盾构施工质量控制学习材料.ppt

1、轨道交通工程建设 盾构法施工质量控制 华铁工程咨询有限责任公司 二一五年三月,二、盾构机的结构,三、盾构施工准备,四、施工工艺及质量控制要点,五、质量通病及预防措施,一、盾构法施工概述,一 、盾构法施工概述,1.1 盾构的起源与发展,1.2 盾构及工作原理,1.3 盾构机的分类,1.4盾构法的主要优缺点,1.5 盾构法施工新技术,一 、盾构法施工概述,1.1 盾构的起源与发展,盾构的起源:1806年，马克布鲁诺尔（Marc Isambrd Brunel）在蛀虫钻孔并用分泌物涂在四周的启示下，最早提出了盾构掘进隧道的原理并注册了专利。 1825年，马克布鲁诺尔第一次在泰晤士河下用一个断面高6.8

2、米、宽11.4米的矩形盾构修建了第一条盾构法隧道。 圆形盾构的开发：1869年，英国人詹尼斯亨利格瑞海德（Janes Heary Greathead）用圆形盾构再次在泰晤士河底修建了一条外径为2.18m、长402m的隧道，并第一次采用了铸铁管片。 泥浆盾构的开发：1874年，詹尼斯亨利格瑞海德（Janes Heary Greathead）开发了液体支撑隧道工作面的盾构，通过液体流，土料以泥浆的形式排出。 压缩空气的使用：劳德考克让施（Lord Cochrane）按照1828年Callodam向Brunel提出的建议，于1830年发明了气闸，它能使人们从常压空间进入到加压的工作仓。 机械化盾构的

3、开发：第一个机械化盾构的专利是1876年英国人约翰荻克英森布伦敦（John DickinsonBrunton）和姬奥基布伦敦（George Brunton）申请的专利。,一 、盾构法施工概述,1.1 盾构的起源与发展,第一台德国盾构的开发：1896年，德国人哈姬（Haag）在柏林为第一台德国盾构申请了专利。这是一台用液体支撑隧道工作面并把开挖仓密封作为压力仓的盾构。 泥水加压盾构的开发与应用：1964年英国摩特亥(MottHay)和安德森（Anderson）及约翰巴勒特（JohnBartlett）申请了泥水加压平衡盾构的专利。1967年第一台用刀盘切削土体和水力出渣的泥水盾构在日本投入使用，这

4、台盾构由三菱公司制造，其直径为3.1m。 土压平衡盾构的开发：1963年，日本Sato Kogyo公司首先开发出土压平衡盾构。1974年第一台土压平衡盾构在日本东京使用，用于掘进长1900m的隧道，该盾构由日本IHI（石川岛播磨）公司制造，其外径为3.72m。 复合盾构的开发：1985年，Wsyss&Freytay公司和海瑞克公司申请了复合盾构的专利。 1953年，东北阜新煤矿用直径2.6m的手掘式盾构及小混凝土预制块修建疏水巷道这是我国首条用盾构法施工的隧道。 1989年，上海地铁施工采用土压平衡及泥水平衡盾构机。 1995年，广州地铁一号线施工采用土压平衡及泥水平衡盾构机。 1999年，北

5、京在亮马河污水工程首次采用现代盾构技术施工。 2001年，北京地铁五号线在雍和宫段进行盾构施工试验。,一 、盾构法施工概述,1.2 盾构及期工作原理,盾构（英文名称为“shield machine”），是一种用于软土隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一次成型的机械。 盾构是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。盾构已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。 盾构的工作原理就是一个钢结构组件沿隧道轴线边向前推进

6、边对土壤进行掘进。这个钢结构组件的壳体称“盾壳”，盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道段起着临时支护的作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。,一 、盾构法施工概述,1.2 盾构及期工作原理,一 、盾构法施工概述,1.3 盾构机的分类,（1）按断面形状分类 盾构根据其断面形状可分为：单圆盾构、复圆盾构（多圆盾构）、非圆盾构。其中复圆盾构可分为双圆盾构和三圆盾构；非圆盾构可分为椭圆形盾构、矩形盾构、马蹄形盾构、半圆形盾构。复圆盾构和非圆盾构统称为“异形盾构” （2）按支护地层的形式分类 按支护地层的形式分类，主要分为自然支护式、机械支

7、护式、压缩空气支护式、泥浆支护式、土压平衡支护式五种类型。 （3）按开挖面与作业室之间隔板的构造分类 按开挖面与作业室之间隔板的构造可分为全敞开式、部分敞开式及闭胸式三种。,一 、盾构法施工概述,国内常用的为土压式和泥水式盾构。,1.3 盾构机的分类,全敞开式盾构,一 、盾构法施工概述,1.3 盾构机的分类,一 、盾构法施工概述,1.3 盾构机的分类,敞开式盾构,初期开放型手掘式盾构,一 、盾构法施工概述,1.3 盾构机的分类,部分敞开式盾构（网格挤压式盾构）,一 、盾构法施工概述,1.3 盾构机的分类,闭胸式盾构,一 、盾构法施工概述,1.3 盾构机的分类,泥水加压平衡盾构,土压平衡盾构,复

8、合盾构（混合盾构）,15,泥浆制备与分离,废弃浆液的处理,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

9、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。,一 、盾构法施工概述,1.4盾构法的主要优缺点,盾构法的优点：,1、当隧道曲线半径过小时，施工较为困难。 2、 在陆地建造隧道时，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

10、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。,一 、盾构法施工概述,1.4盾构法的主要优缺点,盾构法的不足：,为了满足在城市繁华地区及一些特殊工程的施工，大量的盾构法施工新技术应运而生。这些新型盾构技术不仅解决了一些常规技术难以解决的施工问题，而且使得盾构技术的效率、精度和安全性都大大提高。这些新技术主要反应在以下三个方面： （1）施工断面的多元化，从常规的单园形向双圆形、三圆形、方形、矩形及复合断面发展。 （2）施工新技术，包括进出洞技术、地中对接技术、长距离施工、急曲线施工、扩径盾构施工法、球体盾构

11、施工法等。 （3）隧道衬砌新技术，包括压注混凝土衬砌、管片自动化组装、管片接头等技术。,一 、盾构法施工概述,1.5 盾构法施工新技术,双圆盾构,一 、盾构法施工概述,1.5 盾构法施工新技术,三圆盾构,一 、盾构法施工概述,1.5 盾构法施工新技术,子母式盾构,扩径盾构,一 、盾构法施工概述,1.5 盾构法施工新技术,球形盾构,一 、盾构法施工概述,1.5 盾构法施工新技术,地中直接对接盾构,矩形盾构,一 、盾构法施工概述,1.5 盾构法施工新技术,小半径曲线（急曲线）,一 、盾构法施工概述,1.5 盾构法施工新技术,二 、盾构机的结构,2.1 盾构壳体,2.2 推进系统,2.3 刀盘,2.

12、4 刀盘驱动装置,2.5 管片拼装机,2.6 螺旋输送机,2.7 盾尾密封系统,2.8 后方台车,2.9 皮带输送机机,2.10 同步注浆系统,2.11 铰接装置,二 、盾构机的结构,以土压平衡式盾构机为例，盾构机主机主要由壳体、刀盘及驱动系统、拼装机、螺旋输送机、推进系统等几大部份组成。设置盾构外壳的目的是保护掘削、排土、推进、施工衬砌等所有作业设备、装置的安全，故整个外壳用钢板制作，并用环形梁加固支承。,土压平衡盾构机主要部件构成示意图,2.1 盾构壳体 从工作面开始可分为切口环、支承环和盾尾三部分。,切口环：是盾构的前导部分，在其内部和前方可以设置各种类型的开挖和支承地层的装置 支承环：

13、是盾构的主要承载结构，沿其内周边均匀地装有推动盾构前进的千斤顶，以及开挖机械的驱动装置和排土装置 盾尾：是衬砌作业的场所，其内部设置衬砌拼装机 盾构灵敏度：L/D，越小越灵敏,二 、盾构机的结构,盾构机,盾构机,控制室,控制台,2.2 推进系统,盾构的前进和方向调整是靠千斤顶推进实现的。因此，要求盾构千斤顶有足够力可用以克服盾构推进过程中所遇到的各种阻力。决定盾构的推力主要有如下因素。 （1）盾构壳体与土之间的摩擦力； （2）工作面推进阻力； （3）推进中切口插入土中的阻力； （4）管片与盾尾摩擦阻力等。 除了考虑以上因素外，还有转向、纠偏、防偏转的稳定装置，挡板等的阻力和后车架的牵引阻力等。

14、 一般来说，把考虑以上因素的计算值再乘以安全系数2所得的数值作为盾构的推力。,二 、盾构机的结构,推进组,阀组,2.3刀盘 在盾构前端装有刀具，能旋转切削土体的钢结构组合体。,二 、盾构机的结构,土压平衡式盾构,泥水加压平衡盾构,海瑞克刀盘,刀具,先行刀,盘形滚刀,刮刀,周边刮刀,刀具,刀具,2.4 刀盘驱动装置 驱动刀盘旋转的装置。有液压驱动、变频电机驱动、定速电机驱动一种形式。该装置包括液压马达、电动机或变频电机、减速器、大小齿轮、大轴承等。 盾构或顶管大刀盘的设计扭矩(T)般按T=D3 经验公式计算，其中是扭矩系数，D是盾构的直径。,二 、盾构机的结构,2.5 管片拼装机 拼装管片的机械

15、装置。能夹持管片，作圆弧运动、径向运动和纵向运动等。,二 、盾构机的结构,拼装机盘体回转有快慢速度，采用了遥控拼装机技术，降低了设备的维修率，改善了作业人员的工作强度和安全性，提高了管片的拼装质量和工作效率。,2.5 管片拼装机,二 、盾构机的结构,2.6 螺旋输送机 输送土仓中土体的机械装置，包括螺旋部分、驱动和闸门等装置。根据螺旋的形状，可分为有轴螺旋输送机和无轴螺旋输送机 。,二 、盾构机的结构,出土,二 、盾构机的结构,2.7 盾尾密封系统 为防止衬砌环与盾构之间施工空隙涌水、漏泥而设置，由盾尾密封和油脂加注装置等组成的系统。,盾尾油脂泵,盾尾密封示意图,盾尾密封刷,二 、盾构机的结构

16、,2.8后方台车 在隧道内装载着掘进所需主要机、电、液装备并跟随在盾构后行走的台车。,二 、盾构机的结构,2.9皮带输送机机,二 、盾构机的结构,2.10同步注浆系统,盾构施工隧道时，当盾构的盾尾脱离管片衬砌后，管片背面和地层之间形成一定的建筑空隙，若不及时回填这一空隙，会造成地表沉陷，进而对邻近的建筑物等产生破坏性的影响。因此，及时填充这一空隙的注浆系统是盾构的重要组成部分。,二 、盾构机的结构,为确保隧道曲线段施工而设置。主要由铰接液压缸、密封 装置以及铰接止转装置等组成。,2.11铰接装置,二 、盾构机的结构,三、盾构施工准备,3.1技术准备,3.2 物资准备,3.3人员准备,3.4 场

17、地布置,了解工程条件 编制施工组织设计 地面建筑物与地下管线调查 风险源识别与分析，编制专项方案 编制项目进度计划 制定盾构施工过程管理与控制目标 编制盾构施工辅助工程（包括进出洞、联络通道和其它附属工程、盾构防水等）专项施工方案 建立质量保证体系与绿色、环保和文明施工体系,三、盾构施工准备,3.1技术准备,盾构机及大型运输、吊装设备 盾构施工配套垂直运输设备、水平运输设备（龙门吊、电瓶车、管片车、渣土车等） 浆液制备与泵送设备（搅拌站、浆液输送泵、浆液车） 盾构始发、过站、接收用钢结构（反力架、反力环、基座、过站小车） 盾构服务管线及运输通道（供水管、排水管、盾构机供电电缆、隧道内照明、轨道

18、、枕木、走道板、管钩等） 盾构配件及耗材（刀具、配件、盾尾密封脂、泡沫、膨润土、润滑油脂等） 现场临时用电、临时用水材料，应急发电设备。 场地内装载、搬运设备（装载机、叉车、挖掘机） 工地通用机械（空压机、电焊机、切割机等）,三、盾构施工准备,3.2 物资准备,建立组织机构 制定岗位职责 管理人员安全教育、业务培训 作业工人安全教育、业务培训 持证上岗 所有人员签订劳动合同，办理工伤等各项保险,三、盾构施工准备,3.3人员准备,三、盾构施工准备,3.4 场地布置,三、盾构施工准备,3.4 场地布置,三、盾构施工准备,3.4 场地布置,四、施工工艺及控制要点,4.1 施工工艺流程,4.2 管片加

19、工制作,4.3盾构始发、接收井端头加固,4.4 下井组装,4.5 联动调试,4.6 初始掘进,4.7 正常掘进,4.8 到达接收,4.10 解体吊装,4.9 盾构过站,4.11 盾构施工测量,四、施工工艺及控制要点,4.1 施工工艺流程,管片生产流程图,4.2 管片加工制作 工艺流程,四、施工工艺及控制要点,4.2 管片加工制作 1）钢筋加工,四、施工工艺及控制要点,4.2 管片加工制作 1）钢筋加工 钢筋骨架允许偏差,四、施工工艺及控制要点,4.2 管片加工制作 2）模具清理,混凝土管片生产采用高精度钢模具。,四、施工工艺及控制要点,4.2 管片加工制作 3）钢笼入模,四、施工工艺及控制要点

20、,4.2 管片加工制作 4）混凝土浇注,四、施工工艺及控制要点,4.2 管片加工制作 5）蒸养控制,四、施工工艺及控制要点,4.2 管片加工制作 6）管片拆模,四、施工工艺及控制要点,4.2 管片加工制作 7）成品检测,四、施工工艺及控制要点,4.2 管片加工制作 8）二次养护,9）检漏试验,四、施工工艺及控制要点,4.2 管片加工制作 8）二次养护,9）检漏试验,管片正式生产后，每生产50环抽查1块管片做检漏测试，连续三次检漏试验达到检测标准，则改为每生产100环抽查1块管片，再连续三次达到检测标准，最终检测频率为200环抽查1块管片做检漏测试。如出现一次不达标，则恢复每50环抽查1块管片的

21、最初检测频率，再按上述要求进行抽检；设计无具体要求时，按抗渗压力1.0Mp恒压2小时，渗水不超过管片厚度的1/5为合格。,四、施工工艺及控制要点,4.2 管片加工制作 10）拼装试验,四、施工工艺及控制要点,4.2 管片加工制作 11）粘贴密封条,四、施工工艺及控制要点,1）管片混凝土为C50混凝土，一般由管片厂自行搅拌，加强进场原材检验，严格控制搅拌质量、入模时间、坍落度。 2）严格控制振捣时间，避免过振和振捣不密实。 3）严格控制蒸养的时间和蒸汽温度的变化幅度，控制好脱模时间。 4）管片码放过程中，不得造成管片损伤。 5）严格按照技术规范要求，进行三环拼装试验、抗渗试验等；定期对管片模具进

22、行校验。 6）管片生产一般提前盾构掘进3个月左右开始生产，盾构掘进时达到一定的储存量。,4.2 管片加工制作 12）管片加工质量控制要点,四、施工工艺及控制要点,4.3盾构始发、接收井端头加固,在盾构始发和到达之前，一般要根据洞口地层的稳定情况评价地层，并采取有针对性的加固处理措施。加固区地层应满足强度和渗透性的要求，加固完成后要对地层进行取芯并进行强度试验。常用的加固方法有搅拌桩、旋喷桩、注浆法、SMW工法、冷冻法等。,四、施工工艺及控制要点,加固后土体,旋喷桩加固,取芯检测,吊装设备就位,组装场地的准备,始发基座安装与轨道铺设,台车吊装与管线连接,主机吊装与连接,安装反力架,主机定位与台车

23、连接,空载调试,安装负环管片,负载调试,4.4 下井组装,组装调试流程,四、施工工艺及控制要点,4.4 下井组装,1）始发基座定位、加固 依据隧道设计轴线定出盾构始发姿态的空间位置，然后反推出始发台的空间位置。由于始发台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。所以在盾构始发之前，先对始发台两侧进行加固。,四、施工工艺及控制要点,电瓶车吊装下井,台车吊装下井,4.4 下井组装,四、施工工艺及控制要点,中体吊装下井,螺旋机吊装下井,4.4 下井组装,四、施工工艺及控制要点,中、前体连接,前体吊装下井,4.4 下井组装,四、施工工艺及控制要点,刀盘吊装下井,管片拼装机吊装下井,4.

24、4 下井组装,四、施工工艺及控制要点,4.4 下井组装,四、施工工艺及控制要点,吊装作业前，吊装方案必须经专家论证批准。 盾构吊装由具有资质的专业队伍作业，每班作业前按起重作业安全操作规程进行安全技术交底，严格按有关规定执行。 根据盾构机部件重量及场地条件确定吊车的吊装能力，经过验算选择合适的吊车。 吊装作业区应做地基承载力检测，且保证作业区内地下无空洞，并铺设钢板，防止地层不均匀沉陷。 探明吊装作业区地面架空线与地下管线情况，对影响范围内的管线进行保护和监测。 盾体吊装前应对始发基座进行精确定位和固定牢固。 大件吊装时应对始发井进行严密的观测，掌握其变形与受力状态。 盾构吊装时，在大型部件上

25、加4根缆绳，严格控制被吊部件的旋转、摆动，确保准确到达指定位置。,控制要点,4.4 下井组装,四、施工工艺及控制要点,盾构机组装和连接完毕后，即可进行空载调试。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。着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。 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，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。,调试内容,控制要点,检验盾构机供电系统、液压系统、弱电控制系统、同步注浆系统、泡沫系统、管片运输拼装系统等是

26、否能够正常工作。 不仅对各个系统做单独调试，还必须做整机试运转，尤其注意刀盘能否正常转动。 联动调试必须由专业人员或在厂家指导下进行。,4.5 联动调试,四、施工工艺及控制要点,4.6 初始掘进,四、施工工艺及控制要点,整体始发,始发方式：整体始发与分体始发,分体始发,反力架定位、加固 在盾构主机与后配套连接之前，开始进行反力架的安装。由于反力架为盾构始发时提供反推力，在安装反力架时，反力架端面与始发台水平轴垂直，以便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行。安装时反力架与盾构始发井结构连接部位的间隙要垫实，以保证反力架脚板有足够的抗压强度 。,4.6 初始掘进,四、施工工艺及控制要点,始发洞门凿除 始

27、发前将车站洞门部位的端头围护桩进行凿除，凿除时围护桩内层钢筋先不割除，待盾构进洞或出洞时再迅速割除。目前个别城市在施工车站围护结构时，盾构始发范围的围护桩钢筋笼采用玻璃纤维筋，盾构始发时不必凿除围护桩，而直接由盾构切削。 根据经验，一般在盾构始发和到达前一个月左右开始洞口围护结构的破除。,始发导轨安装,在围护结构破除后，为保证盾构在始发时不致于因刀盘悬空而产生盾构“低头”现象，需要在始发洞口内安设始发导轨。,四、施工工艺及控制要点,4.6 初始掘进,洞门密封及止水装置的安装 洞口密封装置是为盾构在始发和到达时防止浆液和泥水外泄所用，常用的有压板式和折页式两种。 。,四、施工工艺及控制要点,4.

28、6 初始掘进,负环管片安装准备：一般情况下，负环管片在盾壳内的正常安装位置进行拼装。在安装负环管片之前，为保证负环管片不破坏盾尾刷，保证负环管片在拼装好以后能顺利向后推进，在盾壳内安设厚度不小于盾尾间隙的方木（或型钢），以使管片在盾壳内的位置得到保证。负环管片在盾构千斤顶作用下向后移动过程中，要注意不要使管片从盾壳内的方木（或型钢）上滑落。,负环管片拼装,始发掘进,随着负环管片和正环管片的安装，刀盘开始切削到土体，螺旋输送机开始出土，盾构开始掘进，直至初始掘进完成。,四、施工工艺及控制要点,4.6 初始掘进,1）洞口端头加固应达到设计要求。 2）洞门破除前要进行加固区域的取芯试验和洞口水平打孔

29、观察，确保洞门破除安全。洞门破除后，检查洞门内周边的钢筋等是否清除干净，以免妨碍盾构掘进时刀盘转动。 3）洞口密封装置的安装要牢固，采用压板式密封装置时，随着盾尾脱离或进入竖井，及时调整压板的位置。 4）负环管片拼装位置要准确，脱出盾尾后要及时固定。,控制要点,负环管片拼装,四、施工工艺及控制要点,4.6 初始掘进,5）盾构在空载向前推进时，主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。要在盾构向前推进的同时，检查盾构是否与始发基座、始发洞口发生干涉或是否有其它异常情况，确保盾构安全的向前推进。 6）为避免刀盘上的刀头损坏洞口密封装置,在刀头和密封装置上涂抹黄油以减少摩擦力。 7）盾尾钢

30、丝刷需安装牢固,在拼负环前人工将盾尾钢丝刷中填充满盾尾油脂。 8）盾构在未完全进入洞门前，在盾壳上焊接防扭转装置，并随盾构的推进逐次割除。 9）始发时盾构坡度可略大于设计坡度, 在穿越加固区域施工时,土压力设定值应略低于理论值,推进速度不宜过快, 施工过程中根据地层变形量等信息反馈,对土压力设定值、推进速度等施工参数进行调整。,控制要点,四、施工工艺及控制要点,4.6 初始掘进,10）盾构完全进入洞门12环后可进行初始注浆，选取注浆压力时要综合考虑地面沉降要求和洞门密封装置的承受能力。前10环注浆压力不宜过高，宜采用速凝型浆液。 11）在中心刀距离土面3040cm时，开始转动刀盘，并及时加入添

31、加剂，并注意推力、刀盘扭矩的控制。 12）盾构在初始掘进阶段须对地表变形进行监测，沿轴线方向须布设沉降点，并加设横断面监测点。 13）盾构始发阶段应注意控制盾构推进的初始推力、刀盘扭矩等参数。,四、施工工艺及控制要点,4.6 初始掘进,控制要点,渣土改良 土压管理 掘进控制 注浆管理 管片拼装 开仓作业 控制要点,四、施工工艺及控制要点,4.7 正常掘进,渣土改良是盾构顺利掘进的重要环节，常用的渣土改良材料有泡沫、膨润土、高分子材料等，施工中根据不同的地层，加入不同的渣土改良材料。,四、施工工艺及控制要点,4.7 正常掘进,渣土改良,1）土压设定与土压修正 土压力P=P0=K0cz=K0(ih

32、i)，i、hi为上覆土层的天然容重和土层厚度，K0 为侧压力系数。 在掘进施工之前，应根据沿线隧道埋深、地质和水文等参数，计算出土压设定值，列表以指导施工。盾构施工中的土压及其管理影响因素多、涉及面广、每个项目甚至不同的区段都有很大的变化，需要综合考虑方能取得一个合理的初始值，并在实施过程中逐步获得一个有效的土压值，施工中根据盾构隧道沿线的实际土质情况、隧道埋深变化、水文情况、地面建筑物和地下建筑物现状及其抗变形能力、地面动载情况、监测数据和初始掘进的具体经验，进行合理修正，维持开挖仓内的水土压力与设定土压力的吻合性，保持开挖面的稳定。 2）盾构掘进的出土管理 满足土压管理下的合理出土速度，主

33、要靠控制螺旋输送机的转速来调节，出土管理是进行土压管理的有效措施。,四、施工工艺及控制要点,4.7 正常掘进,土压管理,掘进时应控制好掘进方向，在直线掘进时避免盾构蛇行，在曲线掘进时适当设置变向提前量，尽量减小纠偏幅度。在盾构掘进中常纠偏、小角度纠偏从而达到减少地层扰动和地面沉降的效果。提前量的大小应在实践中不断总结，提前量应与隧道稳定时的反方向偏移量相吻合。 隧道曲线掘进和大角度纠偏易引起管片安装的错台和整体隧道的反方向偏移，也应引起高度重视。,四、施工工艺及控制要点,4.7 正常掘进,掘进控制,1）惰性浆液与硬性浆液 惰性浆液：优点-满足充填空隙的要求；对盾尾刷的危害小；不会“糊住”盾尾；

34、缺点-凝固慢；稳定管片作用差；易造成隧道的偏移，尤其是隧道纠偏和曲线掘进时。 硬性浆液：优缺点与惰性浆液正好相反。 2）注浆量及注浆压力 考虑到纠偏引起的地层损失、盾构壳体拖泥引起的地层损失、浆液体积收缩和具体的地层特点等因素，注浆时实际注浆量应为理论空隙体积的120180，通常采用150。注浆压力应为保证足够注浆量的最小值，同时应与开挖仓内的土压力相匹配。注浆速度应是使浆液充填速度与盾构掘进速度一致。注浆速度过快，注浆压力必然上升，易造成盾尾漏浆；注浆速度过慢，注浆充填效果不易达到要求，易引起地面沉降。 3）二次补浆 盾构施工后期沉降(盾尾后30-40米范围内)主要来自土体固结。虽然沉降发展

35、速度较慢，但累计值占到总沉降量的30-50左右，及时二次补浆（特殊情况要三次补浆）是防止隧道后期沉降的有效措施。,四、施工工艺及控制要点,4.7 正常掘进,注浆管理,1）管片安装头必须拧紧，为避免管片旋转过程中安装头单独承受管片重量，应将四条压板均匀地接触管片，避免拼装过程中吊装头被拔出，破坏管片引起安全隐患。 2）管片拼装过程中，第一块管片的位置尤为重要，它决定本环其他管片的位置及缝的宽窄。管片高于前一环相邻管片则C块的位置不够，若低于相邻块，则造成纵缝过大，防水性能降低。因此，第一块应平整好，防止形成喇叭口。 3）当拼装两块相邻块时，应用尺子量C块空位的宽度，若宽度不够大，须重新调整相邻块

36、位置，确保C块安装的空间。 4）管片拼装应满足规范规定的允许偏差。 5）连接螺栓应先逐步初步拧紧，脱出盾尾后再次拧紧。当后续盾构掘进至每环管片拼装之前，应对相邻已成环的3环范围内管片螺栓进行全面检查并复紧，拧紧力矩达到300NM。 6）管片C块安装方法为先纵向搭接1/3，然后安装器环向将C块推顶到预定位置再纵向插平。C块及B1，B2相应相邻面止水条，应在安装前涂润滑剂，润滑剂为黄油或肥皂液，在管片纵向止水条上涂抹好。 7）安装时注意小心轻放，避免损坏管片和止水条。 8）安装管片时，其他非操作人员不得进入安装区。 9）吊运管片时，吊运范围内不得站人。,四、施工工艺及控制要点,4.7 正常掘进,管

37、片拼装,盾构掘进过程中会遇到刀具磨损、刀盘结泥饼、泡沫管堵塞等情况，在广州、深圳等复合性地层中和北京砂卵石地层中施工时这些问题较易发生，需要进仓作业才能解决问题，开仓作业分为常压开仓和压气开仓。,气体检测,常压开仓作业,四、施工工艺及控制要点,4.7 正常掘进,开仓作业,1）常压开仓,（1）首先视开挖面地质情况决定是否向刀盘前方注入稠膨润土液，如开挖面为风化岩层不需注入，如松散地层则需注入，待挖掘室内排土完成后开始通风进行仓内气体监测，方法同常压开仓。排土完成后向挖掘室内充入压缩空气，调节到设定压力后观察压力是否稳定，压力稳定到设定值后需要进行地层稳定性试验，保压2小时后压力无变化且地层无异常

38、方可进行下一步操作。 （2）压气人员3人一组，仓门开启后组长首先在仓门口观察开挖面的稳定情况，如发现围岩不稳定则立即关闭仓门，同时上报，待项目部及相关方研究后再进行下一步行动；初步判断围岩稳定后方可进行下一步工作。 （3）依据减压规范的来安排仓内作业人员的工作时间和减压时间；在压气作业过程中若有人员感到身体不适时，应立即电话通知操仓员，操仓员安排该人员减压出仓。加、减压过程中人员感到身体不适时，应立即电话通知操仓员，操仓员应降低加、减压的速度。 （4）压气进仓其他操作同常压开仓作业。,四、施工工艺及控制要点,4.7 正常掘进,2）压气开仓,1）重视渣土改良。 2）减小刀盘扭矩，降低刀盘磨损，可

39、通过调整添加剂注入量或降低推进速度来控制。一般刀盘扭矩控制在盾构机设计额定扭矩的60以内。 3）推力控制在盾构设计范围内，一般在设计总推力的80以内。 4）控制盾构的转动角，及时纠偏，保持良好的盾构掘进姿态。 5）加强管片等物资进场检查和管片拼装质量控制，做好管片选型。 6）加强出土管理与注浆管理，严格控制地面沉降。 7）严格按程序进行开仓作业。 8）做好盾构机及配套的龙门吊、砂浆站、电瓶车等设备的维修保养工作，确保连续快速施工。 9）加强对电瓶车驾驶人员的安全责任心教育，严格按照操作规程操作，严禁超速、超载运行，确保施工安全。 10）加强安全用电管理，尤其是对盾构机10KV高压电的管理。,四

40、、施工工艺及控制要点,4.7 正常掘进,正常掘进控制要点,一般采用直接接收的方式，特殊情况下可采用接收装置接收。盾构接收同样涉及到端头加固、洞门破除、接收基座安装和洞口密封装置的接收，具体同始发掘进相关工序控制。,直接接收,接收装置接收,四、施工工艺及控制要点,4.8 到达接收,接收方式,1）盾构推进至距接收井80100m时，进入盾构推进的到达施工阶段，进行全线贯通测量，根据盾构的贯通姿态及掘进纠偏计划进行推进，纠偏要逐步完成，每一环纠偏量不能过大。 2）在盾构距离接收井5060m时，选择合理的掘进参数，逐渐放慢掘进速度，以确保盾构掘进姿态良好为控制重点。 3）盾构刀盘距离贯通里程小于10m时

41、，专人负责观测接收洞口的变化情况，始终保持与盾构司机联系，及时调整掘进参数。 4）在拼装的管片进入加固区域后，浆液宜改为速凝型浆液。 5）当最后一环管片拼装完成后，通过管片的二次注浆孔，注入双液浆进行封堵。注浆的过程中要密切关注洞门的情况，如发现有漏浆可立即停止注浆，等待浆液凝固后方可继续补注。 6）盾构机进入接收井后及时对洞门口附近土体进行二次回填注浆，避免洞口地面下沉。 7）盾构接收基座高程宜比隧道轴线略低35cm。 8）盾构到达前，现场准备砂袋、水泵、水管、方木等应急物资和工具。,四、施工工艺及控制要点,4.8 到达接收,接收控制要点,盾构过站包括盾构主机过站、台车过站及盾构的检修等任务

42、。盾构过站的移动方法多种多样，根据盾构移动的动力主要以辅助千斤顶顶推为主，也有以盾构机自身千斤顶做动力顶推。根据盾构托架与车站底板之间的滑移方式可分为托架下垫滑动托板式、托架带轮行走式和使用滚杠移动式等。目前常见的为过站小车过站。,四、施工工艺及控制要点,4.9 盾构过站,过站方法,四、施工工艺及控制要点,4.9 盾构过站,盾构穿越风道,盾构过明挖车站,盾构过暗挖车站,盾构调头,四、施工工艺及控制要点,4.9 盾构过站,过站控制要点,1）车站底板的准备，主要包括场地平整并在底板上铺设钢板，为盾构过站小车提供平整且强度足够的滚动面。 2）盾构平面移动和推进的准备，在过站小车下部铺垫钢板，并涂抹黄

43、油，保证盾构能够平移。除此之外在底板 铺设的钢板上安装推进反力座，左右两个推进油缸在推进时，要保证盾构及过站小车左右两侧移动的同步性。 3）将盾构接收到过站小车并固定好，保证移动过程中盾构与过站小车不发生相对移动。 4）过站小车底部固定的钢板应打磨处理光滑。,四、施工工艺及控制要点,4.10 解体吊装,吊装,刀盘解体,运输,中体解体,四、施工工艺及控制要点,4.11 盾构施工测量,测量是地铁施工中的关键环节，常因测量现场环境的复杂多变，观测条件受天气、洞内条件（主要是大气折光、大气密度、光线强弱）等影响，因而在实际工作中应采取相应的措施来克服这些困难。,四、施工工艺及控制要点,4.11 盾构施

44、工测量,施工测量要求,（1）地铁工程测量施测环境复杂，精度要求高。测量采用三维坐标法进行测量。 （2）因各标段的施工时间和施工方法不同，为避免差错，工作中不仅要作好本标 段的测量，还要按照监理工程师的要求与临近标段进行贯通联测，做好工程测量的相互衔接。 （3）地铁工程隧道限界要求严格，净空断面尺寸测量采用解析法测量。 （4）布设足够的控制点，并精心做好标记，加强对控制点的保护和检查，为保证测量精度，配备先进的测量仪器，使用先进的测量技术。 （5）负责保存好全部的三角网点，水准网点和自己布设的控制点，防止移动和损坏，一旦发生损坏，及时报告监理，并协商补救措施，及时处理。 （6）全部的测量数据和放

45、样经监理工程师检查合格后，才能开展后序工作。 （7）严格按照技术规范要求进行测量工作，并做好测量资料的管理。 （8）严格贯彻二级测量复核制度，即公司精测组复核并交桩于工地项目部测量组，工地项目部测量组再行复核并负责施工放样测量，确保隧道精确贯通。,四、施工工艺及控制要点,4.11 盾构施工测量,控制测量,施工准备阶段，会同设计单位和监理，进行现场交接桩，办理相关的交接桩手续。及时组织测量人员对有关的导线网、水准基点进行测量复核，检查导线点的坐标和水准点高程的准确性，对测量结果平差后报监理工程师，并将所计算的结果与原始资料进行分析对比，如果误差在规范允许的范围内，则将所移交的控制点作为施工放样的

46、基准点。如果超过误差范围，由设计单位进行修正，直到接受的控制点准确无误后方可用于施工中，作为施工测量的依据。 在不受现场施工影响的地方布设施工测量导线网，以首级控制点为基础，布设成附合线路。导线网的布设点置于不受干扰，不易破坏、点与点之间通视良好的地方。导线点点位可利用城市已埋设的永久标志，或按城市导线点的标志埋设。点位布置完毕后，以已知的导线网点（GPS点）作为基准点，采用三维坐标法，使用全站仪测量附合导线上的每个点的坐标值，并经平差后计算每个点的精确坐标。附合导线平均长度350米，测角中误差2.5，最弱点的中误差15，相邻点的相对中误差8，导线全长相对闭合差1/40000。,四、施工工艺及

47、控制要点,4.11 盾构施工测量,控制测量,1）联系测量 （1）为了保证本标段与相邻标段的贯通，导线测量的控制点贯通连接到相邻标段所用的两个以上控制点。 （2）在盾构始发井完成以后，在盾构始发前进行两次完整的联系测量。联系测量是将地面测量数据传递到隧道内，以便指导隧道施工。具体方法是将施工控制点通过布设趋近导线和趋近水准路线，建立近井点，再通过近井点把平面和高程控制点引入竖井下，为盾构掘进提供井下平面和高程依据。,四、施工工艺及控制要点,4.11 盾构施工测量,控制测量,1）联系测量 （3）由于地下隧道设计覆土厚度越来越大，必须采用竖井施工作业，而竖井的开口却相对较小，因而使盾构始发边相对较短

48、，从而使得始发边方位角的精度变得尤为重要。因此我们一般采用钢丝法来做现场的联系测量。如图1所示，从地面近井点向地下采用吊钢丝的方法进行施测，首先利用经检验合格的地面控制点将方位传递到钢丝L1、L2上。地面坐标方位的传递和联系导线测量均按精密导线测量的精度进行。,外业要求水平角观测四测回，每测回间较差小于3，距离正倒镜往返测。距离观测时每条边均往返观测，各两测回，每测回读数两次，并测定温度和气压，现场输入全站仪进行气象改正，仪器的加乘常数也同时自动改正。,图1,四、施工工艺及控制要点,4.11 盾构施工测量,控制测量,1）联系测量 （4）用全站仪做边角测量，竖井定位时，可在井口预先架设一个牢固的

49、框架，在框架合适的部位固定两根钢丝L1、L2。钢丝底部悬挂重锤并使重锤浸入设置在井底相应部位的油桶内，重锤与油桶不能接触。钢丝在重锤的重力作用下被张紧且由于桶内油的阻尼作用能较快的处于铅垂位置。因此，钢丝上任意一点的平面坐标均相同，起到了传递坐标的作用。,（5）经过井上井下联系三角形（如图2）的解算，将地面控制点的坐标和方位角通过投影点L1、L2 传递至井下的导线点B1，B2。以B1B2边为始发边进行坐标的传递。在盾构掘进过程至150m处、300400m处和距离贯通面150m200m处分别进行一次上述工作的检测，以保证始发边的精确性。,图1,四、施工工艺及控制要点,4.11 盾构施工测量,控制

50、测量,2）高程的传递 在进行传递高程之前，首先将高程引测到基坑外方便使用且牢固的水准点上。在传递高程时，同时用两台水准仪，两根水准尺和一把经检验的钢尺。高程传递布置如图所示。,高程传递布置示意图,四、施工工艺及控制要点,4.11 盾构施工测量,导向系统,现在的盾构机都装备有先进的自动导向系统，有英国ZED系统，日本演算工房，德国的PPS测量系统和VMT公司的SLS-T系统以及上海力信RMS-D导向系统。 以德国VMT公司的SLS-T系统为例，主要有以下四部分组成: （1）具有自动照准目标的全站仪。主要用于测量(水平和垂直的)角度和距离、发射激光束。 （2）ELS(电子激光系统)，亦称为标板或激

51、光靶板。这是一台智能型传感器，ELS接受全站仪发出的激光束，测定水平方向和垂直方向的入射点。坡度和旋转也由该系统内的倾斜仪测量，偏角由ELS上激光器的入射角确认。ELS固定在盾构机的机身内，在安装时其位置就确定了，它相对于盾构机轴线的关系和参数就可以知道。,四、施工工艺及控制要点,4.11 盾构施工测量,导向系统,（3）计算机及隧道掘进软件。 SLS-T软件是自动导向系统的核心，它从全站仪和ELS等通信设备接受数据，盾构机的位置在该软件中计算，并以数字和图形的形式显示在计算机的屏幕上，操作系统采用Windows系统，确保用户操作简便。,SLS-T 导向系统图,（4）黄色箱子。 它主要给全站仪供

52、电,保证计算机和全站仪之间的通信和数据传输。,四、施工工艺及控制要点,4.11 盾构施工测量,导向系统,（5）盾构机自动导向系统的姿态定位主要是依据地下控制导线点来精确确定盾构机掘进的方向和位置。 在掘进中盾构机的自动导向系统是如何定位的呢？ 它主要是根据地下控制导线上一个点的坐标(即、)来确定的，这个点就是带有激光器的全站仪的位置，然后全站仪将依照作为后视方向的另一个地下导线的控制点来定向，这样就确定了北方向，即方位角。 再利用全站仪自动测出的测站与ELS棱镜之间的距离和方位角，就可以知道ELS棱镜的三维坐标(即、Z)。激光束射向ELS， ELS就可以测定激光相对于ELS平面的偏角。在ELS

53、入射点之间测得的折射角及入射角用于测定盾构机相对于隧道设计轴线(DTA，已事先计算好并输入计算机)的偏角。 坡度和旋转直接用安装在ELS内的倾斜仪测量。这个数据大约每秒钟两次传输至控制用的计算机。通过全站仪测出的与ELS之间的距离可以提供沿着DTA掘进的盾构机的里程长度。 所有测得的数据由通信电缆从黄盒子传输至计算机,通过软件组合起来用于计算盾构机轴线上前后两个参考点的精确的空间位置，并与隧道设计轴线(DTA)比较，得出的偏差值显示在屏幕上，这就是盾构机的姿态，在推进时只要控制好姿态，盾构机就能精确地沿着隧道设计轴线掘进，保证隧道能顺利准确的贯通。,四、施工工艺及控制要点,4.11 盾构施工测

54、量,导向系统,五、质量通病及预防措施,当前各地区、各施工单位盾构施工的质量水平发展不平衡，盾构法施工中质量通病还经常出现、普遍存在，质量事故亦时有发生，它不仅给企业经济和声誉带来了损失，同时对市政工程的耐久性和使用功能造成无法估算的损失，对工程的质量危害很大，加上地下施工，很多因素无法预料，因此隧道施工质量是唯一性。 而造成质量问题的原因不外乎人、机、料、法、环五大因素，当设备无法改变时，最为关键的是“人”的因素，工程中的质量通病主要是由于施工操作不当、管理不严而引起的质量问题。 其特点是具有普遍性、反复性，并且往往不容易引起重视。 通病产生的原因是多方面的，除无证施工或管理不善之外，一个重要

55、的原因是近年来施工队伍迅速扩大，而管理和技术素质却严重滞后，施工现场缺乏熟练、称职的施工管理和技术人员，质量保证体系未建立或不完善，质量管理能力差，对施工的相关规范和标准缺乏了解，施工技术力量薄弱，现场控制手段不到位。造成对问题的预防、诊断、处置不力，最终导致质量问题的发生。,五、质量通病及预防措施,五、质量通病及预防措施,5.1 盾构基座变形,盾构基座的基本要求： 盾构基座安置在工作井或接收井内的底板上，用作安装及稳妥地搁置盾构，更重要的是通过设在基座上的导轨，使盾构在进出洞时有正确的导向，因此导轨要根据隧道设计轴线及施工要求定出平面、高程、纵坡来进行测量定位。 盾构基座可以采用现浇或预制的

56、钢筋砼结构或钢结构形式。导轨夹角一般为60。 盾构基座除承受盾构自重外，还应考虑盾构切入地层后，进行纠偏时产生的集中菏载。因此盾构基座必需保证足够的整体刚度、稳定性和各部件的强度。,五、质量通病及预防措施,5.1 盾构基座变形,砼基座,单圆基座,五、质量通病及预防措施,5.1 盾构基座变形,现象： 在盾构进出洞中，盾构基座发生变形。出洞时使盾构掘进轴线偏离设计轴线。有时会影响洞圈止水效果，进洞时拉坏管片，造成渗漏水、碎裂、高差等，严重的影响盾构正常进出洞。甚至不能进出洞。,单圆基座,原因分析； 1、对盾构基座的固定方式考虑不周，固定不牢靠（如底板未垫平、垫实等）。 2、盾构基座的整体刚度、稳定

57、性不够，或局部构件的强度不足。 3、盾构基座多次使用，钢材发生疲劳或钢材生锈等原因。 4、加工人员私自更改结构形式，焊接人员技术不够或漏焊。 5、技术和质量人员未进行专项检查。 6、盾构姿态控制不好，盾构推进轴线与基座轴线产生较大的夹角，致使盾构基座受力不均匀。 7、盾构基座的中心夹角轴线与隧道设计轴线不平行，盾构在基座上纠偏产生了过大的侧向力。,五、质量通病及预防措施,5.1 盾构基座变形,预防措施： 1、选用盾构基座时，基座框架结构的强度和刚度应满足盾构进出洞需要，尤其是盾构出洞时过土体加固区所形成的推力。 2、盾构基座的底面与井的底板之间要垫平垫实，保证接触面积满足基座安放的要求。 3、

58、盾构基座如需多次使用，应及时作好保养及修理工作。确保原应有的强度、刚度。 4、盾构基座形成时中心夹角轴线应与隧道设计轴线方向一致，当洞口段隧道设计轴线处于曲线状态时，可考虑盾构基座沿隧道设计曲线的切线方向放置，切点必须取洞口内侧面处； 5、合理控制盾构姿态，尽量使盾构轴线与盾构基座中心夹角轴线保持一致；,补救措施： 1、对已发生基座变形损坏的构件，及时进行相应的加固或调换；进出洞时应加强基座的观察，一旦发生基座正在变形时，应停止推进，及时采取措施进行补加固。 2、盾构基座的变形严重时，应将盾构脱离基座，对基座作修复加固。,五、质量通病及预防措施,5.2盾构后靠、支撑位移及变形过大,现象： 在盾

59、构出洞过程中，盾构后靠支撑体系在受盾构推进顶力的作用后发生支撑体系的局部变形、断裂或位移过大。 造成管片碎裂、轴线超标、十字错缝、渗漏水、高差、千斤顶行程差较大，有时会产生帘布橡胶板外翻，造成洞口土体流失等。,五、质量通病及预防措施,5.2盾构后靠、支撑位移及变形过大,原因分析； 1.盾构推力过大，或受出洞千斤顶编组影响，造成后靠受力不均匀、不对称，产生应力集中。（见案例分析1） 2.盾构后靠、支撑受力作用面强度不够。（见案例分析2） 3.盾构后靠、支撑等混凝土充填不密实或填充的混凝土强度不够或结合面不平整。 4.后靠、支撑体系不合理，部分构件的强度、刚度不够，各钢构件间的焊接强度不够。 5、后靠与负环管片间的结合面不平整。,580钢管间隙处砂浆未填实,支撑体系不合理(未支撑到位),五、质量通病及预防措施,5.2盾构后靠、支撑位移及变形过大,预防措施； 1、 推进过程中合理控制盾构的总推力，尽量使千斤顶编组合理，使之均匀受力。 2、采用素混凝土或水泥砂浆填充各构件连接处的缝隙时，除填充密实外，还必须确保填充材料强度和养护。 3、对系统的各构件必须进行强度、刚度校验，对受压构件一定要作稳定性验算，确保连接强度和焊接质量