盾构穿越河流及管道安装泥水平衡施工工法Word文件下载.docx

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2.0.5可实现小断面隧道内同时敷设两条管道（两条管道直径之和与隧道内径之差，不小于1m）；

2.0.6隧道抗渗等级不低于P12；

2.0.7管道埋设深度最大可达70m；

2.0.8采用自行研制的内对口器、竖井安装平台，隧道内专用吊装机具，操作便捷，实用性强，提高了施工的安全性。

第3章适用范围

3.0.1适用于隧道断面内径5m以下；

3.0.2适用于穿越距离不大于4000m的盾构隧道；

3.0.3适用于管道直径1500mm以下的管道穿越施工；

3.0.4适用于在岩石、砂卵石、粘土、淤泥等各种复杂层的管道穿越江河施工。

3.0.5对于穿越长度大于4000m的盾构隧道施工，以及管道直径在1500mm以上的管道安装施工也可参照本工法施工。

3.0.6管道安装工法适用于圆形或马蹄形盾构隧道，山体隧道也可参考此法施工，坡度如大于5度，应做适当调整。

第4章工艺原理

4.0.1测量控向技术

1地面控制测量主要采用了GPS测量技术，利用空间24颗卫星、地面控制部分和终端GPS接收机用户等设备，通过联机测量出相互之间的距离关系，计算出观测点的位置（X，Y，Z），从而得到观测点的经纬度和高程，然后运用软件提供的解算模型转换成坐标。

2竖井联系测量采用了陀螺全站仪和激光垂准仪的联合测量方式，其中高精度激光垂准仪是通过采用全新液体光楔自动补偿技术解决了自动安平补偿器的精度和可靠性，保证了激光的投点精度和稳定性；

陀螺全站仪则是利用陀螺旋转轴以水平轴旋转时因地球的旋转而受到铅直方向旋转力，陀螺的旋转体向水平面内的子午线方向产生岁差运动，当轴平行于子午线而静止时可加以应用，从而摆脱了原三角联系测量挂垂球的摆动误差，且测量作业方便。

3地下控制测量采用主辅点四边形导线法，在原导线的基础上增加一组导线，通过游标卡尺测量距离将两条导线建立了相互约束限制的关系，从而减小了地下导线误差的积累，达到提高导线测量精度的目的。

4.0.2隧道内运输技术

1竖井内铺设人字型双开道岔，使空载电瓶车从一股轨道快速转入道岔一侧轨道。

同时，携带物资的电瓶车从另一轨道驶入隧道内实现无间歇工作，大幅降低物资倒运时间，提高了运输效率。

2利用电瓶车轨枕的弧形端头，增大轨枕与隧道内壁的接触面积，缩短两侧受力点的间距，从而降低轨枕弯矩，提高了自身稳定性。

4.0.3隧道内通风技术

1多级轴流风机由多个单级风机组成，每级均由功率相同的电动机驱动，叶轮与电机直连，相邻间的叶轮旋转方向相反。

气流进入第一级叶轮获得能量，经第二级叶轮加速，再经后级叶轮加速排出。

后级叶轮兼备着普通轴流式通风机中静导叶的功能，在获得整直圆周方向速度分量的同时，增加气流的能量，从而达到比其他通风机更高的风压和效率。

2射流风机将隧道本身作为风道，风机工作时，能从给定的能量中，产生较高的推力。

隧道中空气的一部份被风机吸入，经叶轮做功后，由风机出口高速喷出。

基于冲击传动原理，高速气流把能量传给隧道内的另一部分空气，带动其一起向后流动，从而把隧道内的空气推向出口一端。

当气流速度衰减到一定值之后，下一组风机又以同样的方式继续带动空气流动。

3塑料涂敷布正压风筒选用高强度拉链和PVC增强塑布，减少风筒的漏风率和整体抗拉强度。

4.0.4隧道内管道整体移位技术

隧道内同时敷设两条管道时，在第一条管道安装完成后，利用滚杠原理降低摩擦力，采用自制的电动机械千斤顶来进行整体位移。

千斤顶一端顶至自制靠背钢板，靠背钢板与预埋件连接，另一端顶至支撑第一条管道的支架上，并采用橡胶皮作保护，以避免对支架镀锌层的破坏。

每组位移选择六个管支架，多个千斤顶同时推动管支墩达到管道整体移动的目的。

为第二条管道的安装提供足够的作业空间。

4.0.5隧道内管道就位技术

第二条管道安装完成后，采用滚杠加丝杠组合的方式，利用第二条管道作为锚固点，将第一根管道由丝杠提供动力，牵引就位。

第5章工艺流程及操作要点

本章节的工艺流程和操作要点，均针对隧道内双管敷设施工来叙述。

对于单管敷设的工程，只需焊接就位即可。

5.1工艺流程

图5.1泥水平衡盾构穿越河流及管道安装施工工艺流程图

5.2操作要点

5.2.1盾构始发出洞

1.洞门地质改良

在地质结构松散及水压较大的地层中进行盾构始发出洞施工，须对洞门外土体进行地质改良，以达到控水稳土，防止涌水涌砂的效果。

盾构出洞段地质改良措施主要有井点降水、深层搅拌桩或高压旋喷桩地基加固、冻结法等。

1）井点降水

井点降水是在基坑开挖前，在基坑四周埋设一定数量的滤水管（井），利用抽水设备抽水使所挖的土始终保持干燥状态的方法。

一般用于地下水位比较高的施工环境中，能疏干基土中的水分、促使土体固结，提高地层强度，消除流砂，使位于天然地下水以下的工程施工能避免地下水的影响，提供比较干燥的施工条件。

井点降水施工需根据水文地质勘察结果，设计井点布设方案，在隧道周围按照设计布设井点，通过水泵连续排出涌向井点的渗水，疏干洞门周围砂层等高透水性地层中的地下水，提高地层的密实度和自稳性，保持盾构出洞时洞门处地下水位维持在竖井底板之下，避免盾构出洞时洞口出现涌水涌砂。

降水计算如下式所示。

（5.2.1-1）

式中：

，

；

-井函数；

-参变量；

S-贮水系数；

T-导水系数；

t-时间。

——周围某点降水t时刻水位降深；

——第i井出水量；

M——承压含水层厚度；

K——渗透系数；

N——降水井数量；

2）地基加固

地基加固指的是用换土、夯实、有机或无机结合料稳定等方法加固处理的地基。

一般采用深层搅拌桩（20m以上）、高压旋喷桩（较深、地质较复杂）、化学注浆（改良补充措施）等方法，目的是将洞口处一定范围内土体预先固结起来，使洞口封门拆除后洞口处暴露的土体达到自立的强度。

地基加固的范围一般大于盾构主机长度2m为宜，使盾构机在进入洞门密封的过程中盾构机始终处于改良区域地层内（如图5.2.1-1所示。

）但地基加固后的土体强度均匀性差，特别是在砂层中尤为突出，所以必须加强检测，使加固土体的强度、均匀性及其加固范围等均符合加固设计的标准。

在作加固设计时要考虑到工程所用盾构机的切削性能，要考虑加固土体的强度以及有利于破碎出渣输送的可能性。

图5.2.1-1盾构机在改良地层中始发出洞掘进示意图

3）冻结法

冻结法是在不稳定含水地层中修建地下工程时，借助人工制冷手段暂时加固地层和隔断地下水的一种特殊施工方法。

冻结法施工后，可以形成冻结固体，在冻结固体中可以安全的拆除洞口封门，确保盾构安全出洞。

采用冻结法施工时，须根据施工进度、冻土墙的需要强度、开挖顺序等，确定冻土墙的厚度、冻结管群的间距与行数，以及其长度、冻结顺序和解冻顺序等，从而选择必要的冻结设备。

冻结法采用盐水或液氮使地层中水分冻结，整个冻结范围内地层暂时形成有相当强度的冻结固体。

4）地质改良措施选用

为了提高盾构始发安全性，洞门外土体地质改良也可采用冷冻法或地基加固与井点降水相结合的方式。

在隧道轴线埋设较深、地下水位高、渗透水强的砂层，采用高压旋喷桩改良后在拆除洞封门前进行局部井点降水；

或采用高压旋喷桩改良，再通过洞门周围水平钻孔化学灌浆，在拆除始发洞封门前进行局部井点降水。

在隧道轴线埋深较浅（井深不超过17m），可采用深层搅拌桩、补充高压旋喷桩或化学灌浆并辅助以井点降水。

2.洞门密封安装

洞门密封是依靠密封圈的张力紧紧地包裹在盾构机体上，通过单向铰链板的保护，阻止洞外土体与泥水向井内流入的单向折叠式防水密封装置。

洞门密封装置包括帘布橡胶板、圆环板、转板及相应的连接螺栓和垫圈。

安装前须对帘布橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核,确保其与洞圈上预留螺孔位置一致，并用螺丝攻清理螺孔内螺纹。

安装顺序为帘布橡胶板→圆环板→转板，自上而下进行。

洞门密封安装时可使用吊车辅助安装，预埋圆环板上的预留螺栓孔清理干净，用吊车提升密封橡胶板和转板，转板采用折页式结构，由两块组成，须沿顺时针或逆时针方向逐块安装转板，完成后逐个检查螺栓紧固程度，保证螺栓受力均匀。

安装时圆环板的压板螺栓应拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止盾构出洞后同步注浆浆液泄漏。

图5.2.1-2单向折叠式洞门防水密封图

3.盾构吊装、组装

1）盾构吊装

盾构吊装是在盾构始发时将盾构主机和拖车依次吊装下井的过程。

选用符合要求的吊车及吊具，吊车必须有检验合格证；

检查吊车工作位置的地基情况，如承载力不够应进行夯实或硬化等加固处理，并准备四块厚度为10mm-20mm的钢板作为垫板；

确保吊装作业有足够的空间；

做好人员的分工及协调，在吊装期间设置隔离区，保证吊装现场的安全；

吊装作业前，仔细检查吊装索具和吊车运行情况，吊装作业前必须进行试吊。

吊车选型应满足以下条件：

QLmax≥Q0（5.2.1-2）

Hmax≥H0（5.2.1-3）

LS=Dctgβ+πD/2+βD（5.2.1-4）

H0＝H3+H4+H5+H6+H7，H3为盾构机鞍座至地面的距离；

H4为吊装时盾构机底部至鞍座顶面的距离，一般取200～500mm；

H5等于盾构机半径；

H6为吊钩至盾构机中心的距离H6=（D/2）/sinβ；

H7为吊车臂杆滑轮组定滑轮至吊钩中心的距离；

LS为绳长；

D为盾构机直径；

β为（1/2）吊绳的夹角（弧度）。

QLmax——吊车伸长L时最大载荷重量；

Q0——盾构机重量；

Hmax——最大吊装高度。

图5.2.1-3盾构机实际吊装示意图

2）盾构组装

盾构组装是将盾构机之间的设备、管路和电缆连接的过程。

盾构的组装与吊装交叉进行，具体顺序如图5.2.1-4所示。

设备安装调试前应认真阅读盾构机安装与使用说明书。

所有机械电器设备安装均应按产品生产厂要求进行安装调试。

所有电器电线电缆安装必须采用预埋或架空，按规定要求执行。

5.2.1-4盾构吊装组装流程图

5.2.2盾构正常掘进

1.泥水循环

1）制备泥浆。

要求泥浆具有较强的悬浮、护壁功能，即严格控制泥浆的失水量，以在掘进面形成高质量的泥膜。

性能优越的泥浆，借助盾构机本身气压平衡的特点，瞬间在开挖面形成薄而韧的优质泥膜，达到护壁防塌的效果。

粘度在30～35s，屈服值在9Pa～11Pa，比重约1.05g/cm3，PH值为7～8，失水量为9～10ml之间的泥浆失水造壁性最佳。

泥浆采用中性水与膨润土搅拌制浆，添加正电胶、降滤失剂和润滑剂等为处理剂控制泥浆性能指标。

2）制备泥浆后开始建立泥水旁通循环，待泥水压力、流量等调节稳定，切入刀盘舱。

同时转动刀盘，在外力（推进油缸）作用下实现对地层的开挖。

掘进过程中，根据地层静止水土压力等因素的变化调节送、排浆泵转速对开挖面的泥水压力进行控制，并通过设在刀盘舱承压板上的压力传感器实时监测泥水压力，使之处于预定值范围内。

2.掘进参数设定

正常施工时，掘进推力的反力完全由管片与地层的摩擦力提供。

盾构操作中的泥浆流量、泥水压力、刀盘转速、掘进速度等参数需根据掘进地层的土质特性、含水量、里程和出渣情况等因素的变化及时作出调整，严格监控出渣量和盾构掘进轴线。

1）导向油缸参数设定

盾构掘进的过程中根据盾构机实际位置偏差及盾构机姿态设定导向油缸行程。

根据工程实际经验，考虑克服盾构机自重影响，调整各组导向油缸的伸长量，使盾构机垂直方向的前驱保持在4～6之间，才能避免磕头现象。

进行盾构姿态调整时，掘进一环的轴线纠偏调整值宜控制在±

5mm内，不可过快地调整趋势。

2）推进油缸参数设定

在盾构控向掘进中，推进油缸压力的设定对盾构机的掘进方向起着关键的作用，设置的准确与否直接影响隧道实际方向偏差。

当下部推进油缸的油压高出上部推进油缸油压1～2MPa时，基本上可以解决因盾构机结构原因引起的磕头现象，满足控向要求；

对于坡度在4%以上的地段掘进时，上、下部推进油缸的油压差，应控制在3Mpa左右，以保证盾构机能够按既定轴线掘进。

3）盾构掘进过程中的纠偏

盾构掘进中应根据测量情况，随时监测和控制盾构姿态，使隧道轴线控制在设计允许偏差范围内。

其中地面控制测量采用GPS与全站仪相结合的方式；

竖井联系测量采用激光垂准仪、陀螺全站仪联合定向。

地下平面控制测量采用主辅点四边形导线法，地下高程控制测量采用三等水准高程测量双面尺法观测。

在盾构推进时，调整姿态要有提前量。

当掘进方向偏离设计轴线达到±

30mm时每次的纠编量应尽量小，做到平缓地把盾构机纠偏到设计轴线允许偏差范围内。

盾构掘进方向控制的目标是根据区间隧道的设计线形（平面线形要素、纵坡坡率等线路的走向和倾向统称为线形参数DAT），通过对盾构推进时推进油缸的行程、导向油缸、摆动及滚动的有效控制，使盾构机的空间位置和姿态趋近DAT数值，从而使其偏差达到最小。

3.背填注浆

隧道施工中的壁后注浆方式主要为同步注浆。

同时待盾构掘进一定距离后，通过管片预留孔进行二次注浆。

同时，根据隧道内渗漏水情况及时进行补浆。

背填注浆用以充填盾构掘进成孔与管片成型隧道之间的间隙，确保管片衬砌早期稳定性，减少地表沉降，且能提供长期、匀质、稳定防水功能。

背填注浆应与盾构推进同步进行，当推进到位时，定量的浆液也应全部压完。

建议采用的浆液配比如下：

表5.2.2砂层浆液重量配比表

细砂

膨润土

粉煤灰

水泥

水

25～30%

10～13%

23～27%

6～10%

由于盾构纠偏、浆液收缩、浆液渗入砂层等因素，盾构施工的实际注浆量一般为理论计算量的150%～250%。

注浆量计算公式为：

V=π·

（D2-δ2）·

b·

f/4（5.2.2）

V——注浆量（m3）

D——盾构切削外径（m）

δ——盾构管片衬砌外径（m）

b——推进一环的长度（m）

f——实际注浆量与理论计算注浆量之间的差异系数（取1.5～2.5）

在实际注浆作业中应在同步注浆时按照约3～5kg/m3的比例添加水玻璃等速凝剂以缩短砂浆的凝固时间控制砂浆扩散范围，为保证注浆效果，注浆压力应高地下水土压力0.1～0.15MPa。

4.管片拼装

管片拼装时，利用盾构机械臂迅速将管片逐片拼装成管环，管片间通过螺栓连接，管环间通过插销或弯曲螺栓连接，拼装后迅速伸出推进油缸支撑住管片，防止管片掉落。

小断面盾构隧道多使用错缝式楔形管片拼装方式，因此，可根据隧道轴线及盾构姿态自行选择拼装管环的类型。

5.隧道内设施安装

当盾构掘进一定长度（管路、轨道等）后，需进行泥浆、水气管路以及电瓶车运输轨道等设施的接续。

1）管路接续：

停止泥浆、水循环，关闭管路阀门，通过泄压阀进行泄压处理，待压力降至安全值以下后方可拆除管路。

后续拖车向前牵引一根管路长度的距离后，重新连接一段钢制管路。

最后，开启阀门后便可以重新施工。

2）轨道接续：

首先清除隧道底部杂物，然后按照0.6～0.8m间距铺设轨枕以及轨道，最后通过连接板将相邻轨道固定，通过轨道压板将轨道和轨枕固定。

3）通风设备安装：

隧道内通风系统主要采用强制式通风方式，利用软风管将隧道专用通风机产生的压缩空气输送到施工面，保证隧道深处不断有新鲜空气注入。

同时，根据地面风机供风压力、流量和隧道内环境情况，在隧道内间隔一定距离安装一台射流风机，组成隧道排风系统。

风机可安装在隧道上方一侧，电源依靠内低压供电线路提供。

图5.2.2隧道内接力风机布置图

6.刀具检测

刀具作为盾构掘进的主要开挖部件，一般可根据地层情况选配不同类型的刀具，如滚刀、刮刀、保径刀等。

由于刀具在开挖过程中将对刀具造成磨损，因此，为了确保刀具的正常使用，需定期或不定期对刀具进行检测，检测项目主要包括滚刀刀圈是否偏磨、是否超磨、是否有松动等，刮刀保径刀是否掉尺、是否松动等，并做好检查记录。

如果检测的数据超过更换标准，将及时安排人员进行更换处理。

7.地表沉降测量

1）布点

当盾构掘进至大堤、公路等重要构筑物时，应提前布设沉降点，并根据《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》GB50308-1999—17.3.3相关规定，以轴线点为中心以一定的间距布设沉降点，测量沉降点的控制桩距离轴线位置200m以上，不受地面沉降影响，且点位都比较稳定并且均经过平差计算。

2）初始数据采集

当沉降点已趋于稳定，在进行三次沉降点高程测量后，取其平均值作为沉降观测的初始值。

在盾构未到达沉降点位置时，每周测量一次，保证沉降观测初始值的正确。

3）沉降观测：

根据《盾构法隧道施工与验收规范》GB50446-2008规定及工程实际情况，每天观测1-2次，如果沉降量超过2mm/天，则增加观测频率。

同时，及时与盾构操作手沟通并调整泥水压力、掘进速度等掘进参数。

盾构通过大堤后一月内每天观测1次沉降，随后可将观测频率降至每周1次。

5.2.3隧道贯通进洞

1.轴线测量

1）地面控制测量

平面位置方面

首先在两岸建立测量控制点，并将控制点纳入到西安80坐标系中。

同时，在两岸各布设一定数量的GPS控制点，建立GPS观测网。

在布设GPS网时尤其要考虑GPS独立网型和重复基线对测量精度的影响，尽量避免出现两台以上GPS接收机在同一条直线上或基线交叉网型的情况。

高程方面

采用GPS和全站仪及水准仪相结合的方法进行地面高程控制测量，高程控制点布设如图5.2.3-1所示。

图5.2.3-1GPS控制点位布置

CJ01、CJ02、CJ03为接收竖井端GPS控制点，CJ06、CJ07、CJ08为出发竖井端GPS控制点，在障碍物的影响下，埋设临时测量控制点CJ04、CJ05，并制做了用于远距离观测的大觇板，分别在CJ06-CJ05，CJ08-CJ04两条控制边进行对向观测。

同时，在两岸用水准仪分别进行各控制点间的水准测量。

全站仪、水准仪测量成果形成水准测量控制网，结合GPS控制网，进行高程数据平差。

2）竖井联系测量

采用的是激光垂准仪、陀螺全站仪联合定向方式。

地面陀螺全站仪定向

选取地面高等级已知边的一端进行陀螺定向。

零位测完后，采用逆转点法或中天法进行陀螺读数，然后将仪器搬至高等级已知的另一端，按照上述方法进行陀螺定向。

在陀螺定向满足有关规定要求后，取两端定向的平均值作为陀螺定向成果。

激光垂准仪投点

将激光垂准仪安置在井壁一固定位置，保证底部能够看到井底时打开激光向下投点。

然后用全站仪测量井壁固定的激光垂准仪的坐标，即可得到井底所投点位的坐标。

井底陀螺全站仪定向

在隧道内选择一个点位，然后照激光垂准仪所投的点位，依照陀螺全站仪的上述办法进行定向，再搬至另一端进行定向。

洞内起始边数据测量

使用全站仪测量井下两个点位之间的距离，使用陀螺定向的方位角即可得到地下控制测量的起始边，为地下的测量工作提供依据。

高程传递测量

高程传递就是把井上的高程传递到井下，采用三等水准测量的要求操作，采用变动仪器高法进行观测，每测回间读数差不超过3mm。

并根据钢尺鉴定所提供的尺长方程，对测量结果进行尺长改正即可得到井下控制点的高程。

3）地下控制测量

洞内平面控制测量

洞内平面控制测量采用主辅点四边形导线法，即在地下控制支导线点（主点）的附近再布设一个导线点（辅点），每4点组成四边形，为了便于同时设置目标和精确量距，将两个观测点安装在同一个强制归心观测墩上，选择合适的边长，两点之间距离在事先安装好中心螺旋后可用游标卡尺精确测量（如图5.2.3-2所示）。

图5.2.3-2四边形导线网

另外，使用陀螺全站仪对支导线测量进行检核测量（因为支导线要避免和控制方位角误差累积）。

按照测量精度分析要求，在隧道内设定一定数量的测量点测定陀螺方位角，提高井下导线测量的精度。

洞内导线高程控制测量

洞内导线高程控制测量采用三等水准高程测量双面尺法观测，由于地下观测条件较差，但坡度平缓，视距控制在30m，即每50环设置1个水准点，并尽量和导线点重合，按三等水准规范要求操作和数据处理。

2.洞门地质改良

到达段（盾构机进洞区域）地层应采用与始发段类似的地质改良措施，以使在盾构机进入洞门密封过程中盾尾始终处于改良地层内（如图5.2.3-3所示）。

图5.2.3-3盾构机在改良地层中贯通进洞掘进示意