盾构施工技术总结

1、目录目录第一章第一章 盾构施工概况盾构施工概况1.1 盾构法基本概念.11.2 盾构法的主要优点和存在的不足.21.2.1 盾构法的主要优点.21.2.2 盾构法存在的不足.21.3 盾构的分类及适用条件.2第二章第二章 盾构机地质适应性的确定盾构机地质适应性的确定2.1 盾构的选型的原则与依据.122.1.1 盾构的选型的原则.122.1.2 盾构的选型的依据.122.2 盾构选型的主要方法.132.2.1 根据底层的渗透系数进行选型.132.2.2 根据地层的颗粒级配进行选型.142.2.3 根据地下水压进行选型.152.2.3 盾构选型时必须考虑的特殊因素.152.3 盾构选型的确定.1

2、5第三章第三章 盾构掘进参数的设定盾构掘进参数的设定3.1 盾构掘进土压的确定.173.2 刀盘扭矩计算.17第四章第四章 刀具配置与地质的适应性刀具配置与地质的适应性4.1 刀具的分类.184.2 不同地质条件下刀具的选择.194.2.1 切削刀.194.2.2 先行刀.194.2.3 贝型刀.204.2.4 中心刀（鱼尾刀 、双刃或三刃滚刀 、锥形刀 、中心羊角刀）.204.2.5 仿形刀（或超挖刀）.214.2.6 滚刀.224.2.7 齿刀.234.3 刀具布置与配置.2314.3.1 刀具的布置.234.3.2 刀具配置方式.234.3.3 刀具配置的其他注意事项.24第五章第五章

3、盾构机始发与接收盾构机始发与接收5.1 盾构始发的工艺流程.265.2 盾构始发的施工技术.265.2.1 始发洞门的地层处理和降水.265.2.2 反力架安装与受力验算.275.2.3 始发基座安装与受力验算.305.2.4 始发洞门凿除.335.2.5 洞口密封止水装置.345.2.6 盾构的始发.355.3 反力架、负环管片及基座的拆除 .425.3.1 拆除流程 .425.3.2 拆除方法 .425.3.3 停机时注意问题 .435.4 盾构始发常见问题的预防或处理.435.4.1 加固效果不好 .435.4.2 开洞门时失稳 .435.4.3 始发后盾构机“叩头” .435.4.4

4、密封效果不好 .445.4.5 盾尾失圆 .445.4.6 支撑系统失稳 .445.4.7 地面沉降较大 .445.5 盾构接收的工艺流程.445.6 盾构接收的施工技术.455.6.1 盾构接收前准备工作 .455.6.2 接收洞门钢环复测.455.6.3 接收段掘进控制.465.6.4 同步注浆及二次注浆.475.6.5 管片拼装及加固.4825.6.6 托架安装及洞门凿除.485.6.7 洞门防水装置的安装.495.7 盾构接收常见问题的预防或处理.495.7.1 盾构机出洞前无法降压处理 .495.7.2 破洞门过程中出现渗漏处理 .495.7.3 洞门圈漏水涌泥处理 .49第六章第六

5、章 渣土改良渣土改良6.1 盾构机具有的渣土改良设备.506.2 不同地层渣土改良剂的选择.506.3 渣土改良试验.516.3 施工中遇到的问题及处理措施.52第七章第七章 同步注浆同步注浆7.1 同步注浆目的及原理.547.2 同步注浆工艺流程.547.3 注浆设备.557.4 注浆材料和配合比的选择.557.4.1 注浆材料应具备的基本性能.557.4.2 注浆材料.567.4.3 浆液主要物理力学指标.567.4.4 浆液配合比.567.5 同步注浆主要技术参数的确定.567.5.1 注浆量的计算.577.5.2 注浆压力的确定.577.5.3 注浆量和注浆压力的控制.577.6 注浆

6、质量控制.587.6.1 浆液搅拌.587.6.2 浆液运输及注入.587.7 同步注浆质量保证措施.58第八章第八章 开仓换刀开仓换刀8.1 开仓位置选择.608.2 地面加固施工措施.6138.2.1 下行线开仓地面加固施工措施.618.2.2 上行线开仓地面加固施工措施.648.3 带压开仓施工流程.658.3.1 压力设定 .658.4 作业前的准备工作.668.4.1 人员的安排.668.5.2 工期安排.668.5.3 机电系统准备.668.4.4 土工系统的准备.678.5.5 盾构到达预定换刀位置.678.5 带压作业过程 .688.5.1 进仓前压力试验 .688.5.2 带

7、压进仓 .688.5.3 土仓作业 .698.6 恢复正常掘进.691盾构施工技术总结第一章第一章 盾构施工概况盾构施工概况1.11.1 盾构法基本概念盾构法基本概念盾构法是在地面下暗挖隧道的一种施工方法。构成盾构法施工的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁开孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计孔洞推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制隧道衬砌结构，再传到竖井或基坑的后靠壁上，盾构是这种施工方法中最主要的独特的施工机具。它是一个能支承地层压力而又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊形状的钢

8、筒结构，在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内面安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以拼装一至二环预制的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向紧靠盾尾后面的开挖坑道周边与衬砌环外周之间的空隙中压注足够的浆体，以防止隧道及地面下沉。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。盾构法施工的概貌如图 1-1 所示。图图 1-11-1 盾构施工概貌盾构施工概貌1盾构；2盾构千斤顶；3盾构正面网格；4出土转盘；5出土皮带运输机；6管片拼装机；7管片；8压浆泵；9压浆孔；10出土机；11由管片组成的隧道衬砌结构；12在盾尾空

9、隙的压浆；13后盾管片；14竖井。使用盾构法，往往需要根据穿越土层的工程地质水文地质特点辅以其他施工技术措施。主要有：1疏干掘进土层中地下水的措施；2稳定地层、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；23隧道衬砌的防水堵漏技术；4配合施工的监测技术；5气压施工中的劳动防护措施；6开挖土方的运输及处理方法等。盾构法是一种安全而有效的施工法，但不是万能施工法。为此有必要充分掌握盾构施工法的特点。1.21.2 盾构法的主要优点和存在的不足盾构法的主要优点和存在的不足1.2.11.2.1 盾构法的主要优点盾构法的主要优点1除竖井施工外，施工作业均在地下进行，噪音、振动引起的公害小，既不影响地面交通，又可减少

10、对附近居民的噪音和振动影响。2盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也较少，劳动强度低，生产效率高。3土方量外运较少。4穿越河道时不影响航运。5施工不受风雨等气候条件影响。6隧道的施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建造覆土较深的隧道。在土质差水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较好的技术经济优越性。7当隧道穿过河底或其他建筑物时，不影响施工。8 只要设法使盾构的开挖面稳定，则隧道越深、地基越差、土中影响施工的埋设物等越多，与明挖法相比，经济上、施工、进度上越有利。1.2.21.2.2 盾构法存在的不足盾构法存在的不足1当隧道曲线半径过小时，施工较为困难。2在陆地

11、建造隧道时，如隧道覆土太浅，开挖面稳定甚为困难，甚至不能施工，而在水下时，如覆土太浅则盾构法施工不够安全，要确保一定厚度的覆土。3竖井中长期有噪声和振动，要有解决的措施。4盾构施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层时，对劳动保护要求较高，施工条件差。5盾构法隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止，特别在饱和含水松软的土层中，要采取严密的技术措施才能把沉陷限制在很小的限度内，目前还不能完全防止以盾构正上方为中心土层的地表沉降。6在饱和含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水性的技术要求较高。7用气压施工时，在周围有发生缺氧和枯井的危险，必须采取相应的办法。31.31.3 盾构的分

12、类及适用条件盾构的分类及适用条件盾构的的形式可以从各个方面进行分类。按手工和机械划分为：手掘式，半机械式，机械式三大类。以工作面挡土方式划分：敞开式，密闭式。以气压和泥水加压方式划分：气压式，泥水加压式，土压平衡式，加水式，高浓度泥水加压式，加泥式。1手掘式盾构。手掘式盾构是盾构的基本形式，世界上仍有工程采用手掘式盾构，如图 1-2 所示。按不同的地质条件，开挖面可全部敞开人工开挖；也可用全部或部分的正面支撑，根据开挖面土体自立性适当分层开挖，随挖土随支撑。开挖士方量为全部隧道排土量。这种盾构便于观察地层和清除障碍，易于纠偏，简易价廉，但劳动强度大，效率低，如遇正面坍方，易危及人身及工程安全。

13、在含水地层中需辅以降水、气压或土壤加固。 这种盾构由上而下进行开挖，开挖时按顺序调换正面支撑千斤顶，开挖出来的土从下半部用皮带运输机装入出土车，采用这种盾构的基本条件是：开挖面至少要在挖掘阶段无坍塌现象，因为挖掘地层时盾构前方是敞开的。 手掘式盾构的适用地层：手掘式盾构有各种各样的开挖面支撑方法，从砂性土到粘性土地层均能适用，因此较适应于复杂的地层，迄今为止施工实例也最多，该形式的盾构在开挖面出现障碍物时，由于正面是敞开的，所以也较易排除。由于这种盾构造价低廉，发生故障也少，因此是最为经济的盾构。在开挖面自立性差的地层中施工时，它可与气压、降水、化学注浆等稳定地层的辅助施工法同时使用。图图 1

14、-21-2 手掘式盾构手掘式盾构2挤压式盾构。当敞开式盾构在地质条件很差的粉砂土质地层、粘土层中施工时，4土就会从开挖面流入盾构、引起开挖面坍塌，因而不能继续开挖，这时应在盾构的前面设置胸板来密闭前方，同时在脚板上开出土用的小孔，这种形式的盾构就叫挤压式盾构(见图 1-3)。盾构在挤压推进时，土体就会从出土孔如同膏状物从管口挤出那样，挤入盾构。根据推进速度来确定开口率。当开口率过大时，出土量增加，会引起周围地层的沉降；反之，就会增大盾构的切入阻力，使地面隆起。采用挤压盾构时，对一定的地质条件设置一定的开口率、控制出土量是非常重要的。挤压盾构是将手掘式盾构胸板封闭，以挡住正面土体。这种盾构分为全

15、挤压式或局部挤压式两种，它适用于软弱粘性土层。盾构全挤压向前推进时，封闭全部胸板，不需出土，但要引起相当大的地表变形。当采用局部挤压式盾构，要部分打开胸板，将需要排出的土体从开口处挤入盾构内，然后装车外运，这种盾构施工，地表变形也较大。挤压式盾构适用地层:挤压式盾构的适用范围取决于地层的物理力学性能。它是按含砂率内聚力、液性指数内聚力的关系来确定其适用范围。根据施工经验，内聚力即使超出该范围，在含砂率小的地层中也可能适用。根据迄今为止的施工经验，当土体含砂率在 20%以下、液性指数在 60%以上、内聚力在 0.5kg/cm2以下时，盾构的开口率一般为 20.8%，在极软弱的地层中，开口率也有小

16、到的 0.3%。在挤压式盾构的施工区间内如遇有为了建筑物或地层加固而进行过化学注浆的地基时，将会影响挤压盾构的推进，因此应预先考虑到把盾构胸板做成可拆卸的形式。图图 1-31-3 挤压盾构挤压盾构 3网格式盾构，在上海软土层中常常被采用。它具有的特点是，进土量接近或等于全部隧道其出土量，且往往带有局部挤压性质，盾构正面装钢板网格，在推进中可以切土，而在停止推进时可起稳定开挖面的作用。切入的土体可用转盘、皮带运输机、矿车或水力机械运出，如图 1-4 所示。这种盾构法如在土质较适当的地层中精心施工，地表沉降可控制到中等或较小的程度。在含水地层中施工，需要辅以疏干地层的措施。5图图 1-4 网格式盾

17、构网格式盾构1盾构千斤顶（推进盾构用） ；2开挖面支撑千斤顶；3举重臂（拼装装配式钢筋混凝土衬砌用） ；4堆土平台（盾构下部土块由转盘提升后落入堆土平台） ；5刮板运输机，土块由堆土平台进入后输出；6装配式钢筋混凝土衬砌；7盾构钢壳；8开挖面钢网格；9转盘；10装土车。4半机械式盾构。半机械式盾构是如图 1-5 所示。半机械式盾构是介于手掘式和机械式盾构之间的一种形式，它更接近于手掘式盾构。它是在敞开式盾构的基础上安装机械挖土和出土装置，以代替人工劳动，因而具有省力而高效等特点。 机械挖土装置前后、左右、上下均能活动。它有铲斗式、切削头式和两者兼有等三种形式。它的顶部与手掘式盾构相同，装有活动

18、前檐、正面支撑千斤顶等。 盾构的机械装备有如下形式： 盾构工作面下半部分装有铲斗、切割头等。 盾构工作面上半部分装有铲斗、下半部分装有切割头。 盾构中心装有切割头。 盾构中心装有铲斗。 形式：盾构工作面上半部装有正面支撑千斤顶和作业平台，上半部工作面由人工挖掘，挖掘的土、砂落到下半部分，下半部分由铲斗和装载机进行挖掘和出土。 形式：盾构的上半部工作面由铲斗或者装载机挖掘，下半部工作面由切割头或铲斗进行挖掘和出土。 形式：由切割头进行挖掘和出土。 形式：由铲斗式挖掘机进行挖掘和出土。 半机械盾构的适用地层：半机械式盾构比手掘式盾构更适用于良好地层。形式 适用于开挖面需作支撑的地层，形式适用于能自

19、立的地层。形式大多适用于亚粘土与砂砾的夹层。形式大多适用于固结粘上层、硬质砂土层。形式大多适用于粘土和砂砾6混合层。图图 1-5 半机械式盾构半机械式盾构5开胸机械切削盾构。当地层能够自立，或采用辅助措施后能够自立时，在盾构的切口部分，安装与盾构直径相适应的大刀盘，以进行全断面开胸机械切削开挖，如图 1-6所示。机械式盾构是一种采用紧贴着开挖面的旋转刀盘进行全断面开挖的盾构。它具有可连续不断地挖掘土层的功能。能一边出土、一边推进，连续不断地进行作业。 机械式盾构的切削机构采用最多的是大刀盘形式，它有单轴式、双重转动式、多轴式数种，其中单轴式使用得最为广泛。多根辐条状槽口的切削头绕中心轴转动，由

20、刀头切削下来的土从槽口进入设在外圈的转盘中，再由转盘提升到漏土斗中，然后由传送带把土送入出土车。 机械式盾构的优点除了能改善作业环境、省力外，还能显著提高推进速度，缩短工期。问题是盾构的造价高，为了提高工作效率而带来的后续设备多，基地面积大等。因此若隧道长度短时，就不够经济。与手掘式盾构相比，在曲率半径小的情况下施工以及盾构纠偏都比较困难。 机械式盾构适用地层：机械式盾构可在极易坍塌的地层中施工，因为盾构的大刀盘本身就有防止开挖面坍塌的作用。但是，在粘性土地层中施工时，切削下来的土易粘附在转盘内，压密后会造成出土困难。因此机械式盾构大多适用于地质变化少的砂性土地层。7图图 1-6 开胸式机械切

21、削式盾构开胸式机械切削式盾构7 局部气压盾构。在机械盾构的支承环前边装上隔板，使切口与此隔板之间形成一个密封舱。在密封舱内充满压缩空气，达到稳定开挖面土体的作用。这样隧道施工人员就不处在气压内工作。在适当地质条件下，对比全气压盾构，无疑有较大优越性。但这种盾构在密封舱、盾尾及管片接缝处易产生漏气问题，如图 1-7 所示。图图 1-7 局部气压式盾构局部气压式盾构7泥水加压式盾构。泥水加压式盾构是在盾构正面与支承环前面装置隔板的密封舱中，注入适当压力的泥浆来支撑开挖面，并以安装在正面的大刀盘切削土体，进土与泥水混合后，用排泥泵及管道输送至地面处理（见图 1-8）8图图 1-81-8 泥水加压式盾

22、构泥水加压式盾构(a)德国式德国式 (b)日本式日本式 具体地讲，泥水加压盾构就是在机械式盾构大刀盘的后方设置一道隔板，隔板与大刀盘之间作为泥水室，在开挖面和泥水室中充满加压的泥水，通过加压作用和压力保持机构，保证开挖面土体的稳定。盾构推进时开挖下来的土就进入泥水室。由搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用流体输送法送出地面，把送出的泥水进行水土分离，然后再把分离后的泥水送入泥水室，不断地循环泥水加压盾构在其内部不能直接观察到开挖面，因此要求盾构从推进、排泥到泥水处理全部按系统化作业。通过泥水压力、泥水流量、泥水浓度等的测定，算出开挖土量，全部作业过程均由中央控制台综合管理。泥水加压盾构是利用

23、了泥水的特性对开挖面起稳定作用的，泥水同时具有下列三个作用。（1）泥水的压力和开挖面水土压力的平衡。（2）泥水作用到地层上后，形成一层不透水的泥膜，使泥水产生有效的压力。（3）加压泥水可渗透到地层的某一区域，使得该区域内的开挖面稳定。 就泥水的特性而言，浓度和密度越高，开挖面的稳定性越好，而浓度和密度越低泥水输送时效率越高，因此考虑了以上条件，目前被广泛作为泥水管理标准的数值如下： （1）容重：1.051.25（g/cm3）粘土、膨润土等。 （2）粘度：2040（s） ，漏斗粘度 500/500ml。 （3）脱水量：Q200ml， （APL 过滤试验 3kgcm2,30min） 。 泥水加压盾

24、构有日本体系及德国体系，如图 8 所示。两者区别是：德国式的密封舱中设置了起缓冲作用的气压舱，以便于人工控制正面泥浆压力，构造较简单；而日本式密封舱中全是泥水，要有一套自动控制泥水平衡的装置。一般地说，泥水盾构对地层扰动最小，地面沉降也最小，但费用最高。 泥水盾构适用地层：泥水加压盾构最初是在冲积粘土和洪积砂土交错出现的特殊地层中使用，由于泥水对开挖面的作用明显，因此软弱的淤泥质土层、松动的砂土层、砂砾层、卵石砂砾层、砂砾和坚硬土的互层等均运用。泥水加压盾构对地层的适用范围之9广。但是在松动的卵石层和坚硬土层中采用泥水加压盾构施工，会产生逸水现象，因此在泥水中应加入一些胶合剂来堵塞漏缝。在非常

25、松散的卵石层中开挖时，也有可能失败。还有在坚硬的土层中开挖时，不仅土的微粒会使泥水质量降低，而且粘土还常会粘附在刀盘和槽口上，给开挖带来困难，因此应该予以注意。 泥水加压盾构的适用性： （1）细粒土（粒径 0.074mm 以下）含有率在粒径累积曲线的 10%以上。 （2）砾石（粒径 2mm 以上）含有率在粒径加积曲线的 60%以上。 （3）自然含水量 18%以上。 （4）无 20030Omm 的粗砾石。（5）渗透系数 K s 属中长杆；s 属短粗杆。L：杆件长度；i：截面惯性半径，i=0.461=L/i =0.7 8.7/0.461=13.21s=61.4（长度系数 取 0.7）所以，此 50

26、0 钢管支撑属短粗杆，杆件稳定性满足要求。5）反力架底座型钢焊缝强度验算取角焊缝的有效高度8mm，焊缝长度1m 时，其抗剪力为=160N /m2=1280kN。而实际图中反力架底座的钢板长度为1.2m，500 钢管斜剖面长度为3.2m。因此焊接500 钢管四边焊缝长度为3.2m 其最大可受力4096kN。600 钢管与预埋钢板焊接点最大水平推力为 2527kN，安全系数达到4096kN/2527kN=1.62。所以后靠底座支撑满底座最大受力为 2527kN 足要求。由以上分析可知，本盾构机反力架结构设计满足使用要求，盾构机反力架结构的设计具有一定的实用性，对今后同类地铁盾构的施工具有较大的指导

27、作用。5.2.35.2.3 始发基座安装与受力验算始发基座安装与受力验算1、始发基座安装盾构机组装前，依据隧道设计轴线与洞口定出盾构出洞姿态的空间位置，然后反推出始发基座的空间位置。始发基座的安装注意始发、到达段所处的线路平、纵面条件。由于始发基座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，所以在盾构始发前，必须对始发基座两侧与盾构井预埋件及钢支撑进行连接固定，加固的方式见图 5-4 盾构始发基座加固示意图。考虑到盾构机可能叩头的影响，始发基座的安装高程可根据端头地质情况进行适当抬高1020mm。盾构始发基座具有足够的刚度和强度，导轨必须顺直。 32图图 5-45-4 盾构始发基

28、座加固示意图盾构始发基座加固示意图2、负环管片安装负环管片包括负环钢管片和负环砼管片。负环钢管片为 350mm 厚，内径为 5640mm，外径为 6340mm 的钢制圆环，负环钢管片起到连接负环砼管片和反力架的作用。在拼装第一环负环管片时，在盾尾管片拼装区 180范围内用木条填垫盾尾内侧与管片间的间隙，见图 5-5 负环管片定位示意图。图图 5-55-5 负环管片定位示意图负环管片定位示意图在盾构机内拼装好整环后利用盾构机推进千斤顶将管片缓慢推出盾尾，此时利用门吊将拼装好的整环钢管片吊至盾尾，并将钢管片同推出盾尾的负环管片用螺栓连接。为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，在始发基座导轨上点焊圆钢

29、，以填充始发支座轨道与管片外侧的空隙，使圆钢将负环管片托起。第二环负环以后管片将按照正常的安装方式进行安装。随着负环管片的拼装负环钢管片将靠在反力架上，负环钢管片同反力架采用焊接的形式连接牢固。随着负环的进一步拼装，盾构机快速地通过洞门进行始发掘进施工。始发基座、导轨和管片安装后的示意图见图 5-6。负环管片管片定位垫块盾尾壳体33图图 5-65-6 始发基座、导轨和管片安装后示意图始发基座、导轨和管片安装后示意图3、始发基座的安装要点1）始发基座为整体式，自重 12T，由于吊装距离较远，达到 11 米，为安全起见，采用 80T 吊车吊入井内。2）保证基座的加工尺寸精度，特别是轨面与地面的高度

30、和轨面之间的距离。保证精度为5mm，两条轨道之间的平行度精度为3mm。3）前期预埋钢板标高调整精度为5mm。4）基座安装轴线精度水平偏差：5mm，高度偏差：0mm-10mm。5）基座固定焊接必须采用自然冷却，严禁用水冷却。4、始发基座受力验算本工程所用盾构机主体总重约为286T，根据各个部位的重量，将盾构机分为三段，第一段为刀盘和前盾，第二段为中盾和螺旋机，第三段为尾盾和拼装机。各段在基座上接触面的长度和重量分别为：第一段：Lh3.4m，Gn1420kN；第二段：Lm2.2m，Gm1020kN；第三段：Le3.5mm，Ge420kN简图 5-7 如下：图图 5-75-7 始发架受力简图始发架受

31、力简图Ph=1420/3.4=417.6 kN/m Ph cos30=361.6 kN/mPm=1020/2.2=463.6 kN/m Pm cos30=401.5 kN/mPe=420/3.5=120 kN/m Pe cos30=103.9 kN/m34基座简化为多跨等跨连续梁按照配对最不利的情况考虑，受力图简化如5-8。q=401.5 kN/m图图 5-85-8 始发架受力简化图始发架受力简化图最大弯矩：MBmax=1/8ql2=45.3kNm最大剪力：QBmax=0.625ql=238.4kN最大支反力：Fmax=2QBmax=476.8kN横梁采用20mm厚钢板组合，简化为H型钢计算，

32、承受剪应力和拉压应力，钢轨焊接在横梁上，如下图所示5-9拉弯Wx=1704cm3 截面S=158cm2腰厚: d=2cm=205MPa =120Mpa 剪应力：1=Q/S=238.4/158=1.5kN/cm2=15MPa拉压应力：=MBmax/Wx=45300/1704=26.6MPa所以：横梁的抗弯和抗剪强度满足要求 腹板的抗压校核 图图 5-95-9 H H 型钢受力简图型钢受力简图2 =F/S 腰=476.8/（2x29）=8.22kN/cm2=82.2MPa 所以：腹板的抗压强度满足要求 支撑梁（底梁）的强度校核3 支撑架选用 300 H 型钢 截面面积：S=120.4cm2 抗弯模

33、量：W=451cm3基座底部工字钢梁的最大拉应力： =F/S=238.4/120.4=19.8MPA 最大压应力35 =F/S=476.8/120.4=39.6MPa95%，即固结收缩率5%。（4）浆液稠度：8 12cm。7.4.47.4.4 浆液配合比浆液配合比为保证浆液质量，施工中应根据始发时地层的实际情况选择浆液配合比，特别是和易性适宜的浆液，达到易于压送、不离析、不沉淀、不堵管。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。根据经验，本标段工程同步注浆采用单液水泥砂浆填充管片外环形间隙，初步拟采用如表 1 所示的浆液配比（根据始发时的实际地质情况进行调整） 。表表

34、 7-17-1 同步注浆材料配合比同步注浆材料配合比掺和料外加剂材料种类水泥砂子水粉煤灰膨润土膨胀剂每 m3 用量(kg)158739485342500同步注浆浆液凝固时间为 6-10h。7.57.5 同步注浆主要技术参数的确定同步注浆主要技术参数的确定597.5.17.5.1 注浆量的计算注浆量的计算 背后衬砌注浆量 Q，通常可按下式估算：Q=V 式中，V理论空隙量，注入率。 人天区间采用的加泥式土压平衡盾构机刀盘直径 6.28m，而预制钢筋混凝土管片外径为 6.0m，则理论上每掘进一环，盾构掘削土体形成的空间与管片外壁之间的空隙的理论体积为：V=（6.282-62）1.2/4=3.24m3

35、。注入率 的主要影响因素包括注入压力决定的压密系数 1、土质系数2、施工损耗系数 3 和超挖系数 4。 则 =1+2+3+4 +1每环实际注浆量可根据地层和施工损耗等情况选取相应的注入率。 7.5.27.5.2 注浆压力的确定注浆压力的确定 注浆压力是指注入孔附近的压力，而不是泵的喷射压力。注浆压力应综合覆盖土的厚度、地下水的压力及管片的强度进行设定。但应注意以下问题：（1）不大于盾尾密封压力的警戒值（2）不大于管片能承受的最大压力（3）根据管片脱出盾尾后位移情况进行及时调整（4）根据地表建筑物沉降情况进行及时调整7.5.37.5.3 注浆量和注浆压力的控制注浆量和注浆压力的控制 背后注浆的注

36、入量受浆液向土体中的渗透、泄露损失（浆液流到注入区域之外） 、小曲率半径施工、超挖、背后注浆所用浆液的种类等多种因素的影响。虽然这些因素的影响程度目前尚在探索，但控制注入量多少的基本原则是不变的，即要保证有足够的浆液能很好的填充管片与地层之间的空隙。 一般每环浆液注入量为 67m3，施工中如果发现注入量持续增多时，必须检查超挖、漏失等因素。而注入量低于预定注入量时，可以考虑是注入浆液的配比、注入时期、盾构推进速度过快或出现故障所致，必须认真检查采取相应的措施，一般可采取加大注浆压力或在盾构掘进后进行二次注浆。 注入压力要考虑不同地层的多种情况，注入压力一般是 24Bar，由于考虑在砂质或砂卵石

37、地层中浆液的扩散，所以注入压力要比在其它地层中的注入压力小一些。 在背后注浆施工中，为控制注浆效果和质量，应对注入压力和注入量这两个参数进60行严格控制，我们采取的是以设定注入压力为主，兼顾注入量的方法。 7.67.6 注浆质量控制注浆质量控制 7.6.17.6.1 浆液搅拌浆液搅拌 制浆时的注意事项： 1）对于制浆材料要把好质量关，选用供货质量稳定的供货商。拌制浆液时，不能使用固结成块的黄泥粉和膨润土，砂料应是粒径 24mm 的细砂，含泥量不能超过标准，不得混有杂物和大粒径石子； 2）浆液搅拌要充分，拌和要连续，不能间断； 3）定期检查计量系统，保证按配比生产浆液；4）根据拌制的第一罐浆液的

38、性能指标，合理调整各骨料和水的加量，保证浆液的性能最终满足要求； 5）按规定对设备进行日常维护保养，使设备经常处于良好的工作状态。冬季施工，要对浆液搅拌站的关键部位做好保温工作。 6）缩短供货周期，尽量缩短原料在施工现场的存放时间，减少材料的板结现象。如用含水量较大的细砂，应相应地调节水的加量。 7.6.27.6.2 浆液运输及注入浆液运输及注入 浆液运输及注入过程中的注意事项 1）若浆液运输距离较长，直接泵送至盾构机浆液罐内容易发生堵管现象，应采用浆液罐车运输，缩短泵送距离，减少堵管现象的发生； 2）在浆液站向罐车内泵送浆液的过程中，应保证罐车在连续搅拌，防止浆液离析；浆液运送到后配台车后，

39、应及时泵入到储浆罐中，由储浆罐继续进行搅拌； 3）罐车泵送完浆液后，及时进行清洗； 4）检查从注入孔到泵的输浆管接头的好坏； 5）注意观察注入压力、注入量； 6）定期清理注浆管及注浆孔。 7.77.7 同步注浆质量保证措施同步注浆质量保证措施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 PQt 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。613）成立专业注浆作业组，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

40、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和注浆材料供应，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）环形间隙充填不够、结构与地层变形不能得到有效控制、变形危及地面建筑物安全或存在地下水渗漏区段，必要时通过吊装孔对管片背后进行补充注浆，以增加注浆层的密实性并提高防水效果。7）根据经验值推断，盾构单线推进对地表影响主区域为轴线两侧 7m 范围内, 约为洞径的 2.2 倍；整个影响区域为轴线两侧 20m 内，大约为洞径的 6.2 倍。因此应对上述轴线两侧范围加强监控。62第八章第八

41、章 开仓换刀开仓换刀8.18.1 开仓位置选择开仓位置选择南昌地铁 1 号线长蛟区间下行线开仓位置选取在 182 环至 188 环（里程XK4247.425XK4240.575）的位置，采用加固后气压开仓的方式进行。加固采用三轴搅拌桩进行加固且加固范围为 10.45m6.85m（见下图） ，刀盘切口停机选在里程XK4+242.575，850600 三轴搅拌桩桩底均控制在入岩 1m，地面标高为+19.52m，桩底底标高为-1.0m；水泥搅拌桩桩顶标高控制在+6.5m，加固桩长 7.5m。图图 8-18-1 下行线开仓位置及加固平面示意图下行线开仓位置及加固平面示意图南昌地铁 1 号线长蛟区间上行

42、线盾构机停机位置切口里程 SK4+201.92（切口里程对应环号 220）中心埋深 20.1m，处 29下坡，主要处于圆砾、强风化、中风化泥质粉砂岩土层中，圆砾层厚 1.5m，强风化泥质粉砂岩厚度 0.3m，中风化泥质粉砂岩厚度 4.2m，距离预定开仓换刀位置（切口里程 SK4+198，对应环号 223）只有 3.92m，预定开仓位置的地层与目前停机位置所处地层基本相同。盾构机开仓位置前方 225 环处有一凤凰花园西区 J-02#为 11 层砼住宅楼，地基加固为夯63扩灌注桩，桩径 0.5m，桩长约 13.85m，桩底标高 3.4m。隧道轴线竖向曲线为 29坡度。图图 8-28-2 上行线开仓

43、位置及加固平面示意图上行线开仓位置及加固平面示意图8.28.2 地面加固施工措施地面加固施工措施8.2.18.2.1 下行线开仓地面加固施工措施下行线开仓地面加固施工措施（1）施工工艺加固采用 850600 的三轴搅拌桩，水泥采用 42.5 级普通硅酸盐水泥，水泥掺量不小于 20%。加固后土体应具有良好的均匀性、自立性、止水性，无侧限抗压强度qu0.8MPa，垂直度偏差不大于 1/250。施工流程见图 8-3。测量放线钻机就位预搅下沉浆液配制下一循环清洗输浆管、桩机移位调平第二次提升、喷浆、搅拌重复下沉第一次提升、喷浆、搅拌64图图 8-38-3 三轴搅拌桩施工工艺流程三轴搅拌桩施工工艺流程（

44、2）施工方法 障碍物清理因该工法要求连续施工，故在施工前应对加固区域地下障碍物及管线进行清理或移位，以保证施工顺利进行。 测量放线 施工前，现场技术人员按施工图纸及现场实际情况放样，并做好明确标志。 开沟槽 在三轴搅拌桩施工过程中会涌出大量的置换土，为了保证桩机的安全移位和施工现场的整洁，需要使用挖机在搅拌桩桩位上预先开挖沟槽。 根据放样出的水泥土搅拌桩围护中心线，用 0.4m3 小挖掘机沿围护中心线平行方向开掘工作沟槽，根据本工程搅拌桩直径，取槽宽约 1.0m，深度约 0.61.0m。 场地遇有地下障碍物时，利用镐头机将地下障碍物破除干净，如破除后产生过大的空洞，则需回填压实，重新开挖沟槽。

45、 开挖沟槽余土应及时处理，以保证工法正常施工，并达到文明施工工地要求。 孔位放样 由现场技术员根据设计图纸和测量控制点放出桩位，桩位平面偏差不大于 2cm。本工程使用的三轴搅拌机桩径 850mm，轴心距为 600mm，桩搭接 250mm。三轴搅拌桩采用套打一孔工艺，因此桩心距为 1200mm。 桩机就位与垂直度校正 用卷扬机和人力移动搅拌桩机到达作业位置，并调整桩架垂直度达到 0.5%以 上。在桩机上焊接一半径为 5cm 的铁圈，10m 高处悬挂一铅锤，利用经纬仪校直钻杆垂直度，使铅锤正好通过铁圈中心。每次施工前必须适当调节钻杆，使铅锤位于铁圈内，即把钻杆垂直度误差控制在 0.5%内。 桩机移

46、位由当班机长统一指挥，移动前必须仔细观察现场情况，移位要作到平稳、安全。桩机定位后，由当班机长负责对桩机桩位进行复核，偏差不得大于 20mm。 为便于成桩深度的控制，施工前应在钻杆上做好标记，控制搅拌桩桩长不得小于设计桩长，当桩长变化时擦去旧标记，做好新标记。 水泥浆液拌制 施工前应搭建好拌浆施工平台，平台附近搭建水泥库，对全体工人做好详细的施工技术交底工作，水泥采用 P42.5 级普通硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比严格控制在651.51.7，具体根据可现场实际情况调整，水泥总体掺量为 20%（重量） 。 喷浆、搅拌成桩 启动电动机，根据土质情况按计算速率，放松卷扬机使搅拌头自上而下切土拌和下沉

47、，直到 钻头下沉钻进至桩底标高。按照搅拌桩施工工艺要求，钻杆在下沉和提升时均需注入水泥浆液，每次下降时喷浆 60，提升时喷浆 40。钻机钻进和提升速度宜 控制在 0.61m/min，按照技术交底要求均匀、连续注入拌制好的水泥浆液，钻杆提升完毕时，设计水泥浆液全部注完。（3）三轴搅拌技术保证措施 确保定位轴线质量；a.严格按照图纸及现场实际端头井位置定出搅拌桩起始点及轴线位置；b.搅拌桩起始点及轴线位置经甲方及监理验收合格后，方可进行搅拌桩施工；确保桩位质量桩位移机前要量好 60cm 间距尺寸并做好标记，移位时在内外边线间移动，就位前对桩间距进行复核，以确保桩间搭接长度符合设计要求。 确保桩顶，

48、桩底标高施工时应不断测量施工场地及机架标高，并及时修正相应桩深和其它标高控制位置，如周围存在建筑物时，也可以将桩底和其他位置控制标高标志在建筑物上。 保证桩体垂直度在铺设道轨枕木处要垫平整实，使道轨枕木在同一水平线上，在开孔前用水平尺对机架进行校对以确保桩体垂直度（不得超过 1.0%h）达到设计要求。 保证加固体强度的均匀性a.压浆阶段杜绝断浆和输浆管堵塞现象；b.控制喷浆量和搅拌钻进及提升速度（钻进速度控制在 1m/min 左右、喷浆提升速度控制在 0.61m/min 左右） ，气压控制在 0.61Mpa,压浆压力控制在 3.54.5Mpa；c.机下沉至停浆面下 0.5m,待恢复供浆后再喷浆

49、提升，以保证加固范围内每以深度均得到充分搅拌；d.临桩间隔搭接时间不得超过 24 小时；e.第一次喷浆与每次喷浆的水泥掺入量同；f.水泥采用普硅 P42.5 水泥，均必须有出厂质保书，并经检验合格后方可使用；g.水泥浆液严格按设计水灰比进行配料；水泥浆液搅拌好后，进入储浆筒前，用筛网清除水泥中的结块和杂物；只能在压浆前进入储浆筒中，保证水泥浆不发生离析；66h.水泥浆配制时，严格进行计量。8.2.28.2.2 上行线开仓地面加固施工措施上行线开仓地面加固施工措施根据地质勘查报告的情况，经过补充勘察资料显示,全风化泥质粉砂岩顶标高1.700m，中风化泥质粉砂岩的标高为 0.600m,加固区域地面

50、标高为 19.5m,隧道顶面标高为 2.063m。加固深度为隧道顶面以上 3m,及入岩深度 1m，深度为 6.5m，加固范围为410m。加固工艺为，加固体四周采用“硫酸+水玻璃”组合的化学浆液，加固体中间采用压密注浆，浆液采用双液浆。（1）施工工艺1）注浆的工艺流程为：钻孔搅拌浆液边注浆边拔注浆管封孔；2）根据注浆参数严格控制浆液质量，在底部注浆时，适当提高注浆压力，当底部注浆达到要求后，开始逐步提升注浆管，控制注浆管提升速度，保持注浆压力在0.81.0Mpa 之间；3）压浆采取跳孔进行，先外围后内侧；先进行化学注浆止水，再进行内部双液注浆；4）注浆完后，拔出注浆管，用清水进行冲洗注浆管，保证

51、管路畅通；5） 、注浆充填率应根据加固土要求达到无侧限抗压强度 qu0.8MPa、加固深度、注浆流量、土体的孔隙率和渗透系数等因素确定。根据现场试验确定；6）化学注浆时，配置稀硫酸时，稀释采用水中加浓硫酸。并现场加强危险化学品的安全管理，制定浓硫酸的安全操作规程和管理制度。（2）施工机具注浆设备主要是 AB150 型压浆泵 3 套，其选用原则是：能满足灌浆压力的要求，一般为灌浆实际压力的 1.21.5 倍；应能满足岩土吸浆量的要求；压力稳定，能保证安全可靠地运转；机身轻便，结构简单，易于组装、拆卸、搬运。注浆泵压力选用在1.5Mpa。双液注浆选用双液注浆泵。配套机具有搅拌机、注浆管、阀门、压力

52、表等，此外还有钻孔机等机具设备。（3）材料要求和配比1）化学注浆采取硫酸和水玻璃的混合液，主要达到止水的效果。硫酸采用 98%的浓硫酸；水采用自来水；水玻璃采用模数 2.43.0，浓度以3045Be。67浆液配比为硫酸加水稀释，以 1:0.15 质量比配置稀硫酸；水和水玻璃以 1：1 质量比配置水玻璃溶液。稀硫酸和水玻璃溶液以 1:1 配置进行注浆。注浆压力控制在 0.3 MPa 左右。注浆量每根桩注浆量控制在 35t 左右。2）双液注浆采用水泥水玻璃进行注浆以达到土体加固的效果。水泥采用 P.O42.5 普通硅酸盐水泥；水采用自来水；水玻璃采用模数 2.43.0，波美度 3045Be。浆液配

53、比为水泥浆水灰比为 1.0，水泥浆与水玻璃溶液以 1:1 的体积比进行配置；注浆终压设计值根据地面隆起情况取 0.20.5MPa，注浆时要严格控制注浆压力，防止地面隆起破坏地表结构。根据现场实际情况，可适当调整注浆压力。注浆终压控制在0.81.0Mpa；注浆速率为 710L/min，实际注浆过程中根据进浆量变化及压力的变化可适当调浓或调稀一级，以确保施工质量。（4）注浆控制措施本次开仓加固区域距离我盾构机刀盘切口较近只有 2.3m，因此防止注浆时浆液串进刀盘前方尤为重要。1）开始注浆施工前，盾构机刀盘前通过泡沫系统注入膨润土溶液，使其土仓压力控制在 2.0bar 以上；注浆施工过程中，如发现土

54、仓压力增大，及时采取保压，向前方注入膨润土溶液；2）注浆施工时，严控按配合比施工，同时加强注浆压力观察，控制好注浆压力。8.38.3 带压开仓施工流程带压开仓施工流程8.3.18.3.1 压力设定压力设定本次开仓换刀地层为透水性地层，可采用水土分算带压换刀气压可按下式计算：稳定掌子面的气压设定值为：axhePkM下限侧水水（，）式中 -土仓气压设定值（kPa） ；P下限-安全系数，一般 K1；k-空仓底部水压（刀盘中心位置） ；h水水-空仓底部土层侧压力；e侧68根据施工现场降水井水位观测地下水位基本在 14.30m 左右，开仓换刀位置砂层底标高为 1.700m，隧道中心标高为-0.9m。根据

55、计算空仓底部水压在 1.23bar。在保证安全前提下，气压值越小越好。从以往施工经验来看，由于开挖面地层脱水和较小的刀盘开口率，加之土层加固使其前方土体自稳性提高，侧土压力可以不考虑，当然由于气压是均一的，在气压止水的同时也挡土，这也提高了开挖面土体这部分的安全性；此外由于膨润土浆液的泥塞作用。为保证进仓作业人员的人身安全，空气压力设定在 1.5bar。8.48.4 作业前的准备工作作业前的准备工作8.4.18.4.1 人员的安排人员的安排表表 8-18-1 开仓换刀人员表开仓换刀人员表序号项目人数备注1项目经理1整体工作协调和下达命令2项目副经理1工作联系与协调3班组长2熟悉进仓施工流程4土

56、木工程师2地质评估，安全监督5机电工程师2设备故障排除6刀具工程师1技术指导，刀具评估7专职安全员2施工过程安全监督8协助人员6照明接人9机械维修工6风、水接入和保障10刀具检查处理人员6熟练带压换刀操作8.5.28.5.2 工期安排工期安排表表 8-28-2 开仓换刀工期安排表开仓换刀工期安排表序号内容期限日期备注1注浆加固10天4月23日至5月2日2盾构掘进3天5月3日至5月5日3开仓准备2天5月6日至5月7日4刀盘清理换刀14天5月8日至5月21日5恢复掘进1天5月22日工期30天8.5.38.5.3 机电系统准备机电系统准备（1）准备好开仓作业所需的工具及材料，如防爆灯、套筒扳手、应急

57、药箱等；69（2）空压机的检查：对空压机进行全方位的检查与维护，包括滤芯的更换、油位的检查、电气和机械系统的运行测试等。另外为了防止断电，必须另备柴油发电机和3台空压机来保证压气作业的正常运转；（3）人闸的检查：检查人闸里的灯具、紧急电话、压力表、气动阀、密封门等装置是否正常运转；另外，通过盾体腔壁的备用孔连接一条气管出来，装上压力表用以测定土仓内压力；（4）利用盾构机自带的油脂加注系统往螺旋机安全门注入盾尾密封油脂，保证气体不会从螺旋机处泄漏；（5）检查保压系统通往土仓及人闸的管路是否堵塞，压力调节阀及电气系统能否正常工作；另外，由压力传感器来控制节流阀本身具有一定的滞后性和不稳定性，需要从

58、台车上的储气罐里直接引一条气管通往土仓，以保证气体的正常供应。8.4.48.4.4 土工系统的准备土工系统的准备（1）在刀盘的上覆地层范围内进行深孔注浆加固，防止气体从土体上逸出，也起到地层加固作用；同时检查周围是否有下水管道之类的漏气边界并进行有效封堵；（2）到达开仓位置后从盾构中盾每一个注浆孔注入聚氨酯，聚氨酯注入完毕后，在距离盾尾第 5 环到第 7 环进行系统双液浆；所有注浆孔必须全部开孔注浆，确保壁后填充充实；（3）通过盾体上部的注浆孔向内注入盾尾密封油脂，加强盾体处的气密性，同时也隔断了盾体内外的气体逸出通道；（4）通过膨润土浆液稠度试验确定膨润土浆液的配比。带压换刀对膨润土稠度的要

59、求是 120s 左右，通过膨润土稠度仪进行测试。在确定膨润土浆液的配比后根据盾构机推进情况，在盾构推进换刀位置 24 小时之前拌制膨润土。（5）开仓换气：开仓前，利用空压机从泡沫系统的管路向刀盘前面吹入压缩空气，土仓内原有的保压系统管路作为排气通道，排风道盾构机后配套尾部，形成循环，置换土仓内的气体；开仓后，土仓内的空气循环主要是通过空压机向仓内输入压缩空气，并将土仓内原有气体排出，形成循环，保证土仓内的空气质量。洞内通风主要利用洞外的压入式通风机供风，形成循环，洞内和舱内通风时需进行气体检测，保证作业人员的安全。8.5.58.5.5 盾构到达预定换刀位置盾构到达预定换刀位置盾构机到达预定换刀位置后，盾构停止掘进，但是继续转动刀盘和注入膨润土泥浆。持续以上操作 5min 后停止转动刀盘。随后向土仓内加压，进行气压和土压置换。加压过70程采用分阶段排土、分阶段加压的方式进行，出土量按照所换刀具位置确定。施工时，边