盾构掘进技术交底

盾构掘进技术交底（精选7篇）

盾构掘进技术交底篇1

盾构掘进施工技术交底

一、概况

虎长盾构区间采用两台直径8810mm的日本奥村土压平衡盾构机掘进施工。左右线两台盾构机先后从明挖段工作井始发，掘进至虎门商贸城站南端头井吊出。区间左线长度为2893.084m、右线长度为2894.2m，衬砌结构为C50钢筋混凝土预制管片，内径7700mm、外径8500mm。

盾构掘进施工分为始发，掘进和接收三个阶段，施工中根据每个阶段施工特点采取针对性的技术措施，保证施工安全，满足质量和环保要求。在盾构起始段200m进行试掘进，并根据试掘进调整，确定掘进参数。在盾构到达接收工作井100m前，对盾构轴线进行测量并作调整，保证盾构准确进入接收洞门。

二、施工准备

1、人员准备：

⑴项目部管理人员：工区长，副工区长，工区总工，现场工程师。⑵盾构掘进队：带班员，拼装员，电瓶车司机，注浆员等。

⑶盾构地面队：搅拌站调度、搅拌手，龙门吊司机、司索工，电瓶车充电员等。⑷盾构机修队：盾构机械维修员。⑸盾构电工队：盾构电气检修员。⑹盾构吊装队：广东力特吊装公司。⑺盾构组装队：上海力行公司。

⑻盾构测量队：地面沉降测量员，盾构姿态测量员，管片姿态测量员等。

2、施工机具准备：

⑴两台直径8810mm日本奥村土压平衡盾构机 ⑵搅拌站一座 ⑶电瓶车两台 ⑷循环水箱一个

⑸发电机一台及配套发电机房一座 ⑹电瓶车充电房一座 ⑺龙门吊四台 ⑻350吨履带吊一台 ⑼地面自生产加工房一座

三、施工工艺

1、盾构吊运与组装

根据盾构部件情况、场地情况，制定详细的盾构组装放啊，然后根据相关安全操作规程使用350吨履带吊，200吨汽车吊，60吨龙门吊将盾构机各部件吊运至基坑内，并由力行组装队对盾构机进行组装。

2、盾构机现场调试

根据盾构机主要功能及使用要求制定调试大纲，主要调试内容如下： ⑴盾构壳体 ⑵切削刀盘 ⑶管片拼装机 ⑷螺旋运输机 ⑸皮带运输机 ⑹同步注浆系统 ⑺集中润滑系统 ⑻液压系统 ⑼铰接装置 ⑽电气系统 ⑾渣土改良系统 ⑿盾尾密封系统

对各系统进行空载调试，然后进行整机空载调试，详细记录盾构运转状况，并进行评估。

3、盾构始发

制定详细的始发方案，使用反力架作为盾构机的推进支撑面，精确确定盾构始发标高等已定参数，始发掘进前对洞门土体进行质量检查，对洞门加固的旋喷桩做抽芯检测，制定洞门密封破除方案，使用止水帘布扇形压板对洞门进行密封，确保始发安全。始发掘进时对盾构姿态进行复核。在负环管片定位时，确保管片环面与隧道轴线垂直。始发掘进时重点保护6，7号台车之间的延长管线，对盾构掘进，壁后注浆，管片拼装，出土及材料运输进行工序磨合，尽量在正常掘进时做到环环相扣，工序衔接得当。始发掘进时严格控制盾构的姿态和推力，加大检测力度，根据监控结果调整掘进参数。

4、盾构掘进

根据隧道工程地质和水文地质条件、隧道埋深、线路平面和坡度、地表环境、施工检测结果、盾构姿态以及盾构初始掘进阶段的经验设定盾构滚转角、俯仰角、偏角、刀盘转速、推力、扭矩、螺旋运输机转速、土仓压力、排土量等掘进参数。掘进过程中监测和记录盾构运转情况、掘进参数变化、排除渣土情况，并及时反馈，调整掘进参数，控制盾构姿态。

⑴浆液准备

在前一环管片安装的同时，通知地面队搅拌站把准备掘进的一环浆液4.0m3下放至浆液车上，然后把浆液运进至1号台车位置，插上电源，搅拌浆液1min后把浆液泵进浆液罐。

检查好注浆泵内活塞缸内是否已充满好水，各注浆泵的情况是否正常。⑵同步注浆

当掘进开始时，打开注浆泵，开始注浆，注浆分手动与自动注浆两方式，因为掘进速度不太稳定，常采用手动模式。在自动注浆模式下，一般当掘进速度V=40mm/min时，上面1、4两个泵的速度档位在4-5左右，下面2、3号两个泵速度档位在3左右，当V=20-30mm/min时，四个泵的速度档位在3左右为宜。

在手动模式下，可以根据注浆压力大小调整速度，一般情况下，1.4号泵的注浆压力稳定在1.0-2.0Bar左右，2.3号泵的注浆压力控制在1.5-2.5Bar左右。

每环注浆量保持3.5-4.0m3左右，总冲程数不少于300，平均每泵冲程数为75。操作过程：先启动注浆泵，把注浆模式打至自动或手动模式下，再启动每一个泵的按钮，然后把每个泵的速度档位调至需要的速度档，进行注浆。注浆结束时，先把Speed速度档归零，关掉每一个泵的按钮，再把总铵钮关掉，记下每一个泵的冲程数。

⑶材料（管片）运输施工

掘进队根据隧道的材料需求通知地面下吊材料，当材料吊至离管片车还有1m左右时，司索工通知司机停下，调整材料位置，然后将材料慢慢放下至管片车上。当挂钩或管片吊带完全脱离材料后，司索员才能吹哨通知司机上升挂钩。

⑷材料运输

材料运输时，电瓶车司机听从信号员的口哨及红、绿旗指挥，当信号员发生口哨并挥动绿旗时，电瓶车司机开始电瓶车按挥动方向行驶，当信号员挥动红旗并吹停止口哨声时，电瓶车马上停下，电瓶车每次开动前，均应按动喇叭，警示隧道内工作人员，列车已起动，在运输途中，司机应把警灯打开，以示列车在行驶。

⑸材料吊放安装当材料运至目的地后，卸材料的工作人员应稳拿轻放，卸前应观察有否人在吊卸区范围，以便及时提醒走开。当轨枕卸下后，按1.2m的间距摆开，并对每根轨枕进行水平调整，然后把钢轨吊上轨枕，调整好位置，装上连接板及后板，并紧好螺栓。

⑹管片拼装

a、根据管片拼装顺序，将须拼装管片位置的千斤顶缩回到位，空出管片拼装位置。b、拼装手使用管片拼装机遥控器控制管片拼装机将管片吸起。c、将管片旋转至目的点位，缓缓向盾壳靠近并最终到达制定位置。

d、千斤顶控制手将须拼装管片位置的千斤顶伸出顶住管片，严格控制盾构千斤顶的压力和伸缩量，保持盾构姿态稳定并确保管片及防水密封条不损坏。

e、螺栓手确定管片位置无误后，使用气枪将纵向及环向螺栓拧紧，确保管片连接螺栓紧固质量符合设计标准。

f、在拼装管片的同时，继续使用龙门吊，电瓶车，上下双梁真空吸盘将管片向刀盘方向运送。

g、余下管片重复以上过程，直到将一环管片完全拼装完成。

h、对已经拼装成环的衬砌环进行椭圆度检查，确保拼装精度，并与测量队联系，对管片的位置进行检测。

⑺掘进时出土

在盾构掘进时就是出土的时候，后面的电瓶渣车必须控制土斗的装土平衡性，并且在土斗一格装满后信号员必须及时发信号让电瓶车司机移动电瓶渣车位置，确保一个渣车中装的土是均匀的，使龙门吊能将渣车吊上去倒掉。

四、质量验收要求

1、盾构掘进施工必须严格控制排土量，每环排土理论系数为98.65方，乘以膨胀系数，约为108～118方每环。盾构掘进了一个管片环宽度，即盾构千斤顶伸长量为2.3米时，就停止掘进，进行管片拼装。管片拼装时应采取措施保持土仓内压力，防止土压无法保持平衡。

2、盾构掘进过程中必须对成环管片与底层的间隙充填注浆，每环理论注浆量为7.85方，实际注浆量约为11.78～14.1方每环。

3、盾构掘进时必须保持盾构与配套设备、抽排水与通风设备、水平运输与垂直提升设备、泥浆管路输送设备、供电系统等正常运行，并保持盾尾密封。

4、盾构掘进过程中遇到下列情况应作应急处理： ⑴盾构前方地层发生坍塌或遇有障碍； ⑵盾构本体滚动角不小于3%；

⑶盾构轴线偏离隧道轴线不小于50mm； ⑷盾构推力与预计值相差较大； ⑸管片严重开裂或严重错台； ⑹壁后注浆系统发生故障无法注浆； ⑺盾构掘进扭矩发生异常波动；

⑻动力系统、密封系统、控制系统等发生故障。

5、必须按照设定的掘进参数沿设计轴线进行盾构掘进，并做好详细记录，对盾构姿态与管片姿态进行人工复核测量。

6、盾构掘进过程中应随时监测和控制盾构姿态，使隧道轴线控制在设计允许偏差范围内。

7、在竖曲线与平曲线线段施工时，应考虑已成环衬砌环竖向、横向位移对隧道轴线控制的影响。

盾构掘进技术交底篇2

由于孤石的影响, 盾构施工过程中可能出现的主要问题有:掘进困难并频繁卡刀盘;盾构姿态难以控制;刀具磨损非常严重、刀座变形、更换困难;刀盘磨耗导致刀盘强度和刚度降低, 刀盘变形;刀盘受力不均匀导致主轴承受损或主轴承密封被破坏、刀盘堵塞开口率降低、盾构负载加大;被刀盘推向隧道侧面的大漂石甚至导致盾构转向, 偏离隧道轴线;掘进振动大, 对保护地面建筑物不利等。

目前国内盾构施工过程中探明孤石的地层较多, 处理的方法众说纷纭, 但总体效果仍不理想, 处于摸索阶段, 并且尚未找到一种切实有效的处理方法。迄今为止, 盾构施工过程中, 通过孤石段地层主要依靠盾构直接推进, 控制参数通过。本文结合个人施工经验详细介绍盾构掘进孤石地层时的措施和注意事项。

2 工程概况

本工程为深圳地铁11号线宝安站至碧海站区间施工, 区间隧道主要穿越地层为:砾砂、粘土、砂质粘土、淤泥质粘土及全、强风化花岗岩, 局部穿越中风化岩层、微风化岩层。对局部通过中风化片麻状混合花岗岩和中风化片麻状混合花岗岩和突起段, 采用矿山法开挖初支盾构空推拼装管片通过的方式施工。宝碧区间有两段采用矿山法暗挖隧道+盾构空推的方法进行施工。在盾构顺利通过矿山法隧道后, 多次遇到孤石。岩石抗压强度40~80MPa, 直径最大的3m。

3 孤石分布规律及施工中的针对性措施

3.1 孤石的成因

孤石的成因主要有两种: (1) 由人工回填造成的存在于回填土层中的大孤石, 如:抛石起淤, 软基处理等, 该类孤石勘探难度较大, 很难找到其分布规律。 (2) 由于岩石岩性不均匀、抗风化能力差异大, 加之断裂构造发育及岩体的次生裂隙导致岩体破碎, 抗风化能力减弱, 在深度风化情况下所形成的。当花岗岩中发育有几组交叉的节理时节理把岩石分割成棱角形块, 风化特别集中在3组节理相交的棱角部位, 风化速度快, 久而久之, 棱角逐渐被圆化。风化作用不断进行时, 渐趋于使岩块变圆, 形成球状花岗岩孤石。

加密补充地质勘探, 掌握孤石的分布情况, 为探明孤石的分布情况, 采用以钻探为主, 多种方法联合运用相互印证的综合探测方案。在工程初勘和详勘基础上, 首先采用瑞利波法和高密度电阻率法同时沿隧道中轴线进行勘探, 大致探出盾构隧道中轴线洞身及上下一定深度影响范围内孤石的分布、发育情况和接触关系等。然后结合区间隧道中线和开挖轮廓线, 根据物探确定的孤石位置, 布设地质探孔, 进行取芯补勘。

补勘孔沿线路中线间距10m布置, 具体步骤是, 在揭露有孤石存在的区域中心利用原来的物探孔打眼, 根据所取芯样中岩层的情况判别补勘范围是否要向外延伸或向内缩进, 再沿纵、横向轴线增加新补勘孔, 直至探明孤石的大小及分布范围。如果地质钻显示下方有孤石, 以第1个地质探下钻点为中心, 以2m为半径画圆, 然后在圆上的4个方向上定出4个点位分别下钻继续勘探, 直到确定出孤石的具体位置、大小、埋深、强度以及孤石周围地层的软硬程度, 并认真核对是否和详勘地质报告所提供的地质情况相符。

孤石的成因虽然简单, 但是较难探出具体位置和具体数量, 主要是补充地质勘探场地受限, 其次是成本较高, 再是收获相对费用支出性价比较低。

3.2 分布规律

虽然花岗岩球状风化体的分布具有离散性大、埋藏深度大、空间赋存特征不规则的特点, 但仍具有一定规律: (1) 主要分布于全风化带和强风化带; (2) 在垂直风化剖面上具有“上多下少、上小下大”的特点。即随着高程的增加, 球状风化体越来越密集, 而体积越来越小; (3) 孤石的大小随着风化程度增强而减小, 而数量却随着风化程度的增强而增加, 这一特征正好与第2点相吻合; (4) 在全风化带中也可能存在较大的孤石, 在强风化带中, 也有可能出现较小直径的孤石, 这说明球状风化体的大小也受到局部岩性条件和地质条件等因素的影响。

3.3 盾构掘进中遇到孤石的处理措施

根据孤石的大小、位置、形状、周边环境等因素确定处理方法。当隧道上方地面具备冲孔、挖孔条件时, 应首先采用地面处理方式;当地面不具备冲孔、挖孔条件时, 采用洞内处理方式。

孤石处理的方法主要有: (1) 地层注浆加固后盾构推进; (2) 钻孔爆破孤石; (3) 人工挖孔破碎孤石; (4) 冲孔桩破碎法; (5) 盾构超前注浆孔注浆, 盾构掘进; (6) 静态爆破岩石分裂机破碎孤石; (7) 盾构直接掘进。

由于孤石的勘探难度较大, 地面处理条件限制因素较多, 土仓内处理风险较大, 且处理后效果不明显, 加之成本较高等原因, 在施工过程中施工单位比较普遍采用的办法为盾构直接掘进孤石地层。

4 盾构直接掘进孤石地层技术

4.1 依据参数判别孤石

当盾构掘进参数中扭矩频繁波动量在正负500k Nm以上时, 推进速度频繁波动量在30mm/min时, 土压的变化对推进速度、刀盘扭矩、推力等重要参数影响较小, 加上对所出渣土的取样分析, 结合地质勘探报告很容易判断出刀盘前方是否遇到孤石。

4.2 盾构直接掘进孤石段的参数及说明

4.2.1 盾构直接掘进孤石段的参数

盾构直接掘进孤石段的参数如表1所示。

4.2.2 盾构直接掘进孤石段的参数说明

1) 土仓压力土仓压力主要根据地层埋深进行设定 (10m约1bar) , 但是掘进过程中尽量控制好压力波动, 防止地面沉降, 可将螺旋转速控制在1r/min, 以螺旋仓门开启度控制出土, 尽量将压力波动控制在正负0.2bar。遇到孤石后难免会出现喷涌, 无论如何喷涌, 都须将螺旋转速控制在1r/min, 严禁长时间不转螺旋, 仅开启螺旋仓门开启度泄压, 这样很容易造成泥水分离, 石渣沉底, 堆积过多后, 长时间推力挤压很容易形成泥饼。为了减少喷涌可适当注入聚合物以缓解喷涌。

2) 刀盘转速 (及转向) 刀盘转速的控制直接影响到孤石的磨损周期, 转速越快, 扭矩越大, 孤石磨损周期缩短, 但存在滚刀刀刃被崩, 刀箱变形, 盾体扭转等风险。刀盘转速过慢, 孤石磨损周期加长, 推进速度缓慢。合理的选择刀盘转速直接影响到盾构掘进孤石段的安全及功效, 个人建议控制在0.8~1.0r/min为佳, 但仍需根据扭矩做出适当调整。频繁切换刀盘转向有利于孤石的磨损, 建议多次切换刀盘转动方向 (每环至少4次) 。

3) 刀盘扭矩的变化主要由孤石的大小、硬度和嵌入刀盘的方式决定, 合理的设置扭矩上限值是保证掘进安全的前提, 一般控制在2 000k Nm以内, 当然越小越好。当扭矩过大时可适当注入聚合物 (有一定的润滑作用, 且可以防止喷涌) , 可大大降低扭矩 (注意:聚合物和膨润土不能同时使用, 若同时聚集在土仓内极易形成泥饼) 。

4) 推力在孤石段掘进, 推力控制难度较大, 推力过小盾构无进尺, 推力过大易造成刀盘扭矩大且盾构抖动较大, 只能根据刀盘扭矩变化控制推力即“扭矩控制推力法”。

5) 推进速度孤石段掘进与正常掘进截然不同, 由于地质愿意盾构不能正常发挥其功能, 各项参数波动频繁, 设备负载波动频繁, 在此期间要严格控制推进速度, 不能追求速度, 盲目掘进, 最终只能适得其反。推进速度严格控制在20mm/min以内 (孤石抗压强度在80MPa以内) , 根据孤石的抗压强度可适当将上限值调低。

6) 渣土改良孤石地段掘进参数较难控制, 刀具非正常磨损风险增加, 且容易喷涌, 排渣不畅, 极易形成泥饼。所以该段地层的渣土改良尤为重要, 建议用优质泡沫, 另可用膨润土系统注入适量的聚合物, 可有效地控制喷涌并能大大降低刀盘扭矩。

4.3 注意事项

1) 孤石段掘进不比正常掘进, 盾构犹如逆水行舟, 举步维艰, 在此过程中盾构司机要随时注意参数变化, 发现异常立刻停机汇报, 待找到原因后方可恢复推进, 以免造成不必要的损失。

2) 盾构司机须如实记录好每环的掘进参数变化, 工程技术人员对每班掘进参数进行分析, 若参数向好可继续按此参数掘进直到顺利穿越孤石层, 若参数趋势越来越差时, 必须立即停机检查刀具后方可继续掘进, 以免造成刀箱变形、刀盘磨损等重大后果。

3) 在此期间尽量做到勤检查、勤更换刀具。具备常压开仓条件的地段, 尽量多次开仓检查, 不具备常压开仓条件的地段, 则必须要有计划地进行带压开仓检查及更换刀具。

4) 此方法适合处理较大型孤石, 且孤石与刀盘的接触面较大, 若孤石强度在60MPa以内且直径较小的孤石也可采用此办法, 但需要随时注意参数变化并做好分析总结, 做好随时检查刀具的准备。

5 结语

本文针对深圳地铁11号线11303标宝碧区间盾构孤石段掘进技术进行了研究、分析与实践, 详细阐述了盾构掘进孤石段参数的控制和注意事项。对孤石的成因做了简单概述, 对孤石段掘进的风险进行了阐述, 结合本项目左右线成功穿越孤石段地层施工经验进行分析总结。本次盾构直接掘进孤石段地层参数控制技术的成功运用, 为今后盾构穿越孤石段地层及类似施工积累了宝贵的经验。

摘要：结合深圳地铁11号线宝安站至碧海站区间采用土压平衡盾构法施工实例, 简单介绍了孤石地层掘进的难点和风险, 主要介绍遇到孤石后判别孤石和处理孤石的办法, 并有针对性地将该方法应用于地铁施工中。

关键词：盾构施工,孤石,掘进技术,参数控制

参考文献

[1]竺维彬, 鞠世健.地铁盾构施工风险源及典型事故的研究[M].广州:暨南大学出版社, 2009.

盾构掘进技术交底篇3

关键词：复杂岩石地层；盾构掘进；施工；刀具管理

中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）27-0168-02

随着国内煤矿发展形势的转变，煤矿开采技术也面临着新的挑战，其中复杂岩层盾构掘进技术在煤矿开采过程中被应用的也越来越多。我国地质丰富且复杂，在煤矿开采掘进过程中经常要面临地质条件复杂施工现场，目前，国内盾构掘进施工已经基本实现了机械化，TBM、盾构及顶管等掘进设备已经成为煤矿开采掘进常用的机械设备。机械化设备的应用大大提高了盾构掘进工程的施工效率，因此探究复杂岩石地层盾构掘进效能的影响因素对煤矿开采具有现实的指导意义。

1 复杂岩石地层盾构掘进现状及面临的问题

复杂岩石地层盾构掘进技术是煤矿开采掘进工作的重要技术之一，探究这一技术的效能及影响因素十分必要。

1.1 盾构掘进面临的施工环境越来越复杂

盾构法掘进在隧道掘进过程中应用较多，但该技术主要适宜在单一的软土、软岩地层或砂层及其互层的地层中掘进。但在实际应用过程中施工的地质情况往往比较复杂。例如：软硬不均、软硬交互、岩石强度差异大等等是比较常见矿区地层的实际情况。复杂的岩石地质层对盾构掘进技术提出了更高要求。另一方面，盾构法大多应用于小范围的掘进。但随着煤矿规模的不断扩大，煤炭资源的匮乏，煤矿掘进深度越来越深。现代社会盾构掘进技术施工的环境越来越复杂，对掘进的精度要求越来越高。

1.2 盾构掘进实现了全面机械化掘进

全面机械化掘进大大提高了盾构掘进的施工效率，是国内项目施工技术的一大发展。机械化程度越来高，如何有效使用掘进机械并保持机械的良好工作效率是盾构掘进技术应用的关键。从盾构技术应用的实现来看，机械损害严重是影响该技术发展的关键。掘进过程中机械刀具意外破坏和非正常磨损非常严重，同时其他辅助工作费用也有所增加。管片错台、管片姿态及成型隧道轴线难以控制等等都是盾构掘进过程中暴露的出的问题。不仅增加了掘进成本，还影响了煤矿开采的周期。盾构掘进机械是通过刀盘旋转，利用刀具切割岩石或土体工作的。掘进机械的刀盘、刀具的切割效能是评价掘进效率的重要因素。包括刀盘每转的切入深度及掘进速率。如何提高掘进机械的掘进效率是当前技术公关的主要方向。

1.3 安全事故是掘进工作面临的技术难题

从掘进机械的工作原理来看，机械刀盘工作时通过推力将刀盘切入岩石，随着刀盘的旋转盘形滚刀绕刀盘中心轴公转，在刀盘的推力、扭矩共同作用下，对煤层产生挤压、剪切、拉裂等综合作用，形成煤块碎片，达到掘进目的。对掘进机械工作原理的理解可以更好地分析影响盾构切深和掘进效率的主要因素。结合相关的理论研究成果，地质条件、机械参数及操作特性等被视为影响盾构掘进机械效率的主要因素。其中地质条件对掘进效率的影响占主要。受复杂地质条件的影响，地下水压力等综合因素的影响，在煤矿开采掘进过程中极易发生坍塌等安全事故。机械参数和操作特性等因素的影响处于其次。复杂地质条件下如何安全开展煤炭开采生产，是煤矿开采技术发展难点和重点。

2 复杂岩石地层盾構掘进效能影响因素分析

盾构掘进技术在现代社会生产活动中扮演着重要角色，复杂岩石地层对盾构掘进效能影响较大，也正是这个原因相关课题的研究备受关注，所以分析复杂岩石地层盾构掘进效能影响因素的是非常必要的。

2.1 煤层的点荷载强度对掘进效能的影响

煤层的点荷载强度对盾构掘进效能影响非常明确。煤层受其煤质质量的影响，煤层的硬度和松软度有一定的区别。以对煤层点荷载强度和掘进的速率建立数学函数分析模型为例，研究结果表明：切深和掘进速率均随煤层强度的增大而降低，而且呈幂函数曲线关系。在该项目的研究过程中煤层点荷载强度对掘进效率的影响是显著的。受煤层点荷载强度的影响，在盾构掘进实践中要特别注意对煤层点荷载强度的分析研究。对开采区域的煤层强度和硬度过高时对煤炭开采的产量要做相应的调整。另一方面，煤层点荷载强度过高时，对掘进机械刀盘刀片的影响也较大。因此，在应用实践中要及时检查机械刀盘及刀片的磨损情况，磨损严重的刀盘要及时跟换。

2.2 煤层土仓压力对掘进效能的影响

所谓盾构土仓压力是用于维持刀盘前方的围岩稳定的推力。合适的土仓压力能有效避免土体坍塌或地下水流失的问题，是维持土体稳定的关键。在煤炭开采过程中如果不能很好地控制土仓压将直接影响周边的地质情况，造成周边坍塌的生产安全事故。另一方面，土仓压对掘进机械的扭矩、推力有一定影响，当提高掘进速度时为减少土体对刀具的磨损，通常采用降低土仓压力技术处理来控制掘进成本。土仓压力的大小的控制是盾构掘进技术的难点。在煤矿掘进方案制定时，需要对矿区区域各方面的因素综合考虑以定出合理的土仓压力值。实践中地层土压力、地下水压力、预备压力等都是计算合理土仓压需要参考的数据。在掘进过程中，螺旋输送机的出煤量对土仓压有一定影响，在掘进过程中需要严格控制，间接地对掘进机螺旋机的转速进行实时调节实现稳定和平衡土仓压。通常对于硬质煤层地层，上部土仓压在0.02～0.06 MPa，下层土仓压在0.08～0.12 MPa，螺旋机转速控制在6～12 r/min；软硬不均的煤层地层，上部土仓压在0.15～0.22 MPa，下层土仓压在0.25～0.32 MPa，螺旋机转速控制在3～8 r/min。

2.3 刀具管理对掘进效能的影响

刀具的工作状态直接影响盾构的掘进效能，因此重视刀具管理是非常重要的。掘进过程中定期开仓检查、更换刀具是刀具管理的重要工作。刀具管理对掘进效能影响明显。硬质地质条件下，刀具在掘进过程中受到冲击加大，容易磨损。因此硬质地质条件下每掘进2～3环就必须开仓检查刀具磨损情况及刀具螺栓松动情况。通常将边缘滚刀及边缘刮刀最大磨损允许值规定为15 mm，超出15 mm的要需要更换。软硬不均的地质条件下，更换刀的工作相对具较为困难，通常采用对掌子面地层进行辅助加固方式固定刀具。通过多年的实践经验发现施工过程中采用全敞开或半敞开的模式掘进，有利于刀具管理。操作过程中根据机械推进力、推进速度和刀盘扭矩变化等的判断刀具是否需要做调整。例如：掘进速度明显降低、或盾构推力明显增大时，开仓检查刀具是非常必要的。检查的内容包括：否出现松动、泄漏、卡滞、是否发生偏磨等。随着技术发展，一些掘进机械已经发展了在刀具上安装液压传感系统装置。安装该装置后刀具磨损到一定程度就会自动报警指示，这样就大大提高刀具管理的效率。除了观察掘进速度、盾构推力综外，对机械的掘进参数、岩碴形状、温度、刀盘振动等指标的观察对判断刀具的状态也是非常有用的。

3 结语

复杂岩石地质层盾构掘进效能的改善对当前煤炭掘进开采水平的提高有着重要意义。在实现盾构掘进全面机械化操作的基础上，提高机械掘进效能能有效控制掘进成本，实现煤炭开采掘进的科学管理。地质条件、机械参数及操作特性是影响盾构掘进效能的主要因素。复杂矿区地质层盾构掘进效能的控制也是适应社会发展需要的重要技术创新，通过该技术的推广将大大提高煤矿盾构掘进的开采效率。

参考文献：

[1] 赵全民.软、硬岩条件下土压平衡盾构施工控制要点及对策[J].隧道建设，2005，（S1）.

[2] 李茂文，刘建国，韩雪峰，等.长距离硬岩地层盾构施工关键技术研究[J].隧道建设，2009，（4）.

盾构掘进技术交底篇4

上海市轨道交通10号线3标同济大学站—大连路站—邮电新村站区间隧道采用双圆盾构施工(见图1)。

隧道沿四平路推进,沿线两旁分布有大量居民楼及办公大楼,主要以高层及小高层为主;盾构推进穿越四平路下立交,沿线地下管线众多,周边环境较复杂。盾构推进中线地面标高3.5～4.5 m;隧道底部埋深-12.3～-19.8 m。地貌形态单一,属滨海平原地貌类型;盾构推进主要穿越(2)3、(4)、(5)1、(5)2土层。

2 施工方案

1)同济大学站—大连路站—邮电新村站区间隧道采用日本石川岛播磨重工业(IHI)生产的双圆土压平衡式盾构掘进机施工;采用三轴搅拌桩+高压旋喷桩对盾构进出洞口土体进行加固。

2)开始100 m作为试推进(每天4～5 m),采集各种施工数据,分析各种数据之间的关系,为正常推进奠定基础。

3)正常推进时,采用“雄鹰”自动测量系统结合陀螺仪系统,运用优化的施工参数推进,每天推进7～8 m。

4)隧道衬砌采用预制钢筋混凝土管片,错缝拼装。每环衬砌由11块管片构成:8块A管片、1块大海鸥形(B)管片、1块小海鸥形(C)管片及1块柱形(D)管片(见图2)。管片厚300 mm,环宽1 200 mm。管片纵、环向采用螺栓连接,接缝防水均采用遇水膨胀橡胶止水条。

5)为控制地表沉降,保持隧道的长期稳定,采用可硬性浆液进行同步注浆。

6)配合信息化施工要求,对建筑物、管线、地层、隧道进行变形监测。

3 产生地面沉降的原因

3.1 一般原因

1)盾构掘进引起的地层损失。

2)盾构施工推进过程中引起地下水大量流失,从而导致地下水位降低,地层随之固结沉降。

3)盾构本身衬砌结构的变形。

4)地层原始应力状态的改变、受扰动土体的固结及土体的蠕变效应。

3.2 双圆盾构转角引起地面沉降

1)引起双圆盾构产生转角的原因如下:

(1)双圆盾构在推进过程中,由于土体的不均匀性,使得刀盘在切削土体时,左右刀盘力矩不同,对盾构机产生一个力矩差,从而使盾构机偏转;

(2)盾构机所处地的土体性质不同,地基承载力也不同,也会造成盾构机偏转;

(3)双圆盾构机在曲线段施工或纠正轴线偏差时,左右两侧所受的力和方向会存在一定的差异,使盾构机发生偏转。

2)双圆盾构如旋转量(转角)过大,会引起左右圆隧道的高低差以及中间立柱的倾斜,对隧道结构受力及其不利。因此,在施工中,必须采取措施对双圆盾构转角进行修正。

3)在修正双圆盾构的转角时,盾构左右两部分的土压力不同,造成地表的不均匀沉降;为修正盾构偏转,需开启仿形刀对土体进行超挖,由此会形成建筑空隙,引起地面发生沉降,若不及时注浆充填,或注浆量不足,就可能形成较大的地面变形。

4 控制地面沉降的措施

4.1 通常采用的措施

1)保持刀盘前方土体有轻微的隆起,以防超挖,隆起范围控制在0.5～1.0 mm之间。

2)合理设置正面土压力,维持密封仓内的土压力与设定土压力的吻合性,保持开挖面的稳定。

3)严格控制盾尾注浆,双液注浆的初凝时间控制在8～12 s,注浆量保证在理论建筑空隙的150%～180%。加强跟踪注浆,减小后期沉降,确保管片与地层间隙密实。

4)推进过程中控制好盾构姿态,减小因纠偏而造成超挖量,双圆盾构推进过程中的及时纠偏也非常重要,要设置提前量,避免发生大角度纠偏。

5)控制衬砌拼装偏差,提高隧道质量,减少后期沉降。

4.2 控制因双圆盾构转角引起地面沉降的措施

1)进行土体改良,向刀盘前方注入相当量的添加剂,并通过充分的搅拌,使开挖土体成流塑状。这种流动性极好的“厚泥浆”充满在整个开挖洞体中,在刀盘转动时,压力能得到均匀的传递,使得开挖面处于良好的土压平衡状态。

2)利用盾构中心顶部的注浆孔及时填充润滑材料,减少凹槽处的背土现象。

3)设壁后注浆备用系统,确保浆液及时填充盾构与管片间的建筑空隙。

4)设置有效的地层变形监测点,及时进行地面变形的监测,并同步反馈至盾构控制室,以便及时进行施工参数的调整。

5 结语

通过双圆盾构在上海市轨道交通10号线3标同济大学站—大连路站—邮电新村站区间隧道施工证实:

1)由土体固结引起的沉降量通常大于盾构施工引起地层损失造成的沉降,在盾尾注浆量较大的情况下,深层土体有可能发生较大隆起值,盾尾注浆率以1.5为宜。

2)土仓压力、注浆量、推进速度是对土体扰动、地面沉降最为敏感的施工因素。土仓压力的大小,对土体前期的隆沉影响较大,故应正确设定正面土压力;而盾尾注浆量的大小,对于深层土体的隆沉、后期沉降的影响较大,故须严格控制同步注浆、跟踪压浆等施工措施;推进速度的大小,则关系到盾壳与土体侧摩阻力的大小及土体损伤扰动程度。

3)由于双圆盾构采用固有的辐条式刀盘、在施工时海鸥管片上方会产生背土(挤土)效应以及采用双液(2点式)注浆体系等特点,故施工时须采取相应的对策,不允许出现盾构机的旋转。通过加强监测,及时反馈施工信息,可使地面沉降控制完全接近单圆盾构的标准。

盾构掘进技术交底篇5

南昌轨道交通1号线秋水广场-中山西路站区间下行线, 共1 880m, 始发段367.5m和到达段317.5m地层上部以砂砾卵石为主、下部以泥质粉砂岩为主, 属于“上软下硬”地段;穿越赣江1 195m地段以全断面中、微风化泥质粉砂岩为主, 其单轴抗压强度为3.85~8.95MPa;区间埋深范围5.4~21.2m、地下水压力最大3.4bar。

根据水文地质情况, 按照可靠性、适应性、经济性等原则, 结合专家意见, 决定采用泥水盾构, 盾构主要性能参数:刀盘转速0~5rpm、额定扭矩:3 075k Nm、最大推力37 000k N、最大推进速度80mm/min、盾尾刷密封4道。

过赣江段地层以泥质粉砂岩为主, 具有富含粘土矿物颗粒、遇水软化的特点, 掘进时在刀盘中心开口、刀箱及土仓等位置容易结泥饼 (图1) ;此外, 一些微小颗粒不能通过泥水分离设备排出, 造成泥浆比重和粘度上升比较快, 导致出现出碴不畅、堵仓等不良现象。

2 采取的措施和效果

2.1 刀盘、刀具的改进

1) 刀盘背面开口向内倾斜, 比起开口处为直角的更利于导入切削下来的碴土, 见图2。

2) 刀盘额定扭矩较小、焊接撕裂刀与切刀高差不明显 (只有5mm) , 为了减小刀盘扭矩、增强贯入度, 在始发前割除部分焊接撕裂刀, 见图3。

3) 为减小刀盘中心结泥饼、避免带压进仓检修刀具, 在过赣江两端“上软下硬”地段时把中心双联滚刀更换为可换式撕裂刀, 以增加刀盘中心开口率, 同时将4把边滚刀优化为耐磨性更好的球齿滚刀, 见图4。

本区间共换刀2次 (常压) , 切刀和边刮刀磨损均没超限, 正滚刀和边滚刀属正常磨损。

2.2 刀盘冲刷系统改造

1) 在原有P1.1进浆泵基础上增加1个55k W的冲刷泵 (100m3/h、70m扬程、变频驱动) , 从主进浆管路引流后一分三路进入泥水仓, 以增加刀盘冲刷面积和压力。

2) 泥水仓右上预留的DN80管路改进成沿刀盘面板的半径方向为5个直径16mm的冲刷小孔, 以增加刀盘边缘冲刷轨迹;前盾左上预留的DN80管路引至泥浆门两侧, 防止堵泥浆门;中心DN80的冲刷管改进为中间1个直径为25mm、周边3个直径为25mm的冲刷孔, 以增加刀盘扭腿位置的冲刷轨迹, 如图5所示。

本区间没有出现过因刀盘严重结泥饼、堵仓等而导致开仓清理的现象, 此改造取得了一定的效果。

2.3 适应性掘进

1) 半敞开式掘进模式本区间514~1 300环采用半敞开式掘进模式 (破碎带除外) , 和泥水-气垫掘进模式相比, 两种模式下的掘进参数对比如表1所示。泥水盾构在半敞开式模式掘进时总推力和刀盘扭矩明显减小、推进速度明显增加, 尤其当泥浆比重较大时效果更明显。原因分析:①泥水仓上部为高压气体, 在其作用下碴土容易跟随刀盘转动而脱落, 刀盘不易结泥饼;②泥水仓上部的刀盘冲刷管路对刀盘的冲洗能力更强, 因为在高压气体中冲刷刀盘所受到的阻力要远小于泥浆中。半敞开式模式掘进会造成同步注浆浆液的流失, 对后期施工造成一定影响, 需要加强二次注浆, 保证施工隧道质量。

2) 掘进参数结合盾构自身性能和实际掘进情况, 主要掘进参数控制在:刀盘扭矩1 700~2 000k Nm、总推力800~1 100t、刀盘转速1.3rpm、进/排浆量650/850m3/h、推进速度25mm/min, 可有效保证正常掘进。

3) 掘进操作①启用刀盘冲刷系统, 及时清除刀盘积碴 (注意:在砂砾层等软弱地层中, 刀盘冲刷系统一般不要用, 避免冲垮掌子面) ;②采用较高的刀盘转速来降低贯入度, 以减小大块粘土产生的数量;③增大环流系统的循环流量、加强仓内循环、控制推进速度, 避免出碴不畅;④采用质量可靠的碎石机油缸、加强碎石机油管的防护、适当降低工作压力及开合频率, 可有效降低故障率, 见图6、图7。

2.4 泥水分离

泥浆性能的好坏直接影响盾构刀盘的钻进效率及施工安全[2], 本区间进浆比重越小越好 (不超过1.05) , 排浆比重控制在1.15左右时, 掘进效果最好。

1) 三级泥水分离在泥质粉砂岩掘进初期, 采用传统“筛分-旋流-沉淀”三级泥水分离流程, 设备采用康明克斯MTP-1000 (单机最大处理量1 100m3/h) 。分离效果见图8。从实际掘进情况来看, 泥水分离效果欠佳, 分离出的泥浆不能达到预期效果, 新泥浆 (比重1.02~1.05) 一般在掘进2环后比重迅速增加, 达1.10左右, 导致速度下降、推力和扭矩变大, 影响掘进效率。

2) 四级泥水分离为提升泥质粉砂岩地层中的泥水分离效果, 增设离心机1台, 采用“筛分-旋流-沉淀-离心”四级泥水分离模式, 见图9;其中离心机设备采用圣骑士CS26-4T, 其最大单机处理量100m3/h。掘进时离心机实际处理量在50~80m3/h之间, 处理后的进浆比重平均在1.05左右, 满足了掘进要求, 但成本较高 (离心机单价335.3万元) , 出碴效果见图10。

3) 弃浆、制新浆根据众多项目的使用经验, 对于20m及其以下的细小颗粒, 靠泥水分离设备是基本分离不出来的, 加大弃浆是最常用的方法, 但要考虑到对周边环境的影响。

3 结论

本工程穿越赣江1 200m泥质粉砂岩段用时仅5个月, 保证了施工进度, 实践表明:通过合理改变刀具布置、改进刀盘冲刷系统、采取合适的掘进技术、增设离心机等措施, 保证了泥质粉砂岩地层泥水盾构的施工进度。

摘要：以南昌轨道交通1号线海瑞克泥水盾构过赣江工程为例, 通过分析总结泥水盾构过赣江掘进时易发生结泥饼、出碴不畅等现象, 从设备自身和施工方面想办法, 最大限度地防治结泥饼和积碴现象, 可显著提高盾构掘进效率、降低施工成本, 具有深远意义。

关键词：泥水盾构,泥质粉砂岩,刀具,冲刷系统,离心机

参考文献

[1]郑清君.狮子洋隧道虎门港沙田港区地层破碎段盾构掘进施工技术研究[J].隧道建设, 2011, (S2) :35-40.

土压平衡盾构机掘进参数的确定篇6

盾构掘进过程中,各项参数因地质状况和盾构隧道的埋深不同而产生变化。以下是根据北京南部地区的地质情况对各项掘进参数进行的分析及计算,当盾构因坡度变化、埋深发生变化时,盾构的各项参数结合工程实际情况重新调整。

北京南部地区,主要是南五环外的地质情况,以粉土及粉质粘土为主。盾构推进参数确定时,以不利因素考虑,而后根据掘进过程中的实际情况再做调整。现以盾构直径为6.26m的土压平衡盾构在北京南部地区施工为依据,进行分析总结如下。

1 掘进土压的确定

盾构推进时,开挖面土体的稳定性主要取决于推进土压的合理性。盾构推进参数确定时,以不利因素考虑,而后根据掘进过程中的实际情况再做调整。盾构的正面阻力由作用于开挖面的土压和泥水压组成。在盾构施工中,确定合理的土压值是重要环节之一,也是地面隆起或沉降的重要决定因素。一般先通过理论计算,算出土压值,在盾构掘进过程中,不断调整,确定合理的土压值。

根据经验盾构掘进土压一般介于主动土压力与被动土压力之间。越接近主动土压时,盾构掘进时对周围地层的扰动范围越小,一般在软弱粘性土中采用下式进行计算上部土仓压力P:

其中,K为土体侧压力系数(K=0.45~0.8);r为土体容重;H为地面至土仓上部覆土厚度。

2 刀盘扭矩计算

变频调速电机驱动刀盘工作示意图见图1。

刀盘扭矩计算过程如下:

1)刀盘切削阻抗转矩M1:

其中,D为盾构机外径,取值6.26m;N为刀盘转速;V为盾构机设计推进速度,取值6cm/min;qu为无侧限抗压强度,取值980.7kN/m 2。

2)刀盘切削面摩擦阻抗转矩M2:

3)刀盘外圈阻抗转矩M3:

其中,B为刀盘宽度,取值0.45m;Pm为盾构机外周平均主动土压力。

4)辐条轮阻抗扭矩M4:

其中,L为辐条长,取值2.47m;n为辐条数量,取值6;μ为土层与刀盘摩擦系数,取值0.4。

5)搅拌棒阻抗转矩M5:

其中,nk为搅拌棒数量,取值6个;Bk为搅拌棒宽度,取值0.2m;Lk为搅拌棒长度,取值0.7m;Rk为搅拌棒半径,取值1.6m。

将以上结果代入公式:∑M=M1+M2+M3+M4+M5,计算得出所需刀盘转矩。

3 掘进速度

考虑盾构机设计掘进速度、地质状况,并参考以往盾构施工经验,盾构在粉土及粉质粘土施工中掘进速度一般控制在55mm/min~80mm/min之间。

4 盾构推力的确定

盾构推进时需要克服的阻力包括以下几个:

1)机身外壳表层与固有土体之间的摩擦阻力(F1);2)切削挖掘面的土层负载阻力(F2);3)盾尾密封刷与盾构管片之间的摩擦阻力(F3);4)后续台车的摩擦阻力(F4)。

盾构机计算推力为:

其中,k为其他不可预见因素所形成的安全系数。

在实际推进过程中还应当综合考虑推进时的土压、刀盘扭矩、掘进速度、螺旋输送机出土状况、地质状况等因素,可在满足安全、质量的前提下进行微调。

5 注浆量及注入压力

1)每环注浆数量。盾构法隧道施工由于刀盘开挖外径大于管片拼装外径,在管片脱出盾尾后管片与地层之间存在间隙,因此盾构掘进过程中必须进行同步注浆,及时对间隙进行填充,同步注浆可以减少地面的沉降,确保管片衬砌的早期稳定性,提高衬砌止水效果等。每环同步注浆量可按下式进行计算:

其中,D1为盾构直径;D2为管片外径;L为每环管片宽度;α为充填系数,取值1.3~1.8。

为了确保地层的稳定有效控制地表沉降,可在盾构掘进过程中,除了进行同步注浆之外,还应进行二次补强注浆。二次补强注浆的浆液材料采用水泥水玻璃双液浆,二次补强注浆的注浆量一般结合盾构机参数及同步注浆效果来确定二次补强注浆量(一般控制范围为同步注浆量的40%~50%之间)。

2)注浆压力。注浆压力设定综合考虑地质条件、管片强度、盾构机参数、浆液特性等确定。根据经验值注浆压力一般取0.09MPa~0.19MPa,注浆过程中应防止压力过大造成管片发生变形或错台。

6 加泡沫量的确定

1)泡沫加入量。

此处所说的泡沫加入量是指泡沫添加剂按一定比例兑水之后的混合液的体积。

泡沫的组成比例如下:

泡沫溶液的组成:泡沫添加剂:5%~7%,水:93%~95%;泡沫组成:90%~95%压缩空气和10%~12%泡沫溶液。

根据以往施工经验,盾构掘进时,泡沫注入量以掘进每环切削土体体积的45%~55%计算,由计算知盾构掘进施工每环需加泡沫溶液的量为1.4m 3~1.8m 3。

2)泡沫注入压力。

在密封土仓内加入泡沫主要是为了增加土仓内土体间的疏松性,并可以在碴土表面形成粘土膜,润滑密封土仓内切削土体起到顺利出土的作用,另外可以形成压力膜起到稳定挖掘面的作用。它的注入压力一般稍高于土仓内的土压,本合同段泡沫注入压力设定为0.25MPa~0.30MPa。

7 盾构掘进每环的排土量

其中,k为切削土体松动系数,考虑地下水、掘进过程中加入泥浆,润滑材料等因素,并参考本施工经验,取1.25;L为掘进每环的长度,1.2m;D为盾构机外径,6.26m。

8 结语

1)通过合理制定盾构施工参数以及根据现场监测数据及时优化施工参数,可以保证盾构顺利的进行掘进施工,制定的施工参数对类似工程也有很好的借鉴和参考作用。

2)每日对掘进参数和报告进行分析,对掘进参数提出合理的优化,特别对土仓压力、同步注浆量、同步注浆压力和泡沫注入参数进行动态管理、积极稳步、循序渐进对其优化调整。

3)通过制定合理施工参数并对其优化调整,可以保证盾构掘进施工的顺利进行,确保了地表变形在较小范围内以及隧道成型后的质量满足设计和规范要求。

参考文献

盾构掘进技术交底篇7

地铁隧道盾构掘进过程中,由于盾构千斤顶推力、同步注浆压力过大或不均匀性,以及管片拼接缝引起自身刚度的不均匀分配等因素影响,管片应力集中区域往往出现贯穿裂缝、崩角现象,从而会导致管片渗漏水问题。针对管片裂缝问题,王春征等将裂缝按照温度裂缝和收缩裂缝进行分类分析,从管片的生产环节上提出了相应的监管和控制措施[1]。刘鹏等利用数值方法,强调了土层被扰动后所引起的塌落拱效应对管片的影响[2]。姜敦灿分析了在砂性土层条件下,盾构始发、转弯等阶段可能造成管片裂缝、破碎的多种影响因素,并提出了相应的预防和治理对策[3]。毋海军通过工程实例总结了管片修补及堵漏施工技术运用成果[4]。

本文基于无锡市某地铁隧道建设工程实例背景,阐述了本人对盾构管片裂缝的防治成果的总结,为今后同类的工程实践提供参考。

1 工程概况

无锡市某地铁隧道区间线路长895 m,双向单圆隧道,轨线中心距离16.00 m。隧道外径为6 200 mm,内径为5 500 mm,厚度为350 mm,隧道结构底板埋深约14.50 m～23.00 m。管片衬砌环由3个标准块(AT)、2个邻接块(BT)和1个封顶块(KT)组成,采取错缝拼装方式,错缝角度为22.5°(见图1)。隧道采用盾构法施工,施工的机械为日本小松TM634PMX土压平衡盾构机。隧道主要穿越的土层为晚第三纪上更新统上段粉质粘土(可塑且局部硬塑)、粘土(硬塑且局部可塑)和粉质粘土夹粉土(可塑)。

盾构完成左线隧道掘进工作后,在车站内进行了掉转头。掘进右线隧道至第124环时(该段隧道设计纵向坡度为23‰下坡,横向轴线为直线),管片邻接块与标准块、封顶块与邻接块接缝附近出现了裂缝(见图2)。裂缝逐环发展,长宽不一,多为沿管片纵缝方向线发展,且个别部位有崩角现象,但没有出现贯穿裂缝。管片裂缝或崩角部位,有不同程度的渗漏水情况(见图3)。

2 管片裂缝的主导影响因素分析

盾构机记录下的第124环～138环掘进参数显示,盾构机上下千斤顶最大行程差34 mm,左右千斤顶行程差最大为19 mm,千斤顶与管片最大夹角小于1°,最大总推力15 370 k N,上下或左右千斤顶最大压力差为350 k N,千斤顶最大速度为42 mm/min,且盾构机掘进姿态表现为“蛇形线”的特征。因此,盾构千斤顶总推力过大、姿态控制不良是造成此次隧道管片连续出现裂缝现象的重要影响因素。然而,管片作为隧道结构的主要受力单元,其受力状态的变化仍然是导致管片裂缝的主要作用因素。

2.1 千斤顶总推力

盾构掘进过程中,千斤顶推力是管片所承受的主要反作用力。当作用力超过混凝土自身承载力时,管片会出现不同程度的裂缝。通常情况下,掘进中的千斤顶总推力“应控制在装备推力的50%以下(管理值应为设计值±20%的范围)”[5],小松TM634PMX土压平衡盾构机最大总推力37 730 k N,而盾构机在隧道掘进时最大总推力为15 170 k N,已大于了设计管理值。

另外,参见类似文献,徐军在论文《盾构管片开裂原因分析及应对措施》中提到了盾构在软土中的总推力应控制在8 000 k N～12 000 k N之间,且在砂性土层中为12 000 k N～15 000 k N;姜敦灿在论文《盾构在推进时隧道管片产生裂缝、破碎的原因及防治措施》中也相应提出了设计管理值宜为10 000 k N～15 000 k N。因此,盾构千斤顶总推力过大时,容易导致混凝土管片表面出现裂缝。

2.2 盾构姿态

由于隧道设计纵向坡度为23‰下坡,盾构机上下千斤顶存在压力差和行程差。同时,刀盘自重较大,盾体重心前倾,以及软硬土层分界等因素影响,千斤顶行程差控制不当时,盾体易偏离设计轴线。然而,为避免盾构机推进方向偏离量超过设计管理警戒值,通常会采用分区操作推进油缸的方式来调整盾构机姿态,纠正偏差。如纠偏过急、推进油缸分区加载过度等原因,易导致盾构姿态频繁纠偏,从而引起盾构机沿着设计轴线水平或垂直方向波动,也就是通常所说的蛇形现象。

在对盾构的蛇形姿态频繁纠偏过程中,推进油缸分区操作容易导致管片偏心受压,应力集中处如超过混凝土的承载力时,表面便会出现裂缝。另外,利用管片契形量纠偏的过程中,纠偏过急极易导致管片侧壁与尾盾盾壳壁间隙过小,使得盾尾密封刷挤压或碰撞管片,造成管片开裂或边角破碎。

2.3 管片质量

通常情况下,管片的生产过程中,因原材料质量、配合比、混凝土养护等原因,可能导致混凝土管片出现细微裂缝。管片受应力作用,或在管片的装卸、运输、吊运等过程中,管片摆放时未放置方木垫块,管片发生碰撞等控制缺陷,细微裂缝便会发展为可见裂缝。

由于混凝土裂缝成因的不同,可将其大致分为塑性收缩裂缝、温度裂缝和沉降裂缝。塑性收缩裂缝主要受水灰比等因素影响,通常表现为两端窄中间宽,长短不一,且互不连贯特征;温度裂缝主要受混凝土构件里表温差影响,内外热胀冷缩的程度不同,使混凝土表面产生一定的拉应力所致,裂缝宽度大小不一,走向纵横交错,通常无一定规律;沉降裂缝通常沿与地面垂直或呈30°～45°角方向发展,其宽度与构件沉陷情况有关,多为深度或贯穿性裂缝。

从本文中区间隧道管片裂缝所呈现的状态特征来看,管片自身可能存在细微裂缝,且其装卸、运输、吊运等过程控制缺陷,加剧了细微裂缝的发展趋势,从而导致可见裂缝。

2.4 其他影响因素

管片拼装过程中,拼装机提升、旋转速度过快,过猛,提升高度不够,而造成拼装管片发生碰撞;或两邻接块管片间的空位偏小,封顶块管片强行拼装,使得邻接块与封顶块管片相互受到挤压;以及未按要求紧拧或复拧管片螺栓,管片环与环之间连接不牢固,造成管片在推进时局部受力不均等原因,导致管片裂缝。

3 管片裂缝防治技术

基于可能导致管片裂缝的主导影响因素分析,采取科学合理、经济适用、针对性强的技术和管理措施,有效治理并预防管片裂缝。

3.1 管片裂缝治理方法

不影响结构承载力的裂缝,应根据裂缝发展程度,以及裂缝处渗漏情况进行修补。修补材料采用P.O52.5普通硅酸盐水泥、快凝快硬水泥,并适量掺入白水泥,以使修补部分颜色更接近于混凝土管片。对于小部分崩角破碎的,可先将其松散部分凿除,露出新鲜混凝土骨料,用水清理基层,涂刷混凝土界面剂后再进行修补。

裂缝深度较大时,沿裂缝方向凿成宽度不宜小于10 mm,深度不应小于15 mm的V形槽,用水清理基层松散骨料,涂刷混凝土界面剂后,分层进行修补,且每层修补厚度宜为20 mm～30 mm。对于管片裂缝处存在渗漏现象时,应先用快凝快硬水泥修补表面裂缝,再进行钻孔,并注入聚氨酯或环氧树脂等堵漏材料封堵。

3.2 管片裂缝预防措施

盾构推进时,严格控制掘进参数,降低掘进速度和千斤顶总推力(本文掘进速度限制在30 mm/min以内,千斤顶总推力小于12 000 k N),减小上下或左右千斤顶压力差。适当增加土体改良剂的注入量,降低刀盘扭矩,保持盾构姿态平稳,避免盾构蛇形现象。盾构姿态纠偏时,要缓纠勤调整,防止与设计轴线偏差过大。

管片拼装前,应先查看管片侧壁与尾盾盾壳壁的间隙量,防止间隙量过小而造成盾尾密封刷挤压或碰撞管片;并将盾尾内杂物清理干净,保证落底块管片拼装到位。管片拼装过程中,平稳操作拼装机,防止拼装机提升、旋转速度过快、过猛以及管片提升高度不够而发生管片碰撞。封顶块管片拼装前,应在其两侧涂刷润滑剂,以减小封顶块与邻接块管片间相互接触面的摩擦。

按要求完成管片螺栓的紧拧和复拧,特别是在管片脱出盾尾后应再次复拧螺栓。加强管片生产、运输、吊装等过程的质量控制,采取方木垫块等措施,缓冲管片的接触碰撞。

4 结语

盾构千斤顶总推力过大、掘进姿态控制不良,以及管片自身质量缺陷,是造成管片裂缝现象的主导影响因素。当然,也不可忽略管片环与环之间连接不牢固,导致管片在推进时局部受力不均等其他因素的重要影响作用。通过管片裂缝防治技术措施的运用,本工程管片裂缝和渗漏问题得到了良好的治理。

摘要：对地铁隧道盾构掘进过程中导致管片开裂的原因进行了分析,提出了严格控制掘进参数,保持盾构姿态平稳等防治措施,并结合工程实例对其应用成果进行了总结,为今后同类工程实践提供了参考。

关键词：隧道,盾构,管片,裂缝,防治

参考文献

[1]王春征,马赟,李晓超.盾构管片的裂缝防治技术[J].施工技术,2012(41):266-268.

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