盾构机掘进不同地层条件下的操作要点

盾构机掘进不同地层条件下的操作要点
1、工程地质
1.1、本工程长江段水下地层：
·上部由第四系全新统新近沉积松散粉细砂，中粗砂组成，
·中部由第四系全新统中密～密实粉细砂组成，
·下部基岩为志留系泥质粉砂岩夹砂岩、页岩；
1.2、江南及江北两岸地层：
·地表有呈松散状态的人工填土，
·上部由第四系全新统冲积软～可塑粉质粘土，
·中部由第四系全新统中密～密实粉细砂组成，
·下部基岩为志留系泥质粉砂岩夹砂岩、页岩。

2、盾构始发段的掘进
盾构在始发段推进时，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。

同时，检查盾构是否与始发台、洞门发生干涉或是否有其他异常事件或事故的发生，确保盾构安全的向前推进。

2.1、始发时盾构推进参数的控制
2.2
盾构在始发台上向前推进时，一般通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发台向前推进。

如盾构出现较大的偏差时，可以通过适当的调整推进油缸行程进行合理的纠偏，纠偏趋势值原则上不大于±2‰。

2.3、始发时的注意事项
·开始时推进时，要密切关注洞门扇形压板与盾壳之间的间隙，防止冒浆。

·盾构位于始发台上时尽量不要进行姿态调整。

3、盾构到达井的掘进
土仓压力在距洞门距离大于10米时可保持与区间隧道掘进时一致的压力，而在距洞门5～10米时需适当减小压力，在距洞门2～5米时应将土压转换为相应的气压。

在距洞门仅2米时应减小土仓压力，小于1米时应尽量排出土仓中的渣土，以使洞门岩面的渣土顺利进入土仓。

3.1、盾构机到达井掘进参数控制
盾构机进入到达段后，首先减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制泥浆系统的流量和压力，并时刻监视气压室的压力值，避免较大的地表隆陷。

盾构机刀盘距离贯通里程小于10米时，进一步降低推力、刀盘转速以及推进速度，避免由于刀盘前部土体太薄，造成刀盘前部形成坍塌。

4、富水地层的掘进要点
盾构机过江、富水地层时要把握“护头保尾”原则，即始终保持盾构机头土仓压力稳定和盾尾密封良好，并利用信息化施工手段，及时调整盾构机各种参数。

4.1、盾构设备性能是能否树立进行顺利掘进的关键。

因此必须对盾构机进行全面系统地检查与维修，保证盾构在性能完好。

4.2、正确设定掘进参数。

土仓压力设定考虑到当地的天气、
雨水的影响，严格控制泥水系统的流量。

在停机期间，确保泥水系统工作正常。

4.3、特别注意地下水浮力问题。

在富含地下水的硬岩地层中掘进时，管片所受到的浮力远与其自重，管片在浮力作用下产生上浮。

为此，必须调整浆液配合比，缩短其凝结时间，迅速稳定管片；盾构掘进过程中全程（包括换车、拼装管片期间）注浆相当重要。

4.4、随时加注盾尾油脂，保持盾尾密封始终具有良好的密封效果。

6、江底段粉细砂层的掘进要点
盾构机通过该地层时，易发生地层的土力学特性变化，如桩基处于砂层中，砂层受扰动后，降低了桩与土体之间的摩擦力，消弱了桩基的承载力，造成建筑物沉降。

因此怎样减小对砂层的扰动，是安全过砂层的首要问题。

6.1、减慢掘进速度，降低盾构机推力和刀盘转速，防止由
于掘进过快，造成掌子面失稳，一般控制在10mm/min 之内。

6.2、掘进时做好泥水管理，控制好最大颗粒粒径，粒径分
布，泥浆水密度和泥浆水压力，并做好以下参数的测量和控制：①泥浆密度；②粘性；③屈服值（YV）；④含
砂量；⑤过滤特性。

6.3、由于顶部为自稳性较差的粉土及砂土，极容易造成顶
部坍塌，增加了隧道掘进的不安全性，因此需要加强壁后注浆质量管理，不仅要充填建筑间隙及控制地表沉降，而且还要使浆液不受泥水的侵蚀，尽快具有一定的早期强度，控制隧道的上浮量，缩短隧道的稳定期。

必要时再补充以二次注浆，使注浆体充填均匀，形成稳定的防水层，达到加强隧道衬砌的目的。

6.4、通过设置在刀盘外周的土压计和盾构机进排泥浆量分
析，确定掌子面坍塌情况，对壁后注浆进行预测管理。

7、浅覆土段的掘进要点
本工程隧道最小覆土只有8m，为了保证盾构安全穿越，加强浅覆土段的河底地形沉降监测，作好“防漏、防冒、防沉、防堵、防浮、防磕”是重点。

7.1、防止盾尾漏浆(防漏)措施
①、提高同步注浆质量；
②、保持切口水压稳定；
③、管片接缝外侧粘贴自粘橡胶；
④、均匀足量压注盾尾油脂；
⑤、合理的管片选型，确保管片盾尾间隙。

7.2、防止江底冒浆(防冒)措施：
①、严格控制切口水压波动范围。

②、严格控制出土量，原则上按理论出土量出土，可适当欠挖，保持土体的密实，以免江水渗透入土体并进入盾构；
③、严格控制同步注浆压力，并在注浆管路安装安全阀，以免由于注浆压力过高而顶破覆土；
④、若出现机械故障或其它原因造成盾构停推，应采取措施防止盾构机移动。

7.3、防止江底土层沉降(防塌)
①、按设计值设定切口水压，；
②、加强泥浆管理，防止超挖；
③、利用土体探测装置，检查正面土体的稳定情况；
④、当发现江底沉降大于5cm时应适当增加同步注浆量，必要时进行补压浆。

7.4、防止吸口堵塞(防堵)措施
①、开启搅拌机；
②、在遇到切口不畅时，应及时转旁路，同时找出导致不畅的原因并采取降低推进速度、逆洗等措施加以解决。

7.5、防止隧道上浮(防浮)措施
①、施工期间严格控制隧道轴线，使盾构尽量沿着设计轴线推进，每环均匀纠偏，减少对土体的扰动；
②、提高同步注浆质量，要求浆液有较短的初凝时间，使其遇泥水后不产生裂化，并要求浆液具有一定的流动性，
能均匀地布满隧道一周，及时充填建筑空隙；
③、当发现隧道上浮量较大，且波及范围较远时应立即采取对已建隧道进行补压浆措施，以割断泥水继续流失路径；
④、加强隧道纵向变形的监测，并根据监测的结果进行针对性的注浆纠正。

如调整注浆部位及注浆量，配制快凝及提高早期强度的浆液；
⑤、加强江底段江底地形沉降监测。

8、岩石和土砂复合地层的掘进要点
在穿越K3+900～K4+400掘进段时，隧道上部为第四系全新统密实粉细砂及第四系全新统密实卵石层，下部为志留系强风化及中风化砂岩泥岩互层，隧道呈上软下硬的岩性。

上软下硬地层掘进过程中，最大危害是下面硬地层造成掘进速度慢，但在较慢的掘进速度下，上面的软土容易造成超挖，导致地面严重沉降。

掘进必须加强管片背填注浆质量，防止在盾构机穿过后，隧道上部粉细砂层发生坍塌，影响地表及其下部地质体产生沉降变形。

8.1、复合地层掘进时容易发生的现象：
·盾构机的声音、震动大。

（有隆隆…破碎的声音）
·岩石破碎机的声音、震动大。

·切削刀盘扭钮上升。

·推进油缸的推力上升。

·掘进中，在外周长上发生5-10cm 左右的急烈侧滚。

8.2、复合地层掘进时的质量保证措施
·保持泥水仓压力与作业面压力（土压与水压之和）平衡是防止地表沉降的关键。

泥浆压力P的保持主要通过维持开挖土量与排泥量的平衡来实现。

可通过设定掘进速度、调整排泥量或设定排泥量、调整掘进速度两条途径来达到。

·要尽快在脱出盾尾的衬砌管片背后同步注入足量的浆液材料充填环形建筑空隙。

为了及早建立起浆液的高粘度，以便在浆液向空隙中充填的同时将地下水疏干（将地下水赶入地层深处），获得最佳充填效果，必须保证二次注浆紧随盾构机的推进。

9、穿越重要房屋、构筑物
盾构机在穿越重要房屋、构筑物如长江大堤、武大铁路等，确保避免造成地面沉降超限，危及建筑物安全，必须遵照“安全、连续、快速”的指导思想，确立“模式正确、参数合理、防范失水、快速掘进、注浆充分、严密监测、快速反馈”的施工原则。

·采取泥水平衡模式，气压仓压力、刀盘转速严格按指令执行。

·掘进过程应保证同步注浆以及时稳定地层，如盾尾注浆跟不上，必须降低掘进速度以确保每环注浆量。

对启用的备用注浆管，要注意维护，确保4条注浆管路的通畅。

·掘进及注浆施工过程中，安排专人对该段地面及建筑物进行24h（间隔不大于2h）观测，并将监测结果及时口头上报，同时整理成书面形式，并画出主要监测点的沉降变化曲线图。

·当地质情况比较复杂又不易确定时，应密切监视泥水仓压力变化、泥水管理系统的出土情况和结合地面监测，判断开挖面有无涌水和坍塌现象发生，以便及时采取对策。