一、盾构法工作原理
盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地层中推进，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。
二、盾构机分类及适用范围
盾构机既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。盾构机外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。它包括三部分：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。大多数盾构的形状为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。
盾构机按开挖面是否封闭划分，可分为密闭式和敞开式两类；按平衡开挖面土压与水压的原理不同，密闭式盾构机又可分为土压式和泥水式两种；敞开式盾构机按开挖方式划分，可分为手掘式、半机械式和机械式三种。各类盾构机的适用范围如下：
1.手掘式盾构
手掘式盾构是最原始的一类盾构，其构造简单，配备较少，造价低。盾构顶部有活动前檐以支护上部土体，挖土由人工从上往下进行，每隔2~3m设一作业平台，可适应各种复杂地层，开挖面可根据地质条件全部敞开，也可采用正面支撑，随开挖随支撑。施工人员可观察到地层变化情况，遇到桩、孤石等地下障碍物时，比较容易处理，容易进行盾构纠偏，也便于在曲线段施工。
2.半机械式盾构
在手掘式盾构正面装上挖土机械和出土装置，即成为半机械式盾构。挖土装置有铲斗式、切削式和混合式三种形式。铲土式适用于黏土和砂砾混合层，切削式适用于硬黏土和硬砂土层，混合式适用于自立性较好的土层，如遇土质坚硬可安装软岩掘进机的切削头子，其适用范围基本上与手掘式盾构一样。
3.机械式盾构
在手掘式盾构的切口环部分，安装与盾构直径大小相同的旋转大刀盘，对土体进行全断面开挖的盾构，称为机械式盾构。它适用于各类土层，尤其适用于极易坍塌的砂性土层中的长隧道，可连续掘进挖土。由刀盘切削产生的土经过刀盘上的预留槽口进入土舱，提升和流入漏斗后，再通过传送带运入出土车。这类盾构有作业环境好、省力、省时、省工、效率高、后续设备多、发生偏差时难纠偏、造价高等特点。
4.土压平衡盾构
土压平衡盾构前端有一个全断面切削刀盘，盾构的中心或下部有长筒形螺旋运输机的进土口，其出土口在密封舱外。所谓土压平衡，就是用刀盘切削下来的土，如同压缩空气或泥水一样充满整个密封舱，并保持一定压力来平衡开挖面的土压力。
5.泥水平衡盾构
泥水平衡盾构就是在机械式盾构大刀盘后面设置一道隔板，隔板与刀盘之间作为泥水室，在开挖面和泥水室中充满加压的泥水，通过加压作用，保证开挖面土体的稳定。盾构推进时开挖下来的土体进入泥水室，由搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用流体输送系统送出地面，把送出的浓泥水进行水土分离，然后把分离后的泥水再送入泥水室，不断循环使用，其全部工程均由中央控制台综合管理，可实现施工自动化。
其中土压平衡盾构和泥水平衡盾构应用较为广泛，土压平衡盾构适用于冲积黏土、洪积黏土、砂质土、砂砾、卵石等土层及其互层。泥水平衡盾构适用于冲积洪积的砂砾、砂、亚黏土、黏土层或多水互层的土层，有涌水工作面不稳定的土层，上部有河川、湖沼、海洋等水压高、水量大的地层。复合盾构适用于地质条件复杂、软硬不均的混合地层。
盾构作为一种安全、快速的隧道掘进技术，经历了四个发展阶段：以布鲁诺尔(Brunel,)盾构为代表的初期盾构；以机械式、气压式、网格式盾构代表的第二代盾构；以闭胸式盾构为代表(泥水式、土压式)的第三代盾构；以异形化、多功能、综合化为各自特色的第四代盾构，其适用范围也得到了极大拓展。
三、盾构施工
1.盾构机运输、组装和解体
(1)盾构设备运输应满足国家道路运输相关规定要求，施工便道应满足盾构大件运输的空间尺寸和承载力的要求。
(2)盾构设备吊装场地应满足设备构件吊装要求，大件吊装作业应由具有专业资质的队伍实施。
(3)盾构组装应按照相关作业安全操作规程和组装方案进行，组装完成后应对各系统进行空载调试，然后再进行整机空载调试。盾构机经验收合格后方可始发掘进。
(4)盾构机解体应对各种部件进行检査，并应对液压系统和电气系统进行标识，对已拆卸的零部件应做好清理和维护保养工作。
2.盾构掘进
(1)盾构始发及试掘进阶段应符合的要求：
①盾构始发前应验算盾构反力架及其支撑的刚度和强度，反力架应牢固支撑在始发井结构上；盾构反力架整体倾斜度应与盾构基座的安装坡度一致。
②应根据工程水文地质条件、盾构机类型、盾构工作井的围护结构形式等因素加固盾构工作井端头地基，承载力应满足始发要求。
③应拆除刀盘不能直接破除的洞门围护结构，拆除前始发工作井端头地基加固与止水效果应良好；拆除时，应将洞门围护结构分成多个小块，从上往下逐个依次拆除，拆除作业应迅速连续。
④洞门围护结构拆除后，盾构刀盘应及时靠紧开挖面。
⑤盾构始发时应在洞口安装密封装置；盾尾通过洞口后，应尽早稳定洞口。
⑥盾构始发时，始发基座应稳定，盾构不得扭转；千斤顶应均匀顶进，反力架受力应均匀；负环脱出盾尾后，应立即对管片环向进行加固。
⑦盾构应在始发段50~m进行试掘进，并应根据地质情况、施工监测结果、试掘进经验等因素选用掘进参数。
(2)盾构正常掘进阶段应符合的要求：
①土压平衡盾构掘进，开挖土体应充满土仓，并应核算排土量和开挖量；泥水平衡盾构掘进，泥浆压力与开挖面水土压力、排土量与开挖量应保持平衡。掘进过程中，应采取防止螺旋输送机发生喷涌的措施。
②盾构掘进应随时监测和控制盾构姿态，使隧道轴线控制在设计允许偏差范围内。实施纠偏应逐环、小量纠偏，防止过量纠偏损坏已拼装管片和盾尾密封。
③盾构机不宜长时间停机，盾构刀具检查和更换地点应选择地质条件好、地层稳定的地段。在不稳定地层更换刀具时，应采取地层加固或压气法等稳定开挖面措施。维修刀盘应对刀盘前方土体采取加固措施或施作竖井。
④盾构设备应在机器停止操作时维修；液压系统维修前，应关闭相关阀门并降压，电气系统维修前，应关闭系统；空气和供水系统维修时，应关闭相应阀门并降压；刀盘、拼装机等旋转设备部件区域维修前，设备应停止运转。
(3)盾构到达接收阶段应符合的要求：
①盾构到达前应拆除洞门围护结构，拆除前，工作井端头地基承载力、止水应满足要求；拆除时应控制凿除深度，洞口应安装止水密封装置。
②盾构距到达接收工作井15m内，应调整掘进速度、开挖压力等参数，减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制出土量并监测土仓内压力。
③隧道贯通前10环管片应设置管片纵向拉紧装置，贯通后应快速顶推并迅速拼装管片。同时应加强同步注浆和二次补充注浆，盾尾通过洞口后应及时密封管片环与洞门间隙。
3.管片制作与拼装
(1)管片制作应符合的要求：
①钢筋混凝土管片模具应具有足够的承载能力、刚度、稳定性和良好的密封性能并符合管片精度要求，管片模具应定期进行检校。
②管片应先进行试生产，并随机抽取3环管片进行水平拼装检验，合格后方可正式生产。
③管片原材料、钢筋加工、混凝土浇筑和养护应符合相关规范和设计要求。钢筋混凝土管片不得有内外贯通裂缝和宽度大于0.2mm的裂缝及混凝土剥落现象。
④混凝土管片应进行检漏抽检测试，每生产环应进行水平拼装检验1次。
(2)管片拼装应符合的要求：
①应根据上一衬砌环姿态、盾构姿态、盾尾间隙等确定管片排序。
②应严格控制盾构机千斤顶的压力和伸缩量，并保持盾构姿态稳定。
③应根据拼装要求逐块拼装，并及时连结成环。
④管片连接螺栓质量和拧紧度应符合设计要求。
⑤拼装管片时应防止管片及防水密封损坏。
⑥对已拼装成环的衬砌环应进行椭圆度检查。
⑦在曲线段拼装管片时，应使管片环向定位准确，隧道轴线应符合设计要求。
⑧盾构管片拼装应设专人指挥；管片拼装和吊运范围内不得有人和障碍物；管片拼装时，拼装设备与管片连接应稳固，拼装完的管片应及时固定。
4.壁后注浆
盾构机掘进应进行同步注浆作业，为提高背衬注浆层的防水性及密实度，还应在同步注浆结束后进行补充注浆，注浆材料性能应符合设计要求。
壁后注浆应根据工程地质条件、地表沉降状况、环境要求、设计要求及设备情况等选择注浆方式和注浆参数。注浆压力应根据地质条件、注浆方式、管片强度、设备性能、浆液特性和隧道埋深等综合因素确定。
同步注浆注浆量、充填系数应根据地层条件、施工状态和环境要求确定，充填系数宜为1.30~2.50。注浆速度应根据注浆量、注浆压力和掘进速度确定。
补充注浆的注浆量应根据环境条件和沉降监测结果等确定，壁后应充填密实。
5.盾构施工运输
盾构施工运输应符合下列要求：
(1)皮带输送机机架应坚固、平顺；启动皮带输送机前应发出声光警示，并进行空载试转，各部位运转应正常，皮带应连接牢固、松弛度适中；应在达到额定转速后均匀装料，并设专人检查皮带运转情况。
(2)轨道应平顺，钢轨与轨枕间应牢固，轨枕和轨距拉杆应符合安装规定，并应设专人养护轨道。
(3)机车安全装置应可靠有效，机车行驶速度不得大于10km/h,经过转弯处或接近岔道时不得大于5km/h,靠近工作面m距离内不得大于3km/h,并应打铃警示，车尾接近盾构机台车时不得大于3km/h。
(4)机车在启动和行驶过程中应启动警铃、电喇叭等警示装置；开车前应前后检查，各类物件应平稳放置、捆绑牢固，不得超载、超宽和超长运输。
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