[哈尔滨]地铁盾构施工方案与管片预制安装

1、地铁盾构施工方案与管片预制安装中国中铁一局集团有公司2013年10月20日一、工程概况 哈尔滨地铁八标盾构区间主要包括工程大学站太平桥站区间、太平桥站交通学院站区间，太平桥至出段线区间，入段线盾构区间。一、施工准备二、盾构掘进三、隧道贯通本次以哈尔滨地铁一期太交盾构区间为列进行演讲，本区间采用土压平衡型盾构机施工，盾构机为德国海瑞克“285”型号。一、施工准备1、盾构端头井加固2、搅拌站、龙门吊安装等临建施工3、测量定位4、始发托架、反力架下井安装5、盾构下井组装调试6、管片预制 1、端头井加固情况 以哈尔滨地铁八标太交盾构区间为例，太交盾构区间小里程端头井加固采用600mm厚素混凝土地下连续

2、墙+三重管高压旋喷桩+降水+水平注浆的形式，其中素混凝土地连墙共计10幅，三重管旋喷桩桩径900mm，桩间距600mm，左右线均为始发端，合计加固桩数860根；降水井共计9口。 2、搅拌站、龙门吊安装等临建施工搅拌站 3、测量定位 确定始发方式（割线始发、切线始发），本区间小曲线半径始发为割线始发；现场实际测量放样确定盾构机始发姿态；确定进出洞环位置，一般控制距主体结构内边线400mm800mm； 4、始发托架、反力架加工始发托架反力架 5.1、盾构机下井组装调式台车1台车4台车3台车2管片拼装操作台桥架中盾下井安装管片拼装操作平台及16组油缸推进系统由一个75kw发电机驱动液压泵提供动力，驱

3、动16组油缸共32个千斤顶实现盾构机现钱掘进刀盘驱动系统由三个315电机驱动液压泵为刀盘后方的8个液压马达提供动力，这8个液压马达又带动其相应的小齿轮来驱动大齿圈从而实现刀盘运转。前盾吊装下井盾尾吊装下井螺旋输送机及后配套设备连接5.2、盾构机调式1、空载调式 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拖拉小车刀盘加水系统和注

4、浆系统皮带机等。2、负载调式 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。 6、管片预制管片加工定型钢板管片钢筋定型模板预埋件及管片钢筋安装管片混凝土浇筑及成品养护二、盾构掘进1、洞门凿除2、管片选型、下井、运输组织3、负环安装4、盾构掘进 （1）盾构推进、（2）渣土外运、（3）管片拼装、（4）壁后注浆（同步注浆及二次注浆）5、隧

5、道成型 1、洞门凿除（1）降水井降至洞门底部以下1.0m（2）配备一定数量的方木、模板、型钢、网片及注浆设备一套作为应急物资。（3）盾构机调式完成并拼装至2-3环。（4）洞门凿除钱应进行水平探孔探测，观察土体的自稳性及防水性能，（5）洞门自上而下凿除，预先凿除第一层钢筋混凝土厚度约为700mm，待盾构机顶至洞口处时对其最后一层钢筋混凝土进行凿除。第一层钢筋混凝土凿除最后一层钢筋混凝土凿除应急砂袋对渗漏水处进行封堵 管片选型与盾构盾尾、盾构铰接、盾构推进千斤顶有着重要关系，特别是盾尾间隙的控制，尤为突出。 从理论上，当管片安装后，管片环外圆面与盾构盾尾内圆面，其间隙是一致的，但实际施工中，由于受

6、地层、人工操作、盾构蛇行等，造成间隙距离不一。 盾尾间隙确定：由管片宽度、隧道设计轴线、注浆工艺、盾尾油脂压注工艺确定。 2、管片选型、下井、运输组织根据线路特点提前预备3-5环管片弹性橡胶密封垫传力衬垫自粘性橡胶薄板管片背涂水泥基渗透结晶，用于弱酸性及强腐蚀性地质条件。 3、负环安装（1）洞门防水装置安装洞门防水装置安装（2）负环管片拼装 根据施工图纸联络通道的实际位置与设计要求0环管片应进入结构洞圈400mm800mm，依据盾构区间管片拼装误差总结。计算推出临时环管片拟选用8环1.2米管片，其总长度为81.2m=9.6m 。 负管片拼装技术要求 （1）：负环管片均采用闭合环拼装，不留缺口。

7、 （2）：所有负环管片均采用通缝拼装，螺栓连接应牢固。 （3）：在负环拼装和掘进过程中，应在负环管片外侧设置钢丝绳锁具，对负环进行固定，以防止变形。 （4） ：在拼装8环管片前，首先应在盾构机盾尾壳体内壁上焊接34道厚度为2530mm的铁条，以保证管片衬砌环、盾构机壳体、隧道区间中心线处于同一位置，使管片位于正确的位置上。 （5）：8环管片在拼装邻接块时，应采用钢构件将其与盾构机之间进行限位焊接，即要保证能够安全拼装，同时保证衬砌环的整体椭圆度。 管片拼装顺序 采取的拼装顺序为： XB2（底片） XB1 XB3 XL1 XL2 XF 。 （1）：管片安装必须从隧道底部开始，先安装标准块，然后依

8、次安装邻接块，最后安装封顶块。 （2）：封顶块安装时应调整好左右间隙量，调整位置后缓慢纵向顶推楔入。 （3）：管片块安装就位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力应大于稳定管片所需力，及时安装并拧紧连接螺栓，确保管片间连接牢固后，方可移开管片安装机。 （4）：在管片衬砌环脱离盾尾后，在盾构机托架轨道上设置楔形钢制垫块，使衬砌环处于正确的位置上；并对管片连接螺栓进行二次紧固。在衬砌环外部设置一道钢丝绳，将整环衬砌环固定在盾构机托架上，防止负环产生横向位移。 4、盾构掘进 （1）盾构推进 盾构推进前为减少盾构的推进阻力在盾构基座轨道面上涂抹牛油；为避免刀盘上的刀头损坏封门密封装置，在刀

9、头和密封装置上也要涂抹油脂。进行全面的施工监测准备，对隧道沿线一定范围的地表、建筑物、以及盾构将要穿越的需保护的管线布置变形监测点。 平衡压力值的设定 平衡压力的设定是土压平衡式盾构机施工的关键，维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节，这里面包含着推力、推进速度和出土量三者之间的关系，对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用，所以在盾构施工中要根据不同土质和覆土厚度、各类地面建筑物的情况，并配合监测信息的分析，及时调整平衡压力值的设定。 土仓内土压力一般通过装置在密封土仓内的土压计检测读出，通常较为合适的土压力P0范围是：（水压力+主动土压力）P0（水压力+被动土压力） P0以相

10、应的静止土压力为中心在此范围内作波动。土压力P0设定与管理方法为： 首先经过理论估算，再根据施工经验判断，确定一个较理想的P0值； 在盾构掘进施工中精心操作，认真量测，以便准确、及时的反馈信息，根据出土量与地表沉降数据对P0作相应调整； 对一定P0值进行动态管理，以适应连续推进情况。 施工中按照地质勘查资料提供的地质情况及隧道埋深情况，从理论上计算切口的平衡压力值，在100m时推进过程中逐步调整，并综合分析后以最优的平衡压力值进行施工。根据地质勘查资料提供的地质情况及隧道埋深情况理论计算切口平衡压力得到： 正面平衡压力：P= k k0h P：平衡压力（包括地下水）； ：土体的平均重度，取19k

11、N/m3； h：隧道埋深，取15m为例； k0：土的侧向静止平衡压力系数，取0.5-0.6； k：修正系数1.11.3； 代入公式得：P=0.164Mpa 盾构在掘进过程中均可参照以上方法来取得平衡压力的设定值。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不断的调整。 推进出土量的确定 根据盾构机直径计算，每环理论出土量: Q=/46.276.271.2=37m3 在施工过程中，应根据实际的地面变形值来调节出土量，以满足规范要求。盾构推进出土量控制在98%100%之间，所以每环实际出土量应控制在36.3m3 左右。 推进速度值的设定 盾构推进速度设定时必须考虑地质条件、地面建

12、筑物影响以及施工进度等因素。正常施工时可设定为5cm/min，当遇到砂性土或地面有建筑物时推进速度应减慢，可设定为12cm/min。 注浆压力与注浆量的设定 1 、注浆压力 同步注浆时要求在压入口的压力大于该点的静止水压力和土压力之和，做到尽量填补而不是劈裂。注浆压力过大，管片外的土层将会被浆液扰动而造成较大的后期地层沉降即隧道本身的沉降，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，也会使地表变形增大。参考经验，其压入口的压力一般为1.11.2倍的静止土压力， 压力控制在0.20.5MPa。 （2）、注浆量 盾构机开挖直径：6.27m；管片外径：6.0m 每推进一环的建筑空隙为

13、： V=（6.276.27-6.06.0）/41.2=3.12m3 此数为每环理论注浆量，但考虑到盾构推进过程中的纠偏、跑浆和注浆材料收缩等因素，注浆量一般为理论注浆量的130%180%左右即4.165.6 m3，并通过地面变形观测来调节。 （3）、注浆配合比 初始掘进同步注浆采用单液注浆，浆液理论配合比如下（实际施工做相应调整） 水泥：膨润土：粉煤灰：砂子：水=1:0.88:1.72:0.94:2.51 (4)、盾构推进注意事项 盾构施工引起的地面沉降和隆起均应严格控制在环境条件允许的范围内，并根据周围环境、建筑物基础和地下管线对变形的敏感度，采取稳妥可靠的措施。当盾构穿越重要建筑物、地下管

14、线、河流时，应根据实际情况确定允许沉降量，并因地制宜采取技术措施。 本区段沿线工程控制点较多，隧道平面距建、构筑物的桩基距离较近，如：穿过马家沟及其西侧的污水截流干管，且盾构均在砂性土层穿越。为将盾构施工对建筑物影响控制在最小范围之内，盾构施工时可采取如下措施： 采用加泥式土压平衡盾构，优选最佳施工参数，保证开挖面稳定，加强同步压浆与必要的补压浆措施来控制建（构）筑物沉降。 动态调整盾构施工参数，减少盾构的超挖和欠挖，以改善盾构前方土体的坍落或挤密现象，降低地基土横向变形而施加于桩基上的横向力。 加强同步注浆，减少盾尾通过后隧道外周围形成的建筑空隙，减少隧道周围土体的水平位移及因此产生的对桩基

15、的负摩阻力。 加强监测，采取相应措施，包括对建（构）筑物的变形、沉降的监测，如发生较大变形，应及时反馈设计、施工单位以调整施工参数 。 （2）渣土外运 （3）管片拼装 管片拼装是建造隧道重要工序之一，管片拼装后形成隧道，所以拼装质量好坏也就直接影响工程的质量。 、拼装工艺 (1) 隧道管片拼装按其整体组合可分为通缝拼装和错缝拼装 a、通缝拼装 各环管片的纵缝对齐的拼装，这种拼法在拼装时定位容易，纵向螺栓容易穿，拼装施工应力小，但容易产生环面不平，并有较大累计误差，而导致环向螺栓难穿，环缝压密量不够。 b、错缝拼装 错缝即前后环管片的纵缝错开拼装，一般错开1213块管片弧长，用此法建造的隧道整体

16、性较好，施工应力大易使管片产生裂缝，纵向穿螺栓困难，纵缝压密差，但环面较平整，环向螺栓比较容易穿。 (2) 针对盾构有无后退，可有先环后纵和先纵后环拼装工艺 a、先环后纵 在采用敞开式或机械切削开挖的盾构，盾构后退量较小，则可采用先环后纵的拼装工艺。即先将管片拼装成圆环，拧好所有环向螺栓，而穿进纵向螺栓后再用千斤顶整环纵向靠拢，然后拧紧纵向螺栓，完成一环的拼装工序。采用先环后纵的拼装其成环后环面平整、圆环的圆度容易控制，纵缝密实度好、但如前一环环面不平则在纵向靠拢时，对新成环所产生的施工应力大。 b、先纵后环 当采用挤压或网格盾构施工时、其盾构后退量较大，为不使盾构后退，减少对地面的变形，则可

17、用先纵后环的拼装工艺。即缩回一块管片位置的千斤顶，使管片就位，立即伸出缩回的千斤顶，这样逐块拼装最后成环的拼装方法。 此种方法拼装、其环缝压密好，纵缝压密差、圆环椭圆度较难控制，主要可防止盾构后退，但对拼装操作带来较多的重复动作，拼装也较困难。 (3) 按管片的拼装顺序可分先下后上及先上后下。 a、先下后上 用举重臂拼装的方法，从下部管片开始拼装，逐块左右交叉向上拼，这样拼装安全、工艺也简单，拼装所用设备少。 b、先上后下 小盾构施工中，可采用拱托架拼装，则要先拼上部，使管片支承于拱托架上，此方法拼装安全性差，工艺复杂、需有卷扬机等辅助设备。(4) 目前我们管片拼装的工艺可归纳为先下后上、左右

18、多叉、纵向插入、封顶成环。 、管片拼装施工中常见的通病 1、环面不平整 环面不平整是指相邻两块管片环面不平，引起原因是环面不清理不认真，有泥或杂物(包括已成环及新拼块上)，或同一方向纠偏过多造成环缝压密量不一累计而成，这在通缝拼装更为明显。 2、纵缝质量不符合要求 表示纵缝质量有前后喇叭、内外张角、内弧面平整度、两管片相对旋转及纵缝宽五项。 由于在拼装时管片位置安放不正，管片弧长上单头有杂物压于环面内，过多的单向纠偏，管片内、外翻所导致。 3、整个环面不正 这里是指整个环面与隧道轴线的垂直度，即上下超前及左右超前，环面不平整能直接影响盾构推进轴线的控制，反之为了纠盾构轴线而形成环面的不正。在施

19、工中发现有此现象，即可用楔子来纠正环面。 4、螺栓拧紧程度不好 整条隧道有成千上万块管片组合而成，而其组合靠的是纵、环向螺栓，所以螺栓拧紧的程度是隧道整体性能优劣的衡量指标。由于螺栓未拧紧管片成环后在千斤顶顶力作用易产生错位，降低了成环质量，从而影响下一环拼装。 6、管片的缺角、掉边及断裂 管片的缺角、掉边直接影响了隧道外观质量，而断裂则反映了工程质量。这是隧道施工中最应防治的。 这些均由施工不当而造成，而主要在以下三种情况较易产生。 （1）在拼装纵向靠拢，由于前一环环面不平，靠拢千斤顶选择位置不当或顶力过大。 （2）封顶块拼装是本环各块管片定位质量的综合反映，由于第一块管片落底不够，使封口尺

20、寸较小，封顶块纵向插入时就需硬顶入，这对相邻管片的拼装质量影响最大。 （3）盾构推进的纠偏、没有考虑管片圆环与盾构相对位置，而盲目纠偏使盾壳硬卡管片而造成管片碎裂。 7、圆环内、外接缝张开； 这是圆环管片拼装后的综合症，因为圆环接缝张开即前后环面直径不一，则纵缝就有喇叭、张角、缝宽不一的现象，造成圆环接缝张开其原因如下： （1）管片拼装时纵向靠拢千斤顶选用位置不对； （2）盾构与管片相对坡差过大； （3）前一环环面不正，拼装前环面清洗不清。 要解决这质量问题除拼装时要合理选用千斤顶，同时要经常测量已成隧道的环面，并按环面误差值及时做楔子，来控制已成隧道环面质量。管片拼装机由它实现管片拼装任务5

21、、隧道成型二、隧道贯通1、盾构接收拆解吊出2、贯通测量3、手孔及嵌缝施工4、洞门施工 3、手孔及嵌缝施工 （1）嵌缝施工 a.盾构进出洞及邻近联络通道20环作整环环、纵嵌嵌缝；联络通道钢管片衬砌中心环缝前后各5环作整环环、纵缝嵌缝；变形缝环除外。 b.嵌缝方式一施作于一般嵌缝范围拱顶45、整环变形缝、钢管片环与钢管片环之间整环环缝、钢管片环与混凝土管片环之间整环环缝、及钢管片上的纵缝。 c.嵌缝方式二施作于一般嵌缝范围拱底86；进出洞各20环整环环、纵缝嵌填（扣除变形缝环）；联络通道钢管片衬砌中心环缝前后各3环（已扣除钢管片环、变形缝环）整环环、纵缝嵌填。 d.若接缝间存在高差，采用嵌缝方式（

22、三）进行施工。 （2）手孔封堵施工 隧道上半环采用内部充满硫铝酸盐超早强（微膨胀）水泥的塑料保护罩套于螺栓上；隧道下半环采用内部充满硫铝酸盐超早强（微膨胀）水泥填充手孔。 （3）嵌缝防水设计要求 一般嵌缝：衬砌接缝处采用聚乙烯泡沫条外涂302界面剂，充填单组份聚氨酯密封胶，再充填氯丁胶乳水泥。 特殊嵌缝：衬砌接缝处嵌入聚乙烯泡沫（56mm），再充填高模量聚氨酯密封胶。 （4）手孔封堵防水设计要求 隧道上半环采用内部充满硫铝酸盐超早强（微膨胀）水泥的塑料保护罩套于螺栓上；隧道下半环采用内部充满硫铝酸盐超早强（微膨胀）水泥填充手孔，且施工单位可根据自身充填操时间，向厂家提出延长固结时间的硫铝酸盐超

23、早强（微膨胀）水泥品种要求。填充前应予于手孔内壁涂刷界面处理剂，拱底块的手孔不作填充处理，同时应根据实际工况（如隧道转弯处、隧道推进中高程产生偏差等情况）对拱底局部手孔封堵数量做相应调整。 （5）嵌缝施工总结 一般而言，盾构法隧道防水的原则是“以防为主、多道防线、综合治理”。其防水施工的内容主要包括：衬砌自防水、衬砌外防水涂层、衬砌接缝防水(弹性密封垫防水、嵌缝防水)、螺栓孔防水、渗漏处理(盾尾充填注浆等)。 嵌缝施工作为一道防水措施的主要作用是将接缝允许渗漏量的水引导至规定位置，也就是说它是一种泄水方法，而不是堵水方法。 盾构法隧道防水的根本在于衬砌自防水和衬砌接缝的弹性密封垫防水。若这两道

24、防水措施出现问题，比如钢筋混凝土管片抗渗能力不足、拼装时管片碎裂或是弹性密封垫放置不当(如水膨胀橡胶提前膨胀，接缝夹浆)，这时地下水就会进入隧道内部。若渗漏量较小，在嵌缝范围内的渗漏水会沿着嵌缝槽内沿流至端部排出，以保证嵌缝范围内无水渗出。若渗漏量较大超过允许值，则必须采取堵止措施。 不要以为嵌缝能堵止渗漏水，其实目前采用的嵌缝型式虽然能在潮湿基面上施工，但若嵌缝槽有冒水、滴漏现象应先堵漏止水，再行施工。根据国标地下工程防水技术规范，防水等级共分4级，而按市标盾构隧道防水技术规程只有要求达到一级防水的工程，嵌缝防水才是必选项目。因此，除重要的城市道路隧道和地铁隧道(也只是防水等级2级的工程)外，许多盾构法隧道衬砌并不嵌缝或仅在局部区段嵌缝。 4、洞门施工施工准备洞门内管片二次注浆拆除零环管片清理基面安装橡胶止水条绑扎钢筋架立钢拱架