范菱区间隧道掘进方案

1、目 录一、编制依据1二、工程概况12.1 工程设计概况12.2 工程水文地质情况22.2.1 工程地质情况22. 2.3 水文地质条件42.2.4 工程及水文地质条件评价5三、盾构机描述5四、盾构掘进施工84.1 掘进模式的选择84.2 渣土改良和管理104.3区间监测点布置114.4始发掘进114.5掘进过程中姿态控制114.6管片拼装124.7 盾构同步注浆184.8 二次注浆224.9 加强盾尾油脂压注224.10 地层与建筑物隆降控制234.11 盾构开仓换刀与刀具的检查254.12小半径曲线掘进264.13 洞内出渣、运输及弃土外运304.14 隧道循环水324.15 隧道照明32五

2、、隧道通风335.1 通风计算参数335.2 风管选择335.3 主风机选型335.4 二次风机选型345.5 配电线路345.6 一次及二次风机设备材料清单34六、安全保证体系及措施356.1 安全生产目标356.2 安全组织机构356.3 建立健全项目部安全保证体系366.4 落实安全生产责任制36七、文明施工377.1文明施工目标377.2 文明施工保证体系37八、应急预案388.1 应急预案组织机构388.2 应急预案救援体系398.3 相关人员联系方式398.4 现场突发事件预防措施40中国中铁一局集团有限公司 第 43 页 共 42页 武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段 范-菱区

3、间盾构掘进方案范菱区间隧道盾构掘进方案一、编制依据1.武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段范菱区间施工蓝图；2.武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段范菱区间岩土工程勘察报告；3. 武汉市轨道交通三号线土建工程第十标段实施性施工组织设计；4.武汉市地铁施工要求、规范及安全文明施工、环境保护、交通组织等方面的规定；5.地下铁道工程施工及验收规范。二、工程概况2.1 工程设计概况本标段为武汉市轨道交通三号线第十标段土建工程，包括王家墩中心站（不含）王家墩北站区间（简称王王区间）、王家墩北站、王家墩北站范湖站（不含）区间（简称王范区间）、范湖站（不含）菱角湖公园风井（含风井）区间（简称范菱区间），共1

4、站3区间和1座风井，五个子单位工程。具体如下表：范菱区间工程参数为：左线隧道里程范围左DK17+523.000-左DK18+317.114，隧道长度794.114m；右线隧道里程范围右DK17+523.000-右DK18+304.908，隧道长781.908m；该区段设置一个半径R=400m的曲线和一个半径R=360m（左线R=370m）的曲线，线间距13.0-15.5m。图2.1-1 范菱区间平面线路图本区间线路纵坡设计为单面坡，最大坡度为9.2，最小坡度为3.981；其中在DK17+552.00-DK18+293.00段为弹簧浮置板段，隧道应在提前该里程段40m处调整隧道姿态边坡。区间最大

5、埋深约为17.8m，最小埋深约9m。区间在右DK18+050.000里程出设置一个联络通道，在右DK18+334.209（菱角湖轨排井内）设置一个联络通道。表2.1-1 范菱区间曲线要素表线路起始里程终止里程线路性质备注左线DK17+523.000ZH+557.826直线ZH+557.826HY+622.826缓和曲线HY+622.826YH+689.682圆曲线R=400mYH+689.682HZ+754.682缓和曲线HZ+754.682ZH+819.224直线ZH+819.224HY+879.224缓和曲线HY+879.224YH+284.301圆曲线R=370YH+284.301左DK

6、18+317.114缓和曲线右线DK17+523.000ZH+552.681直线ZH+552.681HY+617.681缓和曲线HY+617.681YH+684.537圆曲线R=400mYH+684.537HZ+749.537缓和曲线HZ+749.537ZH+821.776直线ZH+821.776HY+881.776缓和曲线HY+881.776YH+274.283圆曲线R=360YH+274.283右DK18+304.908缓和曲线区间隧道为外径6m，内径5.4m，管片拼装衬砌的单洞圆形隧道，管片采用宽1.5m，厚0.3m的通用楔形环，管片为砼C50，P12。本此掘进采用两台小松土压平衡盾构机

7、进行施工。盾构机盾体外径为6250mm，刀盘外径6320mm，盾构机盾体长9.405m，总长77.855m。2.2 工程水文地质情况2.2.1 工程地质情况范菱区间隧道穿越的地层为(3-4) 粉质粘土夹粉土、(3-5)粉质粘土、粉土、粉砂互层、（4-1）粉细砂层；底板位于(4-1)层，局部位于(3-5)层，地层剖面图2.2-1。图2.2-1 范菱区间盾构穿越土层本场地内所涉及的地层特征及分布见表2.2-1，场地土层的物理力学性质见表2.2-2、2.2-3。表2.2-1 地层特征及分布表土层层号土层名称土层描述(1-1)杂填土杂色，湿饱和，高压缩性，由粘性土与砖块、碎石、块石、片石、炉渣等建筑及

8、生活垃圾混合而成（局部地表有1530cm厚的砼地坪）。该层土结构不均、土质松散，层厚0.407.1m，I区普遍分布。(3-2)粘土褐黄色，稍湿，可塑状态，中压缩性，含氧化铁，铁锰质结核及少量高岭土，无摇振反应，光滑，干强度高，韧性高。其厚度1.15.9m，埋深0.46.8m。(3-3)淤泥质粉质粘土灰褐灰色，饱和，流塑状态，高压缩性，含有机质、腐植物及少量云母片，无摇振反应，稍有光滑，干强度中等，韧性高。该层在一、二级阶地过渡区（井南路以南一带）厚度较大，最大厚度达27.9m。其一般厚度1.57.5m，埋深2.210.0m。(3-4)粉质粘土夹粉土灰褐灰色，饱和，软塑状态，中高压缩性，粉土呈稍

9、密状态，厚0.10.5m，含有机质，腐植物。其厚度0.78.6m，埋深5.012.0m。此地层可能含有可燃的有害气体（瓦斯）。(3-5)粉质粘土与粉土、粉砂互层灰灰褐色，湿饱和，稍密状态、粉质粘土呈软塑状态，中高压缩性。互层单层厚度0.10.5m，局部达1.02.0m，厚度2.39.5m，埋深6.717.0m。此地层可能含有可燃的有害气体（瓦斯）。(4-1)粉细砂灰色青灰色，饱和，稍密中密状态，中压缩性，含云母片、长石、石英等矿物，夹薄层粉质粘土（呈软塑状态）透镱体。其厚度3.514.3m，埋深10.822.8m。(4-2)细砂灰青灰色，饱和，中密状态，中低压缩性，含云母、长石、石英等矿物，夹

10、粉土、粉质粘土（局部呈透镜体分布）。厚度6.231.7m，埋深21.032.6m。表2.2.1-2 岩土物理力学性质表（一）地层代号岩土名称标贯或动探试验静力触探综合取值基本承载力(kPa)(击)(kPa)(MPa)Ps(MPa)(kPa)(MPa)(kPa)(MPa)(3-1)粘土0.7804.0934.0140(3-2)粘土4.91187.51.11105.51156.0160(3-3)淤泥质粉质粘土1.9503.50.45553.0553.080(3-4)粉质粘土夹粉土5.9(3.7)85(95)5.0(5.0)1.6(0.7)102(80)7.0(4.0)854.5105(3-5)粉砂

11、夹粉土9.914012.53.7(2.2)124(118)11.0(8.5)1208.5160(4-1)粉细砂16.718716.05.115213.015514.0150(4-1a)粉质粘土0.75854.0854.0105(4-2)粉细砂27.123822.07.920819.021020.0200表2.2-3 岩土物理力学性质表（二）地层代号及名称天然重度r (kN/m3)粘聚力C(kPa)内摩擦角(度)水平渗透系数K（cm/s）(3-1)粘土18.41675.710-7(3-2)粘土18.622125.710-7(3-3)淤泥质粉质粘土17.71154.410-7(3-4)粉质粘土夹粉

12、土17.914124.210-5(3-5)粉砂夹粉土17.910226.510-4(4-1)粉细砂18.90301.810-2(4-1a)粉质粘土18.51577.210-6(4-2)细砂19.10339.610-32. 2.3 水文地质条件本标段沿线地下水主要类型有上层滞水、潜水及承压水，上述几类地下水中，以长江和汉江两岸I级阶地覆盖层中孔隙承压水对拟建工程的影响最为突出。1、上部滞水主要分布于沿线人工填土层中或浅部暗埋原沟塘处，主要接受地表排水与大气降水的补给，另外老城区中较早的污水管渠及供水管的渗漏亦是其重要的补给源，上层滞水因其含水层物质成份、密实度、透水性、厚度等不均一性而导致水量大

13、小不一，水位不连续，无统一自由水面等特征，勘察期间测得上层滞水水位埋深0.83.2m。2、潜水主要分为两类：一类为长江、汉江两岸漫滩或一级阶地上浅部的粉土、砂土层中，主要接受地表排水与大气降水补给，其次接受地表水体的侧向补给，另一类为地表水系周边杂填土层中的潜水，当河流湖泊周围有较厚的杂填土时，而上述水系常年水位高于填土层底板时，填土层潜水有充足的补给源，其水位一般情况下随河湖涨落而变化。3、承压水在主要赋存于本标段全新统粉质粘土、粉土、粉砂互层、砂土及砂卵石层中，含水层厚度一般为2040m，含水层渗透性一般随深度递增，承压水测压水位绝对标高一般为15.020.0m（黄海高程），与长江、汉江水

14、有密切水力联系，呈压力传导互补关系，勘察测得I级阶地承压水水位标高为18.218.5m。2.2.4 工程及水文地质条件评价（1）场地内(3-3)层和(3-4)层易发生软土剪切破坏而产生深层滑动，抗剪强度低，区间隧道位于软土中，隧道底板为软基，工程运营过程中车辆震动有可能产生震陷，隧道施工时易发生塑性破坏增加隧道衬砌的难度，区间隧道顶板有较厚软土可能使地表沉陷值增大。（2）区间隧道穿越 (3-5) 粉土、粉砂互层、(4-1)粉细砂层时，因透水性强，在一定的动水压力作用下易产生坍塌、管涌等现象，可能导致掘进面的不稳定；且上述土层推进阻力较大、具有承压性，在掘进过程中易发生承压水突涌。（3）本标段内

15、盾构穿越的（3-4）层粉质粘土以及（3-5）层砂土互层可能含有可燃的有害气体（瓦斯），盾构施工过程中需要采取必要的预防措施来保证施工的安全。（4）根据初勘进行了水质分析成果：工程沿线场地地下水对混凝土结构大部分地段呈微腐蚀性、局部具有弱中等腐蚀性；在长期浸水状态下对钢筋混凝土结构中钢筋呈微腐蚀性，在干湿交替状态下对钢筋混凝土结构中钢筋大部分呈微腐蚀性、局部具有弱腐蚀性。三、盾构机描述范湖站轨排井区间为双线单圆隧道，区间地层多为粉质粘土和粉细砂，本工程计划采用两台小松土压平衡盾构机进行施工。小松盾构机主要尺寸和技术参数见下表：表3-1小松盾构机主要尺寸、技术性参数表盾构性能和参数序号位置项目名称

16、参数1适应工作条件地层土质种类粉质粘土、粉土，粉砂、淤泥质粘土、粉砂、细砂最小曲率半径150m最大坡度402盾构整体总长9405mm总重约330吨开挖直径6320mm前盾外径6250mm中盾外径6250mm尾盾外径6250mm前盾盾壳厚度40mm中盾盾壳厚度40mm尾盾盾壳厚度40mm盾尾间隙30mm装备总功率约792.2kW最大掘进速度6cm/min最大推力37730kN盾尾密封3道钢丝刷土压传感器土仓胸板上下左右4个油压传感器主轴承寿命计算寿命为三排园柱滚子轴承，寿命为23122小时包括后配套总长64.45m3刀盘形式辐条加面板式驱动形式步频电动机驱动主驱动最大承受压（MPa）1 MPa开

17、挖、超挖直径（mm）开挖6320、超挖直径6570扭矩5147kN-m(100%)脱困扭矩6176kN-m(120%)扭矩系数20.2(100%)24.2(120%)驱动功率558440kw刀盘开口率40 %超挖刀形式油缸形式最大超挖量125mm超挖刀数量2刀盘对复合地层的适应性能适应各种软土层及小于10MPa的风化岩刀间距布置全断面切削中心刀类型鱼尾刀形式各种刀具的高差设置切削刀80mm，先行刀110mm4铰接装置型式推进油缸固定在中体最大行程差垂直、水平垂直：230mm水平：230mm最大转角垂直、水平垂直：1.00水平：1.50数量油缸16只5砂浆搅拌器叶片直径835mm转速26.7rp

18、m搅拌容量4.1 m3功率11 kW6润滑系统供脂距离100m油脂泵供脂流量0.9 L/min供脂压力90kgf/cm27管片安装器类型园盘型转速0.3/0.9rpm提升能力216kN径向行程700mm轴向行程1000mm旋转角度左右200度回转功率37 kW油缸功率11 kW8推进油缸推力（t.f）175 行程（mm）2150数量（台）22工作压力（kgf/cm2）3309铰接油缸回缩力（t.f）200行程（mm）230数量（台）16工作压力（kgf/cm2）35010人闸形式双闸直径1750mm工作压力3（kgf/cm2）11螺旋机形式有轴式直径711.2mm出碴量191m3/h（100）

19、功率24590kW扭矩38.9kNm最大转速18rpm保压泵碴装置配置接口双层闸门配置双层闸门12皮带运输机运输量500m3/h运送速度170m/min皮带宽度800mm驱动形式电动机驱动13变压器干式树脂高压变压器1050KVA14冷却系统由于采用步频电机驱动，因此只对油箱进行冷却。冷却泵功率1.5kW，冷却水量20L/min15同步注浆系统可注单、双液浆16泡沫系统具备17膨润土注入系统18盾尾油脂系统具备19数据采集系统具备20导向系统测量设备（ROBOTEC）21超前注浆系统预留接口22随机通风系统配置23通讯系统地面配置2个显示屏，1个电脑主机。24供电系统1套25压缩空气系统45k

20、w螺杆式空压机2台，流量7.5m3/min，压力0.7MPa。26皮带运输系统有一台套27后续台车6节28步频电机驱动8台55kW四、盾构掘进施工4.1 掘进模式的选择复合式土压平衡盾构机具有敞开式、半敞开式及土压平衡三种掘进模式，区间线路全部为软土地层，在掘进中主要采用土压平衡模式。通过试验段的掘进选定了六个施工管理指标来进行掘进控制管理：土仓压力；推进速度；总推力；排土量；刀盘转速和扭矩；注浆压力和注浆量，其中土仓压力是主要的管理指标。1.土压平衡模式的实现土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土体充满土仓，由盾构机的推进、挤压而建立起压力，利用这种泥土压与作业面地层的土压与水压平衡。同时

21、利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持开挖面土体的稳定。2.土压平衡模式下土仓压力的控制方法土仓压力控制采取以下两种操作模式：（1）通过螺旋输送机来控制排土量的模式：即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时盾构的推进速度人工事先给定。（2）通过推进速度来控制进土量的模式：即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时螺旋输送机的转速人工事先给定。 掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式，以保证开挖面的稳定。3.掘进中排土量的控制排土量的控制是盾构在土压平衡模式下

22、工作的关键技术之一。根据对渣土的观察和监测的数据，要及时调整掘进参数，不能出现出渣量与理论值出入较大的情况，一旦出现，立即分析原因并采取措施。理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的，掘进的速度和P值设定后，盾构机可自动设置理论转速N。QS 根据渣土车的体积刻度来确定。QS应与掘进速度决定的理论渣土量Q0相当，即：Q0=AVn0A-切削断面面积n0-松散系数（粉细砂的松散系数很小，可以考虑为1）V-推进速度通常理论排土率用K =QS/Q0表示。理论上K值应取1或接近1，这时渣土具有低的透水性且处于好的塑流状态。事实上，地层的土质不一定都具有这种性质，这时螺旋输送机的实际出土量与

23、理论出土量不符，当渣土处于干硬状态时，因摩擦力大，渣土在螺旋输送机中输送遇到的阻力也大，同时容易造成固结堵塞现象，实际排土量将小于理论排土量，则必须依靠增大转速来增大实际排土量, 以使之接近Q0，这时Q0QS，K1。当渣土柔软而富有流动性时，在土仓内高压力作用下，渣土自身有一个向外流动的能力，从而渣土的实际排土量大于螺旋输送机转速决定的理论排土量，这时Q0QS，K1。此时必须依靠降低螺旋输送机转速来降低实际出土量。当渣土的流动性非常好时，由于螺旋输送机对渣土的摩阻力减少，有时会产生渣土喷涌现象，这时转速很小就能满足出土要求。渣土的出土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

24、掘进机的工作处于最佳状态。当通过调节螺旋输送机转速仍达不到理想的出土状态时，可以通过改良渣土的可塑状态来调整。4.不同地层条件下，盾构机掘进的主要技术措施：表4.1-1 盾构机掘进的主要技术措施地层情况盾构掘进技术措施粘性土及粉土层（粉质粘土、粘质粉土）1、采用土压平衡模式。2、以齿刀、刮刀为主切削土层，以低转速、大扭矩推进。3、土仓内土压力值P略大于静水压力和地层土压力之和P0，即P=1.3P04、向土仓和刀盘注入泡沫和水改善土体的流动性，防止泥土在土仓内粘结。5、向螺旋输送机内注入水或泥浆改善土体的流动性，利于出土。粉质粘土、粉土、粉细砂互层1、采用土压平衡模式。2、该地层关键就是控制排土

25、量和掘进速度，通过调整螺旋输送机的转速来控制排土量，保持土仓内的压力稳定平衡。3、通过加水或浓度较稀的泡沫改善土体的流动性，利于出土。4、在此互层掘进中注意千斤顶的控制，保持好盾构机姿态。砂性土层（粉细砂、中细砂、中砂、中粗砂）1、采用土压平衡模式。2、进行开挖面稳定设计，控制土压力，采用土压平衡模式掘进，严格控制出土量，确保土仓压力以稳定开挖面来控制地表沉降。3、向土仓和刀盘面注入高浓度的泥浆，形成隔水泥膜，防止水从地层中渗出，提高土仓内渣土的稠度来改善渣土的止水性以及在螺旋输送机上拼装止水保压装置，以使土仓内的压力稳定平衡。4、选择合理的掘进参数，确保快速通过，将施工对地层的影响减到最小。

26、5、适当缩短浆液胶凝时间，保证注浆质量。6、当含水量较大，加入高浓度的泥浆充分搅拌和及时调整螺旋输送机的开门度来防止因地下水压力过大而发生喷涌。7、若盾尾发生漏水，则在盾尾漏水部位集中压注盾尾油脂，并在距离盾尾15环管片的位置压注聚氨酯进行堵水。4.2 渣土改良和管理在复杂地层的隧道盾构施工中，为了保持开挖面的稳定，降低隧道安全施工风险，根据围岩条件,隧道适当注入添加剂，确保渣土的流动性和止水性，降低渣土的透气性。同时要慎重对土仓压力和排土量进行管理。1.改良的方法与添加剂利用自动泡沫添加剂注入系统，根据出渣情况及时向开挖面注入优质的泡沫和日本TAC高分子聚合物添加剂，对渣土进行改良，提高渣土

27、的和易性和流塑性，降低渣土的透气性，从而改善土仓和螺旋输送器出土时的密封性。通过控制螺旋输送机出土速度和开口度，形成土塞，进一步提高螺旋的密封性，减少瓦斯从螺旋泄入隧道。编制防泡沫管管路堵塞的专项方案，以保持掘进过程中泡沫管的连续通畅。使用高浓度的膨润土和泡沫混合使用技术，土仓的上部和刀盘的4口泡沫孔注泡沫，土仓的下部加注高浓度的膨润土，以增加渣土的和易性。优质泡沫使用量由25kg/m提高到50kg/m。 盾构掘进粉细砂层时，由于（4-1）粉细砂层无粘聚力，需要向粘土中添加膨润土进行渣土改良来增加渣土粘性颗粒，使其具有良好的流塑性，防止螺旋机出现喷涌现象。膨润土添加按照10%添加，即每环添加5

28、m3。2.渣土改良的主要技术措施根据本工程的地质条件和盾构施工的经验，采取如下主要技术措施。（1）在砂性地层采用土压平衡模式掘进时，拟向刀盘面、土仓内和螺旋输送机内注入膨润土泥浆，并增加对螺旋输送机内注入的膨润土泥浆量，以利于螺旋输送机形成土塞效应，改善渣土的流塑性，防止土体从螺旋输送机出口涌出。（2）在土地层中掘进时，拟采取向刀盘面和土仓内注入高浓度的膨润土和泡沫来改良渣土。泡沫注入量根据具体情况确定。4.3区间监测点布置详见附图一区间监测点布置图。4.4始发掘进详见附图二始发掘进逐环图。4.5掘进过程中姿态控制由于隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构推进会产生一定的偏差。当这种偏差

29、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，并造成地应力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.盾构掘进方向控制结合本标段盾构区间的特点，采取以下方法控制盾构掘进方向:（1）采用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。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

30、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。推进油缸按上、下、左、右分成四个组，每组油缸都有一个带行程测量和推力计算的推进油缸，根据需要调节各组油缸的推进力，控制掘进方向。在上坡段掘进时，适当加大盾构机下部油缸的推力；在下坡段掘进时则适当加大上部油缸的推力；在左转弯曲线段掘进时，则适当加大右侧油缸推力；在右转弯曲线掘进时，则适当加大左侧油缸的推力；在直线平坡段掘进时，则应尽

31、量使所有油缸的推力保持一致。2.盾构掘进姿态调整与纠偏在实际施工中，由于管片选型错误、盾构机司机操作失误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过程中，有可能产生较大的偏差，这时就要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和在轴线允许偏差范围内提前进入曲线段掘进来纠偏。（3）当滚动超限时，就及时采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。3.方向

32、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。达到警戒值时及时实行纠偏程序。（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

33、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。4.6管片拼装管片采用通用楔形管片，管片拼装的好坏直接关系到隧道的外观和防水效果。一般情况下，管片拼装采取自下而上的原则，具体的拼装顺序由封顶块的位置确定。管片采用错缝拼装方式。管片环向连接采用16根M27螺栓相连，纵向连接每块管片间用2根（一环共12根）M27弯螺栓相连。1.管片的储存及搬运（1）管片出厂前逐片进行尺寸、外观的检测，不合格者不允许出厂。外观的检测内容有： 管片表面光洁平整，无蜂窝、露筋，无裂痕、缺角，无汽、水泡，无水泥浆等杂物；灌浆孔螺栓套管完整，拼装位置正确。轻微的缺陷进行修饰，止水带附近不允许有缺陷。（2）达到龄期

34、并检验合格的管片有计划的由平板车运到施工现场，管片运输时之间用垫木垫实，以免使管片产生有害裂纹，或棱线部分被碰坏。（3）管片到达现场后由龙门吊卸到专门的管片堆放区。管片堆放区选择适当，以免因其自重造成场所不均匀沉降和垫木变形而产生异常的应力和破裂。在卸之前对管片进行逐一的外观检测，不符合要求（裂缝、破损、无标志等）的管片立即退回。管片吊放到两节拖卡上，之间用10cm10cm方木垫隔，拖卡上也预先安放了方木垫块以方便管片堆放。管片贴密封垫后，经专人检查合格（位置、型号、粘结牢固性等）才可吊下隧道使用。储存时，必须注意，不能让油类、泥等异物污损管片，混凝土管片的接头配件确保不发生腐蚀。遇雨天管片上

35、加盖罩设施，以确保雨季施工不受影响。（4）管片下井采用龙门吊进行。洞内运输采用电瓶车牵引管片车运输。管片车上的管片堆放有序，堆放次序是依据下一环的管片拼装顺序，示意如图4.1.41。图4.4-1 管片运输示意图（5）管片运到盾构机附近后，由专门设备卸到靠近安放位置的平台上，再送到管片拼装器工作范围内，并被从下到上依次拼装到相应位置上。当最后一块插入块拼装紧固后，一环管片即拼装完毕，可以进行下一环的掘进。（6）管片若在生产或运输途中发生破损，应采取适当方式进行修复，确保满足设计要求后方可使用；若破损过大应按报废处理。.盾构工程中的管片选型管片选型的原则有两个：管片选型要适合隧道设计线路及管片选型

36、要适应盾构机的姿态。 ()管片选型要适合隧道设计线路，根据隧道中线的平曲线和竖曲线的走向，隧道的埋深和地质状况，严格依据设计图纸的要求，合理的选择合适的拼装点位:()管片选型要适应盾构机的姿态管片是在盾尾内拼装，所以不可避免的受到盾构机姿态的约制。管片平面尽量垂直于盾构机轴线，让盾构机的推进油缸能垂直地推在管片上，这样使管片受力均匀，掘进时不会产生管片破损。同时也要兼顾管片与盾尾之间的间隙，避免盾构机与管片发生碰撞而破损管片。当因地质不均、推力不均等原因，使盾构机偏离线路设计轴线时，管片的选型要适宜盾构机的姿态。3.影响管片选型的因素（1）盾构机的盾尾间隙的影响盾尾与管片之间的间隙叫盾尾间隙。

37、盾尾间隙是管片选型的一个重要依据。如果盾尾间隙过小，则盾构机在掘进过程中盾尾将会与管片发生摩擦，增加盾构机向前的阻力和造成管片被压坏引起隧道渗漏水，同时使盾尾密封效果减弱造成盾尾漏浆。（2）推力油缸行程和铰接油缸行程差对管片的选型的影响。盾构机是依靠推力油缸顶推在管片上产生的反力向前掘进的，推力油缸按上、下、左、右四个方向分成四组，每一个掘进循环这四组油缸的行程的差值反应了盾构机与管片的平面位置之间的空间关系，可以看出下一个掘过循环盾尾间隙的变化趋势。当管片平面不垂直于盾构机轴线时各组推进油缸的行程就会有差异，当这个差值过大时，推进油缸的推力就会在管片环的径向产生较大的分力，从而影响已拼装好的

38、隧道管片以及掘进姿态。通常我们以各组油缸行程的差值的大小来判断是否应该拼装管片的位置，在两个相反的方向上的行程差值超过40mm时，就应该利用管片的楔形量来进行纠编。通过对管片拼装位置的调整使左右与上下的油缸行程差值就控制在30mm以内，有利于盾构掘进及保护管片不受破坏。铰接油缸可以被动收放，有利于曲线段的掘进及盾构机的纠偏。同样铰接油缸的行程差也影响管片的选型。这时应将上下或左右的推进油缸行程差值减去上下或左右的铰接油缸行程差值，最后的结果作为管片选型的依据。4.管片的拼装本工程管片拼装采用错缝拼装。管片在拼装前仍要进行一次检查，再确认管片种类正确、质量完好无缺和密封垫黏结无脱落，管片的吊装孔

39、预埋位置正确，逆止阀、封堵盖完好无损，以及其它主要预埋件和混凝土的握裹牢固，管片接头使用的螺栓、螺母、垫圈、螺栓防水用密封垫等附件准备齐全后，才允许拼装。每环管片拼装结束后要及时拧紧各个方向的螺栓，且在该环脱出盾尾后再次拧紧。对掘进过程中出现的管片裂缝和其它破损，要及时观察记录并提醒盾构机操作手注意，并要选择合适时间对管片进行修补。管片拼装是盾构法施工的重要环节，其拼装质量的好坏不仅直接关系到成洞的质量，而且对盾构机能否继续顺利推进有着直接的影响。（1）拼装顺序管片拼装采取自下而上的原则，由下部开始，先装底部标准块（或邻接块），再对称拼装标准块和邻接块，最后拼装封顶块，封顶块拼装时，先径向搭接

40、2/3，径向推上，然后纵向插入。拼好的一环管片从盾尾脱出时，受到自重和压力的作用产生变形，当变形量过大，既成环和拼装环高低不平，影响到拼装纵向螺栓时，用真圆保持器对管片进行临时整圆。(2）拼装工艺见管片拼装工艺流程图：图4.4-2 管片拼装工艺流程图管片在防水处理前必须对管片进行清理，然后再进行密封的粘贴。拼装过程中彻底清除盾壳拼装部位的垃圾和积水，同时必须注意管片的定位精确，尤其第一环要做到居中安放。用管片拼装机将管片吊起，沿吊机梁移动到盾尾位置。拼装时千斤顶交替收回，即拼装那段管片收回那段相对应的油缸，其余油缸仍顶紧。第二块管片与上一环管片和第一环管片大致对准后，先纵向压紧环向止水条，再环

41、向压紧纵向止水条，并微调对准螺栓孔。边拼装管片边拧紧纵、环向联接螺栓。在整环管片脱出盾尾后，再次按规定扭矩拧紧全部联接螺栓。（3）特殊地段的管片拼装区间内联络通道位置处的管片拼装：区间隧道的联络通道与正线隧道相接处采用特殊片，以通缝形式拼装。此时管片仍为封闭的，并在洞门周边设置一圈封闭钢梁，构成一坚固的封闭框架，在联络通道施工前，先拆除通道部位的特殊片，将洞口荷载完全传到框架上，再向里施工。此段管片拼装时由于管片分块较多，因而注意标准管片和楔形管片的衔接，拼装工艺与标准管片相同。 （4）隧道管片修补对已拼装好的管片出现的破损处和超过一定宽度的裂缝及所有渗水裂缝，都将进行修补处理。具体办法为选用

42、高标号的环氧水泥砂浆回填修补，并压实抹光，做到既能保证强度和防水效果，又能保证美观。隧道的修补采用可移动的工作平台。（5）管片拼装质量控制1）成环环面控制：环面不平整度应小于10mm。相邻环高差控制在10mm以内。2）拼装成环后，在纵向螺栓拧紧前，进行衬砌环椭圆度测量。当椭圆度测量，当椭圆度大于20mm时，应做调整。管片拼装允许误差见表4.4-1。表4.4-1 管片拼装允许误差项目允许偏差备注环间间隙2.0mm纵缝相邻块间隙2.0mm对应的环向螺栓孔的不同轴度1.0mm5.管片拼装中的注意事项（1）管片接头必须拧紧，为避免管片旋转过程中拼装头单独承受管片重量，应将四条压板均匀地接触管片，避免管

43、片拼装过程中螺栓头被拔出。（2）管片拼装过程中，第一块管片的位置尤为重要，它决定了本环其他管片的位置及拼缝的宽窄。管片高于相邻块，将会导致K块的位置不够；低于相邻块，纵缝过大，防水性降低。同时，第一块应平整，防止形成喇叭口。（3）当拼装第五块时，应用尺子量K块空位的宽度，并调整第五块，保证481cm或951cm。（4）管片拼装应满足规范规定的偏差：高程和平面不侵限；每环相邻管片平整度10mm；纵向相邻环环面平整度10mm；衬砌环直径椭圆度5%。（5）拧紧螺栓应确保螺栓紧固，拧紧力矩要达到设计要求300N.m。（6）同一环内各管片的相邻位置应符合设计图纸要求，不可互换。每环管片上有管片类型标记，

44、环类型标记，纵缝对接标记，拼装管片时应认真查看这些标记，保证管片拼装正确；管片迎千斤顶面和背千斤顶面不同，方向不要错装。操作手在拼装管片时看到管片中心管片标识字符应是正确的，如果是倒置的，则管片朝向错误。（7）管片K块拼装方法为先纵向搭接1m，然后拼装器径向推顶到预定位置再纵向插入。K块及A、B与K块相邻面止水条，在拼装面应涂润滑剂。（8）拼装时注意小心轻放，避免损坏管片和止水条。（9）对掘进过程中出现的管片裂缝和其它破损，要及时观察记录并提醒盾构机操作手注意，并要选择合适时间对管片进行修补。（10）注意：每次根据需要拼装管片的位置，回缩相应位置的部分千斤顶，如果过多的千斤顶回缩是十分危险的，

45、前面土体的支撑压力会使得盾构机后移，轻则导致盾构机姿态变样，重则引起安全事故。（11）封顶块先径向居中压入拼装位置，搭接长度大于1m（故一般要求千斤顶行程量大于2000mm时才停止掘进），调准后再沿纵向缓慢插入。如遇阻碍应缓慢抽出后进行调整。严禁强行插入和上下大幅度调整，以免损坏或松动止水条。6.管片拼装操作安全 （1）管片拼装必须落实专人负责指挥，盾构机司机必须按照指挥人员的指令操作，严禁擅自转动拼装机，以免发生伤亡事故。（2）举重臂旋转时，严禁施工人员进入举重臂活动半径内，拼装工在管片全部定位后，方可作业。（3）拼装管片时，拼装工必须站在安全可靠的位置，严禁将手脚放在环缝和千斤顶的顶部，以

46、防受到意外的伤害。（4）举重臂必须在管片固定就位后，方可复位，封顶拼装就位未完毕时，人员严禁进入封顶块下方。（5）举重臂旋转时，盾构司机必须看清旋转半径内的人员，并鸣号警示。（6）举重臂拼装端头必须拧紧到位，并定期检查磨损情况，对内丝口损坏的管片必须采取可靠的措施方可使用。7.管片上浮的控制（1）采用快凝浆液注浆，尽快封闭管片与地层的间隙，防止隧道上浮。（2）同步注浆注意注浆的同步性和均匀性，注浆时均等注入空隙，同时做到上部的两个注浆管的注浆量要为总的注浆量的3/4。（3）在同步注浆的基础上，结合聚氨脂注浆在隧道周围形成环箍，每隔10m打一道环箍，使隧道纵向形成间隔的止水隔离带，以减缓、制约隧

47、道上浮。（4）加强测量和监测的频率，并及时调整盾构姿态，适当将轴线降低掘进。4.7 盾构同步注浆当盾片脱离盾尾后，在土体与管片之间会形成一道宽度为145170mm左右的环行空隙。同步注浆的目的是为了尽快填充环形间隙使管片尽早支撑地层，防止地面变形过大而危及周围环境安全，同时作为管片外防水和结构加强层，防止地层中的瓦斯从管片接缝处渗入隧道。当盾构掘进时，注浆泵将储浆槽中的浆液泵出，通过四条独立的输浆管道，通到盾尾壳体内的4根同步注浆管，对管片外表面的环行空隙中进行同步注浆。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

48、析的特点。水泥采用32.5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，减弱地下水对管片混凝土的腐蚀。（2）浆液配比及主要物理力学指标根据盾构施工经验，同步注浆拟采用表4.1.5-1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4.5-1 同步注浆材料配比和性能指标表水泥（kg）粉煤灰（kg）膨润土（kg）砂（kg）水（kg）外加剂801403812416050710934460470按需要根据试验加入1）胶凝时间：一般为310h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及

49、变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和需要注浆提供较高的早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间。2）固结体强度：一天不小于0.2MPa，28天不小于2.5MPa。3）浆液结石率：95%，即固结收缩率5%。4）浆液稠度：812cm5）浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。2.同步注浆主要技术参数（1）注浆压力注浆压力略大于该地层位置的静止水土压力，同时避免浆液进入盾构机的土仓中。最初的注浆压力是根据理论的静止水土压力确定的，在实际掘进中将不断优化。如果注浆压力过大，会导致地面隆起和管片变形，还易漏浆。如果注浆压力过小，则浆液填充速

50、度赶不上空隙形成速度，又会引起地面沉陷。一般而言，注浆压力取1.11.2倍的静止水土压力，最大不超过34bar。由于从盾尾圆周上的四个点同时注浆，考虑到水土压力的差别和防止管片大幅度下沉和浮起的需要，各点的注浆压力将不同，并保持合适的压差，以达到最佳效果。在最初的压力设定时，下部每孔的压力比上部每孔的压力略大0.51.0bar。（2）注浆量根据刀盘开挖直径和管片外径，可以计算出一环管片的注浆量。注浆量取环形间隙理论体积的1.52倍，经计算，可得每环（1.5m）注浆量Q=7.419.88m3。（3）注浆时间和速度在不同的地层中根据需不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短。做到“掘进

51、、注浆同步，不注浆、不掘进”，通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。注浆量和注浆压力达到设定值后才停止注浆，否则仍需补浆。同步注浆速度与掘进速度匹配，按盾构完成一环掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。（4）注浆结束标准及注浆效果检查 采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设计值的85%以上时，即可认为达到了质量要求。注浆效果检查主要采用分析法，即根据压力-注浆量-时间曲线，结合管片、地表及周围建筑物量测结果进行综合评价。对拱顶部分采用超声波探测法通过频谱分析进行检查，对未满足要求的部位，进行补充注浆。3.同步注浆方法、工艺壁后注浆装置有

52、：注浆泵、清洗泵、储浆槽、管路、阀件等组成。拼装在第一节台车上。当盾构掘进时，注浆泵将储浆槽中的浆液泵出，通过四条独立的输浆管道，通到盾尾壳体内的4根同步注浆管，对管片外表面的环行空隙中进行同步注浆，见图4.1.5-1，在每条输浆管道上都有一个压力传感器，在每个注浆点都有监控设备监视每环的注浆量和注浆压力；而且每条注浆管道上设有两个调整阀，当压力达到最大时，其中一个阀就会使注浆泵关闭，而当压力达到最小时，另外一个阀就会使注浆泵打开，继续注浆。盾尾密封采用三道钢丝刷加注盾尾油脂密封，确保周边地基的土砂和地下水、衬背注浆材料、开挖面的水和泥土从外壳内表面和管片外周部之间缝隙不会流入盾构里，确保壁后

53、注浆的顺利进行。图4.5-1 同步注浆示意图注浆量和注浆压力的大小可以实现自动控制和手动控制，手动控制可对每一条管道进行单个控制，而自动控制可实现对所有管道的同时控制。注浆工艺流程及管理程序见图4.5-2。图4.5-2 管片衬砌背后同步注浆工艺流程及管理程序4.同步注浆的注意事项（1）在开工前制定详细的注浆作业指导书，并进行详细的浆材配比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比。（2）制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆、检查、记录、分析，及时做出P（注浆压力）Q（注浆量）t（时间）曲线，分析注浆速度与掘进速度的关系，评价注浆效果，反馈指导下次注浆。（3）成立专业注

54、浆作业组，由富有经验的注浆工程师负责现场注浆技术和管理工作。（4）根据洞内管片衬砌变形和地面及周围建筑物变形监测结果，及时进行信息反馈，修正注浆参数和施工工艺，发现情况及时解决。（5）做好注浆设备的维修保养，注浆材料供应，定时对注浆管路及设备进行清洗,保证注浆作业顺利连续不中断进行。（6）每环掘进之前，都要确认注浆系统的工作状态处于正常，并且浆液储量足够，掘进中一旦注浆系统出现故障，立即停止掘进进行检查和修理。4.8 二次注浆 盾构机穿越后考虑到环境保护和隧道稳定因素，如发现同步注浆有不足的地方，通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆，补充一次注浆未填充部分和体积减少部分，从而减少盾构机通过后土体的后期沉降，减轻隧道的防水压力，提高止水效果。二次注浆使用专用的注浆泵，注浆前凿穿外侧保护层，拼装专用的注浆