城市地铁土压平衡盾构施工工艺(广东、佛山)

1、让 世 界 更 畅 通佛山轨道交通2号线一期工程TJ-3标中交第二公路工程局有限公司佛山轨道交通2号线工程项目经理部2016年1月Contents目 录一、工程概况二、盾构机主要组成部分三、盾构始发施工工艺四、盾构掘进施工工艺一、工程概况 佛山轨道交通2号线一期工程（南庄广州南站）线路全长32.3km，共设17座车站，其中换乘站7座；地下车站12座；高架车站5座，地下区间22.9km,高架8.3km，过渡段1.1km。 本工程包含本工程包含2 2站站3 3区间，主要有登洲车站（区间，主要有登洲车站（217m217m）、花卉世界车站（）、花卉世界车站（482m482m）、登洲）、登洲 湾华站区间

2、（湾华站区间（2.42km)2.42km)、登洲、登洲 花卉世界花卉世界 仙涌段盾构区间仙涌段盾构区间(3.03km)(3.03km)，另外包含，另外包含124124米明挖区间和米明挖区间和436436米米U U型槽路基，车站采用明挖法施工，区间采型槽路基，车站采用明挖法施工，区间采用盾构法施工，本标段采用用盾构法施工，本标段采用4 4台直径台直径6280mm6280mm土压平衡盾构机施工土压平衡盾构机施工, ,由中交二公局三公司和铁路公司共同负责施工。由中交二公局三公司和铁路公司共同负责施工。一、工程概况湾华站中间风井地下5层登洲车站地下2层工法长度盾构法1334m明挖法31m（盾构空推掘进

3、）盾构法1095m左线右线左线右线明挖法203m花卉世界站地下2层工法长度盾构法1311m明挖法482m（盾构拆机二次组装始发）盾构法1714m左线右线左线右线登洲车站地下2层明挖段U型槽及路基明挖法124m 436m二、盾构机主要组成部分土压平衡盾构机盾构机主机设备桥后配套拖车刀盘前盾中盾尾盾主要包含：操作室、注浆罐、油泵、配电设施、电缆、空气压缩系统。（每节拖车约1535t）开挖土体，配置各类刀具（约58t)含刀盘驱动（约115t）油缸推进系统、人仓等（约95t）同步注浆管理、盾尾密封刷（约32t）连接盾构机主机与后配套（约11t）二、盾构机主要组成部分三、盾构始发施工工艺 盾构始发是盾构

4、施工很关键、很重要的环节，盾构始发前主要工作有：端头加固、始发台定位安装、始发井底轨线布置、盾构机组装调试、反力架定位安装、洞门密封装置安装、洞门凿除以及施工场地布置。各项工作完成后才能进行盾构机始发掘进施工。三、盾构始发施工工艺1、端头加固端头加固平面布置图端头加固剖面布置图 为确保盾构机能够顺利进出洞，需要对盾构始发（到达）前段土体进行加固，防止盾构机进出洞出现涌砂、涌水现象。本工程端头加固采用素砼地下连续+搅拌桩形式。洞门旋喷桩三、盾构始发施工工艺1、端头加固端头加固形式主要有：搅拌桩加固、旋喷桩加固、冷冻法加固，另外当地下水非常丰富的中粗砂（粉细砂）地层中，需要在端头增设降水井辅助降水

5、的措施，确保盾构机顺利正常始发。盾构始发（接收）前需要对端头加固效果进行检测，一般检测方法在洞门上采用水平钻孔抽芯的方式，一是检测加固土体强度；二是检测探孔内地下水情况。端头加固效果直接影响盾构始发（接收）的安全。三、盾构始发施工工艺2、始发台安装定位及井底轨线布置始发台洞门始发台（接收台）分钢结构和钢筋混凝土结构两种形式，钢结构始发台可重复利用，始发台定位一般要求（曲线始发除外）始发架中心线与隧道中心线重合，高程方向盾构机中心高出洞门中心2cm，避免盾构机在始发时出现栽头现象。始发台定位完成后必须进行固定，避免盾构机下井组装过程中发生偏移。井底轨线包含盾构行走轨线和电瓶车行走轨线，在盾构下井

6、组装前均需要布置完成。三、盾构始发施工工艺3、盾构机下井组装 图图 11-2-8 组装后配套拖车组装后配套拖车 拖 车 拖 车 拖 车 拖 车 拖 车 后配套拖车下井后配套拖车下井：首先应将电瓶车下井，然后将各节拖车从后至前依次下井，利用电瓶车将每节拖车牵引至设计位置，并进行各拖车之间管路连接组装。后配套拖车下井拖车拖车拖车拖车 设备桥下井：设备桥下井：下井前首先下一节管片小车，用于临时固定设备桥，待盾构机主机下井后开始主机与后配套设备的连接。设备桥下井三、盾构始发施工工艺3、盾构机下井组装拖 车 拖 车 拖 车 螺 旋 输 送 机吊 装 螺 旋 输 送 机 螺旋输送机下井螺旋输送机下井：螺旋

7、输送机下井前同样需要临时固定在管片小车上，然后将管片安装机下井，待盾构机主机下井后进行螺旋输送机的组装连接。三、盾构始发施工工艺3、盾构机下井组装 螺旋输送机拖车拖车拖车图图 11-2-11 吊吊装装前前体体 前体中体拖车拖车拖车螺旋输送机 图图 11-2-13 刀刀盘盘组组装装 前体中体螺旋输送机拖车拖车拖车 盾尾前体中体螺旋输送机拖车拖车拖车主机主机下井下井前盾中盾刀盘尾盾三、盾构始发施工工艺3、盾构机下井组装 盾构机下井组装：针对城市地铁6280mm盾构机组装，一般采用1台300t汽车吊（或1台履带吊）和1台100t汽车吊联合配合下井组装，在吊装盾构机主机过程中需要两台吊车配合翻转下井，

8、下井完成后开始进行各管路连接，并进行空载调试。三、盾构始发施工工艺3、盾构机下井组装1号台车：号台车：操作控制室、同步注浆系统操作控制室、同步注浆系统2号台车：号台车：电机、液压泵站电机、液压泵站3号台车：号台车：电气控制柜、各类油脂注入泵电气控制柜、各类油脂注入泵4号台车：号台车：变压器、压缩空气系统变压器、压缩空气系统5号台车：号台车：电缆、冷却水卷盘等电缆、冷却水卷盘等连接桥架连接桥架 盾构主机与后拖台盾构主机与后拖台车连接、皮带输送机车连接、皮带输送机三、盾构始发施工工艺4、反力架定位安装 反力架下井组装刀盘刀盘前、中、尾盾前、中、尾盾反力架反力架后配套拖车后配套拖车连接桥连接桥反力架

9、是为盾构机始发掘进提供反力的装置。盾构机主机下井完成后，在主机与后配套连接之前需要进行反力架底座安装，始发架固定完成后要进行反力架底座安装，反力架位置可根据始发井长度、管片宽度及后期施做洞门进行计算确定。三、盾构始发施工工艺4、反力架定位安装反力架宽度按照0.7m计算，始发井长度12.7m，后浇洞门宽度按照0.8m计算，则负环管片数量确定则负环管片数量确定公式为：公式为：1.5*N+L1(反力架宽度)+L2(零环管片外露宽度0.7m)L(始发井长度)。按照上述公式推算负环管片数量为7环，反力架距离车站底板边缘宽度为0.8m（即反力架支撑体系长度0.8m）。反力架支撑体系需要计算强度和稳定性，盾

10、构始发反力一般按照1500t计算。三、盾构始发施工工艺5、洞门凿除围护结构主体结构 本工程盾构始发井为800厚钢筋混凝土地下连续墙，为确保盾构机能够正常始发，需要对洞门钢环范围内地下连续墙钢筋混凝土进行破除。破除采用人工破除方式，破除前必须确保盾构机调试完成，具备始发掘进条件，防止提前破除导致洞门土体坍塌等风险。端头加固区域三、盾构始发施工工艺6、洞门密封装置安装 盾构 预埋钢环板 帘布橡胶密封板 折叶压板 固定螺栓 固定螺栓 预埋钢环板 预埋钢环板 固定螺栓 管片 折叶压板 折叶压板 管片 注浆浆液 始发前状态 盾构进入隧道时状态 管片拼装后的状态 为防止盾构始发时盾壳与洞门钢环之间出现涌水

11、、涌砂情况，确保盾构机始发过程中能够正常建立土压，在洞门钢环外需要设置密封装置。 常见的洞门密封装置有帘布橡胶板和折页压板，洞门密封装置安装完成后可进行盾构始发掘进。折页压板帘布橡胶板三、盾构始发施工工艺7、盾构始发负环管片拼装 负环管片管片定位垫块盾尾壳体负环管片盾构机调试完成后开始安装第一环负环管片（即-7环管片），第一环负环管片安装位置必须准确进行定位，根据本工程设计情况，管片相邻两个螺栓夹角36度，管片拼装要求采用错缝拼装的方式，管片环宽1.5米，第一环负环管片采用标准环管片，封顶块位置安装在1点（11点）位置的单组油缸上，封顶块中心线与油缸中心线重合，保证受力均匀。管片底部与盾壳之间

12、需要采用垫块，确保管片中心线与盾构中心线重合。三、盾构始发施工工艺8、盾构机试掘进及负环管片拆除盾构开始掘进的90m称为试掘进段。掘进完成90米后开始拆除负环管片，通过试掘进段拟达到以下目的：实现盾构机负载调试；探索土压实现盾构机负载调试；探索土压力、地表沉降、出土量、同步注浆力、地表沉降、出土量、同步注浆量之间的关系，总结经验掘进参数量之间的关系，总结经验掘进参数，为后期快速掘进提供技术参数。，为后期快速掘进提供技术参数。根据经验，试掘进90米完成后，管片与地层间摩阻力能构为盾构掘进提供反力，可拆除负环管片及反力架。并铺设双组编组列车，实现快速掘进，提高施工效率。拆除负环管片四、盾构掘进施工

13、工艺1、盾构掘进施工流程 增加螺旋输送机转速 刀盘扭矩 设定速度 总推力 周边土压 更改 改良效果 更改设定值 更改设定值 排土量 继续掘进 掘进控制 添加材料注入参数设定 碴土状态 增加注入量 减少注入量 土压设定 开挖仓土压 减少螺旋输送机转速 降低速度 土压力控制 渣土改良控制 掘进速度控制 监 视 合适 较好 较差 异常 不合适 过低 过高 过软 过硬 不合适 异常 合适 较好 合适 较好 合适 四、盾构掘进施工工艺1、盾构掘进施工流程 盾构机盾尾完全通过洞门密封装置后，开始进行同步注浆，并进入正常掘进施工阶段，盾构机掘进出土采用皮带输送机输送至电瓶车矿车内，每掘进完成1个循环后停止掘

14、进，洞内开始拼装管片，电瓶车将土运输至洞外，并准备下一循环所需材料。四、盾构掘进施工工艺2、盾构掘进施工流程 洞内运输编组列车洞内运输编组列车龙门吊吊装管片龙门吊吊装管片砂浆拌料机砂浆拌料机成型隧道成型隧道四、盾构掘进施工工艺2、土压平衡盾构机掘进模式敞开式模式土压平衡模式加气模式适用于地层自稳性好，地下水量少的地层，如强、中风化地层；适用于有一定的自稳性、地下水不高的地层，如粘土、全风化岩；适用于地层自稳性差、地下水大地层；如砂层、淤泥土层；四、盾构掘进施工工艺3、土压力设定 盾构土压力设定非常关键，设置的基本原则为： 1、土压力上限：在浅覆土中为控制地表沉降为目的，可采用静止土压力静止土压

15、力； 2、土压力下限：可以允许有一定的沉降，但可确保掌子面的稳定，可采用主动土压力主动土压力。 四、盾构掘进施工工艺主动土压力计算朗肯主动土压力（简便、应用多、库伦公式）（1）填土为粘性土时（2）填土为无粘性土（砂土）时 式中：h、c、分别为隧道埋深、土层密度、粘聚力及内摩擦角度。四、盾构掘进施工工艺静止土压力计算 式中：P0土仓压力；h隧道埋深； 土的容重； 土体侧压力系数（砂性土可取0.350.45，粘性土0.50.7，也可利用经验公式：=1-sin()， 为土的有效内摩擦角度，一般为1225度）。 土压力设定比较复杂，一般情况，土压力设定应介于静止土压力和主动土压力之间进行设定，具体应结

16、合地表沉降情况、以及盾构机掘进参数进行设定。根据经验值，对于富水软土地层，若地层埋深12米，土压力可设1.4bar左右。四、盾构掘进施工工艺4、出渣量控制V=/4D2L=3.14/46.286.281.5=46.46m3；其中：D盾构机刀盘直径(6.28m） L每循环掘进距离（1.5m）盾构隧道每环理论出碴量（实方）盾构隧道每环理论出碴量（实方） 盾构出碴量必须严格把控，是控制地表沉降的关键，每环掘进必须严格把盾构出碴量必须严格把控，是控制地表沉降的关键，每环掘进必须严格把控出渣量。不同地区地层，松散系数不同，因此配备的矿车数量也不同。根据控出渣量。不同地区地层，松散系数不同，因此配备的矿车数

17、量也不同。根据施工经验，在华南片区，地层松散系数较大（一般在施工经验，在华南片区，地层松散系数较大（一般在1.5），需要配置），需要配置5节矿车节矿车；而在中原片区（如郑州），松散系数较小，配置；而在中原片区（如郑州），松散系数较小，配置4节矿车即可。节矿车即可。四、盾构掘进施工工艺5、同步注浆 同步注浆：同步注浆是指盾构掘进的同时利用盾构机上的同步注浆泵，通过盾尾注浆管路，对盾构盾壳与管片之间的间隙进行及时填充，避免发生较大沉降；注浆必须与盾构掘进速度相互匹配。同步注浆原理地层四、盾构掘进施工工艺5、同步注浆 注浆量按照：注浆量按照：Q=VQ=V 式中：注浆率（取1.52.5，根据以往类似经

18、验，注浆率取值1.5，具体取值需要结合本工程地质情况、地表沉降监测值进行反馈调整，V盾尾建筑空隙（m3）V=（6.282-62）41.5=4.05m3；则：Q=5.310.1 m3/环；注浆压力一般大于出口压力0.10.2MPa。对于重要地段，可采用二次补强注浆，二次补强注浆量根据地质情况及注浆记录情况，分析注浆效果，结合监测情况，由注浆压力控制。四、盾构掘进施工工艺6、管片拼装 本工程管片外径6000mm，内径5400,管片厚度为300mm；每环管片分6块组成，其中标准块3块（A1、A2、A3），邻接块2块（B1、B2），封顶快1块。管片类型分标准环、左右转弯环，转弯环管片楔形量为38mm，

19、转弯环管片用于调整盾尾间隙及拟合盾构机当前姿态而设置。管片拼装采用错缝拼装的模式（相邻环管片纵缝不重合），管片之间采用M30螺栓连接，根据封顶块位置不同，可分10个点位，管片具体点位选择应考虑盾尾间隙、盾构机目前姿态以及错缝拼装的影响，合理选择管片点位。 管片拼装一般从底部往顶部拼装，绕顺时针或逆时针方向，首先拼装邻接块或标准块，最后拼接封顶块。四、盾构掘进施工工艺6、管片拼装A1A2A3BCA1A2A3BCKA1A2A3BCKA1A2A3BCK1点2点3点4点四、盾构掘进施工工艺6、管片拼装KA1A2A3BCKKA1A2A3BCKKA1A2A3BCKKA1A2A3BCK5点7点8点9点四、盾