中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越
广州市中心城区地下综合管廊工程
盾构培训材料
2017年3月1日
工程部
中铁二局工程有限公司
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第一章 First Chapter
盾构机的简介
中铁二局工程有限公司
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盾构机的起源
1806年，法国工程师麦克·布鲁内尔发现船的木板中，有一种蛀虫（船蛆）
钻出孔道，船蛆是一种蛤，头部有外壳，在钻穿木板时，分泌出液体涂在孔壁上
形成坚韧的保护壳，用以抵抗木板潮湿后的膨胀，以防被压扁。在蛀虫钻孔的启
示下，布鲁内尔发现了盾构掘进隧道的道理，并在英国注册了专利。
1825年布鲁内尔开始在伦敦泰晤士河下修建高，宽的矩形盾构隧
道，历时18年，到1843年布鲁内尔完成了全长370m的隧道，隧道经历了5次特大
涌水牺牲了6人。（有兴趣可关注盾构的起源相关视频）
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盾构的主要分类
迄今为止，盾构主要分为四代盾构机：第一代是手掘式盾构机、第二代
是半机械式盾构机、第三代是闭胸式盾构机、第四代大断面、高智能化、断
面多样化盾构机。根据工作原理分为土压平衡式盾构、泥水平衡式盾构和复
合式盾构，我们项目部目前所用的是土压平衡式盾构，今天重点讲述土压平
衡式盾构。
1974年在日本东京使用了第一台土压平衡式盾构，外径为。土压平
衡式盾构机的工作原理是盾构掘进时，其前端刀盘旋转掘削土层土体，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实现平衡，
即保持舱内的压力与掌子面的土的压力和掌子面上的水的压力保持平衡，通
过刀盘不断的切削掌子面的土体，慢慢向前掘进。
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盾构机的主要构造组成
盾构机从前至后依次由刀盘、切口环（前盾）、支撑环（中盾）、盾尾。
盾尾后是连接桥，连接桥与1#台车相连，1#台车后依次为2#台车、3#台车、
4#台车、5#台车。目前本项目支1#井所采用的中交天和Ф6250土压平衡盾构
机,配置第6#台车，可延长台车内距离，加装土箱。增加一次性出土量。
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刀盘
刀盘包括焊接结构件和刀架。刀盘表面焊接有耐磨层，圆周区域有耐磨
格栅构成的镶边。通过旋转，挖出的渣土被运到刀盘的8个开口。刀盘的后
部开口向内倾斜，这样的结构使渣土易于流动而容易流向螺旋输送机。
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前盾
前盾又称切口环，它里面装有支撑主驱动和螺旋输送机的钢结构。螺旋
输送机从底部斜向连接着皮带机。前盾前沿呈锲形，以防止渣土粘结和回流。
压力隔板将前盾的开挖舱和主舱分离开来。隔板上面的门可以让人进入
开挖舱进行保养和检查工作。此外，隔板有几个开口，可以控制渣土改良的
程度和以及作为修理时输电线的接线盒接头。
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中盾
中盾又称支撑环，前盾和中盾是用螺栓上紧并焊接在一起的。
在中盾内布置了推进缸支座和管片安装机架。管片安装机支架通过相应的法
兰面和管片安装机梁连接起来。推进缸和连接盾尾的铰接油缸布置在中盾。
为稳定岩石和用掘进设备进行试掘进，在中盾的盾壳上焊接了带球阀的超前
钻机孔。中盾和盾尾之间使用的是预紧密封。如果密封出现问题，虽然有脂
润滑，水还是能够进入盾壳；那么铰接密封有一个可膨胀的应急气囊密封临
时保护，防止水的进入。气囊最大膨胀压力为10bar。注意：如用气囊应急
密封时，则不允许掘进。
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盾尾
盾尾通过14个铰接油缸和中盾相连。在盾尾的保护下用管片拼装机安装
管片；而在盾尾尾部和已装好的管片之间用盾尾刷密封。
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第二章 Third Chapter
盾构施工工艺
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1、建造盾构工作井
2、盾构掘进机安装就位
3、出洞口土体加固
4、初推段掘进施工
5、掘进机设备转换
6、盾构连续掘进施工
7、接收井洞口土体加固
8、盾构进入接收井，并
运出地面
• 二、盾构施工工艺
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盾构始发准备
始发井：满足盾构掘进机安装和出洞施工的要求
接收工作井:盾构隧道掘进完成后进入接收井,满足盾构拆卸或转场
吊装移位的工作空间要求。
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盾构始发准备
⑴工作井已按设计要求完成并通过验收，其标高、轴线、结构强度等各项
技术参数符合设计和规范要求并能满足盾构施工各阶段受力要求（端头井结
构尺寸和洞门中心已复核且符合设计要求）；
⑵盾构推进、始发／到达施工方案已通过专家评审，评审意见已予落实或
整改，监理细则已编制审批；
⑶测量、监测方案已审批，监测控制点已按监测方案布置好，且已测取初
始值；
⑷井下控制点已布设且固定；
⑸要求的各项端头措施（端头加固、降水、冷冻等）已经完成，各项指标
已经达到设计要求并有检测报告；
⑹洞门探孔已打，未发现异常情况并满足始发／到达要求；
⑺始发／接收托架架已经设计验算，结构强度满足要求；
⑻对盾构隧道沿线的建（构）筑物、管线等设施现有状况及其承受变形的
能力已完成调查，并且制订好切实可行的防御措施；
⑼施工现场技术交底（含各施工工艺和步骤）已按要求完成；
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盾构试掘进
区间隧道采用土压平衡盾构掘进，土压平衡是利用盾构机切削的泥土充
满密封仓并保持适当的土压力来平衡开挖面的土体，从而达到对盾构机前方
开挖面进行支护的目的。因此，盾构推进过程中，要根据不同地质、覆土厚
度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果及时调整设定土仓压力，推进速
度要保持相对平稳，控制好每次的纠偏量，减少对土体的扰动，为管片拼装
创造良好的条件。同步注浆量要根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时
调整，将施工轴线与设计轴线的偏差及地层变形控制在允许的范围内。根据
施工要求，始发口100m范围作为试掘进段，此段施工要对推进参数认真控
制，将推进的各项技术参数（如推力、推进速度、出土量、正面土压力等）
和地面沉降结合起来进行收集、统计、分析，掌握适应地层的盾构合理的推
进参数，以科学地指导后续施工。
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盾构试掘进
盾构试参数控制：
（1）掘进土压的控制：掘进时，如给定掘进速度，土压通常靠改变螺旋输
送机的速度来控制。螺旋输送机的速度快，渣土排出的就快，土压就相应地
降低。渣土排出的慢，土压就相应地上升。一般来说，通过改变掘进速度也
可以控制土压。减慢掘进速度，土压就降低；加快掘进速度，土压就增加。
（2）出碴量的控制
每环理论出碴量（实方）为：
π×d²×L=πײ×=方/环。
虚方约为实方的的膨胀系数，约70方/环。
（3）推进速度
盾构始发在试验段推进速度在正常情况下应为20-40mm/min，并根据地面测
量数据及时调整盾构正面中心土压力。
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盾构试掘进
（4）盾构推进中的碴土改良
理论上碴土在土压平衡工况模式下支撑介质碴土应具有以下特征：
a、良好的流塑状态；
b、良好的粘—软稠度；
c、低的内摩擦力；
d、低的透水性。
但一般地层岩土不会自然具有这些特征，从而使刀盘摩擦增大，工作负
荷增加。同时，密封仓内碴土流塑状态差时，在压力和搅拌作用下易产生泥
饼、压密固结等现象，从而无法形成有效的对开挖仓密封和良好的排土状态。
当碴土透水性强时，碴土在螺旋输送机内排出时无法形成有效的压力递降，
土仓内的土压力无法达到稳定的控制状态。
当碴土满足不了这些要求时，需通过向刀盘、土仓及螺旋输送机内注入
泡沫添加剂对碴土进行改良。
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盾构正式掘进
（1）盾构正式掘进中加强施工监测，随时调整掘进参数，不断完善施工工
艺，控制地表最大变形量在-30~+10mm范围内。
（2）掘进推进过程中应严格控制盾构方向，确保隧道实际中线与设计偏差
在上、下、左、右均小于50mm。同时应勤纠偏，坡度和方向不能突变，隧
道轴向和折角变化不能大于%。在缓和曲线、圆曲线段应根据里程控制掘
进方向和偏转角度。
（3）盾构推进速度正常控制在2~4cm/min范围，穿过建筑物或与地下构筑
物很近时推进速度应适当减缓，以防推进造成周围土体较大的扰动。
（4）推进出土量控制
每环出土量在98~100%间，同时考虑泡沫与水的改良，每环出土70m3左右。
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盾构正式掘进
（5）上述各项工作，必须逐项、逐环、逐日作好施工记录。具体要求如下：
①隧道掘进
——环号
——掘进速度
——盾构土仓压力
——刀盘转速、油压、螺旋机转速
——盾构推力、千斤顶行程
——盾构内壁与管片外侧环形空隙（左上、右上、左下、右下四处）
②同步注浆
——注浆压力、数量、稠度
——注浆材料配比
——注浆试块强度（每日取样试验）
——实际注浆量和理论注浆量的百分比
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盾构正式掘进
③测量
——盾构倾斜度
——盾构旋转角度
——隧道椭圆度
——推进总距离
——隧道每环衬砌环轴心（X、Y、Z）与设计轴心的偏差
④隧道渗漏水统计展示图及渗漏水量
施工中应及时将上述记录提交给监理工程师。
盾构导向系统 盾构掘进参
数
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第三章 Third Chapter
管片拼装
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管片拼装
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管片拼装
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管片拼装
管片拼装分为通缝拼装和错缝拼装
（1）通缝拼装——前后环纵缝对齐的一种
拼法，其特点（右图）
1）整条隧道整体性差因各环之间仅
有纵向螺栓连接圆环，管片间无牵连。
2）圆环变形大，由于纵向螺栓孔径
间隙产生管片位置的变动，使圆环变形
量大。
3）环面平整度差。由于环缝压密量
不一而引起，并使误差累计
4）由于环面累计误差存在造成环向
螺栓难穿。
5）圆环二块管片结缝质量差，易产
生喇叭口。、转角、内弧面不平及管片
相对旋转等。
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管片拼装
（2）错缝拼装——前后环纵缝错开
的一种拼法，
有1/2 或 1/3管片弧长的二种，其特
点：（右图）
1）整条隧道整体性强，纵向变形少；
2）由于每块管片受到其前环、后环
与本环六块管片的限制，所以圆环变
形小；
3) 圆环质量好同样对拼装的质量要
求也很高，不然将影响下环管片拼装
精度；
、内弧面不平及管片相对旋转等。
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管片拼装
盾构施工的区间隧道，管片衬砌是隧道防水的重要环节。管片拼装的质量
直接影响到隧道寿命及永久防水能力，因此严格控制管片安装质量至关重
要。
1）管片质量要求
管片表面不得出现裂缝、破损、掉角等现象，根据技术规范要求：
序号 项目 允许偏差(mm)
1 拼装成环后水平直径与垂直直径允许偏差（浆
液凝固后）
10
2 第一片管片定位量允许偏差 3
3 相邻管片（环与环、块与块）间的“踏步” 4
4 相邻管片肋面允许不平整度 5
5 环缝张开 ≤2
6 纵缝张开 ≤2
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管片拼装
2）管片的运输、堆放
管片由运送车辆从管片生产工厂运至施工场地，在施工场地安装弹性密封
条、传力衬垫等，然后根据管片运输指令经工地门吊垂直运送到编组列车
上，再经电瓶车运至隧道内工作面进行拼装。在这个过程中的各工序应注
意以下问题：
①制定专门的管片运输作业指导书，在管片水平或垂直运输过程中，所有
运输过程中应特别注意对管片的保护，避免造成损坏；
②管片的存放物场地必须平整，并用枕木或其它材料铺设成管片堆放垫墩；
③管片的堆放层数不可超过三块，以免造成管片压坏，堆放时块与块之间
应以方木支垫；
④在管片经门吊进行垂直时必须采用合格的吊装带，确保施工的安全；
⑤管片的供应顺序、型号等必须根据施工需要按工程师下达的管片运送指
令进行，避免因管片运送错误导致工序时间的耽误。
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管片拼装
3）防水等材料的安装
①弹性密封垫、传力衬垫的安装使用必须按设计要求进行，避免错用漏用；
②密封垫等材料的安装要制定专门的作业指导书，并要求在施工中必须严
格执行。在弹性密封垫粘贴安装前应清除管片上预留凹槽接触面的灰尘，
防止安装后剥离、脱落。安装时应特别注意，弹性密封垫必须精确的粘贴
在凹槽的正中位置，以保证管片拼装时弹性密封垫能以紧大接触面积。
③在存放管片进行密封垫粘贴的场地应配备防雨、防潮设备，避免密封垫
或软木传力衬垫淋雨、受潮而损坏；
④在管片拼装前，若因故导致弹性密封损坏或预水膨胀条发生了预膨胀，
则必须重新更换弹性密封垫；
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管片拼装
4）纵、环向螺栓连接
本标段均采用M30弯螺栓，每环纵向12根，环向10根，计22根/环。
管片连接是保证管片拼装质量的重要环节，在施工过程中应加强控制，做
到以下几点：
①为防止管片拼装时产生“踏步”，紧固螺栓前必须认真的进行对位；
②管片连接螺栓必须拧紧，螺栓紧固采取多次紧固的方式。管片拼装过程
中安装一块初紧一块螺栓，拼装结束后应及时对环纵向螺栓进行二次紧固，
盾构掘进下一环时，借助推进油缸推力的作用，再一次紧固所有螺栓尤其
纵向螺栓。隧道贯通后，必须对所有环纵向螺栓进行复紧；
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管片拼装
5）环面超前量的控制
定期检查管片环面超前量，当超前值过大时应用软性楔块给予纠正，保证
管片整环环面与隧道轴线的垂直度。
6）其他注意点
为保证管片的拼装质量，应制定专门的管片拼装作业指导书，对拼装施工
人员必须进行岗位培训。同时，要求在施工中还必须做到：
①在管片拼装之前要清除盾尾拼装部位的碴土等异物，并检查管片的型号、
外观以及密封材料的粘贴情况，若型号与管片运送指令不符应立即更换，
有损坏必须修复后才可拼装；
②拼装时应避免损坏管片和密封条，若意外造成管片损伤，应更换完好的
管片拼装并对受损管片进行修补，密封条受损也必须更换。
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第四章 Third Chapter
同步注浆与二次注浆
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同步注浆与二次注浆
盾构施工引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑
土的再固结以及地下水的渗透，是导致地表沉降的重要原因。为减少和防
止地表沉降，在盾构掘进过程中，要尽快在脱出盾尾的衬砌管片背后同步
注入足量的浆液材料充填盾尾环形建筑空隙。
1）注浆目的
管片衬砌背后注浆是盾构施工中的一项十分重要的工序，其目的主要有以
下三个方面：
①及时填充盾尾建筑空隙，支撑管片周围岩体，有效地控制地表沉降；
②凝结的浆液作为盾构施工隧道的第一道防水屏障，增强隧道的防水能力；
③为管片提供早期的稳定并使管片与周围岩体一体化，有利于盾构掘进方
向的控制，并能确保盾构隧道的最终稳定。
2）注浆方式和特点
本标段区间隧道穿越及施工影响范围内地层的地质主要为粉质粘土及淤泥
质粘土层。地层自稳能力差，盾构掘进后受扰动的围岩不能自稳，易产生
坍塌变形，从而引起地表沉降，采用同步注浆及时回填，必要时再以二次
补强注浆进一步填充，确保对盾尾建筑空隙填充密实。
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同步注浆与二次注浆
①同步注浆
根据隧道洞身穿越地层的特点，为能尽早充填盾尾建筑空隙及时支撑管片
周围岩体，防止地层产生过大变形而危及周围环境安全，采用盾构边掘进
边注浆方式，通过盾构机自设的同步注浆系统及管片预留注浆孔，注浆在
盾构尾建筑空隙形成的同时进行。
②二次注浆
同步注浆使盾尾建筑空隙得到及时填充，地层变形及地表沉降得到控制，
在浆液凝固后，强度得到提高，但可能有局部不够均匀或因浆液固结收缩
产生空隙，因此为提高背衬注浆层的防水性及密实度，必要时再补充以二
次注浆，进一步填充空隙并形成密实的防水层，同时也达到加强隧道衬砌
的目的。
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同步注浆与二次注浆
3）注浆压力
同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压力及土压力之和，
做到尽量填补同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动
而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；而注浆压力过小，浆液
填充速度过慢，填充不充足，会使地表变形增大，依据深圳地质情况，同步注浆
压力一般为~，二次注浆压力为~。
4）注浆量
同步注浆量理论上是充填盾尾建筑空隙，但同时要考虑盾构推进过程中的纠编、
浆液渗透（与地质情况有关）及注浆材料固结收缩等因素。注浆量可用下式进行
计算：
Q=Vλ 式中：Q——注浆量（m3）
λ——注浆率（取~，曲线地段及粉细砂地层段取较大值，其它地段根据实
际情况选定）
V———盾尾建筑空隙（m3）
V=π（D²-d²）L/4
式中：
D——盾构切削土体直径（即刀盘直径）
d——管片外径（） L——管片宽度（）
V=π（）×÷4=³
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同步注浆与二次注浆
（5）注浆速度及时间
根据盾构机推进速度，以每循环达到总注浆量而均匀注入，盾构机推进开始注浆
开始，推进完毕注浆结束。
（6）注浆顺序
同步注浆通过盾尾注浆管在盾构机推进的同时压注，在每个注浆孔出口设置压力
传感器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而实现对管片
背后的对称均匀压注。为防止注浆使管片受力不均产生偏压导致管片错位造成错
台及坡损，同步注浆时对称均匀的注入十分重要。
补强注浆通过管片预留注浆孔注浆，应先压注可能存在较大空隙的一侧。
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第五章 Third Chapter
盾构到达
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盾构到达
1、盾构姿态的复核
当盾构施工进入盾构到达范围时，应对盾构机的位置进行准确的测量，明确成
洞隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，同时应对接收洞门位置进行复核测
量，确定盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划。在考虑盾构机的贯通姿态时需注意
两点：一是盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计中心轴线的偏差，二是接收洞门
位置的偏差。综合这些因素在隧道设计中心轴线的基础上进行适当调整。纠偏要
逐步完成，仍坚持一环纠偏不大于4mm的原则。
2、盾构到达段的掘进
盾构到达段的掘进除应达到纠偏的目的外，还尤其应注意最后10m段的掘进控
制。因为在临近洞门的最后10m盾构掘进对地层的扰动影响极为明显，直接影响
到地层及车站端墙的稳定。
因此应根据到达段的地质情况确定合理的掘进参数。总的要求是：低速度、小
推力、合理的土仓压力和及时饱满的回填注浆。盾构进入端头加固地层时要根据
具体情况调整掘进参数，必要时可采取加泥或加泡沫的方式对碴土进行改良。在
贯通前时，应尽量出空土仓中的碴土，减小盾构推进对开挖面的挤压以免引
起掌子面的坍塌以及造成车站端墙的损坏。洞门混凝土清理完后盾构应尽快推进
并拼装管片，尽量缩短盾构接收时间。
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盾构到达
3、盾构机接收
盾构接收时洞口1~10环管片用拉紧装置连接拉紧，防止因千斤顶顶力释放后，管
片环间缝隙增大，引起环缝漏水。
盾构接收环拼装后，需再作数环推进，方能使盾构到达接收架上，这数环衬砌可
只作底块拼装，但需同样拧紧纵向连接螺栓，以免接收环衬砌脱落。
4、盾构到达施工注意事项
①盾构机进入到达段时，工作人员应明确盾构机适时的里程及刀盘距洞门掌子面
的距离，并按确定的施工技术方案进行施工；
②盾构到达前应检查端头土层加固、堵水情况是否达到要求；
③增加地表沉降监测的频率，并及时反馈监测结果指导施工；
④为防止因刀盘反力不足引起管片环缝接触松弛、张开并造成漏水，盾构到达段
最后10环管片用[14b]槽钢将管片沿隧道纵向拉紧；
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汇报完毕，请领导
予以指正。
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