复杂盾构法施工技术.docx
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复杂盾构法施工技术
1.14复杂盾构法施工技术（北崇区间）
1盾构机组装调试
1.1盾构刀盘的选型
1.1.1刀盘主体结构特点
为了本工程地质条件的掘进要求，设计了辐条结构四个主刀梁和四个副刀梁刀盘，刀盘具有下列主要特征：
1）辐条式刀盘，4根主辐条+4根副辐条+4个支腿。
2）开口率达到50%，开挖面与刀盘之间的阻碍物少，土体更容易进入土仓，其土仓中的土体密度及压力更接近开挖面的土体密度与压力，便于土仓中土压力的控制；刀盘与开挖面之间接触面积小，渣土不易堆积在刀盘与开挖面之间，因此，刀盘不容易产生“泥饼”堵塞现象及减轻刀盘与刀具的磨损，并且能降低刀盘切削扭矩。
3）耐磨设计，刀盘设计充分考虑了地层对刀盘具有较大的磨损性，因此，在刀盘辐条面板及大圆环前后端面堆焊了大量的网格状耐磨硬质合金，另外刀盘外周也焊有耐磨复合钢板，大大提高了刀盘的耐磨性能，延长其使用寿命。
1.1.2刀具的设计选型及布置
本刀盘的设计充分考虑到了本标段的地质情况，配置的初装刀为1把中心鱼尾刀、98把切刀、16把铲刀、66把焊接撕裂刀、1把仿形刀（液压控制）、8把周边保径刀。
刀具选用聊城天工公司生产的镶嵌大块硬质合金刀具。
刀盘设计具有以下特点：
1）可实现双向旋转（正/反）。
2）刀具高低搭配，焊接撕裂刀刀高为110mm，刮刀刀高为90mm，焊接撕裂刀先行开挖松动刮刀前的土体，从而降低对刮刀及面板的直接磨损。
3）采用耐磨性能和冲击性能都非常优越的E5（日本标准）类硬质合金刀头。
4）刀具的布置在刀盘分成内、中、外3部分，刀具数量随直径的增大而增多，刀具的磨损基本是均匀的
5）中心鱼尾刀呈倒V型结构，其作用可以切削中部位的土层；同时可以起到类似钻头钻尖的定心作用。
6）最外部布置足够多的铲刀和先行刀，不但可以清理外围开挖的渣土，还可以有效保径及防止刀盘大圆环的直接磨损。
7）扩挖刀行程为115mm，扩挖半径85mm,可直接在控制室内控制。
8）4个搅拌棒对土体进行充分的搅拌，提高土体的塑性、流动性。
9）刀盘前面共设置了10个添加剂注入口，其中6个为专用泡沫口；另外4个为专用的膨润土注入喷口，在输送泡沫的同时往刀盘前面输送膨润土以利碴土搅拌改良效果，并利于减少刀具磨损。
10）添加剂注入口设计时考虑了防堵和清洗管路的需求，在刀盘背部设有专门的疏通和清洗管路，操作简单易行.
11）在刀盘上设置2处刀具磨损检测装置，可检查刀盘正面刀具极限磨损情况，避免磨损伤及刀座。
1.2盾构下井组装
1.2.1盾构设备的各部件规格尺寸
1-1盾构大件重量统计
序号
名称
数量
重量（T）（投标）
CREC008
外形尺寸（mm）
1
刀盘（含刀具）
1
33
φ6280×1700
2
前盾（含刀盘驱动）
1
85
φ6250×3004
3
中盾（含主推进油缸、铰接油缸、人仓及安装机米字梁）
1
85
φ6240×3165
4
盾尾（含尾刷）
1
23
φ6240×3807
5
管片安装机（含安装机梁）
1
25
1800×5900
6
螺旋输送机
1
17
φ1500×11800
7
设备桥
1
12
4800×12650×3455
8
1#拖车
1
26
4708×10990×3500
9
2#拖车
1
26
4625×10000×3500
10
3#拖车
1
25
4600×10000×3500
11
4#拖车
1
25
4830×10000×3500
12
5#拖车
1
10
4040×7300×3500
13
6#拖车
1
10
4050×5400×3920
14
管片运输小车
1
5
1700×5350×533
15
皮带机
1
6
1000×L×850
1.2.2吊装设备的工具配备
1-2吊装设备工具配置表
序号
工具名称
单位
使用数量
备注
1
300吨汽车吊
台
2
2
120吨汽车吊
台
2
3
液压板
台
4
4
拖板
台
5
5
货车
台
4
6
￠56钢丝绳
根
6
7
￠14钢丝绳
根
6
8
美2.5寸卸扣
个
4
9
10TU型号
个
`4
10
CO2保护焊机
台
1
11
氧气乙炔
套
5
1.2.3盾构吊装下井方法和组装顺序
（1）吊车的摆放
根据现场情况，吊车可以停放在盾构井的北侧，主吊停放于盾构井的北端头，使吊车中心线与隧道轴线垂直。
北陵公园站主体结构已经做完，地基情况良好，但由于盾构井周围挡土墙为砖砌，地基侧限抗压强度小，所以在吊车支腿下必须铺垫厚钢板，以保证地基的承载力。
1-3主体吊装示意图
8-5附属配件吊装示意图
（2）构件吊装顺序
盾构井的始发架精确定位后及车站内后配套拖车钢轨铺设完成后，方可进行盾构的下井组装。
a）后配套下井
下井程序：
拖车起吊→拖车下井→皮带支架下井→风管下井→拖车后移。
各节拖车的下井顺序为；5号拖车→4号拖车→3号拖车→2号拖车→1号拖车。
由120T汽车吊来安装皮带驱动装置及储风筒支架；拖车下井后由电瓶车牵引至车站内已铺好的轨道上，由拖车连杆连接在一起。
待连接桥下井后与1号拖车连接。
b）连接桥下井
连接桥总长为12米，下井时须由120T汽车吊与300T的吊车配合着倾斜下井。
下井后其一端与1号拖车用销子连接，另一端支撑在管片小车的工字钢结构上，该钢结构在现场施焊，然后将上端的吊机缓缓放下后移走吊具。
用电机车将1号拖车与连接桥向后拖动，将连接桥移出盾构井，将1号拖车与2号拖车连接。
c）主机下井
（a）中盾下井
中盾在300吊车及120T汽车吊配合下由平放翻转至立放。
然后撤除120T吊机的吊具，由300T吊车缓慢送到始发架上。
中盾在下井前将两根软绳系在其两侧，向下吊运时，由人工缓慢拖着，防止中盾扭动。
中盾停放在始发架后，由测量组进行旋转角度的测量及调整。
（b）前盾下井
翻转及下井同中盾。
送到始发架上后进行与中体的对位，安装与中盾的联接螺栓。
（c）刀盘下井
翻转及下井同中盾。
放到始发架上后安装密封圈及连接螺栓。
前移使刀盘顶到掌子面。
在始发台两侧的盾构机外壳上焊接顶推支座，由两个50T的液压千斤顶完成。
（d）管片安装机下井
其翻转及下井与中盾相同，下井安装后再进行两个端梁的安装。
（e）盾尾下井
在120T汽车吊与300T的吊车配合下,倾斜着将盾尾穿入安装机梁,并与中盾对接。
此时一定要注意紧急气囊的安装。
（f）螺旋输送机下井
将螺旋输送机前端头收回至圆筒内，在120T与300T的吊车配合下,倾斜着将前端头伸入主机内部,用手拉葫芦将前端头吊在盾尾内壁预先焊接好的吊耳上,这样可以撤除前端头的吊机，然后将螺旋输送机慢慢送进,直到用10T的手拉葫芦更换下另一个吊机.前端头圆筒处的法兰与前盾对接,并安装连接螺栓。
d）主机与后配套对接
主机后移并将后配套前移,连接桥前端搭在安装机梁的端梁上,之后割除连接桥的支撑；连接后配套与主机各部位的液压及电气管路。
1.2.4盾构组装技术措施
（1）盾构组装前必须制定详细的组装方案与计划，同时组织经过技术培训有经验的人员组成组装班组。
（2）组装前应对始发基座进行精确定位，吊机工作区应铺设钢板，防止地层不均匀沉陷。
（3）大件组装时应对始发井端头墙进行严密的观测，掌握其变形与受力状态。
（4）大件吊装时必须有90T以上的吊车辅助翻转。
1.3盾构调试
盾构整机调试按出厂调试程序进行，总的原则是先空载调试，再负载调试，注意在调试时必须有刀盘转动的过程。
2盾构进出洞端头土体加固
2.1施工方法选择
根据场地条件、洞门覆土深度、地质情况等，本着技术可靠、施工可行、经济合理和对现场土体扰动最小的原则，结合我公司在沈阳地铁其它标段加固的成功经验，经研究决定，端头加固采用小导管管双液水平注浆加固方案（钻杆直径为Φ50mm），钻孔完毕后抽出钻杆移开钻机，往孔内插入直径为Φ25mm的注浆花管并通过小导管管与注浆机连接进行注浆作业。
在钻杆的端头装有三叉管，能够使浆液充分混合。
用注浆泵将A、B两种浆液分别压入注浆管，并在小导管管的端头混合，浆液在一定的压力下渗透到土粒的间隙，并与土粒固结成一体，在隧道外轮廓如同行成一个环状的硬壳，提高隧道周围土体侧向土压力。
2.2加固范围
盾构始发加固区范围为沿线路方向长7米，线路中心线左右各6米，盾构接收区加固范围为沿线路方向长7米，线路中心线左右各6米，加固高度为盾构隧道拱顶上3m，拱底下3m，总计加固高度12m。
技术标准要求：
加固后的地基应具有良好的均匀性和自立性，其无侧限抗压强度为1.0～1.2Mpa，渗透系数≤1.0X10cm/s。
注浆孔布置的横剖面图注浆孔布置的纵剖面图
2.3效果检测
根据设计要求：
加固后的地基应具有良好的均匀性和自立性，其无侧限抗压强度应≥1.0Mpa，渗透系数≤1.0×10-8cm/s。
注浆施工结束后，在洞门土体内钻孔，观察是否有渗水及流沙现象，通过钻孔取样，由实验室测出样品的孔隙率、无侧限抗压强度及抗剪强度来检查土体的加固效果。
如果检测结果达不到设计要求时，应该注浆补充加固。
3盾构始发施工
3.1洞门密封装置的安装
由于洞口与盾构（或衬砌）存在建筑空隙，易造成泥水流失，从而引起地表沉降，因此，须在洞口拼装进洞装置，进洞装置包括帘布橡胶板、圆环板、扇形板及相应的连接螺栓和垫圈。
拼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。
拼装顺序为帘布橡胶板→圆形板→扇形板，自上而下进行。
拼装时圆形板的压板螺栓应可靠拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止盾构进洞后同步注浆浆液泄漏，同时将扇形板向洞内翻入，具体见下图。
当盾构刀盘进入洞口时，调整扇形板至盾构外壳的距离为10mm左右，盾构的壳体将橡胶帘布及扇型钢板顶入并向内弯曲，当盾尾钢丝刷刚进入洞口露出管片时，再调整扇型板，使其落在管片上。
待初始掘进完成后拆除橡胶帘布。
图3-1盾构进洞防水装置示意图
3.2洞门围护桩凿除
在凿除洞门前需对加固土体进行验收，可以在洞圈范围内合理位置开设一定数量孔洞以检验洞圈正前方土体加固情况，当土体强度及抗渗都能达到一定的要求，才能凿除洞门围护桩。
洞门围护桩凿出前，必须复核洞门中心坐标及高程，保证满足盾构机出洞的要求，洞门围护桩混凝土采用高压风镐凿除，凿除工作分两次进行，先凿除桩底桩顶外侧3/4桩厚的混凝土，用乙炔焊切断钢筋，并在每根桩中间位置凿出栓钢丝绳的位置，保证该位置应有主筋和箍筋，以便吊点牢固；准备吊出时即可切断围护桩内侧钢筋，钢筋切割顺序为先桩底，后桩顶；用手动葫芦将洞门圈内的桩从两侧到中间依次吊出，部分长桩可分为两截吊出。
洞门凿除要连续施工，尽量缩短作业时间，以减少正面土体的暴露时间。
整个作业过程中，由专职安全员进行全过程监督，杜绝安全事故隐患，确保人生安全，同时应对洞口上的密封装置做跟踪检查，以免吊装时撞坏密封装置。
3-2洞门破除示意图
3.3盾构100米试推掘进
盾构始发后，为了更好地掌握盾构的各类参数，将盾构始发后的前100m推进为试推进段。
此段施工时应注意对推进参数的设定，对推进时的各项技术数据进行采集、统计、分析，摸索地面沉降与施工参数之间的关系，争取在较短时间内掌握盾构机械设备的操作性能，及盾构在本标段地质条件下推进的施工参数设定范围。
把前100米推进分为三个阶段，不同掘进阶段采取不同的施工参数，以期取得与地层相符
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