盾构施工总结十篇

盾构施工总结篇1

自2019年9月底由郑州南四环高架项目调入深圳地铁12号线赤湾停车场出入线盾构区间工作，赤湾停车场出入线盾构区间为深圳地铁12号线施工难度最大标段之一,也处在整条线的关键工期线路上。该区间左线里程YDK1+578.548~YDK1+554.75,上跨2号线跨越长度约23.8m，净距为1.84m；右线里ZDK1+568.104~ZDK1+539.104，上跨2号线跨越长度约29m，净距为1.94m，最小转弯半径280m。在施工过程中，面对施工现场和地质条件复杂、工期紧张、施工难度大等诸多不利因素创造了土压平衡盾构机在岩石硬度超过170MPa的全断面地层中取得多次单日掘进9环的掘进成果。

出入线盾构施工是劳务分包为主，现场主要有，主管人员，各分管人员、盾构司机、工程师、盾构机修维保人员,生产班组人员，地面调度、盾构施工管片防水粘贴、龙门吊操作、盾构管片运输与拼装及盾构文明施工等。其中有穿插各级管理人员，交叉施工等。劳务分包队伍人员工作经历和经验丰富，熟练的盾构司机操作手和维保人员。相对而言人员投入少，管理成本小。当然了在实际施工生产中也会有一些缺点，管理人员对下层作业人员缺乏约束力，表现为最下层劳务作业人员只服从直接雇佣人的指挥而不全部服从管理人员的直接管理，施工的制度、措施以及新工艺、新标准难以第一时间贯彻和实施。管理人员无法畅通的获得施工的信息和核心技术，企业的长久发展不利。分包成本高，使项目部效益压缩。利与弊是把双刃剑，都是对我们年轻技术管理人员的一次提升。

伴随着区间双线盾构贯通，迎来的喜悦和满满自豪感。通过对两次两台盾构机，装机，调试，推进，拆卸，吊装，让我对盾构机致力于地铁隧道生产管理有了更加全面细致的认识，让很多东西熟记于脑海。对于硬岩掘进都有新认识，了解及积累了相关经验。通过十几次换刀过程的经历，让我对不论是常压换刀还是带压换刀过程中都有了相关经验和积累。对于盾构机来说，盾构施工过程中盾构机维保以“养修并重，预防为主”为主要原则，设备在使用过程中既要注重平时的保养维护，又要及时维修处理，这样才能保证盾构施工的顺利进行。盾构机及相关配套设备的日常保养分为日检、周检、月检等，具体内容根据保养计划，由从事维护人员按时进行保养，负责人负责督促检查。设备保养计划实施前必须做好准备工作，如保养的内容、所需工具、配件、人员等，按照“清洁、紧固、润滑、调整、防腐”的方式进行，保养完成后如实填写保养记录。机械设备出现故障时，作为盾构主司机使用者会及时通知当班维保人员，同维保人员一起做好设备的维修工作；故障难以排除时，由现场负责人组织进行设备维修工作。其实最主要的是熟悉贯通各个工序和有计划生产是提高进度和产能的必须点。

盾构施工总结篇2

【关键词 】砂卵石地层；盾构施工；地表变形特点；影响因素

随着经济的快速发展和城市化进程的不断推进，全国越来越多的大、中城市开始大范围修建或筹建地铁，盾构法以其高适应性、高度自动化、型式多样化、快速、高效、安全、环保等优势逐步成为隧道暗挖施工的首选施工方法。实践证明无论选用何种施工方法，都不可避免地对周围土体造成一定程度的扰动，盾构施工引起地表沉降的基本原因是盾构掘进引起地层应力损失、隧道周边地层受到扰动或剪切破坏的再固结，由于盾构施工引起的地表沉降因素相当复杂，除与地层条件密切相关外，还与盾构掘进时的平衡土压、掘进速度、推进压力、注浆时间、注浆压力、注浆量等有关，因此很难准确计算和预测[1]。数值分析只能是为工况变形预测提供纯理论上的预测，对实施施工偶发事件，施工队伍素质这些因素无法预见、考虑。因此现场实施监测对及时调整、优化施工参数，预测、预报风险是十分必要的。

1盾构施工地层变形特点

对于盾构施工引起地面变形的特点，国内学者研究的比较多[1～4]。其中丁文其将盾构施工地表变形分为：挖土阶段、盾尾注浆阶段、盾尾脱开阶段、固结沉降4个典型阶段；易宏伟则是对盾构施工隧道轴向和横向扰动范围进行了分区，并分析了个分区土体在盾构施工过程中应力路径及应力状态的变化过程；徐永福则阐述了盾构推进过程地表沉降的组成部分，利用隧道衬砌压力的变化提出了施工扰动影响度的定义，估算了盾构掘进时周围土体中应力扰动程度。

在前人研究总结的基础上盾构法隧道施工引起的地面变形按时间先后可分为5个阶段[1，3，7]：1）盾构机到达之前的地面变形；3）盾构机通过阶段的地表变形；4）管片脱出盾尾阶段的地标变形；5）地表后期固结阶段的变形。

2砂卵石地层盾构施工现场监测实例分析

2.1 工程概况监测断面的布置

北京地铁九号线科怡路站～丰台南路站盾构区间采用德国海瑞克土压平衡盾构机。隧道覆土约8.5 m ～10.0m。区间主要穿越地层卵石⑤、卵石⑦。卵石⑤层最大粒径380mm，一般粒径20～80mm，粒径大于20mm颗粒含量约为总质量80～90%，亚圆形，中粗砂充填，局部大于200mm的漂石含量约为15-45%。卵石⑦层最大粒径600mm，一般粒径30～120mm，粒径大于20mm颗粒含量约为总质量的80～95%。亚圆形，中粗砂充填，局部大于200mm的漂石含量约为25-45%。区间施工不涉及地下水。为了分析盾构施工过程隧道地表变形情况，本文选取区间右线典型监测断面，总结地表的沉降变形特点，浅析地表沉降的影响因素。

2.2 地表变形特点分析

盾构隧道上方地表监测点随盾构推进变形时

程曲线如图。从图上可以看出第1阶段，盾构开挖面到达之前，盾构推进对前方土体产生挤压 ，根据现场监测的第一手资料，最大隆起多发生在距离刀盘6m～10m位置，隆起位移量在-0.7mm～+2.3mm，隆起百分比占到80%以上；

第2、3阶段变形主要发生在开挖面到达和盾构通过阶段，盾构推进，盾构外壳与土层之间形成剪切滑动面，剪切应力引起地面地面变形，推进速度越大，产生的剪切应力越大，表现为地表变形也越大，另外这部分沉降受盾构姿态、管片拼装千斤顶的收回等因素影响，发生部分沉降，根据本区间现场监测数据，该部分沉降占到总沉降量的18%～26%左右；

第4阶段发生在管片脱出盾构机盾尾阶段，在这个阶段发生发生的沉降量最大，是最易发生突沉的阶段，其沉降量占到最终累计沉降量的62%～80%；这个阶段也是预防过大沉降的关键阶段，要想预防过大沉降，做到同步注浆是关键；

第5个阶段，该阶段变形主要由盾构推进对周围土体的扰动引起，主要由土层的蠕变固结引起，这部分变形在最终沉降的比例较小，尤其是卵石地层，从图3也可以看出在完成前四段的沉降后，地面变形很快趋于稳定。

从测点的时程曲线还可以看出：

1）砂卵石地层盾构施工，最大沉降沉降发生在隧道中心线上，自中心线沿垂直隧道方向成逐渐减小的趋势；

2）砂卵石地层盾构施工隧道中心线地表变形集中在9m～23mm区间段；

3）砂卵石地层稳定较快，在管片脱出盾尾后2～3天，地表变形就基本趋于稳定。

从图4可以看出，每天实测数据显示，随着测点距离开挖面间距的缩短，隧道中心线位置测点沉降明显增加，沿垂直隧道方向，测点变形成递减趋势，在盾尾脱出后沉降达到最大，之后随着开挖面的前移沉降逐渐趋于稳定，每天断面监测点变形呈现明显沉降槽。

3浅析砂卵石地层盾构施工地表变形影响因素

盾构施工对地层的扰动影响因素可根据前述5阶段变形进行总结分析。

3.1 地层状况的调查和初始推力的确定

要想在施工过程中达到有效控制地表沉降的目的，首先要在盾构推进之前要对推进地层状况，确定初步推进参数，理想的推力是静止土压力，使开挖面前方土体处于原始的弹性平衡状态，使前方土体处于既不隆起也不下沉状态，但在实际推进过程中，这个平衡实为动态平衡，在推进过程中受推进速度和出土量牵制，推力往往在一定范围内进行波动，故确定合理的推力是预防地面沉降的关键一环。该参数可以通过设立试推段来确定。

3.2 推进速度和连续性

盾构推进过程中若推进速度越快，则盾构与土体间产生的剪切应力就会越大，对土体的扰动就越大，地表沉降将越大。

确保盾构推进的连续性也是影响地表沉降的重要因素，盾构停推时，在正面土压力的作用下，势必造成盾构或多或少的后推，在盾构停顿后在复推时易造成局部塌方，盾构在中途检修或其他需要暂停时，建议做好防止后退措施，同时尽量减少暂停时间；

3.3 出土量

盾构推进过程中应防止开挖，严格控制出土量，

根据现场监测经验，出土量只要量化控制的好，地表沉降就能控制的住。

3.4 隧道覆土厚度

在设备一定的情况向，覆土越厚，盾构施工产

生的沉降槽宽度就会越宽，相同地层损失的情况下，地表产生的最大沉降将会越小。

3.5 盾尾同步注浆

盾构施工，以适当的注浆压力、注浆量、注浆

浆液在管脱出盾尾时对管片与土层间的建筑空隙进行同步或及时注浆是防止地表沉降的关键措施。

1）保证注浆时间的及时性，尽量缩短管片脱出盾尾的时间间隔，若是注浆不及时，尤其是在地层变形发生之后，就很难达到预期的注浆效果。

2）保证注浆量、控制注浆压力。所注浆液会硬化收缩，注浆量不足达不到注浆效果，因此注浆量必须超过理论上的建筑空隙的体积，注浆过量势必引起地表隆起或跑浆等现象，造成浪费。但由于盾构施工偏差、局部超挖、地层空隙等原因，使得注浆量不易估算，因此还应结合注浆压力来控制。

4结语

（1）砂卵石地层盾构施工，随着开挖面的推进，地表变形特征明显，开挖前期会有少量隆起，之后在盾为脱出时沉降变形有个骤增，之后随着开挖面的前移，砂卵石地层变形很快（2～3天）趋于稳定。

（2）根据现场监测经验，盾构施工地表总沉降一般能控制在20mm以内，管片拖出盾尾阶段沉降量占到总沉降的62%～80%。

（3）在盾构施工过程中，根据现场监测结果，

可对施工参数进行及时修正，达到优化推进参数，有效控制沉降的目的。

参考文献（References）

1连长江.城市地铁隧道施工产生的地层沉降分析.施工技术，广州建材2007年第2期.

2徐永福.盾构推进引起地面变形分析.地下工程与隧道，2000年第1期.

3 付昱凯，陆小龙、丁文其，钱磊.盾构隧道施工动态扰动特点及控制分析.地下空间与工程学报， 2010年8月第6卷第4期.

4 王明年，魏龙海，路军富，朱招庚.成都地铁卵石层中盾构施工开挖面稳定性研究.岩土力学， 2011年1月第32卷第1期.

5 赵长龙，赫荣久.盾构施工的地表变形与控制.黑龙江交通科技， 2003年第9期.

盾构施工总结篇3

关键词:盾构隧道 管片开裂 防治措施

随着社会经济的发展城市人口增多、规模变大现有的城市交通已经不能满足城市发展的需要.经济发达的城市开始修建地铁工程盾构施工技术普遍应用于地铁工程中。盾构法施工的隧道衬砌方式有两种:单层装配式衬砌和多层混合式衬砌。在盾构施工中.主要采用单层装配式衬砌.衬砌为钢筋混凝土管片构成盾构隧道的主体结构承受四周土体的荷载。

1盾构施工过程中出现的管片开裂

盾构掘进施工过程中隧道管片在盾构机千斤顶反作用力及同步注浆压力和周围土体的压力作用下部分管片出现裂缝裂缝的位置主要位于隧道中部以上其中隧道拱顶占多数。管片裂缝为纵向裂缝有两种类型:

1 .1前开裂

裂缝从管片前端开裂并向后延伸(见图I) ，主要集中在隧道拱顶位置。

1.2后开裂

裂缝从管片后端开裂并向前延伸(见图2)，此类裂缝主要在隧道的两腰部位或偏上位置。

2管片开裂的原因分析

盾构隧道管片为钢筋混凝土结构其开裂主要为受力不均或受力过大所造成。在施工过程中，管片的受力状态与设计所考虑的不完全一致盾构机掘进过程中管片承受着千斤顶顶力盾尾密封刷的作用力和衬砌背后注浆的浆液压力等在这些荷载的相互作用下使盾构管片出现了不同的受力特征。通过对现场观察了解结合其它地铁工程中的经验造成管片出现上面开裂现象的主要原因可能有如下几种:

2 .1盾构机千斤顶总推力较大

作用于管片上的力是造成管片开裂的最基本因素其中盾构推进过程中总推力过大是致使管片开裂的最直接原因。目前，国内地铁盾构隧道施工中，淤泥质粘土层中总推力为8000 ~12000kN;细砂土地层中总推力为12000 ~15000kN，当总推力过大时，对于养护不好并且配筋小的管片则有可能开裂。

2 .2管片环面不平整

造成管片环面不平整主要有:管片制作精度误差管片纠偏时贴片不平整;盾构机推进时各区的千斤顶推力大小不等管片之间的环缝压缩量不一致等原因。因管片环面不平整盾构机千斤项作用于管片上将产生较大的劈裂力矩造成管片开裂(如图3所示)。

转贴于 2 .3千斤顶撑靴损坏或重心偏位

盾构机通过千斤顶作用于管片上向前掘进.在千斤顶与管片接触处设置撑靴以减少管片压力，撑靴损坏后管片局部压力增大造成管片损坏或出现裂缝。

在盾构掘进过程中已拼装的管片中心线与盾构机本身的中心线重合为理想状态但在实际施工中两条轴线存在偏差千斤顶的中心没有作用在管片环的中心上，造成管片偏心受压(见图4)。

2.4盾构机姿态控制与线路曲线段不匹配

管片是在盾构机尾部内进行拼装，拼装完成后隧道管片在盾构机内部的长度约为2.3m管片外侧的空隙为5cm，盾构机在曲线段掘进时盾构机的姿态变化与管片的姿态变化不一致，盾尾密封刷挤压管片造成开裂(见图5)。

3管片开裂应对措施

从现场观察分析，造成管片开裂的原因不是单一存在的而是几种原因集中在一起.因此在防止发生管片开裂的措施要综合考虑。针对上述原因需从以下几个方面采取措施:

（1）盾构机在砂层掘进时.应加注泡沫剂.防止土仓内积“泥饼“减小推进扭矩和总推力同时防止推进速度过快。

(2)严格管片制作时的质量控制，减少管片的制作精度误差。在施工过程中保证贴片位置的准确性盾构掘进完成后，检查上一环管片的环面平整度。

(3)检查千斤顶撑靴对出现损坏的及时更换。

(4)盾构掘进时严格控制盾构机的姿态特别在曲线段盾构机应缓慢掘进控制盾构机的每环纠偏量，防止盾构机轴线与隧道管片的轴线间的夹角过大和管片四周盾尾间隙不均匀。

参考文献

盾构施工总结篇4

关键词：金鸡湖隧道；超长距离；超浅埋湖底；土压平衡盾构

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）16-0092-05

目前国内水下隧道施工已有先例，例如江苏无锡市首条湖底隧道蠡湖隧道总长1180m；武汉东湖隧道下穿湖底的主通道呈弧线走向，全长约800m。但是穿湖总长3650.98m，湖底最浅覆土7.4m，采用土压平衡盾构机施工却尚属首次，超浅埋湖底隧道掘进防喷涌、超长距离湖底隧道掘进技术控制、水下盾构隧道沿线障碍物潜在风险、长距离湖底成型隧道防水技术、微承压水治理等等，技术难度及安全风险较大。基于此，依托金鸡湖盾构工程，对土压平衡盾构机在穿越陆地、湖底的一系列过程展开施工技术研究。

1 工程概况

该工程包括[星港街站～会展中心站]、[会展中心站～华池街站]两个盾构区间，盾构掘进总长6183.391m。其中，星港街站～会展中心站区间左线长2351.980m（含短链0.365m，长链5.370m），右线长2350.108m（含短链0.425m，长链3.558m），总长4702.088m。会展中心站～华池街站区间左线长741.534m（含长链1.032m），右线长739.769m，总长1481.303m。

施工范围内土体自上而下分述为：①1淤泥层、①2素填土、③1粘土层、③2粉质粘土、④1粉土、④2粉砂、⑤粉质粘土、⑥1粘土层、⑥2粉质粘土层、⑦2粉土层、⑧工程地质层（粉质粘土层）。盾构通过的主要土层为④2粉砂和⑤粉质粘土。

本工程采用两台加泥式土压平衡盾构机进行两个区间总长约6.2km的隧道掘进施工。日本小松TM634PMX-16、TM634PMX-17盾构机先后从会展中心站西端盾构井始发，掘进至星港街站东端解体；然后转场至展中心站东端二次始发，掘进至华池街站西端盾构井解体吊出。两台盾构机共需要四次始发，四次吊出，两次转场，两次过金鸡湖及中间风井。

地质水文情况主要有四层水，一是地表水，二是赋存于全新统Q4冲湖积相沉积粘性填土层中的地下潜水，三是隧道埋深范围④2粉砂层中的微承压水，四是⑦2粉土层中的承压水。

2 盾构机选型及盾构掘进施工参数理论计算

2.1 盾构机选型情况

该工程选用的是日本小松公司土压平衡盾构机，盾构机的主要参数和工作性能如下：

2.1.1 刀盘开口率40%，配备4个超挖刀，最大超挖量为125mm。开挖部位、尺寸均可方便设计自动调节。

2.1.2 掘进扭矩、推力大，最大输出扭矩达6176kN·m，最大推力37730kN，具备10MPa强度的破岩（硬土）掘进能力。

2.1.3 盾构机主机的密封装置（刀盘驱动密封及盾尾密封等）在较高水土压力状态下具有良好的密封功能。电气和液压元件质量可靠、响应迅捷，防水性能好，适应隧道内的高温、高湿工作环境。

2.1.4 泡沫系统在刀盘、土仓和螺旋输送器上均设置注入口，既能改良刀盘开挖面的土层，也能对进入螺旋输送器的泥土起到有效改良，防止泥饼的形成。同时在螺旋输送器内形成土塞，从而抑制喷涌。同步注浆系统具有单、双液浆的双重注入功能，可根据施工的具体需要从而随时调节。

2.2 湖底盾构掘进主要施工参数理论计算

2.2.1 土压力计算。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。

3 盾构穿越长距离湖底掘进技术

穿越长湖盾构掘进首先是要根据区间设计情况、地质水文勘察情况进行盾构机选型。根据苏州地区以粉砂及粉质粘土层为主的软土地层，选择适宜粉土、粉质粘土、淤泥质粉土和粉砂层等粘稠土壤的施工的土压平衡盾构机。确定之后，针对软土地层地下水丰富的特点，进行盾构机适宜性分析以及盾构机本身一些技术改造，例如中盾上增设10个注聚氨酯孔、更换主轴承密封等。

在盾构正式始发推进前，需要进行土压平衡盾构机必要的参数计算，主要包括：（1）土压力计算；（2）注浆量计算；（3）注浆压力计算；（4）管片姿态控制参数。在掘进中以理论计算数据为依据，根据实际施工情况，尤其是监测情况对参数进行验证和必要地调整，确保周边环境安全，同时保持盾构机稳步高效运转。

穿长湖盾构掘进主要包括五个阶段：（1）初始100m试验段掘进；（2）从陆地地层进入湖底地层掘进；（3）湖底地层掘进；（4）从湖底地层进入陆地地层掘进，（5）湖底几种不同空间位置构筑物的穿越掘进。

根据以地质为本的思路，每个阶段重点对地质水文情况进行详细分析，同时针对线路情况及现场施工实际，总结各个阶段掘进的特点和应对措施。最后，针对土压力及同步注浆这两个比较重要的环节进行重点分析，汇总同步注浆在五种掘进环境中施工工艺的区别和作用比较，对实际土压力和理论土压力进行比较，总结湖底施工时土压力参数特点。

4 盾构机穿越金鸡湖底掘进施工

4.1 初始100m试验段掘进

设置100m的试验段进行掘进有两个目的：一是该试验段范围内的部分地层与湖底地层分布比较相似，结合验证理论计算的掘进参数，可以获得更为真实有效的掘进参数；二是通过试验段的掘进施工，全方位地检验整个盾构机、水平运输系统、垂直运输系统及地面配套设备的协同作业能力。通过这100m的掘进，将所有的作业人员进行人机适应，建立起整个盾构施工的管理、作业、物资供应及后配套设备管理的良性循环。

始发时为了更加有效对刀盘前方的地下水进行封堵，通过有选择地对超挖刀进行开启和关闭结合盾构机主机中盾上的10个聚氨酯注入孔人为地在加固地层里设置三道不同位置的环箍，进一步保证了始发洞门的安全。

待中盾进入加固体后利用中盾上的10个聚氨酯注入孔在侧墙附近注入水溶性聚氨酯，形成第一道防水密封，聚氨酯的用量为20～30kg/孔。

第一道环箍位于加固体内离车站侧墙1m处，环箍的长度约500mm，待中盾上的聚氨酯孔推进到该位置时，同样用聚氨酯进行封堵水，并利用管片上的预留注浆孔（即管片吊装孔）进行封环注浆，注浆液采用水泥浆-水玻璃混合浆液，对封环注浆的施工在后面有详尽的论述。

在盾构机刀盘进入加固体约4m后，控制超挖刀伸缩，形成第二道环箍，该环箍的长度为500mm。对第二道环箍的施工处理与第一道环箍相同。

对比三道环箍的材料消耗和参数，第一，发现在达到基本相近的参数要求情况下的材料消耗并不是成线性比例在增长；第二，第三道环箍的注浆施工中的压力较前两道环箍有所减小。原因分析有二：一是，前两道环箍所处的空间位置上附近的地层、地下水量近似，故两道环箍的材料消耗及注浆压力相近；二是，第三道环箍的位置为加固土体和原状土体交接处，地层性质发生了较为明显的改变，同时该处的赋水量较非加固体内变化大，最为明显的反映就是在三道环箍处，在注入水溶性聚氨酯前，打开中盾上的球阀后，用钢筋棍对盾构机四周的地层进行了试探接触，前两道环箍处基本周围较密实，没有出现流水、粉砂堵塞注入孔的现象，而在第三道环箍处进行试探时，最底部的6号注入孔流出了较为清澈的水流，并且在水平方向上和盾构机顶部的注入孔出现了粉砂堵塞的情况。在通过加固体的掘进中，给我们很深的体会是凡事预则立，对区间地层的把握和分析，做到掘进时对地层的分布及性质了如指掌，能充分地指导我们在施工中做好工序的准备和实施，在掘进的工程中，多种工序的衔接能有条不紊地进行是保证工程安全和顺利进行的重要保障。

4.2 从陆地地层进入湖底地层掘进

267环～320环为从驳岸进入湖底位置，刀盘中心深度-13.715～-13.42m，掘进面由上部1～1.8m的粉砂层和下部4.5～5.5m的粉质粘土组成，上部土压力理论值为0.119～0.121MPa，隧道为15.764‰的下坡，计算设定同步注浆压力A1、A4为0.20～0.22MPa，A2、A3注浆压力为0.25～0.28MPa，注浆量为4.0m3，注浆泵流量为90～135L/min。在进入湖底的初始100m水面上采用钢管布设湖底地形沉降直接观测点，通过湖底沉降监测信息反馈来调整土仓压力、注浆压力和注浆量，指导盾构掘进。

从驳岸进入湖底后的地层分布比较均匀，砂层的厚度为1.5～2m，位于掌子面顶部。掘进时的土压力基本与设计值吻合，在0.11MPa左右；1、4号注浆孔的注浆压力较小，在此掘进过程中的注浆压力控制非常关键，在满足注浆饱满的同时要防止注浆压力过高，击穿砂层，在盾构机的上部形成涌水通道，严重的情况下可能击穿湖底地层，在湖面上形成涌泉。在实际施工过程中一般采取的方法是在达到设计注浆量后即停止注浆。

4.3 湖底地层掘进

从第320环～第948环为湖底掘进地层，粉砂层在掌子面上的分布从线路上看基本呈W型延伸，砂层厚度为1.5～3m，并且呈现出W的前半部分的砂层增加和减少的趋势比较急剧，后半部分的比较缓和，同时在两个V形分布中都呈线性分布，对这段区间的掘进能够循序渐进的进行参数调整，隧道为3.503‰的下坡。

该段的掘进与上一段掘进区别比较明显，第一，在同等掘进参数下，渣土含水量明显增大。分析原因有二，一是含水量随着砂层的厚度增加而增大；二是前一段进湖掘进的扰动导致地下水的流向发生了改变，隧道后面的地下水与掘进掌子面形成了渗水通道。渣土里含水量的增大更加有效地改善了渣土的出土性能，促进了掘进速度的提高，能保证在45～55mm/min的速度下实现快速掘进；第二，该段地层的A2、A3孔的注浆压力有所增大，达到了0.25～0.32MPa，同时注浆量在砂层较厚的W形底部位置有所增加，流量达到了140～170L/min。

4.4 从湖底进入陆地地层掘进

从第1772环～第1933环为上岸掘进地层，粉砂层厚度在断面上从1.2～6.2m呈线性增加。

水泥浆的水灰比为1∶1，为提高浆液强度，可提高到1∶1.5，选取P42.5R硅酸盐水泥及40°Be'、模数2.4～2.6的水玻璃作为注浆材料，水泥浆和水玻璃比为1∶1。设定注浆压力为0.2～0.4MPa。注浆顺序为1234或者1235，保留6号孔不注。在进行1号孔注浆的同时，开启2号阀门，关闭3、4、5、6阀门，每个孔都是先注单液浆进行压力及浆液扩散，再用双液浆填充加固效果。在满足2号孔流出浆液和注浆压力达到设定压力值其中之一条件时即可停止注浆，关闭1、2号注浆孔阀门后进行下一孔注浆。保留6号注浆孔的目的有二：一是待注完所有的孔后打开6号孔，检查是否流水或流浆，确认注浆效果。

5 结论与讨论

（1）通过盾构施工管理标准化、系统化、人才培养、物资保障、质量管控、经济活动分析等手段，盾构机湖底适当建立被动土压推进、优化浆液比、针对性土体改良，最终实现金鸡湖隧道湖底快速掘进。

（2）采用土压平衡盾构进行水下城市轨道交通隧道具有较强的适应性，通过对盾构机的始发检查和全面检修，对盾构机土仓、刀盘主轴承密封、铰接密封、盾尾刷等关键部位的密封性进行检查，可以确保盾构机在水下掘进过程保证良好的工作状态。

（3）适当建立被动土压推进、优化浆液比、针对性土体改良长距离湖底快速掘进。

（4）盾构掘进机管片拼装质量控制，充分发挥管片结构自防水能力；止水带上设置遇水膨胀橡胶，随季节调整胶黏剂配方确保防水材料粘贴质量，保证同步注浆及时饱满，充分发挥接缝防水能力；辅以二次注浆及水泥基渗透结晶型防水材料使用，封堵漏点，加强裂缝防水，最终实现金鸡湖隧道“滴水不漏”。

参考文献

[1] 王梦恕，洪开荣.中国隧道及地下工程修建技术

盾构施工总结篇5

关键词：冻结加固；进洞；盾构掘进；控制

Abstract: in order to alleviate the traffic of our country city, the city began construction of track traffic, while the shield method in construction of rail transit construction is more and more widely applied, similarly to the shield work well portal foundation improvement method are also developing more. Combined with Suzhou subway line 2fire three section of the shield machine construction in frozen soil, this paper mainly introduces the method of shield machine in frozen soil reinforcement of excavation construction technology.

Key words: freezing reinforcement； hole； shield tunneling； control

中图分类号：C913.32文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1.洞门土体加固的方法分类

土体加固方法有高压旋喷桩、水泥土搅拌桩、SMW桩、冻结法、注浆法、降水发等、洞门外土体加固方法的选择应根据洞门的结构和拆除方法、隧道直径和埋深、土层物理学指标、环境保护要求和对地下管线与地面建筑物的影响因素，选用合理、安全的地基加固处理工法和加固范围。

2.设备的更新改造

本区间使用的盾构机为小松TM634PSX土压平衡盾构机，盾构机除了要穿越冻结加固土体外还要穿越大量的建筑物，其中的火车站站场加固区的穿越对盾构机的磨损比较大。所以特别对区间的两台盾构机进行了改进、更新。

2.1刀盘的改进：在盾构机原有切削面板刀具基础上新增加66把大先行刀以改善切削条件。

新增加的66大先行刀主要分布在刀盘主切削刀的周围，由于大先行刀高出主切削刀2.5cm，所以大先行刀比主切削刀先切削到土体起到保护主切削刀的作用减少主切削刀的磨损。在磨桩和加固土体中大先行起到很大作用。

2.2同步注浆系统的改进：为了减少加固土体超挖量，减少对土体的扰动控制沉降，对盾构机壳体原有的注浆管路和盾尾油脂管路保护壳（俗称“乌龟壳”）进行了更换，厚度由原来的125mm更改成80mm，并取消原有的清洗管路，增加一路注浆备用管路。随着”乌龟壳“的变薄，注浆管路变细，需加大注浆压力，所以对注浆泵和双梁左侧的注浆主管路和注浆小平台上的出浆口分别进行了改造。注浆泵由原来的PA-30单泵控制更改为 德国施维英双泵控制。注浆主管由原来的单路改为双路。注浆小平台上的出浆口由原来的一出四更改为二出二。

2．3泡沫系统的改造：由于本区间盾构为老盾构，所以没安装泡沫系统。为了更好的改善切削土体，减少对刀盘的磨损。本区间盾构请沪东的盾构人员对我们盾构机进行了安装和调试。

3.在冻结加固土体中掘进

3.1掘进前的准备工作：①在盾构机离冻土体30环左右,专门停下来对盾构机进行全面检修,备足易损易坏零部件;在盾构刀盘离冻结帷幕6环左右时,再次对盾构机及配套设备进行检修和维护保养。②为了预防盾构机穿越冻结区域推进时刀盘被“冻住”的现象，应将盾构刀盘系统与其他系统解锁，使盾构机在拼装管片或除盾构刀盘驱动外其他系统出故障时,在冻结区域推进期间刀盘始终保持旋转，而不被冻住③通过向盾构专业保驾厂家联系,与现场维修人员一起24 h待命,一旦出现故障立即组织抢修④现场应配备处置盾构被“冻住”的应急设施，如对盾构机正面土体喷蒸汽和加注热盐水等相应解冻设备和物资等

3.2冻土掘进的技术控制

⑴盾构姿态控制：由于盾构穿越加固区，需要开启超挖刀，为了尽量减小盾构机在加固区内的超挖量，盾构姿态应尽量保持与轴线平行。盾构姿态调整遵循“小纠偏、勤纠偏、提前纠偏”的原则进行控制，保持盾构姿态沿曲线内弧面行走，确保盾构机姿态不跑偏。

⑵盾构机掘进速度控制: 减少盾构掘进对加固土体的挠动,有效控制冻结体的碎裂,在总推力和刀盘允许的情况下加快刀盘转速,（掘进时刀盘采用3档运转，拼装时调至1档低速运转），减小推力,降低推进速度,推.进速度控制在5mm/min~10mm/min，防止刀盘被卡死。

⑶土压力控制：刀盘进入冻结加固土体后,土压力设置在0. 08MPa左右,并逐步降为0,使进入土仓的冻土能及时通过螺旋机排空,减少刀盘被冻住的机率。

⑷超挖量控制：为了减少盾构机在加固土体的中的阻力，防止“乌龟壳”卡住。降低推进总推力，在加固土体应适当开挖，一般开挖采取长城城墙式开刀法，即开挖一段停挖一段，使盾构机稳定减少盾构姿态的变化。本区间采用改进的“乌龟壳”，超挖量控制在60~80mm即可。

⑸推力控制：使A区和C区、B区和D区的推力不要相差太大，否则各区方向的管片压实度不同，在掘进结束时推力的释放会使各方向的弹性变形量不同，盾尾间隙不理想，拼装管片错台，环面不平整。尽可能减小总推力，防止推力过大直接推倒土体。

⑹注浆控制：进入加固土体后，前期仍需进行同步注浆，减少后面二次注浆和融沉注浆的的填充量。在掘进过程中控制好注浆的压力和注浆量，由于加固区掘进时间长，防止注浆管堵塞，可在一环时间里进行分时段注浆保持管路畅通。

3.3施工中遇到的问题分析和解决措施

⑴盾构机进入冻结加固土体时，刀盘突然停止旋转。经分析原因是刚进入土体没控制好推进速度，刀盘切入冻结土过深而被卡住，从而导致刀盘被冻住。解决措施: 严格控制推进速度、控制刀盘切割土体的进刀量。对正面冻土注盐水或热水，有利于刀盘切割土体。松掉千斤顶，正反转转动刀盘直至正常旋转。

⑵进入冻结土体后，总推力过大，达到1800t以上，容易将最后一层冻土墙推入井口，不利于盾构机进洞。经分析原因是在冻结土里为了调节盾构姿态加大了各区分力使总推力增大，还有就是推进速度略快，总推力变大。解决措施：保证姿态，合理减少各区分力，降低推进速度由原来的7mm/min调至3mm/min，减小总推力。

⑶盾构机螺旋机出土口堵死，不能正常出土。原因分析是由于冻结土碎渣在出土口壁上一点点粘附粘结使出土口变小堵死。解决措施：发现出土不畅时经常性的操作螺旋机正反转使螺旋机里的土体均匀成块排出。如果仍不出土可以拆除螺旋机出土口。

盾构施工总结篇6

关键词：盾构机；技术；研究

Abstract: To meet the need of constructing subway, railroad and water diverting, etc., China is working on the research, design and construction of domestic shield machine. Mastering the shield machine technology has been an important task in this industry. As a result, we will discuss the related technology of φ8780mm shield machines that are manufactured by Guangzhou Shipyard International Company Limited in this paper.

Key words: Shield machine; Technology; Research

随着我国轨道交通的发展，盾构设备的使用越来越广泛，盾构设备的国产化亦日益迫切，因此，应该在引进国外先进盾构设备的同时，不断加强各方面的技术力量，开发适合我国国情和不同地质环境情况下使用的国产盾构机。现以广船国际设计制造的φ8 780 mm土压平衡式盾构机为例，介绍盾构机的主要参数的设计确定。

1 盾构机主要参数设计要求

盾构机是一种特殊的工程机械，每台盾构机都应该适用其所参与的工程需要。其主要参数设计必须有相应的盾构工程条件，一般由业主在招标文件中提供，并最终在双方共同确定的技术规格书中落实要求和具体参数。

2 刀盘装置

盾构机刀盘主要由刀盘主体结构、刀具、刀盘附属结构以及刀盘驱动装置构成，刀盘的设计主要依据工程的地质施工条件所决定，下面初步介绍盾构机刀盘装置的设计。

2.1 刀盘主体结构

刀盘一般分为面板式和辐条式两种（图1），主要根据掘进隧道所在的地质特征而定，辐条式刀盘由于其开口率较大(60%~95%)，对开挖面不能起到很好的支护作用，主要应用于地质条件比较单一稳定的环境；面板式刀盘开口率较小(25%～45%),可以利用其本体结构对开挖面起到很好的支护作用，面板式刀盘由于其结构比较牢固，还可安装滚刀进行岩层的隧道掘进施工，因此，面板式刀盘主要应用在软、危、岩等复杂地质条件下施工。

本次Φ8 780 mm盾构机为适应所应用的盾构标段（珠三角地区），采用了面板式焊接结构刀盘，开挖直径8 820 mm，开口率约30%，材料选用Q345B。

通过建立三维模型，根据刀盘的受力状况进行有限元分析(图2)，要求其所受最大应力和最大形变都在允许范围之内。

2.2 刀具的选用及布置

盾构机刀具的布置和选用是否适合应用工程的地质条件，直接影响到盾构机的切削效果、出土状况和掘进速度。

1）刀具的选用

盾构机刀具一般分为切削刀和滚刀以及辅助刀具，切削刀一般又分为齿刀、刮刀和先行刀等，滚刀一般为盘形滚刀，辅助刀具包括周边保护刀、刀具保护刀、仿形刀、磨损检测刀等。

对于不同的地层的开挖，盾构机刀具采用不同的形式，开挖地层为岩层时采用盘形滚刀，地层为较软岩层时采用齿刀，地层为软土或破碎软岩时可采用刮刀，其他刀具根据施工需要进行选用（图3）。

此次Φ8 780 mm盾构机所施工的地层既有岩层，又有土层，因此在此台盾构机刀盘上既选用了滚刀，又选用了刮刀，其中刮刀144个，外周保护刀12个，刀座保护刀40个，磨耗检测刀(液压式) 2个，注入孔保护刀8个，单刃滚刀17英寸40个，双刃滚刀17英寸5个，中心滚刀17英寸4个。

2）刀具的布置

刀具布置不但要考虑刀具的种类，而且还要考虑整个刀盘面不同半径的运动特性和结构特性。

滚刀刃口一般高于刀盘面110 mm，在刀盘表面半径方向上的滚刀分布以80～100 mm左右的轨迹间距为原则，平均分配各滚刀在辐条上的位置。

刮刀在刀盘面上一般低于滚刀20~35 mm，让滚刀起到先一步压碎岩石的作用，刮刀在其后可将碎裂的岩石刮下并带至开口部位。在刀盘面的半径方向上，刮刀的布置按滚刀的轨迹进行布置，刀盘中心每条轨迹布置一把刮刀，在其他轨迹上布置多把刮刀，每条轨迹上应布置辐条数量一半的刮刀。

为了稳定刀盘的开挖直径，在刀盘的圆周外壁，均匀布置了周边保护刀。刀盘面上还布置了磨损检测刀，以便检测刀具的磨损情况。为了便于曲线施工，在刀盘的周边还布置了可以伸缩仿形刀和超挖滚刀。

根据以上原则我们完成Φ8 780 mm盾构机的刀具布置（图4）。

2.3 刀盘附属结构

为了提高盾构机的掘进效率，在刀盘上还布置了其他附属结构，主要包括搅拌棒以及多种添加剂的注入口。

刀盘背面的搅拌棒可以带动土仓中的泥土运动，加强土仓中土渣的流动性，以防止土渣在土仓和刀盘上凝结泥饼。

在掘进过程中还必须在刀盘面注入泡沫以及膨润土等添加剂，增加开挖面稳定性以及改良土渣性质，降低刀具磨损，提高掘进效率，因此，在刀盘面上必须设置泡沫以及膨润土等添加剂的主入口。

2.4 刀盘主驱动装置

刀盘主驱动装置是盾构机的核心部件，它一般由刀头支撑、土砂密封、主轴承、驱动部件等组成，其主要结构与行星减速机结构相似，通过电机或马达对主轴承上的齿圈进行驱动，以带动整个刀盘旋转（图5）。

盾构机常用的驱动方式有变频电机式和液压马达式，变频电机驱动具有噪音小、机械效率高以及内部温度稳定的优点，还可通过变频实现刀盘的无级调速。

刀盘轴承装置一般使用三排滚式大口径轴承(图6)。大口径轴承通过主轴向滚排、反轴向滚排、径向滚排来承受作用于刀盘装置的负载。

刀盘驱动部的土砂密封采用最多的是封唇型密封。在其内周侧、外周侧各装备径向1排，轴向2排。对各密封之间自动供应油脂，从而提高止水性能及降低密封的滑动阻力。

在刀盘主驱动装置中，驱动扭矩(及盾构机的挖掘扭矩)是其关键参数，它直接关系到主轴承以及驱动电机减速机的主要参数。一般认为盾构机（轴承型中间支承方式）的挖掘所需扭矩T由以下各要素构成：T = T1 + T2 + T3 + T4 + T5+ T6。

T1：克服泥土切削阻力所需的扭矩

T2：克服与泥土的摩擦阻力所需的扭矩

T3：克服机械阻力（径向负载）所需的扭矩

T4：克服机械阻力（轴向负载）所需的扭矩

T5：克服密封阻力所需的扭矩

T6：中间梁的搅动而产生的负荷扭矩。

刀盘主驱动装置中主轴承、主密封以及驱动电机为整台盾构机的关键部件，在技术规格书中盾构机业主方一般会明确提出其寿命时间，因此，需要对其进行寿命计算，在计算时主要根据工程状况，结合关键部件厂家提供的寿命计算方法进行计算。

3 盾体结构

3.1 盾体直径

盾构直径是指盾壳的外径，而与刀盘、同步注浆用配管等突出部分无关。盾构直径必须根据管片外径、盾尾间隙和盾尾钢板厚度进行确定，可按以下公式计算出盾构直径：

D=d+2(x1+δ+x2)

式中：D:盾构直径

d:管片外径(由工程条件决定)

x1:盾尾间隙(由工程条件计算所得)

δ:盾尾钢板厚度(由工程条件计算所得)

x2:其他设备所需(由工程条件所得)。

此次Φ8 780 mm盾构机管片外径d=8 500 mm，通过计算(计算方法见下文)得盾尾间隙x1=30 mm，盾尾钢板厚度δ=60 mm，盾尾注浆管布置所需x2=45，由此可得盾尾直径为8 770 mm，考虑到盾构掘进的便利性（刀盘、前盾、后盾直径逐渐减小），因此，此次前盾体直径取8 780 mm。

3.1.1 盾尾间隙

盾尾间隙是指盾壳钢板内表面与管片外表面的空隙。盾尾间隙应根据管片的形状尺寸、隧道的平面形状、纠偏、盾尾密封结构的安装等进行确定(图7)。

根据实际经验，盾尾间隙一般取20～40 mm，此次Φ8 780 mm盾构机计算所得盾尾间隙的最小需求值为19 mm，我们设定了盾尾间隙30 mm。

3.1.2 盾尾钢板厚度

盾尾钢板厚度主要由其受力情况所决定，盾尾强度是与土壤条件、埋深、盾体的钢板厚度、材料等条件有关，通过对盾尾强度的分析得出所需盾尾厚度。

1）整体受力分析

见图8。

垂直负载P1、P2为：

P1=γ’ H+γwHw+Po

P2=P1+S

式中：

H:覆土厚度（一般指埋深）

H1:可考虑的负荷高度（根据太沙基理论计算所得）

HW:盾构机顶部到地下水面之间距离（工程水文条件）

φ:土壤内摩擦角（由土质条件决定）

γ:泥土容重（由土质条件决定）

γ’:泥土容重（地下水面下）

γw:水的容重（含水平均密度）

γ0:盾构壳体材料的密度

t:盾构壳体的厚度

R:盾构机外半径

S:盾构壳体恒载的反作用力

g:盾构壳体的容重

P0:地面负荷（由工程状况决定）

K:土壤反作用系数（由土质条件决定）

C:土壤内聚力（由土质条件决定）

K0:自然土压系数 = 1

R:盾构机外半径。

2）应力分析

我们可以通过建立三维模型进行有限元分析(图10)，快速的验证盾尾钢板厚度是否满足强度要求。

此次Φ8 780 mm盾构机盾壳所采用材料为Q235B，其许用应力为235 N/mm2,通过计算所得，当盾尾板厚为60 mm时，最大应力为119.07 N/mm2，安全系数为1.34，最大变位最大变位3.081 mm，完全满足使用要求。

3.2 盾构长度

盾构长度主要取决于地质条件、隧道的平面形状、开挖形式、运转操作、衬砌形式和盾构机的灵敏度(即盾壳总长L与盾构外径D之比)。一般在盾构直径确定后，灵敏度值一般可按经验数据进行参考设计:

小型盾构(D=2-3 m) L/D=1.50中型盾构(D=3-6 m) L/D=1.00大型盾构(D>6 m) L/D=0.75。

由此我们可以估算出盾构主体的长度，在详细设计中，考虑工程条件、设备布置等空间位置对盾构长度进行完善。

此次Φ8 780 mm盾构机在综合考虑各方面因素后，所设计的盾构主体长度11 100 mm，切口环长度950 mm，支撑环长度5 435 mm，盾尾长度4 715 mm。3.3 盾尾密封

盾尾密封结构安装在盾构机盾尾后端，其作用是防止来自管片与机体盾尾部空隙的地下水及土砂的渗入。一般采用2～3道。各道钢丝刷之间填充油脂，使其成为一个既有塑性又有弹性的整体，油脂又能保护钢丝免于生锈损坏。

4 推进装置

盾构机的推进装置主要由多组千斤顶组成，通过计算出盾构机推进所需总推力大小，以及管片单位面积所能承受的压力大小，得出所需千斤顶的数量，在盾构直径内均布千斤顶，千斤顶的伸缩速度一般由工程需要所定(6~8 cm/min)，千斤顶一般分组控制，并设置行程及压力传感装置。

盾构机向前行进是靠安装在支撑环周围的千斤顶推动，各千斤顶合力就是盾构的总推力，在计算推力时，一定要将工程的施工全过程中对盾构可能产生的阻力全部计算在内。

以土压平衡式盾构机的挖掘进程为例，会出现下列阻力 (F1, F2, F3, F4)。

1）泥土和盾构壳体间的摩擦阻力

式中：

D: 盾构机外径 L: 盾构机总长

W: 盾构机总重量 PV: 垂直负载

Ph: 水平负载 L: 泥土和盾构壳体间的摩擦系数。2）管片和盾构壳体间的摩擦阻力

式中：

WS: 管片的重量

: 管片和盾构壳体间的摩擦系数。3）拖动后备系统产生的阻力

式中：

WG: 后续系统的总重量

: 车轮和钢轨间的摩擦系数。4）水对刀盘面的压力产生的阻力

式中：

D: 盾构机外径 PW: 刀盘面水压

由此，所需的推进力P可由下式得出：

式中: f 为安全系数(一般取1~2)。

代入Φ8 780 mm盾构机的工程参数，计算可得所需推进力为54 520.9 kN，在综合考虑油缸大小分布及液压系统压力情况，最终采用了24根千斤顶（3 000 kNx2 450 sx35 Mpax24 No.），其实际装备总推力可达72 000 kN，完全满足施工要求。

5 铰接装置

在隧道施工中一般会出现曲线施工的情况，因此，盾构机需要配备铰接装置，作为曲线段施工时的辅助装置。铰接装置是将盾构机机体分割成前体和后体，铰接密封安装在分割部位。用铰接油缸连接前体和后体的结构。按千斤顶的装备方法不同，有将千斤顶固定在前体上的前体推压型（被动铰接），和将千斤顶固定在后体上的后体推压型（主动铰接）两种类型（图11）。各种方式的铰接都有各自不同的特征，前体推压型是盾构油缸单向推压，故在拼装的管片内侧容易发生拉伸弯矩，管片易损坏。

本次Φ8 780 mm盾构机为主动铰接，采用16个3500 kN的千斤顶，总推力56 000 kN，行程300 mm，可实现上下左右1.5°转向。

6 螺旋输送机

螺旋输送机是一个排出泥土的装置，用来排出由刀盘挖掘出的泥土。它也可以通过调整泥土排量来控制刀盘土仓内的土压。

通过计算可得盾构机的挖掘量及螺旋机的理论排土量，其中螺旋机的理论排土量必须大于盾构机的挖掘量，这样才可以通过调节排土量来控制土仓土压。

本次Φ8 780 mm盾构机螺旋机的理论排土量约340 m3/ h，其实际挖掘量约290 m3/h。在螺旋输送机的前后都设置有闸门，采用液压油缸驱动，并带有保压装置，以便在需要时用来封闭土仓及螺旋机内部土渣。本次螺旋机的后闸门设置了两道，分布于螺旋机尾部的轴向和径向，以实现更快速便捷的排土。

7 管片拼装机

管片拼装机主要用于隧道管片的衬砌,通过液压马达和液压油缸驱动，可整体旋转±200°，上下伸缩，前后伸缩，在抓斗部位还可前后摇摆，左右摇摆，实现6个自由度的动作。

在拼装机主要结构确定后，我们必须对其装备扭矩、管片推压力等校核，以满足管片拼装机实际使用的需要。

8 其他系统

除了上述盾构机的基本构造，盾构机根据各工程项目的需要还配备了必须的电气控制系统、自动导向系统、数据采集系统以及后配套系统(包括注浆设备、膨润土设备、冷却水设备、设备、盾尾油脂设备、压缩空气设备、控制室、皮带输送机以及其他电气设备等)。

9 结束语

广船国际制造的2台Φ8 780 mm土压平衡式盾构机现已交付客户使用，已顺利开展地下隧道掘进工作，1号机已完成200环试掘进，相比同线路上正在使用的其他品牌盾构机，广船国际制造的盾构机性能先进、可靠，掘进速度效率高，得到了用户的好评。通过此次盾构机设计制造，为今后广船国际盾构机的技术研究以及关键部件国产化打下了基础。

参考文献

[1] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2004

[2] 地盘工学会[日], 牛清山等译.盾构法的调查・设计・施工[M].北京: 中国建筑工业出版社, 2007

[3] 张厚美, 盾构隧道的理论研究与施工实践[M].北京: 中国建筑工业出版社, 2010

[5] 陈湘生等. 复杂环境下盾构下穿运营隧道综合技术[M].北京: 中国铁道出版社, 2011

盾构施工总结篇7

【关键词】泥水盾构；盾构始发；负环拼装；洞门密封

1、工程概况

1.1、秋中区间由赣江西岸秋水广场起，穿越赣江、沿江中大道，经中山西路后与东端的滨江大道站相连接。设计长度为 1886m。区间最大坡度为 28‰，线路最小竖曲线半径为 360m。区间 3 座联络通道。区间隧道采用2台泥水平衡盾构机施工从秋水广场站始发，到达中山西路站接收井结束。设计盾构进出洞处采用搅拌桩和旋喷桩加固。确定圆形区间隧道结构内径为φ5400mm。管片强度采用工厂化预制，混凝土强度等级采用 C50，抗渗等级对于区间埋深大于 20m的部分为 P12，其余为 P10。工程管片的厚度采用 300mm。

1.2、根据轨道一号线地形管线综合图和设计图，赣江两侧道路两侧地下管线复杂，影响范围内的主要有一根DN1000 雨水管（砼），埋深 5 m，位于世贸路下。

2、水文地质条件

2.1、地下水类型

根据地下水含水空间介质和水理、水动力特征及赋存条件，拟建工程沿线按地下水类型可分为上层滞水、松散岩类孔隙水、红色碎屑岩类裂隙溶隙水三种类型。

2.2、含水岩组及其富水性

孔隙水主要赋存于第四系全新统冲积层的砂砾石层中，该层地下水为潜水，地下水位埋深较浅，本次勘察历时较长，但主要仍在丰水期间，穿越两端陆上钻孔内实测的水位埋深 6.50～11.60m，标高14.29～15.45m。该层地下水含量极为丰富，含水层渗透性强。地下水位年变幅与地表水变化密切相关，变化比较大。勘察期间抚河水位标高为 15 m，赣江水位标高为 14.5m。 主要赋存于第三系新余群含钙粉砂岩与钙质泥岩层段，厚度 20～50 米左右。该含水层富水性不均一，影响因素主要有风化网状裂隙与构造节理裂隙的发育程度，岩性差异（主要是钙质含量的变化） ，裂隙（节理）多呈闭合状，一般富水性极差，渗透系数多在 0.26～0.45m/d 之间。因受岩性变化所致，局部钙质泥岩、含钙砂岩层段，其构造节理发育时，多具一定的溶蚀现象，为碎屑岩层中地下水的相对富集地带，根据《江西省南昌市水文地质工程地质综合勘察报告》（1998年），其单井涌水量总体而言相对较大，含水层综合渗透系数达 5～15m/d，单井涌水量多在 300-800 m3/d 左右，最大可达 1500m3/d；已有资料与原有工程经验均反映，此类构造裂隙溶隙水富水区的分布与岩性、胶结物和构造发育有关，呈条带状分布于小兰――老福山一带。

2.3、各类地下水的补、迳、排条件及相互间关系

上层滞水主要接受大气降雨入渗补给，水位随气候变化大。赣江西侧赣江洪水期间，会对该层地下水形成局部返补。赣江东侧在汛期赣江和抚河也会对该层地下水形成局部返补。孔隙水与赣江及邻近抚河地表水体呈互为补排关系，连通性好。平水季节及枯水季节地下水补给地表水，地下水向赣江、抚河排泄；汛期赣江、抚河水位上涨，地表水体返补给地下水。碎屑岩类脉状裂隙水通过基岩裂隙发育段与上部孔隙水直接接触，形成互补关系，且多具承压性。水位基本和赣江地表水持平。

3、盾构始发

盾构开始向前推进到盾体完全进入土体后洞门封堵完成是泥水盾构始发的关键，在这个过程中应注意负环管片安装和盾构掘进参数的设置。

3.1、负环管片安装

盾构隧道施工中，一般称隧道洞门口处管片为0环管片，盾构井中用作传递反力的管片则称为负环管片。负环拼装时第一环负环的定位相当重要，对后面的管片拼装起着基准面的作用。为保证管片环面安装精度，负环管片采用闭口环安装方式，靠后的4环负环管片拼装均由盾构举重臂在盾构壳体内按顺序拼装成形，环向和纵向螺栓连接牢固后分别逐环将负环推到要求后座位置上。在安装负环管片之前，为保证负环管片不破坏尾盾刷和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。

4、泥水盾构始发关键技术

4.1、首先采用明挖法开挖竖井，在盾构始发竖井施工期间同步进行盾构始发端头土体加固；然后井下安装盾构始发基座及洞门密封，依次组装盾构后配套拖车，并将其拖入暗挖段；盾构主机安装、反力架下半部分，待管片安装机横梁安装完成后将反力架上半部分进行安装，随后将主机和后配套拖车连接，并完成盾构机整机调试；同时要完成泥水处理系统的安装调试。最后盾构达到始发条件。采用盾构直接掘削新型材料墙体的方式开洞门，开洞处的地下连续墙钢筋笼全部换用玻璃纤维筋代替普通钢筋，混凝土采用以石灰石为粗骨料的细石混凝土，混凝土抗压强度为C20，其余范围地下连续墙采用C30混凝土。

4.2、由于玻璃纤维筋与普通钢筋接头处抗拉力强度较低（只有普通钢筋抗拉强度的10%），而在始发洞门处的地下连续墙采用C20混凝土，因此为保证竖井开挖的安全性，在始发洞门前端施做2排M10砂浆桩。由于地面注浆受地下管线及现场其他因素的影响，导致加固区存在一定的盲区特别是管线下方土体，未能进行有效加固，给盾构始发造成一定隐患。为了保证端头土体加固的效果，保证盾构安全始发，采取在竖井内对端头土体进行水平注浆补强加固。采用水平地质钻机前进式分段成孔注浆，最后一次注浆结束，再成孔下50塑料管，进行补充注浆。为了防止洞门破除后发生涌水涌砂现象，先将1m厚的地下连续墙凿除0.6m，剩余0.4m的保护厚度，洞门中心鱼尾刀部位1.4m范围内多凿除0.2m，并将外露的玻璃纤维筋全部割除取出。洞门破除由人工利用风镐自上而下一次完成。洞门凿除后尽快将盾构机前移，使刀盘紧贴掌子面，保证掌子面的稳定，由刀盘切削剩余部分连续墙混凝土。

4.3、盾构始发基座采用钢结构形式，主要承受盾构机的重力荷载和推进时的摩擦力，结构设计还需考虑盾构推进时的便捷和结构受力。由于盾构机重达1000多吨，所以始发基座必须具有足够的刚度、强度和稳定性。由于盾构主机在组装过程中盾壳间还需要进行焊接作业，所以需要始发基座在距洞门6 m处断开0.9m为盾构护盾焊接提供必要的焊接作业空间。

4.4、安装洞门密封装置

洞门预埋环是为满足盾构机进洞临时封堵洞门端头要求的环状钢板。环状钢板的内径为12212mm，外径为12960mm，环向每2.4预埋一个M24！90螺栓，共计预埋螺栓150个。为了环板能够牢固的嵌入竖井衬砌结构内，环板背面与盾构始发井衬砌结构钢筋连接牢固，并且每根预埋螺栓必须与竖井衬砌钢筋连接牢固，环板加工成型后，待竖井二次衬砌施工时及时预埋。洞门密封装置安装始发洞门临时密封采用双道密封装置，每道密封装置由帘布橡胶、扇形压板、止水箱、注浆管和螺栓等组成，两道密封间隔0.4m。

5、结束语

经过精心准备和科学施工，南昌市地铁1号线秋中区间泥水盾构始发已顺利完成。通过不断总结和摸索，使小断面盾构在过江隧道、城市繁华地段、砂卵石地层中的施工技术不断成熟，为类似工程地质的小断面泥水盾构施工总结了可借鉴的经验。

参考文献：

盾构施工总结篇8

关键词　地铁车站　盾构隧道　三条平行隧道结构　力学行为　设计与施工

目前,在我国城市地下铁道建设中,盾构法因其良好的防渗漏水性、安全快速、对环境影响小等优点得到了大量采用,如上海、广州和南京等,但仅限于单线区间隧道。如果能直接采用盾构法或在盾构隧道的基础上扩建地铁车站,可有效地提高盾构设备的作业长度,无需先修建车站作为盾构机的进出井, 这样可缩短建设周期,并从总体上较大幅度地降低工程造价,还可解决采用明挖法修建地铁车站时大量占用交通要道、影响车辆通行等弱点。在国外这种方法得到了大量采用,如日本在盾构隧道的基础上,采用托梁法或半盾构法扩挖建成地铁车站(东京地铁7 号线的永田町车站),以及直接采用固定式或分离式连体盾构机修建地铁车站(都营地铁12 号线饭田桥站和六本木站);而前苏联,以小盾构隧道作为拱座,修建单拱结构(单层或双层) 作为地铁车站, 或直接用直径为9～10 m 的盾构机建成三条平行隧道车站(基辅地铁车站) [ 1 ,2 ] 。

      结合广州地铁三号线林和西路站,作者在国内首次对在区间盾构隧道的基础上修建地铁车站的方案进行了研究,提出了三条平行隧道岛式站台车站方案。该车站结构系在两条已经建成的区间盾构隧道中间,再单独采用暗挖法修建一条结构独立的隧道作为站台,用联络通道的方式将该隧道与盾构隧道联结,站厅设在地面或两端地下,站台两端还可设辅助用房。其断面的尺寸根据《广州市轨道交通三号线工程总体策划纲要(讨论稿) 》(2001 -02 -19) 中的车站施工方法及综合情况一览表进行确定,三条平行隧道岛式站台车站方案断面图如图1 所示。本文对该车站结构的施工力学行为进行了二维有限元数值模拟分析研究。

 

图1 　三条平行隧道岛式站台车站断面(单位:mm)

1 　地形地质概况

      林和西路站位于天河北路与林和西路交叉口, 呈南北向,周围超高层的地域标志性建筑物较多,为该地区主要城市景观结点之一。该车站的主要特点:车站所在的林和西路现状道路较窄,交通繁忙; 站两侧建筑物距离较近,站位东、西向调整幅度非常有限;站位所处位置两旁建筑物的地下室已超出道路规划红线,造成出入口及风亭的布置困难;客流量较大;地下管线都很密集。场地为珠江一级堆积阶地,第四系覆盖层以人工堆积、冲洪积、残积为主,厚5. 1～14. 5 m , 局部可见透镜体状淤泥质土和细砂, 地质构造简单,未发现有断层通过。

      林和西路站所在的地层从上到下为:人工填土、冲积粘土层、残积土层、岩石强和中等风化带、岩石风化带和岩石微风化带。该段地层水文地质主要为部分地段砂层孔隙水及中风化岩裂隙水,稳定地下水位埋深1.90～5.70 m 。

2 　施工过程力学行为有限元模拟分析

2. 1 　基本考虑

      为了考察该车站主体结构、普通盾构管片和临时支护在施工过程中的可行性与安全性以及围岩的稳定性,采用二维有限元对车站修建整个过程进行了数值模拟分析。采用平面应变有限元法、围岩本构选用drucker -prager (d -p) 准则、支护衬砌用弹性本构、用单元的“ 生(alive) ”与“ 死(kill) ”的性质和等效释放载荷的概念来模拟隧道的开挖[3 ] 。使用等参四边形单元(plane42) 模拟围岩,梁单元(beam3) 模拟主体结构、普通盾构管片衬砌和临时支护结构。计算边界为:左右边界为1. 5 倍三连拱隧道跨度,下边界为1 倍三连拱洞室高。整个模型高33. 12 m , 宽80 m , 轨面埋深为20. 0 m 。为了获得较为可靠的分析结果,本次采用大型通用有限元软件ansys 程序进行了数值分析,其有限元网格划分如图2 所示。

2. 2 　力学参数针对林和西路站地质勘测,将其从上到下围岩

 

图2 　有限元网格

      地质情况综合合并简化为3 层材料性质的岩土体进行计算分析,即地表浅层(合并了人工填土、冲积粘土层和稍密残积土层) 、隧道所在层(中密残积土层) 和隧道底层(岩石各种风化带),其合并后地层参数为各合并层参数按层厚的加权平均值。盾构隧道管片衬砌采用c50 钢筋混凝土,考虑到接头对管片结构整体抗弯刚度的影响,取刚度折减系数为0. 8 、弯矩增大率系数为0. 3[4 ] 。主体结构为c30 钢筋混凝土,临时支护钢支撑用14 号工字钢(a3 钢,惯性距712 ×10-8m4,面积21. 5 ×10-4m2,截面高14 cm) 、每米一榀;喷混凝土用c20 混凝土,厚度为25 cm ; 最后修筑的二次衬砌为c30 钢筋混凝土。拱顶地层加固范围为2. 0m , 加固区岩体和超前支护采用将围岩参数提高的等效方法进行模拟。所有材料物理力学参数列于表1 中。

2. 3 　开挖模拟过程概述用暗挖法中crd 工法施工,其施工顺序(图3) 为:首先进行在自重作用下初始地应力场的模拟计算; ① 开挖左右盾构区间隧道; ② 超前支护或地层加固,开挖左侧上导洞并修筑左侧拱部结构; ③ 开挖左侧下导洞并修筑左侧拱底结构; ④ 超前支护或地层加固,开挖右侧上导洞并修筑右侧拱部结构; ⑤ 开挖右侧下导洞并修筑右侧拱底结构后修筑二次衬砌结构; ⑥ 开挖左右两侧联络通道。其荷载释放率初期支护施作好后为75 % 、主体结构(二次衬砌) 施作好后为25 %[3 ] 。初期支护与二次衬砌共用节点,即假设不发生滑动、二次衬砌随着初期支护的变形而变形。

表1 　施工过程力学行为有限元模拟分析的材料物理力学参数

图3 　车站开挖顺序

3 　计算结果分析

3. 1 　盾构隧道随车站结构修建的力学分析

      左、右盾构隧道最大弯矩和相应轴力随开挖过程变化见表2 , 盾构隧道的部分弯矩图和轴力图见图4 。由内力图可看出,随着车站的开挖,盾构隧道的受力从比较合理变成了局部出现较大的内力(出现在临近中洞侧) 。在左侧盾构隧道开挖中洞左上角部分土体(步骤2) 、右侧盾构隧道开挖右上角部分土体(步骤4) 时,管片衬砌最大弯矩和相应轴力增大了2 倍左右,对管片结构混凝土拉压应力影响不大;在随后的左侧盾构隧道中洞开挖(步骤3 、4 、5) 、右侧盾构隧道中洞的右下角开挖(步骤5) 时,管片结构的变形和内力重新调整,使得弯矩有所下降,而轴力增加,对结构的受力是有利的;在修建联络通道时(步骤6) ,因管片结构右侧的土体被彻底地移去,又加上联络通道与管片结构的刚接作用,使得刚接处弯矩和轴力都急剧增大,这对管片结构的受力是极为不利的。

表2 左右侧盾构隧道管片衬砌结构最大弯矩和相应轴力随开挖过程的变化

  

  

注释:左侧为弯矩图(单位:n·m) ,右侧为轴力图(单位:n) ,从上到下分别为步骤1 、步骤2 和步骤6 图4 　盾构隧道弯矩和轴力图

总的来说,中洞的开挖与修建对盾构隧道结构修建对盾构隧道结构的受力相当不利,故要采取相应的受力影响不大,可采用普通管片衬砌,但是可适当的措施,如改刚接为搭接和对管片施加临时支撑等。增加洞室间的距离,降低因中洞的开挖对盾构隧道围

3. 2 　车站主体结构的力学分析岩的扰动,从而减小所产生的附加弯矩。联络通道的中洞结构最大弯矩和相应轴力随开挖过程的变化见表3 , 中洞的部分弯矩图和轴力图见图5 。由计挖右侧拱底部分时,其弯矩又增大了,这是因为跨度算结果可知:随着中洞的开挖,衬砌上的内力随着地达到了最大;在修建联络通道时,中洞左侧与联络通应力重分布而变换,特别在实施步骤3 时,中洞拱脚道交接处的弯矩最大值为371 kn·m , 轴力最大值左侧弯矩达254 kn ·m , 因处于偏压下,故弯矩较为2 490 kn , 这是因中洞结构两侧的土体被移去和大;然后实施步骤4 时,拱顶和拱脚的弯矩值在数值联络通道与管片结构的刚接,使得连接处弯矩和轴上都有所下降,这是由于偏压减小而导致的;但在开力都急剧增大,这对结构的受力是极为不利的。

表3 　中洞结构最大弯矩( m)和相应轴力(n) 随开挖过程的变化

 

图5 　车站结构弯矩(左侧) 和轴力(右侧) 图

总的来说,中洞的开挖其洞室是稳定的,所采用的临时支护结构和二次衬砌结构是安全的,但应加强拱顶开挖前的超前支护和早喷混凝土,封闭开挖的洞室,从而减小对地层的扰动。结构体本身以增大二次衬砌仰拱拱跨比和适当加大两侧拱腰厚度等措施来增加结构的安全性。联络通道的修建对车站主体结构的受力不利,故应采取改刚接为搭接等措施。

3. 3 　联络通道结构受力分析

      联络通道的弯矩图和轴力图见图6 , 其最大弯矩值达到了123. 7 kn·m , 相应轴力仅为138. 8 kn , 出现在连接处; 而非连接处的弯矩为54. 3 kn·m , 相应轴力为130 kn 左右。表明联络通道与管片衬砌和中隧道二次衬砌的刚接对其结构的安全性相当不利,所以,要将联络通道与管片衬砌和中隧道二次衬砌的刚接改为搭接,这样联络通道结构的受力才是安全的。

 

 

图6 　联络通道结构弯矩(左侧) 和轴力(右侧) 图

4 　结　论

      针对广州地铁三号线林和西路站,按照其车站规模和相应技术指标,本文提出了三条平行隧道岛式站台车站方案以及设计了主体结构参数,并对该车站结构的施工力学行为进行了二维有限元数值模拟分析。分析结果表明:

(1) 将联络通道与管片衬砌和中隧道二次衬砌的连接从刚接改为搭接后,本文提出的三条平行隧道岛式站台车站主体结构的受力是合理安全的。

(2) 在盾构法隧道基础上修建三条平行隧道地铁车站的思路是切实可行的,其车站主体结构和临时支护结构是安全的,这可缩短建设周期、提高盾构机的作业长度和利用率,因而可从总体上降低工程造价。

(3) 对盾构隧道,采取管片与联络通道的连接由刚接改为搭接措施后,管片可按同样条件下的区间隧道设计,但应对拼装管片进行特殊考虑,以利于联络通道修建时管片的拆卸和再利用。在实际工程应用中,应对车站内站台、站厅与其它辅助用房的连接等构造细部进行设计研究,以及进一步研究在扩挖修建车站主体结构时对周围环境的影响等。本文的研究成果,对今后采取在区间盾构隧道的基础上修建地铁车站的设计与施工技术方面,有一定的参考价值。

参考文献

[1 ] 李围,何川,李志南,等. 地铁车站盾构法综合技术在我国的应用前景探讨[ c]. 见:地下铁道专业委员会第十四届年会论文集. 北京:中国科学技术出版社,2001

[2 ] 施仲衡,张弥,王新杰等. 地下铁道设计与施工[ m ]. 陕西科学技术出版社,1997

盾构施工总结篇9

【关键词】 盾构机；地铁线路；掘进

1、前言

进入21世纪，世界经济的迅猛发展加速了城市化建设。随着城市密集度的提高，城市建筑和人口的不断增多，使得城市地面交通压力的不断增大。为了缓解这种压力，人们把目光投向了对于地下空间的开发，盾构法隧道施工就是利用开发地下空间是目前比较好的一个手段。由于城市地面情况非常复杂，盾构机下穿各种建构筑物都存在极大风险。本文以下穿广州地铁1号线为例，总结盾构机下穿既有地铁线路时的掘进技术和掘进管理方法。

2、工程概况

2.1 下穿地铁1号线正线工程概况

本文以广佛线菊树至西朗地铁盾构区间线路为例，该施工区域位于广州市荔湾区，为保证地铁一号线正常运营，下穿隧道的施工是整个隧道施工的重难点之一。菊西区间掘进施工中，地铁1号线正线位于里程YCK20+270～ YCK20+320范围内，在建西朗站位于地铁1号线正线以东20米附近，此段隧道顶部距地面最小距离11m，最大纵坡为27.856‰，线路为直线，该段长度约50m。

2.2 地面建（构）筑物情况

在里程为YCK20+283～YCK20+315段，下穿地铁一号线。地面有地铁一号线三股轨道，右线隧道边线至西朗车站最近距离仅为5.6m，隔音墙的桩基侵入隧道。线路平面布置如图1；在YCK20+310处下穿地铁一号线的隔音墙，隔音墙桩基布置如图2。

2.3 工程地质及水文地质条件

根据地质勘察报告，对于盾构机通过地铁1号线正线的地层情况，右线隧道主要穿越的地层为〈6〉全风化泥质粉砂岩、〈7〉强风化泥质粉砂岩、〈8〉中风化泥质粉砂岩、〈9〉微风化泥质粉砂岩层多种地层的混合地层，隧道覆土自上而下主要为2米厚〈1〉人工填砂、5米～10米厚〈2-1A〉淤泥，含水率70.9%，标贯值最大为2、淤泥质粉细砂地层，标贯值最大为10，隧道顶部距离〈2-1A〉淤泥层为1米～4米。

2.4 施工重、难点分析

地质条件差，潜在的施工风险高。盾构区间经过广州地铁1号线正线，根据该段详勘资料、补勘资料以及咨询相关1号线正线施工人员，此段隧道顶部存在8米左右的淤泥层，该淤泥层含水量大，标贯最大值为2击，地表为地铁1号线运营线路，在地铁1号线正线施工期间，没有对淤泥层进行任何处理，地质条件较差。由于地铁运行对轨道的沉降要求为±4mm，而该段又无法进行地面加固或扣轨加固，因此盾构掘进施工风险极大。

桩基侵入隧道，施工难度大。在里程为YCK20+310.5处为地铁1号线隔音墙，其基础为φ600mm桩基，根据桩基施工记录表推断，桩基侵入隧道15cm。盾构通过时，隔音墙存在因桩基倾斜导致开裂甚至倒塌的风险。

下穿地铁1号线正线，沉降量控制要求高。该段主要穿越的地面建、构筑物为地铁1号线正线。根据详勘资料显示，该地段隧道上覆大面积淤泥，掘进时存在上软下硬地层，且地面为运营地铁线路，一旦由于掘进时超挖或对淤泥产生扰动产生地面沉降将影响地铁1号线正线运营，产生不良社会影响。

3、准备工作

1、停机保养，轨道加固，确保过1号线时设备完好性，力求快速通过。

2、准备道砟，以备轨道沉降时起轨。

3、利用钢丝绳将接触网立柱加固。

4、隔音墙加固。

4、下穿地铁1号线正线段技术措施

4.1 盾构机刀盘的配置

根据过地铁1号线地质条件，既能通过土层，还需有一定的破岩能力。对上软下硬等复杂地段能很好的控制地面的沉、隆。即使在同一隧道断面上，岩土的分布也并非单一，断面上的岩土强度不一，这些地方的隧道为坚硬及上软下硬的围岩会使盾构机刀盘受到不均衡的力和不同程度的磨损。隧道通过大部分岩层，使盾构掘进时容易造成刀具磨损。因此要求所选的盾构机必须满足以下要求：

1）、刀盘结构的刚性好，变形量小，既能适应土压平衡掘进的大扭矩工况，又能适应在对硬岩地层和不均匀复合地层的大推力工况，还需保证有足够的开口率，能适应粘土地层的出土要求。

2）、刀具布置主要考虑复合地层的需要，对软土切削的刮刀以及对硬岩破碎的滚刀结合布置，中心区采用双刃滚刀破岩，中心区外组合布置刮刀和滚刀，针对上软下硬地层的特点，边缘区滚刀密集，单位长度上参予切削的刀刃多，可以增加边缘滚刀的使用寿命，降低刀具的更换频率。

3）、安装专门的单刃滚刀23把、中心双刃滚刀8把、切刀106把、周边刮刀12把。

4.2 掘进措施

此段地层主要特点是上覆地层为淤泥及软土层，盾构在其底部掘进时极易引起隧道顶部软弱而超挖，局部塌方，地表过量沉降甚至地表沉陷。在推进过程中设法保持上部软土的平衡是关键所在，施工中采用的主要措施如下：

结合施工经验，认真做好技术总结

认真做好试掘进及正常掘进的总结工作，经过该段前，盾构机下穿地铁公司试线段，此段地层与过地铁1号线正线段相似，在轨行区下部都分布有6～8米厚度的淤泥层，并且都呈倒三角形分布，有部分淤泥侵入到隧道顶部，隧道开挖断面主要以〈6〉全风化泥质粉砂岩、〈7〉强风化泥质粉砂岩、〈8〉中风化泥质粉砂岩、〈9〉微风化泥质粉砂岩层为主。

盾构在通过此段时，采用土压平衡掘进模式，中部土压力比掌子面底部水土压力大0.01MPa，掘进速度保持在30～40cm/min，出土量严格控制在65方/环，注浆量确保每环6方以上。

试线段的掘进参数、措施以及地面的沉降情况为过地铁1号线提供了依据，得到较合理的掘进参数，积累了成功经验，使下穿1号线正线时地面沉降得到有效控制。

4.3 技术措施

a. 加强土体改良。单纯采用较大的土压力是一种理想的方法，但因为下部为泥岩，会产生结泥饼的负面效应 ，增加泡沫的注入量至80%～100%。在掘进过程中，土压力基本控制在170Kpa左右，比隧道位置实际水土压力略高，提高泡沫注入率后有效抑制了土仓内结饼。

b.重视盾构基础数据的异常反馈，如推进速度、推力、扭矩、土舱压力增大、油温升高、出土闸门喷涌、渣土的含水量变化、渣样的判断、实际出渣量与理论出渣量的比较等等，认真分析异常原因，并采取果断措施，以免贻误战机。

严格控制出土量，每环控制在65m3左右，最多不能超过70 m3 ，如果出现4.5斗土已装满，但是千斤顶的行程未能达到1800mm时，停止螺旋机出土，继续掘进达到拼管片为止。下一环开始就要憋土保压，视刀盘扭距而定。停机前也要憋土保压，防止掌子面坍塌。出土量的严格控制使盾构机通过该区域时，刀盘位置的沉降量得到了有效控制。

c.优化壁后注浆配比参数，

调整同步注浆配合比，提高水泥掺加量使之大于160kg/m3，或加入适量早强剂，使浆液凝胶时间缩短到3～5h，使同步注浆尽快发挥其止水作用；保证同步注浆每环6方以上，由于盾构机已掘进1500米，盾尾刷有不同程度磨损，盾尾存在漏浆现象，通过在管片外壁上粘贴海绵条，减小了盾尾漏浆现象，由于盾尾刷损坏，海绵条阻挡了部分浆液外溢，但在掘进过程中，仍有漏浆现象，并且直接导致了盾尾后期沉降的发生。

d.为了进一步减少盾构机掘进过程中对地面产生的沉降量，在盾构机掘进的同时，在盾构机盾尾后部第2环管片位置进行二次双液注浆。

双液浆凝胶时间只有几十秒，能够有效填充同步注浆不饱满造成的盾尾间隙，减少盾构机通过软土地层后的后期沉降。但由于双液浆凝结时间较快，为了防止其窜入刀盘前、盾壳外凝固后将盾构机困住，因此必须严格控制二次注浆的操作。

1）、注浆时间控制在盾构机掘进时，因为盾构机掘进时处于活动状态，双液浆难以将盾构机困死。注浆位置在盾尾后部第2环管片处，距刀盘约10米，在双液浆注入并凝结时难以窜入刀盘前方，不影响盾构施工。

2）、控制注浆压力，如注浆压力较大，双液浆更容易窜入刀盘前方，并且二次注浆因无法计算衬背空隙量，现场注浆时以注浆压力来控制，超过控制压力即停止注浆。注浆前需在孔内装入单向逆止阀，并凿穿其外侧保护。

5 、下穿地铁1号线正线段联动机制

右线下穿地铁1号线采取高效的联动机制，及时、有效地收集、反馈各种信息，集中分析，及时作出决策应对。

1）、领导值班，地铁公司建设总部、运营总部、监理单位、第三方监测单位、施工单位领导24小时值班，现场指导。

2）、现场办公，将地铁公司第四会议室设为现场办公地点，也是整个系统的指挥中心，建总、运营、监理、第三方监测、施工单位集中现场办公。

3）、运营部门人员现场待命，根据沉降情况随时准备地铁限速、起道、捣固作业、接触网加固调整等应急措施。

4）、监测数据与掘进参数联动，利用短信等形式，监测数据从测量现场传到指挥中心，根据沉降情况，给盾构施工现场下达指令，及时调整掘进参数及掘进措施。盾构现场将掘进情况发到指挥中心，指挥中心根据现场的要求及时调整检测频率，实现了真正意义上的监测、掘进以及决策的联动。

6 、过地铁1号线正线地面监测

由于轨行区西侧为栅栏、东侧为隔音墙，南侧为运营西朗地铁车站，因此监测点布置的范围主要集中在这些构筑物范围内。监测的里程范围，上行线（右 线）：YDK20+276.573～ YDK20+309.573；总监测范围为33m，包括西朗地铁站房屋监测，当盾构机通过时，只对可能产生沉降的机头以及机尾的部分监测点进行监测。

监测仪器设备及监测精度：1、徕卡TCRP1201全站仪1台，测量精度1″，2+2PPm。

2、徕卡NA2型精密水准仪及测微仪1套，测量精度0.3mm/Km，最小读数0.01mm。

水准测量按二级水准施测，两次读数差

测量路线按实际情况可取闭合或附合水准。

7 、地面沉降情况

右线下穿地铁一号线地面沉降大致可以分为三个阶段

1）、沉降阶段，累计沉降达到31mm。

2）、隆起阶段，地面沉降已超出报警值，设法加大注浆量，轨道隆起6～7mm，沉降基本稳定。

3）、平衡阶段，减小注浆量，沉降趋于平衡，轨道累计隆起6mm。

8、结语

盾构机下穿既有地铁线路，地质调查和既有线路调查是前提，合理的掘进参数是基本，掘进和监测联动是关键，做好应急预案是保障。

参考文献

[1] 地下铁道、轻轨交通工程测量规范 （GB50308-1999）.

盾构施工总结篇10

关键词 盾构隧道 盾构机 施工技术

1 工程概况

客-大(客村至大塘)区间为两条平行的分离式单线圆形盾构隧道,左右线总长为3076.93m(其中盾构隧道长3016.93m),共设3个联络通道、1个泵房、1个中间风井及左右线扩大段矿山法隧道、8个接口洞门。 客-大区间圆形隧道外径6.0m,内径5.4m,管片厚度300mm,管片宽度1.5m,分块数为6块,采用错缝拼装。环间采用三元乙丙橡胶止水条止水,同步注浆填充管片与地层空隙。管片混凝土强度等级为C50,抗渗等级不小于S12。

该区间隧道沿线建筑物密集,有170多栋楼房,其中确定房屋桩基底到隧道顶面之距小于3m的共有14座。 区间YCK8+230至YCK8+668.4段围岩主要为全风化和可塑至硬塑状残积层,围岩级别为Ⅰ～Ⅱ级,土层自稳能力较好,但强度较低,且隧道埋深较浅,整体稳定性相对较差。

盾构隧道采用一台海瑞克Φ6.25m复合式土压平衡盾构机从大塘站北端头右线盾构工作井下井拼装始发,向北掘进,在客-大区间暗挖段洞室内调头后,返回向南掘进左线,在大塘站北端头盾构工作井解体吊出。盾构隧道掘进过程示意见图1。

本工程的主要特点和难点是盾构在密集建筑群下的推进和盾构机在暗挖地下洞室内的调头。

客-大区间盾构施工场地分为两个阶段,右线施工为第一个阶段,施工场地在大塘站北部;左线施工为减小轨道运输的运距和便于附属结构施工,将盾构场地转至客-大暗挖区间的施工竖井场地。2 客-大区间盾构施工的总结与探讨

在客-大区间盾构施工过程中,针对工程的特点、地质情况和现有的施工技术水平,借鉴兄弟单位的成功经验,认真研究优化,提出并实施了不少的成功的方案。

2.1 盾构机

2.1.1 盾构机的选型原则

盾构机是盾构施工的关键,一般的选型原则是要适合隧道设计的特点、地质特点、环境特点,选型要有针对性。但是一台盾构机价值几千万元人民币,又有10km的寿命,对施工区域广阔的 企业 ,在选型时不能仅看到眼前的项目,还要应对可能出现变化的条件(尤其是地质变化),所以,盾构机的主要技术参数选择要考虑一定的通用性。 海瑞克盾构机在广州轨道交通二号线工作良好,成为首选。客-大区间盾构经过2.5km的掘进,其主要技术性能、参数基本满足施工要求,但对付硬岩很困难。随着施工中的体会和广泛了解,海瑞克盾构机还存在许多需改进的地方。

(1)盾构机的推力和刀盘的扭矩 刀盘的扭矩设计为4500kN·m,脱困扭矩为5300kN·m。实际使用中,在软岩、软硬不均地层中,常有超过设定扭矩值而自动停机的问题。尤其在采用土压平衡模式粘性土层中掘进时,扭矩也很大,经常超过设定值。

从 目前 使用情况来看,推力与扭矩的设置是不匹配的,即推力可减小,扭矩还应适当增加,应详细地 计算 验证,修正设计。

(2)刀盘的转速

按海瑞克的设计,刀盘的转速设定为两档,低档为0～3r/min,高档为3～6r/min。使用高档(3～6r/min)是通过加大液压油流量来实现的,从而影响了机械寿命和设计强度。实践证明,刀盘转速只需要3r/min以下就可以满足施工要求。

(3)刀盘与刀具

①刀盘的开口率

客-大盾构机刀盘的开口率不能变化,且中心区开口率小,不适应有粘性软土地层的需要,易形成泥饼。拉瓦特、海瑞克都已制造了开口率可调的盾构机,不仅能适应各种地层的掘进,而且为在不良地层下换刀提供了一定的安全保障。

②单刃滚刀、双刃滚刀及刀间距

海瑞克的双刃滚刀设计从实践看来对付40MPa以上的岩石已十分困难。双刃滚刀要同时破200mm左右范围的岩石,肯定不如单刃滚刀破100mm范围岩石的效果好。在软硬不均的岩层中,应采用单刃滚刀及相应的刀盘设计,刀间距应取85mm左右。

(4)变频电机直接传动和液压传动

海瑞克采用液压传动,但随着变频技术的日益完善,采用变频电机直接传动比液压传动优点多,首先是变频电机直接传动的机械效率高;其次可以减少发热环节,减少冷却水用量,减小噪音,且使用维护相对简单,所以应选择变频电机直接传动。

(5)便于操作维修的人性化设计

威尔特、小松盾构机在通道、管片拼装工作台的设计上大大优于海瑞克,人员可以直接在通道上从操作室到盾体前部。

(6)注浆系统

注浆系统要保持同步,二次注浆设备也应设计在后拖台车上,并要求在不影响正常掘进的情况下,可以进行二次注浆施工。

以上仅就盾构机的一些问题进行 分析 ,结论是:海瑞克应做出设计理念的清理和设计方案的改进。

2.1.3 盾构机的国产化与零部件的代用

盾构机应有大量的结构部件可国产化,现已国产化的绝大部分是钢结构件,对于许多泵(如泡沫泵、膨润土泵等)及液压管路、空压机、皮带输送机,国内已有成熟的电器设备、零部件可直接代用,但国产刀具还需进一步研究。辅助性的螺栓、挡板进口一件动辄几百元,而代用自制产品仅几十元。

2.1.4 盾构机的保养与维修

做好盾构机的保养与维修是保证盾构机正常工作,尤其是保证盾构机使用寿命的关键。建立强制保养制度十分重要,但根本的保证是要培养一班稳定的熟练维修保养人员,包括技术干部和技术工人。

2.2盾构施工的主要配套设备

2.2.1施工平面设计是配套设备选型的前提

关键设备龙门吊的起重能力、跨距、提升高度、卸土方向及方式是决定龙门吊设计和造价的重要参数。客-大盾构始发井洞口大且长,周围还有风亭和出入口,平面布置给龙门吊设计和造价带来很大的影响,功能复杂、造价高、故障率也高。管片摆放、下井的位置也影响管片龙门吊或汽车吊的配置。

管片进场摆放既要便于管片运输车的进场卸货,又要便于及时选择管片的点位和下井。

实践证明,平面布置应以尽量减小提升土斗龙门吊的压力为原则,由此才能保证掘进进度。

2.2.2 运输方案的选择与机车车辆的配置

采用一列车将一环碴土运完,并足量供应同步注浆浆液等辅助材料,有利于快速掘进。但要求盾构机后配套,即皮带运输机要足够长,机车牵引力足够(因为地铁线路纵坡一般较大),机车、车辆制动性能良好。

实践证明,采用两列车装完一环碴土的方案只要安排合理,各项工作穿插进行,总体讲不会影响进度。这样,可以选择小吨位的机车,能减少投资。机车、碴车编组,还有许多方案可设计,如保证不间断掘进“双机车分部牵引方案”等,应进一步研究。

2.2.3 浆液拌合设备

对同步注浆浆液的拌合设备及配套设施一定要符合环保要求,事后采用措施效果不佳。本项目因转场后环保要求高,只能增加一辆运输车,将经初拌的潮料运至场内加水二次拌合。

2.2.4 管片模具的选型 采用左、右转和标准三类管片,对宽管片拟合曲线及纠偏均有利,封顶块也在上部,但要注意左右转环的模具及产量要大于用于曲线拟合的数量,以供纠偏时使用。

2.3辅助添加材料

2.3.1泡沫剂、膨润土泥浆

基本功用是改良土体,在粘性土中对防止泥饼形成等有很好的效果,泡沫剂并非法国的就好。在软、硬不均的岩层中掘进,适当添加泡沫或澎润土泥浆,能起到冷却、润滑的作用,有助于减少刀具磨损。

2.3.2 盾尾油脂

要达到相当的粘度,以能抗衡地层土水压力、注浆压力,质量不能含糊,国产的盾尾油脂完全能用。要特别注意,在始发前一定要将尾刷内的油脂彻底填满,日常的自动加注也要经常检查,保护尾刷,保证盾尾密封。

2.4 盾构掘进的主要施工方案

2.4.1 盾构在软岩地段的掘进 该地层的掘进,要在保证注浆量的前提下,控制好土舱压力,尽量做到快速均衡施工。要加强地面沉降监测,监测数据要及时反馈到盾构机操作室,以调整掘进参数,确保安全可靠掘进。

客-大区间盾构由于施工控制严格,提前做出预测,实行了信息化施工,在建筑群下软土层的掘进中,无坍塌,隆降控制在+5mm～-15mm之间,确保了环境安全。

在粘性土中掘进特别要注意防止泥饼的形成,采取加泡沫、设定合适的略低的土舱压力、适当控制推进速度和推力等措施是有效的。

2.4.2 盾构在硬岩地段的掘进 在该地层掘进首要的是保护刀具、刀盘,要强制性地对刀具、刀盘按时进行检查,适时更换、修复。

在硬岩富水地层,管片上浮是一种较为普遍的现象。采取改进同步注浆浆液的配合比、缩短浆液初凝时间、足量注浆是防止管片上浮的主要措施,同时加密管片姿态的测量频率,根据测量结果,适当将盾构机姿态压低于设计轴线,补偿因管片上浮对轴线的偏离。

2.4.3盾构在软硬不均地层中的掘进

在软硬不均地层中掘进,为保护盾构及其刀具,不宜追求太高的施工进度。在此地层中掘进必须控制掘进参数,推力不宜太大,刀盘转速不宜太快(一般为1.0r/min左右),刀具贯入量不宜太深(一般为5mm/转)。同时掘进期间要经常、有计划地检查刀具、刀盘状况。

2.4.4 同步注浆的控制

同步注浆首先要把握好浆液配合比,否则容易造成堵管现象(表1)。 在软土区应以控制注浆量为准,在硬岩区应以注浆压力为主要控制参数。对制浆、运输过程的管理要到位,注浆手要精心操作,发生堵管要采取措施及时疏通,不能大意。

2.4.5管片的选型和拼装

盾构机VMT系统能预测5环拟拼装管片的型号和点位,但施工中不要完全照办,还要本着纠偏不能过急的原则,并考虑现场所存放各类管片的数量,确定管片型号的选择。

管片拼装是质量控制的关键环节,不必太快,拼装机操作手是关键,环向螺拴应注意紧固。因推进千斤顶分为四组,在盾构机推进时一定要把握各组推力不要相差过大。

2.5辅助施工方案

2.5.1盾构井端头加固方案2.5.2 建筑物保护方案 广州市地下铁道设计 研究 院提供了建筑物保护设计方案,根据其检算结果,结合实际情况,我们对原方案做了较大的改进:仅对东风二小学教学楼采用桩基托换,其它房屋的桩基采用筏板托换加固的办法,筏板厚度为0.4m,使原有桩基与筏基形成联合基础,提高房屋基础的承载力,同时利用筏板基础的刚度调整地层不均匀变形的应力。

采用改进的方案施工,盾构机通过后地层沉降全部控制在容许范围内,房屋未出现异常现象,达到了加固效果,降低了成本。

2.5.3 始发期间运输方案的优化

设计方案是使用临时出土口进行出碴进料,但临时出土口为两盾构单位共同使用,牵扯两个单位的协调和设备的租赁。提出始发运输的改进方案,采用从车站北端左线盾构井口出土,即右线掘进时布置一道岔,把列车转到左线北端头出土口进行出碴进料。这样既保证了进度,还省去租用一个月40t龙门吊及分担轨底梁的费用,也为地铁车站设计中是否设置临时出土口提供 参考 。

2.5.4 盾构机通过中间风井的矿山法隧道方案

盾构机通过中间风井矿山法隧道采用拼装临时管片的方案。盾构机到达前,在矿山法隧道按盾构机的设计位置浇筑弧形导台,以作为盾构机的支撑平台和滑行轨道。

2.5.5 盾构机在地下洞室的调头

由于三号线在客村站以南设有与二号线的联络线及折返线,其隧道断面变化大,用暗挖法施工。因此,盾构机不能在客村站内调头或吊出,采用了在暗挖段特设的扩大洞室内进行盾构机调头。

为此,对方案进行了深入的研究、优化。按照最终确定的方案,在2004年元月至2月顺利地完成了地下洞室内的调头。其方案如下:

(1)盾构机主体在扩大的地下洞室内调头。

(2)后拖台车利用暗挖区间竖井及右线的大断面隧道调头并转至左线。

(3)经反复 分析 ,多次与业主、暗挖承包商联络协调,在调头的同时,进一步实施了转场方案,即在盾构机调头后将原设在大塘站的龙门吊等场内设备移至客村暗挖竖井场地,从暗挖区间的竖井出土、进料、通风、供电、给排水。转场后,为左线掘进、后续附属工程施工、保证工期都创造了良好的条件,同时减少资金投入,降低了成本。

3 总 结

(1)盾构法施工是一个系统性很强的工程,其施工技术方案的确定,一定要从土建、机械、安全、 经济 各个方面综合权衡,认真比选。唯有统筹安排,才能确保盾构安全、快速、均衡的施工,成本才能得到有效控制。

(2)盾构法施工要充分掌握和判断地质情况,以此作为选择适宜的盾构机型、合理的掘进模式和掘进参数的依据。要规范地、切实地实行信息化施工,对盾构法施工是既有条件又非常必要。

(3)盾构法施工管理要以盾构机为中心,作为盾构法施工的关键设备,除了选择合适的盾构机外,还要对盾构机进行 科学 管理、维护、保养,让其发挥最大的生产效率。

(4)盾构法施工要充分重视施工场地的设计布置与配套设备的配置与管理,这些往往是影响进度的重要因素。

(5)盾构法施工归根结底是要“以人为本”,加强培训、精心操作、悉心体会,遇到 问题 时才能准确判断、及时处理。

参考 文献