盾构施工准备、关键技术及控制要点

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1、北京建工集团-北京长城B+B公司,盾构施工准备、关键技术及控制要点 王锡军,1. 盾构施工准备 2. 施工工艺及控制要点 3. 施工测量与监控量测 4. 质量通病及预防措施 5. 主要风险及预防措施,目录,目录,全敞开式盾构,敞开式盾构,部分敞开式盾构（网格挤压式盾构）,闭胸式盾构,泥水加压平衡盾构,土压平衡盾构,复合盾构,盾构施工技术发展简述,微型盾构,双圆盾构,三圆盾构,子母式盾构,扩径盾构,球形盾构,地中直接对接盾构,矩形盾构,小半径曲线（急转弯）,V&H盾构,T型盾构,盾构施工准备,盾构施工准备主要包括如下几个方面: 技术准备 物资准备 人员准备 场地布置,盾构施工准备,盾构施工准备,

2、了解工程条件，包括水文地质条件、施工场地条件、管片运输与渣土消纳条件、噪音影响、供电、供水、排污条件、民扰、扰民问题、拆迁占地等； 地面建筑物与地下管线调查，地下管线必须逐一现场核实；在盾构掘进前必须进行地下空洞探测； 编制施工组织设计和临电施工组织设计 风险源识别与分析，编制专项方案(包括工程自身风险和盾构开仓检查、换刀带来的风险) 编制项目进度计划（特殊地层必须考虑刀盘、刀具检修以及由其引起的施工占地协调、管线改移等对整个工程工期的影响）,盾构施工准备,技术准备,制定盾构施工过程管理措施与控制目标 编制盾构施工辅助工程专项施工方案（包括盾构机及龙门吊、砂浆搅拌站等大型设备运输、组装及解体方

3、案、盾构始发和接收端头加固方案、始发与接收方案、联络通道和其它附属工程施工方案、弃土坑施工方案、盾构防水等、需要中途进行刀盘刀具检修的还需编制专项方案） 建立质量保证体系与绿色、环保和文明施工体系,盾构施工准备,盾构机及大型运输、吊装设备选用 盾构施工配套垂直运输设备、水平运输设备选型与采购（龙门吊、塔吊、电瓶车、管片车、渣土车等），需注意点 制造与采购工期，一般在6个月左右 电瓶车选择必须考虑多个工程的使用以及隧道纵坡对其牵引力的 影响 浆液制备与泵送设备（搅拌站、浆液输送泵、浆液车） 盾构始发、过站、接收用钢结构（反力架、反力环、机座、过站小车） 盾构机后配套管线及运输通道（供水管、排水管

4、、盾构机供电电缆、隧道内照明、轨道、枕木、走道板、管钩等）,盾构施工准备,物资准备,盾构配件及耗材（刀具、常用配件、盾尾密封油脂、泡沫、膨润土、润滑油脂等） 现场临时用电、临时用水材料，应急发电设备。 场地内装载、搬运设备（装载机、叉车、挖掘机） 工地通用机械（空压机、电焊机、切割机等）,盾构施工准备,建立组织机构 制定岗位职责 管理人员安全教育、业务培训 作业工人安全教育、业务培训 持证上岗 所有人员签订劳动合同，办理工伤等各项保险,盾构施工准备,人员准备,盾构施工场地布置应统筹考虑，协调合理，绿色施工。主要包括：垂直运输系统、拌浆系统、临时水电系统、冷却系统、排水系统、消防系统、弃土坑、管

5、片堆场及其他设施等。,沉淀池,冷却塔,弃土坑,搅拌站,管片堆场,充电间,50吨龙门吊,始发井,箱变,盾构施工准备,场地布置,盾构施工准备,场地布置,盾构施工准备,场地布置,盾构施工准备,场地布置,盾构施工准备,场地布置,盾构施工准备,盾构施工准备,盾构施工主要工艺流程有： 下井组装 联动调试 初始掘进 正常掘进 到达接收 解体吊装 盾构过站 管片生产,施工工艺及控制要点,盾构施工工艺及控制要点,施工工艺及控制要点,盾构下井组装调试流程图,施工工艺及控制要点,（二）轨道铺设,（一）始发基座安装,施工工艺及控制要点,下井组装,（四）电瓶车吊装下井,（三）台车吊装下井,施工工艺及控制要点,下井组装,

6、（六）中体吊装下井,（五）螺旋机吊装下井,施工工艺及控制要点,下井组装,（八）中、前体连接,（七）前体吊装下井,施工工艺及控制要点,下井组装,（九）刀盘吊装下井,（十）管片拼装机吊装下井,施工工艺及控制要点,下井组装,（十一）盾尾吊装下井,施工工艺及控制要点,下井组装,（十三）反力架安装（竖井内）,（十三）反力架安装（车站内）,施工工艺及控制要点,下井组装,吊装作业前，吊装方案必须经专家论证批准。 盾构吊装由具有资质的专业队伍作业，每班作业前按起重作业安全操作规程进行安全技术交底，严格按有关规定执行。 根据盾构机部件重量及场地条件确定吊车的吊装能力，经过验算选择合适的吊车。 吊装作业区应做地基

7、承载力检测，且保证作业区内地下无空洞，并铺设钢板，防止地层不均匀沉陷。 探明吊装作业区地面架空线与地下管线情况，对影响范围内的管线进行保护和监测。 盾体吊装前应对始发基座进行精确定位和固定牢固。 大件吊装时应对始发井进行严密的观测，掌握其变形与受力状态。 盾构吊装时，在大型部件上加4根缆绳，严格控制被吊部件的旋转、摆动，确保准确到达指定位置。,施工工艺及控制要点,下井组装控制要点,盾构机组装和连接完毕后，即可进行空载调试。主要调试内容为:液压系统、润滑系统、冷却系统、配电系统、注浆系统、以及各种仪表的校正。着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。 空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负载调

8、试。负载调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力，使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。,检验盾构机供电系统、液压系统、弱电控制系统、同步注浆系统、泡沫系统、管片运输拼装系统等是否能够正常工作。 不仅对各个系统做单独调试，还必须做整机试运转，尤其注意刀盘能否正常转动。 联动调试必须由专业人员或在厂家指导下进行。,施工工艺及控制要点,联动调试内容,联动调试控制要点,整体始发,施工工艺及控制要点,初始掘进,初始掘进,分体始发,施工工艺及控制要点,分体始发,施工工艺及控制要点,分体始发,施工工艺及控制要点,分体始发,施工工艺及控制要

9、点,端头加固,在盾构始发和到达之前，一般要根据洞口地层的稳定情况评价地层，并采取有针对性的加固处理措施。加固区地层应满足强度和渗透性的要求，加固完成后要对地层进行取芯并进行强度试验。常用的加固方法有搅拌桩、旋喷桩、注浆法、SMW工法、冷冻法等。,加固后土体,旋喷桩加固,取芯检测,施工工艺及控制要点,始发准备,在围护结构破除后，为保证盾构在始发时不致于因刀盘悬空而产生盾构“低头”现象，需要在始发洞口内安设始发导轨。,洞口破除,根据经验，一般在盾构始发和到达前10天左右开始洞口围护结构的破除。,洞口破除,始发导轨安装,施工工艺及控制要点,始发准备,洞门密封装置的安装,洞口密封装置是为盾构在始发和到

10、达时防止浆液和泥水外泄所用，常用的有压板式和折页式两种。,密封装置,折页式,施工工艺及控制要点,始发准备,压板式,负环管片安装准备：一般情况下，负环管片在盾壳内的正常安装位置进行拼装。在安装负环管片之前，为保证负环管片不破坏盾尾刷，保证负环管片在拼装好以后能顺利向后推进，在盾壳内安设厚度不小于盾尾间隙的方木（或型钢），以使管片在盾壳内的位置得到保证。负环管片在盾构千斤顶作用下向后移动过程中，要注意不要使管片从盾壳内的方木（或型钢）上滑落。,随着负环管片和正环管片的安装，刀盘开始切削到土体，螺旋输送机开始出土，盾构开始掘进，直至初始掘进完成。,施工工艺及控制要点,负环拼装,始发掘进,洞口端头加固

11、应达到设计要求。 洞门破除前要进行加固区域的取芯试验和洞口水平打孔观察，确保洞门破除安全。洞门破除后，检查洞门内周边的钢筋等是否清除干净，以免妨碍盾构掘进时刀盘转动。 洞口密封装置的安装要牢固，采用压板式密封装置时，随着盾尾脱离或进入竖井，及时调整压板的位置。 负环管片拼装位置要准确，脱出盾尾后必须及时支撑、固定。,负环管片拼装,施工工艺及控制要点,始发准备及初始掘进控制要点,负环管片拼装,施工工艺及控制要点,盾构在空载向前推进时，主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。要在盾构向前推进的同时，检查盾构是否与始发基座、始发洞口发生干涉或是否有其它异常情况，确保盾构安全的向前推进。

12、为避免刀盘上的刀头损坏洞口密封装置,在刀头和密封装置上涂抹黄油以减少摩擦力。 盾尾钢丝刷需安装牢固,在拼负环前人工将盾尾钢丝刷中填充满盾尾油脂。 盾构在未完全进入洞门前，在盾壳上焊接防扭转装置，并随盾构的推进逐次割除。 始发时盾构坡度可略大于设计坡度, 在穿越加固区域施工时,土压力设定值应略低于理论值,推进速度不宜过快, 施工过程中根据地层变形量等信息反馈,对土压力设定值、推进速度等施工参数进行调整。,施工工艺及控制要点,始发准备及初始掘进控制要点,盾构完全进入洞门12环后可进行初始注浆，选取注浆压力时要综合考虑地面沉降要求和洞门密封装置的承受能力。前10环注浆压力不宜过高，宜采用速凝型浆液。

13、 在中心刀距离土面3040cm时，开始转动刀盘，并及时加入添加剂，并注意推力、刀盘扭矩的控制。 盾构在初始掘进阶段须对地表变形进行监测，沿轴线方向须布设沉降点，并加设横断面监测点。 盾构始发阶段应注意控制盾构推进的初始推力、刀盘扭矩等参数。,施工工艺及控制要点,始发准备及初始掘进控制要点,渣土改良 土压管理 掘进控制 注浆管理 管片拼装 开仓作业 控制要点,施工工艺及控制要点,正常掘进及控制要点,渣土改良是盾构顺利掘进的重要环节，常用的渣土改良材料有泡沫、膨润土、高分子材料等，施工中根据不同的地层，加入不同的渣土改良材料。北京地区的砂卵石地层一般通过同时添加泡沫和高密度膨润土也来改良土体，增加

14、土体流动性和粘滞力，降低刀盘、刀具磨损，并使砂子和卵石同时排出土仓。,施工工艺及控制要点,渣土改良,土压设定与土压修正 土压力P=P0=K0cz=K0(ihi)，i、hi为上覆土层的天然容重和土层厚度，K0 为侧压力系数。 在掘进施工之前，应根据沿线隧道埋深、地质和水文等参数，计算出土压设定值，列表以指导施工。盾构施工中的土压及其管理影响因素多、涉及面广、每个项目甚至不同的区段都有很大的变化，需要综合考虑方能取得一个合理的初始值，并在实施过程中逐步获得一个有效的土压值。一般按照静止土压值进行推进控制，土体自稳性好的以松弛土压值进行控制，特殊地段按照主动土压控制。 盾构掘进的出土管理 满足土压管

15、理下的合理出土速度，主要靠控制螺旋输送机的转速来调节，出土管理是进行土压管理的有效措施。,施工工艺及控制要点,土压管理,掘进时应控制好掘进方向，在直线掘进时避免盾构蛇行，在曲线掘进时适当设置变向提前量，尽量减小纠偏幅度。在盾构掘进中常纠偏、小角度纠偏从而达到减少地层扰动和地面沉降的效果。提前量的大小应在实践中不断总结，提前量应与隧道稳定时的反方向偏移量相吻合。 隧道曲线掘进和大角度纠偏易引起管片安装的错台和整体隧道的反方向偏移，也应引起高度重视。,施工工艺及控制要点,掘进控制,注浆管理,惰性浆液与硬性浆液 惰性浆液：优点-满足充填空隙的要求；对盾尾刷的危害小；不会“糊住”盾尾；缺点-凝固慢；稳

16、定管片作用差；易造成隧道的偏移，尤其是隧道纠偏和曲线掘进时。硬性浆液：优缺点与惰性浆液正好相反。,注浆量及注浆压力 考虑到纠偏引起的地层损失、盾构壳体拖泥引起的地层损失、浆液体积收缩和具体的地层特点等因素，注浆时实际注浆量应为理论空隙体积的120180，通常采用150。注浆压力应为保证足够注浆量的最小值，同时应与开挖仓内的土压力相匹配。注浆速度应是使浆液充填速度与盾构掘进速度一致。注浆速度过快，注浆压力必然上升，易造成盾尾漏浆；注浆速度过慢，注浆充填效果不易达到要求，易引起地面沉降。 二次补浆 盾构施工后期沉降(盾尾后30-40米范围内)主要来自土体固结。虽然沉降发展速度较慢，但累计值占到总沉降量的30-50左右，及时二次补浆（特殊情况要三次补浆）是防止隧道后期沉降的有效措施。,施工工艺及控制要点,管片安装头必须拧紧，为避免管片旋转过程中安装头单独承受管片重量，应将四条压板均匀地接触管片，避免拼装过程中吊装头被拔出，破坏管片引起安全隐患。 管片拼装过程中，第一块管片的位置尤为重要，它决定本环其他管片的位置及缝的宽窄。管片高于前一环相邻管片