第二节 盾构掘进
盾构掘进是盾构法隧道施工的主要工序，要保证隧道的实际轴线和设计轴线相吻合，
并确保管片圆环拼装质量，使隧道不漏水，地面不产生大的变形。
1、土压平衡式盾构正面阻力过大 1.1、现象
盾构推进过程中，由于正面阻力过大造成盾构推进困难和地面隆起变形。 1.2、原因分析
⑴盾构刀盘的进土开口率偏小，进土不畅通； ⑵盾构正面地层土质发生变化； ⑶盾构正面遭遇较大块状的障碍物；
⑷推进千斤顶内泄漏，达不到其本身的最高额定油压； ⑸正面平衡压力设定过大； ⑹刀盘磨损严重。 1.3、预防措施
⑴合理设计进土孔的尺寸，保证出土畅通；
⑵隧道轴线设计前，应对盾构穿越沿线作详细的地质勘查，摸清沿线影响盾构推进的
障碍物的具体位置、深度，以使轴线设计考虑到这一状况；
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⑶详细了解盾构推进断面内的土质状况，以便及时优化调整土压设定值、推进速度等 施工参数；
⑷经常检修刀盘和推进千斤顶，确保其运行良好；
⑸合理设定平衡压力，加强施工动态管理，及时调整控制平衡压力值。 1.4、治理方法
⑴采取辅助技术，尽量采取在工作面内进行障碍物清理，在条件许可的情况下，也可
采取大开挖施工法清理正面障碍物； ⑵增添千斤顶，增加盾构总推力。 2、泥水加压平衡式盾构正面阻力过大 2.1、现象
盾构推进过程中，由于正面阻力过大造成盾构推进困难。 2.2、原因分析
⑴泥水平衡系统不能建立或泥水压力过大； ⑵盾构刀盘的进土开口率偏小，进土不畅通； ⑶盾构正面地层土质发生变化； ⑷盾构正面遭遇较大块状的障碍物；
⑸推进千斤顶内泄漏，达不到其本身的最高额定油压。 2.3、预防措施
⑴严格控制泥水质量，准确设定泥水平衡压力、推进速度等施工
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参数，同时确保泥水 输送系统的正常运行；
⑵详细了解盾构推进断面内的土质状况，以便及时优化调整平衡压力设定值、推进速
度等施工参数，同时配制及土质相适应的泥水；
⑶在盾构穿越沿线做好详尽的地质勘查，事先清除障碍物或调整设计轴线；
⑷经常检修推进千斤顶，确保其运行良好。 2.4、治理方法
⑴及土压平衡盾构一样；
⑵增添千斤顶，增加盾构总推力。 3、土压平衡盾构正面平衡压力的过量波动 3.1、现象
在盾构推进及管片拼装的过程中，开挖面的平衡土压力发生异常的波动，及理论压力
值 或设定压力值发生较大的偏差。 3.2、原因分析
⑴推进速度及螺旋机的旋转速度不匹配；
⑵当盾构在砂土土层中施工时，螺旋机摩擦力大或形成土塞而被堵住，出土不畅，使 开挖面平衡压力急剧上升；
⑶盾构后退，使开挖面平衡压力下降；
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⑷土压平衡控制系统出现故障造成实际土压力及设定土压力的偏差。 3.3、预防措施
⑴正确设定盾构推进的施工参数，使推进速度及螺旋机的出土能力相匹配；
⑵当土体强度高，螺旋机排土不畅时，在螺旋机或土仓中适量地加注水或泡沫等润滑
剂，提高出土的效率。当土体很软，排土很快影响正面压力的建立时，适当关小螺旋机的
闸门，保证平衡土压力的建立；
⑶管片拼装作业，要正确伸、缩千斤顶，严格控制油压和伸出千斤顶的数量，确保拼 装时盾构不后退；
⑷正确设定平衡土压力值以及控制系统的控制参数； ⑸加强设备维修保养，保证设备完好率，确保千斤顶没有内泄漏现象。 3.4、治理方法
⑴向切削面注入泡沫、水、膨润土等物质，改善切削进入土仓内的土体的性能，提高
螺旋机的排土能力，稳定正面土压； ⑵维修好设备，减少液压系统的泄漏；
⑶对控制系统的参数重新进行设定，满足使用要求。
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4、泥水加压平衡盾构正面平衡压力过量波动、现象 在泥水加压平衡盾构推进及拼装的过程中，开挖面的泥水压力发生异常的波动，及理
论压力值或设定压力值发生较大的偏差。 4.1、原因分析
⑴泥水加压平衡盾构的排泥口堵塞，排泥不畅，而此时送泥管却仍在送泥水，导致开
挖面的泥水压力瞬间上升，超出设定压力；
⑵泥水系统的各施工参数设定不合理，泥水循环不能维持动态平衡；
⑶泥水系统中的某些设备故障如泥水管路中接头泄露，排泥泵的叶轮磨损，控制阀的
开关不灵活等，使泥水输送不正常，正面平衡压力过量波动； ⑷拼装时盾构后退，使开挖面平衡压力下降；
⑸正常情况下，当盾构停止推进的时间较长，开挖面平衡压力下降时，可以通过送泥
管向开挖面补充泥水而提高压力，恢复平衡。而拆接泵管时，由于接泵管的速度慢，就会
使开挖面平衡压力因得不到补充而下降。 4.2、预防措施
⑴在盾构的排泥吸口处安装搅拌机或粉碎机，保证吸口的畅通，排泥泵前的过滤器要
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经常进行清理，保证不被堵塞；
⑵正确地设定泥水系统的各项施工参数，包括泥浆的密度、粘度、压力、流量等，以
确保开挖面支护的稳定性；
⑶对泥水系统的各运转部件定期进行检修保养，保证各设备的正常运转。在泥水系统
的操作过程中要做到顺序正确，避免误操作引起压力波动； ⑷管片拼装作业，要正确伸、缩千斤顶，严格控制油压和伸出千斤顶的数量，确保拼 装时盾构不后退；
⑸在泥水系统中设计一个单独的补液系统，以在送泥管被拆开时对泥水仓进行加压， 保证泥水仓压力的稳定。 4.3、治理方法
⑴遇到盾构正面吸泥口堵塞，应立即进行逆洗处理，每次逆洗的时间控制在2—3：
⑵如多次逆洗达不到清除堵塞的目的，可采用压缩空气置换平衡仓内泥水，在确保安
全前提下由气压工进入泥水仓清除堵塞物；
⑶对损坏的设备要及时进行修复或更新，对泥水平衡控制系统的参数设定进行优化， 做到动态管理；
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⑷当发现泥水流动不畅时，可及时地转换为旁路状态，通过各个设备的运转情况和相
应的泥水压力及流量判断管路堵塞的位置及堵塞的原因，并及时采取措施排除故障。
5、土压平衡盾构螺旋机出土不畅 5.1、现象
螺旋机螺杆形成“土棍”，螺旋机无法出土，或螺旋机内形成阻塞，负荷增大，电动机
无法带动螺旋机转动，不能出土。 5.2、原因分析
⑴盾构开挖面平衡压力过低，无法在螺旋机内形成足够压力，螺旋机不能正常进土， 也 就不能出土；
⑵螺旋机螺杆安装及壳体不同心，运转过程中壳体磨损，使叶片和壳体间隙增大，出 土效率降低；
⑶盾构在砂性土及强度较高的黏性土中推进时，土及螺旋机壳体间的摩擦力大，螺旋
机的旋转阻力加大，电动机无法转动； ⑷大块的漂砾进入螺旋机，卡住螺杆；
⑸螺旋机驱动电动机因长时间高负荷工作，过热或油压过高而停止工作。
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5.3、预防措施
⑴螺旋机打滑时，把盾构开挖面平衡压力的设定值提高，盾构的推进速度提高，使螺 旋机正常进土；
⑵螺旋机安装时要注意精度，运转过程中加强对轴承的润滑； ⑶降低推进速度，使单位时间内螺旋机的进土量降低，螺旋机电动机的负荷降低；
⑷在螺旋机中加注水、泥浆或泡沫等润滑剂，使土及螺旋机外壳的摩擦力降低，减少 电动机的负荷。 5.4、治理方法
⑴打开螺旋机的盖板，清理螺旋机的被堵塞部位； ⑵将磨损的螺旋机螺杆更换。 6、泥水平衡盾构吸口堵塞 6.1、现象
在泥水平衡盾构施工过程中，排泥不畅，造成送、排泥流量严重失调，从而破坏开挖 面泥水平衡。 6.2、原因分析
⑴盾构土舱的土体中含有大块状障碍物；
⑵盾构土舱内搅拌机搅和不匀，致使吸口处沉淀物过量积聚； ⑶泥水管路输送泵故障，致使排泥流量小于送泥流量；
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⑷泥水指标不合要求，不能有效形成盾构开挖面的泥膜。 6.3、预防措施
⑴及时调整各项施工参数，在推进过程中尽量保持推进速度、开挖面泥水压力的平稳；
⑵确保各搅拌机的正常运转，以达到拌和均匀；
⑶对泥水输送管路及泵等设备经常保养检修，确保泥水输送的畅通；
⑷根据施工工况条件，及时调整泥水指标，确保泥膜的良好形成，以使盾构切削土体
始终处于良性循环状态下。 6.4、治理方法
⑴如吸口轻微遭堵，应相应降低推进速度，同时按技术要求进行逆洗；
⑵如吸口遭堵严重，应采取相应技术措施，在确保安全的前提下，及时组织力量，由
施工人员进入土舱清除障碍物。 7、盾构掘进轴线偏差 7.1、现象
盾构掘进过程中，盾构推进轴线过量偏离隧道设计轴线，影响成环管片的轴线。 7.2、原因分析
⑴盾构超挖或欠挖，造成盾构在土体内的姿态不好，导致盾构轴
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线产生过量的偏移；
⑵盾构测量误差，造成轴线的偏差； ⑶盾构纠偏不及时，或纠偏不到位；
⑷盾构处于不均匀土层中，即处于两种不同土层相交的地带时，两种土的压缩性、抗
压强度、抗剪强度等指标不同；
⑸盾构处于非常软弱的土层中时，如推进停止的间歇太长，当正面平衡压力损失时会 导致盾构下沉；
⑹拼装管片时，拱底块部位盾壳内清理不干净，有杂质夹杂在相邻两环管片的接缝
内，就使管片的下部超前，轴线产生向上的趋势，影响盾构推进轴线的控制；
⑺同步注浆量不够或浆液质量不好，泌水后引起隧道沉降，而影响推进轴线的控制；
⑻浆液不固结使隧道在大的推力作用下引起变形。 7.3、预防措施
⑴正确设定平衡压力，使盾构的出土量及理论值接近，减少超挖及欠挖现象，控制好 盾构的姿态；
⑵盾构施工过程中经常校正、复测及复核测量基站； ⑶发现盾构姿态出现偏差时应及时纠偏，使盾构正确地沿着隧道
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设计轴线前进；
⑷盾构处于不均匀土层中时，适当控制推进速度，多用刀盘切削土体，减少推进时的
不均匀阻力。也可以采用向开挖面注入泡沫或膨润土的办法改善土体，使推进更加顺畅；
⑸当盾构在极其软弱的土层中施工时，应掌握推进速度及进土量的关系，控制正面土 体的流失；
⑹拼装拱底块管片前应对盾壳底部的垃圾进行清理，防止杂质夹杂在管片间，影响隧 道轴线；
⑺在施工中按质保量做好注浆工作，保证浆液的搅拌质量和注入的方量。 7.4、治理方法
⑴调整盾构的千斤顶编组或调整各区域油压及时纠正盾构轴线；
⑵对开挖面作局部超挖，使盾构沿被超挖的一侧前进； ⑶盾构的轴线受到管片位置的阻碍不能进行纠偏时，采用楔子环管片调整环面及隧道
设计轴线的垂直度，改善盾构后座面。 8、泥水加压平衡盾构施工过程中隧道上浮 8.1、现象
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泥水加压平衡盾构施工过程中，随着盾构的不断向前推进，成环隧道呈上浮现象。 8.2、原因分析
⑴盾构切口前方泥水后窜至盾尾后，使管片处于悬浮状态； ⑵同步注浆效果欠佳，未能有效地隔绝正面泥水； ⑶管片连接件未及时拧紧；
⑷盾构推进一次纠偏量过大，对地层产生了过大扰动。 8.3、预防措施
⑴提高同步注浆质量，缩短浆液初凝时间，使其遇泥水后不产生劣化；
⑵提高注浆及盾构推进的同步性，使浆液能及时充填建筑空隙，建立盾尾处的浆液压
力。同时加强隧道沉降监测，当发现隧道上浮呈较大趋势时，立即采取对已成环隧道进行 补压浆措施；
⑶及时复紧已成环隧道的连接件。 8.4、治理方法
在盾尾后隧道外周压注双液浆形成环箍(必要时采用聚氨酯)，以隔断泥水流失路径。 9、盾构过量地自转 9.1、现象
盾构推进中盾构发生过量的旋转，造成盾构及车架连接不好，设
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备运行不稳定，增加 测量、封顶块拼装等困难。 9.2、原因分析
⑴盾构内设备布置重量不平衡，盾构的重心不在竖直中心线上而产生了旋转力矩；
⑵盾构所处的土层不均匀，两侧的阻力不一致，造成推进过程中受到附加的旋转力矩；
⑶在施工过程中刀盘或旋转设备连续同一转向，导致盾构在推进运动中旋转；
⑷在纠偏时左右千斤顶推力不同及盾构安装时千斤顶轴线及盾构轴线不平行。 9.3、预防措施
⑴安装于盾构内的设备作合理布置，并对各设备的重量和位置进行验算，使盾构重心
位于中线上或配置配重调整重心位置于中心线上； ⑵经常纠正盾构转角，使盾构自转在允许范围内； ⑶根据盾构的自转角，经常改变旋转设备的工作转向。 9.4、治理方法
⑴可通过改变刀盘或旋转设备的转向或改变管片拼装顺序来调节盾构的自转角度；
⑵盾构自转量较大时，可采用单侧压重的方法纠正盾构转角。 10、盾构后退
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10.1、现象
盾构停止推进，尤其是拼装管片的时候，产生后退的现象，使开挖面压力下降，地面 产生下沉变形。 10.2、原因分析
⑴盾构千斤顶自锁性能不好，千斤顶回缩；
⑵千斤顶大腔的安全溢流阀压力设定过低，使千斤顶无法顶住盾构正面的土压力；
⑶盾构拼装管片时千斤顶缩回的个数过多，并且没有控制好最小应有的防后退顶力。 10.3、预防措施
⑴加强盾构千斤顶的维修保养工作，防止产生内泄漏； ⑵安全溢流阀的压力调定到规定值；
⑶拼装时不多缩千斤顶，管片拼装到位及时伸出千斤顶到规定压力。
10.4、治理方法
盾构发生后退，应及时采取预防措施防止后退的情况进一步加剧，如因盾构后退而无 法拼装，可进行二次推进。 11、盾尾密封装置泄漏 11.1、现象
地下水、泥及同步注浆浆液从盾尾的密封装置渗漏进入盾尾的盾
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壳和隧道内，严重影
响工程进度和施工质量，甚至对工程安全带来灾难。 11.2、原因分析
⑴管片及盾尾不同心，使盾尾和管片间的空隙局部过大，超过密封装置的密封功能界 限；
⑵密封装置受偏心的管片过度挤压后，产生塑性变形，失去弹性，密封性能下降；
⑶盾尾密封油脂压注不充分，盾尾钢刷内侵入了注浆的浆液并固结，盾尾刷的弹性丧 失，密封性能下降；
⑷盾构后退，造成盾尾刷及管片间发生刷毛方向相反的运动，使刷毛反卷，盾尾刷变 形而密封性能下降；
⑸盾尾密封油脂的质量不好，对盾尾钢丝刷起不到保护的作用，或因油脂中含有杂质
堵塞泵，使油脂压注量达不到要求。 11.3、预防措施
⑴严格控制盾构推进的纠偏量，尽量使管片四周的盾尾空隙均匀一致，减少管片对盾 尾密封刷的挤压程度；
⑵及时、保量、均匀地压注盾尾油脂；
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⑶控制盾构姿态，避免盾构产生后退现象；
⑷采用优质的盾尾油脂，要求有足够的粘度、流动性、润滑性、密封性能。 11.4、治理方法
⑴对已经产生泄漏的部位集中压注盾尾油脂，恢复密封的性能；
⑵管片拼装时在管片背面塞人海绵，将泄漏部位堵住； ⑶有多道盾尾钢丝刷的盾构，可将最里面的一道盾尾刷更换，以保证盾尾刷的密封性；
⑷从盾尾内清除密封装置钢刷内杂物。 12、泥水加压平衡盾构施工过程中地面冒浆 12.1、现象
在泥水平衡盾构施工过程中，盾构切口前方地表出现冒浆。 12.2、原因分析
⑴盾构穿越土体发生突变(处于两层土断层中)，或盾构覆土厚度过浅；
⑵开挖面泥水压力设定值过高； ⑶同步注浆压力过高； ⑷泥水指标不符合规定要求。 12.3、预防措施
⑴在冒浆区适当加“被”，即用粘土覆盖；
⑵严格控制开挖面泥水压力，在推进过程中要求手动控制开挖面
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泥水压力；
⑶严格控制同步注浆压力，并在注浆管路中安装安全阀，以免注浆压力过高；
⑷适当提高泥水各项质量指标。 12.4、治理方法
⑴如轻微冒浆，可在不降低开挖面泥水压力的情况下继续推进，同时，适当加快推进
速度，提高管片拼装效率，使盾构尽早穿越冒浆区； ⑵当冒浆严重，停止推进，并采取如下措施：提高泥水密度和粘度；掘进一段距离以
后，进行充分的壁后注浆；地面可采用覆盖粘土的措施。 13、盾构切口前方地层过量变形 13.1、现象
在盾构推进过程中，切口前方地面出现超量沉降或隆起。 13.2、原因分析 ⑴地质状况发生突变；
⑵施工参数设定不当，如平衡土压力设定值偏低或偏高，推进速度过快或过慢；
⑶盾构切削土体时超挖或欠挖。 13.3、预防措施
⑴详细了解地质状况，及时调整施工参数；
⑵尽快摸索出施工参数的设定规律，严格控制平衡压力及推进速
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度设定值，避免其波 动范围过大；
⑶按理论出土量和施工实际工况定出合理出土量。 13.4、治理方法
根据地面监测情况，及时调整盾构施工参数，如推进速度、平衡压力、出土量等。 14、运输过程中管片受损 14.1、现象
在管片垂直运输及水平运输过程中，将管片边角撞坏。 14.2、原因分析
⑴行车吊运管片时，管片由于晃动而碰撞行车支腿或其他物件，造成边角损坏；
⑵管片翻身时碰擦边角，引起损坏； ⑶管片堆放时垫木没有放置妥当；
⑷用钢丝绳起吊管片时钢丝绳将管片的棱边勒坏； ⑸运输管片的平板车颠簸跳动，造成管片损坏； ⑹管片叠放在隧道内时未垫枕木，造成边角损坏； ⑺在管片吊放时，放下动作过大，使管片损坏。 14.3、预防措施
⑴行车操作要平稳，防止过大的晃动；
⑵管片使用翻身架翻身，或用专用吊具翻身，保证管片翻身过程中的平稳；
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⑶地面堆放管片时上下两块管片之间要垫上垫木；
⑷设计吊运管片的专用吊具，使钢丝绳在起吊管片的过程中不碰到管片的边角；
⑸采用运输管片的专用平板车，加设避振设施；叠放的管片之间垫好垫木；
⑹工作面储存管片的地方放置枕木将管片垫高，使存放的管片及隧道不产生碰撞。 14.4、治理措施
已碰撞损坏的管片及时进行修补，损坏较重的管片运回地面进行整修，更换新的管片。
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