地铁区间盾构施工工艺及复合地层掘进技术

1、地铁区间盾构施工工艺及复合地层掘进技术 2019年2月 主要内容1、盾构法施工主要施工程序2、盾构法施工始发现场布置3、盾构法主要施工工艺4、复合地层掘进技术一、盾构法施工程序简介1、建造盾构工作井2、盾构掘进机安装就位3、出洞口土体加固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7、接收井洞口土体加固8、盾构进入接收井，并运出地面盾构施工工艺流程到达掘进盾构机下井盾构机就位调试初始掘进设备调整正常掘进 盾构进站、解体吊出围护结构凿除洞门密封圈安装盾构机接收托架始发井端头加固始发反力架安装洞门密封圈安装始发井端头围护桩凿除盾构施工工艺流程二、盾构法施工始发现场布置渣土池前置式中空翻

2、中侧翻地侧翻渣土池侧置式泥水系统分布图泥水处理工艺泥水处理流程图一级处理设备盾构机二级处理设备调整池沉淀池P1泥浆泵泥浆量浆液浓度满足要求土渣三级处理设备压滤弃渣场外运造浆清水池三、盾构法主要施工工艺3.1 端头加固 为了确保盾构始发和到达时施工安全，确保地层稳定，以防端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况，根据各始发和到达端头工程地质、水文地质和端头结构等综合分析与评价，决定是否对洞门端头地层进行加固处理。常见方法有： 1、深搅桩群； 2、旋喷桩； 3、降水法; 4、冷冻法； 5、化学注浆法； 6、SMW（水泥土搅拌墙）； 以及上述方法结合使用。围护结构施工端头加固与现场布置要求：加固体和洞口密

3、封共同在盾构始发时包住盾构机。3.2 洞门破除 始发前将车站洞门部位的端头围护桩进行凿除，采用油炮+人工施工作方式进行凿除，先沿洞四周凿除采用油炮A部分，再用人工持风镐凿除B部分。凿除时围护桩内层钢筋先不割除，待盾构进洞或出洞时再迅速割除。3.3 始发井(车站）设施安装 顾名思义，始发井就是盾构隧道施工的起点。必须满足下列基本要求：1、具备容纳盾构机设备和安装、运行的空间。2、承受盾构推进中的反力和周边水土的作用力。3、设有盾构机从井内推出的软眼（洞口）。4、工程的功能性结构要求。 到达井就是盾构隧道施工的终点。必须满足下列基本要求：1、容纳盾构机设备和拆装吊出的空间。2、承受周边水土的作用力

4、和盾构机进洞的部分压力。3、设有盾构机从井外进入（进洞）的软眼（洞口）。4、工程的功能性结构要求。始发井到达井两点一线，有始有终车站开挖和支撑车站施工始发井 (车站）到达井（车站）施工车站施工围护结构施工盾构始发井3.4 始发架安装始发架的作用：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。3.5 盾构机下井组装盾构机下井组装3.6、洞口密封安装洞口密封的作用：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。洞口密封结构图洞门密封及止水装置的安装洞口密封

5、采用右图所示的折叶式密封压板。其施工分两步进行施工，第一步在始发端墙施工过程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作。在埋设过程中预埋件与端墙结构钢筋连接在一起。第二步在盾构正式始发之前，清理完洞口的碴土后及时安装洞口密封压板及橡胶帘布板。3.7、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。3.8 负环安装负环的作用：1、传递盾构推进反力到反力架-推进垫块。2、盾构推进导向。盾构始发阶段盾构试掘进阶段 按设计要求经精确测量定位后，组装反力架和负环管片，为盾构推进提供后座反力。反力架和负环管片的布置，靠近反力架的一环为基准环，

6、基准环为钢管片，其余负环管片为与隧道管片相同的混凝土管片。为利于洞门施工，0环伸入洞内0.40.8m，在洞门施工时再将这环管片凿除，负环管片组装采用错缝拼装 。3.9 盾构始发 盾构始发是指盾构机从井（站）内破除洞口出发到加固土体掘进，直至盾尾全部进入洞口密封的作业过程。包括二个步骤： 1、洞门凿除：在洞口密封安装基本完成后，凿除洞内区域的维护结构。 2、盾构机开始切削、出土，全部进入加固体。 八字方针： 不塌 不漏 不歪 不扭3.10 进洞技术进洞段常见问题端头加固效果不好开洞门时失稳始发后盾构“磕头”洞门密封效果不好端头加固长度不足3.11、盾构试掘进特点： 内容多、空间小、时间长、效率低

7、、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； 盾构始发井始发，始发掘进长度为120150米定义为试验段掘进。 盾构机与后续台车的长度（80m-130m）； 始发井内洞口处布置双线道岔所需长度； 管片与土体之间的摩擦力足以支撑盾构机的正常掘进的准确性。 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

8、间的适应性。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-空间条件盾构隧道试掘进的长度一般在100环左右,即120-150m。地质是基础 设备是关键 人员是根本3.12 盾构正常掘进流程控制两个平衡：压力平衡、推速出土平衡把握两个姿态：盾构姿态 、 管片姿态设定土仓压力值P0设定泡

9、沫、膨润土注入参数设定千斤顶推力设定螺旋输送机转速刀盘扭矩为上限土压力P1P0与P1碴土流动性与止水性盾构机姿态地层沉降控制与反馈调整各组千斤顶推力调整掘进参数并进行二次补强注浆调整螺旋输送机转速及出料口仓门调整泡沫及膨润土注入参数是不符不好相符好好超差超差 盾构机正常掘进范围为除初始掘进120-150m和到达掘进80m外的长度。盾构机在完成试验段掘进后，对始发设施进行必要的调整，为正常掘进准备条件，调整工作包括：拆除负环管片、始发基座和反力架；在站内铺设双线轨道；其他各种管线的延伸和连接。 盾构机正常掘进段根据隧道穿过不同的地层情况，选定不同的盾构机掘进模式如下：A、类围岩及地表有建筑物的地

10、段：地层自稳性较差，盾构机切削土体以刮刀为主，采用土压平衡模式掘进。刀盘紧贴开挖面，土仓所设压力与开挖面水土压力相平衡，严格控制出土量。B、类围岩：岩石组织结构已大部分破坏，风化裂隙发育，岩体破碎，遇水易崩解，地层有一定的自稳性，采用半敞开掘进模式掘进，在土仓内注入高压空气，以稳定掌子面土体和排水，并向开挖面注入泡沫等改良剂，改良切削土体的和易性和流塑性，防止在刀盘上和土仓内形成泥饼。C、 、类围岩：地层岩石组织结构部分破坏，岩质坚硬，地层稳定性较好，采用敞开掘进模式掘进，向掌子面注入泡沫或水，减少对滚刀的磨损。 盾构机的掘进参数 客观上在同一施工区间地层变化也比较突然，上下不均、球状风化体、

11、孤石等不良地质经常存在，给盾构的施工组织管理和掘进技术带来很大难度，在施工中需要采用较多的辅助工法并且经常调整掘进参数甚至转换掘进模式以适应变化的地层。掘进参数是指：土仓压力、刀盘推力及扭矩、刀盘转速、螺旋机转速等一些通过盾构机操作或PLC设置达到正常掘进保证施工安全的技术指标。土仓压力：是土压平衡或泥水平衡掘进中最能体现掌子面稳定状况的一项操作指标，是利用刀盘的一系列操作（推力、转速及贯入度等）与螺旋输送机的转速合理匹配来完成的一种动态的平衡。其数据是通过土仓壁上的土压传感器采集反馈的。一般以最上方的传感器数据作为控制指标，在实际土压平衡模式操作过程中，土仓压力设置宜略高于掌子面的水土压力（

12、理论计算值）。刀盘推力：是所有推进千斤顶推力的总和，通过千斤顶的工作油压以及推进速度旋钮来控制，但主要以前者控制为主。除了推力本身以外，在操作面板上能体现刀盘推力大小是否适当的指标有：贯入度、扭矩，甚至推进速度在一定程度上也能反映推力的合理性。刀盘扭矩：取决于主轴承直径大小，在5号线使用的海瑞克6250复合盾构机主轴承直径2.6m，工作扭矩450t.m，最大脱困扭矩540t.m。在PLC显示屏上体现扭矩指标的参数有扭矩和刀盘工作油压，而且后者是最能体现刀盘的旋转工况。刀盘转速与刀具的贯入度：是造成掌子面土体乃至更大范围土体扰动的最直接的参数。另外，在岩层中掘进时，也是及时调整掘进参数的有效依据

13、。另外，还要指出的是：由于土压平衡模式实际上是一种通过螺旋机的旋转出土形成的动态平衡，所以在实际操作作程中螺旋机的转速和压力也要引起足够重视，同时在掘进过程中需要根据具体的监测情况进行调整的还有同步注浆量和注浆压力。3.13 壁后注浆技术同步注浆二次注浆堵水注浆同步注浆砂浆性能要求 流动性： 新拌混凝土在自重或振捣的作用下，能产生流动。 粘聚性： 新拌混凝土的组成材料之间有一定的粘聚力，在施工过程中，不致发生分层和离析现象的性能。 保水性： 在新拌混凝土具有一定的保水能力，在施工过程中，不致产生严重泌水现象的性能。 和易性： 流动性、粘聚性与保水性的综合体现 初凝 ： 混凝土失去塑性但不具备机

14、械强度 终凝： 混凝土失去塑性且具备机械强度同步注浆原理 随着盾构的推进，在管片和土体之间会出现建筑间隙。为了填充这些间隙，就要在盾构机推进过程中，保持一定压力（综合考虑注入量）不间断地从盾尾直接向壁后注浆，当盾构机推进结束时，停止注浆。这种方法是在环形建筑空隙形成的同时用浆液将其填充的注浆方式。 建筑空隙同步注浆作用防止地表下沉地表变形同步注浆作用增加衬砌接缝的防水功能 盾构外壳隧道管片衬砌接缝浆 液同步注浆浆液材料要求收缩率小和易性好初凝快、终凝慢具有一定强度同步注浆施工工艺盾构出洞段同步注浆为防止同步注浆破坏洞门止水装置（即防止翻板由于注浆压力崩断及防止帘布橡胶板外翻）影响止水效果，需等

15、盾尾脱出加固区方可进行同步注浆。由于此段（约6m）为出洞加固区，土体自立能力较强，地表沉降相对较小。 盾构进洞段同步注浆进洞段同步注浆施工除了填充建筑空隙，控制地面沉降外，还应配合盾构轴线控制，采取灵活多变的注浆方式，确保盾构顺利进洞，当盾构机靠上盾构基座后停止同步注浆，待盾构机进入完全停靠在盾构基座，洞门封死后在进行洞门的补压浆，防止水土流失正常掘进段同步注浆 每环开始推进前，先拌制足够一环使用的浆液打入注浆罐。当开始掘进后，保证注浆罐储存的浆液能够满足同步注浆要求，保证施工的连续性。 严格控制同步注浆量和浆液质量，通过同步注浆及时填充建筑空隙，减少施工过程中土体的变形。做好地面变形情况及地

16、表监测分析，及时调整注浆量 要合理控制注浆压力，尽量作到填充而不是劈裂。注浆压力过大，管片外的土层将会被浆液扰动而造成较大的沉降，并易造成跑浆。同时，注浆压力过小填充速度过慢，填充不足，也会使变形增大。 在管片脱出盾尾5环后，对管片的建筑空隙进行壁后二次注浆，整个区间每隔5环注浆一次，压浆量的控制根据变形信息确定。 二次注浆管片背后二次补强注浆是在同步注浆结束以后，通过管片的吊装孔对管片背后进行补强注浆，以提高同步注浆的效果，补充部分不充填的空腔，提高管片背后土体的密实度。二次注浆其浆液充填时间滞后于掘进一定时间，对围岩起到加固和止水的作用。先行沉降开挖面沉降盾构间隙沉降盾构通过沉降盾构掘进地

17、层变形产生沉降的原因：开挖大于盾壳，超挖、欠挖。占9%-55%占20-60%占15-30%2个埋深管片止水条及衬垫粘贴管片吊机卸车、运送管片管片选型、下井和运输组织管片安装区的清理管片安装与连接掘进1.5m盾构掘进管片脱离盾尾后的紧固管片安装就位推进缸顶紧就位管片缩回安装部位置油缸3.11 盾构正常掘进之 管片拼装选好 拼精 紧牢 推稳管片拼装方式通缝拼装错缝拼装环缝 纵向螺栓纵缝 环向螺栓管片接头构造比较：不好拼装，容易定位，增加刚度连接螺栓：直螺栓，开孔较深，较大，目前不使用。法兰直螺栓和斜螺栓，主要用于大直径弯螺栓：小直径管片管片防水海绵挡浆条(防砂浆，大缝有，小缝没有）橡胶密封垫（都有

18、，主要防水）遇水膨胀橡胶嵌缝聚醚聚氨橡胶未硫化丁基腻子（主要从角度和构造要求）管片拼装 抓举头真空吸盘拼装点位选择错缝拼装选择盾尾间隙大的位置为拼装点位行程最大位置为拼装点位拼装点位尽量腰部以上管片错台管片错台在脱出盾尾后34环稳定拼装过大，造成F块内缩拼装过小，造成F块外扩管片螺栓复紧不及时错台原因分析错台对隧道质量影响产生偏压，影响盾构姿态控制偏压过大，易引起管片破损环间止水带接触宽度变小，容易产生渗水错台量过大，连接螺栓屈服，螺栓孔周围混凝土破损管片堆放及防水条、衬垫高精度钢筋 混凝土管片管片水平运输管片吊运下井盾构机掘进操作管片洞内运输管片拼装3.11 盾构正常掘进之 出口装置螺旋输送机出土土箱运土井口土箱吊运3.12、盾构到达段掘进 到达段掘进指盾构机到达前50米掘进，主要要求：1、加强盾构姿态和隧道线形测量，确保盾构机姿态和位置精度。2、最后810环，设置管片拉紧装置，确保管片压紧力。3、最后56环，进一步降低盾构机推力至400t左右，最后3环，掘进速度控制在510mm/min。 同始发井（站）一样，到达井（站）也需要提前进行土体加固，安装洞口止水密封、安装接收架、凿除洞门。准、稳、慎3.13、盾构到达盾构到达之“三个尽快”：1、