盾构隧道施工原理及方法讲课.ppt

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1、盾构隧道施工原理及方法 石家庄铁道学院土木分院地下工程系 朱 永 全1.盾构法的基本含义盾构法的基本含义 盾构施工法是盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进，在护盾使用盾构机在地下掘进，在护盾的保护下，在机内安全的进行开挖和衬砌作业，从而的保护下，在机内安全的进行开挖和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法构筑成隧道的施工方法”。按照这个定义，盾构施工。按照这个定义，盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成。法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成。一、盾构法施工的原理及方法一、盾构法施工的原理及方法 盾构法施工的概貌如图盾构法施工的概貌如图5-5-15-5-1所示。在隧道的一端建

2、所示。在隧道的一端建造竖井或基坑，将盾构安装就位，盾构从竖井或基坑造竖井或基坑，将盾构安装就位，盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的孔壁推进。井或基坑的孔壁推进。盾盾构构推推进进中中所所受受到到的的地地层层阻阻力力，通通过过盾盾构构千千斤斤顶顶传传至至盾盾构构尾尾部部已已经经拼拼装装好好的的衬衬砌砌管管片片上上。盾盾构构机机是是这这种种施工方法中主要的施工机具。施工方法中主要的施工机具。图 5-5-1 盾构法施工概貌图车站碴土储舱和料斗龙门吊车泥浆处理设备竖井皮带运输机盾构机螺旋输送机管片运输车泥浆注入车斗车电瓶

3、车2.2.盾构法施工的原理和过程盾构法施工的原理和过程3.3.密封式密封式(平衡平衡)盾构机的组成盾构机的组成盾构机组成(2)压力舱压 力 测试搅拌系统压力控制加浆系统(3)排土、排泥系统排土器排浆管路搅拌装置加浆装置(4)推进装置千斤顶选型和配置工作速度安全锁总推力千斤顶行程压力垫盾 构 机通用装置轴承止水带(1)刀 盘超挖装置刀盘开口旋转速度形 式润滑装置刀 头旋转力矩支承方式(6)附属装置盾尾止水装置壁后注浆装置开挖面崩坏探测装置锁定装置测量装置后方台车接头装置起重臂真圆保护(5)管片组装装置油压机油油压机油压管路(7)油压装置KBBA管 片AAA管片的组装顺序K管片(封顶块)的嵌入半径

4、方向插入型BKKBBB盾构机是根据每一施工区段设计的专用设备盾构机是根据每一施工区段设计的专用设备盾构施工不可退后盾构施工不可退后对施工的要求精度高对施工的要求精度高占用的施工场地小占用的施工场地小对邻近建筑物的影响小对邻近建筑物的影响小对周围环境的影响较小对周围环境的影响较小2.盾构施工的特点盾构施工的特点 初期的盾构法是用手掘式或机械开挖式盾构机，初期的盾构法是用手掘式或机械开挖式盾构机，结合使用压气施工方法保证开挖面稳定，进行开挖，结合使用压气施工方法保证开挖面稳定，进行开挖，在地下水较丰富的地区，用注浆法进行止漏，而对在地下水较丰富的地区，用注浆法进行止漏，而对软弱地层，则采用掌子面封

5、闭式施工。经过多年对软弱地层，则采用掌子面封闭式施工。经过多年对盾构技术的研究开发和应用，已演变成现在非常盛盾构技术的研究开发和应用，已演变成现在非常盛行的泥水平衡式和土压平衡式两种盾构机。这两种行的泥水平衡式和土压平衡式两种盾构机。这两种机型的最大优点是在开挖功能中考虑了稳定开挖面机型的最大优点是在开挖功能中考虑了稳定开挖面的措施，将盾构施工法中的三大要素的前两者联系的措施，将盾构施工法中的三大要素的前两者联系融为一体，无需辅助施工措施。并通过使用不同类融为一体，无需辅助施工措施。并通过使用不同类型的型的刀具刀具刀具刀具，就能适应地质情况变化范围较广的地质，就能适应地质情况变化范围较广的地质

6、条件。条件。5.盾构机和盾构法的发展史盾构机和盾构法的发展史 砾石、岩石等硬质围岩时的刀头大砾石、岩石时多采用刀轮式刀头刀头的固定方式焊接螺栓式插入式焊接式 盾盾构构法法施施工工开开挖挖面面稳稳定定技技术术的的历历史史，是是从从压压气气施施工工法法的的“气气”演演变变到到泥泥水水式式的的“水水”和和土土压压式式的的“土土”。“开开挖挖面面稳稳定定”和和“盾盾构构开开挖挖”的的技技术术已已达达到到较较完完善善的的地地步步。目目前前盾盾构构一一般般指指密密封封式式泥泥水水平平衡衡式式和土压平衡式盾构。和土压平衡式盾构。最近，盾构技术的发展动向是：开发了超大断最近，盾构技术的发展动向是：开发了超大断

7、面的盾构机和面的盾构机和MFMF盾构机以及盾构机以及DOTDOT盾构机等多断面盾盾构机等多断面盾构机，加上在衬砌和开挖方面使用了构机，加上在衬砌和开挖方面使用了ECLECL施工法的施工法的技术，采用管片自动组装装置，以及采用自动测量技术，采用管片自动组装装置，以及采用自动测量技术进行开挖控制，用计算机进行各种施工管理实技术进行开挖控制，用计算机进行各种施工管理实现管理系统化等的开发研究。对提高盾构施工的安现管理系统化等的开发研究。对提高盾构施工的安全性、适应性和经济性展示了更为广阔的应用前景。全性、适应性和经济性展示了更为广阔的应用前景。1.盾构机的种类盾构机的种类 盾构机是盾构法施工盾构机是

8、盾构法施工的主要施工机械，按开挖的主要施工机械，按开挖面与作业室之间的隔墙构面与作业室之间的隔墙构造可分为全开敞式、半开造可分为全开敞式、半开敞式及密封式三种。种类敞式及密封式三种。种类划分如下所示：划分如下所示：二、盾构机的种类和构造二、盾构机的种类和构造(1)全开敞式全开敞式 全开敞式盾构机是指没有隔墙、开挖面敞露状态全开敞式盾构机是指没有隔墙、开挖面敞露状态的盾构机。根据开挖方式的不同，又分为手掘式、半的盾构机。根据开挖方式的不同，又分为手掘式、半机械化式及机械式三种。这种盾构机适用于开挖面自机械化式及机械式三种。这种盾构机适用于开挖面自稳性好的围岩。在遇到开挖面不能自稳的地层时，则稳性

9、好的围岩。在遇到开挖面不能自稳的地层时，则需进行地层超前加固等辅助施工方法，以防止开挖面需进行地层超前加固等辅助施工方法，以防止开挖面坍塌。坍塌。a.手掘式盾构机手掘式盾构机 如图如图5-5-25-5-2所示，手掘式盾构机的正面是开敞的，所示，手掘式盾构机的正面是开敞的，通常设置防止开挖顶面塌陷的活动前檐及上承千斤顶、通常设置防止开挖顶面塌陷的活动前檐及上承千斤顶、工作面千斤顶及防止开挖面塌陷的挡土千斤顶。开挖工作面千斤顶及防止开挖面塌陷的挡土千斤顶。开挖采用铁锹、镐、碎石机等开挖工具，人工进行。采用铁锹、镐、碎石机等开挖工具，人工进行。图 5-5-2 手掘式盾构构造 手掘式盾构机手掘式盾构机

10、 这种盾构机适应的土质是自稳性强的洪积层压实这种盾构机适应的土质是自稳性强的洪积层压实的砂、砂砾，固结粉砂和粘土。对于开挖面不能自稳的砂、砂砾，固结粉砂和粘土。对于开挖面不能自稳的冲积软弱砂层、粉砂和粘土，施工时必须采用稳定的冲积软弱砂层、粉砂和粘土，施工时必须采用稳定开挖面的辅助施工法，如气压施工法、改良地基、降开挖面的辅助施工法，如气压施工法、改良地基、降低地下水位等措施。目前手掘式盾构机一般用于开挖低地下水位等措施。目前手掘式盾构机一般用于开挖断面有障碍物、巨砾石等特殊场合，而且应用逐渐减断面有障碍物、巨砾石等特殊场合，而且应用逐渐减少。少。b.半机械式盾构机半机械式盾构机 如图如图5-

11、5-35-5-3所示，半机械式盾构机进行开挖及装运所示，半机械式盾构机进行开挖及装运石碴都采用专用机械，配备液压铲土机、臂式刀盘等石碴都采用专用机械，配备液压铲土机、臂式刀盘等挖掘机械和皮带运输机等出碴机械，或配备具有开挖挖掘机械和皮带运输机等出碴机械，或配备具有开挖与出碴双重功能的机械，以图省力。与出碴双重功能的机械，以图省力。图5-5-3 半机械式盾构构造半机械式盾构机半机械式盾构机 为为防防止止开开挖挖面面顶顶面面塌塌陷陷，盾盾构构机机内内装装备备了了活活动动前前檐檐和和半半月月形形千千斤斤顶顶。由由于于安安装装了了挖挖掘掘机机，再再设设置置工工作作面面千斤顶等支挡设备是较困难的。千斤顶

12、等支挡设备是较困难的。与与手手掘掘式式盾盾构构机机一一样样，应应有有确确保保开开挖挖面面稳稳定定的的措措施施。适适应应土土质质以以洪洪积积层层的的砂砂、砂砂砾砾、固固结结粉粉砂砂和和粘粘土土为为主主。也也可可用用于于软软弱弱冲冲积积层层，但但须须同同时时采采用用超超前前加加固固，或或采采取降低地下水位、改良地基等辅助措施。取降低地下水位、改良地基等辅助措施。c.机械式盾构机机械式盾构机 如图如图5-5-45-5-4所示，机械式盾构机前面装备有旋转式所示，机械式盾构机前面装备有旋转式刀盘，增大了盾构机的挖掘能力，开挖的土砂通过旋刀盘，增大了盾构机的挖掘能力，开挖的土砂通过旋转铲斗和排土可以连续进

13、行，缩短了工期，减少了作转铲斗和排土可以连续进行，缩短了工期，减少了作业人员。在开挖自稳性好的围岩时，机械式盾构机适业人员。在开挖自稳性好的围岩时，机械式盾构机适应的土质与手掘式盾构机、半机械式盾构机一样，须应的土质与手掘式盾构机、半机械式盾构机一样，须采用辅助施工方法。采用辅助施工方法。图 5-5-4 机械式盾构构造(2)半开敞式半开敞式 是指挤压式盾构机，它是在开放型盾构的切口环是指挤压式盾构机，它是在开放型盾构的切口环与支撑环之间设置胸板，以支挡正面土体，但在胸板与支撑环之间设置胸板，以支挡正面土体，但在胸板上有一些开口，当盾构向前推进时，需要排出的土体上有一些开口，当盾构向前推进时，需

14、要排出的土体将从开口处挤入盾构内，然后装车外运，见图将从开口处挤入盾构内，然后装车外运，见图5-5-55-5-5。这种盾构适用于软弱粘土层，在推进过程中要引起较这种盾构适用于软弱粘土层，在推进过程中要引起较大的地面隆起。大的地面隆起。图5-5-5 部分开放型盾构构造(3)密封式密封式 是指在机械开挖式盾构机内设置隔墙，进入刀盘是指在机械开挖式盾构机内设置隔墙，进入刀盘与隔墙土仓的土体，由泥水压力或土压提供足以使开与隔墙土仓的土体，由泥水压力或土压提供足以使开挖面保持稳定的压力。密封式盾构机又分成局部气压挖面保持稳定的压力。密封式盾构机又分成局部气压式、泥水平衡式和土压平衡式几种。式、泥水平衡式

15、和土压平衡式几种。局部气压式盾构。局部气压式盾构。在在机机械械式式盾盾构构支支承承环环的的前前边边装装上上隔隔板板，使使切切口口环环成成为为一一个个密密封封舱舱，其其中中充充满满压压缩缩空空气气，达达到到疏疏干干和和稳稳定定开开挖挖面面土土体体的的作作用用，见图见图5-5-65-5-6。图5-5-6 局部气压式盾构构造局部气压式盾构局部气压式盾构 压缩空气的压力值可根据工作面下压缩空气的压力值可根据工作面下1/31/3点的地下静点的地下静水压力确定。由于这种盾构是靠压缩空气对开挖面进水压力确定。由于这种盾构是靠压缩空气对开挖面进行密封，故要求地层透水性小，渗透系数行密封，故要求地层透水性小，渗

16、透系数K K小于小于110-110-5 5m/sm/s，静水压力不大于静水压力不大于0.10.1MPaMPa。另外，这种盾构在密另外，这种盾构在密封舱、盾尾及管片接缝处易产生漏气，引起工作面土封舱、盾尾及管片接缝处易产生漏气，引起工作面土体坍塌，造成地面降陷。体坍塌，造成地面降陷。土压平衡式盾构土压平衡式盾构 土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构。它的前端有一个全断面切削刀盘，在它后面有一构。它的前端有一个全断面切削刀盘，在它后面有一个贮留切削土体的密封舱，在其中心处或下方装有长个贮留切削土体的密封舱，在其中心处或下方装有长筒形的螺旋输送机，在

17、密封舱和螺旋输送机，以及在筒形的螺旋输送机，在密封舱和螺旋输送机，以及在盾壳四周装设的土压传感装置，根据需要还可装设改盾壳四周装设的土压传感装置，根据需要还可装设改善切削土体流动性的塑流化材料的注入设备。善切削土体流动性的塑流化材料的注入设备。泥水加压式盾构泥水加压式盾构 泥水加压式盾构的总体构造与土压平衡式盾构相泥水加压式盾构的总体构造与土压平衡式盾构相似，仅支护开挖面方法和排碴方式有所不同。在泥水似，仅支护开挖面方法和排碴方式有所不同。在泥水加压式盾构的密封舱内充满特殊配制的压力泥浆，刀加压式盾构的密封舱内充满特殊配制的压力泥浆，刀盘盘(花板型花板型)浸没在泥浆中工作。对开挖面支护，通常浸

18、没在泥浆中工作。对开挖面支护，通常是由泥浆压力和刀盘面板共同承担，前者主要是在掘是由泥浆压力和刀盘面板共同承担，前者主要是在掘进中起支护作用，后者主要是在停止掘进时起支护作进中起支护作用，后者主要是在停止掘进时起支护作用。用。1.1.泥水加压式盾构泥水加压式盾构 2.对对于于不不透透水水的的粘粘性性土土，泥泥浆浆压压力力应应保保持持大大于于围围岩岩主主动动土土压压力力。对对透透水水性性大大的的砂砂性性土土，泥泥浆浆会会渗渗入入到到土土层层内内一一定定深深度度，并并在在很很短短时时间间内内，于于土土层层表表面面形形成成一一层层泥泥膜膜，有有助助于于改改善善围围岩岩的的自自承承能能力力，并并使使泥

19、泥浆浆压压力力能能在在全全开开挖挖面面上上发发挥挥有有效效的的支支护护作作用用。此此时时，泥泥浆浆压压力力一一般般以以保保持持高高于于地地下下水水压压0.20.2MPaMPa为为宜宜。而而刀刀盘盘切切削削下下的的碴碴土土在在密密封封舱舱内内与与泥泥浆浆混混合合后后，用用排排泥泥泵泵及及管管道道输输送送至至地地面面处处理理，处处理理后后的的泥泥浆浆再再由由供供泥泥泵泵和和管管道道送送回回盾盾构构重重复复使使用用，所所以以，在在采采用用泥泥水水加压式盾构时，还需配备一套泥浆处理系统。加压式盾构时，还需配备一套泥浆处理系统。3.3.泥水加压式盾构按泥浆系统压力控制方式可分为直泥水加压式盾构按泥浆系统

20、压力控制方式可分为直接控制型接控制型(日本型日本型)和间接控制型和间接控制型(德国型德国型)两种基本类型。两种基本类型。a a直接控制型直接控制型(日本型日本型)直直接接控控制制型型(日日本本型型)泥泥水水加加压压式式盾盾构构的的泥泥浆浆压压力力控控制制由由一一套套自自动动控控制制泥泥浆浆平平衡衡的的装装置置来来实实现现，见见图图5-5-105-5-10。P1P1为为供供泥泥泵泵，从从泥泥浆浆处处理理厂厂的的泥泥水水调调整整槽槽将将泥泥浆浆压压人人盾盾构构密密封封舱舱，供供入入泥泥浆浆比比重重在在1.051.051.251.25之之间间，在在密密封封舱舱内内与与开开挖挖碴碴土土混混合合后后的的

21、重重泥泥浆浆由由排排泥泥泵泵P2P2、P3P3、P4P4排排至至泥泥浆浆处处理理厂厂，排排出出泥泥浆浆比比重重在在1.11.11.41.4之之间间。密密封封舱舱的的泥泥浆浆压压力力是是通通过过调调节节供供浆浆泵泵P1P1的的转转速速或或节节流流阀阀的的开开口口比比值值来来实实现现控控制制的。的。泥水室图5-5-10 直接控制型泥水加压盾构泥浆自动控制输送系统大刀盘清水槽泥浆调整槽密度计流量计供浆管排浆管伸缩管Vp2p3p4p1直接控制型直接控制型(日本型日本型)泥泥浆浆管管中中的的泥泥浆浆流流速速，必必须须保保持持在在临临界界值值以以上上，否否则则，泥泥浆浆中中的的颗颗粒粒会会产产生生沉沉淀淀

22、而而堵堵塞塞管管路路，尤尤其其是是在在排排泥泥管管中中，堵堵塞塞将将更更为为严严重重。按按管管道道流流理理论论，临临界界流流速速VL(m/s)VL(m/s)可可按按DurandDurand公式计算：公式计算：式中式中 F FL L 流速系数，按颗粒直径和泥浆浓度而定，当颗粒流速系数，按颗粒直径和泥浆浓度而定，当颗粒直径大于直径大于1 1mmmm时，时，F FL L1.341.34；g g 重力加速度，重力加速度，g g=9.8m/s=9.8m/s2 2；p p0 0 泥浆母液比重，一般泥浆母液比重，一般p p0 0=1.05=1.051.251.25；p p 碴土比重；碴土比重；d d 管子内

23、径管子内径(m)m)。直接控制型直接控制型(日本型日本型)在在盾盾构构推推进进时时，进进、排排泥泥管管需需不不断断延延长长，管管阻阻亦亦随随之之增增大大。为为了了保保证证管管内内的的流流速速恒恒大大于于临临界界流流速速，排排泥泥浆浆泵泵P2P2的的转转速速应应随随时时调调整整，故故排排泥泥浆浆泵泵P2P2必必须须是是自自动动调调速速的的。当当P2P2泵达到最大扬程时，再加泵达到最大扬程时，再加P3P3、P4P4接力泵。接力泵。为为了了保保证证盾盾构构推推进进质质量量、减减少少地地面面沉沉降降量量，需需要要严严格格控控制制排排土土量量，故故应应在在进进、排排泥泥浆浆管管路路上上分分别别装装设设流

24、流量量计计和和比比重计，根据检测数据即可计算实际排土量重计，根据检测数据即可计算实际排土量 。b间接控制型间接控制型(德国型德国型)间接控制型间接控制型(德国型德国型)泥水加压式盾构的泥浆压力控制泥水加压式盾构的泥浆压力控制由空气和泥水双重系统实现，见图由空气和泥水双重系统实现，见图5-5-115-5-11。空气管半隔板图5-5-11 间接控制型泥水加压盾构泥浆压力控制系统混合盾构混合盾构(Mixshield)混合盾构是近几年在欧洲发展起来的一种新型盾构。混合盾构是近几年在欧洲发展起来的一种新型盾构。这种盾构本机可以构成一台泥水加压式盾构、气压式盾构这种盾构本机可以构成一台泥水加压式盾构、气压

25、式盾构或土压平衡式盾构，当地层条件变化时，盾构的机形可以或土压平衡式盾构，当地层条件变化时，盾构的机形可以随地层变化而相应改变调整。随地层变化而相应改变调整。多圆盾构多圆盾构(MultiCircularFaceShield)多圆盾构是近年日本开发的新型盾构，其中的双圆盾多圆盾构是近年日本开发的新型盾构，其中的双圆盾构可以用来修建区间隧道，一次开挖完成双线区间隧道，构可以用来修建区间隧道，一次开挖完成双线区间隧道，可以比两个单独的圆形隧道降低工程成本工可以比两个单独的圆形隧道降低工程成本工10%10%，减少开，减少开挖面积挖面积15%15%。三圆盾构既可用来修建地铁车站隧道，拆下。三圆盾构既可用

26、来修建地铁车站隧道，拆下中间盾构后又成为两个单独盾构，可以修建区间隧道。中间盾构后又成为两个单独盾构，可以修建区间隧道。2.土压平衡式盾构机的构造土压平衡式盾构机的构造(1)切削刀盘切削刀盘 通过主轴承支撑和液压马达式电机驱动旋转的刀盘，正通过主轴承支撑和液压马达式电机驱动旋转的刀盘，正面安装土体切削刀并带有碴土进料口，背面安装有碴土搅面安装土体切削刀并带有碴土进料口，背面安装有碴土搅拌桨。刀盘侧面还装有可伸缩的超挖刀。拌桨。刀盘侧面还装有可伸缩的超挖刀。刀盘的型式有花板型和刀盘的型式有花板型和辐条型的不同型式辐条型的不同型式(如图如图5-5-5-7)5-7)，根据地层性质所需要，根据地层性质

27、所需要安装刀具大小与数量不同以安装刀具大小与数量不同以及进料口面积大小与数量不及进料口面积大小与数量不同，有不同的开口率。一般同，有不同的开口率。一般硬岩刀盘开口率小，软土开硬岩刀盘开口率小，软土开口率大。口率大。图5-5-7 切削刀盘形式花板型辐条型(2)刀具刀具 刀具的类型有齿刀、刮刀和滚刀等不同型式，齿刀、刀具的类型有齿刀、刮刀和滚刀等不同型式，齿刀、刮刀用于软土质地层、滚刀用于岩石地层。刀盘上可仅为刮刀用于软土质地层、滚刀用于岩石地层。刀盘上可仅为一种类型的刀具，也可为多种刀具的组合，以适应不同形一种类型的刀具，也可为多种刀具的组合，以适应不同形式的地层。现代盾构机刀盘设计上可进行刀具

28、的更换，可式的地层。现代盾构机刀盘设计上可进行刀具的更换，可在刀盘背面换刀。在刀盘背面换刀。砾石、岩石等硬质围岩时的刀头大砾石、岩石时多采用刀轮式刀头刀头的固定方式焊接螺栓式插入式焊接式(3)密封舱密封舱 用于存贮被刀盘切削下来的土体，并加以搅拌使其成用于存贮被刀盘切削下来的土体，并加以搅拌使其成为不透水的，具有适当流动性的塑流体，使其能及时充满为不透水的，具有适当流动性的塑流体，使其能及时充满密封舱和螺旋输送机的全部空间，对开挖面实行密封，以密封舱和螺旋输送机的全部空间，对开挖面实行密封，以维持开挖面的稳定性，同时，也便于将其排出。在密封舱维持开挖面的稳定性，同时，也便于将其排出。在密封舱后

29、隔板上，一般留有进入舱孔，供人员进出入密封舱和进后隔板上，一般留有进入舱孔，供人员进出入密封舱和进行维修工作。行维修工作。压力舱(泥土压盾构)添加材料注入口添加材料注入管搅拌翼搅拌翼独立搅拌翼螺旋排土器(4)螺旋输送机螺旋输送机 用来将密封舱内的塑流状土体排出盾构外，并在排土用来将密封舱内的塑流状土体排出盾构外，并在排土过程中，利用螺旋叶片与土体间的摩擦和土体阻塞所产生过程中，利用螺旋叶片与土体间的摩擦和土体阻塞所产生的压力损失，使螺旋输送机排土口的泥土压力降至一个大的压力损失，使螺旋输送机排土口的泥土压力降至一个大气压力，使其不发生喷漏现象。通过螺旋输送机排碴量的气压力，使其不发生喷漏现象。

30、通过螺旋输送机排碴量的速度来控制和调解碴舱内的土体压力。速度来控制和调解碴舱内的土体压力。(5)塑流化材料注入器塑流化材料注入器 用来向密封舱、刀盘和螺旋输送机内注人添加剂。因用来向密封舱、刀盘和螺旋输送机内注人添加剂。因为当土体中的含砂量超过一定限度时，由于其内摩擦角大，为当土体中的含砂量超过一定限度时，由于其内摩擦角大，流动性差，单靠刀盘的旋转搅动很难使这种土体达到足够流动性差，单靠刀盘的旋转搅动很难使这种土体达到足够的塑流性，一旦在密封舱内贮留，极易产生压密固结，无的塑流性，一旦在密封舱内贮留，极易产生压密固结，无法对开挖面实行有效的密封和排土。此时，就需要向切削法对开挖面实行有效的密封

31、和排土。此时，就需要向切削土体内注入一种促使其塑流化的添加剂，经刀盘混合和搅土体内注入一种促使其塑流化的添加剂，经刀盘混合和搅拌后能使固结土成为流动性好、不透水的塑流体。拌后能使固结土成为流动性好、不透水的塑流体。(6)土压传感器土压传感器 用于测量密封舱和螺旋输送机内的土压力，前者是判用于测量密封舱和螺旋输送机内的土压力，前者是判定开挖面是否稳定的依据，后者用来判断螺旋输送机的排定开挖面是否稳定的依据，后者用来判断螺旋输送机的排土状态，喷涌、固结、阻塞等。土状态，喷涌、固结、阻塞等。土压平衡式盾构维持开挖面稳定的原理是依靠密封舱内塑土压平衡式盾构维持开挖面稳定的原理是依靠密封舱内塑流状土体作

32、用在开挖面上的压力流状土体作用在开挖面上的压力(P)(P)(它包括泥土自重产生它包括泥土自重产生的土压力与盾构推进过程中盾构千斤顶的推力的土压力与盾构推进过程中盾构千斤顶的推力)和盾构前和盾构前方地层的静止土压力与地下水压力方地层的静止土压力与地下水压力(F)F)相平衡的方法，见相平衡的方法，见图图5-5-95-5-9。图5-5-9 土压平衡式盾构维持开挖面稳定示意图FPGLFFPminF=PFPmaxPmaxQPminQmaxF 由图上可看出：螺旋输送机排土量大时，密封舱内土由图上可看出：螺旋输送机排土量大时，密封舱内土压力压力P P就减小，当就减小，当F PF P时，开挖面可能坍方而引起地

33、面沉时，开挖面可能坍方而引起地面沉降；相反，排土量小时降；相反，排土量小时 ，P P值就加大，一旦值就加大，一旦FF Pmax Pmax，地地面将会隆起。因此，要控制土压平衡式盾构在推进过程中面将会隆起。因此，要控制土压平衡式盾构在推进过程中开挖面的稳定，可以用两种方法来实现，其一是控制螺旋开挖面的稳定，可以用两种方法来实现，其一是控制螺旋输送机排土量输送机排土量(调节其转速调节其转速)；但但研研究究表表明明，对对于于粘粘性性土土来来说说，开开挖挖面面不不破破坏坏的的排排土土量量波波动动值值必必须须控控制制在在理理论论掘掘进进体体积积的的2.8%2.8%左左右右，这这就就需需要要量量测测精精度

34、度在在l%l%以以内内的的切切削削土土体体积积的的检检测测系系统统。其其二二是是用用调调节节盾盾构构千千斤斤顶顶的的推推进进速速度度和和螺螺旋旋输输送送机机转转速速，直直接接控控制制密密封封舱舱内内的的土土压压力力P P，一一般般情情况况下下，不不使使开开挖挖面面产产生生影影响响的的碴碴土土压力压力P P的波动范围如下：的波动范围如下：主动土压力主动土压力+地下水压力地下水压力P被动土压力被动土压力+地下水压力地下水压力(7)管片安装机管片安装机管片安装机由以下构件组成：管片安装机由以下构件组成：a.a.悬臂梁悬臂梁b.b.移动机架移动机架c.c.回转机架回转机架d.d.安装头安装头操作员通过可移动的控制器来操纵管片安装机。操作员通过可移动的控制器来操纵管片安装机。(8)后配套设备后配套设备 主主要要有有物物料料运运输输、液液压压系系统统、电电力力系系统统、控控制制系系统统、注注浆系统、泡沫发生系统、测量系统和通风系统等。浆系统、泡沫发生系统、测量系统和通风系统等。