f第六章 盾构隧道施工.doc

第六章 施工方法与技术措施目 录1盾构隧道的施工1771.1掘进循环时间安排1771.2端头加固1781.2.1端头地层及稳定性1781.2.2端头地层加固方案1791.2.3搅拌桩施工方法和措施1801.2.4旋喷桩施工方法和措施1821.3盾构始发1841.3.1始发流程1841.3.2洞门凿除1841.3.3始发设施的安装1851.3.4始发掘进技术要点1861.4盾构机组装与调试1861.4.1组装场地的布置及吊装设备1861.4.2组装与调试程序1881.4.3组装顺序1881.4.4组装技术措施1881.4.5盾构组装安全保护措施1881.4.6盾构机调试1901.5盾构掘进流程及操作控制程序1901.5.1盾构掘进作业工序流程1901.5.2掘进控制程序1911.6掘进模式的选择及操作控制1911.6.1不同掘进模式的特点及适用条件1911.6.2盾构隧道的掘进模式分段1921.6.3各掘进模式的主要掘进参数及技术措施1951.7盾构掘进方向控制与调整1961.7.1盾构掘进方向控制1961.7.2盾构掘进姿态调整与纠偏1971.7.3方向控制及纠偏注意事项1971.8掘进中的碴土改良1981.8.1概述1981.8.2碴土改良的方法与添加剂1981.8.3碴土改良的主要技术措施1991.9环形间隙同步注浆2001.9.1注浆材料及配比设计2001.9.2同步注浆主要技术参数2011.9.3同步注浆方法、工艺与设备2011.9.4注浆效果检查2031.9.5同步注浆质量保证措施2031.10管片安装2031.10.1管片安装程序2041.10.2管片安装方法2041.10.3安装管片质量保证措施2041.11区间盾构施工管片防水2051.11.1隧道结构防水施工措施2051.11.2隧道结构防腐蚀施工措施2071.11.3质量保证措施2071.12暗挖隧道段的通过2081.12.1通过方案2081.12.2主要技术措施及要点2081.13盾构通过汉溪站2101.13.1过站方案与程序2101.13.2技术措施与要点2111.14盾构的到达施工2111.14.1盾构到达施工流程2111.14.2主要技术要点与措施2121.15盾构机拆卸2121.15.1拆卸场地布置及吊装设备2121.15.2拆卸顺序2121.15.3拆卸程序2141.15.4拆卸技术措施2141.15.5盾构拆卸安全保护措施2141.16施工运输2161.16.1洞内水平运输2161.16.2垂直运输2161.16.3碴土外运2171.17施工通风与洞内管线布置2171.17.1施工通风2171.17.2洞内管线布置2171.18压力状态下土仓内的工作2181.18.1进出土仓的程序2181.18.2安全技术措施2191.19地表变形预测、控制及监测反馈2191.19.1变形预测2191.19.2掘进过程中的变形控制2191.19.3施工监控量测和信息反馈2201.20隐蔽工程质量保证措施2201.21工期保证措施2201.21.1确保各接口工程的工期2211.21.2保证盾构隧道的施工速度2211.21.3加强计划组织管理2222特殊地段的盾构施工技术措施2222.1硬岩（fc80Mpa）地段2222.2礼村断裂带2232.3盾构通过砂层2242.4水塘回填浅埋段2252.5混合岩球状风化体2252.6号泥质粉砂岩段的掘进2262.7小线间距地段的施工2273明挖隧道及盾构始发井施工2273.1施工安排与计划2273.1.1施工区段划分2283.1.2施工计划2283.2围护结构施工2303.2.1钻孔桩施工2303.2.2高压摆喷桩施工要点与技术措施2333.2.3冠梁施工要点及术措施2353.3基坑开挖与基底垫层施工2353.3.1土石方开挖施工要点及技术措施2353.3.2钢管支撑施工要点及措施2393.3.3基底检查及处理2403.3.4垫层混凝土施工2403.4明挖隧道衬砌施工2403.4.1主体结构施工阶段安排2403.4.2底板施工方法及技术措施2433.4.3钢筋混凝土墙、顶板施工方法及技术措施2443.4.4混凝土浇注强度2453.5盾构始发井结构施工2463.6防水工程施工方法及技术措施2463.6.1防水标准及一般要求2463.6.2混凝土自防水2473.6.3施工缝、变形缝防水施工2473.6.4防水层施工方法及措施2483.7基坑回填2493.7.1回填施工方案及流程2493.7.2回填施工方法要点与措施2503.8工期保证措施2513.9隐蔽工程的质量保证措施2513.9.1隐蔽工程管理实施流程2513.9.2隐蔽工程质量保证措施2514暗挖隧道及风井、风机房施工2524.1施工方案及施工计划2524.2风机房施工2534.3风井施工2534.3.1结构施工2534.3.2结构防水2544.4暗挖隧道施工2544.4.1垂直运输2564.4.2开挖2564.4.3超前支护和初期支护施工2574.4.4初期支护背后回填注浆2594.4.5二次衬砌和人防门施工2594.4.6隧道结构防水2604.5不同工程部位防水接口处理措施2614.6工期保证措施2624.7隐蔽工程的质量保证措施2624.7.1隐蔽工程管理流程施实施流程2624.7.2隐蔽工程质量保证措施2635泵房/联络通道施工2635.1工程概况2635.2施工安排2645.3施工技术要点2655.3.1开挖2655.3.2初期支护2655.3.3联络通道及泵站结构防水施工2655.3.4二次衬砌2676施工测量与量测2676.1施工测量2676.1.1施工测量程序2676.1.2主要测量项目及方法2686.2施工监测2716.2.1监测目的2716.2.2监测内容与方案2726.2.3监测控制标准及监测频率2736.2.4监测反馈程序2796.2.5监测管理体系2797洞门施工2817.1概述2817.2施工部署2817.3洞门预埋件的制作与安装2827.3.1洞门预埋件的制作2827.3.2洞门预埋件的安装2827.4洞门衬砌施工2837.4.1洞门施工工艺2837.4.2施工技术要点2837.4.3洞门保圆措施2857.4.4洞门施工注意事项2868管片生产2868.1管片生产及供应计划2868.2管片生产厂的布置2878.2.1管片厂的生产能力2878.2.2管片生产车间和钢筋加工车间平面布置图2878.2.3设备配置2908.3管片混凝土原材料2908.4管片生产工艺流程及技术要点2918.4.1钢筋制作技术要点2918.4.2混凝土浇注的施工技术要点2938.4.3脱模及养护施工技术要点2938.4.4管片存储及运输2948.5管片生产质量保证措施2948.5.1管片的精度2948.5.2管片的强度2958.5.3管片抗渗能力试验：2968.5.4管片的外观质量2968.5.5检验测量和试验控制2968.6管片生产管理2979地面构筑物及地下管线的保护2979.1管线及建筑物描述2979.2重要地下管线及构筑物的保护措施2981 盾构隧道的施工1.1 掘进循环时间安排为了满足合同工期要求，采用连续生产的施工组织原则，每周七个工作日。左右线两台盾构作业循环均采用2+1班制，即每天2个班掘进，1个班维修保养。掘进班每天工作10小时，保养班每天强制保养4小时，其余时间为跟机保养。根据我单位地铁二号线越三区间的作业循环时间统计结果和大汉区间的地质情况，初步确定盾构掘进各工序循环时间如表6-1-1：表6-1-1盾构掘进各工序循环时间表序号工序名称作业时间备注fc80MPa地段（min）fc80MPa地段(min)1施工准备10102盾构掘进9010060801.5m/环3管片安装40404出碴、进料运输（单程）25255碴土垂直运输60606管片及注浆材料供应60607盾构机跟机保养4040理论循环时间（min）150160120130表中的出碴时间按照最远运输距离的四分之三考虑，机车速度8Km/h。硬岩段盾构施工循环作业关系如图6-1-1：图6-1-1 硬岩段盾构掘进循环示意图1.2 端头加固1.2.1 端头地层及稳定性表6-1-2各洞门端头地基相关因素一览表序号端头位置隧道端头情况描述地质情况上覆土厚（m）地表状况端头结构稳定性评价1始发井右线洞身为（7）强风化泥质粉砂岩地层。盾构隧道拱顶上部为（3-2）冲洪积砂层、（4-2）淤泥质粘土层，弱富水。12地表为回填平地。明挖基坑围护钻孔桩 隧道拱部稳定差，存在坍塌和地下水和泥砂涌出的危险。左线洞身主要地层为全风化泥质粉砂岩（6）、和强风化泥质粉砂岩（7）地层，盾构隧道拱部地层为（4-2）淤泥质粘土层，弱富水。112暗挖段北端右线洞身主要为全风化混合岩（6z-2）地层和强风化混合岩7z-2地层，弱至中等富水。洞顶上部为（6z-2）地层。32地表为水塘和丘陵。暗挖矿山法，端头洞门内采用喷砼，洞门外钢筋混凝土。稳定性较好.左线洞身主要为强风化混合岩7z-2地层，弱富水性。洞顶上部主要为（7z-2）地层。313暗挖段南端右线同上。34左线同上。324汉溪站北端右线洞身主要为全风化混合岩6z-2和强风化混合岩(7z-2)，弱至中等富水，风化裂隙发育。17地表为水塘和丘陵。稳定性较好。左线同上185汉溪站南端右线隧道洞身主要地层为硬塑残积土地层（5z-2）、(6z-1) 全风化地层，隧道拱部以上地层以（5z-2）为主。13地表为坡地，有多栋低矮建筑。稳定性较好。左线同上13同上。6到达井右线洞身主要地层为硬塑或中密状残积土（5z-2）地层。隧道拱顶以上以（5z-2）地层为主。10地表为坡地，附近有水塘线间距小，稳定性较差。左线同上10同上本标段两台盾构施工始发和到达共计12次。为了确保盾构始发和到达时施工安全，确保地层稳定，以防端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况，应根据各始发和到达端头工程地质、水文地质、地面建筑物及管线状况和端头结构等综合分析与评价，决定是否对洞门端头地层进行加固处理。本项目工程的各始发和到达端头地层情况如上页表6-1-2。根据广州地铁一、二号线的施工经验及各端头地质条件、地表环境和端头地层受其它因素的影响，要对本标段工程稳定性较差的大石南盾构始发井端头、光明北盾构到达井端头地层进行加固。1.2.2 端头地层加固方案（1）大石南盾构始发端头该端头隧道上部以（4-2）地层为主，并且端头要作为盾构机组装场地，因此考虑采用水泥搅拌桩进行加固。根据盾构机的长度及开挖直径，加固范围为纵向9.0m，隧道两侧外2.5m，隧道拱顶以下2.0m至地表。搅拌桩直径600mm，间距450mm520mm，梅花型布置，如图6-1-2所示。搅拌施工见1.2.3，完成搅拌加固后，在搅拌桩与围护结构连接面再进行深孔注浆补强。图6-1-2盾构始发井端头加固示意图（2）光明北盾构到达井端头地层加固方案由于该端头左、右线隧道净距为2.7m，为了减小左线隧道对右线隧道的影响，考虑地层条件和加固深度，采用旋喷桩进行加固。根据盾构机的长度及开挖直径，加固范围纵向为9.0m，隧道洞圈外侧2.5m，隧道拱底以下2.0m至拱顶以上2.5m。旋喷桩直径1000mm，间距866mm750mm，梅花型布置，如图6-1-3。旋喷桩施工见1.2.4节。完成旋喷加固后，在旋喷桩与到达井端墙间采用深孔注浆进行补强。图6-1-3盾构到达井端头加固示意图1.2.3 搅拌桩施工方法和措施图6-1-4 搅拌桩施工程序图（1）搅拌桩施工程序搅拌桩施工程序见图6-1-4。（2）机械设备水泥搅拌桩采用2台GZB-600深层搅拌机进行施工，配备相应的导向架、灰浆泵、拌浆机、电子监测表等。（3）深层搅拌桩施工工艺流程施工工艺流程见图6-1-5。图 6-1-5 搅拌施工工艺流程图（4）深层搅拌施工注意事项搅拌桩的垂直偏差不超过1，桩位偏差不大于50mm，桩径偏差不大于4。施工前确定搅拌机械的灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管达到搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等施工参数；并根据设计通过成桩试验，确定搅拌桩的配比等各项参数和施工工艺。用流量泵控制输浆速度，使注浆泵出口压力保持在0.40.6MPa，并使搅拌提升速度与输浆速度同步。为保证桩端施工质量，当浆液到达出浆口后，喷浆座底30秒，使浆液完全到达桩端。通过复喷的方法达到提高桩身强度的目的。搅拌次数以一次喷浆两次搅拌和两次喷浆三次搅拌为宜。当喷浆口到达桩顶标高时，停止提升搅拌数秒，保证桩头均匀密实。施工时因故停浆，宜将搅拌机下沉至停浆点以下0.5m，待恢复供浆时再喷浆提升。若停机超过3小时，为防止浆液硬结堵管，先拆卸输浆管路，并进行清洗。1.2.4 旋喷桩施工方法和措施（1）旋喷桩施工方法喷浆采用三重管法，单喷觜喷浆。由于本工程高压旋喷桩工程量较小，计划配备2套旋喷设备进行施工。喷浆导孔直径100mm，成孔采用XY-100型地质钻机。成套设备配备如表6-1-3。表6 -1-3高压旋喷桩施工成套设备配备表序号设备名称规格型号单位数量1地质钻机XY-100台22高喷台车PG-1500台23高压泵3D2-5Z栓塞泵台24灌浆泵HB-80台24空压机P-0.8MPa，Q-6m3/min台15泥浆泵BW-150台26拌浆机WJG-80台2（2）旋喷桩施工工艺流程旋喷桩施工工艺流程见图6-1-6。（3）旋喷桩施工方法说明及技术措施1）开始施工时，首先进行现场试验性施工，进一步确定喷射参数及施工工艺。2）根据加固端头范围内地层的特点，拟采用施工参数见表6-1-4。3）钻导孔由于本工程范围有砂层，钻孔时采用膨润土配制泥浆护壁，泥浆的主要性能指标控制为：比重1.21.3，粘度2530s，含砂率小于5%。为准确取得地质资料，合理优化施工技术参数，选取钻孔按地质钻探孔要求对不同地层取样分析。导孔施工质量标准：孔位偏差50mm，垂直度1%。钻孔完成后经检查验收合格后高喷台车就位，进行喷浆作业。4）浆液配制浆液采用425#普通硅酸盐水泥和自来水配制，水灰比1:1，采用立式搅拌罐搅拌。表6-1-4三重管法高压旋喷桩施工技术参数表项目技术参数高压水水压（MPa）3035水量（l/min）8090压缩空气气压（MPa）0.50.7气量（l/min）15003000水泥浆浆比重（kg/l）1.5浆量（l/min）6070提升速度（cm/min）1015喷嘴直径（mm）1.8加浆比重（g/cm3）1.2图6-1-6 高压旋喷桩施工工艺流程图5）旋喷注浆台车就位安装调试完成后，将旋喷管插至孔底，先启动灰浆泵送浆，待孔口返浆后按方案设计的技术参数进行旋喷、提升。在旋喷过程中，随时注意各设备的工作情况，以及水、气、浆的压力与流量，作好详实的施工记录。旋喷提升过程中如中途发生故障，立即停止施工，等检查排除故障后再继续施工。冒出浆液由泥浆泵抽至沉淀池沉淀处理。6）回灌当喷射结束后，随即在喷射孔内进行自然水压力静压填充灌浆，直到浆面不再下沉为止。1.3 盾构始发1.3.1 始发流程盾构始发按图6-1-7流程进行：图6-1-7 始发流程框图1.3.2 洞门凿除共有八座洞门需要在始发或到达前将洞门端头围护桩进行凿除。为了避免洞门凿除对车站结构产生扰动，围护桩钢筋砼的凿除分两步进行（如图6-1-8示）：先沿洞周凿除A部分，采用人工手持风镐施作；再采用静态爆破的方式凿除B部分。凿除时围护桩内层钢筋先不予割除，待盾构推进或出洞时再迅速割除。图6-1-8 洞门凿除示意图1.3.3 始发设施的安装始发台安装在洞门凿除完成之后，依据隧道设计轴线定出盾构始发姿态的空间位置，然后反推出始发台的空间位置。由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩。所以在盾构始发之前，必须对始发台两侧进行必要的加固。加固的方式见图6-1-9，始发台的安装高程可根据端头地质情况适当进行抬高。 图6-1-9 始发台加固示意图反力架安装在盾构主机与后配套连接之前，开始进行反力架的安装。由于反力架为盾构始发时提供反推力，在安装反力架时，反力架端面应与始发台水平轴垂直，以便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行。安装时反力架与车站结构连接部位的间隙要垫实，以保证反力架脚板有足够的抗压强度。洞门密封图6-1-10根据二号线的施工经验，洞口密封采用图6-1-10所示的折叶式密封压板。其施工分两步进行施工，第一步在始发端墙施工过程中，应做好始发洞门预埋件的埋设工作。在埋设过程中预埋件必须与端墙结构钢筋连接在一起。第二步在盾构正式始发之前，应清理完洞口的碴土后及时安装洞口密封压板及橡胶帘布板。1.3.4 始发掘进技术要点（1） 在进行始发台、反力架和首环负环管片的定位时，要严格控制始发台、反力架和负环的安装精度，确保盾构始发姿态与隧道设计线形符合。（2） 第一环负环管片定位时，管片的后端面应与线路中线垂直。负环管片轴线应与线路的切线重合，负环管片采用错缝拼装方式。（3） 始发前基座定位时，盾构机轴线与隧道设计轴线保持平行，盾构中线可比设计轴线适当抬高。（4） 在始发阶段由于推力较小，地层较软要特别注意防止盾构低头。（5） 盾构在始发台上向前推进时，通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发台向前推进。（6） 始发初始掘进时，盾构机处于始发台上，因此需在始发台及盾构机上焊接相对的防扭转支座，为盾构机初始掘进提供反扭矩。（7） 在始发阶段由于设备处于磨合阶段，要注意推力、扭矩的控制，同时也要注意各部位油脂的有效使用。掘进总推力应控制在反力架承受能力以下，同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发台提供的反扭矩。1.4 盾构机组装与调试1.4.1 组装场地的布置及吊装设备盾构机的组装场地按业主提供的5000m2场地分成三个区：后配套拖车存放区、主机及后配套存放区、吊机存放区，其布置见组装场地布置（图6-1-11）。吊装设备为：250T履带吊一台，90T汽车吊一台，50T液压千斤顶两台，以及相应的吊具。图6-1-11 组装场地示意图 1.4.2 组装与调试程序组装调试程序见图6-1-12。 图6-1-12 盾构组装、调试程序框图1.4.3 组装顺序盾构组装顺序如图6-1-13。 1.4.4 组装技术措施（1） 盾构组装前必须制定详细的组装方案与计划，同时组织有经验的经过技术培训的人员组成组装班组。（2） 组装前应对始发基座进行精确定位。（3） 履带吊机工作区应铺设钢板，防止地层不均匀沉陷。（4） 大件组装时应对始发井端头墙进行严密的观测，掌握其变形与受力状态。（5） 大件吊装时必须有90吨以上的吊车辅助翻转。1.4.5 盾构组装安全保护措施（1） 盾构机的市内运输委托给专业的大件运输公司运输。（2） 盾构机吊装由具有资历的专业队伍负责起吊。图6-1-13 组装顺序示意图（3） 组建组装作业班承担盾构机组装工作，指定生产副经理负责组织，协调盾构机组装工作。（4） 每班作业前按起重作业安全操作规程及盾构机制造商的组装技术要求进行班前交底，完全按有关规定执行。（5） 项目部安质部、工地派出所具体负责大件运输和现场吊装、组装的秩序维护，确保安全。1.4.6 盾构机调试（1） 空载调试盾构机组装和连接完毕后，即可进行空载调试，空载调试的目的主要是检查设备是否能正常运转。主要调试内容为：液压系统，润滑系统，冷却系统，配电系统，注浆系统，以及各种仪表的校正。（2） 负载调试图6-1-14 盾构掘进作业工序流程图空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负载调试。负载调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力；对空载调试不能完成的工作进一步完善，以使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。负载调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和线型精度。1.5 盾构掘进流程及操作控制程序1.5.1 盾构掘进作业工序流程盾构掘进作业工序流程参见图6-1-14：1.5.2 掘进控制程序掘进控制流程如图所示：图6-1-15 盾构掘进控制程序图 1.6 掘进模式的选择及操作控制1.6.1 不同掘进模式的特点及适用条件本标段选用的盾构机为复合式盾构机，具有敞开式（OPEN）、半敞开式（SEMI-OPEN）和土压平衡式（EPB）三种掘进模式，每一种掘进模式具有不同的特点和适用条件。（1）敞开式该掘进模式类似于TBM掘进，盾构机切削下来的碴土进入土仓内即刻被螺旋输送机排出，土仓内仅有极少量的碴土，土仓基本处于清空状态，掘进中刀盘和螺旋输送机所受反扭力较小。由于土仓内压力为大气压，故不能支撑开挖面地层和防止地下水渗入。该模式适用于能够自稳、地下水少的地层。（2）半敞开式半敞开式有的又称为局部气压模式。掘进中土仓内的碴土未充满土仓，尚有一定的空间，通过向土仓内输入压缩空气与碴土共同支撑开挖面和防止地下水渗入。该掘进模式适用于具有一定自稳能力和地下水压力不太高的地层，其防止地下水渗入的效果主要取决于压缩空气的压力。（3）土压平衡模式土压平衡模式就是将刀盘切削下来的碴土充满土仓，并通过推进操作产生与土压力和水压力相平衡的土仓压力来稳定开挖面地层和防止地下水的渗入。该掘进模式主要通过控制盾构推进速度和螺旋输送机的排土量来产生压力，并通过测量土仓内的土压力来随时调整、控制盾构推进速度和螺旋输送机的转速。在该掘进模式下，刀盘和螺旋输送机所受的反扭力较大。该掘进模式适用于不能稳定的软土和富水地层。三种掘进模式下的掘进原理见图6-1-16。敞开式水、土压力水、土压力压缩空气图6-1-16 三种掘进模式原理示意图水、土压力土压平衡式半敞开式敞开式1.6.2 盾构隧道的掘进模式分段根据本标段的隧道地质情况及周边环境条件，盾构掘进拟采用三种模式掘进，具体分段见表6-1-5。表6-1-5右线掘进模式选择表序号里 程地层条件环境条件掘进模式1YCK15+700.5YCK15+8505-1、6、7地层洞顶为粉质粘土、粉土，洞身主要为全、强风化泥质粉砂岩地形平坦、空旷土压平衡模式2YCK15+850YCK16+1708、9地层洞顶为全、强风化泥质粉砂岩局部为中风化，洞身为中、微风化泥质粉砂岩地形平坦、建筑物较少，鱼塘2座敞开模式3YCK16+170YCK16+690礼村断裂带及其次生断裂，洞身及洞顶主要为构造角砾岩、硅化角砾岩及断层泥地形起伏较大、建筑物较密集土压平衡模式4YCK16+690YCK17+1208z-2、9z-2地层洞顶为中风化混合岩，洞身为中、微风化混合岩残丘台地、建筑物稀少、鱼塘散布敞开模式5YCK17+120YCK17+6007z-2地层洞身为强风化混合岩，局部为中风化残丘台地、建筑物稀少、鱼塘散布半敞开模式6YCK17+600YCK17+7006z-2、7z-2地层洞身为全、强风化混合岩残丘台地、建筑物稀少，鱼塘散布土压平衡模式7YCK17+700YCK18+0157z-2地层洞身为强风化混合岩残丘台地、建筑物稀少，水塘散布半敞开模式8YCK18+015YCK18+400.56z-2、7z-2地层洞身为全、强风化混合岩残丘台地、建筑物稀少，水塘散布土压平衡模式9YCK18+562.5YCK19+3303-2、4-1、5z-1、5z-2、6z-2地层洞身主要穿过全风化混合岩残丘台地、建筑物稀少，水塘散布土压平衡模式10YCK19+330YCK19+3907z-2地层洞身主要穿过强风化混合岩残丘台地、建筑物稀少，水塘散布半敞开模式11YCK19+390YCK19+6005z-2、6z-2地层洞身主要穿过全风化混合岩残丘台地、建筑物稀少，水塘散布土压平衡模式表6-1-6左线掘进模式选择表序号里 程地层条件环境条件掘进模式1ZCK15+700.5ZCK15+8505-1、6、7地层洞顶为粉质粘土、粉土，洞身为全、强风化泥质砂岩地形平坦、空旷土压平衡模式2ZCK15+850ZCK16+2708、9地层洞顶为全、强风化泥质粉砂岩局部为中风化，洞身为中、微风化泥质粉砂岩地形平坦、建筑物较少，鱼塘2座敞开模式3ZCK16+270ZCK16+605礼村断裂带及其次生断裂，洞身及洞顶主要为构造角砾岩、硅化角砾岩及断层泥地形起伏较大、建筑物较密集土压平衡式4ZCK16+605ZCK16+6588z-2、9z-2地层洞顶为中风化混合岩，洞身为中、微风化混合岩残丘台地、建筑物稀少、鱼塘散布敞开模式5ZCK16+658ZCK16+7427z-2地层洞身为强风化混合岩残丘台地、建筑物稀少、鱼塘散布半敞开模式6ZCK16+742ZCK16+9308z-2、9z-2地层洞顶为中风化混合岩，洞身为中、微风化混合岩残丘台地、建筑物稀少、鱼塘散布敞开模式7ZCK16+930ZCK17+6507z-2地层洞身为强风化混合岩残丘台地、建筑物稀少、鱼塘散布半敞开模式8ZCK17+650ZCK17+7706z-2地层洞身主要穿过全风化混合岩残丘台地、建筑物稀少、鱼塘散布土压平衡模式9ZCK17+770ZCK17+9507z-2地层洞身为强风化混合岩残丘台地、建筑物稀少、鱼塘散布半敞开模式10ZCK17+950ZCK18+0506z-2、7z-2地层洞身为全、强风化混合岩残丘台地、建筑物稀少、鱼塘散布土压平衡模式11ZCK18+050ZCK18+1807z-2地层洞身为强风化混合岩残丘台地、建筑物稀少、鱼塘散布半敞开模式12ZCK18+180ZCK18+2803z-2、5z-2、6z-2地层洞身主要穿过全风化混合岩，洞顶为砂层残丘台地、建筑物稀少、鱼塘散布土压平衡模式13ZCK18+280ZCK18+4007z-2地层洞身为强风化混合岩残丘台地、建筑物稀少、鱼塘散布半敞开模式14ZCK18+562ZCK19+2703-2、4-1、4-3、5z-1、5z-2、6z-2地层洞身穿过全风化混合岩残丘台地、建筑物稀少，水塘散布土压平衡模式15ZCK19+270ZCK19+3907z-2地层洞身主要穿过强风化混合岩残丘台地、建筑物稀少，水塘散布半敞开模式16ZCK19+390ZCK19+6005z-2、6z-2地层洞身主要穿过全风化混合岩残丘台地、建筑物稀少，水塘散布土压平衡模式1.6.3 各掘进模式的主要掘进参数及技术措施（1）各掘进模式掘进参数的选择根据地铁二号线越三盾构区间施工经验和本标段地质情况及本标书第二章的参数计算结果，主要掘进参数在表6-1-7范围内选取，并应在施工中不断优化调整。表6-1-7三种掘进模式的主要工作参数 参数模式推 力（t）扭 矩（tm）刀盘转速（rpm）土仓压力(bar)螺旋机转速(rpm)备注开敞式800150011021035无412半敞开式10001800210380130.81.6612土压平衡式12002100300420121.63.5612 (1) 敞开式掘进的技术措施：a、采用滚刀破岩为主，采用高转速、低扭矩和适宜的螺旋输送机转速推进。b、采用敞开模式掘进时，易产生掘进中的盾构机滚动和较大震动现象。对此采用设于盾构机上的稳定器顶撑于岩壁上以防滚和减震。施工中如不慎引起盾构机滚动，则可使刀盘反转来纠正。c、同步注浆时浆液可能渗流到盾壳与周围岩体间的空隙甚至刀盘处，为避免此现象发生可采取适当增大浆液粘度、缩短浆液凝结时间、适当减低注浆压力等方法来解决。d、在硬岩敞开式掘进时，刀具磨损较大，温度高，岩碴不具软塑性，因此，应注意观察、检查，及时换刀，注入泡沫和膨润土冷却、润滑，以降磨。(2)半敞开式掘进技术措施 a、半敞开式掘进模式介于土压平衡和开敞式之间，采用滚刀、齿刀混合破岩切削。b、为既能稳定开挖面和防止地下水渗入，又能避免出碴时螺旋输送机发生喷涌，压缩空气压力应控制在11.5bar以内。c、在该模式下掘进时，应注入泡沫对碴土进行改良。遇地层变换、涌水较大时，及时转换模式掘进。(3)土压平衡模式掘进的技术措施a、采用以齿刀、刮刀为主切削土层，以低转速、大扭矩推进。b、土仓内土压力值P应略大于静水压力和地层土压力之和P0，即P=K P0，K介于1.01.3并在掘进中不断调整优化。c.土仓压力通过采取设定掘进速度、调整排土量或设定排土量、调整掘进速度两种方法建立，并应维持切削土量与排土量的平衡，以使土仓内的压力稳定平衡。d.盾构机的掘进速度主要通过调整盾构推进力、转速（扭矩）来控制，排土量则主要通过调整螺旋输送机的转速来调节。在实际掘进施工中，应根据地质条件、排出的碴土状态，以及盾构机的各项工作状态参数等动态地调整优化，此模式掘进时应采取碴土改良措施增加碴土的流动性和止水性。1.7 盾构掘进方向控制与调整由于地层软硬不均、隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构推进不可能完全按照设计的隧道轴线前进，而会产生一定的偏差。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，因此盾构施工中必须采取有效技术措施控制掘进方向，及时有效纠正掘进偏差。1.7.1 盾构掘进方向控制根据我集团公司TBM施工经验及广州地铁二号线越-三区间盾构施工经验，结合大石南汉光区间的具体情况，采取以下方法控制盾构掘进方向：（1）采用SLS-T隧道自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测该系统配置了导向、自动定位、掘进程序软件和显示器等，能够全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。据此调整控制盾构机掘进方向，使其始终保持在允许的偏差范围内。该系统的配置及导向原理见本投标书：施工测量与量测。随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位。为保证推进方向的准确可靠，拟每周进行两次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确。（2）采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向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。1）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。2）在均匀的地质条件时，保持所有油缸推力与速度一致；在软硬不均的地层中掘进时，则应根据不同地层在断面的具体分布情况，遵循硬地层一侧推进油缸的推力和速度适当加大，软地层一侧油缸的推力和速度适当减小的原则来操作。（3）在8、9号稳定的硬岩段掘进时，可采用盾体上的两个稳定器伸出撑紧岩壁，减小推进时盾构震动，防止发生盾构机滚动偏差。1.7.2 盾构掘进姿态调整与纠偏在实际施工中，由于地质突变等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值。在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或急弯段掘进，有可能产生较大的偏差。因此应及时调整盾构机姿态、纠正偏差。（1）参照上述方法分区操作推进油缸来调整盾构机姿态，纠正偏差，将盾构机的方向控制调整到符合要求的范围内。（2）在急弯和变坡段，必要时可利用盾构机的超挖刀进行局部超挖来纠偏。（3）当滚动超限时，盾构机会自动报警，此时应采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。1.7.3 方向控制及纠偏注意事项（1） 在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快，切换速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏。（2） 根据掌子面地层情况应及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值。达到警戒值时就应该实行纠偏程序。（3） 蛇行修正及纠偏时应缓慢进行，如修正过程过急，蛇行反而更加明显。在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。（4） 推进油缸油压的调整不宜过快、过大，否则可能造成管片局部破损甚至开裂。（5） 正确进行管片选型，确保拼装质量与精度，以使管片端面尽可能与计划的掘进方向垂直。（6） 盾构始发到达时方向控制极其重要，应按照始发、到达掘进的有关技术要求，做好测量定位工作。1.8 掘进中的碴土改良1.8.1 概述国内外的盾构施工经验，特别是广州地铁二号线盾构施工的经验表明，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、快速的一项不可缺少的重要技术手段，具有如下作用：（1） 使碴土具有较好的土压平衡效果，利于稳定开挖面，控制地表沉降；（2） 使碴土具有较好的止水性，以控制地下水流失；（3） 使切削下来的碴土顺利快速进入土仓，并利于螺旋输送机顺利排土；（4） 可有效防止土碴粘结刀盘而产生泥饼；（5） 可防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象；（6） 可有效降低刀盘扭矩，降低对刀具和螺旋输送机的磨损。图6-1-17 泡沫添加效果1.8.2 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添加剂（见图6-1-17），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。添加剂主要有泡沫和膨润土，其配比和注入量应根据地质条件及施工情况确定。1.8.3 碴土改良的主要技术措施就本标段隧道所通过的地层条件，如不作碴土改良，会出现如下问题：在泥质粉砂岩中和粘土层中，盾构掘进会因碴土的流动性不好和掘进切削时的摩擦发热，在刀盘面板上形成泥饼，并造成掘进效率降低，刀盘扭矩迅速增加，甚至无法掘进；当地下水比较丰富时，又可能会因碴土的止水性差而导致地层失水而引起地层变形加大，或产生环境问题。而当采用土压平衡模式和半敞开式掘进时会因碴土止水性差而产生喷涌现象；当地层软弱时，会达不到土压平衡效果而引起开挖面坍塌，造成地面变形难以控制；而在岩石强度高的地层掘进则会造成刀具磨损快、出碴效率低、螺旋输送机叶片磨耗严重。为有效防止或避免这些问题，确保本标段盾构施工的顺利进行，根据本标段的地质条件和地铁二号线越三区间盾构施工的经验，采取如下主要技术措施：（1） 在砂质粘性土和全、强、中风化泥质粉砂岩的掘进中，主要是要稳定开挖面，防止刀盘产生泥饼，并降低刀盘扭矩。拟采取分别向刀盘面和土仓内注入泡沫的方法进行碴土改良，必要时可向螺旋输送机内注入泡沫。同时，采用滚刀与齿刀混合破岩削土或全齿刀削土、增大刀盘开口率等方法来防止泥饼形成。泡沫的注入量为每立方米碴土300600升。（2） 在硬岩地段的掘进主要是要降低对刀具磨损、螺旋输送机的磨损，防止涌水，拟采取向刀盘前和土舱内及螺旋输送机内注入泥浆的方法来改良碴土。泥浆的注入量一般为每立方米碴土注入20%30%。 （3） 在富水断层带和其它含水地层采用土压平衡模式掘进时，主要是要防止涌水、防止喷涌、降低刀盘扭矩，拟向刀盘面、土仓内和螺旋输送机内注入膨润土，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，防止喷涌。膨润土添加量应据具体情况确定。（4） 在砂土地层中掘进时，主要是保持土仓内的压力平衡，以稳定开挖面，控制地层沉降，拟采取向刀盘面和土舱内注入泡沫来改良碴土。泡沫注入量根据具体情况确定。1.9 环形间隙同步注浆为及时的充填管片与地层间的环形间隙，有利于控制地层变形,稳定管片结构,控制盾构掘进方向,并有利于加强管片隧道结构的防水能力,管片背后环向间隙采用同步注浆。同步注浆的材料、配比、参数及工艺等可依据本标段工程具体地质和环境条件，并参照二号线越三盾构区间同步注浆的成功经验确定。1.9.1 注浆材料及配比设计（1）注浆材料采用水泥砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点（图6-1-18为我公司在二号线同步注浆固结体效果照）。在地下水具有对混凝土结构的弱至中等腐蚀性的部分区段，水泥采用42.5抗硫酸盐水泥，以提高注浆结石体的耐腐蚀性，使管片处在耐腐蚀注浆结石体的包裹内，大大减弱地下水对管片混凝土的腐蚀。图6-1-18 二号线同步注浆效果固结体效果照（2）浆液配比及主要物理力学指标根据二号线经验，本标段工程同步注浆拟采用表6-1-8所示的配比。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定。同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标：表6-1-8同步注浆材料配比和性能指标表组别水泥（kg）粉煤灰（kg）膨润土（kg）砂（kg）水（kg）外加剂11202603812416050779460470按需要根