地铁隧道盾构施工质量安全监控重点

地铁工程盾构法隧道施工质量安全监督控制重点张自太港铁轨道交通(深圳)有限公司2008年12月地铁盾构法隧道施工技术概述盾构是一种既能支撑地层压力、又能在地层中掘进的施工机具.以盾构为核心的建造隧道的施工方法称为盾构工法.盾构机的分类盾构机敞开式封闭式土压平衡式（EPB）泥水平衡式（Slurry）纯土压平衡式加泥型土压平衡式(泡沫,膨润土等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8、盾构进入接井7、接收井洞口土体加固3、出洞口土体加固隧道盾构掘进示意图开挖衬砌出土运输隧道地质情况、工程要求、环境保护要求、经济比较、地面施工场地大小等因素是盾构选型的基本依据。根据施工要求及地质条件作好盾构选型工作SlurryEPBSandKörnungslinie400,006GrainDiameterdinmmMassenanteilederKörnerdin%derGesamtmenge00,0011030200,0020,020,060,2SiltSchlämmkornClayFein-7060508090100Mittel-600,62,06,060,020,0100908070Gravel50403020100SiebkornGrob-Fein-Mittel-Grob-Fein-Mittel-Grob-GrainSizeDistributionGrainSizeDistribution地层土体颗粒级配分布地层土体颗粒级配分布Foam盾构机的选型加泡沫后透水性透水性––10––1––10-1––10-2––10-3––10-4––10-5––10-6––10-7––10-8––10-9––10-10––10-11––10-12卵石粗砾石中等砾石细砾石粗砂中砂细砂砂质、粉砂黏土粉砂黏土土压平衡盾构泥水盾构渗透系数(m/s)加泡沫后透水性透水性––10––1––10-1––10-2––10-3––10-4––10-5––10-6––10-7––10-8––10-9––10-10––10-11––10-12卵石粗砾石中等砾石细砾石粗砂中砂细砂砂质、粉砂黏土粉砂黏土土压平衡盾构泥水盾构渗透系数(m/s)透水性透水性––10––1––10-1––10-2––10-3––10-4––10-5––10-6––10-7––10-8––10-9––10-10––10-11––10-12卵石粗砾石中等砾石细砾石粗砂中砂细砂砂质、粉砂黏土粉砂黏土土压平衡盾构泥水盾构渗透系数(m/s)复合式盾构MixedShield盾构类型ShieldMachineMode硬岩式hardROCK土压平衡式EPB开式Openmode水力式Hydro泥水平衡式SlurryBalance某土压平衡盾构机主要技术参数MainTechnicalParametersoftheShieldMachine直径Diameter6280mm主机长度Lengthofthemainparts8500mm总长（含拖车）Totallength(withtrailers)64,000mm扭矩Torque5300kn·m推力/行程thrust/stoke3600T/2000mm转速rotatingspeed0-6.1rpm总功率generalpowerrate1500kw最大掘进速度MaxExcavationspeed8cm/min螺旋输送机Screwconveyer直径700mm270M3/h土压平衡盾构机工作原理水土压+压=土仓压力力力泥水平衡盾构机工作原理水土压+压=切口水压力力盾构法隧道的一些原则性定义1.小净距小于0.7D2.浅覆土小于D3.小半径小于40D4.大坡度大于3%5.长距离大于4~5KM6.大深度大于50M盾构法隧道施工三阶段1.盾构始发（出洞）阶段2.盾构试掘进和正式掘进阶段3.盾构接收（进洞）阶段一、盾构始发(出洞)阶段盾构始发（出洞）阶段是控制盾构掘进施工的首要环节。在盾构始发（出洞）前、后各项准备工作中需要做好充分的技术、人员、材料、设备准备，并对盾构是否具备出洞条件予以审查，确保盾构在安全可靠的前提下能顺利出洞。(南京案例—盾构机被埋,停工3个月)盾构始发(出洞)阶段盾构始发(出洞)阶段盾构出洞土体加固针对土体加固应重点关注以下三方面：⑴加固土体与地墙间隙封闭⑶加固土体的均匀性⑵加固土体的强度盾构始发(出洞)阶段盾构始发基座设置盾构始发前需将盾构机准确的搁置在符合设计轴线的始发基座上，待所有准备工作就绪后，沿设计轴线向地层内掘进施工。因此，盾构出洞前盾构始发基座定位的准确与否，直接影响到盾构机始发姿态好坏。在检查盾构始发基座时，应重点复核高度重视。盾构始发(出洞)阶段盾构始发(出洞)阶段洞门位置及尺寸盾构始发(出洞)阶段盾构机及后配套设备井下验收在井下验收工作的重点是对盾构机及后配套设备主要部件和系统检查和核对，并对试运转情况进行见证，在验收合格前提下可批准盾构机及配套设备投入使用。盾构机井下调试、验收项目如下。盾构始发(出洞)阶段盾构机及台车等吊装示意图盾构始发(出洞)阶段盾构机外观验收序号验收项目验收要求1刀具数量齐全、刃口完好、安装正确2焊缝焊缝均匀饱满，无缺陷3外形尺寸盾构外壳长度和直径符合要求4尾刷排列整齐有序5电气设备内外清洁，电缆无破损和油污盾构机主体（全长8.5M)盾构始发(出洞)阶段盾构机调试验收序号验收项目验收要求1刀盘转速正转和反转满足要求2超挖刀数量和行程满足要求3推进千斤顶数量、行程、油压、伸缩时间满足要求4螺旋输送机转速、油压、闸门开关满足要求5管片拼装机回转角度和速度满足要求6注浆系统满足正常使用（用水替代）7盾尾油脂满足正常使用8双梁葫芦走行和起升构件正常，满足正常使用9皮带机启动和停止正常，满足正常使用10泡沫系统喷出正常11电气系统仪器仪表显示、漏电开关保护、警报系统等能正常使用盾构始发(出洞)阶段盾构机后盾支撑系统安装盾构始发(出洞)三大钢结构件:1.洞门钢环2.始发托架3.反力架盾构始发(出洞)阶段洞门围护结构凿除（出洞侧）盾构始发(出洞)阶段盾构机始发(出洞)装置安装二、盾构试掘进和正式掘进阶段盾构施工掘进两个阶段:1.100环试推进寻求最佳施工参数(根据合同约定由盾构机制造商负责)---广深港案例2.正式掘进阶段，施工承包商负责.盾构试掘进和正式掘进阶段盾构机施工参数管理土压力出土量掘进速度千斤顶推力刀盘扭矩和转速050001000015000200002500000.511.522.533.544.55刀盘转速（ｒｐｍ）刀盘扭矩(KN-M)盾构机中控室控制台和操控面板盾构试掘进和正式掘进阶段土压力管理超土压掘进------地面隆起欠土压掘进------地面沉降土压平衡掘进-----零沉降(+1~-3)满足规范要求盾构试掘进和正式掘进阶段出土量进土量=出土量盾构试掘进和正式掘进阶段掘进速度地层类型掘进速度(mm/min)微风化40~80MPA30~50中风化小于40MPA40~60强风化60~80软土层40~60盾构试掘进和正式掘进阶段千斤顶推力/行程3600T/2000mm千斤顶分组4组(上下左右)盾构试掘进和正式掘进阶段盾构掘进姿态控制规范规定允许偏差均为±50mm。发现偏离应逐步纠正，不得猛纠硬调。盾构试掘进和正式掘进阶段管片拼装控制管片拼装是盾构法施工的关键工序，管片拼装的质量好坏直接影响到隧道结构的安全和使用功能。隧道管片拼装现场流水线上的管模管片脱模三环试拼装试验管片检漏试验盾构试掘进和正式掘进阶段⑴制作管片模具的精度符合规范要求。⑵制作管片类型、管片脱模后成品外观质量及尺寸偏差满足设计和规范要求。⑶管片的砼抗压强度及抗渗指标满足设计要求。⑷管片的检漏检测和三环试拼装检验符合规范要求。盾构试掘进和正式掘进阶段管片进场检查⑴根据管片排序图核对进场管片规格是否满足施工需要。⑵审查进场管片出厂质量合格证明文件。⑶复查进场管片外观质量，若发现缺陷应及时督促承包单位进行修补。管片进场卸车盾构试掘进和正式掘进阶段管片拼装前检查根据管片接缝防水设计要求一般需粘贴防水密封垫，工程师应在管片拼装前对密封垫粘贴位置和粘贴质量逐块检查。盾构试掘进和正式掘进阶段管片成环后检查⑴高程和平面偏差。⑵纵、环向相邻管片高差和纵、环向缝隙宽度。⑶纵、环向相邻管片螺栓连接。三环试拼装盾构试掘进和正式掘进阶段注浆作业监控(同步)浆液配合比(粉煤灰,膨润土,沙)注浆量(理论缝隙量1.5~2倍)注浆压力(0.1~0.3MPA)地面浆液搅拌同步注浆搅拌站同步注浆浆液配合比：水粉煤灰膨润土细砂240kg310kg110kg710kg灌浆前空隙厚度管片注浆后浆层厚度管片140mm＞140mm三、盾构接收（进洞）阶段盾构接收（进洞）阶段掘进是盾构法隧道施工最后一个关键环节。盾构能否顺利进洞关系到整个隧道掘进施工的成败。在盾构进洞前后需监督承包单位做好充分的盾构接收的准备工作，确保盾构以良好的姿态进洞，就位在盾构接收基座上。盾构接收（进洞）阶段盾构接收（进洞）阶段盾构进洞土体加固盾构进洞区域土体加固一般与出洞区域土体加固是同时进行，对盾构进洞土体加固效果的检验可参照对盾构出洞土体加固。盾构接收（进洞）阶段盾构接收基座设置盾构接收基座用于接收进洞后的盾构机，由于盾构进洞姿态是未知的。在盾构接收（进洞）前仍需复核接收井洞门中心位置和接收基座平面、高程位置（一般以低于洞圈面为原则），确保盾构机进洞后能平稳、安全推上基座。盾构机进洞后在接收基座上进洞前破除围护结构盾构接收（进洞）阶段盾构接收进洞南京案例—盾构隧道塌跨一百多米,盾构机全部被埋,目前还在处理中.四、特殊地段的盾构施工技术措施1.盾构通过岩溶和溶蚀空洞2.盾构通过高架桥桩基3.盾构通过球状风化体地段(孤石)4.盾构通过泥质粉砂岩段(结泥饼)5.盾构在上软下硬段岩层掘进刀盘结构上形成的泥饼五、盾构隧道施工质量问题施工过程常见的质量问题管片破损(崩缺、裂纹)、错台、渗水、上浮、隧道轴线偏差(沈阳地铁案例)鸟嘴错台唇型错台管片拼装长出现的问题隧道管片错台漏水质量问题产生的主要原因管片崩缺、裂纹产生的原因1.盾构机盾尾间隙过小。2.千斤顶布置不合理,千斤顶的分布与管片接缝不匹配。3.盾尾铰接使盾尾与管片的适应性变差。4.吊运和拼装过程中的碰撞损坏盾构机轴线与管片轴线偏差过大5.盾构机轴线与管片轴线偏差过大盾构机轴线与管片轴线偏差过大6.各组推进千斤顶推力相差过大等。7.管片上浮和管片扭转方面的原因封顶块出现严重损坏管片上出现细纹裂缝2纵缝锥度纵缝角度管片宽度环缝角度+管片厚度控制要素质量问题产生的主要原因管片渗漏水产生的原因1.管片本身质量原因。。2.管片壁后注浆防水质量原因。3.施工原因。质量问题产生的主要原因管片错台产生的原因1.线路方面的原因(小曲率半径地段表现在隧道腰部左右方向错台)。2.管片上浮造成错台(主要表现为竖向错台,隧道顶部、拱部错台量最大)。3.注浆偏压造成错台(一般表现为局部管片块的向隧道内部错台)。4.其他原因造成错台(管片选型不当,掘进操作不当,急纠偏)。针对质量问题采取的措施1)加强管片本身生产质量控制2)盾构机采用主动铰接3)严格控制管片进场、运输、拼装引起的质量缺陷4)控制好盾构机姿态,合理调整掘进参数5)同步注浆及二次注浆及时跟进.已拼隧道隧道设计轴线盾构机纠偏曲线TBM方位角纠偏曲线上管片拼装盾构机纠偏曲线六、盾构隧道施工安全问题盾构法隧道施工，掘进速度快、质量优、对周围环境影响小、施工安全性相对较高，但盾构施工技术有着自身的特点，安全管理工作只有适应盾构施工的特点，才能利用盾构的优势、克服传统隧道施工的劣势，真正做好建筑施工企业的安全工作。盾构隧道施工安全问题盾构机刀盘前的压气作业当操作人员必须进人盾构机前体刀盘内作业时，如果盾构机前方或上方的土体不能自稳，土体可能通过刀盘的开口处进人刀盘内，威胁作业人员的安全。因此，压气作业是盾构安全施工的一个重点，也是一个值得注意的危险源。盾构隧道施工安全问