盾构机掘进作业指导书.doc

1 十二 盾构机掘进作业指导书 1 编制目的 1 2 编制依据 2 3 适用范围 2 4 施工准备 2 4 1 场地准备 2 4 2 设备与材料准备 2 4 3 技术准备 2 5 施工方法 2 5 1 土压平衡盾构工法特点 3 5 2 工艺程序 3 6 工艺流程 3 6 1 盾构试掘进 3 6 2 始发掘进 4 6 3 掘进工艺 5 6 4 首推 100 环后掘进 10 6 5 特殊地段掘进施工 11 6 6 蛇行和滚动控制 14 6 7 碴土改良与防泥饼措施 14 6 8 盾构姿态控制 15 6 9 管片安装 18 6 10 同步注浆 19 7 主要机具及设备 23 8 劳动力组织 25 10 安全措施 28 11 环保措施 33 2 1 编制目的 指导盾构掘进施工作业 保证盾构推进安全 线路符合设计 2 编制依据 2 1 地下铁道工程施工及验收规范 GB50299 1999 2003 年版 2 2 建筑变形测量规范 JGJ8 2007 2 3 城市轨道交通工程测量规范 GB5038 2008 2 4 城市测量规范 CJJ8 99 2 5 工程测量规范 GB50026 2007 2 6 盾构法隧道施工与验收规范 GB50446 2008 2 7 盾构区间相关文件资料 2 8 宁波市轨道交通 地下 工程关键工序验收管理程序 甬轨指 2009 57 号 2 9 盾构推进质量问题处置规定 甬轨 2012 42 号 3 适用范围 适用于土压平衡盾构机的隧道施工 4 施工准备 4 1 场地准备 始发井内的物料已清理 管线按规划布置合理 不影响掘进 4 2 设备与材料准备 4 2 1 拼装好的盾构机已按要求进行验收和运行调试 4 2 2 相关设备 机具已到场 且性能良好 材料 成品等已进场并经检 测验收合格 4 3 技术准备 4 3 1 分部 分项工程已进行技术交底及安全交底 4 3 2 洞门加固范围及效果经过验收 满足设计要求 4 3 3 后座反力架经过检算和验收 强度 刚度满足设计要求 4 3 4 盾构推进沿线的保护建 构 筑物 管线状况已经过调查 并已制 定切实可行的应对和保护措施 4 3 5 监测点已按监测方案要求位置 数量布置 并已取得初始值 3 4 3 6 渣土运输及外运 或外弃 方案已落实 5 施工方法 区间掘进采用土压平衡盾构 出渣进料均采用有轨运输 工作井处采用龙 门吊垂直吊运 5 1 土压平衡盾构工法特点 5 1 1 施工中基本不使用土体加固等辅助施工措施 节省进洞技术措施费 并对环境无污染 5 1 2 根据土压变化调整出土和盾构推进速度 易达到工作面的稳定 减 少了地表下沉 5 1 3 对掘进土量和排土量能形成自动控制管理 机械自动化程度高 施 工速度快 5 2 工艺程序 6 工艺流程 6 1 盾构试掘进 经过数环负环管片的推进后 刀盘已经抵拢掌子面 即可开始刀盘驱动系 统和刀盘本身的负载调试和试掘进了 盾构始发时进入加固体时若刀盘扭矩过 4 大 可通过在刀盘前方加水等方式降低加固体强度 便于盾构推进 6 1 1 首先启动驱动系统 认真观察驱动部分 待其工作稳定后缓慢启动 刀盘 设定刀盘转速子在 1r min 以内 6 1 2 刀盘刚开始切割泥土 起初的工作扭矩是不稳定的 数转后扭矩即 可稳定 故需认真观察刀盘工作扭矩的变化 6 1 3 以上情况正常后启动推进系统 用均匀的推力向前推进 推力不能 很大 以能使刀盘驱动系统达到 30 的扭矩即可 但最大也不宜大于 500 吨 同时 可打开泡沫系统 观察泡沫系统的工作情况 维持这样的工作状态掘进 1 2 环 充分检查各系统的工作情况 6 1 4 逐渐增加盾构的推力 使驱动系统达到 50 70 的满负荷状态 同 时要注意推力不能大于反力架的安全工作能力 观察驱动系统的噪音 震动 温度等工作指标是否正常 检查油脂 泡沫的注入是否正常 并观察反力架是 否发生过大变形或移位 6 1 5 当土仓压力达到设计值时 启动出渣系统开始出渣 出渣的速度要 和掘进的速度匹配 使土仓压力保持稳定 6 2 始发掘进 从正式进洞的第一环正数管片开始 到盾构机后配套系统完全进洞 负环 管片拆除 系统完全达到设计生产能力为止 这一施工阶段称为始发掘进 始发掘进要完成如下的工作内容 6 2 1 继续盾构各系统的监测和调试 并完善各系统的配套工作能力 在 始发掘进结束前 总体系统的工作能力要达到 80 以上 6 2 2 盾构主机的盾尾部分完全进入开挖的隧道内时 即开始管片壁后的 注浆施工 初期应使用早凝型的浆液 以进快稳定洞门口处的管片 随着掘进 的伸入 可以调试浆液的配比 使用注人效率高 又能保障质量的注浆材料 注浆压力控制在 1 5bar 以内 在始发掘进结束前 注浆系统应该达到完全的工 作能力 6 2 3 各种油脂 泡沫等系统的工作参数应在此阶段完成优化 达到既能 保障施工效率和设备安全 又兼顾经济 6 2 4 水平和垂直运输系统的配套工作能力也应同时完成 并达到设计工 5 作状态 6 2 5 隧道内轨道 管线 照明等设备的安装布置要有规划 6 2 6 反力架 负环管片的拆除 反力架 负环管片的拆除时间根据设计图纸确定 影响因素主要是管片与 注浆体之间摩擦力 盾构始发掘进推力 埋深 一般情况下 掘进 100m 以上 同时前 50 环完成掘进 7 日以上 可以根据工序情况和工作整体安排 开始 进行反力架 负环管片拆除 6 3 掘进工艺 盾构始发掘进完成后 盾构隧道进入正常掘进阶段 正常掘进阶段的重点 在于对工程地质 水文地质的变化 地表 地下监测数据的分析 盾构掘进参 数的调整等多因素进行综合分析研究 确保盾构在不同地质条件下 不同地表 环境条件下安全推进 6 3 1 土压平衡工况的掘进特点 土压平衡工况掘进时 是将刀具切削下来的土充满仓室 然后利用土仓内 泥土压与作业面的土压和水压相抗衡 与此同时 用螺旋式输送机排土设备进 行与盾构推进量相应的排土作业 掘进过程中 始终维持开挖土量与排土量的 平衡 以保持正面土体稳定 并防止地下水土的流失而引起地表过大的沉降 6 3 2 盾构掘进作业工序流程 6 6 3 3 操作控制程序 7 6 3 4 掘进时参考参数 8 掘进参数表 序号掘进参数始发端头段 泥炭土 粉质粘 土 粘土层 强 风化土层 备注 1 推力8000 20000KN 7000 12000KN 9000 12000KN 2 扭矩 3000 3600KN m2600 3500KN m 2800 3400 KN m 3 推进速度0 5 1cm min1 2cm min1 2cm min 4 土仓压力0 10 0 12MPa0 12 0 15MPa 0 08 0 10 MPa 掘进 100m 后适当调整 参数 6 3 5 土压力控制 在盾构掘进中 保持土仓压力与作业面压力 土压 水压之和 平衡是防 止地表沉降 保证建筑物安全的一个很重要的因素 6 3 5 1土仓压力值P的选定 1 P值选定 P值应能与地层土压力和静水压力相抗衡 设刀盘中心地层静水压力 土压 力之和为P0 则P K P0 K一般取1 0 1 3 在地层掘进过程中根据地质和埋 深情况以及地表沉降监测信息进行反馈和调整优化 一般通过装置在密封土舱 内的土压计检测读出 2 土压力 P0 设定与管理方法 1 理论估算 经验判断 确定一个较理想的 P0 值 较为合适的土压力 P0 范围是 水压力十主动土压力 P0 水压力 被动土压力 P0 以相应的静 止土压力为中心在此范围内作波动 2 精心操作 认真量测 及时反馈信息 根据出土量与地表沉降数据对 P0 相应调整 3 对已定 P0 进行动态管理 以适应连续推进情况 3 地表沉降与工作面稳定关系以及相应措施对策 地表沉降与工作面稳定关系以及相应措施对策见下表 地表沉降信息工作面状态P 与P0关系措施与对策备注 下沉超过基准 值 工作面坍陷与 失水 Pmax P0增大P值 隆起超过基准 值 支撑土压力过 大 土仓内水 进入地层 Pmin P0减小P值 Pmax Pmin分别 表示P的最大 峰值和最小峰 值 9 6 3 5 2土仓压力P值的保持 主要通过维持开挖土量与排土量的平衡来实现 可通过设定掘进速度 调 整排土量或设定排土量 调整掘进速度两条途径来达到 6 3 6排土量的控制 排土量的控制是盾构在土压平衡工况模式下工作时的关键技术之一 碴土的排出量必须与掘进的挖掘量相匹配 以获得稳定而合适的支撑压力 值 使掘进机的工作处于最佳状态 当通过调节螺旋输送机的转速仍不能达到 理想的出土状态时 可以通过改良碴土的塑流状态来调整 控制程序如下图 6 3 7碴土管理 在土压平衡工况模式下碴土应具有以下特性 良好的塑流状态 良好的粘 软稠度 低的内摩擦力 低的透水性 一般地层岩土不一定具有这些特性 从而使刀盘摩擦增大 工作负荷增加 同时 密封仓内碴土塑流状态差时 在压力和搅拌作用下易产生泥饼 压密固 结等现象 从而无法形成有效的对开挖仓密封和良好的排土状态 当碴土具有 良好的透水性时 碴土在螺旋输送机内排出时无法形成有效的压力递降 土仓 内的土压力无法达到稳定的控制状态 当碴土满足不了这些要求时 需通过向刀盘 混合仓内注入添加剂对碴土 进行改良 采用的添加剂种类主要是泡沫或膨润土 对加泥或加水式土压平衡式盾构 需在施工前详细了解与分析工程所遇的 地质情况 初步确定盾构推进中加入泥 水 添加剂的浓度和数量 并在施工 中根据工作面稳定情况和螺旋机出土状况对添加材料进行调整 以适应盾构正 10 常工作的需要 加入的制泥材料一般有粘土 膨润土等 其浓度及使用量一般如下表 制泥材料浓度使用量 土质类别浓度 最大使用 m3 砂土层15 30 0 3 砂砾层30 50 0 3 白色砂质沉积层20 30 0 2 砂质粉土层5 15 0 1 6 4 首推 100 环后掘进 盾构机在完成前 100 环的试掘进后 按 宁波市轨道交通 地下 工程关 键工序验收管理程序 甬轨指 2009 57 号 要求进行验收 通过分析前 100 环掘进质量 对掘进参数进行必要的调整 为后续的正常 掘进提供条件 主要内容包括 6 4 1 根据地质条件和试掘进过程中的监测结果进一步优化掘进参数 做 到施工进度均衡 地面沉降得到有效控制 6 4 2 推进过程中严格控制中线平面位置和高程 允许偏差均为 50mm 坡度不能突变 隧道轴线和折角变化不能超过 0 4 发现偏离应逐步纠正 不 得猛纠硬调 6 4 3 盾构掘进施工全过程须严格受控 工程技术人员根据地质变化 隧 道埋深 地面荷载 地表沉降 盾构机姿态 刀盘扭矩 千斤顶推力等各种勘 探 测量数据信息 正确下达每班掘进指令 并即时跟踪调整 推进出土与衬 砌背后注浆同步进行 不断完善注浆时间和注浆量的控制 确保沉降满足设计 要求 6 4 4 盾构机操作人员须严格执行指令 谨慎操作 对初始出现的小偏差 应及时纠正 应尽量避免盾构机走 蛇 形 盾构机一次纠偏量不宜过大 以 减少对地层的扰动 6 4 5 做好施工记录 内容主要包括 6 4 5 1 隧道掘进 11 包括施工进度 油缸行程 掘进速 里程 盾构推力 土压力 刀盘 螺 旋机转速 盾构内壁与管片外侧环形空隙 上 下 左 右 6 4 5 2 同步注浆 包括注浆压力 数量 稠度 注浆配比 注浆试块强度 每天取样试验 6 4 5 3 测量 包括盾构倾斜度 隧道椭圆度 管片姿态 按照 20 环 天进行测量 及时 统计汇总 分析总结管片上浮及偏移情况 通过调整同步注浆材料及掘进参数 来控制管片上浮 尽量减小管片上浮对盾构掘进产生的不利影响 推进总距 离 隧道每环衬砌环轴心的确切位置 X Y Z 每天测量盾构机位置前 30m 后 50m 的沉降 必要时采用二次补浆控制 导向系统每次移站后须人工复 核导线的准确性 每月进行一次导线坐标的联系测量 6 4 6 确保土压平衡的技术措施 6 4 6 1 拼装管片时 严防盾构机后退 确保正面土体稳定 6 4 6 2 同步注浆充填环形间隙 使管片衬砌尽早支承地层 控制地表沉 陷 6 4 6 3 切实作好土压平衡控制 保证掌子面土体稳定 6 4 6 4 利用信息化施工技术指导掘进管理 保证地面建筑物的安全 6 4 6 5 在掘进时向开挖面注入泡沫或膨润土 使搅拌后的切削土体具有 止水性和流动性 既可使碴土顺利排出地面 又能提供稳定开挖面的压力 6 4 7 泡沫的注入 无论盾构机通过砂性土还是在粘性土地层 都可以通过向土仓内注入泡沫 来改善碴土的性状 使碴土具有良好的流塑性 泡沫的加入还可以起到防水的 作用 防止盾构机发生喷涌和突水事故 但由于泡沫的用量和价格都比较高 所以只有在加泥不满足要求以及发生喷涌 突水的情况下才使用 当泡沫注入 后 可以将螺旋输送机回缩 控制好盾构机推力将盾构机刀盘进行空转 使泡 沫充分地和土仓内的碴土拌和 使泡沫剂在改善碴土性状和止水方面发挥最大 的功效 6 5 特殊地段掘进施工 6 5 1 曲线地段及坡度掘进 12 在曲线段 包括水平曲线和竖向曲线 施工时 盾构机推进操作控制方式 是把液压推进油缸进行分区操作 使盾构机按预期的方向进行调向运动 曲线 段施工时 采用安装楔形环与伸出单侧千斤顶的方法 使推进轨迹符合设计线 路的弯道要求 在曲线段推进时 要注意以下几点 6 5 1 1 进入弯道施工前 调整好盾构的姿态 6 5 1 2 精确计算每一推进循环的偏离量与偏转角的大小 根据盾尾间隙 和掘进线形 选择合适类型的管片拼装 合理选配推进千斤顶的数量 推进力 分区与组合进行推进 6 5 1 3 将每一循环推进后的测量结果记入图中与设计曲线相对照 确定 是否修正下次推进的偏转量与方位角 6 5 1 4合理选择超挖量 尽量使盾构靠近曲线内侧推进 将推进速度控制 在20 30mm min内 或将每一循环分成几次推进 从而减小管片的受力不均 6 5 1 5为防止管片的外斜 必须保证管片背后注浆的效果 使千斤顶的偏 心推力有效地起作用 确保曲线推进效果 减少管片的损坏与变形 6 5 1 6当盾构偏离曲线的设计线路较大时 停止盾构推进 采取相应措施 避免下述现象发生 在曲线推进过程中 出现管片损坏严重 管片螺栓折断 接头部件损坏 管片拼装困难 隧道衬砌超限等问题 6 5 1 7根据掌子面地层情况及时调整掘进参数调整掘进方向避免引起更大 的偏差 6 5 1 8蛇行的修正以长距离慢慢修正为原则 如修正得过急 蛇行反而更 加明显 在曲线推进的情况下 使盾构当前所在位置点与远方的一点进行线路 拟合 使隧道衬砌不超限 纠偏幅度每环不超过10mm 6 5 1 9在曲线施工中 盾构曲线走行轨迹引起的建筑空隙比正常推进大 必须加大注浆量 正确选好压注点 并做好盾尾密封装置的技术措施 液压推进油缸的分区表 油缸分区直线左转右转上仰下俯 A工作 工作 工作 工作 B 工作工作工作工作 13 C 工作 工作工作工作 D 工作 工作 工作 工作 液压推进油缸的分区图 6 5 2 软土地层 在软土中推进 加强对施工参数的优化 通过施工参数的合理调整 确保 隧道稳定和控制地面沉降 在淤泥质土层中推进时 由于土层较软 掘进推力和刀盘扭矩都较小 虽 然推力还有较大的富裕 但不能采取增大推力加快掘进速度 将掘进速度平稳 保持在 20mm min 左右 合理安排施工进度 保持盾构施工的平稳和连续 不能出现盾构机搁置时 间较长的情况 避免盾构机头部下沉 若盾构机出现长时间搁置时 应多推进 10 20cm 保证掌子面土压稳定和千斤顶处于受力状态 搁置时须及时注入膨 润土 防止盾构注浆管路堵塞 若同步注浆中含有水泥等成分 停机后每隔 4 6 小时重复打入盾尾油脂 防止残留水泥浆在盾尾中硬化 致使盾尾刷弹性 减弱 出现盾尾漏浆不良现象 6 5 3 由硬土进入软土掘进 6 5 3 1 在到达界面前预留 1m 作为工况过渡段 适当调整技术参数 如适 当增大土压设定值 减少同步注浆量 以实现工况逐步转换 6 5 3 2 调整各区的油压差以改变盾构千斤顶的合力位置和方向 6 5 3 3 加快掘进速度 14 6 5 4 穿越构筑物 盾构穿越构筑物的控制措施贯穿于盾构到达前 穿越过程及通过后 6 5 4 1 盾构机到达前 在对建筑物详细调查的基础上 有针对性地地确 定重点需保护的建筑物 对建筑物采取预保护措施 6 5 4 2 盾构穿越过程中 加强对建筑物沉降 倾斜 裂缝等的监测 根 据监测结果采取注浆保护等措施 确保建筑物安全 对桩基侵入隧道的建筑物 采取桩基托换保护后 盾构机通过时对确认侵入隧道的桩基部分是素砼时 盾 构机直接切削而过 6 5 4 3 盾构机通过建筑物后 继续加强监测 根据监测结果有针对性地 采取相应保护措施 6 6 蛇行和滚动控制 在盾构推进过程中 蛇行和滚动是难以避免的 出现蛇行和滚动主要与地 质条件 推进操作控制有关 针对不同的地质条件 进行周密的工况分析 并 在施工过程中严格控制盾构机的操作 减少蛇行值和盾构机的滚动 当出现滚 动时采取正反转刀盘方法来纠正盾构机姿态 盾构机推进时还需注意以下几个 问题 6 6 1工作面的地层结构及物理力学特性的不均匀性 6 6 2推进系统性能的平衡性 稳定性 6 6 3监控系统的敏感性 可靠性和稳定性 6 6 4富水软弱地层对盾壳的环向弱约束性 6 6 5通过软硬变化地层时的刀盘负载与盾壳约束条件的不对称性 包括进 接收的类似情况 对于以上问题要通过实际的掘进施工不断地积累施工经验 并在施工过程 中做记录 探索出各种问题对盾构机掘进的影响程度 并把比较严重的问题作 为施工中的重点问题进行研究解决 为下次掘进类似地层提供支持 6 7碴土改良与防泥饼措施 6 7 1概述 国内外的盾构施工经验表明 在盾构施工中尤其在复杂地层盾构施工中 进行碴土改良是保证盾构施工安全 顺利 快速施工的一项不可缺少的重要技 15 术手段 6 7 2碴土改良的方法与添加剂 碴土改良就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面 土仓或螺旋输送机内 注入泡沫或膨润土 利用刀盘的旋转搅拌 土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋 转搅拌使添加剂与土碴混合 其主要目的就是要使盾构切削下来的碴土具有好 的流塑性 合适的稠度 较低的透水性和较小的摩阻力 以满足在不同地质条 件下采用不同掘进模式掘进时都可达到理想的工作状况 6 7 3碴土改良的主要技术措施 6 7 3 1在盾构选型时 合理配置刀盘刀具 增大刀盘开口率等方法来防止 泥饼形成 泡沫的注入量为每环35 50L左右 6 7 3 2在砂层和其它含水地层采用土压平衡模式掘进时 拟向刀盘面 土 仓内注入泡沫剂 并增加对螺旋输送机内注入的膨润土 以利于螺旋输送机形 成土塞效应 涌水较大时 注入高分子聚合物防止喷涌 6 8盾构姿态控制 6 8 1始发姿态控制 对盾构机方向控制的影响因素关键是地质情况 盾构机始发后有以下几个 地需要对盾构机的姿态进行严格的控制 一是盾构始发后穿过端头后 将进入相 对软弱的地层 地层由 硬 变 软 二是盾构位于曲线半径地段 同时 盾构掘进不可能完全按照设计的隧道轴线前进 其掘进线路不可能 是一条光滑曲线而是由折线拟合而成 在不断修正的过程中将会产生一定的掘 进方向偏差 同时盾构表面与地层间的摩擦不均匀 开挖面上的土压力以及切 口环切削欠挖地层所引起的阻力不均衡 也会引起一定的方向偏差 当这种偏 差超过一定限界时就会使隧道衬砌侵限 盾尾间隙变小使管片局部受力恶化 并造成地层损失增大而使地表沉降加大 因此在始发中应严格控制盾构机的姿 态 并正确纠偏和修正蛇行 以免产生过大的地层损失而引起过大的地层变形 盾构始发通过端头加固地段后 盾构机由改良加固后的土层进入原状土层 是由硬土层至软土层 软土层或砂层 的掘进过程 在由硬至软的过程中 由 于盾构机重量主要集中在刀盘和前体的原因 易产生的栽头现象 在这种情况 16 下掘进 将盾构机姿态抬头0 50mm 以保持盾构机向上运动的趋势 在含水地层中 适当加大盾构上部推进油缸推力 使盾构稍微往偏下方向 走 以抵消水的浮力对管片上浮的作用 6 8 2姿态监测方法 以盾构机自带的自动导向系统进行盾构姿态监测 为校核自动导向系统的 准确性 每50环进行两次人工测量 6 8 3姿态调整措施 6 8 3 1滚动偏差调整 由于盾构机未进入土层时 壳体与始发基座钢轨磨擦力小 考虑到反扭矩 的因素 刀盘应缓慢加力 使扭矩 推力缓慢慢增大 并在盾构机壳体上焊接 角钢与盾构井底板相连 以防盾体转动 并随着盾体的前进依次切除 当盾构机滚动偏差超过0 5 时 盾构机会报警 提示盾构机操作手必须对 刀盘进行纠偏 盾构机滚动偏差采用刀盘反转的方法纠正 6 8 3 2方向偏差调整 根据线路条件所做的分段轴线拟合控制计划 导向系统反映的盾构姿态信 息 结合隧道地层情况 通过分区操作盾构机的推进油缸来控制掘进方向 控 制盾构机方向的主要因素是控制推进千斤顶的推度 通过调整各推进油缸的推 度来调整盾构机掘进机的姿态 盾构机的推进油缸分区为五个 其分区图如下 图所示 推进油缸采用一台电液比例调速泵供油 将每个区域的推进油缸编为一组 每组油缸设一个电磁比例减压阀 用来调节各组推进油缸的工作压力 借此控 17 制或纠正掘进机的前进方向 其中 4 8 12 16 位置的油缸安装有位移传感器 通过油缸的位移传感器我们可以知道油缸的伸出长度和盾构的掘进状态 14 只 铰接油缸连接中体及盾尾 沿圆周方向均布四只行程传感器监测四个方位油缸 的行程 以了解盾构机折弯状况并提供管片选型依据 掘进中铰接油缸处于被 动状态 对于盾构机的调向没有影响 通过对油缸的分区操作 达到调节推进方向的目的 其原理如下 在上坡段掘进时 适当加大盾构机下部油缸的推力和速度 在下坡段掘进 时则适当加大上部油缸的推力和速度 在左转弯曲线段掘进时 则适当加大右 侧油缸推力和速度 在右转弯曲线掘进时 则适当加大左侧油缸的推力和速度 在直线平坡段掘进时 则应尽量使所有油缸的推力和速度保持一致 根据自动 导向系统量测的结果和在控制室监示器上显示出来的盾构机当前位置和设计位 置以及相关的数据和图表 平缓地调整各分区千斤顶的推度 能够让盾构机尽 可能靠近设计线路掘进 6 8 3 3竖直方向控制措施 1 盾构机的竖向轴线偏差应控制在 20mm以内 倾角控制在 3mm m以内 特殊情况下 倾角亦不宜超过 10mm m 否则会引起盾尾间隙过小和管片的错 台破裂等问题 2 开挖面土体比较均质或软硬差别不大时 盾构机与设计轴线保持平行 3 当盾构机遇到上硬下软的地层时 为防止盾构机机头下坠 适当加大底 部千斤顶的推力 4 当开挖面上软下硬时 为防止机头偏上 可适当增大顶部千斤顶的推力 5 操作盾构机时 还应注意上部千斤顶和下部千斤顶的行程差 两者不能 相差过大 一般宜保持在 20mm内 特殊情况下不宜超过6cm 否则说明盾构机 竖直方向调整过急 6 盾构机通过凸形竖曲线顶点进入下坡段时 后方的管片受推进千斤顶向 上的分力易上浮 凹形竖曲线顶点后方的管片受向下的分力易下沉 此时盾构 机刀盘应缓慢加力 使推力缓慢增大 以避免过大的推力造成管片及盾构机的 竖向偏差 18 7 当开挖断面内地层上下软硬差距很大时 即使千斤顶的压力和盾构机的 倾角达到很大 仍无法将盾构机的姿态调整到合理位置 此时应考虑更换刀具 或者在硬岩部位使用超挖刀 6 8 3 4水平方向的控制措施 1 在直线段 盾构机的水平偏差可控制在 20mm以内 水平偏角可控制在 3mm m以内 否则会因盾构机急转引起盾尾间隙过小和管片错台破裂等问题 2 在缓和曲线段及圆曲线段 盾构机的水平偏差应控制在 30mm以内 水 平偏角应控制在 5mm m内 曲线半径越小控制难度越大 由直线进入缓和曲线 宜提前一个盾身的长度开始按1 5倍曲率半径转弯 使盾构机的单边推力差渐近 递增有利于保证管片环缝的拼装质量 3 由直线段进入缓和曲线段或圆曲线段时 根据地层情况 其决定盾构机 的转向难易程度 调节好各分区油缸千斤顶的行程和推力 使管片的中心轴线 更好地与隧道轴线拟合 4 盾构机由曲线段进入直线段时 盾构机操作原则应同第三步的原则类似 5 当开挖面内的地层左右软硬相差很大而且又是处在曲线段时 盾构机的 方向控制将比较困难 此时可降低掘进速度 合理调节各分区的千斤顶压力 必要时可超挖刀 6 当第 5 条中的操作原则仍无法将盾构机的姿态调到合理位置时 将考 虑在硬岩区域使用超挖刀 6 9管片安装 6 9 1管片安装程序 管片安装程序图 管片止水条及衬垫粘贴 管片吊机卸车 倒运管片 管片选型 下井和运输组织 管片安装区的清理 管片安装与连接 掘进 1 2m 盾构掘进 管片脱离盾尾后的二次紧固 管片安装就位 推进缸顶紧就位管片 缩回安装部位置油缸 19 6 9 2管片安装方法 6 9 2 1管片选型以满足隧道线型为前提 重点考虑管片安装后盾尾间隙要 满足下一循环掘进限值 确保有合适的盾尾间隙 以防盾尾接触并挤压管片 造成管片破损 6 9 2 2管片安装必须从隧道底部开始 然后依次安装相邻块 最后安装封 顶块 6 9 2 3封顶块安装前 应对止水条进行润滑处理 安装时先径向插入 2 3 调整位置后缓慢纵向顶推插入 6 9 2 4管片块安装到位后 应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片 其 顶推力应大于稳定管片所需力 然后方可移开管片安装机 6 9 2 5管片安装完后应及时进行连接螺栓紧固 并在管片环脱离盾尾后要 对管片连接螺栓进行二次紧固 6 10同步注浆 注浆的作用是防止土体松驰和下沉 减少地表沉降 保持隧道村砌的早期 稳定 提高衬砌接缝防水性能 6 10 1注浆方式 采用盾尾同步注浆方式及时注入单液浆填充环形建筑空间 即在盾构机推 进时 通过安装在盾尾内的4条内置式注浆管向管片与地层间的环形建筑空间注 入填充浆液 每条管上有高压力表和阀门 该管通过软管与盾构机1 拖车上配 置的4台砂浆泵分别相连 砂浆泵可手动控制 也可自动控制 由于盾构管片所 受的水土压力不同 顶部的管片略低于底部的管片 所以在同步注浆时可通过 手动控制来调节各注浆管的注浆压力 20 6 10 2注浆设备 浆液由盾构始发场地内设置的专用浆液搅拌站拌制 浆液搅拌站生产能力 达60 m3 h 而成 通过输送管道直接泵送到1 拖车上的储浆罐内以待运输至井 下并泵送至盾构机配置储浆罐 同步注浆采用盾构机上的同步注浆设备进行注 浆 二次注浆采用一套独立的双液注浆设备 6 10 3注浆材料及配合比选择 6 10 3 1浆液性能要求 为保证浆液质量 施工中根据始发时地层的实际情况选择浆液配合比 选 择和易性适宜的浆液 使之达到易于压送 不离析 不沉淀 不堵管 其物理 性能应达到 浆液的充填性好 浆液和易性好离析少 浆液初凝时间短 早期强度高 理论上讲越快越好 以及快约束和稳定管片 但初凝时间太短容 易造成注浆管种堵塞 浆液硬化后的体积收缩率小 以更好固定管片 浆液 稠度合适 以不被地下水稀释 6 10 3 2同步注浆浆液配比选择 隧道同步注浆浆液配合比根据设计确定 并要与主要穿越地层适应 单液 水泥砂浆性能指标可参考如下 水泥砂浆初凝时间 4 5小时 水泥砂浆1d龄期强度 0 5Mpa 28d龄期强度达到2 0 Mpa 水泥砂浆稠度 浆液的稠度在软弱土层宜选择偏大以利控制管片上浮 水泥砂浆基准配合比按下表进行试配 以达到上述性能要求 每立方米水泥砂浆材料用量表 kg 水泥细砂 M 2 0 粉煤灰膨润土水减水剂 150890280373252 5 6 11二次注浆 当发现注浆不足或注浆效果不理想时 要采用二次补强注浆来满足工程质 量要求 二次补强注浆根据不同的地层情况 地表沉降监测情况和管位移变化 监测情况选择材料和浆液配比 二次补强注浆选择单液注浆 单液注浆每立方浆液配比 浆液性能指标见下表 二次补强注浆浆液配比 21 水泥 kg 粉煤灰 kg 细砂 kg 膨润土 kg 减水剂 kg 水 Kg 220448980402 5300 二次注浆浆液性能指标 凝固时间一天抗压强度七天抗压强度二十八天抗压强度 10 小时 0 5MPa 2 5MPa 10MPa 6 12 注浆管理 一般从设在管片上的注浆孔进行注浆 特殊的是通过设置在盾构上的注浆 孔进行同步注浆 6 12 1 以不偏压为原则 从下往上对称压注 6 12 2 特殊情况下先填充建筑空隙大的部位 6 12 3 安装井保护盾尾密封材 按要求压注盾尾密封油脂 定期检查并更 换密封材 防止盾尾跑浆 6 12 4 注浆压力和数量 注浆压力选择以能充填建筑空隙为原则 根据相 应部位的土压力 水压力 泥浆压力以及衬砌的强度选择合适的压力 一般出 口处压力为 0 1 0 3MPa 压浆量考虑到其渗透 加压单侧挤入 脱水 超挖 等因素 多取为建筑空隙的 150 250 对注浆的管理一般结合地表沉降进行 压力与数量的综合管理 6 13 出碴进料运输系统 6 13 1 运输组织及方式 盾构隧道施工时掘进 1 2m 后拼装一环管片 在盾构掘进过程中进行同步注 浆 如此循环进行 每环土方采用一列车一次运出至盾构工作井后吊出 每环 管片及同步注浆浆液采用一列车运至盾构工作位置 出土进料洞内采用编组有轨运输 盾构始发井内内设置双线轨道 隧道内 设置单线轨道运输 正常掘进阶段采用两列车运输 在盾构工作井位置由设在 地面上的龙门吊进行垂直运输 6 13 2 生产 井内运输能力配套分析及配置 临时设施配置主要考虑盾构隧道施工时的出土进料运输能力是否能满足盾 22 构掘进进度的需要 按盾构正常掘进阶段的最大施工能力配置 6 13 2 1 盾构掘进工况 1 每环掘削土方 一环土方为 37 9m3 实方 重约 59t 考虑到虚方系数 掘进时掺加泥浆 泡沫等因素 渣土体积按 60m3计算 2 管片 管片重约 16t 环 管片三块标准块总重约 9 6t 3 同步注浆量 约 3m3 环 注浆量根据建筑空隙 土层等因素决定 并在推进过程中不断结合实际效 果进行调整 6 13 2 2 生产进度分析 盾构正常掘进阶段按每天 8 环 每环 1 2m 计 9 6m 天 计算 则掘进土方 量约 480m3 天 虚方 需管片 8 环 天 同步注浆浆液 24m3 天 6 13 2 3 井内运输能力配置 1 出土 每环土方用五辆碴车一次运出 每车土重约 18 6t 每个碴车重约 13t 左 右 容积约 17m3 总重约 31 6t 2 进料 1 管片 每环采用两辆管片车运入 堆高不超过 2m 2 同步注浆浆液 每环采用一辆浆液车运入 容积为 8m3 3 编组 以上总计八辆运输车 合并编组后采用一辆 40t 电瓶车牵引 列车长度约 56m 盾构机后续台车及皮带输送机长度设计时已考虑列车长度要求 6 13 3 垂直运输 最大起吊重量为 31 6t 采用 45t 龙门吊提升 根据盾构工作井尺寸及考 虑到集碴场地及弃土外运条件 龙门吊沿与线路垂直方向布设 倒土采用悬臂 单侧 由于盾构隧道正常掘进期间的出土进料能力较大 配置两台 45t 龙门吊 以满足正常施工需要 6 13 4 其它设施配置 23 6 13 4 1 电瓶车 蓄电池和充电器 采用 40t 电瓶车牵引 配备 2 台电瓶车 分别承担两组列车的运输 每台牵引电瓶车配备一组三个蓄电池箱和三个充电柜 充电器和蓄电池都 布置在车站底板上 蓄电池的卸装依靠一台电动葫芦简易桁吊完成 每组蓄电 池的充电时间为 6 8 小时 可使用 1 12 小时 即每班换一次电池 基本可以 满足工作需要 6 13 4 2 密封土方运输车 配备足够的 8 12m3 的专用密封土方车弃土外 运 6 13 4 3 轨道运输结构 钢轨 采用 38kg m 铁路用轨 按运输平面布置图铺设 为方便从盾构工作 井吊放和依据盾构机前方移动时的驳接段落模数 单根钢轨长度为 6 25m 轨枕 采用 H 型钢 200 150 为轨枕 铺设间距为 1 2m 一根 隧道内直 接架空于管片之上 站内直接铺在底板上 高差采用钢板垫块或采用槽钢调整 6 13 5 洞内运输线路布置 6 13 5 1 在隧道内设置单线 在车站内合适处设置会车双线 试验掘进阶 段采用设岔线由左线盾构工作井出土进料 6 13 5 2 列车的重车速度 5km h 空车速度 25km h 当最大运距为 3000m 时 运输时间为 23min 重车 或 7min 空车 采用两组编组列车运输 运输 能力能满足需要 6 13 6 出土及弃土 盾构掘进出土采用斗车通过洞内运输线路由电瓶车牵引至工作井处 由工作 井处 45t 龙门吊提升至地面 将渣土暂时堆弃在工作井附近的集土槽内 夜间 在业主规定的时间内集中用专门设计的全封闭自卸汽车将渣土运至固定的弃土 场内 装土工作由挖掘机完成 施工中合理安排弃土作业 施工场地外的弃土场运输路线与业主及有关部 门协调安排 确保外运弃土按计划有步骤地进行 弃土外运专人负责组织安排 场地内 外统一调度 协调内外关系 组织安排出土车辆运输 施工中考虑每天可运土时间 运输路线及运距等计算需用的自卸汽车的数 24 量 自卸汽车的调用实行动态管理 即通过各个时期的出土量确定自卸汽车数 量 配备足够的自卸汽车外运弃土 7 主要机具及设备 盾构隧道工程的机具设备包括两大部分 一是盾构机械本身及其附属设备 另一是隧道施工常用设备 7 1 土压平衡式盾构机械及附属设备表 7 2 盾构隧道施工一般设备表 25 7 3 注意事项 7 3 1 由于盾构机械复杂而且附属设备极多 故要对其进行用电计算后再 确定供电设备的最大容量 7 3 2 必须采用双电源或设置自用发电设备 8 劳动力组织 土压平衡式盾构施工技术要求高 专业性较强 要求工种多 且由于其特 殊性 现场需配备土建工程师 机械工程师 电气工程师和测量工程师 作业人员考虑一天 24 小时连续作业 每作业班配备人员见下表 工作项目工种人数备注 盾构司机机修工 2 衬砌拼装井下工 3 机械维修机修工 1 电气维修电工 2 包括数据采集 26 电焊电焊工 1 拌浆普工 2 注浆井下工 2 井下运输普工 2 井下测量测量工 2 井口运输起重工 2 料具普工 1 当班负责施工员 1 总计 21 9 质量控制要点及检查标准 9 1 材料进场检验及存储 9 1 1 隧道施工所需的主要材料及制品应进行必要的试验和检查 确认其 质量 形状 尺寸 强度等与说明书或质保书相符合之后使用 9 1 2 管片在现场的临时堆放应能适应盾构施工进度且有一定的富余量 存放方式符合规范要求 9 2 盾构机推进姿态控制 9 2 1 加强推进过程中的测量管理 确保隧道中线 高程偏差符合设计 原则上每环盾构姿态 衬砌位置各测一次 结果在下一环推进之前反馈给施工 管理人员和盾构司机 9 2 2 偏差调整及纠正应按预先制定的方案 措施 步骤进行 9 3 成品保护 9 3 1 管片在运输 储存时要加强管理 防止管片受到损伤 9 3 2 盾构推进中千斤顶及其所产生的推力的选择 既不应使工作面受到 损害 又不应使衬砌等后方结构受到损伤 9 4 质量标准 9 4 1 盾构机初期的定位误差 高程误差不大于 20mm 水平位置误差不大 于 20mm 与隧道设计轴线的角度误差 2 9 4 2 正环管片的平整度 5mm 水平及高程偏差 50mm 9 4 3 负环管片掘进时 要严格控制推进油缸的行程差 保证行程差小于 25mm 9 5 初始掘进注意事项 27 9 5 1 初期掘进期前 对前方地层的地质情况充分了解 不能一概而论 要根据土质情况选择恰当的模式 9 5 2 初期掘进段盾构正面中心土压初始设立根据计算确定 并根据跟踪 测量数据及时调整设定压力 随时做好二次注浆的准备 9 5 3 在初期掘进阶段 由于反力架会产生不同程度的变形 因而影响隧 道成环质量 若当管片接缝发生问题时 及时用石棉橡胶楔形料纠正 以提高 成环质量 并做好测量工作 或用纵向拉杆固定 9 5 4 确定土压平衡状态下密封仓内的土压力 且密封仓被充满后 开启 螺旋输送机出土 控制排土速度来保证密封仓内的土压力和开挖面土压力相平 衡 9 5 5 最初的 100 环管片安装保持良好的真圆度 保证盾构始发位置的准 确 如最初的真圆度保持不好 则往后误差会越来越大 不但造成后续施工越 来越困难 也会对管片本身产生破坏 因此最初的管片安装必须做到以下几点 9 5 5 1 按顺序及操作规范施工 9 5 5 2 装管片后及时进行回填注浆 9 5 5 3 加强管片真圆度的测量 9 6管片安装质量保证措施 9 6 1严格进场管片的检查 破损 裂缝的管片不用 下井吊装管片和运送 管片时应注意保护管片和止水条 以免损坏 9 6 2止水条及软木衬垫粘贴前 应将管片进行彻底清洁 以确保其粘贴稳 定牢固 施工现场管片堆放区应有防雨设施 粘贴止水条时应对其涂缓膨剂 9 6 3管片安装前应对管片安装区进行清理 清除如污泥 污水 保证安装 区及管片相接面的清洁 9 6 4严禁非管片安装位置的推进油缸与管片安装位置的推进油缸同时收缩 9 6 5管片安装时必须运用管片安装机的微调装置将待装的管片与已安装管 片块的内弧面纵面调整到平顺相接以减小错台 调整时动作要平稳 避免管片 碰撞破损 28 9 6 6同步注浆压力要进行有效控制 注浆压力不得超过限值 避免管片产 生渗漏 破坏止水条 9 6 7管片安装质量应以满足设计要求的隧道轴线偏差和有关规范要求的椭 圆度及环 纵缝错台标准进行控制 9 7同步注浆施工注意事项 9 7 1停止注浆后 应及时用膨润土浆液清洗注浆管道 保持管壁润滑良好 防止残留在注浆管中的浆液凝结引起管道堵塞 9 7 2对使用完浆液的浆液运输车 储浆罐 浆液输送管路进行清洗 防止 浆液结块 避免在下次注浆中残留的浆液结石带入注浆管道造成堵管 9 7 3拌合用砂必须经过筛分后方可投入使用 防止粗粒材料进入注浆管道 堵塞 浆车放浆口位置放置细筛 防止较大颗粒进入浆车堵塞管路的情况 9 7 4经常维修注浆系统的阀门 使它们启闭灵活 9 7 5一旦发生管路堵塞 立即将堵塞的管道拆进行清理 不得停留过长时 间 防止浆液结块难于清理 9 7 6随时根据地层的变化情况对浆液配比进行动态管理 选择适应的注浆 材料和浆液配比 9 7 7针对不同的地质情况选择不同的注浆压力和注浆量 注浆压力不得超 过400Kpa 否则将造成对管片和盾尾的损害 9 7 8应注意防止管片端面回浆 要及时注入密封油脂和检查盾尾钢丝刷板 发现尾钢丝刷板损坏应及时更换 10 安全措施 10 1盾构施工准备阶段安全保证措施 10 1 1应根据隧道功能 隧道内径以及穿越地层 地面建筑物 地下构筑 物等条件 进行盾构机选型 10 1 2为确保盾构施工的安全 必须在各作业点之间设有便捷可靠的通讯 设备 10 1 3盾构施工前应编制施工组织设计 其主要内容应包括 工程及地质 概况 盾构掘进施工方法和程序 进接收 联络通道等特殊段的技术措施 工 程主要质量指标及保证措施 施工安全和文明施工要求 施工进度网络计划 29 主要施工设备和材料使用计划等 10 1 4做好环境调查 并对下列环境条件调查内容实地勘察核实 10 1 4 1土地使用情况 根据报告和附图 实地勘察调查土地利用情况 各种建筑物和构筑物的使用功能 结构形式 基础类型与隧道的相对位置等 10 1 4 2道路种类及路面交通情况 10 1 4 3工程用地情况 主要对施工场地及材料堆放场地 弃土场 运 土路线等做必要的调查 10 1 4 4施工用电和给排水设施条件 10 1 4 5地下障碍物调查报告中 对隧道经过地区有无相遇阻碍物或位于 施工范围内的各种设施必须进行详细调查 其内容应包括 地下构筑物的结构 形式 基础形式及其埋深 以及与隧道的相对位置等 煤气管道 上下水电力 和通讯电缆等位置 管道材质及接头形式 被侵蚀程度 及其与隧道的相对位 置等 地下废弃构筑物 管道及临时工程残留物等 10 1 4 6在砂土层施工时 因其为富含水地层 必须进行详细的施工勘察 制定相应的施工方法和应变措施 10 1 4 7盾构施工前应由工程技术负责人和生产负责人向施工管理人员 作业班长 盾构司机等作全面的安全 技术交底 作业班长应向作业人员进行 操作交底 10 1 4 8箱变 配电间设有两路电源 且相互切换应迅速 方便 安全 若施工地区无两路电源时 我单位配备适当容量的自备电源 以供照明及连续 使用的施工设备用电 10 1 4 9垂直运输设施的运输能力应与盾构施工所需的材料 设备供应量 相适应 所有的起重机械 机具要按安全规程要求定期检查维修与保养 10 2盾构始发 推进安全保证措施 为保证质量和安全 必须做到 注浆不能保证时不能掘进 没有方向测量 时不能掘进 严格执行土木工程师提出的土压指令 控制每个掘进循环的出土 量 出土量突现异常时要马上报告 及时分析处理 10 2 1端头地层加固后 检查确认土体无侧限抗压强度和渗透系数达到设 计要求 方可开凿洞壁砼和开始盾构推进 30 10 2 2负环管片应与反力架密实贴紧 其环面应与掘进轴线垂直 在负环 管片开口段应有足够的开口尺寸和稳固的支撑系统 10 2 3洞口封门拆除后必须尽快将盾构推入洞内 使盾构切口环切入土层 以缩短正面土体暴露时间 在洞口封门拆除前应做好拆除后能及时掘进 拼装 的准备工作 10 2 4在盾构始发段的推进中 根据控制地面变形要求在地面上沿盾构轴 线和与轴线垂直的横断面上 布设地表位移测量标志点 在每环推进中跟踪测 量地表隆陷变化 并通过调整推力 推进速度 盾构正面压力 推进坡度 注 浆压力 注浆数量等施工参数 以使地面沉降位移尽量减少 从而为下一步盾 构推进取得施工参数和施工操作经验 10 2 5在掘进过程中应掌握和记录好实际平衡土压力 推进速度 出土量 千斤顶工作油压或各区域千斤顶工作油压等施工参数 隧道衬背注浆要与掘进 同步 并认真做好注浆位置 注浆量 注浆压力等记录 10 2 6根据工程对隧道变形及地表变形的控制要求选用同步注浆 二次补 强注浆甚至三次注浆的工艺 注入的浆液应按地层性质 地面超载条件 变形 控制要求合理选