西安地铁右线盾构施工m技术总结

右线盾构施工100m技术总结西安地铁XX标段是我公司第一个盾构施工标段，本标段分三个盾构区间，及xx西站~xx原站区间、xx原站~xx站区间、xx站~北大街区间，总区间长度单线为3000m。我部盾构施工由xx西站始发，盾构施工中相关施工步骤及技术参数总结如下：盾构施工准备盾构施工底板的布置底板的布置主要是电瓶车、后配套台车的轨道铺设工作。我部计划单洞两列电瓶车，这样就涉及到道岔的设置及轨枕的铺设工作。道岔设计时主要考虑了出土口的位置及出土口的尺寸。xx西站出土口的尺寸为长7.5m，宽5m，出土口的宽度限定了两列电瓶车轨道之间的距离，同时限定了道岔的角度（注：电瓶车轨距为900mm，宽度为1.5m）。我部两列电瓶车的轨枕、轨道采用一次性铺设完毕，这样减少了后期铺轨的重复工作。除进行轨道的铺设之外，底板的布置还包括水管路的布置等。盾构预埋件的安装2.1洞门防水装置的安装xx西站~xx原站盾构施工进出洞门防水装置设计均为密封折板形式，该形式由里向外分别为：环板A+帘布橡胶板+环板B+密封钢压板。其中环板A是由我部制作，车站承包商负责定位安装。从右线盾构始发过程来看，环板A的安装存在以下问题：1）环板A的中心标高较设计标高偏低。由于盾构始发是作抬头始发状，一般机头要较设计抬高2~3cm，因此相对钢环来说，盾构机太高的更高，可能会出现在始发掘进中盾构机上面的盾尾壳卡在钢环外的情况。解决方法分析：1.洞门钢环内径要适当放大，同时需考虑车站承包商施作的预留洞门直径，以免对于此类防水装置会出现连接螺栓穿不上的情况。2）在始发之前对洞门进行复核，如出现钢环较设计偏低的情况，则在盾构机头抬头始发时要考虑钢环的偏低量，选择合适的盾构机头中心标高，这种情况可能会出现始发后盾构机中心较设计标高偏低，一般盾构机掘进中抬头是比较困难的，尤其在刚始发，千斤顶推力不宜太大的情况下。3）在车站承包商预埋洞门钢环时，最好将钢环中心标高较设计抬高2~3cm。注：钢环内径为6500mm，盾构机盾尾壳处直径为6380mm，考虑密封压板的厚度20mm，橡胶帘布板的厚度20mm，理论上盾尾壳到刚环内径的距离为20mm。2.2托架、反力架固定预埋钢板对于托架固定预埋钢板，需要注意的主要问题就是在车站承包商预埋时，预埋件顶标高要较设计偏低点，这样有利于托架的安装定位。对于反力架固定预埋钢板，需要注意的就是预埋钢板的锚固筋要焊接牢固。托架及反力架的安装托架安装时需要注意的问题有：1)托架加工完毕后，一定要在地面上做试拼装工作，若存在问题及时解决；2）在试拼装过程中，由技术人员对托架进行尺寸核实，确定加工误差，为托架的测量定位提供数据；3）在吊装托架下井之前，首先将固定托架的预埋钢板凿出来，同时要将钢板之间高出钢板标高的混凝土凿除。4）对预埋钢板进行标高测量，与设计标高对比，结合盾构机的中心标高，托架的高度，分析是否合适，确认标高合理之后，才可将托架吊装下井，这样可以避免托架被抬高的情况出现，导致无法调整托架的标高。5）反力架在定位后要进行加固，加固时要按照设计验算的材料进行加固，支腿要与预埋铁板焊接牢固，最好采用二氧化碳保护焊焊接。盾构始发的测量定位工作盾构始发的测量定位主要包括：洞门的复核、托架的定位、反力架的定位、洞门处防扎头小托架的定位、盾构机始发姿态测量工作。现分别将工作中的问题总结如下：洞门的复核工作：洞门的复核工作包括钢环内径底的标高测量、钢环纵轴线与设计轴线的偏移量测量、钢环纵横向直径的测量。设计要求竣工洞口环板中心不得偏离隧道理论中心超过10mm。托架的定位：托架的定位包括托架轴线的定位、托架标高（轨顶标高）的定位、托架距离洞门口的距离定位。托架定位要依据盾构机仰头情况、洞门复核的结果、托架的加工误差、托架固定预埋钢板的高程来确定。反力架的定位：反力架的定位包括反力架的轴线定位（纵横向轴线）、发力架钢环的标高测量、反力架垂直度的测量定位。反力架定位要依据托架定位的情况、反力架的加工误差、反力架固定预埋钢板的高程来确定。洞门处防扎头小托架的定位我部采用43轨为材料加工制作了小托架，小托架主要作用是当盾构机推进至洞门处时，盾构机的中心前移，前盾体下部没有支撑力，防止盾构机扎头而设置。小托架设计与安装时主要存在一下问题：⑴小托架设计时，一定要在小托架导轨迎刀盘方向设计有倒角，这样可避免小托架标高高出刀盘后，刀盘将小托架顶翻等情况；⑵考虑到密封压板的工作状态，即密封压板折入洞内40cm。因此，小托架放置时要离开洞门向大里程放置40cm。⑶小托架导轨标高略高于相应刀盘处的标高，这样才能起到防扎头的作用；⑷小托架一定要与洞门底固定牢固；⑸在盾构机推进之前在小托架导轨上涂抹润滑油脂，这样可减小前盾体与导轨的摩擦力。5）盾构机始发姿态测量：盾构机始发姿态测量主要是为盾构机导向系统（NO1、NO2、NO3号棱镜与盾构机的相对位置）、盾构机操作系统提供始发状态的数据（盾构机倾斜仪的调整、侧滚的调整）。测量的项目包括盾尾的标高（盾构机中心标高）、铰接处的标高（盾构机中心标高），根据这两项及盾尾到铰接的距离即可推算出盾构机始发状态的坡度，调整盾构机倾斜仪。盾构机盾尾平面坐标，铰接处平面坐标，根据前四项即可推算出刀盘中心的三维坐标，反映出刀盘、铰接、盾尾三点与设计线路的偏差。三、洞门凿除洞门的破除工作主要针对直径为800mm的围护桩结构，并且考虑到盾构机刀盘的外径Φ＝6270mm，和盾构始发洞门止水装置的尺寸需求，洞门破除的外径为Φ＝6620mm。施工步骤如下：①施工前准确测量定位隧道洞门中心线，然后对围护桩进行放样开凿。②在洞门砼凿除前先对洞门前方地层进行超前探测，探明围护结构间及前方地质，地层加固情况良好时，可对洞门进行凿除。③搭设脚手架，采用人工手持风镐进行洞口钢筋混凝土凿除。凿除时，按自下而上，从左至右的顺序分层施工。为确保凿除作业安全进行，出现意外情况以便及时封堵，先凿除洞圈内约2/3厚一层的钢筋混凝土，洞门周边预留100mm的范围用人工修凿，以保证凿洞的质量。在凿除混凝土的同时一并将露出的桩身钢筋用氧炔焊切断，破除混凝土厚度为530mm左右。④在盾构机组装完成，始发掘进之前，在刀盘与端头墙间搭设脚手架，采用人工手持风镐逐步凿除剩余约1/3的钢筋混凝土。在盾构机始发之前重新对洞门进行复检工作，洞内的钢筋头等杂物要检出，防止出土时钢筋头等硬性杂物将螺旋机卡死。四、盾构机始发掘进盾构机的始发掘进分为：盾构机在托架上的掘进、盾构过加固区的掘进两部分分析。盾构在托架上的掘进盾构掘进前的准备工作盾构在托架上始发掘进前，要进行的一步工作就是盾尾刷盾尾油脂的填塞工作。盾尾刷油脂的填塞饱满与否，很大程度决定了盾构机将来是否漏浆。因此，在盾尾油脂的填塞过程中，要严格控制质量。一般填塞饱满需要4桶油脂。在拼装第一环负环管片之前，要进行盾尾龙骨架的焊接。在龙骨架焊接之前还要进行盾尾与反力架钢环之间高差的测量工作，从而确定龙骨架的高度，以确保负环管片横向螺栓与反力架钢环螺孔相对应。但同时也要注意到盾尾间隙的控制，下部龙骨架焊接太高，可能就会使盾尾上部没有间隙，因此要兼顾分析。盾构机在托架上的掘进龙骨架焊接好之后，要进行的工作就是负环第一环的拼装工作。负环第一环拼装好之后，千斤顶将第一环负环推至与反力架钢环靠紧，在这个过程中需要注意的几点是：1、推进过程中千斤顶要尽量同步，推力尽量相同；2、推进至距钢环20cm左右时，可以试穿一下螺栓，确认管片横向螺栓与反力架钢环螺孔是否相对应，如果有偏差，即可在这时将钢环螺孔氧割；3、负环管片一旦与反力架钢环靠紧，马上将横向螺栓穿上、紧固，同时在托架轨道与管片间打入木楔。负环第一环管片的固定牢固与否对接下来顺利拼装管片及盾尾间隙的调整起到很重要的作用。在接下来的负环管片拼装过程中，始终要做到螺栓紧固，木楔打设牢固。盾构机在托架上掘进时，不要进行盾构机的强制纠偏工作。总推力控制在3000KN~4000KN即可，左右同步千斤顶分区推力设为30%左右，上部同步千斤顶分区推力设为30%，下部同步千斤顶分区推力设为50%左右。2、盾构机过加固区盾构机在过加固区时，需要注意的是超挖刀要开启，防止盾构机外壳被加固土体挤压，出现掘进速度小、推力大、刀盘扭矩小、刀盘转速高的现象。盾构机在加固区掘进时可以根据地质情况不建立土压掘进。五、盾构施工正线掘进1、管片的选型在盾构施工掘进过程中，根据盾尾间隙，千斤顶的行程合理进行管片的选型，各类型管片在不同点位的楔形量如下表：左转弯环楔形量计算表（mm）点位右楔形量上楔形量下楔形量左楔形量137.0713.1324.870.93230.173.6334.377.83319.000.0038.0019.00919.0038.000.0019.001030.1734.373.637.831137.0724.8713.130.93右转弯环楔形量计算表（mm）点位右楔形量上楔形量下楔形量左楔形量10.9324.8713.1337.0727.8334.373.6330.17319.0038.000.0019.00919.000.0038.0019.00107.833.6334.3730.17110.9313.1324.8737.07通缝拼装点位点位123910111通缝通缝通缝2通缝通缝通缝3通缝通缝通缝9通缝通缝通缝10通缝通缝通缝11通缝通缝通缝管片的选型主要是考虑盾尾间隙及千斤顶的行程，主导思想是：盾构机跟设计线路走，管片跟盾构机走。管片的拼装在管片拼装过程中，技术人员要根据盾尾间隙合理进行管片的选型工作，要尽量做到拼装时技术人员旁站，管片拼装手要根据盾尾间隙情况认真进行拼装，将管片错台减小至最佳状态，尽量保证管片拼装完后错台不大于5mm（规范要求）。在管片拼装穿插纵横向螺栓时，需注意将遇水膨胀密封垫上好。纵横向螺栓型号不同，要分辨之后再合理使用。在管片拼装完毕，下一环推进之前要将螺栓进行一次紧固，在下一环推进过程当中，要将前一环甚至前几环管片螺栓进行二次复紧，且在复紧过程中扳手要加设加力杆件。3、盾尾间隙的控制分析盾尾间隙的均匀与否直接决定了管片拼装质量，盾尾间隙不均匀就会造成管片的错台。盾尾间隙的控制主要是通过管片的选型来达到，辅以盾构机的纠偏过程来调整。在管片拼装完毕后一定要保证螺栓的紧固质量，确保管片不下沉，洞尾间隙好调整。拖出盾尾后的管片下沉分析在左右线施工中，一段时期内出现管片拖出盾尾后下沉的情况，分析原因主要是：1）同步注浆不饱满；2）管片螺栓紧固不到位。6、曲线上的纠偏工作左右线在缓和曲线上始发，始发时沿缓和曲线的内割线始发，理论上当盾构机完全钻入洞内时，机头中心正好在设计线路上。之后随着掘进开始盾构机的逐渐纠偏工作。在不使用铰接的情况下，抬头纠偏时将盾构机上部分区同步千斤顶的推力设为10%左右，下部分区同步千斤顶的推力设为90%左右，同时配合超挖刀的使用（上部区域超挖），抬头纠偏比较明显。左右纠偏时，一侧分区同步千斤顶的推力设为10%，另一侧分区同步千斤顶的推力设为90%左右，同样配合超挖刀的使用。在右线100m试验段施工中，存在盾构机向右上方纠偏的情况，因此可将左下方的推力设为90%左右，右上方的推力设为10%左右，配合超挖刀的使用。同时，推进速度要控制在2cm/min左右，这样纠偏的效果比较明显。以上分区千斤顶的推力配比只适用与盾构总推力相对较小的情况，如果管片反作用力较大，盾构机总推力较大的情况下，要实现盾构机的纠偏工作相比较是容易的，因此四个分区推力的配比也不必相差太大，造成纠偏过急的现象，一般相差20%~40%即可。六、盾构施工地质情况的分析xx西站~xx原站盾构施工隧道主要穿越3-1-2新黄土ⅱ与3-2古土壤ⅱ。盾构隧道上层为3-1-2新黄土ⅱ，下层为3-2古土壤ⅱ。3-1-2新黄土ⅱ、3-2古土壤ⅱ的工程地质与水文地质条件评价如下：3-1-2新黄土ⅱ：褐黄色。土质均匀，针状孔隙发育，含少量氧化铁、钙质条纹及零星蜗牛壳碎片。可塑，局部软塑。3-2古土壤ⅱ：棕黄~棕红。土质较均匀，具块状，含多量氧化铁及钙质条纹，底部钙质局部富集。可塑，属中等压缩性土。3-1-2新黄土ⅱ、3-2古土壤ⅱ部分物理力学参数建议值表如下：名称含水量%重度KN/m3孔隙比e快剪kpa饱和快剪kpaa三轴压缩kpaa承载力kpa土石可挖性分级级新黄土24.216.90.958301630140Ⅱ古土壤22.317.80.826282035160Ⅱ因此随着掘进过程中古土壤的厚度增加，切削土体的力增大，刀盘扭矩增大。七、盾构施工掘进参数的选择盾构施工掘进参数主要包括：掘进速度、土仓压力、总推力、刀盘扭矩、刀盘转速、注浆压力、注浆量、螺旋机转速、螺旋机扭矩、螺旋机开门度、超挖刀设置、铰接千斤顶设置。掘进速度：在盾构掘进过程中，推进的速度是可以微调的，推进速度的大小一般情况决定了盾构机总推力的大小。由于盾构机在始发阶段主要是靠反力架提供反推力推进，因此前期盾构机的总推力控制在8000KN以下，掘进速度为4~6cm/min。在同等总推力的条件下，土仓压力的大小、地质情况的不同也会导致掘进速度的变化。土仓压力：右线盾构机穿越地质为上部新黄土，下部古土壤，隧道埋深为9m左右，地下水位较深，计算得出的土压力为0.2Mpa，在实际施工过程中，根据地面沉降监测的数据分析，土仓压力一般控制在0.1～0.15Mpa左右即可。在掘进过程中可以适当将土仓压力控制的稍低一些，一般在0.05左右。对于左线盾构掘进中，由于右上方有自来水及煤气管道，因此将掘进及停机状态下的土压设置在0.12Mpa左右，不低于0.05Mpa。总推力就左右线来看，在盾构机始发时总推力控制在3000~4000KN及可贯入土体进行掘进。在之后的施工中，总推力一般控制在8000KN以下，确保反力架的安全。4）刀盘转速、刀盘扭矩刀盘的转速是可微调的，地质情况的不同，土仓注入泡沫或水的量均会影响刀盘扭矩。在右线100m试验段施工中，刀盘转速一般控制在0.6~0.9rpm之间，扭矩一般为40%~90%之间（刀盘最大切削力矩为6176KN.M）5)注浆压力、注浆量理论计算每环可注浆3.7~4.0m3，注浆压力控制在0.2Mpa。实际施工过程中注浆压力控制在0.1Mpa时，可注浆2~4m3，同时通过地面沉降监测数据分析，地面沉降速率较小。6）螺旋机转速、螺旋机扭矩、螺旋机开