11月，成立了中国土木工程学会的隧道及地下工程分会风险管理专业委员会，这也是我国隧道及地下工程的风险管理逐渐步入稳步发展阶段的一个里程碑；2005年，中国土木工程学会组织召开了我国第一次全国性的关于隧道及地下工程风险分析会议，对隧道及地下工程风险管理的发展起来积极的推动作用：2007年，建设部组织，土木工程学会和同济大学联合主编了《地铁及地下工程建设风险管理指南》[29]，并邀请了有关方面专家进行审查论证，之后颁发施行，目的是为
东南大学工程硕士学位论文
了规范我国地铁及地下工程建设风险管理工作，提高工程建设的各项管理水平，最终减少由于风险隐患造成的安全事故，导致一系列的人员伤亡，环境破坏等。
目前，在广州、天津、北京、上海、成都、武汉等城市的地铁工程建设中，风险管理的理念和模式已经被逐渐引入，初步效果还比较显著，但在此仍然存在较大问题，需要进一步加强，并逐步扩大到城市地下工程建设的其他方面。
1.2.3 研究的方法和内容
论文对国内外大量的相关文献进行了阅读和研究，对盾构施工的风险管理进行了系统分析，结合南京地铁三号线盾构隧道施工实例，采用理论与实践相结合的方法，研究了南京地铁盾构隧道施工的风险管理体系。在信息收集方面，运用网络、期刊、年鉴等收集国内外历史数据和最新资料。本论文共分五个章节，其中：
第一章节是绪论部分。该部分主要对选题的意义，国内外研究现状，研究的方法和内容作了介绍。
第二章节主要是研究地铁工程风险管理的理论基础部分。首先阐述了风险定义、风险特性以及风险的分类，其次介绍了风险管理的原则以及风险管理的方法。
第三章节主要对土压平衡盾构的风险辨识和评估的步骤做研究，阐述了风险识别、估计和评价的常用方法，并针对南京地铁三号线天元西路站-清水亭西路站盾构区间的工程实例进行风险的辨识和评估。
第五章结论与展望中，总结了本文研究所取得的成果，并指出尚待进一步完善、提高的地方。
1.3 盾构施工简介
1.3.1 盾构法施工原理
盾构(shield)一词的含义在土木工程领域为遮盖物、保护物[30]。目前地铁隧道施工中使用较多的是土压平衡盾构机，这种机型由于将开挖和稳定开挖面结合在一起，因此无需其他辅助施工措施就能适应地质情况变化较大的地层[31]。盾构法施工原理就是利用盾构的盾壳做为在开挖隧道时的临时支护体，然后在盾构外壳的保护下拼装管片，形成永久衬砌[32]。主要施工工序包括土层开挖、盾构推进操纵与纠偏、衬砌拼装、衬砌背后压注等。主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁开孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计孔洞推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制隧道衬砌结构，施工过程中开挖出来的土碴通过出土运输机送出隧道。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向紧靠盾尾后面的开挖坑道周边与衬砌环外周之间的空隙中压注足够的浆体，以防止隧道及地面下沉。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。如图1-1所示。
1 引言
图1-1 盾构法施工示意图
1.3.2 盾构法施工的主要工序
盾构法施工的主要工序包括土层开挖、盾构推进操纵与纠偏、衬砌拼装、衬砌背后压注等[33]。这些工序均应及时而迅速地进行，绝不能长时间停顿，以免增加地层的扰动和对地面、地下构筑物的影响。
（1）土层开挖
土层开挖方式较多，具体开挖方式要根据盾构机的选取和地质情况进行确定，主要有敞开式开挖、挤压式开挖、机械切削式开挖和网格式开挖。
（2）盾构推进操纵与纠偏
盾构机推进主要依靠千斤顶推力的作用[34]。盾构实际掘进过程中，通过一些措施对盾构的位置和前进方向进行控制使必要的。一般来说，根据监测数据反映出的结果高程和平面位置值，得到第二次盾构掘进时需要多少数量的千斤顶和多大的推力，改进方向[35]。
（3）衬砌拼装
装配式衬砌由多块预制管片在盾尾内拼装而成，衬砌圆环的分块主要根据管片制作、运输、安装等方面的实践经验确定。圆环的拼装形式有通缝和错缝两种。所有衬砌环的纵缝成一线的情况称之为通缝拼装。而环间纵缝相互错开，犹如砖砌体一样的情况称为错缝拼装。衬砌环通常采用错缝拼装的方式，这样做的好处是为了得到分布比较均匀的圆环接缝刚度、这样在拼缝和全部结构的形状变化、各种空间刚度的优化，都起到了很好的作用。不过，这种方式也有它的缺陷，特别是当管片的精度较低时，这种方式会顶破或者顶碎管片在盾构过程中。
（4）衬砌背后压注
衬砌背后压注主要是为了减小地表沉降，压注后可以增进衬砌的防水效果，更重要的是可以改善衬砌的受力状态。一次压注是在盾构推进的过程中，在衬砌与盾尾之间会有空隙出现，此时就要迅速压注水泥类砂浆，依靠预留孔，同时保证有足够的压力，使空隙能够填满[36]。
1.3.3 盾构法施工的优缺点
（1）盾构法施工隧道的优点。
东南大学工程硕士学位论文
1）除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少对跗近居民的噪声和振动影响；
2）盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也较少；
3）隧道的施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建造覆土较深的隧道；
4）施工不受风雨等气候条件影响；
5）当隧道穿过河底或其他建筑物时，不影响施工；
6）与明挖法相比，只要能使盾构的开挖面稳定，则隧道越深、地基越差、土中影响施工的埋设物等越多，经济上、施工速度上就越有利。
7）采用盾构方式进行开挖，比较安全[37]。
（2）盾构法施工存在的有关问题。
1）当隧道曲线半径过小时，施工较为困难；
2）在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，则盾构法施工困难很大，而在水下时，如覆土太浅则盾构法施工不够安全；
3）盾构施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层时，对劳动保护要求较高，施工条件差；
4）盾构法隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止，特别在饱和含水松软的土层中，要釆取严密的技术措施才能把沉陷控制在很小的限度内；
5）在饱和含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水的技术要求较高。
2 风险管理综述
2 风险管理综述
2.1 风险管理的概念
2.1.1风险的定义
广义的风险定义是指一个事件产生我们所不希望的后果的可能性[38]。工程项目的风险为项目的目标费用、工期、质量水平与项目的实际费用、工期、质量水平之间的差异程度。国际隧道协会隧道风险管理指南中定义风险是指灾害事故对人身安全及健康可能造成损害的概率。
地铁土建工程施工风险的定义为：地铁土建施工过程中发生人员伤亡、经济损失、社会影响、环境影响、工期延误等不利事件的可能性（P）及其损失（C）的组合，表达式为：风险R=f（P，C）。
2.1.2 风险的特点
（1）风险的客观性
风险是一种不以人的意志为转移，独立于人的意识之外的客观存在。因为无论是自然界的物质运动，还是社会发展的规律，都由事物的内部因素所决定，由超过人们主观意识所存在的客观规律所决定。
（2）风险的普遍性
在工程建设过程中内，风险是无处不在、无时不有的。虽然人类一直希望认识和控制风险，但直到现在也只能在有限的空间和时间内改变风险存在和发生的条件，降低其发生的频率，减少损失程度，而不能也不可能完全消除风险。
（3）风险的损失性
只要风险存在，就一定有发生损失的可能，这种损失有时可以用货币计量，有时却无法用货币计量。风险的存在，不仅会造成财产的损失，而且会造成人员的伤亡。
（4）风险的不确定性
风险是不确定的，否则，就不能称之为风险。风险的不确定性主要表现在空间上的不确定性、时间上的不确定性和损失程度的不确定性。
（5）风险的可变性
风险的可变性是指在一定条件下风险具有可转化的特性。随着项目的进行，在项目实施的整个过程中各种风险在质和量上会发生变化。有些风险得到控制，有些风险会发生并得到处理，同时在项目的每一阶段都可能产生新的风险。
2.1.3 风险的分类
（1）风险的基本分类
将风险进行分类的目的，是为了分别研究对这些不同类别的风险所应采取的对策。由于分类的基础不同，不同国家有着多种不同的风险分类[39]。工程项目的风险因素是指
东南大学工程硕士学位论文
对工程项目建设中可能产生风险的因素所进行的归类和细化的工作。一般工程项目的风险可以分为以下几类，并且可以详细化为若干个因素[40]。
（1）社会环境风险。它是指由于国际、国内的政治、经济技术的波动（如战争、内乱、政权更迭、政策的变化、外汇汇率的涨落等）。
（2）自然风险。由于自然界产生的灾害（如地震、洪水等）而给工程项目建设带来的风险。这一类风险属于大环境下的自然风险，一般是致命的，几乎无法弥补的风险。
（3）经济风险。它是指由于与工程项目建设相关的经济因素（例如价格、税收、工资等）的变化，而给工程项目建设带来的风险。
（4）技术风险。它是指由于与工程项目建设相关的技术因素（例如工程设计的质量水平、设备的功能指标、各项说明书文件编制水平等）的变化，而给工程项目建设带来的风险。
（5）公共关系风险。它是指由于与工程项目建设相关的各种内部（例如工程项目建设单位的各层次、类别、各部门的人员）、外部（例如工程项目的各主管部门、各子承包商、各同行业等）关系的变化，而给工程项目建设带来的风险。
（6）管理风险。它是指由于工程项目建设的管理职能与管理对象（例如管理组织、领导素质、管理计划）等因素的变化，给工程项目建设带来的风险。
（7）施工风险。是指在施工过程中可能由于施工人员的操作不当或是由于施工器械的故障而造成的风险。
（8）设计风险。主要是指由于设计方在施工图纸设计上可能造成的失误而导致施工方在施工中出现的风险。
风险的基本分类图如图2-1所示。
图2-1风险基本分类图
2 风险管理综述
2.2 风险管理的原则和方法
2.2.1 风险管理的原则
风险管理的原则是风险管理人员在进行风险管理时辨识和评估各种风险因素所持的态度以及在分析中采用各种技术的原则，它是独立于风险分析的对象（风险主体、风险客体、风险因素等）之外的认知系统所遵循的原则，也就是风险分析人员处理问题效用。这种效用对风险因素辨识以及风险因素评估准确性都会产生直接影响。一般来讲，有其单独建制，贯穿于日常运作和发展计划[41]。风险管理的原则要根据具体问题具体确定，确定这个原则的原则是“公众可接受性"[42]。
2.2.2 风险管理的方法
风险管理是指辨识、评估并对项目风险做出积极反应的系统过程。通过主动、系统地对项目风险进行全过程识别、估计、评价和控制，已达到降低项目风险、减少风险损失，甚至化险为夷，变不利为有利的目的[43]。项目风险管理一般流程包括风险识别、风险评估和风险控制等三个方面[44]如图2-2所示。
图2-2风险管理的程序
（1）风险辨识
风险辨识是指在项目风险发生之前，主体采用多种识别方法系统地、规范地找出其所面临的风险的过程。识别风险因素经常由于系统的复杂性、风险种类的繁多，往往需要采用多种使用的识别方法对现有的风险进行筛选、剔除，最后找到能够对项目的实施起到关键作用，且具有代表性作用的风险主要因素。
在进行风险辨识时，对于什么是风险源、什么是风险事件以及什么是风险征兆都要明白，同时还要想清楚这三者之间的关系。
（2）风险评估
风险评估包括风险估计和风险评价。是指分析、估计项目的风险，或者项目总体风险发生的可能性，并且依据项目风险对项目目标的影响程度，最终针对项目风险，进行
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分级排序。风险评价主要为了让相关人员知道某项目的风险处于何种程度，这样就可以通过之前做好的风险标准进行对比，就可以得到风险的水平，在进一步决定控制措施。
（3）风险控制
风险控制是指在识别风险、评估风险的基础上有效的控制风险、采用虽经济、合理的技术、方法和工具来处理项目的风险，进而最大限度地减少、降低由于风险造成的可能损失的过程、技术、方法和工具。风险管理过程中的风险计划、风险跟踪和风险应对包含了控制风险所需要的实践。
3 地铁土压平衡盾构风险辨识和评估
3 地铁土压平衡盾构风险辨识和评估
3.1南京地铁三号线天元西路站-清水亭西路站区间工程概况
3.1.1工程概况
南京地铁三号线工程TA15标包括天元西路站、天元西路站-清水亭西路站盾构区间、清水亭西路站、清水亭西路站-诚信大道站盾构区间及其附属工程。
天元西路站-清水亭西路站区间始于地铁天元西路站南端，线路出天元西路站后沿利源南路、苏源大道向南，下穿牛首山河，九龙湖后向东转向清水亭西路。左线起讫里程为K36+472.597~K38+499.846，长度约为2006.150m，右线起讫里程为K36+472.595~K68+499.846，长度约为2031.085m。区间隧道共设置2个联络通道和1个区间风机房兼联络通道，联络通道设置在K37+017.585、K38+108.173，风机房设置在里程右K37+504.781~K37+520.582（左K37+498.741~K37+514.542）处。区间平面设R=800、350、550、450m四组曲线，竖向设V形坡，线路先以6‰下坡，然后以3‰上坡。天-清区间地理位置如图3-1所示。
图3-1 天-清区间地理位置示意图
3.1.2 场地工程地质与水文地质条件
本区间地形有变化，线路穿越区有两个较大水系，地面高程7.67～12.00m之间，属于侵蚀堆积岗地和岗间坳谷区地貌单元。
(1)场地工程地质条件
1)工程地质概况
按土层揭露先后顺序，各层土描述如下：
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①-2b2-3素填土：灰黄、灰色、杂色，松散，稍湿～湿，软～可塑状粉质粘土组成，可见植物根茎，夹有少量碎石；局部表层为40～70cm不等的水泥沥青路面及垫层。层底埋深0.70～6.70m，厚度0.70～6.70m。
①-3b4淤泥：灰～灰黑色，流塑，具淤臭味。可见贝壳等杂物，土质不均。主要分布于河道底部。层底埋深1.80～4.50m，厚度0.50～1.30m。
②-1b2-3粉质粘土：灰黄色、黄灰色，饱和，软～可塑，中压缩性，无摇振反应，切面光滑，干强度中等，韧性中等。可见少量铁质浸染斑点。层底埋深 2.40～9.60m，厚度0.60～6.60m。
②-1c-d3-4粉土夹粉砂：灰黄色、灰色，湿，松散～稍密，中压缩性，无光泽，反应迅速，干强度低，韧性低，土质不均，夹薄层粉质粘土。层底埋深8.10～14.60m，厚度2.00～9.60m。
②-2b4淤泥质粉质粘土：灰色，饱和，流塑，高压缩性，摇振反应慢，稍有光泽，干强度低，韧性低，偶夹薄层粉土，具有水平沉积层理；含钙质结核，外形无规则，直径一般2～3cm，个别达到5cm，分布不均，一般含量3～5%，局部达到10%。层底埋深5.50～24.00m，厚度1.50～17.80m。
②-3b3-4粉质粘土：灰色，局部青灰色，饱和，软～流塑，中高压缩性，局部夹薄层粉土，摇振反应慢，稍有光泽，干强度中等，韧性低。层底埋深8.50～25.00m，厚度
0.50～9.30m。
③-1b1-2粉质粘土：青灰色、灰色、灰黄色，饱和，可～硬塑，中压缩性，无摇振反应，切面较光滑，干强度中等，韧性中等。可见少量铁锰质结核及灰绿色次生粘土团块。层底埋深5.60～29.00m，厚度0.40～20.60m。
③-2b2-3粉质粘土：灰色、灰黄色，饱和，软～可塑，中压缩性，无摇振反应，切面较光滑，干强度中等，韧性中等，局部粉粒含量较高，偶夹粉土。层底埋深13.50～
31.00m，厚度0.40～19.30m。
③-2c-d1-2粉土夹粉砂：灰色、青灰色，饱和，中～密实，中压缩性，由长石、石英、云母等组成，夹薄层粉土、粉质粘土。层底埋深27.70～29.80m，厚度0.30～6.10m。
③-4e含砾粉质粘土：灰黄色、灰色，饱和，可～硬塑，中～密实，中压缩性，主要由粉质粘土、粉土、粉砂、中细砂混砾石组成，成分复杂。砾石含量一般20～30％，局部富集段超过30%，粒径多为0.50～5cm，少数大于5cm，呈次棱角状～次圆状，成分多为石英质、硅质，分布不均。层底埋深23.50～33.70m，厚度0.40～6.60m。
④-1b1-2粉质粘土：黄褐色、灰黄色，饱和，局部可塑，中压缩性。刀切面光滑，无反应，干强度中等，韧性中等；夹含铁锰质结核和灰绿色次生粘土团块。层底埋深
3.80～2
4.60m，厚度1.60～12.80m。
④-2b2粉质粘土：褐黄色、灰黄色，饱和，可塑，局部偏软塑，中压缩性。刀切面光滑，无反应，干强度中等，韧性中等；夹含少量铁锰质结核和灰绿色次生粘土团块，局部粉粒含量高。层底埋深7.10～19.00m，厚度1.20～13.50m。
第五章盾构法施工 第一节概述 盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。盾构是与隧道形状一致的盾构外壳内，装备着推进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌机构等部件的隧道开挖专用机械。采用此法建造隧道，其埋设深度可以很深而不受地面建筑物和交通的限制。近年来由于盾构法在施工技术上的不断改进，机械化程度越来越强，对地层的适应性也越来越好。城市市区建筑公用设施密集，交通繁忙，明挖隧道施工对城市生活干扰严重，特别在市中心，若隧道埋深较大，地质又复杂时，用明挖法建造隧道则很难实现。而盾构法施工城市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道具有明显优点。此外，在建造水下公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法也往往以其经济合理而得到采用。 盾构法是一项综合性的施工技术。盾构法施工的概貌如图5－1所示。构成盾构法的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。盾构是一个能支承地层压力，又能在地层中推进的圆形、矩形、马蹄形及其他特殊形状的钢筒结构，其直径稍大于隧道衬砌的直径，在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。 盾构是进行土方开挖正面支护和隧道衬砌结构安装的施工机具，它还需要其它施工技术密切配合才能顺利施工。主要有：地下水的降低；稳定地层、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；隧道衬砌结构的制造；地层的开挖；隧道内的运输；衬砌与地层间的充填；衬砌的防水与堵漏；开挖土方的运输及处理方法；配合施工的测量、监测技术；合理的施工布置等。此外，采用气压法施工时，还涉及到医学上的一些问题和防护措施等。
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
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
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
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
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：
浅谈土压平衡盾构穿越不良地质施工技术 发表时间：2019-07-24T12:07:10.493Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：王铎 [导读] 摘要：土压平衡式盾构机的发展是在挤压式盾构机和泥水式盾构机的基础上发展起来的。佛山市铁路投资建设集团有限公司广东佛山 528000 摘要：土压平衡式盾构机的发展是在挤压式盾构机和泥水式盾构机的基础上发展起来的。它的原理是控制其排土量和开挖量均衡即可使开挖面的地层一直保持稳定。着重剖析土压平衡盾构穿越不良地质作业技术在作业中遇到的很多突出性问题，尤其是盾构隧道施工中遇到的问题，并且有针对性地对工程的难点提出了一些建设性的应对措施。 关键词：土压平衡盾构；施工技术；轨道交通 土压平衡盾构法作业在国际以及我国轨道交通盾构区间修建中得到了大量应用，盾构法施工在工序上相对简单明了，更容易实施，并且作业时间相对较短，作业人员的安全等更容易在控制范围之内。同时，盾构施工还具有以下方面的优点：地下作业、比较隐蔽，不会因为噪音和震动而影响环境；自动化程度颇高、低劳动强度等等。 虽然这种作业技术已经慢慢地变得成熟，但是仍然有诸多问题值得我们去探讨，去解决。 一、盾体机身出现滚动现象 盾构机身的滚动大多数是因为刀盘切削开挖面土体产生的扭矩比盾构机壳体与隧道洞壁之间的摩擦力矩大而形成的。在两个地层分界面开挖掘进时，由于岩性差别太大而且岩层稳定性较好，此时扭矩较大，而盾构机壳体与洞壁之间只有部分地方产生了摩擦力，当摩擦力矩与刀盘切削土体产生的扭矩不能互相平衡时将会引起机身的滚动，过大的滚动就会影响管片的拼装，也会引起隧道轴线的偏移。大多数情况下，当滚动偏差超过0.5时，我们就应该采用以下方法进行补救.。 （1）加入泡沫； （2）补充浆液，保证足够桨液量，活性浆液应用等等方法以加大盾构周边的摩擦力；（3）变化刀盘旋转的方向，把推进速度慢下来； 二、泥饼现象 盾构机穿越粘土层时，刀盘面需要始终保持较高的压力，温度一般会变得很高，尤其是粘性土在高温和高压作用下，易压实形成泥饼，特别是刀盘的中心部位。一旦产生泥饼，掘进的速度下降，刀盘扭矩升高，拉低作业效率，严重影响施工。所以建议采取以下举措应对： （1）在作业之前把刀盘上的部分滚刀换用刮刀，增加了刀盘的开口率； （2）加注泡沫，降低碴士的黏附性； （3）刀盘背面和土仓压力隔板上加置搅拌棒，提升强搅拌强度和增大范围，向土仓中加注泡沫，改善渣土和易性；（4）往螺旋输送机内注入泡沫，加大碴土的流动性； （5）在2/3仓土处增加气压； （6）一旦泥饼产生后，使刀盘空转，在离心力的作用下，泥饼自然就会脱落，在保证开挖面稳定的情况下，可进行人工人为的清除掉； 三、管片上浮现象 盾构机在作业的过程中，有一种情况较常见：隧道管片发生错位，大部分原因为上浮的管片，管片上浮又受工程地质、水文地质、衬背注浆质量、盾构机姿态控制等因素的影响。一旦管片脱出至盾尾后，由于盾构作业途中形成的蛇形运动、超挖以及理论间隙，管片与地层间就会形成-环形建筑空间，而空间大多采用衬背注浆工艺填充解决，注浆量不够或者是注浆压力不足，就会导致衬背浆液不密实，特别是隧道顶部，从而导致管片上浮。盾构机在含水地层作业时，盾构机作业形成的环形建筑空间充满水，隧道管片全被包围，在盾构作业时形成“圆形坑道”，当管片所受到的浮力比管片本身重时，管片本身就会上浮。建议按以下操作来解决如上问题。（1）选择充填性好的浆液比如注入双液浆，初凝时间与早期强度，限定范围防止流失；（2）浆液配比实行动态监管模式，地质情况，水文情况，隧道埋深情况等不同而相应地调整，从而防控地表的下沉和保证管片的稳定； 四、螺旋输送机喷涌现象 基岩裂隙水丰富时，隔水层厚度不一致日常缺失。这样的地层中，如果盾构机非连续作业或作业空档，以及同步注浆不密实所形成的流水通道，水压很大，土质欠优，进入土仓的渣土缺乏很好的塑性（这种粘土一般矿物质含量不多，密水性不好），从而承压水与没有塑性的渣土就容易形成螺旋输送器喷涌，建议以以下方法去解决。 （1）隧道开始下坡并已经到达硬岩富含水地层中时，这时可以砸断管片与围岩间隙汇集的地下水与开挖面的水力联系。管片处于硬岩含水层中长度越长，管片背后存储的水力和压力就会更大，这就需要同步注浆效果必须达到完全封闭衬翻空隙并阻水，避兔土仓与管片背后形成水力通道； （2）把进尺出土量控制下来，从而盾构机就能很好地通过； （3）盾构机没有作业时，土仓内压力与外界水土压力一致，继续保持压力平衡。在螺旋机第二次排土之前，应用刀盘把土仓内的水和土充分拌匀，使其具有良好的密水性，从而规避喷涌。 五、盾尾漏浆现象 造成盾尾漏浆主要有以下几个原因：一是因为盾尾刷作业磨损；二为盾尾与管片两者间隙不均匀；三是因为衬背注浆的压力很高.建议采取如下措施。 （1）作业前对盾尾密封系统进行一次全面检查与维护，更换掉已存在磨损的密封刷；（2）在管片拼装前清理干净盾壳内的杂物，防止对盾尾刷造成损坏；每30环全面检查1次盾尾密封腔油脂状况，严格控制盾尾油脂的压力； （3）经常检查盾尾周边与管片的间隙，控制盾构机的姿态和管片姿态，保持间隙均匀；
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
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 gr ound conditi oning of EP B shield machines,is one of the i m portant syste m s of EP B shield machines .This article intr oduces the compositi on of the fluid conveying syste m and the working p rinci p les of contr ol syste m s of backfilling gr outing behind seg ment lining,gr ound conditi oning syste m,main bearing grease sealing and lubricati on syste m and tail skin sealing grease injecti on syste m.Key words:fluid conveying;non 2transit;medium;contr ol;syste m;p rinci p le 1 流体输送系统的组成 在土压平衡盾构机中,除以液压油为介质进行传 动的流体传动系统外,还存在一个庞大的流体非传动系统,它们的工作介质是油脂、油液、水泥砂浆、泡沫剂、泥浆等,工作目标是实现盾构机某些部位的润滑、密封、填充以及碴土物理性能的改良。该系统我们称之为流体输送系统,在保证盾构机的正常工作中起着重要的作用。 流体输送系统由衬砌背后注浆系统、碴土改良系统、主轴承密封润滑系统、盾尾密封系统等组成,如图1所示 。 图1 流体输送系统的组成 Fig .1 Compositi on of fluid conveying syste m 2 衬砌背后注浆控制系统 由于刀盘的开挖直径大于管片衬砌的直径,当盾 尾随盾构机前进而抽脱后,在管片的外壁与隧洞的内壁之间就会形成空隙。这一空隙如不及时填充,可能引起围岩的松动,导致地表沉降,危及地表建筑物的安 全。同时还不利于管片的固定,当盾构机推进的反力作用在管片上时,容易造成管片的偏斜,影响盾构机掘进的姿态。为此,在管片衬砌完成后,应及时向其背后的空隙进行填充注浆。 背衬注浆有及时注浆与同步注浆两种形式,由于同步注浆与盾构的推进同步进行,防止地表沉降的效果好,所以本文只讨论同步注浆系统。 在控制面板上设有显示盾构机工作状态的指示灯,当处于掘进状态时,指示灯亮,提示可进行同步注浆。 注浆速度是注浆系统需要控制的一个重要参数,它必须与盾构机的掘进速度相适应,过快可能会导致堵管,过慢则容易引起地层塌陷或使管片受力不均,控制方法就是通过电磁比例阀调节注浆泵的流量。 注浆泵流量的调节有手动控制与自动控制两种方式,两种方式的选择,可通过控制面板上的旋钮来切换。 当选择手动控制模式时,通过人工调节电位器旋钮,可改变电磁比例流量阀的开度。当选择自动控制模式时,可通过注浆压力的大小对注浆流量进行负反馈调节。注浆的起始压力和停止压力通过上位机设定,其数值应根据工程实际综合地质、注浆量等情况考虑。压力参数设定后,当注浆压力达到最大设定压力时,注浆泵将自动停止。随着盾构机的继续掘进,压力 第25卷 第6期2005年12月 隧道建设Tunnel Constructi on 25(6):57～59,66 Dec .2005
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-
土压平衡盾构机的工作原理 一、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，同时启动盾构机推进油缸，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，再通过盾构井口垂直运至地面。 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塌或隆起，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，通过管片拼装机通缝或错缝拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。
二、盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用 盾构机的刀盘直径为6.28m，总长80余m，其中盾体长8.5m，后配套设备长72m，总重量约480t，总配置功率1577kW，最大掘进扭矩 5300kN?m，最大推进力为36400kN，最快掘进速度可达8cm／min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是刀盘、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，这三部分都是管状筒体，其外径是分别为6250mm、6240mm和6230mm。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，推进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仓压力值。前盾的后部是中盾，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推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后部已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力。推进油缸按照安装布置被分成A、B、C、D四组，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。中盾的后部是尾盾，尾盾通过14个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接方式使盾构机易于转向。
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
2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理 上海市土木工程学会 1土压平衡盾构的结构原理 1.1土压平衡盾构的基本原理 图1土压盾构基本形状 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6.1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
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。
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
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。