地铁盾构施工技术(施工工艺与控制要点)

盾构施工技术第二部分：施工工艺及控制要点目录一、盾构始发施工技术二、盾构到达施工技术三、盾构掘进施工技术四、事故案例简介1.1盾构始发定义1盾构始发施工盾构始发，是指在盾构始发工作竖井内利用反力架和临时组装的负环管片等设备或设施，将处于始发基座上的盾构推入端头加固土体，然后进入地层原状土区段，并沿着设计线路掘进的一系列作业过程。盾构始发现场图条件要求：车站站台层结构施工完成的长度能够容纳整机摆放的空间，一般须75米。另外离端头75米左右处预留出土口。地面提供管片堆放和出土吊机行走的场地。整机始发——指盾构机整机均放在车站底板上组装并连接，始发掘进时整机整体向前移动的方式。始发阶段管片、材料、渣土均从出土口吊运。整机始发和延长管线始发两种模式盾构始发模式盾构始发模式始发和正常掘进阶段管片、材料、渣土均从盾构井吊运。施工效率低，费用高，在没有整机始发的条件时才不得不采用。－－延长管线始发延长管线始发模式：始发时将后配套车架放在地面，主机吊放到井下，通过主机和车架之间的延长管线提供主机前进的电、气、液等动力。待掘进约60环后，拆除延长管线和负环管片，将后配套车架和连接桥吊放到洞内和主机连接，进入正常掘进状态。始发场地布置形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1、渣土池前置式中空翻中侧翻2、渣土池侧置式地侧翻2020/3/26盾构始发施工工艺流程图1.2盾构始发施工工艺1.3始发前端头加固软土地层不能自稳，加固一是保证始发时围护结构凿除后掌子面土体能够保持自稳，二是在盾尾进入洞门密封装置前防止洞口地层涌砂涌水。地基加固应满足进出洞时土体在一定时间内的自立性和隔水性。常用的具体处理方法有：1、深层搅拌桩；2、高压旋喷桩；3、降水法；4、冷冻法；5、化学注浆法；6、SMW工法；在选择加固方法时要综合考虑各种影响因素，如1、地基土的类别；2、加固深度；3、周围环境条件；4、施工工期；5、施工队伍技术素质与施工技术条件；6、设备状况和经济指标等。•尤其对地基条件复杂、还要详细调查施工区内地形及地质成因、地基层状况、软弱土层厚度及不均匀性的分布范围、地下水情况及地基土的物理和力学性质等相关资料。端头加固——加固范围加固范围以包裹盾构主机并预留一定的封堵渗漏通道的区域为原则。结合上海、南京、苏州等长三角软土地层加固范围一般为隧道纵向方向为8m（到达端头9米），横向为隧道轮廓线外3m。旋喷桩加固，以石家庄地铁为例，加固区尺寸为：长6m、宽12m、旋喷深度12m。地基加固需重点加强水泥的掺量、桩位的位置、垂直度、两侧包角和搭接情况控制。检查内容控制指标要求钻孔取芯试验28d无侧限抗压强度达到0.5mpa-0.8mpa渗透系数≤10-7cm/s水平探孔检查是否有水喷出或较大水流端头加固质量控制参数表地基加固检测：地基加固强度、抗渗指标等必须按规范经过现场取样进行复试（包括抗压试块、取芯、渗透系数），复试指标、复试频率必须满足设计等要求。施工现场取芯在洞门破除之前需打设水平探孔，若发现透水现象，应立即将探水孔塞住，并进行盾构始发端头加固处理。1.4洞门凿除⑴为保证始发井或接收井支护结构的稳定，凿洞分两阶段进行。第一阶段在端头井土体加固检验合格、水平探孔打设后开始凿除，盾构始发设施下井前完成。第二阶段在盾构机组装调试好和其他始发准备完成后快速进行。⑵开凿前，搭设双排脚手架，由上往下分层凿除，洞门凿除顺序：首先将开挖面钢筋凿出裸露并用氧焊切割掉，然后继续凿至迎土面钢筋外露为止。当盾构机刀盘抵达混凝土桩前约0.5m时停止掘进，然后再将余下的钢筋割掉，打穿剩余围护结构，并检查确定无钢筋。洞门凿除顺序图始发架的作用：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。1.5盾构基座安装始发托架按照隧道设计轴线安装定位好并对始发托架两侧用H型钢进行加固。若盾构始发段处于曲线段，加设半径为1200米的曲线段，始发时反力架、负环管片及始发基座难以配合曲线线路设置成曲线，在始发时需采取割线始发，以减小始发段轴线偏差。从始发洞门开始其中心路径前10m沿隧道设计中心线（1200m曲线）的内弦线推进，待盾尾脱离基座后逐步调整盾构姿态使盾构沿隧道设计线路推进。•盾构沿内弦线掘进最大偏移量：•盾构机轴线与始发井轴线夹角：∠θ==arcsin(5/(1200-0.0224))=0.238度•(设计曲线内偏移量为22.4mm)。cmml04.10104.51200120022曲线始发示意图始发基座平剖面图始发基座安装图1.6洞口密封安装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。洞口密封结构图始发洞口密封原理图折叶式密封环洞门防水装置安装顺序为：洞门圈预埋钢环→帘布橡胶板→折页压板→垫圈→螺母。在安装帘布橡胶板前先检查螺栓丝扣，同时必须确保螺栓栓结牢固；螺栓检查后，安装帘布橡胶板；帘布橡胶板安装完成后安装折页压板，折页压板外侧加垫圈并以螺母栓结固定折页压板，施工时必须确保螺母栓结牢固，防止盾构始发后同步注浆的浆液泄露。为防止盾构机推进时，刀盘损伤帘布橡胶板，在盾构向前推进前应在帘布橡胶板外侧及边刀上涂抹黄油。1.7反力架安装反力架的作用：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。反力架立面布置图1反力架立面布置图2盾构主机与后配套连接之前，开始进行反力架的安装。反力架端面应与始发台水平轴垂直。反力架与竖井结构上预埋的钢板焊接牢固，保证反力架脚板安全稳定。反力架的型式反力架的加固反力架计算有限元模型拖车Ⅲ拖车Ⅱ拖车Ⅰ吊装反力架1.空载调试盾构机组装和连接完毕后，即可进行空载调试。主要调试内容为：液压系统，润滑系统，冷却系统，配电系统，注浆系统，以及各种仪表的校正。着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。2.负载调试空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负荷调试。负荷调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力;使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。负荷调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、质量和隧道线型。1.8盾构机调试1.9始发条件验收始发条件验收主要内容：a、各项方案已编制并审批，已向工班交底；b、加固体强度、渗透系数测试满足设计要求；c、洞门、控制点已经三方复测并满足施工设计要求；d、反力架、始发架结构已通过验算并固定牢固；e、盾构机及配套设备到位并通过验收；f、各项物资、材料（包括应急物资）已到位并已通过质量检测；g、地表和建筑物/管线监测点已布置并取得初始值；h、沿线建筑物、管线已调查并制定了相应的保护措施。2020/3/262020/3/261.10负环拼装负环的作用：1、传递盾构推进反力到反力架----推进垫块。2、盾构推进导向。盾构始发阶段盾构始发时负环管片周围没有约束，必须在管片四周尽可能地加上各种支撑，保证盾构机向前推进时负环管片不会失稳。1.11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。盾构试掘进地质是基础设备是关键人员是根本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-----空间条件初始掘进参数设定：盾构掘进参数表（砂层）序号项目始发接收掘进正常掘进风险源掘进1推力600-800t1000-1500t500-800t2掘进速度15-35mm20-60mm15-25mm3注浆量3.2-4m³3.2-4.8m³3.5-4.2m³4刀盘扭矩1200-1500KN/m1500-1800KN/m1200-1500KN/m5刀盘转速1-1.2rpm1-1.5rpm1-1.2rpm6土压力0.08-0.15mpa0.1-0.25mp0.06-0.1mpa备注：掘进施工时具体参数根据地层情况做相应调整。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。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）试掘进参数的选择分析：1、反力架：反力架安装前要有计算书，技术交底时要细化到每一侧支撑的根数、规格、焊接标准。2、始发架定位：高程比中心线高20mm以上,但不得超过50mm。平面定位与隧道轴线以模拟掘进9m处与设计偏差不大于4cm为宜，始发架与反力架夹角小于2‰。3、负环拼装：负环管片安装后，在其管片与始发托架之间每侧加设两个木楔；负环管片紧固钢丝绳要拉紧。4、防扭块：盾构外壳上安设防扭块，随掘进时切除。5、导轨及垫条：始发推进前抬高盾构机的始发姿态，在洞门圈底部合理安装始发导轨，推进过程中加强盾构姿态控制，尽量避免盾构栽头，导轨的长度根据现场实际情况进行计算确定，始发架定位一般前端略高2cm。开始安装负环之前，需要在盾构下部安装4根垫条，防止负环管片下沉。1.12始发注意事项6、洞门密封：盾尾刷进入洞门，立即进行同步注浆，若漏浆，及时封堵。随掘进环数增加，注浆压力同步增加。7、测量：录取电脑的线形数据必须经过复核。录入数据时需经监理、第三方测量审核确认，并旁站监督。8、渣土改良：混合液的流量与膨胀率的大小根据渣样稠度确定，渣土改良原则：宁稀勿干，保证渣土改良各路添加剂管路的畅通，尤其刀盘中心区域。9、盾构姿态控制：采取“勤纠、少纠”原则，每环掘进偏移量不宜大于5mm。2盾构接收施工2.1盾构接收定义盾构的接收，是指盾构在掘进过程中由原状土进入到达竖井端头加固土体区域，然后将盾构推进至到达竖井的围护结构处后，从竖井外侧破除井壁进入竖井内接收台架上的一系列作业过程。盾构接收现场图2020/3/26盾构到达施工工艺流程图盾构接收施工流程图模拟贯通测量测量结果分析与验证掘进计划洞门部分凿除洞门密封的安装接收托架的安装与固定到达段的掘进洞门剩余部分的凿除碴土的清理贯通后上接收托架2.2盾构接收工艺流程2.3盾构接收端头加固盾构接收时洞口段需进行加固，一般采取高压旋喷桩加固处理以保证盾构机接收的安全。盾构接收端加固区尺寸：长8m、宽12m、旋喷深度12m。盾构机接收端加固图2.4盾构到达掘进参数1）盾构在到达掘进过程中，要密切关注盾构掘进参数的变化，特别是注浆量、出渣量、推力、扭矩等参数，当发现参数异常要先分析原因，做出判断，不能盲目掘进。盾构机进