盾构施工技术9.docx
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盾构施工技术9
深圳复杂地质条件下盾构法隧道快速施工技术
中铁十六局集团有限公司陈广亮吴煊鹏王大海唐检军
［摘要］本文通过对深圳地铁一期工程第7标段华强站－岗厦站区间隧道盾构施工快速掘进进行了分析及总结。
盾构快速施工技术包括盾构选型技术、盾构衬砌技术、系统配置技术、洞内与地面运输组织、盾构操作技术、盾构施工筹划、盾构施工项目管理等。
只有整个盾构施工系统选型正确配套设施匹配，配备优秀的技术人员和操作维护人员，做到超前技术准备，精心的施工管理及掌控工程重难点的技术措施，才能实现盾构快速施工。
本文主要是实践经验总结，文中所述技术、方法和措施，可供类似盾构工程施工参考。
［关键词］复杂地质盾构快速施工技术
1、工程概况
1.1工程简介
深圳地铁一期工程第7标段华强站－岗厦站区间隧道盾构工程位于深圳市福田区，隧道从华强路站西端顺深南中路向西延伸，下穿福田河，经过一片荔枝园，过福华立交桥和福华新村后到达岗厦站，全长3471.6米，为双线隧道，其中左线1743.5米，右线1728.1米。
合同工期24个月，2001年3月31日至2003年3月31日。
盾构隧道最小水平曲线半径300m，最小垂直曲线半径3000m，最大坡度30‰。
盾构管片设计尺寸为：
内径5400mm，外径为6000mm，环宽1200mm，通用型管片。
这是国内首次应用通用管片技术的工程项目。
1.2主要地质条件
华-岗区间范围地层软硬不均，复合交互。
上覆第四系全新人工堆积层及残积层，下覆燕山花岗岩侵入体。
隧道主要穿越富水砂层、粉质粘性土层、圆砾层、角砾层，部分位于全风化、强风化花岗岩地层，局部位于中风化地层，岩石天然单轴极限抗压强度最高值为128Mpa。
区间地质构造主要为两条断层，结构稳定，地层含水丰富，地下水位位于地下2-3m，对结构具有弱腐蚀性。
隧道沿线两侧建筑物密集，主要建筑有天虹商场、航空大厦、上海宾馆、北方大厦、福田大厦、深圳文化大厦、高科利花园大厦、福华立交桥、福华新村等，地下各种新老管线众多且纵横混杂，呈不规则分布。
隧道距离福华立交桥基础0.4m；距福华新村居民楼基础0.7m。
华强、岗厦两个盾构到达井地处深南、福华两大主干道，交通繁忙，交通疏解、盾构机吊装转运困难。
1.3相关工程单位
建设单位为深圳地铁公司，施工设计总承包单位为中铁十六局集团有限公司，设计分包单位为铁道部第二勘测设计院地铁分院，监理单位为中国国际咨询公司、法国索非图公司，质量监督单位为深圳市工程质量监督总站，安全监督单位为深圳市施工安全监督站。
1.4项目主要负责人员
工程项目
深圳地铁一期工程第7标段华强~岗厦区间隧道盾构工程
施工单位
中铁十六局集团有限公司
项目
主要负责
人员
姓名
职务
专业
职称
负责范围
陈广亮
经理
工程机械
高工
全面负责
吴煊鹏
副经理
工程机械
高工
盾构机械技术
黄昌富
副经理
采矿工程
工程师
工程技术
王大海
总工
铁道工程
工程师
管片与施工技术
1.5项目完成情况
该工程于2003年1月9日全线贯通，提前工期近2个月，创下了单机日最高掘进24环、28.8米，月成洞540米的最新记录。
工地被深圳市评为安全与文明施工双优工地，被地铁公司评为优质工程。
项目部全体人员研究深圳复杂地质条件，研究掌握盾构技术，科学组织，快速施工，克服了穿越福田河、福华立交桥及福华新村等建（构）筑物困难，解决了在上软下硬、复合交互地质条件下的掘进及沉降控制等问题。
掌握了盾构在复杂地质条件下的快速施工技术，盾构穿越河流底部的施工技术，盾构穿越立交桥、楼房等地面建筑物的施工技术，盾构施工中的防水技术。
该技术达到了国内先进水平，荣获2003年北京市科技进步三等奖。
2、盾构法隧道快速施工技术
2.1盾构选型技术
盾构施工法与矿山法相比，其最大的特点就是与盾构机的选型设计技术非常密切，工作效率与系统配套设备也有很大关系。
从各种地层开挖、富水沙层改良、管片背后注浆、掘进导向、地表沉降监测到特殊地段的施工都与盾构机性能息息相关。
因此，盾构法快速施工首要问题是：
针对不同的地质条件，设计或选用相适应的盾构机。
保证应用的盾构机性能良好，作业正常，可靠性高，控制精确。
经过反复研究论证，我们选用了国际上著名的盾构机制造公司德国海瑞克公司的加泥式土压平衡盾构机。
加泥式土压平衡盾构适用的土质为冲积砂砾、水、淤泥、粘土等固结度较低的软地基、洪积地基以及软硬相叠地基等，再配备一些土质改良等辅助系统，它的适用范围更广。
我们选用的盾构机主要参数是为：
刀盘直径
6280mm
总功率
2000KVA
主机长度
8500mm
刀盘功率
945KW
总长（含拖车）
64,000mm
转速
0-6.1rpm
推力/行程
3600T/2000mm
扭矩
5300kn·m
最大掘进速度
8cm/min
螺旋输送机
直径700mm270M3/h
根据地质情况复杂多变的特点，我们为刀盘配备了2套刀具，一套是用于硬岩地质的刀具（如图所示），一套是软土刀具。
可以根据地质条件选择调换。
图1刀盘与刀具布置图
根据深圳地质条件，我们为盾构机配备了土质改良系统、激光导向系统、超前勘探系统等，保证了盾构机能够完全适应各种复杂地质情况。
2.2通用管片衬砌技术
盾构隧道衬砌管片一般可分为通用型和普通型2大类型。
通用型管片具有只需要一种模具，数量计算、生产、调度比较容易，改变管片的不同拼装位置就可以实现左转、右转、直线施工的要求的优点。
但是当时（2001年）国内没有应用过这种技术，没有现成的经验和技术可供借鉴。
普通型管片分为左转、右转、直线几种管片，需要不同的模具生产不同的管片，需要准确计算各种管片的数量、安装位置，盾构隧道施工中需要精心组织和调配。
否则易造成浪费和等待现象。
但是普通型管片在国内应用多年，有现成的经验和技术可供借鉴。
我们通过认真研究、分析通用管片技术，虽然国内没有先例，存在一定的风险，但认为它在欧洲有了成熟的应用范列，具有技术先进性，对于快速施工，保证质量，合理组织有着很强的优越性。
我们最终选用了通用管片衬砌技术。
通过施工实践，通用管片确实具有优越性，通过调整管片楔形块的安装位置，就可以实现直行和转弯。
而且管片生产组织、场地堆放非常容易，不需要提前进行人工管片排版，通过计算机管片安装位置计算程序自动计算其安装位置，生产效率高，保证了施工快速进行，应用非常成功。
图2、管片衬砌环布置图
2.3系统配置技术
为了充分发挥先进盾构机的效能，我们对整个施工机械系统进行优化配置。
一是采用带有集成电路模块控制的新型的交流电机驱动电瓶车，这种新型高科技产品故障率低，牵引力大，性能优越。
二是正确配置龙门吊的起重性能。
使整个盾构施工工序在起吊出土时没有出现瓶颈，提高了工效。
三是合理组织洞内运输系统。
主要有合理组织列车编组，配置洞内会车道岔。
四是设计配置了计算机控制的生产率高的带自动计量装置的浆液搅拌站，从地面到隧道的浆液储存、输送系统，满足了工程进度和工程质量要求。
五是优化配置其它辅助设备和系统。
六是在工地开展“三小”活动。
即小改革，小制作，小建议。
在工程中应用效果很好的技术有：
出土起吊固定平衡粱；侧卸土龙门支架；洞门止水帘幕装置；转接油管固定支架；临时出土皮带机站支架；新型高压电缆接头；走台与管路布置方案；项目部自行制作走台支架、走台板、轨枕、通风管、水管、冷却水箱等等。
2.3.1洞内运输系统
为尽量减少每掘进循环的时间，必须确保洞内每环掘进的土方一次运出,管片同样一次运出，这样便可以确保安装管片的同时，进行出土作业。
而要满足以上要求,须合理编制列车编组、计算土箱方量及电瓶车吨位，列车编组须满足最小长度装运最大运土量，确保弃土一次性运完；电瓶车的吨位主要考虑隧道纵向坡度及列车编组全重，我部的洞内运输组织如图4，土箱方量主要根据每环掘进的实方及每列车编组的土箱数量决定。
2.3.2地面运输系统
地面运输系统主要包括龙门吊、集土坑、夜间出渣。
龙门吊起重吨位由土箱满载重量决定，同时要充分考虑余量，比如土箱满载重25吨-30吨，则龙门吊起重吨位在考虑安全系数的前提下在提高2-3吨富裕量。
集土坑的存渣量要按最快的掘进速度情况下的两天总出土量为佳，避免出现渣土无处堆放而又无法出渣的情况。
夜间出渣尽量满足白天的存渣需要。
2.3.3管片供应系统
管片供应系统主要包括管片生产及现场管片存放。
在始发掘进前,必须生产满足1-2个月掘进环数的数量，管模数量根据总的进度计划决定，尽量作到充分利用。
现场存放一定要充分满足掘进速度的需要，在现场场地不足的情况下，可以尽量压缩其他用地，以确保管片及时供应。
图3列车编组示意图
图4正常掘进阶段运输组织
序号
图例
说明
1
⑴列车一进入盾构机，装土（卸料）；
⑵列车二在双开道岔一侧等待。
2
⑴盾构机停止掘进，列车一装土（卸料）完毕，扳动简易转辙器，列车一退回华侨城始发井弃土（装料）；
⑵列车二在双开道岔一侧等待进入盾构机。
3
⑴扳动简易转辙器，列车二通过道岔进入盾构机装土（卸料）；
⑵列车一在华侨城始发井弃土（装料）完毕，回到道岔一道等待；
⑶盾构机完成掘进一个循环（1环），列车二退回始发井，列车一等待进入盾构机；
⑷重复序号1步骤，进入下一掘进循环。
2.4盾构施工技术
2.4.1始发与到达
序号
技术项目
快速施工技术要求
备注
1
进出洞土体加固
在盾构进、出洞之前一个月完成，方法适当。
2
洞门钢环
设计安装符合要求，
3
基座设计和定位
刚度足够，移动阻力较小，定位准确
4
洞门破除、推进
防止土体坍塌，盾构机迅速向前推进
5
洞门注浆止水
采用专用洞门密封装置，双液注浆
2.4.2盾构施工
序号
技术项目
快速施工技术要求
备注
1
土压平衡技术
根据地质、地下水、监测反馈确定土压压力值域，根据推进速度、出土量、出土速度实现快速动态土压平衡，掌控土压变化范围，防止出现大的波动。
要求司机经验丰富
2
土质改良技术
根据地质、地下水、监测反馈确定加注泡沫、膨润土浆液、水的种类、比例和数量。
达到掘进速度快，出土快
3
掘进操作技术
熟悉盾构机基本结构、工作原理，特别熟悉控制室各种仪器仪表的用途、标准参数值和偏离值范围，掌握激光导向系统工作原理和纠偏技术，掌握土压平衡、土质改良、方向控制、盾构机状态之间的逻辑关系。
熟练、灵巧、准确的判断盾构机和盾构施工状态，采取正确措施。
4
管片拼装
根据盾尾间隙、导向指示、纠偏要求确定管片拼装位置。
拼装手必须进行拼装前的管片检查，正确安装起吊头，熟练操作拼装机，定位准确，调位柔和，螺栓紧固，确保拼装质量
5
管片注浆
采用双管结构，堵管后迅速启用备用管路。
控制好浆液配合比，注浆压力和注浆量。
注意地面监测数据的信息反馈和注浆调整。
熟悉注浆泵工作原理和操作维护技术。
6
洞内运输组织
见2.3介绍
7
防水施工
除管片设计、制作符合防水要求外，管片拼装必须保证按防水要求作业。
8
刀具更换
刀具更换必须提前做好各项准备工作，保证刀具更换快速、安全。
9
设备技术
定人定岗，巡回检查，强制保养，按需维修，确保完好
2.5施工组织筹划
本工程施工组织是盾构区间采用两台盾构机同时掘进施工，2台盾构机均在设置在区间中部的中间井始发，在华强路站端、岗厦站端设置盾构接收与起吊井。
原先的施工组织筹划是先施工右线，再进行左线隧道施工，这样势必造成2台盾构机的互相干扰，达不到快速施工的目的。
经过反复研究，多方论证，我们实际采用的盾构施工程序为：
两台盾构机在中间始发井先后下井，第一台掘进右线，从始发井至华强路站段；第二台掘进左线，从始发井至岗厦站段。
第一台盾构机到达华强路站后，盾构机解体转场至始发井，第二次下井、组装，掘进右线中间井至岗厦站段，隧道掘进完毕后，盾构机解体退场；第二台盾构机到达岗厦站后，盾构机解体转场至始发井，第二次下井、组装，掘进左线中间井至华强站段，隧道掘进完毕后，盾构机解体退场，盾构区间全线贯通。
图5现场布置示意图
2.6盾构施工进度图表与分析
盾构机
区间
管片环数
施工时间
施工记录
S206－1
中间井－华强路站右线
820
2002.5.28～2002.8.28
S207－1
中间井－岗厦站左线
620
2002.6.28～2002.9.8
S206－2
中间井－华强路站左线
804
2002.10.28～2003.1.9
S207－2
中间井－岗厦站右线
602
2002.10.8～2002.12.6
月540米
通过第一个区间隧道的掘进施工，我们熟练掌握了本文2.4.2中所列的盾构施工技术。
在第二个区间隧道的施工中，我们精心组织，严格管理，充分发挥全体技术人员和技术工人的积极性，在地质良好，运输距离适中，盾构机及配套设备状况良好的条件下，我们创造了日最高掘进28.8米，月成洞540米的地铁施工新记录。
图6盾构施工进度示意图
3、超前考虑，精心组织，加强项目管理
3.1超前制定计划，抓好落实与协调
盾构施工涉及工种多、工序复杂，环环相扣，具有工厂化、流水化作业的特点，必须超前考虑，充分估计到各种困难，提前做好解决困难的技术准备工作，才能保证施工的连续性。
我们根据总工期规划，制定出详细切实可行的施工总体计划。
每月召开施工总结会，检查计划落实情况，提出下月施工要点、难点；每周召开工程例会，制定一周工作安排，进行明确分工。
将总的施工任务分解到周、月计划中，落实到具体工作上去，整个施工计划做到计划明确，重点突出。
设立总调度、总值班制度，保证快速反应、快速处理现场各种问题。
总调度根据实际情况下达当天施工生产计划，统一协调项目部各部门，各施工队的工作衔接，工序衔接问题。
从制度上保证项目部团结一心，互相支持、互相配合。
工程部技术人员24小时在现场轮流值班指导施工，密切注意施工动态，及时了解各工序的完成情况，遇到问题及时采取技术措施。
提前制定盾构施工工作流程和各工序操作规程，明确规定各个班组、各个掘进队、各个部门的岗位责任；下达形象进度指标，严格奖罚措施，工资、奖金与质量、安全、进度、文明施工挂钩，充分调动全体职工生产积极性和工作热情，促进施工进度加快。
3.2强化设备管理、保障盾构施工
建立健全各种岗位责任制、操作规程。
制定了《盾构机拼装操作规程》、《管片拼装操作规程》、《注浆操作规程》、《设备管理规章制度》、《物资材料采购规定》、《安全生产文明施工管理规章制度汇编》等规程，并将这些操作规程张贴在设备上的醒目位置。
明确了各部门、施工队、班组、岗位的职责和任务，使操作人员严格按操作规程作业，避免违反操作规程事情发生。
做好设备日常管理工作。
盾构施工专用机具、设备多，维修保养好这些机具、设备是维护正常施工的保证。
项目部成立了以副经理为组长，各部门、各施工队领导参加的设备管理领导小组，由机械液压、电气电子等专业工程师和技工组成机修队，与掘进队一样实行2班倒，24小时值班，每天对盾构机进行巡回检查保养，发现故障及时排除，保持设备处于良好状态。
开展“红旗设备”竞赛活动，每季组织一次机械设备大检查，凡盾构机组或配套设备被评为红旗设备的，悬挂流动红旗，给予经济奖励。
3.3制定应急技术措施
我们在盾构始发前针对本工程的重、难点项目，咨询专家，进行了内部研讨，制定了可行的应急技术方案，并针对盾构施工中容易突发的问题进行预测，制定了具体的应对方案及备用方案，项目部成立了应急技术领导小组。
应急技术措施的超前预测及制定，对整个工程÷进度起到了关键作用。
例如，在盾构机穿越福田河时，在隧道从福华立交桥桩基旁通过时，在刀具更换作业时，按照事先制定的应急预案进行施工作业，顺利突破这些重难点项目，保证了盾构快速施工。
4、结束语
一、
我部通过深圳地铁一期工程第七标段盾构施工，研究总结出盾构快速施工技术。
该技术已经成功的应用在深圳地铁一期工程第二十五标段（华侨城至世界之窗站）区间隧道。
虽然在由我部施工的华侨城至世界之窗站区间隧道，其地质更为复杂，车站与盾构施工干扰大，整体掘进速度仍达到月平均进度400米左右，隧道质量验收为优良。
通过实践证明：
盾构掘进施工要达到快速施工的目的，不能单纯搞突击作业，该快的阶段要快，要有效地控制整体速度；作好盾构机选型，配套设施的匹配，配备优秀的技术人员和操作维护人员，超前技术准备，精心的施工管理及掌控工程重难点的技术措施是实现快速施工的保证。
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