土压平衡盾构隧道密闭钢套筒始发施工工法
土压平衡盾构密闭套筒始发施工工法
中铁二局股份有限公司城通分公司
1 前言
盾构施工过程中，盾构始发与到达是最易产生事故的工序，直接影响盾构隧道的顺利贯通。当盾构始发端头地质条件复杂，端头加固龄期长无法满足施工节点要求或由于盾构始发端头存在较多较大地下管线且管线迁改难度大、时间长、费用高时，如何确保盾构机安全始发成为一个工程难点。
广州市轨道交通六号线二期工程【施工三标】土建施工项目高塘石站～黄陂站区间隧道计划从高塘石站始发2台盾构机向高黄中间风井方向掘进。因端头11根10KVA电缆未迁改，且迁改周期较长，为满足工期节点要求，尽早完成该区间洞通节点目标，减少管线迁改及端头地基加固的周期影响，依据平衡始发原理，在盾构始发井内安装钢套筒，并在钢套筒内安装盾构机，盾构在钢套筒内实现安全始发掘进，解决了盾构始发的难题。
2 工法特点
1、施工占用场地小，在盾构始发井内安装钢套筒，并在钢套筒内安装盾构，盾构机在密闭钢套筒内实现始发。
2、工期短，能够解决始发端头加固龄期长，影响施工工期的问题。
3、无需端头加固，依靠钢套筒这个密闭空间，提供平衡掌子面的水土压力，解决了管线迁改周期长，费用高的难题。
3 适用范围
土压平衡盾构在施工场地受限、工期短、端头加固困难且加固期龄太长、管线迁改困难等施工条件下始发。
4 工艺原理
密闭钢套筒平衡始发依据平衡始发原理，通过钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的水土压力，使盾构机破除洞门前即已建立了水土平衡的环境，始发等同于常规掘进，从而避免了盾构机始发过程中因为欠压或渗漏而出现塌方的情况。从直径和长度进行设计，通过把直径与长度设计成比盾构略长的钢套筒与洞口密闭连接，盾构机安装在钢套筒内，然后在钢套筒内填充回填物，通过钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的水土压力，盾构在钢套筒内实现安全始发掘进进入前方土体，最终使盾构能够正常掘进施工。
5 施工工艺流程及操作要点
施工工艺流程
盾构密闭套筒始发流程图如所示。
图5-1 盾构密闭套筒始发流程图
操作要点
1、洞门检查
钢套筒安装前需对洞门预埋环板进行检查。为防止盾构始发时刀盘切削到连续墙钢筋或工字钢接头，造成刀盘损坏，对洞门圆周一周凿除连续墙的混凝土保护层，露出玻璃纤维筋，确认洞门范围不存在钢筋。若发现凿除混凝土保护层后有存在钢筋的现象，则应对侵入洞门范围的钢筋进行割除，确保盾构始发的安全、顺利。
2、安装过渡环
过渡环与预埋环板通过焊接连接，如图5-2，焊缝沿过渡环一圈内侧点焊，并在内侧贴遇水膨胀止水条，在过渡环与预埋环板焊接的外侧涂抹聚氨酯加强防水，并加焊槽钢进行补强。如出现过渡环与预埋环板有些地方出现较大空隙，需在这些空隙处填充钢板并连接牢固，务必将空隙尽可能地堵住。
图5-2 安装过渡环照片
3、安装钢套筒下半圆和反力架
（1）在开始安装钢套筒之前，首先在基坑里确定出井口盾体中心线，也就是钢套筒的安装位置，使从地面上吊下来的钢套筒力求一次性放到位，不用再左右移动。
（2）吊下第一节钢套筒的下半段，使钢套筒的中心与事先确定好的井口盾体中心线重合，如图5-3。
（3）钢套筒与过渡环采用螺栓连接。
（4）反力架的安装与常规盾构始发反力架安装一致，如图5-4。
图5-3 安装钢套筒下半圆照片
图5-4 安装始发反力架照片
4、安装定位钢轨、洞门导轨，并填料
在钢套筒下方60°圆弧内平均分布安装2根43公斤钢轨，钢轨从钢套筒后端铺设至洞门围护结构2m位置，钢轨采用压板固定，压板焊接在钢套筒筒体上。根据盾构机标高，在洞门下部安装2根导轨，靠近盾构机端制作成斜坡，如图5-5。
图5-5钢套筒内定位钢轨照片
为确保底部砂层提供充足的防盾构机扭转摩擦反力，在钢套筒底部2根钢轨之间铺砂并压实，每个位置的铺砂高度高出相应钢轨的高度15mm，待盾构机放去上后，进一步压实，如图5-6。
图5-6钢套筒内第一次填料
5、钢套筒内安装盾构机
在钢套筒内安装盾构机主体，并与连接桥和后配套台车连接，如图5-7。
图5-7钢套筒内安装盾构机照片
6、安装钢套筒上半圆
钢套筒上半圆安装好以后，调整压紧螺栓，检验连接安装部位，确保其连接完好性，尤其是钢套筒的上下半圆、节与节部分之间连接，还要检查过渡连接板与洞门环板之间的连接情况，看是否存在脱开的现象，发现有隐患，要及时处理，如图5-8所示。
图5-8 安装钢套筒上半圆照片
7、预加反力
上半圆安装完成后，调整环梁预加压力千斤顶，每个千斤顶的预压力为30t，总计反力架的预加压力约为600t。预压的过程中注意检查反力架各支撑是否松动，钢套筒连接螺栓是否松动，出现异常及时采用处理措施，如图5-9所示。
图5-9 预加反力照片
8、安装负环、盾构机刀盘推进至洞门掌子面
钢套筒、反力架安装完毕，盾构机调试完成后，安装负环、盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面但不切削掌子面。第一环负环在盾尾内拼装成型后，通过千斤顶整体向后顶推至紧贴反力架，管片与反力架之间采用螺栓连接。
9、第二次钢套筒内填料
盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面后，向钢套筒内进行第二次填砂，本次填料在钢套筒与盾构之间的间隙内填充砂。在填充的过程中适当加水，并通过钢套筒下部的排水孔排出，保证砂的密实，如图5-10。
图5-10 钢套筒内第二次填料
10、负环管片壁后注浆
为保证负环管片与钢套筒之前的密封效果，在盾构机刀盘贴近洞门掌子面后，通过靠近反力架两环管片的吊装孔进行壁后注浆，注浆材料采用可硬性浆液，在管片后面形成一道密封防渗环，如图5-11。
图5-11 负环管片壁后注浆
11、盾构始发掘进
洞门连续墙为800mm厚的C30玻璃纤维筋连续墙，盾构机在切削连续墙时：推进速度控制在5～10mm/min，扭矩不大于2000kN·m，千斤顶总推力不大于800t。通过洞门后，速度可逐步提升至20～25mm/min，千斤顶总推力逐步调整到1000～1500t。
12、盾构始发土舱压力设定
1）、土舱压力的设定
根据高塘石站大里程端头地勘资料可知，盾构穿越的主要地层为<4N-3>粉质粘土层，其土舱压力设定如下：
刀盘中心处水土压力：
P1=K0·γ·h
P1：土压力（包括地下水）（KN/m2）；
K0：静止土压力系数；
γ：土的平均容重 (kN/m3)；
h：隧道埋深（算至隧道中心）(m)。
根据详勘报告，端头隧道中心线以上地层土工参数如表5-1所示：
表5-1盾构端头中心先以上地层土工参数一览表
注：地下水位标高为。
刀盘中心处水土压力：
P1=××=，取土舱压力为=。
2）、土舱压力控制
盾构机和钢套筒安装好后，向钢套筒内回填砂土并加水，回填好后，盾构机在钢套筒内始发，始发时土舱压力控制与常规盾构始发相同，土舱压力逐步提高到。实际施工时，采用信息法施工、根据地面监测情况进行及时调整。
劳动力组织
表5-2劳动力组织表
注：上表为每班人员配置表
6 材料与设备
材料说明
本施工工法所用的钢套筒的设计参数为：盾构机始发时土舱压力约为，钢套筒设计耐压，满足要求。钢板材料的选择规格为：Q235B，板厚δ=30mm。整个钢套筒结构由过渡环、筒体、环梁等部分组成。
机械设备
表6-1机械设备表
始发钢套筒变形控制
1、钢套筒安装前需对洞门预埋环板进行检查，必要时须进行植筋加固。
2、在反力架和环梁之间设置预压力螺栓，通过预压千斤顶对钢套筒施加预压力，使钢套筒顶紧洞门环板。
3、钢套筒、反力架制造前进行严格的受力计算；钢套筒靠近反力架端设置加强环梁；
盾构始发掘进前进行对安装好的成套装置进行压力测试，压力测试合格后方能进行盾构始发掘进。
4、在进行始发钢套筒、反力架和首环负环管片的定位时，要严格控制钢套筒、反力架和负环的安装精度，确保盾构始发姿态与设计线路基本重合。
5、在始发阶段由于设备处于磨合阶段，要注意推力、扭矩的控制，同时也要注意各部位油脂的有效使用。掘进总推力应控制在反力架承受能力以下，同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于钢套筒提供的反扭矩。
6、对钢套筒与洞门环板连接处和反力架进行监测，对钢套筒本体的连接处、筒体进行观测，根据可能出现的不同情况采取针对性措施：
（1）如果出现钢套筒与洞门环板位置出现变形量过大时，要加大钢套筒与反力架之间的预加反力，然后将洞门环板与钢套筒连接端面变形量稍大的地方进行补焊。
（2）如果出现钢套筒本体连接端面法兰处出现变形量较大时，要立即采取加强措施，在变形量较大处补加加强肋板，加强肋板可利用现场钢板制作。
（3）如果反力架斜撑任何位置出现位移量过大时，要分析可能出现的原因，并增加斜撑的数量，同时在另一侧要增加直撑的数量。
通过以上应对措施，能够有效防止钢套筒与洞门预埋环板连续处开裂，钢套筒变形过大、反力架变形过大引起结构破坏现象。
盾构机及设备扭转控制
盾构机在破除洞门连续墙后，洞门外水土压力传递至钢套筒内，盾构机在钢套筒内掘进相当于中间隧道的常规掘进，钢套筒内填充物和盾构机自重足以提供防扭转的反力。但在洞门连续墙除前，盾构机切削连续墙时产生较大扭矩，此时钢套筒是一个独立的封闭空间，防扭转的扭矩主要来自于盾构机自重与钢套筒下部砂之间的摩擦反力，因些在掘进过程中需严格控制扭矩不超过控制值。同时由于刀盘切削扭矩发生较大波动，可能造成盾构机盾体和钢套筒整体发生扭转、倾覆。
因而本工法采用以下应对措施对盾构机及设备扭转进行控制：
1、盾构始发前，在盾构机与钢套筒之间填充砂料，使之产生足够的防止盾构机扭转的扭矩。
2、为防止盾构机和钢套筒整体发生扭转、倾覆，在钢套筒基座两侧每间隔2m安装一根工字钢横撑。
3、始发前基座定位时，盾构机轴线与隧道设计轴线基本保持平行，盾构中线可比设计
轴线适当抬高。
4、在始发阶段，由于盾构机推力较小、地层较软，要特别注意防止盾构机低头。
5、盾构在始发台上向前推进时，通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发台向前推进。
6、始发初始掘进时，盾构机处于钢套筒上，因此需在钢套筒及盾构机上焊接相对的防扭转支座，为盾构机初始掘进提供反扭矩。
盾构机防渗漏控制
钢套筒环向、纵向接缝，钢套筒与洞门环板连接处，钢套筒环梁与管片连接处，负管片接缝处，钢套筒与环梁连接处可能出现泄漏，导致土舱无法维持需要的压力引起掌子面塌陷。
在该施工工法中采用如下应对措施控制盾构机渗漏：
1、为确保钢套筒环向、纵向接缝不渗漏，钢套筒分块连接处均设置两道嵌入式密封圈，并在分块连接处内侧涂抹聚氨酯，确保钢套筒环向、纵向的接缝不渗漏，如图7-1所示。
图7-1 钢套筒密封装置
2、钢套筒与洞门环板连接处采用焊接，并在内侧贴止水条，外侧涂抹聚氨酯防渗漏。
3、钢套筒环梁与管片连接处，负管片接缝处采用三元乙丙橡胶密封垫+遇水膨胀止水条防水，压力测试合格后，盾构机方能在钢套筒内进行始发掘进。
4、钢套筒与环梁采用M24×240螺栓连接，连接处均设置两道嵌入式密封圈，并在连接处内外侧涂抹聚氨酯防渗漏，如图7-2。
图7-2 钢套筒连接处内外侧涂抹聚氨酯防渗漏
8 安全措施
施工安全保障措施
1、建立健全各项安全生产制度及预防措施
2、深化安全教育，强化安全意识。工作人员上岗前进行技术培训和“三级”安全教育，特殊工种的作业人员持有广州市特殊工种操作证或临时操作证。
3、作好现场管理，搞好文明施工，建成安全标准工地，在施工现场入口的显著位置设立广州市建设行政主管部门规定：现场施工平面图、总平面管理、安全生产、文明施工、环境保护、质量控制、材料管理；“四口五临边”的防护网、防护栏等安全设施齐全，易燃易
爆妥善保管，工程材料合理堆放，各种交通、施工、安全信号标示明晰，正确使用风水管路及供电线路，施工工序有条不紊，现场管理井然有序；
4、全面落实安全生产责任制，做到责权利相统一，层层签订安全生产包保责任状，使安全生产职责落实到每一级管理者、每一施工工点、每一道工序、每一职工。严格考核，奖罚分明。
5、项目经理部和作业队均成立安全生产领导小组，由各级第一管理者任组长，定期召开安全生产会，分析安全生产形势，总结和部署安全生产工作，组织安全培训教育，开展安全生产检查活动等。
6、加强班组建设，执行“三工、三检”和“每周安全活动”，集思广益，找隐患、查问题，杜绝“三违”，使事故隐患消灭在萌芽状态。
7、认真实施标准化作业，严格遵守施工程序和劳动纪律，杜绝违章指挥与违章操作，保证防护设施的投入，使安全生产建立在管理科学、技术先进、防护可靠的基础上。
8、重点部位和技术难度复杂的工序，不良气候条件下危险性大的作业项目，在结合现场实际情况，编制专门的实施细则和安全措施，进行技术交底，由施工技术负责人和专职安全管理人员监督实施。
施工场地安全及用电安全保证措施
1、我公司在施工生产过程中，完全按照安全监督部门的要求切实做好工程、车辆机械和施工人员的安全工作。
2、施工现场的布置符合防火、防雷击、防洪、防触电等安全规定的要求，施工现场的生产、仓库、材料堆放场、修理间、停车场等按业主批准的总平面布置图进行布置。
3、现场道路平整、坚实、畅通，危险地点悬挂按规定的标牌，夜间有人经过的坑、洞设红灯示警，现场道路符合相关规定，施工现场设置大幅安全宣传标语。
4、施工现场临时用电，严格按《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规定执行。
5、临时用电线路的安装、维修、拆除，均由经过培训并取得上岗证的电工完成，非电工不准进行电工作业。
6、施工前，根据设计文件复查地下构造物如地下电缆、给排水管道等的埋设位置及走向，并采取防护措施。施工中如发现危及到地下构造物、地面建筑物或有危险品、文物时，立即停止施工，待处理完毕后施工。
施工机械安全质量保证措施
1、各种机械操作人员和车辆驾驶员，取得操作合格证。不准操作与证不相符的机械，
不准将机械设备交给无本机操作证的人员操作。对机械操作人员建立档案，专人管理。
2、指挥施工机械作业人员，站在可让人了望的安全地点并明确规定指挥联络信号。
3、使用钢丝绳的机械，在运行中严禁用手套或其他物件接触钢丝绳。用钢丝绳拖拉机械或重物时，人员远离钢丝绳。
4、起重作业严格按照《建筑机械使用安全技术规程》和《建筑安装工人安全技术操作规程》规定的要求执行。
5、定期组织机电设备、车辆安全大检查，对检查中查出的安全问题，按照“三不放过”的原则进行调查处理，制定防范措施，防止机械事故的发生。
9 环保措施
1、施工场地噪音控制标准按《建筑施工场界噪声限值》要求执行，确保离开施工作业区边界30m处噪音小于70dB，撞击噪音最大不超过90dB。
2、施工现场对土、砂、水泥等材料运输和堆放进行遮盖，同时施工场地及道路进行硬化，适时洒水，减轻扬尘污染。
3、在工程开工前完成工地排水和废水处理设施的建设，并保证工地排水和废水处理设施在整个施工过程中的有效性，做到现场无积水、排水不堵塞、水质达到排放标准。
4、在施工范围内严格按照法规执行城市生态环境控制措施。合理布置施工场地，生产、办公设施布置在征地红线内，尽量不破坏原有的植被，场地边角部位种花、种草、植树，保护自然环境。
5、施工时制定泥浆和废渣的处理、处置方案，及时清运施工弃土和余泥渣土，建立登记制度，防止中途倾倒事件发生并做到运输途中不撒落。
10 效益分析
通过对密闭钢套筒的应用，减少管线迁改费用和工期，减少地面端头加固费用和工期，增加密闭钢套筒始发费用和工期。减少费110万元，减少工期80天。
11 应用实例
施工情况
该工法已取得成功应用的部分工程实例如下表所示。
表11-1工法应用实例
序
工程名称工程规模施工情况号
1广州地铁六号线二期工程
【施工三标】高塘石站～中
间风井区间左线盾构掘进
左线长度为；
采用密闭钢套筒始发；
始发掘进段100m；
正常掘进段
到达掘进段100m
密闭钢套筒始
发完成；始发掘进
段完成；正处于正
常掘进阶段。
2广州地铁六号线二期工程
【施工三标】高塘石站～中
间风井区间右线盾构掘进
右线长度为；
采用密闭钢套筒始发；
始发掘进段100m；
正常掘进段
到达掘进段100m
全部完成
3
南宁市轨道交通一号线一期
工程【陈村站～广西大学站】
（一站三区间）土建施工标
6个洞门始发及区间掘进全部完成
实际结果及评价
高塘石站左线及右线安全，顺利的完成始发。始发掘进过程安全高效，无异常情况发生。
为项目部减少了资金投入，缩短了盾构掘进工期，为项目部创造了价值。
通过密闭钢套筒始发的应用，发现密闭钢套筒始发有一定缺陷，若盾构管片每环，通过7环负环后，洞门接头有效长度为700mm，符合要求；若盾构管片每环为，通过6环负环管片后，洞门接头有效长度为100mm，不符合要求，后续需对管片进行处理后方可进行车站与隧道的接头施工。可以通过定制一个1m的始发基准环进行解决，若隧道管片为的管片，不拼装1m的基准环；若隧道管片为管片，先拼装1m的基准环后再拼装负环。
盾构工法
第五章盾构法施工 第一节概述 盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。盾构是与隧道形状一致的盾构外壳内，装备着推进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌机构等部件的隧道开挖专用机械。采用此法建造隧道，其埋设深度可以很深而不受地面建筑物和交通的限制。近年来由于盾构法在施工技术上的不断改进，机械化程度越来越强，对地层的适应性也越来越好。城市市区建筑公用设施密集，交通繁忙，明挖隧道施工对城市生活干扰严重，特别在市中心，若隧道埋深较大，地质又复杂时，用明挖法建造隧道则很难实现。而盾构法施工城市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道具有明显优点。此外，在建造水下公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法也往往以其经济合理而得到采用。 盾构法是一项综合性的施工技术。盾构法施工的概貌如图5－1所示。构成盾构法的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。盾构是一个能支承地层压力，又能在地层中推进的圆形、矩形、马蹄形及其他特殊形状的钢筒结构，其直径稍大于隧道衬砌的直径，在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。 盾构是进行土方开挖正面支护和隧道衬砌结构安装的施工机具，它还需要其它施工技术密切配合才能顺利施工。主要有：地下水的降低；稳定地层、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；隧道衬砌结构的制造；地层的开挖；隧道内的运输；衬砌与地层间的充填；衬砌的防水与堵漏；开挖土方的运输及处理方法；配合施工的测量、监测技术；合理的施工布置等。此外，采用气压法施工时，还涉及到医学上的一些问题和防护措施等。
盾构钢套筒接收作业指导书要点
盾构钢套筒接收作业指导书 编制 复核 审批 中铁十五局集团有限公司 成都地铁十号线工程土建三标项目经理部 二〇一五年十月
盾构钢套筒接收作业指导书 一、钢套筒设计 1、筒体 钢套筒主体部分总长10900mm，直径（内径）6500mm，外径6840mm，总重111.83t。套筒分标准段、一个后端盖和一个过渡环，标准段分为上下两个半圆，下半圆部分为三个 半圆标准段，每段3300mm，上半圆部分为拼合成半圆的三块圆弧，每段9900mm。筒体 采用钢板卷制而成。每段筒体的外周焊接纵、环向筋板以保证筒体刚度。每段筒体的端头 和上下两部分接合面均焊接圆法兰，采用法兰连接，用高强度螺栓连接紧固。另外，每节 钢套筒分别于顶部设置4 个起吊用吊耳，1 个直径600mm 的加料口，底部设置3个3寸的 排浆管。钢套筒的制作由专业厂家负责，最终将验收合格的钢套筒运至施工现场。 2、后端盖 后端盖由冠球盖和平面环板组成，冠球盖和平面环板材料用30mm钢板，平面环板加焊36个厚30mm、高500mm的钢板筋板，环向均布排列焊接。后盖边缘法兰与钢套筒端头法兰采用M30、8.8级螺栓连接。 冠球盖用30mm钢板整体冲压焊接成形，后盖平面环板与冠球盖外缘内外焊 接成整体。制作完工要在球盖内侧加焊型钢或钢管井子玄，防止变形。 后端盖形状如图所示。 后端盖
3、反力架 采用盾构始发反力架紧贴后盖平面板安装，冠球部分不与反力架接触。反力架用I20的工字钢做斜撑，与固定钢板焊接。反力架定好位置后，先用400t 千斤顶顶平面盖和反力架，消除洞门到后盖板的安装间隙后，反力架上下均布8道I20的工字钢与后端盖板顶紧，承力工字钢两端用楔形块垫实并焊接。 4、筒体与洞门的连接 在原洞门环板预埋钢筋基础上，每组加焊二根直径20mm圆钢，一端焊接在车站侧墙钢筋，另一端焊在洞门环板上，用于加强洞门环板与侧墙的连接强度。钢套筒与洞门环板之间设一过渡连接板，洞门环板与过渡连接板采用烧焊连接，钢套筒的法兰端与过渡连接板采用M30、8.8级螺栓连接。 5、进料口和注排浆管 筒体中部右上角设置600*600进料口，在每段钢套筒底部预留三个3吋带球阀注排浆管,共9个等间距布置，一旦盾构机有栽头趋势头，即可在下部注双液浆回顶。
土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理
2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理 傅德明 上海市土木工程学会 1 土压平衡盾构的结构原理 土压平衡盾构的基本原理 土压平衡盾构属封闭式盾构。盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土、水压基本相同，故掘削面实现平衡(即稳定)。示意图如图所示。由图可知，这类盾构靠螺旋输送机将碴土(即掘削弃土)排送至土箱，运至地表。由装在螺旋输送机排土口 处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。 1.1.1 稳定掘削面的机理及种类 土压盾构稳定掘削面的机理，因工程地质条件的不同而不同。通常可分为粘性土和砂质土两类，这里分别进行叙述。 1.1.1.1 粘性土层掘削面的稳定机理 因刀盘掘削下来的土体的粘结性受到破坏，故变得松散易于流动。即使粘聚力大的土层，碴土的塑流性也会增大，故可通过调节螺旋输送机转速和出土口处的滑动闸门对排土量进行控制。对塑流性大的松软土体也可采用专用土砂泵、管道排土。 地层含砂量超过一定限度时，土体流性明显变差，土舱内的土体发生堆积、压密、固结，致使碴土难于排送，盾构推进被迫停止。解决这个问题的措施是向土舱内注水、空气、膨润土或泥浆等注入材，并作连续搅拌，以便提高土体的塑流性，确保碴土的顺利排放。 1.1.1.2 砂质土层掘削面的稳定机理 就砂、砂砾的砂质土地层而言，因土颗粒间的摩擦角大故摩擦阻力大；渗透系数大。当地下水位较高、水压较大时，靠掘削土压和排土机构的调节作用很难平衡掘削面上的土压和水压。再加上掘削土体自身的流动性差，所以在无其它措施的情况下，掘削面稳定极其困难。为此人们开发了向掘削面压注水、空气、膨润土、粘土、泥水或泥浆等添加材，不断搅拌，改变掘削土的成分比例，以此确保掘削土的流动性、止水性，使掘削面稳定。 1.1.1.3 土压盾构的种类 按稳定掘削面机构划分的土压平衡盾构大致有如下几种，见表1。 表1 土压盾构的种类 图1 土压盾构基本形状
土压平衡盾构施工工艺作业指导书
土压平衡盾构施工工艺 作业指导书 3.6.1 工艺概述土压平衡盾构施工中,由刀盘切下的弃土进入土仓，形成土压，土压超过预先 设定值时，土 仓门打开，部分弃土通过螺旋机排出土仓，从而保持土仓内土压平衡，土仓内的土压反作用于挖掘面，防止地层的坍塌。 3.6.2 作业内容一、启动皮带机、刀盘、螺旋输送机等机电设备，根据测量系统面板上显示的盾 构目前滚动 状态选择盾构旋向按钮，一般选择能够纠正盾构滚动的方向；开启螺旋输送机的出渣口仓门并开 始推进。二、根据测量系统屏幕上指示的盾构姿态，调整各组推进油缸的压力至适当的值，并逐渐增 大推进系统的整体推进速度。三、在盾构的掘进过程中，值班工程师及设备主管人员随时注意巡检盾构的各种设备状态， 如泵站噪声情况，油脂及泡沫系统原料是否充足，轨道是否畅通，注浆是否正常等。操作室内主司机应时刻监视螺旋输送机出口的出渣情况，根据测量系统屏幕上显示的值调整盾构的姿态。发现问题立即采取相应的措施。 四、掘进完成后停止掘进按以下顺序停止掘进：停止推进系统、逐步降低螺旋输送机的转速至零、停止螺旋输送机、关闭螺旋输送机出渣口仓门、停止皮带机、停止刀盘转动。 3.6.3 质量标准及验收方 法 1、盾构本体滚动角不大于3度。 2、盾构轴线偏离隧道轴线不大于50mm。 3、盾构推进过程中壁后注浆不小于设计方量，设计方量根据地质情况、地表监测情况调整。 4、根据横向偏差和转动偏差，应采取措施调整盾构姿态，防止过量纠偏。 5、盾构停止掘进时应采取适当措施稳定开挖面，防止坍塌。 6、必须对盾构姿态和管片姿态进行人工复合测量。 3.6.4 工艺流程图以两趟列车完成一个 掘进循环为例。 - 221 -
土压平衡盾构施工技术难点及处理措施
土压平衡盾构施工技术难点及处理措施 【摘要】土压平衡盾构以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于地铁施工中，虽然技术成熟，但施工中一些常见的问题，施工方依然应当采取预防及处理措施，从而确保地铁工程的施工质量。本文根据实际工作经验，对施工中几个常见的难题探讨了其预防及处理措施。 【关键词】土压平衡盾构；盾构法隧道；事故预防；处理 一、盾构刀盘结泥饼问题 盾构机穿越粘土地层时，如掘进参数不当，则刀盘和土仓会产生很高的温度，这样粘土在高温、高压作用下易压实固结成泥饼，特别是刀盘的中心部位。当泥饼产生，最终会导致盾构无法掘进。 施工中采取的主要技术措施为：1）施工前分析隧道范围内的地层情况，在到达此地层前把刀盘上的部分滚刀换成齿刀，增大刀盘的开口率。3）合理增加刀盘前方泡沫的注入量，增大碴土的流动性，减小碴土的黏附性，降低泥饼产生的几率。5）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。6）如果刀盘产生泥饼，可空转刀盘，使泥饼在离心力的作用下脱落，施工过程中确保开挖面稳定。7）如上述方法均未能奏效，则可采用人工进仓处理的方式清除泥饼，人工进仓处理前如掌子面地层软弱，则需进行预加固。 二、桩基侵入盾构隧道 城市地铁线路规划设计应避开重要建（构）筑物、避开建筑物的桩基，但城市中心区内房屋建筑较为密集，要求线路选线时避开所有的建筑物是不现实的，因此难免会有一些建筑物桩基侵入隧道，由于许多桩基为钢筋混凝土结构，盾构机无法通过，需要对桩基进行拆除。针对侵入盾构隧道的桩基，采取的措施为：1）具有承载力的桩基，采取桩基托换方法。2）大竖井暗挖拆除桩基方法。3）小竖井开挖分区拆除桩基方法。4）人工挖孔+暗挖横通道拆除桩基方法。 深圳市地铁龙岗线西延段3153标盾构区间下穿燕南人行天桥，开工前该桥地表以上部分已经拆除，但桩基并没有拆除。调查资料显示共有8根直径为1.2m 的人工挖孔桩侵入右线隧道，盾构机无法安全、顺利通过。为了使侵入隧道的桩基不对盾构施工造成影响，采用比原桩基直径大的人工挖孔桩自地表而下来破除侵入隧道范围内的桩基。燕南人行天桥与盾构区间隧道位置关系如图所示。侵入隧道桩基与隧道纵面位置关系如图1和图2所示。 图1 燕南人行天桥与盾构区间隧道位置关系图 图2 侵入隧道桩基与隧道纵面位置关系图
土压平衡盾构施工工艺
16土压平衡盾构施工工艺 16.1总则 16.1.1适用范围 本标准适用于采用土压平衡式盾构机修建隧道结构的施工。 16.1.2编制参考标准及规范 16.1.2.1地下铁道工程施工及验收规范(GB 50299-1999)。 16.1.2.2地下铁道设计规范（GB 50157-2013）。 16.1.2.3铁路隧道设计规范（TB10003-2016）。 16.1.2.4盾构掘进隧道工程施工验收规范。 16.1.2.5公路隧道施工技术规范(JTJ042－94)。 16.1.2.6公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)。 16.2术语 16.2.1土压平衡式盾构 土压平衡盾构也称泥土加压式盾构，它的基本构成见图16.2.1。在盾构切削刀盘和支承环之间有一密封舱，称为“土压平衡舱”，在平衡舱后隔板的中间装有一台长筒形螺旋输送器，进土口设在密封舱内的中心或下部。用刀盘切削下来的土充填整个
16.2.2 端头加固 为确保盾构始发和到达时施工安全，确保地层稳定，防止端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况，根据各始发和到达端头工程地质、水文地质、地面建筑物及管线状况和端头结构等综合分析，确定对洞门端头地层加固形式。 16.2.3 盾构后座 盾构刚开始掘进时，其推力要靠工作井井壁来承担。因此，在盾构与井壁之间需要设传力设施，此设施称为后座。 16.2.4 添加材 采用土压平衡盾构掘进时，为改善土体的流动性防止其粘附在盾构机上而注入的一些外加剂。添加材的功能是：辅助掘削面的稳定（提高泥土的塑流性和止水性）；减少掘削刀具的磨耗；防止土仓内的泥土压密粘附；减少输送机的扭矩和泵的负荷。 16.3 施工准备 16.3.1 技术准备 16.3.1.1 根据隧道外径、埋深、地质、地下管线、构筑物、地面环境、开挖面稳定及地表隆陷值等的控制要求，经过经济、技术比较后选用盾构设备。盾构选型流程如图16.3.1.1所示。 16.3.1.2 认真熟悉工程设计文件、图纸，对工程地质、水文地质、地下管线、暗
盾构钢套筒接收施工工艺
浅析盾构到达采用接收钢套筒施工工艺和相关问题 摘要：结合具体的工程实例，探讨了盾构到达采用接收钢套筒的施工过程和相关问题，经实践证明该工艺有效避免盾构到达过程中漏水、涌砂等风险，确保盾构到达安全。 l 引言 盾构到达在盾构法隧道施工中占有极其重要的位置，确保盾构以正确的姿态顺利到达，防止出现塌陷等事故是施工的重点。目前国内使用的盾构到达方式有到达端头地层加固、化学浆加固法、冻结法、挖填法、竖井加气法等。盾构到达直接地面加固 (一道素混凝土连续墙)+接收钢套筒是城际轨道广州至佛山段某盾构工程的盾构到达方式，该方案在广州地铁二、八线延长线某工程也成功应用。 2 到达方案概述 车站到端头隧道拱顶部位覆盖土层从下到上依次为<3—2>中粗砂层、<4—1>粉质粘土层、<4—2>淤泥质土、<3—1>粉细砂层和杂填土层<3—2>中粗砂层和<3—1>粉细砂层很厚，且地下水丰富，拱部覆盖层稳定性差，必须进行端头加固。盾构到达采用直接地面加固(一道素混凝土连续墙)接收钢套筒，端头加固区域大大缩小，盾构到达时，加固体不能把整个盾构机包含在内，破除洞门后，盾构掘进出洞时洞门密封很难保证抵抗得住地下水压力，一旦地下水击穿洞门密封，密封失效，地下水将夹杂地层中的砂土漏出，导致地层流失，造成地面塌方等事故，盾构不能顺利到达。为确保盾构顺利到达接收，
采用密闭接收装置接收方案，即在洞门外，采用特制钢套筒与洞门预埋钢套筒连接。钢套筒安装之前，先凿除洞门车站围护结构，采用低强度材料回填，安装完钢套筒后在钢套筒内回填砂土压实，接收钢套筒内预加一定压力，与土仓切口压力相同，然后泥水盾构机直接掘进到钢套筒内，在盾尾补充注浆，等浆液凝固后，依次拆解钢套筒和盾构机并吊出，完成到达施工。到达接收方案如图 1所示。 图1钢套筒接收示意图 3 预埋洞门钢套筒 为了避免洞门施工时由于施工困难等因素导致洞门处混凝土浇筑存在缺陷，拟定在车站洞门施工时，在洞门内预埋一环形钢套简钢套筒长度与车站结构厚度一致，商接作为洞门环形模板，结构面处与洞门设计预埋环板一致，用于lj接收钢套筒连接。套筒内径为6500mm，长肢为 900ram，在套筒内设置筋板，确保其刚度，同时在
海瑞克土压平衡式盾构机分析
海瑞克土压平衡式盾构机分析 盾构机的工作原理 1．盾构机的掘进 液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。 2．掘进中控制排土量与排土速度 当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。 3.管片拼装 盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。 盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用 盾构机的最大直径为6.28m，总长65m，其中盾体长8.5m，后配套设备长56.5m，总重量约406t，总配置功率1577kW，最大掘进扭矩5300kN?m，最大推进力为36400kN，最陕掘进速度可达8cm／min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。 1.盾体 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体，其外径是6．25m。 前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。 前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后
加泥式土压平衡盾构施工技术
加泥式土压平衡盾构施工技术 内容提要：本文详细介绍了土压平衡盾构机组成、工作原理，并结合深圳地铁盾构隧道的施工，重点对盾构隧道的主要施工过程和关键工艺技术进行总结和分析。 关键词：土压平衡盾构施工技术 一、盾构施工法概述及盾构机的选型 1．1盾构施工法概述 盾构施工法于19世纪初在英国开始使用，经过反复摸索，在近30～40年间取得了飞速发展，现在，该施工法已同矿山法一起成为城市隧道施工的两大主要施工方法。20世纪90年代该项技术被引进我国，主要集中应用盾构技术来进行上、下水道、电力通讯隧道、人防工事、地铁隧道等施工。目前在上海、广州、深圳、南京等城市已经开始采用盾构法来施工地铁隧道，盾构法在国内逐渐开始发展普及。 盾构施工法与矿山法相比具有的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构保护下进行，因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。其主要施工程序为： 1、建造盾构工作井 2、盾构机安装就位 3、出洞口土体加固处理 4、初推段盾构掘进施工 5、隧道正常连续掘进施工 6、盾构接收井洞口的土体加固处理 7、盾构进入接收井解体吊出 盾构施工与矿山法施工具有以下优点： 1、地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小； 2、自动化程度高、劳动强度低、施工速度快； 3、因隧道衬砌属工厂预制，质量有保证； 4、穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时，周围可不受施工影响； 5、穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候影响； 6、对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全； 7、在费用和技术难度上不受覆土深度影响。 盾构法施工也存在一些缺点：
泥水加压平衡盾构工法122
施 工 技 术 CON STRU CT I ON T ECHNOLO GY 2001年2月 第30卷 第2期 [单位地址]上海市漕溪路201号 200233,电话:(021) 64387243—39,主要完成者:华学新、丁志诚、周文波、曾林鹤、任 道真。 泥水加压平衡盾构工法 (YJ GF 02-98) 上海隧道工程股份有限公司 [中图分类号]TU 621;TU 94+1[文献标识码]B [文章编号]100228498(2001)022******* Con struction M ethod of M ud -wa ter Pressure -add i ng Ba lance Sh ield (JGF 02-98) S hang ha i T unnel E ng ineering S tock Co .,L td . 泥水加压平衡盾构工法是从地下连续墙以及钻孔等工程所使用的泥水工法中发展起来的,它起源于英国,日本代表着当今世界的新潮流。上海隧道工程股份有限公司于1994年引进了日本设计并制造的 11220mm 大型泥水平衡盾构,并将其运用于延安东路隧道南线的圆隧道施工,其中《超大型泥水平衡盾构施工参数及地面沉降控制研究》等几项科研项目获得1997年上海市科技进步奖。 1 特点 粘性土层具有平衡效果好、施工速度快、质量和精度更高的特点。泥水加压平衡盾构具有以下特点: (1)在不稳定的地层中当开挖面受阻时,采用泥水加压 能使开挖面保持稳定,确保施工安全。 (2)在水位以下挖掘隧道,能在正常大气压下进行。(3)不会发生气压盾构那样的跑气喷发危险。 (4)对于气压盾构无法施工的滞水砂层,含水量高的粘 土层及高水压砾石层,泥水盾构均能进行施工,其适应土质的范围较广。 (5)由于采用了水力机械输送泥浆,管道占用空间小,故 井下作业环境好,作业人员的安全性高。 (6)可分离出适合弃土场地和运输方式的含水率土砂。2 适用范围 选用泥水加压平衡盾构工法施工需要大量的水,因此,施工水源要充足,还需要一套泥水处理系统来辅助施工。该工法适合在多种土层中掘进隧道。 泥水加压平衡盾构的覆土层一般不小于1D 的厚度,如果超过此范围,需采取特殊技术处理。 3 工艺原理 311 泥水加压平衡盾构 泥水加压平衡盾构与土压平衡盾构相比较有两点不同:①由技术特点决定了改土压舱为泥水舱;②由于出土形式的改变,省去了螺旋输送机,因此,盾构内部的空间扩大了许多,给设备的保养、维修带来了极大的方便。 312 工作原理 泥水加压平衡盾构工作原理如图1所示。图中M V 阀一般常闭,V 1…V 5阀为状态互换阀,通过阀的切换,分别形成循 环、推进、逆洗等三种状态。 由P 1泵将满足施工的泥浆从调整槽内送入盾构泥水舱,使泥水舱内保持一定的浓度、压力,推进时利用盾构前部的刀盘旋转切削,将正面土体切削下来的原状土以条状或块状通过挤压进入泥水舱,经过搅拌器充分搅拌,由P 1… P n 泵输送到泥水处理站,再从 混合泥浆中回收大部分泥浆进行调整进入调整槽重复利用,另一小部分劣浆或干土外运。 图1 泥水加压平衡盾构工作原理 值得注意的是在开挖面无论是推进阶段还是拼装阶段始终保持着一层泥膜,当刀盘刀头将泥膜切削后,新的泥膜很快形成,周而复始,即这层泥膜始终保持着开挖面的稳定。 4 工艺流程 施工准备(包括泥水系统、同步注浆、中央控制室等设备安装)→盾构就位、调试→系统总调试→盾构出洞→盾构推进、同步注浆(施工参数的采集与调整)→管片拼装→盾构进洞→拆除盾构、车架及其它设备→竣工。 5 施工要点 泥水盾构的施工要点基本类同于其它盾构,除了一些共性外,还需掌握以下要领。 511 泥水管理 泥水管理就是对泥浆质量的控制,即对泥浆四大要素的调整。四大要素为:最大颗粒粒径,粒径分布,泥浆水密度和泥浆水压力。 (1)泥水配合比 出洞初期要配制大量的工作泥浆。工 作泥浆的配制分2种,即天然土泥浆和膨润土泥浆,前者成本低,但在天然粘土中或多或少存在些杂质、粉砂等,故质量不太高;后者成本高,但浆液的质量可得到保证。 天然土泥浆配合比(重量比)为天然粘土 C M C 纯碱 水 =400 212 11 700。 膨润土泥浆配合比(重量比)为膨润土 C M C 纯碱 水= 330 212 11 870。 泥浆质量指标如下:泥浆密度112g c m 3;泥浆粘度30s (漏斗粘度);析水率<5%;颗粒<74Λm 。 8 4
区间盾构钢套筒接收技术方案
区间盾构钢套筒接收技术方案 1
XX局XX地铁2号线XX区间盾构机钢套筒风井过站技术方案 7月16日
目录 1.风井过站概况 ............................................................. 错误!未定义书签。 1.1. 工程概况 ....................................................... 错误!未定义书签。 1.2. 风井概况 ....................................................... 错误!未定义书签。 1.3. 工程地质 ....................................................... 错误!未定义书签。 1.4. 水文地质 ....................................................... 错误!未定义书签。 1.5. 盾构风井周边地面环境................................ 错误!未定义书签。 2.过站前准备工作.......................................................... 错误!未定义书签。 2.1. 盾构过风井方法............................................ 错误!未定义书签。 2.2. 前期准备工作 ............................................... 错误!未定义书签。 3.钢套筒风井过站施工技术 .......................................... 错误!未定义书签。 3.1. 施工工艺流程 ............................................... 错误!未定义书签。 3.2. 钢套筒设计 ................................................... 错误!未定义书签。 3.3. 安装过程及步骤............................................ 错误!未定义书签。 4.施工中的技术要点...................................................... 错误!未定义书签。 4.1. 盾构机到达掘进............................................ 错误!未定义书签。 4.2. 盾体经过钢套筒............................................ 错误!未定义书签。 4.2.1.盾构机在经过钢套筒时的影响 错误!未定义书签。 4.2.2.线路影响 错误!未定义书签。 4.3. 洞门密封及其质量检查................................ 错误!未定义书签。
浅谈土压平衡盾构穿越不良地质施工技术
浅谈土压平衡盾构穿越不良地质施工技术 发表时间：2019-07-24T12:07:10.493Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：王铎 [导读] 摘要：土压平衡式盾构机的发展是在挤压式盾构机和泥水式盾构机的基础上发展起来的。佛山市铁路投资建设集团有限公司广东佛山 528000 摘要：土压平衡式盾构机的发展是在挤压式盾构机和泥水式盾构机的基础上发展起来的。它的原理是控制其排土量和开挖量均衡即可使开挖面的地层一直保持稳定。着重剖析土压平衡盾构穿越不良地质作业技术在作业中遇到的很多突出性问题，尤其是盾构隧道施工中遇到的问题，并且有针对性地对工程的难点提出了一些建设性的应对措施。 关键词：土压平衡盾构；施工技术；轨道交通 土压平衡盾构法作业在国际以及我国轨道交通盾构区间修建中得到了大量应用，盾构法施工在工序上相对简单明了，更容易实施，并且作业时间相对较短，作业人员的安全等更容易在控制范围之内。同时，盾构施工还具有以下方面的优点：地下作业、比较隐蔽，不会因为噪音和震动而影响环境；自动化程度颇高、低劳动强度等等。 虽然这种作业技术已经慢慢地变得成熟，但是仍然有诸多问题值得我们去探讨，去解决。 一、盾体机身出现滚动现象 盾构机身的滚动大多数是因为刀盘切削开挖面土体产生的扭矩比盾构机壳体与隧道洞壁之间的摩擦力矩大而形成的。在两个地层分界面开挖掘进时，由于岩性差别太大而且岩层稳定性较好，此时扭矩较大，而盾构机壳体与洞壁之间只有部分地方产生了摩擦力，当摩擦力矩与刀盘切削土体产生的扭矩不能互相平衡时将会引起机身的滚动，过大的滚动就会影响管片的拼装，也会引起隧道轴线的偏移。大多数情况下，当滚动偏差超过0.5时，我们就应该采用以下方法进行补救.。 （1）加入泡沫； （2）补充浆液，保证足够桨液量，活性浆液应用等等方法以加大盾构周边的摩擦力；（3）变化刀盘旋转的方向，把推进速度慢下来； 二、泥饼现象 盾构机穿越粘土层时，刀盘面需要始终保持较高的压力，温度一般会变得很高，尤其是粘性土在高温和高压作用下，易压实形成泥饼，特别是刀盘的中心部位。一旦产生泥饼，掘进的速度下降，刀盘扭矩升高，拉低作业效率，严重影响施工。所以建议采取以下举措应对： （1）在作业之前把刀盘上的部分滚刀换用刮刀，增加了刀盘的开口率； （2）加注泡沫，降低碴士的黏附性； （3）刀盘背面和土仓压力隔板上加置搅拌棒，提升强搅拌强度和增大范围，向土仓中加注泡沫，改善渣土和易性；（4）往螺旋输送机内注入泡沫，加大碴土的流动性； （5）在2/3仓土处增加气压； （6）一旦泥饼产生后，使刀盘空转，在离心力的作用下，泥饼自然就会脱落，在保证开挖面稳定的情况下，可进行人工人为的清除掉； 三、管片上浮现象 盾构机在作业的过程中，有一种情况较常见：隧道管片发生错位，大部分原因为上浮的管片，管片上浮又受工程地质、水文地质、衬背注浆质量、盾构机姿态控制等因素的影响。一旦管片脱出至盾尾后，由于盾构作业途中形成的蛇形运动、超挖以及理论间隙，管片与地层间就会形成-环形建筑空间，而空间大多采用衬背注浆工艺填充解决，注浆量不够或者是注浆压力不足，就会导致衬背浆液不密实，特别是隧道顶部，从而导致管片上浮。盾构机在含水地层作业时，盾构机作业形成的环形建筑空间充满水，隧道管片全被包围，在盾构作业时形成“圆形坑道”，当管片所受到的浮力比管片本身重时，管片本身就会上浮。建议按以下操作来解决如上问题。（1）选择充填性好的浆液比如注入双液浆，初凝时间与早期强度，限定范围防止流失；（2）浆液配比实行动态监管模式，地质情况，水文情况，隧道埋深情况等不同而相应地调整，从而防控地表的下沉和保证管片的稳定； 四、螺旋输送机喷涌现象 基岩裂隙水丰富时，隔水层厚度不一致日常缺失。这样的地层中，如果盾构机非连续作业或作业空档，以及同步注浆不密实所形成的流水通道，水压很大，土质欠优，进入土仓的渣土缺乏很好的塑性（这种粘土一般矿物质含量不多，密水性不好），从而承压水与没有塑性的渣土就容易形成螺旋输送器喷涌，建议以以下方法去解决。 （1）隧道开始下坡并已经到达硬岩富含水地层中时，这时可以砸断管片与围岩间隙汇集的地下水与开挖面的水力联系。管片处于硬岩含水层中长度越长，管片背后存储的水力和压力就会更大，这就需要同步注浆效果必须达到完全封闭衬翻空隙并阻水，避兔土仓与管片背后形成水力通道； （2）把进尺出土量控制下来，从而盾构机就能很好地通过； （3）盾构机没有作业时，土仓内压力与外界水土压力一致，继续保持压力平衡。在螺旋机第二次排土之前，应用刀盘把土仓内的水和土充分拌匀，使其具有良好的密水性，从而规避喷涌。 五、盾尾漏浆现象 造成盾尾漏浆主要有以下几个原因：一是因为盾尾刷作业磨损；二为盾尾与管片两者间隙不均匀；三是因为衬背注浆的压力很高.建议采取如下措施。 （1）作业前对盾尾密封系统进行一次全面检查与维护，更换掉已存在磨损的密封刷；（2）在管片拼装前清理干净盾壳内的杂物，防止对盾尾刷造成损坏；每30环全面检查1次盾尾密封腔油脂状况，严格控制盾尾油脂的压力； （3）经常检查盾尾周边与管片的间隙，控制盾构机的姿态和管片姿态，保持间隙均匀；
简析土压平衡盾构掘进施工工艺
简析土压平衡盾构掘进施工工艺 发表时间：2017-12-30T16:11:46.590Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第21期作者：谢妃三 [导读] 本文主要对土压平衡盾构的掘进施工的工作原理、特点及具体的施工工艺进行了具体分析。 广州市盾建地下工程有限公司 510000 摘要：土压平衡盾构以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于地铁施工中。土压平衡盾构机的施工过程是一个各系统组合、运行与协调的过程，按照各施工过程的顺序和特点，可将其分解为掘进系统、衬砌系统、衬砌背后注浆系统、维修系统、动力系统等，本文主要对土压平衡盾构的掘进施工的工作原理、特点及具体的施工工艺进行了具体分析。 关键词：土压平衡；盾构；掘进；施工工艺 1.土压平衡盾构掘进施工原理 盾构在粉质粘土、粉质砂土和砂质粉土等粘性土层中掘进施工时，由刀盘旋转切削下来的土体进入密封土仓后，可对开挖面地层形成被动土压力，与开挖面上的主动土压力相抗衡。使开挖面的土层处于稳定状态。当盾构推进时，启动螺旋输送器排土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面地层始终处于稳定。排土量一般通过调节螺旋输送器转速和出土口装置予以控制。当地层含砂量超过某一限度时，因土的摩阻力大、渗透系数高、地下水丰富等原因，泥土塑流性将明显变差，密封仓内的土体可因固结作用而被压密，导致渣土难于排出，甚至形成泥饼而无法推进，而且单靠切削土提供的被动土压力，常不足以抵抗开挖面的水土压力。出现这种状况时，可向密封仓内注入水、泡沫、膨润土等，同时进行搅拌，以期适当改善仓内土体的塑流性，顺利排土。 2.土压平衡盾构掘进施工特点 2.1初始掘进技术特点 2.1.1一般后续设备临时设置于地面。在地铁工程中，多利用车站作为始发工作井，后续设备可在车站内设置。 2.1.2大部分来自后续设备的油管、电缆、配管等，随着盾构掘进延伸，部分管线必须接长。 2.1.3由于通常在始发工作井内拼装临时管片，故向隧道内运送施工材料的通道狭窄。 2.1.4由于初始掘进处于试掘进状态，且施工运输组织与正常掘进不同，因此施工速度受到制约。 2.2正常掘进技术特点 2.2.1后续设备设置在隧道内，仅部分管路和电缆需要延长，作业效率高。 2.2.2始发井内的临时管片、临时支撑、后背支撑等被拆除，始发井下空间变得宽阔，施工材料与弃土运输容易。 2.3到达掘进技术特点 2.3.1盾构停止掘进后，准确测量盾构机坐标位置与姿态，确认与隧道设计中心线的偏差值。 2.3.2根据测量结果制订到达掘进方案。 2.3.3继续掘进时，及时测量盾构机坐标位置与姿态，并依据到达掘进方案进行及时进行方向修正。 2.3.4掘进至到达洞口加固段时，确认洞口土体加固效果，必要时进行注浆加固。 2.3.5进入到达洞口加固段后，逐渐降低土压（泥水压）设定值至0MPa，降低掘进速度，适时停止加泥、加泡沫（土压式盾构）、停止送泥与排泥（泥水式盾构）、停止注浆，并加强工作井周围地层变形观测，超过预定值时，必须采取有效措施后，才可继续掘进。 3.实例探析某地铁隧道中的土压平衡盾构掘进施工工艺 3.1工程概况 某城市地铁线路区间长度1189.413米，区间中部设一处联络通道。其中该区间工程在里程K41+613.000处下穿城市的站前北街公路桥，桥基位于区间隧道右线北侧仅1.55m，距离较近。此公路桥主要通行机动车辆，车流量主要集中在正常上下班时间。 盾构穿越站前北街公路桥段地层自地面往下依次为杂填土层、粉质填土层、粉土层、粉质粘土层、细中砂层、粉质粘土层，本盾构区间线路主要穿越粉质粘土层和细中砂。 3.2总体施工思路 3.2.1穿桥前对盾构机及配套设备进行检修，保证盾构机在下穿公路桥时所有设备运行正常。 3.2.2对所有施工人员进行专项技术交底，由专人对整个掘进过程进行24小时严密监控，发现异常立即汇报，确保盾构安全、顺利通过。 3.2.3穿桥之前对隧道轴线进行复测，确保盾构沿着设计轴线推进。调整盾构姿态至最佳，避免盾构穿桥时频繁纠偏。 3.2.4盾构掘进时严格控制推力、掘进速度、注浆量及出碴量，根据地面监测情况及时合理调整掘进参数，减小土体变形对桥梁基础桩的影响。 3.3盾构掘进 3.3.1掘进参数设置 ①合理设置土压力值 盾构推进时，控制螺旋输送机出土量与掘进速度的关系，根据盾构上方的覆土厚度及地面沉降监测信息的反馈，及时调整土压，科学合理地设置土压力值及相宜的推进参数，以减少对土体的扰动。 ②刀盘转速设定 降低刀盘转速，刀盘转速设定在0.9～1.2r/min，减少刀盘对土体的扰动，防止地表沉降。 ③掘进速度设定 穿越隧道时掘进速度控制在20～30mm/min，防止掘进速度快引起的刀盘扭矩增大。 3.3.2掘进过程中姿态的控制 盾构机在掘进过程中运动轨迹为蛇行运动，该轨迹应始终围绕着隧道轴线波动，在实际控制时，可根据显示屏上自动测量系统测得值
土压平衡盾构机工作原理
土压平衡盾构机流体输送控制系统工作原理 何於琏 (中铁隧道股份公司 河南新乡 453000) 摘 要 流体输送系统用于盾构机的润滑、密封、填充以及碴土改良,是盾构机中的重要系统。本文介绍了流体输送系统的组成, 并简明叙述了衬砌背后注浆控制系统、碴土改良控制系统、主轴承油脂密封润滑控制系统、盾尾密封油脂注入控制系统的工作原理。关键词 流体输送 非传动 介质 控制 系统 原理 W orki n g Pri n c i ple of Control Syste m of Flui d Conveyi n g Syste m s of EPB Shi eld Machi n es HE Yu 2lian (China R ail w ay Tunnel S tock Co .,L td .,X ingxiang 453000,Henan,China ) Abstract:Fluid conveying syste m,which is app lied in the lubricati on,sealing,backfilling and gr ound conditi oning of EP B shield machines,is one of the i m portant syste m s of EP B shield machines .This article intr oduces the compositi on of the fluid conveying syste m and the working p rinci p les of contr ol syste m s of backfilling gr outing behind seg ment lining,gr ound conditi oning syste m,main bearing grease sealing and lubricati on syste m and tail skin sealing grease injecti on syste m.Key words:fluid conveying;non 2transit;medium;contr ol;syste m;p rinci p le 1 流体输送系统的组成 在土压平衡盾构机中,除以液压油为介质进行传 动的流体传动系统外,还存在一个庞大的流体非传动系统,它们的工作介质是油脂、油液、水泥砂浆、泡沫剂、泥浆等,工作目标是实现盾构机某些部位的润滑、密封、填充以及碴土物理性能的改良。该系统我们称之为流体输送系统,在保证盾构机的正常工作中起着重要的作用。 流体输送系统由衬砌背后注浆系统、碴土改良系统、主轴承密封润滑系统、盾尾密封系统等组成,如图1所示 。 图1 流体输送系统的组成 Fig .1 Compositi on of fluid conveying syste m 2 衬砌背后注浆控制系统 由于刀盘的开挖直径大于管片衬砌的直径,当盾 尾随盾构机前进而抽脱后,在管片的外壁与隧洞的内壁之间就会形成空隙。这一空隙如不及时填充,可能引起围岩的松动,导致地表沉降,危及地表建筑物的安 全。同时还不利于管片的固定,当盾构机推进的反力作用在管片上时,容易造成管片的偏斜,影响盾构机掘进的姿态。为此,在管片衬砌完成后,应及时向其背后的空隙进行填充注浆。 背衬注浆有及时注浆与同步注浆两种形式,由于同步注浆与盾构的推进同步进行,防止地表沉降的效果好,所以本文只讨论同步注浆系统。 在控制面板上设有显示盾构机工作状态的指示灯,当处于掘进状态时,指示灯亮,提示可进行同步注浆。 注浆速度是注浆系统需要控制的一个重要参数,它必须与盾构机的掘进速度相适应,过快可能会导致堵管,过慢则容易引起地层塌陷或使管片受力不均,控制方法就是通过电磁比例阀调节注浆泵的流量。 注浆泵流量的调节有手动控制与自动控制两种方式,两种方式的选择,可通过控制面板上的旋钮来切换。 当选择手动控制模式时,通过人工调节电位器旋钮,可改变电磁比例流量阀的开度。当选择自动控制模式时,可通过注浆压力的大小对注浆流量进行负反馈调节。注浆的起始压力和停止压力通过上位机设定,其数值应根据工程实际综合地质、注浆量等情况考虑。压力参数设定后,当注浆压力达到最大设定压力时,注浆泵将自动停止。随着盾构机的继续掘进,压力 第25卷 第6期2005年12月 隧道建设Tunnel Constructi on 25(6):57～59,66 Dec .2005
2、土压平衡盾构机下井组装调试工艺工法
土压平衡盾构机下井组装调试工艺工法 QB/ZTYJGYGF-DT-0402-2011 城市轨道交通工程有限公司王峰 1 前言 1.1 工艺工法概况 盾构机下井组装、调试作业根据始发方案的不同有两种情况，一种是整体始发下井组装方案，即盾构机主机和后配套台车全部一次性吊装到位，组装后即可正常掘进；另一种是分体始发下井组装方案，即先安装盾构机主机及桥架，台车临时组装在地面上，待井下具备安装台车条件后再将台车下井，并与盾构机主机进行最后组装。 盾构机下井组装调试作业应按计划有组织地进行，以确保盾构下井组装调试有序、快速安全并为盾构始发和正常掘进提供状态良好的施工设备。 1.2 工艺原理 利于吊车的起重能力，将盾构机分块吊至井下，并在井下进行组装和调试，组装和调试要根据盾构机的功能和结构进行。 2 工艺工法特点 根据不同场地情况、盾构机和车站结构尺寸，可采用不同的组装方式。 3 适应范围 本工艺工法适用于土压平衡盾构机下井、组装与调试作业。 4 主要引用标准 4.1《起重机安全规程》（GB6067）； 4.2《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299）； 4.3《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》（GB/T11345）； 4.4《建筑施工高处作业安全技术规程》（JGJ80）。 5 施工方法 整体始发下井组装方法为：先后配套台车，后盾构主机。按由后到前部的顺序依次将各节台车下井、连接；台车组装完成后，再吊盾构基座、前盾、刀盘、中盾和盾尾，完成主机安装，最后用桥架将台车和主机连接。 分体始发下井组装方法为：先将1号台车下井，再吊盾构基座、前盾、刀盘、
中盾和盾尾，完成主机安装，最后将1号台车和主机连接。同时在地面上将剩余台车连接，并通过加长管线将地面台车与井下连接。待井下具备安装台车条件后再将台车下井，并与盾构机主机进行最后组装。 盾构机调试分为调试分空载调试和负载调试。 6工艺流程及操作要点 6.1施工工艺流程 整体始发下井组装、调试流程见图1，分体始发下井组装、调试流程见图2，整体始发下井组装、调试施工顺序见图3，分体始发下井组装、调试施工顺序参考图3。 图1 整体始发下井组装与调试流程图 盾构组装场地分成三个区：后配套台车存放区、主机存放区、吊机活动及支设区。盾构机按后续台车、主机依次进场组装。 凡不影响到运输和下井工作的零部件，应连同各自的台车运输、下井。凡对下井有影响的台车零部件应拆下，在该车下井后，随即下井并按要求组装。
15、土压平衡盾构下穿水域施工工艺工法
土压平衡盾构下穿水域施工工艺工法 QB/ZTYJGYGF-DT-0415-2011 城市轨道交通工程有限公司万凯 1 前言 1.1工艺工法概况 盾构法是在地面下暗挖隧道的一种施工方法,在建造穿越水域、沼泽地和山地的公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法也往往因它在特定条件下的经济合理性及技术方面的优势而得到采用。城市地铁出现过江、过海等在复杂地质条件下的浅埋隧道盾构施工。应用盾构机施工，在轴线控制、衬砌防水、同步注浆等方面严格控制，总体效果良好。总结施工工艺形成本工法。 1.2工艺原理 1.2.1盾构法施工是在地面以下暗挖隧道的一种方法，施工用盾构机在地面下掘进，在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在机内安全进行隧道的开挖和衬砌作业。 1.2.2根据土压平衡盾构的工作原理，土仓压力需要与开挖面的正面水土压力平衡以维持开挖面土体的稳定，减少对土层的扰动。 2工艺工法特点 2.1不使用预加固辅助措施，节省技术措施费； 2.2易达到工作面的稳定,施工安全性高； 2.3机械自动化程度高,施工速度快，衬砌质量容易控制； 2.4振动小、噪声低，对环境无污染； 2.5穿越河道时比开挖节约成本。 3适用范围 本工艺工法适用于土压平衡式盾构下穿河流及湖泊等水域施工。 4主要引用标准 4.1《地下隧道工程施工及验收规范》（GB50299）； 4.2《铁路隧道施工规范》（TB10204）； 4.3《地下工程防水技术规范》（GB50108）； 4.4《盾构法隧道防水技术规程》（DBJ08-50）；
5施工方法 进入水域前，对盾构机的注浆系统、推进系统、液压系统、拼装系统、水气循环系统等进行全面的检修，将盾构姿态调整到最佳状态；湖泊旁准备好弃土船，做好抛土准备工作。 盾构进入湖底（下穿水域）后保持平稳掘进，减少纠偏，减少对土体的扰动，控制出土量，掘进保持快速通过；盾尾油脂及时加注以避免盾尾涌水，控制适宜的壁后注浆压力，避免压浆压力大于盾尾密封压力时浆液残留固结在密封区；土仓设定土压力根据静止土压力的变化进行了及时的调整，使土仓土压力始终保持在静止土压力与被动土压力之间，以避免超挖或欠挖；加大注浆量，注浆系数采用较大系数，减少注浆量不足带来的地层损失。 6工艺流程及操作要点 6.1施工工艺流程 图1 盾构过水域施工工艺流程 6.2 施工准备 6.2.1 技术准备 在盾构下穿水域开始时应先进行水域情况的细致调查，确定其水底标高、隧道埋深、水下地质等情况。查看隧道最小埋深是否满足盾构通过要求。