7． 局部气压盾构。在机械盾构的支承环前边装上隔板，使切口与此隔板之间形成一个密封舱。在密封舱内充满压缩空气，达到稳定开挖面土体的作用。这样隧道施工人员就不处在气压内工作。在适当地质条件下，对比全气压盾构，无疑有较大优越性。但这种盾构在密封舱、盾尾及管片接缝处易产生漏气问题，如图1-7所示。

图1-7 局部气压式盾构

7．泥水加压式盾构。泥水加压式盾构是在盾构正面与支承环前面装置隔板的密封舱中，注入适当压力的泥浆来支撑开挖面，并以安装在正面的大刀盘切削土体，进土与泥水混合后，用排泥泵及管道输送至地面处理（见图1-8）

图1-8 泥水加压式盾构 (a)德国式 (b)日本式

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具体地讲，泥水加压盾构就是在机械式盾构大刀盘的后方设置一道隔板，隔板与大刀盘之间作为泥水室，在开挖面和泥水室中充满加压的泥水，通过加压作用和压力保持机构，保证开挖面土体的稳定。盾构推进时开挖下来的土就进入泥水室。由搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用流体输送法送出地面，把送出的泥水进行水土分离，然后再把分离后的泥水送入泥水室，不断地循环泥水加压盾构在其内部不能直接观察到开挖面，因此要求盾构从推进、排泥到泥水处理全部按系统化作业。通过泥水压力、泥水流量、泥水浓度等的测定，算出开挖土量，全部作业过程均由中央控制台综合管理。泥水加压盾构是利用了泥水的特性对开挖面起稳定作用的，泥水同时具有下列三个作用。

（1）泥水的压力和开挖面水土压力的平衡。

（2）泥水作用到地层上后，形成一层不透水的泥膜，使泥水产生有效的压力。 （3）加压泥水可渗透到地层的某一区域，使得该区域内的开挖面稳定。

就泥水的特性而言，浓度和密度越高，开挖面的稳定性越好，而浓度和密度越低泥水输送时效率越高，因此考虑了以上条件，目前被广泛作为泥水管理标准的数值如下： （1）容重：1.05～1.25（g/cm3）粘土、膨润土等。 （2）粘度：20～40（s），漏斗粘度500/500ml。

（3）脱水量：Q＜200ml，（APL过滤试验3kg／cm2,30min）。

泥水加压盾构有日本体系及德国体系，如图8所示。两者区别是：德国式的密封舱中设置了起缓冲作用的气压舱，以便于人工控制正面泥浆压力，构造较简单；而日本式密封舱中全是泥水，要有一套自动控制泥水平衡的装置。一般地说，泥水盾构对地层扰动最小，地面沉降也最小，但费用最高。

泥水盾构适用地层：泥水加压盾构最初是在冲积粘土和洪积砂土交错出现的特殊地层中使用，由于泥水对开挖面的作用明显，因此软弱的淤泥质土层、松动的砂土层、砂砾层、卵石砂砾层、砂砾和坚硬土的互层等均运用。泥水加压盾构对地层的适用范围之广。但是在松动的卵石层和坚硬土层中采用泥水加压盾构施工，会产生逸水现象，因此在泥水中应加入一些胶合剂来堵塞漏缝。在非常松散的卵石层中开挖时，也有可能失败。还有在坚硬的土层中开挖时，不仅土的微粒会使泥水质量降低，而且粘土还常会粘附在刀盘和槽口上，给开挖带来困难，因此应该予以注意。

泥水加压盾构的适用性：

（1）细粒土（粒径0.074mm 以下）含有率在粒径累积曲线的10%以上。 （2）砾石（粒径2mm以上）含有率在粒径加积曲线的60%以上。 （3）自然含水量18%以上。

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（4）无200～30Omm的粗砾石。

（5）渗透系数K<10cm/s。

8．土压平衡式盾构。土压盾构又称削土密闭式或泥土加压式盾构。它的前端有一个

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全断面切削刀盘，切削刀盘的后面有一个贮留切削土体的密封舱，在密封舱中心线下部装置长筒形螺旋输送机，输送机一头设有出入口，如图1-9所示。所谓土压平衡就是密封舱中切削下来的土体和泥水充满密封舱，并可具有适当压力与开挖面土压平衡，以减少对土体的扰动，控制地表沉降。这种盾构可节省泥水盾构中所必须的泥水平衡及泥水处理装置的大量费用，主要适用于粘性土或有一定粘性的粉砂土。现已有加水或加泥水的新型土压平衡盾构，可适用于多种土层。

图1-9 土压平衡式盾构

土压平衡式盾构的基本原理，由刀盘切削土层，切削后的泥土进入土腔（工作室），土腔内的泥土与开挖面压力取得平衡的同时由土腔内的螺旋输送机出土，装于排土口的排土装置在出土量与推进量取得平衡的状态下，进行连续出土。土压平衡式盾构的产品名称是各不相同的，即使是相类似的盾构，其名称也因开挖面稳定的方法和各公司对排土机构开发过程的不同而各异。在使开挖面稳定条件不同的盾构中，把这种从土腔内用螺旋输送机出土的盾构与泥水加压盾构相区别。土压平衡式盾构又分为：削土加压式，土压平衡加水式，高浓度泥水加压式，加泥式等4类。

开挖工作面稳定机构：土压平衡式盾构的开挖面稳定机构，按地质条件可以分成二种型式，一种是适用于内摩擦角小且易流动的淤泥、粘土等等的粘质土层；另一种是适用于土的内摩擦角大、不易流动、透水性大的砂、砂砾等等的砂质士层。

（1）粘性土层中的开挖面稳定机构

在粉质粘土、粉砂、粉细砂等的粘性土层中，开挖面稳定机构的排土方式是：由刀盘切削后的泥土先进入土腔内，在土腔内的土压与开挖面的土压（在粘性土中，开挖面土

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压与水压的混合、压力作用）达到平衡的同时，由螺旋输送机把开挖的泥土送往后部，再从出土闸门口出土。这种机构首先是由挖掘的泥土充满土腔，在软弱的粘性土地层中，由刀盘切削后的泥土强度一般都比原状土的强度低，因而易流动。即使是在内聚力很高的土层中，也由于刀盘的搅拌作用和螺旋输送机的搬运作用搅乱了土体，使土的流动性增大，因此充满在土腔内和螺旋输运机内泥土的土压、可与开挖面的土压达到相等。当然这种充满在土腔和输送机内泥土的土压必须在与开挖面土压相等的情况下由螺旋输送机排土，挖掘量与排土量要保持平衡。但是，当地层的含砂量超过某一限度时，由刀盘切削的土流动性变差，而且当土腔内泥土过于充满并固给时，泥土就会压密，难以挖掘和排土，迫使推进停止。在这种情况下，一般采用的方法是：向土腔内添加膨润土、粘土等进行搅拌，或者喷入水和空气，用以增加土腔内土的流动性。

（2）砂质土层中开挖面的稳定机构

在砂、砂砾的砂质土地层中，土的摩擦阻力大，地下水丰富，透水系数也高，因此，依靠挖掘土的土压和排土机构与开挖面的压力（地下水压和土压）达到平衡就很困难。而且由刀盘切削的土体流动性也不能保证，对于这样的土层仅采用排土机构的机械控制使开挖面稳定是很困难的。因此要用水、膨润土、粘土、高浓度泥水、泥浆材料等等的混合料向开挖面加压灌注，并不断地进行搅拌，改变挖掘土的成分比例，以此保证土的流动性和止水性，使开挖面稳定。

开挖面的稳定机构可分为以下几种方式：

①切削土加压搅拌方式：在土腔内喷入水、空气、或者添加混合材料，来保证土腔内的土砂流动性。在螺旋输送机的排土口装有可止水的旋转式送料器（转动阀或旋转式漏斗），送料器的隔离作用能使开挖面稳定。

②加水方式：向开挖面加入压力水，保证挖掘土的流动性，同时让压力水与地下水压相平衡。开挖面的土压由土腔内的混合土体的压力与其平衡，为了能确保压力水的作用，在螺旋输送机的后部装有排土调整槽，控制调整槽的开度使开挖面稳定。

③高浓度泥水加压方式：向开挖面加入高浓度泥水，通过泥水和挖掘土的搅拌，以保证挖掘土体的流动性，开挖面土压和水压由高浓度泥水的压力来平衡。在螺旋输送机的排土口装有旋转式送料器，送料器的隔离作用使开挖面稳定。

④加泥式：向开挖面注入粘土类材料和泥浆，由辐条形的刀盘和搅拌机构混合搅拌挖掘的土，使挖掘的土具有止水性和流动性。由这种改性土的土压与开挖面的土压、水压达到平衡，使开挖工作面得到稳定。

土压平衡盾构较适应于在软弱的冲积土层中推进，但在砾石层中或砂土层推进时，加

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进适当的泥土后，也能发挥土压平衡盾构的特点。因此1983年后，一般认为土压平衡盾构的适应性是强的，土压平衡盾构施工后的地表沉降量可控制在30mm以内。但其要求施工人员具有相当丰富的施工经验，能根据地层和施工条件的变化采用一系列的施工管理方法。

土压平衡盾构（含加泥式盾构）适用性：

（1）细粒（粒径0．074mm以下）含有率在粒径加积曲线的7%以上。 （2）砾石（粒径2mm以上）含有率在粒径加积曲线的70%以下。 （3）粘性土（粘土、粉砂土含有率4%以上）的N值在15以下。 （4） 自然含水量，砂：18%以上，粘性土：25%以上。 （5） 渗透系数K＜5×10-2cm/s。

泥水加压盾构和土压平衡盾构是当前最先进的盾构形式，它们有自己的特点，但是，它们不能完全取代其它类型的盾构形式，其理由之一就是它们的造价一般都高于其它类型的盾构。

当某施工范围内的土层为软土，并且地质情况变化不大，地表控制沉降的要求不高时，可采用挤压盾构。当施工沿线有可能出现障碍物时，也有采用开胸手掘式盾构的（手掘、机械兼用等）。

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