盾构掘进施工中质量安全保证措施.docx

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盾构掘进施工中质量安全保证措施

盾构掘进施工中质量、安全保证措施

1、盾构掘进保证措施

盾构机在完成试掘进后，将对掘进参数进行必要的调整，为后续的正常掘进提供经验数据，主要内容包括：

1.1根据地质条件和试掘进过程中的监测结果进一步优化掘进参数；

1.2正常推进时要根据地质条件确定盾构机平衡压力，通过加强地面沉降监测，通过统计掌握本地区地质盾构施工参数对地面环境的影响规律，真正做到地表沉降可控，确保地面建筑物、结构物安全。

1.3推进过程中，严格控制好推进里程，将施工测量结果不断的与计算的三维坐标相比较，及时调整。

1.4盾构掘进应按指令的参数推进，严格控制出土量和加强同步注浆，以控制地表沉降。

1.5盾构掘进中，坡度和平曲线不能突变，要采取缓慢顺延的方式掘进。

1.6盾构掘进过程中必须严格监控，工程技术人员根据地质情况、地面状况、监测结果、掘进参数等正确下达掘进指令，并及时跟踪调整。

1.7盾构司机应严格按照指令的参数操作，严禁擅自更改操作指令。

盾构方向控制要采取缓慢纠偏的方式，严禁过量纠偏，降低盾构的蛇形，控制好盾构姿态，保证盾尾间隙均匀，管片拼装后不变形，确保隧道外观质量。

1.8做好施工记录，记录内容包括：

（1）隧道掘进：

掘进环数、掘进里程、油缸行程、掘进速度、盾构推力、土仓压力、刀盘转速、螺旋输送机转速、泡沫参数、出土量等

（2）同步注浆：

注浆压力、注浆量、注浆材料配比、稠度、凝结时间等

（3）测量：

盾构掘进趋向、隧道中心与设计偏差、扭转角、移站记录。

（4）管片拼装：

拼装环数、拼装点位、盾尾间隙、椭圆度、螺栓连接和管片破损情况。

2、掘进参数选择

盾构掘进主要由10个参数控制，即前舱压力、千斤顶顶力及分布、推进速度、盾构坡度、纠偏方向与纠偏量、浆液配式、数量、压力等。

掘进过程中，必须视隧道上覆土厚度、地质条件、地面荷载、设计坡度及转弯半径、轴线偏差情况及盾构现状姿态、地表监察情况等，我部在此地层掘进期间将严格控制此10项盾构掘进参数。

2.1前舱压力的确定：

本区间使用的盾构是中铁装备土压平衡复合式盾构，其施工方法是盾构推进过程中，前部刀盘开挖下来的土，直接填在切削刀腔内，经螺旋输送机自动排上调整压力，使切削刀腔内的原土与切口前水土压力平衡，从而保持开挖面的稳定。

所以，前舱压力的确定，显得非常重要。

推进阶段必须及时将实测地面沉降值与盾构推进诸要素及压浆诸要索进行分析研究，不断对其调整，直至找到最佳值。

2.2推进速度：

速度参量的选取应掌握使土体尽量的切削而不是挤压。

过量的挤压，势必产生前舱内外压差，增加对地层的扰动。

正常推进，速度可控制在20~50mm／min之间：

盾构纠偏时；应取较小速度。

同样，不同的地质条件，推进速度亦应不同。

因土压平衡是依赖排土来控制的所以，前舱的入土量必须与排土量匹配。

由于推进速度和排土量的变化，前舱压力也会在地层压力值附近波动．施工中应特别注意调整推进速度和排土量，使压力波动控制在最小幅度。

2.3盾构轴线控制与地面沉降：

盾构在土层中向前推进，由于受地层土质、千斤顶顶力分布、盾构自身的制作误差、衬砌在盾尾中的相对位置测量的误差等因索的影响，不可避免地会使盾构姿态发生变化，产生偏移、偏转和俯仰。

盾构轴线的纠偏，其高程（坡度）采用上下两组对称千斤顶的伸出长度（俗称上下行程差）来控制；平面采用左右两腰对称千斤顶伸出长度（俗称左右行程差）来控制。

3、同步注浆

盾构在掘进过程中，以适当的压力，必要的数量和合理配比的压浆材料，在脱出盾尾的衬砌背面环形建筑空隙进行同步注浆，这是控制或减小地面沉降的关键措施。

3.1浆料配比：

本区间盾构将采用的浆液，由砂、粉煤灰、膨润土加水以合理的配比，经充分搅拌获得实验室技术人员提供过配比。

经优化、调整，积累起一套浆液质最比较稳定的配比数据。

浆液原料的性质决定了浆液的性质。

浆液性质可用稠度值控制。

3.2注浆压力：

注浆压力，在理论上只须使浆液压入口的压力大于该处水土压力之和，即能使建筑空隙得以充盈。

但压浆压力不能太大，否则会使周围土层产生劈裂，管片外的土层将会被浆液扰动而造成较大的后期沉降及隧道本身的沉降。

本区间盾构拟按1.27γ0，h（γ0为土容重，h为隧道上复土厚度）确定注浆压力，以此摸索最佳参数。

3.3注浆时间：

注浆时间滞后，浆液压入时间应与管片脱开盾尾同步，这样可保证了推进和注浆的同时开始和同时结束。

4、土体改良措施

盾构机在穿越粘性土层时，由于刀盘面需维持较高的压力，而且温度一般也很高。

这样粘性土在高温、高压作用下易压实固结产生泥饼，特别是在刀盘的中心部位。

当产生泥饼时，掘进速度急剧下降，刀盘扭矩也会上升，大大降低开挖效率，甚至无法掘进。

施工中主要采取下列措施：

4.1适量增大盾构掘进推力，降低刀盘转速，加大泡沫注入量，减小碴土的黏附性，降低泥饼产生的几率。

4.2刀盘背面和土仓压力隔板上设搅拌棒，以加强搅拌强度和范围，并通过土仓隔板上搅拌棒的泡沫孔向土仓中注射泡沫，改善渣土和易性，增大渣土流动性。

4.3必要时螺旋输送机内也要加入泡沫，以增加碴土的流动性，利于碴土的排出。

4.4采用2/3仓土加气压模式掘进。

4.5一旦产生泥饼，可空转刀盘使泥饼在离心力的作用下脱落。

确保开挖面稳定的情况下也可采用人工进仓清除。

或采取注入快速渗透剂来去除泥饼。

5、管片上浮及处理措施

根据规范要求规定：

盾构隧道轴线和高程位移不得超过50㎜，引起隧道上浮的因素很多，如工程地质、水文地质、同步注浆质量、盾构姿态等。

综合我标段实际施工情况，现将管片上浮原因分类如下：

5.1我标段所使用的盾构机刀盘直径为6.44m，管片直径为6.2m，管片与围岩之间存在24cm的间隙。

由于盾构直径大于管片直径，管片脱出盾尾后，拱顶土体全部塌落到管片结构需要一定的时间和过程，如不及时填此空间，脱出盾尾的管片周围处于无约束的地下水的包围状态，会给予管片上浮的空间。

当管片自身的重力小于其受到的周围浆液（或地下水）的浮力时，盾构在全断面地下水压力的作用下，隧道就会上浮。

5.2同步注浆在填充的盾构间隙的同时，让隧道与周围土层紧密接触形成稳定的复合构造体共同抵抗外力。

因此，如果采用惰性浆液进行同步注浆，其初凝时间长，不仅无法对管片提供约束，相反提供了上浮力。

同步注浆在注浆过程中，如果注浆压力与注浆量控制不好，同样也会给管片上浮提供条件。

5.3盾构机依靠各个分区的千斤顶的推力让盾构机按设计轴线掘进。

如果加大盾构下方千斤顶的推力来调整盾构姿态，这样会使管片底部受到大于上部的作用力，管片上下受力不均，会加剧管片上浮趋势。

5.4防止管片上浮处理措施如下：

（1）加强管片高程监测：

把盾构掘进前100米作为实验段，分别在管片拼装完时、管片脱离盾尾时、管片脱离盾尾12小时后、脱离盾尾48小时后测量出管片高程，对每一环管片的上浮值详细记录与统计。

最后综合评定出平均管片上浮量，以此为依据用技术交底形式要求盾构司机压低盾构姿态并保持推进。

在继续推进过程中仍然加强管片姿态监测，及时分析，调整好盾构下压量。

例如我标段成型后管片基本平均超高3.5cm，技术部门及时要求盾构司机按低于设计高程3.5厘米的姿态进行掘进，最后成型的管片高程能保证在+10mm以内。

（2）选择合适的注浆浆液进行同步注浆，注浆过程中控制好注浆压力与注浆量。

注浆要完全填充间隙并快速凝固行程早期强度，隧道与周围土体形成整体构造从而达到稳定。

（3）盾构过量的蛇形运动必然造成频繁的纠偏，纠偏的过程实际上就是管片受力部均匀的过程，所以要求盾构在掘进过程中控制好盾构姿态，尽可能使其沿隧道轴线作小量的蛇形运动

（4）控制好盾构掘进速度，确保管片脱离盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡，尽量避免注入的浆液被水稀释而降低浆液性能。

（5）合理利用超挖刀，铰接千斤顶以及严格控制上下区的推进油缸压力，控制掘进中的上仰现象。

6、盾构掘进安全事故预防措施

6.1各岗位操作人员要持证上岗，在日常的使用过程中应经常检查设备的工作性能是否完好；

6.2对各分项工程下达详细的技术交底，对工人进行全面的教育，保证其对各分项工程的施工水平和各机械的操作技能比较熟悉。

7、盾构掘进安全事故应急措施

7.1对机械停机，电气设备要立即停电。

如有人员伤亡则应立即进行就地抢救后及时送医院治疗；如无人员伤亡则应立即组织力量进行检查维修尽快排除故障恢复生产；

7.2示警并及时通知就近工人，电话通知隧道内盾构机上人员躲避和采取措施保护设备；

7.3采用现有药品装备进行抢救同时电话通知地面救援然后及时将伤员运往地面救治。

8、盾尾刷更换预防措施

8.1加强对区间盾构隧道周边工程地质资料、水文资料和环境资料的掌握；

8.2盾构施工过程中经常对盾尾铰接和密封情况进行检查，及时修补损坏的铰接密封、盾构密封和更换损坏的盾尾密封刷；

8.3盾构施工过程中调整好盾构姿态，防止盾构铰接处漏水、漏砂，一旦出现盾构铰接处漏水，漏砂现象，及时启动盾尾铰接紧急密封并进行相关处理；

8.4严格控制盾构总推力，防止推力过大，顶裂管片引起进水事故；

8.5严格控制盾构推进速度，确保推进速度和同步注浆速度相适应，在水、砂、压力共存的地层推进时，防止管片错台过大导致止水橡胶条密封失效，引起管片间漏水漏砂。

9、盾尾刷更换应急措施

9.1组织技术人员和相关专家迅速查明现场的实际情况（如洞门漏水/漏砂发生的时间，地点、部位、原因、过程、已采取的措施以及可能发展趋势导致的后果等），在确保安全的前提下运用拍照，录像等手段取得资料，为现场事故事故分析提供相关资料；

9.2根据现场事故情况，在分析工程地质资料，水文资料和相关设计，施工和地面环境资料的基础上，由技术负责人召开简短的技术会议确定采取的应急措施（如临时排水、注水、封堵、注浆等）；

9.3项目管理人员、技术人员和施工人员根据应急措施对事故进行救援，并在施工的过程中严密关注事故的发展趋势和出现的新情况，及时沟通并根据现场情况对应急措施进行优化和调整；

9.4救援施工应密切注意周围环境的变化，采取相关的应急措施，防止事态的进一步的发展和避免次生灾害的发生；

9.5加强对周边环境的监控，尤其是重要管线和重要地面建筑物，弄清相关产权单位的联系方式，当险情发生时立即与相关产权单位联系；

9.6救援过程中要及时与紧急救援物资单位联络，保证物资供应渠道畅通。

10、泥饼的形成原因与防止措施

10.1泥饼的成因

10.1.1地层地质因素

粉质粘土和黏质粉土的粘土颗粒在刀具的切削和刀盘的冲击作用下很容易变成碎饼的基础材料。

一般来说，粘土粒含量低于20%时，泥饼生成机率很小；当粘土粒含量大25%时，随着施工工艺和施工设备的不利因素组合，泥饼发生可能性增加。

10.1.2盾构机的刀盘、刀具系统缺陷

盾构刀盘和刀具设计制造缺陷会导至施工掘进中“泥饼”的产生，刀盘中心区开口率是粉质粘土层、泥岩以及砂岩地层盾构进中结泥饼的重要因素，可以认为33%是保证少结泥饼的开口率下限值。

刀盘内的搅拌棒及幅条型式、数量也是另一泥饼产生的因素。

刀具布置不合理会导致切削下的砂土块度不均、刀具磨损，进而降低掘进和排土效率，使其产生泥饼。

10.1.3施工控制因素

除地层地质和刀盘刀具设计制造缺陷外，施工过程中的操作者的行为也是刀盘结泥饼的一个不可忽视的因素，具体如下：

（1）未能正确判断复合地层下的盾构掘进模式。

在土压平衡模式时土舱内土压设定值过高，导致切削下来的土体不能顺利通过螺旋机排出，在土舱内堆积挤压，密实度和密度越来越大，最终形成泥饼。

（2）掘进施工中土体改良不到位，为改善刀盘切削下来的土体的和易性（干稀度、流动性），通常在刀盘和土舱内加入水、膨润土和泡沫剂，泡沫剂是一种化学物质，它对土体有膨化、润滑和降低附着力的作用，可有效地降低土体之间的粘聚力和刀盘刀具磨擦温度。

施工过程中因经验和现场判断失误，对加入的改良剂的浓度配比、注入压力、注入量等掌握不准，导致渣土得不到很好改良，促成泥饼产生。

（3）盾构机械维护保养问题因系统冷却水温度偏高，或是刀盘高速旋转后与周围土体介质摩擦生热，使土舱内温度升高，对泥饼有“烧结促成”作用。

设置在刀盘面板上的注入孔时常被堵塞，无法适时按量加入泡沫剂，渣土和易性得不到有效改良。

10.2防结泥饼的施工措施

10.2.1盾构机设计、选型方面的措施设计盾构机时，应选择适当的开口率（特别是中心位置），尽可能实现土体进舱顺利；在土舱内设置土压力传感器，及时反映土舱内泥土粘附情况，预防“泥饼”的形成。

刀盘内侧（土舱侧）设有搅拌棒，盾构隧道施工中刀盘泥饼的形成机理和防治措施随刀盘一起转动，可加速土体流动及对螺旋机喂料，减少泥饼的形成。

10.2.2盾构掘进施工中采取的措施

（1）为了降低土体间的粘聚力、减少土舱中土体压实结密的可能性、减少掘削土体与盾构机刀盘及结构间的粘着力，应改善土体的和易性，保证土舱内土压力的稳定性和出土的顺畅。

在施工过程中，应及时观察所排土体的情况，分析土体粘性和含砂粒比例的情况，及时添加适量的土体改良剂—泡沫，进行土体改良，以减小土体粘性度和粘着力。

（2）盾构掘进参数的设定

在粘性土地层中的土压平衡盾构施工区段，土压力的设定以理论的土压力为基础，并作适当降低，具体可根据实际操作作调整。

但在施工过程中必须观测分析盾构穿越地层的特性，在推进过程中应充分了解施工速度、盾构掘进性能、泥土温度之间的能量转换关系及其对“泥饼”形成的影响。

控制好推进速度，减少“泥饼”产生的机率。

（3）土压力传感器的设置

在土舱内不同高度设置土压力传感器，通过两个固定高度点的土压力差可测出土体的表观密度；在感觉有泥饼生成前取样进行粘度性及渣温进行测量，当粘度指标大于12s时应在注入泡沫剂和膨润土方面加强，改良渣土的和易性。

（4）控制循环水温度

当外界气温高于30℃、隧道内通风系统的功能较差时，随着单环掘进时间的增加，土舱内的温度很容易上升，因此应控制冷却水的温度，必要时需使用冰水。

（5）快速均衡施工

盾构施工要求“连续、快速、稳定”，长时间的停机会导致土舱内土压逐步升高、流动性减弱、刀盘及刀具板结泥饼的可能性增加。

11、盾构掘进遇到地层突变的控制措施

根据地质详勘报告，本区间主要穿越黏质粉土、砂质粉土和粉细砂层，地层变化为由前期的上部砂质粉土、下部黏质粉土变化为上部黏质粉土、下部粉细砂层。

盾构掘进遇到地层突变的主要控制措施如下：

11.1每环对出渣的渣样进行取样，分析样品外观和颗粒组成，判断渣土改良效果和地层是否出现变化。

11.2技术人员对盾构掘进参数进行跟踪好的分析，发现掘进推力和扭矩出现较大变化时，及时对渣样和地面监测情况进行分析，并根据分析结果调整掘进参数。

11.3设置专人管理盾构出渣量，每环进行出渣量统计，并结合监测结果，控制盾构出渣量，减小地面沉降。

11.4掘进参数发生变化，严格控制同步注浆量，采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值时，则注浆量达到设计值的95%以上时，即可认为达到了质量要求。

11.5地层变化时，加强地面监测频率，并形成分析报告，用以指导盾构掘进。

12、盾构区间隧道施工安全措施

12.1盾构掘进前，充分了解盾构隧道工程地质、水文地质等勘测资料，先期做好周边环境、地下管线、人防工程、地上建筑物修缮情况以及土质条件、残留水存在程度等的调查，制定施工安全技术措施，报监理工程师审批，并按批准后的方案组织实施；

12.2盾构机掘进过程中，注意观察仪表及监控电脑显示数据，查听机械运转声音，及时发现并排除设备故障隐患；

12.3管片及土方洞内运输时，电瓶车限速行驶，并随时检查道轨安全状况；

12.4管片拼装时，管片拼装机旋转范围内严禁站人；

12.5隧道内设置人行步道，严禁在人行步道以外的区域行走或停留；

13、机械安全保证措施

13.1各种机械指派专人负责维修保养，并经常对机械的关键部位进行检查，预防机械故障及机械伤害的发生。

13.2机械安装时基础稳固，吊装机械臂下不得站人，操作时机械臂距架空线符合安全规定。

13.3施工中严格执行工程机械基本安全操作规程。

14、用电安全保证措施

14.1所有施工人员应掌握安全用电的基本知识和所用设备性能，用电人员各自保护好设备的负荷线、地线和开关，发现问题及时找电工解决，严禁非专业电气操作人员乱动电气设备。

14.2电缆、高压胶管等尽量架空设置，不能架起的绝缘电缆和高压胶管通过道路时采取保护措施，以免机械车辆压坏，发生事故。

14.3所有电气设备及其金属外壳或构架均按规定设置可靠的接零及接地保护。

14.4现场电气设备有漏电保护器，电缆设可靠绝缘，定期检查，发现问题及时处理解决。

14.5各种机电设备均有专人负责管理，电工持证上岗。

14.6现场用电设备实行三级供电，两级保护。

15、洞内消防措施

15.1洞内走道板位置每隔50m设置灭火器，以应对洞内的突发火情。

15.2所有电缆都采用特制电缆钩安装，电缆钩上带防导电胶皮。

15.3洞内循环水管每隔一定距离设置球阀，并外接水管，用于消防应急和隧道清理。

15.4盾构机每节台车上配备灭火器，用于机械设备的突发火情。

15.5隧道内所有动火施工，均需开动火证，严禁私自动火。