盾构掘进施工方案 - 图文

盾构掘进施工方案

盾构掘进施工方案

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盾构掘进施工方案

5.1 盾构100m试掘进施工

盾构开始掘进的100m称为试掘进段。通过试掘进段拟达到以下目的： （1）用最短的时间对盾构机进行负载调试。

（2）了解和认识本工程的地质条件，掌握该地质条件下土压平衡的施工方法。 （3）收集、整理、分析及归纳总结各地层的掘进参数，制定正常掘进各地层操作规程，推力、推进速度和排泥量三者的相互关系，实现快速、连续、高效的正常掘进。

（4）熟悉管片拼装的操作工序，提高拼装质量，加快施工进度。

（5）通过本段施工，加强对地面变形情况的监测分析，反映盾构机出洞时以及推进时对周围环境的影响，掌握盾构推进参数及同步注浆量。

（6）通过对地层推进施工，摸索出在盾构断面处于各地层中，盾构推进轴线的控制规律。

（7）通过试掘进段的试验项目：注浆液的配合比，添加剂的类型和用量，盾构推进的各种参数，施工模式的选择。

（8）验证不同岩层对刀盘、刀具的磨损量，结合推力、刀盘转速等，确定最优的参数，并计算换到点。

5.2 盾构正常段的施工 5.2.1 掘进模式的选择

土压平衡盾构机具有敞开式、半敞开式及土压平衡三种掘进模式，土压平衡模式又分为普通土压平衡、加泥土压平衡模式。为了获得理想的掘进效果、保证开挖面稳定、不发生涌水、涌砂及坍塌等事故，有效控制地表沉降及确保地面建筑物安全，必须根据不同的地质条件选择不同的掘进工况。本标段区间隧道主要穿越地层<3-2>中粗砂层、<4-2B>淤泥质粉质粘土、<5Z-2>砂质黏性土、<6Z>全风化花岗片麻岩、<7Z>强风化花岗片麻岩、<8Z>中风化花岗片麻岩、<9Z>微风化花岗片麻岩、断层破碎带，地质较复杂，因此盾构机在推进过程中采用土压平衡模式。通过试掘进段的掘进选定了七个施工管理指标来进行掘进控制管理:a、土仓压力；b、推进速度；c、总推力；d、排土量；e、刀盘转速和扭矩；f、注浆压力和注浆量；g、加泥量和加泥配比，其中土仓压力和同步注浆量是主要的管理指标。

（1）土压平衡模式 ①适应的工况

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a、洞身处于淤泥质粉砂、泥质粉砂岩等自稳定性差的地层。 b、当地层可能有较大涌水、涌砂时。 ②土压平衡模式的实现

土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土体充满土仓，由盾构机的推进、挤压而建立起压力，加泥土压平衡模式时通过添加膨润土泥浆等外加剂使土仓内形成可塑状泥土，利用这种泥土压与作业面地层的土压、水压平衡。同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，始终维持开挖土量与排土量的平衡保持压力，以保持开挖面土体的稳定。

③土压平衡模式下土仓压力的控制方法 土仓压力控制采取以下两种操作模式：

a、通过螺旋输送机来控制排土量的模式:即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时盾构的推进速度人工事先给定。

b、通过推进速度来控制进土量的模式:即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时螺旋输送机的转速人工事先给定。

掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式，以保证开挖面的稳定。 ④掘进中排土量的控制

排土量的控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一。根据对渣土的观察和监测的数据，要及时调整掘进参数，不能出现出渣量与理论值出入较大的情况。一旦出现，立即分析原因并采取措施。

理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的，掘进的速度和P值设定后，盾构机可自动设置理论转速N。

QS 根据渣土车的体积刻度来确定。

QS应与掘进速度决定的理论渣土量Q0相当，即： Q0=A×V×n0 A-切削断面面积 n0-松散系数 V-推进速度

通常理论排土率用K =QS/Q0表示。

理论上K值应取1或接近1，这时渣土具有低的透水性且处于好的塑流状态。事实

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上，地层的土质不一定都具有这种性质，这时螺旋输送机的实际出土量与理论出土量不符，当渣土处于干硬状态时，因摩擦力大，渣土在螺旋输送机中输送遇到的阻力也大，同时容易造成固结堵塞现象，实际排土量将小于理论排土量，则必须依靠增大转速来增大实际排土量， 以使之接近Q0，这时Q0＜QS，K＞1。当渣土柔软而富有流动性时，在土仓内高压力作用下，渣土自身有一个向外流动的能力，从而渣土的实际排土量大于螺旋输送机转速决定的的理论排土量，这时Q0＞QS，K＜1。此时必须依靠降低螺旋输送机转速来降低实际出土量。当渣土的流动性非常好时，由于螺旋输送机对渣土的摩阻力减少，有时会产生渣土喷涌现象，这时转速很小就能满足出土要求。

渣土的出土量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适的支撑压力值，使掘进机的工作处于最佳状态。当通过调节螺旋输送机转速仍达不到理想的出土状态时，可以通过改良渣土的可塑状态来调整。

⑤土压平衡模式的技术措施

a、进行开挖面稳定设计，控制土压力，采用土压平衡模式掘进，严格控制出土量，确保土仓压力以稳定开挖面来控制地表沉降。

b、向土仓和刀盘面注入泥浆和泡沫，形成隔水泥膜，防止水从地层中渗出，提高土仓内渣土的稠度来改善渣土的止水性以及在螺旋输送机上安装止水保压装置，以使土仓内的压力稳定平衡。

c、选择合理的掘进参数，确保快速通过，将施工对地层的影响减到最小。 d、定期使螺旋输送机的正反来回转，保证螺旋输送机内畅通不发生堵塞。 e、适当缩短浆液胶凝时间，保证注浆质量。

f、向土仓和刀盘注入泡沫和水改善土体的流动性，防止泥土在土仓内粘结。 (2)半敞开模式及敞开模式

半敞开模式及敞开模式主要在稳定性较好的岩层中掘进施工。

本合同段隧道大部分地段在粉质粘土、砂质粘土地层中通过，部分通过微风化岩层，隧道从岩石中、微风化岩层中通过时，盾构机掘进时根据现场具体情况可以尝试采用半敞开模式掘进,既可以减小刀具的磨损,又能较为容易地施加推进力。硬岩段盾构掘进除选择好掘进模式外,重视刀具管理和外加剂系统科学合理的使用尤为关键。

5.2.2 渣土改良和管理

在粘性大及复杂地层的盾构施工中，根据围岩条件适当注入添加剂，确保渣土的流

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动性和止水性，同时要慎重进行土仓压力和排土量进行管理。

(1)渣土改良的目的

①使渣土具有良好的土压平衡效果，利于稳定开挖面，控制地表沉降； ②提高渣土的不透水性，使渣土具有较好的止水性，从而控制地下水流失； ③提高渣土的流动性，利于螺旋输送机排土； ④防止开挖的渣土粘结刀盘而产生泥饼； ⑤防止螺旋输送机排土时出现喷涌现象；

⑥降低刀盘扭矩和螺旋输送机的扭矩，同时减少对刀具和螺旋输送机的磨损，从而提高盾构机的掘进效率。

（2）改良的方法与添加剂种类

渣土改良就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓内或螺旋输送机内注入泡沫或膨润土，利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与渣土混合，其主要目的就是要使盾构切削下来的渣土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力，以满足在不同地质条件下盾构掘进可达到理想的工作状况。

添加剂的种类主要有：膨润土、聚合物和发泡剂及泡沫。具体用那种添加剂由试验段确定。

（3）渣土改良的主要技术措施

根据本工程的地质条件和盾构施工的经验，采取如下主要技术措施。

①在砂质粘性土、粉质粘性土和全风化岩地段的掘进中，主要是要稳定开挖面，防止刀盘产生泥饼。拟采取分别向刀盘面和土仓内注入泡沫的方法进行渣土改良，必要时可向螺旋输送机内注入泡沫。泡沫的注入量为每立方米渣土300-600升。同时，还可采用滚片式割刀与刮刀混合破岩削土，增大刀盘开口率等方法来防止泥饼形成。

②在中风化、微风化混合岩地段的掘进主要是要降低对刀具磨损、螺旋输送机的磨损，防止涌水，拟采取向刀盘前和土仓内及螺旋输送机内注入泥浆的方法来改良渣土。泥浆的注入量一般为每立方米渣土注入20%-30%。

③在砂土地层中掘进时，主要是保持土仓内的压力平衡，以稳定开挖面，控制地层沉降，拟采取向刀盘面和土舱内注入泡沫来改良碴土。泡沫注入量根据具体情况确定。

④本标段地质报告未显示富水地层，如遇到富水地层时，可采取措施：在富水地段和其它含水地层采用土压平衡模式掘进时，主要是要防止涌水、防止喷涌，拟向刀盘面、

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土仓内和螺旋输送机内注入膨润土，并增加对螺旋输送机内注入的膨润土，以利于螺旋输送机形成土塞效应，防止喷涌。膨润土添加量应据具体情况确定。

（4）防泥饼措施

隧道穿越砂质粘性土、粉质粘性土时，盾构掘进时可能会在刀盘尤其是中心区部位产生泥饼，当产生泥饼后，掘进速度急剧下降，刀盘扭矩也会上升，大大降低开挖效率，甚至无法掘进。施工中拟采取的主要技术措施：

加强盾构掘进时的地质预测和泥土管理，特别是在粘性土中掘进时，更加密切注意开挖面的地质情况和刀盘的工作状态。

在这种地层掘进时，增加刀盘前部中心部位泡沫注入量和选择比较大的泡沫加入比例，减少渣土的粘附性，降低泥饼产生的机率。

一旦产生泥饼，及时采取对策，必要时采用人工处理的方式清除泥饼。 必要时螺旋输送机内也要加入泡沫，以增加渣土的流动性，利于渣土的排出。 防止泡沫管堵塞，泡沫质量要好。

5.2.3 管片验收与拼装

本工程采用管片主要设计参数：

管片内径：5.4m；管片厚度：300mm；管片外径：6.0m；管片宽度：1.5m； 分 块 数：6块，一块封顶块（K块），两块邻接块（B、C块），三块标准块（A1、A2、A3块）。 5.2.3.1 管片生产

本合同段管片预制生产由我单位进行招标后产生，管片生产厂家必须有生产资质，并在广州地铁应用过，在进场后组织管片生产厂家进行招标生产，并提出生产计划满足我单位施工需要。管片生产应符合以下要求。

管片制作的各个工序必须经过质检工程师自检合格后，报监理检验合格后，方可开始下道工序施工。

1、管片骨架制作

（1）钢筋制作严格按照设计图纸要求加工，不得随意更改。 （2）钢筋的表面洁净，不得有锈皮、鳞落、油漆等污垢。

（3）生产使用的钢筋必须顺直，凡经调直处理的钢筋表面不得有伤痕。 （4）成型的钢筋骨架通过试生产，经检验合格后方可成批下料加工。

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（5）管片弧形钢筋骨架其落料和成型尺寸必须正确，并在合格的靠模中定位、焊接。

模具清洁 喷/涂脱模剂 合格 放钢筋笼 模具组装 尺寸检查 上预埋件和模具润滑油 砼检查 合格 浇筑砼 拱背光面 钢筋笼验收 钢筋下料 钢筋笼制作 修补或返厂 不合下井拼装管片 废弃砼 废弃管片 水养 不合格 运至工地 合格 安装防水材料 不合格 场地存储 养护 标记管片 管片修整 管片检查 拆模 格 不合格 图5.2-1 管片生产施工工艺流程图

（6）钢筋进入弯弧机时保持平稳、匀速，防止平面翘曲，成型后表面不得有裂纹。 （7）严格按照配筋单配料，各种规格的钢筋分类堆放。

（8）钢筋骨架单片焊接成型，必须在靠模内进行，其平行搭接的焊缝厚度不小于0.3倍钢筋直径，焊缝宽度不小于0.8倍钢筋直径，搭接长度不小于30mm，钢筋交叉搭接缝厚度不小于0.35倍钢筋直径，焊缝宽度不小于0.6倍的钢筋直径。

（9）焊接成型时，焊接处不得有缺口、裂缝及较大的金属焊瘤，钢筋端部的扭曲、弯折予以校直或切除。

（10）焊接不得出现咬肉、气孔、夹渣现象，焊接后的氧化皮及焊渣须清理干净。成型骨架起吊运输需与行车工密切配合，必须垂直起吊，不准斜吊，钢筋骨架吊装采用横担式专用工具，确保骨架在吊装过程中不产生变形。

钢筋骨架制作成型后，按规定要求进行实测检查，检查中发现的个别脱焊、漏焊及时予以补焊，检查合格后，认真做好记录，挂好标识牌并分类堆放，由专职质检员对其进行检查，检查合格后在标识牌上盖上合格章。预埋件所用的材料、加工精度、焊接高度、长度，严格按照设计图纸加工。外加工预埋件在成品进厂时必须由技术质量部进行质量检验，要有合格证书。其抽检比例10%，做好记录，若不合格则应全数检验，不合格预埋件予以剔除不用。

2、组模及钢筋骨架入模

（1）在钢模合拢前，先查看一下模底与四块侧模接触处是否干净，然后合上端头板，合上两面侧板，拧定位螺栓，先中间后两头，打入定位销，检查端板与侧板一定要

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密贴旋紧。

（2）模具组装完毕后，必须对钢模的内净宽度进行快速检查，检测误差必须在规定的偏差范围内，班组自检合格后，必须经过专职检验员复验，合格后方可进入下道工序，并做好记录。

（3）入模的钢筋骨架必须经检查合格。

（4）钢筋骨架搬运、入模采用横担式专用工具，确保骨架不变形。

（5）钢筋骨架的隔离器采用专用塑料支架。选用标准：应符合厚度、承受力和稳定性要求，支架颜色同管片混凝土保持一致，并经监理工程师检验认可。

（6）钢筋骨架入模后，检查底部、两端、两侧的混凝土保护层主筋的混凝土保护层控制在要求的范围内，管片中的预埋件锚固钢筋与管片的主筋焊接牢固，预埋件按要求定位准确。

（7）环向、纵向芯棒安装前清除杂物，表面涂脱模剂，斜垫圈涂黄油。 （8）纵向、环向预留孔加强螺栓钢筋就位时固定在构造钢筋上，并确保与预留芯棒、钢模侧（端）板等部件保持足够的间隙。

（9）管片中预埋件每根锚固筋必须与管片的主筋焊接牢固。若两者直接搭接有困难可另加连接筋，将其两端分别与钢筋骨架、锚筋搭焊。

芯棒入模安装到位后必须用斜插销固定，所有芯棒不准敲击。 3、混凝土浇筑

（1）混凝土振捣采用附着式振捣器振动成型。开启附着式振捣器，直到混凝土与侧板接触处不再有喷射状气、水泡、构件表面均匀为止。

（2）混凝土分层次灌注，注意使用混凝土在模具内匀布。

（3）成型后的管片外弧面的混凝土收水应根据气温间隔一定时间后进行。间隔时间一般以管片外弧面混凝土表面已达到初凝来控制。收水必须使管片外表面压实抹光且保证外弧面的平整和顺。

（4）在收水过程中，为保证管片边口处密实，收水工需用铁板压管片的边口处。 （5）钢模内侧面和端面螺栓孔芯棒既要便于脱模又要防止塌孔，砼初凝前转动一下芯棒，但严禁向外抽动，当混凝土初凝后再次转动芯棒，视混凝土结硬程度抽出芯棒。

（6）当芯棒拔出后，须将芯棒洗刷干净并涂上机油，放在指定的地方备用。 （7）混凝土从出料到入模的时间最长不得超过60分钟，若超过规定时间则不能使用，同样混凝土料在钢模内（因其他故障原因）未振捣好，也不得超过90分钟（在故

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障时间内立即报告），立即采取其他措施。

4、管片养护

（1）管片前期养护采用小隔间蒸汽养护。

（2）管片蒸养必须严格分静养、升温、恒温、降温等四个阶段进行，混凝土养护过程中，应加强温度控制和测定。升温、降温速率不得大于20℃/h。升温和降温阶段每小时测温不得少于2次，稳定期每小时不得少于1次。

（3）混凝土浇筑入模完成静养后，关闭蒸养室顶盖升温，在40~45℃蒸汽环境中停放不少于30分钟；然后继续升温至75~80℃并保温3小时，再将其降温至室温，蒸汽养护的具体时间由现场时间再行调整，标准是能使管片混凝土强度至少达到20MPa。试验在与蒸汽养护混凝土管片同样处理的试件上进行。

（4）测温人员要严格执行蒸养制度，加强观测，做好测温记录，配合试验人员按规定放置和取出试块，砼试块与管片同条件养护。

（5）管片蒸养后，脱模小组根据试验室签发的管片拆模通知单脱模起吊。 5、脱模

（1）管片脱模前需松预埋件和模板紧固夹具等部件，管片用真空吸盘起吊，操作时慢慢起吊，平均受力。在使用、维护真空吸盘时，要严格遵守该机器的操作规程。

（2）吊装工操作时，必须听从起重工的指挥，并负责观察两端起吊高度。起吊时不得倾斜，上升时两端必须手扶稳，严禁撞击模板。

（3）管片在专用翻身架上进行翻身，成侧立状态。同时拆除管片上其他零件。 （4）管片翻身后，拆下的附件集中送放到原钢模位置，交装模工验收安装，不得随意摔砸。

（5）在管片的内弧面、端头、侧面上方同一方位盖上该管片的型号、生产日期及班次。

（6）在翻转整修区，质检员要检测管片外形尺寸及外观质量，并填在相应的检测表中。

6、管片的修补及养护 （1）管片外观质量要求

混凝土管片应外光内实在，外弧面平整、螺栓孔圆滑、边棱完整无缺损、无色差，不允许有裂缝；密封垫沟槽两侧及平面转角处不得有剥落、缺损。

管片不得有缺角、掉边、蜂窝等外观缺损，麻面应小于0.5%；管片外观质量检验

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均需有专职质检员检验并记录。

（2）管片表面蜂窝、凹陷、掉角或其他损坏的缺陷修补

修补前必须用钢丝刷或加压水冲刷清除缺陷部分，或凿去薄弱的混凝土表面，用水冲洗干净，应采用比原混凝土强度等级高一级的砂浆填补缺陷处，并抹平，修整部位应加强养护，确保修补材料牢固粘结，色泽一致，无明显痕迹。

（3）管片表面裂缝的缺陷修补

对于小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂封堵；大于0.2mm裂缝，凿一条宽度20mm的槽，深度大于裂缝深度，用水冲洗干净，采用比原混凝土强度等级高一级的砂浆填补缺陷处，并予以抹平，洒水养护。

（4）定位销塑料衬套的缺陷修补

凿出塑料衬套，用水冲洗干净凿除部位，重新按正确位置安装塑料衬套。 （5）合格的管片喷洒养护剂进行养护。

（6）管片在养护前必须清理干净，同时对有螺纹的埋件涂嵌黄油或加闷盖。 7、管片的堆放

（1）管片在蒸养成型后，将经过脱模、翻身、转向、养护、堆放贮存、出厂运输等一系列操作步骤，为避免损坏管片的表面、边缘和角部，必须采取相应的保护措施。

（2）管片运输、堆放过程中，要有专人指挥，防止碰撞损坏。

（3）各种专用工具及各类吊索具，必须由专人负责，每周至少检查一次，发现问题及时整改，不得冒险作业。

（4）每次吊运管片时，必须使用专用吊索具并检查吊索具的使用情况，管片吊运时严禁从人体上空穿过。

（5）管片堆放场地必须坚实平整。垫木厚度一致，放置位置正确。管片贮存时，必须注意不要让管片产生有害裂纹或永久性变形等，需要选择适当的贮存场所和贮存方法，以免因其自重造成的贮存场所不均匀下沉和垫木变形而产生异常应力和变形。贮存时，不要让油类、泥等污损管片。

（6）管片可侧立按型号堆放，堆放高度以2层为宜，不得超过3层。

（7）垫木要求：截面不小于150mm×200mm，长度不短于1.5m；质硬；不得有腐烂。

8、管片出厂检验及运输

（1）出厂前每片管片必须经过质量检验。管片应达到外光内实，外弧面平整光洁，

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