盾构始发与掘进施工方案(编辑修改稿)

盾构始发与掘进施工方案(编辑修改稿)内容摘要：

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。 ⑧在始发阶段由于推力较小，地层较软要特别注意防止盾构低头。 ⑨盾构组装前在基座轨道上涂抹油脂，减少盾构推进阻力；始发前在刀头和密封装置上涂抹油脂，避免刀盘上刀头损坏洞门密封装置。 ⑩盾体进入围护结构2～3环时，如发现地层含水量大，可通过盾构机中盾的注浆孔在盾体外侧注聚氨酯，聚胺脂可填充盾体四周间隙形成一圈止水带，防止到达时发生喷涌现象。 复合式土压平衡盾构机具有敞开式、半敞开式及土压平衡三种掘进模式。 为了获得理想的掘进效果、保证开挖面稳定、有效控制地表沉降及确保地面建筑物安全，根据本标段地质选择土压平衡模式掘进。 通过试掘段进选定了六个施工管理指标来进行掘进控制管理：a、土仓压力；b、推进速度；c、总推力；d、排土量；e、刀盘转速和扭矩；f、注浆压力和注浆量，其中土仓压力是主要的管理指标。 根据我部的施工经验，合理的土仓压力对掘进速度的影响是很大的，对于圆砾地层，在正常出土的情况下，确保土层中的地下水稳定，也即是土仓内流动碴土的压力略大于显示点水柱的压力，p≥γwh，则掌子面稳定，掘进速度较快。 对于洞顶以上为软土的情况，土压的计算则应用太沙基公式比较合理。 对于洞顶为软弱土的部位，土压的确定根据以下公式计算： 土仓压力设定按下式计算：P= k0γh+P水= tg2（45φ/2）γh+P水主动土压力系数k0 = tg2（45φ/2）γ为圆砾土的饱和重度，h为隧道上部覆土深度（最小深度为8m，最大深度17米）Φ为圆砾土的内摩擦角取30P水为水压力（最高水深4米）40～130KN/m2P= tg2（4530/2）（11～18）+（40～130）=～=～～。 千斤顶推力与刀盘转速是否合理是关系到刀具能否顺利切削岩层，推力过小，岩层得不到充分的压裂和切削，掘进效果差，推力过大时，由于管片断面不平整或千斤顶受力不均，容易产生管片破裂、渗水等现象，均不能保证隧道快速掘进，推力控制在6000~10000KN，最大推力应根据分组千斤顶的压力来确定，根据管片混凝土标号，综合洞内混凝土管片的受力情况，取管片混凝土强度的一半即25Mpa作为分组千斤顶所受压力的上限是安全的，对管片不会产生挤裂、破损等问题。 至于刀盘转速，在圆砾中，以便刀具能充分切入地层，达到切削地层的目的。 无论何种速度，均应与其它参数如刀盘扭矩、泡沫注入、推进速度等有机结合起来，才能取得理想的结果。 出土量是前方地层稳定与否的直观反映，在泡沫与水注入正常的情况下，每环的出土量一般为48～59m3，遇到发生容易坍塌的地层，出土量往往偏大。 因此，在掘进过程中对出土量的控制十分必要。 本工程渣土车每斗容量为17m3，出土量控制在4斗以内，能确保不超挖，每斗土推进油缸合理行程应为320～390mm之间。 因此，在掘进过程中，盾构司机在掘进过程中做好每斗土前后油缸行程差的记录，值班工程师对每斗土进行检查和做好渣土取样，结合渣土情况进行分析判断，如有异常情况，及时采取合理措施，确保出土量的控制。 同步注浆的及时进行可以稳定隧道管片，控制隧道管片的变形，防止隧道管片在脱出盾尾后发生错台现象，从而避免管片破损现象发生，保证盾构隧道姿态的正确，加快掘进速度。 同步注浆量要控制适中，严格控制注浆压力，既不能因过少而造成地面大量沉降也不能因过多，造成涌砂、涌水等事故的发生。 在掘进过程中，一定要随时对同步注浆量进行控制，一般情况下，～，对于已经发生喷涌、沉陷的地段，注浆的压力应适当提高，当隧道变形比较大，常用的浆液不能满足尽快固结的要求时，应调整同步注浆浆液配比，缩短浆液凝胶时间，必要时可进行二次注浆。 （1）、盾构机掘进的前50m作为试掘进段，通过试掘进段拟达到以下目的：① 用最短的时间对盾构机进行调试。 ② 熟悉本工程的地质条件，掌握各地质条件下复合式盾构的施工方法。 ③ 收集、整理、分析及归纳总结各地层的掘进参数，制定正常掘进各地层操作规程，实现快速、连续、高效的正常掘进。 ④ 熟练管片拼装的操作工序，提高拼装质量，加快施工进度。 ⑤ 通过本段施工，加强对地面变形情况的监测分析，反映盾构机到达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。 （2）、盾构机在完成前50m的试掘进后，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。 并做好施工记录，记录内容有:①隧道掘进——施工进度——油缸行程、掘进速度——盾构推力、土压力——刀盘、螺旋机转速——盾构内壁与管片外侧环形空隙（上、下、左、右）②同步注浆——注浆压力、数量、稠度——注浆材料配比、注浆试块强度（每天取样试验）③测量——盾构倾斜度——隧道椭圆度——推进总距离——隧道每环衬砌环轴心的确切位置（X、Y、Z）同时盾构机试掘进应采用土压平衡模式进行掘进。 在始发掘进参数选取控制按始发掘进控制图表进行。 为正常掘进积累可用数据，选取适宜的掘进参数。 图61 始发掘进控制程序图表土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土体充满土仓，由盾构机的推进、挤压而建立起压力，利用这种泥土压与作业面地层的土压与水压平衡。 同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持开挖面土体的稳定。 （1）土压平衡模式下土仓压力的控制方法土仓压力控制采取以下两种操作模式：① 通过螺旋输送机来控制排土量的模式：即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。 此时盾构的推进速度人工事先给定。 ② 通过推进速度来控制进土量的模式：即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。 此时螺旋输送机的转速人工事先给定。 掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式，以保证开挖面的稳定。 （2）掘进中排土量的控制排土量的控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一。 根据对碴土的观察和监测的数据，要及时调整掘进参数，不能出现出碴量与理论值出入较大的情况，一旦出现，立即分析原因并采取措施。 理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的，掘进的速度和P值设定后，盾构机可自动设置理论转速N。 QS根据碴土车的体积刻度来确定。 QS应与掘进速度决定的理论碴土量Q0相当，即:Q0=AVn0A切削断面面积n0松散系数V推进速度通常理论排土率用K =QS/Q0表示。 理论上K值应取1或接近1，这时碴土具有低的透水性且处于好的塑流状态。 事实上，地层的土质不一定都具有这种性质，这时螺旋输送机的实际出土量与理论出土量不符，当碴土处于干硬状态时，因摩擦力大，碴土在螺旋输送机中输送遇到的阻力也大，同时容易造成固结堵塞现象，实际排土量将小于理论排土量，则必须依靠增大转速来增大实际排土量， 以使之接近Q0，这时Q0＜QS，K＞1。 当碴土柔软而富有流动性时，在土仓内高压力作用下，碴土自身有一个向外流动的能力，从而碴土的实际排土量大于螺旋输送机转速决定的的理论排土量，这时Q0＞QS，K＜1。 此时必须依靠降低螺旋输送机转速来降低实际出土量。 当碴土的流动性非常好时，由于螺旋输送机对碴土的摩阻力减少，有时会产生碴土喷涌现象，这时转速很小就能满足出土要求。 碴土的出土量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适的支撑压力值，使掘进机的工作处于最佳状态。 当通过调节螺旋输送机转速仍达不到理想的出土状态时，可以通过改良碴土的可塑状态来调整。 （3）土压平衡模式的技术措施① 进行开挖面稳定设计，控制土压力，采用土压平衡模式掘进，严格控制出土量，确保土仓压力以稳定开挖面来控制地表沉降。 ② 向土仓和刀盘面注入泥浆和泡沫，形成隔水泥膜，防止水从地层中渗出，提高土仓内碴土的稠度来改善碴土的止水性以及在螺旋输送机上安装保压泵碴装置，以使土仓内的压力稳定平衡。 ③ 选择合理的掘进参数，确保快速通过，将施工对地层的影响减到最小。 ④ 定期使螺旋输送机正反转，保证螺旋输送机内畅通，不发生堵塞。 ⑤ 适当缩短浆液胶凝时间，保证注浆质量。 ⑥ 向土仓和刀盘注入泡沫和膨润土改善土体的流动性，防止泥土在土仓内粘结。 良好的碴土改良方法能使碴土不粘结刀具、刀盘、顺利出仓，取得较快掘进速度，从而减少对软弱土层的扰动，有利于稳定地层、顺利通过。 因此，必须制定有效的碴土改良措施，合理的泡沫或膨润土的注入就成为改良效果好坏的关键因素。 泡沫的功效主要在于分离或中和粘性土中的阴阳离子，降低其吸附性能，从而起到改善碴土的流动性、润滑刀具等作用。 含水量较大的地层，注入膨润土拌制的泥浆，适当提高碴土的粘度及易性，对改善碴土的性能有一定的好处。 对于昆明富水圆砾土，合理的膨润土注入尤为重要。 地面设置膨润土搅拌系统，由电瓶车运输到隧道盾构机膨润土罐，向刀盘面注入膨润土改良渣土。 由于隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构推进会产生一定的偏差。 当这种偏差超过一定限界时就会使隧道衬砌侵限、盾尾间隙变小使管片局部受力恶化，并造成地应力损失增大而使地表沉降加大，因此盾构施工中必须采取有效技术措施控制掘进方向，及时有效纠正掘进偏差；（1）、盾构掘进方向控制结合本标段盾构区间的特点，采取以下方法控制盾构掘进方向:①小松盾构机采用ROBOTEC自动导向系统、沈重盾构机采用PMSD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，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。 推进油缸按上、下、左、右分成四个组，每组油缸都有一个带行程测量和推力计算的推进油缸，根据需要调节各组油缸的推进力，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，则尽量使所有油缸的推力保持一致。 （2）、盾构掘进姿态调整与纠偏在实际施工中，由于管片选型错误、盾构机司机操作失误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过程中，有可能产生较大的偏差，一般盾构机如果偏离设计轴线20㎜，进行对盾构机采取合理纠偏。 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 当滚动超限时，就及时采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。 ③ 一般纠偏逐步进行，不能一次到位。 每环的纠偏量在水平方向上不超过6㎜，在竖直方向上不超过5㎜。 同时安装管片时，所选取的管片类型考虑在安装完毕以后的管片平面尽量与盾构机的轴线垂直。 也就是管片安装完毕之后，保持盾构机各组油缸的初始行程基本一致。 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。 达到警戒值时及时实行纠偏程序。 ③ 蛇行修正及纠偏时缓慢进行，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，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 正确进行管片选型，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。 管片选型确定后，管片安装的好坏直接关系到隧道的外观和防水效果。 一般情况下，管片安装采取自下而上的原则，具体的安装顺序由封顶块的位置确定。 管片采用C50钢筋混凝土，抗渗等级S10，宽度为1200mm，厚度为350mm，内径为5500mm，外径为6200mm。 区间采用通用环管片。 每环管片由六块组成，分别为三块标准块、两块邻接块和一块封顶块。 管片采用错缝拼装方式，每环管片环向接缝采用16根M30弯螺栓连接，纵向接缝用12根M30弯螺栓连接。 （1）、管片安装程序管片选材、下井及运输盾尾清理管片吊装至拼装区管片就位管片螺栓连接管片环脱离盾尾后二次紧固盾构掘进掘进一环距离推进缸顶紧就位管片缩回安装位置油缸管片止水条及衬垫粘贴图71 管片安装工艺流程图（2）、管片安装方法管片由管片车运到隧道内后，由专人对管片类型、龄期、外观质量和止水条粘结情况等项目进行最后一次检查，检查合格后才可卸下。 管片经管片吊车按安装顺序放到管片输送机上，掘进结束后，再由管片输送机送到管片拼装机工作范围内等待安装。 ① 管片选型以满足隧道线型为前提，重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一掘进循环限值，确保有足够的盾尾间隙，以防盾尾直接接触管片。 ② 管片安装必须从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。 安装第一块管片时，用水平尺与上一环管片精确找平。 ③ 安装邻接块时，为保证封顶块的安装净空，安装第五块管片时一定要测量两邻接块前后两端的距离（分别大于C块的宽度，且误差小于+10mm），并保持两相邻块的内表面处在同一圆弧面上。 ④ 封顶块安装前，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。