盾构施工方案工程重难点及应对措施[详细]

1、广东水电二局股份有限公司南昌轨道交通1号线一期工程土建九标项目经理部,盾构施工方案、工程重难点及应对措施,1、工程概况2、盾构机描述3、工程重难点及应对措施4、盾构掘进施工5、测量、监测6、质量控制及措施7、应急预案,南昌市轨道交通1号线工程示意图,九标段,南昌市轨道交通1号线一期工程土建九标段含3站3区间，包括太子殿站、天祥大道站、奥体中心站及艾溪湖东站 太子殿站区间、太子殿站 天祥大道站区间、天祥大道站 奥体中心站区间。 【艾溪湖东站太子殿站】本区间位于紫阳大道，创新一路与创新二路之间。隧道沿线基本无地下工程和地下构筑物，区间长度,1334.6m,采用单圆盾构隧道，盾构覆土深度9.5m21

2、m。 【太子殿站天祥大道站】本区间位于紫阳大道，西起尤氨公路，东至天祥大道之间。隧道沿线基本无地下工程和地下构筑物，区间长度,1155m,采用单圆盾构隧道，盾构覆土深度9.6m16.2m 。 【天祥大道站奥体中心站】本区间位于紫阳大道南内，天祥大道至瑶湖之间。隧道沿线基本无地下工程和地下构筑物，区间长度1026.9m,采用单圆盾构隧道，盾构覆土深度9.2m15.2m 。,本工程地质水文情况,根据初勘地质钻孔资料，至上而下依次划分为2素填土， 1粉质粘土,2细沙，3中砂，粗砂，5砾砂，6圆砾，3粉砂质泥岩。 区间隧道范围内主要地质为： 2细沙，3中砂，粗砂，5砾砂，6圆砾局部含有1粉质粘土。 拟

3、建场地地下水类型可分为上层滞水，松散岩类孔隙水。 本工程隧道结构大部分位于富水地段，无水地层约520m（位于太子殿东西端头及艾溪湖东站盾构接收段）。,粉质粘土：成份以粉粘粒为主，中等韧性，中等强度； 细砂：稍湿，稍密-中密，成分以石英、长石为主，上部夹有少量粘粒； 中砂：稍湿，中密，成分以石英、长石为主，上部夹有砾石； 粗砂：湿-饱和，中密，成分以石英、长石为主，局部夹有少量的砾石及卵石； 砾砂：湿-饱和，中密，砾石含量约30%左右，一般粒径为2-20mm，局部夹有卵石，最大粒径25mm； 圆砾：饱和，中密，砾石含量约占50-65%，一般粒径为2-15mm，最大粒径为40mm。,本区间采用2台

4、盾构机，先后由太子殿站盾构始发井出发，沿紫阳大道前进，在艾溪湖东站盾构接收井内进行接收，转场至太子殿站东端进行太子殿站天祥大道站区间掘进，并在天祥大道站进行站内转场至天祥大道站东端进行天祥大道站奥体中心站掘进，实现南昌市轨道交通1号线一期工程九标区间工程左右线全线贯通。,沿线穿越现况主干道路（紫阳大道）,受隧道地下水条件影响，推进过程的扰动作用下，易造成地层中的水分流失，地层损失，易发生涌水、涌砂、管片上浮现象；,盾构通过粉质粘土时易结泥饼,盾构始发、到达施工,地表沉降控制,在砂层总刀盘刀具、螺旋机的磨损控制,1、 加固体检查评价：在人工凿除洞门之前，采用垂直取芯和打设水平观察孔的手段对加固体

5、的效果进行认真分析和评价，确保加固体质量满足质量标准要求。2、 采用合理的洞门凿除顺序和凿除时间安排，减少掌子面的暴露时间，并严密跟踪监测洞门的变形情况。3、 盾构始发时，应快速组织，使盾构及时推进到掌子面。4、 将盾构始发姿态抬高20mm，且始发托架与加固体之间设置导轨，防止盾构机“磕头”。5、 加强负环拼装质量控制，以保证盾构姿态良好。6、 采用低推力、低转速、低速度推进。,盾构在富水砂层地质掘进经常会遇到“喷涌”问题，造成出土量无法控制出土量超过理论计算量，出土超量造成地面坍塌事故的发生，所以需采取措施预防掘进过程中“喷涌”问题的发生。采取措施主要有：1、选择合适配比的渣土改良添加剂，将

6、传统的泡沫改良改注入高分子材料进行改良，减小泡沫改良由于气压存在“假土压”效应；2、通过双液注浆方式填充密实管片与围岩之间的空隙，堵住盾尾来水预防“喷涌”；3、通过注入管路转换，在螺旋机前端增加一条注入管路，注入高分子材料，高分子材料大量吸收渣土中水分后由液状渣土转变为塑性渣土，形成土塞效应，预防“喷涌”问题的发生。达到加快掘进速度快速通过不良地层的目的。,1、 采取土压平衡模式掘进。2、严格进行土仓压力、出土量管理。在添加高分子材料后，控制土仓压力及出土量是达到有效控制地面沉降的最关键的因素。3、保证同步注浆质量，根据地表监测点实时反馈地表沉降数据，调整施工参数。4、本工程同步注浆采用双液注

7、浆，凝固时间控制在12S内。为了避免注浆时，浆液往盾体方向窜流，本工程采用特殊加强型盾尾刷。,止浆板,本区间隧道通过的地层局部有粉质粘土，粘性大；在进行盾构施工时，极易在刀盘开口处和土仓内聚积泥饼，其预防和处理措施如下：1、保证每一路泡沫管的通畅；2、掘进时注入泡沫剂，改善土体的和易性，预防粘土结块；3、一旦泥饼形成，则在土仓内加入水、泡沫，空转刀盘，使泥饼在离心力作用下脱落；4、在掘进过程中，随时观察出土情况，保持渣土在流塑状态，减少结泥饼的几率；,发泡剂,高分子聚合物,1、对刀盘进行优化：在刀盘周边敷焊由专业厂家生产的耐磨条；刀盘上安装专业厂家生产的带有耐磨合金材料的边刮刀、加强型羊角刀及

8、齿刀优化刀具，最大限度、最有效的防止刀具磨损，刀具厂家承诺保证2公里掘进长度。并且在类似地层施工中采用此类刀具，均可满足2公里以上的掘进距离。,2、螺旋机叶片周边敷焊钨合金耐磨层，将大大减轻螺旋机叶片的磨损。3、提高渣土改良效果，降低渣土对刀盘、螺旋机的摩擦力。,本标段盾构始发采用常规手段进行始发，即在托架、反力架、盾构机就位以及洞门破除后整体始发,隧道始发、接收洞门均采用600450双重旋喷桩。艾溪湖东站东端加固体为长宽高=9m12m12m；太子殿站东西端加固体均为长宽高=8m12m12m；天祥大道站西端加固体为长宽高=9m12m12m；天祥大道站东端加固体为长宽高=8m12m12m；奥体中

9、心站西端加固体为长宽高=13m12m12m。加固后的土体具有良好的均匀性、自立性、密封性、无侧限抗压强度为1.0MPa，渗透系数达到10-6cm/sec量级,考虑到盾构在始发掘进过程中，由于盾构机自身的重心靠前，始发掘进时容易产生向下的“磕头”现象，故盾构轴线需比设计轴线适当抬高20mm。,每台盾构组装调试完成后，须形成书面验收记录,电瓶车轨道（900mm）和台车轨道（2180mm）采用43Kg/m轨道 在负环拆除后需重新布置井口处轨道，并铺设岔道,主要包括起吊装运输系统、搅拌站系统、充电系统、通风系统、通信系统等,安装时保证反力架基准环平面与盾构机的推进轴线垂直，反力架的横向和竖向位置保证负

10、环管片传递的盾构机推力作用在反力架上 。,洞门破除：洞口围护结构的型式为灌注桩。凿除前需进行端头加固洞门水平钻孔探测。凿除洞口采用人工风镐的方法凿除。在凿除过程中应分层渐进，凿除过程中注意以下几点： 1、由上往下分层凿除，首先将开挖面钢筋凿出裸露并用气焊切割掉，然后继续凿至迎土面钢筋外露为止。 2、当盾构机刀盘抵达混凝土桩前0.51m左右时停止掘进，然后再剔除剩余部分的混凝土，割掉最后的钢筋。,洞门止水装置包括洞门环板、橡胶帘板、固定板及翻板。,隧道通讯：隧道与井上通讯联络采用程控电话。盾构机控制室微型计算机和井上计算机联网。 隧道通风：采用压入式通风，将新鲜空气直接送到开挖面附近。 隧道照明

11、：置于隧道腰间部位，位于衬砌环的61-85之间。照明灯具采用40W防潮型萤光灯，每10m布置一只，每100m设一只100A专用分段开关箱。,初始掘进长度设定100m，同时作为掘进试验段。通过试验段，选定施工参数。经过验算，指标初步设定为：,参数初定,通过加固区时,出加固区后,掘进完成100m后,土压：0.6bar 刀盘转速:0.5-0.8r/min 总推力：700t 扭矩：1500KNm 速度：10mm/min,土压：0.81.1bar 刀盘转速: 0.8-1r/min 总推力：1200t 扭矩：2000KNm 速度：2040mm/min,土压：实时确定 刀盘转速: 1-1.5r/min 总推

12、力：1500t 扭矩：2000KNm 速度：4050mm/min,掘进方向的控制：盾构导向系统、人工测量辅助进行盾构姿态监测 ； 分区操作推进油缸控制掘进方向姿态调整及纠偏：分区操作推进油缸 ；预纠偏 ；刀盘反转 ；管片选型。,针对粉细砂层为主的地层，拟采用向刀盘面、土仓内和螺旋输送机内注入泡沫，同时辅以泥浆改良碴土，减少刀盘刀具的磨损，根据实际情况添加外加剂。,场内运输：隧道内切削下来的碴土通过螺旋机及输送带进入渣土车，通过电瓶车运送至出土口，并用龙门吊吊至地面，再转运到临时碴土坑。 余泥外运：临时堆土场的渣土依靠当地运输车队及时运至弃土场。弃碴运输方式及处理场地的选定按照南昌市余泥排放管理

13、部门的有关规定执行。,始发前基座定位时，盾构中线可比设计轴线抬高20mm。向前推进时，通过控制推进油缸行程使盾构机沿始发台向前推进,第一负环管片定位时，确保端面与反力架立面平行，上下左右无缝接触，均匀受力,初始掘进时，盾构机处在托架上，因此需在托架及盾构机上焊接相对的防扭转支座,在始发阶段，由于设备处于磨合阶段，要注意推力、扭矩的控制，同时也要注意各部位油脂的有效作用。,始发托架、反力架和首环负环管片在定位时，严控安装精度，确保盾构机穿越洞门的中心,I,II,III,IV,V,本工程防水以管片自防水和接缝防水为主，以嵌缝、注浆孔封堵以保证完成的隧道不渗不漏。采取的主要措施如下：（1）选择科学的

14、隧道管片防水设计方案，采用多道设防阻水。（2）选用高质量、高精度的管片钢模，严格控制管片的生产质量。（3）管片采用C50S10高精度钢筋砼管片，管片间密封垫沟槽设高弹性三元乙丙弹性密封垫，螺栓孔密封采用可更换的遇水膨胀橡胶密封圈。（4）施工时保持盾构的良好姿态，避免对管片和防水条的损伤，保证拼装质量。（5）做好浆液配合比选配，及时足量同步注浆，合理进行二次注浆。（6）安排有防水经验人员精心施工。,管片从车上吊运至现场地面 ：管片从管片厂运至工地后，管片车停在龙门吊旁，利用龙门吊和吊带把管片吊至地面的管片堆场处堆放,管片从地面运至井内：用龙门吊将管片直接从出土井处下井，然后放置在电瓶车的管片运输

15、车上,严格控制盾构机推进速度，保证平稳推进,严格控制盾构机土仓压力，及时调整平衡压力值的设定,严格控制出土量 ，避免土仓内土压力降低而引起地表塌陷,严格控制盾构姿态，尽量接近隧道设计轴线,严格控制注浆压力和注浆量，保证填充质量和效果,添加剂的使用，起到碴土改良和减削盾构机磨损,盾尾油脂注入，防止掘进过程中盾尾出现漏水、漏砂,在盾构推进至盾构接收井100m范围内时，对盾构机的位置进行准确的测量，明确成洞隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，同时对接收洞门位置进行复核测量，确定盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划。,做好后10环管片的螺栓紧固和复紧工作,避免后10环管片出现错台现象,保证止水材料粘贴质量

16、并及时清理管片表面渣土及砂浆等,二次注浆在最后三环管片每一环注浆一次，采用双液浆（水泥水玻璃），尽量多注浆，将管片与后部间隙封堵密实，注浆压力控制在3bar以下，壁后二次注浆根据监测情况随时调整，使进洞段地层变形量减至最小。,盾构机到达接收井前，由测量班对隧道内所有控制点进行一次整体系统的控制测量复测，对所有控制点进行精密、准确地平差计算。 盾构机到达前50米即加强盾构姿态和隧道线形测量，加强人工复测，对隧道全线做定向测量，纠正推进轴线。 加强地表监测点的监测。,到达注意事项,I,II,III,IV,V,在盾构机刀盘距离端头墙5环时，选择合理的掘进姿态，逐渐放慢掘进速度，推力逐渐降低，缓慢均匀

17、地切削洞口土体，以确保到达端墙的稳定和防止地层坍塌,严格控制同步注浆量和浆液质量保证每环注浆量、浆液的配比和稠度符合质量标准,切实做好盾尾油脂的压注工作,盾构进入到达段后，加强地表沉降监测，及时反馈信息以指导掘进施工,当管片最后3环拼装完成后，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情况，一旦发现有漏浆的现象立即停止注浆并进行处理,1、地面控制测量：引测近井导线点；引测近井水准点。2、联系测量：平面坐标传递；高程传递。 3、地下控制测量：地下平面控制测量；地下高程控制测量。4、盾构掘进测量 ：盾构姿态测量；管片姿态测量。5、贯通测量。,为确保掘进线路周围地面、地表建

18、筑物（构造物）、地上地下管线等处于安全监控状态，根据设计要求，本工程的监测项目有： 1、地表沉降监测； 2、地表建筑物（构造物）沉降、位移、倾斜、裂缝监测； 3、管线变形监测； 4隧道内管片沉降、收敛监测； 5、隧道内有害气体监测,经验方法,设 计,监测方案,管理基准值,计算方法,施工,监测,确定计算 方法的可靠性与合理性,实测值与 管理值基准值比较,继续施工,调整,地质调查,是,是,否,否,1、强化质量管理人员的培训力度，提高质量管理人员的质量意识和管理能水平。认真实施总工程师现场技术交底，对主管工程师、施工班组和操作工人进行三级技术交底，明确各工序技术质量要求和相应过程管理要点和程序。 2、注重质量过程控制。 一是以“第一次就做对，严格过程管控”为主，通过优化作业指导书、明确质量控制，落实技术措施。 二是严把原材料检验关。严格控制材料进场、工序交接、隐蔽工程的检查验收。 三是强化施工监测，量化检测数据，坚持用数据说话。四是依靠技术创新，加强科技攻