盾构掘进管片拼装及壁后注浆质量控制

PAGE第18页共9页盾构掘进、管片拼装及壁后注浆质量控制盾构掘进2.1.1掘进流程掘进流程见图2-1-1。2.1.2掘进模式用于本合同段掘进施工的土压平衡盾构的开挖土仓由刀盘、切口环、隔板、土压传感器及膨润土添加、泡沫注入系统组成。根据本合同段隧道地层条件，需选择土压平衡模式进行本合同段区间隧道的掘进。土压平衡掘进模式中土仓压力的保持首先需选定土仓压力，掘进过程中通过调整推进力实现推进速度控制、通过调整螺旋输送机转速实现出碴量控制。具体方法如下：（1）土仓压力值P的选定P值应能与地层土压力和静水压力相平衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为P0，则P＝KP0，K一般取1.0～1.3。掘进施工过程中土仓压力根据试掘进时取得的经验参数并结合盾构所在位置的埋深、土层状况及地表监测结果进行调整与控制。图2-1-1盾构掘进控制程序图（2）推进速度控制图2-1-1盾构掘进控制程序图为保持土仓压力的稳定，掘进速度必须与螺旋输送机的转速相符合，同时必须兼顾注浆，确保浆液能均匀填实管片与地层的空隙，根据施工的实际情况确定并调整掘进速度控制推进油缸的推力。（3）出碴量的控制每环掘进出碴量根据试掘进段取得的参数进行控制。出碴量控制可通过推进速度与螺旋输送机转速来实现。2.1.3姿态控制（1）姿态监控系统盾构姿态监控通过SLS-T自动导向系统和人工测量复核进行盾构姿态监测。随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位。为保证推进方向的准确可靠，拟每30～50m进行一次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确。（2）调整与控制盾构共16组推进油缸，分五区，每区油缸可独立控制推进油压。盾构姿态调整与控制便可通过分区调整推进油缸压力事项盾构掘进方向调整与控制。（3）纠偏措施1）滚动纠偏刀盘切削土体的扭矩主要是由盾构壳体与洞壁之间形成的摩擦力矩来平衡，当摩擦力矩无法平衡刀盘切削土体产生的扭矩时将引起盾构本体的滚动。盾构滚动偏差可通过转换刀盘旋转方向来实现。2）竖直方向纠偏控制盾构机方向的主要因素是千斤顶的单侧推力，它与盾构机姿态变化量间的关系非常离散，需要靠人的经验来掌握。当盾构机出现下俯时，可加大下侧千斤顶的推力，当盾构机出现上仰时，可加大上侧千斤顶的推力来进行纠偏。同时还必须考虑到刀盘前面地质因素的影响综合来调节，从而到达一个比较理想的控制效果。3）水平方向纠偏与竖直方向纠偏的原理一样，左偏时应加大左侧千斤顶的推进压力，右偏时则应加大右侧千斤顶的推进压力，并兼顾地质因素。（4）方向控制及纠偏注意事项1）在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快，切换速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏。2）根据掌子面地层情况应及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值。当盾构姿态接近警戒值时就应该实行纠偏程序。3）蛇行修正及纠偏时应缓慢进行，如修正过程过急，蛇行反而更加明显。在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。4）推进油缸油压的调整不宜过快、过大，否则可能造成管片局部破损甚至开裂。5）正确进行管片选型，确保拼装质量与精度，以使管片端面尽可能与计划的掘进方向垂直。6）盾构始发到达时方向控制极其重要，应按照始发、到达掘进的有关技术要求，做好测量定位工作。2.1.4姿态偏差要求盾构在掘进过程中应严格控制盾构推进轴线，在直线段和半径不小于500m的曲线段，盾构机轴线的允许偏差应为：平面±5mm、高程±20mm；在半径小于500m的曲线段，盾构机轴线的允许偏差为：平面±8mm、高程±25mm。2.1.5质量保证（1）掘进施工参数应根据工程水文地质情况作出包括掘进模式、土仓压力、总推力、掘进速度、刀盘转速、刀具贯入量以及碴土改良方法、碴土管理等决定，不得随意更改相应掘进参数。（2）在施工进行期间结合地面监测反馈信息及实际施工情况进行总结分析，对掘进参数进行动态管理，在施工过程中对掘进参数进行不断的优化。（3）掘进时应根据工程水文地质条件相适应的碴土改良方式对碴土进行改良，以保证碴土的流塑性和止水性。（4）结合地面沉降监测反馈信息，对出碴量控制标准进行调整，实现碴土管理的最优化。管片拼装2.2.1管片及止水材料管片内径5400mm，外径6000mm，衬砌管片分为6块：3块标准块（A型），2块邻接块（B型）和1块封顶块（C型），环片厚度为300mm，环片宽度为1200mm。左右转弯环管片最大楔形量为48mm。采用弯曲螺栓连接，环向共12根螺栓，纵向共16根螺栓。混凝土强度等级C50，抗渗等级S10。本区间管片止水材料采用三元乙丙橡胶挤出硫化而成的弹性橡胶密封垫，与管片间用单组份氯丁-酚醛胶粘剂粘结。2.2.2管片安装管片安装步骤示意图如图2-2-1，详细方法如下：（1）防水材料粘贴。由管片供应组人员进行衬垫、止水条粘贴。（2）管片进场。管片除进行出场质量控制外，还需由专人进行进场管片质量验收，管片应无缺棱、掉角；无顶推贯穿裂缝和大于0.2mm宽的裂缝及混凝土剥落现象。图2-2-1管片安装步骤示意图1.图2-2-1管片安装步骤示意图1.2（4）安装区清理。清理管片安装区内的水及碴土等。（5）收油缸。根据管片安装需要，分区收回油缸，尽量较少同时收回油缸的数量。（6）管片安装。安装区域的油缸全部收到位后，可进行管片就位、安装。管片安装顺序为先拼标准块，然后拼装邻接块，最后安装封顶块，管片安装时由下至上左右对称进行。（7）顶伸油缸。管片就位后，将油缸以低油压顶推支撑在管片上。2.2.3管片拼装允许偏差管片拼装允许偏差见表2-2-1管片拼装允许偏差表序号项目允许偏差检查频率1衬砌环椭圆度5‰每环2衬砌环轴线平面位位置及高程直线段及半径不小小于500m的曲线段±50mm1点/环半径小于500mm的曲线段±80mm3同一衬砌环内相邻邻管片错台5mm4点/环4纵向相邻衬砌环管管片错台5mm4点/环2.2.4质量保证（1）质量保证1）严格进场管片的检查，破损、裂缝的管片不用。下井吊装管片和运送管片时应注意保护管片和止水条，以免损坏；2）止水条及衬垫粘贴前，应对管片接触面进行彻底地清洁，以确保其粘贴稳定牢固。施工现场管片堆放区应有防雨淋设施。粘贴止水条时应对其涂缓膨剂；3）管片安装前应对管片安装区进行清理，清除如污泥、污水，保证安装区及管片相接面的清洁；4）严禁非管片安装位置的推进油缸与管片安装位置的推进油缸同时收回；5）管片安装时必须运用管片安装的微调装置将待装的管片与已安装管片块的内弧面纵面调整到平顺相接以减小错台。调整时动作要平稳，避免管片碰撞破损；6）同步注浆压力必须得到有效控制，注浆压力不得超过限值。5）片安装过程中操作人员使用的工具在使用完后立即放到稳妥的位置，避免工具从高处摔下损坏推进油缸等设备。壁后注浆2.3.1方式与材料壁后注浆采取同步注浆和二次补充注浆两种方式，同步注浆通过同步注浆系统随掘进同时注入，二次补充注浆利用补充注浆系统在盾尾后通过管片注浆孔进行。同步注浆是通过同步注浆系统及盾尾的注浆管，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行，如图所示。盾壳前移时,盾盾壳前移时,盾尾空间形成的间,注浆体行成,并对土体形成支撑盾尾密封注浆体注浆管同步或即时注浆的注浆量宜按下式计算：Q=V×λ式中Q——注浆量（m3）；V——充填体积（m3）；λ——充填系数，根据地质情况，施工情况和环境要求确定；V=π（D2-d2）L/4D——盾构切削外径（m）；D——预制管片外径（m）；L——每次充填长度（m）；上述计算值，在施工中按注浆效果作调整，注浆量与盾构推进时扰动土层范围有关系，扰动范围是变量，一般情况下充填系数取1.30～1.80。在裂隙比较发育或地下水量大的岩层地段，充填系数一般取1.50～2.50。《地下隧道工程施工及验收规范》（GB50299－1999）（二○○三年版）同步注浆浆液为水泥砂浆，配比见表2-3-1。二次补充注浆主要采用水泥浆，在隧道开挖对地表建筑或管线影响较大的地段，为减少地面沉降，可选择速凝型浆液，如水泥－水玻璃双液浆等。水泥单液浆配比一般取水灰比1∶1或1∶1.5。水泥－水玻璃双液浆配比见表2-3-2。表2-3-1同步注浆材料配比表组别水泥（kg）粉煤灰（kg）膨润土（kg）砂（kg）水（kg）外加剂180～260381～24160～50779460～470按需要根据试验加加入胶凝时间：一般为3～10h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。固结体强度：一天不小于0.2MPa，28天不小于2.5Mpa。浆液结石率：>95%，即固结收缩率<5%；浆液稠度：8～12cm/m；浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。表2-3-2双液浆配比及浆液主要性质表编号水灰比A液∶B液（体积比）缓凝剂添加量（水泥用量％）浆液密度（g/cm3）凝结时间（秒）11∶11∶10～1.51.4420～482.3.2技术参数（1）注浆压力保证达到对环向空隙的有效充填，同时又能确保管片结构不因注浆产生过大的变形和损坏，根据计算和经验，注浆压力取值为：0.3～0.4Mpa。（2）注浆量根据管片壁后环形空隙与地层有效填充的经验公式计算，根据规范要求，注浆量取盾尾建筑控制空隙理论体积的1.3～1.8倍，则每环（1.2m）壁后注浆量：Q=4.2～5.8m3。（3）注浆速度同步注浆速度应与掘进速度相匹配，按盾构完成一环1.2m掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。达到均匀的注浆目的。（4）注浆结束标准采用注浆压力和注浆量双指标控制，即当注浆压力达到设定值时，注浆量达到设计值的95%以上时，即可认为达到了质量要求。对本设计参数还需通过监控量测进行优化，使注浆效果达到更佳。（5）效果检查注浆效果检查主要采用分析法，即根据P-Q-t曲线，结合掘进速度及衬砌、地表与周围建筑物变形量测结果进行综合分析判断。必要时采用无损探测法进行效果检查。当检查表明注浆不足时，及时进行二次补充注浆。为提高背衬注浆层的防水性及密实度，必要时在同步注浆结束后进行补强注浆，即二次注浆。如图所示。因收缩空隙过大需二次注浆因收缩空隙过大需二次注浆注浆孔（吊装孔）注浆孔口管同步注浆固结体伸入土体0.5m补强注浆一般在管片与岩壁间的空隙充填密实性差，致使地表沉降得不到有效控制的情况下才实施。根据地表沉降监测进行信息反馈，判断是否需要进行二次注浆。二次注浆的实施：首先通过注浆孔（吊装孔）钻孔，钻孔伸入土体0.5m，以期同时对周围土体进行补充加固，得到更为理想的注浆加固效果，改善地表沉降。2.3.3质量保证（1）砂浆拌制必须根据砂浆配合比进行配料和操作，在任何储存过程中避免使砂浆静置，防止砂浆离析或凝结影响使用；（2）施工过程中必须遵循注浆与掘进同步进行的原则，掘进必须进行同步注浆，注浆量与注浆压力必须达到技术交底或技术方案的要求。以使注浆达到控制地面沉降同时又不因注浆压力过大损坏管片。（3）定期对注浆系统进行清洗，以保证注浆系统保持良好的工作状态。2.3.4施工技术要求（1）、材料要求1）砂要求采用细度模量1.6-2.3的细砂,不允许夹杂有5mm以上的豆石或杂物，需要时需对砂子进行过筛处理；2）水泥、膨润土不能有结块现象。（2）、浆液拌制1）浆液配合比严格按工程师通知配合比配制；2）原材料采用地秤计量，计量误差要控制在规范要求范围内；3）投料顺序按水、水泥、砂依次进行；4）搅拌时间控制在2分钟左右；5）膨润土应提前一天拌制成溶液，再与其他原材料进行混合（注意溶液中的用水应从配合比用水中扣除）。（3）、运输与贮存1）浆液搅拌好后，下放到编组列车中的砂浆运输罐与其他列车同时进入掘进工作面，随后通过拖车上的砂浆泵将运输罐中的浆液注入拖车上的贮浆罐；2）运输、贮存时间不宜过长（不至发生初凝），若需运输、贮存时间较长时，则考虑加缓凝剂；3）若发生沉淀、离析现象，应进行二次搅拌；4）砂浆在运输与贮存过程中不得随意加水。（4）、注浆顺序1）同步注浆同时对盾尾预置的4个注浆孔进行压注，在每个注浆孔出口设置分压器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而获得对管片背后的对称均匀压注；2）同步注浆在地层匀均和盾构机姿态较好时，4个注浆孔应均衡注入；3）补强注浆应先压注可能存在大的空隙一侧、或软岩、或节理裂隙较发育的一侧。4）同步注浆时使用盾构机的计量仪器严格控制注浆量（5）、注浆系统操作注浆系统具有手工、自动两种操作方式，具体的操作由公司机电部编制相应的作业指导书。（6）、施工中应注意的几点问题1）拌料时，水、膨润土、水泥、砂要按照正确的顺序进行投料；2）注浆设计压力是指注浆孔空口压力，而不是泵的工作压力；3）要保证注浆泵能正常工作，注浆管路畅通，压力显示系统准确无误；4）浆液要从管片的对称位置注入，防止产生偏压使管片发生错台或损坏；5）注浆过程中要密切关注管片的变形情况，若发现管片有破损、错台、上浮等现象应立即停止注浆；6）注浆过程中，若在不提高注浆压力而注浆量很大，或注浆量突然增大时应检查是否发生了泄漏或注入掌子面，若发生前述现象应停止注浆，妥善处理后再继续注入；7）注浆过程中若发生管路堵塞，应立即处理以防止管中浆液凝结；8）作业完毕后，搅拌机、运输罐、泵、注浆管路一定要及时清理干净，原则每一工作班清理一次；9）二次补强注浆每次结束要立即用水清洗注浆管；10）若遇有水涌出的孔位，则应调整双液浆的配比，缩短胶凝时间，达到迅速阻水的目的；11）在需要长时间停机时，必须以膨润土浆液（其配合比一般为：水灰比0.8，水泥:膨润土＝1:1）填充注浆管路。（7）、几种漏浆现象的处理1）盾尾漏浆：一般