一級建造師《市政工程》課堂講義（41）

三、開挖控制

　　開挖控制的根本目的是確保開挖面穩定。

　　土壓式盾構與泥水式盾構的開挖控制內容略有不同。土壓式盾構，以土壓和塑流性改良控制為主，輔以排土量、盾構參數控制（見圖1K413021-1）。泥水式盾構，以泥水壓和泥漿性能控制為主，輔以排土量控制（參見圖1K413021-2）。

　　（一）土壓（泥水壓）控制

　　開挖面的土壓（泥水壓）控制值，按地下水壓（間隙水壓）+土壓+預備壓設定。

　　土壓有靜止土壓、主動土壓和松弛土壓，要根據地層條件區別使用。按靜止土壓設定控制土壓，是開挖面不變形的最理想土壓值，但控制土壓相當大，必須加大設備裝備能力。主動土壓是開挖面不發生坍塌的臨界壓力，控制土壓最小。地質條件良好、覆土深、能形成土拱的場合，可采用松弛土壓。

　　變動大的情況下，一般開挖面不穩定。

　　（二）土壓式盾構泥土的塑流化改良控制

　　1．土壓式盾構掘進時，理想地層的土特性是：

　　（1）塑性變形好；

　　（2）流塑至軟塑狀；

　　（3）內摩擦小；

　　（4）滲透性低。

　　細顆粒（75／Jm以下的粉土與黏土）含量30％以上的土砂，塑性流動性滿足要求。在細顆粒含量低于30％、或砂卵石地層，必須加泥或加泡沫等改良材料，以提高塑性流動性和止水性（參見圖1K413021-4）。

　　改良材料必須具有流動性、易與開挖土砂混合、不離析、無污染等特性。一般使用的改良材料有礦物系（如膨潤土泥漿）、界面活性劑系（如泡沫）、高吸水性樹脂系和水溶性高分子系四類（我國目前常用前二二類），可單獨或組合使用。

　　2．選擇改良材料要依據條件

　　（1）土質（粒度分布、礫石粒徑、礫石含量、黏性土含量、均等系數等）；

　　（2）透水系數；

　　（3）地下水壓；

　　（4）水離子電性；

　　（5）是否泵送排土；

　　（6）加泥（泡沫等）設備空間（地面、隧道內）；

　　（7）掘進長度；

　　（8）棄土處理條件；

　　（9）費用（材料價格、注入量、材料損耗、用電量、設備費等）。

　　3．流動化改良控制是土壓式盾構施工的最重要要素之一，要隨時把握土壓倉內土砂的塑性流動性。一般按以下方法掌握塑流性狀態。

　　（1）根據排土性狀

　　取樣測定（或根據經驗目視）土砂的坍落度，以把握土壓倉內土砂的流動狀態。采用的坍落度控制值取決于土質、改良材料性狀與土的輸送方式。

　　（2）根據土砂輸送效率

　　按螺旋輸送機轉數計算的排土量與按盾構推進速度計算的排土量進行比較，以判斷開挖土砂的流動狀態。一般情況下，土壓倉內土砂的塑性流動性好，盾構掘進就正常，兩者高度相關。

　　（3）根據盾構機械負荷

　　根據刀盤油壓（或電壓）、刀盤扭矩、螺旋輸送機扭矩、千斤頂推力等機械負荷變化，判斷土砂的流動狀態。——般根據初始掘進時的機械負荷狀況和地層變化結果等因素，確定開挖土砂的最適性狀和控制值的容許范圍。

　　（三）泥水式盾構的泥漿性能控制

　　泥水式盾構掘進時，泥漿起著兩方面的重要作用：一是依靠泥漿壓力在開挖面形成泥膜或滲透區域，開挖面土體強度提高，同時泥漿壓力平衡了開挖面土壓和水壓，達到了開挖面穩定的目的；二是泥漿作為輸送介質，擔負著將所有挖出土砂運送到工作井外的任務。

　　（四）排土量控制

　　1．開挖土量計算

　　單位掘進循環（一般按一環管片寬度為一個掘進循環）開挖土量Q，一般按下式計算：

　　2．土壓式盾構出土運輸方法與排土量控制

　　土壓式盾構的出土運輸（二次運輸）一般采用軌道運輸方式。

　　土壓式盾構排土量控制方法分為重量控制與容積控制兩種。重量控制有檢測運土車重量、用計量漏斗檢測排土量等控制方法。容積控制一般采用比較單位掘進距離開挖土砂運土車臺數的方法和根據螺旋輸送機轉數推算的方法。我國目前多采用容積控制方法。

　　3．泥水式盾構排土量控制

　　泥水式盾構排土量控制方法分為容積控制與干砂量（干土量）控制兩種。

　　容積控制方法如下，檢測單位掘進循環送泥流量Ql與排泥流量Q2，按下式計算排土體積Q3：

　　一般表示涌水（由于泥水壓低，地下水流人）。正常掘進時，泥漿流失現象居多。