9 4、盾构法勘察9，4，2。盾构法隧道轴线和盾构始发井 接收井位置的选定。盾构设备选型和刀盘,刀具的选择 盾构管片设计及管片背后注浆设计.盾构推进压力.推进速度、土体改良 盾构姿态等施工工艺参数的确定、盾构始发井 接收井端头加固设计与施工，盾构开仓检修与换刀位置的选定等与工程地质条件和水文地质条件密切相关.1,盾构隧道轴线和覆土厚度的确定、必须确保施工安全 并且不给周围环境带来不利影响 应综合考虑地面及地下建筑物的状况.围岩条件。开挖断面大小,施工方法等因素后确定 覆盖层过小。不仅可能造成漏气,喷发 当采用气压盾构时。上浮。地面沉降或隆起,地下管线破坏等 而且盾构推进时也容易产生蛇行。过大则会影响施工的作业效率 增大工程投入,根据工程经验.盾构隧道的最小覆盖层厚度以控制在1倍开挖直径为宜,2.由于盾构选型与地质条件,开挖和出渣方式.辅助施工方法的选用关系密切。各种盾构的造价，施工费用 工程进度和推进中对周围环境的影响差别又相当大。加之施工中盾构难以更换 所以必须结合地质条件 场地条件、使用要求和施工条件等慎重比选.盾构机械根据前端的构造型式和开挖方式的不同。大致分为图2所示的几种基本型式.1.全面开放型盾构 又称敞口盾构 是开挖面前方未封闭的盾构的总称 根据所配备的开挖设备.又区分为人工开挖式盾构，半机械开挖式盾构和机械开挖式盾构.全面开放型盾构原则上适用于洪积层的密实的砂，砂砾，黏土等开挖面能够自稳的地层 当在含水地层或在冲积层的软弱砂土、粉砂和黏土等开挖面不能自稳的地层中采用时，需与气压法、降低地下水位法或注浆法结合使用、其中人工开挖式盾构是利用铲，风镐、锄，碎石机等工具开挖地层 根据需要.开挖面可设置挡土千斤顶进行全断面挡土。它比较容易处理开挖面出现软硬不匀的地层或夹有漂石。卵石等的地层 清除开挖面前方的障碍物也较为便利,一般当开挖断面很大时。可在盾构机内装备可动工作平台采用分层开挖、来保证开挖面的稳定，半机械开挖式盾构是指断面的一部分或大部分的开挖和装渣使用了动力机械的盾构、由于在使用挖掘机和装渣机的部分采用挡土千斤顶等支护措施比较困难 只能实现部分挡土,且往往工作面的敞开比用人工开挖式盾构时大 因此对地层稳定性的要求比后者更为严格.机械开挖式盾构采用旋转的切削头连续地进行开挖，刀头安装在刀盘或条幅上.前者可利用刀盘起到支护作用、对开挖面的稳定有利.后者工作面敞开较大。适用于可在相当长的时间内自稳的地层 图2，盾构类型。2、部分开放式盾构,这种盾构在距开挖面稍后处设置隔墙、其部分是开口的。用以排除工作面上呈塑性流动状的土砂。是一种适合在冲积层的黏土和粉砂地层中使用的机种、不适用于洪积黏土层、砂土和碎石土地层、此种盾构对土层的含砂量及液性指数等有一定要求,见图3及表3 从日本的工程实践看,多用于含砂量小于15，的地层、一般适用范围为含砂量小于25,黏聚力小于45kPa 液性指数大于0。80的地层、如果超出以上范围 随着地层强度和含砂增大、盾构推进时的千斤顶推力亦增大,易造成对管片和盾构机的损伤。且会产生盾构方向控制和地表隆起问题、图3、部分开放式盾构的适用范围a。可用封闭，b，不能用封闭。S、含砂率,c,黏聚力。IL 液性指数表3,部分开放式盾构适用的地层特性、3、密闭型盾构。包括土压平衡盾构和泥水平衡盾构两大类.它们是现代盾构技术发展的结晶.具有施工安全可靠、掘进速度快，在大多数情况下可不用辅助施工方法等特点 这两类盾构在工法形成的基本条件方面有许多共同点.前端都有一个全断面的切削刀盘和设在刀盘后面的密封舱.把从液状到半固体状的各种状态的弃土充满在舱室内,用以保持开挖面的稳定,并通过适当的手段把密封工作面的弃土排除掉，土压平衡盾构、其特点是利用与密封舱相连的螺旋输送机排土，通过充填在密封舱内的弃土并调节螺旋输送机的排土量以平衡开挖面上的水.土压力，为了达到上述目的、对密封舱内的弃土最基本要求是应具有一定的流动性和抗渗性，前者至少要有使土颗粒容易移动的尽可能适度的孔隙量,含水量。孔隙比,此孔隙量随地层而异,作为大致的标准，黏性土是液性限界，砂性土是最大孔隙比、此外渗透系数k 10，5cm s被认为是土压平衡盾构操作的一个经验限制值、如果土质的渗透性过高 地下水可能穿透密封舱和螺旋输送机的土壤.因此。在不具备流动性或渗透性能过高的土层中，需要通过对密封舱内的弃土注入附加剂的方法改善其特性,这种措施使得土压平衡盾构可以适用于多种地层。包括砂砾、砂、粉砂,黏土等固结度低的软弱地层和软,硬相兼的地层。视地层条件的不同。可以采用不同类型的土压平衡盾构.其中,土压式适用于一般的软黏土和含水量及颗粒组成适当、有一定黏性的粉土。弃土经刀盘搅拌后已具备较大的流动性 能以流态充满密封舱.泥土加压式适用于无流动性的砂 砂砾地层或洪积黏土层中。通过对舱内弃土添加水.膨润土。黏土浆液 气泡、高级水性树脂等外加剂、经强制搅拌使挖土获得必要的流动性和抗渗性.泥浆式适用于松散、透水性大 易于崩塌的含水砂砾层或覆土较薄,泥土易于喷出地面的情况 将压力泥浆送入密封舱 与弃土搅拌后成为高浓度泥浆,比重为1 6 1.8，用以平衡开挖面的水、土压力,泥水平衡盾构.此种盾构的特点是向密封舱内注入适当压力的泥浆用以支撑开挖面,将弃土和泥水混合后用排泥泵及管道输送至地面进行排泥处理 泥水盾构不仅适用于砂砾、砂、粉土。黏土等固结度低的含水软弱地层及软 硬相间的地层,并且对上述地层中上部有河流.湖泊,海洋等高水压的情况也是有效的、但是对渗透系数k。10、2cm。s.细粒含量在10、以下的土层难以通过泥水取得加压效果。并可能使地层产生流动化.泥水盾构的主要缺点是需要配备一套昂贵的泥水处理设备、且占地较大.4、混合型盾构.为适应沿线地质条件有明显差异的长隧道的施工而开发的新型盾构.实质是根据具体工程的地质、水文.隧道。环境等方面的实际条件将土盾构和硬岩掘进机的功能和结构。合理地加以组合与改进。可以适应从饱和软土到硬岩的开挖。例如.带有伸缩式刀盘并设有土压平衡设施，刀盘上备有能分别适应于软。硬岩切削的割刀和滚刀两种刀具，还装备有横向支撑等 当盾构在硬岩中掘进时,横向支撑将盾构固定在围岩中、刀盘旋转并向前伸进。弃土进入土舱后经螺旋输送机排除、此时土舱中的弃土不充满.也不需要进行土压平衡控制.当遇不稳定含水地层时 利用盾构千斤顶顶进.弃土全部充满土舱,必要时施加添加剂、采用土压平衡盾构的方式工作。9、4,3.从以下几方面理解盾构法岩土工程勘察的要求.1。常见的不良岩土条件对盾构法施工的影响主要为以下几个方面、1,灵敏度高的软土层.由于土层流动造成开挖面失稳。2。透水性强的松散砂土层,涌水并引起开挖面失稳和地面下沉.3,高塑性的黏性土地层,因黏着造成盾构设备或管路堵塞，使开挖难以进行,4.含有承压水的砂土层 突发性的涌水和流砂 随着地层空洞的扩大引起地面大范围的突然塌陷.5，含漂石或卵石的地层、难以排除、或因被切削头带动而扰动地层。造成超挖和地层下沉、6.上软下硬复合地层，因软弱层排土过多引起地层下沉 并造成盾构在线路方向上的偏离,因此、以上岩土条件是盾构法的重点勘察内容,4.当盾构穿越含有漂石或卵石的地层时 粒径大小.含量及强度对盾构机的选型 设计。以及设备配置等有直接影响、随着盾构技术的发展、在此种含水地层中,采用密闭型盾构施工的实例正在增多 但也不乏因情况不明或设计不周导致机械故障，造成难以推进的例子.所以。当用常规钻孔无法搞清情况时、就应该采用大口径勘探孔以便摸清地质情况 据此设计盾构机切削刀头的前面形状。支承方式。确定刀盘的开口形状和尺寸、刀头的材质和形状。螺旋输送机或其他水力输送机的直径.结构等。由于受到盾构内部作业空间的限制、输送管道允许采用的口径与盾构内径有关,一般当粒径大于输送管道直径的1,3时、就容易出现堵塞现象,需在盾构中设置破碎机。5。盾构始发井、到达井及联络通道是盾构施工中最容易出现事故的部位、因此，盾构法的岩土工程勘察工作需要对盾构始发,接收井及盾构区间联络通道的地质条件进行分析和评价.预测可能发生的岩土工程问题，提出岩土加固范围和方法建议。6.盾构勘察中各项勘察试验目的见表4.表4.各项勘察试验目的9。4。4。盾构法施工管片背后注浆压力比较大 如钻孔封填不密实 浆液可能沿钻孔喷出地面,此类现象在北京,成都、深圳，广州的城市轨道交通工程盾构施工中均出现过,因此，需要按照要求对勘探孔封填密实，广州市城市轨道交通工程勘察中一般采用水泥砂浆通过钻杆注浆回填至地面。9.4、5.盾构下穿地表水体时，尤其是盾构处在掘进困难时。受到地表水体危害的可能性是较大的，因此、岩土工程勘察应对这种情况进行分析、9、4 6，淤泥层 可液化的饱和粉土层及砂层等对盾构施工产生很大影响，而且这种影响会持续到运营期间，严重时会影响盾构隧道的稳定性，因此,岩土工程勘察不仅需要分析评价淤泥层 可液化的饱和粉土层及砂层对盾构施工安全的影响，还要提出这些不良地层对将来运营期间隧道稳定性可能产生的影响。