2015年一级建造师市政工程预习：开挖控制
开挖控制的根本目的是确保开挖面稳定
土压式盾构与泥水式盾构的开挖控制内容略有不同。
(一)土压（泥水压）控制
(1)土压式盾构，以土压和塑流性改良控制为主，辅以排土量、盾构参数控制。泥水式盾构，以泥水压和泥浆性能控制为主，辅以排土量控制。
(2)开挖面的土压(泥水压)控制值，按“地下水压(间隙水压)+土压+预备压”设定。
1)地下水压可从钻孔数据正确掌握，但要考虑季节性变动。靠近河流等场合，要考虑水面水位变动的影响。
2)土压有静止土压、主动土压和松弛土压，要根据地层条件区别使用。按静止土压设定控制表压，是开挖面不变形的最理想土压值，但控制土压相当大，必须加大盾构装备能力。主初土压是开挖面不发生坍塌的临界压力，控制土压最小。地质条件良好、覆土深、能形戚土拱的场合，可采用松弛土压。
3)预备压，用来补偿施工中的压力损失，土压式盾构通常取10〜20kN/m2，泥水式盾构通常取20〜50kN/m2。
(3)计算土压（泥水压）控制值时，一般沿隧道轴线取适当间隔（例如20m )，按各断面的土质条件，计算出上限值与下限值，并根据施工条件在其范围内设定。土体稳定性好的场合取低值，地层变形要求小的场合取高值。
上限值： Pmax＝地下水压+静止土压+预备压
下限值： Pmin＝地下水压+(主动土压或松弛土压)+预备压
为使开挖面稳定，土压（泥水压）变动要小；变动大的情况下，一般开挖面不稳定。
(二)土压式盾构泥土的塑流化改良控制
(1)土压式盾构掘进时，理想地层的土特性是：
1)塑性变形好； 2)流塑至软塑状； 3)内摩擦小； 4)渗透性低。
改良材料必须具有流动性、易与开挖土砂混合、不离析、无污染等特性。一般使用的改良材料有矿物系(如膨润土泥浆)、界面活性剂系(如泡沫)、高吸水性树脂系和水溶性髙分子系四类(我国目前常用前两类)，可单独或组合使用。
(2)选择改良材料要依据以下条件：
1)土质(粒度分布、砾石粒径、砾石含量、黏性土含量、均等系数等)； 2)透水系数； 3)地下水压； 4)水离子电性； 5)是否泵送排土； 6)加泥(泡沬等)设备空间(地面、隧道内)； 7)掘进长度； 8)弃土处理条件； 9)费用(材料价格、注入量、材料损耗、用电量、设备费等)。
(3)塑流化改良控制是土压式盾构施工的最重要要素之一，要随时把握土压仓内土砂的塑性流动性。一般按以下方法掌握塑流性状态。
1)根据排土性状:取样测定(或根据经验目视)土砂的坍落度，以把握土压仓内土砂的流动状态。采用的坍落度控制值取决于土质、改良材料性状与土的输送方式。
2)根据土砂输送效率:按螺旋输送机转数计算的排土量与按盾构推进速度计算的排土量进行比较，以判断开挖土砂的流动状态。一般情况下，土压仓内土砂的塑性流动性好，盾构掘进就正常，两者高度相关。
3)根据盾构机械负荷:根据刀盘油压（或电压)、刀盘扭矩、螺旋输送机扭矩、千斤顶推力等机械负荷金化，判断土砂的流动状态。一般根据初始掘进时的机械负荷状况和地层变化结果等因素，确定开挖土砂的最适性状和控制值的容许范围。
(三)泥水式盾构的泥浆性能控制
泥水式盾构掘进时，泥浆起着两方面的重要作用：一是依靠泥浆压力在开挖面形成泥膜或渗透区域，幵挖面土体强度提高，同时泥浆压力平衡了开挖面土压和水压，达到了开挖面稳定的目的；二是泥浆作为输送介质，担负着将所有挖出土砂运送到工作井外的任务。因此，泥浆性能控制是泥水式盾构施工的最重要要素之一。泥浆性能包括：比重、黏度、p H 值、过滤特性和含砂率。
(四)排土量控制
1.开挖土量计算
单位掘进循环（一般按一环管片宽度为一个掘进循环）幵挖土量Q，一般按下式计算：
2.土压式盾构出土运输方法与排土量控制
土压式盾构的出土运输(二次运输)一般采用轨道运输方式。土压式盾构排土量控制方法分为重量控制与容积控制二种。重量控制有检测运土车重量、用计量漏斗检测排土量等控制方法。容积控制一般采用比较单位掘进距离开挖土砂运土车台数的方法和根据螺旋输送机转数推算的方法。我国目前多采用容积控制方法。
3. 泥水式盾构排土量控制
泥水式盾构排土量控制方法分为容积控制与干砂量(干土量)控制两种。
容积控制方法如下，检测单位掘进循环送泥流量Q1与排泥流量Q2，按下式计算排土体积Q3：
Q3＝Q2－Q1
式中 Q3—排土体积(m3)； Q2—排泥流量(m3)； Q1—送泥流量(m3)。
对比Q3与Q，当Q >Q3时，一般表示泥浆流失（泥浆或泥浆中的水渗入土体)；Q<Q3时，—般表示涌水（由于泥水压低，地下水流入)。正常掘进时，泥浆流失现象居多。
干砂量表征土体或泥浆中土颗粒的体积，开挖土干砂量V按下式计算：
V＝Q•100/(Gs•w+100)
式中 V—开挖土干砂量(m3)； Q—开挖土计算体积(m3)； Gs—土颗粒相对密度； w—土体的含水量（％)。
干砂暈控制方法是，检测单位掘进循环送泥干砂量V1与排泥干砂量V2 ，按下式计算排土干砂量V3:
V3＝V2－V1 ＝ [(G2—1)•Q2—(G1—1)•Q1]/(G1—1)
式中 V3—排土干砂量(m3)； V2—排泥干砂量(m3)； V1—送泥干砂量(m3)； G2—排泥相对密度； G1—送泥相对密度。
对比V3与V ，当V> V3时，一般表示泥浆流失；V<V3时，一般表示超挖。
