盾构在不同地层条件下的操作作业指导书

/北京站至北京西站地下直径线工程ZJX-2标不同地层条件下的盾构操作作业指导书文件编号：拟制：苏清贵审核：批准：生效日期：2008年3月1日中国中铁隧道集团有限公司北京铁路地下直径线一工区1、目的规范操作程序.指导现场施工；确保盾构机掘进的安全使用；确保盾构掘进施工的质量.提高盾构机掘进速度；提高成洞隧道产品的质量.创优质工程。2、适用范围本指导书适用于北京地下铁路直径线工程所采用的Φ11.97m泥水加压平衡式盾构。盾构段〔里程DK4+700.0～DK6+780.0段3、工程地质在建线路在里程DK4+700.0～DK6+780.0段采用盾构法施工.本段线路围岩以圆砾卵石层为主.加粘性土薄层和砂土透镜体。本段最大粒径可达300mm以上.微风化.勘察对碎石土样进行了破碎试验和颗粒分析试验.破碎值7-7.2%；沿线主要围岩情况：地表有呈松散状态的人工填土.主要为粉细砂、粘质粉土和房渣土.稍密～中密.稍湿～湿.含砖渣、石块等。该层厚度一般为2.0～8.4m上部为第四纪全新世冲洪积层.褐黄色.中密.湿.属中低压缩性土.含云母、氧化铁.呈透镜体状分布；中部为粉质粘土层.褐黄色.硬塑为主.局部可塑.属中压缩性土.含氧化铁、有机质、姜石；下部基岩为卵石层.杂色.密实.湿～饱和.一般粒径20~60mm.最大粒径150mm.>20mm的颗粒含量约占总重的65%.亚圆形.中粗砂充填.砾石主要成份为辉绿岩、砂岩等。4、编制依据〔1本项目工程概况〔2本项目工程地质、水文地质情况〔3用于本项目的泥水气压平衡盾构机技术资料〔4集团公司、二处有限公司相关施工规定〔5以往盾构施工技术经验5、盾构始发段的掘进盾构在始发段推进时.主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。同时.检查盾构是否与始发台、洞门发生干涉或是否有其他异常事件或事故的发生.确保盾构安全的向前推进。5.1始发时盾构推进参数的控制序号操作参数控制范围1盾构机的总推力控制在3000T以内2刀盘转速控制在1.1～1.5转3掘进速度20mm4气压仓压力0.5～1bar5注浆压力控制在2～3bar以内6盾构机轴线偏离±30mm以内7推进油缸的行程差控制在50cm5.2始发时盾构姿态的控制盾构在始发台上向前推进时.一般通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发台向前推进。如盾构出现较大的偏差时.可以通过适当的调整推进油缸行程进行合理的纠偏.纠偏趋势值原则上不大于±2‰。5.3始发时的注意事项开始推进时.要密切关注洞门扇形压板与盾壳之间的间隙.防止冒浆。盾构位于始发台上时尽量不要进行姿态调整。6、穿越粉细砂层的掘进要点盾构机通过该地层时.易发生地层的土力学特性变化.如桩基处于砂层中.砂层受扰动后.降低了桩与土体之间的摩擦力.消弱了桩基的承载力.造成建筑物沉降。因此怎样减小对砂层的扰动.是安全过砂层的首要问题。6.1减慢掘进速度.降低盾构机推力和刀盘转速.防止由于掘进过快.造成掌子面失稳.一般控制在10mm/min之内。6.2掘进时做好泥浆质量的管理.控制好最大颗粒粒径.粒径分布.泥浆水密度和泥浆水压力。6.3由于顶部为自稳性较差的粉土及砂土.容易造成顶部坍塌.增加了隧道掘进的不安全性.因此需要加强壁后注浆质量管理.不仅要充填建筑间隙及控制地表沉降.而且还要使浆液不受泥水的侵蚀.尽快具有一定的早期强度.控制隧道的上浮量.缩短隧道的稳定期。必要时再补充以二次注浆.使注浆体充填均匀.形成稳定的防水层.达到加强隧道衬砌的目的。6.4通过设置在刀盘外周的土压计和盾构机进排泥浆量分析.确定掌子面坍塌情况.对壁后注浆进行预测管理。7、砾石、粘土、土砂复合地层的掘进要点当遇到隧道上部为第四纪全新世冲洪积层时.地质构造一般为砂砾层、粘土层或者是土砂复合层。在砂砾地层中掘进.最大危险是掘进速度慢.上面的软土容易造成超挖.导致地面严重沉降。掘进必须加强管片背填注浆质量.防止在盾构机穿过后.隧道上部粉细砂层发生坍塌.影响地表及其下部地质体产生沉降变形。在粘土层中掘进.最大的危险是刀盘被粘住。掘进中首先要降低掘进速度.其次增大进、排浆量.以便使刀盘在泥浆快速冲洗的过程中慢慢切割粘土围岩.不至于刀盘被粘住或者是排浆管堵管等现象的发生。7.1复合地层掘进时容易发生的现象：岩石破碎机的声音、震动大。切削刀盘扭矩上升。掘进中.在外周长上发生1-37.2复合地层掘进时的质量保证措施保持泥水仓压力与作业面压力〔土压与水压之和平衡是防止地表沉降的关键。泥浆压力P的保持主要通过维持开挖土量与排泥量的平衡来实现。可通过设定掘进速度、调整排泥量或设定排泥量、调整掘进速度两条途径来达到。要尽快在脱出盾尾的衬砌管片背后同步注入足量的浆液材料充填环形建筑空隙。为了及早建立起浆液的高粘度.以便在浆液向空隙中充填的同时将地下水疏干〔将地下水赶入地层深处.获得最佳充填效果.必须保证二次注浆紧随盾构机的推进。8、卵石地层的掘进要点在卵石地层中掘进.存在的危险是卡刀、盾构姿态波动大、堵管等现象的发生.从而导致盾构掘进姿态控制难、地表变形控制难的问题产生8.1卵石层掘进时容易发生的现象：破碎机的声音、震动大；刀盘的声音、震动大；切削刀盘扭矩不稳.变化大；掘进中.在外周长上发生3-7cm8.2卵石层掘进时的质量保证措施要密切注视开挖仓压力的变化.根据压力仓的变化幅度来确定盾构掘进模式.压力变化幅度大.就优先考虑采用泥水平衡模式掘进.幅度小就优先考虑采用"D"模式掘进。为了更好的控制地表沉降和隆起.应该选择能较快稳定土体的泥浆来补充卵石排出留下的空间；同时要高标准控制同步注浆的质量.保证开挖后土体的稳定。9、浅覆土段的掘进要点本工程隧道最小覆土只有8m.为了保证盾构安全穿越.加强浅覆土段的河底沉降监测.作好"防漏、防冒、防沉、防堵、防浮、防磕"是重点。9.1防止盾尾漏浆<防漏>措施①提高同步注浆质量；②保持切口水压稳定；③管片接缝外侧粘贴自粘橡胶；④均匀足量压注盾尾油脂；⑤合理的管片选型.确保管片盾尾间隙。9.2防止护城河底冒浆<防冒>措施：①严格控制切口水压波动范围。②严格控制出土量.原则上按理论出土量出土.可适当欠挖.保持土体的密实.以免河水渗透入土体并进入盾构；③严格控制同步注浆压力.并在注浆管路安装安全阀.以免由于注浆压力过高而顶破覆土；④、若出现机械故障或其它原因造成盾构停推.应采取措施防止盾构机移动。9.3防止河底土层沉降<防塌>①按设计值设定切口水压.；②加强泥浆管理.防止超挖；③利用土体探测装置.检查正面土体的稳定情况；④当发现河底沉降大于2cm时应适当增加同步注浆量.必要时进行二次补强注浆。9.4防止吸口堵塞<防堵>措施①加大进浆的压力.利用吸口两端的高压冲洗管进行对吸口处的扰动.防止堵塞；②在遇到切口不畅时.应及时转旁路.同时找出导致不畅的原因并采取降低推进速度、逆洗等措施加以解决。9.5防止隧道上浮<防浮>措施①施工期间严格控制隧道轴线.使盾构尽量沿着设计轴线推进.每环均匀纠偏.减少对土体的扰动；②提高同步注浆质量.要求浆液有较短的初凝时间.使其遇泥水后不产生裂化.并要求浆液具有一定的流动性.能均匀地布满隧道一周.及时充填建筑空隙；③当发现隧道上浮量较大.且波及范围较远时应立即采取对已建隧道进行补压浆措施.以割断泥水继续流失路径；④加强隧道纵向变形的监测.并根据监测的结果进行针对性的注浆纠正。如调整注浆部位及注浆量.配制快凝及提高早期强度的浆液；⑤加强河底段河底地形沉降监测。10、穿越房屋、构筑物盾构机在穿越房屋、构筑物如居民楼、办公楼和桥梁等.确保避免造成地面沉降超限.危及建筑物安全.必须遵照"安全、连续、快速"的指导思想.确立"模式正确、参数合理、防范失水、快速掘进、注浆充分、严密监测、快速反馈"的施工原则。优先选择采取泥水平衡模式.土压、刀盘转速严格按指令执行。掘进过程应保证同步注浆以及时稳定地层.如盾尾注浆跟不上.必须降低掘进速度以确保每环注浆量。对启用的备用注浆管.要注意维护.确保4条以上注浆管路的通畅。掘进及注浆施工过程中.安排专人对该段地面及建筑物进行24h〔间隔不大于2h观测.并将监测结果及时口头上报.同时整理成书面形式.并画出主要监测点的沉降变化曲线图。当地质情况比较复杂又不易确定时.应密切监视土压显示、泥水管理系统的出土情况和结合地面监测.判断开挖面有无涌水和坍塌现象发生.以便及时采取对策。11、盾构穿越有害物质地层在盾构穿越有害物质地层.如开仓后有强烈的刺激性