摘自丨建筑技术杂志社
土压平衡盾构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而向前推进。土压平衡盾构属封闭式盾构。盾构另一个作用是能够承受来自地层的压力，防止地下水或流砂的入侵。 01 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，被切削下来的渣土充满泥土仓，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。 02 操作工艺 盾构掘进时泥土质量控制 、 1.泥土压力控制。盾构中的泥土压力可通过以下3种方式调节：（1）调节螺旋输送机的转数；（2）调节盾构千斤顶的推进速度；（3）两者组合控制。 2.泥土塑流性控制。泥土的塑流性可通过以下4种方法测试。（1）土仓内的土压。可通过设在盾构隔板上的土压计测定，是判断泥土塑流性的一种简洁方法。（2）盾构负荷。由掘削扭矩、螺旋输送机的扭矩等负荷的变化推定泥土的塑流性。（3）螺旋输送机的排土效率。泥土塑流性好的情况下，从螺旋输送机的转数算出的排土量与计算掘削土量的相关性较高。（4）排土形状测量。根据目测排土状况或者泥土取样的坍落度试验可以判定泥土的塑流性。 3.防止刀盘泥饼的形成：（1）土舱内水、土、气压力设定值不宜过高，应设法减小刀盘与正面岩土的挤压应力；（2）采取发泡剂等措施切断裂隙水的通道，防止地层中裂隙水涌入；（3）合理布设刀盘刀具，遇到塑性大、裂隙水丰富的风化岩土时，应及时拆除滚刀；（4）向刀盘正面压注一定量的发泡剂或润滑水，减小刀盘与正面土体的碾磨力，同时还可增加破碎的流塑性；（5）在土舱内加以适当的气压，提高螺旋输送机的排土能力。 盾构在不同地层中的施工 1.盾构在岩层中的施工 （1）合理利用超挖刀和中折千斤顶，以达到控制盾构机的姿态。 （2）孤石出现后立即停止推进并锁定千斤顶，防止盾构后退；若前方地层的自立性好，则先清空土舱内的泥土并建立气压平衡，随后作业人员通过人行闸进入土舱，对孤石进行粉碎；若地层自立性差或根本不能自立，则需先对土体进行加固处理，随后方可允许作业人员进舱工作。 2.盾构在不同地层分界面处的施工 （1）盾构由软土层进入全断面岩层，即由土压平衡态向气压或不加气压态过渡时，除适当降低土压设定值、增加同步注浆量、调整各区域油压差以及改变盾构千斤顶的合力位置外，还应放慢推进速度； （2）盾构由全断面岩层进入软土层，即由气压方式或不加压态，向土压平衡态过渡时，除适当通过土压设定值，减少同步注浆量外，还应通过盾构与设计轴线的相对坡度，调整各区域油压差，改变千斤顶的合力位置和方向，提高推进速度。 3.盾构穿越断裂带的施工 （1） 施工前应确切地掌握断裂带的分布状态，视实际情况对隧道顶部以上断裂带土层进行加固； （2） 盾构切口切入断裂带时，应考虑盾构正前方岩土性质的变化，对盾构姿态和出土量等参数作相应调整，以防止盾构产生下倾、上仰；为了抑制沉降和断裂带涌水的不利影响，应及时实施同步注浆； （3） 盾构穿越后，为确保隧道稳定，防止断裂带向盾构切口涌水，必须及时向隧道外周的断裂带土层进行背后注浆，以便切断切口的涌水道路； （4） 配备抽水泵及时抽去盾构掘削面上的积水，确保盾构高速掘进，严格控制螺旋输送机闸门开度，避免喷涌造成地层沉降。
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