郑州市轨道交通1号线一期土建工程盾构掘进方案Word下载.docx

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2.1总体概况

我单位承建的郑州市轨道交通1号线一期土建工程05合同段民航路站～会展中心站左线盾构区间，线路总长为633.395m。

平面最小曲线半径为350m，纵断面设2.0‰～5.77‰的“V”字型纵坡，隧道顶埋深9.4m～11.9m,左线盾构穿越蓝码地王大厦基坑围护锚索处理区,起讫里程左DK24+958.5～左DK25+048.5,长度90m。

2.2工程地质与水文地质

2.2.1地形、地貌

本区间沿线多为柏油路面和绿化用地，地形较平坦，略有起伏，地貌主要为黄河泛滥冲积平原。

2.2.2工程地质条件

1）工程地质条件

民航路站～会展中心站区间盾构主要穿越的地层为（7）-1粉质粘土、（8）粉土、（9）粉质粘土。

第（7）-1层（Q4-2al）：

粉质粘土，褐灰色～灰黑色，可塑，切面有光泽。

见零星小粒径钙质结核。

含少量蜗牛壳，偶见腐殖根系。

本层层底埋深9.2～13.4m，层厚0.5～3.0m，层底标高77.61～79.47m。

第（8）层（Q4-2al）：

粉土，浅灰色、局部为黄褐色，湿，密实。

触摸有砂感，含蜗牛壳、贝类及少量钙质结核局部夹粉质粘土薄层，可塑。

本层层底埋深12.5-15.6m，层厚1.0-4.3m，层底高程75.41-77.66

第（9）层（Q4-2al）：

黄褐色-灰褐色、局部灰黑色。

可塑-软塑，切面有光泽。

含蜗牛壳碎片及腐殖根系。

稍有腥味。

局部夹淤泥质粉质粘土层，流塑。

本层层底埋深14.0-20.4m，层厚0.9-4.9m，层底高程71.37-76.42m。

3锚索处理段掘进主要施工工艺

3.1土压平衡掘进模式

本区间盾构工程隧道穿越的地层为粉土和粉质粘土层，因此盾构机在全程推进过程中采用土压平衡模式，若有特殊情况将根据具体地质情况、地面建筑情况适当采取其它模式掘进。

通过试验段的掘进选定六个施工管理指标来进行掘进控制管理:

a、土仓压力；

b、推进速度；

c、总推力；

d、排土量；

e、刀盘转速和扭矩；

f、注浆压力和注浆量，其中土仓压力、注浆压力和注浆量是主要的管理指标。

（1）适应的工况

a、洞身处于粉质粘土、粉土、等自稳定性差的地层。

（2）土压平衡模式的实现

土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土体充满土仓，由盾构机的推进、挤压而建立起压力，同时通过添加膨润土等外加剂使土仓内形成可塑状泥土，利用这种泥土压与作业面地层的土压、水压平衡。

同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，始终维持开挖土量与排土量的平衡保持压力，以保持开挖面土体的稳定。

（3）土压平衡模式下土仓压力的控制方法

土仓压力控制采取以下两种操作模式：

a、通过螺旋输送机来控制排土量的模式：

即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。

此时盾构的推进速度人工事先给定。

b、通过推进速度来控制进土量的模式：

即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。

此时螺旋输送机的转速人工事先给定。

掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式，以保证开挖面的稳定。

（4）掘进中排土量的控制

排土量的控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一。

根据对碴土的观察和监测的数据，要及时调整掘进参数，不能出现出碴量与理论值出入较大的情况。

一旦出现，立即分析原因并采取措施。

出土量：

Q0=QS×

n0=A×

L×

n0

QS-理论碴土量

A-切削断面面积

n0-松散系数（根据经验取1.2～1.3）

L-掘进长度

碴土的出土量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适的支撑压力值，使掘进机的工作处于最佳状态。

当通过调节螺旋输送机转速仍达不到理想的出土状态时，可以通过改良碴土的可塑状态来调整。

（5）土压平衡模式的技术措施

a、进行开挖面稳定设计，控制土压力，采用土压平衡模式掘进，严格控制出土量，确保土仓压力以稳定开挖面来控制地表沉降。

b、向土仓和刀盘面注入泥浆和泡沫，形成隔水泥膜，防止水从地层中渗出，提高土仓内碴土的稠度来改善碴土的止水性以及在螺旋输送机上安装止水保压装置，以使土仓内的压力稳定平衡。

c、选择合理的掘进参数，确保快速通过，将施工对地层的影响减到最小。

d、定期使螺旋输送机的正反来回转，保证螺旋输送机内畅通不发生堵塞。

e、适当缩短浆液胶凝时间，保证注浆质量。

f、向土仓和刀盘注入泡沫和水改善土体的流动性，防止泥土在土仓内粘结。

3.2掘进过程中姿态控制

由于隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构推进会产生一定的偏差。

当这种偏差超过一定限界时就会使隧道衬砌侵限、盾尾间隙变小使管片局部受力恶化，并造成地应力损失增大而使地表沉降加大，因此盾构施工中必须采取有效技术措施控制掘进方向，及时有效纠正掘进偏差。

3.2.1盾构掘进方向控制

结合本标段盾构区间的特点，采取以下方法控制盾构掘进方向:

（1）采用自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测

该系统配置了导向、自动定位、掘进程序软件和显示器等，能够全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。

据此调整控制盾构机掘进方向，使其始终保持在允许的偏差范围内。

随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位。

为保证推进方向的准确可靠，拟每周进行两次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确。

（2）采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向

根据线路条件所做的分段轴线拟合控制计划、导向系统反映的盾构姿态信息，结合隧道地层情况，通过分区操作盾构机的推进油缸来控制掘进方向。

推进油缸按上、下、左、右分成四个组，每组油缸都有一个带行程测量和推力计算的推进油缸，根据需要调节各组油缸的推进力，控制掘进方向。

在上坡段掘进时，适当加大盾构机下部油缸的推力；

在下坡段掘进时则适当加大上部油缸的推力；

在左转弯曲线段掘进时，则适当加大右侧油缸推力；

在右转弯曲线掘进时，则适当加大左侧油缸的推力；

在直线平坡段掘进时，则应尽量使所有油缸的推力保持一致。

3.2.2盾构掘进姿态调整与纠偏

在实际施工中，由于管片选型错误、盾构机司机操作失误等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值；

在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；

在线路变坡段或急弯段掘进过程中，有可能产生较大的偏差，这时就要及时调整盾构机姿态、纠正偏差。

（1）参照上述方法分区操作推进油缸来调整盾构机姿态，纠正偏差，将盾构机的方向控制调整到符合要求的范围内。

（2）在急弯和变坡段，必要时在轴线允许偏差范围内提前进入曲线段掘进来纠偏。

（3）当滚动超限时，就及时采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。

3.2.3方向控制及纠偏注意事项

（1）在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快，切换速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏。

（2）根据掌子面地层情况应及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值。

达到警戒值时及时实行纠偏程序。

（3）蛇行修正及纠偏时应缓慢进行，如修正过程过急，蛇行反而更加明显。

在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。

在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。

（4）推进油缸油压的调整不宜过快、过大，否则可能造成管片局部破损甚至开裂。

（5）正确进行管片选型，确保拼装质量与精度，以使管片端面尽可能与计划的掘进方向垂直。

3.3管片拼装

管片选型确定后，管片安装的好坏直接关系到隧道的外观和防水效果。

一般情况下，管片安装采取自下而上的原则，具体的安装顺序由封顶块的位置确定。

管片采用C50钢筋混凝土，抗渗等级S10，宽度为1500mm，厚度为300mm，内径为5400mm，外径为6000mm。

每环管片由六块组成，分别为三块标准块、两块邻接块和一块封顶块。

管片采用错缝拼装方式，每环管片环向接缝采用10根M30弯螺栓连接，纵向接缝用12根M30弯螺栓连接。

3.3.1管片安装方法

管片由管片车运到隧道内后，由专人对管片类型、龄期、外观质量和止水条粘结情况等项目进行最后一次检查，检查合格后才可卸下。

（1）管片选型以满足隧道线型为前提，重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一掘进循环限值，确保有足够的盾尾间隙，以防盾尾直接接触管片。

（2）管片安装必须从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。

安装第一块管片时，用水平尺与上一环管片精确找平。

（3）安装邻接块时，为保证封顶块的安装净空，安装第五块管片时一定要测量两邻接块前后两端的距离，并保持两相邻块的内表面处在同一圆弧面上。

（4）封顶块安装前，对止水条进行润滑处理，安装时先搭接700mm径向推上，调整位置后缓慢纵向顶推插入。

（5）管片块安装到位后，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，然后方可移开管片安装机。

（6）管片安装完后应及时整圆，在管片脱离盾尾后要对管片连接螺栓进行二次紧固。

3.3.2安装管片注意事项

（1）严格进场管片的检查，有破损、裂缝的管片不用。

下井吊装管片和运送管片时应注意保护管片和止水条，以免损坏。

（2）止水条及衬垫粘贴前，应将管片进行彻底清洁，以确保其粘贴稳定牢固。

施工现场管片堆放区应有防雨设施。

（3）管片安装前应对管片安装区进行清理，清除如污泥、污水，保证安装区及管片相接面的清洁。

（4）严禁非管片安装位置的推进油缸与管片安装位置的推进油缸同时收缩。

（5）管片安装时必须运用管片安装的微调装置将待装的管片与已安装管片块的内弧面纵面调整到平顺相接以减小错台。

调整时动作要平稳，避免管片碰撞破损。

3.4盾构同步注浆

当盾片脱离盾尾后,在土体与管片之间会形成一道宽度为135mm左右的环行空隙。

同步注浆的目的是为了尽快填充环形间隙使管片尽早支撑地层，防止地面变形过大而危及周围环境安全，同时作为管片外防水和结构加强层。

3.4.1注浆材料及配比设计

（1）注浆材料

采用水泥粉煤灰砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点。

水泥采用42.5抗硫酸盐水泥，以提高注浆结石体的耐腐蚀性，使管片处在耐腐蚀注浆结石体的包裹内，减弱地下水对管片混凝土的腐蚀。

3.4.2同步注浆主要技术参数

（1）注浆压力

注浆压力略大于该地层位置的静止水土压力，同时避免浆液进入盾构机的土仓中。

最初的注浆压力是根据理论的静止水土压力确定的，在实际掘进中将不断优化。

如果注浆压力过大，会导致地面隆起和管片变形，还易漏浆。

如果注浆压力过小，则浆液填充速度赶不上空隙形成速度，又会引起地面沉陷。

一般而言，注浆压力取1.1～1.2倍的静止水土压力，最大不超过3.0～4.0bar。

由于从盾尾圆周上的