盾构法施工关键工序质量控制要点

/盾构法施工关键工序质量限制要点摘要：盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建立隧道的一种施工方法。本文是依据我们公司购买的土压平衡盾构机并结合本人平常的工作阅历，介绍在盾构法施工过程中的质量限制要点及一些正确的操作方法。关键词：盾构掘进纵坡限制同步注浆管片拼装一、前言盾构操作的目的，主要是使盾构运动轨迹始终符合设计轴线容许偏差值范围内，达到隧道衬砌拼装在志向的位置上。二．盾构始发阶段要驾驭好盾构掘进轴线限制，不但要能娴熟地操作盾构，懂得纠偏原理、方法，还应对隧道埋置的地质状况及盾构施工时，土和盾构相互影响有一个全面的了解。盾构端头井土体加固(始发)等相关质量限制在盾构始发时，提高地基强度，防止沉陷，防止地下水突出及土砂等流入端头井内，需进行洞圈四周土体的加固和改良。常用方法有搅拌桩法、药液注入法、冻结法等。无论实行何种方法，加固和改良的效果是质量限制的关键。加固效果要通过在不同部位、不同深度钻心取样等手段进行验证，确保满足设计要求。降低地下水位。在始发期间，端头井四周地下水位要降至洞圈以下1.5—2m，要实施实时监测，并有备用降水井和降水设备。出洞止水密封装置安装。帘布橡胶板上的安装螺栓必需齐全紧固，防翻卷装置加工坚实，帘布橡胶板紧贴洞门，防泥水流失。始发出洞应做如下工作：①洞门凿除后，盾构机应快速靠上洞口土体。②视察洞口有无渗漏，如有应刚好封堵(应急封堵材料及排水设备)。③盾构机土仓内不得有砼块、钢筋等，临时墙周边钢筋不得伸入盾构切削圆周内。④第一正环拼装时检查最终一负环管片的位置、真圆度等。⑤限制推动千斤顶的运用状况，防止盾构机磕头或上飘。⑥严格限制负环管片的真圆度。盾构始发设备盾构机基座质量限制重点①位置及尺寸。基座设置前，应对洞中的实际净尺、平面位置、直径及高程进行复核，确定基座的位置和高程。盾构姿态的调整，测量基点的布置。②基座的加固焊接质量，导向轨的夹角，基座的防移动加固。③考虑设计坡度和盾构机预沉降防范措施(可将预先抬高基座20cm以内)。④前端应有防盾构机磕头装置。反力架反力架由临时管片(负环管片)、反力架、调整装置等部分组成。质量限制重点：必需尽可能地保持负环管片的真圆度。②运用钢材等按设计调整正1环和竖井坑口部位的位置关系。③负环顶部作为运输开口时，必需用钢材加固该开口。④反力架的支撑中，受力混凝土的强度，要达到设计推力的要求(初始推力约在800t以内)。盾构机及后配套设备质量限制盾构机在隧道内有只能进不能退的特点，因此盾构机的质量是隧道能否顺当施工的关键，现场应有厂方阅历丰富的组装和调试工程师。现场应加强对隐藏组装部位以及盾构机出洞后不便视察检查等部位的检查验收，如刀盘安装螺栓(力矩、数量)、止水密封圈、同步注浆和加泥系统的止回装置等。始发前主要对盾构进行部件、系统功能性、运转状况进行验收，应制定详细的验收表格，逐项验收，确保盾构机的组装调试质量。三、盾构试掘进和正式掘进阶段盾构机在初始推动时，需进行各功能系统的带载试验，完善各功能系统，并进行整合。同时在掘进过程寻求最佳施工参数，为全线正常推动供应符合土质特点的基本施工参数。试掘进过程基本在100环左右。无论是试掘进还是正式掘进都需加强过程管理来保证盾构施工的平安，保证隧道施工质量。土压式盾构的掘进管理流程实例(见图1)开挖面的土压力管理(1)理论土压力值计算理论的土压力值是个范围值，其公式为：上限值Pmax=地下水压力+静止水压力+预备压力(约取10—20kN/m2)下限值Pmin=地下水压力+(主动土压力或松动土压力)+预备压力(约取10—20kN/m2)由于盾构机工况困难，合理的土压力是变更的，这要通过和理论值进行对比，并不断通过综合监测，利用千斤顶推力、速度、螺旋机转速等参数进行调整，以保证掘进面的稳定。(2)设置备用的土压力计，异样时切换运用。(3)设置土压计的更换机构进行检查和更换。3、切削土量的管理为了保持开挖面稳定，顺当进行掘进，就必需精确地排出和掘进量相一样的切削土砂。由于地质改良关系，切削土体积和重量将产生变更，不能单独地进行切削土量计算，通常和土压力一起考虑，来推断开挖面的稳定状态。切削土量的管理方法有重量管理和体积管理两种，都须要通过计算和理论出土量进行比较。这也是选用渣土车的台数及体积须要考虑的。通过出土量的统计和计算，可以推断超挖量和掘进面是否出现了塌方。由于螺旋机转数不太简洁记录，一般不用螺旋机的转数来计算出土量。4、推动速度和推力(1)盾构掘进的速度主要受盾构设备进、出土速度的限制，若出土速度不协调，极易出现土面土体失稳和地表沉降等不良现象，因此推动应尽量均衡连续作业。(2)千斤顶推力是盾构前进的动力，正确地运用千斤顶是盾构能否沿设计轴线(标高)方向精确前进的关键，应依据盾构趋势，合理选择千斤顶和设定千斤顶的推力。5、盾构机姿态限制要点(1)盾构姿态的测量数据包括自动测量数据和人工测量数据。人工测量数据是对自动测量数据正确性的检测和校正。两类数据要进行比较、分析，动态驾驭数据变更状况，正确指导盾构机正确、平安地推动。(2)基准点的前移和复测。隧道内测点设置间距大约为20—50m，隧道内测点必需定期复测和修正。(3)以测量结果为基础，绘制盾构及管片和设计线之间的位置关系图。(4)发觉盾构机偏向时，应刚好订正，不得猛纠硬调。进行大方向的订正时，要确保盾尾间隙，可接受纠偏材料、异形管片进行纠偏。6、管片拼装的质量限制管片拼装是盾构工法的关键工序，管片拼装质量的好坏干脆影响隧道结构的运用功能和平安，为此应重点做好以下工作：(1)按《地下铁道工程施工及验收规范》的要求，对管片进行严格验收。(2)管片运输、搬运时要防止损伤边角和防水装置。(3)管片拼装要符合设计要求(通缝或错缝)。(4)管片接缝间严禁夹有杂物(如砂土等)。(5)管片定位应慎重，防止接头表面碰撞和挤坏止水装置。(6)按组装依次收缩该部位的千斤顶，不行全缩。(7)轴入插入K型管片难以向下方向错动，而端部有微上翘的倾向。(盾尾长度要加长到管片宽度的1/3至1/2)要充分留意不要损伤管片及产生密封材料的剥离。(8)管片定位后，首先拧紧管片螺栓，再拧紧环接头的螺栓。(9)待拼装一环管片后，利用全部的盾构千斤顶匀整压紧新拼装的管片，正式紧固。一般在盾尾后方10—15m左右，需按设计力矩再度复紧。(10)拼装管片时，接触面要严密对准，防止拼装中的管片和已有管片的转角处成点接触或线接触状态，在受千斤顶推力时会产生缺陷和开裂。当盾构方向和管片方向不同时，盾尾会挤伤管片，此时就要瞬时变更盾构的方向，以杜绝挤压。(11)K管片的位置变更可进行微小纠偏，但需留意不行将管片拼装成通缝。(12)在负环管片拆除或掘进终了，管片脱离盾构机时，在二次注浆不充分或没固化时，一般应接受钢材将端头的10环左右管片连接成体，防应力释放、环缝增大或管片移动。7、同步注浆同步注浆主要起固定管片，防止地基变形、止水等作用。注浆质量干脆影响到隧道长期防水效果，因此要细致对待。(1)壁后注浆材料中的流淌性、强度、收缩率、水密性及胶凝时间都是选用材料的指标，应定期检查试验。(2)施工时应留意事项：①注浆的配比(可参考相像工程实例)；②材料在搅拌时的投入依次；③水泥及膨润土的分散状态和杂物是否混入；④搅拌时间及有无离析；⑤注浆位置；⑥注浆压力及注浆量；⑦盾尾密封的泄漏及向开挖面陷进状况。(3)注浆量一般按计算空隙量的150-200%来注入；注浆压力在管片注浆口处一大于0.3Mpa。应以注浆实际效果的反馈来指导详细施工。3、盾构机到达的质量限制(1)盾构进洞区域土体加固盾构进洞区域土体加固一般和出洞区域土体加固是同时进行，对盾构进洞土体加固效果的检验可参照对盾构出洞土体加固。(2)盾构接收基座设置盾构接收基座用于接收进洞后的盾构机，由于盾构进洞姿态是未知的。在盾构接收(进洞)前仍需复核接收井洞门中心位置和接收基座平面、高程位置(一般以低于洞圈面为原则)，确保盾构机进洞后能平稳、平安推上基座。(3)进洞前盾构姿态监控在盾构进洞前约100环应对已贯穿隧道内布置的平面导线限制点及高程水准基点做贯穿前复核测量，是精确评估盾构进洞前姿态和拟定进洞段掘进轴线的重要依据。洞门围护结构凿除(进洞侧)盾构进洞前需对接收井内围护结构背水面钢筋进行割除及砼凿除，通过打探孔实际验证盾构进洞区域土体加固的效果。洞门围护结构凿除后同样需对其后土体独立性、渗漏等状况进行视察，推断进洞区域土体的实际加固效果是否满足盾构平安进洞的要求，否则应实行补救措施。盾构接收进洞视察盾构接收(进洞)准备工作就续后，盾构机向前推动，在前端刀盘露出土体直至盾构壳体顺当推上接收基座的过程称为“盾构接收进洞”。该关键环节重点做好以下工作：(1)视察进洞洞口有无渗漏的状况，发觉洞口渗漏刚好封堵；(2)刚好安装洞口拉紧装置，并检查其坚实性。四、盾构法施工关键工序操作方法1、盾构的操作方法(1)千斤顶编组盾构在土层中向前受到土的阻力，需借用布置在切口环四周的千斤顶顶力来克服。但两者的合力位置始终不在一条直线上，从而形成一力偶导致盾构偏向。由此可见调整不同千斤顶的编组，使其千斤顶合力位置和外力合力位置组成一个有利于纠偏的力偶，所以该方法是盾构操纵的主要手段。而用千斤顶编组主要目的是调整盾构的纵坡来调整其高程位置，同样也是盾构平面位置的限制方法。在用千斤顶编组施工时应留意以下三点：a、千斤顶的只数应尽量多，以削减对已完成隧道管片的施工应力；b、管片纵缝处的骑缝千斤顶确定要用，以保证成环管片的环面平整；c、纠偏数值不得超过操作规程的规定值。(2)千斤顶区域油压调正目前多数盾构将千斤顶分为上、下、左、右四个区域，每一区域为一个油压系统，所以通过区域油压调整，同时起到调整千斤顶合力位置的作用，使其合力和作用于盾构上阻力的合力组成一个有利于限制盾构轴线的力偶，以限制盾构轴线。(3)盾构的纵坡限制纵坡限制的目的，即调整盾构高程，另一点可调整盾构和已成管片端面间的间隙，以削减下一环拼装施工的困难。限制纵坡的方法：a、 变坡法在每一环推动施工中，用不同的盾构推动坡度进行施工，最终达到预先指定的纵坡。在变坡法推动中，可依据管片和盾构相对位置、原则上以盾构不卡管片，可接受先抬后压或先压后抬的措施；也可用慢慢增坡或减坡的方法。b、 稳坡法盾构每推一环用一个纵坡以达到纠坡要求，但要做到这一稳坡具有相当高的技术难度，用这方法盾构推动中对地层扰动最小。(4)调整开挖面阻力，当利用盾构千斤顶编组或区域油压调整无法达到纠偏目的时，可接受调整开挖面阻力，也就是人为地变更阻力的合力位置，从而得到一个志向的纠偏力偶，来达到限制盾构轴线的目的。用这种方法纠偏效果一般说是较好的，但各种不同盾构形式有不同的方法。放开式挖土盾构可接受超挖；挤压式盾构可调整其进土孔位置和扩大进土孔。以往也设想运用过在盾壳内外伸出鳍板，但效果不大。3、盾构自转的订正盾构在推动施工中，除了上述偏离设计轴线外，还有盾构本身自转的现象。(1)盾构自转后对施工带来的困难有：a、使盾构设备操作、液压系统的运转不正常。原来安置平正的设备自转后成歪斜，如不调整对操作不便利，运转运用失常。b、使隧道衬砌拼装困难，这是指在接受全纵向插入的成环形式，因位置转了角度，造成封顶块管片难以或根本无法拼装。c、给隧道测量带来不便，测量在盾构上安装有弧形尺，盾构转后尺位偏了，有时转出位要重新装尺，两次定位确定要影响到测量精度。(2)盾构产生自转的缘由有以下几点：a、土质不匀整，盾构两侧的土体有明显差别，则土体对盾构的侧向阻力不一而引起旋转。b、在施工中为了订正轴线，对某一处超挖过量，造成盾构两侧阻力不一而使盾构旋转，同样，安装在盾构上大的旋转设备顺着一个方向运用过多，也是引起盾构自转的一个缘由。c、由于盾构制作误差，千斤顶位置和轴线不平行、盾壳不圆、盾壳的重心不在轴线上等，使盾构在施工中产生旋转。(3)盾构自转后订正的方法有以下两种：a、在盾构有少量自转时，可用盾构内的举重臂、转盘、大刀盘等大型旋转设备的运用方始终订正。b、当自转量较大时，则接受压重的方法，使其形成一个纠旋转力偶。盾构法施工在上海经过了三十多年的施工实践，对限制盾构推动轴线和隧道衬砌防水抗渗的技术和一整套技术施工已日趋成熟，并正向更高的要求发展。4、同步注浆同步注浆系统是盾构中的一个重要环节，其限制结果将干脆影响地面的沉降。由于注浆量过大会引起地面隆起，而注浆量过小会引起地面下陷，因此限制关键在于注浆量和盾构推动速度的同步性。假设在一环中，总注浆量为Q(t)，盾壳外径为D1，管片外径为D2，管片长度为L1，注浆泵活塞外径为d，注浆泵活塞长度为L2，推动速度为V(t)，推动时间为t，注浆次数为n，注浆量比例设定参数为K，注浆一次的行程为＜L，则有：由于上述公式中的D1，D2，d，L2和K都是已知量，故＜L也是个常数。这样在编制程序时，只要计算出当前的行程差值＜L1即能达到同步限制要求。•假如＜L1＞＜L，则在注浆次数寄存器(D)内自动加1；•假如＜L1＞＜L，则在注浆次数寄存器(D)不动作。假如D中的数据不为零，则进行注浆操作，同时每次注浆后依据注浆脉冲反馈信号将D中的数据减1。这样反复循环，直到D为零时停止注浆5、管片拼装管片拼装是建立隧道重要工序之一，管片拼装后形成隧道，所以拼装质量好坏也就干脆影响工程的质量。(1)拼装工艺①隧道管片拼装按其整体组合可分为通缝拼装和错缝拼装a、通缝拼装各环管片的纵缝对齐的拼装，这种拼法在拼装时定位简洁，纵向螺栓简洁穿，拼装施工应力小，但简洁产生环面不平，并有较大累计误差，而导致环向螺栓难穿，环缝压密量不够。b、错缝拼装错缝即前后环管片的纵缝错开拼装，一般错开1／2～1／3块管片弧长，用此法建立的隧道整体性较好，但是施工应力大易使管片产生裂缝，纵向穿螺栓困难，纵缝压密差，但环面较平整，环向螺栓比较简洁穿。②针对盾构有无后退，可有先环后纵和先纵后环拼装工艺a、先环后纵，在接受放开式或机械切削开挖的盾构，盾构后退量较小，则可接受先环后纵的拼装工艺。即先将管片拼装成圆环，拧好全部环向螺栓，而穿进纵向螺栓后再用千斤顶整环纵向靠拢，然后拧紧纵向螺栓，完成一环的拼装工序。接受先环后纵的拼装其成环后环面平整、圆环的椭圆度易限制，纵缝密实度好、但如前一环环面不平则在纵向靠拢时，对新成环所产生的施工应力大。b、先纵后环当接受挤压或