施工设备选择，地下工程对历史建筑的影响研究和实践

盾构机的种类多种多样，根据掘削面不同敞开程度可分为全部敞开式（人工掘削式、半机械式、机械式）、半敞开式（挤压网络式）和封闭式（土压式、泥水式）。

选择盾构机时，一般需考虑下列因素：①满足设计要求；②安全可靠；③造价合理；④工期短；⑤对环境影响小。若盾构需要通过邻近历史建筑，应当优先选择对历史建筑影响小的盾构机型。盾构机机型选择正确与否是盾构施工成败以及控制对历史建筑扰动的关键因素。

由于盾构机通过历史保护建筑时，对地面沉降控制要求高，根据地质条件，尽量选择封闭式（泥水式或土压式）盾构机，并采用相应的辅助工法以防止地层沉降，减少盾构推进对历史建筑的扰动。

1.盾构刀盘

盾构刀盘的形状主要有属于敞开式的轮辐形和属于封闭式的面板形两种。

当区间隧道穿越的地层大部分为粉土夹粉砂及粉质黏土地层，土层自立性较差，且地下水位高、水压力大时，若选用轮辐形刀盘，则在掘进过程中容易发生喷水、喷泥现象，从而导致掘削面发生坍塌，而面板式刀盘的面板可直接支撑掘削面，具有挡土功能，有利于掘削面的稳定。因此，在土层自立性较差的地层中通过邻近历史建筑时，为了保障掘削面的稳定，盾构刀盘应选用面板式刀盘。

(www.xing528.com)

图7-10　盾构推进流程图

但面板式刀盘在掘削含黏土的地层时，黏土易黏附在面板表面，从而妨碍刀盘旋转，进而影响掘削质量；在砂质土层中掘进时，因土颗粒间的摩擦角大，故摩擦阻力大，土体自身的流动性、抗渗性均较差，在无其他措施的情况下，保持掘削面稳定也极其困难。若对掘削面土体注入添加材料，使开挖面处作为支撑介质的土体的塑性、流动性、防渗性和弹性等得以改进，从而使开挖土层得到改良，可确保掘削土的流动性、止水性，从而使掘削面稳定，并可减少盾构机掘进驱动功率，同时也可减少刀具的磨损。因此，在刀盘钻头前端加设添加剂注入口，用以向盾构机开挖室中注入添加材料。另外，因添加材料注入口直接与泥土接触，故应在注入口设置防护头和逆流防止阀，以防止泥土和地下水涌入开挖室。

盾构刀盘须带耐磨面板，配耐磨刀具，能够一次完成隧道全长掘进，中途不换刀；配仿形刀，能够实现刀具磨损量连续、自动监测；能在常压下在刀盘后部拆装、更换刀具。

2.螺旋输送机

螺旋输送机作为控制密封舱压力的关键部件，对其密封性能有很高的要求，为防止在地下水位较高、水压较大的地层中掘进时，因螺旋输送机的密封性不好而发生喷涌水、喷涌砂现象从而导致地层流失，建议采用止水性能好的有轴式螺旋输送机，并对螺旋输送机设置防水闸门。

3.盾尾密封刷

为防止周围地层的土砂、地下水、管片背后注入浆液、开挖面的泥水、泥土等从盾尾间隙流向盾构机体内，应在盾尾设置3道以上密封刷，前端2道密封刷可以更换，具有应急密封装置，盾尾间隙可以连续、自动测量。密封油脂由管路压送到盾尾密封刷与管片之间形成的腔室中，以防止注射到管片背后的浆液中并防止地下水等进入盾体内。