盾构隧道施工技术----工艺流程篇

盾构隧道施工工艺内容提要盾构法主要施工程序盾构法施工始发现场布置盾构法主要施工工艺复合地层掘进技术一、盾构法主要施工程序1、建造盾构工作井2、盾构掘进机安装就位3、出洞口土体加固4、初推段掘进施工5、掘进机设备转换6、盾构连续掘进施工7、接收井洞口土体加固8、盾构进入接收井，并运出地面施工工艺流程到达掘进盾构机下井盾构机就位调试初始掘进设备调整正常掘进盾构进站、解体吊出围护结构凿除洞门密封圈安装盾构机接收托架始发井端头加固始发反力架安装洞门密封圈安装始发井端头围护桩凿除盾构施工工艺流程二、盾构法施工始发现场布置渣土池前置式下行线中心线上行线中心线352153479080080070000集土坑:长6.0m宽12m深5.0mXDXL1XL2XB1XB2XF材料堆场汽车便道材料房现场办公室充电间配电室45T行吊15T行吊搅拌站加工车间中空翻中侧翻地侧翻渣土池侧置式泥水系统分布图泥水处理工艺泥水处理流程图一级处理设备盾构机二级处理设备调整池沉淀池P1泥浆泵泥浆量浆液浓度满足要求土渣三级处理设备压滤弃渣场外运造浆清水池三、盾构法主要施工工艺3.1端头加固为了确保盾构始发和到达时施工安全，确保地层稳定，以防端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况，根据各始发和到达端头工程地质、水文地质和端头结构等综合分析与评价，决定是否对洞门端头地层进行加固处理。常见方法有：1、深搅桩群；2、旋喷桩；3、降水法;4、冷冻法；5、化学注浆法；6、SMW（水泥土搅拌墙）；以及上述方法结合使用。围护结构施工端头加固与现场布置要求：加固体和洞口密封共同在盾构始发时包住盾构机。3.2洞门破除始发前将车站洞门部位的端头围护桩进行凿除，采用油炮+人工施工作方式进行凿除，先沿洞四周凿除采用油炮A部分，再用人工持风镐凿除B部分。凿除时围护桩内层钢筋先不割除，待盾构进洞或出洞时再迅速割除。3.3始发井(车站）设施安装顾名思义，始发井就是盾构隧道施工的起点。必须满足下列基本要求：1、具备容纳盾构机设备和安装、运行的空间。2、承受盾构推进中的反力和周边水土的作用力。3、设有盾构机从井内推出的软眼（洞口）。4、工程的功能性结构要求。到达井就是盾构隧道施工的终点。必须满足下列基本要求：1、容纳盾构机设备和拆装吊出的空间。2、承受周边水土的作用力和盾构机进洞的部分压力。3、设有盾构机从井外进入（进洞）的软眼（洞口）。4、工程的功能性结构要求。始发井到达井两点一线，有始有终车站开挖和支撑车站施工始发井(车站）到达井（车站）施工车站施工围护结构施工盾构始发井3.4始发架安装始发架的作用：1、为盾构机提供井内支托；2、导向：确保盾构中心、隧道中心、洞口密封中心、三心合一。3、为负环管片提供约束和支撑。3.5盾构机下井组装前体中体拖车Ⅰ拖车Ⅱ拖车Ⅲ安装螺旋输送机盾构机下井组装3.6、洞口密封安装50圆环板1(厚16mm)530360预埋环框翻板帘布橡胶板150M20螺母(GB6170-86)圆环板2(厚20mm)加劲板(厚10mm)2017R20R38洞口密封的作用：1、在始发时在盾构机外壳与混凝土洞口之间形成一个柔性止水密封。2、在试掘进阶段，在管片与混凝土洞口之间形成止水、止浆密封。洞口密封结构图洞门密封及止水装置的安装洞口密封采用右图所示的折叶式密封压板。其施工分两步进行施工，第一步在始发端墙施工过程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作。在埋设过程中预埋件与端墙结构钢筋连接在一起。第二步在盾构正式始发之前，清理完洞口的碴土后及时安装洞口密封压板及橡胶帘布板。3.7、反力架安装拖车Ⅲ拖车Ⅱ拖车Ⅰ吊装反力架反力架的作用：1、传递盾构推进反力到井体或车站结构上。2、提供盾构后配套台车（或系统）通行空间。3、标准环定位。3.8负环安装负环的作用：1、传递盾构推进反力到反力架----推进垫块。2、盾构推进导向。盾构始发阶段盾构试掘进阶段按设计要求经精确测量定位后，组装反力架和负环管片，为盾构推进提供后座反力。反力架和负环管片的布置，靠近反力架的一环为基准环，基准环为钢管片，其余负环管片为与隧道管片相同的混凝土管片。为利于洞门施工，0环伸入洞内0.4～0.8m，在洞门施工时再将这环管片凿除，负环管片组装采用错缝拼装。3.9盾构始发盾构始发是指盾构机从井（站）内破除洞口出发到加固土体掘进，直至盾尾全部进入洞口密封的作业过程。包括二个步骤：1、洞门凿除：在洞口密封安装基本完成后，凿除洞内区域的维护结构。2、盾构机开始切削、出土，全部进入加固体。671498532八字方针：不塌不漏不歪不扭3.10进洞技术进洞段常见问题端头加固效果不好开洞门时失稳始发后盾构“磕头”洞门密封效果不好端头加固长度不足3.11、盾构试掘进特点：内容多、空间小、时间长、效率低、风险大试掘进还需要解决的问题：1、临时出土口和出渣运输；2、管片运输和负环拼装；3、台车与车站的空间干涉；4、临时管线布置；5、电瓶机车编制；运土车砂浆车管片运输车管片运输车运土车运土车运土车运土车电瓶车编组示意图盾构始发井始发，始发掘进长度为120～150米定义为试验段掘进。①盾构机与后续台车的长度（80m-130m）；②始发井内洞口处布置双线道岔所需长度；③管片与土体之间的摩擦力足以支撑盾构机的正常掘进的准确性。盾构试掘进是指盾构机的适应性掘进。在试掘进阶段主要是四个适应：1、盾构机控制系统、机械结构相互间的磨合，设备自适应性。2、操作人员与盾构机操作功能系统使用的磨合，人机适应性。3、盾构机功能系统对地质的适应性。简称地适应性。4、盾构设备全功能与环境空间的适应性。完成盾构试掘进的标志:1、基本掌握盾构机在当前地层的掘进技术，清晰掘进参数的设置和相互关系。能够通过掘进参数来调控盾构姿态、隧道偏差、地面沉降、管片姿态。-----控制条件2、盾构机的所有系统设备负载运行和功能正常。-----功能条件3、盾构机的推进力反力完全由隧道管片与土体摩阻力承担。反力架不受推力的反作用。-----受力条件4、盾构机及后配套台车完全进入隧道内。机车编制完成-----空间条件盾构隧道试掘进的长度一般在100环左右,即120-150m。地质是基础设备是关键人员是根本3.12盾构正常掘进流程控制两个平衡：压力平衡、推速出土平衡把握两个姿态：盾构姿态、管片姿态设定土仓压力值P0设定泡沫、膨润土注入参数设定千斤顶推力设定螺旋输送机转速刀盘扭矩为上限土压力P1P0与P1碴土流动性与止水性盾构机姿态地层沉降控制与反馈调整各组千斤顶推力调整掘进参数并进行二次补强注浆调整螺旋输送机转速及出料口仓门调整泡沫及膨润土注入参数是不符不好相符好好超差超差盾构机正常掘进范围为除初始掘进120-150m和到达掘进80m外的长度。盾构机在完成试验段掘进后，对始发设施进行必要的调整，为正常掘进准备条件，调整工作包括：拆除负环管片、始发基座和反力架；在站内铺设双线轨道；其他各种管线的延伸和连接。盾构机正常掘进段根据隧道穿过不同的地层情况，选定不同的盾构机掘进模式如下：A、Ⅰ、Ⅱ类围岩及地表有建筑物的地段：地层自稳性较差，盾构机切削土体以刮刀为主，采用土压平衡模式掘进。刀盘紧贴开挖面，土仓所设压力与开挖面水土压力相平衡，严格控制出土量。B、Ⅲ类围岩：岩石组织结构已大部分破坏，风化裂隙发育，岩体破碎，遇水易崩解，地层有一定的自稳性，采用半敞开掘进模式掘进，在土仓内注入高压空气，以稳定掌子面土体和排水，并向开挖面注入泡沫等改良剂，改良切削土体的和易性和流塑性，防止在刀盘上和土仓内形成泥饼。C、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ类围岩：地层岩石组织结构部分破坏，岩质坚硬，地层稳定性较好，采用敞开掘进模式掘进，向掌子面注入泡沫或水，减少对滚刀的磨损。盾构机的掘进参数客观上在同一施工区间地层变化也比较突然，上下不均、球状风化体、孤石等不良地质经常存在，给盾构的施工组织管理和掘进技术带来很大难度，在施工中需要采用较多的辅助工法并且经常调整掘进参数甚至转换掘进模式以适应变化的地层。掘进参数是指：土仓压力、刀盘推力及扭矩、刀盘转速、螺旋机转速等一些通过盾构机操作或PLC设置达到正常掘进保证施工安全的技术指标。土仓压力：是土压平衡或泥水平衡掘进中最能体现掌子面稳定状况的一项操作指标，是利用刀盘的一系列操作（推力、转速及贯入度等）与螺旋输送机的转速合理匹配来完成的一种动态的平衡。其数据是通过土仓壁上的土压传感器采集反馈的。一般以最上方的传感器数据作为控制指标，在实际土压平衡模式操作过程中，土仓压力设置宜略高于掌子面的水土压力（理论计算值）。刀盘推力：是所有推进千斤顶推力的总和，通过千斤顶的工作油压以及推进速度旋钮来控制，但主要以前者控制为主。除了推力本身以外，在操作面板上能体现刀盘推力大小是否适当的指标有：贯入度、扭矩，甚至推进速度在一定程度上也能反映推力的合理性。刀盘扭矩：取决于主轴承直径大小，在5号线使用的海瑞克φ6250复合盾构机主轴承直径2.6m，工作扭矩450t.m，最大脱困扭矩540t.m。在PLC显示屏上体现扭矩指标的参数有扭矩和刀盘工作油压，而且后者是最能体现刀盘的旋转工况。刀盘转速与刀具的贯入度：是造成掌子面土体乃至更大范围土体扰动的最直接的参数。另外，在岩层中掘进时，也是及时调整掘进参数的有效依据。另外，还要指出的是：由于土压平衡模式实际上是一种通过螺旋机的旋转出土形成的动态平衡，所以在实际操作作程中螺旋机的转速和压力也要引起足够重视，同时在掘进过程中需要根据具体的监测情况进行调整的还有同步注浆量和注浆压力。3.13壁后注浆技术同步注浆二次注浆堵水注浆同步注浆砂浆性能要求流动性：新拌混凝土在自重或振捣的作用下，能产生流动。粘聚性：新拌混凝土的组成材料之间有一定的粘聚力，在施工过程中，不致发生分层和离析现象的性能。保水性：在新拌混凝土具有一定的保水能力，在施工过程中，不致产生严重泌水现象的性能。和易性：流动性、粘聚性与保水性的综合体现初凝：混凝土失去塑性但不具备机械强度终凝：混凝土失去塑性且具备机械强度同步注浆原理随着盾构的推进，在管片和土体之间会出现建筑间隙。为了填充这些间隙，就要在盾构机推进过程中，保持一定压力（综合考虑注入量）不间断地从盾尾直接向壁后注浆，当盾构机推进结束时，停止注浆。这种方法是在环形建筑空隙形成的同时用浆液将其填充的注浆方式。建筑空隙同步注浆作用防止地表下沉地表变形同步注浆作用增加衬砌接缝的防水功能盾构外壳隧道管片衬砌接缝浆液同步注浆浆液材料要求收缩率小和易性好初凝快、终凝慢具有一定强度同步注浆施工工艺盾构出洞段同步注浆为防止同步注浆破坏洞门止水装置（即防止翻板由于注浆压力崩断及防止帘布橡胶板外翻）影响止水效果，需等盾尾脱出加固区方可进行同步注浆。由于此段（约6m）为出洞加固区，土体自立能力较强，地表沉降相对较小。盾构进洞段同步注浆进洞段同步注浆施工除了填充建筑空隙，控制地面沉降外，还应配合盾构轴线控制，采取灵活多变的注浆方式，确保盾构顺利进洞，当盾构机靠上盾构基座后停止同步注浆，待盾构机进入完全停靠在盾构基座，洞门封死后在进行洞门的补压浆，防止水土流失正常掘进段同步注浆每环开始推进前，先拌制足够一环使用的浆液打入注浆罐。当开始掘进后，保证注浆罐储存的浆液能够满足同步注浆要求，保证施工的连续性。严格控制同步注浆量和浆液质量，通过同步注浆及时填充建筑空隙，减少施工过程中土体的变形。做好地面变形情况及地表监测分析，及时调整注浆量要合理控制注浆压力，尽量作到填充而不是劈裂。注浆压力过大，管片外的土层将会被浆液扰动而造成较大的沉降，并易造成跑浆。同时，注浆压力过小填充速度过慢，填充不足，也会使变形增大。在管片脱出盾尾5环后，对管片的建筑空隙进行壁后二次注浆，整个区间每隔5环注浆一次，压浆量的控制根据变形信息确定。二次注浆管片背后二次补强注浆是在同步注浆结束以后，通过管片的吊装孔对管片背后进行补强注浆，以提高同步注浆的效果，补充部分不充填的空腔，提高管片背后土体的密实度。二次注浆其浆液充填时间滞后于掘进一定时间，对围岩起到加固和止水的作用。先行沉降开