掘进参数及盾构姿态
盾构在砂层中掘进的技术措施
盾构在砂层中掘进的技术措施一、概况盾构在砂层中穿越，地面为城市交通要道或湖面，隧道埋深约为7.8m～14.3m，砂层为良好的富水和透水地层，饱含地下水，渗透系数为8.26～29.11m/d。
二、盾构机技术特点1、土压平衡式盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构。
适用于含水的软土、软岩、硬岩及混合地层的隧道掘进。
2、掘进施工可采用复合式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。
掘进操作可自动控制、也可半自动控制或手动控制。
通过试验段的掘进选定六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，其中土仓压力是主要的管理指标。
3、盾构机配备了自动导向系统, 可控制和稳定掘进方向, 具有灵活转向纠偏能力。
4、盾构刀盘结构能满足不同地层的掘进速度要求。
5、盾构配备了同步注浆系统, 有利于控制隧道周围土体沉陷及建筑物保护。
6、盾构配备了泡沫及膨润土注入系统, 有利于碴土改良。
配备了压缩空气系统, 有利于防止工作面的渗水及控制地表沉降。
三、掘进施工技术1、出现问题：盾构机在富水砂层施工时，容易引起地层沉降大、隧道喷涌、盾构姿态难控制等问题。
2、主要施工技术措施（1）采用土压平衡模式掘进，进行开挖面稳定计算，设定合理的掘进参数，控制盾构机姿态，控制土压力以稳定开作面，控制地表沉降，将施工对地层的影响减到最小。
1）掘进过程土仓顶部压力控制在1.0bar，掘进速度控制在30mm/min以上，出土量不得大于50m3；2）盾构机姿态保持向上，趋势控制在范围±4。
3）掘进的过程必须尽可能的快，中间尽量减少停滞时间。
4）在掘进接近1600mm时根据土仓顶部压力减少或不出土，以使掘进至1800mm时土仓顶部压力达到2.0bar~3.0bar范围。
（2）注入泡沫剂1）盾构掘进过程中向土仓内及刀盘面注入泡沫等添加材料, 形成隔水泥膜，防止水从地层中渗出，提高土仓内碴土的稠度来改善碴土的止水性以及在螺旋输送机上安装保压泵碴装置，以使土仓内的压力稳定平衡。
盾构机操作手册
盾构机操作手册一掘进参数定义1，土压2，温度3，泡沫参数4，注浆压力5，推力6，扭矩7，推进速度8，螺旋机速度9，铰接行程差10，推进油缸行程差11，姿态趋势12，滚动角1，土压A，计算工作土压由土体水压以及土体压力组成，掘进中一般按照土体埋深考虑静水压力以及适当考虑土体压力，但都应根据具体地质考虑计算土压B，实际掘进中的土压除考虑静水压力以及理论的土体压力外，应根据计算土压以及实际除土量以及地面沉降综合考虑C，实际各种地层土压还应考虑地面建筑物状况以及隧道上方管线布置，通常，对于各种含水或富含水砂层并且地面有建筑物状况，土压应考虑高于隧道埋深静水压力并能够产生地面约2～3mm隆起以应对后期沉降；对于需要进行半仓气压掘进地层，土压也需高于隧道埋深的静水压力0.2~0.3bar 以保证正常出土量；对于弱含水地层，土压不必完全按照埋深静水压力考虑，可以根据出土量及地面沉降进行适当增减；对于富含粘粒质地层，不建议采用完全土压掘进，即考虑半仓气压掘进但并非欠土压，以免刀盘粘结。
2，温度A，此处所及温度指土仓温度以及渣土温度B，不论富含粘粒质地层或砂岩地层，如果土仓内出现渣土粘结于刀盘都会出现渣土温度高于正常出土温度；如果粘结进一步发育，会出现土仓壁温度升高。
C，随时关注渣土或土仓壁温度，可以防止通常所说的土仓结饼，尤其可以预防在软弱地层无妨开仓除饼而产生的施工停止状况。
D，渣土温度的监控应持续监控，尤其是螺旋机出土的块状渣土应作为温度检查的重要依据。
3，泡沫参数A，关于泡沫剂浓度，及泡沫剂原液与水的比例，泡沫剂浓度首先应该依据泡沫剂生产厂家提供的泡沫剂浓度进行调价，实际施工中的浓度状况应该依据最终泡沫发生状况调节。
B，关于膨胀率，及空气与泡沫剂溶液的比例，通常在15～25，实际参数也应该根据泡沫最终发生效果调节。
C，关于泡沫注入率，即掘进速度与泡沫剂注入速度的比例，最好按照渣土实际改良状况进行调节，不建议完全按照厂家提供注入参数注入，因为实验室内渣土搅拌与刀盘内渣土搅拌的情形有差别。
盾构机操作手册
盾构机操作手册一掘进参数定义1，土压2，温度3，泡沫参数4，注浆压力5，推力6，扭矩7，推进速度8，螺旋机速度9，铰接行程差10，推进油缸行程差11，姿态趋势12，滚动角1，土压A，计算工作土压由土体水压以及土体压力组成，掘进中一般按照土体埋深考虑静水压力以及适当考虑土体压力，但都应根据具体地质考虑计算土压B，实际掘进中的土压除考虑静水压力以及理论的土体压力外，应根据计算土压以及实际除土量以及地面沉降综合考虑C，实际各种地层土压还应考虑地面建筑物状况以及隧道上方管线布置，通常，对于各种含水或富含水砂层并且地面有建筑物状况，土压应考虑高于隧道埋深静水压力并能够产生地面约2～3mm隆起以应对后期沉降；对于需要进行半仓气压掘进地层，土压也需高于隧道埋深的静水压力0.2~0.3bar 以保证正常出土量；对于弱含水地层，土压不必完全按照埋深静水压力考虑，可以根据出土量及地面沉降进行适当增减；对于富含粘粒质地层，不建议采用完全土压掘进，即考虑半仓气压掘进但并非欠土压，以免刀盘粘结。
2，温度A，此处所及温度指土仓温度以及渣土温度B，不论富含粘粒质地层或砂岩地层，如果土仓内出现渣土粘结于刀盘都会出现渣土温度高于正常出土温度；如果粘结进一步发育，会出现土仓壁温度升高。
C，随时关注渣土或土仓壁温度，可以防止通常所说的土仓结饼，尤其可以预防在软弱地层无妨开仓除饼而产生的施工停止状况。
D，渣土温度的监控应持续监控，尤其是螺旋机出土的块状渣土应作为温度检查的重要依据。
3，泡沫参数A，关于泡沫剂浓度，及泡沫剂原液与水的比例，泡沫剂浓度首先应该依据泡沫剂生产厂家提供的泡沫剂浓度进行调价，实际施工中的浓度状况应该依据最终泡沫发生状况调节。
B，关于膨胀率，及空气与泡沫剂溶液的比例，通常在15～25，实际参数也应该根据泡沫最终发生效果调节。
C，关于泡沫注入率，即掘进速度与泡沫剂注入速度的比例，最好按照渣土实际改良状况进行调节，不建议完全按照厂家提供注入参数注入，因为实验室内渣土搅拌与刀盘内渣土搅拌的情形有差别。
盾构掘进专项施工方案
目录1 盾构掘进流程 (2)2 盾构掘进操作控制程序 (3)3 掘进模式的选择及操作控制 (4)4 盾构掘进方向控制与调整 (7)5 管片拼装 (10)6 掘进中的碴土改良 (14)7 盾构掘进注浆方案及主要技术参数 (14)8 施工运输 (14)9 盾构设备保养、维修制度 (14)1 盾构掘进流程盾构机100米试掘进完成后，此时盾构机及后配套已全部进入隧道内，可暂停掘进，进行盾构始发井各项设施换装，拆除反力架及负环管片，铺设道岔，采用双线运输。
按正常施工进行列车编组：1辆45T电瓶车+3辆18m3碴土车+2辆管片车+1辆砂浆车，共分为2组。
采用两列编组完成一个循环的施工。
区间正常掘进流程见下图所示。
图8.1-1 正常掘进流程图2 盾构掘进操作控制程序掘进控制操作控制程序如下图所示。
图8.2-1 盾构掘进控制流程图3 掘进模式的选择及操作控制3.1 不同掘进模式的特点及适用条件本标段选用的盾构机为土压平衡盾构机，具有敞开式、半敞开式和土压平衡式三种掘进模式，每一种掘进模式具有不同的特点和适用条件。
3.2 掘进模式的选择由于本工程穿越的土层：隧道穿越地层及洞壁周边地层以（9-2）粘土、（9-3）粉质粘土、（9-5）粉土、（9-6）粉砂为主，局部地段还分布中砂，围岩稳定性差，开挖后易发生侧向变形；底板地层以粘性土为主，开挖后发生基底隆起变形。
采取土压平衡的掘进模式。
3.3 掘进参数控制与优化根据我公司在盾构施工中所总结的经验，结合本区间正常掘进时下穿一级风险源，施工的主要参数如下表：下穿南太桥盘龙江技术参数表3.3-1表3.3-2表3.3-3表3.3-4表3.3-5转速、千斤顶推进力、注浆压力与时间、注浆方式与注浆量、浆液性能、盾构坡度、盾构姿态和管片拼装偏差等参数控制。
施工中熟悉盾构性能和操作方法，并根据隧道埋深、地质情况和环境条件等，对掘进参数进行预测计算，同时紧随盾构推进对地面沉降变形进行监测反馈，以验证施工参数的合理性，根据监测结果，对施工参数进行综合协调、优化。
盾构(TBM)导向系统
五、导向系统使用注意事项
5、导向系统可能出现的错误
硬件安装错误； 导向系统初始参数、线路设计数据（DTA）错误； 测量数据错误；
激光靶、马达棱镜、倾斜仪位置移动； 管片上浮、沉降、旋转、振动、围岩变形过大——全站仪后视棱镜托架 突然或缓慢位移； ……
五、导向系统使用注意事项
管片震动对全站仪的影响影响
四、管片选型介绍
2、管片选型要素
盾构姿态偏差
B
中线
A 管片计算
C
推进油缸行程
铰接油缸行程
E
D
盾尾间隙
五、导向系统使用注意事项
1、主要职责
导向系统工作状态 测量组 值班工程师
盾构姿态数据 的正确性和精度
调整盾构姿态
主司机
五、导向系统使用注意事项
2、掘进偏差控制
• 偏差<50mm ——正常掘进；
• 偏差≥50mm ，立即停机，通知测量组，检查导向系统的正确性，查 找其他可能的偏差原因。偏差大于预留偏差量时，及时与业主、监理 及设计院联系，确定偏差段调整方案，然后按照工程部技术交底继续 掘进。 • 不可急于回调，从而引起盾构蛇行、机器变形、管片不易安装、错台、 掉块、后配套通过困难、影响测量窗口、以及改线困难的情况。 • 导向系统故障时，通知测量组，修理，人工导向；盲推不得超过1环。
五、导向系统使用注意事项
3、姿态预调整
管片上浮段，盾构姿态适当调低； 盾构或管片下沉时，预先调高； 小半径曲线段，预先偏向曲线内侧； 贯通前，对准贯通面前方的接收洞门； 以上姿意事项
4、测量误差
误差影响因素——盾构结构形式、导向系统类型、激光靶或马达棱镜到 刀盘的距离、两马达棱镜间距、盾构震动、管片位移、管片旋转、导向 系统仪器精度和状态、测量环境（烟尘、温差）、全站仪~激光靶距离等。 误差大小——刀盘、盾尾的平面和高程偏差有跳动现象。盾尾偏差一般 <10~15mm，刀盘数据<20~25mm。 以上误差数据需要根据误差影响因素，由测量组确定该项数据大小。 搬站、导线复测前后，盾构姿态可能有所改变，一般<10~20mm属于正常。 发现姿态数据短时间内异常变化或跳动（>30mm），及时通知测量组。
盾构施工典型上软地层下硬掘进参数选择
盾构施工典型上软地层下硬掘进参数选择1 掘进措施在上软下硬复合地层施工，添加剂的选择是关键，在推进过程中设法保持上部软土的平衡是目标，为了盾构通过时避免出现沉降以及坍塌等现象，采取主要对策措施如下：1）加强盾构机维养保养，提高设备的完好率和利用率。
并且提前有预见性的开仓检查刀具磨损情况并及时更换，保证刀具的完好率。
2）采用土压平衡模式掘进。
单纯采用较大土压力是一种理想方法，但因为下部为中风化岩层，会产生结泥饼的负面效应，而采用欠土压和辅助气压方法建立土压平衡掘进，容易造成气体泡沫冒出地面。
因此，采用土压平衡模式，在保证泡沫基本功能的前提下减小泡沫的注入量和发泡倍率。
泡沫溶液的组成参考：泡沫添加剂原液4%，水96%；发泡倍率4-6倍。
3）重视盾构掘进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，采取果断的技术措施，以免贻误最佳的处理时机。
4）严格控制掘进施工出土量。
出土量宜每环控制在58-62m3左右，最多不能超过65m3,视渣土中水量多少。
若出现出渣过多，而推进行程不够时，应停止螺旋机出土，继续掘进达到拼管片为止。
在下一环开始掘进时需要憋土保压，土压大小视刀盘扭距而定。
停机前也要憋土保压，以防止掌子面坍塌。
5）密切注意工程地质和地表沉降变化的情况。
根据地表沉降参数与推进参数总结出适应该地层掘进参数和注浆参数。
收集必要的掘进参数和地层信息，以信息反演地层结构。
及时调整推进参数，减少对地层的扰动，控制地面沉降。
6）优化壁后注浆配合比参数。
调整同步注浆配合比，加入适量早强剂，使浆液凝胶时间缩短到5h左右，使同步注浆尽快发挥其止水作用，防止管片背后水力通道的形成，可以有效防止或减小喷涌的发生，阻止管片上浮。
同时，及时进行二次双液止水环注浆，对管片背后进行堵水。
2盾构掘进参数控制3 施工总结1）在上软下硬地层，泡沫管于中心加水会出现经常堵塞，需要及时疏通，防止扭矩及渣温上升较快。
盾构机掘进参数设定
2、软弱地层掘进
盾构机在软弱地层掘进时，由于掌子面自稳性较差，需要在土仓 内堆积足够的渣土，使土仓压力与掌子面压力平衡，避免在掘进时由 于掌子面压力过大造成坍塌致使地表沉降，因此软弱地层掘进必须在 土压平衡模式下进行。
此种地层中掘进时应向刀盘多加泡沫和水，多搅拌，改善渣土的 流塑性，防止在刀盘形成泥饼，裹住刀具使之不能转动而造成偏磨， 再有就是掘进中随时注意刀盘扭矩和掘进速度的变化，当掘进速度明 显降低，而刀盘扭矩却增加时，很有可能是刀盘上形成了泥饼，应立 即采取措施处理，刀盘加泡沫加水旋转搅拌洗去泥饼，在地质条件允 许，可开仓用水冲洗刀盘，快速去除泥饼。 软弱地层掘进时，应控制好土仓压力和每环的出渣量，防止地表 下沉，掘进速度不可过快，以保证同步注浆量。掘进时下部油缸推力 要比上部的大30-50bar，防止由于自重引起的盾构低头。
调整好盾构机姿态（盾尾间隙），防止水带砂土从盾尾或铰
接密封处进入隧道。
5、硬岩破碎地层掘进
此地层岩石强度较大，但整体结构性差，岩层节理裂
隙发育，透水能力强，宜采用半敞开模式进行掘进。 掘进时刀盘扭矩变化大，有较大的振动和响声，对刀 具的损伤较大，可能出现刀圈的崩损和脱落。 掘进中要适当降低刀盘转速和掘进速度，防止刀具因
3、软硬不均地层掘进
软硬不均地层是指盾构机掘进断面的地质不均匀，掌子面的上中下 左右岩石强度变化大，既有软弱地层的不稳定性，又有硬岩地层的强 度，考虑到地表可能发生沉降的因素，此地质下盾构机掘进须采用土 压平衡模式。
掘进中刀盘的扭矩变化大，盾构机有较大的滚动、震动现象及间断 的响声，掘进方向较难控制，渣土中会有较大的石块出现。 在此地层中应采用低刀盘转速、低推进速度掘进，因为掌子面地质 不均匀，掘进时刀盘刀盘各部位会受力不均，容易使部分刀具受力过 大而不能转动，最终导致偏磨，还有当掘进速度过快时，刀具的贯入 度也增大，容易使刀盘扭矩突然上升超过设定值而卡死，甚至造成刀 圈崩裂脱落。 由于硬岩部分强度高，不易切削，为保护刀具需降低掘进速度，长 时间的掘进对软弱地层部分的稳定性很不利，因此需保持土仓较高的 土压。
盾构法施工引起地面沉降原因分析及防治措施
盾构法施工引起地面沉降原因分析及控制方法进入21世纪，世界经济的迅猛发展使城市化建设得到了大幅度的提速。
目前，人口不断地向城市聚集，使城市人口和建筑的密集度快速上升，造成能被利用的地面空间越来越少，因此，当今城市现代化建设的重要课题之一便是开发地下空间，为人类创造价值。
但各种用途的管线被布置在地下，这便产生了在地下工程施工背景下的一种最佳方法——盾构法。
盾构法施工虽然优点颇多，但是也存在诸多问题。
本文就盾构法施工过程中引起的地面沉降问题展开讨论，分析产生的原因及寻找控制方法。
一，地面沉降产生原因1、地层隆沉的发展过程盾构推进引起的地面沉降包括五个阶段：最初的沉降、开挖面前方的沉降、盾构机经过时沉降、盾尾空隙的沉降以及最终固结沉降，如图l所示。
第一阶段：最初的沉降。
该压缩、固结沉降是因为地基有效上覆土层厚度增加而产生的沉降，也是盾构机向前掘进时因为地下水水位降低造成的。
指从盾构开挖面距地面沉降观测点还有一定距离(约3～12m)的时候开始，直至开挖面到达观测点这段时间内所产生的沉降。
第二阶段：开挖面前方的沉降(或隆起)。
这种地基塑性变形是由土体应力释放、开挖面的反向土压力、或机身周围的摩擦力等作用而产生的。
它是从开挖面距观测点约几米时开始至观测点处于开挖面正上方这段时间所产生的沉降(或隆起)。
第三阶段：盾构机经过时沉降。
该沉降是在土体的扰动下，从盾构机的开挖面到达测点的正下方开始到盾构机尾部通过沉降观测点该段时期产生的沉降(或隆起)。
第四阶段：盾尾空隙沉降。
该沉降产生于盾尾经过沉降观测点正下方之后。
土的密实度下降，应力释放是其土力学上的表现。
第五阶段：固结沉降，它是一种由地基扰动所产生的残余变形沉降。
经前人研究发现，第一阶段沉降占总沉降的0～4．5％，第二阶段沉降占总沉降的0～44％，第三阶段沉降占总沉降的15～20％，第四阶段沉降占总沉降的20～30％，第5阶段沉降占总沉降的5～30％。
2、地表沉降的因素影响分析该因素影响分析的平台是当前使用较为广泛的大型三维有限元分析软件ANSYS，盾构开挖面掘进引起的地表沉降的客观因素包括盾构直径、土体刚度、隧道埋深、施工状况等设计条件；而其主观因素包含施工管理、盾构机的选用形式、盾尾注浆、辅助施工方法等。
盾构掘进施工技术
6 盾构掘进施工6.1 盾构掘进控制技术标准及管理措施盾构掘进控制技术标准及管理措施见表3。
表3 掘进控制技术标准及管理措施6.2 盾构机状态6.2.1 经安全管理中心第三次检查验收后方可进行穿越房屋段的掘进施工。
6.2.2 穿越房屋段掘进施工过程中，盾构机不允许停机。
6.3 土仓压力的设定设定土压值0P 应控制在以下范围内：（水压力+主动土压力）<0P <（水压力+被动土压力）。
施工过程中根据实时地层情况调整土仓压力不能超过设定土仓压力的10%，否则必须向业主代表提出申请。
6.4 掘进速度在盾构穿越房屋段，掘进速度宜控制在2~3cm/min ，若要超出此速度必须向业主代表提出申请。
6.5 排土控制渣土的排出量必须与掘进的开挖量相匹配，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。
6.6 渣土改良6.6.1添加剂应选择在国内有良好信誉的并经过检测的钠基膨润土制成的泥浆和知名品牌的泡沫剂，正式推进前必须把泡沫剂使用品牌报安全管理中心审批，审批后方可使用。
6.6.2泡沫剂添加量要求如下：1/3≤粉细砂断面＜1/2时，添加量须≥10kg/环；1/2≤粉细砂断面＜2/3时，添加量须≥12kg/环；粉细砂断面≥2/3时，添加量须≥15kg/环。
泡沫剂添加量要求不仅适用于控制区，同样也适用于非控制区。
6.7 盾尾刷每次盾构始发前，无论盾尾刷的新旧程度如何，都必须重新更换3道新的盾尾刷，且选用在国内有良好信誉的进口知名品牌。
预购盾尾刷品牌必须报安全管理中心审批，否则不能通过盾构机验收。
6.8 盾尾油脂6.8.1在盾构穿越房屋段，盾尾油脂必须满足盾尾密封要求，必须使用进口或国产知名品牌盾尾油脂，禁止使用劣质油脂。
6.8.2盾尾油脂用量及质量要求：盾构出洞及进洞前20环所用油脂应不低于22元/kg，用量应≥35kg/环；控制区内必须使用25元/ kg以上的油脂，每环用量必须≥35kg；其它非控制区内所用油脂应不低于22元/kg，用量应不低于26kg/环。
1、盾构掘进遇孤石建议处理方案
孤石段掘进、处理建议方案一、施工概况2021年10月9日掘进1431环时刀盘贯入度5～25r/min，波动较大，螺旋机出渣有较小石块排出，盾体有轻微抖动。
在掘进1436环行程推进至1200mm时螺机突然排不出渣，现场初步判断土仓内起拱，导致螺旋机出不了渣。
通过螺旋机伸缩正、反转，内卷等措施，依旧没能得到有效解决。
盾构掘进1436环渣土取样结合本段地勘资料，及渣样情况综合分析，故采取了常压开仓的方式清理土仓。
停机处地勘资料显示为全断面含砾残积粉质黏土，实际开挖掌子面地层左上角为中风化岩层、靠近刀盘中心位置有一中风化孤石，长*宽约2200*1650mm，其余断面为黏土夹杂石块，地勘报告与实际开挖地质明显不符。
区间纵断面地质图刀盘中心位置地层刀盘左上角地层刀盘右上角地层清理土仓底部取出部分孤石孤石强度值50～65MPa（现场实测）二、盾体翻转事故2021年9月2日盾构掘进至1402环时，正常掘进过程中刀盘瞬间卡停，导致刀盘扭矩骤增至2346KNm为盾体提供一个反向扭矩造成盾体旋转120°。
通过后期检修井开挖清理刀盘上部开口发现刀盘前方出现孤石，该孤石长80cm、宽68cm、高43cm且硬度极高。
地勘资料表明该段掘进地层上部为含砾残积粉质黏土、下部为全风化砾岩，地层描述含砾残积粉质黏土为硬塑状，局部有可塑状态，具网纹状结构；全风化砾岩岩石已风化为土状，岩芯不完整，呈碎屑状或土块状，砾石含量50%~70%，粒径最大达4cm，地勘中地层描述与实际地层中出现的孤石严重不符。
且整个区间地勘报告中未提到地层中可能出现孤石，该孤石是造成盾体顺时针旋转120°直接原因。
刀盘前方开挖出孤石孤石尺寸大小三、推进施工措施目前土仓已清理完成，螺旋机可以正常工作。
为确保工期需求，经项目领导开会协商，予以关仓推进，推进要求如下：1、推进前，刀盘先以0.2～1.2rmp/min空转2min，启动刀盘转速缓慢上升，指派专人观察盾体周边情况，转动过程中注入分散性泡沫剂改良渣土；2、采用气压辅助模式1/3仓掘进，掘进主要以控制贯入度为准，控制在10mm以内；3、推进过程中每环进行渣土取样分析，判断掌子面地质情况；根据岩石切削块状、以及大小，判断刀具磨损情况。
盾构常规掘进
盾构常规掘进1.盾构掘进流程盾构机掘进的总体流程具体见下图：图8.13盾构机掘进总体流程图2.盾构掘进作业准则作业准则：采用10-10-4三班制，10-为掘进时间，4-为设备维修保养时间，一天平均掘进时间16小时。
图8.14每天掘进循环示意图3.运输及通风（1）水平及垂直运输①水平及垂直运输本工程采用双编组列车单线运输方式，洞口车站处设“Y”型道岔。
隧道内采用45t电瓶车为牵引动力的轨道运输系统，每台电瓶车牵引8节拖车，主要运输管片.注浆液.碴土及其它材料。
隧道碴土装入土斗后，由电瓶车拉至车站预留出碴口，再由地面45t龙门吊机提升至地面倒入碴土池内。
两台45t龙门吊主要用于碴土吊装，16t龙门吊主要用于管片及其它材料的吊装。
浆液由搅拌站拌制，浆液先由地面泵送到浆液运输车内，由运输车转至拖车上的储浆罐内使用。
②隧道内运输轨道系统布置洞内运输采用有轨运输。
铺设43kg/m单线轨道，钢轨中心距均为900mm。
轨枕采用自制弧形轨枕，轨枕间距为 1.0m，用压板螺栓固定钢轨，轨枕间用Φ10钢筋牵牢。
为方便钢轨从作业井吊入和驳接，单根钢轨长 6.25m。
轨枕和钢轨的连接扣件采用螺栓扣板扣件。
③运输设备的配置A.列车编组隧道每环掘进的土石方量按46m3计，碴土松散系数1.5，每环同步注浆量：6m3计。
列车编组原则：每编组5个碴土车，1个浆液车，2个管片车。
根据施工经验和工序循环时间，此编组能满足运输能力的要求。
如下图所示：图8.15电瓶车编组示意图B.垂直运输设备配置垂直运输系统主要考虑管片.碴土.轨枕.轨道等材料的吊下及吊出。
在盾构始发井内，沿隧道左右线各预留一个管片吊装井，在出土口位置平行隧道掘进方向布置2台45t的龙门吊，主要用于碴土.管片及其他材料的吊装作业。
在盾构井端头位置安装一台16t的龙门吊，专门用于管片和小材料的吊装以及到场管片的卸车作业。
每次吊重比较：一箱碴土为8t+32t=41t，小于40t，经验算选用45t龙门吊足以保障区间施工吊装需要。
盾构机掘进技术要求
盾构机掘进技术要求(1) 正式掘进施工阶段采用试掘进阶段所掌握的最佳施工技术参数，结合具体的地质情况，通过加强施工监测，不断完善施工工艺，控制地面沉降(2) 掘进之前由主司机下达管片指令，如有特殊情况由工程部下达掘进指令。
主司机应严格按照掘进指令上的各种参数进行掘进，拼装管片应按照管片指令上所注明的管片布置形式进行安装。
(3) 掘进过程中，应根据VTM系统给出的坐标值严格地控制好盾构机地姿态，当盾构机的水平位置或高程偏离设计轴线20㎜时，便要进行盾构机姿态的纠偏。
且在纠偏过程中，每一循环盾构机的纠偏值水平方向不超过8㎜，竖直方向不超过5㎜。
(4) 掘进过程中，严格控制和记录好各组油缸的行程。
在直线段，各组油缸的行程差每循环不能超过20㎜。
(5) 掘进过程中，密切关注各个铰接油缸的行程，注意时常对铰接油缸进行收放，保证铰接油缸的行程的行程差不超过30mm。
(5) 盾构机在停止掘进时，土仓内应保持相应的压力，以防止在安装管片或停机时，掌子面发生坍塌。
(6) 在掘进过程中，盾构机的趋势不能突变，水平和高程的趋势改变量不能超过2‰。
(7) 在每个循环掘进之后，必须由工班对盾尾间隙进行测量。
将测量数据转达给主司机，由主司机记录下来并将其输入VMT系统，通过VMT系统计算后预测出下几环管片的布置形式，参考VMT的数据由主司机结合推进油缸行程差与铰接油缸行程差来进行管片选型。
(8) 背衬注浆与掘进应同时进行，背衬注浆是控制地表沉降的关键工序，所以应严格做到没有注浆就不能掘进，注浆量保持在3.0方以上。
(9) 盾构掘进施工全过程须严格受控，工程技术人员应根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、盾构机姿态、刀盘扭矩、油缸推力、盾尾间隙、油缸行程等各种测量和量测数据信息，正确下达每班的掘进指令及管片指令，并即时跟踪调整。
盾构机主司机及其他部位操作人员必须严格执行掘进指令以及管片指令，细心操作，对盾构机初始出现的偏差应及时纠正，绝对不能使偏差累积，造成超限。
盾构工程施工规范
盾构工程施工规范是为了确保盾构法隧道施工质量和安全而制定的技术规范。
盾构法隧道施工是一项涉及工程机械、电气监控、水文地质、化工建材等领域的综合性施工技术。
为了保证施工质量和安全，满足技术先进、安全可靠、经济合理的要求，特制定本规范。
一、总则1.0.1 本规范适用于我国各地区地铁工程采用单圆土压平衡盾构掘进、预制管片拼装的区间隧道施工。
1.0.2 地铁区间隧道的承包合同和施工组织设计、监理合同和工作大纲中应严格执行本规范的规定。
1.0.3 地铁工程盾构法隧道施工质量验收应按现行国家工程建设规范《市政地下工程施工质量验收规范》执行。
1.0.4 地铁工程盾构法隧道施工除应执行本规范外，尚应符合国家和本市现行有关标准的规定。
二、盾构施工准备2.1 施工前必须全面了解地铁隧道的线路、埋深、水文地质、环境条件，并据此编制施工组织设计和风险应急救援预案。
2.2 工程所使用的原材料、半成品或成品主要包括钢筋混凝土管片、管片连接螺栓、接缝防水条，还包括盾尾同步注浆和盾构进出洞口土体加固的原材料等。
2.3 盾构掘进施工前，必须建立测量系统和监测系统。
测量系统包括盾构姿态测量、衬砌环测量、隧道沉降测量地面控制网，以提供可靠的平面和高程控制点，并将地面座标、高程精确地传递到井下，保证盾构沿设计的轴线施工。
2.4 采用盾构法施工时，一般需在盾构推进的始端和终端设置工作井，按工作井的用途，分为盾构始发井和接收井，而在竣工后多被用作地铁车站、排水、通风等永久性结构。
工作井一般都设在隧道轴线上，用明挖法施工。
盾构始发井是用于组装调试盾构，隧道施工期间作为管片、其他施工材料、设备、出碴的垂直运输及作业人员的出人。
三、盾构施工测量、监控量测、施工管理3.1 盾构施工测量是指导盾构按设计要求正确掘进而进行的测量工作。
在盾构施工全过程应提供盾构施工所需的施工测量控制点、盾构姿态和管片成环状况，并对盾构自身定向系统进行检核测量，提供修正参数。
提高盾构穿越软弱地层盾构掘进姿态控制合格率
提高盾构穿越软弱地层盾构掘进姿态控制合格率发表单位：中铁四局集团有限公司天津地铁项目QC小组发表人：5、确定目标6、原因分析7、要因确认8、制定对策P1、工程概况2、小组简介3、选题理由4、现状调查 D 9、对策实施 C10、效果检查 A 11、巩固措施12、总结和下一步打算间土层软硬不同且承载力较差，均不大于170kpa。
故容积0.3m3的二次注浆机在盾壳壁下方径向注入单液浆辅助进。
一、工程概况张兴庄站～宜兴埠北站区间位于天津市北辰区，区间左右线双线全长2.68km（共1788环），采用盾构法施工。
区间隧道底部主要以⑧1粉质粘土、⑧11层粘土、⑨1粉质粘土、⑨13粉土为主，其中区间右线161环位置隧道底部土层由⑨1粉质粘土变化为⑧11层粘土。
区台车上设置盾构机掘小组成果成果类型：现小组成员小组成员共12人，为组长。
小组活动活动时间：201 5.06~2015.11二、小组简介场型以项目经理李春生率。
89.2 线1851环85合格合格；率且（已%） 当前现状 QC 小组成员对张兴庄站～宜兴埠北站区间右线1～185 环盾构掘进姿态进行了统计。
偏出了达允到许8偏8差m 值m 环， 数（环） 超出合允格许环数偏差值 （环） 三、选题理由业主要求盾构掘进姿态（水平方向、垂直方向）允许偏差值≤50 mm ，验收合格率≥90%。
由上表 直方推向进向环数下 （环） 20，未达到验收1要65求合格 构掘进姿态 完成 控制不到位后果 轻则联系设计单位进行调线调坡; 重则直接影响到区间主体结构的验收。
2015.6.10～7.2右0 垂 时间 表5 区间右线1～185环盾构11掘粘进土姿层态后控，制第合1格8率5环表盾 盾构。
盾构技术 姿态控制要点
2
目录
盾构姿态控制目标 直线掘进姿态控制 曲线掘进姿态控制
3
4
姿态控制目标
验收规范规定最大偏差目标： 水平：±50mm 高程：±50mm
5
姿态控制目标
• 纠偏原则：
（1）偏离量增加之前及早修正。 （2）勤纠、量小。 （3）遵循偏离量的管理值和允许值。 （4）确保管片质量和盾尾间隙。
• ⑵ 控制管片水平移动和侵限 • ①进入缓和曲线段时，将盾构机姿态往曲
线内侧（靠圆心侧）偏移20～40mm，形 成反向预偏移，这样可以抵消之后管片的 往曲线外侧（背圆心侧）的偏移。
40
盾构曲线掘进姿态控制
小半径曲线段盾构推进轴线预偏示意图
41
盾构曲线掘进姿态控制
• ②减小油缸推力。 • 在砂质地层中要加强渣土改良，总推力
33
盾构曲线掘进姿态控制
图中箭头为盾尾及千 斤顶对管片的作用力
34
盾构曲线掘进姿态控制
管片形成轴线与设计轴线模拟
直线管片
楔形管片 直线管片
短直线
允许误差
施工轴线 设计轴线
35
盾构曲线掘进姿态控制
• ⑶ 管片之间易发生错台。管片易产生开 裂和破损，严重者漏水。
• 管片存在一个水平方向的受力，不但会使 整段隧道衬砌管片发生水平偏移（即前面 所叙的侵限现象），还会导致管片之间发 生相对位移，形成错台。由于管片的特殊 受力状态，管片与管片之间存在着斜向应 力，使得前方管片内侧角和后方管片外侧 角形成两个薄弱点如下图，使得相当多的 管片因此破裂。还有一个破裂原因就是因 为相邻两环管片产生了相对位移，使得管 片螺栓对其附近的混凝土产生剪切作用， 使该处的混凝土开裂。
，线性最佳。 • ⑶ 趋势调节：趋势调节不能变化太大，不
盾构技术-姿态控制要点
22
盾构直线掘进姿态控制
• 4、在盾构机姿态控制中，推进油缸的行程控 制是重点。对于1.5米宽的管片，原则上推进 油缸的行程在1850mm左右，行程差控制在0～ 50mm之间。
• 5、铰接油缸的伸出长度直接影响掘进时盾 构机的姿态，故减小铰接油缸的长度差，尽 量控制在30mm以内，将铰接油缸的行程控 制在40-80mm之间为宜。
用； • ⑺ 防止相邻管片纵缝两侧受力不同
12
盾构直线掘进姿态控制
推
21 22 1
20
2
进
19
3
油
18
46
6
示
15
7
意
14
8
图
13
9
12 11 10
13
盾构直线掘进姿态控制
• 方向控制要点： • ⑴ 控制基点：以盾尾位置为控制基点 • ⑵ 调节量控制：一环掘进调节6mm较为合理
• ⑤根据曲线的特点做好管片选型； • ⑥为防止盾构机抬头以及管片上浮及
向圆曲线外侧移动，通过自动测量系 统调整盾构机姿态为：垂直方向控制 在-30～-40mm之间，水平方向应控制 在曲线内侧20～40mm之间。
39
盾构曲线掘进姿态控制
• 根据管片监测情况，如管片上浮量较大， 则垂直偏差可调整为-40～-50mm之间。 同时应加密自动测量移站频率，减少移站 后出现的轴向偏差。
步纠偏。 8、纠偏时要注意盾构机姿态，控制住设计轴
线中心±50mm以内，盾尾间隙要均匀平衡。
26
盾构直线掘进姿态控制
• 盾构姿态蛇行变化，主要是通过调整盾构 分区推力来实现的。盾构姿态调整，要在 各种地质情况下推进参数基础上，加大局 部推力或把另外两个或者三个方向的推力 降低，来调整盾构姿态。 除了通过推力调整盾构机姿态外，还可以 调整盾尾间隙，如盾尾上半部间隙小就适 当加大盾尾上半部推力,推进油缸行程和盾 尾间隙相应跟着变大。
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掘进参数及盾构姿态
盾构开挖过程中，掘进参数及盾构姿态是主要的控制项目，而这两方面又是相互影响的。
掘进参数是手段，盾构姿态是目的。
掘进参数决定了盾构姿态的发展趋势，盾构姿态又决定掘进参数的选择，二者相辅相成，共同促进盾构施工的质量。
一、掘进参数
小松TM632PMX盾构机属于土压平衡盾构机，主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装机、推进油缸、同步注浆系统等组成（盾构机主体）。
根据盾构机的组成，掘进参数主要有以下几方面。
1、土压
土压力主要由水压以及土体压力组成（还有渗透力的作用）。
掘进中一般按照土体埋深考虑静水压力以及适当考虑土体压力，但都应根据具体地质考虑计算土压。
实际掘进中的土压除考虑静水压力以及理论的土体压力外，应根据计算土压以及实际出土量以及地面沉降综合考虑。
实际各种地层土压还应考虑地面建筑物状况以及隧道上方管线布置，通常，对于各种含水或富含水砂层并且地面有建筑物状况，土压应考虑高于隧道埋深静水压力并能够产生隆起以应对后期沉降；对于需要进行半仓气压掘进地层，土压也需高于隧道埋深的静水压力以保证正常出土量；对于弱含水地层，土压不必完全按照埋深静水压力考虑，可以根据出土量及地面沉降进行适当增减；对于富含粘粒质地层，即考虑半仓气压掘进但并非欠土压，以免刀盘粘结。
2、总推力
正常掘进推力由刀盘切削土体的推力，土仓压力对盾体的阻力，盾体与土体的摩擦力以及后配套拉力组成。
在始发进洞阶段，由于盾构进入加固区时，正面土体强度较大，往往造成推进油压过高，加大了钢支撑承受的荷载，为了防止盾构后靠支撑及变形过大，必须严格控制盾构推力的大小。
把盾构总推力控制在允许范围内，避免因盾构总推力过大，造成后靠变形过大或破坏，导致管片位移。
在正常施工阶段，可适当加大推力，可以避免过多沉降（边推边注浆）。
3、掘进刀盘扭矩
刀盘扭矩指盾构机掘进过程中刀盘切削土体时需要刀盘驱动系统提供的作用力，刀盘扭矩由土体切削扭矩，土体搅拌需要的扭矩组成。
影响刀盘扭矩变化的因素有：掘进速度；地质因素；渣土改良状况；刀具状况；刀盘状况。
当掘进速度快时，刀盘对土体切削量增加，扭矩增加；当地层地质发生变化时，刀盘切削土体需要的切削力变化时，扭矩也会相应增大；当渣土改良效果发生变化时，如果土仓内渣土流动性变差，刀盘搅拌力矩增大；如果刀盘与掌子面之间渣土流动性变差时，刀盘与掌子面间摩擦力变化，刀盘扭矩也会发生明显变化；粘性土挤压粘结成泥饼，也会增加刀盘扭矩。
4、推进速度
盾构机单位转速内推进的长度为贯入度，单位时间内推进的长度为推进速度。
在软土地层掘进时，盾构机推进速度应该是越快越好（可以减少土层的损失），较快的推进速度能够有效控制渣土出土量。
当盾构机推进速度出现忽快忽慢周期性变化时，应考虑刀盘出现泥饼或中心部位刀具损坏。
在强风化地层中，当盾构机掘进速度突然变慢时，应考虑是否土仓内渣土积土严重，避免发生泥饼。
5、螺旋输送机转速及扭矩
螺旋输送机转速具有调节土压，控制出土量的作用。
螺旋输送机在富含水砂层中掘进时，如果喷涌严重，可以通过反转出土的方式掘进。
螺旋输送机掘进中扭矩持续过大时，应考虑向螺旋管内注入泡沫或泥浆（膨润土）减小扭矩防止螺旋机积土卡死，也可加装高压喷水装
置（出现泥饼时能够较好的处理，减小扭矩）。
6、推进油缸行程差
推进油缸行程差指掘进过程中由于各组推进油缸在掘进中产生的各组油缸的行程差，而不是在管片拼装后形成的油缸行程差。
从推进油缸行程差在掘进中的变化可以判断盾构机的行进方向变化。
通过铰接油缸调整盾构机姿态，能较好地避免以推进油缸行程差调整姿态产生的盾尾间隙变化过大而卡住管片的情形。
油缸行程过大可能会引起轴力偏心从而损伤管片，因此要适当控制油缸行程。
7、滚动刀
盾构机滚动角指盾构机盾体相对于预先设定水平线的摆动夹角，通常以mm/m或度为单位，当以mm/m为单位时，可以简单计算盾体外径部位的环向位移量，以度为单位时，周长乘以1/360的度数即为环向位移量，按照简单计算的环向位移量可以得出盾构机允许的滚动角。
禁止在程序中桥接对滚动角的限制，以免出现盾体出现大角度反转。
以改变刀盘旋转转向的方式可以调整盾构机滚动角，通常刀盘反时针旋转产生负的滚动角，顺时针旋转产生正的滚动角。
盾构机在推进过程中，刀盘顺时针、逆时针相互交替进行，降低滚动角的影响。
8、注浆压力
实际背衬压力与显示注浆压力的差别是随着盾尾内置注浆管的管径变化而变化的，所以初始注浆压力值应作为注浆压力的参考基数值。
实际注浆压力与刀盘掘进土压相关，注浆压力应在土仓压力与参考基数值间调整。
实际注浆压力必须考虑盾尾尾刷可以承受的密封压力，过大的注浆压力值必然损坏盾尾尾刷，尤其在进入富含水砂层前，必须慎重考虑注浆压力以免在富含水砂层中由于尾刷损坏而产生地层失水，从而使地表沉降的严重后果。
同步注浆的真正含义在于同步，而不是背衬压力注浆，所以不同地层应该考虑不同的注浆量。
对于各种原因造成的注浆不足，应该以二次注浆予以补充，而不能以同步注浆高压大量的方式填充。
同步注浆可以有效的减少地表沉降，有时为减少沉降可以加大注浆量。
边推边注，不注不推。
同步注浆浆液一般由粉煤灰、石灰、膨润土、砂、高效减水剂、水等组成（一般是惰性的，有时添加水泥就变成硬性的）。
二次注浆一般的水泥浆（水泥：水=1:1）就能满足，对已漏水较严重的，可以用双液浆（水泥浆：水玻璃=1:0.5）进行注入。
二、盾构姿态
盾构机姿态指盾构机轴线相对于隧道设计轴线的位置以及变化趋势，以水平及垂直方向上的相对量来表示。
盾构机上的全站仪通过后点棱镜与前视3个棱镜所测的相对位置关系，自动传输到计算机上，通过软件计算分析，就可得到盾构机的相对位置关系，再与理论设计的盾构曲线相比较，得出偏差。
盾构姿态的控制也就是盾构推进轴线的控制。
盾构推进轴线的质量基本确定了管片轴线位置，也就决定了隧道竣工轴线的质量。
为此可以认为只有控制好盾构的推进轴线位置，才能保证将隧道管片拼装在理想的位置上，来达到隧道竣工轴线偏值差在允许的范围内。
这就是控制盾构推进轴线的目的，也就是保证隧道竣工轴线质量的手段。
1、影响盾构轴线控制的原因：
（1）地层土体对盾构产生的偏向
盾构在地层下向前推进过程中将受到盾构切口贯入土层的阻力、盾构正面阻力、盾构四周土体与盾构壳体间的摩阻力，盾构自重与下卧土层的摩阻力等组成。
上述阻力，由于收到地层土质变化、隧道埋深变化、地面建筑物等因素，形成阻力不均匀的作用于盾构正面及四周，从而导致盾构推进时偏向。
（2）盾构制作误差造成盾构推进轴线的偏向
以圆形断面盾构其应是中心对称的结构，这对轴线控制时极为有利的形式，但由于加
工误差使其成为不正圆的外型，则将对盾构产生偏向。
（3）已拼装成环的隧道对盾构推进轴线产生的影响
管片成环后与盾尾是不同心的，这样两者之间沿园周的间隙大小不一，又由于管片轴线与盾构轴线在施工中是不一致的，形成了管片与盾壳局部处有接触现象，产生了摩阻力，这一阻力显然会影响盾构的推进轴线。
成环管片的整体性能同样影响到盾构轴线的控制效果。
2、盾构推进轴线的控制方法
(1)、盾构推力大小及合理作用位置的调整
1）盾构纵坡控制
盾构纵坡控制不单是调整盾构高程位置，还需要调正盾构和已成环管片之间顶部和下部间隙，以减少盾构对管片的径向卡压及下一环管片拼装的困难。
纵坡控制应根据盾构现状情况以及盾构与管片间的相对位置，采用不同方法来达到最佳效果。
2)盾构平面控制
盾构平面轴线的控制其含意及方法与纵坡控制相同，而不同的其一是控制对象，即盾构运动的轨迹方向不同，而两个轨迹面是两个相互垂直的面，另一点是表示形式不同，一般平面是采用比较容易的左右两腰千斤顶伸出长度差值来表示，也有用平面夹角表示（盾构轴线与隧道轴线间的水平夹角）。
具体操作时同样可以采用纵坡控制的方法，通常称为稳定法及晃动法两种，晃动法有可视管片与左右两侧间隙采用先左后右或先右后左两个形式。
利用推进参数来有效的控制盾构姿态，避免急纠偏，应根据实际情况缓慢进行。
同时，也应考虑到地质条件的影响，选择合理的推进参数，保证良好的盾构姿态。