盾构隧道施工技术细化讲座

盾构法施工1、盾构推进准备工作1.1端头井洞口土体加固为保证盾构进出洞安全，对端头井外土体进行加固。加固后的土体强度须达到1.0～1.2MPa，以保证洞门打开后，土体有良好的自立性和止水性。（1）加固范围：盾构始发（出洞）井：进深6m×宽12m×高12m。盾构接收（进洞）井：进深4m×宽12m×高12m。（2）加固方法采用注浆法（三管旋喷、单管旋喷）从地面进行加固；洞门混凝土井壁凿除前，对加固土体复核养护龄期和作取芯试验，保证加固的效果。1.2推进线路沿线的管线及建筑物调查在隧道掘进前，必须先调查清楚隧道沿线的管线及建筑物状况，这对正常推进很重要，要了解管线的埋深、布置情况、接头形式等等，尤其是压力管，在推进过程中我司严格控制掘进参数，加强地面的监测，确保了沿线管线的安全。深圳的建筑物大都是有桩基的，盾构穿越桩基群、高架桥墩基础、民房桩基等，在过桩基之前必须要先做好调查，确定桩基的形式及具体深度。1.3地质补勘深圳地质情况非常复杂，虽然有提供的具体的地质报告，但地质报告提供的数据范围有限，必须进行补勘。2根据地质报告上的勘探孔位置，在隧道沿线又增加了许多勘探孔，进一步探明地质情况，更好地指导施工。推进过程中，发现了许多问题，从经过的地层来看，基本上符合地质报告的内容，但也有一些区域完全不同，这就需要及时调整推进参数。进行补勘就是为了发现问题，并及早提出解决方案。1.4盾构机运输吊装及安装调试盾构机是隧道掘进的最主要的机械，其安装、调试至关重要。由于盾构机的零部件都非常重，在吊装过程中，要非常小心。专门编写的专项施工组织设计，并请来厂方代表指导，派专业人员进行施工安排，组装过程比较顺利。盾构机的调试直接关系到后面掘进的正常与否，所以必须仔细。所有的调试项目必须都要彻底完成，并且留有原始记录，发现问题及时解决，决不能把问题拖到掘进之后。1.5后盾系统布置后盾系统由钢反力架、钢调整环、钢弧形环、钢支撑及临时衬砌（管片）组成。后盾系统应有足够的强度和刚度。因反力架的平面位置，决定了首环管片的里程，所以在安装时，用钢调整环调整里程。安装反力架时，两立柱用经纬仪双向校正垂直度，它们所形成的平面应与推进轴线垂直。同样，调整环决定了管片的高程及左右位置，安装前，先在反力架上测出位置，弹好控制线，安装到位后，用电焊将其与反力架固定。临时衬砌数量根据端头井宽度决定，临时衬砌拼装精度，会影响永久衬砌的拼装精度，因此，拼装时必须特别确保正确的圆度，尽量避免横鸭蛋。31.6出洞口砼凿除盾构出洞口土体已进行了加固处理。洞口混凝土凿除前，应验看有关加固测试报告，加固后的土体须达到设计所要求的无侧限抗压强度、渗透系数、自立性等技术指标。然后进行洞口砼凿除工作，洞口砼采用人工凿除，在凿除过程中应分层渐进，先上半圆，后下半圆，在盾构机与洞圈间搭设脚手架，先凿除略大于一半的砼，并割除暴露的钢筋，然后沿洞圈周围及水平直径处凿槽。在割断所连接钢筋前，须用木支撑将每一分块砼支撑牢固，并凿出吊点，上好起吊千斤，拆除脚手架，开洞口起吊砼块应先上后下。桩砼凿除后的洞口须进行清理，割除洞口处的残留钢筋，并注意复核丈量洞口直径，使其满足盾构机出洞时必须的空间。1.7洞口处理（1）出洞口处理由于洞口与盾构（或衬砌）存在建筑空隙，易造成泥水流失，所以须安装出洞装置。出洞装置包括帘布橡胶板、圆环板、扇形板及相应的连接螺栓和垫圈。安装时压板螺栓应可靠拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止盾构出洞后同步注浆浆液泄漏。盾构推进后在洞口1~3环衬砌进行特殊注浆处理。（2）进洞口处理盾构进洞作进洞环拼装后，须再作三环距离推进，同样也要拧紧纵向螺栓，保证盾构完全脱离洞口，并使盾构机安全进入接收架。由于洞口与衬砌存在建筑空隙，当盾尾脱出洞口后，立即用钢封板封堵建筑空隙，然后对洞口1～3环管片进行特殊注浆加固。1.8监测点布置按监理的要求和施工的需要，在推进前需在隧道沿线地面布设监4测点，每50米一个横断面，每25米一个深层监测点，在掘进前先收集初始资料，在掘进过程中每天上报监测数据，以便观察地面沉降趋势，在掘进结束后，也需进行一段时间的监测，以观察隧道的后期沉降。2、盾构出洞与进洞2.1出洞施工盾构机出洞前精确复测盾构机体的安装高程及左右位置，检查盾机座支撑固定可靠。盾构滑行轨道上涂抹黄油，盾尾钢刷充填密封油脂。起吊洞门砼块，清理残留硬物等须以最快的速度连续进行，在确认完毕后盾构机迅速切入，直至大刀盘紧贴土体。随后及时向前仓回入土方或浆液，压入量的控制以前舱顶部压力传感器有显示为准。在出洞口阶段，盾构机将在加固土体内推进，为了减少大刀盘的扭矩，向土仓内适量加水（或泥浆），同时应降低设定的土压力值。推进速度应与大刀盘显示油压成反比。在盾构机刀盘出加固区前须将设定的土压力值逐渐调高，并根据地表沉降测量数据进行调整。2.2进洞施工盾构进洞前80～100m，精确地作好轴线贯通测量工作，以后根据盾构推进的轴线偏差情况每推20～30m，复核一次。最后50环的推进，盾构轴线与设计轴线的偏差，要尽可能控制在3cm内，使盾构以最佳姿态进洞。盾构推进至离洞口约8～9环时，当班工长及盾构司机要密切注意刀盘马达的油压显示，如有上升趋势，即可认为切口已至土体加固区边缘，此时须立即降低推进速度。同时，密封舱压力亦应适当调低，并向前舱边推进边注水，以润滑切削面，使切削下来的土呈流动状态，5并能较顺利排出。同时加强对地表和洞门的监测，开凿窥视孔，待盾构机刀盘靠上洞门砼时，停止推进，尽量排空土仓内的余土，然后割断洞门钢筋起吊砼块。接收盾构时应先行清理井内砼块和杂物，安置好接收台，为便于接收，接收架高程应按盾构实际高程略低进行安置，并将其可靠的固定。盾构机进洞作业必须连续进行，以防止出现土体坍塌和涌水等险况，同时抢险器材及人员须24小时待命，直至盾构机完全爬上基座，洞门用弧形钢板封闭，最后三环用水硬性浆液注入，完全充填洞门周围空隙为止。i.盾构机初始推进100m初始阶段掘进是指导全线施工的前奏，也是对盾构机性能的调试和检验过程，具有积极意义。100m推进可划分为三个区段。三个区段在施工中实际上是连续的，初始推进可从理论和经验上选取各项施工参数，在施工过程中根据测量结果摸索掌握规律，调整施工参数，直至确定各项最佳施工参数。故三个区段是循序渐进意义上的划分。第一区段30米：第二区段30米：第三区段40米。三个区段施工管理的指导思想如下：1.第一区段第一区段属最初推进，日进度为二环至三环。对盾构的正面土压力，刀盘转速，推进速度、千斤顶顶力及分布、出土速度、注浆压力、稠度、注浆量，分别采用三组不同施工参数进行试验推进，通过隧道沉降、地表沉降等变化的测量，确定一组较佳的施工参数。2.第二区段日进度从三环左右逐步递增至五至六环的正常施工进度。各项参数采用第一区段确定的较佳施工参数，通过施工监测结果，6施工参数作进一步验证，使其更趋实用，以至得到最佳施工参数。第二区段中，还可以试推一下每日七至八环的速度，得到适宜的各项施工参数，以作为正式施工中必要时加快施工进度的技术储备。3.第三区段此阶段的推进应是模拟全线正式推进的施工，日平均速度控制在6环左右，地表沉降严格控制在规定的+10mm～-30mm内。通过此阶段的试推进，隧道本体的轴线精度、管片安装质量等已有了各项具体的保证措施。各项最佳施工参数已进一步被掌握，并掌握了隧道上复土厚度、地质条件、地面附加荷载对盾构推进影响的内在规律。4.试掘进阶段的施工监测盾构在初始掘进阶段，做好盾构出洞后地表、地下管线、地面建筑物的监测，对施工中可能产生的各类隆沉、变形及时采取相应的措施及保护手段。试推进阶段是全过程的前奏，所以施工监测显示的尤为重要，对地表变形监测，采用沿轴线方向布设沉降点，包括深层沉降点，并加设横断面监测点；对地下管线，按不同的要求布设沉降点；在对建筑物调查研究的基础上，凡轴线两侧15m范围的建筑物都须布设沉降监测点，并布设相应的倾斜、裂缝监测点。上述测点的监测，每天不小于2次，并根据需要，适时加密监测频度。由于上述各类变形往往不是即时出现的，也就是说待到变形时，盾构已越过原本造成变形的地下对应作业区，故而需及时地进行分类监测，掌握盾构机掘进作业与地下土层变形、地表变形和地下管线、建筑物沉降等的内在规律，及时反馈信息数据，指导盾构掘进作业。监测工作应在盾构作业即将进入影响区开始，直至盾构作业脱离影响区，且地表滞后变形渐趋稳定的整个期间内跟踪测量和量测。7ii.盾构机掘进施工本区间隧道盾构通过的地层较为复杂，既有土层，又有砂层，还有岩层，因此对盾构机的适应性是一个很大的考验。土层又分为淤泥质粘土、粉质粘土和砾质粘性土；砂层为细砂、中砂和砾砂等，砂层中含水较丰富；岩层为全风化，强风化和中风化花岗岩，并存在断层角砾。上述地层相互夹杂，因此施工中难度很大。本工程中采用能适应上述地层掘进的复合式土压平衡盾构机。该盾构机大刀盘装有带硬质合金刀头的切削刀，亦装有可变换的圆盘式滚刀，以满足对不同地层的掘进要求。大刀盘转速、扭矩及开口率也是为上述特定地层属性而精心设计的。螺旋机能顺利的排出土、砂和较大尺寸的岩石块，且能阻止地下水从螺旋机出口处渗出。此机装有加注惰性浆液的同步注浆系统和双液注浆系统，另外加水加泥装置可根据需要向刀盘前方，土仓内及螺旋机筒体的诸多点位加注水或泥浆，以提高掘进效率。盾构机机体的铰接装置能适应较小隧道半径掘进需要，减少了土体的超挖量和扰动。盾尾和隧道衬砌之间设置3道充满油脂的钢丝刷，其密封作用可防止地下水及泥浆从盾构机后部侵入隧道。在较为均质的土层中，盾构机以土压平衡的控制模式进行推进，而在特殊或夹杂的地层中亦可以非土压平衡状态推进。土压力的设定值范围在主动土压力和被动土压力之间，设计的理论值可作为取值的参考基点，实际的设定值将根据工程地质情况、地面载荷等多种因素综合权衡，且根据地面监测数据加以调整。土压力的设定和控制在整个隧道施工期间是一个极为重要的动态管理过程。本区间隧道的理论出土量约为35.5m3。盾构机是用机械方法切削土层和破碎岩石，能连续的和可控制的8进行隧道开挖作业。大刀盘在油马达的驱动下开挖掘进，盘形滚刀刃切入岩石表层使其破裂，破碎后岩石小块进入密封仓，由螺旋机送出，刀盘上的刮刀可切削粘土，对岩石亦有切割破碎作用。盾构机掘进施工全过程严格控制，工程计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、千斤顶推进等各种勘探、测量数据信息，正确下达每班掘进指令，并即时跟踪调整。盾构推进根据当班指令设定参数，盾构机操作人员严格执行指令，谨慎操作。推进时详细记录盾构掘进速度、正面土压力、刀盘转速及油压，螺旋机转速、千斤顶开启数量、位置及油压等参数，推进出土与衬砌外注浆同步进行。对初始出现的小偏差及时纠正，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。iii.隧道外周建筑空隙的注浆在掘进时，隧道衬砌外周同步适量地注浆，及时地填充地层与衬砌背后的环形建筑空隙，使隧道管片和围岩（或土层）形成一个整体结构，把盾构掘进造成的地层土石量损失和扰动所引起的地层沉降尽可能地减小。本工程隧道外周理论建筑空隙约为1.60m3，但由于盾构的超挖，纠偏，盾构外壳带土和浆液收缩、劈裂等因素，实际的注浆量约为1.77～3.11m3。在施工中，综合考虑施工及地质情况，通过地表变形，包括临近建筑物，地下管线的隆起和沉陷，结构变形等项目的测量，通过信息反馈，调整和优化注浆压力和注浆量。根据本工程的地质情况，采用惰性浆液。使用前对浆液进行测试，包括初凝时间、稠度、强度等。注浆注入部位一般选择在盾尾后2～3环，盾构掘进前，注浆工须9将压注枪的接口与管片注浆口连接好，根据注浆指令，设定好各项注浆参数。盾构掘进时，开启注浆控制系统进行注浆，同时密切关注注浆系统的运行状况，防止注浆压力突变和返浆等异常情况，并详细记录注浆过程各项参数。注浆系统每班清洗一次，拌浆台和运浆箱须放尽余浆后用清水冲洗刷清，输送管道须用疏通球压入疏通，然后用水清洗。余浆收集经处理后外运。iv.管片防