TBM法隧道掘进

TBM法隧道掘进——与中国相关的国际事项综述

TBM法隧道掘进——与中国相关的国际事项综述

摘 要：当前在西方国家用隧道掘进机(TBM)进行隧道施工是一个几乎完全工业化的过程。与传统的硬岩钻爆法和软弱围岩分步、部分断面开挖法相比，TBM法隧道施工具有许多优点。但是，TBM法并不是一项简单的、无风险的技术。为了保证TBM法施工技术的成功实施，仅从合格的TBM制造厂家引进TBM肯定是不够的；相反在工程的所有阶段,从早期的地质工程勘察和可行性研究到最终的设计与施工，在业主、监理工程师、设计单位、TBM制造厂家和承包商之间建立连续的协作关系极为重要。以当前限制现有TBM施工技术的因素为中心，本文对国际上TBM法隧道施工的经验进行了总结，这些经验对中国发展自己的TBM制造加工能力大有益处。在大型隧道工程的早期，创新的想法对使隧道设计与TBM设计统一起来，并且在相关单位之间采取公平的风险管理与分担办法大有好处。

1 引言

仅仅由于采用了最先进的隧道施工技术，尤其是隧道掘进机（TBM）施工技术，高度机械化、“ad hoc”管理以及认识到采用这些方法所带来的施工能力和投资收益比提高这样的国家政策，使西方国家的大型地下工程和深埋长大隧道成为可能。这些先进的隧道施工技术并不是不会产生任何问题，而是相关各方坚韧不拔的努力克服了这些先进技术在使用中产生的问题。

为了成功引进TBM技术及其施工方法，战略性的、系统的、统一的引进方法极为重要。中国的西部大开发可为这些施工方法的实施提供独一无二的机遇，其规模比西方国家

实施的任何国家级工程项目都大。可以吸取西方国家在过去四十年中所积累的TBM法隧道施工的技术经验，以成功实现TBM技术的引进。

TBM法是一种投资大、作业方式不灵活、但潜在施工速度很快的隧道开挖、支护方法。如果在没有预警的情况下遇到不良地质情况，那么对TBM法隧道的工期和其他方面的实际影响要比钻爆法隧道大得多。

不良地质情况可以是造成隧道不稳定的质量很差的岩体，也可以是造成贯入率低下的质量很好的岩体（如强度很高的整块岩体）。然而，应当注意采用全断面机械化开挖法时，岩体质量对掘进机性能的影响并没有一个绝对值；事实上岩体质量对掘进机性能的影响与所采用的TBM及隧道直径有关。本文讨论了最常见的不良地质情况，并重点介绍了从这些不良地质情况中应吸取的经验教训。

2 TBM的分类与TBM应用的总体考虑

由于隧道开挖期间可能遇到的岩体、土体及环境条件实际上变化无穷，因此，TBM的类型和特点具有很大差异.

一段时间以来，把TBM分为两大类（Grandori 1996a）：

·在岩层中开挖隧道的TBM：通常用这类TBM在稳定性良好、中～厚埋深、中～高强度的岩层中掘进长大隧道。这类掘进机所面临的基本问题是如何破岩。

·在所谓的松软地层中掘进隧道的TBM：通常用这类TBM在具有有限压力的地下水位以下的基本均质的软弱地层中开挖有限长度的隧道。这类掘进机所面临的基本问题是空洞

和开挖掌子面的稳定，且当隧道施工的主要目的是控制市区环境的地表沉降时这一问题尤为突出。

既然在任何地质条件下都能够进行隧道掘进的TBM是不存在的，因此一项隧道工程成败与否的全盘结果取决于以下两项因素：

·所采用TBM的类型；

·所选用TBM的设计及其特殊施工性能。

事实上，仅从合格的TBM制造厂家订购一台特定类型的TBM是远远不够的；相反，所有相关各方之间的持续合作以及TBM的用户，即承包商，对设计、施工所有细节的控制是极为重要的。这一点是极为正确的，这是因为至今尚没有任何类型TBM设计与施工的“认可标准”，且TBM的设计、制造是一个持续的技术创新过程。每项隧道工程都具有自身的特点以及每家专业承包商都有自身的传统和意见等因素，制造的每台TBM都可认为是与其他TBM不同的样机。

众所周知，从直接工程费方面来讲TBM的造价是相对无足轻重的，但是达不到预期结果、保证不了工期将会对工程造成重大影响。因此，就与TBM及其配套服务系统的所有方面而言，从工程之初就采用最佳施工设备是极为重要的。

总体来讲，最可靠的隧道掘进机是最简单的掘进机，这是因为简单的掘进机可能出现故障的部件最少（Foster，1997年）。事实上，设计能够应付所有突发情况的TBM（过去经常设计这样的TBM）易于在施工中出现问题，且其施工性能达不到预期目标。

3 影响TBM使用的地质条件与现场勘察的重要性

影响TBM开挖的条件可以定义为“TBM在专为其设计、制作的工作模式下不能工作的地质条件”。由于此原因，TBM的掘进速度大大降低，甚至TBM掘进受阻。

仅仅相对于所采用TBM的类型、TBM的设计、TBM的特殊性质及最终的任何操作失误而言，某一地质条件才成为影响TBM掘进的条件。只有当某一特定的地质条件超过了一定的重要性，或当相关问题超出了一定的限度，或由于多个本身并不重要的单个因素的综合作用，这一特定地质条件才成为影响TBM掘进的条件。

尽管如最近几年所报导的那样，在良好地层条件下TBM的施工性能良好（如一些水工隧洞每月的进度超过1km），但在许多情况下TBM的实际进度低于预期进度，当然也低于TBM制造厂家所声称的进度。

因此可以认为，除了未预见事件（如TBM部件出现故障、失灵）外，通常是低估或忽视了地质、水文地质以及岩石力学等方面的问题。

隧道设计通常是以决定的方式进行的，但隧道施工并非如此。这是因为在设计阶段存在许多不可避免的不确定因素，如地质、岩土以及水文地质方面的不确定因素、掘进机的不同类型（新机还是二手机）以及不同的施工工艺等（Pelizza，1998年）。因此，有必要根据对某一隧道工程现场的地质情况与岩土情况的理解以及对这些情况预报的精确程度（预报的精确程度如何呢？）决定是否需要对施工方法的选择和掘进机选型进行优化。

另一方面，由于存在大量相关的地质、技术、环境、经济及金融方面的不确定因素，对隧道施工进行全方位优化是相当复杂的。最近，以大概确定的方式对在不确定因素条件

下进行隧道施工进行决策战略管理已成为可能（Einstein,1996年；Xu等，1996年）。

隧道施工的根本问题通常是由隧道开挖通过地层的物理与岩土性质的不均匀性决定的；对于全断面、机械化开挖，由于这种开挖方式很不灵活，所以开挖物料强度的不均匀性更为重要，无论是岩层开挖还是土层开挖。

以适当方式事先掌握施工现场的地质条件和岩土条件对地下工程的施工是极为重要的。到目前为止，总的来讲用在前期勘察上的资金太少。事实上已经证明用在前期勘察上的资金会因施工费用降低与工期缩短得到很大补偿。从TBM法导洞或主洞实施的超前勘探并不能代替充分的前期勘察。

1995年～1997年，西班牙修建了一座长12km、内径4.2m的输水隧洞。由于进行了详细的、预防性的地质勘察，对现场的地质情况有了很好的了解，因此施工进展顺利。这一工程很好地证明了详尽的前期地质勘察有助于后期的TBM施工。

该隧道的最大埋深为500m，穿过由沉积岩和变质岩（硬质石灰岩、泥灰质石灰岩与软弱膨胀的泥砂质、粘土质厚层砂页岩夹层）组成的不均质复杂地层。前期现场勘察共钻了29个钻探孔，钻孔长度约6000m（每米隧道长度约钻了0.5m勘察孔）。

在详细了解地质情况和施工要求的基础上，在TBM制造厂家与承包商持续合作的情况下进行TBM的设计与施工。TBM设计必须既能在软弱泥质厚层砂页岩夹层中掘进，又能在硬质石灰岩中掘进，还要防止TBM陷在隧洞内，尤其是在深埋粘性土地段。

该TBM在硬质地层和软弱地层都表现出很好的工作性能。整座隧洞的平均贯入率为1.82cm/min（计算所有隧洞区段），相当于平均日进尺26m。该TBM所取得的最好成绩

如下：

·78m/天；

·342m/周；

·1335m/月。

该隧洞在17个月内完工，平均进度为747.73m/月。

4 限制TBM施工性能的典型因素

下面对限制TBM性能的相对较为重要和/或较常见的不良地质情况进行讨论。这些不良地质情况包括可钻掘性极限、开挖面的稳定性、断层和挤压/膨胀地层。应当指出，由于存在粘性土、造成TBM下沉的软弱地层、地下水和瓦斯大量涌入、岩爆、高温岩层、高温水和溶洞等，TBM开挖还可能遇到其他不良地质情况。

4.1 可钻掘性极限

如果TBM不能以充足的贯入速率贯入岩层掌子面和/或开挖刀具的磨损超过可接受的极限，那么就说这种岩层是不可钻掘的。不应以绝对方式来确定岩层的可钻掘性，而应从工程造价、工期等方面对TBM法和钻爆法进行对比，从而以相对方式确定岩层的可钻掘性。表示TBM开挖岩层能力的主要指标是该TBM在最大推力作用下所能取得的刀盘旋转一周的贯入率。

确定刀盘旋转一周的贯入率极限（如果贯入率在此极限以下，则认为岩层是不可钻掘

的）是不可能的。这样的贯入率极限还受开挖岩层的耐磨性、隧道直径及岩层厚度的影响。如果岩石的耐磨性较高，加上贯入率较低，那么就会造成刀具更换频繁，这样除增加因更换刀具而占用的时间外，还会增加每开挖一立方岩石的成本。

现列举一些参数作为参考。如果刀盘旋转一周的贯入率小于2～2.5mm，那么就可认为在岩石的可钻掘性方面存在问题；如果贯入率大于3～4mm/周，那么TBM的开挖效率就会较高。一般情况下，TBM的理论性能受与TBM工作密切相关的多种因素的影响。

常常发生这样的事情：为了保持足够的贯入率，最大限度地向前推进刀盘。如果TBM任何一部分的设计与制造不能在这种最大推力作用下工作，那么TBM将异常振动，刀盘和撑靴结构将逐渐出现裂缝。由于在隧道内修理、更换刀盘并不容易，因此这些事故对TBM施工生产造成的损失是很严重的。同样，向前推进刀盘的推力如果过大，主轴承和向TBM刀盘传送动力的齿轮箱有可能受损，这样造成的后果将更为严重。

4.2 开挖面不稳定

如果拟开挖岩体破碎和/或风化严重，导致开挖面发生重大不稳定现象，大的岩块和粉碎石块从开挖面塌落，且这种不稳定现象一直持续不停，直至达到新的平衡，造成大的超挖，那么这种情况可能会影响TBM的正常工作，即使是硬岩护盾式TBM。在这种情况下，TBM掘进可能由于以下两项基本原因而受阻：

·由于塌落、积聚的石块作用于刀盘或卡住了刀盘，造成刀盘不能旋转；

·因开挖面不稳定造成超挖严重，在TBM前方形成空洞，需要在空洞扩大、最终发展到不可控制之前停止TBM掘进，进行空洞处理。

这是限制TBM正常掘进的一个典型因素，即使是任何类型的护盾式TBM（Barla,1998年；Tseng,1998年）。

• 小西

• 台湾的坪林公路隧道在处理掌子面不稳定问题方面是一个很有意义、很有教育作用的

实例(Tseng等，1998；Wallis,1998年)。该隧道计划用三台护盾式硬岩TBM施工：一台直径为4.8m的罗宾斯TBM用于平导掘进，两台直径为11.74m的维尔特TBM用于主洞掘进。对于主洞，预计TBM掘进平均进度达360m/月/TBM，而采用钻爆法平均进度为50m/月/工作面。长12.9km的坪林隧道，采用TBM法工期为四年半，比采用钻爆法15年的工期短得多。

• 到目前为止在坪林隧道开挖中遇到的主要问题与隧道东口最初2～3km极为复杂的

地质状况有关。然而不幸的是，在设计阶段没有对这一极为复杂的地质状况进行充分评估。这一复杂地质状况可总结如下：

• ·岩体由极硬的砂岩（石英体：单轴抗压强度达3.50MPa，石英含量达98%）组成，

为有薄粘土夹层的层状构造体。由于存在粘土夹层，该岩体有时为松散岩层，有时为挤压地层；

• ·岩体中的孤立带、断层带和破碎带（地下水库）有大量地下水突然涌入；

• ·小直径TBM是专门用来在良好岩体中开挖平导的，并且预计施工进度很高；但是这

台TBM在不良地质条件下遇到了严重问题(在1km多一点儿的隧道掘进中，掌子面坍塌多达十次，造成TBM受阻)；

• ·由于岩体的强度和耐磨性很高，已经证明在平导掘进中钻勘探孔和预防排水孔很困

难，且耗时费钱；同样，为了改善岩体性质，以便以后大直径TBM进行正洞开挖，需沿平导断面圆周钻注浆孔也很困难，且耗时费钱；

• ·以预测的不良地质情况为基础，两台大直径TBM是以当时最先进的技术制造的；但

是，这两台TBM却是在极为不利的岩层中掘进的，且这种极为不利的岩层不能象当初预计的那样从平导内进行注浆改良。考虑到上述因素，可能会出现以下问题：

• a.由于岩石的耐磨性极高，对整个刀盘的磨损很快，因此，不能给刀盘施加足够的推

力，从而造成掌子面不稳定，且难以控制；

• b.隧道拱顶和边墙不稳定，从而造成对混凝土衬砌和隧道开挖断面之间的环形间隙进

行的日常注浆难以实施；

• c.由于盾壳与围岩之间可能的相互作用(如岩块对盾壳造成的磨擦)，盾壳可能会被卡

住；且由于不能对较薄的混凝土衬砌施加足够高的轴向推力，因此盾壳脱困困难。

• 因此，为了克服沿隧道方向的不良地质情况，拟采用向掌子面前方进行系统的、持续

的预处理的方案，但由于该方案预计费用较高、需用时间较长而排除在外。最后决定采用钻爆法穿过这一石英岩层区，然后回过头来在地质情况良好的地段再使用两台大直径TBM进行机械化开挖。

• 4.2.2 对TBM设计和现场组织的考虑

• 根据最近的经验(据Evino，黄河，EOS，坪林)，为了预防类似上述事故的发生，TBM

的设计有必要使刀盘突出盾壳的长度尽可能短，从而使盾壳本身对隧道的支撑尽可能接近开挖面。另外，在这些影响TBM掘进的不利条件下，如果在TBM起动和开挖过程中能够产生较高等级的刀盘扭矩及能够调整刀盘的转速，都必将对TBM的正常掘进大有帮助。

• 另外，刀盘设计应取消可调节的刮刀。在对TBM进行了这些改进之后，虽然不能完

全消除影响TBM正常掘进的因素，但可以把这些因素减少至“的确极为罕见的条件”。在这种情况下，经常采用的创新措施如下：

• ·对形成的空洞用树脂和泡沫进行注浆回填，以形成一种人造固体；这些钻孔和注浆

通常是通过设在刀盘上的专用孔进行的，这些专用孔人可以接近，并且要有足够的内部尺寸，以便可以进行钻孔和注浆；

• ·开挖一条旁通隧道(最好在隧道顶部)，以便把被石块卡住的刀盘解脱出来，对开挖面

进行稳定加固，还可以采用传统开挖方法开挖一段隧道，或采用注浆或管棚超前支护对围岩进行加固。

• 直到现在才证明通过设在盾构机上的专用孔进行钻孔和注浆，形成一个伞形保护区，

对处理上述特殊施工事故大有帮助。但是，为了保证TBM其他部件的正常工作，设在盾构机上的专用孔间距较大，并且向掌子面分散，从而造成地基处理不是十分有效。

• 但是，为了把地基处理作业时间限制在几天之内（特殊情况除外），施工现场应准备

一套完整的地基处理设备和材料(注浆泵、钻机、钻头、钻杆、树脂、泡沫等)，以供特殊的补救作业使用。否则，TBM被困有可能持续数周，甚至数月。

• 4.3 开挖洞壁不稳定

• 开挖洞壁不稳定是影响开敞式硬岩TBM正常掘进的因素之一。如果开挖洞壁不稳定

发生在紧靠刀盘支撑之后的位置，那么就会造成安设支护及撑靴定位困难。开挖洞壁不稳定对施工进度及对克服这种不稳定所采用方法的影响差异很大，它取决于以下因素：

• ·开挖洞壁不稳定现象的规模及类型；

• ·所用TBM的类型（单撑靴或双撑靴）；

• ·TBM的设计、施工特征；

• ·隧道直径；

• ·TBM具有的安设隧道支护的装置及所采用支护的类型。

• 严重情况下，TBM的日进度可降至1～2m，甚至可降至om。

• 对于开挖洞壁不稳定现象，护盾式TBM，无论是单护盾式TBM还是双护盾式TBM，

不象开敞式TBM那么敏感，这是因为护盾式TBM可以在护盾的保护下安装预制混凝土衬砌或钢衬砌，通过向安装的衬砌施加推力，护盾式TBM可以向前掘进，无论开挖洞壁是否稳定。对于中～大直径(6～12m)的隧道，在开挖洞壁不稳定的情况下，开敞式TBM与护盾式TBM在作业性能和施工效率方面存在很大差异，且不管隧道直径大小，优势自然在护盾式TBM一方。

• 对于开敞式TBM，能否有效抵制开挖洞壁不稳定现象，取决于以下措施：

• ·对开挖洞壁采取稳定加固施工措施，在紧接刀盘支撑位置之后安设钢拱架、木撑板

和喷混凝土。但是，在TBM的这一敏感区域采取上述支护措施，尤其是喷混凝土，需要很长时间，而且有可能损坏开挖设备；

• ·在TBM前方用传统方法开挖，通常采用顶部导坑法（Tseng,1998年）；

• ·采取钻孔、注浆或在TBM上方安设伞形拱架等措施，对开挖面前方的地层进行预处

理。

• 在这种情况下，主要问题在于：由于严重的开挖洞壁不稳定现象与其他影响TBM掘

进的局部因素不同，它有可能牵涉隧道的多个重要区段，尤其是隧道直径大，从技术上讲岩石质量太差的情况。在这种情况下，要么把TBM从隧道中撤退出来，要么接受严重拖延工期的现实。

• 4.4 断层带

• TBM隧道掘进中穿越大的断层带时，如果刀盘被卡住，一般情况下常会影响TBM的

正常掘进，这样即使不会对工期造成大的拖延，但也常常会导致TBM掘进速度下降。尽管断层带沿隧道长度呈局部分布，但由于在开挖期间预报不足，或事先对困难估计不足或了解不够，仍可能造成意外事故。

• 在断层带，如果地层完全风化且存在高压地下水，那么开挖掌子面有可能象流体一样

活动，且有可能象河水一样淹没隧道。

• 如果开敞式TBM遇到超前钻探未发现的上述断层带，那么TBM将会因地层滑塌而

严重受阻，甚至被滑塌石块埋起来，造成后退困难的灾难性局面。然而，如果护盾式硬岩

TBM，无论是单护盾式硬岩TBM还是双护盾式硬岩TBM，遇到这种断层带，尽管TBM不可能再继续开挖，但其结果不会象开敞式TBM那样严重。由于护盾式TBM掘进的隧道已施作了混凝土衬砌，从而形成盾壳的自然延伸体，这样至少可以从盾壳内对断层带进行处理，同时还可以防止隧道完全被水淹没。

• 不幸的是，由于开挖程序不当，硬岩TBM遇到断层带有时也会酿成灾难性事故：TBM

司机停止TBM推进，仅使刀盘旋转，希望能很容易地穿越断层带，从而导致断层带的破碎岩石倾泻而下，涌向TBM。另外，遇到断层带时，在处理意见上往往会出现分歧：一种意见认为需对地层进行充分处理；另一种意见则支持TBM不后退，对地层进行简单、快速的注浆处理，以尽快恢复TBM开挖。对于后一种意见，主要问题在于注入的水泥浆液有可有造成TBM刀盘被卡。

• 4.5 挤压地层

• 无论何时，如果在4～8小时之内在距开挖面较短矩离（几米距离）处发生严重的隧

道收敛现象，无论其原因如何，TBM必将陷入困境。对设计和施工人员来说，挤压地层是一个十分关注的影响TBM正常掘进的因素之一。事实上，还没有听说过由于隧道收敛问题造成硬岩TBM长时间受困的例子，至少最近没有听说过；但倒经常有有关需要克服掌子面不稳定问题的报导。另一方面，与中～长期隧道收敛相关的问题更可能在于隧道支护完成和/或隧道完工后出现隧道底板隆起和支护破坏现象。

• 护盾式TBM对隧道快速收敛十分敏感，有可能被收敛的地层卡住。对于开敞式TBM，

任何时候在短时间内发生严重的隧道收敛，如果收敛与隧道稳定相关(如在许多工程实例的现场观测中所观测到的那样)，那么施作的隧道支护和TBM撑靴的支撑可能会出现严重问题，从而影响隧道的掘进速度。

• 为了克服上述问题，对大多数TBM来说可以适当超挖，把盾壳与开挖轮廊面之间的

间隙从通常的6～8cm调整到14～20cm。然而，开敞式TBM在收敛严重的不稳定地层中掘进的主要问题在于施作钢支撑、钢筋网和喷混凝土等支护困难重重，且刚施作的支护不能立即有效抵制地层变形与挤压的趋势。

• 对于护盾式TBM，可以提高其纵向千斤顶的最大推力，直至TBM在较高地层压力

(2～5MPa)作用下可以向前推进，但是隧道的管片衬砌要足够坚固，可以给TBM推进千斤顶提供必要的反作用力，否则隧道衬砌本身将垮塌。

• 采取这些方法、措施之后，再加上超挖，护盾式TBM几乎可以在任何条件(包括所

谓的特殊条件)下进行隧道掘进。但是，如果由于机械故障等原因，TBM被迫在挤压地层区段停滞了相当长一段时间，那么TBM被困住的可能性相当大。

• 双护盾式TBM的脱困作业相对较为容易，可以在距开挖面4～5m处通过TBM伸缩

区的开口进行。然而，单护盾式TBM的脱困作业必须从TBM的盾尾处开始，需在距开挖面8～9m处拆去一环或两环预制隧道衬砌。

5 软岩TBM

软岩TBM这一与众不同的大家族的始祖是传统的盾构。

众所周知，盾构仅在隧道内提供一个受保护的工作区域，以防止刚开挖隧道区段的洞壁、洞顶坍塌；在盾构内部，设置有衬砌管片拼装机和碴土清运装置。盾构还是掌子面工作平台的移动支撑结构，利用掌子面工作平台，隧道开挖工人可到达开挖面的任何位置。盾构依靠安装在其周边的纵向千斤顶向前推进，这些千斤顶作用于已拼装衬砌的最后一环

或推进环上。

机械化盾构的定义为“由盾壳和旋转的开挖刀盘构成的机械设备”。机械化盾构刀盘的外部或周边刀具并不开挖隧道轮廓面，相反隧道轮廓面是由被推进贯入地层的盾构切口开挖的。应当注意，对于与机械化盾构十分相似的全护盾式硬岩TBM，隧道轮廓面实际上是由周边刀具开挖的。

随着在存在地下水的不良地层中开挖隧道需求的不断增长，有必要开发新型的盾构机，该新型盾构机应具备其他开挖面支撑方式，以代替压缩空气。尽管压缩空气的确对整个隧道开挖面提供了支撑压力，但压气式盾构除工作环境对人体健康十分有害外，而且开挖速度慢，造价极高。

现代掌子面加压式盾构机的发展历程缓慢。正如硬岩TBM一样，现代掌子面加压式盾构直到第二次世界大战后才发展起来。

过去二十年里，掌子面加压护盾式TBM的发展取得了巨大进步，表现在以下几个方面：

·TBM可以在地下迅速从硬岩TBM转化为掌子面机械支撑式TBM、掌子面压气支撑式TBM、掌子面泥浆加压支撑式TBM或掌子面直接由开挖土加压支撑式TBM；

·TBM直径不断增大，尤其是泥水式盾构，由于其刀盘旋转所需的扭矩相对较低，因此直径更大。这方面的实例如用于在穿越东京湾的泥层中开挖公路隧道的8台14.17m直径的日本盾构；在汉堡易北河下开挖第四条公路隧道的14.20m直径的德国盾构，该盾构机具有两个同心的、相互独立的开挖刀盘；

·TBM可以在高水压（已达6～8巴）条件下工作（如用于开挖Great Belt隧道的盾构）。在这种情况下，一方面需要面临保证开挖刀盘和大直径推进轴承水密性的技术难题；另一方面需要提醒的是任何时候需要进入刀盘（和刀具）时，不能再依靠压缩空气，而需要在深处（60～80m或更深）对地层进行加固处理（可能需要提前有计划地进行地基加固处理，以防刀盘被卡住）或冻结处理。

5.1 泥水式盾构与土压平衡式盾构

采用泥水式盾构（SS）和土压平衡式盾构（EPB）进行机械化开挖施工的要点总结示于表2。

表2 土压平衡式盾构与泥水式盾构开挖隧道要点比较表（Gehring,1995年）

土压平衡式盾构

泥水式盾构

由于其工作原理的缘固，有造成地表下沉的危险。

·在关键区域进行预注浆处理。

需要分离工厂。

·地面需要空间较大。

·弃碴可能会出现问题。

盾壳与地层之间磨擦力较高。

·需要较高的推力。

受拟开挖地层高透水率的影响。

·开挖面不稳定。

·存在安全风险。

由于开挖下的碴土粘性太高，需要进入工作仓进行处理。

工作仓禁止进入。

·易造成堵塞。

掌子面支撑压力传输取决于支撑土体的粘度。

·需要添加外加剂。

·如果需要封闭式刀盘，则土压平衡原理不能保持。

碴土颗粒大小受限制（但可以加装碎石机）。

·最大尺寸约100mm。

·碴土排泄管线有可能堵塞。

刀盘与开挖面之间的磨擦力较高。

·需要较高的刀盘旋转扭矩和动力。

·刀盘磨损严重。

碴土排送需要的动力相对较高。

·可能需要助力泵。

粗颗粒碴土及耐磨性碴土对螺旋输送机影响严重。

·不能加装碎石机。

由于盾尾环形间隙充满加压泥浆，易出现盾尾漏浆。

需要安装碴土排泄闸门，以避免水、碴土失去控制，涌入隧道。

·碴土排送能力决定掘进速度。