盾构始发施工技术.doc

盾构始发施工技术 李懂懂1施工工艺技术1.1盾构始发工艺流程本区间隧道设计为双线单圆隧道，工程投入2台中铁土压平衡式盾构机用于隧道掘进。2台中铁装备6450土压平衡型盾构机从XXX端头井始发，向XXX掘进，先行始发掘进左线，待左线完成100m后始发掘进右线。由于盾构始发与始发前各项准备工作紧密相联，为保证盾构顺利始发，须对整个过程进行合理部署，具体包含如下内容：端头井土体加固；始发架安装及加固；反力架安装；洞门止水帘布安装；特制小车及卷扬机下井安装；洞门凿除；负环安装；盾构始发洞门注浆洞门封堵。整个盾构始发流程如下：1.2端头井土体加固及效果检测1.2.1端头井土体加固为保证盾构机安全出洞，隧道出口土体必须具有良好的自立性及密实性，为确保盾构机在经过洞口时土体不坍塌，地下水不涌入，因此必须对洞口土体进行加固。始发井加固范围详见下图5.2.1-1。图1.2.1-1始发井加固平面及剖面图1.2.2旋喷桩加固工法介绍本区间端头井加固均采用600450双重管高压旋喷桩施工，经加固的土体应有很好的均质性、自立性，28天无侧限抗压强度为1-1.2MPa，渗透系数。施工方法桩机就位后，现场技术员测量确认孔位，并确定垂直度，符合要求方可开钻。旋喷机就位后，旋喷前先检查旋喷机平台水平度和钻孔垂直度，具体操作为用水平尺测量钻杆两个侧向垂直度和钻机平台横、竖向水平度，以水准气泡居中为准，符合要求才允许开钻。下钻杆是气管和水管双管同时运行，注意下钻杆过程中是否堵管（冒水正常，不冒水堵管），堵管要全部拔出来清洗干净重新下钻管。旋喷时气管和水泥浆双管同时进行，水泥浆液先搅拌1分钟，才可往上提管，喷浆提管速度、旋转速度，注浆流量都要符合施工工艺参数要求。施工工艺参数表1.2.2-1施工技术参数表技术参数双管法旋喷桩径800mm水 泥42.5浆 压25MPa提升速度12-15cm/min旋转速度1518r/min注浆流量5055L/min水 灰 比1:1水泥掺量20%1.2.3端头井土体加固效果检测加固土体垂直检测旋喷桩施工完成后进行加固检测，按照地基处理等相关规范的规定内容，检测分垂直检测和水平探孔检测，垂直检测按照总桩数的1%，取芯送检，取芯试验送检试验结果必须满足设计强度及抗渗要求。水平探孔检测在洞门凿除钢筋混凝土前，在洞门上，开9个样洞观察。见图3-1，孔径5cm，孔深3m，探孔后，要求各孔出水量的总和小于0.03m3/d，孔洞无泥砂流出等异常现象发生。在盾构始发前，对地基加固情况进行了垂直取芯检测。洞圈下部1.0m范围取出的芯体基本都能成柱状体，具有一定的强度,取芯的芯样按照每孔摆放整齐，项目部取芯后，通知监理工程师和业主项目工程师进行评估，符合要求后才进行洞门凿除的工序。图1.2.3-1洞门水平探孔布置图1.3始发形式本区间盾构始发形式采用全环始发，一共8个负环，每个负环1.5宽，共12m宽度，为保证隧道接口的防水效果，其中-1环伸入结构侧墙450mm，具体详见5.3-1负环布置图：图1.3-1负环布置图1.4始发前准备工作1.4.1洞门钢环复测主体结构提供盾构始发条件后，测量组根据地面导线和平面控制点引入到结构内，将盾构钢环中心和十字形外侧点的坐标高程实际测量出来，复测完成后并通过业主第三方测量单位复核，以保证盾构机的顺利出洞，洞门钢环复测完成后根据复测结果安装始发架。1.4.2盾构始发托架安装盾构机组装前，依据隧道设计轴线、洞门位置及盾构机的尺寸，然后反推出始发基座的空间位置。始发架基座安装位置按照测量放样的基线，吊入井下定位加固结实，基座上的轨道按实测洞门中心居中放置。盾构始发基座采用钢结构形式，主要承受盾构机的重力荷载和推进时的摩擦力，结构设计还需考虑盾构推进时的便捷和结构受力。由于盾构机重达400多吨，所以始发基座必须具有足够的刚度、强度和稳定性。在盾构机主机组装时，在始发基座的轨道上涂硬质润滑油以减小盾构机在始发基座上向前推进时的阻力。当盾构在组装时还需要对主机进行前后移动，结构设计还需考虑盾构前后移动施工的便捷和结构受力。本标段盾构始发基座与反力架同时连接在一起组成整体结构。在钢梁上设置钢轨作为盾构机导向轨道。基座就位后通过横向和斜向进行加固，两边使用横梁与始发洞口的预埋件进行焊接加固。始发托架是盾构机在工作井始发时坐落的基座，它必须能够充分承受盾构机的自重，由于受盾构机自重及端头井井口大小的限制，盾构机要求被分割成几部分（切口环部分、支承环部分、盾尾环部分）分别吊入井内，在发射架上前后移动进行装配。始发托架对盾构始发初期管片拼装及最终管片的精度有很大的影响，为了确保精度，始发托架上的盾构机须对准洞门中心，且与隧道轴线一致，按设计轴线是始发托架的位置、方向、高度等进行正确测量放样后，再进行加工制造施工，安装时按测量放样的基线吊入井下就位焊接。本区间施工所用的盾构机为直径6.25m的小松土压平衡盾构，其自重约292t，加上施工时可能的活动荷载设有5t。所以，加在整个始发托架上的荷载按350t考虑应该是比较充足的。按照以前本机施工经验：采用250250H型钢为主要承力构件是适合的，构件受力计算见附件一，其设计见图1.4.2-1。图1.4.2-1始发托架设计图始发托架的中心线与隧道轴线重合，高程（将盾构机高程换算后）与隧道中心线保持一致。1.4.3反力架定位安装反力架的安装在尾盾安装完成之后进行。盾构始发反力架为拼装式全钢架结构，以确保足够钢性。反力架及支撑系统设计：反力架采用组合钢结构件，便于组装和拆卸；反力架结构根据土建结构进行设计；反力架提供盾构机推进时所需的反力，因此反力架须具有足够的刚度和强度；反力架支撑系统将盾构推力作用到土建结构上，支撑提供的反力满足要求，且支撑有足够的稳定性，反力架支撑全部采用水平撑支撑在轨排井边墙上。反力架及支撑系统的安装：由于盾构始发姿态是空间结构，反力架靠盾尾侧平面要基本与盾尾平面平行，即使反力架形成的平面与盾构机的推进轴线垂直。反力架的横向和竖向位置保证负环管片传递的盾构机推力准确作用在反力架上。安装反力架时，首先用全站仪测定水平偏角和位置，然后将反力架整体组装，并由组装门吊配合校正其水平偏角和倾角，在定位过程中利用倒链和型钢等工具配合。最后经测量无误后将其焊接固定。在安装反力架时，反力架左右偏差控制在10mm之内，高程偏差控制在5mm之内，上下偏差控制在10mm之内。始发台水平轴线的垂直方向与反力架的夹角2，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差2（且盾尾只能向上偏），水平趋势偏差2。为保证盾构推进时反力架横向稳定，用型钢对反力架进行横向固定。反力架结构图见下图，反力架受力计算书见附件2。 图1.4.3-1反力架立面图图1.4.3-2反力架侧面图反力架安装时，首先测量反力架位置起始里程断面的中心线，并刻划在始发井侧墙上，以便反力架中心定位，定位关键是反力架紧靠负环管片的定位平面，并与此处的隧道轴线垂直。在盾构主机与后配套连接之前，开始进行反力架的安装。安装时反力架与盾构井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。由于反力架和始发架为盾构始发时提供初始的推力以及初始的空间姿态，在安装反力架和始发架时，反力架左右偏差控制在10mm之内，高程偏差控制在5mm之内，上下偏差控制在10mm之内。始发托架水平轴线的垂直方向与反力架的夹角2，与设计轴线竖直趋势偏差2，水平趋势偏差3。1.4.4导轨安装盾构掘进过程中，出碴及管片、注浆材料等物质的运输，都直接与掘进相循环、相关联，因此快速运输是连续、稳定掘进的前提。但由于车站场地及隧道净空的限制不能配置过多的运输车辆，因此只有合理组织快速运输，保证材料供应，才能与盾构机掘进速度相适应。车站底板运输线路设置四轨双线车道，轨距为813mm，25t牵引机车，24kg/m钢轨，6m/根。盾构机后配套设备行走在外侧两根钢轨上，运输车辆行走在中间钢轨上，轨枕采用180工字钢制作，轨枕间距为1.2m每根。车站底板轨道以及道岔布置详见图5.4.4-1，道岔布置在隧道内，端头井范围内布置四轨。站内轨道及道岔布置图1.4.5盾构机组装盾构机正式组装调试左右线安排20天时间。、劳动力安排盾构组装作业班分三个组：二个机钳液压组和一个电气组，组装劳动力安排见下表。 表1.4.5-1 盾构组装劳动力计划表 序号班组、工种班次单班人数总人数备注一机钳液压21428组装机械工程师12带班人员起 重 工48钳 工48液 压 工24辅 助 工36二电 气177调试电气工程师11带班人员电 工22辅 助 工44合 计35、盾构组装所需设备安排盾构吊装设备计划有：QUY260型260吨履带吊或350t汽车吊和100t汽车吊进行抬吊，50t液压千斤顶两台，以及相应的其它工具、机具和吊具。、组装工具材料组装用工具、材料见下表。 表1.4.5-2 盾构组装工具、材料计划表 1液压扭力扳手把1用于紧固螺栓2拉伸预紧扳手把1用于紧固刀盘螺栓3油 泵台2和液压、预紧扳手配套4风动扳手1/2吋、1吋把各15扭力扳手450Nm、1800Nm把各26棘轮扳手1/2吋、1吋把各27重型套筒扳手套18内六角扳手英制套29内六角扳手22mm、30mm把各210开口扳手42mm套211开口扳手42mm套112管 钳200、300、450、600、900把各113普通台虎钳200个114撬 棍L=1.2m、L=0.5m根各8作辅助用15导 链1t、3t、5t、10t个各216吊 带1.5t、3t、5t条各217千 斤 顶5t、10t、16t个各218卧式千斤顶1t或1.5t台1装铰接密封用19推进油缸50t根2用于推动主机等20高压油泵台2供推进油缸使用21氧气乙炔割具套222电 焊 机台2包括面罩、电焊手套等23空 压 机台1包括连接软管30m24电动盘式砂光机SIM100B把425电动盘式砂光机SIM230B把226弯 轨 机台127轨道小车台128液压小推车台129加 油 机套130注脂管路套131活动人梯架232油 枕1.2m根3033插 线 板套334电工工具套235钢 丝 绳16、20，L=10m根各6、主机及后配套系统的组装(1)准备阶段：清理场地，拆除障碍，在工作井内铺设车架及平板车行驶之临时轨道，并准备三台平板车、一台电瓶车在井下备用；(2)依次将5#、4#、3#、2#、1#车架吊下井（皮带机分别随车架一起下井安装），利用电机车拖到位；(3)皮带机被动轮吊下井，并置于平板车上利用电机车拉至车架开档间隙放置；(4)将连接桥架吊下井，一端与1#车架连接，另一端置于平板车临时支架上拉进隧道并支撑焊接悬空搁置，移出平板车；(5)将螺旋机吊下井并放置在两辆平板车上，并利用电机车平移至井后端；(6)拆除临时轨道等设施，作好盾构主机下井各项准备工作；(7)抬吊主机B环（支撑环）翻身下井，距离洞口屋檐垂直向下3.5米位置；(8)抬吊主机A环（切口环）翻身下井，与B环对接，安装密封圈并拧紧螺栓；(9)抬吊主机大刀盘翻身下井，与A环对接，拧紧螺栓；(10)盾尾吊至工作井边；(11)盾构主体向前尽可能平移到位；(12)拼装机机架下井，与B环连接；(13)拼装机下井，与机架连接；(14)安装盾尾铰接密封圈及铰接压板；(15)盾尾翻身下井安装；(16)铰接油缸连接，安装铰接销；(17)铺设临时平板车轨道至盾尾内2.5m距离，将螺旋机前移，安装在A环螺旋机安装座上；(18)将桥架及1#车架前移，并与盾构主机连接，同时利用电瓶车将其他车架分别前移并连接；(19)将皮带机被动轮前移，安装皮带机被动轮；(20)盾构车架间、主机内管路连接；(21)盾构车架间、主机内电缆连接；(22)皮带机皮带安装、热胶；(23)油箱内加油；(24)吊攀割除；(25)高压电试并送高压电；(26)盾构各系统调试；系统调试具体流程为：调试盾构机刀盘驱动系统调试推进千斤顶系统调试螺旋机调试超挖刀确认注浆系统确认加泥泡沫系统调试盾尾油脂注入系统是否有效确认集中润滑系统是否有效。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。电气部分运行调试：检查送电检查电机分系统参数设置与试运行整机试运行再次调试。液压部分运行调试：推进和铰接系统螺旋输送机管片安装机管片吊机和喂管片机泡沫、膨润土系统和刀盘加水注浆系统皮带机等。负载调试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。负载调试完成后，即可组织对盾构机的整机试运转，并报业主监理进行验收，验收合格后等待始发。1.4.6洞口止水帘布安装由于洞门与盾构（或衬砌）存在建筑空隙，易造成泥水流失，从而引起地表沉降，须在洞门安装始发防水装置。始发防水装置包括橡胶帘布板，扇形圆环板以及连接螺栓和垫圈。始发洞门防水装置详见下图。左线洞门凿除洞门砼最后200mm厚钢筋混凝土前，应着手安装橡胶帘布板。右线洞门砼凿除剩余300mm厚，拔管完成之后进行橡胶帘布板安装。安装时，压板螺栓应拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止盾构始发后同步注浆浆液泄漏。图1.4.6-1始发洞门防水装置图1.4.7节点验收工作井已按设计要求完成并通过验收，其标高、轴线、结构强度等各项技术参数符合设计和规范要求并能满足盾构施工各阶段受力要求。盾构始发施工方案已通过专家评审，评审意见已予落实或整改，监理细则已编制审批；测量、监测方案已审批，监测控制点已按监测方案布置好，且已测取初始值；井下控制点已布设且固定；要求的端头加固措施已经完成，各项指标已经达到设计要求并有检测报告；洞门探孔已打，未发现异常情况并满足始发要求；始发架已经设计验算，结构强度满足要求；对盾构隧道沿线的建（构）筑物、管线等设施现有状况及其承受变形的能力已完成调查，并且制订好切实可行的防御措施；施工现场技术交底（含各施工工艺和步骤）已按要求完成；人员、机械、材料按要求到位（盾构以及大型起重设备拼装就位，并通过相关部门验收）。1.4.8洞门破除在确认加固良好的情况下，共分两阶段进行洞门凿除，在盾构调试期间，首先凿除地连墙外侧混凝土保护层，再割除外侧钢筋，然后分块破除剩余的混凝土结构，只剩余内侧钢筋，以做到在始发或到达之前对端头地层的保护。待盾构调试完成，具备出洞条件后，再对剩余的内侧钢筋进行割除。洞门凿除保持连续施工，尽量缩短作业时间，以减少正面土体的流失量。整个作业过程中，由专职安全员进行全过程监督，杜绝安全事故隐患，确保施工安全，同时安排专人对洞口上的密封装置做跟踪检查。在洞门破除后，应及时始发掘进，防止洞门壁后土体暴露时间过长，引起土体不稳定坍塌。在盾构始发准备阶段，根据开挖后洞门所暴露的围岩条件和时间长短，必要时可对洞门端头采用喷混凝土进行加固。特别注意要确保处理后的洞门开挖面平整无较大的坑洞并与盾构刀盘平面平行。若开挖面有超过1.0m3的坑洞应用低标号的砂浆进行回填。并确保施工后无锚杆、钢筋等侵入隧道开挖轮廓。盾构调试完成并确保盾构运转正常、盾构就位姿态准确的情况下，开始凿除洞门混凝土。洞门破除的主要目的是破除盾构机通过范围内始发井端头围护结构的混凝土及割除钢筋，使盾构机顺利进入端头加固体。洞门凿除顺序，先凿除上部，然后再凿除下部。在进洞防水装置完成后，破除影响盾构范围内钢筋混凝土，根据围护结构钻孔桩的实际位置，吊出空间及地质情况，建议采用分层分块、从里到外、从上到下的方式进行破除，建议共分成16块，每块面积不大于3，分块如下图所示，按顺序破除混凝土并吊出。在完成最后一层混凝土破除后，要及时检查洞门破除的净空尺寸，确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围之内。图1.4.8-1洞门混凝土分块示意图洞门破除采用风镐并结合人工修凿的方法破除钢筋砼。破除围护桩前需打水平探孔，探孔深度必须穿过围护桩，深度不小于2m。洞门开凿过程中，为保证洞门围护结构的稳定，凿洞要分阶段进行，首先将背土侧的围护桩钢筋保护层砼凿除，割除背土侧钢筋，然后继续凿至离围护桩迎土侧200mm为止。最后当盾构机推进至离洞门1米处后，然后再快速将围护桩余下的钢筋砼破除，清理洞门，即可始发。洞门破除施工工艺流程图见下图4.4.8-2。图1.4.8-2洞门破除工艺流程图1.5盾构始发1.5.1负环安装本次盾构始发负环安装，全部采用通缝拼装，随盾构的推进逐环拼装。为预留出碴口，负环管片一律采用封顶块位于正上方的拼装模式，负环管片全部全环拼装。同时，为保证给盾构机提供足够的反力并确保施工的安全，采用钢支撑支撑于反力系统上。盾构始发井长度为12.6米，盾构长度9米（包括刀盘）。第一环管片的起始里程D1S需要通过联络通道的位置来反推出来，管片环宽WS=1.2m。DR为反力架端部里程，N为负环管片环数。端头井起始里程DF：SK10+983.830，1#联络通道中心里程： SK11+400.093；1#联络通道中心点与隧道终点的距离为：SK11+400.093- SK10+983.830=416.263m。1#联络通道到隧道起点管片环数：416.263/1.2=346.886秋水路站第一环管片起始里程：D1S= SK10+983.830+（416.263-346*1.2）= SK10+984.893负环管片环数：最少N1=（DF -D1S +9.5）/1.2=7.03最多N2=【D1S-DF+12.6-1】/1.2=10.55负环管片环数可以选择8环（含0环）。则反力架端部里程：DR= DF-N1*1.2= SK10+974.23则反力架距离车站端墙距离为SK10+974.23-（SK10+983.830-12.6）=3m。 反力架、始发台的定位与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。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。由于反力架和始发台为盾构始发时提供初始的推力以及初始的空间姿态，在安装反力架和始发台时，反力架左右偏差控制在10mm之内，高程偏差控制在5mm之内，上下偏差控制在10mm之内。始发台水平轴线的垂直方向与反力架的夹角2，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差2，水平趋势偏差3。负环管片安装具体结构图如下：图1.5.1-1负环管片安装位置图图1.5.1-2负环管片安装结构图首先根据工作井的长度及设计洞口永久防水混凝土环梁的宽度确定钢后背的厚度需要拼装的负环管片数量。盾构机经调试验收确认正常，钢推垫安装完毕及其他准备工作（洞门凿除、管路连接）全部完成后进行初始掘进负环拼装。负环拼装第一环必须注意断面的圆度和与隧道轴线的垂直度，为整环拼装做准备。一般情况下，负环管片在盾壳内的正常安装位置进行拼装。在安装负环管片之前，为保证负环管片不破坏盾构机尾部的密封刷，保证负环管片在拼装好以后能顺利向后推进，在盾壳内安设厚度不小于盾尾间隙的方木，以使管片在盾壳内的位置得到保证。 负环管片拼装示意图第一环管片拼装完成后，将管片连接螺栓拧紧，操作盾构机的千斤顶向后推出将第一环管片向外部推出，推出距离达到可以拼装下一环时即停止推进，拼装该环管片。如此循环施做，直到第一环负环管片被推出盾构的壳体，此时应将螺栓复紧，然后用手拉葫芦将管片上部拉紧以防止管片向外侧张开，拉紧时须控制好管环的直径，避免过紧或者过松；另外在管片的外侧即管片与盾构基座之间楔入木楔子以将管片固定牢固。当盾构机尾部完全进入洞口后，将洞口扇形钢板落下紧贴管片，并上紧螺栓以防止加泥注浆时浆液从洞门泄漏。拼装时应对管片的拼装质量（圆正度、管片间轴向错茬等）加以严格控制，从而保证正管片质量。-8环至-7环安装：前面两环管片主要通过出土孔用电瓶车将管片运输到盾构机内，通过管片拼装机进行逐环拼装，此时盾构机主要靠反力架提供反力来使盾构机向前推进，盾构机暂未接触到加固土体，盾构阻力最小。-6环至-1环安装：后面的管片也是通过出土口用电瓶车将管片运输到盾构机内，通过管片拼装机进行逐环拼装，盾构机主要靠反力架提供反力来使盾构机向前推进，此时盾构机刀盘已经开始接触到加固土体，盾构摩擦反力较大，要控制好推进速度、扭矩力、推力，盾构前进的动力全部由反力架提供。1.5.2盾构机进入洞门盾构机开始掘进，盾构始发托架定位时，刀盘距离结构侧墙有1m空隙，盾尾始发托架距离反力架有1.5m。这些部位之间的空隙均要在盾构始发前完成。前顺接，指的就是盾构刀盘始发托架距离结构侧墙1m空隙，为保证盾构机平稳顺利进入洞门钢圈内，前顺接是否有足够的承载力对盾构始发的成败有很关键的作用，前顺接施工必须在凿除前洞门前安装到位，以免洞门凿除影响前顺接安装，前顺接安装必须确保顶面与始发架导轨面略高0.5-1cm，而且加固必须牢固，防止掘进过程中出现变形。洞门钢圈范围内的顺接，指的是盾构机到达钢环，钢环厚度800mm，洞门钢环直径6620mm，盾构机外壳直径6250mm，盾构机外壳到达钢圈有185mm间隙。后顺接：指的是盾尾与反力架之间固定支撑-8环、-7环，因为盾构始发托架距离反力架有1.5m，-8环、-7环最开始在盾构机外壳，才不会掉下来，但是随着盾构机掘进，负环管片慢慢脱出盾尾，为防止负环下沉，所以在-8环、-7环位置安装后顺接，后顺接加固措施同样要重视，不能有任何的闪失。负环固定：指的盾构掘进过程中，负环慢慢脱出盾构机，此时负环外部没有荷载来保持平衡，为防止负环在掘进过程中出现上浮，每掘进一个负环，有条件时立即在负环外侧用16mm钢丝绳进行包裹，底部与始发架用3个螺栓固定拧紧。（4）盾构机防扭装置 盾构机刀盘进洞切削掌子面时会产生巨大的扭矩，为了防止此时盾构机壳体在始发导轨上发生偏转，可以在始发导轨两侧的盾构机壳体上焊接防扭装置（采用I18工字钢加工而成），防扭装置每隔1.5米左右在盾构机两侧各焊接一个。随着盾构机的前行，当防扭装置靠近洞门密封时，将之割除，防止其破坏洞门密封。1.5.3盾构机加压贯入作业面和试掘进1.5.3.1加固区内8m推进正面平衡压力：P=k0*h P：平衡压力（包括地下水） g：土体的平均重度 h：隧道埋深（m）k0：土的侧向静止平衡压力系数 盾构在掘进施工中参照以上方法来取得平衡压力的初始设定值。具体施工设定值根据盾构埋深、所在位置的土层状况以及监测数据进行动态调整。盾构处于加固区域时，正面的土质较硬，为控制推进轴线、保护刀盘，在这段区域施工时，平衡压力设定值应略低于理论值，加固区内泥水压力初定为1.39bar，出加固段泥水压力定为1.447bar，推进时，根据盾构推力与及地面监测情况等相关参数作微调。推进速度不宜过快（10mm/min以内为宜），须充分磨削出洞处加固土体，使加固区土体得到充分切削。1.5.3.2出加固区后92m的试推进盾构出加固区后，为了更好地掌握盾构的各类参数。将盾构始发段92米作为盾构推进试验段，此实验段施工时应注意对推进参数的设定及地面变形与施工参数之间的关系，并对推进时的各项技术数据进行采集、统计、分析，争取在较短时间内掌握盾构机械设备的操作性能，确定盾构推进的施工参数设定范围。此阶段施工重点要求做好以下的几项工作：（1）用最短的时间对盾构机的操作方法、机械性能进行熟悉，改进盾构的不完善部分，较好的控制隧道轴线及地面沉降。（2）了解和认识隧道穿越的土层的地质条件，掌握这种地质下的泥水平衡式盾构的施工方法，加强地面沉降的监测，及时获取监测结果，调整施工参数，进行泥水参数的优化。（3）逐步熟悉掌握盾构掘进参数、同步注浆量及管片拼装的操作工序，并提高管片拼装质量，加快施工进度。（4）当推进至20环时，利用管片注浆孔，对洞口注浆，一方面防止洞口漏水，另一方面为将来洞门密封创造条件。（5）加强对盾构施工参数的采集，取得各种数据，并结合监测资料进行综合分析研究，掌握盾构在控制地面沉降、纠正轴线偏差等方面的特性，为此后的河底施工参数设定积累经验。1.5.3.3、盾构始发段掘进的主要技术参数（1）切口水压原则上根据下列公式计算的切口水压力的值进行控制，施工中按照地面沉降数据进行调整。P=P1P2P3 =whK0(-w)h+(H-h)20P：切口水压力 (kPa)；P1：地下水压力(kPa)；P2：静止土压力(kPa)；P3：变动土压力，一般取 20 kPa；w：水的容重(kN/m3)；h：地下水位以下的隧道埋深（算至隧道中心）(m)；K0：静止土压力系数：土的容重 (kN/m3)；根据上式可以得出：盾构施工过程中将严格控制切口水压，同时严格控制与切口压力有关的施工参数，如推进速度、总推力、排泥量等，尽量减少压力的波动。（2）泥水质量指标在施工期间采用高质量的泥水输送到切口，使其能很好地支护正面土体，一般情况下，泥水密度控制在1.2g/cm3左右，同时粘度控制在25秒左右。（3）推进速度推进速度一般控制在10mm/min。采用低速推进，可以使土体将盾构推进所产生的应力充分释放，避免产生由于推进应力过大或过于集中而造成破坏。（4）开挖土量控制泥水式盾构开挖的泥砂随同循环泥水一起排出，不能直接测量开挖土量，所以要根据送排泥流量、送排泥密度、土工试验结果，采用下式计算开挖土量：开挖土的容积：VR(Q1Q0)t式中：t抽样间隔时间(min)；偏差流量：(Q1Q0)A式中：掘进速度（m/min）；A开挖断面面积（m2）；当0时，进水；当0时，排水；开挖浮重：MRQ1(11)Q0(01)t开挖土的干砂量：WSGS/(GS1)MR开挖土换算体积：V(1e)/GSWS式中：Q0、Q1送排泥流量（m3/min）；0、1送排泥密度（t/ m3）；GS土体颗粒比重；e土体孔隙比；0、1的测定采用重力式密度计，将密度计置于离开挖面尽可能近的地方。在计算开挖土体的体积时，因要用土粒比重和岩土体孔隙比，故以绝对值进行控制很困难。因此用统计法相对比较开挖土水中重量，以进行判断，为此，必须使掘进速度、掘进开始时泥浆密度等掘进条件大体恒定。1.5.4盾构出土及管片下井始发阶段盾构出土和管片下井主要通过第6段预留的出土孔进行吊装作业，吊装均采用45t龙门吊施工。每环理论出碴量（实方）为：(D)/4L=(6.25)/41.5=46.02m3/环盾构掘进出土及管片下井，均在盾构始发井口处进行，垂直运输采用45t龙门吊进行。25t机车+碴车+碴车+碴车+碴车+砂浆车+管片车+管片车25t机车+碴车+碴车+碴车+碴车+砂浆车+管片车+管片车1.5.5土仓压力控制P值应能与地层土压力和静水压力相平衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为PO，PO=*h（土的平均重度，h刀盘中心至地表的垂直距离），则P=K*PO（K为土的侧向静止土压力系数）。盾构在掘进过程中据此取得平衡压力的设定值，具体施工时根据盾构所在位置的埋深、土层状况及地表监测结果进行调整。盾构掘进过程中，地表隆陷与工作面稳定的关系以及相应技术对策见表1.5.4-1。表1.5.4-1地表隆陷与工作面稳定关系以及相应对策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塌与失水PmaxPO增大P值Pmax、Pmin分别表示P的最大峰值和最小峰值隆起超过基准值支撑土压力过大，土仓内水进入土层PminPO减小P值本次盾构始发段根据以往经验，盾构刀盘在加固区内时土压应设定为0.1MPa以内；刀盘出加固区后土压须提升。1.5.6掘进速度控制盾构始发期间因位于加固区内，出于对盾构机刀盘的保护，推进速度应缓慢，一般宜小于1-2cm/min，扭矩控制1500KN.m，推力控制500t；同时根据地层变形量等监控信息对平衡压力设定值、推进速度等施工参数及时调整。1.5.7同步注浆技术参数、注浆目的（1）及时填充盾尾建筑空隙，支撑管片周围土体，有效地控制地表沉降；（2）凝结的浆液将作为盾构施工隧道的第一道防水屏障，增强隧道的防水能力；（3）为管片提供早期的稳定并使管片与周围岩体一体化，有利于盾构掘进方向的控制，并能确保盾构隧道的最终稳定。、注浆材料及要求本工程同步注浆材料主要有：消石灰、粉煤灰、膨润土、砂、减水剂、水。消石灰：级灰，钙镁含量70%粉煤灰：级灰膨润土：膨胀率12ml/g砂：含泥量6%，细度模数1.2减水剂：减水率20-30%盾构始发掘进至+6环才开始进行同步注浆，+1环和+6环之间孔隙可以通过注浆浆液扩散进行填充，到+6环开始进行同步注浆，浆液很难达到+2、+3环，这时候需要同步注浆对洞门进行封堵。、同步注浆配合比本工程同步注浆拟采用下表所示的配比，在施工中，根据地层条件、地下水情况等，通过试验调整配比。表1.5.7-1 同步注浆材料配比表石灰(kg)粉煤灰(kg)膨润土(kg)砂(kg)水(kg)外加剂80300501180285按需要根据试验加入注：表中数值为1m3浆液中各组份的含量。、同步注浆施工工艺同步注浆与盾构掘进同时进行，通过同步注浆系统及盾尾的内置注浆管(见下图)。盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行，采用双泵四管路对称同时注浆。注浆可根据需要采用自动控制或手动控制方式：自动控制方式即预先设定注浆压力，由控制程序自动调整注浆速度，当注浆压力达到设定值时，自行停止注浆；手动控制方式则由人工根据掘进情况随时调整注浆流量、速度、压力。 同步注浆系统示意图同步注浆是保证地面建筑、地下管线、盾尾密封及衬砌管片安全的重要一环，因此必须严格控制，并依据地层特点及监控量测结果及时调整各种参数，确保注浆质量。、注浆要求 当盾尾进入洞内12环管片脱出后，立即启动同步注浆系统进行管片背后注浆，注浆压力不可过大，第一环注入时多添加膨润土。由于管片背后空隙无法完全填充满，因此以保证管片背后中下部的空隙被浆液填满即可。随着管片环数的增加，同步注浆压力可逐步增加，保证管片背后上部空隙也被浆液填满。在土压平衡施工地段，盾尾同步注浆压力应略小于土仓上部压力。注浆量根据注浆压力和出渣情况确定。、注浆压力同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压及土压力之和，做到尽量填补同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不充足，会使地表变形增大，通常同步注浆压力一般为1.11.2倍的静止土压力，本标段即0.250.4Mpa，二次注浆压力为0.30.4Mpa。、注浆量同步注浆量理论上是充填盾尾建筑空隙，但同时要考虑盾构推进过程中的纠偏、浆液渗透（与地质情况有关）及注浆材料固结收缩等因素。根据本标段的地质及线路情况，注浆量一般为理论注浆量的1.51.8倍，并应通过地面变形观测来调节。注浆量按下式进行计算：Q=V式中：Q注入量（m）注浆率（取1.52.5）V盾尾建筑空隙（m）V=（D-d）L/4D盾构切削土体直径（即为刀盘直径6.25m）d管片外径（6.0m）L管片宽度（1.5m）V=（6.25-6.0）1.54=3.61m则： Q=5.416.49m/环（系数考虑1.51.8）1.5.8洞门封堵因盾构始发需要，本区间共安装8个负环管片，盾构掘进至(正)+6环，开始进行同步注浆，同步注浆浆液难以到达+2、+3环及加固效果不理想。盾尾脱出+7环后，为保证洞门的安全，降低风险，封堵主要对+2、+3环进行全环注浆，浆液采用双液浆。双液浆主要采用PO.42.5普通硅酸盐水泥、自来水及38b水玻璃。、二次注浆工艺及要求本区间盾构施工待+7环管片脱出盾尾后，开始进行洞门封堵，通过吊装孔从上往下注双液浆。(1)基本要求A、B液凝胶时间控制在60秒以内。(2)双液浆配比设置A液（主要采用水泥浆）水泥：水=1:1（质量比）B液（主要采用水玻璃溶液）水泥浆：水玻璃=1:0.5（浆液比）(3)注浆施工可参照施工二次注浆方法和要求组织施工。(4)注意事项显示的注浆压力上限持续超过0.5Mpa须停止注浆；管片出现裂纹，错台或接缝出现漏浆等异常情况须停止注浆；注浆过程中观察洞门，出现漏浆情况停止注浆；注浆时，先打开水泥浆泵管，1520秒后打开水玻璃注浆管；浆液泵送完毕之后，应先停水注水玻璃，1520秒后先关闭水泥液浆泵送；每泵送一次浆液完成后，要清洗管路，避免堵塞。1.5.9渣土改良添加剂应选择在国内有良好信誉的并经过检测的钠基膨润土制成的泥浆或知名品牌的泡沫剂。泡沫剂添加量要求如下：1/3粉细砂断面1/2时，添加量须10kg/环；1/2粉细砂断面2/3时，添加量须12kg/环；粉细砂断面2/3时，添加量须15kg/环。1.6测量与监测1.6.1始发掘进阶段的测量始发掘进前，在主体结构中板适当位置安装激光测站及后视棱镜托架，利用井下控制点和井下高程控制点引测出激光站点和后视棱镜三维坐标，引测时仰角不大于8，高程测量独立测量三次，测得的高差偏差5mm。始发掘进阶段，利用井下控制点对盾构姿态进行人工复测，及时将人工复测的数据与导向系统记录的数据进行比较，当差值较大时，用全站仪对激光站和后视棱镜点坐标进行检查，修改导向系统中的设置参数，以确保掘进过程中盾构姿态的正确。盾构姿态人工复测每10环复测一次。在掘进到100m（试掘进）时，进行一次包括联系测量在内的地下导线复测。盾构始发掘进过程中确保盾构轴线偏离设计轴线不大于50mm，确保盾构姿态在可控范围内，对大于50mm应及时进行分析，采取措施纠偏。1.6.2始发掘进阶段的监测根据始发井现场实际情况，始发掘进阶段地面监测的主要对象为项目部附近的路面和线路附近建筑物。地面监测点位布置在路面上，在位于隧道推进方向上，在30m范围内沿隧道中心线每3m布置1个沉降监测点,同时距井壁6m及15m处各布置1条沉降监测断面,此断面在轴线左右各布4点,间距分别为距离隧道中轴线3m、6m、9m、13m；在出洞段100m范围内沿隧道中心线每4m布置1个沉降监测点20m设一断面，断面点间距同上。线路附近建筑物监测点位选取始发井开挖时使用的检测点中部分点。监测初始值在盾构机始发前一个星期观测。盾构机正式掘进时，每天监测两次，上下午各一次，及时得到地面沉降与盾构机掘进参数间的关系，为后续的施工提供指导。地面隆陷控制在-20mm+10mm，位移速率3mm/d。1.7始发掘进段的工程管理1.7.1始发掘进工程管理措施盾构机掘进的施工时，紧密结合寻求开挖面稳定、掘进姿态控制、衬砌管片安装、管背同步注浆的管理目的，进行全过程的动态管理，各种技术措施需要在施工掘进中进行经验总结，并逐步优化。主要内容如下表：表1.7.1-1 掘进管理主要项目表项目内容开挖面稳定管理1、设置并保持开挖面稳定的土仓压力。2、土体改良措施。3、保证进排土量的动态平衡。4、合理设定掘进参数，推力、转速、速度和扭矩盾构机姿态控制盾尾间隙，中折转角、俯仰、水平和滚动转角，蛇形量的控制等。衬砌管片安装1、正确选用管片和管片拼装位置。2、管片防水胶条的检查和破损情况检查。3、拼装质量控制。管背同步注浆管理1、正确选用注浆配比及浆液特性。2、注浆压力管理。3、注浆量的控制。4、注浆管路畅通。1.7.2始发掘进时稳定开挖面的管理要点始发时刀盘接触工作面初期，事先关闭螺旋输送机出土闸门，通过观察土仓装有2/3渣土时，逐步启动螺旋输送机，打开出土闸门排土，在掘进过程中不断将实际出土量与理论出土量进行比较，是土压管理的重要措施。如遇断带裂隙水较多时，若清水涌出，以卸压排放为主；如遇水中带泥含沙可将土仓渣土量增加至满仓土，掘进通过。 1.7.3始发掘进时盾构机姿态控制始发掘进前人工复测一次盾构机在始发架上的正确位置，并与盾构机姿态导向系统测量的位置进行比较，调整盾构机姿态后方可始发掘进。检查盾构机始发架的稳固情况，检查防止盾构机“栽头”的导轨是否施作牢固和位置得当，查验盾尾外壳上的防扭转装置是否焊接牢固。保持盾构机推力油缸推力均衡，确保刀盘中心和盾尾中心的位移在允许的偏差范围内，在始发掘进阶段尽量少采用纠偏措施,应待盾体完全进入土体后才开始适量的纠偏。1.7.4始发掘进时衬砌管片安装始发掘进时的衬砌管片安装关键是负环管片的安装。由于负环管片均为标准环，因此始发时的盾构机姿态控制一定要严格在允许范围内。负环管片的稳定直接影响盾构机出洞。管片的正确拼装是盾构机姿态和成型隧道质量的重要环节。充分利用管片预先排版设计和隧道线路的具体情况，进行管片拼装角度预选工作，实际施工时还需实时测量盾尾间隙，根据盾尾间隙和盾构机姿态来选择管片拼装形式。严禁不合格和破损管片下井拼装。1.7.5始发掘进时管片背后同步注浆管理同步注浆的目的是迅速且可靠填满管片背后的空隙，防止土体松动和坍塌，造成地表下沉。首先是选择注入的浆液性质和配比。在始发段采用能在富水地层中使用的浆液，初凝时间在6.5小时左右。1.7.6始发掘进时的注意事项盾构机组装完成后，人工复测盾构机方向，根据测量数据对始发架和盾构机方向进行适当调整，调整后固定始发架，方能始发推进。细致检查洞门破除被切除的每个钢筋头，都不得侵入刀盘旋转空间，以免损伤刀盘。反力架基准环平面必须与隧道轴线垂直，在与管片端面接触时，应是无间隙面接触。刀盘经过洞口密封橡胶板时，一定要保持密封橡胶板和压板的正确位置，不得损坏止水装置，在洞口内的第1、2环管背填充注浆时，严格控制压力，只需填满管片背后中下部间隙，发现空隙有浆液流出即可，可以减少浆液浪费。由于盾构机和始发设施处于不稳定的状态下，承受重大负荷，在始发推进初期，刀盘未接近工作面时禁止启动刀盘旋转。整个过程中派专人把守观察，发现异常立刻停止掘进，并进行处理。盾构推进中的碴土改良理论上碴土在土压平衡工况模式