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中交路桥建设有限公司 北京地铁17号线工程土建施工03合同段项目部

盾构设备的管理及使用

中交路桥建设有限公司
北京地铁17号线工程土建施工03合同段项目经理部

目录
一、 前言 4
二、 盾构技术的发展 4
三、 盾构机分类 4
四、 土压平衡盾构机工作原理 6
五、 土压平衡盾构机结构介绍 7
5.1刀盘 7
5.2盾体 8
5.3推进系统 9
5.4螺旋输送机系统 10
5.5皮带输送机系统 10
5.6管片拼装机系统 10
5.7超挖刀系统 11
5.8集中润滑系统 11
5.9盾尾密封油脂系统 11
5.10同步注浆系统 12
5.11管片吊运系统 12
5.12人行闸 12
5.13数据采集系统 12
六、 盾构机选型 12
6.1盾构机选型重要意义 12
6.2盾构机选型影响因素分析 13
6.3盾构法对主要地层的适应性分析及选型要求 14
6.4土压盾构的使用范围拓展 15
6.5盾构机选型的计算依据 15
七、 土压盾构法施工关键技术 16
7.1端头加工措施 16
7.2土压盾构工作面稳定控制技术 16
7.3渣土改良技术 18
7.4背衬注浆 19
7.5盾构隧道施工穿越既有构筑物 21
7.6风险管理 24
八、 土压盾构法隧道施 工组织的关键 26
8.1垂直运输提升系统 26
8.2水平运输系统 26
8.3工序调度组织 26
8.4合理到位的激励 26
8.5轨道铺设质量与养护 26
8.6盾构的工前筹备是风险事前控制的关键 26
8.7始发与到达是盾构施工风险控制的永恒主题 26
8.8推进阶段中线偏差、刀具更换、动态参数调整是关键 27
8.9管片安装是盾构最后的质量体现 27

一、 前言
在我国，习惯上将用于软土地层的称为盾构，将用于岩石地层的称为TBM。
盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构，挤压式盾构，半机械式盾构（局部气压、全局气压），机械式盾构（开胸式切削盾构，气压式盾构，泥水加压盾构，土压平衡盾构，混合型盾构，异型盾构）。
盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。
二、 盾构技术的发展
1818年布鲁内尔观察小虫腐蚀木船底板成洞，提出盾构工法，并取得专利。1825年泰晤士河水底（隧道11.4X6.8）矩形盾构，两次被水淹，1835年改良后于1843年完工。
1874年格瑞海德发现并开发了液体支撑工作面的盾构，以泥浆形式出土；1887年Great使用盾构和气压组合工法施工隧道获得成功，为现在的盾构工法奠定了基础
19世纪末到20世纪中叶盾构工法相继传入美、法、德、日等国家。1963年日本佐藤公司开发形成土压盾构，1974年IHI设计首台土压平衡盾构，3.72外径；
我国首条盾构掘进机施工的隧道——1956年东北阜新煤矿疏水隧道，直径2.6m，采用手掘盾构。1965年上海 5.8m网格挤压盾构；1966年10.2同网格挤压盾构。
20世纪60～80年代随着机械、液压、气压、密封技术的进步以及计算机、测量技术的发展，更职能化的多功能实现的复合式盾构机诸如气泡式、泥水式、复合土压式盾构相继问世并成为主流。
三、 盾构机分类
按掘进机的头部形状分：刀盘式、网格式、手掘式、插刀式；
按盾构机的工作面稳定支撑方式：敞开式、泥水盾构、土压盾构、气压盾构（现在气压式多与土压形成复合式多功能）；
按盾构机的盾壳的数量分：单护盾、双护盾；
按盾构机机体与推进机构是联合一体还是分成二部分：整机式、分体式。
现在主要使用的盾构井有泥水式盾构机、土压平衡式盾构机。泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。土压平衡式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。

图3-1土压平衡式盾构机示意图

图3-2泥水式盾构机示意图
由于泥水式盾构机使用范围为含水量较大的地层，多见于南方淤泥质地区，北方地区采用土压平衡式盾构机。本文主要介绍土压平衡式盾构机。
四、 土压平衡盾构机工作原理
土压平衡盾构属封闭式盾构。盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土压、水压基本平衡，使得掘削面与盾构面处于平衡状态(即稳定状态)。靠螺旋输送机将碴土(即掘削弃土)排送至土箱，运至地表。由装在螺旋输送机排土口处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。
盾构机的掘进，刀盘驱动方式两类型：液压马达或者变频电机驱动刀盘旋转，同时启动盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过盾构井口垂直运至地面。
掘进中控制排土量与排土速度，当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍塌或隆起。

图4-1土压平衡示意图
这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。
管片拼装，盾构机掘进一环的距离后，通过管片拼装机通缝或错缝拼装单层衬砌管片，使隧道一次成型。
五、 土压平衡盾构机结构介绍
土压平衡盾构机的组成：刀盘、盾体、推进系统、驱动系统、螺旋输送机系统、皮带输送机系统、管片拼装系统、集中润滑系统、盾尾密封油脂系统、同步注浆系统、管片吊运系统、人行闸、数据采集系统、自动测量系统、后配套台车、排污系统、冷却系统、电气系统和辅助设备等
5.1刀盘
盾构刀盘系统为盾构机最为重要的系统之一。其主要功能是将盾构机前方的土体进行切削、搅拌，便于排土，同时也起到减小盾构推进阻力、保持开挖面土体稳定等重要作用。

图5.1-1辐条式刀盘示意图
结构一般采用辐条式、面板式两种大的类型，驱动采用电驱动或液压驱动。
5.2盾体
隧道的形状因其使用要求不同而形成不同的盾构外形。盾构的外形就是指盾构的断面形状，绝大多数盾构采用的是圆形。
盾构在推进过程中，不但要承受各种压力，同时还要克服各种阻力，所以，盾构整体要求具有足够的强度和刚度。

图5.2-1盾构机盾体示意图
5.3推进系统
主要功能为以已拼管片作为支撑点，切削土层所需要的每把刀具上的推力、克服盾构机前方土体压力及其他阻力与摩擦力，是盾构机向前进的动力。
推进系统以液压为动力、通过液压油缸产生向前的推进力。

图5.3-1推进系统分区示意图
5.4螺旋输送机系统
主要功能：将刀盘切削下来的土从土仓内排出，并且通过自动控制螺旋机转速、开口度来控制出土量，与掘进速度相适应从而达到控制土仓内土压平衡的目的。
螺旋机结构：有轴式和无轴式两种
控制重点：螺旋机转速、开口度、添加剂注入
5.5皮带输送机系统
主要功能是将从螺旋输送机内排出的泥土输送至施工单位配备的运碴土箱内。
皮带输送系统可以说是盾构机的生命线，其关键是不掉或者少掉泥水、日常维护从防止跑偏、过度磨损。
5.6管片拼装机系统
主要功能是通过拼装机上一般具有的4个自由度动作进行管片的拼装。
管片拼装机的回转驱动方式采用液压驱动，并配备失压刹车，其他动作采用液压油缸驱动。

图5.6-1管片拼装系统示意图
5.7超挖刀系统
主要功能为可以根据需要配合刀盘进行局部的超挖。仿形刀安装在刀盘的侧面
驱动采用液压油缸形式，结合刀盘旋转的位置传感器在360°范围内的任意位置进行伸和缩。
根据转弯地层，分为仿形刀与滚刀两种类型。
5.8集中润滑系统
主要功能除在盾构机主要油脂润滑部位进行自动注脂外，还对盾构前土砂密封进行自动注脂，确保前土砂密封的密封性和润滑性。
自动控制方式有压力和时间控制两种。
5.9盾尾密封油脂系统
主要功能为在各道盾尾密封刷之间的空腔内充填盾尾密封油脂，防止盾尾外部的水和泥浆进入至盾构内部来。
控制方式有手动控制和自动控制，自动控制又分为压力控制和时间控制。

图5.9-1盾尾密封油脂系统示意图
5.10同步注浆系统
主要功能为在盾构掘进过程中，注入浆液充填管片脱出盾尾后产生的建筑空隙，减少地面沉降。
注浆方式：单液、双液两种。
控制方式有手动控制和自动控制，自动控制又分为压力控制和流量控制。
关注与协调重点：盾尾油脂、土舱压力、防止堵管
5.11管片吊运系统
主要功能为将管片从管片运输小车上吊下运输至管片拼装位置。
5.12人行闸
主要功能为在盾构本体前方发生意外情况，需要施工人员进入到刀盘正面时，必须通过人行闸。
由于施工过程中，盾构土仓内有一定的土压力，所以施工人员进入人行闸后，关上闸门，对人行闸进行充气，使其建立一定的气压，以抵消土仓内的土压力。
5.13数据采集系统
主要功能为将盾构各系统的主要参数采集并保存在电脑中，同时通过通信电缆将这些数据传输至地面管理人员的电脑中，在施工过程中作为参考。
六、 盾构机选型
6.1盾构机选型重要意义
世界首条盾构隧道，也是水下，18年建成，水淹两次，彻底改造后才建成；中国第一台完全知识产权盾构水下隧道也有周折，4年建成；进入90年代，技术与装备革命带来国外自动化盾构机的出现，不愿承担风险，在上世纪末本世纪前7年期间，国外盾构霸居国内市场。
随着不同盾构风险事故的对比，对风险理解转变：主要在于前期：选型、设计协调、监造、方案对策筹划，一些前辈与同行们为国产化一直在努力探寻、呼吁，国家政策、进口盾构同样的风险事故倒逼下，国产盾构突飞猛进，终于占据主流市场；国产盾构已能够满足国内工程的基本需求；盾构的选型重点是适应地质条件与周边环境、满足特对接殊功能、技术与设计协调、监造关键、使用策划。
6.2盾构机选型影响因素分析
盾构机的合理选择要保证开挖面的稳定性，具有良好的掘进性能，结合衬砌的类型防止渗漏和坍塌，而且还要与配套系统具有紧凑的配合关系。
根据调研分析，归纳总结了盾构机选型为核心的各因素的影响及其相互作用关系。如下图所示。

分析总结归纳盾构机的选型的影响因素共计九方面：
（1）工程地质相匹配、各种地层所占比例，是确定盾构机选型的首要依据。
（2）土的塑性流动性、土的渗透系数等，为碴土改良系统提供依据。
（3）水源、地下水的含量及水压。土压盾构仅能适用于低水压地层。
（4）砂、卵石颗粒分布直接影响到刀盘与刀具的配制、人闸配制。
（5）土层的粒径分布曲线，也关系到盾构机的碴土改良设备进行配制。
（6）隧道平面参数、线形和转弯半径关系本体长度、盾尾间隙以及铰接设计。
（7）地层与岩性的分布比例，直接与刀盘、刀具选型密切相关。
（8）周边建构筑物分布、状况及保护等级，是选型重要因素之一。
（9）河流、湖泊、池溏，以及底部地层情况是盾构机选型时应考虑的重要因素之一。
6.3盾构法对主要地层的适应性分析及选型要求
1）洪积黏土
洪积黏土一般N值大，含水率低，掘削面能够自立，此外抗剪强度较大，变形小，可无需挡土隔板。
这类地层，可先根据掘削面稳定理论公式推算判断掘削面的自立状况。洪积黏土层刀盘宜采用条幅式；如能够长时间稳定，宜采用人工式、半机械式或机械式全敞式盾构机；如果稳定性较差，或者有少量夹层粉砂可辅以压气工法，以达到对工作面的支撑作用。
2）砂质土
根据国内已完成工程调查资料显示，砂质土如果渗透系数K大于10-2cm/s、74mm以下的微细颗粒含量低于10%、不均匀系数Uc小于10，地下水位高于2至3bar时，若采用土压盾构时，会出现涌沙现象，掘削面易坍塌，很难确保掘削面稳定。
3）砂砾、卵、漂石地层
该种地层重点考虑两方面的因素：
一是地下水，对于地下水位稳定在开挖底部以下的砂砾、卵、漂石地层，可采用土压盾构机；对于富含地下水地层则必须采用泥水盾构机。
二是砂砾石层重点考虑刀具刀盘的耐磨设计，而卵、漂石地层则重点考虑刀具的抗冲击非正常破坏与耐磨设计。对于大粒径漂石存在的地层，要考虑采用带式螺旋输送机。
4）泥岩与砂岩地层
对于裂隙节理不发育地层，采用Open工作模式；而对于断层破碎带无地下水发育地层采用EBP工作模式；
对于裂隙发育带、具有一定自稳能力、且地下水发育地层则采用Semi-Open工作模式。
对于泥岩地层，有两方面关键技术难题：其一为泥饼的形成，为掘进带来困难；其二为刀具配制，强度较低，可采用软土刀具，但掘进效率较低；而采用滚刀则会产生偏磨。
对于砂岩地层，可采用面板式刀盘，全断面长距度砂岩需配备滚刀；对于短距离砂岩地层，岩石强度大于20MPa以上的宜采用滚刀，而小于20MPa以下的则采用软土刀具。
对于砂岩地层，如果石英含量高，则对刀具磨损较快，是盾构机刀具配制方面的关键技术问题。
6.4土压盾构的使用范围拓展
有研究表明，对传统碴土改良装置进行改进，同时喷入膨润土溶液与泡沫，增大碴土中的微粒径的比例，在全断面长距离富水砂层采用土压盾构，没有发生喷涌现象和地面过度沉降，取得了成功。
因此，对于水压力小于3bar全断面含水砂层可以采用土压盾构，是对土压盾构应用范围的一种拓展，但需采用同时喷入膨润土与泡沫的碴土添加系统。对于水压力大于3bar全断面富水砂层或者穿越河、湖的富水砂层则需要采用泥水盾构机。
6.5盾构机选型的计算依据
1）工程地质、水文地质
颗粒分析及粒度分布，单轴抗压强度，含水率、砾石直径，液限及塑限，N值，粘聚力C、内摩擦角φ、相对密度、孔隙率，地层反力系数，压密特性，弹性波速度，孔隙水压，渗透系数，地下水位（最高、最低、平均），地下水的流速、流向、地层与河床变迁情况等。
2）设计参数
隧道长度、隧道平纵断面及横断面形状和尺寸等设计参数。
3）周围环境条件
地上及地下建构筑物分布，地下管线埋深及分布，沿线河流、湖泊、海洋的分布，沿线交通情况，施工场地条件，气候条件，水电供应情况等。
4）隧道施工工况筹划
工期、进度指标。
七、 土压盾构法施工关键技术
7.1端头加工措施
1）降水法
适用于富含地下水地层，有涌水突水风险。
2）注浆加固法
封堵地下水，加固地层。
3）搅拌桩施工法
第四系淤泥质、粉质土地层，也可细砂地层或者粘土地层。
4）旋喷桩施工法
旋喷桩多适用于第四系沉积层，稳定性能好，加固效果好。
5）地层冻结法
在无水或者少水的淤泥质地层，采用竖向冻结法；对于地下水丰富的地层则在盾构周边冻结形成止水冰冻墙。
6）素混凝土墙法
主要用于施工场地小、地下管线密集、地面交通繁忙、距离地面建筑物基础比较近的工程场地。
7）双重钢板桩与SMW工法
适用于具有一定稳定能力、无水或者少水的第四系沉积地层，用于提供洞门凿除后支撑工作面的稳定。
8）NOMST工法与SEW工法
适用于配备硬岩切削刀具的盾构机，地下水少或者无水的地层，更有利于减少由于洞门凿除而带来的安全风险。
9）密闭装备方法
采用钢套筒方法
10）其它方法
可在到达井中充满水或者用砂浆充填，象正常掘进，再清除。
7.2土压盾构工作面稳定控制技术
土压平衡式盾构主要通过泥土压力来抵抗掌子面释放的荷载，掘进过程中其稳定掌子面的机理如下图所示。

图7-1土压平衡受力分析示意图
当采用土压平衡模式掘进时，需通过推进速度与排土速度的不断调节使土压维持在设计范围内，从而达到对土压的适时管理。
通常根据地层特性和地面环境确定一个土压上限和下限值。上限是被动土压力、水压力、预备压力的和，下限是主动土压力、水压力的和。中间是静土压力、水压力的和。
说明：以上值加上0.02就是通常我们说的各值的取值标准。同时当是砂土层时水压力（或者有才预以计算。）
土压管理的目标反映在数据上，应使得地层的水土压力P(两者的合力)和压力舱内的泥土压力P0相当，当地层水、土压力之和P与土舱内泥土压力P0相当时，开挖面相对比较稳定。
螺旋输送机能否顺畅排土是实现泥土压力管理的前提，必要时需对切削下来的土和砂进行改良，保证螺旋输送机顺畅排土，并建立合适的压力梯减梯度。
土舱压力值：重点关注中部压力表值与中间值的匹配，上部不得超过上限值，否则会隆起。
推进时可以就下限，如果不是流砂或者是渗水量大的地层可以更小；拼管模式（停推）应向上限靠近。
停机时的保压是很重要的。
7.3渣土改良技术
渣土改良就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓内或螺旋输送机内注入水、泡沫、膨润土浆液、高分子材料TAC溶液或它们的混合物，利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土碴混合。
主要目的是使盾构切削下来的碴土具有好的流动性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力，以满足在不同地质条件下盾构掘进可达到理想的工作状况。
1）砂质黏性土和全、强、中风化泥质粉砂岩
主要是要稳定开挖面，防止刀盘产生泥饼，并降低刀盘扭矩。一般采取分别向刀盘面和土舱内注入泡沫的方法进行碴土改良，必要时可向螺旋输送机内注入泡沫。
2）硬岩地段
主要是降低对刀具、螺旋输送机的磨损，防止涌水，一般采取向刀盘前和土舱内及螺旋输送机内注入含水量较大的泡沫为主。
3）富水地段和其他含水地层
主要是要防止涌水、防止喷涌、降低刀盘扭矩，一般向刀盘面、土舱内和螺旋输送机内注入膨润土泥浆，并增输送机内注入的膨润土，以利于螺旋输送机形成土塞效应。
4）富水砂土地层
需要注入膨润土溶液；有安全同时注入泡沫与膨润土溶液；而当为非含水砂层时则主要是保持土舱内的压力平衡，以稳定开挖面，并控制地层沉降，拟采取向刀盘面和土舱内注入泡沫来达到改良碴土的目的，泡沫注入量根据具体情况确定。
5）均质淤泥质地层或者粉土地层
加入水即可
6）粉细砂地层
可加入泡沫或者比重为1.05以下的膨润土溶液。
1）渣土改良的具体作用
使碴土具有较好的土压平衡效果，利于稳定开挖面，控制地表沉降；
使碴土具有较好的止水性，以控制地下水流失；
使切削下来的碴土顺利快 速进入土舱，并利于螺旋输送机顺利排土；可有效防止土碴黏结刀盘而产生泥饼；
可防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象；
可有效降低刀盘扭矩，降低对刀盘、刀具和螺旋输送机的磨损。
7.4背衬注浆
1）背衬注浆的方法及适用范围

目的
扩散机理
机具设备
工艺及应用
同步注浆
充填盾尾空隙
填充
盾构机的注浆系统
通过盾尾的注浆管注浆，注浆与掘进同步进行，注浆速度与掘进速度相适应，多用于自稳能力较差的地层。
即时注浆
充填盾尾空隙
填充
盾构机的注浆系统
通过管片上的注浆孔（吊装孔）注浆，注浆滞后于掘进一定时间，多用于自稳能力较强的地层。
补强注浆
提高背衬注浆层的防水性及密实度
渗透~劈裂
双液注浆泵
通过管片上的注浆孔，采用凝结速度快、固结效果好的水泥-水玻璃浆按一定的配比进行补充注浆，起到补充充填和堵水的作用，多用于注浆不足的地方和富含水地段。
2）背衬注浆的浆液类型
浆液类型
优点
缺点
惰性浆液
凝结时间长，不易堵管，注浆效率高，成本低
防水效果差，对控制地面沉降或约束管片不利，强度较低
活性浆液
凝固后能增强隧道的防水性，对地面沉降控制和管片约束有利
凝结时间短，易堵管，成本较高
单液浆
设备简单，成本低；若用活性浆液，后期强度高，堵管易清理
凝结时间长，注浆效果发挥慢；浆液易流失，对盾尾密封性能要求高
双液浆
凝结快，利于尽早发挥注浆的功效；浆液易流失
设备较复杂，成本高；后期强度不高，堵管时不易清理；水玻璃易伤害人员或污染环境，对施工管理要求较高
3）现常用的同步注浆材料浆液的主要技术指标
1、胶凝时间：初凝3~5h，终凝4~12h，对于特殊地层初凝时间可缩短至45min。
2、固结体强度：对于软土地层略大于围岩强度，对于硬质围岩1天不小于0.3MPa，28天不小于2.5MPa。
3、固结率：>95%，即固结收缩率<5%。
4、稠度：8～12cm。
5、浆液稳定性：静置不沉淀、不离析或在胶凝时间内静置沉淀离析少。倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。
6、防稀释性：在压力地下水作用下，浆液具有较好的防水稀释性能。
4）注浆参数与沉降控制的关系
注浆的目的是填充环向间隙，但其根本目的还是控制地层损失造成的沉降。
地层损失：
其一为由于失水而产生的地层水与细粒径的流失
其二是由于地层失稳局部坍陷而造成的地层损失
浆液要向工作舱内流失
注入率λ要求在130%-215%之间。
优化注浆参数主要还是调整注入率的大小，当地层处于稳定性地层或者无水情况时，其地层损失将会非常微小，可以向小值优化和调整，如广州部分地层注入率最小可到125%；而当地层处于不稳定地层或者有水时，容易形成超挖或者小的坍陷，因此则需要向大值优化和调整，如上海淤泥质地层，则有时甚至要达到230%；而当盾构机穿越重要构筑物时，则需要将注入率调高，如在穿越广州机杨高速公路时，注入率基本维持在160～200%之间。
7.5盾构隧道施工穿越既有构筑物
1）对既有建筑物形式进行分类归纳
盾构穿越既有隧道、铁路（地铁）线
盾构穿越地面建筑物（包括古建筑物）
盾构穿越重要管线
盾构穿越桥梁
盾构穿越高速公路或者城市主干道
2）对既有建（构）筑物的调查
总结归纳了既有建筑物、地下管线、既有结构物等的调查内容的重点
3）对既有建（构）筑物的鉴定
政府等第三方评估机构对既有建（构）筑物进行鉴定、评估
4）对既有建（构）筑物影响的分析与评估
类比法、PEK公式计算分析、数值分析
5）既有构筑物保护与盾构掘进控制技术措施
（1）盾构施工掘进参数控制措施
重点控制土压盾构土舱压力，保持工作面稳定，防止失水和超挖、坍陷。
制定合理的同步注浆注入率，是保证工后沉降的重要技术措施。
根据监测数据及时对沉降超标区段进行补强注浆。
设置试验区段修正优化掘进参数
地表沉降机理分析
可细分为五个阶段
1、2与土压与推力、土层损失有关
3与工作面稳定性、失压、土层损失有关
4与同步注浆关系 密切
5可通过二次注浆进行补偿

图7.5-1地表沉降机理分析示意图
隧道纵向地表沉降与碴土仓压力关系曲线图，微风化⑨地层和中风化⑧地层时，采用敞开模式开挖，地表沉一般小于5mm；地层变化时，没能及时转换模式，地表沉降显殊增大；由沉降变化是优化土舱压力与掘进模式的重要依据。
同步注浆对地表沉降的影响，通过地表沉降数据调整注入率的重要依据，注入率受注浆压力的影响，也是建立注浆压力的重要依据，因此同步注浆也是控制沉降与建筑物保护的关键；二次注浆是补偿沉降的有效办法，也是控制沉降的必备手段。
6）影响沉降的主要因素
（1）地层损失：出土过多：松散地层建压不足、半自稳地层停机期间压力损失、有孤石、块石或者其它障碍物对开挖外边的扰动、复合地层推不动、刀具磨损推不动、对出土监控严防造成多出土。
（2）工作面坍陷
（3）地下水流失或者流砂
（4）土舱压力
（5）注浆参数
（6）掘进参数控制、监测数据分析、同步注浆、二次注浆是控制沉降与建筑物保护的有效措施与办法
7）监测信息反馈指导施工不断优化掘进参数
监测项目
（1）土体变形监测，如地表隆陷、地中土体垂直位移、地中土体水平位移观测。
（2）结构物变形监测。
（3）地下水参数情况的监测，如地下水位观测。
（4）围岩与隧道结构相互作用监测，如围岩压力、隧道管片变形观测等。
8）辅助建（构）物保护辅助加固技术措施
隔离加固措施
地基加固措施
桩基托换技术
铁路轨道的保护技术：采用扣轨、军便梁加固既有轨道等保护方法; 可采用储备充分的道碴，对施工引起的线路沉降及时填碴整道。
7.6风险管理
1）盾构机的风险重点体现在以下三个方面
（1）保证盾构机本身的安全；
（2）保证施工过程的安全；
（3）保证周边环境的安全。
2）盾构机风险控制的六个方向
（1）盾构选型与设备制造
（2）不同施工阶段盾构隧道安全
盾构进出井安全风险分析；盾构掘进安全风险分析；管片的拼装及防水安全风险分析；衬砌结构稳定性安全风险分析。
（3）引起的环境安全风险
（4）盾构法施工工期风险
（5）穿越江、海、河安全风险
（6）穿越特殊地质体安全风险
3）盾构法隧道施工安全风险控制标准研究
管理阶段
管理值
管理措施
正常阶段
实测值<预警值
正常施工
预警阶段
预警值≤实测值<报警值的70%时，为预警状态Ⅰ
施工单位（第三方监测单位）应引起注意，并加强监测频率
报警值的70%≤实测值<报警值的90%时，为预警状态Ⅱ
施工单位（第三方监测单位）继续应加强监测频率，并商讨防止变形继续发展的各种施工措施
报警值的90%≤实测值<报警值时，为预警状态Ⅲ
继续加强监测，实施预警状态Ⅱ时所讨论的措施
报警阶段
报警值≤实测值<极限值的75%时，为报警状态Ⅰ
人员队伍，材料等进入待命状态
极限值的75%≤实测值<极限值时，为报警状态Ⅱ
做好专项预案的启动准备
抢险救援阶段
实测值≥极限值
启动应急救援预案，专家组判断安全，必要时停止施工
4）风险适时远程管理
监测数据的可计算、分析、比较；风险对象监测数据的控制标准；专家的以太网远程数据分析。
建立一套土压盾构施工风险分析方法及风险管理体系，开发相关的盾构隧道施工风险管理系统，提升集团内部盾构施工风险管理能力，规避盾构施工风险。该风险管理系统结合了风险分析与监控量测数据共同进行风险管理，并集以往工程案例为一体，通过以太网与公司各个工点与工程管理专家系统形成有效对接，提高其快速风险决策能力，因此，它不同于一般的监测软件，也不同于一般的风险分析软件。

八、 土压盾构法隧道施 工组织的关键
8.1垂直运输提升系统
土压盾构常规而必须的配制：1台盾构至少1台具备提升碴斗的龙门吊，如果工期紧张可1大（匹配的碴斗）1小（管片）。
8.2水平运输系统
土压盾构常规而必须的配制：1台盾构至少2列水平运输系统，如线路长需加备用电瓶车，并加铺会车道。
8.3工序调度组织
工序调度是盾构机高产稳产的关键，也是施工组织必须 解决的问题。
8.4合理到位的激励
好的激励与及时的兑现，是盾构机高效、无间隙工序衔接的催化剂，是管理的技巧源。
8.5轨道铺设质量与养护
影响水平运输的工效除了列车与调度外，其质量和养护也是关键：轨枕刚度不够；轨枕铺装不平顺，上下起伏；钢轨与轨枕固定不牢；轨道铺装精度不够；轨道养护、调整不到位；掉道成为制约工序组织的家常便饭。
重视轨道铺设与有真正养护，是盾构生产生命线的前提。
8.6盾构的工前筹备是风险事前控制的关键
地质调查与补勘；盾构机选型与后配套配备、换刀计划，前者影响盾构先型的关键，后者影响工程是否会出现工期及安全风险。
筹备时机：投标阶段、中标后、盾构采购、制造改造
筹备内容与方法：调查分析地下水、地表水水力联系、泥岩、强度大于 60MPa的基岩、裂隙发育状况、漂卵石及砂层分布与粒径占比、石英含量、砂层分布设计图现场排查；选型与过程控制（技术谈判、制造、改造）、后配套对工期的匹配、科学合理的换刀计划点及方案（优先常压、其次带压）。
盾构的工前筹备，直接关系到盾构的是选型是否能够规避风险、设计联络是否与工程相匹配、风险措施与装备接口是否有考虑，直接关系应对风险的能力。
8.7始发与到达是盾构施工风险控制的永恒主题
加固方案、始发姿态计划、注浆、洞口30环连接加固，洞门凿除时工作面稳定、始发阶段透水风险、低头与仰头、偏离轴线超限。
端头加固时机：始发前、始发阶段。
方法与要点：始发前工作面水平探孔、始发姿态设计与始发段20米的中线设计相适应、盾构主机组装完成后对姿态进行测量并与设计姿态对比、洞门内接轨姿态与牵固性检查、始发和到达段至少50米长上管片采用槽钢连接加固。
始发到达技术很成熟、风险发生率最高，主要在于其不可确定性高，细心筹划、小心每一关键步骤是该阶段成功的关键，也是盾构施工永恒关注的主题。
8.8推进阶段中线偏差、刀具更换、动态参数调整是关键
土压（泥水压）计划建立与维持；监测、推进参数、注浆（含二次注浆）三者关系的分析与优化调整；盾构机姿态控制；刀具维护与管理（换刀计划的实施与调整），地表坍陷与工作面稳定、中线偏差过大、管片破损、刀具过度磨损导致刀盘磨损、工期严重不可控。
调整时机：推进全过程。
方法与要点：根据地质情况计划压力参数；制定地表沉降与推进参数、注浆参数之间的关系，对比分析调整优化；建立姿态三级管理制度和标准；根据换刀计划与推进参数的变化适时调整换刀计划并实施；施工组织计划与交底。
解决了刀具的维护与更换、中线偏差有效控制、参数控制动态关注，才能真正实现高质量、高效、风险可控的盾构推进。
8.9管片安装是盾构最后的质量体现
盾尾间隙管理；止水条管理与维护；管片螺栓复紧管理；管片运输保护，管片破裂、防水失效
管片安装控制时机：管片运输、管片安装前后、脱出盾尾5环以内。
方法与要点：安装管片前后对盾尾间隙进行测量并与安装的管片型号相适应；运输存放过程中防止对止水条的油污及浸水；安装前止水条检查并加固；管片安装过程防止对止水条的擦碰；管片安装后在脱出盾尾5环内的复紧与检查；管片运输过程防碰撞。
管片是构建盾构的最后成型隧道结构，是最终的隧道质量的体现。