盾构掘进工程施工要点控制12.docx
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盾构掘进工程施工要点控制12
盾构掘进工程施工要点控制
盾构试掘进
盾构开始掘进的90m为试掘进段。
完成本段掘进后拆除负环管片，通过试掘进段拟达到以下目的。
a）对盾构机进一步调试，摸索适应于本标段地层的掘进参数和掘进模式。
b）了解和认识本工程的地质条件，掌握在该地质条件下复合式土压平衡盾构机的施工方法。
c）收集、整理、分析及归纳总结掘进参数，制定正常掘进时的操作规程，实现快速、连续、高效的正常掘进。
d）熟悉管片拼装的操作工序，提高拼装质量，加快施工进度。
e）加强对地面变形情况的监测分析，反映盾构机出洞时以及推进时对周围环境的影响，掌握盾构推进参数及同步注浆量。
f）摸索出在本标段地层中盾构姿态的控制方法。
g）在试掘进段的掘进速度要保持相对平稳，按操作规程控制好掘进纠偏量，减少对土体的扰动。
在空旷地带选择多组不同的性能指标试掘进，并加强地表隆陷观测，并通过加强盾构通过后地表隆陷监测确定同步注浆和盾构通过后地表隆陷的关系。
试掘进段加强盾构法隧道的轴线控制，掌握盾构纠偏的主要施工参数。
盾构的正常掘进
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条件。
主要内容包括：
（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。
（2）正常推进阶段采用90m试掘进阶段掌握的最佳施工参数。
通过加强施工监测，不断地完善施工工艺，控制地面沉降。
（3）推进过程中，严格控制好推进里程，不断将人工测量结果与电子测量系统的数据进行比较，发现问题及时调整，将偏差控制在误差范围内。
（4）根据技术交底设定的参数推进，推进出土与衬砌背后注浆同步进行。
不断完善施工工艺，控制施工后地表最大变形量在+10，-30mm之内。
（5）掘进过程中平稳调整盾构姿态，隧道轴线和折角变化控制在0.4%范围内。
（6）盾构掘进施工过程中严格受控，工程技术人员根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、盾构机姿态、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种勘探、测量数据信息，正确下达每班掘进指令，并即时跟踪调整。
（7）盾构机操作人员严格执行指令，谨慎操作，对初始出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免盾构机走“蛇”形，盾构机一次纠偏量不宜过大，以减少对地层的扰动。
（8）做好施工记录，记录内容有如表所示。
表3.1.5-1施工记录内容表
序号
隧道掘进
同步注浆
测量
1
施工进度
注浆压力
盾构倾斜度
2
油缸行程
注浆量
隧道椭圆度
3
掘进速度
浆液性质
推进总长度
4
刀盘、螺旋输送机转速
浆液配比
本环轴心坐标
5
盾尾间隙
/
/
PDV数据采集系统
PDV数据采集系统可采集、处理、储存、显示与评估PLC采集的相关数据。
测量数据通过被时钟脉冲控制的测量传感器连续的采集和显示。
盾构的工作状态及其主要的掘进参数均以图形的形式直观的显示在PDV的监测器上。
屏幕上的每个内容均按功能分为：
掘进控制系统模块、螺旋输送机/泡沫系统模块、油脂/注浆系统模块、温度控制模块和其它诸如错误信息表示等。
盾构操作人员可在这些屏幕页之间切换并从中获取需要的数据。
通过PDV数据采集系统收集到的信息，可以实现对盾构机状态的实时信息化管理。
通过互联网、电话拔号网以及PDV的计算机可以将当前的盾构机掘进状态数据传送至业主、监理、设计及施工等相关部门，为整个工程的信息化管理提供重要信息来源。
掘进模式的选择及操作控制
掘进模式选择
根据隧道洞身地质情况及周边环境，本标段隧道拟采用土压平衡模式掘进，在施工过程中时刻注意岩层的变化情况根据实际的掘进情况及时调整盾构掘进参数。
土压平衡掘进模式的主要技术措施
（1）采用以齿刀、刮刀为主切削土层，以低转速、大扭矩推进。
（2）土仓内土压力值P应略大于静水压力和地层土压力之和P0，即P=KP0（K值介于1.0～3.0）；
（3）土仓压力通过采取设定掘进速度、调整排土量或设定排土量、调整掘进速度两种方法建立，并应维持切削土量与排土量的平衡，以使土仓内的压力稳定平衡。
（4）在透水性强的地层掘进时，需要添加泡沫剂、聚合物、膨润土等改善碴土的流动性和止水性，以使土仓内的压力稳定平衡。
（5）盾构机的掘进速度主要通过调整盾构推进力、转速（扭矩）来控制，排土量则主要通过调整螺旋输送机的转速来调节。
在实际掘进施工中，应根据地质条件、排出的碴土状态，以及盾构机的各项工作状态参数等动态地调整优化。
盾构掘进方向的控制与姿态调整
由于地层软硬不均、隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构推进不可能完全按照设计的隧道轴线前进，从而会产生一定的偏差。
当这种偏差超过一定限度时就会使隧道衬砌侵限、盾尾间隙变小的情况发生，轻者对管片局部受力产生不良影响，重者造成地层损失导致地表沉降，因此盾构施工中采取有效技术措施控制掘进方向，及时有效纠正掘进偏差。
盾构掘进方向控制
根据我公司盾构施工经验及结合本标的具体情况，采取以下方法控制盾构掘进方向：
（1）采用SLS-SL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，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，拟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。
在上坡段掘进时，适当加大盾构机下部油缸的推力；在下坡段掘进时则适当加大上部油缸的推力；在左转弯曲线段掘进时，则适当加大右侧油缸推力；在右转弯曲线掘进时，则适当加大左侧油缸的推力；在直线平坡段掘进时，则应尽量使所有油缸的推力保持一致。
盾构掘进姿态调整与纠偏
在实际施工中，由于地质突变等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值；在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或急弯段掘进，有可能产生较大的偏差。
因此应及时调整盾构机姿态、纠正偏差。
（1）参照上述方法分区操作推进油缸来调整盾构机姿态，纠正偏差，将盾构机的方向控制调整到符合要求的范围内。
（2）在急弯和变坡段，根据线路资料提前做好转弯前的姿态调整，控制好垂直和水平趋向值。
（3）当滚动超限时，盾构机会自动报警，此时应采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。
方向控制及纠偏注意事项
（1）在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快，切换速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏。
（2）根据掌子面地层情况应及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值。
达到警戒值时就应该实行纠偏程序。
（3）修正及纠偏时应缓慢进行，控制纠偏过度，纠编量控制在5mm/环之内，如修正过程过急，蛇行反而更加明显。
在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。
在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。
（4）推进油缸油压的调整不宜过快、过大，否则可能造成管片局部破损甚至开裂。
（5）正确进行管片拼装点位选择，确保拼装质量与精度，以使管片端面尽可能与计划的掘进方向垂直。
（6）盾构始发、到达时方向控制极其重要，应按照始发、到达掘进的有关技术要求，做好测量定位工作。
碴土管理
在盾构施工中碴土的管理也是一个重要的内容，特别是在软硬不均和全段面土层中掘进时更应该对做好碴土管理工作。
碴土管理包括碴土改良、出碴量控制、碴土性状鉴别等内容。
碴土改良
通过向刀盘加注泡沫剂和膨润土泥浆与刀盘切削下来的碴土拌和，增大碴土的流动性，方便出碴，同时在掌子面形成泥膜，保护掌子面的稳定性，对刀具也可起一定的保护作用。
出碴量的控制
通过调节掘进速度和螺旋输送机的转速来控制出碴量，防止冒顶，保护上部地层的稳定。
按照出碴的体积和重量双控，在皮带机上设置称重系统，对于多出碴地段及时进行地层补充回填和注浆处理，确保地面的安全。
碴土性状鉴别与碴温的控制
在施工中随时对碴土温度、碴土砂石的含量判断所掘地层的岩性。
碴温的控制是指通过对碴土温度的感知了解刀具的工作环境，同时指导碴土改良，对刀具进行保护。
管片安装
管片安装方法
（1）管片选型以满足隧道线形为前提，重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一循环掘进限值，确保有合适的盾尾间隙，以防盾尾接触并挤压管片，造成管片破损。
（2）管片安装从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。
（3）封顶块安装前，应对止水条进行润滑处理，安装时先径向插入2/3，调整位置后缓慢纵向顶推插入。
（4）管片块安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力应大于稳定管片所需力，然后方可移开管片安装机。
（5）管片安装完后应及时进行连接螺栓紧固，并在管片环脱离盾尾后要对管片连接螺栓进行二次紧固。
管片安装质量保证措施
（1）严把管片进场检查质量关，破损、裂缝的管片不用。
下井吊装管片和运送管片时应注意保护管片和止水条，以免损坏。
（2）止水条及软木衬垫粘贴前，应将管片进行彻底清洁，以确保其粘贴稳定牢固。
施工现场管片堆放区应有防雨设施。
（3）管片安装前应对管片安装区进行清理，清除如污泥、污水，保证安装区及管片相接面的清洁。
（4）防止非管片安装位置的推进油缸与管片安装位置的推进油缸同时收缩。
（5）管片安装时运用管片安装机的微调装置将待装的管片与已安装管片块的内弧面纵面调整到平顺相接以减小错台。
调整时动作要平稳，避免管片碰撞破损。
（6）同步注浆压力要进行有效控制，注浆压力不超过限值，避免管片产生渗漏，破坏止水条。
（7）管片安装质量应以满足设计要求的隧道轴线偏差和有关规范要求的椭圆度及环、纵缝错台标准进行控制。
（8）在施工中要做好管片的选型，保证隧道尽量拟合设计中线，保证施工的安全。
同步注浆及二次注浆
注浆材料及配比设计
（1）注浆材料
根据本标段设计要求，采用水泥砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点。
水泥采用P.0.42.5普通硅酸盐水泥，以提高注浆结石体的耐腐蚀性，使管片处在耐腐蚀注浆结石体的包裹内，减弱地下水对管片混凝土的影响。
（2）浆液配比及主要物理力学指标
根据类似工程施工经验，同步注浆拟采用表所示的配合比。
在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定最合理的配合比。
同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标。
表3.1.11-1同步注浆材料配比和性能指标表
水泥（kg）
粉煤灰（kg）
膨润土（kg）
砂（kg）
水（kg）
外加剂
80～200
381～241
60～50
600～780
460～600
根据试验加入
胶凝时间：
一般为3～10h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。
对于强透水地层和需要有较高早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比或者加入添加剂的方法，进一步缩短胶凝时间。
i.注浆压力
为保证达到对环向空隙的有效充填，同时又能确保管片结构不因注浆产生变形和损坏，根据计算和经验，注浆压力取值为：
1.1～1.2倍的静止土压。
ii.注浆量
根据经验公式计算和以前在类似工程施工的经验，则每环（1.5m）注浆量Q=5.0m3。
iii.注浆速度
同步注浆速度应与掘进速度相匹配，按盾构完成一环（1.5m）掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。
iv.注浆结束标准
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，注浆量达到设计值的90%以上时，即可认为达到了质量要求。
同步注浆方法、工艺与设备
（1）同步注浆方法与工艺
同步注浆与盾构掘进同时进行，通过同步注浆系统及盾尾的内置注浆管，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行，采用双泵四管路（四注入点）对称同时注浆如下图。
图3.1.11-1同步注浆示意图
（2）设备配置
1搅拌站
自行设计建造砂浆搅拌站一座。
2同步注浆系统
配备液压注浆泵2台（盾构机上已配置），注浆能力2×10m3/h，8个盾尾注入管口（其中4个备用）及其配套管路。
3运输系统
自制砂浆罐车（7m3），带有自搅拌功能和砂浆输送泵，随编组列车一起运输。
（3）注浆效果检查
注浆效果检查主要采用分析法，即根据P-Q-t曲线，结合掘进速度及衬砌、地表与周围建筑物变形量测结果进行综合分析判断。
（4）同步注浆质量保证措施
1在开工前制定详细的注浆作业指导书，并进行详细的浆材配比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比。
2制订详细的注浆施工组织和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实。
3施注浆、检查、记录、分析，及时做出P（注浆压力）-Q（注浆量）-t（时间）曲线，分析注浆速度与掘进速度的关系，评价注浆效果，反馈指导下次注浆。
4成立专业注浆作业组，由富有经验的工程师负责现场注浆技术和管理工作。
5根据洞内管片衬砌变形和地面及周围建筑物变形监测结果，及时进行信息反馈，修正注浆参数和施工工艺，发现情况及时解决。
6做好注浆设备的维修保养，注浆材料供应，定时对注浆管路及设备进行清洗，保证注浆作业连续进行。
7环形间隙充填不够、结构与地层变形不能得到有效控制从而变形危及地面建筑物安全时、或存在地下水渗漏区段，在必要时通过吊装孔对管片背后进行补注双液注浆。
二次注浆
二次注浆在管片出盾尾5环后进行，二次注浆从隧道的两腰开始，注完顶部再注底部，也可多点同时进行，注浆完毕后封闭注浆孔，浆液采用水泥浆掺粉煤灰，注浆压力和注浆量双控。
施工中对压降位置、压入量、压力值做详细记录，并根据地层监测信息及时调整。
区间盾构施工管片防水
隧道采用防水混凝土管片，不设置附加防水层，混凝土抗渗等级采用P10。
隧道防水等级为二级。
应满足防水等级A级标准：
即不允许渗漏水，结构表面可有少量湿渍。
拼装缝采用高弹性三元乙丙橡胶密封垫。
环形间隙注浆体作为隧道防水的加强层。
盾构到达
盾构机到达施工是指从盾构机到达下一站接收井之前30m到盾构机贯通区间隧道进入车站接收井被推上盾构接收基座（一般即为盾构始发基座）的整个施工过程。
盾构的到达相对于区间隧道的施工有其特殊性与重要性。
其工作内容包括：
盾构机定位及接收洞门位置复核测量、地层加固、洞门处理、安装洞门圈密封设备、安装接收基座等。
盾构拆卸及吊出
拆卸和起吊设备
大件的吊卸由250T履带吊机完成，后配套拖车由90吨汽车吊完成。
拆卸主要设备如下：
250T履带式吊机一台，90T汽车吊一台，50T液压千斤顶两台，以及相应的吊具。
拆卸顺序
盾构机拆卸顺序见图示意。
拆卸场地风、水、电等工作的准备到位。
（1）盾构机械构件部分、液压部分、电气部分标识。
（2）主机与后配套的分离，拆解液压电气管线。
（3）主机拆卸：
刀盘→螺旋输送机→盾尾→管片安装机→前体→中体。
（4）中体、前体、刀盘、盾尾、螺旋输送机均需由250T履带吊机和90T汽车吊机配合拆卸、翻转。
（5）拆卸井内后配套拖车行走轨道铺设完成后，方可进行后配套的拆卸吊出。
（6）后配套的拆卸：
连接桥→一号拖车→二号拖车→三号拖车→四号拖车→五号拖车。
（7）连接桥拆卸：
拆卸时需由90T汽车吊机与250T履带吊机配合倾斜出井。
（8）拖车间拆解管线和连接杆，拖车由电瓶机车牵引至拆卸井，再由250T履带吊机吊出。
图3.1.14-1拆卸顺序示意图
施工运输
洞内水平运输
采用43Kg/m钢轨，轨距为762mm。
隧道内铺设单线，便于列车编组会车。
图3.1.15-1列车编组示意图
洞内水平运输采用重载编组列车进行，始发阶段配置1列，正常掘进阶段配置2列，掘进1500m以后配置3列。
为满足施工的要求，每列车编组方式如下。
每列编组由由25T变频电机车、3节15m3矿车、1节7m3砂浆车和2节管片车组成。
垂直运输
分为碴土垂直运输和施工材料垂直运输。
施工材料垂直运输由1台安装在始发井的上方的16t单梁门吊完成，其移动平行于隧道方向，轨排、水管、管片、油脂、泡沫等材料由此门吊进行装卸和垂直起吊。
碴土垂直运输由2台40T门吊完成，该门吊沿隧道的方向移动，分别设于始发井上方。
碴土外运
碴坑内的碴土集中在夜间外运至经天津市有关部门批准的弃碴点，采用带盖自卸汽车外运碴土。
要求自卸汽车密封性良好，避免碴土在运输中洒、漏。
施工通风及洞内管线布置
施工通风
采用压入式通风来解决防尘、降温及人员、设备所需要新鲜空气。
两条线各配1台2×38kW轴流风机压入式通风，最大的通风距离为1518m。
采用直径φ1000mm拉链式软风管，盾构始发时风机设在区间的始发井内，以保证良好的通风效果。
管线布置
根据盾构施工的特点，在隧道内布置“三管、三线、一走道”，三管即φ100的冷却水管、排污管和φ1000的通风管。
三线即10KV高压电缆、380/220V照明线和43Kg的运输轨线，一走道即人行道。
其布置形式如下图。
图3.1.16-1管线布置示意图
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