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1、土压平衡盾构隧道施工工艺简介一、盾构的介绍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。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。盾构是于隧道形状一致的钢制外壳内，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。盾构是一个既能支承地层压力，又能在地层推进的圆形、矩形、马蹄形及其它特殊形状的钢筒结构，其直径稍大于隧道衬砌的直径，在
2、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盾构开挖面排出适量的土体。盾构是进行土体开挖、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，隧道内运输，衬砌与地层间的填充，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
3、量、监测技术，合理的施工布置等。此外，采用气压施工时，还涉及到医学上的一些问题和防护措施等。盾构法施工主要过程示意图土压平衡式盾构掘进机盾构刀盘结构盾构盾尾结构二、盾构法施工准备1、井下准备 工作井施工、基座安装、出洞装置安装、洞门拆除、正面加泥、洞门土体加固2、井上准备 管片生产、地面行车、集土坑、施工用料准备、测量3、施工情况了解 了解隧道轴线、沿线土质、建筑物、管线等形式4、隧道断面布置形式1、井下准备：工作井施工1、井下准备：基座安装盾构基座为钢结构预制成榀，盾构基座位置按设计轴线准确放样，安装时按照测量放样的基线，吊入井下就位焊接。两根轨道中心线与基座上的盾构必须对准洞门中心且与隧道
4、设计轴线一致，并对基座加设支撑加固。1、井下准备：出洞装置安装由于工作井洞圈直径与盾构外径存有一定的间隙，为了防止盾构出洞时及施工期间土体从该间隙中流失，在洞圈周围安装橡胶帘布带、环板、铰链板、弧型插板等组成的密封装置，并设置注浆孔，作为洞口防水堵漏的预防措施。1、井下准备：洞门拆除在洞圈内搭设钢制脚手架（见左图：洞圈内脚手架布置图）。在洞门中心凿一个孔，用来观察外部土体情况，然后分九块凿除洞门混凝土(见右图：混凝土分块图)，首先暴露出内、外排钢筋，割去内排钢筋，保留外排钢筋，并在每块混凝土中间凿出一个吊装孔，清理干净落在洞圈底部的混凝土碎块，然后按照先下后上的顺序逐块割断外排钢筋，吊出混凝土
5、。1、井下准备：正面加泥 当盾构安装、调试结束并一切正常后，进入出洞状态，刀盘鼻尖距深层搅拌桩20cm时，停止推进。在盾构前土仓内利用螺旋机反转的方式填充粘土。1、井下准备：洞门土体加固 例如：盾构出洞时，隧道主要埋置于灰色淤泥质粘土层，灰色粘土1层中，为了确保盾构出洞施工的安全和更好地保护附近的管线和建筑物，盾构出洞前需对洞口土体进行加固。对盾构出洞区域采用深层搅拌桩地基加固，加固范围：深度24m，长度为洞圈向外延伸1m的距离，宽度为6m。2、井上准备：管片生产2、井上准备：地面行车 一般井口上面布置15T、5T行车各一辆，15T行车用于井下至地面的垂直运输，包括盾构出土、管片运输等。5T行
6、车用于管片制作和堆放等。2、井上准备：集土坑 在紧靠端头井一侧设钢制集土坑，集土坑内设置土箱翻转架以满足倒土之需。2、井上准备：施工用料准备 轨道、轨枕、走道板等堆场以及涂料和材料仓库根据场地情况布置。2、井上准备：测量平面测量平面测量（1）地面 为确保两井之间相互顺利贯通，宜建立两井之间互相通视平面控制点。连测一般采用WILD T2仪器的六测回，按测回差9、2C差13、归零差6控制测角精度，边长用2mm+2PPm全站仪测往返成果。2、井上准备：测量平面测量平面测量（2）地面与井下连测 定向测量采用几何定向法。在井口X设站，传递至隧道内的固定边（固定边宜在150M200M左右）整个施工期间不得
7、少于三次定向，三次定向成果最大之差应810，横向误差3mm5mm。（3）井下导线 以定向测量结果为井下导线的起始边，尽量使导线布设为等边直伸导线，井下边长一般以200m左右为宜，井下导线测角68测回，分别测左右角各一半，圆周角闭合差3，重复测导线水平角总和不得大于3”n1/2（n为测站数），边长测定需正倒镜各测4次，且应往返测边。2、井上准备：测量高程测量高程测量（1）地面 以城市等导线点的两点为起始依据，在两井附近各建立二个以上的固定水准点（整个施工期间不得破坏），按城市等水准规范往返测定。（2）地面和井下连接 高程传递采用悬挂钢尺进行连接。采用2台水准仪同步观测，一般测68个结果，误差不大
8、于2mm即可，传递至井下水准点上作为井下高程起算点。（3）井下 井下水准点一般以100m左右埋设固定水准点一点，水准尺必须用装气泡的水准尺，以便减少水准尺的倾斜而造成系统误差。井下水准测量按城市等水准操作及工程测量GB5002693规范执行。应采用往返测，往返固定点之间高差3mm，全线往返3mmn1/2。（n为测站数）3、施工情况了解 例如：本区间段盾构将穿越第、层淤泥质粘土层，至第1、2层灰色粘土、粉质粘土层，盾构推进穿过第层暗绿色硬土层直至江边第1层草黄色砂质粉土，盾构转入垂直同向推进时将穿过第2层含砂量较高的灰色粉质粘土。盾构穿越地下桩基、地下管线以及地面建筑物的情况都要在施工前摸清。4
9、、隧道断面布置形式三、盾构进出洞技术1、封门形式钢结构、混凝土结构、砖墙2、洞门土体加固注浆、降水、冻结三、盾构进出洞技术1、封门形式以混凝土结构为例2、洞门土体加固以冻结为例四、盾构推进1、参数设定2、盾尾注浆3、管片拼装4、管片姿态控制5、盾构姿态测量6、接缝防水7、地层损失因素四、盾构推进1、参数设定（1 1）平衡压力值的设定原则）平衡压力值的设定原则 根据地质情况及隧道埋深情况理论计算切口平衡压力得到：正面平衡压力：P=k0h P:平衡压力（包括地下水）：土体的平均重度，取17.8KN/cm3 h：隧道埋深,取13.8m k0：土的侧向静止平衡压力系数，取0.7 代入公式得：P0.17
10、2MPa1.72kg/cm2 通过理论计算及盾构智能化辅助决策系统预测，综合以上的结论得出盾构在推进出加固区后，平衡压力值取1.82kg/cm2。（2 2）推进出土量控制）推进出土量控制 每环理论出土量/4D2L/46.342131.57m3/环。盾构推进出土量控制在98100之间。即30.94m3/环31.57m3/环。（3 3）推进速度）推进速度 正常推进时速度宜控制在24cm/min之间。过建筑物时推进速度宜控制在1cm/min。（4 4）盾构轴线及地面沉降量控制盾构轴线及地面沉降量控制 盾构轴线控制偏离设计轴线不得大于50mm；地面沉降量控制在10mm30mm。2、盾尾注浆 盾构推进中
11、的同步注浆和衬砌壁后补压浆是充填土体与管片圆环间的建筑间隙和减少后期沉降的主要手段，也是盾构推进施工中的一道重要工序。盾构推进施工中的注浆，选择具有和易性好、泌水性小，且具有一定强度的浆液进行及时、均匀、足量压注，确保其建筑空隙得以及时和足量的充填。每推进一环的建筑空隙为：（6340262002）/41.38m3 盾构外径：6340mm；管片外径：6200mm 每环的压浆量一般为建筑空隙的200250，即每推进一环同步注浆量为2.76m33.45m3。泵送出口处的压力应控制在0.3MPa左右。浆液的配比按照设计要求来调配。例如上海明珠线二期工程区间隧道同步注浆的浆液采用缓凝浆液、清洗管路的浆液
12、采用惰性浆液。3、管片拼装 隧道衬砌一般由六块预制钢筋混凝土管片拼装而成，其中拱底块最重为3.75T，整环总重16.1T。成环形式为小封顶纵向全插入式。4、管片姿态控制管片在拼装过程中必须控制以下几点：(1)在拼装过程中要清除盾尾拼装部位的垃圾，同时必须注意管片定位的正确，尤其是拱底块管片的定位会影响整环管片拼装质量及其与盾构的相对位置，尽量做到居中拼装。(2)千斤顶应按拼装管片的顺序相应缩回。(3)拼装好后及时靠拢千斤顶，防止盾构后退。(4)环面平整度：必须自负环做起，且逐环检查，相邻块管片的踏步应小于4mm，封顶块环面不能凸出相邻管片的环面，以免邻接块接缝处管片碎裂。(5)环面超前量控制：
13、定期检查环面超前量，当值过大时，应用软性楔子给予纠正，从而保证管片整环环面与隧道轴线的垂直度。(6)相邻环高差控制：相邻环高差量的大小直接影响到建成隧道轴线的质量及隧道有效断面，因此必须严格控制环高差。相邻环管片高差4mm。(7)纵、环向螺栓连接：成环管片均有纵、环向螺栓连接，其连接的紧密度将直接影响到隧道的整体性能和质量。因此每环拼装结束后应及时拧紧纵、环向螺栓，在推进下一环时，应在千斤顶顶力的作用下，复紧纵向螺栓。当成环管片推出车架后，必须再次复紧纵、环向螺栓。(8)隧道椭圆度的控制：每环拼装时，应测量隧道的椭圆度，不合格的及时纠正，直到椭圆度小于10mm后方能进行下一环的推进。5、盾构姿
14、态测量(1)盾构上标志的测量先求出盾构的轴线，并把它固定盾构上，前标后标应有足够长度，前标距切口越短越好。并用盾壳求出前标和后标至盾构中心的半径。为确保整个施工期间不被破坏，设置保护记号。此项工作有原始记录和校核记录，以免盾构标志数据中存在系统误差。(2)观测台精度一般导线点的末端即为盾构观测台。为了确保盾构测量的精度，需定期复测来确保终点导线的点位精度。(3)盾构报表的测量 应用井下导线成果计算出盾构的标志，前标和后标的座标（并进行转角改正），再算出切口和盾尾的座标与设计座标进行比较后计算出切口和盾尾的平面偏离值。测出前标中心的天顶角计算出前标高程，再以盾构纵坡计算出切口、盾尾的高程，经与设
15、计高程比较后，计算出切口和盾尾的高程偏离。(4)陀螺仪技术的应用 采用陀螺仪对盾构姿态进行监测，以加强对盾构姿态的监测力度，保证盾构姿态的稳定性，确保隧道推进轴线符合设计要求。6、接缝防水管片接缝防水采用弹性密封垫。它由遇水膨胀橡胶与氯丁橡胶复合而成，形式为角部棱角分明的框形橡胶圈，封顶块与邻接块两侧的防水密封垫在拼装前涂表面润滑剂（粘度为300cp的水性涂抹剂），以减少封顶块插入时弹性密封垫间的摩阻力。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，应覆盖塑料薄膜或在表面涂缓膨胀剂。为适应施工条件，拱底块管片的密封垫露于沟槽外的表面必须涂刷缓膨胀剂三度。7、地层损失因素(1)开
16、挖面土体移动(2)盾构后退(3)土体挤入盾尾空隙(8)隧道变形(4)改变推进方向(5)随盾构推进而移动的正面障碍物(6)盾构外粘土(7)隧道沉降地面沉地面沉降数据降数据隧道测隧道测量数据量数据盾构数据盾构数据固定数据固定数据地面地面数据库数据库现场分析现场分析管理系统管理系统总公司总公司监控系统监控系统其它用户其它用户1其它用户其它用户2方法：方法：方法：方法：1.1.手工手工手工手工 2.2.自动自动自动自动1、加固2、开挖3、内衬施工五、旁通道施工六、井接头施工、嵌缝、手孔封堵井接头施工1、洞门接头施工主要工艺、洞门接头施工主要工艺洞门接头构造为环形钢筋混凝土保护圈，混凝土等级强度C40，
17、钢筋为-钢筋、-级钢，钢筋焊接成型，混凝土保护层35mm，抗渗等级为0.8MPa。2、施工顺序施工顺序拆除后盾管片洞口清理扎筋立模（分部立模）浇砼洞圈注浆3、施工要求施工要求 (1)洞门井接头施工在任何时候不得对主体隧道工程的进展造成延缓。(2)拆除或凿除管片前，应探明管片外注浆层情况并确定是否需要预注浆。(3)现浇砼应与隧道和车站端墙密贴、稳固联接。(4)应采取一切措施保证防水施工质量。(5)现浇砼浇灌应获监理工程师批准。(6)应采取有效措施保证施工人员安全及通道上运输车和人员安全。(7)修补方案应报监理工程师审查及批准。隧道防水嵌缝、手孔封堵 1、施工工艺流程、施工工艺流程(1)管片纵、环
18、缝嵌缝清除纵、环缝内泥砂、垃圾涂刷界面剂嵌入工字条制作型氯丁胶水泥保护层。(2)螺栓防腐处理检查并拧紧螺帽清除金属件浮锈、泥尘涂刷防锈材料套上内盛快凝微膨胀水泥的高压聚乙烯塑料杯。(3)管片手孔充填清除手孔内垃圾、杂物，清洗浮尘、浮泥涂刷界面剂以微膨胀水泥填充手孔。2、嵌缝作业方法及技术要求、嵌缝作业方法及技术要求2.1嵌缝防水处理(1)清缝，刷去缝内泥砂杂物，用清水冲洗干净。(2)嵌入工字型水膨性腻子条。若缝槽过窄，应剪去工字条多余宽度；若缝槽过宽，应补充水膨性腻子条，使其嵌入后能达到预定深度并紧密服贴。(3)工字条嵌好后，表面应平整。(4)接头处腻子条应相连接。(5)涂刷界面剂YJ302(
19、双组份)，将界面剂以甲组：乙组：水泥1：3：4的配合比倒入容器拌匀，每次的搅拌量应在2小时内用完。隧道防水嵌缝、手孔封堵(6)界面剂涂刷范围为缝槽内壁、纵缝两侧各15mm范围内，环缝两侧各16mm范围内。(7)加封氯丁胶乳水泥保护层(氯丁胶乳：水泥0.4:1)封填时间应在界面剂干燥前。用配好的氯丁胶乳水泥压密封堵。2.2、拼装螺栓外露部分的防腐处理上部180度范围内的外露螺栓、螺帽、垫圈因以作过镀锌处理，除个别镀锌后受损需涂防锈漆外，仅作一般密封防腐处理，其工艺及技术要求为：(1)清除锈渣及浮锈。(2)涂刷水性防锈漆。(3)用快凝水泥严密封头并套上塑料保护套。(4)封头及塑料保护套应垂直孔口壁面，螺帽、垫圈不得外露。完