盾构施工与相关技术方案总结
技术方案学习总结
一、有关负环拆除
1. 摩阻力计算
负环拆除的受力条件为已拼装成型隧道的管片的摩阻力大于盾构实际推力。
管片摩阻力：F＝μ×π×L×D×P
其中μ——土体与管片的摩擦系数，取 0.3
D——管片直径（m），6.m
L——已拼装的隧道长度（m）
P——作用于管片背面的平均土压（kPa），取 100kPa
以盾构最大推力为额定推力 39910kN 进行验算，取安全系数为 1.4, 则F=1.4×39910=0.3×3.14×L×6×100，L=99m，即66 环时即可进行负环拆除工作。
二、盾构施工主要设备及材料
序
号
名称规格型号数量生产能力施工部位
1 盾构机CRTE121 2台盾构掘进
2 电瓶机车JXK45 5台45t 浆液、管片运
输
3 硅整流充电机KGCA-
200V
6套100A 电瓶车
4 电瓶起吊设备STX6M 2套5t 电瓶车
5 渣土车KCZ45 16
节
18立方电瓶车
6 管片运输车KCG20 8节20t 管片运输
7 浆液运输车KCJ7 4节8m3 浆液运输
8 注浆料储备罐18m3 台浆液存储
9 始发反力架推力
1500t
2套1500t 盾构始发
10 移动始发托架承重400t 2套400t 盾构始发
11 循环水冷却系
统
150DL 1套100m3 循环水
12 通风机SDF88-1 2台74KW 通风
13 浆液搅拌站1000 1套30m3/h 浆液制备
14 双液注浆机KBY-50/70 2套50L/min 二次注浆
15 挖掘机EX300-5N 1台 1.5m3 出渣
16 龙门吊45t 2台45t 垂直运输
17 履带起重机QY-280 1台280T 盾构吊装
18 潜水泵WQ12-40-
4
20
台
扬程40
米
抽水
19 卷扬机JJK10 4台10t 始发、接收
20 电动葫芦FK10 4台10t 始发、接收
21 千斤顶YC80 2台80t 始发、接收
22 千斤顶YC20 2台20t 始发、接收主要材料
序号材料名称规格型号单
位
数量备注
1 负环管片 1.5米环18 左右线间隔一月始
发
2 管片 1.5米环1577
3 洞门密封装置/ 套
4 始发、接收各二套
4 管片螺栓（弯螺
栓）5.6级
M27
套50314 22套/环
5 止水条/ 套2275 从零环开始安装止
水条
6 水泥P.O42.5 T 2730 同步注浆
7 砂细m3 12000 同步注浆
8 粉煤灰二级T 4100 同步注浆
9 膨润土200目T 700 同步注浆
10 循环冷却水管Φ80 米6600 冷却循环水
11 排污水管Φ100 米3300 /
12 人行踏板0.45m×
3m
块3000 /
13 钢轨43kg/m 米7500
14 轨枕/ 套3600
/ / 1217
15 电缆挂钩，管路
支架
L 9100
16 泡沫剂36-50L/
环
17 [16 槽钢6m 根32 始发井铺轨用
18 φ609 钢管6m 根8 反力架斜撑
19 H200a 6m 根 4 始发托架加固
20 [6.3 槽钢6m 根 2 负环管片拼装
三、盾构施工常见风险及其防范
（一）风险：
1、盾构侧穿、下穿建（构）筑物，引起房屋不均匀沉降、倾斜、开裂和倒塌。
2、盾构侧穿、下穿管线（燃气、污水管、自来水管、通讯线缆、电线缆等），造成其变形、沉降、破坏。
3、盾构侧穿、下穿桥、河，引发涌水，桥涵不均匀沉降、倾斜、开裂和倒塌
（二）防范：
（1）施作袖阀管，对建（构）筑物基础及地层进行预加固；
（2）控制盾构机的掘进参数；洞内同步注浆；地表进行跟踪注浆加固；洞内二次注浆；地表跟踪注浆。
（三）袖阀管地面加固
1 1 、地面布孔原则
正穿的房屋需要对房屋的四周均进行加固处理，加固孔位距离建筑物基础1.5m，间距 3m，打设角度 30°，孔深小于隧道埋深 3m；
2 2 、袖阀管设计参数
注浆孔间距根据钻孔布置图分别为 1m，2m,钻孔直径 108mm。套壳料采用水泥和膨润土配制，配制比例为水灰比1:1，水泥和膨润土比例为1:1.5。注浆材料为水泥、水玻璃双液浆,水泥浆水灰比为1：1，水泥浆与水玻璃体积比：1:1，水玻璃浓度：15-20Be。注浆压力控制在0.15～1MPa。在注双液浆时,每次双塞管的提升高度控制在30～50cm。
3 3 、袖阀管施工
袖阀管注浆法包括放样定位和钻孔、置换套壳料、插入袖
阀管、注浆等。
1）放样定位
用全站仪定出钻孔孔位。钻机就位后,应使其平整稳固,在开钻前利用吊锤钻头和钻孔的垂直度进行检测,并在钻进2m 时及以后每加一节钻杆均需对钻机调平校正,要求钻孔的倾斜度偏差<1%。为防止钻孔的塌孔,采用泥浆护壁。在刚开钻时,由于泥浆的稠度不能够达到护壁的要求,现场采用膨润土进行调试,护壁泥浆比重为 1.05―1.15。为保证钻孔质量,应注意:在钻孔时,保证转速均匀;在换钻杆时,钻杆提升和放下应保持垂直,以免扩孔。
2)置换套壳料
成孔后立即通过钻杆将套壳料置换孔内泥浆,方法是将通过循环泥浆的管接到挤压式注浆机上,在注浆压力的作用下,通过钻杆将孔内泥浆置换成套壳料。套壳料在压力的作用下,通过钻杆进入钻孔底部,随着
套壳料的进入,泥浆从地面孔口置换出来,置换出来的泥浆通过钻孔口的泥浆沟排到泥浆循环池。在发现排出的泥浆中含有套壳料时,停止置换。下料应注意进料量大小，严防钻杆提升过快进浆量小，使泥浆混入套壳料中。
3)插入袖阀管
在套壳料置换结束后立即插入袖阀管。由于每节袖阀管的长度为4m,在插入时相邻两节袖阀管用长度为20cm 的PVC 套管连接,采用U-PVC 胶合剂将袖阀管和连接套管粘牢。第一节袖阀管安装好堵头,再对管中注入清水,目的是减小袖阀管的弯曲直。袖阀管每节连接好后,依次下放到钻孔中,直到孔底,下放时尽量保证袖阀管的中心与钻孔中心重合。注浆的袖阀管长度为4m，为孔底部分，其余部分为无孔管。同时应保证袖阀管的上端头露出地面20cm,再用套头套牢,防止杂物进入管内。
4）注浆
套壳料养护5―7d,强度达到0.13―0.15MPa 后,将注浆内管与双塞管连接好一起放至袖阀管底部,由下往上逐段注双液浆,并严格控制注浆压力和吃浆量。对于靠近房屋基础注浆孔按注浆压力和吃浆量多少控制，当地层吃浆量小于每分钟1-2L 时注浆结束，或注浆压力为0.25-0.5MPa 时结束。房屋基础加固注浆孔控制注浆压力土体内为0.25-0.5MPa。注浆时作好压力、吃浆量和时间关系的记录工作。
5）现场监测
在房屋基础上埋设检测点,在地面袖阀管注浆和隧道开挖通过房屋的
整个施工过程中,对桩基的水平位移和竖向沉降进行监测,利用监测信息指导施工
6）注浆的注意问题：
①注浆时设置滤网过滤浆液；
②袖阀管注浆分段进行，以免杂物进入管路，造成堵塞。各段注浆由现场技术人员确定。注浆结束后应及时清洗泵、阀门和管路，对要复灌的孔位应在注浆后立即清洗袖阀管，确保下次注浆；
③当压力达到 0.5MPa 或吃浆量小于 1L/min 时应立即停止注浆；
④注浆时，注意安全，严防爆管和喷漏浆液；
⑤注浆时，地表及地下应设置监测点，注浆前后应及时监测，作到信息反馈及时，对地表隆起或下沉，应立即停止注浆，快速进行相应措施处理。
7）对于采用单液袖阀管注浆按照以上双液浆工艺严格执行。
采用孔底单浆液注浆孔施工工艺:在成孔后立即配置水泥浆，水灰比为0.8:1～1.5:1。并下孔底注浆管，以钻孔实际深度下到孔底；用专用堵孔口装置堵死孔口，并仔细检查有无空隙，防止跑浆、漏浆。注浆过程中随时观察有无跑浆，地表有无隆起，一旦发现异常现象立即停止注浆。在整个注浆施工过程中，各施工人员应严格按照作业程序进行。注意施工注浆安全，争取“安全第一，质量第一”做好文明施工。
（三）隧道内注浆
在管片上增设注浆孔、预埋注浆管，封顶块预留注浆管不小于 1 处，
吊装孔兼做注浆孔；正常管片不小于3处（含吊装孔）。跟踪注浆利用增设注浆孔对隧道顶120°范围内土体注浆加固，注浆管采用φ42×3.5mm 的钢花管，其长度一般不小于3.0m，根据隧道上方的覆土情况适当的调整钢花管的长度。
注浆材料采用水泥浆-水玻璃浆液；初拟为水泥浆水灰比0.8:1～1:1，水泥浆与水玻璃浆液的比1:1，浆液浓度应根据地层情况调整，注浆量控制在 1.0～2.0m3之内（可根据超挖情况调整），以压力控制为主，注浆压力 2Bar～3Bar，在管片脱出盾尾4～5 环位置进行洞内注浆。并在注浆施工过程中根据监测反馈信息进行优化注浆参数。（四）盾构侧穿、下穿桥、河
（1）下穿前，对既有的桥梁进行现状调查，如有无破损情况、基础资料，并现场取证，同时详细了解河流的水文资料等基本信息。（2）盾构侧穿桥梁桩基前，根据地质资料，选择合适的地点预埋注浆管对桩周进行地面预注浆加固。加固范围为桩中心线周围 3m，上至河底，下至隧道底。
（3）为保证盾构隧道下穿河流时的安全，应在隧道穿越前通过钢板桩、沙袋等措施对河体进行局部或分期围堰，对盾构挖掘过程中可能造成的地层破裂影响的河底区域进行浇筑砼铺地硬化处理，以防河床冲刷。硬化体系为：四角桩基+抗浮钢筋砼压板+换填砂卵石土并注浆。施工时序为；河底硬化施工范围内管线改迁→分期围堰→新建四根抗浮压板下桩基并预留链接钢筋→从河底标高向下开挖至卵石层顶，开挖部分换填砂卵石土至河底标高以下400mm 处，并
注浆填充不密实卵石土空隙→浇筑钢筋砼抗浮压板，并连接板和桩基→抗浮压板、新建桩基、换填卵石土体共同形成“捆绑效应”→完成。
四、成都始发时选取的主要掘进参数：
根据地层及其他单位始发经验土压力设定为0.8～1.0bar，转速为0.9～1.1r/min，掘进速度为 30～50mm/min，推力为 6000～10000KN，扭矩为2.2～3.0MNm，注浆量为5～7m3，出土量为55～70m3；泡沫注入量为 120～150L/环，盾尾油脂注入量约 30～40kg/环。
水渗透系数k=30m/d；隧道单位长度最大涌水量Q=1200-1300（m3/d）
五、同步（二次）注浆
卵石土层，同步注浆采用水泥砂浆，浆液的初步配比如表
水泥（kg）粉煤灰
（kg）
膨润土
（kg）
砂
（kg）
水
（kg）
外加剂
120～260 381～241 70～80 779 460～
470
按需要根据
试验加入
①胶凝时间:一般为 3～10h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和需要注浆提供较高的早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间。
②固结体强度:一天不小于 0.2MPa，28 天不小于 2.5MPa。
③浆液结石率:>95%，即固结收缩率<5%。
④浆液稠度:8～12cm。
⑤浆液稳定性:倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。
注浆量：根据刀盘开挖直径和管片外径计算（D6280mm）
V=π/4×K×L×（D1 2 -D2 2 ）式中:
V ——一环注浆量（m3）
L ——环宽（m）
D1——开挖直径（m）
D2——管片外径（m）
K——扩大系数取 1.5～2
代入相关数据，可得:
V=π/4×(1.5～2)×1.5×（39.4-36）
=6～8m3/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
（1.5m）注浆量 Q=6～8m3。
二次注浆：
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，提高止水效果。二次注浆分为两种，一种是顶部 120°范围，一种是全环注浆。
二次补强注浆主要采用水泥单液浆与水泥水玻璃双液浆相结合，单液浆水灰比为0.8:1～1:1，注浆压力为0.8～1.2MPa；水泥浆注浆完成后，注双液浆进行封堵。双液浆参数为：水玻璃：水=3:2（体积
比），水玻璃混合液：单液浆=1:1，双液浆压入量以地层水土合算压力而定。双液浆可缩短封堵注浆口时间，加速注浆球阀的周转利用。二次注浆使用专用的泥浆泵，注浆前凿穿管片吊装孔外侧保护层，安装专用注浆接头。
六、刀具的检查及更换
刀具的检查：
(1)刀盘检查
检查刀盘磨损情况；检查主轴承及其密封油脂情况；检查刀盘面板是否裂纹或变形。
(2)刀具外观检查
检查所有刀具螺栓是否有脱落或松动现象；检查滚刀挡圈是否断裂或脱落；检查滚刀刀圈是否完好，有无裂纹、断裂及弦磨现象；检查滚刀刀体是否漏油或轴承有无损坏；检查撕裂刀、齿刀、刮刀有无断齿、松动、严重磨损或脱落现象。(3)刀圈磨损量的测量
在滚刀刀圈没有断裂和损坏的前提下，正确测量滚刀刀圈的磨损量是掌握刀具状况进行刀具更换的依据。刀圈磨损量测量采用特制的模板进行。
刀具更换：
(1)总体计划
初步拟定首次开仓在掘进200m 时进行一次刀具检查，开仓采用井点降水以稳定掌子面，并查看刀具的磨损情况确定下次检查频率及是否更换刀具，结合成都地质经验及本工程特点，砂卵石最长掘进
距离为 700m，故在推完每个区间都应检查，及时更换磨损量较大的刀具。
(2)地面加固措施
加固区周边环境调查→加固区管线的保护→加固区钻孔→注浆→施工降水井→降水。根据成都地区常压换刀加固经验布置，地层加固区域平面尺寸为 4×8m，加固宽度为盾构机两侧各 1m，钻孔深度以隧道的埋深确定，孔底标高位于
隧道中线位置处，加固长度为孔底以上16m，排孔间距1000mm，排距1000mm，钻孔直径均为100mm；注浆完成后，开始施工降水井。
(3)盾构超前注浆孔地层加固
超前孔钻孔施工工艺：风钻就位→分节跟管钻进→钻到设计位置→停钻堵水→疏通锚杆→安装注浆闸阀→注浆。
在隧道内通过盾构机中体上部 7 个预留超前注浆孔，利用 YT28 风钻打设 4根长 7.5-8m 左右的自进式中空锚杆，
根据实际钻孔分布及盾构刀盘位置地质情况分析，通过盾构上预留的 1～7#超前孔注双液浆加固。
注双液浆加固过程中，为防止浆液进入刀盘或包裹盾体，造成刀盘无法启动或将盾构机抱死，需采取一系列的控制措施。
1)中体注入膨润土
中体膨润土管向盾壳外注入膨润土，使其向盾构机前、后方扩散，待盾构机土仓压力传感器显示土压升高时，暂停膨润土注入。
2)盾尾注入油脂
盾尾加大注油脂量，加强密封效果，防止双液浆扩散。
3)注浆过程控制
注双液浆加固过程中，通过注浆压力控制注浆量，根据土仓压力控制加注膨润土。
①注双液浆时，严格控制注浆压力，同时详细记录土仓内压力变化，现场值班工程师及时分析并下达停机指令；
②注双液浆的同时，结合土仓内压力变化，根据盾构机机械配置情况，利用盾构上膨润土注入系统通过中体左右预留孔向盾壳外及刀盘土仓内，定时注膨润土，使膨润土包裹盾构，防止注双液浆时，浆液固结盾体。
(4)设备材料物资准备
(5)人员培训
培训的内容主要包括：换刀工具的操作及维修；各种类型刀具更换的安全操作规程；刀盘上刀具的布置，并具有对刀具使用状态做出合理判断的能力；能判断一把待安装刀具是否满足安装条件；具备对紧急情况的应付能力。未经培训人员不得进行换刀作业。
(6)成立紧急救援小组
(7)开仓审批
开仓技术方案经过工程部与设物部讨论，由总工程师确认，报项目经理签发，并经监理工程师审批同意后开仓，责任落实到人，严格按既定开仓程序进行。