盾构始发施工方案

盾构始发施工方案

1始发顺序

本区间先利用一台盾构机进行下行线（左线）掘进，然后进场第二台盾构机进行上行线（右线）掘进。

2盾构始发工艺流程

图6-1 始发流程示意图

3盾构始发施工参数取值

盾构始发施工前首先须对盾构机掘进过程中的各项参数进行设定，施工中再根据各种参数的使用效果及地质条件变化在适当的范围内进行调整、优化。须设定的参数主要有土压力、推力、刀盘扭矩、推进速度及刀盘转速、出土量、同步注浆压力、添加剂使用量等。

3.1土压力设定

1）始发段（始发100环内）盾构机中部水静止水土压力计算

pe1——盾构中部的垂直土压。

pe1＝γ×h1

γ为土的平均容重，γ=1.88t/m3；h1为盾构机中部到地面距离：12.77~14.90m

pe1＝2.4~2.8bar

pe2——盾构中部水压。

pe2＝γ1×h2

γ1为水的容重，γ1=1t/m3；h2为始发段盾构机中部到地面距离：9.87~12.00m pe2＝1.0~1.2bar

2）土仓压力值计算

土仓压力P=（pe1+pe2）*λ+pe3

λ——侧压系数，取0.33

pe3——经验值，取0.1bar

则，土仓压力P=1.2~1.4bar。

3.2始发掘进推力的计算

地层参数按《岩土勘察报告》选取，于勘探期间测得的水位一般为2.9m-3.5m，水土压力需分别考虑。选取可能出现的最不利受力情况埋深断面进行计算。根据洞门的纵剖面图，及埋深不大，在确定盾构机拱顶处的竖向压力Pe时，可直接取全部上覆土体自重作为上覆土地层压力。

土压平衡式盾构机的掘进总推力F，由盾构与地层之间的摩擦阻力F1、刀盘正面推进阻力F2、盾尾内部与管片之间的摩擦阻力F3组成

即按公式

F=F1+F2+F3

(1)盾构地层之间的摩擦阻力F1

计算可按公式

F1=π*D*L*C

C—凝聚力，单位t/m2

取C= 4.5t/m2

L—盾壳长度，9.2m

D—盾体外径，D=4m

得：F1=π*D*L*⋅C=3.14⨯4⨯9.2⨯4.5=831.97t

(2) 盾构机前方的推进阻力F2

水土压力计算

D——盾构壳体计算外径，取4m；

L ——盾构壳体长度，9.2m ； pe 1——盾构顶部的垂直土压。

qfe 1——盾构机拱顶受的水平土压；qfe 1＝λ×pe 1 pe 2——盾构底部的垂直土压。

qfe 2——盾构底部的水平土压。qfe 2＝λ×pe 2 qfw 1——盾构顶部的水压 qfw 2——盾构底部的水压 P 0为地面上置荷载，P 0=2 t/m 2； λ——侧压系数，取0.33； γ为土容重，γ=1.88t/m 3； 计算qfe 1 、qfe 2、 qfw 1、 qfw 2 pe 1＝γh+ P 0＝20.85t/m 2 pe 2＝(Pe+γ.D) λ＝279t/m 2 qfe 1＝0.33×20.85＝88t/m 2 qfe 2＝0.33×279＝8.84 t/m 2 qfW 1＝(9.57 -2.9)＝67 t/m 2 qfW 2＝67+4=13.07t/m 2

作用于盾构外周和正面的水压和土压见图6-2所示。

按水压和土压分算公式计算，将以上各项代入公式得：

F2 =570t

图6-2盾构机受力示意图

(4)盾尾内部与管片之间的摩阻力F3

4

42

2112

2w e w e qf qf qf qf D F +++⋅

=

π

F3=μc.ωs

式中：Ws 、μC 为两环管片的重量（计算时假定有两环管片的重量作用在盾尾内，当管片容重为2.5t/m3，管片宽度按1.2m 计时，每环管片的重量为19.3t ），两环管片的重量为38.6t 考虑。μC=0.3

ωs ——压在盾尾内的2环管片的自重 F3=0.3×2×(3.14/4)(22－5.52)×1.2×2.5 =11.57 t

计算盾构机的总推力F F=F1+F2+F3 F=831.97 +570+11.57 = 1413.54t

盾构总推力为1413.54t 。

施工时以此理论计算值为目标值控制盾构千斤顶总推力，并根据具体情况做相应调整。 3.3刀盘扭矩

盾构的切削刀盘扭矩主要由土体的剪切阻力产生，其经验公式如下：

由于盾构机穿越的地层为上部为粘土，下部为粉砂，故α取1.2

扭矩T ≈1.2×43=315t •m

施工时以此值为目标值控制刀盘切削。 3.4盾构千斤顶的推进速度及刀盘转速的设定

盾构千斤顶的推进速度及刀盘转速与盾构机的性能密切相关，同时也受工程地质及水文地质条件的影响。始发伊始，对参数设定首先要依据理论计算值进行设定，在始发完成后的试掘进阶段可对各种参数进行对比，调整推进速度与推力、刀盘转速与扭矩的关系式，定出推进速度和转速的范围。

在本始发段中，隧道洞身范围内地层主要为粉砂及粉砂夹粉土，由于处于始发掘进阶段，推进速度初始设定15～20mm/min ，初始设定刀盘转速应小于1.5r/min 。 3.5出土量的设定

本工程使用的管片外径为6200mm ，环宽为1200mm 。刀盘的直径为6420mm ，

3

D ＝T

每环的出土量

C=π*L*(D/2)2

D—刀盘直径；

L—管片环宽；

代入计算式计算出每环出土量为38.85m3，由于渣土中有泥水，在运输组织设计中，按38.06～50.51m3考虑。

每环出土量直接反应了盾构机在掘进施工过程中的超挖情况，当超挖较多时，会使出土量骤增。在掘进过程中，必须严格控制每环的出土量，并作好记录。

3.6添加剂使用

在盾构施工中，使用泡沫作为渣土改良用添加剂，其作用是：

1）减小旋转输送机的扭矩，降低刀盘温度；

2）增强土体气密性、止水性，保证开挖面稳定；

3）与土体拌和均匀，使开挖土具有良好的流动性，增强土体可排性。

添加剂注入量：

刀盘前：约3％～5％的理论开挖量

密封仓：约5%的理论开挖量

添加剂注入压力：需控制参数为刀盘前的注入压力，以平衡开挖面的水压力为宜。在本区段内设定注入压力初始设定为0.15～0.2MPa。

4负环管片拼装

盾构始发推进时，需利用负环管片作为后背向前推进。本工程负环管片一共设置8环，全为封闭管片。负环管片采用砼管片，环宽均为1.2m。盾构调试完成后马上进行负8和负7环管片的拼装，负8和负7环管片的拼装完成后，在对洞门密封装置、导轨进行检查经确认无误后，继续拼装负环管片直至将盾构刀盘顶至始发工作面，以免工作面暴露太久失稳坍塌。负环管片拼装时应注意如下事项：

1.负环管片采取错缝拼装的方式并K块位于16号位，应确保负环管片的成圆度；