盾构施工技术毕业设计说明

./目录第一章设计依据及原则11.1设计说明11.2设计依据21.3设计原则2第二章工程概况32.1工程概况32.2地质概况32.3水文概况42.4结构设计概况42.5防水及防蚀设计概况4第三章盾构掘进总体部署53.1盾构掘进施工总体方案53.2施工总体安排5第四章盾构机设计选型64.1盾构机选型64.2工程特点及选型依据64.2.1各部功能描述74.2.2盾构机辅助施工设备配置7第五章盾构区间掘进施工方案115.1.1掘进工况115.1.2盾构机下井吊装、组装及调试115.1.3盾构始发155.1.4盾构掘进205.1.5泥水循环与处理系统的管理235.1.6管片背后空隙同步注浆及管片二次注浆填充315.1.7管片拼装355.1.8盾构到达385.1.9盾构机解体405.1.10泥水盾构下穿小桥施工425.1.11泥水盾构在岩溶发育地区掘进445.1.12泥水盾构上软下硬区域掘进445.1.13盾构带压开仓换刀作业455.2盾构区间隧道防水及防腐蚀施工组织及方法说明565.2.1防水原则、防水重点、防水要求565.2.2防水构造简述565.2.3防水材料的技术性能565.2.4防水施工及主要技术措施575.2.5防腐蚀措施64第六章排水防洪方案656.1水害风险分析及排水防洪目的656.2排水防洪施工措施656.4应急准备666.5应急响应66第七章施工测量687.1.1地面控制测量687.1.2地下控制测量687.1.3盾构区间施工测量697.1.4施工测量方式717.1.5控制测量成果的检查与检测717.1.6施工测量的组织和管理71.飞鹅岭站～花都汽车城站盾构区间盾构掘进施工方案第一章编制依据及原则1.1编制说明在认真研究市轨道交通九号线[施工1标]土建工程施工项目合同文件、飞鹅岭站～花都汽车城站盾构区间设计图纸、详勘、补勘资料和现场实际的基础上,针对本工程的特点,结合我部人员在城市地铁工程中的施工经验,本着"组织合理,技术先进,经济可行,优质高效,简明扼要,重点突出"的原则编制本标段工程施工组织设计。其主要容由以下几个主要部分组成：1工程概况工程概况是在承包合同的合同条件、技术规和施工设计图纸的基础上,结合施工现场调查情况,对于编制本部分相关的重要容进行的综述。2施工管理及资源配置针对承包合同所提出的安全、质量、文明施工和工期要求,根据施工组织中所涉及到的施工方法,从施工现场管理、劳、材、机等诸方面进行资源配置优化,提出既符合本标段工程特点,又体现我部优势的配置方案。3施工组织及施工方法施工组织及施工方法是本部分的核心容。在编制过程中,依据合同文件和施工设计图纸,结合工程特点和我部的施工能力对合同围涉及的各单项技术按设计、施工要求进行了细化；根据我公司的施工经验,从施工全局出发,以"技术先进、质量可靠、经济合理、安全有效"为原则,策划施工方案和工期计划,确定相应施工方法。4施工保证措施根据本标段工程施工特点,结合我部人员的施工管理经验,以安全、优质、按期、经济地完成本标段工程施工为目标,提出了各项工程目标和实现工程目标所采取的施工技术、质量、安全等保证措施。1.2编制依据1市轨道交通九号线[施工1标]土建工程合同文件及有关问题澄清的函。2市轨道交通九号线[施工1标]飞鹅岭站～花都汽车城站盾构区间施平纵断面图。3市轨道交通九号线[施工1标]飞鹅岭站～花都汽车城站盾构区间隧道与车站接口设计图。4飞鹅岭车站、花都汽车城站、出入段明挖段及盾构区间周边建〔构筑物及管线调查报告。5地下铁道工程施工及验收规<GB50299－1999>2003版6盾构法隧道施工与验收规<GB50446-2008>7地下防水工程质量验收规<GB50208-2011>8国家及地方政府颁布的有关法律、法规。1.3编制原则1以确保安全为前提,具有可操作性。2选择合理施工方案,降低工程造价。3采用先进、成熟、有效的施工方法。4积极推广应用新技术、新工艺、新材料、新设备,保工期、保安全,优质高效地完成本标段的施工任务。5采用ISO9002质量认证体系标准,对施工过程进行全方位质量控制。6采用先进科学的检测手段,利用信息反馈指导施工。7严格执行省、市有关文明工地的标准,做好文明施工和环境保护。第二章工程概况市轨道交通九号线施工1标土建工程飞鹅岭站～花都汽车城站盾构区间以飞鹅岭站为起点,沿风神大道向东,经过花港大道路口后下穿风神桥、A007小河涌桥改建后箱涵、途中下穿两个涵洞及A013小桥后在九谭路口到达区间的设计终点花都汽车城站。2.1工程概况飞鹅岭站～花都汽车城站盾构区间隧道双延米4516.69m,区间起止里程Z<Y>DK0+771.800～Z<Y>DK3+029.800。线路沿双向6车道的风神大道向东前进,先后通过花港大道口、红棉大道路口后,到达位于风神大道上方的花都汽车城站。本区间线路基本沿直线前进,只有两个曲线段,在靠近飞鹅岭站附近曲线半径R=5000m的左转弯曲线长149m,在靠近花都汽车城站附近曲线半径R=2000m的右转弯曲线长211m。线路两侧多为2～5层建筑物,大多数为天然基础。开发程度不高,对隧道有影响的建〔构筑物主要有A003风神桥、A007小桥改建后箱涵及A013小桥。飞鹅岭站～花都汽车城站盾构区间线路纵断面为V形坡,最大坡度为5‰,线路埋深为12～13.5m,隧道顶覆土6～7.5m。本区间隧道埋深较浅,盾构隧道主要穿越地层及隧道上部地层为<3-1>粉细砂层、<3-2>中粗砂层、<3-3>砾砂层、<4N-2>可塑冲洪积粘性土层、<4N-3>硬塑冲洪积粘性土层。隧道底部多为<5N-2>残积粘性土<6>全风化带<7>强风化带,部分地段为<4N-2>可塑冲洪积粘性土层软弱地层,需要进行地面加固。线路围揭示大量土洞和溶洞存在。区间设3个联络通道,3个联络通道均采用地面加固竖井开挖的方式施工。2.2地质概况1地形、地貌花都区呈北高南低之势,北部为丘陵地带,南部为广花盆地,形成东北向西南倾斜的地形。本区间位于广花盆地边缘,属于河流冲洪积平原,地势平坦宽广。地面高程10～20m。2地层岩性区间围上覆地层主要为人工填筑土〔Q4ml,全新统冲洪积〔Q3+4al+pl砂层、粉质粘土、下伏基岩为泥盆系上统帽子峰组〔D3m,石炭系下统岩关阶孟公坳组〔C1ym碎屑岩石强风化带、中风化带、微风化带。以石灰岩为主,岩溶发育较多,地质灾害以岩溶塌陷为主,局部为地面崩塌。局部土洞较发育,大部分呈无充填状态,虽然揭示数量不多,但是场地具备形成土洞的条件,需在施工中引起重视。2.3水文概况本区间位于广花盆地,地下水主要有碎屑岩类型裂隙水及碳酸盐类裂隙水。碎屑岩裂隙水主要含水层为石炭系、第三系岩层的强风化带和中风化带中,岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂岩、页岩、炭质页岩、泥岩、粗砂岩等。本区间地下水对混凝土结构无腐蚀性,对混凝土结构中的钢筋具微弱腐蚀性；地下水对钢结构具弱腐蚀性。稳定水位埋深在0.95m～9.72m。2.4结构设计概况盾构法隧道采用圆形隧道限界为φ5200,管片径φ5400,管片厚300mm,线路最小曲线半径R2000m,采用1.5m宽管片。管片拼装采用直线环与楔形环组合的方式。区间共设3个联通通道,均采用地面加固后竖井开挖。联络通道处管片采用钢管片通缝拼装,一个联络通道左右线共需4环钢管片,区间共需要12环钢管片。2.5防水及防蚀设计概况区间隧道防水等级为二级,每昼夜渗水量不大于0.05L/m2,任意100m2每昼夜渗水量不大于0.15L/m2。隧道贯通后,隧道顶部不允许出现滴水。其余部分仅允许结构表面偶见湿渍,隧道表面潮湿面积≤2/1000总表面积,任意100m2表面积上的湿渍不超过3处,单个湿渍的最大面积≤0.2m2。管片在密封垫沟槽设置框形弹性三元乙丙橡胶密封垫,通过被压缩实现防水。混凝土的抗侵蚀洗漱不得低于0.8,控制水灰比和水泥用量,管片结构不需做特殊处理,外露铁件需进行防腐蚀处理。第三章盾构掘进总体部署3.1盾构掘进施工总体方案飞鹅岭站～花都汽车城站区间左右线采用两台泥水盾构相隔一个月始发,由飞鹅岭站东端始发,花都汽车城站西端头吊出,到达花都汽车城站后吊出。区间施工工序示意图图3.1-13.2施工总体安排本区间盾构隧道右线长度2258m,左线长度为2258.69m,长链0.69m双线共计4516.69m,盾构区间附属工程主要为3个联络通道〔其中1#、3#联络通道不设废水泵房,2#联络通道与废水泵房合建、盾构始发和到达端头加固施工以及四个洞门的施工。飞鹅岭～花都汽车城站区间盾构掘进始发前完成旧桥的拆除重建、溶土洞处理、建筑物保护、软弱地层处理、端头加固和联络通道地面加固工作,盾构机负环拆除后进行始发洞门施工,盾构机过联络通道加固区后进行联络通道及泵房施工,盾构机吊出后进行到达端洞门施工,同时进行隧道清理工作和预留洞口施工。盾构区间拟采用2台泥水盾构机施工,第一台盾构机于20XX5月1日始发,第二台盾构机20XX6月1日由始发。两台盾构机都由飞鹅岭站始发,到达花都汽车城吊出完成区间施工,区间掘进完工日期为20XX4月17日。第四章盾构机设计选型4.1盾构机选型本区间盾构工程施工条件：盾构隧道长度：左线2258m,右线2258.69m；隧道覆土厚度最小约4,最大约10m；平面最小曲线半径为2000m；最大坡度为5‰,；隧道净空：φ5400mm,管片外径φ6000mm,管片环宽为1.5m；计划进度：左、右线平均月进度约180m。经认真研究合同文件及地质资料,采用2台泥水加压平衡式盾构机进行本区间隧道施工,具备保压系统装置、人闸气压装置,满足盾构机在各种地层下进行开舱作业的要求。4.2工程特点及选型依据市轨道交通九号线施工1标飞鹅岭站～花都汽车城站盾构区间隧道均为两条圆形隧道,径φ5.4m,左线长度2258.69米,右线长度2258米,盾构掘进机的选型与所穿越的地层及周边环境、线路走向、曲线等关系很大,选型合适与否直接关系工程的成败。1工程特点和施工条件〔1盾构穿越地层、线路及周边环境的特点详见"工程概况"〔2地层变形要求地表变形量不大于10mm/-30mm。隧道推进轴线与设计轴线偏差不大于50mm。2选型依据和设计特点根据以上地质条件结合工期要求,用于本区段施工的盾构掘进机,必须具有稳定开挖面、平衡泥水压力、平稳穿越软硬变化较大的地层,最大限度减少地表沉陷的功能,必须具有较强的纠偏抗扭与弯道施工的能力,必须具有较好的经济性和较长的使用寿命,必须确保各项作业的安全性和可靠性。结合目前、、和地铁一号线盾构区间施工资料,选用带面板式刀盘的泥水平衡式〔EPB盾构掘进机,是目前在软土地层中,进行隧道掘进施工的一种较好机型,可以较好的控制地表的变形。综上所述,经过分析比较,并结合国使用的经验,本标段选用德国海瑞克φ6280mm铰接型泥水平衡盾构机。4.2.1各部功能描述1盾体盾体钢结构设计能够承受预测的水压和土压〔较差情况预测为6bar。盾体为分块设计。盾体采用螺栓连接,所有的法兰盘都进行了机加工以保证精度：分隔舱板将盾体分隔为两个舱室；前舱－即开挖舱,包含刀盘于其中,并充满了流体；该流体通过后舱－即气泡调压舱的"气垫"提供给开挖面和后舱保持"压力平衡"。两个舱室间的通道为隔板上防水门。而盾构机部到压力舱室的通道为气闸,包括人闸和紧急气闸。工作人员通过这些通道就可以对刀盘进行维护作业。在舱板的后部有如下装置：〔1一个气闸〔2安装主驱动的机加工法兰盘〔3推进油缸前部固定装置〔4泥浆管接头〔5冲刷喷嘴 〔6水、压缩空气、电气设备等连接管线〔7连接到刀盘区域的排水系统的接头〔8应急电源接头〔9海瑞克公司关于减少堆积和结块的理念：〔10集成冲刷喷嘴的定子和转子〔11工作舱壁上和搅拌器上的冲刷喷嘴〔1290°角圆形渐变〔有利于物料流动〔13刀盘主驱动是用机械的方式通过法兰盘与压力舱板连接的。扭矩通过驱动单元的扭矩箱直接传递到盾体上。2刀盘刀盘设计成盘形结构且带有很宽阔的进料口。8根辐臂支撑的厚壁法兰连接主驱动装置,并作为前盾的连接基座。8根幅臂由厚壁管制成。刀具形式：〔1软土刀具〔齿刀：64把〔2双刃滚刀：14把〔3双刃中心滚刀：6把〔4边缘刮刀：16把3刀盘驱动系统刀盘驱动系统用以驱动刀盘旋转,对土体进行挤压和切削。主要由大轴承、大齿圈、密封圈、减速器及马达等组成。刀盘用高强度螺栓与大齿圈连接,大齿圈即为大轴承的回转环,马达带动减速器输出轴上的小齿轮,小齿轮与大齿圈啮合,从而驱动刀盘旋转。大轴承既承受刀盘的自重,又承受盾构掘进机的推进力,是盾构掘进机的主要组成部件。为了获得最大的主轴承寿命,设置有密封装置,由加压润滑油系统来润滑。盾构掘进机在开挖软弱围岩时,采用高扭矩,低转速的工况；当盾构切削硬岩时,增大流量,采用低扭矩、高转速的工况。4铰接装置为了使盾构掘进机适应曲线段的推进,能够灵活转向,把盾构掘进机设计成铰接式,从而易于转弯,减小曲线超挖量；并能减少顶进管片的偏压,提高隧道施工质量,也易于对掘进方向随时进行修正。铰接装置使盾构掘进机分成前后两段,两段之间通过铰接千斤顶操作,可使盾构掘进机前后两段绕铰接中心沿圆弧面上下、左右回转,满足盾构掘进机顺利转弯和坡度的要求,使盾构掘进机转弯方便,减少曲线超挖量及对土体的扰动。盾构掘进机铰接处设有机械限位,以保证盾构掘进机推进时前后节绝对不会脱开,并保证达到设计转角位移要求。铰接装置设外两道密封,以防泥水进入。5人行闸门气压仓在盾构掘进封隔板处设有一道人行闸门,闸门处有一气压仓。当在泥水平衡工况下施工需要进入泥土密封仓排除障碍或调换切削刀具时,先将泥泥水仓充以压缩空气,用以疏干并支护开挖面土体,然后人员再通过气压仓的加、减压过渡而出入泥泥水仓。6推进系统盾构掘进机是通过沿中盾周边布置的盾构掘进机千斤顶支撑在已安装好的管片衬砌上所产生的反作用力而前进的。为了不使千斤顶端部承受管片的集中荷载,造成偏心荷重,支座设计成铰接式,并设置支板均匀地将力传递到管片的环面上。把盾构掘进千斤顶分成若干扇区,每个扇区由一只电磁比例减压阀控制,用来调节各组扇区千斤顶的工作压力,从而纠正或控制盾构推进的方向,使符合设计轴线的要求。7盾尾密封盾尾密封用以防止地层中的泥土、泥水、地下水和衬砌外围注浆材料从盾尾间隙中漏入盾构。由三道钢丝刷和一道弹簧钢板组成。在每两道密封之间注入密封材料、油脂等,作为防高压水措施,以提高密封效果,并可减少钢丝刷密封件与隧道管片外表面之间的磨擦,延长密封件的寿命。8背衬充填与注浆系统采用盾构法施工的隧道,是沿着盾构掘进机的外壳进行开挖的,而作为衬砌的管片则是在盾尾部组装起来的,所以当盾构掘进机推进时,围岩与管片间由于盾尾的抽脱及超挖等原因就形成了空隙,这一空隙如不加处理地搁置,不可避免上面的围岩要向下沉降,其结果是发生波及地表的沉陷,严重的会危及地表建筑物的安全,因此,及时地进行背衬充填与注浆可以起到压实松动的围岩,以防地表沉陷,提高隧道止水性,防止管片漏水,将管片与围岩一体化,确保管片衬砌的稳定。9管片拼装机构拼装机的功能是安全且迅速地把管片组装成设计形式,它具有伸缩臂、夹具前后移动以及臂回转的功能。拼装机回转由马达驱动；管片的轴向平移和封顶块的轴向移动,由平移千斤顶操作夹持器来完成；管片的提升由液压油缸操纵。这些液压缸和马达由一个独立的液压泵站供油,简化了管线布置,避免管线的机械运动。10泥水循环泥水平衡盾构机技术是基于流体支撑和泥浆泵系统。膨润土泥浆系统把切削下来的渣土从开挖舱运输到地面上的分离设备〔通过泥浆管路。在分离厂,固体物料被从膨润土泥浆里分离出来。回收的膨润土浆泥浆经过循环管路被泵回到开挖舱和气压调节舱。在紧急状况下,使用安装在控制室的紧急停止开关可以关闭泥水回路。〔1TBM上的流量测量装置流量测量装置安装在后配套上的进浆泥和排浆管,随时监测膨润土泥浆流量。流量监测装置的最大量程为850m³/h,泥浆循环工作需求能力为500~600m³/h。〔2液位监视利用液位监视器气压仓液位。变化可较直观地了解气压调节仓工作情况,有助于环流的调节。在气压调节舱有〔最低液位限制开关和最高液位限制开关两个液位限制开关,对泥浆循环自动调节,起到保护开挖舱支撑面稳定的功能。最低液位控制点位于隔离舱板开口的上方。最高液位控制点在通道门边的下方。当液位低于最低液位控制点,排浆管球阀及排浆泵自动关闭：当液位高于最高液位控制点,进浆管球阀及进浆泵自动关闭。〔3支撑压力监控支撑压力传感器是专门为泥浆工作条件开发的,用来测量气压调节舱的压力和开挖舱的压力。掘进机操作司机获取盾构机前面的支撑压力,通过这些信息来监测支撑压力从而控制工作面的稳定。〔4碎石机在气垫调节仓底部安装有颚式碎石机,由两个油缸运转。碎石机动作有三组：摆动、自动、手动,最大碎石粒径为450mm。第五章盾构区间掘进施工方案5.1.1掘进工况本区间地形呈北高南低之势,北部为丘陵地带,南部为广花盆地,形成东北向西南倾斜的地形。本区间位于广花盆地边缘,属于河流冲洪积平原,地势平坦宽广。隧道线路穿越的地层为粉细砂层、中粗砂层、冲积——洪积粉质土层等软弱地层。地层含水较丰富,选用泥水盾构机能够很好的控制地面的沉降,保证周边建筑物的安全。5.1.2盾构机下井吊装、组装及调试1盾构机下井吊装方案〔1将盾构机各部件运至始发井口的组装场地,用吊车将分解后的盾构部件吊入始发井,进行组装及调试。为此拟计划租用260吨吊车,80吨吊车各一台。其中,80吨吊车将配合260吨吊车完成盾构机的中盾、前盾、刀盘的空中转体,然后由260吨吊车单独将前盾、中盾、刀盘放入井中,完成组装任务。盾构机的其它部分以及后配套设备将由260吨吊车独立吊入井中,完成吊装任务。—1"盾构机吊装流程图"。〔3盾构机下井拟采用的索具是6根直径56mm,长度8.5m,抗拉强度是1670Mpa,其最小破断拉力是1540KN〔钢丝绳型号6×37fc；4根直径是32mm,长度17.5m<对折使用>,抗拉强度是1670Mpa,其最小破断拉力是504KN〔钢丝绳型号6×37fc；卸扣全部采用6件50吨美制弓形卸甲。吊入盾尾并与中盾联接吊入盾尾并与中盾联接吊入刀盘并与前盾联接安装泥浆输送系统液压、电气系统安装、调试吊入管片拼装机并与中盾进行组装吊入车架、联接桥依次吊入前盾、中盾组装前盾、中盾吊入电瓶车、管片车,向后推入车站安装联接桥、车架部件〔4注意事项：①两台吊车的配合要默契,动作要平稳,严禁速度过快,信号工要积极配合,要及时准确的发出信号。②盾构机的起吊、组装工作由专人指挥,统一行动。③为了保证盾构机的初始定位状态准确,要求在安装起吊点时定位要准确,否则将给后边的调整工作带来一定的麻烦。④吊装过程中所吊部件不可出现大的晃动,如果出现要迅速消除。2盾构机组装方案〔1盾构机盾体的各部件组装①前盾与中盾的连接②管片拼装机与中盾的连接③盾尾与中盾的连接④刀盘与前盾的连接⑤泥浆循环系统与前盾的连接⑥完成盾构机主体的组装〔2盾构机后配套车架的组装连接详见"盾构机后配套车架组装连接流程图"。第1号后配套车架第2号后配套车架第3号后配套车架第4号后配套车架第3号与第4号后配套车架连接第2号与第3号后配套车架连接第1号与第2号后配套车架连接完成后配套车架连接完成后配套车架连接〔3盾构机的全部组装连接详见"盾构机全部组装连接流程图"。连接桥连接桥连接桥与后配套车架连接第4号与第5号后配套车架连接后配套车架盾构机主体盾构机与连接桥连接管片输送机完成所有盾构机的连接〔4盾构机的液压管线连接①第2号车架与第1号车架的液压管线连接②第1号车架与连接桥的液压管线连接③连接桥与盾体的液压管线连接④盾构机的电气线路连接。3盾构机拆卸方案〔1拆卸顺序盾体全部进入接收井→刀盘→前盾→中盾→盾尾→管片拼装机→桥架→车架1→车架2→车架3→车架4。〔2盾构组装及拆卸的安全保证措施①严格遵守起重作业安全操作规程；②每班作业前实行技术和安全交底,指定专职安全员负责日常工作；③盾构大件的装卸车90°翻转由专人指挥,统一行动；④施工前向所有作业人员进行详细的技术交底,明确整个作业过程及各人职责；⑤遵守起重作业安全操作规程及项目经理部制定的安全操作规定；⑥现场设专职安全监督人员,负责检查安全工作的落实与改进；⑦盾构机的分解、运输、起吊、拆卸及过站等项工作由专人指挥,统一行动；⑧卷扬机牵引作业时,车架前方严禁站人,以防溜车,在车架尾端加装驻车器；⑨顶升移位作业时,所有千斤顶统一编号,并由专人负责协调指挥,现场设有应急千斤顶,以备特殊情况下使用。4盾构机调试方案所有的调试与验收包含了以下各个系统：〔1推进系统〔2刀盘驱动系统〔3管片拼装机系统〔4同步注浆系统〔5集中润滑系统〔6盾尾密封润滑系统〔7供水系统〔8压缩空气系统〔9管片吊机系统〔10泥水循环系统〔11通风系统〔12供电系统〔13通讯系统〔14导向系统5分离机组装、及调试〔1泥浆处理设备的组装本标段泥水压力平衡盾构机掘进时,采用直径为300mm的送浆管和排浆管来进行掘进中的泥水循环。因此,在掘进前必须对泥水处理设备进行较好的组装,以防在掘进时发生泥浆处理设备的渗漏甚至爆裂。〔2泥浆处理设备的调试在盾构机掘进前,必须对泥浆处理设备进行调试,根据始发端头的地质情况来对泥浆的比重和密封仓的气体压力进行调整。泥浆处理设备的调试,有利于盾构的始发,使盾构进入正常掘进状态的时间减少。5.1.3盾构始发盾构掘进机始发是盾构施工的关键环节之一,始发流程如下图所示：安装盾构始发基座安装盾构始发基座始发端隧道地层加固盾构机组装、调试安装密封圈、调试后续设备组装负管片、盾构机调试运转盾构机贯入作业面盾尾通过始发井,管片后部注浆安装盾构反力架1盾构掘进机始发的准备工作〔1探孔施工在盾构机到达前,凿除洞门前,从接受井对围绕盾构环对加固体进行探孔探测,探孔的布置一般结合地面加固时的抽芯来布置。探孔用水平地质钻机搭设支架平台施作,探孔时应结合端头加固的抽芯情况来做。〔2水平注浆施工通过探孔对加固体进行检测,如发现探孔中有大量水喷涌,及时采取双液浆注浆封堵,并进一步检查加固体的加固效果,采取其他辅助措施进行降水施工。①孔口埋管及钻孔施工压浆孔钻孔前,先在孔口位置预埋止水装置管,孔口埋管质量的好坏和钻孔的施工质量,对注浆能否成功起着关键的作用。孔口管采用φ89无缝钢管预埋,长1.0m,钻孔机械采用电动空心钻,孔口连接法兰,便于安装止水阀,压浆钻孔时一旦有水涌出便于封水。压浆钻孔孔径为65mm,钻孔时钻杆从预埋钢管中钻入,严格控制钻孔位置和角度达到设计要求。②加固围及钻孔注浆原则加固围：涌水探孔位置的四周加设四个钻孔,间隔50cm。钻孔注浆原则：按设计钻孔顺序进行钻注,不能打孔太深,遇水即注,钻一个孔注一个孔,每孔按照要求反复钻注,每次钻注不得超过1m,并且严格控制注浆压力,严格掌握注浆参数并及时调整。③选择双液注浆A水泥浆浓度：水灰比1：1,即15袋水泥搅拌成1m3浆液,用水750升；水玻璃波美度：30—40Be,C：S：1：1,实际注浆过程中根据进浆量变化及压力的变化可适当调浓或调稀一级,以确保施工质量,施工过程中做好施工记录。B注浆压力：注浆终压设计值根据地面隆起情况取3～5MPa,注浆时要格控制注浆压力,防止地面隆起破坏地表结构。根据现场实际情况,可适当调整注浆压力。C浆液扩散半径：R=3～5m。D注浆结束标准：按设计达到注浆压力,在注浆设计终压下,持续30分钟,并且进浆量明显减少。多孔检查均不出水即可。E封闭死角注浆：在检查探孔不出水后,在洞门底部紧贴地连墙按45°方向进行死角探水封闭注浆。④钻孔注浆设备和布置A钻孔注浆设备钻机选用KQJ-100型电动潜孔钻和YT90潜孔钻各1台。注浆采用27GZ60/120型注浆泵2台〔25Mpa,注浆量0.48m3/min。B砂浆搅拌机2台。⑤注浆站的布置浆液搅拌罐布置于地表适当位置,搅拌好的浆液用管路输送到作业场所。注浆泵布置于洞口作业面附近,以便于操作及观察注浆压力作业面情况。⑥双液注浆工程质量的保证措施A钻孔a布孔：严格按照施工设计图布孔并进行复核。b钻机定位：定位准确,钻头点位误差≤20mm。钻杆垂直度误差≤1度。c钻孔：密切观察钻进尺度及溢水出水情况,出现涌水时,立即停钻,先行双液注浆止水,再分析原因。确认止水效果后,方可继续钻孔。B配料计量工具必须经过检验合格按照设计配方配料。C双液注浆按照设计的双液注浆程序施工。进浆量必须准确,严格控制双液注浆压力,双液注浆方向并由专人操作,当压力突然上升或从孔壁、地面溢浆以及跑浆时,立即停止双液注浆。应采取措施解决并确保双液注浆量。D双液注浆完毕后,应采取措施保证不溢浆。不跑浆。E由专人负责每道工序的操作记录。〔3始发反力架、临时环形钢管片以及始发基座的安装-4〔4盾构掘进机的组装、调试说明：①盾构出洞后支撑包括反力架和负环管片,反力架由箱型钢梁和钢管斜撑组成,负环管片由七环钢筋砼开口通缝拼接。②反力架与始发井结构底板上的预埋件焊接。③反力架通过钢垫块调节工字钢至结构侧墙间距离,以便于负环管片安装和拆除。〔5洞门止水装置的安装由于不破除车站围护结构连续墙,为保证盾构刀盘不破坏洞门止水装置,需在盾构组装完成后进行始发钢套筒安装。钢套筒采用螺栓与洞口预埋钢环连接。为保证盾构机进洞时泥水不从盾构机外壳周围涌出,同时保证注浆不漏浆,需要在进洞口安装橡胶帘布。橡胶帘布由专门厂家预制加工,每个出洞口均须安装一个。盾构初始掘进前应预先将橡胶帘布用螺旋挂在钢套筒上,并用弧形钢压板将其固定,然后再在弧形钢压板外安装预制好的扇形钢板,其中扇形钢板可折叠；当盾构机刀盘进入洞口时,调整扇形板至盾构机外壳的距离为10mm左右,盾构机的壳体将橡胶帘布及扇型钢板顶入并向弯曲,当盾尾钢丝刷刚进入洞口露出管片时,再调整扇形板,使其落在管片上。洞门衬墙施工时预埋洞门钢环,钢环外接钢套筒,钢套筒与盾构外径及管片间存在环向空隙,为防止盾构进出洞时土体从该间隙流失,需要安装钢环口安装钢环止水橡胶、圆环形板、扇形压板及连接螺栓组成的密封装置。详见下图：图5.1.3-5洞门密封圈示意图其施工分为两步进行：1在始发端墙施工过程中,做好始发洞门预埋件的埋设工作,预埋件必须与端墙结构钢筋连接在一起。2在盾构正式始发之前,安装钢套筒并及时安装洞口密封压板及橡胶压板。〔6组装负环管片按设计要求经精确测量将反力架等定位后,拼装负环管片,为盾构推进提供后座反力。负环管片由8环钢筋混凝土管片。2盾构掘进机始发注意事项〔1盾构掘进机始发前要根据地层情况,设定掘进参数。开始掘进后要加强监测,及时分析、反馈监测数据,动态地调整盾构掘进参数,同时注意以下事项：①在进行始发台、反力架和首环负环管片的定位时,要严格控制始发台、反力架和负环的安装精度,确保盾构始发姿态与隧道设计线形符合。②第一负环管片定位时,管片的后端面应与线路中线垂直。负环管片轴线应与线路的切线重合。负环管片采用通缝拼装方式。③始发前基座定位时,盾构机轴线与隧道设计轴线保持平行,盾构中线可比设计轴线适当抬高。④盾构在始发台上向前推进时,通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发台向前推进。⑤始发初始掘进时,盾构机处在始发台上,因此需在始发台及盾构机上焊接相对的防扭转支座,为盾构机始发掘进提供反扭矩。⑥在始发阶段,由于设备处于磨合阶段,要注意推力、扭矩的控制,同时也要注意各部位油脂的有效作用。掘进总推力应控制在反力架承受能力以下,同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发台提供的反扭矩。〔2在始发施工中,泥水不平衡的时间越长,给施工带来的难度就越大,要使盾构顺利出洞,除了以前所述在洞圈应设有良好可靠的密封止水装置和在洞口加固形式的选定上必须以满足适应泥水平衡为前提以外,还应有以下技术要点：①出洞前做好泥水循环系统的调试；②认真配置能适应平衡洞口土体的泥水,一般以高浓度泥水为好,即提高泥浆粘度和比重；③排除洞口段土体障碍物及影响排泥吸口畅通的杂质；5.1.4盾构掘进1盾构80m试掘进盾构出洞后,为了更好地掌握盾构的各类参数,施工时注意对推进参数的实时设定优化,地面沉降与施工参数之间的关系,并对推进的各项技术数据进行采集、统计、分析,争取在较短时间掌握盾构机械设备的操作性能,确定盾构推进的施工参数设定围,将开始掘进的80m作为试推段,试推阶段重点是做好以下的几项工作：〔1用最短的时间掌握盾构机的操作方法,机械性能,改进盾构的不完善部分。〔2了解和认识隧道穿越的土层的地质条件,掌握这种地质下的泥水平衡式盾构的施工方法。〔3通过本段施工,加强对地面变形情况的监测分析,掌握盾构推进参数及同步注浆量参数。2试掘进阶段的参数确定盾构初始掘进是从理论和经验上选取各项施工参数,在施工过程中根据监测数据及反馈的各种信息,对施工参数及时加以调整。盾构机出洞后,初始掘进分以下几个阶段实施。首先在盾构机穿越加固土层后,以日进度3～4ｍ的速度推进,对密封仓泥水压力、刀盘转速及压力,推进速度,千斤顶推力,注浆压力及注浆量等,分别采用几组不同施工参数进行试掘进。通过地表沉降的测量和数据反馈,确定一组适用的施工参数。然后提高日进度为4～6ｍ,通过施工监测,根据地层条件、地表管线、房屋情况,对施工参数作慎密细微的调整,以取得最佳施工参数。完成上述的工作要点后,将推进速度提高到正常的计划进度4环/日,但以满足地表沉降要求为标准,保证对建构筑物、管线的保护为准则。通过此阶段的试掘进,对隧道的轴线控制,衬砌安装质量均有了各项具体的保证措施,进一步掌握施工参数,能根据地下隧道覆土厚度、地质条件、地面附加荷载等变化情况,适时地调整盾构掘进参数,为整个区间隧道施工进度、质量管理奠定了良好的基础。对区间沿线建构筑物、管线的保护也掌握了初步的规律,并以此指导全过程施工。3盾构正常掘进施工盾构机的掘进由两人操纵,盾构掘进施工全过程受控。在推进前,工程技术人员根据盾构机目前的姿态、地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种勘探、测量数据信息,正确下达每班掘进指令,并即时跟踪调整。盾构机操作人员执行指令,根据泥水平衡的原理,确认泥水压力的设定值,并将其输入泥水平衡自动控制系统。平衡压力的设定是泥水平衡式盾构施工的关键,维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的最重要环节,这里面包含着推力、推进速度和泥浆流量的三者关系,对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用,所以在盾构施工中根据不同土质和覆土厚度、地面建筑物,配合地面监测信息的分析,及时调整平衡压力值的设定,同时精确控制盾构机姿态,控制每次的纠偏量,减少对土体的扰动,并为管片拼装创造良好的条件。根据推进速度、泥浆流量和地层变形的监测数据,及时调整注浆量,从而将轴线和地层变形控制在允许围。开启刀盘,旋转切削开挖面的土体；开启推进系统,盾构机在强大的推力作用下,向前顶进；泥水仓下方的泥浆循环输送系统将渣土源不断地输送出来；经地面泥处理系统处理后,渣土用汽车运走。盾构机驾驶员根据掘进指令和前一环衬砌的姿态、间隙状况,及时、有效地调整各项掘进参数,如推进速度、千斤顶分区域油压、加注膨润土泥浆等。对初始出现的小偏差及时纠正,尽量避免盾构机走"蛇"形,盾构机一次纠偏量不能过大,以减少对地层的扰动。本工程盾构掘进全部由富有经验的盾构驾驶人员进行操作,并且在上机前进行培训,在取得培训合格认可后,才能上机操作。见"掘进控制操作程序图"。启动启动设定初始泥水压力值Po设定推进千斤顶速度刀盘扭距是否为上限量测泥水压力值P1Po与P1互相比较理论挖掘土量〔Vo与实际排土量〔V1相比较量测地层沉降继续设定进、出浆泵转速增加进浆泵转速,或减少排浆泵转速减小进浆泵转速,或增加排浆泵转速隆起V1<V0V1>V0沉陷不均衡P1>P0P1<P0是否P1=P0均衡V1=V04盾构推进主要参数设定〔1平衡压力值的设定原则根据地质情况及隧道埋深情况理论计算切口平衡压力：正面平衡压力：P=K0γh；P：平衡压力〔包括地下水；γ：土体的平均重度；h：隧道埋深；K0：土体的侧向静止平衡压力系数,一般取0.7；得出盾构在推进中的泥水平衡力。盾构在掘进施工中将参照理论计算结合盾构智能化辅助决策系统预测的方法来取得平衡压力的设定值。具体施工设定值根据盾构埋深、所在位置的土层状况以及检测数据进行不断的调整。〔2推进出土量控制盾构掘进每环理论出土量=π/4×D2×L=π/4×6.282×1.5=46.44m3/环。盾构推进出土量控制在98%～100%之间。即45.51m3/环～46.44m3/环。〔3推进速度正常推进时速度控制在3～5cm/min之间。过建构筑物时推进速度控制在2cm/min以。〔4盾构轴线以及地面沉降量控制：盾构轴线控制偏离设计轴线不大于±50mm；地面沉降量控制在＋10mm～－30mm。5盾尾油脂的压注在区间隧道掘进施工过程中,盾尾密封用以防止地层中的泥土、泥水、地下水和衬砌外围注浆材料从盾尾间隙中漏入盾构。盾尾油脂通过安装在后配套系统中的一个气控油脂泵压注。5.1.5泥水循环与处理系统的管理1泥水循环与处理系统泥水输送与处理设备完全满足盾构掘进的需要。泥水循环与处理系统容如下：①流体循环与监控设备——每条线设置包括φ300送浆管、3台送浆泵、φ250排泥管、4台排泥泵、1台循环泵、φ200旁通管、逆向冲洗装置、液压球形阀、伸缩管装置、流量计、密度计、压力计、泥水盾构机主机和中央监视系统。②泥水处理设备——1次处理、2次处理设备,占地面积为60m×30m。本工程泥水加压平衡盾构机的特点：不仅采用泥水加压控制开挖面的稳定,而且增加了气垫控制的方法,其作用是：①使得密封仓的压力控制变化较为均匀平缓,不会产生太大的波动；②气垫装置和压力仓直接连接,灵敏度较高,与以往安装在后配套拖车的减压阀相比,对压力波动的反应时间较短,当密封仓的压力产生变化时,通过气压能更快速地传递到中央控制系统,便于及时作出调整。2泥水加压盾构机泥浆循环系统情况泥水加压盾构基本原理〔1泥水加压盾构工法的基本原理是,经过合理调整比重、压力和流量的泥浆被送入盾构机的压力仓,与切削后的泥土混合后被排出,经流体输送设备输送至泥水处理站,分离出泥土,并调整泥水比重后再次循环使用,见右图。泥水加压盾构基本原理〔2工作面稳定原理①泥浆的压力与作用于工作面的土压力、水压力相抗衡,以稳定工作面；②刀盘的平面紧贴着工作面,起到挡土作用；③泥浆使工作面形成一层抗渗性泥膜,以有效发挥泥浆压力的作用；④泥浆渗透至工作面一定深度后,可起到稳定工作面及防止泥浆向地层泄漏作用。工作面对泥浆的过滤作用,因土的颗粒直径、渗透系数等而异,但总的来说,以上相互作用可让工作面达到稳定。因此,施工中应加强对泥浆压力和泥浆品质的控制。泥浆的浓度越高,对稳定工作面的效果越大,但流体输送设备和泥水处理设备的负担也随之增大,因此,应根据切削土体的实际情况进行适当控制。通常采用的泥浆比重值为1.05～1.3,⑤为保证浅埋段全断面砂层时气密性,泥浆比重取上限值。⑥为保证全断面粘土层处刀盘不结泥饼,减少废浆量,泥浆比重取下限值,并加入CMC添加剂增强泥浆性能,环流操作时注意切换进浆阀,通过进浆切换压力差冲洗刀盘,掘进一环完成后根据掘进情况〔是否切口压力波动频繁,先对泥水仓循环清洗后关闭开挖仓循环。〔3中继泵的布置送浆管的输送对象是经过比重调整的泥水,即使延长输送距离送浆压力也不会明显降低,相比之下,排泥管需要把切削后的泥土输送至泥水处理站,随着管道的延长,泥土密度增大,输送压力损失较大,因此,排泥管路中必须合理设置中继泵,以防止排泥压力〔流量降低。本标段拟布置输送泵的台数为：送浆管路：P1-1、P1-2、P1-3,两台盾构机共6台排泥管路：P2-1、P2-2、P2-3、P2-4,两台盾构机共8台除每台盾构机自带2台外,其余10台均为中继泵。〔4旁通管的布置当遇到以软弱土层和砾石层为主的地层时,切削后的泥土有可能造成排泥管口及阀的堵塞,从而引起工作面泥水过多、流量不稳等。这些现象很有可能对掘进效率和工作面稳定造成不良影响。应利用旁通循环消除排泥管的堵塞。此外,如果在掘进开始后才设定泥水输送管路的压力、流量,则需要把泥水直接送入盾构机压力仓,这种做法较危险。因此,掘进开始前,应进行一定的旁通循环,调整好压力、流量。〔5送排泥管路送排泥管路的作用是在盾构机与泥水处理设备之间输送泥浆,在掘进施工中发挥着重要的作用。必须考虑流体输送的安全、降低管路输送损失以及加强耐磨性能等。本标段拟采用管径为：送浆管为φ300mm,排泥管为φ250mm3泥浆循环系统管理泥水加压式盾构法,是用泥水加压密闭的开挖面,不能直观目视开挖面状态及掘削状况。为此,采用综合管理送排泥状态、开挖面泥水宝压力以及泥水处理设备等运转状况来进行推测,以便及时处理突如其来的异常情况。如果将盾构掘进机、送排泥循环输送和泵的状态及泥水处理设备等不作为一个综合性系统进行管理,完全独自运转,将变得毫无意义。泥水加压式盾构的综合管理系统,不是单纯的信息中心,而是作为整体运转所不可缺少的一个体系。将这些信息集中在一起并迅速作出反应的某一处理称为中央控制,操作人员的操作技能是兼下达土木、电气、机械等综合判断指令的技术于一体,并在数据分析中起到显著的作用。〔1通过对盾构掘进速度、泥水浓度、排泥量等有关数据的采集、分析来监视开挖面稳定状况,并通过调整泥水比重、泥水压力确保开挖面的稳定。〔2加压和循环系统中央管理控制容送排泥泵的起动、停止；送排泥流量、流速；旁通管路运转时的送泥管水压；盾构掘进机掘削时,为保持开挖面泥水压的送泥水压的控制等。管沉淀临界流速的维持是采取用电磁流量仪测定实际流量,将它和预先由管径计算的沉淀临界流量的差值,通过改变泵转速进行校正,并自动控制在沉淀临界流速以上的方法。此外,对于最关键的开挖面泥水压力〔包括送排泥水压力控制,送泥泵P；是否要使用可变速泵〔VS,若使用定速泵,那么在送泥管中途和返回调整槽途中就要设有自动控制阀,随着掘进、排泥及其它变化,由泥水压力仪来检测开挖面泥水压力的变动,自动演算与开挖面设定的水压差。可变速〔VS泵场合,由转速、自动控制阀自动控制开度,通过控制送入开挖面的泥水量来控制泥水压力,达到开挖面稳定。同时也能测定各泵的转速、电流值以及确认排泥泵的增设时间。此外,根据上述状况还可以推测管路堵塞位置。为了保持开挖面泥水压力,阀类操作采取自动控制,由转换程序装置控制进行自动管理。在节假日以及故障等停止掘削期间的开挖面泥水压力,同样也由开挖面泥水压力仪、自动控制阀和泵的自动运转联合装置,自动进行控制。〔3泥水平衡控制泥水平衡控制的目的是使泥水加压式盾构开挖面的土体压力达到平衡,保持开挖面的稳定。在盾构施工中要使盾构开挖面压力绝对平衡是不可能的,因为受到盾构掘进速度、地层变化、掘进深度及掘进长度等多种因素干扰,必须通过监控手段去达到动态上的相对平衡,以求开挖面的稳定。①泥水平衡控制对象随着盾构掘进速度的动态变化,切削进入泥水仓的泥土量与掘进速度亦成正比变化,其在泥水仓产生的压力趋势亦呈正比变化。随着掘进距离的增长,在送泥水泵功率一定的条件下,送泥管道的增长会引起送泥水阻力的增加,使进入泥水仓的送泥水压力下降。同时排泥水泵功率一定的条件下,排泥管道增长会引起排泥水阻力的增加,使泥水仓压力增加。掘进速度变化和送排泥管道增长是泥水仓压力变化的主要干扰源。在影响土体恶性循环的诸因素中〔泥水仓压力、掘进速度和泥水密度等,泥水仓压力是影响土体稳定的主要因素。因此,泥水平衡控制的主要对象是泥水仓的压力。②泥水平衡控制原理泥水平衡控制运用单回路调节器和执行机构〔调节水泵转速和控制阀开度与被控对象构成闭环路反馈,根据被控参数的测量值与给定值之间的偏差,按调节规律,对执行机构进行控制,以达到泥水平衡控制之目的。在不同工况条件下,调节器的设定值、测量值、输出控制之间的关系见下表。泥水盾构各状态关系表状态调节器名称设定值〔SV测量值〔PV输出控制停止开挖面水压调切器开挖面水压开挖面水压阀门开度旁路开挖面水压调节器开挖面水压开挖面水压阀门开度送泥水压凋节器送泥水压送泥水压送泥泵转速排泥流量调节器排泥水流量送泥水流量排泥泵转速掘进开挖面水压调切器开挖面水压开挖面水压送泥水压调节器跟踪输入送泥水压调节器送泥水压送泥水压送泥泵转速排泥流量调节器排泥水流量排泥水流量排泥泵转速在掘进状态条件下,开挖面水压调节器根据测得的开挖面水压同设定值进行比较,如果泥水仓压力大于设定值,开挖面水压调节器输出值降低,送泥泵的转速下降,进入泥水仓的送泥水量减少,使泥水仓压力降低。反之亦然。开挖面水压调节器与送泥水压调节器的输出值互为跟踪,能解决过渡过程状态转换的扰动,一旦过渡过程完成,开挖面水压调节器屏蔽跟踪信号,送泥水压调节器仅起信号传递作用。在掘进状态条件下,排泥水密度的变化将导致排泥水流量的变化。这种变化会增加开挖面水压调节器的泥水平衡控制负担。因此,由排泥水流量调节器稳定排泥水流量,起到间接控制泥水平衡的作用。当测得排泥水流量小于设定值时,排泥水流量调节器输出增加,排泥水泵转速增加,使排泥水流量增大。反之亦然。〔4泥水输送控制当开挖面水压高于上限值时,暂停掘进,待延时后开启逸流阀、若逸流后开挖面水压恢复正常,则关闭逸流阀。如果开挖面水压高于极限值,则通过旁路调节。如果引起管道阻塞,则进入逆洗状态,否则调整压力设定值。当排泥水流量低于下限值时,暂停掘进,待排泥水流量正常后继续掘进。当排泥水流量低于极限值时,则通过旁路调节。如果引起管道阻塞,则进入逆洗状态,否则调整排泥水流量设定值。管道阻塞时,通过进入逆洗状态清理管道,再进行正常循环,如此反复,使管道保持畅通。泥水输送的控制通过可编程逻辑控制器对分布在地面、隧道、盾构台车上泥水输送系统的各类水泵和阀进行控制。中央控制盘根据泥水输送监控系统主控程序要求,协调泥水输送控制系统正常运行。〔5停歇时的管理在停止掘削时,泥浆循环系统继续循环3～5分钟,确保送浆管里的泥碴被循环出地面泥浆池,留在泥浆管里的泥浆液性能较好,不容易发生沉淀和堵塞。〔6掘削排土量的检查掘削出来的土通过排泥管排出,由仪器测定送泥水和排泥水的差,通过计算求出实际土粒子量〔干砂量。将仪器电磁流量仪和γ线密度仪、差压密度计、重量式密度计等安装在送泥管和排泥管途中,测量管的流量和密度。根据土粒子比重值算出土粒子量,从排泥量和送泥量的差值上计算出土粒子量〔原则上是计算每一环的掘削出土量。从对预先的钻孔资料计算的量的差值上进行判断,了解异常情况,但两者的值未必是相同的,最终还是要对两者加以对比作出推定。从以上作业可了解到开挖面的稳定、塌方、超挖以及土质变化等情况,但是由于仪器的误差、掘进速度的变化、送泥和排泥流量的变动、送排泥水比重的变动等而产生偏差,并且用钻孔调查时的刻度漂移测显示出来的可能完全不是实际土体的孔隙比、含水率、粒度组成和地层变化等情况,这就需要有相当的判断能力。为了减少这些误差,要充分注意流量计和密度仪的设置场所、仪器的性能、钻孔的位置和孔数以及士工试验场所和方法等,同时还必须考虑操作方法。①γ线密度计对排泥管路照射γ线〔见下图,利用透过时的吸收特性,测定γ线强度,通过电子线路变换电流来求出密度。利用该密度和泥水流量的积算求出土砂量。②差压密度计差压密度计是利用管路〔或水槽两点间的液体压力差的仪器。管路场合是采用缩小部分断面,形成节流,求出前后压力差的方法〔见下图。γ线密度计差压密度计③重量式密度计重量式密度计是量测某一定的测管中的重量的仪器。它是用薄膜连接管路两端,在两个点中的一点设置重量计,另一点用连接泥水压力的圆筒包住,对重量和弯矩等计算后就可求出。4泥水压力管理〔1泥水压力设定在泥水加压式盾构工法中,加在开挖面上的力,即用泥水使开挖面保持稳定的力,通常应与作用在开挖面上的土压在对抗中保持平衡,上压与开挖面上含水土体的垂直作用的重力和土的摩擦角大小有关。泥水压力的设定如下：设定泥水压=土压〔含水压十加压压力设定图土压〔含水压为盾构机掘进时盾构机头部2/3高度处的压力。压力设定图加压的一般标准为0.1～0.2MPa。〔2设定压力的管理工程开工前,在多个地点进行土质和地下水调查,预先决定每个地点的设定压力。〔3设定压力的修正除了修正每一调查点的设定压力值外,对设定的压力值尚需周密地考虑对开挖面状态的适应情况,进行推测并跟踪修正是至关重要的。5泥水性能管理〔1泥水的功能通常所谓的泥水,是将分散在水中的、具有吸水后明显地呈膨润性质的粘土矿物质的悬浮液作为主要成分,并添加分散胶溶剂、有机母水胶剂、加重剂及其它调泥剂,根据需要调节比重、粘度、塑变值、胶凝强度、泥壁形成性、润滑性,使其成为一种可塑流体。泥水盾构使用泥水的目的也就是用泥水来谋求开挖面稳定,在防止塌方的同时,将切削下来的土形成泥水并流畅地运往地面。在使用中,基本上是依照上述理论进行的。但由于是动态性质,且大量地使用泥水等,其经济性也列入考虑围。在满足上述性质要求的同时,多数是采用易于到手的,但部分性质又是较为低下的材料制成。泥水要具有；①在土的空隙中发生凝胶化泥水渗入土的孔隙后,由溶胶状态变成凝胶状。凝胶化的泥水维持着土粒子的相互位置,形成略不规则的稳定层。②形成不透水泥膜该层随着时间的推移而牢固地结合成水密膜。它是通过粘附在上体上的一层不透水膜来防止泥水过量渗入到土体中,并且也能防止地下水渗入到泥水中。生成这种透水膜,在开挖面需要某种程度的透水性,同时也受到泥水性质的左右。③静水压作用泥水是以静水压力状态作用于垂直壁。这个压力如上所述,比地下水压大,通过不透水膜产生作用。④电渗现象泥水除了一般的物理作用外,其电渗现象也有利于不透水膜的形成。由于泥水压力和地下水压的差压产生电化学性电位,由此而形成电动势。⑤土粒子间的结合用泥水结合土粒子。将泥水密度提高到等于全体密度是不可能的,切削面的上粒子必定是由土体的抗剪力支撑着。由此,作用在土粒子表面的剪切应力一定等于土和泥水密度差乘以土的容积之乘积。根据这一理论,大颗粒子难以稳定开挖面。〔2泥水的作用①容易将掘削下来的土砂输送到地面〔需适当流速、比重、粘度、塑变值；②能抑制地下水〔油、气体等喷出〔需要适当的泥水比重；③形成泥壁或渗透壁,防止开挖面塌方〔泥壁形成性好；④对刀盘、刀头等掘削设备有冷却和润滑作用〔泥水特性良好；⑤在泥水输送中使泥水循环暂时停止,掘削土砂仍能保持在泥水中而不致沉淀〔需要有良好的粘度和触变性；⑥在泥水分离处理阶段,掘削的士砂能按规定的要求分离〔需要略低的粘度和胶凝强度。此外,泥水还具有对地下其它地层的影响小、对地层易判定并能利用浮力等性质。〔3泥水材料①水：清水。若是用海水,则需要作特别的考虑；②膨润土：主要成分是蒙脱土,它具有形成泥壁等多方面的优越性,但这种土的分离困难和经济成本上的问题,很难说是最好的材料,仅局限于部分使用；③粘性土：是易采集的粉砂土、粘土和胶状现场士,虽比蒙脱土质量差,但含有伊利土和高岭土等成分,容易分离和弃土,并具有形成泥壁等性能,受到广泛使用；④砂：在形成泥壁时,作为填缝料十分有效。特别是处理团聚化粘土时,作为过滤器填缝料会更有效；⑤CMC：能增加粘度和提高泥壁形成性能。〔4优质泥水所具有的性能：比重适当能平衡开挖面压力；粘度适当,塑变值和凝胶强度低；能形成薄而牢固〔或渗透壁的泥水膜,逸水量少；具有抑制全体塌方和泥水劣化的优越机能；不易造成粘附；润滑性能良好；不易受盐分和水泥等电解质影响；对于温度和压力的稳定性高；对细菌和有机物具有免疫、不变化等性质。〔5泥水的粘度泥水的粘度是表示泥水的部摩擦,它除了受泥水中含有的胶体粘土的粒径、类型、分散性。凝集性能等影响外,主要还受到复杂的界面电气现象所左右。对于泥水粘度的指标,使用漏斗粘度数值来表示,一般为25～40s。5.1.6管片背后空隙同步注浆及管片二次注浆填充管片脱离盾壳后,其背后与土体间会形成较大空隙,从而引发土体沉陷,为了及时充填管片背后空隙,抑制地层沉陷,盾构机上配置了同步注浆系统,在盾构机推进的同时向管片背后压注水泥－膨润土浆液。注浆完成后,利用地层变形监测反馈系统,对充填不密实处采用二次注浆,二次注浆通过管片中央的拼装孔进行。1注浆目的当盾构机外壳脱离管片后,在管片与天然土体之间出现空隙,它能引起地层变形,建筑物失稳,管片变形并漏水。盾构推进中的同步注浆和衬砌壁后二次注浆是充填土体与管片圆环间的建筑间隙和减少后期沉降的主要措施,也是盾构推进施工中的一道重要工序。隧道衬砌外周同步适量地注浆和衬砌壁后二次注浆,可以及时地充填地层与衬砌背后的环形建筑空隙,使隧道管片和周围土层形成一个整体结构,把盾构掘进造成的地层土量损失和扰动所引起的地表沉降尽可能地减小。根据有关的施工技术和经验,注浆能有效地把地表、地下管线及地面建构筑物的沉降量控制在规以。经壁后注浆后,隧道具有良好的防水性,能有效地隔断地下水向隧道渗透,是隧道防水系统的一个组成部分。2注浆方式盾构推进时,进行同步注浆,注浆系统与掘进系统联网,掘进时盾尾出现空隙立即注入浆体。盾构机上的注浆管,按上下左右各一个均布在盾尾钢板,使浆液在盾尾处注入空隙。按先下后上的顺序对称注浆。衬砌管片脱出盾尾后,配合地面量测及时进行壁后二次注浆。二次注浆,采用注浆管从管片的注浆孔向管片与土体之间的孔隙中注入。注浆前先将孔3cm厚的封孔砼凿通。3注浆施工参数及浆液配比盾构注浆采用新研发的可硬性浆液同步注浆。随着盾构推进,脱出盾尾的管片与土体间出现建筑空隙<理论建筑空隙为4.05立方米／环>,即用浆液通过设在盾尾的压浆管予以充填。由于压入衬砌背面的浆液会发生收缩,局部地段隧道掘进蛇行、纠偏等,为此实际注浆量要超过理论建筑空隙体积。但过量压注也会引起地表局部隆起和跑浆。因此除控制压浆数量外,注浆还需控制注浆压力。根据施工情况、地质情况控制压浆数量和压浆压力。一般情况下,每环压入量控制在建筑空隙的120％～160％,即4.86立方米／环～6.48立方米／环,注浆压力约0.2～0.4MPa〔壁后二次注浆压力控制在0.3～0.5MPa。压浆和掘进保持同步,即在盾构掘进的同时进行注浆,掘进停止后,注浆也相应停止。以下情况为例外：〔1遇松散地层,注浆压力很小而注浆流量却很大时,考虑增大注浆量,直到注浆压力超过控制压力下限。〔2已经注过浆的管片上部土体发生较大沉降或管片间有较大渗漏时,需进行二次注浆,此时注浆量不受上述限制,只受注浆压力控制。〔3盾构机出洞或进洞时,洞口部位有较大间隙,此时注浆量要根据实际需要量确定。可硬性浆液配比为：〔Kg/1.25m3可硬性浆液配比表浆液投料量水泥粉煤灰砂SY-1MD-105水1251150260135.2400可硬性浆液和以往的惰性浆相比,其效果有以下优点：〔1按工程方案配制的可硬性浆液的物理性能明显优于原惰性浆浆液,充填效果好、无渗漏现象发生、泌水性小；〔2浆液有良好的抗渗漏性能,管片干燥,浆液的后期强度高；〔3按工程方案的操作规程进行施工,该浆液无堵管之隐患；〔4按规程作业,注浆量充沛,地面沉降的控制可达到较佳状态；〔5部分地段可省去二次注浆作业；〔6一定程度上可提高隧道工程的整体质量,提高工程进度。为防止浆液在注浆系统的硬化,定时对工作面注浆系统进行清洗,清洗采用管泥浆。衬砌管片脱出盾尾后,配合地面量测及时进行管片注浆,注浆的浆液根据地质、地面超载及变形速度等条件选用。管片二次注浆及双液浆的重量配合比初定如下：管片二次注浆及双液浆配比表水泥粉煤灰水稠度13适量9～11具体配合比在施工时根据经试验确定。4注浆设备采用盾构机自身配备的2台同步注浆泵注浆,可做为双液浆A液〔水泥浆注浆泵,最大排量20m3/h,最大压力0.7MPa。两台水玻璃泵。5注浆工艺流程管片安装就位管片安装就位注浆试验注浆作业结束注浆该环注浆效果检查开始下一循环注浆全隧注浆效果检查补充注浆补充注浆周围环境及建筑物注浆动态监控配制浆液不符合要求符合要求符合要求不符合要求6注浆操作规程〔1注浆作业人员经专门培训,并熟悉有关操作注意事项；〔2注浆作业与盾构推进同步进行,浆液注入量同掘进速度相适应,每段隧道推进前做出明确规定,并严格执行；〔3作业人员随时观察注浆工况。控制好注浆压力和方量,并与盾构操作者保持联系；〔4一旦发生故障,立即通知当班班长,要求暂停盾构推进,故障排除后复工；〔5注浆量根据盾壳间隙及地面情况而定,确保环保要求,地面沉降要求；〔6浆液压送过程中不离析和沉淀,浆液凝结时间、结硬强度等均符合特定工程中的技术要求；〔7首次注浆前,以油脂润滑所有管道；〔8每班工作结束后,压浆管道先用泥浆泵洗、清空,再注泥浆充满压浆管道,并关闭盾构注浆阀门,下次注浆前打开注浆阀门；地面拌浆机、井下运浆车及高位槽贮浆筒等设备均做除浆洗刷、清空,防止堵塞、板结；〔9如实填写盾构施工过程质量控制压浆记录表,并做好每班交接工作。7注浆结束标准及注浆效果检查〔1注浆压力和注浆量达到设计值,做为注浆结束标准。〔2整理分析注浆记录资料,分析注浆施工过程中的P〔压力、Q〔注浆量及Q～T〔注浆时间曲线是否正常,并通过总注浆量反算地层孔隙率,与原始孔隙率进行比较,以分析浆液在地层中的扩散渗透情况。〔3每天对浆液进行强度试验,确保浆液强度满足设计要求。5.1.7管片拼装管片由始发井口25t龙门吊自临时堆放场地吊放在井下的管片运输平车上,运至轨道最前端盾构机吊机下面。普通衬砌环管片拼装采用错缝拼装,初衬环采用楔形衬砌环与直线衬砌环的组合,盾构推进时,依据设计排版图及现场盾构机盾尾间隙,确定下一环衬砌类型。1管片起吊、移动、就位用管片吊机将管片从运输平车上吊起,转90度送至堆放平台上,用管片时吊机吊起管片移动至盾尾放在管片输送机上,管片输送机前行至管片拼装机下方,拼装时,管片拼装机从下向上次序安装管片。待底部管片就位后,依次拼装两侧的标准块管片和邻接块管片,最后安装封顶块管片,封顶块搭接其长度的1/2〔始发、到达处特殊环衬砌先搭接1/3,径向推上,然后纵向插入成环。安装机尽量居中安装,以减少接缝出现错台,保证拼装质量。2连接螺栓管片就位后立即安装并拧紧螺栓,以固定管片位置,控制接缝角。管片拼装成环后再拧紧一次,待推出盾尾至10环时再复紧一次。3千斤顶控制为既能安装管片,又能保持千斤顶对工作面的推力,采取安装哪个部位的管片,就收回该部位的千斤顶,管片安好后,千斤顶立即顶紧该管片,其余千斤顶维持工作状态。这样可以保持工作面推力,盾构不致后退。4管片拼装工艺流程图管片外观检查、管片结合面清理管片外观检查、管片结合面清理管片厂安装密封止水带管片吊装、运输、就位管片拼装伸出对应千斤顶管片位置调查管片背后回填注浆嵌缝防水处理复紧连接螺栓缩回对应千斤顶5管片拼装质量控制〔1拼装技术①对于盾构推进,第一环的拼装质量对于整条隧道的拼装具有基准面的作用,因此严格控制第一环管片的拼装质量使之达到规定的要求。第一环管片是在工作井负环之后拼装,拼装工作在井的盾构基座上进行,拼好的管片高程、方向、坡度均容易控制,第一环管片拼装的质量标准：直径偏差<10mm,环面不平整度<1mm。②保证管片和缓冲材料的质量符合拼装的要求。管片的强度、几何尺寸、纵向和横向螺丝孔的位置、直径都要保证满足质量标准。缓冲材料的质量要符合拼装工艺的要求,确保缓冲材料的强度、压缩性能、回弹性能、材料均匀性能、材料的厚度误差均满足要求。③保证管片拼装的质量。管片的拼装质量符合质量标准的要求,保证施工符合设计规定、满足使用的要求,是顺利、安全、优质地完成盾构推进任务的最基本要求。④加强螺栓的一次拧紧和多次复紧工作。整条隧道由数千块管片组合而成,靠纵向、环向螺栓连接,螺栓连接的质量是隧道衬砌整体性关键。螺栓拧紧不足,管片成环后容易造成在千斤顶作用下错位,降低了环面平整度,从而直接影响下一环拼装。拧紧和复紧可以提高成环的质量,尤其是多次复紧更有利于提高成环的圆度。⑤每环拼装结束后及时拧紧纵、环向螺栓,在推进下一环时,在千斤顶顶力的作用下,复紧纵向螺栓。当成环管片推出车架后,再次复紧纵、环向螺栓。隧道贯通后,第四次复紧纵、环向螺栓。⑥通缝拼装的质量通病是纵缝质量不符合要求：前后喇叭、外角等,管片的缺角、掉边及断裂等,根据操作要求并结合以往的施工经验在施工中防止,积极纠正。⑦加强盾构姿态的控制。盾构姿态的控制与管片拼装质量的控制是相辅相成的,精确的盾构姿态控制可以为管片的精确拼装提供条件,是提高拼装质量的基础,也为盾构的推进创造有利的条件。⑧管片表面不得出现裂缝、破损、掉角等现象。在拼装过程中的破损进行修复,修复方案报监理工程师批准后执行。⑨管片每生产200环利用专用拼装平台对管片进行试拼装,对管片制作质量进行检查,对生产工艺及时做出调整。〔2管片拼装技术标准根据合同文件以及设计图纸中有关圆隧道验收标准并结合拼装的工艺特点,提出本隧道盾构施工管片质量标准如下：衬砌成环后直径允许偏差：10mm相邻环环面间隙：不大于1mm纵缝相邻块块间间隙：不大于2＋2mm对应的环向螺栓不同轴度：小于1mm相邻环管片的允许高差〔踏步允许值：4mm相邻管片肋面不平整度偏差：3mm。螺栓联结穿进：环向螺栓和纵向螺栓,100%穿进盾构轴线控制：高程、平面控制均为50mm管片无贯穿裂缝,无大于0.3mm宽度的裂缝及砼剥落现象〔3管片纠偏盾构轴线的纠偏首先是衬砌的纠偏,力争使衬砌的环面与设计轴线接近垂直。轴线的纠偏是一个过程,要连续几环才能得到控制。在出现偏离轴线趋势时,及时调整千斤顶的行程差,必要时加贴纠偏楔子进行纠偏。①平面轴线纠偏采用左右千斤顶的行程差来控制。纠偏做到勤测勤纠,纠偏量每环控制在4mm以,避免过量纠偏增加地层的扰动,增加地面沉降及对建筑物危害,同时使环缝加大而引起漏水。②管片在拼装前查看前一环管片与盾尾间隙,结合前环成果报表决定本环纠偏量和措施。③管片拼装防止出现外角、踏步和前后喇叭,保证管片的拼装精度。〔4拼装椭圆度控制管片拼装成环后,及时检查其椭圆度,方法是用钢卷尺或插尺量测管片外壁和盾壳壁之间的间隙,每块管片测一次。根据测量成环管片的椭圆度来采取措施。①利用拼装千斤顶对短轴向的管片施加压力进行整圆处理；②紧固短轴和长轴向的环向螺丝。〔5环向和纵向螺栓的多次紧固每环衬砌拼装完毕后,及时靠拢千斤顶,防止盾构后退。同时及时拧紧纵、环向螺栓,在推进下一环时,在千斤顶顶力的作用下,复紧纵向螺栓。当成环管片推出盾尾后,根据拼装后的圆环椭圆度,再次复紧纵、环向螺栓,以减少管片拼装的角和喇叭口。本工程选用的连接件是M27弯形螺栓,用于管片连接。连接件的属性、质量、类别、型号、供应或加工来源得到监理工程师的批准。每批连接件提供质量合格证。5.1.8盾构到达构机进入到达段后,应减小推力、降低推进速度和刀盘转速,控制出土量并时刻监视土仓压力值,土压的设定值应逐渐减小,避免较大的推力影响洞门围土体的稳定。到达流程图如下图：托架安装与固定托架安装与固定洞门密封安装掘进参数的调整掘进方向的控制到站段的掘进贯通后步上始发托架渣土清理1盾构机到达前期工作准备〔1探孔施工与盾构始发一致。〔2水平注浆施工与盾构始发一致。〔3洞门止水装置的安装与始发洞门防水装置相同,不加钢套筒,压板方向相反。〔4到达主要技术要点和措施①到达前200m、50m要进行导线和高程测量多层复测,并报监理审核,同时应对到达洞门进行测量,以精确确定其位置。②以50m为起点,结合洞门位置,参照设计路线,制定严格的掘进计划,落实到每一环。③到达前要降低泥浆比重、粘度和流量,直至以清水来代替；同时逐步降低泥浆压力,以确保到达端墙的稳定和防止地层坍塌。④到达前6环的注浆材料配合比要进行调整,必要时可通过盾构壳体设置的孔,向盾壳外注入特殊的止水材料,以防涌水、涌泥而造成地层坍塌。⑤在该阶段过程中应注意泥水排出的比重,如当泥水比重大于1.2时,应减缓速度,以防止吸泥口淤积堵塞管子。⑥当泥水加压式盾构切口靠拢洞口时,在完成掘进的最后阶段,应充分利用泥水循环,对泥水压力舱及泥水循环管路进行最后清仓处理。5.1.9盾构机解体盾构机完成分体掘进后进行一次线路拆卸与组装,进行整体掘进；盾构机完成分体掘进后当盾构机完成接收阶段后,进行盾构机的解体吊出。盾体完全驶入接收托架并固定后,盾体与后配套解体,将连接桥与中前体分开用工字钢支撑起来。盾构机盾构段掘进完成后,盾构机到达接收时,盾构机直接对最后一层洞门连续墙砼进行破除,随后人工清理刀盘前车站渣土,然后铺设接收轨道和运输台车。盾构机采用盾构机整体轨道运输出洞门后分体拆解的方案,台车等后配套随后利用型钢搭设的斜坡用卷扬机作为牵引依次拉出洞外,分解拆除。盾构机的整体运输采用专门定制的接收台车进行。详见下附接收小车总装图。将盾体往前移动直至盾体完全处于接收小车上。使用单独配置用的液压站和千斤顶,将盾构机和接收小车向向前顶推,同时不断延伸台车轨道并用膨胀螺丝固定到车站底板上。盾构站移动具体施工程序如下：盾构接收托架的安装、固定盾构接收托架的安装、固定盾构步进至接收托架上主机与后配套解体固定主机准备顶推铺设后配套行走轨道后配套站内移动盾构机接收完成1盾构机解体当盾体在到达端完全步上托架后盾体与托架进行焊接固定,同时马上进行盾构机盾体部分与后配套台车部分分解工作,盾构机分成两部分进行移动。在连接桥的前端焊支撑与一个平板车相连,断开连接桥和安装器的刚性连接。盾体完全驶入接收小车,并使盾体与接受托架固定后,盾体与后配套系统解体,期间可对盾构机进行初步检查以便为盾构机维修做好充分准备盾体接收采取与托架一起搬运的方式进行。2盾体纵移纵移平台是由6块0.4m×6m〔δ20钢板钢板组成,每块钢板上焊接两条6m的钢轨。两条钢轨打孔作为千斤顶反力座的固定点〔穿销子固定来提供反力,左右两条钢轨孔位对称防止千斤顶顶推时左右不均,用于固定反力座的孔两个一组,每组间距为150cm<千斤顶行程为150cm>。利用两台50T千斤顶将盾构机沿隧道方向顶推纵移〔见示意图。3盾构机拆卸顺序盾体运输到地面场地后→刀盘→前盾→中盾→盾尾→管片拼装机→螺旋输送机→桥架→车架1→车架2→车架3→车架4→车架5。4盾构组装及拆卸的安全保证措施①严格遵守起重作业安全操作规程；②每班作业前实行技术和安全交底,指定专职安全员负责日常工作；③盾构大件的装卸车90°翻转由专人指挥,统一行动；④施工前向所有作业人员进行详细的技术交底,明确整个作业过程及各人职责；⑤遵守起重作业安全操作规程及项目经理部制定的安全操作规定；⑥现场设专职安全监督人员,负责检查安全工作的落实与改进；⑦盾构机的分解、运输、起吊、拆卸及接收等项工作由专人指挥,统一行动；⑧卷扬机牵引作业时,车架前方严禁站人,以防溜车,在车架尾端加装驻车器；⑨顶升移位作业时,所有千斤顶统一编号,并由专人负责协调指挥,现场设有应急千斤顶,以备特殊情况下使用。5.1.10泥水盾构下穿小桥施工1盾构下穿小桥概述盾构下穿小桥前需拆除重建,本工程下穿小桥施工难点主要在风神桥,受交通疏解制约,风神桥无法同时完成拆除,需分两期施工,一期拆除重建桩机侵入隧道中间桥幅,交通在两侧桥幅进行疏解,待中间桥幅重建完成后进行两侧桥幅拆除,在中间新建桥幅进行交通疏解,盾构通过时两侧桥幅用于交通疏解,该处盾构覆土浅,盾构机埋深约为3.8m,盾构通过时存在一定风险。2盾构通过前处理措施〔1河床地层注浆加固处理为保证盾构通过前上部浅覆土层稳定性,减小对两侧桥木桩基础影响,在盾构机通过前采用200*200梅花型布置花管注浆方式对抗浮板下至盾构隧道以下30cm地层进行注浆加固。注浆深度为8米。注浆围为隧道结构边1米,详见下图。图5.1.10-1风神桥河床下地层加固平面图〔2盾构通过时辅助措施为保证盾构通过前安全,计划再盾构通过前将河涌下游筑临时堤坝,将河床上部水位提升1.2m,增加抗浮板上部荷载,在盾构准备穿越河床前降低0.1bar切口压力,在通过时不需调整切口压力,减少因通过时覆土厚度变化时切口压力不稳定而造成地层沉降变化,影响到未拆除小桥木桩基础周边土体稳定性,确保盾构机盾构时安全。图5.1.10-2河床覆土深度示意图3盾构穿越小桥施工措施同3.2中盾构穿越建〔构筑物的施工措施。4盾构过河涌切口压力设定5.1.11泥水盾构在岩溶发育地区掘进1确保已探明大型的需处理的溶土洞完成填充处理,抽芯检测及标贯实验合格。2泥水盾构在岩溶发育地区掘进采取的措施详见3.2中盾构机穿越溶洞多发段采取的措施。3当遇到未探明溶洞发生地面沉降过大,在盾构通过后采用地面综合工程处理车单车道围蔽注浆处理。5.1.12泥水盾构上软下硬区域掘进1盾构掘进前刀具配置刀盘刀具的布置既要考虑对软土掘进的适应性,又要考虑对硬岩区段掘进的适应性。本工程中刀盘上共布置有100把刀具,使用的刀具类型及数量为：①边缘区