加泥式土压平衡盾构施工技术.doc

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 1、一次性投入大，施工设备费用较高； 2、覆土较浅时，地表沉降较难控制； 3、用于施作小曲率半径（R＜20D）隧道时掘进较困难。 1．2盾构机的选型 盾构施工法大体上分为开放式和封闭式两种。开放式就是没有隔墙而工作面开放的盾构，考虑到确保工作面稳定、高压气下的作业环境等问题，目前已基本上不再采用这个方法。 封闭式盾构是一个设有隔墙且用土或者泥水充满其室内，使土或者泥水保持一定的压力，以获得稳定的工作面的机械挖掘式盾构，即使在复杂围岩条件下，原则上也不需要实施辅助施工方法。由于可以控制工作面的稳定，所以对周围地基的影响小，目前，在施工中使用的绝大部分都是封闭式盾构。 根据工作面保持方法的不同，封闭式盾构又分为土压式盾构和泥水式盾构。另外，根据是否有将挖掘出的沙土泥土化的添加剂注入装置，又将土压式盾构细分为土压盾构和加泥式土压平衡盾构。 加泥式土压平衡盾构适用的土质为冲积砂砾、水、淤泥、粘土等固结度较低的软地基、洪积地基以及软硬相叠地基等，从土质面积来看它的适用范围最广。但是，在高水压地基中，仅仅用螺旋输送机往往难以满足施工要求，所以有必要考虑安装各种压力送料装置、改良挖掘地质的性状等措施。 泥水式盾构，其泥水压管理比较容易。由于可以通过选择不同的土质范围比较广，比如冲积砂砾、沙、淤泥、粘土层或者叠层中地基结构松软层、含水量较高而工作面不稳定层、以及洪积砂砾、沙、淤泥、粘土层，或者相叠层中水分较多，有可能由涌水引起地基崩坍层等。但是，在透水性较高的地基、巨砾地基中，工作面的稳定往往比较困难，所以有必要考虑采用辅助施工法。另外，还需要一定的基地面积，以保证安放泥水处理设备。 盾构分类表 按开挖方式分 按挡土形式分 按工作面加压方式分 1、 手掘式 2、 半机械式 3、 机械式 1、 开放式 2、 密闭式 1、 气压式 2、 泥水式 3、 土压平衡式（削土、加泥） 与其它隧道施工方法不同，盾构机是根据每一个施工区段的地质条件、地下水条件、隧道断面大小、区间线路条件、周围建筑物环境等条件进行设计制作。所以，盾构机不是通用机械，而是针对于某种条件的专用机械。也就是说一般很难将盾构机转用到设计隧道以外的工程中加以利用。 盾构机在地下的施工是不可后退的。当盾构机在地下开始掘进施工后，就很难对盾构机的结构组成进行修改。除刀头等部位可以通过特殊的设计得到更换以外，盾构刀盘、压力舱、排土器、推进系统等很难在施工过程中进行修改。 从这两点可知，盾构机的设计、制作从根本上决定了隧道施工的成功与否，是盾构隧道施工的最关键的环节。为了设计最为合理的盾构机械就必须进行周密的盾构选型工作。可根据下述流程图进行考虑 盾构选型流程图 根据设计断面选择盾构 根据衬砌类型选择配套系统 装配式衬砌 挤压式砼衬砌 砼供给系统 衬砌安装机械系统 工作面稳定不好时 讨论工作面是否稳定 测定水压、松弛土层或围岩压力 现场原位地层工作面稳定程度 辅助工法种类及适用性的校核 ①压气工法； ②降水法； ③化学注浆法； ④冻结法。 地质条件以外的条件 ①工期；②外径、机长； ③造价；④环境因数； ⑤沿线条件；⑥基地条件；⑦设计线路，线型条件； ⑧给排水条件及通风条件。 机种及辅助工法 的综合比较分析 盾构的选定 在国内，由于受工程造价及竖井用地面积和挖掘土处理的影响，大部分都选用加泥式土压平衡盾构。 二、加泥式土压平衡盾构机 2．1盾构主体组成 盾构机主要由刀盘、主盾体、螺旋输送机、管片拼装机、液压系统、皮带输送机、操作系统、四节后配套台车组成。 1、刀盘设计如同一个切削盘体带有大的进料槽。刀盘面开口率最小为30％。一个很厚的法兰板带3根支承条辐臂用来连接刀盘体与主驱动部件。3根支承条辐臂为厚壁管筒，八根泡沫剂管通过支承条辐臂连到刀盘面板上。 在料槽的左右侧装有齿刀，刀具布满整个料槽长度；刀盘外缘面装有槽口刮刀和边缘滚刀；刀盘中心位置装有六把中心滚刀；刀盘边缘还装有一把超挖刀，靠液压伸缩，行程为50mm。起挖刀可用于曲线段掘进。视地质情况，如果是软土地层也可把滚刀换成软土刀具，所有刀具都能从刀盘后面更换。 料槽和土仓相连，料口最大内宽为300mm。这样就保证了通过刀盘面的土料块就完全能通过螺旋输料机。（螺旋输料机能通过的最大块体尺寸为270mm）。一个旋转连接副用于向刀盘面输送入添加物（如泡沫等），安装于刀盘中心部位。 刀盘驱动为全液压式。三台电动机驱动液压泵，每台功率315KW。三台泵装于后配套台车上，8套液压变量马达驱动减速箱。通过变量泵与变量马达的配合，刀盘转速可在O至4.15rpm之间优化运转。最大刀盘扭矩为4350KNm。最大转速4.15rpm。刀盘可以正反两个方向旋转。 刀盘驱动由螺栓牢固地连接于前盾承压隔板上的法兰上。 2、盾体由三部分管形筒体组成前盾体；中盾体；尾盾。 2.1前体和与之焊在一起的承压隔板作为刀盘驱动的支承，压力通过前体作用到开挖面以起到支撑开挖面的作用。前体部分也起到平衡由刀盘作用于土层而产生的力，前盾土仓侧装有五个土压传感器，盾构机掘进时在操作室中可以随时观察到土仓中土体的压力。用于驱动刀盘的八个液压马达安装在前盾上，八套三级液压驱动变速齿轮箱带有齿轮油注入孔及水冷却系统。前盾装有气闸，可以使工作人员从承压隔板上的门进入开挖室检查或更换刀具。 2.2中体上安装30个推进千斤顶，油缸都沿圆周装于中体前法兰上，顶杆侧支承端装有橡胶垫。推进千斤顶在与管片接触端装有支承靴，通过支承靴作用一环的管片环上，它们可以通过单个控制或分组控制以达到调整掘进方向的功能。 2.3尾盾焊接成一个整体，通过被动跟随的14个铰接式油缸与主盾体相连。尾盾后端焊有三排钢丝刷环，三排钢丝刷环围成两个密封室。钢丝刷环的内径比管片的外径小很多，这样在盾构机掘进时钢丝刷环压在管片外表面，钢丝刷环之间不断地被注入密封油脂形成一道完整的密封，防止地下泥水侵入盾体里。二号台车上装有活塞泵，用于泵入尾盾密封用油脂。 3、螺旋输送机斜穿盾体，前部由连接法兰装于前盾承压隔板上，从土料仓底部进料到与皮带机连接处的出料口倾斜安装，倾角为约17度。螺旋壳体上设有总共3个R2’’的连接件，用于泡沫剂、水等注入。根据螺旋体及中心轴尺寸，单边通过最大块体尺寸为270毫米。 4、管片拼装机位于尾盾。它用于拼装单层管片衬砌。它的设计根据施工现场的特定条件而进行，并且使管片能够准确放置到位。管片拼装机由盾体内的操作员，通过可动的控制台操作。管片拼装机由下列部件组成拼装机大梁；支承架；旋转框架；拼装头横向移动机构。 5、皮带运输机用来把螺旋输料机排出的土料运至运料车。皮带运输机做成一个整体部件，包括电驱动单元。橡胶输送带装有横向滚轮。皮带运输机的主要组成部件为带式结构；排料段；拉紧装置。 6、后配套台车 门架台车系统主要由以下部分组成移送管片的电动葫芦；轨道；4节门架台车，上面安装盾构操作所需的液压、电气部件，还有运料车装料站、高压电缆卷盘、软管卷筒、通风管、操纵室、壁后注浆设备、泡沫与加泥装置。 1号门架台车上装有以下设备主驱动液压动力站，液压油箱；操纵室；管片吊装用的电动葫芦；同步壁后注浆设备；主轴承润滑、密封脂注入的注脂泵；皮带输送器； 2号门架台车上装有以下设备用于推进、管片拼装机、螺旋输料机及附属设备的液压动力站；油冷却和过滤站；膨润土加入设备；吊车轨道。 3号门架台车上装有以下设备泡沫发生装置；电气配电柜；空气压缩机。 4号门架台车上装有以下设备变压器；中压开关；皮带输送机；辅助物件运输用吊车滑轨；皮带机支撑及卸料点；高压电缆绕线盘；软管绕管盘；。 7、电气系统高压到低压由变压器完成。变压器为密封式,户外型，功率2000 KVA；初级电压10KV ；次级电压0.4KV；频率55 Hz；保护等级最小IP 55。 8、控制系统西门子S7 PLC为控制系统关键部件，用于控制TBM的主要功能。安装于操作员控制台，在配电柜里装有远程接口，PLC系统与控制台的工业计算机接口，通过测量数据采集系统可归纳“记录、处理、存储、显示和评判盾构掘进机运行中的所有关监控参数”。 9、SLS-T激光导向系统SLS-T APD隧洞导向系统带有自动位置确定和隧洞掘进软件，它给出关于TBM空间位置和定位的不断更新的信息，因而通过正确操作，TBM能够与DTA保持在一个很小的圆圈公差范围内。 10、泡沫生产系统这个系统用于泡沫的控制、生产和泵送，泡沫生产是在泡沫发生器里通过机械混合空气、水和泡沫来实现。泡沫可以增加泥土的流塑性，避免泥土附着于刀盘表面，减小刀具磨损、降低刀盘和螺旋输送机扭矩。 11、注浆系统管片外表面与土层之间的环隙注浆由4根注浆管完成。一号台车上安装两台注浆泵，每台注浆泵有两个出料口和注浆管连接。盾构机掘进时，注浆泵开始工作，注浆材料被泵送到盾尾后端，及时添充管片外表面与土层之间的环隙，注浆量可由理论计算和注浆压力确定，同步注浆保证了成环管片在土体中的姿态。 2．2加泥型土压平衡式盾构机的主要特点 结构先进，自动化程度高，采用了国际盾构最新技术。开挖、出渣、衬砌均以液压为动力，易于控制、调整各种作业。施工效率与可靠性高；安全性能好。装备各种监控、传感、控制装置。设备的控制、仪表及监控系统均在盾构控制室内控制。控制室控制台有良好的视野，便于观察刀盘出料、管片安装。设有水平侧滚监控系统，甲烷气体监测报警系统等。采用防爆电机等电气防护措施。设有铰接液压油缸、超挖刀，盾构可以在垂直、水平方向上进行各种调整，能按设计要求完成曲线开挖。刀盘为混合式结构，既可适应较硬地质，也适应软土地层。机器功率强大、结构牢固、操作方便、安全可靠，适应地质条件范围广。 2．3刀具选择 盾构推进中，刀盘上刀具的合理配置非常重要，针对不同的地层设置适合的刀具，不但可以确保正常推进而且可以减少刀具磨损和不必要的浪费。我们根据地质条件和盾构机的刀盘直径，共布置了120把刀具分布在整个刀盘上。其中槽口刮刀32把，分布在刀盘的外缘；边缘滚刀5把，也分布在刀盘的外缘；正面滚刀8把，分布在刀盘的面板上；中心滚刀8把，分布在刀盘的中心部位；齿刀64把，分布在刀盘进料口的两侧；在刀盘的边缘还配有一把超挖刀，它由液压千斤顶控制，行程为5cm，用于曲率半径小的曲线隧道。 所有这些刀具都科学的交错分布在刀盘的表面和边缘。每种刀具都配有专用刀座，用螺栓固定，可以从刀盘后侧即土仓中进行更换刀具，同类刀具具有互换性。 在硬岩中，滚刀用于割裂岩层，齿刀、刮刀用于去除碎片，在各种刀具的共同作用下完成整个断面的开挖。在软土地层中，把滚刀换成单头或双头撕裂刀，撕裂刀的作用和滚刀相同，这样既可以提高盾构机的工作效率又可以节约成本。如果碰到上软下硬，软硬不均的地层，可以在刀盘的边缘配置滚刀，中心部位配置撕裂刀，充分发挥各种刀具的作用。经工程实践证明，由于合理的配置了刀具，986米隧道一次掘进成功，中途未换任何刀具。总之，刀具的配置要根据施工现场的地质情况而定，因此在施工前，一定要准确掌握隧道经过区的地质情况，才能合理、科学的配置刀具。 2．4掘进原理 土压平衡的原理是在推进时靠由刀盘切削下来土体，切削下来的土体进入密封土仓，当土仓内土体足够多时，可基本上与开挖面土体的土压和水压之和保持平衡，确保地层稳定。 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。 三、工程概况及特点 1．1工程概况 深圳地铁一期工程七标段华强路～岗厦区间盾构隧道工程位于福田区，盾构区间隧道总长度3471.6m，其中在线路中部设置盾构中间始发井。 区间隧道衬砌管片外径6000mm，内径5400mm。每环平均宽1.2m，厚300mm，为楔形量51mm的通用管片，每环管片分为六块，三个标准块，两个邻接块，一个封顶块。钢筋砼管片强度等级C50，抗渗等级S10，耐腐蚀系数大于0.8。管片外侧涂抹双组份聚氨酯进行防腐防水处理，管片接缝设遇水膨胀橡胶材料与三元乙丙弹性橡胶复合而成的密封垫。隧道最小平面曲线半径300m，曲线间水平夹直线最小长度20m，最小竖曲线半径3000m，最大坡度为30‰。 1．2工程特点 本区间左右线穿越许多重要建筑及管线，盾构掘进施工对周围环境保护要求极高，施工风险及难度相当大，本工程主要有以下特点 1、地质条件复杂 区间隧道主要位于砂层和粘性土层中，部分位于强风化中风化的花岗岩中，地质条件综合评价为上软下硬，对掘进过程中保持盾构机姿态极为不利，盾构推进和轴线控制难度非常大。 2、穿越两条河流 盾构隧道需通过一条深达6m的排水明沟和深10m的福田河，两处河底至隧道顶层为中砂及砾砂层，透水性强，易发生涌水、坍塌。 3、穿越建筑物 隧道还需通过福华立交桥和福华新村1、3栋楼房的桩基群，理论隧道边缘距理论桩边仅40cm，如果桩身施工倾斜或稍有闪失盾构机将切断桩基础，后果不堪设想，施工风险及难度相当大。 四、盾构隧道施工 4．1盾构始发与到达 一、进出洞土体加固 为使盾构机进、出站施工阶段，不发生水、土涌入、工作面坍塌，以保证进、出洞施工的顺利进行，必须对盾构工作井洞门土体进行加固处理,使洞门周围土体具有自立性、防水性和一定的强度。依据建筑地基处理技术规范（JGJ79-91），经过对分层注浆、深层搅拌、旋喷加固、冻结法等地层加固法的适用性、经济性等技术条件分析确定。根据土体加固体达到设计技术要求所需的时间，确定工作井土体加固处理在盾构进、出洞之前一个月完成。 加固体范围1）盾构进洞平面、平行盾构轴线3.55m，垂直于盾构轴线，外侧面6.3m，内侧为两盾构轴线间距的一半。深度盾构轮廓线外缘上下各3m。2）盾构出洞平面、平行盾构轴线6.1m，垂直于盾构轴线，外侧6.3m，内侧为两盾构轴线间距的一半。深度盾构轮廓线外缘上下各3m。 二、盾构机始发 1、 洞门钢环 车站的进站井、出站井的井壁洞门周边，必须按洞门设计图预埋铁件，将来隧道施工结束时，预埋铁件与进（出）洞门的管片预埋件用钢筋焊接整浇进行洞门施工。洞门钢环的中心一定要和隧道轴线重合，钢环要具有足够的刚度，以防在中间井内衬墙施工中钢环变形。始发井钢环的内径一般比盾构机的外径大200300mm，如果盾构机外表面和钢环内表面的间隔过大，在盾构机开始掘进时难以防泥水外泄；过小又会造成盾构机始发时对位难以控制。出站井的钢环外径可以稍大一些，以便盾构机能够顺利出洞。 2、 盾构机基座的设计和定位 盾构机的盾体重大约300吨，因此盾构机基座设计要有足够的刚度。为减小盾构机拼装时在基座上移动的阻力，基座上安装两条钢轨作为导轨，两钢轨之间的距离要适度，保证盾构机在上面移动时的稳定性。基座在底板上定位时水平方向一定要对准，轴向安装有两种方式，一是按隧道的纵坡摆放，二是以盾构机前端中心轴线为准水平摆放，但不论以哪种方式摆放都要使安装后盾构机的中心轴线比隧道的理论轴线高35厘米，因为当盾构机从刚性的基座进入柔性土体时会下沉35厘米。出站井的基座安装时，要使盾构机的中心轴线比隧道的理论轴线低5厘米左右，以便盾构机能顺利进到基座上。 3、盾构机反力架的安装 反力架是在盾构机始发掘进时提供反力，反力架一般设计成井字形。盾构机掘时的推力一般为8001000吨，因此反力架要具有足够的刚度，并有一定的安全系数，必要时可以在后面加斜撑以增加反力架的刚度。为使盾构机掘进时第一环负环管片接触面增大，受力均匀，反力架朝向管片的一侧安装有和管片截面相同的钢圆环。如果第一环负环管片是楔形管片，那么钢圆环也要做成楔形的，否则管片在盾构机千斤顶推力的作用下，管片出现偏斜不能正确拼装且容易破损。反力架的整体安装时竖向一定要和基座垂直，保证盾构机掘进时管片和反力架不产生法向分力，整体受力良好。 4、洞门破除 始发井围护结构中的钢筋对盾构机刀具的危害极大，盾构机始发掘进前必须破除。掘进前洞门处土体已经进行了加固，抽芯检查证实，加固效果非常好，但为减小土体扰动，保持土体的稳定性，我们决定用人工破除围护结构的钢筋混凝土，且保留一层钢筋和混凝土保护层作为外部支护，等盾构机顶到洞门时再割除掉钢筋，盾构机迅速向前推进，顶住土体，防止洞门处土体坍塌。出洞时，当盾构机刀盘顶到钢筋时再进行割除，防止土体坍塌。 5、盾构机始发负环管片加固 盾构机主体掘进到土体中后，负环管片就定位到始发基座上，除基座外四周没有任何约束。由于隧道出洞就为曲线或直线段很短，因此盾构机掘进时对管片的压力会产生一个法向分力，这个分力会造成负环管片错台、破碎或脱离基座，非常危险，因此在盾构机始发掘进时对负环管片要进行加固。具体的做法是在盾体的两侧加撑，每一环负环管片用两根钢丝绳固定到基座上，盾尾和负环管片脱离时在撑与管片及导轨与管片之间打入木楔,限制负环管片的各个方向上的移动。 6、洞门止水 1、进洞止水由于盾构机刀盘的直径要比管片的直径大，盾构机掘进后在土体和管片之间就会产生一圈环隙，如果处理不好就会有大量的泥沙涌入始发井，给施工带来麻烦。因此在盾构机刀盘进入洞门钢环前，在洞门上安装一个橡胶圈，橡胶圈的内径要比管片的外径小得多，当盾构机掘进土体后，橡胶圈紧箍在管片上，外侧再用扇形压板沿管片外径固定住橡胶圈，并用浆液注满环隙，防止泥水外泄。在实践中常用的注浆方法有水玻璃双液浆和水泥砂浆两种，这两种方法都可以采用，前一种方法不易控制，后一种方法简单易行。 采用水泥砂浆操作时，浆液从管片吊孔中注入，待盾构机掘进两环时，停止6小时，使浆液初凝后继续掘进。 2、出洞止水当盾尾快要脱离到站洞门时，盾构机停止推进，用填料尽量填实土体与管片之间间隙，再用3mm厚薄钢板以错缝方式嵌于扇形压板内侧，使薄钢板封住环缝，再用扇形压板固定好薄钢板，最后进行封堵注浆。 三、盾构到达 1、 工作内容 安装盾构机姿态测量、安装接收托架、破除洞门处人工挖孔桩钢筋混凝土、盾构顶进进洞，焊接止水钢板，注浆加固。 2、工作程序 盾构姿态测量安装接收托架 管片壁后注浆 破除洞门处人工挖孔桩 焊接止水钢板 盾构顶进进洞 水硬性浆液注浆加固 3、盾构机姿态测量、安装接收托架 盾构进洞前50环进行贯通测量，以确定盾构机的实际位置和姿态。此后的掘进不允许有大的偏差发生，逐渐按偏差方位调整姿态和位置，满足盾构进洞尺寸要求。这一调整应在刀盘进入洞前加固土前完成，以避免盾构进洞发生意外。盾构机刀盘紧靠围护结构后，由于刀具不旋转或推力上升等机械操作方面的变化，虽然能察觉到已到达围护结构，但仍应从接收井的人工挖孔桩钻孔，测量盾构机准确位置，再确定是否停止推进。 盾构机进井接收架的高低必须经最后测定盾构机的实际高低来调整。 4、破除洞门处人工挖孔桩 （1） 洞门处人工挖孔桩拆除前，在桩间开几个检查孔，以确认围岩状况和盾构机到达位置，洞圈内混凝土的拆除与始发相同，必须迅速进行。洞圈内混凝土凿除顺序洞门中心先穿孔释放应力，再凿除洞圈内厚80厘米的钢筋混凝土，留下40厘米混凝土分九块进行。 （2） 盾构机距井壁混凝土5米之后掘进中逐步降低正面土压力，同时推力控制在500吨以内，最后盾构机头部进入加固区以后，正面土压力降为零。为降低盾构正面压力对洞门墙体推力，可适当打开洞门中心释放孔，使洞前土进入井内以降低盾构集中推力。 （3） 配备专职安全员对此进行监督，杜绝安全事故隐患。 5、盾构机顶进进洞 在洞门混凝土分块凿除后，盾构机应尽快连续推进，尽量缩短盾构机进洞时间。 6、焊接止水钢板 盾构机完全脱出管片后，千斤顶继续顶紧管片，保持管片不变形或下沉，沿最后一环管片的圆周预埋钢板，用20mm厚钢板与洞口预埋钢环焊接，固定管片。同时用5mm厚钢板沿圆周密贴满焊。同时最后一环管片脱出盾构机后下部用楔子支撑，再次防止管片下沉。 4．2盾构掘进施工 1、 盾构初始掘进的准备工作 盾构初始掘进必须完成的准备工作有 洞门范围内的车站围护结构墙已被凿除； 洞门橡胶密封圈安装到位； 反力架、始发托架安装并复测定位 临时管片准备就绪； 管片运输设备准备就绪； 渣土运输准备工作就绪； 盾构已准确定位； VMT激光导向系统安装并测试； 地面监测点已布设完毕并获得初始成果； 盾尾密封刷已涂满密封油脂； 临时管片加固设备准备就绪； 2、盾构正常推进 （1）、准备 在完成初始掘进及试验长度段，根据试验反馈参数，将对始发设备进行调整，为其后的正常掘进准备条件，调整工作包括 拆除临时管片、始发托架和反力架； 移动后续台车； 其它各种管线的延伸和连接； 在隧道内铺设道叉及双轨； 列车重新编组。 （2）掘进 盾构掘进由操作司机在中央控制室内进行，由工地土木工程师计算正面主被动土压力值。土压力值根据隧道埋深、土层性质和地面超载计算。开始施工时，在盾构机的正面及盾构体的上下方设置土、水压传感器监控平衡系统，在盾构机前面安装岩土勘探系统。打开出土闸门，依次开启皮带输送机，螺旋机和大刀盘，推进千斤顶，调整好各千斤顶工作油压。此时大刀盘切削土体，盾构前进。盾构机根据设定的正面土压力自动控制出土速度或掘进速度。盾构机的行程、上下左右四个区域千斤顶压力、螺旋机转速、盾构扭转、俯仰等参数，将显示在显示屏上，盾构司机及时做好参数记录，并参照仪表显示以及其它人工测量和施工经验调整盾构机姿态和各项参数，使盾构始终按设计的轴线推进。 4．3盾尾油脂的压注 推进35cm后暂停施工 第二环管片注浆孔上连接压注管路 油脂泵压注 第一腔达到设计要求后结束 继续推进40cm 油脂泵压注 第二腔达到设计要求后结束。 4．4管片拼装 1、 管片拼装方式 带有不同楔形量的螺栓紧固通用管片，管片形式分为L1、L2、B1、B2、B3、F六种，每块管片都有不同的楔形量，我们依靠这个楔形量来实现隧道的转向及盾构机的辅助控制，其中F管片的楔形量最小。 2、 F管片位置的选择 在盾构机前进时，管片的拼装位置极其重要，对盾构机前进时的姿态控制很有效。当管片与推进千斤顶接触平面不重合时,在千斤顶产生推力时管片即出现裂缝导致漏水,并在此时出现盾构机的姿态难以控制,很难遵循预定线路前进。我们经过分析，施工时盾构机的总推力约为1100t，每个千斤顶的推力为50t，由于管片与推进千斤顶接触平面有个夹角，近似于线接触，管片混凝土的拉伸强度为50 kg/cm2左右，而千斤顶产生的拉伸应力远远超过该值，由此判断管片开裂起因于千斤顶与管片平面不重合。并且由于管片碎裂使得盾构机各个千斤顶不同步，导致很难控制方向。 所以应使管片与推进千斤顶接触平面尽量重合,这可以通过选择管片的拼装位置来实现。在选择管片位置时，有两个参数需要考虑，一个是盾尾间隙的保证；另一个是管片平面走向趋势。管片趋势相关的参数有推进油缸行程，铰接油缸行程，管片平面位置。由此我们就可以得到管片走向趋势 CH水平走向趋势Fb-Fd CV垂直走向趋势Fa-F 管片平面位置 Pa Aa Fa Pd Pb Pb Ad Ab Fd Fb Pc Ac Fc 推进油缸行程 铰接油缸行程 管片平面位置 其中FaPa-Aa FbPb-Ab FcPc-Ac FdPd-Ad 当我们用管片的不同楔形量来使CH、CV为0时，管片平面就与盾构机前进平面重合，此时盾构机的千斤顶受力情况最好，便于整个掘进工序，当楔形量不能使CH与CV同时为0时，应尽量使其中一个保持最小，使盾构机能获得最大的推进力，并使侧向分力减小，便于盾构机遵循预定线路前进。因此，应优先考虑管片趋势。 3、 盾尾间隙对选择管片位置的影响 不同点位的选择，可以控制盾尾间隙，由于在盾尾后部设有一圈加强环，可以保持盾尾保圆度，另外还可以作为一道止水环，防止泥水进入盾尾密封刷内。加强环高度为45mm，而且盾构机在不同的线路上总是有一定的偏移量，因此盾尾间隙要保持在45mm以上，否则会使加强环挤压管片造成碎裂，并防碍了掘进时方向的控制。由于管片类型不同，对盾尾间隙可以起到调节作用，我们把盾尾分成11个点位。例如当F块位于3点位置时，就可以将3点位置上的盾尾间隙减小，而9点钟位置间隙得到最大补偿。 11 1 10 2 9 3 K 8 4 4 7 5 当前进线路为小半径曲线时，一侧盾尾间隙会变得很小，而且始终这样。出于对盾尾间隙的考虑，我们选择的管片位置有时很不利于盾构机的掘进，使得千斤顶平面与管片平面有很大的一个夹角，由于这个原因会导致管片发生挤碎现象，造成盾构机的控制上的困难。当管片经常发生碎裂时，我们就要通过控制盾构机的线路来使间隙得到平衡，从而选择最适合的点位。 F 盾尾 F F 管片 F F为纠偏线路方向 当间隙得到平衡后再还回原来线路，但是调整线路应尽量小。 再次掘进时，我们对管片拼装位置做了仔细的推敲再进行拼装，使管片位置最优化，再也没有出现盾构机掘进时因管片碎裂造成难以控制的现象。通过对管片拼装点位的深入了解和研究，我们对通用管片衬砌隧道的掘进控制技术有了很大的提高。 4．5同步注浆 同步注浆施工的目的有三点一是防止隧道周围的地基变位（主要由管片和地层之间的空隙引起的），二是提高隧道的止水性能，三是使管片与周围地基一体化，让盾构隧道在结构上获得早期稳定性（使作用外力均匀）。跟据盾构机机型及地层性状等多种因素，浆液类型可为活性浆液（含水泥等活性材料）、惰性浆液（不含水泥）两种。下面着重从同步注浆材料、注浆方式的选择，注浆压力及注浆量的控制对同步注浆技术作出探讨。 1、同步注浆方式及注浆材料的选择 1、同步注浆方式 盾构机刀盘直径比管片外径要大，当拼装好的管片脱出盾尾后，在土体与管片之间形成一道环形空隙。盾构机采用盾尾同步注浆方式，注浆设计为在盾尾钢板内布置了椭圆状注浆管，在进入盾尾之前每条管上设有压力传感器及手动阀门，手动阀门通过软管与浆液泵相连，浆液泵上方设置一个带搅拌器的浆液罐，当掘进进行时，把浆液罐底部的闸阀打开，起动注浆泵，然后根据掘进速度调整控制面板上的注浆速度档位，浆液的注入分手动和自动两种模式。 2、浆液材料的选择 为了达到同步注浆的目的，首先需要选择适合于地层土质及盾构机机型的适用材料，目前壁后注浆材料主要包括单液型及双液型两大类，单液型可分为惰性浆液及胶凝时间较长的活性浆液，双液型主要分为水玻璃类及铝类。地质条件较复杂地段，由于盾构机注浆管道及地面送浆管道较长，采用活性浆液极易堵管，因此可采用惰性浆液。注浆材料为水粉煤灰膨润土细砂，为了保证浆液具有以下良好的性状无材料离析，流动性能好，充填性良好，无公害，价格便宜。经实验，可选用以下浆液配合比 水 粉煤灰 膨润土 细砂 240kg 310kg 110kg 710kg 三、注浆量的选择及注浆压力控制 1、注浆量的选择 同步注浆量的选择，主要考虑方法是以几何学所决定的盾尾间隙量为基础，将其作为实际注浆量对于盾尾环形空隙量的比率选择来掌握。我们采用的是同步注浆系统，每当掘进开始时，便同时进行壁后注浆，浆液迅速填充管片外部的环形空隙，地层中空隙外侧土体塌陷土量可以不予考虑，因此壁后填充率近似为100。但因环形空隙周围的土体多为砂粘土、砂层，土体的孔隙率较大，受注浆压力的影响其环形灌浆层厚度会大于环形空隙厚度（见砂质地基均匀注浆状况图）。 砂质地基均匀注浆状况图 注浆后浆层厚度与灌浆前空隙厚度比率根据地层情况而定，根据经验，在砂质地层，其比率为11.25左右，在粘土地层，其比率为11.2左右，在中、强风化岩层中，其比率为11.05左右。 根据以上影响因素分析结果，同步注浆量计算公式为 VπR2-r2LT R刀盘半径 r管片外径 L管环宽度 T扩充系数（厚度比率） 现场可跟据地层条件选择不同的扩充系数调整注浆量，同时在此基础上以地面监测结果分析为指导，适当调整注浆量。 2、注浆压力的控制 注浆压力最佳值在综合考虑地基条件，管片强度及盾构机机型与所用材料特性的基础上加以确定。压力过大会造成地表隆起及K块管片螺栓剪切破坏，在隧道埋深的不大的情况下一般不考虑注浆压力对管片强度的影响。因此把土层水土压力，管道沿程阻力之和设定为注浆比较合适，同步注浆压力计算 PP1P2 P1上覆地层土压力。 P2管道沿程阻力（一般为注浆时显示的压力值与停止注浆时的压力值之差）。 P1取1kg/cm2，隧道埋深取12m， 覆土比重取18kN/m3。 实际操作时根据隧道埋深、地层状况、地面沉降情况进行调整，以确保注浆量，同时避免破坏盾尾密封系统。 五、防水设计施工 盾构法隧道渗水，除会带来地下工程渗漏的一般危害外，还会造成隧道及地面建筑物的不均匀沉降和破坏。因此作好盾构法隧道的防水设计与施工非常重要。盾构隧道防水的核心就是衬砌接缝防水，而衬砌接缝防水的关键是接缝面防水密封材料及设置方法和断面型式。 1、 防水密封材料的选择 弹性密封垫按采制分有以下几类 （1） 氯丁橡胶、三元乙丙； （2） 遇水膨胀橡胶类； （3） 氯丁橡胶与膨胀橡胶复合类； （4） 三元乙丙橡胶与膨胀橡胶复合类； 其中氯丁橡胶与三元乙丙橡胶相比抗老化性能较差，尤其是不适于深圳地下水具弱酸腐蚀性的特点，而单纯的三元乙丙仅依靠压缩反力止水，在管片拼装错缝较大时止水性能将大打折扣，三元乙丙橡胶与膨胀橡胶复合类则兼有两种材质的优点，在工程前期主要靠压缩反力止水，后期则靠遇水膨胀反力弥补压缩应力的松弛。我们因此采用了三元乙丙橡胶与膨胀橡胶复合类止水条，另外，为加强弹性密封垫的角部防水，可在其角部加贴自粘性丁基橡胶薄片。可加强十字、T字接缝的防水。 2、 断面型式的选择 接缝弹性密封条的防水功能除了与其材质和技术性能有关外，其断面构造形式也非常重要。 弹性密封垫的构造形式必须与管片上设置的密封垫沟槽相匹配，它通常加工成框形，可紧密服帖的套裹在密封垫沟槽内。沟槽断面一般为倒梯形，槽宽一般为30-50mm，槽深15-30mm。弹性密封垫沟槽截面积与密封垫的关系是为能使密封垫完全压密（环缝张开量为0mm），密封垫沟槽截面积应大于等于密封垫的截面积，其关系按下式表示 A1～1.15A0 A表示沟槽截面积 A0表示密封垫截面积 弹性密封垫的高度，与最大压缩率和最小压缩率有关，若超过最大压缩率所需的高度，会导致材料老化加快，应力松弛加大，影响使用寿命，甚至在拼装管片过程中会挤坏管片外弧面；若低于最小压缩止水率的高度，不足以抵抗设计的最大张开量下的水压，会造成渗漏。综上考虑，我们采用了“爪型”与“谢型”相结合的含遇水膨胀橡胶条的三元乙丙弹性密封垫，如图所示 “谢型”密封垫即在结构断面上开设多