管廊支线盾构培训材料

1、管廊支线盾构培训材料管廊支线盾构培训材料中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越第一章 First Chapter盾构机的简介中铁二局工程有限公司中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司1.1 盾构机的起源 1806年，法国工程师麦克布鲁内尔发现船的木板中，有一种蛀虫（船蛆）钻出孔道，船蛆是一种蛤，头部有外壳，在钻穿木板时，分泌出液体涂在孔壁上形成坚韧的保护壳，用以抵抗木板潮湿后的膨胀，以防被压扁。在蛀虫钻孔的启示下，布鲁内尔发现了盾构掘进隧道的道理，并在英国注册了专利。 1825年布鲁内尔开始在伦敦泰晤士河下修建高6.8m，宽11.4m的矩形盾构隧道，历时18

2、年，到1843年布鲁内尔完成了全长370m的隧道，隧道经历了5次特大涌水牺牲了6人。（有兴趣可关注盾构的起源相关视频）中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司1.2 盾构的主要分类 迄今为止，盾构主要分为四代盾构机：第一代是手掘式盾构机、第二代是半机械式盾构机、第三代是闭胸式盾构机、第四代大断面、高智能化、断面多样化盾构机。根据工作原理分为土压平衡式盾构、泥水平衡式盾构和复合式盾构，我们项目部目前所用的是土压平衡式盾构，今天重点讲述土压平衡式盾构。 1974年在日本东京使用了第一台土压平衡式盾构，外径为3.72m。土压平衡式盾构机的工作原理是盾构掘进时，其前端刀盘旋转

3、掘削土层土体，切削下来的土体进入土舱。当土体充满土舱时，其被动土压及掘削面实现平衡，即保持舱内的压力及掌子面的土的压力和掌子面上的水的压力保持平衡，通过刀盘不断的切削掌子面的土体，慢慢向前掘进。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司1.3 盾构机的主要构造组成 盾构机从前至后依次由刀盘、切口环（前盾）、支撑环（中盾）、盾尾。盾尾后是连接桥，连接桥及1#台车相连，1#台车后依次为2#台车、3#台车、4#台车、5#台车。目前本项目支1#井所采用的中交天和6250土压平衡盾构机,配置第6#台车，可延长台车内距离，加装土箱。增加一次性出土量。中铁二局股份有限公司城通公司勇于

4、跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司1.3.1 刀盘 刀盘包括焊接结构件和刀架。刀盘表面焊接有耐磨层，圆周区域有耐磨格栅构成的镶边。通过旋转，挖出的渣土被运到刀盘的8个开口。刀盘的后部开口向内倾斜，这样的结构使渣土易于流动而容易流向螺旋输送机。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司1.3.2 前盾 前盾又称切口环，它里面装有支撑主驱动和螺旋输送机的钢结构。螺旋输送机从底部斜向连接着皮带机。前盾前沿呈锲形，以防止渣土粘结和回流。 压力隔板将前盾的开挖舱和主舱分离开来。隔板上面的门可以让人进入开挖舱进行保养和检查工作。此外，隔板有几个开口，可以控制渣土改良的程度和以及作为

5、修理时输电线的接线盒接头。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司1.3.3 中盾 中盾又称支撑环，前盾和中盾是用螺栓上紧并焊接在一起的。在中盾内布置了推进缸支座和管片安装机架。管片安装机支架通过相应的法兰面和管片安装机梁连接起来。推进缸和连接盾尾的铰接油缸布置在中盾。为稳定岩石和用掘进设备进行试掘进，在中盾的盾壳上焊接了带球阀的超前钻机孔。中盾和盾尾之间使用的是预紧密封。如果密封出现问题，虽然有脂润滑，水还是能够进入盾壳；那么铰接密封有一个可膨胀的应急气囊密封临时保护，防止水的进入。气囊最大膨胀压力为10bar。注意：如用气囊应急密封时，则不允许掘进。中铁二局股份有

6、限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司1.3.4 盾尾 盾尾通过14个铰接油缸和中盾相连。在盾尾的保护下用管片拼装机安装管片；而在盾尾尾部和已装好的管片之间用盾尾刷密封。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越第二章 Third Chapter盾构施工工艺中铁二局工程有限公司中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越1、建造盾构工作井、建造盾构工作井 2、盾构掘进机安装就位、盾构掘进机安装就位3、出洞口土体加固、出洞口土体加固4、初推段掘进施工、初推段掘进施工5、掘进机设备转换、掘进机设备转换6、盾构连续掘进施工、盾构连续掘进施工 7、接收井洞口土体加固、接收井洞口土体

7、加固8、盾构进入接收井，并、盾构进入接收井，并运出地面运出地面 二、盾构施工工艺中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司2.1 盾构始发准备始发井：满足盾构掘进机安装和出洞施工的要求接收工作井:盾构隧道掘进完成后进入接收井,满足盾构拆卸或转场吊装移位的工作空间要求。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司2.1 盾构始发准备 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（端头井结构尺寸和洞门中心已复核且符合设计要求）； 盾构推进、始发到达施工方案已通过专家评审，评审意见

8、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； 要求的各项端头措施（端头加固、降水、冷冻等）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到达要求； 始发接收托架架已经设计验算，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；中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司2.2 盾构试掘进 区间隧道采用土压平衡盾构掘

9、进，土压平衡是利用盾构机切削的泥土充满密封仓并保持适当的土压力来平衡开挖面的土体，从而达到对盾构机前方开挖面进行支护的目的。因此，盾构推进过程中，要根据不同地质、覆土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果及时调整设定土仓压力，推进速度要保持相对平稳，控制好每次的纠偏量，减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好的条件。同步注浆量要根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整，将施工轴线及设计轴线的偏差及地层变形控制在允许的范围内。根据施工要求，始发口100m范围作为试掘进段，此段施工要对推进参数认真控制，将推进的各项技术参数（如推力、推进速度、出土量、正面土压力等）和地面沉降结合起来进行收集、统计、

10、分析，掌握适应地层的盾构合理的推进参数，以科学地指导后续施工。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司2.2 盾构试掘进盾构试参数控制：（1）掘进土压的控制：掘进时，如给定掘进速度，土压通常靠改变螺旋输送机的速度来控制。螺旋输送机的速度快，渣土排出的就快，土压就相应地降低。渣土排出的慢，土压就相应地上升。一般来说，通过改变掘进速度也可以控制土压。减慢掘进速度，土压就降低；加快掘进速度，土压就增加。（2）出碴量的控制每环理论出碴量（实方）为： dL=3.141.5=46.44方/环。虚方约为实方的1.5的膨胀系数，约70方/环。（3）推进速度盾构始发在试验段推进速度在正

11、常情况下应为20-40mm/min，并根据地面测量数据及时调整盾构正面中心土压力。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司2.2 盾构试掘进（4）盾构推进中的碴土改良理论上碴土在土压平衡工况模式下支撑介质碴土应具有以下特征：a、良好的流塑状态；b、良好的粘软稠度；c、低的内摩擦力；d、低的透水性。 但一般地层岩土不会自然具有这些特征，从而使刀盘摩擦增大，工作负荷增加。同时，密封仓内碴土流塑状态差时，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。当碴土透水性强时，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

12、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、土仓及螺旋输送机内注入泡沫添加剂对碴土进行改良。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司2.3 盾构正式掘进（1）盾构正式掘进中加强施工监测，随时调整掘进参数，不断完善施工工艺，控制地表最大变形量在-30+10mm范围内。（2）掘进推进过程中应严格控制盾构方向，确保隧道实际中线及设计偏差在上、下、左、右均小于50mm。同时应勤纠偏，坡度和方向不能突变，隧道轴向和折角变化不能大于0.4%。在缓和曲线、圆曲线段应根据里程控制掘进方向和偏转角度。（3）盾构推进速度正常控制在24cm/min范围，穿过建筑物或

13、及地下构筑物很近时推进速度应适当减缓，以防推进造成周围土体较大的扰动。（4）推进出土量控制每环出土量在98100%间，同时考虑泡沫及水的改良，每环出土70m3左右。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司2.3 盾构正式掘进（5）上述各项工作，必须逐项、逐环、逐日作好施工记录。具体要求如下：隧道掘进环号掘进速度盾构土仓压力刀盘转速、油压、螺旋机转速盾构推力、千斤顶行程盾构内壁及管片外侧环形空隙（左上、右上、左下、右下四处）同步注浆注浆压力、数量、稠度注浆材料配比注浆试块强度（每日取样试验）实际注浆量和理论注浆量的百分比中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁

14、二局工程有限公司2.3 盾构正式掘进测量盾构倾斜度盾构旋转角度隧道椭圆度推进总距离隧道每环衬砌环轴心（X、Y、Z）及设计轴心的偏差隧道渗漏水统计展示图及渗漏水量施工中应及时将上述记录提交给监理工程师。 盾构导向系统 盾构掘进参数中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越第三章 Third Chapter管片拼装中铁二局工程有限公司中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司 管片拼装中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司 管片拼装中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司 管片拼装管片拼装分为通缝拼装和错缝拼装（1）

15、通缝拼装前后环纵缝对齐的一种拼法，其特点（右图） 1）整条隧道整体性差因各环之间仅有纵向螺栓连接圆环，管片间无牵连。 2）圆环变形大，由于纵向螺栓孔径间隙产生管片位置的变动，使圆环变形量大。 3）环面平整度差。由于环缝压密量不一而引起，并使误差累计 4）由于环面累计误差存在造成环向螺栓难穿。 5）圆环二块管片结缝质量差，易产生喇叭口。、转角、内弧面不平及管片相对旋转等。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司 管片拼装（2）错缝拼装前后环纵缝错开的一种拼法， 有1/2 或 1/3管片弧长的二种，其特点：（右图） 1）整条隧道整体性强，纵向变形少； 2）由于每块管片受到

16、其前环、后环及本环六块管片的限制，所以圆环变形小； 3) 圆环质量好同样对拼装的质量要求也很高，不然将影响下环管片拼装精度； 、内弧面不平及管片相对旋转等。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司 管片拼装盾构施工的区间隧道，管片衬砌是隧道防水的重要环节。管片拼装的质量直接影响到隧道寿命及永久防水能力，因此严格控制管片安装质量至关重要。1）管片质量要求管片表面不得出现裂缝、破损、掉角等现象，根据技术规范要求：序号项目允许偏差(mm) 1拼装成环后水平直径及垂直直径允许偏差（浆液凝固后） 102第一片管片定位量允许偏差 33相邻管片（环及环、块及块）间的“踏步” 44相

17、邻管片肋面允许不平整度 55环缝张开 2 6纵缝张开 2 中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司 管片拼装2）管片的运输、堆放管片由运送车辆从管片生产工厂运至施工场地，在施工场地安装弹性密封条、传力衬垫等，然后根据管片运输指令经工地门吊垂直运送到编组列车上，再经电瓶车运至隧道内工作面进行拼装。在这个过程中的各工序应注意以下问题：制定专门的管片运输作业指导书，在管片水平或垂直运输过程中，所有运输过程中应特别注意对管片的保护，避免造成损坏；管片的存放物场地必须平整，并用枕木或其它材料铺设成管片堆放垫墩；管片的堆放层数不可超过三块，以免造成管片压坏，堆放时块及块之间应以方

18、木支垫；在管片经门吊进行垂直时必须采用合格的吊装带，确保施工的安全；管片的供应顺序、型号等必须根据施工需要按工程师下达的管片运送指令进行，避免因管片运送错误导致工序时间的耽误。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司 管片拼装3）防水等材料的安装弹性密封垫、传力衬垫的安装使用必须按设计要求进行，避免错用漏用；密封垫等材料的安装要制定专门的作业指导书，并要求在施工中必须严格执行。在弹性密封垫粘贴安装前应清除管片上预留凹槽接触面的灰尘，防止安装后剥离、脱落。安装时应特别注意，弹性密封垫必须精确的粘贴在凹槽的正中位置，以保证管片拼装时弹性密封垫能以紧大接触面积。 在存放管片

19、进行密封垫粘贴的场地应配备防雨、防潮设备，避免密封垫或软木传力衬垫淋雨、受潮而损坏；在管片拼装前，若因故导致弹性密封损坏或预水膨胀条发生了预膨胀，则必须重新更换弹性密封垫；中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司 管片拼装4）纵、环向螺栓连接本标段均采用M30弯螺栓，每环纵向12根，环向10根，计22根/环。管片连接是保证管片拼装质量的重要环节，在施工过程中应加强控制，做到以下几点：为防止管片拼装时产生“踏步”，紧固螺栓前必须认真的进行对位；管片连接螺栓必须拧紧，螺栓紧固采取多次紧固的方式。管片拼装过程中安装一块初紧一块螺栓，拼装结束后应及时对环纵向螺栓进行二次紧固，

20、盾构掘进下一环时，借助推进油缸推力的作用，再一次紧固所有螺栓尤其纵向螺栓。隧道贯通后，必须对所有环纵向螺栓进行复紧；中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司 管片拼装5）环面超前量的控制定期检查管片环面超前量，当超前值过大时应用软性楔块给予纠正，保证管片整环环面及隧道轴线的垂直度。6）其他注意点为保证管片的拼装质量，应制定专门的管片拼装作业指导书，对拼装施工人员必须进行岗位培训。同时，要求在施工中还必须做到：在管片拼装之前要清除盾尾拼装部位的碴土等异物，并检查管片的型号、外观以及密封材料的粘贴情况，若型号及管片运送指令不符应立即更换，有损坏必须修复后才可拼装；拼装时应

21、避免损坏管片和密封条，若意外造成管片损伤，应更换完好的管片拼装并对受损管片进行修补，密封条受损也必须更换。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越第四章 Third Chapter同步注浆与二次注浆中铁二局工程有限公司中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司 同步注浆及二次注浆 盾构施工引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结以及地下水的渗透，是导致地表沉降的重要原因。为减少和防止地表沉降，在盾构掘进过程中，要尽快在脱出盾尾的衬砌管片背后同步注入足量的浆液材料充填盾尾环形建筑空隙。1）注浆目的管片衬砌背后注浆是盾构施工中的一项十分重要的工序

22、，其目的主要有以下三个方面：及时填充盾尾建筑空隙，支撑管片周围岩体，有效地控制地表沉降；凝结的浆液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；为管片提供早期的稳定并使管片及周围岩体一体化，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。2）注浆方式和特点本标段区间隧道穿越及施工影响范围内地层的地质主要为粉质粘土及淤泥质粘土层。地层自稳能力差，盾构掘进后受扰动的围岩不能自稳，易产生坍塌变形，从而引起地表沉降，采用同步注浆及时回填，必要时再以二次补强注浆进一步填充，确保对盾尾建筑空隙填充密实。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司 同步注浆及二次注浆 同

23、步注浆根据隧道洞身穿越地层的特点，为能尽早充填盾尾建筑空隙及时支撑管片周围岩体，防止地层产生过大变形而危及周围环境安全，采用盾构边掘进边注浆方式，通过盾构机自设的同步注浆系统及管片预留注浆孔，注浆在盾构尾建筑空隙形成的同时进行。 二次注浆同步注浆使盾尾建筑空隙得到及时填充，地层变形及地表沉降得到控制，在浆液凝固后，强度得到提高，但可能有局部不够均匀或因浆液固结收缩产生空隙，因此为提高背衬注浆层的防水性及密实度，必要时再补充以二次注浆，进一步填充空隙并形成密实的防水层，同时也达到加强隧道衬砌的目的。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司 同步注浆及二次注浆3）注浆压力

24、 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力及土压力之和，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，依据深圳地质情况，同步注浆压力一般为0.20.5Mpa，二次注浆压力为0.30.6Mpa。 4）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编、浆液渗透（及地质情况有关）及注浆材料固结收缩等因素。注浆量可用下式进行计算：Q=V 式中：Q注浆量（m3）注浆率（取1.42.0，曲线地段及粉细砂地层段取较大值，其它地段根据实

25、际情况选定）V盾尾建筑空隙（m3）V=（D-d）L/4式中：D盾构切削土体直径（即刀盘直径6.28m）d管片外径（6.0m） L管片宽度（1.5m）V=（6.282-6.02）1.54=4.051m中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司 同步注浆及二次注浆（5）注浆速度及时间根据盾构机推进速度，以每循环达到总注浆量而均匀注入，盾构机推进开始注浆开始，推进完毕注浆结束。（6）注浆顺序同步注浆通过盾尾注浆管在盾构机推进的同时压注，在每个注浆孔出口设置压力传感器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测及控制，从而实现对管片背后的对称均匀压注。为防止注浆使管片受力不均产生偏压导致管片错位造成错台及坡损，同步注浆时对称均匀的注入十分重要。补强注浆通过管片预留注浆孔注浆，应先压注可能存在较大空隙的一侧。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越第五章 Third Chapter盾构到达中铁二局工程有限公司中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越 追求卓越中铁二局工程有限公司 盾构到达1、盾构姿态的复核 当盾构施工进入盾构到达范围时，