浅覆土地层盾构施工关键控制技术

1、浅土层盾构施工关键控制技术一、项目概述北京轨道交通首都机场线T2支线的地下部分位于机场线的北端。线路在天竺苗圃转入地下，从国泰购物中心下到目前的岗山路。穿越规划的机场东西航站楼区联络线和规划的机场贵宾专用道后，该线转入机场路1东侧的绿地，与机场路1平行。T2K4 700附近线路向东北偏转，半径为R=600m米，穿过中国民航华北管理局与中国国际航空公司办公楼之间的空地，穿过停机坪，到达T2航站楼前的绿地下。T2支线地下区间隧道设计起点里程为右T2K1 295，终点为右T2K5 397，全长4102米，采用盾构法施工。盾构机通过车站法(即先施工结构，盾构机依次通过1号风井和2号风道)。在整个工程中

2、，盾构机启动三次，到达三次，最后到达位于T2站南侧的盾构接收井。隧道覆盖5.7m11.2m土层，为浅覆盖层，最大纵坡4.016，最小转弯半径550m，隧道主要穿越粉质粘土层4和粉细砂层；场地地下水位较高，为潜水层。二、工程特点1.长距离。左右各4102米，由盾构机从始发井推至接收井。工作量大，设备要求高，水平运输距离长。2.覆盖的土壤很浅。全线覆土厚度为5.7米 11.2米，对地层变形控制要求高。由于杂填土一般在地表以下45m范围内，土质差，强度低。部分地段由鱼塘回填形成，回填深度约78m。3.有许多建筑物(结构)穿过地面和地下。依次穿过连接集贸市场、国泰购物中心、东平里小区住宅楼、民航华北局

3、办公楼、国航办公楼、停机坪、u型槽、2、3号机场匝道桥桩等。这需要非常高的地面沉降控制。4.地层主要由粉质粘土组成，地下水位高，地层含水量高。三、关键控制技术在盾构掘进过程中，影响盾构掘进面平衡压力建立、盾构姿态控制和地层变形的主要因素是地层土壤条件和地下水含量。本工程隧道穿越的地层为高含水量的粉质粘土层。3.1盾构快速施工技术在目前盾构施工技术和设备条件下，对于隧道施工，盾构前端的连续推进速度可达60毫米/分钟，即从单方面因素考虑，可达3圈/小时。连续不间断的分段组装速度约为30分钟/1圈；然而，实际施工速度平均只有1012圈/天。相比之下，国外发达国家的隧道建设速度可以达到每天20米甚至3

4、0米。初步调查表明，保证盾构掘进工作面的稳定性和顺利的开挖和排土，优化盾构施工组织中的运输是解决盾构施工速度的关键。通过设计优化，前沿推进速度、土方运输和分段运输可达到最优配置，减少了各施工环节因工序交叉、等待和停止而造成的人力和时间浪费，有效节约了人力和物力，充分发挥了现有设备的效率。隧道的快速掘进与施工机械设备和运输技术有关。除了优化运输系统各环节的配置外，还涉及到开挖面的稳定性、切割和倾倒、轨道和运输设备的改进等问题，主要包括以下内容：1)合理准备现有技术设备在目前的技术条件下，水平运输是制约发展的关键瓶颈之一4)通过改善切削土壤的塑性流动特性，降低了刀头和刀具的磨损，减少了换刀次数。3

5、.2盾构进出技术盾构进出隧道是盾构施工中一个困难而复杂的施工阶段。在认真进行地质和环境调查的基础上，应采取加固、降水、监测等技术措施。1)隧道出口土壤加固为了保证洞口土的稳定性，洞口土要预先加固。入口边线两侧钢筋范围为3.0m，纵向距离为5m，钢筋深度为地下3m至结构底部。采用旋喷桩加固，800间距700，注入素水泥浆，水泥浆水灰比为1: 1，水泥采用425#普通硅酸盐水泥，灌浆压力2628MPa。在注浆施工中，应控制注浆压力以保证注浆效果，控制注浆量以防止隧道入口处加筋土的强度过高，增加盾构机切割土层的难度。灌浆量控制应以1m3砂层不超过0.4m3、粘土层不超过0.5m3的灌浆量为基础2)在

6、洞口安装橡胶窗帘布为保证盾构机退出隧道时泥水不会从盾构机壳体周围涌出，需要在出口处安装橡胶帘布。橡胶绳织物由专业制造商预制，每个开口安装一个。盾构机初期掘进时，将橡胶帷幕布挂在隧道入口处的预埋钢圈上，用弧形压板固定，在压板上安装预制扇形板。盾构机的刀盘进入隧道入口后，将扇形板与盾构机外壳之间的距离调整到10毫米左右。当盾构机尾部的钢丝刷刚刚进入隧道入口露出管片时，将扇形板调整到落在管片上。初始挖掘完成后，移除橡胶绳织物。3)在隧道入口处钻取钻孔灌注桩隧道圈内搭设钢脚手架，自上而下凿出钻孔桩。切割作业应连续进行，作业时间应尽可能缩短，以减少前方水土流失。凿毛工作完成后，应尽快拆除混凝土块和钢筋。

7、在整个作业过程中，专职安全员应全程监督，消除安全事故隐患，确保人身安全。同时，洞口密封装置应采取必要的保护措施。4)盾构掘进在推进护罩之前，为了防止刀头上的刀头损坏封孔装置，在刀头和封孔装置上涂抹黄油以减少摩擦。为了减少盾构出洞时的推进阻力，还在盾构底座的轨道表面涂上黄油。此外，防护罩尾部的钢刷必须在防护罩尾部填充油脂。盾构进入隧道前，用螺旋机将粘性土倒入盾构平衡室。推进后，土壤室中的粘性土壤平衡盾构前方的土压力，以确保土壤位移最小。当盾尾从工作井内壁出来时，将孔环防水装置中的插板放下，与孔门的专用环管件焊接成一个整体，以防止因缝隙中的泥土流失而导致地面坍塌，并通过预留的灌浆孔向孔环缝隙中注入

8、水泥浆。当盾构开始进入隧道时，由于盾构位于加固区，前方土质坚硬，为了控制推进轴线和保护刀盘，在该区域施工时，土压力设定值略低于理论值，推进速度减慢，盾构坡度略大于设计坡度。在护盾退出加固区之前，为了防止护盾由于so的变化而突然磕头(3)盾构掘进前拆除洞口混凝土当盾构逐渐接近洞口时，在洞口中心位置前方的钻孔灌注桩上钻一个观测孔，加强对其变形和土体的观测，控制推进时的土压力值。当盾构切口距离钻孔灌注桩200500mm时，停止盾构推进，尽可能清空平衡仓内的土，将切口前方的土压力降至最低值，以确保钻孔灌注桩洞口的施工安全。(4)屏蔽出孔钻孔灌注桩拆除后，应继续推进盾构，并尽快拼装管片，以缩短盾构出洞时

9、间。当孔环的特殊环段从盾尾露出后，弧形钢板将整体焊接在其上，环段与孔环之间的间隙将填充液压泥浆，以减少土壤侵蚀。3.3盾构掘进工作面土压力管理技术为了保证盾构快速施工，开挖面的稳定性是先决条件，开挖面的稳定性是通过平衡土压力和土压力来实现的。因此，在施工过程中，应控制开挖面上的土压力，保持开挖土方量和排放土方量之间的平衡。1)开挖面土压力管理技术土室内的压力传感器显示土压力的变化，然后控制推土千斤顶的压力和螺旋输送机的卸土量，调节泥浆注入量、泡沫注入量、注入速度和对开挖面的注入压力，使开挖面上的土压力波动控制在允许范围内，保持土压力的动态平衡。(1)目标工作土压力的设定土压力的合理设定是目标土

10、压力管理的重要内容。本工程设定目标土压力的基本原则是保证开挖面土体的稳定性，尽量减少开挖对周围土体的扰动，尽量减少因沉降或隆起引起的地面结构开裂。如前所述，土室内土压力的确定方法一般按“静土压力、水压力、预留压力”计算。然而，静土压力值很难确定。土室内的土压力随土砂的状态而变化，因此也可以根据初始开挖时地层的位移状态和停止时土室内土压力的假定值来进行管理。当有土的原位试验数据时，可结合轴上埋设的土压力盒的数据确定设计值。当土壤为砂土时，目标土压力设定值可适当降低。正常情况下，盾构停止时开挖面上的土压计测量值可近似作为目标土压设定值。(2)保持开挖面土压力平衡盾构机利用设置在密封舱舱壁上的土压力

11、计作为桥梁，协调盾构机的前进速度和螺旋输送机的卸土量，以保持平衡。当目标土压力值输入盾构机操作台上时，如果盾构机掘进速度加快，密封室内的土量将相应增加。如果倾倒速率不变，土压力就会上升。此时，通过土压计和螺旋输送机的联动，螺旋输送机的排土速度将自动加快，使土压力值保持不变，从而保证设定的目标土压力值与开挖面的水和土压力处于动态平衡状态，不会膨胀，反之亦然。显然，为了控制开放控制面的稳定性，有必要通过目标土压力值的管理来保持密封室内的地层水和土压力P与土压力P0之间的动态平衡。这种平衡是通过调节和控制螺旋输送机排出的土壤量来实现的。图1示出了挖掘面处的压力差和am之间的关系开挖土量和排土量的平衡

12、是否对开挖面的土压力有很大影响。图3显示了盾构隧道某一环的开挖土量与排出土量之间的关系。从图中可以看出出土量、排土量与土压力的关系：如果出土量大于排土量，土压力有增加的趋势；如果开挖体积小于排放体积，土压力将降低。盾构开挖土方量的管理要求是使开挖土方量等于排放土方量。在施工过程中，如图4所示，通过调节刀头的油压和螺旋输送机的油压，实现了挖掘土量和排放土量之间的平衡。但事实上，这些参数随着盾构的掘进而不断变化。因此，很难使挖掘的土壤量完全等于排放的土壤量。在工程实践中，二者之间存在一定的波动。图3挖方土量、排土量与土压力的关系图4挖掘土量与刀盘油压的关系3.4掘进和运输管理技术1)正式掘进控制措

13、施地下盾构施工是保证地面沉降的关键，要求盾构不断推进，土压力平衡，开挖顺利，注浆充填和冲洗及时充分。在盾构掘进过程中，掘进参数的测量值通过传感器作为施工信息传输到中央控制室，由计算机实时处理，并编制成图表显示。然后实时分析隧道参数，确保隧道参数控制在允许范围内。通过初始掘进断面的调整，掘进参数得到了稳定控制。在此基础上，确定了以下具体措施：(1)推进参数控制土压力0.05 0.07兆帕推进速度30毫米/分钟刀头油压59Mpa(2)筒仓内土压力稳定。推进时，控制在0.06兆帕，开挖量稳定。每圈挖掘量为6箱。严禁无故低土压推进，严禁无故增加或减少开挖量。(3)每班应检查出土情况，要求出土流量良好。

14、出土的条件是它能被抓成一个球，落下后散开。严禁出土干燥而薄。开挖调整后可保持连续性；(4)合理使用螺旋输送机，控制稳定土压力，保证土方开挖的顺利进行。停机时应翻转35分钟，以确保内部土壤排空，防止螺旋机堵塞，以便下次顺利启动。2)隧道运输每套运输设备包括一辆电池车、四辆地球车和一辆分段车。这样，可以保证第一环段的运输任务在两次进入隧道后完成。3.5曲线段盾构姿态控制技术盾构机的姿态直接关系到盾构推进时已完成隧道的三维位置、管片的装配质量、施工进度和推进参数的调整方案。当然，盾构机的修正也会导致地层损失和地面沉降。粉土层响应灵敏，对盾构摩擦阻力小，盾构姿态难以控制，特别是在小半径曲线地段掘进时，

15、对姿态控制要求更高。1)曲线地段盾构掘进的姿态控制盾构姿态控制和纠偏是指如何合理操作，使盾构机在允许的偏差范围内沿设计隧道轴线前进，以及当盾构轴线偏离设计轴线时，如何操作使盾构机返回设计轴线。在曲线段(特别是小半径曲线)施工中，盾构容易偏离轴线。根据以往的工程经验，当盾构掘进曲线半径小于500米时，仅靠掘进速度、保持土压力和及时测量很难保证盾构姿态。符合B.根据测量数据和盾构检测装置反映的数据，选择盾构机操作人员的千斤顶。一般来说，当盾构机向哪一侧倾斜时，选择另一侧的千斤顶向前推进。组装人员在组装好每个环后，应及时测量该节段(相对于盾构机机体)的左、右、上、下超限值，以及盾构壳体与衬砌节段之间的左、右、上、下四个间隙值，以确定下一步的作业方案。例如，如果盾构机右侧测得的管段向左前移，且左侧间隙大于右侧间隙，则应粘贴传力垫片或选择左侧弯曲管段，根据测量数据或差值进行调整