盾构施工

目录

1. 盾构施工概述
2. 地铁管片选型以及质量控制
3. 盾构施工质量控制关键环节
4. 管片选型技术
5. 砂卵石底层施工风险
6. 盾构施工质量控制管理
7. 一些值的继续探讨的问题

第一章 盾构施工概述

1. 盾构是一种机械化程度较高的施工技术，具有施工速度快，安全性高，对围岩扰动小、地表沉降易控制，可长距离掘进，不必大面积降水，拆迁少等优点。
2. 由于盾构工法自身的特点，在城市轨道交通施工中发挥着很大的作用。它可以克服常规暗挖法不易克服的困难对一些特殊地段、地层进行施工，如埋深大、地下水丰富、软弱松散等地层。盾构机类型多种多样，常用的盾构机主要为土压平衡式盾构机，刀盘形式有面板式和辐条式两种，螺旋输送机有带式无轴螺旋输送机和有轴螺旋输送机。
3. 盾构机选型决定了工程施工顺利与否，配套设备对于盾构施工的效率起着至关重要的作用。盾构施工配套设备主要有水平运输用电的电瓶车、渣土车，垂直提升用的龙门吊，装渣用的装载机、充电站，同步注浆用的浆液搅拌站等。

常用术语解释

• 盾构:掘进机的筒称，是在钢壳体保护下完成隧道掘进、拼装作业，由主机和后配套组成的机电一体化设备。
• 工作井:盾构组装、拆卸、调头、吊运管片和出渣等使用的工作竖井，包括始发、接收等。
• 盾构机座:用于保持盾构始发、接收等姿态的支撑装置。
• 负环管片:为盾构始发掘进传递推力的临时管片。
• 反力架:为盾构始发掘进提供反力的支撑装置。
• 贯入度:刀盘旋转一周进入掌子面土中的深度，不仅与刀盘转速有关，还与掘进速度有关。(假设掘进速度是30mm/min，刀盘转速1.15r，贯入度计算公式:30mm÷1.15=26mm）。
• 管片:隧道预制衬砌环的基本单元，管片的类型有钢筋砼管片,钢管片，铸铁管片。
• 壁后注浆：用浆液填充隧道衬砌环与地层之间空隙的施工工艺。
• 铰链装置：以液压千斤顶连接，可调节前后壳体姿态的装置。
• 调头：盾构施工完成一段隧道后掉转方向的过程。
• 过站：利用专用设备把盾构拖拉或顶推通过车站的过程。
• 小半径曲线：地铁隧道平面曲线半径小于450m、其他隧道小于40D（D为盾构半径）的曲线。
• 大坡度：隧道坡度大于30‰。
• 姿态：盾构的空间状态，通常采用横向偏差、竖向偏差、俯仰角、方位角、滚转角和切口里程等数据描述。
• 椭圆度：圆形隧道管片衬砌拼装成环后最大与最小直径的差值。
• 错台：成型隧道相邻管片接缝处的高差。

土压平衡盾构的结构原理

专项施工方案和条件验收管理

        施工单位须组织专家对以下内容进行论证：

• 盾构机选型及适应性方案；
• 吊装作业专项方案；
• 始发与到达专项施工方案；
• 区间危险源方案；
• 区间联络通道施工方案;
• 穿越一级及以上风险工程专项施工方案;

条件验收执行标准

有复试要求的材料

• 注浆填充材料: 水泥、砂、粉煤灰、膨润土及水玻璃
• 防水条、缓冲垫及粘贴材料
• 管片连接弧形六角螺栓及螺栓密封圈
  以上材料需提前作复试并出示报告。

管片试验

1. 管片三环试拼装
2. 吊装孔抗拉拨、抗漏等试验，试验结果应满足要求。
   
   
   

设备系统调试及评估

(1)刀盘正、反转灵敏，驱动电机同步性能完好。超挖刀伸缩系统灵活。
(2)推进油缸伸缩行程、伸缩速度满足要求(8.5cm\min) 。
(3)盾尾三道密封刷焊接牢固，钢丝刷弹性较强，油脂涂抹均匀、密实，油脂注入管路通畅。
(4)同步注浆(4根)管路、清洗回路通畅。台车砂浆罐搅拌功能完好，注浆泵功能完好。
(5)拼装机前、后行程、旋转速度满足要求。管片吊运、提升、下降速度性能完好。
(6)地层改良系统:泡沫发生器完好，注入回路通畅。膨润土泵功能完好，注入回路通畅。
(7)螺旋机前端伸缩行程满足要求，皮带传输机运转正常。
(8)地面监控系统调试完成，能实时监控盾构施工参数。

始发准备

1、端头加固通常采用地面袖阀管加固，加固区域为盾构始发段长度15米、接收段长度15米，盾构周边各3米范围。
2、利用降水井进行端头降水，创造无水作业条件。
3、打水平探孔,检验洞门加固效果;
4、洞门止水橡胶帘布和扇形压板的安装;
5、盾构始发台安装;
6、盾构机吊装就位，各系统调试，联动调试;
7、反力架、导轨安装加固;
8、负环管片安装加固;
9、磨桩

始发要点

1. 当刀盘抵达洞门掌子面30公分时,开始转动刀盘，防止刀盘被困
2. 由于盾构机没有完全进入加固区, 周边无岩土侧压力的摩擦作用,且油缸的推力和掌子面通过刀盘反力较小，在试运转时应控制刀盘慢速旋转,正反旋转,防止滚动,保持盾构姿态的正确性。
3. 刀盘开始切削端头加固区土体后,土压设定应略小于理论值,推进速度不宜过快,总推力不大于反力架计算值。
4. 盾构机坡度略大于设计，防止因正面土压变化,造成盾构突然栽头现象。
5. 建立和调整土仓压力，是盾构始发操作中的重要环节，应尽快理顺推力、速度和出土量三者的相互关系；三者之间要相互匹配；
6. 根据不同地层、覆土厚度、地面建筑情况，结合监测数据，以及盾构自身的机械性能及时调整土仓压力；保持刀盘前方5m范围不隆不沉为宜;
7. 控制每次的纠偏量，减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好的条件。
8. 盾构机拼装正4环后，进行洞门封堵，开始启动同步注浆,;
9. 根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整，将施工轴线与设计轴线的偏差及地层变形控制在允许的范围内。

接收要点

1、预先完成盾构接收井端头土体加固;
2、提前15-20天端头降水，创造无水接收条件；
3、预先完成盾构接收托架安装和加固；
4、预先完成止水橡胶帘布及扇形压板安装；
5、盾构到桩100m前,对洞内所有测量控制点进行一次整体、系统的联系测量。并报第三方测量单位复核;
6、盾构到达前50m前，完成洞门钢环定位测量，根据钢环实际偏差，提前制定纠偏计划；
7、盾构到达加固区前，专人负责观测接收洞口的变化情况，始终保持与盾构司机联系，及时调整掘进参数；遵循“低推力、低转速，逐渐减压、减小扰动”的原则 ；

盾构穿越建构筑物施工技术

1、盾构穿越重大危险源的认识：是通过前期的技术措施，降低盾构穿越过程中建（构）筑物的危险。
2、设计阶段需做的工作
（1）盾构区间尽量避开建（构）筑物；
（2）盾构下穿建（构）筑物尽量将盾构区间下压，提高盾构开挖面与建（构)筑物距离，降低盾构掘进对建（构）筑物的影响；
（3）对于盾构下穿危险大的建（构）筑物采取有效措施降低盾构穿越危险：建（构）筑物迁改；桩基托换；地层加固；隔离桩等措施。
3、对盾构穿越建（构）筑物进行详细调查
（1）现状调查并对重大危险进行第三方鉴定；
（2）对穿越建（构）筑物地质重新进行详细补勘；
（3）根据鉴定结果与附近地质判断盾构穿越危险；
（4）根据判断的穿越危险提出有效的技术措施；
（5）尤其重视盾构掘进易超方的特殊地层：大漂石地层；透镜体砂层；经降水造成的松散地层；管线渗漏造成的无砂或富含水地层；等等
（6）重视盾构穿越上方的污水管：尽量采取引排措施，防止污水管爆管带来的安全危险。
4、成都砂卵石地层常用的袖阀管注浆加固：应对盾构开挖面以上进行有效加固，而不是对建（构）筑物进行加固；并要采用真正的袖阀管分断注浆加固技术；对于致密性好的砂卵石地层可采用化学浆液加固方法。

4、袖阀管注浆加固：水泥浆或水泥水玻璃浆
袖阀管套壳料：
水泥：膨润土：水——1：1.5：1.88（重量比，配方由现场试验最后确定）；
固管料为单液水泥浆，配比为水：水泥——1：1.5；
袖阀管注浆的浆液配比为水泥：水——0.8-1：1，先稀浆后稠浆。

                              袖阀管注浆法施工顺序

4、袖阀管注浆加固：化学浆液（水玻璃与磷酸、水玻璃与冰醋酸、水玻璃与小苏打等）

                  
                                        
5、盾构穿越建（构）筑物的渣土改良
（1）、泡沫改良的作用：良好的流塑性；低的渗透率；降低刀盘扭矩、降低刀具磨损、良好的润滑性；
（2）、采用泡沫加水的渣土改良方式与泡沫加膨润土浆液的渣土改良方式的优缺点；
（3）、渣土改良的位置与数量，直接影响到土舱渣土的状态与结泥饼的机率；
（4）、螺旋输送机输出的渣土状态并不是土舱内的渣土状态，因此应确保土舱内的渣土经过充分的改良。

 8%含水率的自然土                 加入100%注入率泡沫的渣土      质量比15%水与泡沫土混合


6、盾构穿越建（构）筑物施工措施
（1）由于主轴承扭矩小导致超挖：提高主轴承扭矩（扭矩系数问题）；做好渣土改良（泡沫、膨润土），降低刀盘扭矩；
（2）提高掘进速度，减少扰动，让土拱作用起效果，让振动影响降低；
（3）及时回填（同步注浆、二次注浆），超方及时处理；
（4）采用泡沫加膨润土的结合改良方式，以出渣方量与称重双控，不以土舱压力为主要控制目标（土舱压力的传递不是很准确）；
（5）长时间停机后掘进困难问题：停机失水，渣土流动性差；泡沫失效，渣土内摩擦角增大；启动前加水、注泡沫或稀膨润土浆液；
（6）充分认识盾构穿越危险，做好应急预案：以出渣称重或监测结果确认应急预案是否启动；
（7）盾构按常规施工，可降低出现问题概率：支承环；防扭转；软连接；

下穿危险源三个关键阶段

第一阶段:刀盘切口位置的隆沉控制
1、设定合理的土压,根据理论土压计算结果，结合监测数据分析，在掘进过程中不断优化土压，保持土压平稳，防止土压波动过大；
2、控制出渣量，杜绝超挖超排现象。
3、提高土体改良效果，降低刀盘扭矩和推力；
4、待机土压略高于掘进土压；
5、注意停机保压，做好土仓内土体改良，并及时关闭螺旋机出土口闸门。
第二阶段：盾体上方的沉降控制
1、在富水砂卵地层掘进时，推进过程中在盾壳外侧加注膨润土，以减小盾壳通过过程中上部地层沉降；
2、加快管片拼装速度，减少待机时间；
3、加强设备维护保养，减少非计划停机，实现连续掘进；
4、中、长时间停机，停机前应做好土仓内土体改良和保压，在盾壳同土体之间填充优质膨润土，确保地层稳定。
第三阶段：脱出盾尾5-10环后的沉降控制
1、加强同步注浆管理，控制砂浆质量；
2、管片螺栓二次复紧；
3、及时进行二次注浆，开孔位置必须合理。
4、根据监测数据分析结果，对速率变化大，且不稳定地段进行补强注浆。

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成都地铁在区间隧道施工采用的普通楔形管片分三种，左转弯环、右转弯环、标准环，其中标准弯环不具备拟合曲线和纠偏能力，左转弯、右转弯环是将封顶块置于顶部的时候，管片所能拟合的曲线进行命名的。管片分为封顶块、邻接块、标准标块共计6块，共10个点位，36度一个点位。以封顶块所在位置，参考时钟进行点位编号，分别为1、2、3、4、5、7、8、9、10、11，错缝拼装时分为1、3、5、8、10和2、4、7、9、11两组。

成都地铁管片基本参数为外径6m，厚度0.3m，幅宽1.5m或1.2m，转弯环楔形为等腰梯形，楔形量为38mm，封顶块（K块）与最小或最大楔形量位置为90°关系，以右转管片为例，K块在12点时，最小楔形量在3点，最大楔形量在9点。