地铁区间盾构施工工艺及复合地层掘进技术

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。常见方法法有：1、深搅桩桩群；2、旋喷桩桩；3、降水法法;4、冷冻法法；5、化学注注浆法；；6、SMW（水泥土土搅拌墙墙）；以及上述述方法结结合使用用。围护结构施工端头加固固与现场场布置要求：加加固体和和洞口密密封共同同在盾构构始发时时包住盾盾构机。。3.2洞门破除除始发前将车车站洞门门部位的的端头围围护桩进进行凿除除，采用用油炮+人工施工工作方式式进行凿凿除，先先沿洞四四周凿除除采用油油炮A部分，再再用人工工持风镐镐凿除B部分。凿凿除时围围护桩内内层钢筋筋先不割割除，待待盾构进进洞或出出洞时再再迅速割除。3.3始发井(车站）设设施安装装顾名思义义，始发发井就是是盾构隧隧道施工工的起点点。必须须满足下下列基本本要求：：1、具备容容纳盾构构机设备备和安装装、运行行的空间间。2、承受盾盾构推进进中的反反力和周周边水土土的作用用力。3、设有盾盾构机从从井内推推出的软软眼（洞洞口）。。4、工程的的功能性性结构要要求。到达井就就是盾构构隧道施施工的终终点。必必须满足足下列基基本要求求：1、容纳盾盾构机设设备和拆拆装吊出出的空间间。2、承受周周边水土土的作用用力和盾盾构机进进洞的部部分压力力。3、设有盾盾构机从从井外进进入（进进洞）的的软眼（（洞口））。4、工程的的功能性性结构要要求。始发井到达井两点一线线，有始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始发架安安装始发架的的作用：：1、为盾构构机提供供井内支支托；2、导向：：确保盾盾构中心心、隧道道中心、、洞口密密封中心心、三心心合一。。3、为负环环管片提提供约束束和支撑撑。3.5盾构机下下井组装装盾构机下下井组装装3.6、洞口密密封安装装洞口密封封的作用用：1、在始发发时在盾盾构机外外壳与混混凝土洞洞口之间间形成一一个柔性性止水密密封。2、在试掘掘进阶段段，在管管片与混混凝土洞洞口之间间形成止止水、止止浆密封封。洞口密封封结构图图洞门密封封及止水水装置的的安装洞口密封封采用右右图所示示的折叶叶式密封封压板。。其施工工分两步步进行施施工，第第一步在在始发端端墙施工工过程中中，做好好始发洞洞门预埋埋件的埋埋设工作作。在埋埋设过程程中预埋埋件与端端墙结构构钢筋连连接在一一起。第第二步在在盾构正正式始发发之前，，清理完完洞口的的碴土后后及时安安装洞口口密封压压板及橡橡胶帘布布板。3.7、反力架安安装反力架的作作用：1、传递盾构构推进反力力到井体或或车站结构构上。2、提供盾构构后配套台台车（或系系统）通行行空间。3、标准环定定位。3.8负环安装负环的作用用：1、传递盾构构推进反力力到反力架架----推进垫块。。2、盾构推进进导向。盾构始发阶阶段盾构试掘进进阶段按设计要求求经精确测测量定位后后，组装反反力架和负负环管片，，为盾构推推进提供后后座反力。。反力架和和负环管片片的布置，，靠近反力力架的一环环为基准环环，基准环环为钢管片片，其余负负环管片为为与隧道管管片相同的的混凝土管管片。为利利于洞门施施工，0环伸入洞内内0.4～0.8m，在洞门施施工时再将将这环管片片凿除，负负环管片组组装采用错错缝拼装。。3.9盾构始发盾构始发是是指盾构机机从井（站站）内破除除洞口出发发到加固土土体掘进，，直至盾尾尾全部进入入洞口密封封的作业过过程。包括二个步步骤：1、洞门凿除除：在洞口口密封安装装基本完成成后，凿除除洞内区域域的维护结结构。2、盾构机开开始切削、、出土，全全部进入加加固体。八字方针：：不塌不不漏不歪不不扭3.10进洞技术进洞段常见见问题端头加固效效果不好开洞门时失失稳始发后盾构构“磕头”洞门密封效效果不好端头加固长长度不足3.11、盾构试掘掘进特点：内容多、空空间小、时时间长、效率低、风风险大试掘进还需需要解决的的问题：1、临时出土土口和出渣渣运输；2、管片运输输和负环拼拼装；3、台车与车车站的空间间干涉；4、临时管线线布置；5、电瓶机车车编制；盾构始发井井始发，始始发掘进长长度为120～150米定义为试试验段掘进进。①盾构机机与后续台台车的长度度（80m-130m）；②始发井井内洞口处处布置双线线道岔所需需长度；③管片与与土体之间间的摩擦力力足以支撑撑盾构机的的正常掘进进的准确性性。盾构试掘进进是指盾构构机的适应应性掘进。。在试掘进阶阶段主要是是四个适应应：1、盾构机控控制系统、、机械结构构相互间的的磨合，设设备自适应应性。2、操作人员员与盾构机机操作功能能系统使用用的磨合，，人机适应应性。3、盾构机功功能系统对对地质的适适应性。简简称地适应应性。4、盾构设备备全功能与与环境空间间的适应性性。完成盾构试试掘进的标标志:1、基本掌握握盾构机在在当前地层层的掘进技技术，清晰晰掘进参数数的设置和和相互关系系。能够通通过掘进参参数来调控控盾构姿态态、隧道偏偏差、地面面沉降、管管片姿态。。-----控制条件2、盾构机的的所有系统统设备负载载运行和功功能正常。。-----功能条件3、盾构机的的推进力反反力完全由由隧道管片片与土体摩摩阻力承担担。反力架架不受推力力的反作用用。-----受力条件4、盾构机及及后配套台台车完全进进入隧道内内。机车编编制完成-----空间条件盾构隧道试试掘进的长长度一般在在100环左右,即120-150m。地质是基础础设设备是关关键人人员是是根本3.12盾构正常掘掘进流程控制两个平平衡：压力力平衡、推推速出土平平衡把握两个姿姿态：盾构构姿态、、管管片姿态设定土仓压力值P0设定泡沫、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常掘进范围围为除初始始掘进120-150m和到达掘进进80m外的长度。。盾构机在在完成试验验段掘进后后，对始发发设施进行行必要的调调整，为正正常掘进准准备条件，，调整工作作包括：拆拆除负环管管片、始发发基座和反反力架；在在站内铺设设双线轨道道；其他各各种管线的的延伸和连连接。盾构机正常常掘进段根根据隧道穿穿过不同的的地层情况况，选定不不同的盾构构机掘进模模式如下：：A、Ⅰ、Ⅱ类围岩及地地表有建筑筑物的地段段：地层自自稳性较差差，盾构机机切削土体体以刮刀为为主，采用用土压平衡衡模式掘进进。刀盘紧紧贴开挖面面，土仓所所设压力与与开挖面水水土压力相相平衡，严严格控制出出土量。B、Ⅲ类围岩：岩岩石组织结结构已大部部分破坏，，风化裂隙隙发育，岩岩体破碎，，遇水易崩崩解，地层层有一定的的自稳性，，采用半敞敞开掘进模模式掘进，，在土仓内内注入高压压空气，以以稳定掌子子面土体和和排水，并并向开挖面面注入泡沫沫等改良剂剂，改良切切削土体的的和易性和和流塑性，，防止在刀刀盘上和土土仓内形成成泥饼。C、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ类围岩：地地层岩石组组织结构部部分破坏，，岩质坚硬硬，地层稳稳定性较好好，采用敞敞开掘进模模式掘进，，向掌子面面注入泡沫沫或水，减减少对滚刀刀的磨损。。盾构机的掘掘进参数客观上在同同一施工区区间地层变变化也比较较突然，上上下不均、、球状风化化体、孤石石等不良地地质经常存存在，给盾盾构的施工工组织管理理和掘进技技术带来很很大难度，，在施工中中需要采用较多的的辅助工法法并且经常调整掘掘进参数甚甚至转换掘掘进模式以以适应变化化的地层。。掘进参数是是指：土仓仓压力、刀刀盘推力及及扭矩、刀刀盘转速、、螺旋机转转速等一些些通过盾构构机操作或或PLC设设置达到正正常掘进保保证施工安安全的技术指标。土仓压力：是土压平平衡或泥水水平衡掘进进中最能体体现掌子面面稳定状况况的一项操操作指标，，是利用刀刀盘的一系系列操作（（推力、转转速及贯入入度等）与与螺旋输送送机的转速速合理匹配配来完成的的一种动态态的平衡。。其数据是是通过土仓仓壁上的土土压传感器采集集反馈的。一般以最上上方的传感感器数据作作为控制指指标，在实实际土压平平衡模式操操作过程中中，土仓压压力设置宜略高于掌子子面的水土土压力（理理论计算值值）。刀盘推力：是所有推推进千斤顶顶推力的总总和，通过过千斤顶的的工作油压压以及推进进速度旋钮钮来控制，，但主要以以前者控制制为主。除除了推力本本身以外，，在操作面面板上能体体现刀盘推推力大小是否适当的指标有：：贯入度、、扭矩，甚至推进速速度在一定程度上上也能反映映推力的合合理性。刀盘扭矩：取决于主轴轴承直径大大小，在5号线使用的的海瑞克φφ6250复合盾构构机主轴承承直径2.6m，工工作扭矩450t.m，，最大脱困困扭矩540t.m。在PLC显示屏上体体现扭矩指指标的参数数有扭矩和和刀盘工作作油压，而而且后者是是最能体现现刀盘的旋旋转工况。。刀盘转速与与刀具的贯贯入度：是造成掌子子面土体乃乃至更大范范围土体扰扰动的最直直接的参数数。另外，，在岩层中中掘进时，，也是及时时调整掘进进参数的有有效依据。。另外，还要要指出的是是：由于土压平平衡模式实实际上是一一种通过螺螺旋机的旋旋转出土形形成的动态态平衡，所所以在实际际操作作程程中螺旋机机的转速和和压力也要要引起足够够重视，同同时在掘进进过程中需需要根据具具体的监测情况进行调调整的还有有同步注浆浆量和注浆浆压力。3.13壁后注浆技技术同步注浆二次注浆堵水注浆同步注浆砂砂浆性能要要求流动性：新新拌拌混凝土在在自重或振振捣的作用用下，能产产生流动。。粘聚性：新新拌拌混凝土的的组成材料料之间有一一定的粘聚聚力，在施施工过程中中，不致发发生分层和和离析现象象的性能。。保水性：在在新拌混混凝土具有一一定的保水能能力，在施工工过程中，不不致产生严重重泌水现象的的性能。和易性：流流动性、粘粘聚性与保水水性的综合体体现初凝：混混凝土失去去塑性但不具具备机械强度度终凝：混混凝土失去去塑性且具备备机械强度同步注浆原理理随着盾构的推推进，在管片片和土体之间间会出现建筑筑间隙。为了了填充这些间间隙，就要在在盾构机推进进过程中，保保持一定压力力（综合考虑虑注入量）不不间断地从盾盾尾直接向壁壁后注浆，当当盾构机推进进结束时，停停止注浆。这这种方法是在在环形建筑空空隙形成的同同时用浆液将将其填充的注注浆方式。建筑空隙同步注浆作用用防止地表下沉沉地表变形同步注浆作用用增加衬砌接缝缝的防水功能能盾构外壳隧道管片衬砌接缝浆液同步注浆浆液液材料要求收缩率小和易性好初凝快、终凝凝慢具有一定强度度同步注浆施工工工艺盾构出洞段同同步注浆为防止同步注注浆破坏洞门门止水装置（（即防止翻板板由于注浆压压力崩断及防防止帘布橡胶胶板外翻）影影响止水效果果，需等盾尾尾脱出加固区区方可进行同同步注浆。由由于此段（约约6m）为出洞加固固区，土体自自立能力较强强，地表沉降降相对较小。。盾构进洞段同同步注浆进洞段同步注注浆施工除了了填充建筑空空隙，控制地地面沉降外，，还应配合盾盾构轴线控制制，采取灵活活多变的注浆浆方式，确保保盾构顺利进进洞，当盾构构机靠上盾构构基座后停止止同步注浆，，待盾构机进进入完全停靠靠在盾构基座座，洞门封死死后在进行洞洞门的补压浆浆，防止水土土流失正常掘进段同同步注浆每环开始推进前前，先拌制足足够一环使用用的浆液打入入注浆罐。当当开始掘进后后，保证注浆浆罐储存的浆液能够满足足同步注浆要要求，保证施施工的连续性性。严格控制同步步注浆量和浆浆液质量，通通过同步注浆浆及时填充建建筑空隙，减减少施工过程程中土体的变变形。做好地地面变形情况况及地表监测测分析，及时时调整注浆量量要合理控制注注浆压力，尽尽量作到填充充而不是劈裂裂。注浆压力力过大，管片片外的土层将将会被浆液扰扰动而造成较较大的沉降，，并易造成跑跑浆。同时，，注浆压力过过小填充速度度过慢，填充充不足，也会会使变形增大大。在管片脱出盾盾尾5环后，对管片片的建筑空隙隙进行壁后二二次注浆，整整个区间每隔隔5环注浆一次，，压浆量的控控制根据变形形信息确定。。二次注浆管片背后二次次补强注浆是是在同步注浆浆结束以后，，通过管片的的吊装孔对管管片背后进行行补强注浆，，以提高同步步注浆的效果果，补充部分分不充填的空空腔，提高管管片背后土体体的密实度。。二次注浆其其浆液充填时时间滞后于掘掘进一定时间间，对围岩起起到加固和止止水的作用。。先行沉降开挖面沉降盾构间隙沉降降盾构通过沉降降盾构掘进地层层变形产生沉降的原原因：开挖大大于盾壳，超超挖、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盾构正常掘进进之管片拼拼装选好拼拼精紧牢牢推稳管片拼装方式式通缝拼装错缝拼装环缝纵纵向螺栓纵缝环环向螺栓管片接头构造造比较：不好拼拼装，容易定定位，增加刚刚度连接螺栓：直直螺栓，开孔孔较深，较大大，目前不使使用。法兰直螺栓和和斜螺栓，主主要用于大直直径弯螺栓：小直直径管片管片防水海绵挡浆条(防砂浆，大缝缝有，小缝没没有）橡胶密封垫（都有，主主要防水）遇水膨膨胀橡胶嵌缝聚醚聚聚氨橡橡胶未硫化化丁基基腻子（（主要要从角角度和和构造造要求求）管片拼拼装抓举头头真空吸吸盘拼装点点位选选择错缝拼拼装选择盾盾尾间间隙大大的位位置为为拼装装点位位行程最最大位位置为为拼装装点位位拼装点点位尽尽量腰腰部以以上管片错错台管片错错台在在脱出出盾尾尾后3－4环稳定定拼装过过大，，造成成F块内缩缩拼装过过小，，造成成F块外扩扩管片螺螺栓复复紧不不及时时错台原原因分分析错台对对隧道道质量量影响响产生偏偏压，，影响响盾构构姿态态控制制偏压过过大，，易引引起管管片破破损环间止止水带带接触触宽度度变小小，容容易产产生渗渗水错台量量过大大，连连接螺螺栓屈屈服，，螺栓栓孔周周围混混凝土土破损损管片堆堆放及及防水条条、衬衬垫◣◢高精度度钢筋筋混凝土土管片片◢管片水水平运运输管片吊吊运下下井◣盾构机机掘进进操作作管片洞洞内运运输管片拼拼装3.11盾构正正常掘掘进之之出出口装装置螺旋输输送机机出土土土箱运运土井口土土箱吊吊运3.12、盾构构到达达段掘掘进到达段段掘进进指盾盾构机机到达达前50米掘进进，主主要要要求：：1、加强强盾构构姿态态和隧隧道线线形测测量，，确保保盾构构机姿姿态和和位置置精度度。2、最后后8~10环，设设置管管片拉拉紧装装置，，确保保管片片压紧紧力。3、最后5～6环，进进一步步降低低盾构构机推推力至至400t左右，，最后后3环，掘掘进速速度控控制在在5～10mm/min。同始发井井（站站）一一样，，到达达井（（站））也需需要提前进行土土体加加固，，安装装洞口口止水水密封封、安安装接接收架架、凿凿除洞洞门。。准、稳稳、慎慎3.13、盾构构到达达盾构到到达之之“三三个尽尽快””：1、尽尽快快将将盾盾构构机机推推入入井