《盾构标准化施工手册》施工部分

-1-中铁隧道集团有限公司企业标准盾构标准化施工手册QB/CTGXX-XX-XXXX-2-总则本盾构工程项目标准化施工管理手册（以下简称“手册”），是根据国家相关法律法规、《中华人民共和国职业分类大典》、《职业技能鉴定工种》、《盾构法隧道施工及验收规范》等行业标准规范、集团公司现行管理制度及企业内部项目成本考核标准编制而成。本手册作为集团公司对盾构工程标准化施工管理体系及现场检查的主要依据，请各单位在施工管控过程中，在满足国家、地方及业主要求标准的基础上遵照执行。本手册共分为三个部分，分别为项目操作岗位工作标准、盾构法隧道机械设备配置标准、盾构法隧道作业标准。每一部分为一标准化模块。每个模块内容依据自身特点设置，以“图、表”形式为主，辅以简短的文字说明，便于理解使用。本手册第一部分，主要规范了项目操作层各关键岗位的任职条件、指令来源、操作设备、工作责任、主要工作内容、主要工作权限、主要工作流程，便于现场施工用工管理；手册第二部分，主要以表格形式分类别、分施工作业线给定了相关的机械设备配置种类，辅以简单的使用原则，主要作为第三部分标准化资源配置中设备配置数量参考使用；手册第三部分，主要对盾构工程各工序、常用施工工法从施工准备到过程控制、资源配备，直到检查验收进行了系统规范。以达到现场施工规范化的目的。公司提倡和鼓励各单位采用新技术、新工艺、新材料，各单位在施工过程中需不断总结经验、积累资料，以利于本手册的不断完善。-3-3盾构正常掘进作业（1）紧前工序达到标准盾构机始发作业（2）作业内容盾构正常掘进作业内容包括：盾构掘进作业、渣土管理作业、同步注浆作业、管片安装作业。（3）作业流程土压盾构正常掘进作业流程图见图3.1，泥水盾构正常掘进作业流程图见图3.2图3.1土压盾构正常掘进作业流程图渣土管理同步注浆是否达到掘进循环进尺1＃编组列车出洞管片衬砌拼装2＃编组列车进洞1＃列车装料开挖6m管线延伸否是是否施工准备结束下一循环盾构掘进-4-图3.2泥水盾构正常掘进作业流程图设定管理基准开挖掘进同步注浆是否达到掘进循环进尺管片拼装开挖6m延伸管道及轨道下一循环是否是否运输列车准备材料运输列车出洞运输列车运料进洞施工准备-5-3.1盾构掘进作业3.1.1紧前工序达到标准施工准备3.1.2适用条件适用于土压、泥水盾构掘进作业3.1.3作业内容作业内容包括：掘进模式的选择、掘进参数选择及优化3.1.4作业流程及控制要点（1）作业流程土压平衡盾构掘进模式作业流程见图3.1.1-3.1.3。①敞开掘进模式作业流程图见图3.1.1。设定刀盘转速设定千斤顶推力设定螺旋机转速减小推力扭矩是否为上限出渣状态注入添加料否是堵塞开挖模式掘进控制s模式启动继续图3.1.1敞开掘进模式控制流程图②半敞开掘进模式作业流程图见图3.1.2-6-设定刀盘转速设定千斤顶推力设定螺旋机转速减小推进速度扭矩是否为上限空气压力是否于小0.2MPa注入添加材料否是否半敞开掘进模式控制程序降低螺旋机转速否启动继续图3.1.2半敞开掘进模式控制流程图③土压平衡掘进模式控制流程图见图3.1.3-7-设定刀盘转速设定千斤顶推力设定螺旋机转速扭矩是否为上限增加螺旋机转速否是降低螺旋机转速调整设定值·土压力P1P0与P1P0P1渣土状态地层沉降P0=P1降低螺旋机转速同步注浆小于控制基准不好不好小于控制基准启动继续图3.1.3土压平衡掘进模式控制流程图-8-图3.1.4泥水盾构掘进控制流程图开始初始化开中路阀开旁路阀PE泵高低速选择电机运转完成流量压力设定掘进机注浆机准备完成开盾构内阀设备报警启动刀盘刀盘运转旁路〉掘进V1V2开V3闭流量压力设定泵停止V3V5阀关闭停止掘进开始注浆开始切口水压高掘进中断延时开启溢流泵阀切口水压恢复切口水压HH切口水压HH报警旁路状态管路阻塞逆洗状态流量正常旁路状态旁路状态反复旁路/逆洗管路畅通？停止管内清洗再推进排泥流量低掘进中断延时调整槽下限排泥流量LL报警掘进掘进完成泥水舱压力正常旁路状态配管正常再掘进？配管正常泵停止V3V5阀关闭停止设备报警旁路状态延时V3V5阀关闭泵停止旁路状态延时泵停止V3V5阀关闭AA关闭溢流阀排泥流量正常NNYYNYNNYNYNNYNYNNYYNYNY开启PE阀开P1-1,P1-2泵开P2-1,P2-2泵PN阀使用开启PN阀PE泵使用-9-（2）作业控制要点盾构掘进作业控制要点见表3.1.1表3.1.1盾构掘进作业控制要点表序号作业项目控制要点备注1掘进模式选择土压盾构机模式选择土压平衡模式当采用土压平衡模式时，刀具切削下来的渣土充满土舱，与此同时，螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，在掘进过程中始终维持开挖土量与排土量的平衡来保持舱内渣土的土压力并利用土舱内渣土的土压力与掌子面的土压和水压平衡，维持掌子面的土体稳定并防止地下水涌出。1、适应用于掌子面不能自稳、土体压力较大或地下水丰富且地下水压力大于2bar。隧道全断面或上部处于不稳定地层和强风化地层中或处于断裂构造带中以及可能有较大涌水时。2半敞开模式采用半开敞式掘进时，刀盘后的土舱内下半部分是岩渣，上半部分是压缩空气，空气压力与掌子面的土压和地下水的压力保持平衡，以防止掌子面的坍塌或地下水的涌出。半敞开式掘进的切削硬岩的能力远远好于土压平衡模式掘进。适应用于掌子面能够在长时间自稳但地下水较丰富，地下水压力在1~2bar之间的情况下。硬岩地段或局部处于强风化或一部分处于全风化岩层、软岩地层。特别是当硬岩存在，在下水丰富又小于0.2MPa时。3敞开模式敞开式掘进模式是在非土压平衡的状态下掘进，土舱内的空气压力为常压，不需要在开挖舱内建立土压或气压平衡以支撑工作面的土体压力和水压力。这种掘进模式具有较强的切削和破碎硬岩的能力，岩渣通过刀盘上的卸渣口进人刀盘后的土舱内，并在土舱的底部聚集，然后通过伸人土舱底部的螺旋输送机传送出去。适应用于掌子面能够在长时间自稳且地下水少的地质条件下。4泥水盾构机模式选择泥水模式泥水模式是指在盾构机的前部刀盘后侧设置隔板，它与刀盘之间形成泥水压力室，将加压的泥水送入泥水压力室，当泥水压力室充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来达到开挖面的稳定。盾构推进时由旋转刀盘切削下来的土砂经过搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面。1、适用围岩硬度较高（抗压35Mpa以上）（如：岩石层），自稳性好（如：粘性土层），地面沉降要求不高。2、地下水含量较少，裂隙水较少。3、无特殊地质构造。5“D”模式（气垫模式）气垫模式它由空气和泥水双重系统组成。在盾构机的泥水室内，装有一道半隔板，将泥水室分割成两部分，在半隔板的前面充满压力泥浆，半隔板后面在盾构轴线以上部分加入压缩空1、适用围岩较软，渗透系数较大等，自稳性差，地面沉降要求较高。2、地下水含量大，裂隙水量大。-10-序号作业项目控制要点备注气，形成气压缓冲层，气压作用在隔板后面的泥浆接触面上。由于在接触面上的气、液具有相同的压力，因此只要调节空气压力，就可以确定开挖面上相应的支护压力。3、地质特殊构造。6掘进参数调整及优化推进速度根据岩层硬度、推力、刀具的磨损状况和刀盘转速等，确定合理的贯入量和掘进速度。无论是在硬土地层中，还是在软土地层中，盾构机推进速度与总推力之间近似线形关系，刀盘扭矩与推进速度之间近似呈指数形式增加。7扭矩宜在低扭矩情况下推进8推力根据盾构机的特性、岩层硬度、推进速度、刀具磨损、泥水土压力或土压力大小设定、各类摩擦力情况确定合理的推力，但最终作用在每把滚刀上的力不能超过刀具所规定的正面压力和侧面推力。防止刀具和设备过载损坏。9刀盘转速选根据岩层硬度、推力、刀具的磨损状况、贯入度和掘进速度等，确定合理的刀盘速度，硬岩段掘进刀盘转速一般采用低转速。10压力设定通过选择合理的掘进速度和排渣量或泥水循环，达到仓内压力的平衡，压力可通过计算和实际情况进行验证，以保证合适的水土压力。1、选择掘进土压力时主要考虑地层土压力、地下水压力(孔隙水压力)，并考虑预备压力;2、土仓内的土压力可以维持刀盘前方的围岩稳定，不致于因土压偏低造成土体坍塌、地下水流失;3、为了降低掘进扭矩、推力，提高掘进速度，减少土体对刀具的磨损，土仓内的土压力应尽可能得低，以使掘进成本最低。11掘进姿态控制盾构机姿态控制是一项系统的控制工作，涉及的内容非常多，影响的因素也较为复杂，在掘进过程中要求盾构机的姿态误差控制在±30mm以内，趋势控制在±5mm以内。1、纵坡纠偏i=(i盾-i衬)≤[i]；i为盾构与管片相对坡度；i盾为盾构推进后实际纵坡；i衬为已成隧道管片纵坡；[i]为允许坡度差值。2、平面纠偏ΔL＜S×tanα；α为盾构与衬砌允许的水平夹角；S为两腰对称的千斤顶的中心距（mm）；ΔL为两腰对称千斤顶伸出长度的允许差值（mm）。3.1.5作业组织-11-（1）人员配备表3.1.2盾构掘进作业作业劳动力组织表序号工种数量备注1值班工程师（土木）12盾构主司机13.1.6紧后工序管片安装3.1.7考核标准盾构掘进作业质量检查标准见表3.2.6表3.2.6盾构掘进作业质量检查标准表受检单位：序号项目依据检查标准是否符合标准检查频次备注是（√）否（原因）1掘进模式选择盾构机适应性分析技术交底GB50446-2008满足技术交底要求每环检查一次2掘进参数选择及优化推进速度技术交底GB50446-2008满足规范及技术交底要求扭矩技术交底GB50446-2008满足规范及技术交底要求3推力技术交底GB50446-2008满足规范及技术交底要求4刀盘转速技术交底GB50446-2008满足规范及技术交底要求5压力设定技术交底GB50446-2008满足规范及技术交底要求6掘进姿态控制技术交底GB50446-2008满足规范及技术交底要求检查人签字：受检方签字：-12-3.2渣土管理作业3.2.1土压平衡盾构渣土管理作业（1）紧前工序达到标准施工准备。与盾构掘进同步进行。（2）适用条件适用于不同地质条件下的土压平衡式盾构掘进施工渣土管理。（3）作业内容作业内容包括：施工准备、渣土改良、螺旋输送机和皮带机出渣、渣土水平和垂直运输、渣土外运。（4）作业流程及控制要点①作业流程渣土管理作业流程图见图3.2.1.1。图3.2.1.1渣土管理作业流程图②作业控制要点渣土管理作业控制要点见表3.2.1.2表3.2.1.2渣土管理作业控制要点序号作业项目控制要点备注1设备出渣出渣中尽量减少和避免喷渣。计算设计出渣理论出渣量公式：ρπD2L/4,渣土垂直运输渣土水平运输渣土改良渣土外运设备出渣施工准备结束-13-（5）作业组织①人员配备表3.2.1.2劳动力组织表序号工种名称人数备注1值班工程师（土木）1每班配置2盾构主司机13机车司机24机车调车员25司索工26起重装卸机械操作工27土石方机械操作工18养道工29汽车司机若干合计13②机械配备表3.2.1.3施工机械表序号机具名称数量备注1电瓶车22渣土矿车由每节矿车容量和每环出渣量确定3门吊14挖机15运渣自卸汽车若干台③生产效率表3.2.1.4生产效率表序号工序单位人工备注量，根据不同地层，乘以相应的堆积密度松散系数，得出理论出渣量，在掘进过程中控制出渣量。ρ-堆积密度松散系数，取值范围根据试验测定D-刀盘直径L-管片宽度2渣土改良根据地层不同地质、含水量和渣土温度和干湿度，适当加入压缩空气、泡沫剂、水，根据需要添加膨润土、添加剂等，通过刀盘和螺旋输送机搅拌产生流塑性较好的渣土，输送出仓外至皮带机上。3渣土水平运输电瓶车严禁超速行驶，停车须在两端安装阻车器。4渣土垂直运输门吊作业时须做到机车调车员、起重装卸机械操作工由司索工统一指挥。门吊应对每车渣土进行称重，并记录5渣土外运渣场容量有限，须将渣土由挖机装至出渣车队，做到安全、及时、高效、环保、统一管理，满足生产需要。-14-1渣土水平运输作业1环由洞内运输距离、安全交底确定2渣土垂直运输作业1环由洞口洞深、安全交底确定④材料消耗表3.2.1.5材料消耗表序号工序单位材料机械备注1挖机装渣升燃油：×升/小时