盾构机始发施工技术总结.docx

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盾构机始发施工技术总结

区间盾构机始发、始发段施工技术总结

一、盾构机始发必备条件及细节

二、盾构机始发地面设备及细节安排

三、始发掘进盾构机各项参数确定

四、始发段掘进（软土）各项参数确定

五、始发段注浆及外加剂使用

六、盾构机出加固体后洞门封堵情况

七、始发段管片拼装效果

八、始发段中线标高控制技术

九、盾构机始发总体评价

一、盾构机始发必备条件及细节

通常来讲，盾构机正常始发必须具备下列11项条件。

1、盾构始发的车站工作井强度达到设计要求，盾构始发的隧道洞口中线、标高经过复核无误。

2、盾构始发掘进方案已经上报并审批。

3、测量、监控量测方案已经上报并审批。

4、工作井下测量控制点已经复核无误，可以指导掘进。

5、端头加固完成并经过三个月的固结，检测报告合格，同时符合设计要求。

6、洞门水平探孔根据情况可钻3~4m深，无流水渗出，洞门砼或桩已经凿除。

7、始发架、反力架完全经经计算强度、刚度符合要求，并正确安装到位。

8、始发前技术培训，安全技术培训，书面工作指令和技术交底完善。

9、盾构始发各工序人员组织合理，盾构机经过调试各项功能健全，盾构始发所需各项材料到场并经过材料检测。

10、盾构始发需要编制专项应急预案并备好应急物资。

11、相关的配套设施完备。

在完善以上工作后，还有具体细节也缺一不可，主要有下列问题。

1、车站通往井下的人行钢梯要安装牢固，踏步距离、高度合理。

2、洞门橡胶帘布及折页钢板安装完成。

如图。

3、工作井负环安装完成，钢丝绳拴紧、负环固定防倾侧。

如图。

4、地面监控量测布置点收取初始数据。

始发架/洞门水平探孔无流水防水橡胶帘布/折页钢板

二、盾构机始发地面设备及细节安排

盾构机主体安装和调试需要专业人员操作，新机完成此项工作大概要40天时间。

与此同时，相匹配的其他设备可以平行安装调试。

如地面搅拌站、龙门吊、电瓶车及充电设施、出碴池、管片堆放场地等。

盾构机主体长7.8m

盾构机开口率28%，总功率达1110Kw，中盾与盾尾采用铰接方式，刀盘直径6420㎜，前盾直径6390㎜，最小曲线半径350m，VMT测量系统。

用于8小时凝固的砂浆配合比如下：

8小时凝固水泥砂浆理论配合比（每立方用量Kg）

水

水泥

砂

粉煤灰

膨润土

540

80

480

600

50

另外场地尚需合理安排污水沉淀池，以便于排放到市政管道为原则；电力线路布置，以整齐安全规范为原则；管片运输便道以通行顺畅、结实耐用为原则；材料库房可随高就低，注重防火防潮为原则；井口翻牌以操作方便、一目了然为原则。

三、始发掘进盾构机各项参数确定

1、盾构推力的确定

   盾构的推力主要由盾构与地层之间的摩擦阻力F1、刀盘正面土压力F2、盾尾密封与管片之间的摩擦阻力3部分组成，其它还有变向阻力、切口环前端的贯人阻力、后方台车的牵引阻力等。

F1=πDLc

F2=πD2Pd/4

F3=πDμc

   式中：

D为盾构机外径，L为盾构机长度，c为松弛土的粘着力，Pd为刀盘中心处侧向土压力，μc。

为每米管片长度摩擦阻力（经验值）。

   盾构在施工中经常需要纠偏、转向，因此盾构的推力实际上要比计算出来的大，盾构实际配备的推力约为计算值的1．5倍。

还有一种计算总推力的经验公式，现场比较实用。

F=απ/4D2

   式中：

α为推力系数，取110。

此经验公式经过实践和查阅相关资料，感觉只有处于Ⅱ、Ⅲ类围岩中是可行的，处于Ⅳ、Ⅴ类围岩中要乘以1.1～1.2系数。

盾构机在推进左线加固体时，按照经验公式计算得出推力。

F=απ/4D2=110*3.14/4*6.39*2=1103T即11030KN

考虑到反力架受力极限为8000KN，故加固体推力不大于8000KN，推时速度平均在10mm以内。

2、刀盘中心处主动土压力计算

按照库仑主动土压力计算公式，

Pa=1/2γHKa

Pa---单位Kpa

γ---填土的重度，KN/m3

H---计算点的深度，mβε

Ka---主动土压力系数，查下表提取数据

同时考虑停机时压力水头差的存在，地下水压也需计算在内

σ刀盘前=q×γh

q-----根据地层渗透系数确定的经验数据，砂土q=0.5～1.0，粘性土q=0.1～0.5，风化岩层q=0～0.5，γ-----水的容重，h-----地下水位距刀盘顶部的高度。

施工土压力的设定一般遵循以下原则：

A、土仓内的土压力应可以维持刀盘前方的围岩稳定，不能因土压过低造成掌子面失稳、水土流失；

B、土仓内的土压应尽可能低，以降低掘进推力和扭矩，提高速度，降低土体对刀具的磨损。

3、岔路口左线加固体参数确定

加固体纵向长度约9m，加固后围岩强度达2Mpa，取芯呈干燥状，无地下水渗入。

根据经验公式的计算，同时参考了类似工程的施工经验。

在推进时推力不能大于800T，以免反力架受损变形。

后附“工作指令”详细列出了各项参数并注意事项。

四、始发段掘进（软土）各项参数确定

推进9米后盾尾离开加固体，刀盘开始进入软土地层掘进。

区间所穿越的围岩为②-3b2-3软塑状粉质粘土，颜色灰色---灰黄色，软---可塑，饱和，中压缩性，隧道顶上为淤泥质粉质粘土。

拱顶上覆土厚度9m～11m，地面为交通繁华的双龙大道。

软土地层的特点，围岩自立性差，含水量大，对盾构机压力变化反应灵敏，盾构通过后围岩收敛较快。

推力：

600～700T，扭矩：

1800～2000KNM，速度：

20～30mm/min,土仓压力：

1.5～1.8Bar，注浆量：

4.0m3，注浆压力：

2.5～3.0Bar，刀盘转速：

转速宜慢，控制在1.0～1.5rpm/min。

几个注意事项：

1、软土地层，盾构机通过后必须及时注浆，注浆量饱满，开挖直径6420mm，管片外径6200，如果浆液不能及时补充开挖后管片与围岩之间的空隙，软弱围岩会收敛贴在盾构机外壁上，造成后果有二个，一是管片不稳定，上下左右四个方向偏移；二是地层下沉甚至地表下沉较大。

2、掘进姿态控制困难，盾构机主体重达260T，因自身重量在软弱地层中有向下沉的趋势，所以掘进时盾构机要有向上抬头的富余量，根据推进的经验认为考虑+30mm是可行的，即盾构机始终保持在+30的数据上，管片脱出盾尾后稍有下沉正好落在设计标高上。

3、密切注视并认真记录每环出碴量，发生异常时分析原因。

土仓压力调整在稍大于土体主动土压力，推进时前方土体稍有隆起，可以有2～3mm隆起，盾尾通过后回落，地面下沉量在3～5mm，效果较好。

五、始发段注浆及外加剂使用

盾构施工主要使用泡沫剂和膨润土，泡沫剂可以打入刀盘前面、土仓内、螺旋输送机内；膨润土可以打入注浆管内，也可以打入土仓内。

使用泡沫剂的作用主要有下列四点。

1、改良土体，增加围岩的和易性，使出碴顺畅。

2、降低刀具与碴土的磨损，降低出碴系统的磨损。

3、使土仓内压力更均匀，更好保持与地下水土的平衡。

4、降低了土仓内碴土结泥饼的可能性，降低机体温度。

使用膨润土的作用主要有下列四点。

1、在注浆完毕后，在注浆管路注入少量膨润土，可以起到排除干净管内水泥浆液的作用，防止水泥凝固后堵管。

2、在盾尾附近注双液浆前，通过注浆管路打入部分膨润土，使注浆管口与围岩接触部位存在膨润土，防止双液浆固结管口。

3、膨润土有润滑作用，在盾壳周边充满膨润土，可以减少盾构机的推进力，可以降低刀盘扭矩。

4、膨润土注入土仓前，在工作面形成低渗透性的泥膜，有利于密封，便于保持水土平衡。

根据计算，每掘进一环管片需要注浆2.6m3，实际在施工时，要考虑扩散系数。

（6.42/2）π×1.2-（6.200/2）π×1.2=2.636m3

扩散系数可以考虑1.3～1.8，则实际注浆量在3.5m3～4.7m3。

始发段从K8+108～K8+000，长度108米，地面建筑物下沉最大值5㎜，地表下沉控制在10㎜以内，证明注浆量和注浆压力是合理的。

六、盾构机出加固体后洞门封堵情况

当盾构机推进10米，即盾尾离开洞门3米时，无论洞口有没有地下水渗流，都应立即进行洞门封堵。

洞门封堵采用双液浆，多次少量间隔注入，直至最后一次注浆后长时间不再有渗水算达到效果。

左线因为端头加固效果较好，钻水平探孔时就没有渗水，所以洞门注双液浆只是做为一个保险手段，确保洞口安全。

施工期间，了解到其他单位因为洞门没有封堵好，在推进很长距离后仍发生洞口涌水涌砂等后果。

七、始发段管片拼装效果

管片拼装的好坏，直接影响到结构的使用寿命，是重要的质量问题。

盾构法隧道施工规范中要求，管片防水密封质量应符合设计要求，不得缺损，粘结应牢固、平整，防水垫圈不得遗漏。

相邻管片的径向错台不大于5㎜，相邻管片的环面错台不大于6㎜。

纵观已经掘进的2000米区间隧道，管片拼装效果整体是不错的，极个别地方管片发生了错台超限、管片角部破碎、吊装孔破损、管片密封挤坏，但是在始发段100米以上质量问题完全没有。

成型隧道管片效果

八、始发段中线标高控制技术

依照测量方案，对业主所交接的地面控制点进行加密，将加密点布置在车站通视良好的位置，按照测量规范的相关要求，边长尽量等长，角度不宜过小。

从加密点把坐标、标高引入工作井下即车站底板。

监理和精测组对车站导线点复核无误后指导隧道中线标高。

首先始发架中线标高要正确，使盾构机下井安装后就位精准，同时要参考洞门的现实中线标高，如果洞门在施工过程中有位移变形但不超过允许值，那么盾构机就位要按照实际洞门来做。

采用SLS-T系统评估盾构掘进的立体方位和走向的最新信息，并自动适时向转向控制机构下达调整指令，以便将盾构机掘进方向控制在设计的线路公差范围之内。

始发掘进前应正确的输入控制点坐标、轴线、坡度等有关数据信息，并制定出如果导向系统出错时的人工测量方案和设备、人员。

我们在实际工作中，因为盾构机与管片间空间紧张，需要不停搬站，另外因为是曲线，激光指导距离很短，搬站次数较多对工作人员的责任心、业务水平提出了较高的要求。

每一次搬站前后都与盾构机上显示的姿态对比一下，搬站后与之前数据一致时说明此次搬站修改坐标是正确的。

每间隔200米一定要从洞外导线点复核过来，确保洞内安装在管片上的强制对中点坐标正确。

导线点测量我项目使用“Topcon-GTS722型”Ⅱ秒级全站仪，高程传递用苏州一光仪器有限公司生产的DSZ2+XFS1精密水准仪及配套测微器铟瓦合金水准标尺和经检定合格的30m卷尺进行施测。

进洞中线标高精准，区间隧道推进时盾构机姿态始终保持在“0/0”位置，管片脱出盾尾后稍有偏移，但是最终都不超过5㎝，小于规范允许的成型隧道10㎝。

九、盾构机始发总体评价

盾构机始发是风险较大的一项工作，工作内容跨越机械设备、土木结构、测量监测、电力水管、市政排污、公路交通疏解等。

从盾构机吊装下井到能够正常始发推进，需要连续40天工作时间。

疏忽其中任何一个细节都会造成工期耽误或经济损失。

总的来说，盾构机从准备工作、吊装下井、安装调试、地面附属设施安装、结构安全、中线标高测量等等，做到了95分以上。