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2020一级建造师《市政工程》考点预习汇总【二】
考点：盾构机选型要点
一、盾构类型与适用条件
(一)盾构类型
(1)按支护地层的形式分类，主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式、土压平衡支护式5种类型(见图1K413031-1)。
(2)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，密闭式盾构又可分为土压式(常用泥土压式)和泥水式两种。敞开式盾构按开挖方式划分，可分为手掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式三种
(3)按盾构的断面形状划分，有圆形和异型盾构两类，其中异型盾构主要有多圆形、马蹄形、类矩形和矩形，目前在国内轨道交通建设中，已有双圆马蹄形、矩形和类矩形盾构应用。
(二)盾构机的刀盘配置
盾构的刀盘主要由刀盘体、刀具、磨损检测器、搅拌棒、泡沫及膨润土管路等零部件组成。刀盘体由钢结构焊接而成，刀具可分为：滚刀、切刀、边缘刮刀、仿形刀、保径刀、先行刀、中心刀等。
刀盘是机械化盾构的掘削部件，刀盘结构应根据地质适应性的要求进行设计，以适合围岩条件，并保证开挖面稳定的前提下，提高掘进速度。刀盘设计时，应充分考虑刀盘的结构形式、支承方式、开口率、开口大小和分布、刀具的布置等因素。
(三)各种盾构对地质条件的适用性
当前，土压平衡盾构与泥水加压盾构已经成为盾构法隧道施工使用最多的盾构。
1. 土压平衡盾构
(1)土压平衡盾构(Earth Pressure Balance Shield)，简称EPB盾构。土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠推进千斤顶的推力给土仓内的开挖土渣加压，使土压作用于开挖面以使其稳定。土压平衡盾构的支护材料是土壤本身。土压平衡盾构由盾壳、刀盘、刀盘驱动、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、人仓、液压系统等组成。
(2)土压平衡盾构的工作原理如下：刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的渣车上。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进。盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围地层的土压、承受地下水的水压，并将地下水阻隔在盾壳外面。掘进、排土、预制管片拼装等作业在盾壳的掩护下进行。
(3)地质适应范围：
土压平衡盾构主要应用在黏稠土壤中，该类型土壤富含黏土、粉质黏土或淤土，具有低渗透性。这种土质在螺旋输送机内压缩形成防水土塞，使土仓和螺旋输送机内部产生土压力，来平衡掌子面的土压力和水压力。
土压平衡盾构用开挖出的土料作为支撑开挖面稳定的介质，对作为支撑介质的土料，要求其具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小。除软黏土外，一般土壤不完全具有这种特性，需进行改良。改良的方法通常为，加水、膨润土、黏土、 CMC(羧甲基纤维素钠)、聚合物或泡沫等，根据土质情况选用。
2. 泥水加压盾构
(1)泥水加压盾构也称泥水加压平衡盾构(Slurry Pressure Balance Shield)，简称SPB盾构。 泥水盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，装备刀盘及输送泥浆的送排泥管和推进盾构的推进油缸，在地面上还配有泥水处理设备。
(2)泥水盾构的构成，除了具有：刀盘驱动系统、推进系统、管片拼装系统、盾尾密封系统、液压系统、电气系统、同步注浆系统、外加剂注入等土压平衡盾构具有的系统外，还具有以下系统：
1)可调整泥浆物理性质，并将其送至开挖面，保持开挖面稳定的泥水循环系统;
2)综合管理排泥状态、泥水压力及泥水处理设备运转状况的综合管理系统;
3)泥水分离处理系统。
(3)泥水平衡盾构的开挖面支护原理：
泥水盾构利用循环悬浮液的体积对泥浆压力进行调节和控制，采用膨润土悬浮液(俗称泥浆)作为支护材料。开挖面的稳定是将泥浆送入泥水室内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜的张力保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。
(4)地质适应范围：
泥水盾构最初是在冲积黏土和洪积砂土交错出现的特殊地层中使用，由于泥水对开挖面的作用明显，因此在软弱的淤泥质土层、松动的砂土层、砂砾层、卵石砂砾层、砂砾和坚硬土的互层等地层中均适用。目前，泥水加压盾构工法对地层的适用范围不断扩大，即使处于恶化的施工环境和存在地下水等的不良条件下，由于有相应的处理方法，因而几乎能适应所有的地层。
二、盾构选型依据与原则
(一)选型依据
盾构选型依据应包括下列内容：
(1)工程地质和水文地质勘察报告。
(2)隧道线路及结构设计文件。
(3)施工安全、工程环境风险因素、场地条件、环保要求。
(4)施工环境及其保护要求。
(5)工期条件。
(6)辅助施工方法。
(7)类似工程施工经验。
(二)选型的基本原则
1.适用性原则
盾构的断面形状与外形尺寸适用于隧道断面形状与外形尺寸，种类与性能要适用工程地质与水文地质条件、隧道埋深、地下障碍物、地下构筑物与地面建筑物安全需要、地表隆沉要求等使用条件。若所选盾构不能充分满足上述使用条件，应增加相应的辅助工法，如压气工法、注浆工法等。
由于盾构具有较长使用寿命，可用于多项施工工程，因此应根据使用寿命期内预计的常用使用条件或最不利使用条件选型，以便具有较广泛的适用性。
2.技术先进性原则
技术先进性有两方面含义：一是不同种类盾构技术先进性不同，二是同一种类盾构由于设备配置的差异与功能的差异而技术先进性不同。
选择技术先进的盾构，一方面为了更好地适应建设单位当前及今后的工程施工要求，提高施工单位的市场竞争力;另一方面在合理使用寿命期内保持技术先进性。
技术先进性要以可靠性为前提，要选择经过工程实践验证、可靠性高的先进技术。
3.经济合理性原则
经济合理性是指，所选择的盾构及其辅助工法用于工程项目施工，在满足施工安全、质量标准、环境保护要求和工期要求的前提下，其综合施工成本合理。
(三)盾构选型的配置要求
三、盾构选型的基本程序
盾构选型应遵循基本原则，采取科学的方法，经过策划、调查、可行性研究、综合比选评价等步骤，按照可行的程序进行。
2020一级建造师《市政工程》考点预习【二】
考点：盾构施工条件与现场布置
一、盾构法施工条件
(一)盾构法施工适用条件与施工准备
(1)适用地层范围：除硬岩外的相对均质的地质条件，应该注意的是，广州等地区已经有采用复合盾构施工软硬不均地层的成功经验。
(2)隧道埋深：隧道应有足够的埋深，覆土深度不宜小于1D(洞径)。采用压气施工法和泥水加压盾构时，隧道覆土太浅，有冒顶的可能性;覆土最大也有限制，取决于盾构对地下水的抵御能力和衬砌的防水性能。
(3)地下水防治：采用密闭式盾构时，除了始发和接收区以及开仓换刀时需要之外，一般不需要辅助施工法。
(4)截面形状：标准形状为圆形。也可采用异形截面。
(5)截面大小：除地铁盾构常用的Ф6~Ф7m左右的直径外，在上海地铁和北京地铁有分别应用直径Ф11.58m和Ф10.22m泥水盾构同时建造地铁上、下行线的实例，在北京地区也有应用直径Ф10.22m土压平衡盾构同时建造地铁上、下行线的实例。目前，国内在软土地区施工直径至Ф15.43m的大型泥水盾构技术已经非常成熟。
(6)急转弯施工：有曲线半径/盾构外径之比为3~5的施工实例。
(7)对环境的影响：接近既有建(构)筑物施工时，有时需要辅助措施;除工作井部分外，对道路交通影响较小;振动、噪声一般限制在工作井洞口附近，可用隔音墙防护。
(二)施工准备
1. 前期调查
(1)施工前，应对施工地段的工程地质和水文地质情况进行调查，必要时应补充地质勘察。
(2)对工程影响范围内的地面建(构)筑物应进行现场踏勘和调查，对需加固或基础托换的建(构)筑物应进行详细调查，必要时应进行鉴定，并应提前作好施工方案 。
(3)对工程影响范围内的地下障碍物、地下构筑物及地下管线等应进行调查，必要时应进行探查。
(4)根据工程所在地的环境保护要求，应进行工程环境调查。
(5)盾构设备用电引入条件调查。
2. 技术准备
隧道施工前，应具备下列资料：
(1)工程地质和水文地质勘察报告。
(2)隧道沿线环境、建(构)筑物、地下管线和障碍物等的调查情况。
(3)施工所需的设计图纸资料和工程技术要求文件。
(4)工程施工有关合同文件。
(5)施工组织设计。
(6)拟使用盾构的相关资料。
3. 工作井位置和施工方法选择
采用盾构法施工时，一般需在盾构掘进的始端和终端设置工作井，按工作井的用途，分为盾构始发工作井和接收工作井，而在竣工后多被用作地铁车站、排水、通风等永久性结构。工作井位置选择要考虑不影响地面社会交通，对附近居民的噪声和振动影响较少，且能满足施工生产组织的需要。工作井应根据地质条件和环境条件，应选择安全经济和对周边影响小的施工方法，通常采用明挖法施工。
4. 工作井断面尺寸确定
始发工作井平面尺寸应根据盾构安装的施工要求来确定。井壁上设有盾构始发洞口，井内设有盾构基座和反力架。始发工作井的长度应大于盾构主机长度3m，宽度应大于盾构直径3m以上;接收工作井的平面内净尺寸应满足盾构接收、解体和调头的要求;始发、接收工作井的井底板应低于始发和到达洞门底标高，并应满足相关装置安装和拆卸所需的最小作业空间要求。始发工作井尺寸应满足电瓶车出土吊装及管片吊装和人员下井楼梯安装的要求。
5. 掘进前准备
盾构设备组装调试完成，开始掘进施工前，应完成下列工作：
(1)复核各工作井井位里程及坐标、洞门钢环制作精度和安装后的高程和坐标。
(2)盾构基座、负环管片和反力架等设施及定向测量数据的检查验收。
(3)管片及辅助材料储备。
(4)盾构掘进施工的各类报表。
(5)洞口土体加固和洞门密封止水装置检查验收。
二、盾构施工现场布置
(一)施工现场布置基本要求
(1)施工现场布置应根据合同工期和施工进度的要求，在规定的施工区域内正确处理施工期间所需各项设施之间的空间关系。
(2)在施工用地范围内，对施工现场的道路交通、材料仓库、材料堆场、临时房屋、大型施工设备、集土(泥)坑、拌浆系统、临时水电管线、消防器材垂直运输设备等做出合理的规划布置。
(二)施工现场平面布置与施工设施设置
1.施工现场平面布置
主要包括盾构工作井、工作井防雨棚及防淹墙、垂直运输设备、管片堆场、管片防水处理场、拌浆站、料具间及机修间、同步注浆和土体改良泥浆搅拌站、两回路的变配电间等设施以及进出通道等。
2.施工设施设置
(1)工作井施工需要采取降水措施时，应设相当规模的降水系统(水泵房)。
(2)采用气压法盾构施工时，施工现场应设置空压机房，以供给足够的压缩空气。
(3)采用泥水平衡盾构施工时，施工现场应设置泥浆处理系统(中央控制室)、泥浆池。
(4)采用土压平衡盾构施工时，应设置电机车电瓶充电间等设施。
三、盾构的组装调试与现场验收
(一)盾构的组装与调试
(1)组装前应完成下列准备工作：
1)根据盾构部件情况和场地条件，制定组装方案。
2)根据部件尺寸和重量选择起重设备，同时应根据场地条件选择组装设备。
3)核实起吊位置的地基承载力。
(2)盾构组装应按安全操作规程和组装方案进行。
(3)现场应配备消防设备，明火、电焊作业时，必须有专人负责。
(4)组装后，应先进行各系统的空载调试，然后应进行整机空载调试。
(二)盾构现场验收
(1)盾构现场验收应满足盾构设计的主要功能及工程使用要求，验收项目应包括下列内容：
1)盾构壳体。
2)刀盘。
3)管片拼装机。
4)螺旋输送机(土压平衡盾构)。
5)皮带输送机(土压平衡盾构)。
6)泥水输送系统(泥水平衡盾构)。
7)泥水处理系统(泥水平衡盾构)。
8)同步注浆系统。
9)集中润滑系统。
10)液压系统。
11)饺接装置。
12)电气系统。
13)渣土改良系统。
14)盾尾密封系统。
(2)盾构各系统验收合格并确认正常运转后，方可开始掘进施工。
(3)盾构现场验收时应记录运转状况，并应进行评估，满足技术要求后方可验收。
2020一级建造师《市政工程》考点预习【三】
考点：盾构施工阶段划分及始发与接收施工技术
一、盾构施工阶段划分
盾构施工一般分为始发、正常掘进和接收三个阶段。
始发是指盾构自始发工作井内盾构基座上开始掘进，到完成初始掘进(通常50～100m)止。
始发结束后要拆除临时管片、临时支撑和反力架，分体始发时还要将后续台车移入隧道内，以便后续正常掘进。
接收是指自掘进距接收工作井100m到盾构到达接收工作井内接收基座上止。
从施工安全的角度讲，始发与接收是盾构法施工两个重要阶段。为保证盾构始发与接收施工安全，洞口土体加固施工必须满足设计要求。
二、洞口土体加固技术
盾构法隧道施工中，洞门土体加固是盾构始发、到达技术的一个重要组成部分，洞门土体也是盾构始发、到达事故多发地带。因此，合理选择洞门土体加固施工工法和必要的加固监测，是保证盾构法隧道顺利施工的非常重要的环节。
(一)洞门土体加固的作用
(1)盾构从始发工作井进入地层前，首先应拆除始发工作井洞门处的围护结构，以便将盾构推入土层开始掘进;盾构到达接收工作井前，亦应先拆除洞门处工作井的围护结构，以便盾构进入接收工作井。
(2)由于拆除洞口围护结构后，在坑外水土压力作用下，会导致洞口土体失稳和地下水涌入工作井，且盾构在始发掘进的一段距离内或到达接收洞口前的一段距离内难以建立起土压(土压平衡盾构)或泥水压(泥水平衡盾构)以平衡开挖面的土压和水压。因此，拆除洞口围护结构前必须对洞口土体进行加固，通常在工作井施工过程中实施。
(3)拆除洞口围护结构及盾构掘进通过加固区域时，防止地层变形，进而引起工作井周边地面建筑物及地下管线等破坏。
(二)常用的洞口土体加固方法
(1)盾构工作井洞口土体加固与一般地基加固的不同之处是不仅仅要有强度要求，还要有渗透性要求，在此基础上，还要考虑经济性要求。这主要由加固范围、加固方法等的选择来决定。
对于地铁盾构隧道，始发与到达端地层加固范围一般为隧道衬砌轮廓线外左右两侧各3.0m、顶板以上3.0m、底板以下3.0m，并根据盾构直径增大而增大。加固长度根据土质而定，富水地层加固长度必须大于盾构本体长度2m及以上(刀盘+盾壳)。
(2)常用的加固有化学注浆法、砂浆回填法、深层搅拌法、高压旋喷注浆法、冷冻法等。国内较常用的是深层搅拌法、高压旋喷注浆法、冷冻法(冷冻法常用的是垂直冷冻法，也可以采用垂直冻结与水平冻结相结合的方式)，具体见图 1K413033-1。近期，在工作井围护采用盾构直接切削GFRP(玻璃纤维)筋地下连续墙以及与加固方法相合的钢套筒法在高水压地层也有应用。
(3)冻结法有造价高、解冻后存在沉降等缺点，旋喷桩加固虽然效果好，但其造价远高于深层桩。所以，除工作井较深、洞门处土层为水头较高的承压水层外，洞门土体加固较为广泛采用的是深层搅拌法，并在搅拌桩加固体与连续墙间无法加固的间隙处，用旋喷法进行补充加固。
(三)洞口土体加固的风险防控和处理
(1)洞口土体加固最常见的问题有两点：一是加固效果不好，造成开洞门时土体坍塌;二是加固范围不当，造成始发时水土流失。在盾构掘进至到达工作井时，一种常见的风险事故是洞门处位于承压水地层时，由于加固体长度过短，水土沿着盾构外侧涌入到达工作井。
(2)洞口土体加固的效果不好是始发过程中经常遇到的施工问题。采取的主要措施是必须根据洞口处土体情况选择合理的加固方法，而且要加强过程控制，特别要严格控制加固施工参数。对于加固区与始发井形成的间隙要采取有效方法封堵处理。
(3)出现开洞门失稳现象时，在小范围的情况下可采用边破除洞门混凝土，边喷素混凝土的方法对土体临空面进行封闭。如果土体坍塌失稳情况严重时，只有封闭洞门重新加固。
(4)加固后地层应具有良好的均匀性和整体性，在凿除洞门后能够自稳，且具有低渗透性。洞口土体加固完成后，应进行钻孔取芯试验以检查效果。在加固区钻水平孔和垂直孔检查渗水量，水平孔分布于盾构隧道上、下、左、右部和中心处各一个，深8m，其渗透系数≤1.0 X 10-8cm/s，其渗水量总计不大于10L/min。垂直孔在加固区前端布置2个，在施工中钻孔误差较大的部位布设1个;其渗水量不大于2L/min。检查孔使用后，采用低强度水泥砂浆封孔。
三、盾构始发施工技术要点
(一)盾构始发施工流程
盾构始发是盾构施工的关键环节之一，其主要内容包括：始发前工作井端头的地层加固、安装盾构始发基座、盾构组装及试运转、安装反力架、凿除洞门临时墙和围护结构、安装洞门密封、盾构姿态复核、拼装负环管片、盾构贯入作业面建立土压(针对土压平衡盾构施工)和试掘进等。
(二)初始掘进长度的确定
决定初始掘进长度的因素有两个：一是衬砌与周围地层的摩擦阻力，二是后续台车长度。
(三)始发掘进施工要点
(1)盾构前如需破除洞门，应在条件验收后进行。
(2)始发前，应对洞口土体加固进行质量检查，合格后方可始发掘进;应制定洞门围护结构破除方案，并应采取密封措施保证始发安全。
(3)始发前，反力架应进行安全验算。
(4)始发时，应对盾构姿态进行复核。
(5)当负环管片定位时，管片环面应与隧道轴线相适应。拆除前，应验算成型隧道管片与地层间的摩擦力，并应满足盾构掘进反力的要求。
(6)当分体始发时，应保护盾构的各种管线，及时跟进后配套设备，并应确定管片拼装、壁后注浆、出土和材料运输等作业方式。
(7)盾尾密封刷进入洞门结构后，应进行洞门圈间隙的封堵和填充注浆。注浆完成后方可掘进。
(8)初始掘进过程中应控制盾构姿态和推力，加强监测，并应根据监测结果调整掘进参数。
四、盾构接收施工技术要点
(一)盾构接收施工流程
盾构接收一般按下列程序进行：洞门凿除→接收基座的安装与固定→洞门密封安装→到达段掘进→盾构接收。
接收设施包括盾构接收基座(也称接收架)、洞门密封装置。接收架一般采用盾构始发架。
(二)盾构接收施工的主要内容
(1)接收井洞口土体加固。
(2)在盾构贯通之前100m、50m处分两次对盾构姿态进行人工复核测量。
(3)接收洞门位置及轮廓复核测量。
(4)根据前两项复测结果确定盾构姿态控制方案并进行盾构姿态调整。
(5)盾构接收架准备。
(6)接收洞门凿除。
(7)靠近洞门最后10～15环管片拉紧。
(8)贯通后刀盘前部渣土清理。
(9)盾构接收架就位、加固。
(10)洞门防水装置安装及盾构推出隧道。
(11)洞门注浆堵水处理。
(12)制作连接桥支撑小车、分离盾构主机和后配套机械结构连接件。
(三)接收施工要点
(1)盾构接收可分为常规接收、钢套筒接收和水(土)中接收。
(2)盾构接收前，应对洞口段土体进行质量检查，合格后方可接收掘进。
(3)当盾构到达接收工作井100m时，应对盾构姿态进行测量和调整。
(4)当盾构到达接收工作井10m内，应控制掘进速度和土仓压力等。
(5)当盾构到达接收工作井时，应使管片环缝挤压密实，确保密封防水效果。
(6)盾构主机进入接收工作井后，应及时密封管片环与洞门间隙。
2020一级建造师《市政工程》考点预习【四】
考点：盾构掘进技术
一、土压平衡盾构掘进
(一)土压平衡式掘进特点
土压平衡盾构，是将开挖下来的土砂充满到开挖面和隔板之间泥土仓，根据需要在其中注入改良材料，用适当的土压力确保开挖面的稳定性。通过贯穿隔板设置的螺旋输送机，可在推进的同时进行排土。在施工时，必须在开挖两层隔板之间充满土砂，对其进行加压达到满足开挖面的稳定需要的状态。为了获得适合于盾构推进量的排土量，要对土压力和出土盘进行计量，对螺旋式排土器的转数和盾构的推进速度进行控制，达到平衡状态，同时，还要掌握刀盘扭矩和推力等，进行正确的控制管理以防止开挖面的松动和破坏。
(二)土仓压力管理
(1)在土压平衡盾构的施工中，为了确保开挖面的稳定，要适当地维持压力舱压力。一般，如果土仓压力不足，发生开挖面的涌水或坍塌风险就会增大。如果压力过大，又会引起刀盘扭矩或推力的增大而发生推进速度下降或地面隆起等问题。
(2)土仓压力管理的基本思路是：作为上限值，以尽量控制地表面的沉降为目的而使用静止土压力;作为下限值，可以允许产生少量的地表沉降，但可确保开挖面的稳定为目的而使用主动土压力。
(3)掌握开挖面的稳定状态，一般是用设置在隔板上的土压计来确定土仓压力。
(4)推进过程中，土仓压力维持有如下的方法：
①用螺旋排土器的转数控制;
②用盾构千斤顶的推进速度控制;
③两者的组合控制等。
通常盾构设备采用组合控制的方式。
(5)要根据各施工条件实施良好的管理。另外，需要确认伴随推进所产生的地基的变形、排土状态、刀盘扭矩以及其变化情况，及时在推进中修正土仓压力。
(三)排土量管理
(1)为了一边保持开挖面的稳定一边顺利地进行推进，则需要适量地进行排土，以维持排土量和推进量相平衡。可是，由于围岩的重度在掘进中会有一定的波动，以及受添加剂的种类、添加量或排土方式等因素的影响，排出渣土的重度也会发生变化，所以要恰当地掌握排土量是比较困难的。另外，作为排土，其状态可在半固体状态到流体状态之间变化，其性状是各种各样的。因此，仅单独根据排土量的管理来控制开挖面坍塌或地基沉降是困难的，最好是根据压力舱的压力管理和开挖土量管理同时进行。
(2)排土量管理的方法可大致分为容积管理法和重量管理法。作为容积管理法，一般是采用计算渣土搬运车台数的方法或从螺旋排土器转数等进行推算。重量管理法，一般是用渣土搬运车重量进行验收。计算渣土搬运车台数的方法是一种粗略式的估计，由于应用简便，在现场使用较多。
(四)渣土改良
土压平衡盾构的渣土排出量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适的支撑压力值，使掘进机的工作处于最佳状态。当通过调节螺旋输送机的转速仍不能达到理想的出土状态时，可以通过改良渣土的塑流状态来调整。
(1)改良渣土的特性：
在土压平衡工况模式下渣土应具有以下特性：
1)良好的塑流状态。
2)良好的黏稠度。
3)低内摩擦力。
4)低透水性。
(2)当渣土满足不了这些要求时，需通过向刀盘、土仓内及螺旋输送机内注入改良材料对渣土进行改良，常用的改良材料是泡沫或膨润土泥浆。
(五)土压平衡盾构掘进要点
(1)开挖渣土应充满土仓，渣土形成的土仓压力应与刀盘开挖面外的水土压力平衡，并应使排土量与开挖土量相平衡。
(2)应根据隧道工程地质和水文地质条件、埋深、线路平面与坡度、地表环境、施工监测结果、盾构姿态以及始发阶段的经验，设定盾构刀盘转速、掘进速度和土仓压力等掘进参数。
(3)掘进中应监测和记录盾构运转情况、掘进参数变化和排出渣土状况，并应及时分析反馈，调整掘进参数和控制盾构姿态。
(4)应根据工程地质和水文地质条件，向刀盘前方及土仓注入改良剂，渣土应处于流塑状态。
二、泥水加压盾构掘进
(一)泥水加压式掘进特点
(二)泥水仓压力管理
(三)排土量管理
为了一边保持开挖面的稳定一边顺利地推进开挖，开挖时需要使排出和开挖的土量相平衡。泥水加压盾构施工，一般是从设置在送泥管和排泥管上的流量计和密度计取得数据，通过计算求出偏差流量和开挖干砂量，以把握开挖面的状态。 这一方法也可用来推断围岩的地质变化，为此要对前几环的偏差流量和开挖干砂量进行统计计算。
(四)泥水处理系统和仓内破碎技术
(1)开挖下来的土、砂在泥水仓内经搅拌翼等搅拌混合，通过排泥管道输送到地面。运到地面的泥浆，用一次分离装置，除去砾、砂等;粉砂、黏土等添加凝固材料等形成块(团粒)。在此基础上，用机械处理或其他的方法，从泥浆中分离出固粒与砾、砂等排出、运走。分离后剩余的泥浆，加上水、黏土、蒙脱土、增黏剂等，调整相对密度、浓度、黏性、 再被输送到开挖面循环利用。
(2)泥水加压盾构维持开挖面稳定的关键是在开挖面形成高质量的泥膜。因此，要对排泥管排出的泥水进行处理，处理后的泥水经调整后再通过送泥管泵入泥水仓。
(3)对于大粒径的砾石，需要用安装在泥水仓内的破碎机粉碎。另外，对于无法进入刀盘开口的砾石，通过刀盘上的滚刀破碎处理 。
(五)泥水加压盾构掘进要点
(1)泥浆压力与开挖面的水土压力应保持平衡，排出渣土量与开挖渣土量应保持平衡，并应根据掘进状况进行调整和控制。
(2)应根据工程地质条件，经试验确定泥浆参数，应对泥浆性能进行检测，并实施动态管理。
(3)应根据隧道工程地质与水文地质条件、隧道埋深、线路平面与坡度、地表环境、施工监测结果、盾构姿态和盾构始发阶段的经验，设定盾构刀盘转速、掘进速度、泥水仓压力和送排泥水流量等掘进参数。
(4)泥水管路延伸和更换，应在泥水管路完全卸压后进行。
(5)泥水分离设备应满足地层粒径分离要求，处理能力应满足最大排渣量的要求，渣土的存放和运输应符合环境保护要求。
三、管片拼装控制
(一)拼装方法
1.管片选型
2.拼装顺序
3.盾构千斤顶操作
4.紧固连接螺栓
5.楔形管片安装方法
6.复紧连接螺栓
(二)真圆保持
管片拼装呈真圆，并保持真圆状态，对于确保隧道尺寸精度、提高施工速度与止水性及减少地层沉降非常重要。
管片环从盾尾脱出后，到注浆浆体硬化并将管片间隙填充密度，达到约束管片变形的条件时，多采用真圆保持装置。
(三)管片拼装施工要点
(1)管片拼装前，应对上一衬砌环面进行清理。
(2)应控制盾构推进千斤顶的推力和行程，并应保持盾构姿态和开挖面稳定。
(3)应根据管片位置和拼装顺序，逐块依次拼装成环。
(4)管片连接螺栓紧固扭矩应符合设计要求。管片拼装完成，脱出盾尾后，应对管片螺栓及时复紧。
(5)拼装管片时，应防止管片及防水密封条损坏。
(6)对已拼装成环的衬砌环应进行椭圆度抽查。
(7)当盾构在既有结构内空推并拼装管片时，应合理设置导台，并应采取措施控制管片拼装质量和壁后填充效果。
(8)当在富水稳定岩层掘进时，应采取防止管片上浮、偏移或错台的措施。
(9)当在联络通道等特殊位置拼装管片时，应根据特殊管片的设计位置，预先调整盾构姿态和盾尾间隙，管片拼装应符合设计要求。
(四)管片拼装误差及其控制
管片拼装时若管片间连接面不平行，导致环间连接面不平，则拼装中的管片与已拼管片的角部呈点接触或线接触，在盾构千斤顶推力作用下管片易发生碎裂(见图1K413034-4)。为此，拼装管片时，各管片连接面要拼接整齐，连接螺栓要充分紧固。
(五)管片修补
当已拼装完成的钢筋混凝土管片表面出现一般缺陷时，应及时修补。修补后质量应符合验收要求。
管片修补时，应分析管片破损原因及程度，制定修补方案。修补材料强度不应低于管片强度。
四、壁后注浆
壁后注浆是向管片与围岩之间的空隙注入填充浆液，向管片外压浆的工艺，应根据所建工程对隧道变形及地层沉降的控制要求来确定。根据工程地质条件、地表沉降状态、环境要求及设备性能等选择注浆方式。注浆过程中，应采取减少注浆施工对周围环境影响的措施。
五、隧道姿态控制
线形控制的主要任务是通过控制盾构姿态，使构建的衬砌结构几何中心线线形顺滑，且位于偏离设计中心线的容许误差范围内。
2020一级建造师《市政工程》考点预习【五】
考点：盾构法施工地层变形控制措施
一、近接施工与近接施工管理
(1)新建盾构隧道穿越或邻近既有地下管线、交通设施、建(构)筑物(以下简称既有结构物)的施工被称为近接施工。
在城市中近接施工不可避免，且随着地下空间的开发利用会日益增多。因此，盾构施工必须考虑控制影响区域的地层变形，采取有效的既有结构物保护措施。
(2)近接施工管理：
1)盾构近接施工会引发地层变形，对既有结构物会造成不同程度的有害影响;因此有必要采取系统性措施控制地层变形以保护既有结构物。首先，应详细调查工程条件、地质条件、环境条件(即既有结构物现况与安全要求)，在调查的基础上进行分析与预测、制定防护措施;其次，制定专项施工方案;最后，施工过程中通过监控量测反馈指导施工而确保既有结构物安全。
二、地层变形与既有结构物变位与变形
(一)地层变形原因和阶段
(1)盾构掘进时，引起地层变形的主要原因大致有以下几个：
1)开挖面的土、水压力与盾构压力仓压力不均衡，引起前方地表沉降或隆起。
2)由于盾壳摩擦和曲线推进及纠偏对围岩产生扰动，引起地层沉降或隆起。
3)壁后同步注浆不及时或不充分，导致盾尾空隙的发生，引起地层沉降。
4)由于接头螺栓紧固不足等原因引起一次衬砌的变形及变位，从而增大地层下沉。
5)开挖或衬砌渗漏导致地下水位下降，引起地层固结沉降。
三、盾构掘进地层变形控制措施
由于盾构掘进引起地层变形的原因不同，各阶段的机理也不相同，因此必须有针对性地采取控制措施。
(1)防止开挖面的土水压力不均衡引起变形的措施：
土压平衡盾构可通过调整推进速度与螺旋出土器的转速，使压力舱压力与开挖面土水压力相对应。另外，根据需要注入适当的添加剂增加开挖土体的塑流性。
泥水加压盾构可根据开挖面土层的透水性来调整泥浆特性，并仔细进行泥浆管理，使压力舱压力始终对应于开挖面的土水压力。实施这些开挖面稳定管理的同时，还应根据需要研究相应的辅助施工方法以保证围岩的稳定。
(2)减小盾构穿越过程中围岩变形的措施：控制好盾构姿态，避免不必要的纠偏作业。出现偏差时，应本着“勤纠、少纠、适度”的原则操作。纠偏时或曲线掘进时需要超挖，应合理确定超挖半径与超挖范围，尽可能减少超挖。土压平衡盾构在软弱或松散地层掘进时，盾构外周与周围土体的黏滞阻力或摩擦力较大时，应采取减阻措施。
(3)减小盾尾脱出导致地层变形的措施：用同步注浆方式，及时填充尾部空隙;根据地质条件、工程条件等因素，合理选择单液注浆或双液注浆，正确选用注浆材料与配合比，以便及时稳定住拼装好的衬砌结构;加强注浆量与注浆压力控制;及时进行二次注浆。
(4)防止衬砌引起变形的措施：为了防止管片环变形，必须使用形状保持装置等来确保管片组装精度，同时充分紧固接头螺栓。
(5)防止开挖或衬砌渗漏导致地下水位下降的措施：为了防止从管片接头、壁后注浆孔等部位漏水，必须精细地进行管片组装及防水作业。
四、地层变形的预测和施工监测
(1)为了减少地层变形，推进前应根据过去的施工经验和有限单元法等进行预测，以预测结果为依据设定土仓压力或泥水仓压力管理基准值。同时，在推进时，要在隧道中心线上及其两侧范围内设定变形监测点，根据变形监测结果适时地调整管理基准值。这­一过程在盾构掘进施工管理中是很重要的。
(2)地面和隧道内监测点宜在同一断面布设;盾构通过后，处于同一断面内的监测数据应同步采集，并应收集同期盾构掘进参数。
(3)施工监测项目应符合表1K413035的规定。当穿越水域、建(构)筑物及其他有特殊要求地段时，应根据设计要求确定。
(4)竖向位移监测可采用水准测量方法，水准基点应埋设在变形影响范围外，且不得少于3 个;水平位移监测可采用边角测量或卫星定位等方法，并应建立水平位移监测控制网，水平位移监测控制点宜采用具有强制对中装置的观测墩和照准装置;当采用物理传感器监测时，传感器埋设应符合仪器埋设规定和监测方案的规定;当竖向位移监测采用静力水准测量方法时，静力水准的埋设、连接、观测、数据处理等应符合国家现行相关标准要求，测量精度应与水准测量要求相同。
【案例1K413035】
1.背景
某地铁隧道盾构法施工，隧道穿越土层有黏土、粉土、细砂、小粒径砂卵石、含有上层滞水，覆土厚度8~14m，采用土压平衡盾构施工。施工项目部依据施工组织设计在具备始发条件后开始隧道施工，掘进过程中始终按施工组织设计规定的各项施工参数执行。
施工过程中发生以下事件：
事件一：拆除始发工作井洞口围护结构后发现洞口土体渗水，洞口土体加固段掘进时地表沉降超过允许值。
事件二：在细砂、砂卵石地层中掘进时，土压计显示开挖面土压波动较大;从螺旋输送机排出的土砂坍落度较低。
【问题】
(1)施工项目部依据施工组织设计开始隧道施工是否正确?如不正确，写出正确做法。
(2)掘进过程中始终按施工组织设计规定的各项施工参数执行是否正确?如不正确，写出正确做法。
(3)分析事件一发生的主要原因以及正确的做法。
(4)分析事件二发生的主要原因以及应采取的对策。
【参考答案】
(1)不正确。根据住房和城乡建设部《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》(建质[2009]87号)的规定，盾构工程属于危险性较大的分部分项工程，开工前施工单位必须编制专项施工方案，并应组织专家对专项方案进行论证。
(2)不正确。首先，在初始掘进过程中应根据收集的盾构掘进数据(推力、刀盘扭矩等)及地层变形量测量数据，判断土压(泥水压)、注浆量、注浆压力等设定值是否适当，及时进行调整，并通过测量盾构与衬砌的位置，及早把握盾构掘进方向控制特性，为正常掘进控制提供依据。其次，由于掘进过程中地层条件、覆土厚度等差异很大，应根据实际情况适时调整施工参数。最后，根据反馈的监控量测数据及时调整相关的施工参数。
(3)事件一发生的主要原因是洞口土体加固效果不满足要求。正确做法是：
1)根据地质条件、地下水位、盾构种类与外形尺寸、覆土深度及施工环境条件等，明确加固目的后，合理确定加固方法与加固范围;本案例的加固目的，既要加固又应止水。
2)拆除洞口围护结构前要确认洞口土体加固效果，必要时进行补注浆加固。
(4)事件二发生的主要原因是塑流化改良效果欠佳。应采取的对策主要有：
1)选择适宜的改良材料，并适当提高添加比例。
2)开挖面土压波动大的情况下，开挖面一般不稳定，此时应加强出土量管理。
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