盾构试掘进段施工方案 - 图文

目 录

一、编制依据......................................................................................................... 1 二、工程概况......................................................................................................... 1

1、工程概况 ................................................................................................... 1 2、地质情况 ................................................................................................... 2 三、施工参数......................................................................................................... 2

1、土仓压力： ............................................................................................... 2 2、出土量： ................................................................................................... 3 3、注浆： ....................................................................................................... 3 3、二次注浆 ................................................................................................... 4 4、管片拼装 ................................................................................................... 5 5、推进速度及刀盘扭矩 ............................................................................... 5 四、推进控制及注意事项..................................................................................... 6

1、 盾构机掘进方向的操作控制 ................................................................. 6 2、 盾构掘进姿态调整与纠偏 ..................................................................... 6 3、方向控制及纠偏注意事项 ....................................................................... 6 4、管片上浮的控制 ....................................................................................... 7 5、地面控制 ................................................................................................... 8 6、区间隧道有害气体的风险预防 ............................................................... 8 7、质量保证措施 ......................................................................................... 10

一、编制依据

1、杭州盾构始发方案

2、滨康路站～西兴站区间排版图﹑隧道洞门及其它构造图 （HD1/S/STE/05/Q02/01）

3 、管片防水设计图（HD1/S/STE/05/TY/GP/05）

4、 盾构区间钢筋混凝土管片标准图（HD1/S/STE/05/TY/GP/01）

5、 杭州地铁1号线Ⅰ标段滨康路站～西兴站区间详勘阶段岩土工程勘察报告

6、试掘进准备段的施工参数及监测报表

7、各种相关的技术规范和其他相邻单位的成功施工技术及管理经验。

二、工程概况

1、工程概况

本工程为杭州地铁1号线的滨康站～西兴站区间隧道，盾构从滨康站车站结构的西端头井左线始发。盾构始发段平面首先为38m长的缓和曲线，然后为R450m曲线，铅垂面为24‰下坡。 盾构隧道结构为单层拼装式钢筋混凝土预制管片，结构断面为圆形，管片内径5500mm、厚度350mm、环宽1200mm，每环分6块。始发长度定为120m（盾构通过后河以后），始发段隧道洞身主要通过地层为淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土，洞门隧道顶覆土厚度为7.8m，此后沿线路覆土厚度逐渐增大。

自2010年2月8日始发到2010年2月26日8：00已完成盾构掘进25环，目前盾构刀盘切口里程为2+311.962（起始里程为2+276.149），对应的地面监测点为ZX7-2（即原来的ZX8）。目前盾构所在位置的平面及竖向曲线为：平面曲线为半径449.895米的左转弯；竖向曲线为坡度0.89‰的上坡段，往前掘进2.529米后（即里程2+314.491）后进入坡度为23.84‰的下坡段。其间自2010年2月12日上午8：30分首次发生报警以来，已发生多次报警，而且存在7-10管片严重破损的情况。其主要原因是施工经验不足，对杭州的软土地层认识不够。目

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前20#盾构正处于盾构始发阶段，处于盾构参数的摸索阶段。根据业主、监理及其他专家的意见，在23-27环作为盾构试掘进准备段。在此试掘进准备段收集施工信息，确定合理的施工参数作为试掘进段施工参数设定的依据。根据各位专家的意见及相邻施工单位的推进情况，我方对盾构掘进的参数进行了优化。 2、地质情况

盾构所在地层上部为④2淤泥质粘土，高度约2.7米；下部为⑥1淤泥质粉质粘土高度约3.5米。地质描述如下 ：

④2淤泥质粘土：灰色，饱和，流塑，含少量有机质，夹薄层状粉土。无摇震反应，切面光滑，干强度高，韧性高。

⑥1淤泥质粉质粘土：灰色，饱和，流塑，含少量有机质，夹薄层状粉土。无摇震反应，切面较光滑，干强度中等，韧性中等。该层分布有透镜体状的沼气，亦为沼气的主要气源层。

三、施工参数

1、土仓压力：

将原来计算的侧向土压力系数由0.65调整为1.0，根据盾构的埋深由公式计算的理论土压力为： 正面土压力：P=K0γh 其中：P：土压力（包括地下水） γ：土体的平均重度，取1860Kg/m3

h：隧道埋深，根据目前刀盘切口所在的桩号，取8.85米（隧道顶埋深）

K0：土的侧向静止土压力系数 ，根据实际情况取1.0 代入公式后计算得出：P=1.65kg/㎝2，即0.165MPa。

由于采取土压模式掘进，土仓压力约大于正面水土压力10%，即土仓压力初始设定值1.82kg/㎝2，即0.182MPa 。同时根据实际覆土厚度，调整土仓压力， 施工中应根据其他施工参数及地面沉降监测数据予以适当调整。随着隧道埋深的不断加大，土压也会越来越大。

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2、出土量：

根据各位专家的意见，本区间地层土体的松散系数取值1.0比较合适。本工程使用的管片外径为6200mm，环宽为1200mm。刀盘的直径为6340mm，每环的出土量

2V?k?l(d/2)

K—可松性系数,取1.0 d—刀盘直径; l—管片环宽;

代入计算式计算出每环出土量为37.88m3 ，在运输组织设计中，按38m3考虑。每环出土量直接反应了盾构机在掘进施工过程中的超挖情况，当超挖较多时，会使出土量骤增。在掘进过程中，必须严格控制每环的出土量，并作好记录。同时根据地面沉降值及时调整，主要根据土仓压力确定出土量；在保证土仓压力的情况下确定最佳的出土量。 3、注浆：

（1）注浆压力

注浆压力略大于该地层位置的静止水土压力，同时避免浆液进入盾构机的土仓中。

最初的注浆压力是根据理论静止水土压力确定的，在实际掘进中将不断优化。如果注浆压力过大，会导致地面隆起和管片变形，还易漏浆。如果注浆压力过小，则浆液填充速度赶不上空隙形成速度，又会引起地面沉陷。一般而言，注浆压力取1.1～1.2倍的静止水土压力，由前面计算得，顶部水土压力为0.183MPa，底部土压力为0.309 MPa，则最终注浆压力控制在0.20～0.37 MPa。

（2）注浆量

根据刀盘开挖直径和管片外径，可以按下式计算出一环管片的注浆量。 V=π/4×K×L×（D12-D22）式中: V —— 一环注浆量（m3） L —— 环宽1.2（m）

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D12—— 开挖直径6.34（m） D22—— 管片外径6.2（m） K—— 扩大系数取1.5～2 代入相关数据，可得:

V=π/4×(1.5～2)×1.2×（40.2-38.44） =2.5～3.3m3/环

根据上面经验公式计算，注浆量取环形间隙理论体积的1.5～2倍，则每环（1.2m）注浆量Q=2.5～3.3m3。根据目前盾构掘进情况发现注浆量偏小。计划每环注浆3.5～4.0m3。

（3）浆液配比

本工程采用水泥砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点。水泥采用PC32.5水泥，由于浆液配比是根据地层的特点和施工推进的速度等因素而选定的，所以在施工过程中，要加强对施工影响地段地表隆起和沉陷的观测，并及时掌握地层的变化情况以及浆液的适应性等，做到信息化施工。

目前，根据施工情况及脱出盾尾的管片所在区域的地表监测及管片姿态来看，原有的配比不适用于杭州的地层。为此我方请教了相邻的19#盾构，计划采用他们的配比，将原有的水泥用量减少，将粉细砂改为中粗砂，加大浆液稠度，降低浆液初凝时间，增加早期强度。具体配比如下表：

同步注浆材料配比和性能指标表

水泥（kg） 粉煤灰（kg） 205 膨润土（kg） 砂（kg） 水（kg） 500 外加剂 按需要根据试验加入 50 95 1000 3、二次注浆

盾构机穿越后,考虑到环境保护和隧道稳定因素，如发现同步注浆有不足的地方，通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆，补充一次注浆未填充部分和体积减少部分，从而减少盾构机通过后,土体的后期沉降，减轻隧道的防水压力，提

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高止水效果。

二次注浆使用盾构配套注浆泵，注浆前,凿穿管片吊装孔外侧保护层，安装专用注浆用接头。

二次注浆采用水泥浆——水玻璃双液浆，注浆压力一般为0.2～0.4MPa。 二次注浆材料配比和性能指标表

水泥（g） 粉煤灰（g） 膨润土（g） 减水剂（g） 水（g） 水玻璃（g） 280 80 40 4 600 75 二次注浆主要以压力控制，需多次反复，确保将管片与土体之间的间隙填充密实。 4、管片拼装

（1） 管片选型以满足隧道线型为前提，重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一掘进循环限值，确保有足够的盾尾间隙，以防盾尾直接接触管片。

（2） 管片安装应从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。安装第一块管片时，用水平尺与上一环管片精确找平。

（3） 安装邻接块时，为保证封顶块的安装净空，安装第五块管片时一定要测量两邻接块前后两端的距离（分别大于F块的宽度，且误差小于+10mm），并保持两相邻块的内表面处在同一圆弧面上。

（4） 封顶块安装前，对止水条进行润滑处理，安装时先径向插入2/3，调整位置后缓慢纵向顶推。

（5） 每块管片安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力大于稳定管片所需力，达到规定要求，然后方可移开管片拼装机。

（ 6） 管片安装完后，在管片脱离盾尾后要对管片连接螺栓进行二次紧固。 5、推进速度及刀盘扭矩

盾构在该段推进尽量控制推进速度，目前推进速度不宜大于1.4cm/min；同时根据推进速度控制刀盘扭矩，刀盘扭矩电流控制在220A～300A之间。

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四、推进控制及注意事项

1、 盾构机掘进方向的操作控制

根据线路条件所做的分段轴线拟合控制计划、导向系统反映的盾构姿态信息，结合隧道地层情况，通过分区调整盾构机推进油缸推力来控制掘进的方向。

具体操作原理是，加大盾构所需转弯方向外弧线一侧油缸的推力，并时时调整压力分配情况。同时应该注意千斤顶的压力差不宜过大，通常要求对应千斤顶压力差一组不宜大于另一组的25%，以免在大推力的情况下，因压力差过大对隧道管片造成破损。

2、 盾构掘进姿态调整与纠偏

在盾构掘进施工过程中，不可能完全按照设计线路掘进，有时要产生一定的偏差，如果盾构机偏离设计轴线20mm，就要进行盾构机纠偏。

盾构纠偏可以分为两步，首先在掘进过程中，通过调整各组油缸的推力来进行纠偏。掘进完成后再通过管片的拼装进行轴线拟合，即根据盾构机的纠偏方向和油缸行程情况选择拼装楔形环。当盾构滚动角超限时，盾构机会自动报警，为了防止滚动值超限，在掘进过程中应采用刀盘正转和反转相结合的方式进行开挖。当滚动报警时，应引用反转刀盘的方法进行滚动偏差调整。

盾构机纠偏应逐步进行，不能一次到位。一般情况下，每环的纠偏量在水平方向上不超过9mm，在竖直方向上不超过5mm，折角不宜大于4%。同时，安装管片也应注意，所选择的管片类型应考虑在安装完成以后使油缸行程差变小。

3、方向控制及纠偏注意事项

（1） 在切换刀盘转向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快，切换速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏；

（2） 根据掌子面地层情况应及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值。达到警戒值时就应该实行纠偏程序。

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（3） 蛇行修正及纠偏时应缓慢进行，如修正过程过急，蛇行反而会更加明显。在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线性管理。在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切；

（4） 推进油缸油压的调整不宜过快、过大，且对应的分组千斤顶的压力差不宜过大，否则可能造成管片局部破损甚至开裂；

（5） 正确进行管片选型，确保拼装质量与精度，以使管片断面尽可能与设计掘进方向垂直； 4、管片上浮的控制

（1） 了解隧道所经过地段的地质情况，包括里程、土层分布、深度、强度、含水量，预先制定不同地段采取不同的掘进措施。在掘进过程中，及时调整掘进速度、刀盘润滑剂添加量、掘进模式等施工参数。

（2） 加强对盾构机姿态的控制，尤其在上坡或下坡地段必须注意千斤顶的作用分力对管片的影响，及时调整姿态及千斤顶行程差。避免超挖和蛇行，尽量使各组推进油缸推力适当均衡。

（3） 在变坡段一定要注意做好管片的选型及正确安装。

（4）控制测量的精度和频率，要严格按要求建立起一套严密的人工测量和自动测量控制系统，严格控制测量的精度，合理布设洞内的测量控制点和导线，根据工程中的实际情况合理控制测量和复核的频率。根据测量的结果来调整盾构机的控制参数和管片的拼装等（如调整对称千斤顶的行程差，合理控制各区域千斤顶的行程，更合理使用超挖等设施，调整管片类型和拼装方式等）。

（5）改变砂浆配比，提高水泥用量，降低浆液初凝时间，及时、足量注浆，提高固结效果。

（6）加强管片姿态测量，一旦有上浮异常现象，立即启用二次注浆（在隧道顶部注双液浆），有效控制管片进一步上浮。

（7）保证管片连接螺栓的安装质量。管片拼装过程中尽量减小管片之间的错台，及时安装连接螺栓，确保管片定位准确，连接牢固。用仪器检测管片安装的误差，若误差超过允许值需进行调整；管片安装就位后，在下一循环的掘进开始

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时，推进系统作用于管片上的轴向压力应缓慢、均匀地施加；管片连接螺栓在掘进的开始时也会出现松动，需及时对松动的螺栓进行紧固。 5、地面控制

地面控制分为两部分：切口环前面的地面控制和盾尾后的地面控制。对于切口环前面的地面沉降主要由土仓压力控制，根据不同的隧道埋深设置合理的土仓压力，保证在盾构掘进过程中前方的土体适当隆起。

对于盾尾以后的地面控制主要由同步注浆和二次注浆控制。掘进过程中严格控制注浆压力和注浆量，保证将管片和土体之间的间隙填充密实。同时根据地面监测情况及时进行二次补浆，减少土体反应时间。

同时加强监测，加大监测频率，即使掌握地面的变化。采集最新的信息指导施工。目前监测频率已达到4次/天，根据实际情况，如有必要将会继续增加。确保盾构顺利推进。

6、区间隧道有害气体的风险预防

根据滨康路站~西兴站区间地下有害气体特征研究报告显示，在K2+295~K2+595的里程范围分布着大小不一的有害气体（主要成分为甲烷），长度约为300m。地下气体以透镜体形式存在，主要赋存于⑧2淤泥质粉质粘土夹粉砂层，含气层顶板埋深在地面以下26.6~29.0m处；含气层底板埋深在地面以下30.8~32.7m处。有害气体最大气压在0.352~0.4Mpa之间，有害气体最大流量为22.63m3/h。

对于盾构区间存在高压沼气的情况，根据类似工程施工经验，采取以下措施进行防治，一是地面排放沼气，降低沼气压力到安全范围；二是在盾构施工过程中采取加强通风措施；三是建立沼气监测系统，四是进行沼气防治安全教育。五是制定应急系统预案。

（1）盾构推进前在隧道北侧沼气压力较高区域，加大沼气排放范围，把目前已知的高压沼气区的沼气全部释放，把沼气压力全部降低，这样，消除掉沼气高压区，沼气无地下运营压力差，无法进行沼气运营。

（2）隧道配备1台2×55KW轴流风机和直径φ1100mm拉链式软风管进行

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压入式通风，同时在盾构机前体部位、台车上方及出土口部位附近增设小型电风扇综合通风，保证隧道内通风通畅，防止沼气聚集。

6-1 区间沼气分布图

（3）加强火源的管理。隧道内原则上杜绝使用明火，建立严格的用火审批

制度。必须使用时必须专人批准，并采取可靠措施后方可使用明火。

（4）加强对施工人员的教育、管理。施工前，对全体参施人员进行安全教育，强化甲烷等有害气体危害的防范教育。隧道内严禁吸烟。严格执行下井挂牌制度，上下井清点人数，备好防毒面具。

（5）加强电气线路及设备的管理，规范电气线路连接及设备的使用，防止火花的出现。

（6）在隧道内管片顶部，隔300m安装一台吹风机，增加洞外新鲜空气向隧道内的流动，同时加快风向外流动速度。

（7）加强隧道和地面的通讯联系，盾构施工时安装内线电话，线路随盾构掘进而延伸。

（8）加强隧道内空气质量监测。在盾构机的前体，螺旋出土口，操作室设沼气监测仪器。盾构隧道内监测沼气装置采用JCB-CJ97A型便携式甲烷检测报警仪，适用于煤矿井下、巷道等处连续监测环境中甲烷（瓦斯）浓度。当甲烷浓度超限时，自动发出声、光报警。共计使用6台监测仪。当报警时立即停止作业，组织作业班组有序离开密闭空间。在密闭空间动态管理牌上检查核对人员数量，

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保证所有人员安全疏散完毕。加强通风，等待应急指挥小组发出新的指令。 7、质量保证措施

建立以项目经理为组长，总工程师为副组长的质量保证体系。质量管理小组负责定期召开质量分析会议，检查分析质量目标的执行情况。

7.1 盾构掘进质量保证措施

a 正确使用盾构机所装备的高度现代化的自动实时监控测量指引系统。 b 在盾构隧道施工之前，要严格按要求建立起一套严密的人工测量和自动测量控制系统，根据自动的精度和工程的精度要求决定人工控制测量和复核的内容及频率。

c 认真做好盾构机的操作控制，按“勤纠偏、小纠偏”的原则，通过严格的计算，合理选择和控制各千斤顶的行程量，从而使盾构和隧道轴线在容许偏差范围内，切不可纠偏幅度过大，以控制隧道平面与高程偏差而引起的隧道轴线折角变化不超过0.4%。

d 合理使用超挖刀和千斤顶来控制盾构机的轴线，从而实现对隧道轴线的线形控制。

7.2 管片拼装质量保证措施

a依据隧道中线和设计中线以及盾构机和管片的关系，通过计算修正曲线来确定管片的类型和超前量。选取管片时要多方面考虑，选取管片时也要本着“勤纠偏、小纠偏”的原则进行，以减小片拼装时的错台。

b 确保质量合格、管片类型符合工程师指令的管片才准进洞。 c 严格按指定的拼装工艺进行拼装。

d 拼装过程中经尺量管片错台符合拼装要求后，再将管片就位。

7.3 管片衬砌防水质量保证措施

a 确保管片的自身防水符合设计要求，并对管片弹性密封垫入洞前进行严格的验收。

b 严格控制拼装工艺，提高管片拼装的质量。

c 在F型管片拼装前先于弹性密封垫上涂抹润滑剂，以减少弹性密封垫在拼装中出现的错位。

e 安装管片螺栓接头前检验止水垫圈完整方可安装螺栓。

f 盾构掘进时盾尾空隙注浆要严格控制配比，以形成稳定均匀的管片防水

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层。

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