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。

（1）土压力控制
采用土压平衡模式掘进时，土压力的设定是施工的关键，包含了推进力、推进速度和出土量三者的相互关系，对盾构施工轴线控制和地层沉降控制起主导作用。

按松弛高度计算土压力理论值。

施工中通过设在刀盘和密封仓的压力计测定，结合地质、埋深和地面监控量测信息的反馈分析，适时优化调整土压力、推进速度、推进力及注浆量的设定值，以确保地面变形控制在规定的范围内。

（2）出土量控制
密封仓内土压力以螺旋输送机转速和出土门的开度控制，即以出
土量控制。

理论出土量：
V ＝π×(D/2)2×L×S
＝π×(6.4/2)2×1.2×1.3
＝50.15m3／环
其中：
D—刀盘直径L—管片宽度S—松散系数
采用土压平衡模式掘进时，实际出土量控制出土量在理论的98%～100%之间，以维持一定土压力，保证盾构正面土体的稳定。

出土量多少直接影响到刀盘正面土压力和开挖面的稳定，控制排土量是控制地表变形的重要措施。

盾构在保持一定正面土压力时，其排土量取决于输送机的转速，而螺旋输送机的转速与盾构推进千斤顶推进速度协调，较好保持土压平衡。

（3）推进速度控制
盾构推进时通过对土压力传感器检测数据来控制盾构千斤顶的推进速度，使盾构推进速度与出土速度相匹配，以保持适当土压力值。

（4）盾构轴线控制
轴线控制是盾构法隧道施工的一个非常重要的环节，在盾构掘进过程中根据导向系统提高的偏差参数、趋势和建议要严格控制，主要方法如下：
在盾构掘进过程中，以各区域千斤顶的行程、油压以及流量控制盾构前进方向，发现偏差时及时调整千斤顶的编组和各区域千斤顶的行程、流量及油压，加强各施工参数的设定管理，防止因参数设定不当造成隧道轴线产生大的偏离，要做到随偏随纠、勤纠小纠,减少因轴线纠偏而造成的土体超挖、扰动；
在曲线段掘进时，通过严格的计算来确定衬砌的超前量，原则上根据设计图选用管片的型号以及旋转角度，如遇特殊情况可在现场另选更加合适的管片及旋转角度；合理利用铰接千斤顶，提高盾构掘进过程中轴线的控制能力；利用盾构机的区域油压可调整这一特点，改变千斤顶的合力位置，加强对盾构坡度和隧道轴线的控制。

（5）同步注浆参数控制
盾构施工引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或剪切破坏的重塑土再固结，是导致地表沉降的重要原因。

为减少和防止地表沉降，在盾构掘进过程中，要尽快在脱出盾尾的衬砌背后环形建筑间隙中填充注浆，通过同步注浆及时填充盾构机盾尾与开挖轮廓之间的间隙。

注浆材料和配比、注浆压力、注浆量和注浆时间是同步注浆施工的四个要素，是防止隧道坍塌、控制地表沉降的关键。

考虑盾构纠偏超挖、跑浆、浆液收缩等因素，实际注浆量一般为计算量的130%～250%，并通过地面变形监测数据适时调整。

4 盾构掘进方向控制与调整
4.1 盾构掘进方向控制
⑴采用演算工法隧道自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测。

该系统能够直观地全天候在盾构机主控室动态显示盾构当前垂直和水平位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。

据此调整控制盾构掘进方向。

⑵通过分区操作盾构机的推进油缸来控制掘进方向。

①上坡段掘进时，适当加大盾构机下部油缸的推力和速度。

盾构掘进线路要高于设计线路10～20mm为宜。

下坡地段相反；
②在左转弯曲线段掘进时，则适当加大右侧油缸推力和速度，盾构掘进线路要向设计线路左侧偏离10～20mm为宜。

右转弯段相反。

直线平坡段掘进时，应尽量使所有油缸的推力和速度保持一致；
③在均匀的地质条件时，保持所有油缸推力与速度一致；在软硬不均的地层中掘进时，则应根据不同地层在断面的具体分布情况，遵循硬地层一侧推进油缸的推力和速度适当加大，软地层一侧油缸的推力和速度适当减小的原则来操作。

4.2 盾构掘进姿态调整与纠偏
⑴姿态控制及纠偏策略
鉴于盾构推进结束后，由于同步注浆浆液需要一段时间才能初凝，因此管片都会有一定程度的上浮。

因此掘进姿态宜控制盾构在设计轴线稍靠下位置，并保持一个大致不变的俯仰角。

实施纠偏应逐环、小量纠偏，防止过量纠偏而损坏已拼装管片和盾尾密封。

曲线段掘进时，应在进入曲线前预留靠曲线内侧的偏移量。

⑵掘进姿态调整与纠偏控制
根据导向系统反映的盾构姿态信息及线路条件（如下图所示），结合隧道地层情况，通过选择盾构机的推进油缸模式来控制掘进方向。

同时在曲线段掘进时，按照曲线半径计算铰接角度，调节铰接油缸伸长量辅助曲线施工。

推进油缸有两种模式：主推模式及低压跟随模式，在控制面盘上进行选择。

选择向哪一侧掘进，即选择增加这一侧跟随油缸数量及增加相对一侧主推油缸数量。

在上坡段掘进时，适当增加盾构机下部主推油缸数量，增加顶部跟随油缸数量；在下坡段掘进时则适当增加盾构机上部主推油缸数量，增加下部跟随油缸数量；在左转弯曲线段掘进时，则适当增加盾构机右侧主推油缸数量，增加左侧跟随油缸数量；在右转弯曲线掘进时，则适当增加盾构机左侧主推油缸数量，增加右侧跟随油缸数量。

图4.2-1 自动导向系统显示画面
4.3 方向控制及纠偏注意事项
⑴推进油缸油压的调整不宜过快、过大，切换速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏；
⑵切换刀盘转动方向，必须首先停止掘进、关停刀盘；严禁推进中随意切换刀盘转动方向；
⑶根据掌子面地层情况应及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值，达到警戒值时就应该实行纠偏程序，计算纠偏
曲线，纠偏时姿态调整参照纠偏曲线进行；
⑷纠偏作业必须在确保管片相对盾构机处在一良好状态时方可进行，纠偏作业过程中严格控制纠偏力度，同时每完成30cm推进，测量一次盾尾间隙，确保盾构机不发生卡壳；
⑸蛇行的修正应以长距离慢慢修正为原则，如修正得过急，蛇行反而更加明显。

在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。

在曲线推进的情况下，应使用使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切；
⑹正确进行管片选型，确保拼装质量与精度；
⑺盾构始发到达时方向控制极其重要，应按照始发、到达掘进的有关技术要求，做好测量定位工作。

5 管片拼装
5.1 管片拼装准备工作
⑴管片由管片车运到隧道内后，由专人对管片类型、外观质量和止水条粘结情况作最后一次检查，合格后经管片吊机卸下，按安装顺序装在运送平台上，掘进结束后再将管片转运吊送到管片安装器工作范围内等待安装；
⑵管片拼装前应对管片安装区进行清理，保证安装区及管片接触面清洁；
⑶封顶块的止水条进行润滑处理；
⑷对操作设备进行一次检查，设备完好才进行管片拼装。

管片运输与拼装过程见下图所示。

5.2 管片拼装程序
在衬砌拼装过程中，严格按照工法上的工艺顺序进行操作，控制好管片的拼装质量，确保优质工程，其拼装过程见下表所示。

1 3 4
3
3
1
2
5.2-1表
详细步骤如下：
管片拼装司机、螺栓安装人员就位后，按照顺序应首先安装最下方一块管片，由下到上左右对称安装剩余管片，最后安装F型管片。

管片拼装时先收回最下方管片分块区域内的推进油缸；管片安装司机操作管片抓取装置抬起管片缓缓就位，在就位过程中随时按安装指挥人员的指示进行调整；管片就位后螺栓安装人员及时连接纵向螺栓并紧固，推进油缸伸长顶紧刚刚拼装就位的最下方一块管片后方可进行下一块管片的拼装；接下来按照拼装第一块管片的程序及要求由
下到上左右对称拼装剩余管片；F型管片安装时，先径向搭接2/3，再径向插入，边调整位置边缓慢纵向顶推；整环管片全部安装完后，用风动搬手紧固所有螺栓；上紧所有注浆孔封堵塞。

完成上述工作后，盾构即可进入下一环的掘进。

5.3 管片脱离盾尾后的二次复紧
盾构掘进时，在上一个循环管片脱出盾尾后，及时用风动扳手对所有管片环纵向螺栓进行复紧，确保所有螺栓绝对紧固，保证管片拼装质量。

5.4 管片安装允许误差
管片拼装允许误差见下表。

拼装允许误差表表5.4-1
⑴管片拼装时，盾构导向系统可为管片拼装指示方向，导向系统还有为管片拼装提供预选择功能，充分利用导向系统的方向指示和预选功能，保证管片拼装方向正确；
⑵管片环与环之间拼装形式为错缝拼装，可提高隧道整体刚度，改善管片受力状态；
⑶管片拼装要把握好衬砌环面的平整度，环面的超前量以及椭圆度的控制；
⑷钢筋混凝土管片拼装时应先就位底部管片，然后自下而上左右交叉安装，每环相邻管片应均布摆匀并控制环面平整度和封口尺寸，最后插入封顶管片，调准后再沿纵向缓慢插入，如遇阻碍应缓慢抽出
后进行调整，严禁强行插入和上下大幅度调整，以免损坏或松动止水条；
⑸C块两侧的防水密封橡胶条在拼装前涂表面润滑剂，以减少弹性密封垫间的摩阻力；
⑹注意管片定位的正确，尤其是第一块管片的定位会影响整环管片拼装质量及其与盾构的相对位置，尽量做到居中拼装；
⑺严禁非管片安装位置的推进油缸与管片安装位置的推进油缸同时收缩；
⑻在每环管片拼装结束后，及时拧紧连接管片的纵、环向螺栓，在该管片环脱出盾尾两环后，应再二次拧紧纵、环向螺栓；
⑼管片安装时非管片安装人员不得进入安装区。

6 掘进中的碴土改良
详见“7.10.9 渣土改良”。

7 盾构掘进注浆方案及主要技术参数
详见“7.10.10 盾构始发掘进注浆方案及主要技术参数”。

8 施工运输
1 洞内水平运输
洞内的水平运输主要靠电瓶车牵引土斗、管片车和砂浆车进行运送。

2 垂直运输
盾构隧道的垂直运输分为两个部分，第一部分为施工材料的垂直运输；第二部分为碴土垂直运输。

在文化宫站吊装孔布置45t龙门吊进行管片堆放区的管片、油脂、轨道吊装，后面的出土孔布置45t龙门吊进行渣土吊装，将渣土倒入出土孔附近的渣土池。

9 盾构设备保养、维修制度
9.1 盾构机及配套设备检查保养计划
在盾构开始施工前，根据有关图纸和技术资料，制定盾构机的各种操作规程，并对操作人员进行培训，要求施工人员严格按照操作规程进行操作，减少误操作，杜绝野蛮施工，保护好设备。

在盾构投入使用前我们将加强对土木施工人员、机电维修保养人员的职业培训，并要每位有关技术人员和维修工人预先熟悉图纸和盾构设备的维修情况、维修要点，为以后施工做好准备。

为了降低盾构设备的故障率，提高施工进度和施工质量，本工程拟规定每天4小时作为盾构设备保养保洁时间，专门设立维修、保洁班。

为了做好盾构设备保养工作，特制定设备保养制度，定期保养并填写保养记录，并定期进行检查。

平时采用抽检的方式由设备工程师进行检查。

设备保养的内容根据盾构的具体情况设置日检、周检和月检的内容，主要项目包括各啮合部位和摩擦部位的润滑、清洁，各重要连接处的螺栓紧固、各密封处、油接头的渗漏检查，液压油油位、油质的检查，滤油器的检查等内容。

在设备维修方面，建立设备维修档案，由设备维修人员将每次发生故障的情况记录、原因分析及维修方法和维修结果根据所设计的表格认真填写，记录在案，并分析故障发生的原因，进一步采取预防措施，降低事故的发生频率，保证施工的正常进行。

并为设备保养制定了周、月、年、定时计划，并详细的做出了设备检查项目，以便有效的指导机修人员检查。

9.2 盾构及配套设备保养检查项目
盾构机及附属配套设备保养检查项目表9.2-1。