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盾构掘进施工方案 5.1 盾构 100m 试掘进施工 盾构开始掘进的 100m 称为试掘进段.通过试掘进段拟达到以下目的：1用最短的时间对盾构机进行负载调试.2了解和认识本工程的地质条件,掌握该地质条件下土压平衡的施工方法.3收集、整理、分析及归纳总结各地层的掘进参数,制定正常掘进各地层操作规程,推力、推进速度和排泥量三者的相互关系,实现快速、连续、高效的正常掘进.4熟悉管片拼装的操作工序,提高拼装质量,加快施工进度.5 通过本段施工,加强对地面变形情况的监测分析,反映盾构机出洞时以及推进时对周围环境的影响,掌握盾构推进参数及同步注浆量.6 通过对地层推进施工,摸索出在盾构断面处于各地层中,盾构推进轴线的控制规律.7通过试掘进段的试验项目：注浆液的配合比,添加剂的类型和用量,盾构推进的各种参数,施工模式的选择.8验证不同岩层对刀盘、刀具的磨损量,结合推力、刀盘转速等,确定最优的参数,并计算换到点.5.2 盾构正常段的施工 5.2.1 掘进模式的选择 土压平衡盾构机具有敞开式、半敞开式及土压平衡三种掘进模式,土压平衡模式又分为普通土压平衡、加泥土压平衡模式.为了获得理想的掘进效果、保证开挖面稳定、不发生涌水、涌砂及坍塌等事故,有效控制地表沉降及确保地面建筑物安全,必须根据不同的地质条件选择不同的掘进工况.本标段区间隧道主要穿越地层中粗砂层、淤泥质粉质粘土、砂质黏性土、全风化花岗片麻岩、强风化花岗片麻岩、中风化花岗片麻岩、微风化花岗片麻岩、断层破碎带,地质较复杂,因此盾构机在推进过程中采用土压平衡模式.通过试掘进段的掘进选定了七个施工管理指标来进行掘进控制管理:a、土仓压力；b、推进速度；c、总推力；d、排土量；e、刀盘转速和扭矩；f、注浆压力和注浆量；g、加泥量和加泥配比,其中土仓压力和同步注浆量是主要的管理指标.1土压平衡模式 适应的工况 a、洞身处于淤泥质粉砂、泥质粉砂岩等自稳定性差的地层.b、当地层可能有较大涌水、涌砂时.土压平衡模式的实现 土压平衡模式掘进时,是将刀具切削下来的土体充满土仓,由盾构机的推进、挤压而建立起压力,加泥土压平衡模式时通过添加膨润土泥浆等外加剂使土仓内形成可塑状泥土,利用这种泥土压与作业面地层的土压、水压平衡.同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业,始终维持开挖土量与排土量的平衡保持压力,以保持开挖面土体的稳定.土压平衡模式下土仓压力的控制方法 土仓压力控制采取以下两种操作模式：a、通过螺旋输送机来控制排土量的模式:即通过土压传感器检测,改变螺旋输送机的转速控制排土量,以维持开挖面土压稳定的控制模式.此时盾构的推进速度人工事先给定.b、通过推进速度来控制进土量的模式:即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度,以维持开挖面土压稳定的控制模式.此时螺旋输送机的转速人工事先给定.掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式,以保证开挖面的稳定.掘进中排土量的控制 排土量的控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一.根据对渣土的观察和监测的数据,要及时调整掘进参数,不能出现出渣量与理论值出入较大的情况.一旦出现,立即分析原因并采取措施.理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的,掘进的速度和P值设定后,盾构机可自动设置理论转速 N.QS 根据渣土车的体积刻度来确定.QS应与掘进速度决定的理论渣土量 Q0 相当,即：Q0=AVn0 A-切削断面面积 n0-松散系数 V-推进速度 通常理论排土率用 K=QS/Q0表示.理论上 K 值应取 1 或接近 1,这时渣土具有低的透水性且处于好的塑流状态.事实上,地层的土质不一定都具有这种性质,这时螺旋输送机的实际出土量与理论出土量不符,当渣土处于干硬状态时,因摩擦力大,渣土在螺旋输送机中输送遇到的阻力也大,同时容易造成固结堵塞现象,实际排土量将小于理论排土量,则必须依靠增大转速来增大实际排土量,以使之接近 Q0,这时 Q0QS,K1.当渣土柔软而富有流动性时,在土仓内高压力作用下,渣土自身有一个向外流动的能力,从而渣土的实际排土量大于螺旋输送机转速决定的的理论排土量,这时Q0QS,K1.此时必须依靠降低螺旋输送机转速来降低实际出土量.当渣土的流动性非常好时,由于螺旋输送机对渣土的摩阻力减少,有时会产生渣土喷涌现象,这时转速很小就能满足出土要求.渣土的出土量必须与掘进的挖掘量相匹配,以获得稳定而合适的支撑压力值,使掘进机的工作处于最佳状态.当通过调节螺旋输送机转速仍达不到理想的出土状态时,可以通过改良渣土的可塑状态来调整.土压平衡模式的技术措施 a、进行开挖面稳定设计,控制土压力,采用土压平衡模式掘进,严格控制出土量,确保土仓压力以稳定开挖面来控制地表沉降.b、向土仓和刀盘面注入泥浆和泡沫,形成隔水泥膜,防止水从地层中渗出,提高土仓内渣土的稠度来改善渣土的止水性以及在螺旋输送机上安装止水保压装置,以使土仓内的压力稳定平衡.c、选择合理的掘进参数,确保快速通过,将施工对地层的影响减到最小.d、定期使螺旋输送机的正反来回转,保证螺旋输送机内畅通不发生堵塞.e、适当缩短浆液胶凝时间,保证注浆质量.f、向土仓和刀盘注入泡沫和水改善土体的流动性,防止泥土在土仓内粘结.半敞开模式及敞开模式 半敞开模式及敞开模式主要在稳定性较好的岩层中掘进施工.本合同段隧道大部分地段在粉质粘土、砂质粘土地层中通过,部分通过微风化岩层,隧道从岩石中、微风化岩层中通过时,盾构机掘进时根据现场具体情况可以尝试采用半敞开模式掘进,既可以减小刀具的磨损,又能较为容易地施加推进力.硬岩段盾构掘进除选择好掘进模式外,重视刀具管理和外加剂系统科学合理的使用尤为关键.5.2.2 渣土改良和管理 在粘性大及复杂地层的盾构施工中,根据围岩条件适当注入添加剂,确保渣土的流动性和止水性,同时要慎重进行土仓压力和排土量进行管理.渣土改良的目的 使渣土具有良好的土压平衡效果,利于稳定开挖面,控制地表沉降；提高渣土的不透水性,使渣土具有较好的止水性,从而控制地下水流失；提高渣土的流动性,利于螺旋输送机排土；防止开挖的渣土粘结刀盘而产生泥饼；防止螺旋输送机排土时出现喷涌现象；降低刀盘扭矩和螺旋输送机的扭矩,同时减少对刀具和螺旋输送机的磨损,从而提高盾构机的掘进效率.2改良的方法与添加剂种类 渣土改良就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓内或螺旋输送机内注入泡沫或膨润土,利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与渣土混合,其主要目的就是要使盾构切削下来的渣土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力,以满足在不同地质条件下盾构掘进可达到理想的工作状况.添加剂的种类主要有：膨润土、聚合物和发泡剂及泡沫.具体用那种添加剂由试验段确定.3渣土改良的主要技术措施 根据本工程的地质条件和盾构施工的经验,采取如下主要技术措施.在砂质粘性土、粉质粘性土和全风化岩地段的掘进中,主要是要稳定开挖面,防止刀盘产生泥饼.拟采取分别向刀盘面和土仓内注入泡沫的方法进行渣土改良,必要时可向螺旋输送机内注入泡沫.泡沫的注入量为每立方米渣土 300-600 升.同时,还可采用滚片式割刀与刮刀混合破岩削土,增大刀盘开口率等方法来防止泥饼形成.在中风化、微风化混合岩地段的掘进主要是要降低对刀具磨损、螺旋输送机的磨损,防止涌水,拟采取向刀盘前和土仓内及螺旋输送机内注入泥浆的方法来改良渣土.泥浆的注入量一般为每立方米渣土注入 20%-30%.在砂土地层中掘进时,主要是保持土仓内的压力平衡,以稳定开挖面,控制地层沉降,拟采取向刀盘面和土舱内注入泡沫来改良碴土.泡沫注入量根据具体情况确定.本标段地质报告未显示富水地层,如遇到富水地层时,可采取措施：在富水地段和其它含水地层采用土压平衡模式掘进时,主要是要防止涌水、防止喷涌,拟向刀盘面、土仓内和螺旋输送机内注入膨润土,并增加对螺旋输送机内注入的膨润土,以利于螺旋输送机形成土塞效应,防止喷涌.膨润土添加量应据具体情况确定.4防泥饼措施 隧道穿越砂质粘性土、粉质粘性土时,盾构掘进时可能会在刀盘尤其是中心区部位产生泥饼,当产生泥饼后,掘进速度急剧下降,刀盘扭矩也会上升,大大降低开挖效率,甚至无法掘进.施工中拟采取的主要技术措施：加强盾构掘进时的地质预测和泥土管理,特别是在粘性土中掘进时,更加密切注意开挖面的地质情况和刀盘的工作状态.在这种地层掘进时,增加刀盘前部中心部位泡沫注入量和选择比较大的泡沫加入比例,减少渣土的粘附性,降低泥饼产生的机率.一旦产生泥饼,及时采取对策,必要时采用人工处理的方式清除泥饼.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.防止泡沫管堵塞,泡沫质量要好.5.2.3 管片验收与拼装 本工程采用管片主要设计参数：管片内径：5.4m；管片厚度：300mm；管片外径：6.0m；管片宽度：1.5m；分 块 数：6 块,一块封顶块K 块,两块邻接块B、C 块,三块标准块A1、A2、A3 块.5.2.3.1 管片生产 本合同段管片预制生产由我单位进行招标后产生,管片生产厂家必须有生产资质,并在 XX 地铁应用过,在进场后组织管片生产厂家进行招标生产,并提出生产计划满足我单位施工需要.管片生产应符合以下要求.管片制作的各个工序必须经过质检工程师自检合格后,报监理检验合格后,方可开始下道工序施工.1、管片骨架制作 1钢筋制作严格按照设计图纸要求加工,不得随意更改.2钢筋的表面洁净,不得有锈皮、鳞落、油漆等污垢.3生产使用的钢筋必须顺直,凡经调直处理的钢筋表面不得有伤痕.4成型的钢筋骨架通过试生产,经检验合格后方可成批下料加工.5 管片弧形钢筋骨架其落料和成型尺寸必须正确,并在合格的靠模中定位、焊接.图 5.2-1 管片生产施工工艺流程图 6钢筋进入弯弧机时保持平稳、匀速,防止平面翘曲,成型后表面不得有裂纹.7严格按照配筋单配料,各种规格的钢筋分类堆放.8钢筋骨架单片焊接成型,必须在靠模内进行,其平行搭接的焊缝厚度不小于 0.3倍钢筋直径,焊缝宽度不小于 0.8 倍钢筋直径,搭接长度不小于 30mm,钢筋交叉搭接缝厚度不小于 0.35 倍钢筋直径,焊缝宽度不小于 0.6 倍的钢筋直径.9焊接成型时,焊接处不得有缺口、裂缝及较大的金属焊瘤,钢筋端部的扭曲、弯折予以校直或切除.10焊接不得出现咬肉、气孔、夹渣现象,焊接后的氧化皮及焊渣须清理干净.成型骨架起吊运输需与行车工密切配合,必须垂直起吊,不准斜吊,钢筋骨架吊装采用横担式专用工具,确保骨架在吊装过程中不产生变形.钢筋骨架制作成型后,按规定要求进行实测检查,检查中发现的个别脱焊、漏焊及时模具清洁 喷/涂脱模剂 放钢筋笼 模具组装 尺寸检查 上预埋件和模具润滑油 浇筑砼 拱背光面 水养 钢筋下料 钢筋笼制作 钢筋笼验收 合格 不合格 砼检查 合格 不合格 废弃砼 拆模 管片检查 管片修整 标记管片 养护 不合格 废弃管片 场地存储 运至工地 安装防水材料 下井拼装管片 不合格 修补或返厂 合格 予以补焊,检查合格后,认真做好记录,挂好标识牌并分类堆放,由专职质检员对其进行检查,检查合格后在标识牌上盖上合格章.预埋件所用的材料、加工精度、焊接高度、长度,严格按照设计图纸加工.外加工预埋件在成品进厂时必须由技术质量部进行质量检验,要有合格证书.其抽检比例 10%,做好记录,若不合格则应全数检验,不合格预埋件予以剔除不用.2、组模及钢筋骨架入模 1在钢模合拢前,先查看一下模底与四块侧模接触处是否干净,然后合上端头板,合上两面侧板,拧定位螺栓,先中间后两头,打入定位销,检查端板与侧板一定要密贴旋紧.2 模具组装完毕后,必须对钢模的内净宽度进行快速检查,检测误差必须在规定的偏差范围内,班组自检合格后,必须经过专职检验员复验,合格后方可进入下道工序,并做好记录.3入模的钢筋骨架必须经检查合格.4钢筋骨架搬运、入模采用横担式专用工具,确保骨架不变形.5钢筋骨架的隔离器采用专用塑料支架.选用标准：应符合厚度、承受力和稳定性要求,支架颜色同管片混凝土保持一致,并经监理工程师检验认可.6钢筋骨架入模后,检查底部、两端、两侧的混凝土保护层主筋的混凝土保护层控制在要求的范围内,管片中的预埋件锚固钢筋与管片的主筋焊接牢固,预埋件按要求定位准确.7环向、纵向芯棒安装前清除杂物,表面涂脱模剂,斜垫圈涂黄油.8 纵向、环向预留孔加强螺栓钢筋就位时固定在构造钢筋上,并确保与预留芯棒、钢模侧端板等部件保持足够的间隙.9 管片中预埋件每根锚固筋必须与管片的主筋焊接牢固.若两者直接搭接有困难可另加连接筋,将其两端分别与钢筋骨架、锚筋搭焊.芯棒入模安装到位后必须用斜插销固定,所有芯棒不准敲击.3、混凝土浇筑 1 混凝土振捣采用附着式振捣器振动成型.开启附着式振捣器,直到混凝土与侧板接触处不再有喷射状气、水泡、构件表面均匀为止.2混凝土分层次灌注,注意使用混凝土在模具内匀布.3 成型后的管片外弧面的混凝土收水应根据气温间隔一定时间后进行.间隔时间一般以管片外弧面混凝土表面已达到初凝来控制.收水必须使管片外表面压实抹光且保证外弧面的平整和顺.4在收水过程中,为保证管片边口处密实,收水工需用铁板压管片的边口处.5 钢模内侧面和端面螺栓孔芯棒既要便于脱模又要防止塌孔,砼初凝前转动一下芯棒,但严禁向外抽动,当混凝土初凝后再次转动芯棒,视混凝土结硬程度抽出芯棒.6当芯棒拔出后,须将芯棒洗刷干净并涂上机油,放在指定的地方备用.7混凝土从出料到入模的时间最长不得超过 60 分钟,若超过规定时间则不能使用,同样混凝土料在钢模内因其他故障原因未振捣好,也不得超过 90 分钟在故障时间内立即报告,立即采取其他措施.4、管片养护 1管片前期养护采用小隔间蒸汽养护.2管片蒸养必须严格分静养、升温、恒温、降温等四个阶段进行,混凝土养护过程中,应加强温度控制和测定.升温、降温速率不得大于 20/h.升温和降温阶段每小时测温不得少于 2 次,稳定期每小时不得少于 1 次.3 混凝土浇筑入模完成静养后,关闭蒸养室顶盖升温,在 4045蒸汽环境中停放不少于 30 分钟；然后继续升温至 7580并保温 3 小时,再将其降温至室温,蒸汽养护的具体时间由现场时间再行调整,标准是能使管片混凝土强度至少达到 20MPa.试验在与蒸汽养护混凝土管片同样处理的试件上进行.4测温人员要严格执行蒸养制度,加强观测,做好测温记录,配合试验人员按规定放置和取出试块,砼试块与管片同条件养护.5管片蒸养后,脱模小组根据试验室签发的管片拆模通知单脱模起吊.5、脱模 1 管片脱模前需松预埋件和模板紧固夹具等部件,管片用真空吸盘起吊,操作时慢慢起吊,平均受力.在使用、维护真空吸盘时,要严格遵守该机器的操作规程.2吊装工操作时,必须听从起重工的指挥,并负责观察两端起吊高度.起吊时不得倾斜,上升时两端必须手扶稳,严禁撞击模板.3管片在专用翻身架上进行翻身,成侧立状态.同时拆除管片上其他零件.4管片翻身后,拆下的附件集中送放到原钢模位置,交装模工验收安装,不得随意摔砸.5在管片的内弧面、端头、侧面上方同一方位盖上该管片的型号、生产日期及班次.6在翻转整修区,质检员要检测管片外形尺寸及外观质量,并填在相应的检测表中.6、管片的修补及养护 1管片外观质量要求 混凝土管片应外光内实在,外弧面平整、螺栓孔圆滑、边棱完整无缺损、无色差,不允许有裂缝；密封垫沟槽两侧及平面转角处不得有剥落、缺损.管片不得有缺角、掉边、蜂窝等外观缺损,麻面应小于 0.5%；管片外观质量检验均需有专职质检员检验并记录.2管片表面蜂窝、凹陷、掉角或其他损坏的缺陷修补 修补前必须用钢丝刷或加压水冲刷清除缺陷部分,或凿去薄弱的混凝土表面,用水冲洗干净,应采用比原混凝土强度等级高一级的砂浆填补缺陷处,并抹平,修整部位应加强养护,确保修补材料牢固粘结,色泽一致,无明显痕迹.3管片表面裂缝的缺陷修补 对于小于 0.2mm 的裂缝,用环氧树脂封堵；大于 0.2mm 裂缝,凿一条宽度 20mm 的槽,深度大于裂缝深度,用水冲洗干净,采用比原混凝土强度等级高一级的砂浆填补缺陷处,并予以抹平,洒水养护.4定位销塑料衬套的缺陷修补 凿出塑料衬套,用水冲洗干净凿除部位,重新按正确位置安装塑料衬套.5合格的管片喷洒养护剂进行养护.6管片在养护前必须清理干净,同时对有螺纹的埋件涂嵌黄油或加闷盖.7、管片的堆放 1管片在蒸养成型后,将经过脱模、翻身、转向、养护、堆放贮存、出厂运输等一系列操作步骤,为避免损坏管片的表面、边缘和角部,必须采取相应的保护措施.2管片运输、堆放过程中,要有专人指挥,防止碰撞损坏.3各种专用工具及各类吊索具,必须由专人负责,每周至少检查一次,发现问题及时整改,不得冒险作业.4 每次吊运管片时,必须使用专用吊索具并检查吊索具的使用情况,管片吊运时严禁从人体上空穿过.5管片堆放场地必须坚实平整.垫木厚度一致,放置位置正确.管片贮存时,必须注意不要让管片产生有害裂纹或永久性变形等,需要选择适当的贮存场所和贮存方法,以免因其自重造成的贮存场所不均匀下沉和垫木变形而产生异常应力和变形.贮存时,不要让油类、泥等污损管片.6管片可侧立按型号堆放,堆放高度以 2 层为宜,不得超过 3 层.7垫木要求：截面不小于 150mm200mm,长度不短于 1.5m；质硬；不得有腐烂.8、管片出厂检验及运输 1出厂前每片管片必须经过质量检验.管片应达到外光内实,外弧面平整光洁,螺栓孔保持圆滑,管片不得有缺角掉边,无麻面露筋、蜂窝等外观缺损.2 每块管片必须经过严格的质量检查,并逐块填写好检验表.厂内检验主要是检查管片各项记录和各项检验指标是否达到设计和规范要求,检验后应在管片的内弧面和两端面的统一部位盖上合格和或不合格章、管片型号、规格、生产日期、厂名及检验人员代号,检验合格的管片方可出厂.3凡出厂的管片必须出具出厂合格证.出厂合格证内容为：委托单位、区间工程名称、合格证编号、管片型号、生产日期、混凝土强度等级、混凝土抗渗指标、管片检漏指标、管片厚度、制表日期及检验人员盖章等.4运输：预制混凝土管片的强度达到设计强度标准值的 100%以上,才可对构件进行装运,卸车时应注意轻放,防止碰损.5 管片装车不得超载,装车形式为内弧面向上,管片与车辆跑垫之间必须用截面不小于 150mm200mm,长度为 1.02.0m 垫木垫实,放稳,并用专用索具固定好.6管片运输时,必须注意,不得使其损坏,对于运输过程中被损坏管片,可按要求在施工场地内进行修补,不能修补的必须退回原厂废弃,不得应用于工程结构中.5.2.3.2 管片进场验收 本合同段管片预制生产由经监理工程师和业主批准的厂家进行,对运输至现场的每块管片进行验收,检查内容包括：1管片出厂合格证.出厂合格证内容为：委托单位、区间工程名称、合格证编号、管片型号、生产日期、混凝土强度等级、混凝土抗渗指标、管片检漏指标、管片厚度、制表日期及检验人员盖章等.2生产龄期达到 28 天,管片强度达到设计强度的 100,才能出厂.3管片无缺角掉边,无麻面露筋,表面密实、光洁、平整.4管片预埋件完好,位置正确.5 管片型号和生产日期的标志醒目、无误.管片要求统一进行分类标号.在每一块管片的内表面的统一位置铸上生产日期、类型、编号等.6单块管片检验应符合质量标准.5.2.3.3 管片的存放与运输 加强堆放与运输过程中对管片的保护,防止管片边角损坏.1管片存放 运送至现场的管片按生产日期及型号排列整齐堆放在临时存放场地上,存放场地采用 20cm 厚 C15 砼进行硬化,临时场地堆放量满足 20 环衬砌管片的存放.管片搁置于柔性垫条上,垫条厚度一致,搁置部位上下对应.管片堆放整齐,堆放高度不超过 3 层.并堆成上小下大状,以防倾倒.2管片运输 管片在吊运堆放,装卸运输时由专人指挥,防止碰撞损坏.管片运输采用有专用支架的运输车辆,运输过程中管片内弧面向上平稳放置.在同一车装运两层管片不超过两层时,管片之间附有柔性材料的垫料.5.2.3.4 粘贴防水橡胶密封垫 在橡胶密封垫和防水槽内均匀地涂刷单组份氯丁-酚醛胶粘剂 12 遍,待粘接剂初干后 不拉丝,不粘手,将密封垫置入槽内,最后用橡皮锤敲击使其充分粘贴.粘贴时,须四角平整服帖,并防止浮贴,以防在下井吊运和拼装时,密封垫的错位或脱落,造成拼装困难甚至防水失败.弹性密封垫涂胶与粘结须知：管片表面干燥,雨天施工有防雨措施；密封垫表面遇水膨胀橡胶遇到水和潮气会膨胀,故逢雨天或梅雨季节,覆盖塑料薄膜或在表面涂缓膨胀剂.为适应施工条件,拱底管片的密封垫露于沟槽的表面涂刷缓膨胀剂三度.涂刷要求如下：1密封垫沟槽内涂满,防止漏底；2 涂胶凉置 1015min,手指触摸不粘时套入密封垫,整个密封垫表面在一个平面上,防止歪斜扭曲；3丁晴软木橡胶衬垫板粘贴时,其表面和砼表面分别涂胶,不得脱胶、歪斜,注意在螺栓孔位置设大于螺孔的空洞；4 弹性密封垫粘贴质量将直接影响隧道的防水质量,选派责任心强的员工从事此项工作.对粘贴质量不好的管片一律返工.此项工作拟安排专职质检员进行检查.5.2.3.5 管片拼装 管片安装是盾构法施工的重要环节,其安装质量的好坏不仅直接关系到隧道成洞的质量,而且对盾构机能否继续顺利推进有着直接的影响.又因为盾构盾面有地下水,如果拼装质量不高,容易造成漏水,从而造成地面沉降,对地面建筑物、地下管线造成破坏.因此我公司把管片拼装工序作为质量控制的重点.根据招标文件要求,本工程区间圆形隧道采用单层衬砌,管片采用钢筋混凝土平板形管片.具有以下要素：表 5.2-1 衬砌环要素汇总表 项 目 构 造 说 明 管片内径 5400mm 管片厚度 300mm 管片宽度 1500mm 管片分块 六块 一个小封顶块、两个邻接块、三个标准块 管片拼装方式 错缝拼装 封顶块插入方式 径向插入结合纵向插入式 先径向搭接 2/3,再纵向推入 1/3 管片连接 弯螺栓连接 环向：12 个 M24 螺栓；端面构造 不设置传力榫槽,仅考虑防水构造槽.5.2.3.6 拼装工艺 管片进场后检查管片有无缺陷,不合格的管片清除现场,对合格的管片进行清理,然后粘贴密封垫；管片在吊运中应避免吊碰,当管片吊运到工作井内时,检查管片有无缺陷,运到盾构机机头时也应进行相应检查；安装过程中彻底清除盾壳安装部位的垃圾,同时必须注意管片的定位精度,尤其第一环要做到居中安放；用管片拼装机将管片吊起,沿吊机梁移动到盾尾位置；安装时千斤顶交替收回,即安装哪段管片收回哪段相对应的千斤顶,其余千斤顶仍顶紧,保证土压仓土压不降低；管片安装把握好管片环面的平整度,控制环面超前量以及出现椭圆；边拼装管片边扭紧纵、环向联接螺栓；在整环管片脱出盾尾后,再次按规定扭紧全部联接螺栓.5.2.4 同步注浆与二次补强注浆 采用盾构施工法,在管片和地层之间将产生空隙,该空隙必须充填,否则,隧道周围的地基会有较大变位主要由盾尾空隙引起.因此,及时进行背后注浆是盾构工法中必不可少的环节.同时,背后注浆具有提高隧道的止水性能和确保管片衬砌的早期稳定性.背后注浆采用盾尾同步注浆和二次补注浆两种方式.5.2.4.1 盾尾同步注浆 壁后注浆装置由注浆泵、清洗泵、储浆罐、管路、阀件等组成,安装在第一节台车上.当盾构掘进时,注浆泵将储浆罐中的浆液泵出,通过四条独立的输浆管道,通到盾尾壳体内的4根同步注浆管,对管片外表面的环行空隙中进行同步注浆,在每条输浆管道上都有一个压力传感器,在每个注浆点都有监控设备监视每环的注浆量和注浆压力；而且每条注浆管道上设有两个调整阀,当压力达到最大时,其中一个阀就会使注浆泵关闭,而当压力达到最小时,另外一个阀就会使注浆泵打开,继续注浆.盾尾密封采用三道钢丝刷加注盾尾油脂密封,确保周边地基的土砂和地下水、衬背注浆材料、开挖面的水和泥土从外壳内表面和管片外周部之间缝隙不会流入盾构里,确保壁后注浆的顺利进行.注浆量和注浆压力的大小可以实现自动控制和手动控制,手动控制可对每一条管道进行单个控制,而自动控制可实现对所有管道的同时控制.5.2.4.1.1 注浆方式 由安装在盾构机上的注入管直接向尾隙注入浆液.该种方式在盾构推进过程中,紧紧跟踪在盾尾区域注浆,及时补充由于多种原因所造成的土体损失,减少地面沉降.盾构机上的背后注入系统详见图 4.2-1.图 5.2-1 盾构背后注入系统示意图 5.2.4.1.2 注浆设备 背后注浆设备基本上由材料贮藏设备、计量设备、拌浆机、贮液罐料斗、搅拌器、注浆泵、注入管、注入控制装置、记录装置等构成.1注入设备 表 5.2-2 注入设备表 编号 名称 规格 用途 备注 1 纵型筒仓 贮藏材料 2 拌浆机 混拌水泥、膨润土、水等材料 3 贮液罐 压送或运输之前的贮存 贮液罐配带搅拌器 4 压送泵 压送浆液 5 注入泵 注入浆液 6 输浆管 输送浆液 7 注入管 用于注液 配装减压球阀和压力表 8 操作盘 启、停及流量、压力等控制 设置在靠近注入口处 2制浆设备 本盾构工程中,制浆采用自动混合拌浆系统.该系统不仅仅是背后注浆材料的混拌,同时还将进行泥浆泥土材料的混制.3控制系统 背后注浆控制系统由千斤顶速度测定装置；注入量调节装置；自动注入率的设定装置；变速电动机；压力调节装置；记录装置；报警显示装置；A 液、B 液注入比例的设定装置；雷达监测装置构成.5.2.4.1.3 注浆材料 1注浆材料 采用水泥砂浆作为同步注浆材料,该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点.水泥采用42.5抗硫酸盐水泥,以提高注浆结石体的耐腐蚀性,使管片处在耐腐蚀注浆结石体的包裹内,减弱地下水对管片混凝土的腐蚀.2浆液配比及主要物理力学指标 根据盾构施工经验,同步注浆拟采用表 5.2-3 所示的配比.在施工中,根据地层条件、地下水情况及周边条件等,通过现场试验优化确定.同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足以下指标：表 5.2-3 同步注浆材料配比和性能指标表 水泥kg 粉煤灰kg 膨润土kg 砂kg 水kg 外加剂 按需要根据试验加入 胶凝时间：一般为 310h,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.固结体强度:一天不小于 0.2MPa,28 天不小于 2.5MPa.浆液结石率:95%,即固结收缩率5%.浆液稠度:812cm.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%.5.2.4.1.4 注浆控制参数 1注浆压力 注浆压力略大于该地层位置的静止水土压力,同时避免浆液进入盾构机的土仓中.最初的注浆压力是根据理论的静止水土压力确定的,在实际掘进中将不断优化.如果注浆压力过大,会导致地面隆起和管片变形,还易漏浆.如果注浆压力过小,则浆液填充速度赶不上空隙形成速度,又会引起地面沉陷.一般而言,注浆压力取 1.11.2 倍的静止水土压力,最大不超过 3.04.0bar.由于从盾尾圆周上的四个点同时注浆,考虑到水土压力的差别和防止管片大幅度下沉和浮起的需要,各点的注浆压力将不同,并保持合适的压差,以达到最佳效果.在最初的压力设定时,下部每孔的压力比上部每孔的压力略大 0.51.0bar.2注浆量 根据刀盘开挖直径和管片外径,可以按下式计算出一环管片的注浆量.V=/4KLD22-D12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 1.21.5 代入相关数据,可得:V=/41.56.282-62=6.528.69m3/环 根据上面经验公式计算,注浆量取环形间隙理论体积的 1.52 倍,则每环1.5m注浆量 Q=6.528.69m3.3 注浆流量 同步注浆非常重要的参数就是要建立注浆流量与盾构推进的关系.如果注浆流量大于盾构推进的速度,则浆液会发生跑浆现象,甚至会穿过盾尾进入盾构机内,污染拼装的工作面；如果注浆流量小于盾构前进的速度,则会在盾尾脱出的部位造成一定的沉降.按盾构推进速度 20mm/min 计算注浆流量值为 60L/min.4注浆时间和速度 在不同的地层中根据需不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短.做到掘进、注浆同步,不注浆、不掘进,通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间.注浆量和注浆压力达到设定值后才停止注浆,否则仍需补浆.同步注浆速度与掘进速度匹配,按盾构完成一环掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度.5.2.4.1.5 注浆须知 1制浆时的须知 材料投入顺序要正确,计量要准确；拌和时间要连续,不能间断；严格控制搅拌的时间、速度.使用材料要合适,杜绝使用过期、不合格的材料；2运输、注入时的须知 使用搅拌装置,保证浆液在运输过程中不出现分离；经常检查从注入孔到泵的输浆管路的畅通状况；掌握注入孔位置的阀门和泵的工作状况；严密观察注入压力、注入量的波动状况；注意注入结束时从注入孔阀门的关闭到移动输浆管的工作顺序；取下注入孔的阀门时,应装上柱塞；管片出现破损、上浮等现象时先采取封堵措施后再注浆；当浆液从管片外漏时,应暂停注浆,待采取措施后再行注入；废浆液及时用排污泵通过排污管线排到地面；作业结束后,作业员必须对制浆设备、泵等进行彻底的清洗.5.2.4.1.6 注浆标准及效果检查 采用注浆压力和注浆量双指标控制标准,即当注浆压力达到设定值,注浆量达到设计值的 85%以上时,即可认为达到了质量要求.注浆效果检查主要采用分析法,即根据压力-注浆量-时间曲线,结合管片、地表及周围建筑物量测结果进行综合评价.对拱顶部分采用超声波探测法通过频谱分析进行检查,对未满足要求的部位,进行补充注浆.5.2.4.2 二次补注浆 盾构机穿越后考虑到环境保护和隧道稳定因素,如发现同步注浆有不足的地方,通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆,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,安装专用的注浆接头.二次注浆一般采用水泥砂浆,二次注浆在推出 5-6 环后进行,注浆压力一般为 0.30.4MPa.5.2.5 地层与建筑物隆降控制 充分掌握周边环境情况.盾构推进前,应掌握施工影响范围内的地面建、构筑物、地下障碍物、地下管线等,必要时进行物探或开样槽探明,对重要建、构筑物提出相应的保护措施.建立完善的监控系统,及时定时进行监测.掌握盾构掘进参数与地层位移间的规律,进行智能化施工.加强机械检修养护,避免长时间停机,防止螺旋输送机喷涌砂、盾尾和铰接部位漏砂等,造成地层损失,加大沉降.重视二次注浆控制沉降的作用.控制好盾构姿态,避免盾构大幅纠偏、上浮或叩头、后退等现象发生.另外在曲线地段施工,减少超挖.作好先期沉降预测,必要时提前进行地层加固.软弱地层加固见 5.6.1.1.5.2.6 刀具的可能检查与更换 根据盾构区间的地质情况,本合同段区间预备刀具更换的条件.在实际掘进过程中,若遇特殊情况,则选择地面较开阔、地质相对较好地段,先经地层加固后检查刀具,在确有必要的情况下,进行刀具的更换.5.2.7 发泡系统 1使用目的 为改善土体的和易性,保证土仓内土压力的稳定性和出土的顺畅,在盾构机掘进过程中,将根据土层情况使用发泡剂.使用发泡剂的优点有：a.可以降低土体的内摩擦角从而降低刀盘的扭矩.b.可以减少土体与盾构机刀盘及结构间的粘着力,从而降低摩擦量.c.可以降低土体的渗透性.d.可以降低土体间的粘着力,减少土仓中土体压实结密的可能性.e.增强土体的流动性,从而使其容易充满土仓和螺旋输送机的全部空间,对开挖面实行密封,以维持开挖面的稳定性.相对于膨润土材料、发泡剂还具有以下优点：a.重量轻,易与土体混合,搅拌容易.b.泡沫会随时间自然消失,渣土易还原到初始状态.c.不会污染隧道下部,也不需专门的分离设备.发泡剂本身具生物性,对周围环境不会产生污染.2发泡系统组成 发泡系统的组成：刀盘上有 8 个注入点,土仓压力板上有 4 个注入点,螺旋输送机上有 4x2 个注入点,1 个水泵,流量为 133l/min,1 个泡沫泵流量为 5l/min,混合液控制装置,压缩空气控制装置,4 个泡沫发生器,测量装置及其控制,用水冲洗时的切换装置.工作原理：水和发泡剂的混合是在混合液的控制装置完成.发泡剂装在可更换的罐中,发泡剂通过定量泡沫泵供给,水通过定量水泵供给,二者混合后再通过流量控制装置供给到相关管路.泡沫是在泡沫发生器内用空气对液体进行搅拌混合而获得的.空气和液体的剂量是通过 SPC 操作单元和流量计来计量的.是否进行调整主要是根据掘进速度、支持压力和所给的配方来决定.泡沫发生系统有三种操作模式：手动、半自动和全自动.通过控制可控制球阀,盾构机操作手通过泡沫系统的显示面板按钮或开关元件向有关注入点将泡沫注入到刀盘前端、土仓和螺旋输送机内.图 5.2-2 发泡系统的组成和工作原理图 3用量 发泡系统的工作原理主要是：发泡剂液体与水按一定的比例混合后,与一定比例的压缩空气在起泡器中生成泡沫后,注入盾构机前部的土体中 或注入螺旋输送机中.水、发泡剂、空气的混合比例及向土体中的掺入比例都将根据实际的土仓压力状况和出土状况不断调整,直至达到最佳效果.4控制模式 发泡系统的控制有两种模式：人工手动、自动,现分述如下：a.人工手动：用人工在控制盘上分别调节空气、溶液的流量注入点位.b.全自动：在控制计算机设定空气与溶液的比例、泡沫与土体的比例、发泡剂的百分比及各条管路的泡沫分配比例,发泡系统将由计算机控制自动在各点位注入.5.2.8 压气作业 1压气作业的适用情况 盾构机掘进过程中,尤其是土压平衡状态的掘进中,当出现以下情况时,需采用压气环境下的人工作业.a.刀具经过较长距离的掘进后,需检查刀具并更换刀具.b.检查开挖面情况.c.粘土在土仓中压实结饼无法排出,以致影响刀盘狭口的进土此时推力很大,速度很低.d.盾构机掘进碰到异物孤石、钢筋等无法继续推进时.上述几种情况都需要安排人工进入土仓作业,又必须对刀盘前的土体保持一定的压力,因此,只能选择压气作业.2压气系统 根据XX地铁同类工程经验及本工程的地质条件,上述几种情况有出现的可能.因此,在盾构机设计时,已配置了人员密封仓和相应的压气设备空压机和管路,具备压气作业条件.在后续台车上布置有一台无油空压机与人闸直接相连,在后续台车后部还将布置一台相同容量的柴油驱动的无油空压机,以便洞内电力突然中断时及时启动供气.3作业制度 压气作业作为一种特殊作业,有一系列严格的规定,主要包括：a.人员必须接受体检.b.体检合格的人必须接受相关的培训.c.压气作业中的各项操作必须满足国家的相关规定.d.严格遵守规定的加压时间和减压时间.e.正式作业前做好一切应急准备.f.对人员作业后的不适要及时治疗.根据隧道埋深及地质情况,若采用压气作业,作业压力约为 1.03.0bar.5.2.9 洞内运输 1洞内水平运输 隧道内轨线布置 左右线隧道洞内均采用 P43 钢轨铺设单线,轨距为 900mm,钢轨枕采用 I20 型钢,间距为1米,用压板螺栓固定钢轨,轨枕间用钢筋拉牢.在始发井铺设双线.便于列车编组会车,出渣、下料等隧道内铺单线.施工中每环开挖量为 V=/41.56.282=46.4m3,虚方系数 1.21.8,根据 XX 地铁施工经验按 1.5 的虚方系数计算,虚方量约为 69.6m3.列车编组为 45T 变频电机车牵引 4 节18m3渣车、1 节 8m3砂浆车和 2 节管片车,列车编组见图 4.2-3.盾构掘进每循环的出渣进料运输任务可由一列编组列车完成.145T 电机车 218 立方渣车 38 立方砂浆车 4管片车 图 5.2-3 重载列车编组示意图 出渣、进料方法及工效分析 当盾构机掘进时,螺旋输送机把渣土卸到渣车内,同时电瓶车牵引渣车缓慢前移,将渣车装满.在渣车装渣的前期,前面的材料车与渣车脱钩卸管片和材料,当渣车装满后再与材料车相接,电瓶车拉至工作井内,由 45t 龙门吊吊出卸渣,完毕后再将空车放回井内,再由进料口吊装洞内所需材料.一环管片开挖土方一次运走.为加快掘进进度,配备 2 列编组列车,按最大运距考虑,当一列车装满渣体准备运出时,另一列车已