第五章四、开罗泥水加压平衡盾构隧道
1 盾构选型
(1)工程概况
1975年，埃及政府启动了大开罗污水治理项目，邀请了近40家特别擅长于下水道工程和污水处理的国际公司，为整治尼罗河东、西两岸污水提出建议。
英国Taylor Binnie & Partners公司(它是由John Taylor财团，现名Acer John Taylor,和Binnie & Partners海外有限公司组建)联合埃及顾问工程师Abdal Warith博士，被选中负责东岸项目。
1979年TB&P提出了设计总方案，除了对现有系统作适当的改善外，主要为2010年预测流量提供一个综合的设计和监控系统。埃及政府审批了这个设计总
方案。
1978年下半年，美英顾问机构(Ambric)获得英国和美国政府的许可，它是
由英国TB&P和美国的两家咨询工程公司Camp Dresser & Mckee和Black & Vealch(国际)组成的一个国际财团。
1979年开始对该系统进行调研和设计。
最初设计包括对现有污水系统状况的较大范围的调研，调研预测人口的增长和分布、需水量和所产生的污水。这次调研揭示了尼罗河两岸的污水系统存在着严重的超负荷，它们的容量因沉积的砂砾和其它有害杂质而减小很多。
为了解决这些问题，新设计的系统根据最小平均估计流量，采取最小平均流速为0.6m/s，最小沉淀迁移量为200mg/l。
据此得出内径为1.2m和5m的污水管最小坡度各为1∶950和1∶1090，对
照1913年建造的内径1.6m的第一条污水总集管的坡度，其坡度只有1∶2500。
根据污水管道尺寸大小和管内底深度在18m和20m之间，新污水管道系统需采用隧道技术来建造。隧道法施工还能尽量减小对开罗市中心商业和居民生活
的干扰，否则用开槽埋管法施工将会带来很大麻烦，并需在施工中迁移大量有妨碍的地下管线。施工所需的出入口竖井井位均座落于新污水系统管线的关键点处，它既要与现有系统相连通，又要尽量减少对交通的干扰。
现场调查表明所有隧道都将设在地下水位以下，其中大部分穿过中砂到粗砂的地层，并含有粘土或粉砂夹层和透镜体，偶见砂砾和圆石。最南端隧道，位于Fostat下，将遇到含水的强度由中到弱的裂隙岩层。
细颗粒的土质再结合高地下水位，给竖井下沉和隧道施工带来了极大的困难，要求对隧道线路以及施工的形式和方法作特殊设计。
开罗处于高密度拥挤的环境，尽量减小地面沉降的要求是十分重要的(大多
数隧道施工技术不可能消除地面沉降)。只要有可能，隧道线路尽量布置在街道
下面。这样的线路布置，除了对处理沉降影响问题有利外，还能尽量减小财产购置和相应的法律问题。
顺着街道走向布置的隧道线路会产生出入口竖井之间的大多数隧道线形呈
曲线形。线路最小设计曲率半径见表34。
大开罗污水治理项目隧道曲率最小设计半
主隧道污水干管(内径5m和4m)，选择的线路是沿从Zayeda Zainab到Ameria 的Port Said路侧，或者与之接近和平行。Port Said路的走向是沿着旧的Kbalig el Kebir运河行走(该运河最早是古代Amnis Trajanus运河)，这条运河现在已回填,见图124。
图124 大开罗污水治理项目东岸隧道示意图
研制了出入口和工作用的竖井标准设计。竖井的设计分成上下两部分，上部是钢筋混凝土圆形结构，用沉箱法施工下沉；下部是管片衬砌段，它先用基础托换法，继后再用钢筋混凝土砌。井用气压法施工，以防止地下水的流入和稳定颗粒土壤。
除了预测有特别水力考虑的那些位于偏角和低位的支线连接处之外，竖井的直径对于任何尺寸的隧道都是统一的。
盾构掘进机从竖井中出洞和进洞的人工开挖段，以及今后隧道连接段的施工，使用气压时都配上地基加固。
为了以后的合同，竖井的设计根据前面施工经验作出相应的修改和进一步标准化。
隧道初次衬砌是用预制钢筋混凝土管片拼装成的衬砌环组成，管片用螺栓连接。管片的数目、尺寸、构型和重量取决于管片是否用机械拼装还是由人工拼装。管片在盾构掘进机后面拼装，管片结构牢固，见图125。
与泥水加压平衡盾构相配合的管片，在管片相邻之间设计使用一种特殊合成橡胶密封圈，以保证在管片拼装后密封紧密。封顶采用楔形K型管片，以便于在盾尾内容易插入，并能避免橡胶密封圈受损。所有的管片内面设计填缝槽，作二次密封使用。
图125 主污水干道隧道衬砌立面图
从Fostat到Ameria的主干道隧道的内径为5m和4m污水管隧道使用的管片为楔形管片，相对平面交的楔形量为2.5cm，使隧道不需要作特殊衬垫即可作曲线开挖。
内径5m、4m和2.5m的隧道，每环长度分别为1.0m(标准)、0.8m(标准)和0.6m。内径为5m和4m的软土隧道管片厚度为22.5cm；内径为2.5m隧道的管片厚度为17.5cm。
井和隧道都使用特殊的抗酸砖作内部衬砌，并用抗酸环氧砂浆嵌塞来抗腐蚀。为同样的目的，井顶板和出入楼梯板的下面，都用聚氯乙烯涂面。
在设计阶段，对污水干管的主要隧道，考虑到它们的大尺寸、位置和与邻近地面上各类结构、办公大厦和私人产权等，来选择最适宜的施工方法。
要考虑各种因素，着重解决大隧道(5m和4m内径污水管，其开挖直径各为6.11m和5.15m)开挖面处地下水压和气压之间保持平衡的问题。其它因素包括气压四周逃逸的潜伏影响，以及一旦失去平衡会产生“冒顶”危险的问题。开罗软低的地区地下水位接近地面，敞开型将变得比较突出。
考虑到使用泥水加压平衡盾构要比气压式盾构掘进机的麻烦小，因此膨润土技术指定用于开挖内径5m的污水隧道和大部分内径4m的污水隧道。较小的隧道则采用气压式手工开挖盾构，或者借助于地基加固。
污水主干管隧道的建设分为三个合同履行，合同3、4和12以及主要污水支管隧道(合同12/5A)。这些合同的基本特征在表35中列出。
大开罗污水治理项目3标、4标和12/5a标主要合同组成部
(2)盾构选型
泥水加压平衡盾构是一台使用一只旋转式刀盘的盾构，该旋转刀盘是处在膨润土泥浆的泥水压力舱之中，用泥水来保持相当于外部地下水的压力。作为流体状的膨润土泥浆，沿开挖面自上向下形成一个类同于地下水的压力分布，而它们的压力方向相反，从而使膨润土泥浆压力和地下水压达到完全平衡。这种现象和膨润土本身的触变特性相结合，稳定了地层，允许有控制地进行隧道开挖。充满膨润土泥浆的泥水压力舱，用设计合理的隔墙，将它与盾构的其余部分隔开，只有切削头的轴、膨润土泥浆的泥水循环用的管道和压缩空气供气管路通过隔墙。
膨润土泥浆的泥水用变速泵，通过密封管网系统在膨润土泥浆的泥水压力舱和地面泥水处理设备之间作来回循环。开挖出来的出土呈悬浮状，由膨润土泥浆的泥水送到井口处理。
切削头架设在有特殊强度的中心轴上，通过强力传动机构带动，它不仅能作旋转动作，还能作有限的轴向移动。切削头形式可以是全断面的或部分断面的(行星轮式)，根据地层的覆盖面积，并能补充膨润土泥浆对开挖面的支护作用。
在盾尾壳体端部的内侧有特殊的盾尾密封装置，以防止地下水从盾尾侵入，并阻止从土舱中流出的膨润土泥浆沿盾构外侧形成的通路通过盾尾进入隧道。
隔墙和尾部密封相结合，使隧道能从隧道内部把膨润土泥浆同外部地层完全隔开。这种设计布置允许隧道初次衬砌在“自由空气”的环境下拼装，保持更为清洁、安全和易接受的工作条件。
全断面切削头装有可调阀门，它控制进入到土舱的开挖土量。这种高级控制方法不适合行星轮切削头。尽管切削头的幅条可装有可调叶片，以帮助支护地层和调节进入到土舱的开挖土量。但开挖面支护用的基本方法是使用具有压力的膨润土泥浆。
从理论上讲，将这两种形式作选择，全断面切削头比行星轮切削头提供更好的控制设施，但是这两种切削头在维持地层稳定方面，还是依赖于对膨润土压力的合适控制。
隔墙的存在使得为处理异常情况和紧急事态而进出开挖面的道路变得复杂化。通路只能从特殊气密检查门中进出，但这要在泥水已被全部排放，并临时
用压缩空气取代作为地层支护设施之后方可进行。这种过程消耗时间，并潜伏着极大危害性，因为在土舱内压缩空气量相对较小。这种情况增加了压缩空气突然逃泄的危险，从而引起了压力损失，继而泥砂和水涌入，使土舱内的人员遭受
灭顶的危险。
根据出土率和隧道推进速度，对膨润土泥浆压力和供给量进行控制的同时，驱动这台泥水盾构是一个复杂作业。这个工作通常根据位于初次衬砌作业区后
的一个特殊控制和监控模块进行。泥水加压盾构可以在困难地层条件下达到安全的无超沉降的高效率推进，但这是一种先进技术，包括相对比较复杂的设备和要求操作者具有高级的专门技能和技巧。
2 盾构施工
由CWC(四家专长于隧道工程的英国承包商和阿拉伯承包商组成的一家财团)使用两台泥水盾构开挖3标的内径5m隧道污水管(其开挖直径6.11m)。泥水盾
构是由NEI制造，由英国/德国组成财团Bade和Theelan设计。
三台奥村设计的泥水盾构是由Lilley Misr联合风险承包，开挖4标的内径5m和内径4m的(开挖直径5.15m)的隧道污水管。这三台泥水盾构是由英国切斯特菲尔德Markham公司获奥村专利许可制造。
CWC还使用一台较小的英国Markham公司掘进机，开挖12标下游端的一段
长0.9km的隧道。
图126 大开罗污水治理项目3标泥水盾构主要特征
图126和图127表示这两种形式泥水盾构主要特征和它们的不同处。注意到Bade和Theelan的行星轮式的设计，在上部有一个气压室，以平衡局部的压力
波动；奥村设计是全断面封闭式，设有可调槽口门，但无充气式气压舱。
图127 大开罗污水治理项目4标、8标和12标使用Markham/奥村泥水盾构主
要特征
这两种形式的泥水盾构用来对付开罗普遍潜伏着不稳定地层条件，在隧道施工质量、水密性、沉降影响和隧道推进速度等方面是相当成功的。
但是，整个隧道工程是遭遇重重困难后才获得成功，一些重要问题叙述如下。
(1)盾尾密封
任何盾构掘进机，要在能抵制外界水压的自由空气条件下操作获得成功，取决于盾尾密封的合适功能。耐用性是基本，盾尾密封系统的过早失败，需要作紧急更换，这就会延误工期。
在大开罗污水项目，这两种泥水盾构最初使用两种全然不同的盾尾密封方式。
3标工程使用的泥水盾构最初配备的盾尾密封系统，是由一只使用的盾尾密封和一只紧急用的盾尾密封组成。使用的盾尾密封位于靠近盾尾壳体的车架边
缘处，紧急盾尾密封放在它的内侧。使用的盾尾密封截面中间为空心，呈三角形状，它的顶点设计成沿管片衬砌的后面拖挂，随隧道掘进机前进。紧急盾尾密封是充气式，只有当掘进机处于停止状态或者在紧急状况时使用，以避免滑动摩损和撕裂。
奥村泥水盾构的盾尾密封系统由两道相同的橡胶密封圈加上一道厚厚的不
加固的钢丝刷组成。这道钢丝刷位于盾尾壳体的末端，橡胶密封圈装在它的内侧。钢丝刷起到一道屏蔽作用，使砂和浆液不致进入到内部盾尾密封处。橡胶密封圈呈简单的拖刮式叶片状，由于它具有合适的外轮廓，使其在地下水压力的作用下能紧贴衬砌背部形成密封带。
奥村盾尾密封系统最初获得了令人满意的成功，但是遭到过早的严重磨损和撕裂，这是因为橡胶密封圈受到高摩擦力而造成的结果。最后，这两道外密封圈用日本三井的注满油脂的强力钢丝刷密封来取代，保持拖刮式内密封在原位。后一种密封系统在以后的隧道开挖中获得了令人满意的工作效果。
3标工程使用的泥水盾构的盾尾密封，从一开始就遇到了严重问题，耽误了相当长时间。最后放弃了最初设计的盾尾密封系统，而改用两道三井钢丝刷型的盾尾密封。此后，盾尾密封的使用情况令人满意。
(2)开挖面压力平衡
泥水盾构掘进机要使用得当，取决于泥水压力、工作面开挖和盾构推进能否保持平衡状态。这需要较高的操作技能，一般应使开挖面始终保持稳定。但是，如果降低膨润土压力，开挖面不稳定，以及超挖，都很容易地引起不平衡。一旦发生超挖，随着时间的推移，地面的坍陷将不可避免。尽管超挖本身并不会影响隧道工程质量和完整性，但它对地面的影响是不能忽视的。
对于处于泥水中的开挖出土量的评估，证实是不精确的。实际上，这只能在地面上精确计算出开挖出土量，而当在地面上算出时超挖已经发生了。泥水压力和地下水压保持平衡是关键，因为开罗地下水位相对较高，那里泥水压力稍有超压就能轻易地发展成“冒顶”，而稍有压力不足就会导致超挖和继后的崩塌。
这两种形式的泥水盾构都曾发生过这类事故。
(3)气压的使用
泥水盾构开挖的隧道内，在掘进机盾尾密封失效或者需要更换盾尾密封的情况下，就需使用气压，从而会发生一些重要的问题——气压本身的控制(因隧道的直径大)和对泥水压力和供给的调节的问题。为此最好在竖井内作盾尾密封检查和更新，但在实际中不是经常可以做到的。
当3标工程用的泥水盾构原装盾尾密封丧失功能(如上所述)和当奥村泥水
盾构盾尾密封开始撕裂和严重渗漏时，这种问题就出现了，气压被用来替代。开挖面稳定的大多数问题发生在这个时期。
(4)泥水循环管路的延伸
泥水系统的固有特征(至少在目前开发阶段，除了直径很大隧道之外)是需要将泥水回到地面处理设施，在那里将出土从泥水中析出和整新泥水后作再循环。因此，这种泥水循环必需经过隧道全长。随着掘进机的推进，必须每次将泥水输送管和回流管延伸到它们伸缩的极限。
为了新管道加插接长，临时关闭泥水循环系统，这是一个潜伏着危机和耗时的过程。无论如何，关闭泥水循环系统的失败，完全可以带来泥水压力舱内泥水压力的损失和开挖面不稳定的后果，接着产生塌落和超挖问题。
(5)压浆
对于所有的用盾构掘进的隧道，向开挖和隧道衬砌之间的环状空间间隙内压浆有一个最佳周期。压浆顺序必须谨慎地在隧道推进过程中按计划分阶段进行，这样一方面能防止土层塌落到衬砌上(引起隧道不平衡荷载和可能的变形)，另一方面可避免浆液压到盾构末端部，渗入盾尾密封而使盾尾密封失效。
根据泥水盾构的原理，由于衬砌在空隙压浆之前处于浮动，使这种带有争执的要求进一步复杂化。即使加上掘进机后面辅助隧道设施和车架等的重量，某种程度上抵消了这种倾向，但仍保留了衬砌总体上抬的趋势。
正常的隧道压浆，不论隧道是否在自由空气条件还是在气压下开挖，都是从仰拱向上压浆。泥水盾构从仰拱向上压浆，使上浮作用更恶化，增加了不均匀荷载和引起扭变的危险，成为尾壳底部处形成通向盾尾密封系统的通路。
在开罗污水项目中，初始阶段经试验和观察后，泥水盾构隧道一般从环肩位置开始压浆。某些情况从盾构掘进机的后部补压浆，以稳定空隙，直到压浆完成。
(6)适应漂砾的切削头
泥水盾构掘进机被设计成能刮扫从开挖面进入到液压操作槽门的出土。出土渣最大允许粒径为250mm。
10号沉井遇到粒径达1m的漂砾。10号井为主要开挖井，在此有两台直径5.15m直径盾构沿三个主隧道的中心线推进。沿隧道推进线布置直径1m的调查孔。这些调查孔确认在10号井周围隧道水平向400m长范围内出现粒径大于
250mm的石块。由于外部条件的限止，不可能将隧道上抬或下降来避开漂砾，而决定对切削头作适当修改。
修改包括这几方面：每个切削头装上12只带有压力油脂系统的滚刀，以更换用钨碳镶尖切削刀齿的刮齿，其中一只切削头是在英国Markham厂内修改，其余在现场修改。
经修改后的盾构掘进机实施良好，推进通过漂砾时未遇到困难。察看开挖面要用气压，在将泥水加压舱内泥水泄放之前先在整个井和隧道内加气压。通过检查发现无损坏，实际上这些掘进机从10号井经1km后进入到相邻井是处在一个良好的地层之中。
(7)工程实例
用这两种形式的泥水盾构掘进机施工的隧道，它们的通常施工误差，不论水平向还是竖向，均为±5cm。这些极限值之外的偏差一般为控制误差之和。这两种形式的泥水盾构掘进机在这方面相对较容易控制。
水平向曲线段施工，这两种形式的泥水盾构掘进机都在盾尾壳体内采用楔形环管片，使用情况良好，甚至在急弯曲线处(曲率半径小至300m)也未遇到什么特别问题。
关于衬砌环的拼装质量(椭圆度)，两种形式的掘进机一般操作都达到主轴线在规定误差范围±5cm之内，尽管这是依靠合适的压浆步骤来维持的。通常地说，内径4m的衬砌相应椭圆度要比内径5m衬砌的小。
为了抵消衬砌从泥水盾构掘进机尾壳脱出后和在压浆浆液结硬前的瞬时轻微下蹲的自然趋势，采用在它们垂直轴线方向拼装成竖向有稍微椭圆的方法，达到了可喜的效果。
规定用于泥水盾构掘进机的预制混凝土管片之间的密封圈，工作情况良好，得到了一条抗20m深地下水压的极干燥的隧道。内径5m和4m的隧道污水管规定最大渗透率约为3m3/km/d。这对于污水隧道是极严格的限度，超过CIRIA的“A 级标准”(CIRIA是英国“建筑工业研究和信息协会”制定的第81号报告“隧道防水”)。
所有泥水盾构掘进机开挖的隧道都较容易遵循这个规定。当在隧道二次衬砌加上后，沿污水管仰拱处测不到渗水。
隧道上部的沉降变化相当大，但是一般在2.5～3.5cm之内。该沉降量稍微大于用气压法开挖的隧道沉降值。一般情况下隧道推进得越快，沉降量越少。但是当在曲线段以及假如隧道水平向含有粉土地层时，上述的沉降量可能要超过，达到5～6cm。
上述情况还考虑到极高地下水位及几个世纪以来，尤其是最近整个开罗开发过程中已产生的大范围回填。这中间大部分取决于隧道上方的地层特性，如覆盖粘土层厚度、回填的方式和日期，以及对交通和电车振动的敏感度。这尤其可适用到沿Port Said路线，它位于过去两百年内被回填的旧Kalig el Kebir运河及旧湖泊之下。
偶然地，出现无明显原因的比预测值大的沉降。一种情况发生在一台奥村泥水盾构机通过30.0m曲率急弯曲线段，靠近古老的Kadi Yahya Zayn el Din清真寺，尽管这座清真寺本身保持相应地未受损伤。相反地，当用一台3标工程使用的盾构穿过位于Sharia Wailey el Kebir的一家很大的糖果厂下面时，控制沉降成为非常重要，沉降量很小，无损坏工厂记录，均布沉降1.8cm。
上述注意范围之外的沉降，一般与盾构掘进机的操作故障相联系，如泥水压力的暂时损失、切削头槽门的意外堵塞、泥水/气压的混乱，以及超挖引起的问题。幸运的是这些偶发事情相对于整个开挖过程并不多。
一般情况，隧道沉降并未超量，因而可以接受。
平均隧道推进率的估计，因为调试问题、操作故障和局部机器毛病等原因，使有限分析不精确而变得复杂化。3标工程用的泥水盾构就有盾尾密封的麻烦，它最初引起了相当长的时间延误。但是克服了这些困难之后，盾构的实施同奥村设计的盾构一样好。这两种形式的泥水盾构掘进机达到的推进率比计划进度好，平均周推进率在75～85m之间，有时甚至达到每周100m。
奥村设计的较大盾构掘进机最大推进率为168m/w(Lilley Misr公司声称为世界纪录)；3标工程使用的盾构最大推进率是118m/w。
经过一年半时间，应用这种泥水盾构技术，在开罗市中心含有高地下水位的潜伏极危险地层条件下开挖长度约10km的内径5m和4m的隧道。这些隧道精确地按设计线向和标高施工，防水效果相当好，对地面影响和公众的干扰最小。
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
万方数据
万方数据
构转向困难，应该更换边滚刀和周边刮刀。隧道最小转弯半径５５０ｎｌ，如通过以上步骤还不能转向，就需要使用仿型刀，设定开挖角度范围，增大开挖面直径辅助盾构转向。 图１掘进方向控制 Ｆｉｇ．１Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｄｉｒｅｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ ２．３同步注浆量及压力的控制 在掘进过程中，控制好同步注浆量及注浆压力，及时填充掘进留下的空隙，保证管片的稳定性，提高隧道的防水性能，是控制地面沉降的必要手段。盾构机同步注浆系统有６根注浆管，圆周方向分布在盾构机尾盾上，注浆量根据开挖直径、管片外径计算出理论注入量。实际则需根据地层特点、盾构姿态等来控制，基本原则是注入量不小于理论注入量，确保顶部两根管路的注入量。注浆压力通常大于同等水平位置开挖舱泥水压力０．０２～０．０３ＭＰａ，压力低则注入量不够，过高会损坏盾尾密封刷或通过地层空隙进入开挖仓。因砂浆凝固会导致注浆管路堵塞，因此每掘进１环，在掘进的最后２０ｃｍ就停止注浆。在盾构机完成掘进拼装管片时，每隔４５—７５ｒａｉｎ注一次，每次每根管注入０．０１一Ｏ．０２ｍ３。盾构掘进时也应留意注浆量，如遇到松散砂卵石地层或有地下空洞等导致注入量增加时应放慢掘进速度以保证填充密实。因盾构自重，砂浆会向下流，一般盾构上部注浆量要占到总注入量的一半以上，只有保证顶部注入量，才能最大限度地减少地表沉降。 ２．４盾尾密封油脂系统 盾尾密封有３道，前、中、后，每一道的压力设定非常重要，假如设定压力过小，油脂注入量少，盾尾密封刷易损坏出现漏浆涌水现象。压力过大，油脂消耗量增大，造成经济损失。３道密封的压力设定以开挖仓土压力及注浆压力为依据，最外层压力应比开挖仓底部压力高约０．１ＭＰａ，中层取开挖仓底部压力或等于外层设定压力，内层则比中间层压力减少０．１ＭＰａ或与之相同，压力设定完毕后还应统计油脂消耗，并适当调整注脂泵的压力。经计算，每掘进１环，盾尾油脂理论消耗量在１００～１１０ｋｇ（视掘进时间而定），可以依据该值调整注脂泵压力保证注入量即可…。 ２．５泥水循环系统的控制 根据目前掘进距离统计，盾构机停止掘进８０％的原因来自泥水循环系统，包括泵站停机、管路破损、泵及管路堵塞、泥水处理设备故障等（见图２）。 图２泥水循环控制系统 Ｆｉｇ．２Ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｓｌｕｒｒｙｃｙｃｌｅ ２０１０年第１２卷第１２期６７万方数据
超大直径泥水平衡盾构穿越深水浅覆土区风险分析与对策研 究 摘要：本文以南京纬三路过江隧道工程超大直径泥水平衡盾构机穿越江中深槽段施工为例，通过对风险源的分析与应对措施研究，提出了超大泥水平衡盾构长距离穿越深水浅覆土地区应对措施。 1.工程背景 南京纬三路过江通道工程采用直径14.93m泥水平衡盾构，盾构穿越江中深槽段总长度为586m，该段掘进全部位于江中段，是工程中风险最高、难度最大的施工区段。在该段深槽线路范围内，线路位于右偏R=1500m的圆曲线内，线路为V字型，坡度从-3.892%过最低点（SDK4+780）后变为2.45%。江底最低覆土深度为14.46m（到盾构机顶部），水深最深为34.9m（2009年9月数据）。江中段地质情况见表1。 表1 地质分层分段情况表 2.施工风险分析 2.1地质勘测准确性风险 由于江底深水地质勘测难度大、成本高，准确性也难以保证，江底隧道地质勘探具有极大的局限性，遇到未勘查清楚的不良地质或存在未查明的地下障碍物的风险十分可能发生。因此，施工准备阶段和施工过程中，需要通过对筛分渣样的分析达到地质预测的目的，可部分揭示开挖面前方地层情况。同时江底可能会出现特异性的障碍物，如废弃铁块、沉船等影响盾构掘进。 2.2盾构机的适应性、可靠性风险 盾构机选型极大程度上是工程成功的决定性因素，盾构机穿越江底掘进过程中，盾构机选型尤为重要，主要表现在以下几个方面： （1）刀盘、刀具磨损：盾构机长距离掘进对刀盘、刀具磨损大；在软硬不均的地层及卵石地层掘进时，刀具不可避免的产生卡刀或偏磨等问题。 （2）泥浆泵及管路磨损、堵塞：泥水循环回路泥浆中的砂石成分会磨损泥浆泵及排送管路，导致盾构机排渣不畅； （3）主轴承磨损，密封件防水失效：因主轴承在长距离掘进被磨损可能导致密封件防水失效，泥浆向盾构机内渗漏，保压系统失衡； （4）盾尾密封：盾尾密封系统的不适应性或受管片及周围土体的磨损影响，导致盾构间隙增大或油脂仓保压失效，盾构机发生渗漏； （5）数据采集系统、传感器失灵：受开挖面恶劣条件影响，盾构工作面数据采集系统、传感器有失效风险，盾构掘进参数或正面舱压等指标无法准确显示； （6）液压推进系统漏油：液压推进系统漏油，推力不足可能导致盾构后退风险； （7）注浆管路堵塞：由于浆液残留结块等原因可能导致注浆管路堵塞，无法进行正常的同步注浆； （8）主轴承断裂：由于主轴承磨损或在掘进复杂地层中偏心力矩致过大可导致主轴承断裂。 2.3江底冒浆风险 由于隧道穿越复合地层、上软下硬地层控制难度大，卵砾石层、粉砂岩层等地层表现为孔隙较大的特点，要依据地层条件及时调整泥浆质量和泥水压力，加
针对本项目的特性技术方案简述 施工技术篇 一、工程概述 二、总体施工部署及施工思路 2.1 初步施工安排 2.2 总体计划 2.3 工程管理目标 2.4 施工的前准备工作 2.5 施工组织管理 2.6 项目施工总体思路及工艺 2.7 施工总平面图布置规划 三、重点、关键和难点工程的施工方案、工艺及其措施简述 3.1 重点、关键和难点工程分析及应对措施 3.1.1 城市中心区的和谐施工 3.1.2 交通疏解、管线改迁及征地拆迁对工程前期推进影响大 3.1.3 盾构始发与到达施工难度大 3.1.4 基坑安全施工 3.1.5 顶管施工重难点分析及应对措施 3.1.6 泥水盾构刀盘、刀具设计 3.2 本项目主要工程施工方案及工艺简述 3.2.1 竖井（工作井）施工 3.2.2 顶管施工 3.2.3 盾构施工 3.2.4 管道功能性试验 3.2.5 其他附属及机电安装工程 四、交通疏导方案规划 4.1 交通疏导原则及规定 4.2 交通疏解实施程序 4.3 交通疏解方案
五、地下管线及其他地上地下设施的保护加固措施 5.1 地下管线保护措施 5.2 建构筑物保护措施 六、施工保障措施 6.1 施工质量保障措施 6.1.1 质量目标 6.1.2 质量保证体系 6.1.3 质量保证制度 6.1.4 主要工程施工质量控制措施 6.2 施工安全保障措施 6.2.1 安全目标 6.2.2 安全保证体系 6.2.3 安全保证制度 6.2.4 主要工程施工安全控制措施 6.3 应急预案 6.3.1 应急救援中心的职责 6.3.2 信息报告及处理 6.3.3 应急决策及响应 6.3.4 应急救援的资源配置 6.4 文明施工及环境保护措施 6.4.1 管理体系 6.4.2 文明施工措施 6.4.2 环境保护措施 七、本项目拟配备的机械设备情况
泥水平衡盾构机施工总结 本工程是我单位常规直径地铁盾构第一次采用泥水盾构机施工。在施工、操作方面可借鉴经验不多，造成在施工中走过了不少弯路，出现了许多问题。泥水盾构机操作的基本原则是：控制切口压力在技术交底范围内稳定和盾构机姿态在设计要求范围内的前提下，实现盾构机正常掘进。切口压力的稳定是保证地面沉降、安全掘进的前提条件，而盾构机姿态决定隧道走向是否与设计路线符合，成型隧道符合设计要求的先决条件。如果在掘进期间，切口压力不稳定，波动较大的话，轻则沉降较大，重则引起地面塌方。所以在操作泥水盾构机的时候，每一个操作手必须清楚的明白，保证切口压力稳定的重要性。而盾构机姿态是决定我们的施工是否按设计路线施工，如果出现姿态超限，轻则隧道管片出现错台、开裂、漏水等质量问题，重则需要联系设计单位和业主，进行调线。通过一年多的泥水盾构机施工经验，结合自己以前土压平衡盾构机的操作经验，对泥水盾构机的施工和质量控制方面的一些想法做如下总结。 一．工程概况： 东莞市城市快速轨道交通R2线工程（东莞火车站～东莞虎门站段）[2303A标：榴花公园站、茶山站～榴花公园站区间]土建工程施工项目，位于方中路上的茶山站后，正线隧道与出入段线隧道并行约100m由东向西穿越宽约200米的寒溪河，进入东岸大片农田（此时出入段线进入寒溪河东岸的东城车辆段）、通过中间风井及河西岸的数幢别墅后进入莞龙路。线路继续沿莞龙路前行，绕避了数架人行天
桥后到达榴花公园前的榴花公园站结束。 本标段起讫里程YDK2+298.728~ YDK5+502.598，包含1个明挖车站（【榴花公园站】）和1个区间（【茶山站～榴花公园站区间】），1条出段线盾构隧道（【中间风井~出段线盾构井】），1条入段线盾构隧道（【茶山站~入段线盾构井】）。其中正线段茶山站~榴花公园站区间左线起讫里程为：ZDK2+301.000~ZDK3+497.720、 ZDK3+653.485~ZDK4+118.812，左线长1662.041m; 右线起讫里程为：YDK2+298.728~YDK3+434.162、YDK3+601.659~ YDK4+110.000，右线长1643、775m；区间正线总长3406.628m。其中ZDK3+653.485~ZDK3+746.000、YDK3+601.659~ YDK3+690.000采用矿山法开挖，盾构管片衬砌。 二.操作注意事项： （一）泥浆粘度控制 在泥水盾构中，泥浆的作用有两种：维持开挖面稳定和运送弃土。泥水盾构机施工时稳定开挖面的原理为：以泥水压力来抵抗开挖面的土压力和水压力以保持开挖面的稳定，同时，控制掌子面变形和地面沉降；在掌子面形成弱透水性泥膜，保持泥水压力有效作用于掌子面。泥浆作为一种运输介质将开挖下来的渣土以流体形式输送，经地面泥水处离处理设备分离，将处理过的渣土运至弃土场。 泥浆的比重和粘度等性能决定它稳定开挖面和携带渣土的能力。（1）泥浆比重 为保持开挖面的稳定，即把开挖面的变形控制到最小限度，泥
精心整理大型泥水盾构施工中的 泥 水 分
第一章绪论 一、泥水加压式盾构及其泥水分离处理系统概述 盾构法施工已有170余年历史，随着科学水平的不断提高，盾构技术也得到不断发展和完善。至今，盾构已发展成为软土地层修建隧 施工提供了广阔的舞台。 泥水加压式盾构是在机械掘削式盾构的前部刀盘后侧设置隔板，它与刀盘之间形成压力室，将加压的泥水送入泥水压力室，当泥水压力室充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来谋求开挖面的稳定。盾构推进时由旋转刀盘切削下来的土砂经搅拌装置搅拌后
形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面。在地面调整槽中，将泥水调整到合适地层土质状态后，由泥水输送泵加压后，经管路送到开挖面泥水压力室，泥水在稳定开挖面的同时，将刀盘切削下来的土砂搅成浓泥浆，再由排泥泵经管路输送到地面。被送到地面的泥水，根据土砂颗粒直径，通过一次分离设备和二次分离设备将土砂分离并脱 在实际施工中，泥膜的形成是至关重要的。当泥水压力大于地下水压力时，泥水理论按达西定律渗入土壤，形成与土壤间隙成一定比例的悬浮颗粒，在“阻塞”和“架桥”效应的作用下，被捕获并积聚于土壤与泥水的接触表面，泥膜就此形成。随着时间的渐渐推移，泥膜的厚度不断增加，渗透抵抗力逐渐增强，当泥膜抵抗力远大于正面
土压时，产生泥水平衡效果。 2、泥水管理控制 （1）、进浆泥水指标 泥浆能否在渗入土壤时形成优质泥膜，能否稳定切口前方土体， 泥水的比重是一个主要控制指标。掘进中进泥比重不易过高或过低，前者将影响泥水的输送能力，后者将破坏开挖面的稳定。 泥水比重的范围应在1.15～1.30 g/cm3，下限为1.15 g/cm3，上限根据施工的特殊要求而定，在砂性土中施工、保护地面建筑物、盾构穿越浅覆层等，可达1.30 g/cm3。甚至可达1.35 g/cm3。
泥水盾构泥水系统技术 傅德明 上海申通地铁集团公司 2010.3 1 泥水盾构简介 ?1818年，英国的布鲁诺从蛀虫钻孔得到启示，提出盾构掘进隧道设想。 ? 1825--1843年，布鲁诺在伦敦泰吾士河下用盾构法修建458m长的矩形隧（11.4m× 6.8m）。 ? 1830年，英国的罗德发明“气压法”辅助解决隧道涌水。
1874年Greathead提出泥浆盾构专利 1896年，开始应用刀盘式盾构掘进机 不 ?20世纪60年代初，穿越不稳定和含水地层的隧道工程辅助技术有：降水法、气压 法、地层加固法和冻结法。 ?气压法最经济有效，由于安全和健康等原因，希望有一种能不干扰地面和使工人不 在气压下施工的隧道掘进机，欧洲国家提出“局部气压方法”，但这种对工作面不能提供不变的和有规则的支护。 ?英国隧道专家建议在隔舱板前用喷水“水力盾构”，但水不能支护开挖面，无法阻 止开挖面不停地流动。这种情况与充满水的挖槽相类拟，从而提出在开挖面用类同槽壁法的支护，这样就诞生了泥水加压盾构掘进机。 ?1967年，英国开发成功首台泥水加压平衡盾构。 ?1974年，日本开发成功首台土压平衡盾构。 ?1987--1991年，英国、法国采用11台盾构掘进深50km长的英法海峡隧道，创造单 台盾构连续掘进21km的记录。 ?1989--1996年，日本采用8台世界最大直径14.14m泥水加压盾构，掘进东京湾海 峡隧道，2条隧道各长9.4km。 英国体系泥水盾构
?1964年英国Mott, Hay和Anderson的John Bartlett 申请了泥水加压平 衡盾构掘进机原理专利(英国专利号1083322)。 ?1971年开挖直径4.1m、长140m的试验段。英国体系泥水加压平衡盾构掘 进机与同类德国体系相对照，其研制的特征是有长槽的鼓轮状的切削头、提取来自压力室的泥浆，有粗和细两套分离装置，以及以控制弃土出口压力(阀或泵)的方法保持开挖面的压力。当时，英国由于缺乏能适合促进这种技术的隧道工程，这种技术的发展受到了限制。 日本体系泥水盾构 ?日本工程师相信液体支护隧道开挖面的原理、他们称为“泥水加压平衡盾 构”(即泥水加压平衡盾构)。 ?1970年日本铁建公司在京叶线森崎运河下，羽田隧道工程中采用了直径 7.29m的泥水加压盾构施工，土质为冲积粉砂土层和洪积砂层，N值为2-50，施工 长度为865× 2条=1712延米，见图1。 ?直径7.29m泥水加压盾构掘进机，在隧道施工中获得了极大的成功，它是 当代时最大直径的泥水加压平衡盾构。 ?纵观日本在近30年的泥水盾构发展，自日本泥水盾构问世以来，泥水盾 构一直持续发展。
掌握土压仓内土砂塑性流动性的方法 塑流化改良控制是土压平衡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。 泥水平衡盾构掘进中泥浆的作用 泥水平衡式盾构掘进时，泥浆起着两方面的重要作用： 一是依靠泥浆压力在开挖面形成泥膜或渗透区域，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；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平衡式盾构施工的最重要要素之一。 泥水平衡盾构掘进对泥浆的性能指标要求 泥浆性能包括： 物理稳定性、化学稳定性、相对密度、黏度、pH值、含砂率。
土压平衡式盾构出土运输方法与排土量控制 土压平衡式盾构的出土运输（二次运输）一般采用轨道运输方式。 土压平衡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。 泥水平衡式盾构排土量控制方法 泥水平衡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. 容积控制方法如下，检测单位掘进循环送泥流量Q1与排泥流量Q2，按下式计算排土体积Q3：Q3= Q2－Q1 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＜Q3时，一般表示涌水（由于泥水压低，地下水流入）。正常掘进时，泥浆流失现象居多。 干砂量表征土体或泥浆中土颗粒的体积 干砂量控制方法是，检测单位掘进循环送泥干砂量V1与排泥干砂量V2，按下式计算排土干砂量V3，V3= V2－V1 对比V3与V，当V＞V3时，一般表示泥浆流失；V＜V3时，一般表示超挖。 盾构管片拼装成环方式 盾构推进结束后，迅速拼装管片成环。除特殊场合外，大都采取错缝拼装。在纠偏或急曲线施工的情况下，有时采用通缝拼装。 盾构管片拼装顺序 一般从下部的标准（A型）管片开始，依次左右两侧交替安装标准管片，然后拼装邻接（B型）管片，最后安装楔形（K型）管片。
超大直径盾构施工关键技术综述 王华伟 （中铁十四局集团有限公司） 一、工程概况 1.1地理位置 南京长江隧道工程位于南京长江大桥与三桥之间，连接河西新城区-梅子洲-浦口区，是南京市跨江发展战略的重要标志性工程，它的建成将彻底改变目前南京市长江单一的桥梁过江交通方式，对于缓解跨江交通压力，促进沿江经济发展，造福百姓，具有十分重要的意义。 1.2水文和地质条件 盾构隧道穿越的江面宽度约2600m，最大水深约28.8m，最大水压力为6.5kg/cm2，江中最小覆土厚度为10.49m（0.7D）。隧道所穿越的主要地层包括：填土和淤泥质粉质粘土、粉土、粉砂、粉细砂、砾砂、圆砾以及少量强风化粉砂质泥岩。其中盾构穿越强透水地层（渗透系数达10-2-10-3cm/s）2672m，占盾构段总长度的88.4%，对刀具磨损严重、造成掘进困难的砾砂、圆砾复合地层地段长1325m，占整个隧道长度的43.8％。 1.3设计情况 南京长江隧道工程全长5853m，按双向6车道快速通道规模建设，设计车速80公里/小时。其中左线盾构施工段长3022m，右线盾构施工段长3015m。隧道施工采用两台直径14.93m的泥水平衡盾构机，由江北工作井始发向江心洲接收井同向掘进。 盾构隧道管片内径13.30m，外径14.50m，厚度60cm。每环衬砌由10块管片组成，环宽2m。管片拼装设计为7块标准
块、2块相邻块和1块封顶块，分Z型Y型两种管片模式。管片设计强度C60，防水等级S12。 二、国内外超大直径盾构隧道建设情况介绍 盾构法隧道施工技术问世至今已有近200年，作为隧道建造的一种先进技术——盾构法已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道等工程领域，但超大直径盾构隧道工程实例并不多见，国内外典型的工程项目主要有： 1、国外超大型水下盾构工程典型项目 （1）日本东京湾横断公路隧道：1997年建成，跨海双向4车道公路隧道，盾构机直径Φ14.14m，隧道总长度9.1公里，被人工岛分为4.6公里和4.5公里长的两段，每段由两台盾构机对向各掘进约2.5公里；主要地质为软弱的冲积、洪积黏性土层以及洪积砂层，最大水压6kg/cm2，属于当时最大直径盾构隧道。（2）德国汉堡易北河第四公路隧道：2000年1月底贯通，双向4车道公路隧道，盾构机直径Φ14.2m，隧道长度为2561米，穿越的地层主要为黏土、松散至细密的砂、砾石和冰山泥灰岩，最高水压约为4.5kg/cm2，打破东京湾横断公路隧道直径记录，成为世界当时最大直径盾构隧道。 （3）荷兰格林哈特隧道（绿心隧道）：2004年年底贯通，双线铁路隧道，盾构机直径Φ14.87m，隧道全长7155m，分为4个区间（最长2200米）。地质主要为软粘土、泥煤层和细沙，最高水压5kg/cm2，又创造了一个新记录。 2、国内超大型水下盾构工程典型项目 国内超大型水下盾构工程典型项目主要有：上海沪崇苏过江隧道和南京长江隧道。武汉长江隧道、狮子洋隧道、穿黄河隧道三条盾构隧道虽然各有特点，但盾构直径较小，均在9.0m～
施 工 技 术 CON STRU CT I ON T ECHNOLO GY 2001年2月 第30卷 第2期 [单位地址]上海市漕溪路201号 200233,电话:(021) 64387243—39,主要完成者:华学新、丁志诚、周文波、曾林鹤、任 道真。 泥水加压平衡盾构工法 (YJ GF 02-98) 上海隧道工程股份有限公司 [中图分类号]TU 621;TU 94+1[文献标识码]B [文章编号]100228498(2001)022******* Con struction M ethod of M ud -wa ter Pressure -add i ng Ba lance Sh ield (JGF 02-98) S hang ha i T unnel E ng ineering S tock Co .,L td . 泥水加压平衡盾构工法是从地下连续墙以及钻孔等工程所使用的泥水工法中发展起来的,它起源于英国,日本代表着当今世界的新潮流。上海隧道工程股份有限公司于1994年引进了日本设计并制造的 11220mm 大型泥水平衡盾构,并将其运用于延安东路隧道南线的圆隧道施工,其中《超大型泥水平衡盾构施工参数及地面沉降控制研究》等几项科研项目获得1997年上海市科技进步奖。 1 特点 粘性土层具有平衡效果好、施工速度快、质量和精度更高的特点。泥水加压平衡盾构具有以下特点: (1)在不稳定的地层中当开挖面受阻时,采用泥水加压 能使开挖面保持稳定,确保施工安全。 (2)在水位以下挖掘隧道,能在正常大气压下进行。(3)不会发生气压盾构那样的跑气喷发危险。 (4)对于气压盾构无法施工的滞水砂层,含水量高的粘 土层及高水压砾石层,泥水盾构均能进行施工,其适应土质的范围较广。 (5)由于采用了水力机械输送泥浆,管道占用空间小,故 井下作业环境好,作业人员的安全性高。 (6)可分离出适合弃土场地和运输方式的含水率土砂。2 适用范围 选用泥水加压平衡盾构工法施工需要大量的水,因此,施工水源要充足,还需要一套泥水处理系统来辅助施工。该工法适合在多种土层中掘进隧道。 泥水加压平衡盾构的覆土层一般不小于1D 的厚度,如果超过此范围,需采取特殊技术处理。 3 工艺原理 311 泥水加压平衡盾构 泥水加压平衡盾构与土压平衡盾构相比较有两点不同:①由技术特点决定了改土压舱为泥水舱;②由于出土形式的改变,省去了螺旋输送机,因此,盾构内部的空间扩大了许多,给设备的保养、维修带来了极大的方便。 312 工作原理 泥水加压平衡盾构工作原理如图1所示。图中M V 阀一般常闭,V 1…V 5阀为状态互换阀,通过阀的切换,分别形成循 环、推进、逆洗等三种状态。 由P 1泵将满足施工的泥浆从调整槽内送入盾构泥水舱,使泥水舱内保持一定的浓度、压力,推进时利用盾构前部的刀盘旋转切削,将正面土体切削下来的原状土以条状或块状通过挤压进入泥水舱,经过搅拌器充分搅拌,由P 1… P n 泵输送到泥水处理站,再从 混合泥浆中回收大部分泥浆进行调整进入调整槽重复利用,另一小部分劣浆或干土外运。 图1 泥水加压平衡盾构工作原理 值得注意的是在开挖面无论是推进阶段还是拼装阶段始终保持着一层泥膜,当刀盘刀头将泥膜切削后,新的泥膜很快形成,周而复始,即这层泥膜始终保持着开挖面的稳定。 4 工艺流程 施工准备(包括泥水系统、同步注浆、中央控制室等设备安装)→盾构就位、调试→系统总调试→盾构出洞→盾构推进、同步注浆(施工参数的采集与调整)→管片拼装→盾构进洞→拆除盾构、车架及其它设备→竣工。 5 施工要点 泥水盾构的施工要点基本类同于其它盾构,除了一些共性外,还需掌握以下要领。 511 泥水管理 泥水管理就是对泥浆质量的控制,即对泥浆四大要素的调整。四大要素为:最大颗粒粒径,粒径分布,泥浆水密度和泥浆水压力。 (1)泥水配合比 出洞初期要配制大量的工作泥浆。工 作泥浆的配制分2种,即天然土泥浆和膨润土泥浆,前者成本低,但在天然粘土中或多或少存在些杂质、粉砂等,故质量不太高;后者成本高,但浆液的质量可得到保证。 天然土泥浆配合比(重量比)为天然粘土 C M C 纯碱 水 =400 212 11 700。 膨润土泥浆配合比(重量比)为膨润土 C M C 纯碱 水= 330 212 11 870。 泥浆质量指标如下:泥浆密度112g c m 3;泥浆粘度30s (漏斗粘度);析水率<5%;颗粒<74Λm 。 8 4
建筑与预算 CONSTRUCTION AND BUDGET 2018年第1期 DOI:10.13993/https://www.doczj.com/doc/717996890.html,ki.jzyys.2018.01.004 中图分类号：U455.43 文献标志码：B 文章编号：1673-0402（2018）01-0015-03 收稿日期：2017-09-07 作者简介：曹方方（1986-），女，本科，经济师，主要从事经济管理工作。 穿越城市地下铁路的隧道施工中，大直径的盾构法施工因其施工速度快、安全性高、环保、避开征拆难度等诸多优点，越来越多地受到设计、业主、施工各单位的青睐，而对于施工单位来说，大直径盾构施工除了关注工期、安全、质量等优势，如何把大直径泥水盾构的施工效益最大化，合理控制泥水盾构隧道的施工成本、降低工程造价，也是必须关注和研究的课题。 1大直径泥水盾构施工特点 盾构机选型是工程成败与否的关键，对于具有强度较高承压水的地层、淤泥层、松散砂层地质且具有城市施工特点的大直径地下铁路隧道、公路隧道、市政管廊工程，大直径的泥水平衡盾构机尽显优势。泥水平衡盾构机采用泥水加压，通过泥浆对掌子面起到支撑作用，保持开挖面的稳定。施工过程中，通过水压输送泥浆，经过泥水处理系统，分离出符合环保 要求和便于运输的弃土，保证掘进效率，安全性能高，对外界环境影响较小。但又因其自身构造因素，工序繁多，相关配合的人员、材料、设备随之增多，施工精度和配合度要求高，尤其是其独特的泥水处理系统，不仅增加了工序，同时加大了施工和技术难度，泥浆池的修建、泥浆外运、地上泥水分离设备的隔音设施、文明施工、分包管理等成本控制的关键控制点也有所增加［1］。 2大直径泥水盾构施工成本分析 盾构施工成本要素包含人工成本、材料成本、机械使用成本、管理费、规费和税金等。人、材、机的成本消耗包括施工工人的工资、奖金、福利津贴等；消耗的原材料、辅助材料、构配件等费用；周转材料的摊销或租赁费；盾构机、后配套、小型机械的折旧费或租赁费等。大直径泥水盾构施工成本的主要影响因素包括盾构机和泥水分离设备的机械使用、 浅析大直径泥水盾构的施工成本及控制 曹方方 （中铁十六局集团有限公司，北京100124） 摘要：泥水平衡盾构机适用于具有强度较高承压水的地层、淤泥层、松散砂层地质，由于增加泥水处理系统，该设备价格和施工成本较高；但又因其施工工艺日趋成熟、安全性高、避开城市导行、征拆难度等诸多优点，其在城市大直径的地下铁路隧道、公路隧道、市政管廊工程中得到了广泛的应用。文章通过对大直径泥水盾构的施工成本进行分析，对其成本的控制具有一定的参考意义。关键词：盾构机；泥水处理系统；钢筋混凝土
（建筑施工工艺标准）盾构施工工艺工法(土压泥水)
盾构施工工艺工法 0前言 盾构法(Shield Method)是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法，它是将盾构在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌，同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化施工方法。 本施工工法中所描述的盾构分为两类：土压平衡盾构和泥水平衡盾构。 土压平衡式盾构是把土料(必要时添加泡沫、膨润土等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。 泥水式盾构是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。 （2）本工法内容包括 ①主要内容 本工法的主要内容包括：盾构组装、调试作业，盾构始发作业，盾构正常掘进作业，盾构到达作业，盾构过站、调头作业，盾构拆卸、吊装、存放作业，刀盘刀具的检查与更换作业，施工运输作业，施工通风及洞内轨道、管线布置作业，盾构施工测量作业10部分。每部分按工序细分，各项作业按照紧前工序达到标准、适用条件、作业内容、作业流程及控制要点、作业组织、紧后工序- 2 -
等内容进行编制。 ② 总体施工流程图 盾构法隧道总体施工流程图见图1 ③ 盾构法隧道施工阶段划分及工作要点 图Ⅲ.1盾构法隧道总体施工流程图 施 工准备阶段 正 常 施工阶段 收尾阶段
超大直径泥水盾构机长距离掘进常压换刀具技术 发表时间：2019-08-08T14:13:57.627Z 来源：《防护工程》2019年9期作者：莫康康陈郁[导读] 南京市纬三路过江通道工程位于南京市长江大桥和南京纬七路过江通道之间，本文所涉及S线工程其盾构段掘进长度为4135m。 中交一公局集团有限公司北京 100024 摘要：盾构法施工因刀盘所处地质条件不同，盾构机刀具和刀盘所受的磨损程度也不尽相同，而在岩石地质条件下，盾构法施工对刀具乃至刀盘的磨损尤为严重；为保证盾构机刀盘使用安全，减少带压进仓换刀的风险，设计常压可更换刀具的刀盘意识大势所趋，本文以南京市纬三路过江通道工程实例为依托，就复杂地质条件下大直径泥水平衡盾构机刀具磨损严重问题，对超大直径泥水平衡盾构机长距离掘进过程中常压换刀具技术展开研究。通过对本工程盾构掘进施工中常压进仓换刀作业的成功实施，总结出复杂地质条件下长距离盾构隧道施工中常压进仓换刀施工工艺和方法。 关键词：泥水平衡盾构机；复合地层；常压更换 1工程概况 南京市纬三路过江通道工程位于南京市长江大桥和南京纬七路过江通道之间，本文所涉及S线工程其盾构段掘进长度为4135m。工程采用三菱、石川岛和中交天和机械联合生产的泥水平衡盾构机，盾体直径φ14.93m，刀盘采用面板式结构，盾构机开挖直径15.02m，开口率25.7%，盾构刀盘主要为切削刀和滚刀两种类型，刀具共计812把，其中先行切削刀和可推出式切削刀（可调）高度为200mm、滚刀为160mm、主切削刀为100mm。常压可更换刀具为刀盘NO2、4、6、8辐条安装的80把推出式切削刀，更换刀具时作业人员从盾构机中心人闸进入辐条，在刀盘辐条内常压状态下可以伸、缩及更换刀具。为了刀具检修更换方便，刀盘可以整体向后滑动100mm，盾构机刀盘如图1-1所示。 中心人闸舱门直径为900mm，舱体直径为1700mm，总长为4800mm，共有3道舱门，配备压力控制调整系统一套，中心人闸具有带压作业功能。 刀盘共有4个独立的可更换刀具作业空间，每个辐条配备一道安全门，检查更换刀具前打开舱门，进入辐条内作业，辐条内作业空间高5360mm，宽度最小943mm，厚度最大为1970mm。 图1-1 盾构机刀盘 2穿越地质情况与刀具情况 2.1穿越地质情况 盾构所穿越地层从新到老大致可分为10个大层24个亚层，有关的地层性状描述见表2-1。
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
泥水式盾构机发展概况及工作原理 泥水式盾构机 1发展概况 泥水式盾构机是通过有一定压力的泥浆来支撑稳固开挖面；由旋转刀盘、悬臂刀头或水力射流等进行土体开挖；开挖下来的土料与泥水混合以泥水状态由泥浆泵进行输运。泥水式盾构机适用于各种松散地层，有无地下水均可。采用泥水式盾构机进行施工的隧洞工程都说明它是一种低沉降及安全的施工方法，在稳定的地层中其优点更加明显。 最初的泥水盾构要追溯到一百多年前的Greathead及Haag的专利。由于高透水性地层用压缩空气支撑隧洞开挖面非常困难，1874年，Greathead开发了用流体支撑开挖面的盾构，开挖出的土料以泥水流的方式排出。1896年Haag在柏林为第一台德国泥水式盾构申请了专利，该盾构以液体支撑开挖面，其开挖室是有压和密封的。1959年E.C.Gardner成功地将以液体支撑开挖面应用于一台用于建造排污隧洞的直径为3.35m的盾构。1960年Schneidereit引进了用膨润土悬浮液来支撑开挖面，而H.Lorenz的专利提出用加压的膨润土液来稳固开挖面。1967年第一台有切削刀盘并以水力出土、直径为3.1m的泥水盾构在日本开始使用。在德国，第一台以膨润土悬浮液支撑开挖面的盾构由Wayss&Freytag开发并投入使用。 泥水式盾构机的发展有三种历程，即日本历程、英国历程和德国历程。到目前则只有日本和德国两个主要的发展体系。日本的发展历程导致当今的泥水盾构,德国的发展历程导致水力盾构。以日本的泥水盾构为基础发展了土压平衡盾构，而德国的水力盾构导致很多不同的机型,如混合型盾构,悬臂刀头泥水盾构及水 力喷射盾构等。德国和日本体系的主要区别是，德国式的在泥水舱中设置了气压舱，便于人工正面控制泥水压力，构造简单；日本式的泥水密封舱中全是泥水，要有一套自动控制泥水平衡的装置。
1 工程概况 南京长江隧道工程左汊盾构隧道设计 为双向６车道，隧道长３０２２ｍ，采用两台直径Φ１４．９３ｍ的泥水盾构、由江北始发井出发，同向掘进施工，隧道管片内径１３．３ｍ，外径１４．５ｍ，厚度６０ｃｍ。南京长江隧道于ＲＫ３＋７３３．７处下穿长江北岸防洪堤，基底至隧道顶的距离在１１．５～１２．５ｍ之间，长江防洪堤为重要防洪工程，保护等级定为二级，在盾构通过时必须确保防洪堤万无一失。长江防洪堤与盾构隧道的位置关系见图１。 盾构机穿越长江大堤时间选择在２００８年３月份，属于长江枯水期。 2 风险分析 盾构穿越长江大堤时，主要的风险即由于盾构掘进掌子面失稳造成地层坍塌，从而引起大堤坍塌，造成江水涌出危及附近群众的生命和财产安全；其次在盾构穿越大堤时可能因为泥水压力过大击穿覆土层，造成江水由盾尾密封处或管片防水薄弱位置涌入隧道，给施工人员和设备造成威胁。 3 施工技术措施 ３．１施工调查 施工前我项目部认真对长江防洪大堤进行了详细的调查，明确其结构和基础状况。进一步判断接近施工影响程度。已查明长江防洪堤为素土回填，迎水面为３０ｃｍ厚干砌块石，砂浆灌缝，背水面为黏土回 填，上有植被覆盖（江堤防护林）。 ３．２水土压力控制 施工过程中加强泥水管理，并根据周围地层的渗透性调整泥浆性状，以保持泥水仓压力与开挖面水土压力平衡。 ⑴ 切口泥水压力值的设定是控制开挖面水土压力平衡的关键：切口水压力波动太大，会增加正面土体的扰动，导致影响大堤的稳定，因此应尽可能减少切口水压波动，在技术上要求操作人员由自动控制改为人工手动控制，将切口水压波动值控制在－０．１ｂａｒ～＋０．１ｂａｒ之间，保证掌子面稳定。 ⑵ 加强对正面土体的支护，采用重浆推进。泥水进浆比重控制在１．１５～１．２０ｇ／ｃｍ３之间，黏度控制在２３～２５ｓ。泥水采用优质膨润土结合不同级别的大分子材料和原植物纤维、惰性矿物质组装的新型材料进行调制。 ⑶ 在推进过程中，要加大泥浆测试频率，及时调整泥浆质量，保证推进顺利进行。 ⑷ 开挖过程中加强盾构机操作管理，减少盾构机偏转和横向偏移，防止蛇行发生，保持地层的稳定。 ３．３管片壁后注浆管理 同步注浆材料为水泥砂浆，施工时通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形，保证长江大堤的稳固不受破坏。另外根据监测情况，同当同步注浆无法满足要求时，则通过管片预留的二次注浆孔灌注双液浆（水泥浆和水玻璃），在较短时间内使土体固结稳定从而对大堤进行补充加固。 ３．４加强盾尾保护 盾构穿越大堤区域属于透水系数大，自稳性差的地层，其显著特点就是对盾尾密 封止水性能的要求非常高，在掘进过程中，要时刻注意盾尾是否有漏浆情况，并每掘进一段距离要通过二次补浆孔进行检查（距离可根据实际情况而定），如发现漏或油脂仓内油脂含有其他杂质时，要及时清洗油脂仓。 ３．５跟踪注浆补强 在盾构通过过程中，根据监测情况采用跟踪注浆对防洪堤地基进行加固，加固方案为在盾构轴线周围各２５ｍ范围内，在大堤背水面坡角预埋ＰＶＣ注浆管，注浆管与铅垂面呈３０度夹角，距隧道顶３ｍ，间距１ｍ。 4 监控量测 在盾构机穿越大堤施工过程中，必须随时了解和掌握盾构掘进前后的变形位移情况和地表沉降、地下水位变化、土体位移对大堤以及周围建筑物的影响等，将信息反馈给设计、监理、优化设计参数及施工方法，组织信息化施工，实行动态管理，因此需对隧道施工的全过程进行全方位的监测，以确保大堤及隧道的施工安全。监测点、监测人员及方式见表一。 5 应急预案 盾构穿越长江大堤前召开专项会议，针对可能出现的各类风险进行讨论分析，并制定相应的对策，详见表二。 具体操作控制要点如下： ⑴为防止大堤坍塌，在掘进过程中需安排专人检查掘进指令是否落实到位，泥水参数是否符合要求。 ⑵地面监测情况需及时反馈至值班领导、技术人员和盾构机、泥水场操作人员处。 ⑶如长江大堤出现坍塌现象，需提高泥水仓压力，增加泥水比重，增加大堤的跟踪注浆孔数量，加大注浆量，以对大堤底部进 超大直径泥水盾构穿越长江大堤施工技术 杨有诗 中铁十四局集团有限公司 DOI ：10.3969/j.issn.1001-8972.2011.15.030 表一 表二
第五章四、开罗泥水加压平衡盾构隧道 1 盾构选型 (1)工程概况 1975年，埃及政府启动了大开罗污水治理项目，邀请了近40家特别擅长于下水道工程和污水处理的国际公司，为整治尼罗河东、西两岸污水提出建议。 英国Taylor Binnie & Partners公司(它是由John Taylor财团，现名Acer John Taylor,和Binnie & Partners海外有限公司组建)联合埃及顾问工程师Abdal Warith博士，被选中负责东岸项目。 1979年TB&P提出了设计总方案，除了对现有系统作适当的改善外，主要为2010年预测流量提供一个综合的设计和监控系统。埃及政府审批了这个设计总 方案。 1978年下半年，美英顾问机构(Ambric)获得英国和美国政府的许可，它是 由英国TB&P和美国的两家咨询工程公司Camp Dresser & Mckee和Black & Vealch(国际)组成的一个国际财团。 1979年开始对该系统进行调研和设计。 最初设计包括对现有污水系统状况的较大范围的调研，调研预测人口的增长和分布、需水量和所产生的污水。这次调研揭示了尼罗河两岸的污水系统存在着严重的超负荷，它们的容量因沉积的砂砾和其它有害杂质而减小很多。 为了解决这些问题，新设计的系统根据最小平均估计流量，采取最小平均流速为0.6m/s，最小沉淀迁移量为200mg/l。 据此得出内径为1.2m和5m的污水管最小坡度各为1∶950和1∶1090，对 照1913年建造的内径1.6m的第一条污水总集管的坡度，其坡度只有1∶2500。 根据污水管道尺寸大小和管内底深度在18m和20m之间，新污水管道系统需采用隧道技术来建造。隧道法施工还能尽量减小对开罗市中心商业和居民生活 的干扰，否则用开槽埋管法施工将会带来很大麻烦，并需在施工中迁移大量有妨碍的地下管线。施工所需的出入口竖井井位均座落于新污水系统管线的关键点处，它既要与现有系统相连通，又要尽量减少对交通的干扰。 现场调查表明所有隧道都将设在地下水位以下，其中大部分穿过中砂到粗砂的地层，并含有粘土或粉砂夹层和透镜体，偶见砂砾和圆石。最南端隧道，位于Fostat下，将遇到含水的强度由中到弱的裂隙岩层。 细颗粒的土质再结合高地下水位，给竖井下沉和隧道施工带来了极大的困难，要求对隧道线路以及施工的形式和方法作特殊设计。 开罗处于高密度拥挤的环境，尽量减小地面沉降的要求是十分重要的(大多 数隧道施工技术不可能消除地面沉降)。只要有可能，隧道线路尽量布置在街道 下面。这样的线路布置，除了对处理沉降影响问题有利外，还能尽量减小财产购置和相应的法律问题。 顺着街道走向布置的隧道线路会产生出入口竖井之间的大多数隧道线形呈 曲线形。线路最小设计曲率半径见表34。 大开罗污水治理项目隧道曲率最小设计半