盾构法隧道施工
研究生课程考核试卷
科 目： 隧道工程 教 师： 靳晓光 姓 名： 龙帅 学 号： 20121613155 专 业： 建筑与土木工程 类 别： 专业 上课时间： 2012 年 12 月 至 2013 年 1 月
考
生 成 绩：
卷面成绩 平时成绩 课程综合成绩
阅卷评语：
阅卷教师 (签名)
盾构法隧道施工
龙 帅
（重庆大学土木工程学院）
【摘要】:如果说20世纪是桥梁建设的世纪，那么21世纪就是地下空间开发的世纪。随着城市密集度的提高和高层建筑的不断增加，地面可利用空间越来越少，地下空间的利用开发就越来越受到重视。伴随着地下空间时代的来临，地下工程的施工机械化得到迅速发展。所以，如何更有效利用和创造地下空间已成为当今城市现代化的重要课题，采用盾构法来开发地下空间则是一种最佳选择。 【关键字】： 地下空间 盾构隧道 机械化
Shield tunneling construction technology
Long Shuai
（Faculty of Civil Engineering, Chongqing University）
【Abstract】: If the twentieth century is the century of bridge construction, then the 21st century is the century of underground space development. With the improvement of urban concentration and the increase of the high-rise building, the space of ground becomes less and less, so the use of underground space has been taken seriously. With the era of underground space, the mechanization of underground engineering construction develops quickly. Therefore, how to more effectively use and create the underground space becomes an important subject of the current urban modernization, using shield method to develop the underground space is a best choice.
【Keywords】: underground space Shield tunneling mechanization
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1、概述
1.1盾构法隧道的起源
1802年，英国采矿工程师阿贝尔提出修建英吉利海峡隧道的计划，设计从英法两岸用一种有掩体结构的挖掘机修筑隧道，每侧各挖掘18.7km，最后在瓦恩浅滩对接贯通。然而真正的盾构法应用始于1818年，由法国工程师布罗诺尔（M I Brunel）研发并取得专利，至今已有180多年的历史。我国在1957年北京的下水道工程中首次使用盾构法修建地下工程。
1.2盾构法隧道基本原理
盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体向前推进。这个钢质组件在初步或最终隧道衬砌建成前，主要其防护开挖出的土提、保证作业人员和机械设备安全的作用。盾构的另一个作用是能够承受来自地层的压力，防止地下水或流沙的入侵。
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。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，特别是在市中心，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。 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洞推进。盾构推进中所受到的地层阻力，同构盾构千斤顶传至尾部一品装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。盾构是一个技能支撑地层压力，又能在地层中推进圆形、矩形、马蹄形级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类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吨位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他施工技术密切配合才能顺利施工。主要有：地下水的降低，稳定低层，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，地层开挖，隧道内的运输，衬砌与底层间的充填，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，检测技术，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。
1.3盾构法隧道优缺点
（1）盾构法隧道优点：
1）在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件影响，能经济合理地保证隧道安全施工。
2）盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控
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制信息化，掘进速度快，施工劳动强度较低。
3）地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰；在松软地层中，开挖埋深较大的长距离、大直径的隧道，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性。 （2）盾构法隧道缺点：
1）盾构机械造价较昂贵，隧道的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺较复杂；在饱和含水的松砂地层中施工，地表沉陷风险较大。
2）需要设备制造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及防堵、施工测量、场地布置、盾构转移等施工技术的配合，系统工程协调复杂。
3）建造短于750m的隧道经济性差；对隧道曲线半径过小或隧道埋深较浅时，施工难度较大。
2、盾构构造
2.1盾构的基本构造
盾构种类繁多，就盾构在施工中的功能而言，其基本构造主要分为盾构壳体、推进系统、拼装系统三大系统部分（如图2-1）：
2-1盾构基本构造示意图
（1）盾构壳体
设置盾构外壳的目的是保护掘削、排土、推进、作衬等所有作业设备。装置的安全，故整个外壳用钢板制作，并用环形梁加固支承。一台盾构机的外壳沿纵向从前到后可分为前、中、后三段，通常又把这三段分别称为切口、支承、盾尾三部分。
1）切口环
该部位装有掘削机械和挡土设备，故又称掘削挡土部。
切口环部分是开挖和挡土部分，它位于盾构的最前端，施工时最先切入地层并掩护开挖作业，其前端设有刃口以减少切土时对底层的扰动。切口环保持工作面的稳定，并把开挖下来的土砂向后方运输。切口环的长度主要取决于支
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撑、开挖方法，就手掘式盾构而言，考虑到正面施工人员的安全和挖土机具工作要有回旋的余地等因素。对于机械化盾构，切口环的长度应由各类盾构所需安装的各种机械设备而定。
2）支承环
支撑位于中部，是盾构的主体构造部，是承受作用于盾构上全部荷载的骨架。支撑环紧接于切口环，是一个刚性很好的圆形结构。地层压力、所有千斤顶的反作用力以及切口入土正面阻力、衬砌拼接时的施工载荷等均有支撑环来承受。
支撑环的长度应不小于固定盾构千斤顶所需的长度，对于有刀盘的盾构还要考虑安装切盘的轴承装置、驱动装置和排水装置的空间。
3）盾尾
盾尾一般由盾构外壳钢板延伸构成，主要用于掩护管片的安装工作。盾尾末端设有密封装置，以防止水、土及压注材料从盾尾与衬砌间隙进入盾构内。盾尾密封装置损坏、失效时，在施工中途必须进行修理更换，所以盾尾长度要满足上述各项工作的要求。 （2）推进机构
盾构掘进的动力室靠液压系统带动千斤顶的推进机构，它是盾构重要的基本构造之一。
1）盾构千斤顶的选择和配置
盾构千斤顶的选择和配置应根据盾构的灵活性、管片的构造、拼装管片的作业条件等来决定。
2)千斤顶的数量
千斤顶的数量根据盾构直径、千斤顶推力、管片的结构、隧道轴线的情况综合考虑。一般情况下，中小型盾构每只千斤顶的推力为600~1500N，在大型盾构中每只千斤顶的推力为2000~2500N。
3）千斤顶的行程
千斤顶的行程应考虑到盾尾管片拼装及曲线施工等因素，通常取管片宽度加上100~200mm的富余量。
4）千斤顶的速度
千斤顶的速度必须根据地质条件和盾构形式来定，一般去500mm/min左右，且可无级调速。
5) 千斤顶块
盾构千斤顶活塞的前端必须安装顶块，顶块必须采用球面接头，以便将推力均匀分布在管片的环面。 （3）挡土机构
挡土机构是为了防止掘削是掘削面地层坍塌和变形，确保掘削面稳定而设置的机构，该机构因盾构种类的不同而不同。
就敞开式盾构机而言，挡土机构是挡土千斤顶。对地下水压小、涌水量不大的砂层中掘进的全敞开式而言，可采用顶棚式挡土装置。对半开式网格盾构而言，挡土机构是刀盘面板。对机械式而言，挡土机构是网格式封闭挡土板。 （4）管片拼装机
管片拼装机俗称举重臂，是盾构的主要设备之一，常以液压为动力。为了能让管片按照设计所需要的位置，安全、迅速地进行拼装，拼装机在嵌捏住管片后，还必须具备沿径向伸缩、前后平移和360度旋转等功能。
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（5）真圆保持器
盾构向前推进时管片就从盾尾脱出，管片受到自重和土压的作用会产生变形，当该变形量很大时，既成环和拼装环拼装式就会产生高低不平，给安装纵向螺栓带来困难。为了避免管片产生高低不平的现象，就有必要让管片保持真圆，该装置就是真圆保持器。
2.2盾构基本参数的选定
（1）盾构直径
盾构直径必须根据管片外径、盾尾空隙和盾尾钢片厚度等设计要素确定，而盾尾空隙应根据管片的形状尺寸、隧道的平面形状、纠偏、盾尾密封结构的安装等进行确定。
盾构直径是指盾尾的外径，而与刀盘、稳定翼、同步注浆用配管等突出部分无关。
所谓盾尾空隙，是指盾壳钢板内表面与管片的外表面的空隙。
根据隧道界限和结构尺寸要求，在确定衬砌外径之后，可按施工要求或经验确定盾构直径。下面介绍两种方法：
1）Dd2(x)
式中 D——盾构直径（mm）；
； d——隧道直径（mm）
x——盾尾空隙（mm）；
。 ——盾尾钢板厚度（mm）2）Dd内2(xTeT') 式中d内——盾构内径（mm）；
； T——隧道衬砌厚度（mm）； T'——盾尾内衬厚度（mm）
e——最小富余量（mm）；
D，，x同前。
（2）盾构长度和灵敏度
盾构长度主要取决与地质条件。隧道的平面形状、开挖方式、运转操作、衬砌形式和盾构的灵敏度（即盾壳总长L与盾构外径D之比）。一般在盾构直径确定后，灵敏度值有一些经验数据可参考：
小型盾构（D=2~3m） （L/D）=1.50 中型盾构（D=3~6m） （L/D）=1.00 大型盾构（D>6m） （L/D）=0.75
盾构总长度由切口环、支撑环、盾尾三部分组成，它不包括盾构内设备超出盾尾的部分，如后台平台、螺旋输送机等。
盾构长度计算公式： LLwLcLt
式中： Lw——切口环长度 Lc——支撑环长度 Lt——盾尾长度
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（3）盾构的推力
盾构向前行进是靠安装在支撑环周围的千斤顶顶力，各千斤顶顶力之和就是盾构的总推力，在计算推力时，一定要考虑周全，要将盾构施工全过程中可能遇到的阻力都计算在内。
1）盾构的总推力和各种阻力的计算公式如下：
总推力 FF1F2F3F4F5F6
式中：F1——盾构外壁周边与土体之间的摩擦或粘结力 F2——推进中切口插入土壤的贯入阻力 F3——工作面正面阻力
F4 ——管片与盾尾之间的摩擦力 F5 ——变向阻力 F6——后方台车的牵引力
2）盾构总推力可由以上F1F2F3F4的总和再乘以2来求出； 3）也可按经验公式求得： FjPjD2/4
式中： Fj——盾构的总推力（KN）
Pj——开挖面单位截面积的推力（KN） a） b）
人工开挖、半机械化开挖盾构，机械化开挖盾构：Pj=700~1100kPA 封闭式盾构、土压力平衡式盾构、泥水加压式盾构：
Pj=1000~1300kPA
2.3盾构的分类
盾构是修建隧道的正面支护掘进和衬砌拼装的专用机具，盾构类型的主要区别是盾构正面对土体支护开挖方法的不同。为此，盾构的种类按其结构特点和开挖方法来分，主要分类如下表： 头部结构 开挖方式 土压式 土压平衡式 闭胸式 泥土压式 泥水加压式 部分敞开式 挤压式 敞开式 全面敞开式 手掘式
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半机械式 机械式 2.4盾构选型
一般来说，用盾构法施工的地层都是复杂多变的，因此，对于复杂的地层要选定较为经济的盾构是当前的一个难题。 （1）盾构掘进机选型的依据
盾构掘进机选型依据按其重要性排列如下：
☆土质条件、岩性（抗压、抗拉、粒径、成层等各参数） ☆开挖面稳定
☆隧道埋深、地下水位 ☆设计隧道的断面
☆环境条件、沿线场地（附近管线和建筑物及其结构特性） ☆衬砌类型 ☆工期、造价
☆宜用的辅助方法
☆设计线路、线形、坡度 ☆电气等其他设备条件
（2）盾构掘进机选型的一般程序
综合盾构掘进机的特性与选型的依据，盾构掘进机选型的一般程序可用流程图来描述（如图2-2）
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2-2盾构掘进机选型程序流程图
3、施工筹划准备
3.1盾构法施工的前期准备
（1）完成始发井土建结构
盾构的始发井土建结构完成后方可进行盾构施工，始发井内须预留盾构出洞的洞门，洞圈一般为钢结构，以便安装盾构出洞的止水装置。 （2）盾构选型
根据隧道所经过的地层地质及地面构筑物情况、施工进度、经济性等条件进行盾构选型，确定所用的盾构类型。 （3）管片的生产
根据管片设计图纸及技术要求，设计出制造钢模的图纸，加工钢模，然后进行管片生产，由于管片钢模加工工艺复杂，故加工周期较长。
3.2技术准备
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（1）熟悉施工图纸和有关的设计资料
学习工程建设单位提供的工程设计图纸和有关的地质资料。施工验收规范及有关的技术规定，通过学习充分了结合掌握设计人员的设计意图、结构特点和技术要求，在开工前或分项工程实施前，应有设计单位进行设计交底。 （2）了解隧道沿线的地下管线、构筑物及地质情况
对地下管线及地下构筑物，需要了解管线的种类、结构、类型、埋深等，与隧道的相互关系等情况，对地面建筑物，需要了解建筑物的种类、结构、类型、埋深与隧道的相互关系等情况，然后采取相应的保护措施。 （3）熟悉施工用机械的特点
熟悉盾构机的主要施工参数及享用的盾构施工工法，掌握施工要领。 （4）编制施工组织设计
编制施工组织设计是施工准备工作的重要组成部分，隧道施工的施祖编写要求根据隧道施工的特点，确定各个关键工序的施工技术合理地布置施工现场，科学地制定施工方案。
3.3生产物资的准备
生产物资主要包括材料、构件、施工机械。
材料的准备主要是根据图纸和施组的有关要求，并按施工进度、材料名称、规格、数量、使用时间、消耗量，编制出采材料需要计划，组织货源、运输、仓储、现场堆放，保证施工顺利进行。
构件的准备主要指管片的预生产，并落实运输、堆放、，保证按时按量供应。 施工机械的准备，根据所采用的施工方案、施工进度，确定施工机械的类型、数量、进场时间、运输安装方式、放置的位置等，编制施工机械的需要量计划，抱枕施工顺利进行。
3.4劳动力的准备
根据施组中所确定的劳动力使用计划，组织劳动力进场，根据需要对施工人员进行相关的技术培训，同时进行安全、消防和文明施工等方面的教育，安排好职工的生活，向施工人员进行技术交底和质量交底，保证施工质量和进度。
3.5施工现场准备
（1）盾构拼装或拆卸的工作
作为拼装或拆卸盾构的井，其建筑尺寸应满足盾构拼装、拆卸的施工工艺要求，一半井宽应大于盾构直径16.~2.0m，静的长度主要考虑盾构设备安装余地，以及盾构出洞施工所需最小尺寸。 （2）盾构基座
盾构基座应置于工作井的地板上，用作安装及搁置盾构，更重要的是通过设在基座上的导轨，使盾构在出洞前就有正确的导向。因此，导轨要根据隧道设计轴线及施工要求定出平面、高程、坡度来进行测量定位。 （3）盾构后座
在工作井中盾构向前推进，其推力要靠工作井后壁老承担，因此在盾构与后经壁之间要有传力设施，此设施称为后座，通常由隧道衬砌。专用顶块、顶撑等组成。
后座不仅要作推进顶力的传递，还是垂直水平运输的转折点。所以后座不
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能是整环，应有开口，以作垂直运输通口，而开口尺寸需由盾构施工的出进设备材料尺寸决定，第一环在其上部要加后盾支撑，以确保盾构顶力传至后井壁。 （4）人行楼梯和井内工作平台搭设
在盾构出洞阶段，施工尚未形成长隧道，盾构设备无法正常布置，井内需设置施工平台以放置各种设备，并应在合理位置安装上下楼梯，以供施工人员上下作业面工作。
（5）盾构施工地面辅助设备
为了确保盾构正常施工，根据盾构的类型和具体施工方法，配备必要的地面辅助设备，如施工围墙、场区道路、管片堆放场、拌浆间、配电间、充电间、水泵房等。
4、盾构推进
4.1盾构正面开挖方法
盾构在地层中推进，为了减少对地层的扰动，要求靠千斤顶顶力使盾构切入地层，然后在切口内进行土体开挖和外运，这是软土地地层盾构推进的最基本过程。
（1）敞开式挖土
手掘式及半机械式盾构都属于敞开式开挖形式。
这类方法主要用于地质条件较好，开挖面在切口保护下能维持稳定的自立状态。其开挖方式从上代下逐层掘进。若土层地质较差，还可借助支撑进行开挖，每环要分数次开挖、推进。
敞开掘进对正面障碍处理方便，并便于超挖配合盾构操作，提高盾构的纠偏效果。
（2）机械切削
根据土质的好坏，大刀盘可分为刀架间无封板的及有封板的两种，前者适用于土质条件好的地层中。用大刀盘切削正面土体再配备运土的机械设备，就是一个完整的盾构掘进施工工艺。
这种方法对正面的障碍排除及盾构超挖纠偏显得有些困难，但这种盾构实现隧道施工机械化、减轻劳动强度的必然趋势。 （3）网格式开挖
这种开挖方法是在软弱粘性土层的施工中不断总结经验而发展起来的。 其开挖面有网格梁与隔板组成许多格子，对开挖面土体其支撑作用。目前在网格后面配上提土转盘，把土体升到盾构中心筒体端头的斗内，然后由筒体内运输机将土送到施工隧道的运输平板车土箱中，一完成盾构掘进这一工序。实践证明这一方法有很好的效果。 （4）挤压式开挖
挤压式开挖可分为全挤式和局部式。
由于挤压推进不出土或出土少，对地层扰动大。故在隧道轴线设计时，必须避开地面建筑物，这就限制了这种施工方法的使用范围，一般用于旷野郊区，或滩涂处的排水工程。
4.2施工管理和掘进管理
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（1）土压平衡式盾构
土压平衡式盾构的施工管理是通过排水机构的机械控制方式进行的。这种排土机构可以调整排土量，使之与挖土量保持平衡，以避免地面沉降或对附近构筑物造成影响。
随着盾构推进，对有螺旋刀盘切削下来进入密舱内的土体，通过安装在密封舱内的螺旋输送机以及出土口上的滑动闸门或螺旋式漏斗等排土机构进行排土，一面维持开挖面稳定状态，一面将盾构向前推进。 （2）加水式盾构
加水式盾构施工法的开挖面稳定管理由两种方式：一是不间断地掌握盾构掘进中的掘土量和排土量之间的关系，从而将密封舱内的切削土的积存量保持在最佳状态的排土率管理；二是同地下水压取得平衡的附加水压力管理。 （3）泥水加压平衡式盾构
泥水加压平衡式盾构一面要保持泥水压力来平衡作用于开挖面的外部压力，一面又要向前推进，所以要对开挖面泥水压力、密封舱内的土压力，以及同掘土量平衡的出土量等级进行必要的检测和管理。
4.3盾构的控制
（1）盾构偏向的判定
偏向是指平面、高程偏离设计轴线的数值超过允许范围。 1）盾构偏向的原因
盾构脱离基座导轨，进入地层后，主要依靠千斤顶编组及借助措施来控制盾构的运动轨迹。
盾构在地层中推进时，导致偏向的因素很多，主要有地质条件因素、机械设备因素、施工操作因素。
2）盾构偏向的反应与测定
在盾构施工中的每一环推进前，先要充分了解盾构所处的位置和姿态，否则无法控制下一环推进轴线和制定纠偏措施。，目前施工技术手段是通过对盾构现状位置的测量后报出的盾构现状报表来反应盾构真是状态。 （2）盾构的操作
盾构的操作，主要是盾构运动轨迹始终在设计轴线容许偏差值范围内，达到隧道衬砌拼装在理想的位置上的目的。
要控制好盾构掘进轴线，不但要能熟练地操作盾构，懂得纠偏原理、方法，还应对隧道埋置的地质情况、盾构施工时土质与盾构相互的影响有全面的了解。
1）土质对盾构施工的影响
盾构法适用于软土层的施工。软土主要有砂性土和粘性土两类。砂性土的颗粒粒径在2~0.005之间，其透水性较好，在地下水压力差作用下，砂粒易产生流动，如不采取必须的防范措施是难以正常施工的。
粘性土的透水性差，但具有较大的可塑性。虽是最适宜盾构施工的土质，但施工时对土体有过大扰动，则带来的“后患”也大。在饱和的淤泥质粘土中施工，对盾构稳定控制有一定的难度，要求掌握进土量，才能使盾构稳定向前运动。
2）盾构的操作方法 （3）盾构自传的纠正
盾构在推进施工中，除了偏离设计轴线外，还有本身自传的现象。纠偏方法有
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两个，一是在盾构有少量自传时，可用盾构内的举重臂、转盘、大刀盘等大型旋转设备的使用方法来纠正，另一个是当自传量较大时，采用压重的方法，使其形成一个纠旋转力偶。
5、管片拼装技术
隧道是由预制管片逐环连接形成的，管片是在盾壳保护下，并在其空间内进行拼装。管片的类型主要有球墨铸铁管片、钢管片、复合管片和钢筋混凝土管片，每环由数块组合而成。
5.1管片拼装
管片拼装是建造隧道重要的工序之一，管片拼装后形成隧道，所以拼装质量直接影响工程的质量。
（1）按其整体组合可分为通缝拼装和错缝拼装。 1）通缝拼装
各环管片的纵缝对齐的拼装方法，这种拼装方法在拼装时定位容易，纵向螺栓容易穿，拼装施工应力小，但容易产生环面不平，并有较大累积误差，导致环向螺栓难穿，环缝压密量不够。 2）错缝拼装
错缝拼装即前后环管片的纵缝错开拼装，一半错开1/2~1/3块管片弧长，用此法建造隧道整体性较好，拼装施工应力大，纵向穿螺栓困难，纵缝压密性差。但环面较平整，环向螺栓比较容易穿。
（2）针对盾构有无后退，可分为先环后纵和先纵后环拼装工艺。 1）先环后纵
先将管片拼装成圆环，拧好所有环向螺栓，待穿进纵向螺栓后再用千斤顶使整环纵向靠拢，然后拧紧纵向螺栓，完成一环的拼装工序。 2）先纵后环
当采用挤压或网格盾构施工时，盾构后退量较大，为不使盾构后退，减少地面的变形，则可用先纵后环的拼装工艺来实施。即缩一块管片位置的千斤顶，是管片就位，立即伸出缩回的千斤顶，这样逐块拼装，最后成环。 （3）按管片的拼装顺序可分先下后上及先上后下拼装工艺 1）先下后上
用举重臂拼装式从下部管片开始拼装，逐块左右交叉向上拼，这样安全，工艺也简单，拼装所用设备少。 2）先上后下
小盾构施工中，可采用烘托拼装，即先拼上部，使管片支撑于烘托架上。此法安全性差，工艺复杂，需有卷扬机等辅助设备。
5.2盾构推进与管片拼装成环轴线的相互关系
（1）成环轴线的形成
整条隧道的轴线是由各环管片中心实际位置连接而成，由管片成环测量报表反映，所以在施工中必须把管片拼装在允许偏离的范围内，确保隧道符合要求。 （2）盾构推进对管片成环轴线的影响
盾构推进的运动轨迹对隧道管片轴线起主导作用，只有控制好盾构轴线，特
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别是举重臂中心轴线，才能确保总体轴线能符合工程的使用要求。 （3）管片成环轴线对盾构轴线控制的影响
已成环管片盾构推进的后座，其在盾构内有一定衔接长度，对盾构的推进起到了导向作用。所以，成环管片轴线将直接影响盾构推进轴线的控制。
6、隧道压浆
6.1概述
随着盾构的推进，在管片和土体之间会出建筑空隙，为了填充这些空隙，就要进行衬砌壁后注浆。衬砌壁后注浆根据注入时间可分为一边向前推进，一边注入形成的建筑空隙的同步注浆和推进后立即注入的即时注浆两种。
在开放型盾构和泥水盾构施工中采用同步注浆法时，由于注浆材料可能想开挖面的渗透，流动的注浆材料的混入而造成正面泥水压力的变动和水泥质量的劣化，所以必须采用特别的方法来处理。
土压系列盾构由于在切削刀盘内滞留着切削土，所以不会造成因注浆材料箱开挖面渗透引起的麻烦。因此，采用不停地向盾尾密封部位加压、充填注浆材料的同步注浆施工法的实例也越来越多。
6.2压浆的作用及注浆工艺
（1）压浆的作用
压浆的作用有防止地表变形、减少隧道的沉降量、增加衬砌接缝的防水性能、改善衬砌的受力状况和有利于盾构推进纠偏。 （2）注浆工艺
注浆工艺主要取决于隧道所在地层的土质。在土质好的条件下，则一般先压骨料来支护土体及填充空隙，然后注水泥浆。但上海地层属于软土层，地下水位高，土质的含水量基本饱和，所以应一次注浆体材料，以防止土体流失。
压浆量的多少，将直接影响到地表变形量的大小。根据以往的施工经验，一般压浆量为理论建筑空隙的150%~250%范围，而实际施工应通过监测地表变形情况而定。采用的压浆压力应根据地面建筑的特点及隧道埋深而定。另外还可采取多次压浆或增补压浆，以有效地控制地表变形。
7、施工监测
7.1施工监测项目的选择
地下工程检测技术历来受到随地哦啊与地下工程界的高地重视并作为施工不可分割的重要组成部分。从场地地层水文地质和工程物理力学特性试验，到开挖和支护过程中的施工同步监测，以及地下构筑物建成投入使用营运期的长期变形和沉降观测，监测技术在地下工程建设中起到十分重要的作用。一方面，作为工程建设预测预估的依据，用以保证建筑物和相邻土层的安全和稳定;另一方面，为今后的工程实践提供有价值的经验和第一手资料。
盾构法施工隧道时所需要的监测内容可分为三类：土体介质的监测、周围环境的监测和隧道变形的监测。
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7.2土体介质的监测
（1）地表沉降
地表沉降测量时在沉降测量区域埋设地表桩，采用常规的水准测量方法。地表桩设置一般沿盾构隧道的轴线每隔3~5m设一测点，适当布置几排横向地表桩，测量盾构施工引起的横向沉降槽的变化。道路沉降必须将地表桩埋入地面的土层里，才能比较真实测量道路的沉降。地下管线的沉降测量，对重点保护的管线，应将测点设在管线上，并砌筑保护井盖，一般管线则可在其周围设置地表桩进行测量。
（2）土体沉降和位移
监测盾构施工引起的深层土体沉降和位移可了解土层被扰动的范围和影响程度，土体沉降测量采用分层沉降仪，土体深层位移则采用测斜仪，两者可共用一个侧孔和侧管。
（3）土体应力和孔隙水压力
盾构掘进对土体的挤压作用破坏了土体结构，是土中应力和孔隙水压力增大，对土应力和孔隙水压力的测量，能了解盾构的施工性能，对土层的扰动程度及预测固结沉降量，量测数据反馈后，可及时调整施工参数，减少对土层的扰动，土应力和孔隙水压力两侧元件的埋设采取钻孔埋设法，测点埋设在隧道外围。
7.3邻近构筑物及地下管线的保护监测
（1）相对房屋的变形监测
对盾构直接穿越和影响范围内的房屋、桥梁等构筑物必须进行保护监测，建筑物的变形观测可以分为沉降观测、测斜观测和裂缝观测三部分内容。沉降测点设在基础上或墙体上，在构筑物外的地表上和构筑物地板上也设一些测点，用水准仪量测。构筑物倾斜监测可采用经纬仪测量方法，也可在墙体上设置倾斜仪，连续监测墙体的倾斜。构筑物的裂缝可用裂缝观测仪测得。 （2）相邻地下管线的沉降观测
城市地区地下管线网是城市生活的命脉，与人民生活和国民经济紧密相连，隧道相邻地下管线的监测不仅关系到隧道工程本身的安全，同时也维系着国家和人民的利益，关系重大。相邻地下管线的监测内容包括垂直沉降和水平位移两部分，其测点布置和监测频率应在对管线进行充分调查，与管线单位充分协商后确定。
7.4隧道变形监测
（1）隧道沉降及水平位移监测
为了连续准确地监测到隧道的位置变形情况，较为先进的方式是采用具有先进功能和较高精度的瑞士徕卡TCA1800自动跟踪全站仪，以定时的方式自动进行。
（2）隧道断面收敛变形监测
收敛变形一般采用收敛尺进行测量，但最大的问题是重复精度不高，而且因操作人而异；其次是工作量大，效率低。要解决此问题，也必须走仪器自动测量之路。用断面自动扫描的方法进行隧道断面收敛变形监测。
7.5施工监测数据的处理和反馈
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盾构法隧道施工中土体介质、周围环境的监测和隧道变形的监测获得的大量数据应及时整理并汇成有关的图表。施工监测数据的整理分析必须与盾构的施工参数相结合，如开挖面平衡压力、盾构推力、盾构姿态、出土量和盾尾注浆量等。及时研究各监测结果与时间坐标和空间坐标的相关性，以掌握它们的变化规律和发展趋势。
8、垂直顶升
8.1概述
随着经济的不断发展，我国在沿海、沿江地区建造了不少火力发电厂、石油化工厂等现代的大型企业，需要大量的取排水隧道提供冷缺水和排放水，若将隧道与江河中的水域连通，则需要建造一种特殊的垂直构筑物——取排水口。上海隧道公司于70年代创造了垂直顶升施工工艺，它完善了大型取排水工程的整体施工技术，增加了盾构隧道施工的优势，并得到广泛的运用。
8.2垂直顶升工艺原理
垂直顶升是在已建成隧道内部，将首节预制管连接在隧道顶升特定部位，在管节就位并做好顶升准备工作后，将帽盖与管节采用特殊螺栓连接好，随后拆去帽盖与隧道的连接螺栓，依靠千斤顶的顶力吧管节向上顶出。在每节的顶升过程中，管节之间采用法兰螺栓连接，使管节垂直逐节顶入土中或水中。待一座立管全部顶完，做好底座节与隧道的连接。最后在水中揭去帽盖，换成正常的进出口，形成去排水口通道。（如图8-1）
8-1垂直顶升工艺流程图
9、工程实例
就浅埋层地下管道的埋设工程而言，由于无盖全敞开盾构工法存在明显优点，所以近年来在共同沟、排水管等各个领域中有着极为广泛的应用。这里介绍一个施工实例，日本市川市排水管道工程。
1、工程概况 该排水管道铺设工程选用矩形无盖全敞开盾构法，掘进总长
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度135m。矩形箱涵内容尺寸为2.6m×2.6m，外形3m×3m。
地质条件如下：0~-1.3m是回填土，-1.3~-4.7m为腐殖土的N=0~1的淤泥层，-1.7~-7.7m为N=6~9的冲积沙层。地下水位为-1.2m，箱涵的持力层是N=0的淤泥，为确保地层的持力，故应进行加固。施工地点是民房密集的居民区，道路宽度仅为3.6~4.7m，盾构掘进的路线上存在原有排水管道，必须边掘进边挖除。
施工要求：施工期间即使降雨也不能使周围淹水，必须采取措施确保排水能力；不能影响周围民房的安全；确保工期。
2、施工概况
本工程选用的盾构进全长7.22m、宽3.32m、高3.32m，质量6000kg。另外，设有R=100m的中折机构。本工程为了确保地层持力，对掘进的整个地层按JSG工法实施加固。由于作业用地的限制，在盾构机的上面铺垫密实的垫板，用翻斗车接收盾构机前面反铲铲挖下的土。为防止掘削面上的土体坍塌用滑动千斤顶挡土。注入材使用凝胶时间为20s的悬浊无机瞬结型浆液，浆液配比见表，注入材的固结一抗压强度为3~4pa。
固化材 300kg 助剂 20kg 稳定剂 4L 水 739L 早强剂 150L 3、变位测量结果及分析 本工程设置两个水平变位观测点，1号观测点离开盾构外侧板的距离为30cm，2号观测点离开盾构外侧板的距离为80cm，，水平变位的测量结果（如图9-1）
9-1测量结果
1）1号观测点的测量结果
观察图中6条距测点不同距离的水平变位测量曲线，不难发现：盾构机地板以上的地层水平变位的方向指向外侧；地板以下的地层的水平变位指向里侧。其
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原因可以认为是由于下部滑动千斤顶的挡土推压作用，故掘削面内的土体被挤压向地层，即土体向外侧移动，盾构机地面下的土体必然向里侧移动；就盾构同一位置而言，测点离开盾构的距离越大，测得的水平变位越小；这些水平变位曲线的共同特点是形状均呈弓形，且弓形的最小变位值均发生在地表-3.5m的位置，最大变位在-2m位置。 2）2号观测点结果
2号观测点离开1号测点50cm，其水平测量结果呈现的规律与1号测点的规律相同。向外侧的最大变位为5.4mm，仅为1号最大值一半，同样发生在盾尾还差1m到达测点的时点掘进结束时，外侧变位为1.6m，占最大变位的30%。 3）沉降测量结果
离开盾构机50m处的地表的沉降测量结果如图 所示。测量结果表明最大沉降为3.5mm。 4、小结
本工程的最大水平变位为11mm，最大隆起量为5mm、最大沉降量为3.5mm。如此小的水平变位和竖向变位的获得是施工执行变形控制措施的结果。这也完全证实了无盖全敞盾构工法对周围环境影响小的优点。
10、结束语
盾构法隧道施工是一项综合性的施工技术。近年来，由于盾构法隧道施工在施工技术上的不断改进，机械化程度越来越高，对地层的适应性也越来越好。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。由于高科技成果的引进和开发应用，使其日益完善，更加适用于长大隧道现代化快速施工的需要，并在世界长大隧道中取得世人瞩目的。
参考文献
[1] 上海隧道工程股份有限公司.软土地下工程施工技术.华东理工大学出版社，2007.
[2] 周文波 .盾构法隧道施工技术及应用.中国建筑工业出版社,2004.
[3] 王梦恕 .岩石隧道掘进机（TBM）施工及工程实例.中国铁道出版社,2004 [4] 谭复兴 高伟君.城市轨道交通系统概论. 中国水利水电出版社,2007.
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