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摘要：本文就土压平衡式盾构、加泥式盾构、加水式盾构及土压平衡盾构等几个问题进行了分析探讨，具有较强的理论性和实用性，供借鉴参考。
关键词：盾构；施工；管理控制
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、土压平衡式盾构
土压平衡盾构的施工管理是通过排土的机械控制方式进行的，这种排土机械可以调整排土量使之与挖土量保持平衡，以避免地面沉降或对附近构筑物造成影响。土压平衡式盾构施工管理的方法主要有以下几种。
1.先将盾构的推进速度设为一定值，然后根据容积计算来控制螺旋输送机的转速，这种方法是在松软粘土中使用较多的基本形式。与此同时，作为管理数据，还要使用切削扭矩和盾构的推力值等。
2.先设定盾构的推进速度为一定值，再根据切削密封舱内所设的土压计的数值和切削扭矩的数值调整螺旋输送机的转速和螺旋式排土机的转速。这种管理方法是将切削密封舱内的设定土压力P和设定切削扭矩T作为基准值，同盾构推进时的土压力P′、切削扭矩T′的数值作比较，即在P>P′和T>T′时降低螺旋输送机和螺旋式排土机的转速，减少排土量，而在P 二、加泥式或加泥浆式盾构
1.泥土、泥浆管理
进行泥土、泥浆管理的目的是为了通过向切削土内注入制泥材料，并进行搅拌，将切削土改变成与开挖面土质相适应的泥浆土。制泥材料可使切削下来并吸入密封舱的切削土具有塑性流动和不透水的性能，一般采用粘土和膨润土等浆液。在土体属于软质粘性土时，也可不使用制泥材料。
同时，根据切削扭矩、螺旋输送机的旋转扭矩、盾构的掘进速度等，以及所观察到的从螺旋输送机内排出的泥土状态等，制泥材料的使用量也应作相应增减。
2.掘进管理
为了确保开挖面稳定，进行盾构推进的掘进管理有以下两种方法：以使掘进量和排土量之间取得平衡为目的的排土量管理方法；以通过土压计测出密封舱内的泥土压力来保持土压力平衡为目的的土压管理方法。
2.1排土量管理
2.1.1重量管理
重量管理即通过测定隧道出土车运出的挖掘土的重量来调节掘进量和排土量使二者之间取得平衡的方法，这种方法尚不能正确掌握排土量，可作为下一步掘进的参考，但不能反映出掘进情况。
2.1.2盾构掘进量和螺旋输送机转速之间的控制
螺旋输送机的转速和排土量之间的关系可用下式表示：
Q=ηANP （1）
式中： Q———排土量， m3；
η———排土效率；
A———盾构断面面积， m2；
N———螺 旋 输 送 机 的 转速， m；
P———螺旋翼片的间距。
因为排土效率n是根据螺旋输送机的进土压力和土质等变化的，所以根据螺旋输送机的转速很难求出正确的排土量，掘进量和排土量之间也很难保持平衡。
2.2土压管理
泥土、泥浆加压盾构以通过土压管理进行掘进控制为基本特点。这种盾构在切削刀盘部位没有板，支撑开挖的压力就是密封舱内的泥土压力，故可直接通过装在密封板上的土压计测出。因此，进行土压管理是可能的。
通常土压力P的范围是：主动土压力+地下水压力 管理土压的方法是：根据土质调查中取得的结果，求出控制的上、下限土压力，再在这一范围内设定基准土压力，控制盾构千斤顶的推进速度和螺旋输送机的转速，使实际土压同基准土压一致。
根据上述基准土压力，并参照施工情况，以及途中变化的测定、排土状况等设定管理用的土压力。
三、加水式盾构
加水式盾构施工法的开挖和稳定管理有两种方式：一是不间断地掌握盾构掘进中的掘土量和排土量之间的关系，从而将密封舱内的切削土的积存量保持在最佳状态的排土率管理；二是保证同地下水压力取得平衡的附加水压力管理。
1.排土率管理
排土率的管理基本上是通过控制盾构的掘进速度和螺旋输送机的旋转速度进行的。而排土率则是通过由盾构掘进速度和盾构断面计算出的掘土量与安装在排泥管上的流量计和密度计测出的排土量之比求得的。
为将密封舱内的切削土积存量保持在最佳状态，必须测定总推力、切削扭矩和螺旋输送机扭矩等数据，实施能反馈出测量结果的最佳管理。
2.附加水压力
附加水压力的管理是通过根据地下水位、切削密封舱内孔隙水压力的测定结果在排土调整槽内控制附加水压力的方法进行的。附加水压力是通过调节管道输送系统的泵的排出量或阀门的开口率来控制的。
附加水压力的管理标准是：根据土体条件、掘进状况等因素，设定出能够保证在开挖面处于稳定的状态下进行掘进的最佳加水压力，但常用以地下水压力为基准，在其上下设定容许变动值，将压力控制在这一范围内。
四、土压平衡盾构的基木原理
土压平衡盾构的基木原理是：随着盾构的推进，对由旋转刀盘切削下来进入密封舱内的土体，通过安装在密封舱内的螺旋输送机以及出土口上的滑动门或螺旋式漏斗等排土机构进行排土，一是维持开挖面稳定状态，二是将盾构向前推进。
根据不同的地层条件，上述使开挖面维持稳定的机构基本上可以分为两种类型：一种是适用于土体内部摩擦角小而富有流动性的粉土、粘土等粘性土地层的开挖面稳定；另一种是适用于土体内部摩擦角大、流动性差、透水系数高的砂土、砂礫等砂质土地层的开挖面稳定。
1.粘性土地层中的开挖面稳定
适用于粉质粘土和砂质粉土层等粘性土地层的开挖面稳定的形式，是采用将螺旋切削刀盘切削下来的土体导入切削密封舱内，一边顶住开挖面上的土压，一边用螺旋输送机运往后方井从出土口排土的方式。
应用此方式的有削土加压式盾构和中心螺旋钻型土压式盾构等。开挖面稳定机构首先就是用切削下的土体填满切削密封舱。在松软的粘性土地层中施工时，刀盘切削下来的土强度一般低于开挖面上土体的强度，并呈流动状。
此外，即使地层土的粘结力较大，由于切削刀盘的搅动和在螺旋输送机的搬运中，土体已被扰动，流动性能有所提高，所以在切削密封舱和螺旋输送机内，切削下来的土会充得很满，可以达到同开挖面上的压力大致相等的状态。
在粘性土地层中施工时，一般采用滑动门。然而，对于土会从滑动门中流出的那种松软土质，也可采用专用泵（容积泵）来代替滑动闸门。容积泵就是能在保持压力的同时输送流动状粘性土的泵。如果将若干台这样的容积泵组合起来，就可以在开挖面和地面之间进行管道输送。
此外，当土体中的含砂量较多而超过一定限度时，将难以保证切削密封舱内的切削土的流动性。此时，切削密封舱内的土一旦充得过满，就会压密固化，挖土和排土都会出现困难，盾构将不能推进。在这种情况下，就需要在切削密封舱内加入化学聚合物、泡沫、膨润土和粘土等添加剂作搅拌混合处理，或用高压喷气搅拌处理，以提高密封舱内切削土的流动性。
2.砂性土地层中的开挖面稳定
在砂土和砂砾等砂质土地层中，由于砂土的摩擦阻力很大，地下水丰富，土的透水系数也较高，依靠切削土的土压力来抗衡开挖而上的压力是很困难的。另外，通过切削下来的泥土来保证出土的流动性也是不可能的。由于这种地层中土的透水性强，光靠在切削密封舱及螺旋输送机内充满土来保证顶住地下水压力的止水性也是不可能的。
在这样的地层中，因为单纯依靠出土机等机械控制不能保证开挖面的稳定，所以在开挖面上加压或注入化学聚合物、泡沫、水、泥、高浓度泥水、泥浆等材料，进行充分搅拌，改变切削下来的土体的性质，保证土的流动性和止水性，以求得开挖面的稳定。上述稳定开挖面的方式大致可分为以下几种：
a）向切削密封舱内喷水、喷气或注入泡沫等添加剂来保证密封舱内切削土的流动性，同时在螺旋输送机的出土口上安装旋转式排土机构，以保证排土系统的水密性，维持开挖面的稳定；
b）向开挖面施加高压水来保证切削土的流动性，同时保持与地下水压力之间的平衡，用切削密封舱内留下的切削土来抵抗开挖面的土压力，井在螺旋输送机后部安装排土调节槽保持舱内的压力，维持开挖面的稳定；
c）向开挖面施加高浓度泥水，将泥水同切削下来的土体进行搅拌，由此保证切削土的流动性，同时用施加高浓度泥水的压力来抵抗开挖面上的土压力和水压力，井在螺旋输送机出土口上安装旋转式排土机，用这样的措施来保持开挖面的稳定；
d）向开挖面注入制泥材料或泥浆，用加筋辐条型的刀盘进行切削和搅拌，将切削下来的土转变成具有止水性和流动性的土，并用这种改性土的土压力来抵抗开挖面上的土压力和水压力，以此来维持开挖面的稳定。
结语
交通隧道工程的日益发展提高了盾构隧道技术的水平。目前，盾构与隧道技术正在向大深度、大直径、长距离掘进发展，相信随着交通隧道工程建设的不断发展，盾构隧道技术水平将进一步得到发展和提高。
参考文献
[1] 竺维彬, 鞠世健, 等. 复合地层中盾构施工技术[M]. 北京： 中国科学技术出版社, 2006
[2]叶飞，黎柯军.隧道掘进机技术及其在我国的发展和应用[J].中外公路， 2006（4）
[3]张振宇.盾构法施工技术在我国的应用与发展[J].武汉工程职业技术学院学报， 2005（4）.
关键词：盾构；施工；管理控制
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
一、土压平衡式盾构
土压平衡盾构的施工管理是通过排土的机械控制方式进行的，这种排土机械可以调整排土量使之与挖土量保持平衡，以避免地面沉降或对附近构筑物造成影响。土压平衡式盾构施工管理的方法主要有以下几种。
1.先将盾构的推进速度设为一定值，然后根据容积计算来控制螺旋输送机的转速，这种方法是在松软粘土中使用较多的基本形式。与此同时，作为管理数据，还要使用切削扭矩和盾构的推力值等。
2.先设定盾构的推进速度为一定值，再根据切削密封舱内所设的土压计的数值和切削扭矩的数值调整螺旋输送机的转速和螺旋式排土机的转速。这种管理方法是将切削密封舱内的设定土压力P和设定切削扭矩T作为基准值，同盾构推进时的土压力P′、切削扭矩T′的数值作比较，即在P>P′和T>T′时降低螺旋输送机和螺旋式排土机的转速，减少排土量，而在P
1.泥土、泥浆管理
进行泥土、泥浆管理的目的是为了通过向切削土内注入制泥材料，并进行搅拌，将切削土改变成与开挖面土质相适应的泥浆土。制泥材料可使切削下来并吸入密封舱的切削土具有塑性流动和不透水的性能，一般采用粘土和膨润土等浆液。在土体属于软质粘性土时，也可不使用制泥材料。
同时，根据切削扭矩、螺旋输送机的旋转扭矩、盾构的掘进速度等，以及所观察到的从螺旋输送机内排出的泥土状态等，制泥材料的使用量也应作相应增减。
2.掘进管理
为了确保开挖面稳定，进行盾构推进的掘进管理有以下两种方法：以使掘进量和排土量之间取得平衡为目的的排土量管理方法；以通过土压计测出密封舱内的泥土压力来保持土压力平衡为目的的土压管理方法。
2.1排土量管理
2.1.1重量管理
重量管理即通过测定隧道出土车运出的挖掘土的重量来调节掘进量和排土量使二者之间取得平衡的方法，这种方法尚不能正确掌握排土量，可作为下一步掘进的参考，但不能反映出掘进情况。
2.1.2盾构掘进量和螺旋输送机转速之间的控制
螺旋输送机的转速和排土量之间的关系可用下式表示：
Q=ηANP （1）
式中： Q———排土量， m3；
η———排土效率；
A———盾构断面面积， m2；
N———螺 旋 输 送 机 的 转速， m；
P———螺旋翼片的间距。
因为排土效率n是根据螺旋输送机的进土压力和土质等变化的，所以根据螺旋输送机的转速很难求出正确的排土量，掘进量和排土量之间也很难保持平衡。
2.2土压管理
泥土、泥浆加压盾构以通过土压管理进行掘进控制为基本特点。这种盾构在切削刀盘部位没有板，支撑开挖的压力就是密封舱内的泥土压力，故可直接通过装在密封板上的土压计测出。因此，进行土压管理是可能的。
通常土压力P的范围是：主动土压力+地下水压力
根据上述基准土压力，并参照施工情况，以及途中变化的测定、排土状况等设定管理用的土压力。
三、加水式盾构
加水式盾构施工法的开挖和稳定管理有两种方式：一是不间断地掌握盾构掘进中的掘土量和排土量之间的关系，从而将密封舱内的切削土的积存量保持在最佳状态的排土率管理；二是保证同地下水压力取得平衡的附加水压力管理。
1.排土率管理
排土率的管理基本上是通过控制盾构的掘进速度和螺旋输送机的旋转速度进行的。而排土率则是通过由盾构掘进速度和盾构断面计算出的掘土量与安装在排泥管上的流量计和密度计测出的排土量之比求得的。
为将密封舱内的切削土积存量保持在最佳状态，必须测定总推力、切削扭矩和螺旋输送机扭矩等数据，实施能反馈出测量结果的最佳管理。
2.附加水压力
附加水压力的管理是通过根据地下水位、切削密封舱内孔隙水压力的测定结果在排土调整槽内控制附加水压力的方法进行的。附加水压力是通过调节管道输送系统的泵的排出量或阀门的开口率来控制的。
附加水压力的管理标准是：根据土体条件、掘进状况等因素，设定出能够保证在开挖面处于稳定的状态下进行掘进的最佳加水压力，但常用以地下水压力为基准，在其上下设定容许变动值，将压力控制在这一范围内。
四、土压平衡盾构的基木原理
土压平衡盾构的基木原理是：随着盾构的推进，对由旋转刀盘切削下来进入密封舱内的土体，通过安装在密封舱内的螺旋输送机以及出土口上的滑动门或螺旋式漏斗等排土机构进行排土，一是维持开挖面稳定状态，二是将盾构向前推进。
根据不同的地层条件，上述使开挖面维持稳定的机构基本上可以分为两种类型：一种是适用于土体内部摩擦角小而富有流动性的粉土、粘土等粘性土地层的开挖面稳定；另一种是适用于土体内部摩擦角大、流动性差、透水系数高的砂土、砂礫等砂质土地层的开挖面稳定。
1.粘性土地层中的开挖面稳定
适用于粉质粘土和砂质粉土层等粘性土地层的开挖面稳定的形式，是采用将螺旋切削刀盘切削下来的土体导入切削密封舱内，一边顶住开挖面上的土压，一边用螺旋输送机运往后方井从出土口排土的方式。
应用此方式的有削土加压式盾构和中心螺旋钻型土压式盾构等。开挖面稳定机构首先就是用切削下的土体填满切削密封舱。在松软的粘性土地层中施工时，刀盘切削下来的土强度一般低于开挖面上土体的强度，并呈流动状。
此外，即使地层土的粘结力较大，由于切削刀盘的搅动和在螺旋输送机的搬运中，土体已被扰动，流动性能有所提高，所以在切削密封舱和螺旋输送机内，切削下来的土会充得很满，可以达到同开挖面上的压力大致相等的状态。
在粘性土地层中施工时，一般采用滑动门。然而，对于土会从滑动门中流出的那种松软土质，也可采用专用泵（容积泵）来代替滑动闸门。容积泵就是能在保持压力的同时输送流动状粘性土的泵。如果将若干台这样的容积泵组合起来，就可以在开挖面和地面之间进行管道输送。
此外，当土体中的含砂量较多而超过一定限度时，将难以保证切削密封舱内的切削土的流动性。此时，切削密封舱内的土一旦充得过满，就会压密固化，挖土和排土都会出现困难，盾构将不能推进。在这种情况下，就需要在切削密封舱内加入化学聚合物、泡沫、膨润土和粘土等添加剂作搅拌混合处理，或用高压喷气搅拌处理，以提高密封舱内切削土的流动性。
2.砂性土地层中的开挖面稳定
在砂土和砂砾等砂质土地层中，由于砂土的摩擦阻力很大，地下水丰富，土的透水系数也较高，依靠切削土的土压力来抗衡开挖而上的压力是很困难的。另外，通过切削下来的泥土来保证出土的流动性也是不可能的。由于这种地层中土的透水性强，光靠在切削密封舱及螺旋输送机内充满土来保证顶住地下水压力的止水性也是不可能的。
在这样的地层中，因为单纯依靠出土机等机械控制不能保证开挖面的稳定，所以在开挖面上加压或注入化学聚合物、泡沫、水、泥、高浓度泥水、泥浆等材料，进行充分搅拌，改变切削下来的土体的性质，保证土的流动性和止水性，以求得开挖面的稳定。上述稳定开挖面的方式大致可分为以下几种：
a）向切削密封舱内喷水、喷气或注入泡沫等添加剂来保证密封舱内切削土的流动性，同时在螺旋输送机的出土口上安装旋转式排土机构，以保证排土系统的水密性，维持开挖面的稳定；
b）向开挖面施加高压水来保证切削土的流动性，同时保持与地下水压力之间的平衡，用切削密封舱内留下的切削土来抵抗开挖面的土压力，井在螺旋输送机后部安装排土调节槽保持舱内的压力，维持开挖面的稳定；
c）向开挖面施加高浓度泥水，将泥水同切削下来的土体进行搅拌，由此保证切削土的流动性，同时用施加高浓度泥水的压力来抵抗开挖面上的土压力和水压力，井在螺旋输送机出土口上安装旋转式排土机，用这样的措施来保持开挖面的稳定；
d）向开挖面注入制泥材料或泥浆，用加筋辐条型的刀盘进行切削和搅拌，将切削下来的土转变成具有止水性和流动性的土，并用这种改性土的土压力来抵抗开挖面上的土压力和水压力，以此来维持开挖面的稳定。
结语
交通隧道工程的日益发展提高了盾构隧道技术的水平。目前，盾构与隧道技术正在向大深度、大直径、长距离掘进发展，相信随着交通隧道工程建设的不断发展，盾构隧道技术水平将进一步得到发展和提高。
参考文献
[1] 竺维彬, 鞠世健, 等. 复合地层中盾构施工技术[M]. 北京： 中国科学技术出版社, 2006
[2]叶飞，黎柯军.隧道掘进机技术及其在我国的发展和应用[J].中外公路， 2006（4）
[3]张振宇.盾构法施工技术在我国的应用与发展[J].武汉工程职业技术学院学报， 2005（4）.