盾构常规重难点施工监理管控要点教学内容.docx

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盾构常规重难点施工监理管控要点教学内容

盾构施工重难点管控要点

一、盾构始发

盾构始发流程见图1.1。

图1.1盾构始发流程图

（1）始发台架安装

在安装始发台架前先由测量组在始发井底板设立控制护桩，根据护桩精确定位始发台的高程和左右位置。

在完成定位之后，将始发台架底部结构焊接在埋设好的预埋铁板上，以保证始发台架的整体稳定。

在盾构机主体组装时，在始发台架的轨道上涂硬质润滑油以减小盾构机在始发台上前后平移到的阻力。

始发台的坡度（即盾构机的中心坡度）与隧道设计轴线坡度平行，以保证盾构机按照设计的中心和高度进入地层。

根据隧道设计轴线定出盾构始发的空间位置，推算出始发基座的位置。

始发基架示意图见图1.2.

（2）反力架安装

在盾构主体部分吊入始发井后，进行反力架的安装。

反力架底部固定在底板预埋件上，支撑固定于端头结构墙埋设的预埋件上，以确保始发过程中反力架的稳定。

反力架示意图见图1.3。

图1.3反力架示意图图1.2始发基架示意图

安装反力架时，先用经纬仪双向校正两根立柱的垂直度，使其形成的平面与盾构机的推进轴线垂直。

为了保证盾构机始发姿态，安装反力架和始发台时，反力架左右偏差控制在±10mm之内，高程偏差控制在±5mm之内，上下偏差控制在±10mm之内。

始发台水平轴线的垂直方向与反力架的夹角＜±2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜2‰，水平偏差＜±3‰。

（3）洞门凿除

在洞门凿除前应先对端头加固体进行垂直抽芯检验和水平探孔，以检验端头加固的止水效果和加固体的稳定性。

垂直抽芯检验数量为加固桩数的1%，抽芯总数不少于三根。

水平探孔以洞门作业面按上、中、下、左、右共布设5个φ50孔位进行，钻孔深度不小于2.5m。

经检验合格后方允许进行洞门凿除施工。

凿除施工时在盾构机与掌子面之间搭建脚手架，人工用高压风镐进行凿除围护结构砼施工，凿除按照从上往下、从中间往两边的顺序进行，凿除的范围为预留洞门轮廓线内的围护结构。

拆除工作保证围护结构钢筋全部切断，以避免盾构刀盘被围护结构的钢筋挂住。

凿除施工完毕后拆除脚手架，快速拼装负环管片，使盾构机抵拢掌子面，避免掌子面暴露太久发生失稳坍塌。

（4）洞门密封装置

为了防止盾构始发掘进时泥浆从盾壳和洞门的间隙处流失，以及盾尾通过洞门后背衬注浆浆液的流失，在盾构始发时需安装洞门临时密封装置，临时密封装置由帘布橡胶、扇形压板、垫片和螺栓等组成。

为了保证在盾构机始发时快速、牢固地安装密封装置，在吊装井施工时在预留洞门处预埋环状钢板。

密封装置安装前应对帘布橡胶的整体性、硬度、老化程度等进行检查，对圆环板的成圆螺栓孔位等进行检查，并提前把帘布橡胶的螺栓孔加工好。

盾构机进入预留洞门前在外围刀盘和帘布橡胶板外侧涂润滑油以免盾构机刀盘挂破帘布橡胶板影响密封效果。

当盾构机刀盘进入洞门后将卡板置于盾体外侧并用螺栓固定；当盾构机主体部分全部通过洞门后将卡板置于负环管片的外表面，起到防止泥水、浆液流失的作用，从而减少始发时的地层损失。

（5）负环管片的安装

按设计要求经精确测量定位后拼装负环管片。

在拼装第一环负环管片前，在盾尾管片拼装区下部180度范围内安设7根长1.4m、30mm厚的木条或钢板（盾尾内侧与管片间的间隙为30mm）。

在盾构机内拼装好整环后利用盾构机推进千斤顶将管片缓慢推出盾尾，由于始发基座轨道与管片外侧有空隙，为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，在空隙处用200*200mm的斜木楔将其塞紧，并用钢丝绳将管片箍紧，钢丝绳两端均固定在始发台架的预留孔处，第二环负环以后管片将采用错缝拼装，并用始发托架在负环下部将其托起。

具体见图1.4。

（6）盾构始发掘进

始发前在结构墙内侧焊接导向轨，以防止盾体重心推出始发架时发生刀盘前端“栽头”，使盾构前端刀盘位置姿态超限。

当盾构机的刀盘部分切入帘布橡胶板，确认洞门钢筋已经破除完毕以后，可以进行盾构机的试运转。

由于盾构机没有周围岩土侧压力的磨擦作用，且盾构油缸的推力和掌子面通过刀盘的反力都很小，所以，在盾构主体下侧与始发托架导轨连接位置焊接防扭转块，在试运转时应使刀盘慢速旋转，且要正、反向旋转，防止盾构主体旋转。

进洞后，盾构机刀盘切削旋喷桩并穿越洞门端头加固区，这时，土压设定值应略小于理论值且刀盘转数应控制住在1-1.5转/min推进速度不宜过快，这时总推力不得大于2000t。

盾构机坡度略大于设计坡度，待盾构机出加固区之后，为防止因正面土压变化而造成盾构机突然“低头”，可将土仓的土压力的值设定成略高于理论值，并将下部推进油缸的推力稍稍调高一些。

当盾尾进入洞门后，及时调卡板的位置将洞门封堵严实，以防洞口漏泥水、漏浆从而减少地层的损失。

在掘进过程中，根据情况地层情况及时对切口水压、掘进速度以及注浆量进行控制。

在施工过程中，应根据地表的监测信息对土压设定值以及推进速度等施工参数作及时的调整。

二、盾构掘进方向控制

根据以往盾构施工经验及相关理论知识，采取以下方法控制盾构掘进方向：

1、采用隧道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性，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。

（1）在上坡段掘进时，适当加大盾构机下部油缸的推力和速度；在下坡段掘进时则适当加大上部油缸的推力和速度；在左转弯曲线段掘进时，则适当加大右侧油缸推力和速度；在右转弯曲线掘进时，则适当加大左侧油缸的推力和速度；在直线平坡段掘进时，则应尽量使所有油缸的推力和速度保持一致。

（2）在均匀的地质条件时，保持所有油缸推力与速度一致；在软硬不均的地层中掘进时，则应根据不同地层在断面的具体分布情况，遵循硬地层一侧推进油缸的推力和速度适当加大，软地层一侧油缸的推力和速度适当减小的原则来操作。

在掘进时，分区压力的调整均要根据盾构机的姿态与设计轴线的偏差情况确定，同时应该注意分区千斤顶的压力差不宜过大，通常要求对应千斤顶压力差一组大于另一组的1/3，以免在大推力的情况下因压力差过大对隧道管片产生破损。

（3）盾构在硬岩段掘进时，可能会产生较大的震动和滚动。

此时，可以适当加大推力、降低转速，产生较大的滚动时可以使刀盘朝相反的方向转动，防止盾构机发生过大的滚动偏差。

3、利用主动铰接油缸控制盾构掘进方向

盾构机利用推进油缸顶住盾尾，利用铰接油缸顶住前盾（安装有刀盘）往前推进。

盾构机的方向控制除通过选择推进油缸数量、设定最大推力以外，还可以通过设定铰接油缸的行程来实现。

三、掘进中的渣土改良

1、渣土改良作用

在盾构施工中尤其在复杂地层盾构施工中，进行渣土改良是保证盾构施工安全、顺利、快速的一项不可缺少的重要技术手段，具有如下作用：

（1）润滑刀具，减少刀具与地层间的摩擦，可有效降低刀盘扭矩，同时减少了因摩擦而产生过多的热量，降低对刀具和螺旋输送机的磨损。

（2）加入改良剂时，可以使渣土具有较好的止水性，有一定的防止喷涌的能力，对控制地下水流失有一定的作用。

（3）使切削下来的渣土顺利快速进入土仓，有利于螺旋输送机排土顺利。

（4）可有效防止渣土粘结在刀盘上而产生泥饼。

（5）使渣土具有较好的土压平衡效果，利于稳定开挖面，控制地表沉降。

2、渣土改良的方法与添加剂

渣土改良就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓、或螺旋输送机内注入添加剂，利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土渣混合，其主要目的就是要使盾构切削下来的渣土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力，以满足在不同地质条件下采用不同掘进模式掘进时都可达到理想的工作状况。

添加剂主要有泡沫、高分子聚合物、膨润土等。

四、开仓换刀

在盾构掘进过程中，由于地质情况的差异、刀具加工材质等原因，掘削刀具不可避免会出现不同程度的磨损、破坏现象。

刀具磨损后，盾构掘削土体的能力下降，盾构机推力、扭矩增大，推进速度减慢，甚至造成刀盘的磨损。

因此，合理使用刀具和换刀施工，是盾构掘进的关键之一。

通过对沿线地质情况的分析和刀具磨损情况的预测，充分考虑到常压换刀和带压换刀方式的适用条件，尽量避免在围岩含水量大和需带压作业地段进行换刀作业。

在盾构机到达预定地段后进行换刀作业，根据开仓检查情况确定是否需要对刀盘进行维护、更换磨损的刀具及清除泥饼作业。

所选检查及换刀的作业地点具备以下条件。

1.检查及换刀地段的隧道围岩较均匀，力学性质较好，自稳性强；

2.检查及换刀地段隧道埋深合适，且覆盖层无不良地层。

3.换刀作业前，根据盾构机的运转情况，对其进行部件检修、维护，确保盾构机的正常运转。

在盾构机掘进过程中如发生刀具必须更换且必须在加压条件下作业时，通过盾构机所配置的超前钻孔对软弱地层加固后，按照加压换刀操作规程作业。

五、盾构在上软下硬地层中掘进

盾构在上软下硬的地层中掘进时，为了控制沉降通常会保持高土压掘进，不但加剧对地层的扰动，且容易使刀盘和土仓产生泥饼、刀具偏磨、盾构机抬头等现象，当产生泥饼或刀具偏磨时，掘进速度急剧下降，刀盘扭矩也会下降，大大降低开挖效率，甚至无法掘进。

当出现盾构姿态抬头时，纠偏困难，容易导致隧道超限。

在该段地层中掘进，盾构机采取的主要技术措施如下：

（1）刀具的优化配置

区间盾构隧道施工中，一般配置全断面滚刀，中心部配置每个刀圈可独立回转的強化型双刃滚刀（带合金粒），转速快磨耗多的外周部配置了高强耐磨单刃滚刀，既可有效地提高破岩能力，又可有效防止刀具磨损的不均衡性，从而可减少进仓换刀的次数。

（2）采用小推力低转速，适当降低掘进速度，使刀盘对底部较硬地层进行充分破碎。

 （3）严格控制出土量。

如发现出土量过大要逐步增加土仓压力，将每一环的出土量控制在理论值的95%~105%。

（4）动态控制系统

在典型的上软下硬地层中掘进时，下部的硬岩要求刀盘高速转动并增加推力快速掘进，而上部软土层则要求刀盘低转速，略高于正常值的切口水压掘进。

同时由于软土层和硬岩层的压缩变形模量的不同，容易使刀盘受力不均而发生偏心受力，导致刀盘和主轴承密封损坏，故需要根据实时的地质条件调整盾构的掘进推力、扭矩、以及排泥泵转速等参数建立动态控制系统来保护机器设备。

 （5）重视盾构基础数据的异常反馈，认真分析其异常原因，并采取果断措施；密切注意工程地质及地表沉降变化情况，及时调整掘进参数、减少对地层的扰动、控制地表沉降在允许范围内。

盾构掘进参数控制措施的建议如下：

①适当降低刀盘转速；

②切口水压根据地层进行计算，合理选择软、硬地层的切口水压；

③掘进速度控制平稳，低转速，稳掘进、低贯入度的原则进行掘进并根据实际地层情况适当调节各参数。

 （6）严格进行同步注浆，保证注浆压力及注浆量，充分填充盾尾和管片之间的建筑间隙，以减少周围土体变形。

 （7）根据盾构推进的地质预报及出土情况分析，充分了解前方地层情况，及时添加调整渣土改良材料，以改良渣土，防止产生“泥饼”和“喷涌”。

 （8）及时对盾尾密封添加足量的油脂，确保盾尾的密封性，以防止盾尾密封不好而产生漏水、漏浆和漏砂现象。

 （9）合理利用盾构铰接油缸，改变刀盘倾角以加强对砾质部位的切割，提高盾构掘进过程中的轴线控制能力。

（10）增加土仓内的泡沫注入量，以减少刀具的磨损并防止开挖面失稳。

六、盾构在砂层中掘进

盾构在砂质地层中掘进，因渣土改良困难，土压平衡模式难以建立