盾构掘进施工方案毕业设计论文

1、目目 录录 第一章 编制依据及原则 .1 1.1 编制说明 .1 1.2 编制依据 .2 1.3 编制原则 .2 第二章 工程概况 .3 2.1 工程概况 .3 2.2 地质概况 .3 2.3 水文概况 .4 2.4 结构设计概况 .4 第三章 盾构掘进总体部署 .5 3.1 盾构掘进施工总体方案 .5 3.2 施工总体安排 .5 第四章 盾构机设计选型 .6 4.1 盾构机选型 . .6 4.2 工程特点及选型依据.6 4.2.1 各部功能描述.7 第五章 盾构区间掘进施工方案 .11 5.1.1 掘进工况.11 5.1.2 盾构机下井吊装、组装及调试.11 5.1.3 盾构始发.15 5.

2、1.4 盾构掘进.20 5.1.5 泥水循环与处理系统的管理.23 5.1.6 管片背后空隙同步注浆及管片二次注浆填充.31 5.1.7 管片拼装.35 5.1.8 盾构到达.38 5.1.9 盾构机解体.40 5.1.10 盾构带压开仓换刀作业.45 5.2 盾构区间隧道防水及防腐蚀施工组织及方法说明 .56 5.2.1 防水原则、防水重点、防水要求.56 5.2.2 防水构造简述.56 5.2.3 防水材料的技术性能.56 5.2.4 防水施工及主要技术措施.57 5.2.5 防腐蚀措施.64 第六章 排水防洪方案 .65 6.1 水害风险分析及排水防洪目的 .65 6.2 排水防洪施工措

3、施 .65 6.4 应急准备.66 6.5 应急响应 .66 第七章 施工测量 .68 7.1.1 地面控制测量.68 7.1.2 地下控制测量.68 7.1.3 盾构区间施工测量.69 7.1.4 施工测量方式.71 7.1.5 控制测量成果的检查与检测.71 7.1.6 施工测量的组织和管理.72 上海轨道交通一号线软土地层盾构掘进施工方案上海轨道交通一号线软土地层盾构掘进施工方案 第第一一章章 编编制制依依 据据及及原原则则 1.11.1 编制说明编制说明 上海轨道交通一号线又称上海地铁一号线,阅读土建工程施工项目合同文,盾构区 间设计图纸、详勘、补勘资料和现场实际的基础上，针对本工程的

4、特点，结合我部人 员在城市地铁工程中的施工经验，本着“组织合理，技术先进，经济可行，优质高效， 简明扼要，重点突出”的原则编制本标段工程施工组织设计。 其主要内容由以下几个主要部分组成： 1）工程概况 工程概况是在承包合同的合同条件、技术规范和施工设计图纸的基础上，结合施 工现场调查情况，对于编制本部分相关的重要内容进行的综述。 2）施工管理及资源配置 针对承包合同所提出的安全、质量、文明施工和工期要求，根据施工组织中所涉 及到的施工方法，从施工现场管理、劳、材、机等诸方面进行资源配置优化，提出既 符合本标段工程特点，又体现我部优势的配置方案。 3）施工组织及施工方法 施工组织及施工方法是本部

5、分的核心内容。在编制过程中，依据合同文件和施工 设计图纸，结合工程特点和我部的施工能力对合同范围内涉及的各单项技术按设计、 施工要求进行了细化；根据我公司的施工经验，从施工全局出发，以“技术先进、质 量可靠、经济合理、安全有效”为原则，策划施工方案和工期计划，确定相应施工方 法。 4）施工保证措施 根据本标段工程施工特点，结合我部人员的施工管理经验，以安全、优质、按期、 经济地完成本标段工程施工为目标，提出了各项工程目标和实现工程目标所采取的施 工技术、质量、安全等保证措施。 1.21.2 编制依据编制依据 1）上海市轨道交通一号线土建工程合同文件及有关问题澄清的函。 2 上海市轨道交通一号线

6、南端闵行区莘庄站-北端宝山区福锦路站盾构区间施平纵 断面图。 3）上海市轨道交通一号线盾构区间隧道与车站接口设计图。 4）闵行区莘庄站-宝区福锦路站,出入段明挖段及盾构区间周边建（构）筑物及管 线调查报告。 5） 地铁盾构施工,张冰,人民交通出版社,2011.1 6） 机械化盾构隧道掘进,德b.maidl 主编，曾慎聪、郦伯贤、胡胜利编译， 浙江大学出版社。 7)盾构施工技术 ，陈馈、洪开荣、吴学松主编，人民交通出版社。 8） 盾构隧道 ，张凤祥、朱合华、傅德明，人民交通出版社。 1.31.3 编制原则编制原则 1）以确保安全为前提，具有可操作性。 2）选择合理施工方案，降低工程造价。 3）采

7、用先进、成熟、有效的施工方法。 4）积极推广应用新技术、新工艺、新材料、新设备，保工期、保安全，优质高效 地完成本标段的施工任务。 5）采用 iso9002 质量认证体系标准，对施工过程进行全方位质量控制。 6）采用先进科学的检测手段，利用信息反馈指导施工。 7）严格执行广东省、广州市有关文明工地的标准，做好文明施工和环境保护。 第第二二章章 工工程程概概 况况 上海市轨道交通一号线土建工程闵行区莘庄站-宝山区富锦路站，盾构区间以闵行 区站为起点，全长近 37 公里，共设 28 个车站及 2 个车辆段， （梅陇停车场，富锦路停 车场） ，途径宝山、闸北、静安、 （新）黄浦、徐家汇、闵行 6 个

8、区。 2.12.1 工程概况工程概况 南端闵行区莘庄站-北端宝山区富锦路站盾构区间隧道双延米 3689.00m，一号线设 计时，正线在 k1+487.9 处以 500m 半径曲线右转弯，以 34上坡出洞，作为临时地面 正线，并在隧道内预留了向上海南站延伸的接口。向北端宝山区前进，本区间线路基 本沿直线前进，只有两个曲线段，在靠近附近曲线半径的左转弯曲线，线路两侧建筑 较多，地下水丰富。 上海轨道交通一号线南端闵行区莘庄站-北端宝山区富锦路站盾构区间线路纵断面。 2.22.2 地质概况地质概况 地形、地貌 南端闵行区莘庄为软弱土层，20.0m 深度范围内有成层的砂质粉土。本场地此层为 易液化土层

9、、本区间属于软弱地层，北端宝山区富锦路位于长江三角洲的冲击平原， 是在江流海潮共同作用下，以长江为主的河流所带的泥沙不断淤积而成，整个地势西 北高、东南低属于软土地层。海拔 2.8m 至 4.1m 之间。呈缓坡壮倾斜。含水层分布较 广。 2.32.3 水文概况水文概况 本区间位于长江三角洲的冲击平原，地下水比较丰富、闵行区第 ii、iii、iv,吴 泾第 ii、iii 层含水层含水层均为咸水。宝山区一带埋藏着燕山晚期侵入花岗岩体。 上海更新新世纪时期的五期河流相堆积在本区发育良好，构成五个承压含水层，主要 岩性为中、粗砂石夹粉细纱层碎屑岩裂隙水主要含水层为石炭系、第三系岩层的强风 化带和中风化

10、带中，岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂。 本区间地下水对混凝土结构无腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋具微弱腐蚀性；与 含水层相向的隔水层，由以湖相堆积层为主的粘性土、粉性土组成。 2.42.4 结构设计概况结构设计概况 盾构法隧道采用圆形隧道限界为 5200，管片内径 5400，管片厚 300mm，线路 最小曲线半径 r2000m，采用 1.5m 宽管片。管片拼装采用直线环与楔形环组合的方式。 区间共设 3 个联通通道，均采用地面加固后竖井开挖。联络通道处管片采用钢管片通 缝拼装，一个联络通道左右线共需 4 环钢管片，区间共需要 12 环钢管片。 第第三三章章 盾盾构构掘掘进进总总体体部部署署 3.13

11、.1 盾构掘进施工总体方案盾构掘进施工总体方案 城站区间左右线采用两台泥水盾构相隔一个月始发，由闵行区莘庄站站南端始发， 宝山区富锦路站北端头吊出，到富锦路站后吊出。 3.23.2 施工总体安排施工总体安排 本区间盾构隧道右线长度 2258m，左线长度为 2258.69m，长链 0.69m 双线共计 4516.69m，盾构区间附属工程主要为 3 个联络通道（其中 1#、3#联络通道不设废水泵 房，2#联络通道与废水泵房合建） 、盾构始发和到达端头加固施工以及四个洞门的施工。 盾构掘进始发前完成旧桥的拆除重建、建筑物保护、软弱地层处理、端头加固和 联络通道地面加固工作，盾构机负环拆除后进行始发洞

12、门施工，盾构机过联络通道加 固区后进行联络通道及泵房施工，盾构机吊出后进行到达端洞门施工，同时进行隧道 清理工作和预留洞口施工。 盾构区间拟采用 2 台泥水盾构机施工，第一台盾构机于 2013 年 5 月 1 日始发，第 二台盾构机 2013 年 6 月 1 日由始发。两台盾构机都由闵行区站始发，到宝山区站吊出 完成区间施工，区间掘进完工日期为 2014 年 4 月 17 日。 第第四四章章 盾盾构构 机机设设计计选选型型 4.14.1 盾构机选型盾构机选型 本区间盾构工程施工条件： 盾构隧道长度：左线 2258m，右线 2258.69m； 隧道覆土厚度最小约 4，最大约 10m； 平面最小曲

13、线半径为 2000m； 最大坡度为 5， ； 隧道内净空：5400mm，管片外径 6000mm，管片环宽为 1.5m； 计划进度：左、右线平均月进度约 180m。 经认真研究合同文件及地质资料，采用 2 台泥水加压平衡式盾构机进行本区间隧 道施工，具备保压系统装置、人闸气压装置，满足盾构机在各种地层下进行开舱作业 的要求。 4.24.2 工程特点及选型依据工程特点及选型依据 上海市轨道交通一号线南端闵行区站盾构区间隧道均为两条圆形隧道，内径 5.4m，左线长度 2258.69 米，右线长度 2258 米，盾构掘进机的选型与所穿越的地层 及周边环境、线路走向、曲线等关系很大，选型合适与否直接关系

14、工程的成败。 1）工程特点和施工条件 （1）盾构穿越地层、线路及周边环境的特点详见“工程概况” （2）地层变形要求 地表变形量不大于 10mm/-30mm。隧道推进轴线与设计轴线偏差不大于 50mm。 2）选型依据和设计特点 根据以上地质条件结合工期要求，用于本区段施工的盾构掘进机，必须具有稳定 开挖面、平衡泥水压力、平稳穿越软硬变化较大的地层，最大限度减少地表沉陷的功 能，必须具有较强的纠偏抗扭与弯道施工的能力，必须具有较好的经济性和较长的使 用寿命，必须确保各项作业的安全性和可靠性。结合目前上海、广州、天津和南京地 铁一号线盾构区间施工资料，选用带面板式刀盘的泥水平衡式（epb）盾构掘进机

15、，是 目前在软土地层中，进行隧道掘进施工的一种较好机型，可以较好的控制地表的变形。 综上所述，经过分析比较，并结合国内使用的经验，本标段选用德国海瑞克 6280mm 铰接型泥水平衡盾构机。 4.2.14.2.14.2.14.2.1 各部功能描述各部功能描述各部功能描述各部功能描述 1）盾体 盾体钢结构设计能够承受预测的水压和土压（较差情况预测为 6 bar） 。 盾体为分块设计。盾体采用螺栓连接，所有的法兰盘都进行了机加工以保证精度： 分隔舱板将盾体分隔为两个舱室；前舱即开挖舱，包含刀盘于其中，并充满了 流体；该流体通过后舱即气泡调压舱的“气垫”提供给开挖面和后舱保持“压力平 衡” 。两个舱室

16、间的通道为隔板上防水门。而盾构机内部到压力舱室的通道为气闸，包 括人闸和紧急气闸。工作人员通过这些通道就可以对刀盘进行维护作业。 在舱板的后部有如下装置： （1）一个气闸 （2）安装主驱动的机加工法兰盘 （3）推进油缸前部固定装置 （4）泥浆管接头 （5）冲刷喷嘴 （6）水、压缩空气、电气设备等连接管线 （7）连接到刀盘区域的排水系统的接头 （8）应急电源接头 （9）海瑞克公司关于减少堆积和结块的理念： （10）集成冲刷喷嘴的定子和转子 （11）工作舱壁上和搅拌器上的冲刷喷嘴 （12）90角圆形渐变（有利于物料流动） （13）刀盘主驱动是用机械的方式通过法兰盘与压力舱板连接的。扭矩通过驱动 单

17、元的扭矩箱直接传递到盾体上。 2）刀盘 刀盘设计成盘形结构且带有很宽阔的进料口。8 根辐臂支撑的厚壁法兰连接主驱动 装置，并作为前盾的连接基座。8 根幅臂由厚壁管制成。 刀具形式： （1）软土刀具（齿刀）：64 把 （2）双刃滚刀：14 把 （3）双刃中心滚刀：6 把 （4）边缘刮刀：16 把 3）刀盘驱动系统 刀盘驱动系统用以驱动刀盘旋转，对土体进行挤压和切削。主要由大轴承、大齿 圈、密封圈、减速器及马达等组成。 刀盘用高强度螺栓与大齿圈连接，大齿圈即为大轴承的回转环，马达带动减速器 输出轴上的小齿轮，小齿轮与大齿圈啮合，从而驱动刀盘旋转。大轴承既承受刀盘的 自重，又承受盾构掘进机的推进力，

18、是盾构掘进机的主要组成部件。为了获得最大的 主轴承寿命，设置有密封装置，由加压润滑油系统来润滑。 盾构掘进机在开挖软弱围岩时，采用高扭矩，低转速的工况；当盾构切削硬岩时， 增大流量，采用低扭矩、高转速的工况。 4）铰接装置 为了使盾构掘进机适应曲线段的推进，能够灵活转向，把盾构掘进机设计成铰接 式，从而易于转弯，减小曲线超挖量；并能减少顶进管片的偏压，提高隧道施工质量， 也易于对掘进方向随时进行修正。 铰接装置使盾构掘进机分成前后两段，两段之间通过铰接千斤顶操作，可使盾构 掘进机前后两段绕铰接中心沿圆弧面上下、左右回转，满足盾构掘进机顺利转弯和坡 度的要求，使盾构掘进机转弯方便，减少曲线超挖量

19、及对土体的扰动。 盾构掘进机铰接处设有机械限位，以保证盾构掘进机推进时前后节绝对不会脱开， 并保证达到设计转角位移要求。铰接装置设内外两道密封，以防泥水进入。 5）人行闸门气压仓 在盾构掘进机密封隔板处设有一道人行闸门，闸门处有一气压仓。当在泥水平衡 工况下施工需要进入泥土密封仓内排除障碍或调换切削刀具时，先将泥泥水仓内充以 压缩空气，用以疏干并支护开挖面土体，然后人员再通过气压仓的加、减压过渡而出 入泥泥水仓。 6）推进系统 盾构掘进机是通过沿中盾周边布置的盾构掘进机千斤顶支撑在已安装好的管片衬 砌上所产生的反作用力而前进的。为了不使千斤顶端部承受管片的集中荷载，造成偏 心荷重，支座设计成铰

20、接式，并设置支板均匀地将力传递到管片的环面上。 把盾构掘进千斤顶分成若干扇区，每个扇区由一只电磁比例减压阀控制，用来调 节各组扇区千斤顶的工作压力，从而纠正或控制盾构推进的方向，使符合设计轴线的 要求。 7）盾尾密封 盾尾密封用以防止地层中的泥土、泥水、地下水和衬砌外围注浆材料从盾尾间隙 中漏入盾构。由三道钢丝刷和一道弹簧钢板组成。在每两道密封之间注入密封材料、 油脂等，作为防高压水措施，以提高密封效果，并可减少钢丝刷密封件与隧道管片外 表面之间的磨擦，延长密封件的寿命。 8）背衬充填与注浆系统 采用盾构法施工的隧道，是沿着盾构掘进机的外壳进行开挖的，而作为衬砌的管 片则是在盾尾内部组装起来的

21、，所以当盾构掘进机推进时，围岩与管片间由于盾尾的 抽脱及超挖等原因就形成了空隙，这一空隙如不加处理地搁置，不可避免上面的围岩 要向下沉降，其结果是发生波及地表的沉陷，严重的会危及地表建筑物的安全，因此， 及时地进行背衬充填与注浆可以起到压实松动的围岩，以防地表沉陷，提高隧道止水 性，防止管片漏水，将管片与围岩一体化，确保管片衬砌的稳定。 9）管片拼装机构 拼装机的功能是安全且迅速地把管片组装成设计形式，它具有伸缩臂、夹具前后 移动以及臂回转的功能。 拼装机回转由马达驱动；管片的轴向平移和封顶块的轴向移动，由平移千斤顶操 作夹持器来完成；管片的提升由液压油缸操纵。这些液压缸和马达由一个独立的液压

22、 泵站供油，简化了管线布置，避免管线的机械运动。 10）泥水循环 泥水平衡盾构机技术是基于流体支撑和泥浆泵系统。膨润土泥浆系统把切削下来 的渣土从开挖舱运输到地面上的分离设备（通过泥浆管路） 。在分离厂，固体物料被从 膨润土泥浆里分离出来。回收的膨润土浆泥浆经过循环管路被泵回到开挖舱和气压调 节舱。 在紧急状况下，使用安装在控制室的紧急停止开关可以关闭泥水回路。 （1）tbm 上的流量测量装置 流量测量装置安装在后配套上的进浆泥和排浆管，随时监测膨润土泥浆流量。流 量监测装置的最大量程为 850m/h，泥浆循环工作需求能力为 500600 m/h。 （2）液位监视 利用液位监视器气压仓液位。变

23、化可较直观地了解气压调节仓工作情况，有助于 环流的调节。 在气压调节舱有（最低液位限制开关和最高液位限制开关）两个液位限制开关， 对泥浆循环自动调节，起到保护开挖舱支撑面稳定的功能。 最低液位控制点位于隔离舱板开口的上方。最高液位控制点在通道门边的下方。 当液位低于最低液位控制点，排浆管球阀及排浆泵自动关闭：当液位高于最高液位控 制点，进浆管球阀及进浆泵自动关闭。 （3）支撑压力监控 支撑压力传感器是专门为泥浆工作条件开发的，用来测量气压调节舱的压力和开 挖舱的压力。 掘进机操作司机获取盾构机前面的支撑压力，通过这些信息来监测支撑压力从而 控制工作面的稳定。 （4）碎石机 在气垫调节仓底部安装

24、有颚式碎石机 ，由两个油缸运转。碎石机动 作有三组：摆动、自动、手动，最大碎石粒径为 450mm 。 第第五五章章 盾盾构构 区区间间掘掘进进施施工工 方方案案 5.1.15.1.15.1.15.1.1 掘进工况掘进工况掘进工况掘进工况 本区间地形呈北高南低之势，北部为丘陵地带，南部为广花盆地，形成东北向西 南倾斜的地形。本区间位于广花盆地边缘，属于河流冲洪积平原，地势平坦宽广。 隧道线路穿越的地层为粉细砂层、中粗砂层、冲积洪积粉质土层等软弱地层。 地层含水较丰富，选用泥水盾构机能够很好的控制地面的沉降，保证周边建筑物的安 全。 5.1.25.1.25.1.25.1.2 盾构机下井吊装、组装及

25、调试盾构机下井吊装、组装及调试盾构机下井吊装、组装及调试盾构机下井吊装、组装及调试 1）盾构机下井吊装方案 （1）将盾构机各部件运至始发井口的组装场地，用吊车将分解后的盾构部件吊入 始发井，进行组装及调试。为此拟计划租用 260 吨吊车，80 吨吊车各一台。其中，80 吨吊车将配合 260 吨吊车完成盾构机的中盾、前盾、刀盘的空中转体，然后由 260 吨 吊车单独将前盾、中盾、刀盘放入井中，完成组装任务。盾构机的其它部分以及后配 套设备将由 260 吨吊车独立吊入井中，完成吊装任务。 （2）盾构机整体重量和体积均较大，为满足和吊装要求，需将盾构机刀盘系统、 前盾系统、中盾系统、盾尾系统、管片拼

26、装系统、泥浆循环输送系统以及后配套系统 等部件分别吊装。见下页 5.1.21“盾构机吊装流程图” 。 （3）盾构机下井拟采用的索具是 6 根直径 56mm，长度 8.5m，抗拉强度是 1670mpa， 其最小破断拉力是 1540kn（钢丝绳型号 637fc） ；4 根直径是 32mm, 长度 17.5m(对折 使用)，抗拉强度是 1670mpa, 其最小破断拉力是 504kn（钢丝绳型号 637fc） ；卸扣 全部采用 6 件 50 吨美制弓形卸甲。 吊入盾尾并与中盾联接 吊入刀盘并与前盾联接 安装泥浆输送系统 液压、电气系统安装、调试 吊入管片拼装机并与中盾进行组装 吊入车架、联接桥 依次吊

27、入前盾、中盾 组装前盾、中盾 吊入电瓶车、管片车，向后推入车站 安装联接桥、车架部件 盾构机吊装流程图盾构机吊装流程图 图图 5.1.2-15.1.2-1 （4）注意事项： 两台吊车的配合要默契，动作要平稳，严禁速度过快，信号工要积极配合，要 及时准确的发出信号。 盾构机的起吊、组装工作由专人指挥，统一行动。 为了保证盾构机的初始定位状态准确，要求在安装起吊点时定位要准确，否则 将给后边的调整工作带来一定的麻烦。 吊装过程中所吊部件不可出现大的晃动，如果出现要迅速消除。 2）盾构机组装方案 （1）盾构机盾体的各部件组装 前盾与中盾的连接 管片拼装机与中盾的连接 盾尾与中盾的连接 刀盘与前盾的连

28、接 泥浆循环系统与前盾的连接 完成盾构机主体的组装 （2）盾构机后配套车架的组装连接详见“盾构机后配套车架组装连接流程图” 。 盾构机后配套车架组装连接流程图盾构机后配套车架组装连接流程图 图图 5.1.2-25.1.2-2 （3）盾构机的全部组装连接详见“盾构机全部组装连接流程图” 。 盾构机全部组装连接流程图盾构机全部组装连接流程图 图图 5.1.2-35.1.2-3 （4）盾构机的液压管线连接 完成后配套车架连接 第 1 号后配套车 架 第 2 号后配套车 架 第 3 号后配套车 架 第 4 号后配套车 架 第 3 号与第 4 号后配套车架连 接 第 2 号与第 3 号后配套车架连 接

29、第 1 号与第 2 号后配套车架连 接 连接桥 连接桥与后配套车架连接 第 4 号与第 5 号后配套车 架连接 后配套车架 盾构机主体盾构机与连接桥连接 管片输送机 完成所有盾构机的连接 第 2 号车架与第 1 号车架的液压管线连接 第 1 号车架与连接桥的液压管线连接 连接桥与盾体的液压管线连接 盾构机的电气线路连接。 3）盾构机拆卸方案 （1）拆卸顺序 盾体全部进入接收井刀盘前盾中盾盾尾管片拼装机桥架车架 1车 架 2车架 3车架 4。 （2）盾构组装及拆卸的安全保证措施 严格遵守起重作业安全操作规程； 每班作业前实行技术和安全交底，指定专职安全员负责日常工作； 盾构大件的装卸车 90翻转

30、由专人指挥，统一行动； 施工前向所有作业人员进行详细的技术交底，明确整个作业过程及各人职责； 遵守起重作业安全操作规程及项目经理部制定的安全操作规定； 现场设专职安全监督人员，负责检查安全工作的落实与改进； 盾构机的分解、运输、起吊、拆卸及过站等项工作由专人指挥，统一行动； 卷扬机牵引作业时，车架前方严禁站人，以防溜车，在车架尾端加装驻车器； 顶升移位作业时，所有千斤顶统一编号，并由专人负责协调指挥，现场设有应 急千斤顶，以备特殊情况下使用。 4）盾构机调试方案 所有的调试与验收包含了以下各个系统： （1）推进系统 （2）刀盘驱动系统 （3）管片拼装机系统 （4）同步注浆系统 （5）集中润滑系

31、统 （6）盾尾密封润滑系统 （7）供水系统 （8）压缩空气系统 （9）管片吊机系统 （10）泥水循环系统 （11）通风系统 （12）供电系统 （13）通讯系统 （14）导向系统 5）分离机组装、及调试 （1）泥浆处理设备的组装 本标段泥水压力平衡盾构机掘进时，采用直径为 300mm 的送浆管和排浆管来进行 掘进中的泥水循环。因此，在掘进前必须对泥水处理设备进行较好的组装，以防在掘 进时发生泥浆处理设备的渗漏甚至爆裂。 （2）泥浆处理设备的调试 在盾构机掘进前，必须对泥浆处理设备进行调试，根据始发端头的地质情况来对 泥浆的比重和密封仓内的气体压力进行调整。泥浆处理设备的调试，有利于盾构的始 发，

32、使盾构进入正常掘进状态的时间减少。 5.1.35.1.35.1.35.1.3 盾构始发盾构始发盾构始发盾构始发 盾构掘进机始发是盾构施工的关键环节之一，始发流程如下图所示： 安装盾构始发基座 始发端隧道地层加固 盾构机组装、调试 安装密封圈、调试后续设备 组装负管片、盾构机调试运转 盾构机贯入作业面 盾尾通过始发井，管片后部注浆 安装盾构反力架 盾构始发流程图盾构始发流程图 图图 5.1.3-15.1.3-1 1）盾构掘进机始发的准备工作 （1）探孔施工 在盾构机到达前，凿除洞门前，从接受井内对围绕盾构环对加固体进行探孔探测， 探孔的布置一般结合地面加固时的抽芯来布置。探孔用水平地质钻机搭设支

33、架平台施 作，探孔时应结合端头加固的抽芯情况来做。 （2）水平注浆施工 通过探孔对加固体进行检测，如发现探孔中有大量水喷涌，及时采取双液浆注浆 封堵，并进一步检查加固体的加固效果，采取其他辅助措施进行降水施工。 孔口埋管及钻孔施工 压浆孔钻孔前，先在孔口位置预埋止水装置管，孔口埋管质量的好坏和钻孔的施 工质量，对注浆能否成功起着关键的作用。孔口管采用 89 无缝钢管预埋，长 1.0m， 钻孔机械采用电动空心钻，孔口连接法兰，便于安装止水阀，压浆钻孔时一旦有水涌 出便于封水。 压浆钻孔孔径为 65mm，钻孔时钻杆从预埋钢管中钻入，严格控制钻孔位置和角度 达到设计要求。 加固范围及钻孔注浆原则 加

34、固范围：涌水探孔位置的四周加设四个钻孔，间隔 50cm。 钻孔注浆原则： 按设计钻孔顺序进行钻注，不能打孔太深，遇水即注，钻一个孔注一个孔，每孔 按照要求反复钻注，每次钻注不得超过 1m，并且严格控制注浆压力，严格掌握注浆参 数并及时调整。 选择双液注浆 a 水泥浆浓度：水灰比 1：1，即 15 袋水泥搅拌成 1m3浆液，用水 750 升；水玻璃 波美度：3040be，c：s ： 1：1，实际注浆过程中根据进浆量变化及压力的变化可 适当调浓或调稀一级，以确保施工质量，施工过程中做好施工记录。 b 注浆压力：注浆终压设计值根据地面隆起情况取 35mpa，注浆时要格控制注浆 压力，防止地面隆起破坏

35、地表结构。根据现场实际情况，可适当调整注浆压力。 c 浆液扩散半径：r=35m。 d 注浆结束标准：按设计达到注浆压力，在注浆设计终压下，持续 30 分钟，并且 进浆量明显减少。多孔检查均不出水即可。 e 封闭死角注浆：在检查探孔不出水后，在洞门底部紧贴地连墙按 45方向进行 死角探水封闭注浆。 钻孔注浆设备和布置 a 钻孔注浆设备 钻机选用 kqj-100 型电动潜孔钻和 yt90 潜孔钻各 1 台。 注浆采用 27gz60/120 型注浆泵 2 台（25mpa，注浆量 0.48m3/min） 。 b 砂浆搅拌机 2 台。 注浆站的布置 浆液搅拌罐布置于地表适当位置，搅拌好的浆液用管路输送到

36、作业场所。注浆泵 布置于洞口作业面附近，以便于操作及观察注浆压力作业面情况。 双液注浆工程质量的保证措施 a 钻孔 a 布孔：严格按照施工设计图布孔并进行复核。 b 钻机定位：定位准确，钻头点位误差20mm。钻杆垂直度误差1 度。 c 钻孔：密切观察钻进尺度及溢水出水情况，出现涌水时，立即停钻，先行双液注 浆止水，再分析原因。确认止水效果后，方可继续钻孔。 b 配料计量工具必须经过检验合格按照设计配方配料。 c 双液注浆按照设计的双液注浆程序施工。进浆量必须准确，严格控制双液注浆压 力，双液注浆方向并由专人操作，当压力突然上升或从孔壁、地面溢浆以及跑浆时， 立即停止双液注浆。应采取措施解决并确

37、保双液注浆量。 d 双液注浆完毕后，应采取措施保证不溢浆。不跑浆。 e 由专人负责每道工序的操作记录。 （3）始发反力架、临时环形钢管片以及始发基座的安装 盾构始发基座安装示意图盾构始发基座安装示意图 图图 5.1.3-35.1.3-3 c c aa 盾构始发反力架示意图盾构始发反力架示意图 图图 5.1.3-45.1.3-4 （4）盾构掘进机的组装、调试 说明： 盾构出洞后支撑包括反力架和负环管片，反力架由箱型钢梁和钢管斜撑组成， 负环管片由七环钢筋砼开口通缝拼接。 反力架与始发井结构底板上的预埋件焊接。 反力架通过钢垫块调节工字钢至结构侧墙间距离，以便于负环管片安装和拆除。 （5）洞门止水

38、装置的安装 由于不破除车站围护结构连续墙，为保证盾构刀盘不破坏洞门止水装置，需在盾 构组装完成后进行始发钢套筒安装。钢套筒采用螺栓与洞口预埋钢环连接。为保证盾 构机进洞时泥水不从盾构机外壳周围涌出，同时保证注浆不漏浆，需要在进洞口安装 橡胶帘布。橡胶帘布由专门厂家预制加工，每个出洞口均须安装一个。 盾构初始掘进前应预先将橡胶帘布用螺旋挂在钢套筒上，并用弧形钢压板将其固 定，然后再在弧形钢压板外安装预制好的扇形钢板，其中扇形钢板可折叠；当盾构机 刀盘进入洞口时，调整扇形板至盾构机外壳的距离为 10mm 左右，盾构机的壳体将橡胶 帘布及扇型钢板顶入并向内弯曲，当盾尾钢丝刷刚进入洞口露出管片时，再调

39、整扇形 板，使其落在管片上。 洞门内衬墙施工时预埋洞门钢环，钢环外接钢套筒，钢套筒与盾构外径及管片间 存在环向空隙，为防止盾构进出洞时土体从该间隙流失，需要安装钢环口安装钢环止 水橡胶、圆环形板、扇形压板及连接螺栓组成的密封装置。详见下图： 图图 5.1.3-55.1.3-5 洞门密封圈示意图洞门密封圈示意图 其施工分为两步进行： 1）在始发端墙施工过程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作，预埋件必须与端墙 结构钢筋连接在一起。 2）在盾构正式始发之前，安装钢套筒并及时安装洞口密封压板及橡胶压板。 （6）组装负环管片 按设计要求经精确测量将反力架等定位后，拼装负环管片，为盾构推进提供后座 反力。负

40、环管片由 8 环钢筋混凝土管片。 2）盾构掘进机始发注意事项 （1）盾构掘进机始发前要根据地层情况，设定掘进参数。开始掘进后要加强监测， 及时分析、反馈监测数据，动态地调整盾构掘进参数，同时注意以下事项： 在进行始发台、反力架和首环负环管片的定位时，要严格控制始发台、反力架 和负环的安装精度，确保盾构始发姿态与隧道设计线形符合。 第一负环管片定位时，管片的后端面应与线路中线垂直。负环管片轴线应与线 路的切线重合。负环管片采用通缝拼装方式。 始发前基座定位时，盾构机轴线与隧道设计轴线保持平行，盾构中线可比设计 轴线适当抬高。 盾构在始发台上向前推进时，通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发台向

41、前推进。 始发初始掘进时，盾构机处在始发台上，因此需在始发台及盾构机上焊接相对 的防扭转支座，为盾构机始发掘进提供反扭矩。 在始发阶段，由于设备处于磨合阶段，要注意推力、扭矩的控制，同时也要注 意各部位油脂的有效作用。掘进总推力应控制在反力架承受能力以下，同时确保在此 推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发台提供的反扭矩。 （2）在始发施工中，泥水不平衡的时间越长，给施工带来的难度就越大，要使盾 构顺利出洞，除了以前所述在洞圈应设有良好可靠的密封止水装置和在洞口加固形式 的选定上必须以满足适应泥水平衡为前提以外，还应有以下技术要点： 出洞前做好泥水循环系统的调试； 认真配置能适应平衡洞口土体的

42、泥水，一般以高浓度泥水为好，即提高泥浆粘 度和比重； 排除洞口段土体障碍物及影响排泥吸口畅通的杂质； 5.1.45.1.45.1.45.1.4 盾构掘进盾构掘进盾构掘进盾构掘进 1）盾构 80m 试掘进 盾构出洞后，为了更好地掌握盾构的各类参数，施工时注意对推进参数的实时设 定优化，地面沉降与施工参数之间的关系，并对推进的各项技术数据进行采集、统计、 分析，争取在较短时间内掌握盾构机械设备的操作性能，确定盾构推进的施工参数设 定范围，将开始掘进的 80m 作为试推段，试推阶段重点是做好以下的几项工作： （1）用最短的时间掌握盾构机的操作方法，机械性能，改进盾构的不完善部分。 （2）了解和认识隧

43、道穿越的土层的地质条件，掌握这种地质下的泥水平衡式盾构 的施工方法。 （3）通过本段施工，加强对地面变形情况的监测分析，掌握盾构推进参数及同步 注浆量参数。 2）试掘进阶段的参数确定 盾构初始掘进是从理论和经验上选取各项施工参数，在施工过程中根据监测数据 及反馈的各种信息，对施工参数及时加以调整。 盾构机出洞后，初始掘进分以下几个阶段实施。 首先在盾构机穿越加固土层后，以日进度 34的速度推进，对密封仓泥水压力、 刀盘转速及压力，推进速度，千斤顶推力，注浆压力及注浆量等，分别采用几组不同 施工参数进行试掘进。通过地表沉降的测量和数据反馈，确定一组适用的施工参数。 然后提高日进度为 46，通过施

44、工监测，根据地层条件、地表管线、房屋情况， 对施工参数作慎密细微的调整，以取得最佳施工参数。 完成上述的工作要点后，将推进速度提高到正常的计划进度 4 环/日，但以满足地 表沉降要求为标准，保证对建构筑物、管线的保护为准则。 通过此阶段的试掘进，对隧道的轴线控制，衬砌安装质量均有了各项具体的保证措施， 进一步掌握施工参数，能根据地下隧道覆土厚度、地质条件、地面附加荷载等变化情 况，适时地调整盾构掘进参数，为整个区间隧道施工进度、质量管理奠定了良好的基 础。对区间沿线建构筑物、管线的保护也掌握了初步的规律，并以此指导全过程施工。 3）盾构正常掘进施工 盾构机的掘进由两人操纵，盾构掘进施工全过程受

45、控。 在推进前，工程技术人员根据盾构机目前的姿态、地质变化、隧道埋深、地面荷 载、地表沉降、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种勘探、测量数据信息，正确下达每班掘 进指令，并即时跟踪调整。盾构机操作人员执行指令，根据泥水平衡的原理，确认泥 水压力的设定值，并将其输入泥水平衡自动控制系统。 平衡压力的设定是泥水平衡式盾构施工的关键，维持和调整设定的压力值又是盾 构推进操作中的最重要环节，这里面包含着推力、推进速度和泥浆流量的三者关系， 对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用，所以在盾构施工中根据不同土质和 覆土厚度、地面建筑物，配合地面监测信息的分析，及时调整平衡压力值的设定，同 时精确控制盾构机姿态

46、，控制每次的纠偏量，减少对土体的扰动，并为管片拼装创造 良好的条件。根据推进速度、泥浆流量和地层变形的监测数据，及时调整注浆量，从 而将轴线和地层变形控制在允许范围内。 开启刀盘，旋转切削开挖面的土体；开启推进系统，盾构机在强大的推力作用下， 向前顶进；泥水仓下方的泥浆循环输送系统将渣土源不断地输送出来；经地面泥处理 系统处理后，渣土用汽车运走。 盾构机驾驶员根据掘进指令和前一环衬砌的姿态、间隙状况，及时、有效地调整 各项掘进参数，如推进速度、千斤顶分区域油压、加注膨润土泥浆等。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能过大，以减少 对地层的扰动。 本工程盾构

47、掘进全部由富有经验的盾构驾驶人员进行操作，并且在上机前进行培 训，在取得培训合格认可后，才能上机操作。见“掘进控制操作程序图” 。 启 动 设定初始泥水压力值 po 设定推进千斤顶速度 刀盘扭距是否为上限 量测泥水压力值 p1 po 与 p1 互相比较 检查密封仓土压分布 理论挖掘土量（vo）与实 际排土量（v1）相比较 量测地层沉降 继 续 设定进、出浆泵转速 增加进浆泵转速，或减 少排浆泵转速 减小进浆泵转速，或增加 排浆泵转速 隆起 v1v0 沉陷 不均衡 p1p0 p1p0 是 否 p1=p0 均衡 v1=v0 掘进控制操作程序图掘进控制操作程序图 图图 5.1.4-15.1.4-1

48、4）盾构推进主要参数设定 （1）平衡压力值的设定原则 根据地质情况及隧道埋深情况理论计算切口平衡压力： 正面平衡压力：p=k0h； p：平衡压力（包括地下水） ； ：土体的平均重度； h：隧道埋深； k0：土体的侧向静止平衡压力系数，一般取 0.7； 得出盾构在推进中的泥水平衡力。 盾构在掘进施工中将参照理论计算结合盾构智能化辅助决策系统预测的方法来取 得平衡压力的设定值。具体施工设定值根据盾构埋深、所在位置的土层状况以及检测 数据进行不断的调整。 （2）推进出土量控制 盾构掘进每环理论出土量=/4d2l=/46.2821.5=46.44m3/环。盾构推进 出土量控制在 98%100%之间。即

49、 45.51 m3/环46.44m3/环。 （3）推进速度 正常推进时速度控制在 35cm/min 之间。过建构筑物时推进速度控制在 2cm/min 以内。 （4）盾构轴线以及地面沉降量控制： 盾构轴线控制偏离设计轴线不大于50mm；地面沉降量控制在10mm30mm。 5）盾尾油脂的压注 在区间隧道掘进施工过程中，盾尾密封用以防止地层中的泥土、泥水、地下水和 衬砌外围注浆材料从盾尾间隙中漏入盾构。盾尾油脂通过安装在后配套系统中的一个 气控油脂泵压注。 5 5 5 5 .1.51.51.51.5 泥水循环与处理系统泥水循环与处理系统泥水循环与处理系统泥水循环与处理系统的管理的管理的管理的管理 1

50、）泥水循环与处理系统 泥水输送与处理设备完全满足盾构掘进的需要。泥水循环与处理系统内容如下： 流体循环与监控设备每条线设置包括 300 送浆管、3 台送浆泵、250 排 泥管、4 台排泥泵、1 台循环泵、200 旁通管、逆向冲洗装置、液压球形阀、伸缩管 装置、流量计、密度计、压力计、泥水盾构机主机和中央监视系统。 泥水处理设备1 次处理、2 次处理设备，占地面积为 60m30m。 本工程泥水加压平衡盾构机的特点：不仅采用泥水加压控制开挖面的稳定，而且 增加了气垫控制的方法，其作用是：使得密封仓内的压力控制变化较为均匀平缓， 不会产生太大的波动；气垫装置和压力仓直接连接，灵敏度较高，与以往安装在

51、后 配套拖车的减压阀相比，对压力波动的反应时间较短，当密封仓内的压力产生变化时， 通过气压能更快速地传递到中央控制系统，便于及时作出调整。 2）泥水加压盾构机泥浆循环系统情况 （1）泥水加压盾构工法的基本原理是，经过合理调 整比重、压力和流量的泥浆被送入盾构机的压力仓，与 切削后的泥土混合后被排出，经流体输送设备输送至泥 水处理站，分离出泥土，并调整泥水比重后再次循环使 用，见右图。 （2）工作面稳定原理 泥浆的压力与作用于工作面的土压力、水压力相 抗衡，以稳定工作面； 刀盘的平面紧贴着工作面，起到挡土作用； 泥浆使工作面形成一层抗渗性泥膜，以有效发挥泥浆压力的作用； 泥浆渗透至工作面一定深度

52、后，可起到稳定工作面及防止泥浆向地层泄漏作用。 工作面对泥浆的过滤作用，因土的颗粒直径、渗透系数等而异，但总的来说，以 上相互作用可让工作面达到稳定。因此，施工中应加强对泥浆压力和泥浆品质的控制。 泥浆的浓度越高，对稳定工作面的效果越大，但流体输送设备和泥水处理设备的负担 也随之增大，因此，应根据切削土体的实际情况进行适当控制。通常采用的泥浆比重 值为 1.051.3， 为保证浅埋段全断面砂层时气密性，泥浆比重取上限值。 为保证全断面粘土层处刀盘不结泥饼，减少废浆量，泥浆比重取下限值，并加 入 cmc 添加剂增强泥浆性能，环流操作时注意切换进浆阀，通过进浆切换压力差冲洗 泥水加压盾构基本原理

53、刀盘，掘进一环完成后根据掘进情况（是否切口压力波动频繁） ，先对泥水仓循环清洗 后关闭开挖仓循环。 （3）中继泵的布置 送浆管的输送对象是经过比重调整的泥水，即使延长输送距离送浆压力也不会明 显降低，相比之下，排泥管需要把切削后的泥土输送至泥水处理站，随着管道的延长， 泥土密度增大，输送压力损失较大，因此，排泥管路中必须合理设置中继泵，以防止 排泥压力（流量）降低。 本标段拟布置输送泵的台数为： 送浆管路：p1-1、p1-2、p1-3，两台盾构机共 6 台 排泥管路：p2-1、p2-2、p2-3、p2-4，两台盾构机共 8 台 除每台盾构机自带 2 台外，其余 10 台均为中继泵。 （4）旁通

54、管的布置 当遇到以软弱土层和砾石层为主的地层时，切削后的泥土有可能造成排泥管口及 阀的堵塞，从而引起工作面泥水过多、流量不稳等。这些现象很有可能对掘进效率和 工作面稳定造成不良影响。应利用旁通循环消除排泥管的堵塞。 此外，如果在掘进开始后才设定泥水输送管路的压力、流量，则需要把泥水直接 送入盾构机压力仓，这种做法较危险。因此，掘进开始前，应进行一定的旁通循环， 调整好压力、流量。 （5）送排泥管路 送排泥管路的作用是在盾构机与泥水处理设备之间输送泥浆，在掘进施工中发挥 着重要的作用。必须考虑流体输送的安全、降低管路输送损失以及加强耐磨性能等。 本标段拟采用管径为：送浆管为 300mm，排泥管为

55、 250mm 3）泥浆循环系统管理 泥水加压式盾构法，是用泥水加压密闭的开挖面，不能直观目视开挖面状态及掘 削状况。为此，采用综合管理送排泥状态、开挖面泥水宝压力以及泥水处理设备等运 转状况来进行推测，以便及时处理突如其来的异常情况。如果将盾构掘进机、送排泥 循环输送和泵的状态及泥水处理设备等不作为一个综合性系统进行管理，完全独自运 转，将变得毫无意义。泥水加压式盾构的综合管理系统，不是单纯的信息中心，而是 作为整体运转所不可缺少的一个体系。将这些信息集中在一起并迅速作出反应的某一 处理称为中央控制，操作人员的操作技能是兼下达土木、电气、机械等综合判断指令 的技术于一体，并在数据分析中起到显著

56、的作用。 （1）通过对盾构掘进速度、泥水浓度、排泥量等有关数据的采集、分析来监视开 挖面稳定状况，并通过调整泥水比重、泥水压力确保开挖面的稳定。 （2）加压和循环系统中央管理控制内容 送排泥泵的起动、停止； 送排泥流量、流速； 旁通管路运转时的送泥管内水压； 盾构掘进机掘削时，为保持开挖面泥水压的送泥水压的控制等。 管内沉淀临界流速的维持是采取用电磁流量仪测定实际流量，将它和预先由管径 计算的沉淀临界流量的差值，通过改变泵转速进行校正，并自动控制在沉淀临界流速 以上的方法。此外，对于最关键的开挖面泥水压力（包括送排泥水压力）控制，送泥 泵 p；是否要使用可变速泵（vs） ，若使用定速泵，那么在

57、送泥管中途和返回调整槽途 中就要设有自动控制阀，随着掘进、排泥及其它变化，由泥水压力仪来检测开挖面泥 水压力的变动，自动演算与开挖面设定的水压差。可变速（vs）泵场合，由转速、自 动控制阀自动控制开度，通过控制送入开挖面的泥水量来控制泥水压力，达到开挖面 稳定。同时也能测定各泵的转速、电流值以及确认排泥泵的增设时间。此外，根据上 述状况还可以推测管路堵塞位置。 为了保持开挖面泥水压力，阀类操作采取自动控制，由转换程序装置控制进行自 动管理。在节假日以及故障等停止掘削期间的开挖面泥水压力，同样也由开挖面泥水 压力仪、自动控制阀和泵的自动运转联合装置，自动进行控制。 （3）泥水平衡控制 泥水平衡控

58、制的目的是使泥水加压式盾构开挖面的土体压力达到平衡，保持开挖 面的稳定。在盾构施工中要使盾构开挖面压力绝对平衡是不可能的，因为受到盾构掘 进速度、地层变化、掘进深度及掘进长度等多种因素干扰，必须通过监控手段去达到 动态上的相对平衡，以求开挖面的稳定。 泥水平衡控制对象 随着盾构掘进速度的动态变化，切削进入泥水仓内的泥土量与掘进速度亦成正比 变化，其在泥水仓内产生的压力趋势亦呈正比变化。随着掘进距离的增长，在送泥水 泵功率一定的条件下，送泥管道的增长会引起送泥水阻力的增加，使进入泥水仓的送 泥水压力下降。同时排泥水泵功率一定的条件下，排泥管道增长会引起排泥水阻力的 增加，使泥水仓内压力增加。掘进

59、速度变化和送排泥管道增长是泥水仓压力变化的主 要干扰源。在影响土体恶性循环的诸因素中（泥水仓压力、掘进速度和泥水密度等） ， 泥水仓压力是影响土体稳定的主要因素。因此，泥水平衡控制的主要对象是泥水仓的 压力。 泥水平衡控制原理 泥水平衡控制运用单回路调节器和执行机构（调节水泵转速和控制阀开度）与被 控对象构成闭环路反馈，根据被控参数的测量值与给定值之间的偏差，按调节规律， 对执行机构进行控制，以达到泥水平衡控制之目的。在不同工况条件下，调节器的设 定值、测量值、输出控制之间的关系见下表。 泥水盾构各状态关系表泥水盾构各状态关系表 状态调节器名称设定值（sv）测量值（pv）输出控制 停止开挖面水

60、压调切器开挖面水压开挖面水压阀门开度 开挖面水压调节器开挖面水压开挖面水压阀门开度 送泥水压凋节器送泥水压送泥水压送泥泵转速旁路 排泥流量调节器排泥水流量送泥水流量排泥泵转速 开挖面水压调切器开挖面水压开挖面水压送泥水压调节器跟踪输入 送泥水压调节器送泥水压送泥水压送泥泵转速掘进 排泥流量调节器排泥水流量排泥水流量排泥泵转速 在掘进状态条件下，开挖面水压调节器根据测得的开挖面水压同设定值进行比较， 如果泥水仓压力大于设定值，开挖面水压调节器输出值降低，送泥泵的转速下降，进 入泥水仓的送泥水量减少，使泥水仓压力降低。反之亦然。开挖面水压调节器与送泥 水压调节器的输出值互为跟踪，能解决过渡过程状态