三种盾构机施工工艺简介

利完成隧洞的掘进施工。盾构机的维修与保养，应用现代理论、现代化仪器，按强制保养、 定期检测、按需修的原则执行，贯彻十字保养法：清洁、检测、紧固、调整、润滑。做好 配件、油料等供应保障工作。
隧道掘进机
隧道掘进机是用机械破碎岩石、出碴和支护实行连续作业的一种综合设备。按掘进机在 工作面上的切削过程，分为全断面掘进机和部分断面掘进机。按破碎岩石原理不同，又可分 滚压式（盘形滚刀）掘进机和铣切式掘进机。中国产品多为滚压式全断面掘进机，适于中硬 岩至硬岩。铣切式掘进机适用于煤层及软岩中。在推进油缸的轴向压力作用下，电动机驱动 滚刀盘旋转，将岩石切压破碎，其周围有勺斗，随转动而卸到运输带上。硬岩不需支护，软 岩支护时可喷射、浇灌混凝土或装配预制块。该机在岩性均匀、巷道超过一定长度时使用， 经济合理。
管线、砂浆运抵工作面。在拆除负环管片后，在竖井和洞内铺设一小段双轨线路并安装道岔， 这样便可以放二列编组列车，从而加快了施工材料的运输。
4.6 正常段推进施工 盾构机在完成前 100m 的试掘进后，根据始掘进段的施工参数的分析总结，确定正常掘 进施工参数选取。正常掘进条件下，掘进速度应设定为 20～40mm／min；在盾构机通过软 硬不均地层时，掘进速度应控制在 5～10mm／min。当发现掘削量过大时，应立即检查泥 水密度、粘度和切口水压。此外，也可以利用探查装置，调查土体坍塌情况，在查明原因后 应及时调整有关参数，确保开挖面稳定。一般情况下，隧洞注浆压力设定为 0.2 ~0.4MPa， 管片注浆口的实测注浆压力约为 0.3MPa。双液浆的凝结时间为 12～15s，1 天、3 天、28 天的强度平均值分别为 0.9MPa、1.2MPa 和 1.7MPa。 盾构掘进方向控制：○a 采用 SLS—T 隧洞自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监 测；○b 采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向。 4.7 管片拼装 管片采用通用楔形环管片，安装点位以满足隧洞线型为前提，重点考虑管片安装后盾尾 间隙要满足下一掘进循环限值，确保有足够的盾尾间隙，以防盾尾直接接触管片。管片安装 前根据盾尾间隙、推进油缸行程选择好拟安装管片的点位。盾构掘进到预定长度，且拟安装 封顶块位置的推进油缸行程大于 2.5m 时，盾构机停止掘进，进行管片安装。管片安装时必 须从隧洞底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。每安装一块管片，立即将管片 纵环向连接螺栓插入连接，并戴上螺帽用气动扳手紧固，保证连接件紧固，同时减小劳动强 度，加快进度。在安装最后一片管片前，应对防水密封条进行涂肥皂水或人化润滑油作润滑 处理，安装时先径向插入 1／2，调整位置后缓慢纵向顶推，防止封顶块顶人时搓坏防水密 封条。管片块安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力应大于稳定 管片所需的力，然后方可移开管片安装机。在推进下一环时，在千斤顶顶力的作用下，复紧 纵向螺栓。当成环管片脱出盾构车架后，再次复紧纵、环向螺栓。隧洞贯通后，进行第三次 复紧纵、环向螺栓。安装管片时采取有效措施避免损坏防水密封条，并应保证管片拼装质量， 减少错台，保证其密封止水效果。安装管片后顶出推进油缸，扭紧连接螺栓，保证防水密封 条接缝紧密，防止由于相邻两片管片在盾构推进过程中发生错动，防水密封条接缝增大和错 动，影响止水效果。 4.8 盾构机检修内容 根据刀盘刀具的磨损情况，进行刀盘堆焊刀具更换。对刀盘轴承的密封认真检查，发现 泄漏及时更换配件。检修内容包括：齿轮油检查更换；液压管路密封件检查更换；传感器 检修更换；送排泥泵保养及管路的清洗；壁后注浆泵保养及管路的清洗；空压机的检修保养； 配电系统和控制系统检查；运输系统检修保养。 5 盾构机管理与维修 5.1 盾构机的管理 实行以设备物资部长领导的盾构机机长为主的设备管理体系，对各系统实行岗位责任制 和工程师负责制，机械工程师、电气工程师、液压工程师、盾构机监测工程师共同组成盾构 设备管理体系，并成立主机组、电气组、液压组、后续设备组、刀具组和状态检测组负责盾 构机的管理、使用、保养、维修工作。 5.2 盾构机的维修保养 泥水平衡盾构机集机械、电子、液压技术于一体，技术复杂、结构庞大，汇开挖、排渣、 通风、排水于一身，是工厂化的隧洞生产线。能否充分发挥先进设备的效能、最大限度地满 足工程需要，取决于正确的使用、科学的保养、周密的监控和及时的维修。所以说维修与保 养是盾构机施工作业中的重要一环，必须充分重视，才能保证盾构机的状况良好，按期、顺
4 盾构机施工 4.1 盾构进出洞土体加固 为了在拆除盾构工作井的盾构端头临时墙时保持地层的稳定，防止盾构出洞始发完全进 入地层之前与防止盾构进洞到达完全脱出地层之后其周围流出地下水和泥沙造成端头失稳， 需要根据地层条件、水文条件、隧洞埋深及周边环境等因素对盾构进出洞端头进行加固处理。 本工程的盾构进出洞端头地层进行加固。其中，北岸盾构出洞端头地层采用高压旋喷桩结合 压密注浆加固，南岸盾构进出洞端头地层采用化学主浆加固。 4.2 洞口密封装置安装 盾构在出洞过程中，切口水压较高，洞口与盾构壳体形成环形的建筑空隙，为防止出洞 时压力较高的泥水大量从洞门处通过过此建筑空隙窜人井内，影响开挖面泥水压力的建立， 造成开挖面土体的不稳定，必须设置性能良好的密封装置。洞口密封采用油脂压注和帘布橡 胶两道密封装置，确保泥水平衡建立。 4.3 洞门混凝土凿除 盾构工作井围护结构为地下连续墙结构，出洞前需凿除洞圈内钢筋混凝土。最后一层凿 至外层钢筋，暴露内、外排钢筋，割去内排钢筋，保留外排钢筋。本工程采用风镐将洞门作 粉粹性分层凿除处理。为确保高压旋喷桩加固效果，应严格控制每次凿除深度，一般为每层 20cm。洞门混凝土凿除 100cm 后，应在洞门上下左右及中部各开一孔，用来观察外部正面 土体的加固效果，确认效果良好后，继续凿除剩余混凝土。对洞门内的内、外排钢筋依次作 割除处理。整个凿除作业应密切注意外侧土体加固效果，根据实际情况，最终安全地将洞 门凿除。 4.4 导向轨道的接长 盾构出洞时，由于基准导轨与前方土体之间有 3.4m 的距离(即洞门到连续墙的距离)， 为保证盾构安全及准确出洞，在洞门内与凿除 1.4m 围护结构处安装二根导向接长轨道，安 装倾角位置与基准一致。并在导轨下方浇捣混凝土。 4.5 盾构机始发及初期掘进 盾构采用整机始发。由于工作竖井为圆断面直径 16.4m 只能容纳一台盾构机的机体， 除去预留空间外没有足够的空间安装连接桥及后配套台车，采用 150m 延长管线在地面铺设 轨道摆放连接桥及后配套台车，随着盾体完全进人土体后，对延长管线进行保护，推进达到 20m 后使土仓压力达到安全值然后停止掘进，采用负环管片替代法拆除负环上部 3 块管片 及反力架的上半部分，用预制好的特殊反力架承担管片上半部分的推力。分两次吊装连接桥 与 3 节后配套台车。在盾构完成试验段 100m 掘进后，拆除盾构工作井内的剩余负环管片、 反力架等，吊装后配套台车，并安装后配套拖车上的风管、风机。在盾构始发时，管片、管 线、轨枕等材料由竖井上方的 32t 行走式门式吊机吊入井下，由电瓶车牵引编组列车将管片、
泥水加压平衡盾构
1.概念
泥水加压盾构法施工，指在盾构开挖面的密封隔仓内注入泥水，通过泥水加压和外部压 力平衡，以保证开挖面土体的稳定。盾构推进时开挖下来的土进入盾构前部的泥水室，经搅 拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用泥水泵送到地面，泥水在地面经过分离，然后进入 地下盾构的泥水室，不断地排渣净化使用。
泥浆平衡，从而避免了不受控制的土壤掺入并保证了隧洞开挖面的稳定。 泥浆通过气垫对隧洞开挖面施加压力从而实现支撑作用。对开挖面施加压力的控制由压
缩空气控制单元进行。气垫调节仓内的压缩空气气垫产生支持压力并将该压力传至泥浆，调 节液位高度。受到压力后的泥浆，其液位则刚好达到机器轴线的位置。承压泥浆产生的支持 压力传输到开挖舱，这时，整个开挖舱内完全充满承压的泥浆。开挖舱内泥浆的波动将被精 确控制以保持平衡状态。泥浆循环系统，泥水的传输和支持压力的控制(气垫)彼此分开，开 挖舱内的泥浆(渗入泥饼)不断更新，挖掘的渣土与靠近出渣管(左、右)的泥浆混合，在盾构 机底部产生涌流效应从而使渣土易于流动。压力舱板上部和中部的其他冲刷点将使开挖舱内 集中的全部水流和新鲜泥浆的重新分配达到最佳状态。高涌流效应和安装在吸管前面的搅拌 器避免了渣土粘结的危险。通过开挖舱底部的出渣管，挖掘的渣土将被泵送出开挖区域，而 不会影响对开挖面支持压力的监测。
2.构造及工作原理
由盾壳、刀盘、密封泥水舱、盾构千斤顶、管片拼装机以及盾尾密封装置等组成。概括 地说，泥水加压盾构是在一般盾构基础上，在盾构前部增设一道密封隔舱板，把盾构开挖面 与盾构后面和隧道空间截然分开，使密封隔舱板与开挖面土层之间形成密封泥水舱，在泥水 舱内充以压力泥浆，刀盘浸没在泥水舱中工作，由刀盘开挖下的泥土进人泥水舱后，经刀盘 切削搅拌和搅拌机搅拌后形成厚泥浆，通过管道向地面排送，排出的泥浆经分离处理后，排 除土碴，余下的浆液经浓度、比重调整后，又重新送入盾构密封泥水舱重复循环使用。
3.施工工艺：施工准备(包括泥水系统、同步注浆、中央控制室等设备安装)一盾构就位、 调试一系统总调试一盾构出洞一盾构推进、同步注浆(施工参数的采集与调整)一管片拼装一 盾构进洞一拆除盾构、车架及其它设备一竣工。
在开挖掌子面，刀盘在泥浆中旋转，挖掘下的渣土与泥浆混合。盾壳区域内，刀盘旋转 进行开挖的部分称为开挖舱，压力舱板将它与盾壳分隔开来。开挖舱内的土压和水压被压力
1 施工顺序 首先布置测量控制点与 TBM 机测量系统构成系统，指导掘进，然后进行掘进并同步注 浆，掘进完毕 1.5m 后进行管片拼装。 2 巷道掘进方式 采用硬岩掘进机进行掘进，：上仓内渣土通过螺旋输送机输送到台车 皮带，通过皮带 输送到渣土箱中，通过电机车运输出硐。 3 TBM 机掘进及管片拼装 TBM 机推进主要参数控制：根据地层不同特性分别采用不同掘进模式进行开挖。在不 稳定地层中，掘进机可以采用土压平衡模式掘进；在稳定性较好地层中采用敞开式掘进；根 据实际地层不同还可以采用半敞开式掘进，三种模式可灵活转换。通过这几种工作模式的组 合工作，确保安全可靠掘进。 ①平衡压力值设定原则 正面平衡压力：P=k0γh 其中：P 一平衡压力(包括地下水)；γ一土体的平均重度(KN ／m )；h 一隧道埋深(m)；k0 一土的侧向静止平衡压力系数。 ② 推进出土量控制： 每环理论出土量=π／4×D×L=π／4×6.422×1.5=48.56m ／ 环。实际掘进过程中巷道围岩经岩石硬度测试，硬度系数 f 最高达到 8.9，需加补充添加剂 进行刀盘刀具降温，提高土质润滑性，方便出土，通常每环加水量在 40 方左右，故实际每 环出土量在 90 方左右。 ③推进速度：正常推进时速度在 2cm／min～4cm／min 之间。遇强度较高、完整性较 好硬岩地段及过不良地层时，速度控制在 lcm／min 左右。 ④掘进轴线控制：TBM 轴线控制偏离设计轴线不得大于 50mm。 ⑤管片拼装控制：管片拼装程序见下图。 4 同步注浆和二次补压浆 同步注浆目的是充填土体与管片圆环间的建筑间隙和减少后期变形。每环的建筑空隙为 1.5π(6.42*6.42— 6 2*6.2)／4=3.27m ，每环压浆量一般为建筑空隙的 130％ ～160％ ， 因该副平硐岩石硬度高，稳定性较好，为不破坏管片，取 1 的系数比较合适，即每推进一 环同步注浆量为 3.5m3 左右。