盾构法施工与监理要点更改版.docx

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盾构法施工与监理要点更改版

盾构法施工技术及监理要点

1引言

盾构法施工是暗挖法施工的一种，始于1874年的英国，伦敦地下铁道东线的粘土和含水砂砾层修建内径3.12m的区间隧道。

采用了气压盾构以及向衬砌背后注浆的施工工艺。

20世纪30年代，前苏联采用直径6.0~9.5m的盾构先后在莫斯科、列宁格勒等城市修建地下铁道区间和车站隧道。

将盾构法施工技术推向一个新高度。

60年代以来，盾构法施工在日本的多个城市的地铁施工中被广泛采用并得到迅速发展。

为了克服在城市松软含水地层中盾构施工引起的地面沉降，以及钢筋混凝土管片制造精度和防水问题，日本和德国等制成和研究了泥水加压式等新型盾构和相应的施工工艺、配套设备，以及各种新型衬砌和防水技术。

我国于1963年在上海开始了直径4.6m的盾构隧道，1968年在北京开始了直径7.0m的盾构隧道工程试验，并在钢筋混凝土管片制造、防水技术、挤压混凝土施工等方面取得了成功。

1989年在上海地铁一号线工程正式采用盾构法修建区间隧道，以后陆续在多个城市地铁区间隧道施工中成功运用。

并于2008年9月5日，建成世界最大直径盾构隧道——直径15.43m上海长江隧道工程。

目前，盾构法已成为我国地铁区间隧道的主流施工方法之一。

2盾构施工技术及流程

盾构法施工主要施工步骤如下简图所示：

图2.1盾构及配套设施工况简图

盾构法施工基本流程，如下图：

图2.2盾构法施工流基本程图

3盾构施工各阶段监理控制要点

3.1盾构机选型

（1）详细了解施工环境、地质地貌，分析地质勘察资料和隧道设计文件，确定开挖方式。

（2）分析盾构机的类型及性能特点：

根据开挖、工作面支护和防护方式，一般可将盾构机分为：

全开放型、部分开放型、密封型以及全断面隧道掘进机（TunnelBoringMachine,简称TBM）4大类。

（3）了解、分析和借鉴已建隧道的经验：

如目前北京地铁隧道施工的38台盾构机均为密封型盾构（密封型盾构分为：

局部加压式、土压平衡式、泥水加压式和混合式等）当中的两种，即土压平衡式和泥水加压式盾构，而38台盾构机中土压平衡式盾构占36台，只有14号线15标的盾构机（切口直径10.2m）和7号线00标盾构机（切口直径6.25m）是泥水加压式。

（4）选定盾构机类型、型号，确定刀盘型式（开口率），合理配置刀具，选定螺旋机型式及后配套设备。

我公司监理项目北京地铁10号线07标区间隧道（中铁六局施工）最终选定使用两台日本小松土压平衡式盾构机，配置辐条式刀盘、带式螺旋机，后配套台车为（5+1）。

3.2盾构始发

3.2.1吊装准备

（1）做好设计图纸会审，按工种进行岗位培训并考核合格；做好技术交底、安全技术交底，明确管线类别、位置，做好风险源排查、识别、分析并制定保护措施，确保顺利施工。

（2）涉及始发、掘进等施工方案、安全专项方案、隧道穿越（风险源、建构筑物）及地下管线（核查、识别、分析）保护措施已按要求通过专家论证并审批。

（3）始发工作井完成经验收满足始发要求。

（4）盾构机及配套机械已经到场。

（5）场地的硬化（结合端头加固施工），临电、通讯等设施的安装并验收合格。

（6）施工所需材料、设备经检验合格，满足本阶段施工要求，管片、螺栓等准备足够数量。

（7）建立井上、井下的测量控制网，施工单位及第三方复核无误，监理复核完成。

（8）沉降监测点布设完成并取得初始值。

（9）龙门吊等起重设备安装完成通过验收并报备完成。

（10）制浆、通风等地面设施安装完成并经验收和试运行合格。

（11）盾构始发端头土体加固完成并验收、检测合格。

（12）盾构始发托架、导轨安装完成验收、测量（复核）合格。

（13）应急物资齐备，应急预案经过审批，并进行了应急演练。

3.2.2盾构机下井、组装、就位、调试、验收

（1）下井

1）确定盾构机下井组装的总体原则：

先后备台车，后盾构主机。

即由6号台车（5+1）开始，到1号台车完成台车的下井安装；然后再吊装切口环、支撑环、盾尾等，完成主机安装。

2）在盾构机在正式下井安装前，先确认各部件在运输过程中没有受到损坏、铺好后续台车的轨道、确认各部件的吊点（要求对吊耳焊接进行探伤检测）牢固可靠。

3）盾构机主体分成刀盘、前盾、中盾、盾尾、螺旋机、拼装机等多块，最大重量为98t（中盾），后续台车共分6节。

按方案进行下井、吊装、就位。

驻地监理实施旁站。

图3.2.2-1盾构机下井

图3.2.2-2盾构机组装

（2）组装盾构机，监理做到事前控制，提示下井组装注意事项：

1）保护好盾构机各部件间连接管线接头并编号，避免造成线路连接错误。

2）安装过程中，各专业技术人员协同工作，相互配合，按照相关技术规范和工艺标准进行组装。

3）各部件安装完成后应进行功能测试并达到规定的技术参数要求，避免将故障留到掘进施工阶段。

（3）就位

1）严格控制始发台、反力架和负环的安装定位精度，确保盾构始发姿态与设计线路基本重合，盾构前轴线可比设计轴线适当抬高2-3cm。

2）盾构机各组成部件在井下安装完成，正确就位在盾构基座上，刀盘离洞口1.0～1.5m，

（4）盾构机调试、验收

盾构机调试依据盾构验收大纲对其进行试运行。

1）空载调试

盾构机组装和连接完毕后，即进行空载调试。

主要调试内容为：

液压系统，润滑系统，冷却系统，配电系统，注浆系统，以及各种仪表的校正。

着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。

2）负荷调试

空载调试证明盾构机合格后即可进行负荷调试。

负荷调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力，确认盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。

通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。

负荷调试时要采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和隧道线型。

确认各项指标都满足验收大纲的要求。

监理全程监督并签认应签资料。

（5）洞门密封装置

由于工作井洞圈直径与盾构外径存有一定的间隙，为了防止盾构始发时及施工期间土体从该间隙中流失，在洞圈周围安装由橡胶帘布带、圈板、单向铰链板等组成的密封装置，并设置注浆孔，作为洞口出现渗漏的补救措施。

洞门密封装置安装在盾构始发条件验收前完成。

（6）反力架结构装置

盾构机始发时巨大的推力通过反力架结构装置传递给始发井（车站）结构。

反力架安装要求：

1）严格按已审批的方案施工。

反力架端面与始发台水平轴垂直，反力架与盾构始发井各结构预埋件焊接牢固、安全稳定，焊接质量符合设计及钢结构规范要求。

确保盾构始发时车站（始发井）结构安全。

2）反力架与负环管片接触的平面要与盾构始发基座的轴线垂直，反力架轴线与盾构始发轴线的偏差控制在±10mm以内。

图3.2.2-3反力架

（7）盾构调试完成，安全凿除洞门围护结构，注意保护洞门密封装置。

3.2.3初始掘进

（1）根据北京市的地质状况、盾构机型式和专家意见及有关要求，确定初始掘进距离为100m（也可100环）。

初始掘进前严格检查如下检查项目：

1）盾构机的联动调试满足要求。

2）洞门范围内的钢筋混凝土围护结构等障碍物清除干净。

3）洞门橡胶密封圈安装到位,完好无损。

4）始发反力架和基准环安装到位。

5）负环管片准备就绪。

6）渣土运输准备工作就绪。

7）地面砂浆搅拌站调试完毕。

8）盾构机已准确定位。

9）自动导向系统安装、测试完毕。

10）初始掘进范围内的地面监测点布设完毕并获得初始的数据。

11）盾尾的密封刷已涂满密封油脂。

12）供电系统（含备用电源）、给排水系统、通信系统等检查正常。

13）在自动导向系统安装调试完成后，将把有关的线路资料（沿线路方向每隔1.2m输入一个轴线点的坐标）输入电脑。

14）始发掘进时材料和渣土可以自由从本线出土口吊进和吊出，盾构始发井内铺设双线轨道，便于材料和渣土的运输。

15）通过始发条件验收，满足始发要求。

16）始发初始掘进时，盾构机处于始发台上。

因此，需在始发台及盾构机上焊接相对的防扭转支座，为盾构机初始掘进提供反扭矩，防止发生安全事故。

（2）第一环负环管片定位时，管片的后端面应与线路中线垂直。

负环管片轴线与线路的轴线重合，负环管片采用通缝拼装方式。

（3）盾构在始发台上向前推进时，各组推进油缸应保持同步。

（4）始发阶段，设备处于磨合期。

要注意推力、扭矩的控制，同时也要注意各部位油脂的有效使用。

掘进总推力应控制在反力架承受能力以下，同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发台提供的反扭矩。

（5）盾构进入洞门前把盾壳上的焊接棱角打平，防止割坏洞门防水帘布。

（6）百环验收：

盾构初始掘进完成100m（环）试验段后进行验收，总结经验，分析问题，盾构转入正常掘进状态。

（7）安全拆除负环管片、重新安排给排水系统、做好各种管线的延伸和连接，盾构进入正式掘进状态。

3.3盾构掘进

3.3.1掘进参数

盾构进入正式掘进段，应时刻关注以下各项盾构掘进主要控制参数，并根据参数变化及时调整（纠偏）。

（1）千斤顶推力F

最大推力Fmax=3750t（16个千斤顶），初始掘进阶段F<800t，正常掘进阶段F=800～1500t,特殊情况时F=2000～3000t。

（2）刀盘转速

满足转速和扭矩曲线，且无级可调n=1～1.7rpm。

（3）刀盘扭矩T

正常掘进时，扭矩应低于最大扭矩，当工作扭矩达到最大扭矩时，刀盘将停止转动，如反复启动未果，即可启动专门开关（此时可达脱困扭矩），使刀盘重新启动转动。

刀盘的最大扭矩为4008kN.m，脱困扭矩为4810kN.m，正常施工扭矩一般小于3750kN.m。

（4）螺旋器转速n

n<20.5rpm，根据土仓压力和出土口出土情况进行调整。

（5）掘进速度v

根据土质、扭矩、推力和土仓压力等可综合确定，但受土质影响最大。

Vmax=83mm/min，一般V=40～60mm/min。

（6）注浆压力P

P是在注浆处的水土压力的基础-上相应提高0.5～1.0kg/cm2，且使浆液不会进入土仓，并保证地面的沉降值在允许范围（+10～-30mm）内。

（7）注浆量V

V是在管片与土体之间的空隙的基础上，再考虑扩大系数2确定的。

一般每环的注浆量V≈4m3。

（8）发泡剂的掺量m1和空气的混合比例m2

发泡剂在水中的掺量m1和空气与发泡溶液的混合比例m2根据地质情况确定，一般情况下，m1=2～6%，m2=10:

1～20:

1。

（9）左右推进千斤顶行程差S

S主要根据线路特点和盾构机在水平方向偏离设计轴线的程度来确定的。

S的大小确定了盾构机方向改变的急缓程度。

（10）盾构机俯仰角α

α根据线路特点和盾构机在竖直方向偏离设计轴线的程度来确定。

α靠合理使用上部和下部的推进千斤顶保持。

（11）盾构机滚转角β

β和刀盘转动方向及扭矩大小有关，可以通过改变刀盘转动方向和使用稳定器来控制，一般情况下，β值不应超过±0.5º。

（12）管片与盾尾的空隙δ1～δ4

δ1～δ4可通过固定在安装器上的专门设备测得，也可由人工测量，它反映了管片和盾构机的相对位置关系，对确定下一环的管片类型和掘进参数有指导意义。

理论值为δ1=δ2=δ3=δ4=30mm。

通常情况下在10～50mm间波动。

（13）铰接千斤顶的使用状态

铰接千斤顶有三种使用状态：

收缩、释放、固定。

收缩状态时，盾构机前体与中后体成直线。

释放状态时，盾构机前体将相对于中后体自由活动。

固定状态时，盾构机前体与中后体保持一固定角度。

3.3.2出土及管片、浆液等材料输送

控制出土量，保证土仓压力。

同时做好渣土排放运输。

合理调度地面运输系统（龙门吊、管片运输车、运泥车和反斗式挖掘机等）、隧道内运输系统电瓶车（管片、浆液、钢轨、油脂、管片螺栓等运输），确保安全，并保证材料供应和渣土外运。

3.3.3管片拼装

（1）管片选型

1）合理选择管片，防止出现“管片错台、破损