三、開挖控制
開挖控制的根本目的是確保開挖面穩(wěn)定。
土壓式盾構與泥水式盾構的開挖控制內容略有不同。土壓式盾構，以土壓和塑流性改良控制為主，輔以排土量、盾構參數(shù)控制(見圖1K413021-1)。泥水式盾構，以泥水壓和泥漿性能控制為主，輔以排土量控制(參見圖1K413021-2)。
(一)土壓(泥水壓)控制
開挖面的土壓(泥水壓)控制值，按地下水壓(間隙水壓)+土壓+預備壓設定。
土壓有靜止土壓、主動土壓和松弛土壓，要根據(jù)地層條件區(qū)別使用。按靜止土壓設定控制土壓，是開挖面不變形的最理想土壓值，但控制土壓相當大，必須加大設備裝備能力。主動土壓是開挖面不發(fā)生坍塌的臨界壓力，控制土壓最小。地質條件良好、覆土深、能形成土拱的場合，可采用松弛土壓。
變動大的情況下，一般開挖面不穩(wěn)定。
(二)土壓式盾構泥土的塑流化改良控制
1．土壓式盾構掘進時，理想|來源%考 試大%地層的土特性是：
(1)塑性變形好；
(2)流塑至軟塑狀；
(3)內摩擦小；
(4)滲透性低。
細顆粒(75／Jm以下的粉土與黏土)含量30％以上的土砂，塑性流動性滿足要求。在細顆粒含量低于30％、或砂卵石地層，必須加泥或加泡沫等改良材料，以提高塑性流動性和止水性(參見圖1K413021-4)。
改良材料必須具有流動性、易與開挖土砂混合、不離析、無污染等特性。一般使用的改良材料有礦物系(如膨潤土泥漿)、界面活性劑系(如泡沫)、高吸水性樹脂系和水溶性高分子系四類(我國目前常用前二二類)，可單獨或組合使用。
2．選擇改良材料要依據(jù)條件
(1)土質(粒度分布、礫石粒徑、礫石含量、黏性土含量、均等系數(shù)等)；
(2)透水系數(shù)；
(3)地下水壓；
(4)水離子電性；
(5)是否泵送排土；
(6)加泥(泡沫等)設備空間(地面、隧道內)；
(7)掘進長度； (8)棄土處理條件；
(9)費用(材料價格、注入量、材料損耗、用電量、設備費等)。
3．流動化改良控制是土壓式盾構施工的最重要要素之一，要隨時把握土壓倉內土砂的塑性流動性。一般按以下方法掌握塑流性狀態(tài)。
(1)根據(jù)排土性狀
取樣測定(或根據(jù)經驗目視)土砂的坍落度，以把握土壓倉內土砂的流動狀態(tài)。采用的坍落度控制值取決于土質、改良材料性狀與土的輸送方式。
(2)根據(jù)土砂輸送效率
按螺旋輸送機轉數(shù)計算的排土量與按盾構推進速度計算的排土量進行比較，以判斷開挖土砂的流動狀態(tài)。一般情況下，土壓倉內土砂的塑性流動性好，盾構掘進就正常，兩者高度相關。
(3)根據(jù)盾構機械負荷
根據(jù)刀盤油壓(或電壓)、刀盤扭矩、螺旋輸送機扭矩、千斤頂推力等機械負荷變化，判斷土砂的流動狀態(tài)。--般根據(jù)初始掘進時的機械負荷狀況和地層變化結果等因素，確定開挖土砂的最適性狀和控制值的容許范圍。
(三)泥水式盾構的泥漿性能控制
泥水式盾構掘進時，泥漿起著兩方面的重要作用：一是依靠泥漿壓力在開挖面形成泥膜或滲透區(qū)域，開挖面土體強度提高，同時泥漿壓力平衡了開挖面土壓和水壓，達到了開挖面穩(wěn)定的目的；二是泥漿作為輸送介質，擔負著將所有挖出土砂運送到工作井外的任務。
(四)排土量控制
1．開挖土量計算，
單位掘進循環(huán)(一般按一環(huán)管片寬度為一個掘進循環(huán))開挖土量Q，一般按下式計算：
2．土壓式盾構出土運輸方法與排土量控制
土壓式盾構的出土運輸(二次運輸)一般采用軌道運輸方式。
土壓式盾構排土量控制方法分為重量控制與容積控制兩種。重量控制有檢測運土車重量、用計量漏斗檢測排土量等控制方法。容積控制一般采用比較單位掘進距離開挖土砂運土車臺數(shù)的方法和根據(jù)螺旋輸送機轉數(shù)推算的方法。我國目前多采用容積控制方法。
3．泥水式盾構排土量控制
泥水式盾構排土量控制方法分為容積控制與干砂量(干土量)控制兩種。
容積控制方法如下，檢測單位掘進循環(huán)送泥流量Ql與排泥流量Q2，按下式計算排土體積Q3：
一般表示涌水(由于泥水壓低，地下水流人)。正常掘進時，泥漿流失現(xiàn)象居多。
開挖控制的根本目的是確保開挖面穩(wěn)定。
土壓式盾構與泥水式盾構的開挖控制內容略有不同。土壓式盾構，以土壓和塑流性改良控制為主，輔以排土量、盾構參數(shù)控制(見圖1K413021-1)。泥水式盾構，以泥水壓和泥漿性能控制為主，輔以排土量控制(參見圖1K413021-2)。
(一)土壓(泥水壓)控制
開挖面的土壓(泥水壓)控制值，按地下水壓(間隙水壓)+土壓+預備壓設定。
土壓有靜止土壓、主動土壓和松弛土壓，要根據(jù)地層條件區(qū)別使用。按靜止土壓設定控制土壓，是開挖面不變形的最理想土壓值，但控制土壓相當大，必須加大設備裝備能力。主動土壓是開挖面不發(fā)生坍塌的臨界壓力，控制土壓最小。地質條件良好、覆土深、能形成土拱的場合，可采用松弛土壓。
變動大的情況下，一般開挖面不穩(wěn)定。
(二)土壓式盾構泥土的塑流化改良控制
1．土壓式盾構掘進時，理想|來源%考 試大%地層的土特性是：
(1)塑性變形好；
(2)流塑至軟塑狀；
(3)內摩擦小；
(4)滲透性低。
細顆粒(75／Jm以下的粉土與黏土)含量30％以上的土砂，塑性流動性滿足要求。在細顆粒含量低于30％、或砂卵石地層，必須加泥或加泡沫等改良材料，以提高塑性流動性和止水性(參見圖1K413021-4)。
改良材料必須具有流動性、易與開挖土砂混合、不離析、無污染等特性。一般使用的改良材料有礦物系(如膨潤土泥漿)、界面活性劑系(如泡沫)、高吸水性樹脂系和水溶性高分子系四類(我國目前常用前二二類)，可單獨或組合使用。
2．選擇改良材料要依據(jù)條件
(1)土質(粒度分布、礫石粒徑、礫石含量、黏性土含量、均等系數(shù)等)；
(2)透水系數(shù)；
(3)地下水壓；
(4)水離子電性；
(5)是否泵送排土；
(6)加泥(泡沫等)設備空間(地面、隧道內)；
(7)掘進長度； (8)棄土處理條件；
(9)費用(材料價格、注入量、材料損耗、用電量、設備費等)。
3．流動化改良控制是土壓式盾構施工的最重要要素之一，要隨時把握土壓倉內土砂的塑性流動性。一般按以下方法掌握塑流性狀態(tài)。
(1)根據(jù)排土性狀
取樣測定(或根據(jù)經驗目視)土砂的坍落度，以把握土壓倉內土砂的流動狀態(tài)。采用的坍落度控制值取決于土質、改良材料性狀與土的輸送方式。
(2)根據(jù)土砂輸送效率
按螺旋輸送機轉數(shù)計算的排土量與按盾構推進速度計算的排土量進行比較，以判斷開挖土砂的流動狀態(tài)。一般情況下，土壓倉內土砂的塑性流動性好，盾構掘進就正常，兩者高度相關。
(3)根據(jù)盾構機械負荷
根據(jù)刀盤油壓(或電壓)、刀盤扭矩、螺旋輸送機扭矩、千斤頂推力等機械負荷變化，判斷土砂的流動狀態(tài)。--般根據(jù)初始掘進時的機械負荷狀況和地層變化結果等因素，確定開挖土砂的最適性狀和控制值的容許范圍。
(三)泥水式盾構的泥漿性能控制
泥水式盾構掘進時，泥漿起著兩方面的重要作用：一是依靠泥漿壓力在開挖面形成泥膜或滲透區(qū)域，開挖面土體強度提高，同時泥漿壓力平衡了開挖面土壓和水壓，達到了開挖面穩(wěn)定的目的；二是泥漿作為輸送介質，擔負著將所有挖出土砂運送到工作井外的任務。
(四)排土量控制
1．開挖土量計算，
單位掘進循環(huán)(一般按一環(huán)管片寬度為一個掘進循環(huán))開挖土量Q，一般按下式計算：
2．土壓式盾構出土運輸方法與排土量控制
土壓式盾構的出土運輸(二次運輸)一般采用軌道運輸方式。
土壓式盾構排土量控制方法分為重量控制與容積控制兩種。重量控制有檢測運土車重量、用計量漏斗檢測排土量等控制方法。容積控制一般采用比較單位掘進距離開挖土砂運土車臺數(shù)的方法和根據(jù)螺旋輸送機轉數(shù)推算的方法。我國目前多采用容積控制方法。
3．泥水式盾構排土量控制
泥水式盾構排土量控制方法分為容積控制與干砂量(干土量)控制兩種。
容積控制方法如下，檢測單位掘進循環(huán)送泥流量Ql與排泥流量Q2，按下式計算排土體積Q3：
一般表示涌水(由于泥水壓低，地下水流人)。正常掘進時，泥漿流失現(xiàn)象居多。