土压平衡盾构掘进施工

土压平衡盾构机是通过马达驱动刀盘旋转切削土体，同时盾构机液压千斤顶将盾构机向前推进，并向密封仓内加入塑流化改性材料，与开挖面切削下来的土体经过充分搅拌，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流体。同时通过伺服控制使盾构机推进速度与螺旋输送机向外排土的速度相匹配，经仓内塑流体向开挖面传递设定的平衡压力，实现盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向前推进。该掘进模式主要通过控制盾构推进速度和螺旋输送机的排土量来产生压力，并通过测量土仓内土压力来随时调整、控制盾构推进速度和螺旋输送机转速。

1、土仓压力控制

合理计算土仓压力。土仓压力上限值为地下水压力、静止土压力、被动土压力之和，下限为地下水压力、主动土压力、被动土压力之和。

盾构始发掘进阶段由于受到尾盾密封及洞门密封等因素的限制，土仓压力实际设定值不宜过高。

加固区土仓压力设定。始发端头一般采用高压旋喷桩、搅拌桩或注浆进行加固，加固范围沿隧道轴线方向不应小于３m，掘进土仓压力值可取 50～ 60kPa。根据地面监测情况，小范围内调整土仓压力设定值。

出加固区的土仓压力设定。盾构出加固区，在保证尾盾密封及洞门密封圈安全的条件下，逐步提高土仓压力设定值至理论计算值，并根据地面监测情况进行调整。

2、出渣量控制

每环理论出渣量为隧道断面面积、管片长度、渣土分散系数的乘积。盾构推进出渣量控制在 98%～102%之间。上部有建筑构造物时出渣量按 98%控制，减少出渣对原状土层的绕动。

应严格控制盾构机的超挖和负挖现象的产生。掘进过程中必须严格控制掘削量，发现超挖和负挖现象及时调整。掘进过程中要时刻记录出土速度和土仓压力，并对掘进段地表进行实时监测，当发现掘削发生骤变时，应立即进行分析，查明原因并及时调整有关参数，确保开挖面稳定。

在复杂地层盾构宜配置皮带出渣称量及自动记录装置，渣罐吊装龙门吊宜配置称量及自动记录装置，必要时可配置记录数据远程自动传输，提高控制出土数量的准确性。

3、推进速度

掘进速度及推力的选定应以保持土仓压力为目的，根据施工的实际情况确定并调整掘进速度及推力。一般情况下可取 25～45mm/min。上部分布有建（构）筑物时，应匀速推进，尽量减少盾构推进速度不均匀造成对土体的扰动。

4、渣土改良

4.1目的

使渣土具有较好的土压平衡效果，利于稳定开挖面，控制地表沉降。

使渣土具有较好的止水性，以控制地下水流失。

使切削下来的渣土顺利快速进入土仓，并利于螺旋输送机顺利排土。

对黏土地层盾构宜配置自动测温及自动记录装置，并保持记录的客观真实，及时采取措施防止土渣粘结刀盘而产生泥饼。

防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象。

有效降低刀盘扭矩及螺旋输送机扭矩，降低对刀具和螺旋输送机的磨损，提高盾构机掘进效率。

4.2方法

渣土改良方法包括向刀盘、土仓及螺旋输送机添加泡沫剂、膨润土泥浆和高分子聚合物等改良材料。具体为：

泡沫剂的使用

泡沫通过盾构机上的泡沫系统注入。泡沫的组成比例如下（一般为）：

泡沫溶液的组成：泡沫添加剂 3%，水 97%。

泡沫组成：90～95%压缩空气和 5～10%泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按开挖方量及渣土实际情况计算：一般 300～600L/m3。

膨润土泥浆的使用

配合比为：水:膨润土:粉煤灰:添加剂=4:1:1:0.1，加泥量为 5%～20%出土量，从刀盘前方注入。

高分子聚合物的使用

可与泡沫剂配合使用。在砂砾类地层中可按 2～5‰的比例稀释，注入率为 10～20%；在黏土类地层中可按 0.3～1‰的比例稀释，注入率为 25～40%。当与外加剂配合使用时，应酌量增减。

渣土改良措施

①在粉质粘土层、砂层掘进中，主要是稳定开挖面，防止刀盘产生泥饼，并降低刀盘扭矩。应采取分别向刀盘面和土仓内注入泡沫的方法进行渣土改良，必要时可向螺旋输送机内注入泡沫。同时，采用增大刀盘开口率等方法来防止泥饼形成。泡沫的注入量为每立方米渣土 300～600L。

②在砂性土地层中掘进时，由于土的摩擦力大、渗透系数高、地下水等原因，仅掘进切削的土体提供的被动土压力，不足以抵抗开挖面的水土压力；在粉土、细砂层虽然含水，但一经挤压，水分流失，砂层就会固结，土仓进土困难，掘进 时刀盘主推油压急剧增大，刀盘扭矩常不足以维持正常推进切削需要。为此应改 善砂质土的流塑性和止水性，从而达到保持土仓内的压力平衡及开挖土的流动性，以稳定开挖面，控制地层沉降。

5、渣土运输

开挖的土料从泥土仓由螺旋输送机运至皮带运输机上方的卸料口。皮带输送机从螺旋机卸料口下将渣土通过台车上部运至等待装渣的运渣车。空的运渣车依次在皮带运输机的卸料口下方位置装运渣土。利用挖机将渣坑中渣土装入能封闭的自卸式运输汽车，然后按照指定运输路线运至指定的弃土场。在出渣门口设置洗车槽，运输车辆出施工场地前进行清洗，以免泥土散落污染环境。

6、施工控制

施工前，必须根据隧道地质状况、埋深、地表环境、盾构姿态、施工监测结果制定当班盾构掘进施工指令，并准备好壁后注浆工作、管片拼装工作。

施工中必须严格按照盾构设备操作规程、安全操作规程以及当班的掘进指令控制盾构掘进参数与盾构姿态。

盾构施工过程必须做到注浆与掘进的同步进行，及时根据信息反馈情况调整注浆参数。

施工中必须设专人按规定进行监控量测，并及时反馈，指导施工。

施工过程中，严禁出现盾构姿态突变。防止横向偏差、纵向偏差和转动偏差的发生，用测量数据修正盾构状态，避免出现“蛇行”现象。

为保持开挖面的稳定性，应根据地层条件适当注入添加剂，确保渣土的流动性和止水性，同时要慎重进行压力仓压力和排土量的管理。

渣土的处理方式应与开挖、排土的方法和渣土性质相适应，配置满足计划掘进能力的排土设备，对污泥应选择适当的中间处理方法与设备。