盾构技术初学资料.docx

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盾构技术初学资料

盾构培训学习心得

一、盾构机的选型2

1、盾构机选型原则与方法2

2、 主要选型依据条件3

3、盾构机的型式与特点3

二、盾构机的工作原理5

1、土压平衡盾构的基本原理5

2、泥水平衡盾构的基本原理5

三、盾构施工的现场布置6

1、盾构施工的现场平面布置6

2、盾构施工现场设置7

四、盾构法施工的始发与接收7

1、洞口土体加固技术7

2、盾构始发施工技术8

3、盾构接收施工技术要点10

五、盾构的掘进11

1、开挖控制12

2、管片拼装控制14

3、注浆控制16

六、隧道的线形控制17

1、掘进控制测量18

2、方向控制18

七、盾构法施工地层变形控制措施18

1、地层变形原因18

2、地层变形机理19

3、控制措施19

八、盾构法施工过程的安全风险控制21

长沙盾构培训学习心得

首先什么是盾构？

其次什么是盾构法施工？

盾构是用来开挖土砂类围岩的隧道机械，它主要由盾壳、（切口环、支撑环及盾尾）推进千斤顶、管片拼装机、出土系统四部分组成，也称盾构机械。

图1盾构机械盾壳构造示意图

盾构法施工是指用盾构壳体来防止围岩的土砂崩塌，进行开挖、推进，并在盾尾进行衬砌作业从而修建隧道的方法。

这类方法的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等作业都在盾构保护下进行，并能随时排除地下水和控制地面变形（沉降和隆起），尤其在城市施工中保护地面与地下建筑物安全方面具有很大优势，被地铁隧道广泛采用。

一、盾构机的选型

1、盾构机选型原则与方法

根据国内外盾构施工经验与实例可以看出，盾构机的选型必须满足以下几个要求：

（1）选择与工程地质匹配的盾构机型，确保施工绝对安全。

（2）可以辅以合理的辅助工法

（3）确保开挖空间的安全和稳定支护。

（4）保证隧道土体开挖顺利。

（5）保证永久隧道衬砌的安装质量。

（6）保证隧道开挖碴土的清除。

（7）确保盾构机械的作业可靠性和作业效率。

（8）确保盾构机械施工质量和施工安全。

（9）满足施工场地及环保要求。

2、主要选型依据条件

（1）盾构隧道长度

（2）环境条件

（3）区间地质特点

（4）复杂周边环境及环保要求

3、盾构机的型式与特点

城市地铁区间常用的盾构类型有三种：

泥水加压盾构、土压平衡盾构和复合式加泥式土压平衡盾构机，这三种盾构各有不同的特点和适用范围。

（1）泥水式盾构机

泥水式盾构机是在盾构机的前部设置隔板，装备刀盘面板、输送泥浆的送排泥管和推进盾构机的盾构千斤顶。

在地面上还配有分离排出泥浆的泥浆处理设备。

开挖面的稳定是将泥浆送入泥浆室内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜保持水压力，以对抗作用于开挖面的土压力和水压力。

开挖的碴土以泥浆形式输送到地面，通过处理设备离析为土粒和泥水，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。

泥浆处理设备设在地面，需占用较大的施工场地。

另外泥水式盾构机及其配套系统价格较高。

泥水盾构主要针对于无粘聚力的含水砂层以及软流塑、流动性等特别松软的地层，也可广泛用于各种软弱地层的施工。

（2）土压平衡盾构机

土压平衡盾构适用于各种土层及这些土层的互层，适用范围广。

土压平衡盾构机分为两种，一种是土压式盾构机，另一种是泥土加压式盾构。

①土压式盾构机

土压式盾构机是在盾构机的前部设置隔板，土仓内和排土用的螺旋输送机内充满开挖碴土，依靠盾构机千斤顶的推力给土仓内开挖下来的土体加压，使土压作用于开挖面以使地层稳定，适用于仅需要切刀开挖且含砂量小的塑性流动性软粘土。

土压式盾构机占用场地较小，价格较低。

②泥土加压式盾构机

泥土加压式盾构机装备有注入添加材料促进开挖土砂塑性流动的机构。

对于含砂量、含水量较大的土层，盾构机的加泥装置可以根据土质，选用泡沫、膨润土、polymer、高吸水树脂等添加材料，将其注入开挖面和泥土仓。

通过搅拌机构将添加材料与开挖下来的碴土强力搅拌，将开挖碴土变成具有可塑性、流动性、防渗性的泥土，这种泥土充满土仓和螺旋输送机内。

当土仓内压力小于开挖面压力时，开挖面碴土继续进入土仓，土仓内土压升高；当土仓内压力与开挖面压力相平衡时，碴土停止流动，开挖面即稳定下来。

在某些地质条件下，泥土加压式盾构还可以在半土压平衡/压气模式下工作，通过向开挖面与隔板间压注压缩空气来对没有碴土的空间提供支撑力，以防止盾构上方土体产生塌方；当土壤稳定性较好，盾构施工不需要带压出土时，土压平衡盾构还可以在土仓无压力条件下工作，此时，不需要对开挖土料进行改良。

这种盾构机适用土质范围广泛，占地面积较小，价格适中。

③复合式土压平衡盾构机

复合式土压平衡盾构机主要针对在同一隧道中，由于地层情况差异较大，地层变化复杂，需要不同类型的盾构机转换，以达到适应不同地层的目的。

这种盾构机除具备一般加泥式土压平衡盾构机的一般特性外，还具有其它的特性：

即既能在土层中掘进，还能在岩石中掘进。

这种盾构机适用地层范围广，主要适用于岩石占较大成分的隧道，在广州地铁中应用广泛。

二、盾构机的工作原理

1、土压平衡盾构的基本原理

土压平衡盾构属封闭式盾构。

盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，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上的土、水压基本相同，故掘削面实现平衡（即稳定）

2、泥水平衡盾构的基本原理

泥水加压式盾构开挖面土体是依靠泥水压力对开挖面上的水土压力发挥平衡作用以求得稳定。

泥水压力主要是在掘进中起支护作用。

在泥水平衡的理论中，泥膜的形成是至关重要的，当泥水压力大于地下水压力时，泥水按达西定律渗入土壤，形成与土壤间隙成一定比例的悬浮颗粒，被捕获并积聚于土壤与泥水的接触表面，泥膜就此形成。

随着时间的推移，泥膜的厚度不断增加，渗透抵抗力逐渐增强。

当泥膜抵抗力远大于正面土压时，产生泥水平衡效果。

三、盾构施工的现场布置

图2盾构法施工示意图

注：

图中始发井为单独工作井，一般地铁施工中也可利用车站端头作为盾构始发井，单独井的优势为对车站施工的干扰比较小，在工期上易于车站平行作业。

在盾构施工用地范围内，对施工现场的道路交通、材料仓库、材料堆场、临时房屋、大型施工设备、集土（泥）坑、拌浆系统、临时水电管线、消防器材等做出合理的规划布置。

1、盾构施工的现场平面布置

包括盾构工作竖井、竖井防雨棚及防淹墙、垂直运输设备、管片堆场、管片防水处理场、拌浆站、料具间及机修间、两回路的变配电间等设施以及进出通道等。

2、盾构施工现场设置

（1）工作井施工需要采取降水措施时，应设相当规模的降水系统（水泵房）。

（2）采用气压法盾构施工时，施工现场应设置空压机房，以供给足够的压缩空气。

（3）采用泥水平衡盾构机施工时，施工现场应设置泥浆处理系统（中央控制室）、泥浆池。

（4）采用土压平衡盾构施工时，应设置电机车电瓶充电间等设施。

四、盾构法施工的始发与接收

始发（进洞）与接收（出洞）是盾构法施工两个重要阶段。

主要包括三个方面：

洞口土体加固技术、盾构始发技术和盾构接收技术。

1、洞口土体加固技术

（1）洞口土体加固必要性

①盾构从始发工作井进入地层前，首先应拆除盾构掘进开挖洞体范围内的工作井围护结构；以便将盾构推入土层开始掘进；盾构到达接收工作井前，亦应先拆除盾构掘进开挖洞体范围内的工作井围护结构，以便隧道贯通、盾构进入接收工作井。

②由于拆除洞口围护结构会导致洞口土体失稳、地下水涌入，且盾构进入始发洞口开始掘进的一段距离内或到达接收洞口前的一段距离内难以建立起土压（土压平衡盾构）或泥水压（泥水平衡盾构）以平衡开挖面的土压和水压，因此拆除洞口围护结构前必须对洞口土体进行加固，通常在工作井施工过程中实施。

③在特定地质条件下（如富水软土地层），洞口围护结构可采用砼或纤维砼施作。

盾构始发或接收施工时，可直接利用盾构刀具切除。

（2）洞口土体加固目的

洞口土体加固的主要目的：

①拆除工作井洞口围护结构时，确保洞口土体稳定，防止地下水流入。

②盾构掘进通过加固区域时，防止盾构周围的地下水及土砂流入工作井。

③拆除洞口围护结构及盾构掘进通过加固区域时，防止地层变形对施工影响范围内的地面建筑物及地下管线与构筑物等的破坏。

（3）确定加固方案的方法

洞口土体加固前，要根据地质条件、地下水位、盾构种类与外形尺寸、覆土深度及施工环境条件等，明确加固目的（加固、止水）,常用加固方法主要有：

注浆法、高压喷射搅拌法和冻结法。

2、盾构始发施工技术

盾构始发是指盾构自始发工作井内盾构基座上开始推进到完成初始段（通常50～100m）掘进止，亦可划分为洞口土体加固段掘进、初始掘进两个阶段。

（1）盾构始发特点

①一般后续设备临时设置于地面。

在地铁工程中，多利用车站作为始发工作井，后续设备可在车站内设置。

②大部分来自后续设备的油管、电缆、配管等，随着盾构掘进延伸，部分管线必须接长。

③由于通常在始发工作井内拼装临时管片，故向隧道内运送施工材料的通道狭窄。

④由于始发处于试掘进状态，且施工运输组织与正常掘进不同，因此施工速度受到制约。

（2）始发段长度的确定

决定始发段长度有两个因素：

一是衬砌与周围地层的摩擦阻力，二是后续台车长度。

始发结束后要拆除临时管片、临时支撑和反力架，将后续台车移入隧道内，以便后续正常掘进。

由于此后盾构的掘进反力只能由衬砌与周围地层的摩擦阻力承担，因此初始掘进长度L必须符合一定条件。

（3）洞口土体加固段掘进技术要点

①盾构基座、反力架与管片上部轴向支撑的制作与安装要具备足够的刚度，保证负载后变形量满足盾构掘进方向要求。

②安装盾构基座和反力架时，要确保盾构掘进方向符合隧道设计轴线。

③由于临时管片（负环管片）的椭圆度直接影响盾构掘进时管片拼装精度，因此安装临时管片时，必须保证其椭圆度，并采取措施防止其受力后旋转、径向位移与开口部位（临时管片安装时通常不形成封闭环，在其上部预留运输通道）变形。

④拆除洞口围护结构前要确认洞口土体加固效果，必要时进行补注浆加固，以确保拆除洞口围护结构时不发生土体坍塌、地层变形过大，且盾构始发过程中开挖面稳定。

⑤由于拼装最后一环临时管片（负一环，封闭环）前，盾构上部千斤顶一般不能使用（最后一环临时管片拼装前安装的临时管片通常为开口环），因此从盾构进入土层到通过土体加固段前，要慢速掘进，以便减小千斤顶推力，使盾构方向容易控制；盾构到达洞口土体加固区间的中间部位时，逐渐提高土压仓（泥水仓）设定压力，出加固段达到预定的设定值。

⑥通常盾构机盾尾进入洞口后，拼装整环临时管片（负一环），并在开口部安装上部轴向支撑，使随后盾构掘进时全部盾构千斤顶都可使用。

⑦盾构机盾尾进入洞口后，将洞口密封与封闭环管片贴紧，以防止泥水与注浆浆液从洞门泄漏。

⑧加强观测工作井周围地层变形、盾构基座、反力架、临时管片和管片上部轴向支撑的变形与位移，超过预定值时，必须采取有效措施后，才可继续掘进。

（4）初始掘进的主要任务

初始掘进的主要任务：

收集盾构掘进数据（推力、刀盘扭矩等）及地层变形量测量数据，判断土压（泥水压）、注浆量、注浆压力等设定值是否适当，并通过测量盾构与衬砌的位置，及早把握盾构掘进方向控制特性，为正常掘进控制提供依据。

因此，初始掘进阶段是盾构法隧道施工的重要阶段。

3、盾构接收施工技术要点

盾构接收是指自掘进距接收工作井一定距离（通常100m左右）到盾构机落到接收工作井内接收基座上止。

当盾构正常掘进至离接收工作井一定距离（通常50～100m）时，盾构进入到达掘进阶段。

到达掘进是正常掘进的延续，是保证盾构准确贯通、安全到达的必要阶段。

其施工技术要点如下。

（1）盾构暂停掘进，准确测量盾构机坐标位置与姿态，确认与隧道设计中心线的偏差值。

（2）根据测量结果制订到达掘进方案。

（3）继续掘进时及时测量盾构机坐标位置与姿态，并依据到达掘进方案进行及时进行方向修正。

（4）掘进至接收井洞口加固段时，确认洞口土体加固效果，必要时进行补注浆加固。

（5）进入接收井洞口加固段后，逐渐降低土压（泥水压）设定值至0MPa，降低掘进速度，适时停止加泥、加泡沫（土压式盾构）、停止送泥与排泥（泥水式盾构）、停止注浆，并加强工作井周围地层变形观测，超过预定值时，必须采取有效措施后，才可继续掘进。

（6）拆除洞口围护结构前要确认洞口土体加固效果，必要时进行注浆加固，以确保拆除洞口围护结构时不发生土体坍塌、地层变形过大。

（7）盾构接收基座的制作与安装要具备足够的刚度，且安装时要对其轴线和高程进行校核，保证盾构机顺利、安全接收。

（8）拼装完最后一环管片，千斤顶不要立即回收，及时将洞口段数环管片纵向临时拉紧成整体，拧紧所有管片连接螺栓，防止盾构机与衬砌管片脱离时衬砌纵向应力释放。

（9）盾构机落到接收基座上后，及时封堵洞口处管片外周与盾构开挖洞体之间空隙，同时进行填充注浆，控制洞口周围土体沉降。

五、盾构的掘进

盾构掘进控制的目的是确保开挖面稳定的同时，构筑隧道结构、维持隧道线形、及早填充盾尾空隙。

因此，开挖控制、一次衬砌、线形控制和注浆构成了盾构掘进控制四要素。

施工前必须根据地质条件、隧道条件、环境条件、设计要求等，在试验的基础上，确定具体控制内容与参数；施工中根据包括量测监控的各项数据调整控制参数，才能确保实现施工安全、施工质量、施工工期与施工成本预期目标。

1、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。

（1）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。

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。

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。

（2）土压式盾构泥土的塑流化改良控制

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高分子系四类（我国目前常用前两类），可单独或组合使用。

流动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。

（排土性状、土砂输送效率、盾构机械负荷）

（3）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，开挖面土体强度提高，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：

相对密度、黏度、pH、过滤特性和含砂率。

（4）排土量控制

①土压式盾构排土量控制

土压式盾构排土量控制方法分为重量控制与容积控制两种。

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。

②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。

2、管片拼装控制

（先环向后轴向，先A片再B片后K片）

（1）拼装方法

①拼装成环方式

盾构推进结束后，迅速拼装管片成环。

除特殊场合外，大都采取错缝拼装。

在纠偏或急曲线施工的情况下，有时采用通缝拼装。

②拼装顺序

一般从下部的标准（A型）管片开始，依次左右两侧交替安装标准管片，然后拼装邻接（B型）管片，最后安装楔形（K型）管片。

③盾构千斤顶操作

拼装时，若盾构千斤顶同时全部缩回，则在开挖面土压的作用下盾构会后退，开挖面将不稳定，管片拼装空间也将难以保证。

因此，随管片拼装顺序分别缩回盾构千斤顶非常重要。

④紧固连接螺栓

先紧固环向（管片之间）连接螺栓，后紧固轴向（环与环之间）连接螺栓。

采用扭矩扳手紧固，紧固力取决于螺栓的直径与强度。

⑤楔形管片安装方法

楔形管片安装在邻接管片之间，为了不发生管片损伤、密封条剥离，必须充分注意正确地插入楔形管片。

为方便插入楔形管片，可装备能将邻接管片沿径向向外顶出的千斤顶，以增大插入空间。

拼装径向插入型楔形管片时，楔形管片有向内的趋势，在盾构千斤顶推力作用下，其向内的趋势加剧。

拼装轴向插入型楔形管片时，管片后端有向内的趋势，而前端有向外的趋势。

⑥连接螺栓再紧固

一环管片拼装后，利用全部盾构千斤顶均匀施加压力，充分紧固轴向连接螺栓。

盾构继续掘进后，在盾构千斤顶推力、脱出盾尾后土（水）压力的作用下衬砌产生变形，拼装时紧固的连接螺栓会松弛。

为此，待推进到千斤顶推力影响不到的位置后，用扭矩扳手等再一次紧固连接螺栓。

再紧固的位置随隧道外径、隧道线形、管片种类、地质条件等而不同。

（2）真圆保持

管片拼装呈真圆，并保持真圆状态，对于确保隧道尺寸精度、提高施工速度与止水性及减少地层沉降非常重要。

管片环从盾尾脱出后，到注浆浆体硬化到某种程度的过程中，多采用真圆保持装置。

（3）管片拼装误差及其控制

管片拼装时，若管片间连接面不平行，导致环间连接面不平，则拼装中的管片与已拼管片的角部呈点接触或线接触，在盾构千斤顶推力作用下，发生破损。

为此，拼装管片时，各管片连接面要拼接整齐，连接螺栓要充分紧固。

另外，盾构掘进方向与管片环方向不一致时，盾构与管片产生干涉，将导致管片损伤或变形。

伴随管片宽度增加，上述情况增多。

为防止管片损伤，预先要根据曲线半径管片与管片宽度对适宜的盾构方向控制方法进行详细研究，施工中对每环管片的盾尾间隙认真检测，并对隧道线形与盾构方向严格控制。

在盾构与管片产生干涉的场合，必须迅速改变盾构方向、消除干涉。

盾构纠偏应及时、连续，过大的偏斜量不能采取一次纠偏的方法，纠偏时不得损坏管片，并保证后一环管片的顺利拼装。

（4）楔形环的使用（曲线施工、蛇行修正）

在盾构工程中，除曲线施工外，为进行蛇行修正，也可使用楔形环管片。

3、注浆控制

注浆是向管片与围岩之间的空隙注入填充浆液，向管片外压浆的工艺，应根据所建工程对隧道变形及地层沉降的控制要求选择同步注浆或壁后注浆，一次压浆或多次压浆。

（1）注浆目的

管片拼装完成后，随着盾构的推进，管片与洞体之间出现空隙。

如不及时充填，地层应力得以释放，而产生变形。

其结果发生地面沉降，邻近建（构）筑物沉降、变形或破坏等。

注浆的主要目的就是充填管片与洞体之间空隙、防止地层变形，还有其他重要目的：

①抑制隧道周边地层松弛，防止地层变形。

②及早使管片环安定，千斤顶推力平滑地向地层传递。

作用于管片的土压力平均，能减小作用于管片的应力和管片变形，盾构的方向控制容易。

③形成有效的防水层。

（2）一次注浆

一次注浆分为同步注浆、即时注浆和后方注浆三种方式，要根据地质条件、盾构直径、环境条件、注浆设备的维护控制、开挖断面的制约与盾尾构造等充分研究确定。

①同步注浆

同步注浆是在空隙出现的同时进行注浆、填充空隙的方式，分为从设在盾构的注浆管注入和从管片注浆孔注入两种方式。

前者，其注浆管安装在盾构外侧，存在影响盾构姿态控制的可能性，每次注入若不充分洗净注浆管，则可能发生阻塞，但能实现真正意义的同步注浆。

后者，管片从盾尾脱出后才能注浆，为与前者区别，可被称作半同步注浆。

②即时注浆

一环掘进结束后从管片注浆孔注入的方式。

③后方注浆

掘进数环后从管片注浆孔注入的方式。

一般盾构直径大，或在冲积黏性土和砂质土中掘进，多采用同步注浆；而在自稳性好的软岩中，多采取后方注浆方式。

（3）二次注浆

二次注浆是以弥补一次注浆缺陷为目的进行的注浆。

具体作用如下：

①补足一次注浆未充填的部分；

②补充由浆体收缩引起的体积减小；

③以防止周围地层松弛范围扩大为目的的补充。

（3）注浆量与注浆压力

注浆控制分为压力控制与注浆量控制两种。

压力控制是保持设定压力不变，注浆量变化的方法。

注浆量控制是注浆量一定，压力变化的方法。

一般仅采用一种控制方法都不充分，应同时进行压力和注浆量控制。

六、隧道的线形控制

线形控制的主要任务是通过控制盾构姿态，使构建的衬砌结构几何中心线线形顺滑，且位于偏离设计中心线的容许误差范围内。

1、掘进控制测量

随着盾构掘进，对盾构及衬砌的位置进行测量，以把握偏离设计中心线的程度。

测量项目包括：

盾构的位置、倾角、偏转角、转角及盾构千斤顶行程、盾尾间隙和衬砌位置等。

基于上述测量结果，作图画出盾构及村砌与设计中心线的位置关系，直接预测下一环盾构掘进偏差十分重要。

2、方向控制

掘进过程中，主要对盾构倾斜及其位置，以及拼装管片的位置进行控制。

盾构方向（偏转角和倾角）修正依靠调整盾构千斤顶使用数量进行。

若遇硬地层或曲线掘进，要进行大的方向修正场合，须采用仿形刀向调整方向超挖。

此时，盾尾间隙减小，管片拼装困难，为确保盾尾间隙，必须进行方向修正。

盾尾间隙大大减小的情况下，要拼装楔形环管片，以确保盾尾间隙。

七、盾构法施工地层变形控制措施

1、地层变形原因

（1）地层变形的主要原因大致分为条件因素和直接原因两类。

（2）条件因素主要有：

覆土厚度、盾构直径、隧道线形、衬砌背后间隙、衬砌种类等。

（3）直接原因由盾构掘进引发，主要有开挖面失稳、地下水位降低、推力过大、频繁纠偏、洞体土层失稳、盾体与洞体的摩擦力、衬砌背后产生间隙、注浆压力、衬砌变形、衬砌漏水等。

虽然地层变形的直接原因有很多，但大体可分为以下4类：

（1）地层应力释放产生的弹塑性变形，导致地层反力降低；

（2）土压增大产生的压缩变形，导致垂直土压增大或地层反力降低；

（3）附加土压产生的弹塑性变形，导致作用土压增大；

（4）伴随土的物理性能变化产生的弹塑性变形以及徐变变形，导致地层承载能力降低。

2、地层变形机理

盾构掘进通过某一断面的地层变形时间曲线与盾构掘进过程中所处位置相关。

某一断面地层变形的变形一时间曲线划分为5个阶段（前期沉降控制、开挖面前沉降（隆起）控制、通过时沉降（隆起）控制、尾部空隙沉降（隆起）控制、后续沉降控制），各阶段变形原因不同，变形机理各异。

3、控制措施

前期沉降控制的关键是保持地下水压。

（1）保持地下水压措施：

①合理设定土压（泥水压）控制值并在掘进过程中保持稳定，以平衡开挖面土压与水压。

②保持开挖面土压（泥水压）稳定的前提条件：

对于土压式盾构是泥土的塑流化改良效果，应根据地层条件选择适宜的改良材料与注入参数；而对于泥水式盾构则是泥浆性能，应根据地层条件选择适宜的泥浆材料与配合比。

③防止地下水从盾构机、盾尾以及拼装好的衬砌结构渗入。

为此，应保持盾构机刀盘驱动、铰接、盾尾等部位密封完好，保证盾尾密封油质注入压力与注入量，管片密封与拼装质量满足规范要求。

④土压式盾构在地下水位高且渗透性好的地层掘进时，采取有效的防喷涌措施，以防止地下水从螺旋输送机涌入。

（2）开挖面前沉降（隆起）控制

开挖面前沉降（隆起）控制的主要措施是土压（泥水压）管理，真正实现土压（泥水压）平衡。

通常采取的措施有：

①合理设定土压（泥水压）控制值并在掘进过程中保持稳定，以平衡开挖面土压与水压。

②保持开挖面土压（泥水压）稳定的前提条件：

对于土压式盾构是泥土的塑流化改良效果，应根据地层条件选择适宜的改良材料与注入参数；而对于泥水式盾构则是泥浆性能，应根据地层条件选择适宜的泥浆材料与配合比。

③加强排