泥水平衡盾构穿越锚索区施工工艺

泥水平衡盾构穿越锚索区施工工艺

1 前言

近年来，泥水盾构越来越多的应用于富水地区隧道施工中，由于城市建筑物集中，且其基坑围护结构施工工艺具有不确定性，隧道在一定区域内难免存在锚索，从而加大盾构施工风险和施工技术难度。盾构在锚索区掘进时，一方面须严格控制地面沉降量，合理控制切口压力，保证盾构开挖面稳定；另一方面须加强盾构机掘进速度监测，间接判断刀盘磨损情况。在施工过程中对盾构穿越锚索区施工技术进行创新，解决了泥水盾构机穿越锚索区的难题，并有效减少了刀具的磨损，保证了盾构机在穿越锚索区后的正常施工，取得了良好的经济与社会效益，可供类似工程参考。

2 工艺特点

对锚索区调查，根据锚索与盾构开挖面关系，采取有效方法在盾构穿越前对锚索

区进行预处理；

对盾构机闸阀、采石箱等设备进行适应性改造，保证施工安全顺利进行；

采用优质泥浆，选用合理的配比，通过环流系统将刀盘前方的锚索障碍物携至采石箱；

在施工前检查泥水循环系统各项参数并记录，结合地质条件设定泥浆循环系统压

力值，发现异常时，及时开启采石箱观察情况；

盾构机在掘进中隔时段改变刀盘旋转方向，减少锚索对刀盘的缠绕趋势；

定时进行环流系统逆送模式，减少锚索钢绞线进入管道，降低管道堵塞频率。

3 适用范围

本工艺适用于泥水盾构穿越锚索区域施工的情况。

4 工艺原理

在盾构施工前，对锚索区进行预处理，先采用高压旋喷桩对土体加固，加固完成后采用旋挖干钻孔排除锚索；再对盾构机采石箱进行适应性改造，一方面防止锚索通过采石箱堵塞管路，一方面使得锚索便于清理；最后在施工中采用优质泥浆、选用合理的配比进行环流，将刀盘前方的锚索障碍物携至采石箱；掘进期间，定时改变刀盘旋转方向，减弱锚索对刀具的缠绕，预防刀盘刀具的磨损量；对各设备参数进行监测，一旦某设备参数异常，立即停止掘进，对设备进行检查维修，及时处理，保证设备正常安全运行；同时，在施工中合理设置切口压力，加强对地表沉降监测，建立数据预警机制，及时有效的进行同步注浆，将地表沉降控制在允许范围之内。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

5.2 操作要点

5.2.1 锚索影响区调查

1.根据锚索设计图纸，确定锚索影响范围及锚索与隧道开挖面的位置关系。

2.施工前，对锚索影响区域进行补勘，进一步查明此区域的工程地质条件和水文地质条件。

3.施工前，对锚索影响区域周边环境进行调查，采集地面监测初始值，实施动态

信息化施工管理。

5.2.2 锚索影响区地层加固

1.根据锚索区域地质条件，对地层加固，保证锚索排除时土体稳定。

2.在隧道线路中心线两侧各6m 范围内施做旋喷桩加固，加固深度进入隔水层1m。

3. 旋喷桩注浆采用P.O42.5 水泥，水泥浆液的水灰比为0.8～1.2，水泥浆液压力大

于20MPa。

5.2.3 锚索排除

1.在锚索处理区地层加固后、盾构施工前，对盾构施工影响区域内的锚索进行拔除。

2.锚索排除采用旋挖钻干钻孔进行排索，钻孔至设计锚索地下1m。

3.旋挖干钻孔在垂直于隧道方向的线路左、右轮廓线及中线布设三排，每排沿隧

道方向的钻孔交叠密布。

4.锚索排除施工完成后，竖井采用水泥土进行回填，水泥与土的体积配合比为

1:8，竖井回填完成后采用双管旋喷桩进行复喷处理。施工完成28 天以后，对旋喷桩进行抽芯取样检验，无侧限抗压强度不得小于 1.0MPa，渗透系数应小于 1.0×10-5cm/s。

5.2.4 盾构机适应性改造

虽然在施工前采取了锚索排除措施，但实际排除量约占理论90%，还有10%锚索残留在地层中，且原地层全为旋喷桩加固后的地层，盾构掘进过程中切削下的水泥块都将对盾构施工造成影响。为保证盾构施工顺利安全进行，特对盾构机的适应性进行改造。

1.管路安装闸阀在采石箱与土仓排浆闸阀间安装一道手动闸阀，排浆闸阀因锚

索被卡、损坏，或开采石箱清理锚索时可关闭此闸阀，保证盾构机前方切口环压力稳定性，避免土仓失压地层失稳，导致地面沉陷。

2.采石箱改造为防止残留锚索钢绞线进入排浆泵造成泵壳及叶轮损坏，且锚索

进入后续管路堵塞位置难以确定，清理难度较大，特对采石箱的容积与内部结构进

行改造，保证盾构正常掘进施工。

（1）将原采石箱椭圆形改成矩形；在有限空间里最大限度增大采石箱容积，减

少开采石箱次数，减短盾构停机时间，保证盾构机以最短时间穿越锚索区。

（2）采用双仓隔断结构，两仓中间增设锚索隔离网，同时双开门清理，提高后

续管路隔离效果与采石箱清理效率，

（3）采石箱内底板由里往外设置15°坡度，有利于采石箱内滞排物清理。

5.2.5 设定初始掘进参数

在穿越锚索区前，结合锚索区所在地层情况、锚索排除残留量及地层加固水泥

块等因素，设定合理的掘进参数，以保证盾构机在锚索区域的平稳运行。掘进速度：10～20mm/min；

刀盘转速：1.3～1.5r/min；

3.总推力：8000～9000KN；

4.刀盘扭矩：700～800KN·m；

5.泥浆参数：采用优质泥浆进行环流，增大进浆浆液粘度值，提高泥浆的携渣能力，便于将钢绞线排出。泥浆参数如表5.2.5-1、5.2.5-2。

表5.2.5-1 膨润土造浆配比表（占水百分比）

在泥水加压式盾构施工中，加在开挖面上的力，即用泥水使开挖面保持稳定的力，通常应与作用在开挖面上的土压在对抗中保持平衡，水压与开挖面上含水土体

的垂直作用的重力和土的内摩擦角大小有关。切口水压的设定如下：

切口水压=P0 十0.01MPa ～0.02MPa P0：水土压，自然状态下盾构机头部2/3

高度处的压力。

7.同步注浆确定

（1）浆液配比根据锚索区工程地质和水文地质条件、浆液材料及性能、周边

环境要求等确定浆液配比如下（1m3）：

水泥：150kg 细砂：625kg 粉煤灰：400kg 膨润土：75kg 水：475kg

（2）注浆量确定同步注浆应密实填充管片与地层间空隙，根据锚索区工程地

质和水文地质条件，注浆量控制在理论建筑空隙的190%~250%。，每掘进一环同步

注浆量理论值可按下式计算：V 浆=π/4×L×（D12-D2）

式中：V 浆——每掘进一环管片的同步注浆量（m3）；

L ——环宽（m）D1——盾构开挖直径（m）D——管片外径（m）

（3）注浆速度注浆速度与掘进速度相匹配，并在掘进一环的时间内完成设定注

浆量的注入，同步注浆速度可按下式计算：

V 浆速= V 掘速×V 浆/L

式中：V 浆速——同步注浆速度（L/ min）；L ——环宽（m）；

V 掘速——盾构掘进速度（mm/min）；

V 浆——每掘进一环管片的同步注浆量（m3）。

5.2.6 锚索区掘进管理

掘进前，对盾构机设备易损件提前储备，如闸阀（手动闸阀和电控闸阀）、泥浆泵叶轮、泥浆管（软管）、泥浆泵联轴器、传感器等，保证在设备损坏情况下能及时更换。盾构推进是一个均衡、连续的施工过程，推进管理是一个系统的管理，中央控制室

是系统管理的中枢，在锚索区掘进中要密切注意各个施工参数的变化情况，合理调