盾构掘进作业指导书

盾构掘进作业指导书一、编制目的规范及指导盾构推进施工，使盾构推进处于受控状态。

二、适用范围本作业指导书适用于土压平衡盾构机掘进施工。

三、掘进作业工序流程和操作控制程序盾构掘进作业工序流程见图3-1掘进作业工序流程图，工序操作控制见图3-2掘进工序操作控制程序框图。

图3-1 掘进作业工序流程图图3-2 掘进工序操作控制程序框图四、盾构掘进参数的初步设定与控制4.1土仓压力值P的选定盾构在掘进过程中据此取得平衡压力的设定值，具体施工时，根据盾构所在的位置的埋深、土层状况及地表监测结果进行调整。

盾构掘进过程中地表隆陷与工作面稳定的关系以及相应技术对策见下表：表4-1 地表沉降与工作面稳定关系及相应对策4.2出碴量的控制每环理论出碴量每（实方）为：[（π•D²）÷4]×L=[（π×6.28²）÷4]×1.5=46.46m³/环盾构推进出碴控制在98%~100%之间,即45.53m³/环~46.46m³/环。

4.3掘进速度掘进速度及推力的选定以保持土仓压力为目的，根据施工的实际情况并调整掘进速度及推力。

正常情况下应为20~40mm/min。

4.4盾构轴线及地面沉降控制盾构轴线偏离设计轴线不大于±50mm，地面隆陷控制在+10mm~-30mm。

4.5盾构推进中的碴土改良一般地层土不会自然具有这些特性，从而使刀盘摩擦增大，工作负荷增加。

同时，密封仓内碴土塑流状态差时，在压力和搅拌作用下易产生压密固结等现象，从而无法形成有效的对开挖仓密封和良好的排水状态。

当碴土透水性强时，碴土在螺旋输送机内排出时无法形成有效的压力递降，土仓内的土压力无法达到稳定的控制状态。

当碴土满足不了这些要求时，需通过向刀盘、土仓及螺旋输送机内注入添加剂对碴土进行改良，采用的添加剂种类主要是泡沫或泥浆。

（1）泡沫剂的使用泡沫通过盾构机上的泡沫系统注入。

泡沫的组成比例如下（一般为）：泡沫溶液的组成：泡沫添加剂3%，水97%。

泡沫组成：90~95%压缩空气和5~10%泡沫溶液混合而成。

泡沫的注入量按开挖方量计算：300~600L/m³。

（2）膨润土的使用在粉性土层中推进时要考虑往土仓注入膨润土。

其配合比为：水：膨润土：粉煤灰：添加剂= 4：1：1：0.1，加膨润土量为5%~20%土量。

注入压力与盾构的土仓压力一致或略高。

五、施工步骤5.1盾构掘进（1）推进阶段采用100米试推阶段掌握的最佳施工参数。

通过加强施工监测，不断地完善施工工艺，控制地面沉降。

施工进度应采用均衡生产办法。

（2）推进过程中，严格控制好推进里程，将施工测量结果不断地与计算的三维坐标相校核，及时调整，将里程偏差控制在，缓和曲线、圆曲线X（隧道设计纵轴方向即沿里程方向）Y（垂直隧道沿设计轴线方向）<50mm。

（3）盾构应根据当班指令设定的参数推进，推进出土与衬砌外注浆同时进行。

不断完善施工工艺，控制施工后地表最大变形量在+10～-30mm之间。

（4）盾构掘进过程中，坡度不能突变，隧道轴线和折角变化不能超过0.4%。

（5）盾构掘进施工全过程须严格受控，工程技术人员根据地质变化、隧道深埋、地面载荷、地表沉降、盾构机姿态、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。

盾构机操作人员须严格执行指令，谨慎操作，对初始出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免盾构机走“蛇”形，盾构机一次纠偏量不宜过大，以减少对地层的扰动。

（6）作好施工记录，记录内容：①隧道掘进——环号——掘进速度——盾构正面土压力——刀盘转速、油压、螺旋机转速——盾构推力、千斤顶开启数量及位置、油压——盾构内壁与管片外侧环形空隙（上、下、左、右）②同步注浆——注浆压力、数量、稠度——注浆材料配比——注浆试块强度（每天取样实验）——实际注浆与理论注浆量的百分比③测量——盾构倾斜度——盾构旋速——隧道椭圆度——推进总距离——隧道每环衬砌环轴心的确切位置（X、Y、Z）与设计轴线的偏差。

④隧道渗漏水统计展示图及渗漏水量，每推进100m，提交一次给监理工程师。

上述记录的副本施工单位及时提交给监理工程师。

5.2盾构在曲线地段的掘进在曲线段（包括水平曲线和竖向曲线）施工时，盾构机推进操作控制方式是把液压推进油缸进行分区操作，分别控制和调整推进油缸的油压。

盾构机按预期的方向进行渐进调向运动。

按盾构设计本标段曲线施工时，除通过调整推进油缸推力调整盾构机掘进方向外，还采取安装契形块（平曲线）和在管片环缝粘贴石棉橡胶板的方法，使推进轨迹符合设计路线的弯道要求。

在曲线段推进时，注意以下几点：（1）进入弯道施工前，调整好盾构的姿态。

尽量减少盾构机中心轴线和隧道中心轴线的夹角和偏移量，避免产生较大的超挖量；（2）精确计算每一推进循环的偏离量与偏转角的大小，合理调整推进推力、分区与组合方法；（3）加强监控测量工作，及时反馈信息，调整和优化参数。

根据陀螺仪导向系统的测量结果，确定下次推进的纠偏量与推进组合运用方式。

经常对盾构机的姿态进行测量，校对导向系统的测量并进行调整；（4）合理的运用超挖刀，控制好超挖量。

尽量使盾构靠近曲线内侧推进，推进速度控制在30~40mm/min内；（5）为防止管片移动错位，要求油缸推力差尽量减少，并尽量缩短同步注浆浆液的凝胶时间，减少管片的损坏与变形，也可使千斤顶的偏心推力有效地起作用，确保曲线推进效果；（6）在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远方的连线设计曲线相切。

纠偏幅度每次不超过4mm；（7）对掘进参数实行动态管理，根据开挖地面情况适时的调整掘进数保证掘进方向的准确，避免引起更大的偏差；（8）施工中，盾构曲线走行轨迹引起的建筑空隙比正常推进大，应加注浆量，正确选好压注点，并做好盾尾密封；（9）当盾构偏离曲线的设计路线时，应停止盾构推进，采取相应措施，避免下述现象发生：在曲线推进过程中，出现管片损坏、管片螺栓折断，接头部件损坏，管片拼装困难，盾构出现较大的滚动、蛇形等；（10）在竖曲线上掘进时需要通过在管片环缝垫设石棉胶板进行纠偏，进入竖曲线前，施工人员应明确所处竖曲线的曲线路径并准备足够的材料。

石棉橡胶的使用方法由土木工程师按设计及实际情况编制技术交底，施工现场严格按交底施工。

5.3掘进方向的控制与调整由于地层软硬不均、隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构推进不可能完全按照设计的隧道轴线前进，而会产生一定的偏差。

当这种偏差超过一定限界时就会使隧道衬砌侵限、盾尾间隙变小使管片局部受力恶化，并造成地层损失增大而使地表沉降加大，因此盾构施工中必须采取有效技术措施控制掘进方向，及时有效纠正掘进偏差。

（1）采用VMT隧道自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测该系统配置了导向、自动定位、掘进程序软件和显示器等，能够全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。

据此调整控制盾构机掘进方向，使其始终保持在允许的偏差范围内。

随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位。

为保证推进方向的准确可靠，拟每周进行两次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确。

（2）采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向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，通过分区操作盾构机的推进油缸来控制掘进方向。

①在上坡段掘进时，适当加大盾构机下部油缸的推力和速度；在下坡段掘进时则适当加大上部油缸的推力和速度；在左转弯曲线段掘进时，则适当加大右侧油缸推力和速度；在右转弯曲线掘进时，则适当加大左侧油缸的推力和速度；在直线平坡段掘进时，则应尽量使所有油缸的推力和速度保持一致。

②在均匀的地质条件时，保持所有油缸推力与速度一致；在软硬不均的地层中掘进时，则应根据不同地层在断面的具体分布情况，遵循硬地层一侧推进油缸的推力和速度适当加大，软地层一侧油缸的推力和速度适当减小的原则来操作。

③在稳定的硬岩段掘进时，可采用加大刀盘转速，减小刀具入岩深度以减小推进时盾构震动，采用刀盘正反转以控制盾构机滚动偏差。

（3）盾构姿态调整及纠偏在实际施工中，由于地质突变等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值。

在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或急弯段掘进，有可能产生较大的偏差。

因此应及时调整盾构机姿态、纠正偏差。

①分区操作推进油缸来调整盾构机姿态，纠正偏差，将盾构机的方向控制调整到符合要求的范围内。

②在急弯和变坡段，必要时可利用盾构机的超挖刀进行局部超挖来纠偏。

③当滚动超限时，盾构机会自动报警，此时采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。

（4）技术措施①在切换刀盘转动方向时，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。

③蛇行修正及纠偏时应缓慢进行，如修正过程过急，蛇行反而更加明显。

在直线推进的情况下，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形管理。

在曲线推进的情况下，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，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，以使管片端面尽可能与计划的掘进方向垂直。

⑥盾构始发、到达时方向控制极其重要，应按照始发、到达掘进的有关技术要求，做好测量定位工作。

5.4盾构掘进过程中的蛇行和滚动控制出现蛇行和滚动主要与地质条件、推进操作控制有关。

应针对不同的地质条件，进行周密的工况分析，制定合适的控制方案和措施。

推进期间应注意以下几个问题：（1）根据盾构通过地层的物理力学性质选定合理的参数，施工过程中要不断检查盾构机推进系统、监控系统及导向系统的工作正常进行以提供正确的操作信息：（2）盾构机在掘进过程中要注意变换刀盘的旋转方向，保证盾构机的滚动变化量⊿R≦6‰；（3）盾构机通过富水软弱地层时，岩土对盾壳的环向约束性较弱，可向盾壳压注膨润土悬浮液增大盾壳与地层间的摩擦力；（4）在开挖面地层不一致的情况下，开挖面产生的反力变化频繁或大小不对称，盾构机的姿态较难控制极易产生蛇行，可根据实际施工情况建立较大的土仓压力并降低推进速度，调整好油缸推力。

同时应注意，在这样的地层中掘进油缸的推力大小差异一般较大，对管片产生的横向力也较大，为防止管片错台或破损，应缩短浆液的凝胶时间以给管片尽快提供早期的稳定。

六、应急预案在盾构掘进过程中比较容易出现的紧急情况主要有地表塌陷、喷涌和建构筑物地段地面沉降过大几种，针对两种情况采取不同的应急措施。