盾构施工方案汇总

盾构施工方案 第一部分 盾构选型及参数计算 １.1、概述 盾构是一种专门用于隧道工程的大型高科技综合施工设备,它具有一个可以移动的钢结构外壳(盾壳），盾构内装有开挖、排土、拼装和推进等机械装置，进行土层开挖、碴土排运、衬砌拼装和盾构推进等系列操作,使隧道结构施工一次完成。它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点,从松散软土、淤泥到硬岩都可应用，在相同条件下，其掘进速度为常规钻爆法的4～１0倍。较长地下工程的工期对经济效益和生态环境等方面有着重大影响，而且隧道工程掘进工作面又常常受到很多限制,面对进度、安全、环保、效益等这些问题,使用盾构机无疑是最好的选择。些外,对修建穿越江、湖、海底和沼泽地域隧道，采用盾构法施工,也具有十分明显的技术和经济优势 。 采用盾构法施工,盾构的选型及配置是隧道施工中关键环节之一，盾构选型应根据工程地质水文情况、工期、经济性、环境保护、安全等综合考虑。盾构的选型及配置是一种综合性技术，涉及地质、工程、机械、电气及控制等方面。 1.2盾构机选型主要原则 1．2．1盾构的选型依据 盾构选型主要应考虑以下几个因素： １）工程地质、水文条件及施工场地大小。 ２）业主招标文件中的要求。 ３)管片设计尺寸与分块角度。 4）盾构的先进性、适应性与经济性。 5)盾构机厂家的信誉与业绩。 6)盾构机能否按期到达现场。 １.2．２ 盾构的型式 1)敞开式型盾构 1 敞开式型盾构是指盾构内施工人员可以直接和开挖面土层接触,对开挖面工况进行观察，直接排除开挖面发生的故障。这种盾构适用于能自立和较稳定的土层施工，对不稳定的土层一般要辅以气压或降水，使土层保持稳定,以防止开挖面坍塌 。有人工开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构。 2）部分敞开式型盾构 部分敞开式型盾构是在盾构切口环在正面安装挤压胸板或网格切削装置，支护开挖面土层,即形成挤压盾构或网格盾构,施工人员可以直接观察开挖面土层工况,开挖土体通过网格孔或挤压胸板闸门进入盾构。根据以往大量工程经验,通常都将挤压胸板和网格切削装置组合在一起安装在盾构上，形成网格挤压盾构。这种盾构适用于不能自立、流动性在的松软粘性土层、尤其是对隧道沿线地面变形无严格 要求的工程。当盾构采用网格开挖时,应将安装在网格后面的挤压胸板部分或大部分拆除，利用网格孔对土层的摩擦力或粘结力对开挖面土层进行支护，当盾构向前推进时(一般是盾构穿越江湖、海底或沼泽地区），应将挤压胸板装上，盾构向前推进时,可将土体全部排挤在外面，不进入盾构；另外也可根据具体情况和盾构推力在大小和方向控制要求，选择和操纵挤压闸门控制一定的进土量，以使盾构顺利掘进。 有时在网格装置和挤压板后面加装一道隔舱板形成一道泥土舱,然后向泥土舱注水并与弃土搅拌形成泥浆，再通过管道将弃土泥浆排往地面，可进一步提高施工效率,改善隧道内施工环境。 3）封闭型盾构 封闭型是在盾构切口环和支承环之间增设一道密封隔舱板,在开挖面的土层和密封隔舱板之间形成密封泥土舱，盾构施工时，通过对密封泥土舱中的压力进行控制,使其与开挖面土层水、土压力保持平衡,从而使开挖面土层保持稳定。施工人员不能直接观察开挖面土层工况，而是通过各种检测传感装置进行显示自动控制。封闭型盾构主要有泥水加压式和土压平衡式两大类型。 （1）泥水加压盾构 2 在盾构内设一道密封隔舱板,在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支护开挖面土层,利用泥浆压力平衡开挖面土层水、土压力,并在土的表面形成一层不透水的泥膜，同时泥浆中的细微粘粒在极短时间内渗入土层，有利于增强土层自立能力。由刀盘开挖下的泥土经刀盘切削搅拌和搅拌机搅拌后，形成浓稠泥浆,用管道排送到地面处理场,再通过分离处理排除土碴,余下浆液经浓度、比重调整后又重新送入盾构循环使用。 泥水加压盾构适用于土层范围很广，从软弱粘土、砂土到砂砾都可适用。对一些特定条件下的工程，如大量含水砂砾,无粘聚力、极不稳定土层和覆土浅的工程，尤其是超大直径和对地表变形要求高的工程都能显示其优越性。另外对有些场地较宽、有丰富水源和较好排放条件或泥浆仅需作简单沉淀处理排放的工程，这种方法可较大地降低施工成本。 泥水加压盾构刀盘，多使用面板式结构，进土槽口宽度应按土质而定,一般槽口宽应小于排泥管口径，以免大块石堵塞管道,刀盘开口率一般在8％~10％左右。 采用泥水加压盾构施工，不需辅以其它（气压、降水)工艺来稳定开挖面土层,其施工质量好、效率高、安全可靠。然而它需要一套技术较复杂的泥水分离处理设备,投资较高,占地面积大,尤其是在城市施工困难较大。 (2）土压平衡式盾构 在盾构密封泥土舱内利用开挖下的泥土直接支护开挖面土层,既具有泥土加压盾构的优点，又消除了复杂的泥水分离处理设施,受到工程界的普遍重视。土压平衡式盾构可根据不同的地质条件采取不同的技术措施，设计成不同的类型,能适应从松软粘性土到砂砾土层范围各种土层内各种土层施工。 a)普通型的土压平衡式盾构 普通型的土压平衡式盾构适用于松软粘性土，由刀盘切削下的泥土进入泥土舱,再通过螺旋输送机向后排出。由于经过刀盘切削和扰动,会增加泥土的塑流性,在受到刀盘切削和螺旋输送机传送后也会变 3 得更为松软,使泥土舱内的土压力能均匀传递。通过调节螺旋输送机转速或调节盾构推进速度,调节密封泥土舱内的土压力,并使其接近开挖面静止土压，保持开挖面土层的稳定。 普通型土压平衡式盾构一般使用面板式刀盘，进土槽口宽在200~500㎜左右，刀盘开口率约为20%～4０%。另外在螺旋输送机排土口装有排土闸门，有利于控制泥土舱内土压和控制排土量。 ｂ)加泥型的土压平式衡盾构 当泥土含砂量超过一定限度时,土和砂的流动性就差，靠刀盘切削扰动，难以使泥土达到足够的塑流状态，有时会压密固结,产生拱效应。当地下水量丰富时,通过螺旋输送机的泥土,就不能起到止水作用,无法进行施工。此时,应在普通型土压平衡式盾构基础上增加特殊泥浆压注系统，即形成加泥型的土压式平衡盾构。对刀盘面板、泥土舱和螺旋输送机注入特殊粘土泥浆材料，再通过刀盘开挖搅拌作用，使之与开挖下来的泥土混合,使其转变为流动性好和不透水性泥土,符合土压平衡式盾构施工要求，符合土压平衡式盾构施工要求。 为了降低刀盘传动功率和减小泥土移动阻力,加泥型土压平衡式盾构刀盘为有幅条的开放式结构,开口面积接近100％,并在刀盘背面安装能伸出来若干能对土砂搅拌的叶片 ，以便对土砂进行强力搅拌，使其变成具有塑流性和不透水性的泥土。另外, 要求注入浓度、粘性更高的泥浆材料才能改变土砂的功能时,往往难以用刀盘搅拌达到目的，这将大大增加刀盘和螺旋输送机的机械负荷，造成盾构施工困难。此时应注入发泡剂代替泥浆材料，因为发泡剂材料比重小、搅拌负荷轻,可使刀盘扭矩降低50%左右。盾构排出土砂中的泡沫会随时时间自然消失 ，有时在泥土中加入消泡剂,可加速泡沫的消失，保持良好的作业环境。 c）加水型土压平衡式盾构 在砂层、砂砾层透水性较大的土层中，还可以采用加水型土压平衡盾构。这种盾构是在普通型土压平衡式盾构基础上,在螺旋输送机的排土口接上一个排土调整箱,在排土调整箱中注入压力水,并使其与开挖面土层地下水压保持平衡。经过螺旋输送机将弃土排入调整箱内 4 与压力水混合后形成泥浆，再通过管道向地面排送。开挖面的土压,仍由密封的泥土舱内土压来平衡。盾构掘进时,刀盘不停地对土层进行开挖和搅拌,使密封的泥土舱内的土砂处于均匀状态，土砂颗粒之间的空隙被水填满，减少了土砂颗粒之间有效应力，增加了流动性，从而能顺畅地通过螺旋输送机送入排土调整箱。在调整箱内通过搅拌混合,向地面处理场排放。 加水型土压平衡盾构的泥水排放系统与泥水加压盾构相似，但注入的主要是清水,无粘粒材料,无需对注入的水进行浓度、比重控制，泥水分离处理设备和工艺也大为简化。这种盾构刀盘一般使用面板式结构，进土槽口尺寸可根据土体中砾石最大尺寸来决定，刀盘开口率一般在20%~６0%左右。 d)泥浆型土压平衡式盾构 这种盾构适用于土质松软、透水性、易于崩塌的积水砂砾层覆土较浅、泥水易喷出地面和易产生地表变形的极差地层的施工。这种盾构具有土压平衡盾构和泥水加压盾构的纺织系统双重特征。盾构掘进时,应向盾构内注入高浓度泥浆,通过搅拌，使土砂混合成泥土,并充满泥土舱,支护开挖面。由于从螺旋输送机的排土口装上一个旋转排土器既可保持泥土舱内土压的稳定,又可不断地从压力区无压区内顺利排出。但从排土器排出的泥土呈泥浆状，不能用排送干土方式，排送向地面,同时泥浆浓度较高，无法通过管道排出，从螺旋输送机排出的泥土，是在泥浆槽中经水稀释后再以流体形式通过管道排往地面。 这种泥浆型土压平衡盾构机的泥土舱的泥浆供入系统和排出系统是两个回路,所以从泥浆排出系统操作所造成的压力波动，对泥土舱内支护压力无大影响，使盾构操作控制更为简便。 这种泥浆型土压平衡盾构机通常采用面板结构，进土槽宽度可按土层中最大砾石尺寸决定。刀盘开口率一般在４0%～６0%左右。由于泥浆型土压平衡盾构多用于巨砾土层,因此排土多采用带式螺旋输送机,可比同样大小中心轴式螺旋输送机排出的石块粒径大一倍左右。 (3）复合型盾构（盾构掘进机) 5 采用盾构掘进长距离隧道，会遇到复杂多变的地质条件，往往用一种类型的盾构难以完成施工任务,因此出现了复合型盾构。 所谓复合型盾构,就是在软土盾构的刀盘上安装切削岩层的各式刀具，有的还在盾构内安装碎石机，这种硬岩开挖工具与软土隧道盾构机械相结合，能在硬岩和软土地层交替作业。复合型盾构刀盘上安装的刀具,应根据不同岩层条件而定。 软土地层：主要采用割刀。安装在刀盘进土槽口两侧。 硬岩地层:主要采用盘式滚刀，对于更坚硬的地层，应安装牙轮形和镶嵌碳化钨珠形的滚轮刀。 软硬混合交替夹层：应采用不同形式的刮刀取代滚刀,其开挖方法是刮下块状石块，使其对软塑土层更有效地进行开挖。 上述各种刀具,应能相互调换,以便随岩层的变化进行有效选择。 复合型盾构主要有以下三种类型: a)泥水加压型复合盾构 以泥水加压盾构为基型,与硬岩开挖技术相结合，对大块卵石、块石应在盾构内安装碎石机。当盾构地软土层施工时,可按封闭型泥水加压盾构进行施工；当遇到硬岩地层施工时，在刀盘上安装不同的硬岩切削刀具即能快速转换成敞开型机械盾构施工，而碴土排送仍采用水力管道排送。 b)土压平衡型复合盾构 以土压平衡盾构为基础,与硬岩开挖技术相结合,当盾构在软土 层施工时，可按封闭型土压平衡盾构进行施工；而当遇到 硬岩地层施工时，在刀盘上安装不同刀具就能快速转换成敞开型机械盾构施工，为了排送尺寸较大的石块,可选用带式螺旋输送机。 c)敞开型复合盾构 以普通机械开挖盾构为基型,与硬岩开挖技术相结合,施工时只要根据遇到的不同土层条件,及时转换安装适当的刀具,就能使施工继续进行。 由于盾构掘进机，适应性较广,主要以它为例。 1．3盾构掘进机的工况的转换 6 盾构掘进机具有土压平衡状态和非土压平衡状态两种工况，能够适应软、硬两种地层的施工。根据地质情况,能够实现两种工作状态的互换。盾构掘进机从非平衡状态向土压平衡状态下的过渡:根据地质超前预报的信息,在前方遇到围岩不稳定的软土地带、断层带及涌水几率较高的地段时,及时关闭螺旋输送机的闸门,在盾构掘进机的密封隔板与开挖面形成的密封碴舱和螺旋输送机内充满刀盘切削下来的碴土，在盾构掘进机推进油缸的推动作用下,给泥土仓内的碴土施加压力，通过控制出土量，保持泥土仓的土压力与开挖面的土压相平衡，从而起到稳定开挖面地层，防止地表变形的作用，来实现从非土压平衡状态向土压平衡状态的转换。 盾构掘进机从平衡状态向非土压平衡状态下的过渡：在岩石稳定性好的地段,盾构掘进机可以在非土压平衡下进行隧道施工,不需要维持泥土仓的压力来稳定开挖面,可排空碴仓，此时因为碴仓内没有土压力，盾构掘进机有较高的掘进速度并且易于操作。 1.4、盾构掘进机的功能描述 1.4.1、推进特点 1)土压平衡盾构的推进 盾构掘进机具有土压平衡功能,在通过地层断裂带及工作面不稳定时,可以建立土压平衡，确保工程安全和工程质量; 土压平衡盾构适应在残积层、全风化层、强风化层等软弱围岩中进行掘进,根据碴土的塑性和流动性,在刀盘前和土仓内注入膨润土、高浓度泥浆、发泡剂等,与刀盘切削下来的岩土在土仓内进行搅拌,使其变为塑性的土体，通过控制掘进速度和调节螺旋机的转速两个方面来控制出土量,以调整切削腔室的土压的稳定,达到保持开挖面的稳定和控制地面沉降的目的，土仓内的土压力需在施工中根据地面的沉降量不断修正,土压力过小会引起地表沉降,土压力过大会引起地表隆起。 2）非土压平衡盾构的推进 当工作面岩土稳定时,也可以加大排土量，排空泥土仓的土碴，在泥土仓的压力处于不平衡状态下进行正常掘进。 7 非土压平衡盾构适应于在中风化层、微风化层等硬岩中进行掘进，因岩石的稳定性好,尤其是微风化层天然单轴极限抗压强度最高达４４.6~45．8 MPa,盾构可以在非土压平衡状态下进行隧道施工,不需要靠泥土仓的压力来稳定开挖面，可将土仓内的碴土排空，用管片衬砌背后及时注浆的方法来控制地面沉降。盾构主要依靠盘形滚刀来破碎岩石，滚刀在盾构掘进机的推进作用下压入岩体,碾碎岩石。滚刀在刀盘上按螺旋线排列,使得在整个工作面上的岩石均被破碎。 在掘进的同时,注入泥浆及添加剂，一方面泥水可降低切割岩石的摩擦力,减小刀盘扭矩，同时也起到辅助破岩的作用。 当切削刀盘旋转开挖,盾构掘进机有一个自然趋势滚向相反的方向，为确保盾构掘进机的稳定,在盾构掘进机的前部设有一对撑靴,当在开挖较硬的地层而出现滚动时，将撑靴伸出，撑在隧道周边上，它能抵抗这种滚动趋势。 ３）盾构掘进机在软、硬不均断面地层中的推进 盾构掘进机在穿越残积层、全风化层与微风化层的混合断面时，盾构掘进机姿态可能会向软弱地层的方向偏移。可以采取将偏移方向的推进油缸的工作油压提高，同时降低相反方向推进油缸的工作油压，使盾构的掘进机推进力形成纠偏力矩,依此来调整盾构掘进机的姿态。 ４)盾构掘进机穿越断层带的推进 比如，在广州火车站至三元里站区间,走马岗断裂带在隧道底部通过;在越秀公园附近有一广从断裂带，这些断裂破碎带富水性较好,施工时可能出现涌水现象,在该段地层中,采用土压平衡工况掘进是非常可靠的。 5)盾构掘进机穿越火车站的推进 比如,盾构掘进机在穿越广州火车站时，为保障铁路不减速的运行安全,主要应满足轨道的沉降要求。可以采取以下措施： a)在铁路两侧设沉降观测点,进行跟踪测量，及时通知开挖面优化盾构掘进参数，切实保证开挖面的土压平衡，使土仓压力波动控制在最小的幅度,尽可能减少盾构掘进机对周围土体的扰动。 8 b)采用及时和二次注浆，及时对管片衬砌盾尾间隙进行充填注浆， １０m后再进行补压浆。 c）在穿越铁路时,进行管片外2～3m的径向压力劈裂注浆;控制地层沉降引起的轨道下沉,保证列车安全运行。 1.5.主要机构的功能描述 此次投标选用的是盾构掘进机，主要由盾壳、刀盘、推进系统、螺旋输送机、盾尾密封、铰接装置、管片拼装机、撑靴、后配套设备等机构组成。 1)盾壳 盾壳是一个用厚钢板焊接的圆柱形筒体，是盾构受力支撑的主体结构。其作用: (１)承受地下水、土压力，盾构千斤顶的推力及各种施工荷载；（2）支承和安装各类机电设备及管片; （３）保护操作人员的安全。 盾壳沿长度方向分切口环、支承环、盾尾三部分。盾尾后端安装有盾尾密封。 2）刀盘 刀盘用来开挖土体,同时具有搅拌泥土的功能。刀盘是幅条式结构，几十把盘形滚刀以螺旋线布置在幅条上,能够全断面的破碎围岩。滚刀设计成背装式，实现在泥土仓内对损坏的滚刀进行更换，消除了在盾构掘进机刀盘前端维修保养刀具的危险。切割刀对称安装在幅条的两侧,刀盘用螺栓、螺母固定,可以更换。 装在泥土仓内的压力传感器，可以使操作人员随时察看舱内的土压力,以便及时并准确地调整开挖参数。 比如,广州地铁二号线越秀公园站~三元里站盾构法施工地段既有软土，又有硬岩,还有软土和硬岩的混合断面的地质特点，我们采用盘形滚刀和割刀组合布置的刀盘。这种方式的刀盘具有较强的地质适应能力,割刀用以开挖砂土层、粘土和强风化岩层等软弱围岩，盘形滚刀则用来对较硬的中、微风化岩层进行全断面破碎开挖。 ３）刀盘驱动系统 9 刀盘驱动系统用以驱动刀盘旋转,对土体进行挤压和切削。主要由大轴承、大齿圈、密封圈、减速器及马达等组成。 刀盘用高强度螺栓与大齿圈连接,大齿圈即为大轴承的回转环,马达带动减速器输出轴上的小齿轮,小齿轮与大齿圈啮合，从而驱动刀盘旋转。大轴承既承受刀盘的自重，又承受盾构掘进机的推进力，是盾构掘进机的主要组成部件。为了获得最大的主轴承寿命,设置有密封装置，密封由加压润滑油系统来润滑。 盾构掘进机在开挖软弱围岩时,采用高扭矩,低转速的工况；当盾构切削硬岩时，增大流量，采用低扭矩、高转速的工况。 4)铰接装置 比如，广州地铁二号线越秀公园站～三元里站盾构法施工地段的线形条件:最小平面曲线半径为3５0m,最小竖曲线半径2000m,为了使盾构掘进机适应曲线段的推进，能够灵活转向，把盾掘进机设计成铰接式，从而易于转弯，减小曲线超挖量;并能减少顶进时管片的偏压，提高隧道施工质量，也易于对掘进方向随时进行修正。 铰接装置使盾构掘进机分成前后两段，两段之间通过铰接千斤顶操作，可使盾构掘进机前后两段绕铰接中心沿圆弧面上下、左右回转，满足盾构掘进机顺利转弯和坡度的要求,使盾构掘进机转弯方便,减少曲线超挖量及对土体的扰动。 盾构掘进机铰接处设有机械限位,以保证盾构掘进机推进时前后节绝对不会脱开，并保证达到设计转角位移要求。铰接装置设内外两道密封，以防泥水进入。 5)人行闸门 在盾构掘进机密封隔板处设有一道人行闸门,闸门处有一气压仓。在土压平衡工况下施工需要进入泥土密封仓内排除障碍或调换切削刀具时，先将泥土仓内充以压缩空气,用以疏干并支护开挖面土体,然后人员再通过气压仓的加、减压过渡而出入泥土仓。 6)推进系统 盾构掘进机是通过沿支承环周边布置的盾构掘进机千斤顶支撑在已安装好的管片衬砌上所产生的反作用力而前进的。为了不使千斤 10 顶端部承受管片的集中荷载,造成偏心荷重,支座设计成铰接式，并设置支板均匀地将力传递到管片的环面上。 把盾构千斤顶分成掘进机若干扇区,每个扇区由一只电磁比例减压阀控制，用来调节各组扇区千斤顶的工作压力，从而纠正或控制盾构推进的方向，使符合设计轴线的要求。 7）撑靴 撑靴的主要作用是防止盾构掘进机的滚动。当切削刀盘旋转对硬岩切削开挖时，机器有一个滚向相反的方向自然趋势,尤其是在硬岩地层中，盾壳构的外壳与洞壁之间的摩擦力较小，这种滚动更加明显，在盾构掘进机前部设有一对撑靴，可能出现较大滚动时,将撑靴伸出，撑在隧道壁上,它能产生抵抗这种滚动的反力矩。撑靴主要是由支撑靴板、支撑油缸和支撑座组成。不需要时,可以收回撑靴。 ８)泥浆及添加剂的注入机构 为了改善开挖下来的碴土的塑性化流动，注入设备必须将足够数量的泥浆及添加剂注到适当的位置。泥浆及添加剂的注入机构主要由搅拌土箱、压注泵组、输送管路、注入口组成。 穿越软土时，在泥土仓内加注泥浆或发泡剂等添加剂，可以改善碴土的和易性，确保螺旋输送机的出土顺畅，有效地调节土仓内的压力。 当盾构掘进机穿越较硬的岩层时，泥水可降低刀盘面板与岩土摩擦力,减小刀盘扭矩，同时起到冷却滚刀,延长刀头的寿命和辅助破岩的作用。 9）螺旋输送机 螺旋输送机的主要功能是：一是排土；二是通过调节转速控制出土量，保持密封仓内土压稳定；三是螺旋输送机为密闭式的输送装置，可防止水渗漏到盾构内。 螺旋输送机由螺旋叶片、外壳、排土闸门等部件组成。螺旋输送机变速可逆转。泥土入口端装在盾构泥土舱底部，穿过密封隔板固定，倾斜安装。螺旋输送机出碴口安装滑动式闸门,用以防水。 螺旋输送机为可伸缩式,当在土压平衡状态时，泥土具有可塑性， 11 螺旋输送机的叶片和集料斗缩回，泥土可顺利排出；在非土压平衡状态时为便于集料,螺旋输送机叶片和集料斗向前伸出。 由于螺旋输送机能排出岩碴的最大粒径是有限的,为防止螺旋输送机被卡死，采用二次破碎的方式,对进入泥土舱内大的石块进行破碎，以适应裂隙发育的硬岩地层。 10)密封盾尾 密封盾尾，用以防止地层中的泥土、泥水、地下水和衬砌外围注浆材料从盾尾的间隙中漏入盾构。由三道钢丝刷和一道弹簧钢板组成。在每两道密封之间注入密封材料、油脂等，作为防高压水措施,以提高密封效果，并可减少钢丝刷密封件与隧道管片外表面之间的磨擦，延长密封件的寿命。 11）背衬充填与注浆系统 采用盾构法施工的隧道，是沿着盾构掘进机的外壳进行开挖的，而作为衬砌的管片则是在盾尾组装起来的,所以当盾构掘进机推进时，围岩与管片间由于盾尾的抽脱及超挖等原因就形成了空隙,这一空隙如不加处理地搁置，不可避免的上面的围岩要向下沉降,其结果是发生波及地表的地面沉陷，严重的会危及地表建筑物的安全,因此,及时地进行背衬充填与注浆可以起到压实松动的围岩,以防地表沉陷，提高隧道防水性，防止管片漏水，将管片与围岩一体化，确保管片衬砌的稳定。 1２）管片拼装机构 拼装机的功能是安全且迅速地把管片组装成所定形式,它具有伸缩臂、夹具前后移动以及臂回转的功能。 拼装机回转由马达驱动;管片的轴向平移和封顶块的轴向移动，由平移千斤顶操作夹持器来完成;管片的提升由液压油泵操纵。这些液压缸和马达由一个独立的液压泵站供油，简化了管线布置,避免了管线的机械运动。 由于管片的自重造成管片安装位置不准确,严重影响下一环管片的安装和管片环的受力状态，为此,在组装管片时,可用真圆度保持器对管片进行位置矫正,保持管片的真圆度。真圆度保持器具有前后移 12 动和径向顶压的功能。 1.６、盾构机的主要性能 用于西班牙马德里工程的盾构机 地质：石灰石、泥灰岩、粘土;刀盘切削直径φ6１4０mｍ ; 抗压强度350~1050Kｇ/cm２（35MPa～１０5ＭＰa); 刀盘扭矩:154 t·m ； 推力:584t 。 用于美国尤克利得隧道工程的盾构机 地质：页岩、粘土 ; 刀盘切削直径：φ5970mm ;抗压强度:1４1Ｋｇ／cｍ2(14．１MPa) ； 刀盘扭矩:111 t ·ｍ ； 推力：226８ｔ 用于新加坡隧道工程的盾构掘进机 地质:砂岩、泥岩、粘土、冲积土; 刀盘直径:φ６55０mｍ； 刀盘功率：945Kw; 掘进速度１8～8３ｍ／周 用于英格兰某工程的盾构掘进机 地质:砂岩、石灰石、淤泥、粘土; 刀盘直径:φ７３５0mｍ; 掘进速度：7.5~３７.5m/周 1.7方案实例 针对工程标段的地质条件、线路条件、周边环境以及施工、工期要求,我们先后同罗宾斯、川崎、海瑞克、小松等盾构生产厂家进行多次技术交谈，他们所提供的设备方案,都选用了复合式盾构掘进机,其结构特点如表3－4所示。 13 盾构掘进机结构特点比较 表3-4 项目 罗宾斯 砂土、泥土、软 适应的地质条件 岩、强、中、微风化岩，岩石抗压强度20～80MPａ 采用混合型刀盘，其上安装了用于岩石切割的盘型滚刀和用于软土开挖的切混合型刀盘,其上安装了17吋的正滚刀3５把，１5.5吋的中心刀、边刀、超挖刀各2把，切刀4８把，切削原理同混合型刀盘,其上安装了17吋的单混合型刀盘，其上安装了17吋的双刃盘刃盘刀25把,双刃盘刀8把，切刀1刀21把，切刀６4把，边刀8把，超挖４0把，边刀１７把,切削原理同左。 刀１把,切削原理同左。 同左。岩石抗压强度57MＰa 川崎 小松 海瑞克 同左。岩石抗压强度３4～60MPa 砂土、泥土、软岩、强、中、微风化岩, 刀盘与切削原理 刀，其中17吋的左。 14 项目 罗宾斯 砂土、泥土、软川崎 小松 海瑞克 适应的地质条件 岩、强、中、微风化岩，岩石抗压强度20～80MPａ 盘型滚刀３7个，切刀与边刀共8４把。当开挖面处于岩层时,盾构以敞口开挖方式进行切削推进。当开挖面处同左。岩石抗压强度57MＰa 同左。岩石抗压强度３4～60MPa 砂土、泥土、软岩、强、中、微风化岩, 15 项目 罗宾斯 砂土、泥土、软川崎 小松 海瑞克 适应的地质条件 岩、强、中、微风化岩，岩石抗压强度20～80MPａ 于软土和不稳定地层时，则以保持开挖面稳定的土压平衡方式进行切削开挖。 螺旋螺旋输送机为中螺旋输送机为中心轴螺旋机为带状式，其结构较小，最螺旋输送机为中心轴式,螺杆可伸缩,当输送心轴式,进口端式，进口端不在底部,当大排出粒径可达450mm,进口端位处于岩层时,螺杆伸入泥土舱内的底部,机 同左。岩石抗压强度57MＰa 同左。岩石抗压强度３4～60MPa 砂土、泥土、软岩、强、中、微风化岩, 16 项目 罗宾斯 砂土、泥土、软川崎 小松 海瑞克 适应的地质条件 岩、强、中、微风化岩，岩石抗压强度20～80MPａ 位于泥土舱的底进行敞口开挖岩层时,螺于泥土舱的底部，以利于排空舱内有利于岩碴的排出,有利于两种不同切削部，以利于排空旋机和导料板即可伸入的土碴。 土舱内的土碴。泥土舱内，有利于岩碴最大通过粒径为的输出，并由螺旋机的300mm。 中段出料口出碴。当处于软土和不稳定地层时，螺旋机又缩回原位，过程的转换。最大排出粒径为２50mm。 同左。岩石抗压强度57MＰa 同左。岩石抗压强度３4～60MPa 砂土、泥土、软岩、强、中、微风化岩, 17 项目 罗宾斯 砂土、泥土、软川崎 小松 海瑞克 适应的地质条件 岩、强、中、微风化岩，岩石抗压强度20～80MPａ 以利于泥土舱内水、土压力的控制,最大粒径２５0~300mm。 刀盘切削直径φ６刀盘切削直径φ６2０同左。岩石抗压强度57MＰa 同左。岩石抗压强度３4～60MPa 砂土、泥土、软岩、强、中、微风化岩, 主要２00mｍ，刀盘0mm，刀盘最大转速348７6ＫNm功率(900KW）总推力3rpm,刀盘扭矩(功率）48６０KNm（９45性能刀盘扭矩（功率）参数 最大转速3rpｍ,ｒpm，６00T ＫW)总推力305８Ｔ 刀盘扭矩（功5732KＮm(９０0KW)，刀盘最大转速3．８ｒpm，刀盘扭矩刀盘切削直径φ6320mm,刀盘最大转速６ 18 项目 罗宾斯 砂土、泥土、软川崎 小松 海瑞克 适应的地质条件 岩、强、中、微风化岩，岩石抗压强度20～80MPａ 率)58５0Ｋ总推力3234Ｔ Nm(900KW)总推力3300T 同左。岩石抗压强度57MＰa 同左。岩石抗压强度３4～60MPa 砂土、泥土、软岩、强、中、微风化岩, 19 从盾构掘进机的使用实例,对比各盾构掘进机生产厂家提供的方案,综合我们自己进行的盾构性能对比和盾构掘进机参数的计算,选取具有复合式性能的盾构掘进机,完全可以达到业主要求的沉降指标、工期要求,确保施工安全。盾构掘进机方案如图所示。 1.7.1盾构机直径的确定（计算盾尾间隙） 1)盾尾间隙的计算 盾尾间隙的计算（如右图) Ｄ—管片外径 D=６0００mm; L—盾尾端至第一环管片前端的距离 L＝１850mm； Ｒｏ—隧道曲线半径 ｏ ＝3５0m； R—隧道管片内侧曲线半径, Ｒ= Ro－D/2＝34７m; 盾尾端部至第一环长度L；管片前端对应的圆心角φ; φ=sin-1（L／Ｒ）＝ siｎ－1 (１.85/3４7)=0.305０ b—第一环管片前端相对于盾尾端部的移出量; b=R（1-cosφ）=347×（１-coｓ0.305０）=0.00５m=5mｍ b=5ｍｍ是曲线半径350m时,管片在盾尾内的最小极限间隙值，考虑到管片本身的尺寸误差、拼装的精度、盾尾的偏移等，通常要在这一极限间隙量上增加相应的富裕值，按照各国常用的盾尾间隙计算公式及盾构机外径对应的常用富裕值(K=3０mm),需要的盾尾间隙为： Ｃ＝(b＋K）/2=(5+3０)/2=18mm 选取盾尾间隙x =２5mm,因为C＝2５ｍｍ>１8ｍｍ，在曲线半径为350m时，是完全能满足施工要求的。 ２）盾构机直径Ｄ的确定 D=d+2（x＋t） ｄ—衬砌管片外径； x—盾尾间隙,x =２5mm; t—盾尾外壳钢板厚度选取t＝ 45mm 因此盾构掘进机的直径为: D=６000+2(25+4５）=６14０mm 20 Rφ1.7．2盾构机长度的确定(计算最小转弯半径的超挖量) 由于盾构掘进机的最小转弯半径为350m,所以在盾构掘进机的方案结构长度决定后，需计算盾构掘进机较长的那段在最小转弯半径处的扩挖量，以确定盾构掘进机能否顺利通过最小曲线段。 1)扩挖量的计算（如下图) Lb—盾构掘进机后体长,Lb=340０mm Rs—盾构掘进机内曲线半径， Ｒs ＝３46.9m 计算条件： 每一开挖循环盾构掘进机体的转弯角度,取St=10° 线路曲线半径，R0=３5０m A、B、C三点的坐标计算 XＡ＝－（Lb-L） =－(３400－185０) =－15５0mm YA＝ R０＝350m XB=XA+La ｃoｓ St OCStBCA图中:La—盾构掘进机前端到铰接中心的长度,Ｌa ＝465０mｍ; =－１５50－4６５0 cos10° ＝－６12９．3７mm YＢ＝ＹＡ－Ｌａ ｓｉn St =３５0000－4６50×sｉn10° =34９192.5mm XC=ＸＢ＋（Ｄ/２）sin St =-6129.３7+（６１40/2） ×sｉn1 =－559６．2７mｍ ＹC=YＢ-（D／2)coｓ St =3４９１92.5-(6140/２）× cos10° LL0CY（0，0）0X０° =3４６１69.3mm Ca=tａn-1| XC／ YC| ＝ tａn-１｜－5596.27／ ３4919２．５| 21 =0.918１ OCXc2yc2Rs/cos(CaSt) =３.74mm 理论计算表明：在半径为35０m的曲线段上推进，当盾构掘进机前体长度为4．6m,每次推进偏转1０时，扩挖量为3.7４mｍ,即可以满足要求。但是,在实际施工中，考虑施工、盾构掘进机本身的误差等,实际的扩挖量远比理论计算值要大,参考有关的资料，取盾构掘进机的最大超挖值为:OC=100mm １．7．３盾构掘进机计算依据和计算内容 1）计算依据 盾构掘进机选型主要性能参数的计算根据业主所提供的地铁的工程和水文地质情况，参考有关资料进行。 ２) 计算内容 盾构掘进机的主要参数计算包括硬岩和软岩两种情况进行。 1.７.4硬岩中推进时盾构掘进机推力和扭矩的计算 1）地质参数按照微风化岩层选取。 岩石的抗压强度Ry:Rｙ=56.6MPa=566kg/cm２ 盘型滚刀的参数： 盘型滚刀的直径:d=４3．2cm， R=２1.6ｃｍ ; 盘型滚刀刃角α＝6０° 刀具每转切深:h＝1cm; 盘型滚刀刀间距：Bm=2htgφ/２ ; 刀盘直径:D=6.18m 式中：h为刀具每转的切深; φ为岩石的自然破碎角，查表选取φ=150° Bm＝2hｔgφ/2=2×1tｇ１50０/２=7.46cｍ≈7.5cm ２)在硬岩中盾构掘进机推力计算 22 05596.32346169.32346900/cos(0.9181100)（１)硬岩中盾构掘进时刀盘的滚压推力 a)每个盘型滚刀的推力F力 根据力平衡原理和能量守恒原理计算刀盘的滚压推力，每个滚刀的滚压推力F力为: F力4r0.5KdRy（i）(i)1.4h2Rhh210tg31.5352480.5301500.5556.610（）()1.41221.6112tg　　231.535　=18.6t 式中:φ—岩石的自然破碎角; ｈ—刀具每转切深,单位为厘米； Ｒ—盘型滚刀的半径， 单位为厘米; Ry—岩石的抗压强度,单位为MＰa 。 ｋd —岩石的滚压系数,其与岩石性质有关,查表取kｄ=0.55; ri—为盘型滚刀的刃角半径,单位为厘米; θi—为盘型滚刀的半刃角； φ—为岩石的自然破碎角,查表选取φ＝1500 ｂ)盘刀的滚动力F 3hFξP力42Rh式中：ξ—与被滚压岩石自由面条件和形状有关的换算系数,ξ=0.8； m—刀盘上安装的盘型滚刀数量, P力＝ Ｆ力 31F0.818.64221.61 =1．７3t ｃ）滚刀数量的计算 ｍ=D/(２×Bm) =６．14／（2×0.075） =4０.9 23 因此刀盘上安装的盘型滚刀数量取为:m=41 根据经验公式ｍ＝7D d)刀盘的滚压推力F推: F推＝mＦ力 =４1×18.6 =762.6t (2）盾构主机外壳与泥土之间的摩擦阻力F１ 式中：u—土与钢之间的摩擦系数,u＝０．3; L—盾构掘进机长度,L＝8.０５ｍ； F1=１/４×(26．4+３１.5＋２2.7＋２7．８）×π×6.１4×8.05×０.３ =12５４．3t （３） 盾尾与管片之间的摩擦阻力F４ F4=Wcμｃ =4０×0．3 ＝12.0t 式中:Ｗc—作用于盾尾的管片的重量（假定作用于盾尾的重量为两环管片的重量,Ｗc=40ｔ） μｃ—管片与盾尾之间的摩擦系数μc=0.3 （４) 后续设备所需的牵引力F5 F５=μqGF１=μ （5) 硬岩中盾构掘进所需的总推力 F总= F推 + F1 + F４ ＋ F5 ３） 硬岩掘进时所需的刀盘扭矩T: a）刀盘滚动阻力矩计算T1 刀盘滚动阻力矩计算T1: T1FBmmii1mT11.730.075mii141＝１１4.4ｔ.ｍ 式中： 24 Bｍ—滚刀间距,Bm ＝7.5cm； F—盘刀滚动力;由前面的计算，F=1.73t 式中：Bｍ—滚刀间距，Ｂｍ =7.5cm； F—盘刀滚动力;由前面的计算，F=1.７3t b) 石碴提升所需要的扭矩T2； T2 ＝qπR2ｈμ1Ｒ =1.９9×π×3.09２×0．０1×０．618×3.0９ ＝1.１ｔ．m 式中:q—石碴容重,q＝１.９９t/ｍ3； μ1—刀盘系数,μ1=０．6１8; ｃ) 克服刀盘自重所需要的扭矩T3: T３=W1.μ１.R =50×0.618×３.０9 =95.5t.m 式中：W1＝刀盘自重，Ｗ１=5０t d） 硬岩掘进所需要的力矩T总： T总= Ｔ1+Ｔ2＋T3 =114．4+１．1+95.５ =２11t.m e)盾构掘进机在硬岩中推进时所需要的推力和扭矩 F总=762.６t T总＝２1１t.m 取F总=763t；T总＝２11t.m 1．7．5软土中的推力和扭矩计算 通常，盾构在硬岩中掘进时的刀盘扭矩小于在软土的扭矩,只对盾构在软土中推进时的扭矩进行计算。 1） 地质参数选取： 岩土容重γ＝1．99t/m3； 岩土内摩擦角 φ=19.5０； 土的粘结力 C=４9Kpa=4．9ｔ/m2; 25 覆盖层厚度: Ｈmax=２6m， Hmｉn=8m; 地面上置荷载 Ｐ0＝2t/ m２； 水平侧压力系数λ＝０．４9； 盾构掘进机外径 D=6.14m; 盾构掘进机总长 L=８.0５ｍ； 盾构掘进机总重W=２５0t(假定）； 管片每环的重量Wg=２0t; 水平与垂直土压之比 K0=１ 2)土压力计算 按照常规算法,盾构的外部荷载将分别按照最大覆土厚度处的松动土压力和两倍盾构直径的全土柱高计算所产生的土压力，并取两者中的最大值作为盾构计算的外部荷载。即Ｐ外=ｍax{ps , pｑ }． a) 松动土压力计算: （a)松动高度计算： 松动高度h０ h05.93(14.9)26261tg19.501tg19.50()25.931.99(1e5.935.93)e01.991tg19.5B1tg(式B1(1h0中： C)KB1γ(1eK0tgφR0tgφ(H)B1KP0)eγ0tgφ(H)B14502φ2)3.0719.500452)tg(2 =5.93ｍ =7.9m （ｂ)松动土压ＰＳ Ｐs＝γｈ０ 26 ＝1.99×7．９ =1５.72t/m2 b)两倍盾构机直径的全土柱土压力： Pｑ=γh0 式中：h0=2D=2×６.1４＝12.2８ｍ Pq=γｈ０ =1.99×12.28 =24.4 t／m2 由于Pq＞Ps 所以，取Pq计算。 c） 盾构受土压力的计算 （a） 盾构上部土压力 P0 = Pq ＋2 =2４．4+2 0＝26．4 t／m2 （b) 盾构底部土压力 P０1=P0+Ｗ/(D·L) =２6．４＋250/（6.14×8.05） ＝３1.5 t/m2 （c)盾构顶部侧压力 P1 =P0λ =３1．5×0.４９ ＝1５.４t/ｍ２ (ｄ)盾构底部侧压力 P2 =(Ｐ0+γD）λ =(２６．4＋1.99×6.14）×０.４9 =18．9t/m2 3）盾构机的推力计算： 盾构掘进机的推力由盾构掘进机的外壳与土体之间的摩擦阻力、刀盘承受的主动水平压力引起的推力、土的粘结力引起的刀盘推力、盾尾与管片之间的摩擦阻力几部分组成。 27 (a） 盾构外掘进机外壳与土体之间的摩擦阻力Ｆ1: Ｆ1=1/4×(P0+ Ｐ01+ P1+ P2).πDLu 式中：u—土与钢之间的摩擦系数,u=0.３; Ｌ—盾构机长度，Ｌ＝8.05m; Ｆ1=1/4×(26.4＋３1.５+22.7+27.８）×π×6．14×8.0５×0.3 =1254.3t (b)刀盘水平压力引起的推力Ｆ２: 水平主动土压力Ｐd H0＝ｈ０+R =12．28+3.０7 =１５．4m 水平主动土压力Pd Ｐd ＝γH０tg2（４50－φ/2) ＝1.99×15.4×tg2(450-１９.50/2) =1５.3t/m2 F2 =π/4(Ｄ２. Pd） =π/4×(6.1８2×15．3） ＝４62.0t (c) 土的粘结力引起的刀盘推力F３ F3 ＝π/４(D2C） =π/4×(６.1８２×４．9) =147.0t (ｄ)盾尾与管片之间的摩擦阻力Ｆ4 Ｆ4＝Wcμｃ =4０×0.3 =12.0t 式中：Wc—作用于盾尾的管片的重量(假定作用于盾尾的重量为两环管片的重量，Wｃ=40t） μc—管片与盾尾之间的摩擦系数μｃ=0．3 （e） 后续设备所需的牵引力Ｆ5 F5=μqG 28 (f)盾构机掘进需要的总推力F F= Ｆ１＋F2＋F３＋F4＋ F５ =125４.３＋４６2.0+147.0＋12.0 =1８75．3t (４)曲线段推力计算 在曲线段推进时,盾构机的推力为正常推进时的１50%,因此,盾构掘进机实际应备的推力为： F推=1．５F =1.５×18７５.3 =281３.０t 取F推为２８13．0 t 4）软土推进时盾构掘进机扭矩计算 盾构掘进机在软土中推进时的扭矩包含切削扭矩、刀盘的旋转阻力矩、刀盘所受推力荷载产生的反力矩、密封装置所产生的摩擦力矩、刀盘的前端面的摩擦力矩、刀盘后面的摩擦力矩、刀盘开口的剪切力矩、土压腔内的搅动力矩。 (１)切削土体的扭矩Ｔ1 计算参数： 推进速度ｖ： 一般情况下v=1.8m/h,vmax＝3m/h；刀盘转速n: ｎ=１rpｍ 刀盘每转切深h: ｈ＝v/n=3cm,ｈmax＝ Vmax ／n=5ｃm； 土的抗压强度qu : qu =12.２ｔ/m2 刀盘直径:Ｄd =６.１8m,半径Ｒｄ =3.0９ｍ T1=１/2（qu hmａx R２d ） =1/２×(12.2×０．０5×3．0９2) =2.91t．m (2）刀盘自重产生的旋转反力矩T２： Ｔ2=G. Ｒ1 .ug d2R1—滚动接触半径,R1=2.0５； ug—滚动摩擦系数，ug =０.０04； T2 =５0×2.05×0．004 =０.4t.m d1式中:G—刀盘自重,假定Ｇ=50ｔ； 29 (３)刀盘推力荷载产生的旋转阻力矩Ｔ3 推力荷载Pt Ｐt ＝απR2Pd＋π／４（d22-d12）Ｃ ＝0.65×π×3．092×15.3＋π/4×(4.822-3.8４22)×４.9 =33０.２t 式中:α—刀盘开口率,α=0.６5; ｄ2—刀盘支撑梁外径,ｄ2=4.８m d１—刀盘支撑梁内径，d1 ＝3.８4m T3 ＝ Ｐｔ R1 μｇ ＝330．2×2.05×0.004 =２.7ｔ.m (４） 密封装置摩擦力矩T４ Ｔ4=2πuｍFm (n1R2m1+n2Ｒm12） =2×π×0.2×0.15×（3×1．842＋３×２.２62） =4．8t．m 式中：um—密封与钢之间的摩擦系数，um=0.2 Fm—密封的推力，Fm ＝0.15t/m2； 密封数n１= n2=3， Ｒ m1 、Ｒ m2—密封的安装半径,Ｒ m1＝1．84m,R m2=2．２6m （５) 刀盘前表面上的摩擦力矩T５ T5=2/3（απupR3Pd) =2/３×(0．65×π×0．15×3.09３×1５.3） =9２.2t.m 式中:uｐ—土层和刀盘之间的摩擦系数,uｐ =０.１5; α—刀盘开口率，α=0．6５ Pd—刀盘中心的土压力，由前面的计算，Pｄ ＝15.3t／m2 （6） 刀盘圆周的摩擦反力矩T6 刀盘圆周土压力Pｚ Pz ＝（P０+P０1＋P1+P2)/4 =（26.4+31.５+22.7＋２7.8)/4 =27.１t/m2 式中：D—盾构机直径，Ｄ＝6.１8ｍ Ｌｋ—刀盘宽度，Lk =0.45 30 T6=２πLkRd2Ｐzup （7)刀盘背面的摩擦力矩T7 刀盘背面的摩擦力矩由土腔室内的压力所产生,假定土腔室内的土压力为0.8Pd T7＝２/3×（απR3up×0．8Pd) =2/3×（0.65×π×3.0９3×０.1５×0.8×15.３) =7３．7t．m （８) 刀盘开口槽的剪切力矩T8 土的抗剪应力Cτ,在切割腔内，由于碴土含有水，取C=1．０t/m2, 内摩擦角取为φ=50 Cτ=1＋1５.3×tg5０ =2.3t/m２ Ｔ8=2/3.πCτRd3 （1-α） =2/3×π×2．3×3.093×（1-0.6５） ＝49.７ t.ｍ （9） 刀盘土腔室内的搅动力矩T9 Ｔ9=２π（ｒ２２+r12）Ｌz Ｃτ ＝2×π×(2.42+1.922)×0．8×2.3 ＝1０９.2t.m 式中:r1—刀盘支撑梁的内径,r１= d1/2=1．92m； r2—刀盘支撑梁的外径， ｒ２= d2/2=2.4m ； Lz—刀盘支撑梁的长度,假定Lz =０．8m； (10)刀盘总扭矩T TTiT19=2．９1+0．4+２．7＋4.8＋92.2＋71.0＋７3.7+49.７+２4．0 ＝3２1．4t．m 取Ｔ=322 ｔ．m ５）推力和扭矩的经验计算公式 （1) 推力的经验计算公式 31 ａ） 推力的经验计算公式1 Fj=βD2 式中:β=５0～120t/m2 b) 推力的经验计算公式2 FJ＝π/4×Ｄ2×Pj 式中： Ｐj=７0~１00ｔ/ｍ2 按照盾构掘进机刀盘扭矩的常用算法M＝αＤ３， 对机械式，α=0.5～1.2; 泥水加压式，α=1．0～１.5； 对于土压平衡盾构,取α= １．5～2.0; M＝2×6.1８3 ＝472 t.m 根据理论公式和经验公式分别计算推力和扭矩，再考虑足够储备,最后,综合确定推力和扭矩。 1.７.6刀盘功率P/ １)刀盘功率P/ N=Nmax×０．７ P／＝TcN/9５5０ 式中：刀盘最大扭矩为Tc，单位为t．m;刀盘最大扭矩所对应转速N=Nmax×０.7,单位为r/miｎ . 1.７.7刀盘驱动机功率P 刀盘驱动机功率P P= P’/η 式中:传动总效率、包括机械传动总效率、液压传动总效率,取η=0．75. 1.6.７盾构推进功率 PＴ = F V 式中：F—盾构总推力,单位为Ｎ；V—最大推进速度,单位为m/ｓ; PT单位为w. 1．7.８螺旋输送机的参数确定 1)螺旋输送机输送量Q 盾构机的开挖直径 D=６.１8m； 开挖速度:V＝1.８m／h 32 Vmax＝3m/h,计算螺旋输送机的参数时取Vmax (1)盾构掘进机的理论挖掘量ql: ql =π/４.（Ｄ2Ｖmax) =π/4×(6．182×3） =90．０m３／ｈ (2) 螺旋输送机的理论出土量q 土的松动系数取为1.6 q=9０．0×1.6＝1４4 m ３／h （3) 螺旋输送机的实际输送能力Q 螺旋输送机的实际输送能力应大于盾构的理论出土量,查表取 Q=２q ＝2×144 =２88 ｍ3/h 取Q=320 m3／h 2）螺旋输送机的主要参数的确定 选定螺旋输送机的参数： 螺旋外径： Ｄs =8０0ｍm; 螺旋节距: Ｌs =７00ｍｍ; 转速: n=0~1５ｒpm; 根据选定的参数重新验算螺旋输送机的输送量： 每转输送量为: Qs =π/４.（Ds2.Ls) ＝π/4×(０.82×0.7） =0.3５ ｍ3/转 Q=６0.n. Qs =6０×15×0.35 =315m3/h 螺旋输送机设计输送量Q=400 m3/h>３15ｍ3／ｈ 由计算说明所选参数能够满足盾构掘进机开挖需要。因此,螺旋输送机的参数为： 螺杆直径: D=800mm； 33 螺杆节径 L=7０0ｍm； 转速 n=０～1５rｐｍ 螺旋输送机的长度暂定为９.5ｍ,实际设计时根据需要可能有所改动。 3)皮带输送机的参数确定 皮带输送机的输送量应与螺旋输送机的输送量相匹配，也就是说,皮带输送机的输送量应为315 m3/ｈ，确定皮带输送机的参数时以此为标准进行计算。 (１)确定带宽B Ｂ≥ 式中: QKdKvKβV Ｑ—皮带输送机的实际输送量应与螺旋输送机相匹配，即Q＝315m３/ｈ Kｄ—断面系数，查表Kd =35５ Kv—速度系数,查表Ｋｖ=0.９８ Kβ—倾角系数，查表Kβ=１ V—带速,V=２．0m／ｓ Ｂ≥ 3153550.9812=673mｍ 取标准带宽B＝7０0mm b)电动滚筒的功率计算 电动滚筒的轴功率P０: P0=(Kk.Lｈ.V＋Kz.L.hQ－0.０02７３Ｑ．Ｈ)Ｋf 式中:ﻩ Kk—空载运行功率系数，查表=０.0１65 Lh—运送长度，=30m Ｖ—带速，V＝2.５m/s Kz—水平满载运行功率系数，查表=10．89×10－5＝１03.9 H—倾斜高度，Ｈ＝０.5m Kｆ—查表，Kｆ =２.8 34 N0＝（０.016５×30×2.5＋１03.9×30×３15-0.00273×315×0.5)×2．8 ＝5.１4ＫW 电动滚筒的功率Ｎ: N≥K q.( Ｎ0/η） 式中: Ｋ q—满载驱动系数，取K q =１.0~1.4,计算时取K q ＝１.4 η—效率，计算时取η=0.88 N≥１.4×(5.1４/0．８8） =8.２KW 取N≥1０ＫW 经过计算，皮带输送机的参数取为: 输送距离 Lh =30m 胶带宽度 B=700mｍ 带速 ｖ=2.5m/s 电动滚筒 功率 N=10KW 直径 D＝５00mm 旋转线速度 ｖ=2.５ｍ/s ﻬ第二部分 施工准备 1、施工场地布置 1.１、施工场地布置原则 地铁一般地处市区，交通拥挤、人流集中、施工用地比较紧张,场地规划主要按以下原则布置： 1.１.1、施工场地作为施工组织的重要资源，必须严格按照招标文件和设计图纸提供的施工条件和施工要点,做到合理可行。 １.１.2、根据现场施工总体安排及交通运输的需要，施工临时用地以满足施工生产和现场管理为主,尽量减少干扰既有道路交通。 1.1.３、充分考虑市容及环境保护,施工设施布置在满足生产规模和施工工艺的要求下，做到紧凑美观、安全防火。 1.1.4、充分利用既有交通,减少施工临时便道工程。 １.2、施工场地总平面布置 35 应根据实地调查，选用生产、生活营地，并合理布置好生活区、办公区、生产区（试验室、钢筋加工房、模板加工区、临时堆土区及机械停放场）及材料堆码区（材料房、水泥库房、钢筋堆放区及钢管支撑堆放区)进行围挡。 为便于管理和高效组织生产，施工场地按如下要求布置: 1.２.1、生产区与生活区尽量分开布置。 1.2.2、生产区布置应方便现场施工。 1.2．3、生产区与材料堆码区应尽量靠近。 1.3、主要临时设施安排 1.3.1、施工围挡 施工围挡一般采用厚3ｍｍ、高２.１ｍ彩钢波纹板,板后采用φ42钢管固定，管间用扣件连接。板顶部设置10cm高的黄色压顶条,并每隔5ｍ安装警示红灯,板外侧设置反光片,保证周围交通安全。或采用砖砌围墙（墙高２．５m，每隔4m设370ｍm×３７０mm砖柱）,墙外侧涂刷白色涂料，墙上醒目标注业主要求的内容。 1.3．2、施工便道 为了满足进料、出土及结构施工的要求，一般修6m宽、20cm厚、Ｃ２0砼道路作为施工便道。场内施工便道与场外公路顺接。施工便道在大门口位置设洗车槽，进出工地车辆必须冲洗,确保不带泥进入市区。 除对施工便道进行硬化外，对钢筋加工场、模板加工场、机修场、材料和水泥堆料场等场地采用１5cm厚、C15砼进行硬化。 1.3.3、生产、生活房屋 生产、生活房屋本着安全适用、布局合理、标准统一的原则进行布置。 监理、办公用房采用高标准双层活动组合房屋，生活区用房为双层砖砼结构,料库、机修间、加工房、工具房和其余生产用房采用砖墙结构；对于有防火要求用房，则按要求调整房屋结构，并按规定配备消防设施和器材。 １．4、施工用水、用电、用风、通讯、排水及消防设施布置 １．4.1、施工用水及生活用水 生产、生活用水从业主指定供水点（或与有关部门联系取得的供水点)接驳φ50供水管,引至生产、生活区域,管道每100米设置一阀门,以便于检修。 施工用水采用φ３2供水管路，供水管每60米设置一阀门，并按规定配置消防栓及消防箱，另根据施工要求，在施工用水压力不足时，可在适当地点增 36 设增压泵，以满足施工要求。 生活用水以φ32供水管为主管路、φ25供水管为支线管路引入生活区和办公区。 1.４.2、施工用电 施工用电从业主提供的变压器接驳点(或与有关部门联系取得的变压器接驳点)引至生产区和生活区,另外为了满足施工期间意外停电的应急需要,还应各配备一台1５0ＫVA发电机作为备用电源。 现场施工照明按以下方案实施： 1)施工用电管线沿隧道一侧布置。 2）主体结构施工时,每隔50米增设一配电箱作为施工照明用电，配电箱设置良好的接地装置和漏电开关，防止触电。 1.４.3、施工用风 在地铁隧道拱顶上挂Ф1000ｍm的拉链式软风管压入式通风，将新鲜空气压入盾构机后配套设备末端，由后配套上的二次通风设备实现将压入盾构机末端的新鲜空气在盾构机前端和各作业空间的流通。在隧道内安装完管片之后，为防管片下沉变形，应及时灌豆石、注浆填充管片与围岩间空隙，因此应在隧道边墙脚安设φ1５0mｍ高压风管供灌砂用。 1)通风方式 根据地铁隧道施工实际情况，选用压入式通风方式。 2)风量的计算 宜采用最小端面风速法计算风量。Q需＞Ｖmiｎ×Ｓ其中：Vmｉｎ最小端面风速取０.２5 ｍ/s。S为开挖端断面面积约为28m2。Ｑ需=0．25×２8=7 m3/ｓ=２５２０0 m３/ｈ。 压入式通风,百米漏风率情况如下：L<1０00m,L100=２．5％；10００ｍ＜L<２000m,L1０0=2％,其中L为掘进深度，L１0０为百米漏风率。 Q机=(Q需+Ｑ漏）×1.１5（风量备用系数) 对于16００m隧道而言：Q机=(2５200＋2５200×2%×160０/1０0）×1.１5＝38２５4m3/h 3)风压计算 h机＞h总阻=∑ｈ摩+∑ｈ局+∑入正，h总阻—沿程总的通风阻力,h摩＝9．8×αLVＱ/Ｓ(Pa)，其中：α—风道摩擦阻力系数α＝0.0０05,L—风道总长度,V— 37 风道周边长度，S—过流面积，Ｑ—计算风量ｍ3/ｓ。 4)风机选型 对于１６00m长隧道选用2SZ—90风机两台,800m的隧道选用２ＳＺ—90风机一台。风机具体参数如下:风量：４5000ｍ３／ｈ,风压:3１60Pａ，电机功率:3０Kw×2。 ５)根据需要，配备1~2台12 m３/ｍiｎ空压机。 1.４.4、通讯 本工程配置6部程控电话,监理办公室、业主代表办公室、项目经理部调度、办公室、工程部、项目经理各配一台程控电话；另外项目经理、总工及各部门负责人均配有手机。现场施工指挥、协调则采用对讲机联系。监理办公室、业主代表办公室与经理部每个部门各配一台微机（工程部配四台），配备上网装置,实现办公网络化和现代化。 １.4.5、施工排水 施工场地内除不同区域设置排水沟外,沿施工便道周边设排水沟,排水沟截面为40０ mm×５0０mm(高×宽)，并每隔3０米设置一沉淀池,沉淀池尺寸80０ ｍm×８0０ ｍm×8００ｍm,排水沟泛水坡度为1%，生活污水和生产废水、雨水等经沉淀池沉淀后排入市政污水井和雨水井。 1.4．6、消防设施 在各生产和生活场地按规定配备足够的消防灭火器及其它消防工具。同时与当地消防部门联系,取得市政府部门的检查认可,并坚持消防经常自检,确保设施经常处于良好状态,随时可满足消防要求,施工中消防设施不得挪用。 1.4.7、其它 为方便材料运输和现场管理, 应设置7ｍ宽大门，大门旁侧设门卫室。 沿竖井结构基坑坡顶四周设置1.2m高防护栏杆，防护栏杆采用Φ48钢管焊接而成,上覆绿色安全防护网，确保施工人员安全。在竖井人、料的出入口安设钢爬梯，供施工人员及材料的出入。 2、出发、到达工作井的施工 为使盾构施工顺利进行,施工前,应建好始发竖井,其宽度B一般取Ｂ＝D×(1.5～２)m，以利进行各项作业,长必须有安装盾构、后座设备、运输管片和进行出土的余地，一般始发井长度A为L＋(0.5～1.０) L,其建造采用触变泥浆护壁,普通沉井法施工施工。 38 2.1、竖井施工 2.1．１、竖井凹形帷幕止水及井底地基加固 为防止井壁下沉涌水、冒砂以及增加井壁底部土层的承载力，采用单管高压旋喷注浆法对井壁外侧及井底呈凹形进行帷幕止水与土体加固。旋喷桩桩径600mm,桩距50０ ｍm，排距450 mm，呈梅花形布置，各桩间均相互咬合。注浆材料采用3２.5级普通硅酸盐水泥,水灰比1。加固后的土体承载力≥ KＰa,渗透系数≤10-6cm/ｓ。 2.1.2、锁口盘(套井)施工方案 为确保出发井、到达工作井顺利施工,准确无误沉到设计位置,满足出发井、到达工作井下沉施工及盾构机施工的要求，设计了锁口盘。锁口盘净尺寸 × ｍ(长×宽)，外形尺寸 × ｍ(长×宽),深度2 4ｍ，与凹形帷幕墙体旋喷桩顶相接使之成为一体,达到保护竖井井筒的目的。 出发井井筒设计方案：出发井净空尺寸 ｍ× ｍ(长×宽)，井深 ｍ,为矩形沉井。井壁厚度 ｍ，钢筋砼结构。刃脚外侧的竖向钢板与内侧斜面钢板及底面钢板制成钢靴,钢靴长度为 m,内焊制钢筋、浇注砼与井壁砼浇结一体。刃脚砼强度等级为Ｃ ,井壁砼强度等级为C 。沉井面对 方向井壁下部预留盾构机进洞口尺寸为 ｍ。 沉井分 次制作, 次下沉。在每节接缝处预留凹形槽,并作防水处理,以便井壁有机结合。沉井第一段下沉砼强度必须达到设计强度后方可下沉,以后下沉,其强度要达到设计强度的75%,沉井下沉施工必须严格按允许偏斜率(≯０.5%)施工;刃脚钢靴施工前要将井筒四周表土层进行置换改良；沉井下沉施工中进行壁后注浆；触变泥浆配合比为:陶土(或高岭土)18%,纯碱０.6%，甲基纤维素0．０5%， 水81. 35%。泥浆密度1.1Kg/L;沉井下沉到设计标高后置换壁后泥浆,砂浆强度等级为M7．５，待砂浆凝固,井壁与土层间、锁口盘间结牢方可进行井底施工；沉井周围要布设永久性水准点,距井口中心距离≮50m。 2．1.3、施工要点 出发井帷幕止水、井底土体加固施工 测量定位:严格按设计测量放样定桩位,控制好标高，在每个桩位上用短钢筋带白灰定点位,并在施工线外2m左右处埋设对称点,以防止错位和遗漏，施工中保证桩位偏差＜5ｃm。 旋喷成桩严格控制钻孔垂直度,偏差＜1 %。调整好各项技术参数,喷嘴直径 39 2.6ｍm,泵压力>2４ＭPａ,保证桩径≥600mm,使桩与桩之间相互咬合。 桩质量检测：通过现场钻探取样、原位测试、压水试验，结合室内渗透、抗压试验等方法，测得固结体的抗压强度和渗透系数。经检测加固后的土体承载力应满足设计加固土体承载力的要求。加固体的渗透系数应满足加固土体渗透系数≤10-６cm/s的要求。为下步沉井施工提供了良好保障。 2.1.４、锁口盘（套井）施工 土方开挖使用履带式挖掘机 台、翻斗车 台,挖运土方至弃渣场。挖至帷幕桩顶部时预留20ｃm左右，以免挖掘机对桩体扰动破坏,然后由人工操平。 套井基坑临时支护:套井位于 土层中 ，套井长边达 m,短边为 m,开挖深度ｍ,必须对修整后的周边进行临时支护。在直墙部位，采用２4砖墙,M1０砂浆砌筑,每隔２m设置一个３7砖垛，砂浆不要饱满以增加护墙的透水性能。套井的斜边部位采用 ４mｍ的钢丝网临时支护，钢丝网由 １8ｍｍ的土钉固定, 8mｍ钢筋压平,Ｍ１0砂浆抹面3~5cm,旋喷桩顶清洗干净。 钢筋绑扎、支模浇砼：按设计图纸的布筋要求进行钢筋绑扎,搭接长度、搭接位置以规范规定为准。模板用 钢模板。采用商品砼泵送(沉井井筒浇筑均用商品砼泵送),四周对称均匀浇筑,震捣要及时。 2.1.５、沉井施工 刃脚垫层施工刃脚钢靴在施工前，为防止刃脚钢靴制作过程中及井筒浇筑ｍ,深 m,采用碎石级配每填40ｃm厚碎石使用蛙式电夯夯实。根据填料的实际含水量情况洒水夯击以增加垫层的密实度。在垫层上铺设厚度为１5cｍ、长度为80ｃｍ、宽度≮15ｃm的垫木,沿刃脚环向密集铺置如 图。 40 砼时突沉及不均匀沉降,需对井筒周围表土层进行置换改良。施工刃脚垫层宽

刃脚钢靴制作安装为确保刃脚钢靴加工质量,焊接按《钢结构工程施工及验收规范》执行。出发井井筒刃脚钢靴分1０段制作,场外加工，组装验收后分段拉运现场,下入套井内螺栓钢板连接安装。钢靴焊接程序：放样→切割→边缘加工→点焊连接→矫正位置→焊接→成型矫正→割渗水孔→螺栓连接。 井筒制作 预留管口施工:按设计要求,井壁预留隧道口、管道口在井筒下沉过程中应填实,填充物容重基本上要与钢筋砼容重相近,以防止井筒下沉过程中因自重不均产生偏斜。在施工中对隧道预留口灌注素砼,管道预留口砌砖,解决质量平衡问题。 预埋管路施工:在井壁上需埋设 50ｍｍ的硬质塑料管，用于壁后注浆。施工时用短钢筋将塑料管夹紧再与井壁钢筋点焊牢固防止偏位,管口用木塞或硬塑丝堵盖封严,防止砼块或其它坠物阻塞管路。 砼施工缝处理:在浇筑砼顶面做矩形槽。具体做法是使用特制的矩形钢模在砼浇筑到预定位置时安装。槽宽40ｃm,槽深１0ｃm,在井壁砼的中心部位布置。待浇筑的砼初凝时拆除,下次砼浇筑时将施工缝内的杂物清理干净后，先浇注水泥浆，然后再浇筑砼,确保与前次砼紧密结合。 ２.1．6、沉井入土下沉 导向木安装:在井筒下沉前,沿井筒外壁四周与套井井壁间隙，前后、左右对称安装1０组导向木。导向木用钢筋通过套井预留环悬挂在井筒外井壁与套井井壁之间,保证沉井居中位置准确无误,起到导正井筒作用。 刃脚垫木拆除：在沉井内安排若干施工人员,对称同时拆除垫木,专人上下指挥,防止沉井突然下沉，发生意外。 挖、提土机具的选择：由于沉井内作业面大、深度浅、无大量积水,因此选择 台 微型挖掘机挖土,提土选择 台 ｔ汽车吊做提升机具，自加工提土斗 个，容积为１ 5ｍ3。井下每班４~5人作业,井筒上面安排专人指挥吊车与井内人员相互配合,确保吊装出土顺利安全,吊出的土直接装入翻斗车，拉运至弃土场。 挖土顺序：开挖土体应从沉井中心开始向周围井壁进行,在沉井底部形成 41 “锅底”形状。挖土顺序一般为:对砂层只挖中间不挖四周;对粘土层则从中间向四周均匀对称挖土;对土质软硬不均的先挖硬的一侧,后挖软的一侧。严格控制挖土速度。 沉井下沉质量控制:严格控制井内出土量和挖土位置,使沉井处于竖直平衡下沉。随时分析和检验土层摩擦阻力与沉井自重的关系，必要时可增加沉井本身质量。当沉井某一侧位置出现“突沉”现象，沉井发生偏斜时,应及时采取纠偏措施。 壁后注浆:触变泥浆通过预埋在井壁内的管道或井壁外侧的环状间隙,随着沉井下沉而不断地注入壁后,及时充填下沉产生的环状间隙,将井壁与土体隔开,改善土体的渗透性能。同时浆液压力保持土体的完整,不致坍塌,从而减小了沉井外侧的摩擦阻力。 壁后泥浆置换与井筒固结:沉井下沉到设计位置后，立即进行检测调整、紧固,然后下入注浆管进行壁后泥浆置换。置换泥浆为水泥砂浆，强度等级为M７ 5。砂浆注入套井底面标高时,上部采用C25砼浇筑井壁与套井之间的间隙,使井口平齐。 基底砼施工:基底清理干净并经验收合格后及时进行封闭。基底砼浇筑时必须震捣密实,使沉井成为一个闭合的受力整体。 2．２ 、盾构始发的准备工作 ２.2.1 、始发基座安装 始发基座采用钢结构形式,主要承受盾构机的重力和推进时的摩擦力。由于盾构机重达400多吨，所以始发基座必须具有足够的刚度、强度。此外，在始发基座两侧每隔1.5ｍ利用200H型钢给始发基座加横向的支撑,提高始发基座的稳定性。在安装始发基座前进行测量放样工作，准确定位始发基座。在盾构机主机组装时,在始发基座的轨道上涂硬质润滑油以减小盾构机在始发基座上向前推进时的阻力。 如果盾构机始入曲线段，隧道中线和线路中线在曲线段有一定的偏移量,由于盾构机主机在全部进入加固区时几乎不能够调向，为了使盾构机进入加固区后管片衬砌不超限，盾构机始发的方向不能垂直于车站端墙，而是同洞门处线路中线点的一条割线方向平行。始发基座的坡度(即盾构机的中心坡度)应略小于隧道设计轴线坡度；考虑到隧道后期沉降因素，盾构中心比设计轴线抬高20mｍ。 42 2.2.2 、洞门密封装置的安装 为了防止盾构始发掘进时泥土、地下水从盾壳和洞门的间隙处流失，以及盾尾通过洞门后背衬注浆浆液的流失，在盾构始发时需安装洞门临时密封装置,临时密封装置由帘布橡胶、扇形压板、垫片和螺栓等组成。 为了保证在盾构机始发时快速、牢固地安装密封装置,盾构施工时在预留洞门处预埋环状钢板。 盾构机进入预留洞门前在外围刀盘和帘布橡胶板外侧涂润滑油，以免盾构机刀盘挂破帘布橡胶板影响密封效果。当盾构机刀盘进入洞门后将扇形压板置于外侧并用螺栓固定；当盾构机主机全部通过洞门后将扇形压板置于内侧靠在负环管片的外表面,起到防止泥水、浆液流失的作用，从而减少始发时的地层损失。 ２.2.３ 、组装反力架 反力架提供盾构机推进时所需的反力,因此反力架须具有足够的刚度和强度。反力架支撑在底板和中板上,反力架的纵向位置保证洞门环砼管片拆除后浇注洞门时满足洞门的结构尺寸和连接要求，同时须保证支撑的稳定性。反力架的横向位置保证负环管片传递的盾构机推力准确作用在反力架上。安装反力架时，先用经纬仪双向校正两根立柱的垂直度，使其形成的平面与盾构机的推进轴线垂直。如果始发位于曲线上,反力架和洞门端墙不平行，为了保证盾构推进时反力架横向稳定，用膨胀螺栓和型钢对反力架的支撑进行横向的固定。在安装反力架和始发台时,反力架左右偏差控制在±１0ｍm之内，高程偏差控制在±5ｍm之内，上下偏差控制在±10mｍ之内。始发台水平轴线的垂直方向与反力架的夹角<±2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差<2‰,水平趋势偏差＜±3‰ 2．２.4 、凿除端墙钢筋砼 如果盾构始进面围护结构设计为钢筋砼,则应先凿除围护结构，其主要目的是割掉盾构机通过范围内的钢筋，使盾构机顺利进入端头加固区。 由于端头土体一般都采取了加固，加固后土体暴露时间不能够太长,而在吊装螺旋输送机时需暂时将盾构机推进预留洞门内,在盾构机刀盘进入预留洞门前只能将部分围护结构进行凿除以保证安全。施工时先凿除砼保护层的2／3厚,并将外层钢筋焊割掉;当螺旋输送机组装完毕后将盾构机拉出洞门,并进行盾构机的剩余组装、调试以及负环管片的拼装工作。当盾构机推进至洞门时将剩余 43 的钢筋焊割掉,并进行剩余围护结构的凿除,在进行第二次凿除施工时,准备好喷浆机以及喷浆料,一旦工作面出现失稳的迹象,马上进行喷浆以封闭掌子面。 凿除施工时,在盾构机与掌子面之间搭建脚手架，利用人工进行凿除围护结构砼施工，凿除按照从下往上、从中间往两边的顺序进行。 2．2.4 、负环管片的安装 负环管片包括负环钢管片和负环砼管片。负环钢管片一般为350mm厚,内径为5５０0mm,外径为62０0mm的钢制圆环。负环钢管片起到连接负环砼管片和反力架的作用。 在拼装第一环负环管片前,在盾尾管片拼装区１8０度范围内安设７根长1.４m、40mｍ厚的木条(盾尾内侧与管片间的间隙为45mｍ），并将钢环与反力架用螺栓连接好。在盾构机内拼装好负环管片后，利用盾构机推进千斤顶将管片缓慢推出盾尾,这时反力架与负环管片之间还有一定的间隙，继续拼装第二环负环管片，与第一环负环管片用螺栓连接牢固之后,用推进油缸往后推，直至负环管片与钢环管片贴紧为止，然后用薄钢板或快凝型砂浆将负环管片与钢管片之间的缝隙填实。由于始发支座轨道与管片外侧有８５mm的空隙,为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，在始发基座导轨上点焊外径80mｍ圆钢,使圆钢将负环钢管片和负环砼管片托起。第二环负环以后管片将按照错缝的方式进行拼装。具体见图1。 盾尾 木条 管片 钢管 导轨 始发基座 图1 随着负环的进一步拼装,盾构机快速地通过洞门进行始发掘进施工。 3、端头加固 当盾构始发及到达端头，如果其周围地层为自稳能力差，透水性强的松散砂土和含水粘土时,如不对其进行加固处理，则在凿除洞门围护结构后，必将大量 44 土体和地下水向工作井内塌陷,导致洞周大面积地表下沉,危及地下管线和附近建筑物安全。目前，常用加固方法有：注浆、旋喷、深沉搅拌、井点降水、冻结法等，可根据土体种类（粘性土、砂性土、砂砾土、腐植土)、渗透系数和标贯值、加固深度和加固的主要目的（防水或提高强度）、工程规模和工期、环境要求等条件进行选择。加固后土体应有一定的自立性、防水性和强度。为了确保盾构始发和到达的安全性,必须对始发到达端头的加固土体的范围、强度进行验算,并严格检验。 3．１、加固土体的强度及整体稳定验算 3．1．1、强度的验算 将加固土体视为厚度为t的周边自由支撑的弹性圆板,在外侧水压力作用下，板中心处的最大弯曲应力，按弹性力学原理求得,其强度验算公式为: σｍax=±β×w×r/τ2≤σ１/ｋ1 β=3×(3+μ）／8 式中：ｒ为工作井半径;t为加固土体厚度;σ1为加固土体的极限抗拉强度的10%; k1为安全系数,一般取k1=1.5; ｗ作用于开洞中心处的侧向水压力。对于砂性土,水压力和土压力分别计算；对于粘性土,水土压力合算。土压力按静止土压力考虑,土的计算参数按加固前的选用。μ为加固后土体的泊桑比,一般μ=0.2。 周边自由支承的圆板，其支座的最大剪力可按弹性力学原理求得，其抗剪强度验算公式如下: τmaｘ＝3×ｗ×ｒ/４τ≤τc /k2 式中:τc为加固后土体的极限抗剪强度;k2为抗剪安全系数,一般取k2=1.5。 3.1.2、整体稳定验算 洞外加固土体在上部土体和地面堆载P等作用下,可能沿某滑动面向洞内整体滑动,假定滑动面是以端墙开洞顶点ｏ为圆心,开洞直径Ｄ为圆弧面，此时引起下滑力距：M=M1+ M2＋ Ｍ3。 式中:地面堆载P引起的下滑距M1=PD2/2;上覆土体自重Q上引起的下滑力距Ｍ2＝Q上D／2;滑移圆弧线内土体下滑力距 M３=ｒtＤ3/3,此处rt为加固后土体的重度。 抵抗下滑力距为：M抗＝Ｍ抗1+ Ｍ抗2+ M抗3。 式中：Ｍ抗１=Ｃｕ×ｈ×D; Ｍ抗2=Cu×D2（π/２-θ)； 45 Ｍ抗３=Cuｔ×Ｄ2×θ; Cｕ:加固前土体的粘结力;Cut:加固后的土体的粘结力; ｈ:上覆土体高度； θ=sin-1t/Ｄ； 抗滑移的安全系数k2＝ M抗/ M≥1．5。 3.2 、端头土体加固范围 根据理论分析和工程实践经验，洞口周围土体的最小加固宽度和高度为：当洞口直径：5.0≥Ｄ≤8.0ｍ范围时（目前，国内地铁盾构内径都在此范围内),其加固范围为： 孔洞口周围土体的最小加固有宽度和高度如下：B≥２.0ｍ,一般取0.5Ds(Ds为盾构外径)；H１≥2.5m,H2≥1m。 加固纵向长度L：盾构始发端头，根据有关文献资料,砂性土，一般为L＝盾构长度+a，其中ａ由改良后土体渗透系数确定，通常a=1～1.5m。根据以往加固经验,加固长度Ｌ一般取７.5～８.5m。 盾构到达端头,加固长度一般为L＝盾构长度+３环管片宽度。 其纵向加固最佳合理有待根据具体条件进一步探讨，一般以保证工程施工安全为基本原则。 3.３、端头土体加固方法 根据盾构施工要求以及工程地质、水文地质条件和地面环境条件，一般地质为砂、粘土等软弱、破碎及结理发育类围岩,端头需进行地层加固。其方法根据现场条件及实际施工的可行性,一般地质为砂、粘土等软弱围岩,采用深层搅拌桩进行加固；破碎及结理发育类围岩一般采用注浆加固,现以深层搅拌桩加固进行阐述。 3.3．1、深层搅拌桩加固施工工艺 １)工艺流程(如图２所示) 上提喷浆强制搅拌 复 搅 提钻、移位 施工放样 钻机就位 下沉钻进喷浆至孔底 图２(加固施工工艺流程） 46 2）施工工艺 （1）钻机定位 移动深层搅拌机到指定桩位对中,调整塔架丝杆或平台基座,使搅拌轴保持垂直。一般对中误差不超过2cｍ,搅拌轴垂直度偏差不超过1.0%。 （2）浆液配置 a)严格控制水灰比,一般为0.45~0.55,对袋装水泥抽检，使用经过核定准的定量容器加水; b)充分拌合水泥浆，每次投料后拌合时间不得少于３min; (3）送浆 将制备好的水泥浆经筛过滤后，倒入贮浆桶，开动灰浆泵,将浆液送至搅拌头； （4）钻进搅拌 钻进至桩位的设计标高。 （５)提升搅拌喷浆 证实浆液从喷嘴喷出并具有一定压力后，连续喷入水泥浆液,原地喷浆搅拌30秒。根据设计要求的成桩试验结果调整灰浆泵压力档次，使喷浆量满足要求。将搅拌头自桩端反转匀速提升搅拌,并继续喷入水泥浆,提升至桩顶，不关闭动力头及灰浆泵。 (６）重复钻进喷浆搅拌 完成提升搅拌喷浆后，操作搅拌头钻进搅拌，至设计标高后停止下沉操作,原地喷浆1５秒。 （7)重复提升搅拌 完成重复钻进搅拌后，将搅拌头自桩端反转匀速提升搅拌，直至地面。 （8)成桩 成桩完毕，清理搅拌叶片上包裹的土块及喷浆口，桩机移至另一桩位施工。 3.4、端头加固体检测 为确保加固质量,必须对加固土体钻孔取样,以检查其强度、透水性以及均质性。 检查方法有多种：从广州、深圳等地实践表明，其主要有两方面: 3.４.１、从地面钻孔对加固强度进行取芯，以确认加固质量，有两方面资料认为其芯体的单轴侧限抗压强度一般为０.3Mｐa~1．0Mpa为 宜。若采用钻孔 47 桩、搅拌桩或旋喷桩等方法加固,通常取芯钻孔布置在三桩咬合处。 3．4.2、从洞口处进行水平钻孔检查，打孔数量为周边孔8个,中心孔一个,看其固结和渗水情况,一般渗水量每昼夜不得大于30Ｌ。 若加固质量不佳,有流水、流砂、涌泥现象时,应进行补充加固，端头加固是确保盾构安全出洞和进洞的关键环节,南京地铁一号线曾发生过因端头加固不到位，致使洞门围护结构破除后,发生了滑坍工程事故，导致盾构不能顺利进行施工。当端头地层为Ⅳ类以上围岩时,则可不需加固处理。如果涌水量大，则需进行止水处理。 4、管线路布置 4．1、运输线路布置 水平运输采用电瓶车与矿车、管片车、砂浆车组合进行洞内的运输工作,轨线采用四轨单线,外面两轨为盾构机后配套所用，中间两轨为列车所使用。 ４.2、电线路、风管、水管布置 4.2.1、电线布置 电线路分动力线与照明线，均挂在边墙上,动力线一般布置在离隧底２.8m处, 照明线离隧底2.0m，每隔2０m在边墙上设固定点,以便把电线挂好、拉直。 4.2.２、风管布置 在拱顶上挂Ф１000mｍ的拉链式软风管压入式通风,将新鲜空气压入盾构机后配套设备末端。在隧道内安装完管片之后,为防管片下沉变形，应及时灌豆石、注浆填充管片与围岩间空隙，因此应在隧道边墙脚安设φ１５0mm高压风管供灌砂用。 4.2.3、水管布置 隧道内的水主要来源:开挖面涌水、洞内漏水及施工作业后的废水。为保证洞内不积水,排水管采用φ８０及φ10０钢管，根据水量进行调配，最后排至始发井处集中井,用水泵抽出地面集中排出。水管布置在隧道边墙墙脚处。 48 通风管动力线照明线人行道轨道风、水管图1-3 管线路布置 第三部分 盾构掘进 1．盾构机始发掘进 盾构机的始发，在盾构掘进施工中占有相当重要的位置。目前,盾构隧道有埋深加大且结构尺寸大型化的趋势,施工周围的环境亦日趋严峻。在这种情况下,盾构工程的始发对辅助施工法的依赖性将越来越大，几乎到了没有辅助施工法就不能施工的地步。与此相应,辅助施工法也进步显著，现在辅助施工法不但强度增大、可靠性提高，而且在大深度场所也能适用。以前是以化学注浆进行端头加固为主,目前逐渐采用了高压喷射注浆和冻结等更为安全的施工方法。 1.1始发形式 盾构机的始发是指利用临时拼装管片等承受反作用力的设备,将盾构机推上始发基座，再由始发口进入地层,开始沿所定设计线路掘进的一系列作业。根据临时墙拆除方法和防止开挖面地层坍塌方法的不同,施工方法可分成如下几类： 第1种方法:使开挖面地层能够自稳,再将盾构机贯入自稳的开挖面。它是通过化学注浆、高压喷射注浆、冻结施工法等来加固开挖面地层使之能够自稳，或向始发竖井压气,以平衡开挖面地下水压，使地层自稳。 第2种方法:利用挡土墙防止开挖面崩塌,让盾构机开始掘进。这种方法又分 49 为两种:一种是将始发竖井的挡土墙做成双层,以防止内层挡土墙拆除时开挖面崩塌,当盾构机向前推进,到达开挖面地层,起吊盾构机前方的外层挡土墙后盾构机才开始开挖；另一种是在始发竖井的近旁再挖一个竖井,盾构机从该竖井内向前推进,在回填后开始开挖。 另外，近年来作为特殊施工事例,有的采用水泥加固土墙等,在做成构筑物后，取出芯材(工字型钢)，只将水泥加固土墙挖除,即开始让盾构机开挖。以上是拆除临时挡土墙让盾构机开始开挖的方法,目前，国内普遍采用直接破除始发竖井的挡土墙，将盾构机贯入工作面后掘进的方法进行始发作业。 对于具体的始发作业，一般是对不良地质采用端头加固处理技术的办法,或采用地基改良使开挖面自稳，再开始开挖。此外,始发作业可以单独采用或组合采用以上施工方法，这取决于地质、地下水、覆盖层、盾构直径、盾构机型、施工环境等因素，还要考虑安全性、施工性、经济性和进度等。 1．2始发设备 １．2.1始发基座、反力架、临时拼装负环管片 始发基座根据盾构机设置的位置(高度、方向)和盾构机的重量、 盾构机械组装作业的施工顺序等来确定，用工字钢和钢轨等材料安装而成。反力架和临时拼装管片是根据管片的运进和出碴空间等来确定形状，同时必须注意要根据正线管片开始衬砌的位置来确定临时负环管片、反力架的位置。一般用工字钢安装反力架,临时负环管片的使用，能容易撤除钢结构或高强度铸铁结构。临时管片的拼装精度会影响正线管片的正圆度，必须引起高度重视。部分盾构施工中，有时采用临时负环管片只组装下半环,上部留有开口,不特别设置反力架。 1.2．２洞口密封装置 洞口密封装置是对洞口初始掘进段与盾构机或管片之间的间隙采取的防渗措施，以确保施工可靠和安全。即在盾构机开始推进后不久,就可对开挖面加压，盾构机尾部通过之后，立即进行壁后注浆，尽早稳定洞口。为了不使入口土层发生破损和反转，必须充分注意盾构机推进口的净空和土层的材质、形状、粒径等。 洞口密封装置由洞口防渗材料、防止土层反转的压板及固定它们的铁件构成。在靠构筑物始发时,它被固定在构筑物的混凝土上。在靠临时设施始发时，通过浇筑洞口混凝土等来固定。压板多采用滑动式,但必须随盾构机的移动进行 50 调整。最近采用枢轴结构的压板(翻板式）增多，节省了压板调整时间，提高了在盾构机下部狭窄空间内作业的效果。 １.3始发步骤 １.３.1始发准备作业 对于土压平衡式盾构机,需配备出碴设备、壁后注浆设备、器材搬运设备等。在进行这些作业的同时,还要进行始发准备作业, 始发准备作业包括始发基座的设备、盾构机的组装、洞口密封装置的安装、反力架的设置、后配套设备的设置、盾构机试运转等。拆除临时墙的作业是在开挖面自稳时间内进行的，中途不能停止。因此,各项作业均应可靠地施工。盾构机贯入地层后不能目测之处很多,始发前一定要进行试运转等。盾构始发必须待端头加固完成并达到设计强度后进行。所以应注意作业规划和进度管理。 1．3.２拆除临时墙 拆除临时墙必须对洞口进行放样。开凿前应确认混凝土凿除部分不会引起坍方、涌水。有的地铁在做围护结构时,在洞口部位的钢筋用玻璃纤维代替，当盾构出、进洞时，不用预先开凿,而是用盾构直接破洞，从而缩短始发时间。 起始推进口临时墙的拆除作业,由于伴有地层坍塌、地下水涌入等危险,拆除前要确认地层自稳、止水等状况，拆除作业要迅速而谨慎。

1.3.3始发方案 （1)盾构机主机与设备桥连接，利用临时门架将设备桥托起，后配套拖车置于出碴井后面; （2）在设备桥上安装临时皮带输送机作为临时出碴设备,设备桥和后配套拖车间利用长120m的延长管线进行连接; (3)管片和碴土的吊装均通过出碴口进行起吊; (4)当盾构机掘进５３ｍ后，拆除反力架和负环管片,用临时钢支撑将负环管片撑住； (5)将后配套拖车分别移至隧道内,拆除临时门架和临时皮带输送机并将第一节后配套拖车与设备桥连接，并顺次连接第二、三、四节拖车； （6）取掉延长管线并将盾构机配套的皮带输送机进行硫化安装,重新连接水、电、油等管路,使盾构机形成正常的掘进状态。 1.４盾构机始发的注意事项 盾构始发前要根据地层情况，设定一个掘进参数。开始掘进后要加强监测， 51 及时分析、反馈监测数据，动态地调整盾构掘进参数,同时还注意以下事项: （１)始发前检查地层加固的质量,确保加固土体强度和渗透性符合要求； (2）始发基座导轨必须顺直，严格控制其标高及中心轴线,由于始发时盾构机与地层间摩擦力很小，盾构易旋转，这时可以在盾构机两侧盾壳焊接两排钢块作为防扭装置，用来卡住始发台,防止盾构机旋转。同时应加强盾构机姿态的测量，如发现盾构有较大转角，可以采用大刀盘正反转的措施进行调整,同时推进速度要慢； （3)在拼装第一环负环管片时，为防止两块邻接块失稳，可在管片抓取头归位之前,在盾壳内与负环钢管片之间焊接一根槽钢以扶住邻接块。 (４）始发前在刀头和密封装置上涂抹油脂,避免刀盘上刀头损坏洞门密封装置; （５)及时封堵洞圈，以防洞口漏失泥水和所注浆液； (６)严格控制盾构机操作,调节好盾构推进千斤顶的压力差，防止盾构发生旋转、上飘或叩头; （７)完毕之后,始发台的端部与洞口围岩还有一定的距离。为保证盾构机在始发时不至于因刀盘悬空而造成盾构机“叩头”,可在始发洞口内安设一段型钢作为始发导轨，同时应注意,在导轨末端与洞口围岩之间，应留出刀盘的位置,以保证始发时,盾构机刀盘可以正常旋转; （8）在拆除延长管线时要注意推进油缸压力的保持，防止盾构机后退。 (９）始发前应在基座轨道上涂抹润滑油膏，减少盾构推进阻力。 （1０）始发前应在刀头和密封装置上涂抹油脂,避免刀盘上刀头损坏洞门密封装置。 (11）及时封堵洞圈,防止洞圈漏浆。 （1２) 调整盾构的初始姿态。通常盾构的中心线要比隧道中心线高2０ｍｍ左右,以防止始发时盾构磕头。 （１3） 精确测量盾构的姿态。 1．5盾构初始掘进 （1） 初始掘进长度确定。确定盾构初始掘进长度应综合考虑以下因素： ①盾构和盾构的后续台车设备; ②管片与土体之间的摩擦力足以支持盾构的推力; ③初始掘进时运输线路情况； 52 ④施工熟练水平、施工速度及工期要求; 根据以上条件，一般初始掘进长度选择为１0０m左右。 （2)初始掘进试验段掘进需要解决的问题 通过试验段掘进，掌握在不同土层中盾构掘进各项参数的调控方法、管片拼装、环形间隙注浆的工艺。同时通过监控量测分析地表隆陷、地层位移规律，及时反馈信息调整施工参数,为正常掘进提供参考依据。 ①研究工程地质和水文地质特征、摸索最佳施工参数; ②地表隆陷及建筑物变形监控量测 在试验段加强监控量测,通过监测数据与掘进参数比较,掌握最佳掘进参数; ③各种操作工艺的熟练、补充及完善掘进 管片拼装工艺、同步注浆及辅助材料添加工艺,盾构姿态控制纠偏防转工艺、盾构的维修保养工艺、碴土的运输起吊、倾倒工艺等; ④完善施工管理程序和制度,进行相关人员培训。 (３)初始掘进注意事项 ①负环管片脱出盾构后，周围无约束,在推力作用下,易变形，为此,将在管片两侧用型钢支撑加固,并用钢丝绳将管片和始发托架箍紧; ②千斤顶总推力控制在反力架的设计荷载以内。优先选用下部千斤顶,推力增加要遵守循序渐进的原则; ③盾构贯入时，应注意密封装置的压力情况，若橡胶有可能弹出,则要停止推进,对其采取加固措施,确保密封效果; ④盾构密封油脂的注入应达到压力要求，以保证盾尾的密封效果; ⑤初始注浆时，选取注浆压力要综合考虑地面沉降要求和洞门密封装置的承压能力; ⑥临时管片可不贴密封条,但需粘贴缓冲垫,螺栓不用止水垫圈; ⑦盾构在未完全进入洞门之前,应在壳体上设置防扭转装置。 ⑧调整好盾构姿态。 2．试验掘进 一般将盾构机在机场站始发后的130m左右作为掘进试验段。通过试验段掘进以便熟练掌握盾构机操作、在不同地层中盾构推进各项参数的调节控制方法;熟练掌握管片拼装工艺、防水施工工艺、环形间隙注浆工艺；测试地表隆陷、地中位移、管片受力、建筑物下沉和倾斜等。当盾构机的刀盘部分切入帘布橡 53 胶板并抵达掌子面时,人工将预制好的粘土土胚加入刀盘后的土仓内，以便盾构机在掘进时形成一定的土压。在确认洞门连续墙的钢筋已经割除完毕以后，进行盾构机的试运转。由于盾构机没有进洞后周围岩土侧压力的磨擦作用，且盾构油缸的推力和掌子面通过刀盘的反力都很小，所以,在试运转时应使刀盘慢速旋转,且要正、反向旋转，使盾构姿态正确。进洞后,盾构机刀盘切削水泥搅拌桩并穿越洞门端头加固区，这时，土压设定值应略小于理论值且推进速度不宜过快，各组油缸的压力不大于70bar,盾构机总推力不大于600T。盾构机坡度略大于设计坡度，待盾构机出加固区之后，为防止因正面土压变化而造成盾构机突然“低头”，可将混合仓的土压力的值设定成略高于理论值，并将下部推进油缸的推力稍稍调高一些。当盾尾进入洞门后，及时调整扇形压板的位置将洞门封堵严实，以防洞口漏泥水、漏浆,从而减少地层的损失。在掘进过程中，根据情况在盾构机正面及混合仓内加入泡沫剂、膨润土、泥浆等添加剂以改善碴土性能。在施工过程中，应根据地表的监测信息对土压设定值以及推进速度等施工参数作及时的调整。 ３.到站掘进 到站掘进是指盾构机到达车站端头井之前1５m范围内的掘进。盾构机掘进到达车站时必须准确的通过预留洞门。虽然盾构机配备有先进的测量导向系统及盾构机姿态显示系统,但为了确保盾构机顺利到站,避免工程事故的发生，在盾构机到达车站10０m处进行一次全面的测量复核工作。测量工作不仅包括盾构机的状态的测量（隧道中线及标高的测量），还对车站预留洞门位置进行闭合测量复核,测量无误后再进行掘进施工。此时盾构隧道中心与设计隧道中心有一定的偏差，按照实际的偏差拟定一条盾构机掘进线路，在到达阶段严格控制盾构机姿态，使盾构机顺利通过洞门而且隧道衬砌不超出限界。到站掘进步骤: 到站掘进前对地层进行土体加固,到达段的地层加固范围和加固严格按洞门端头土体加固的要求。 随着盾构机的推进,盾构机越来越接近车站，掘进过程中要严格控制盾构推力,降低推进速度和刀盘转速,保证车站结构的安全以及避免较大的地表沉降。具体到达步骤如下： （1)拆除围护结构砼 盾构机前端靠近洞门前,先凿除部分围护结构砼，并在围护结构上设一个φ500ｍm的观测孔,观测盾构机到达情况。当盾构前端靠上洞门砼时，停止盾构推 54 进,尽可能掏空土仓内的泥土，然后人工凿除预留洞门范围内围护结构砼并割掉全部的钢筋。 （２）安装洞门密封装置 盾构机进入预留洞门前，在外围刀盘和帘布橡胶板内侧(迎盾构机侧）涂润滑油以免盾构机刀盘挂破帘布橡胶板，从而影响密封效果。当盾构机刀盘进入洞门后将扇形压板置于外侧并用螺栓固定,起到防止泥水、浆液流失的作用，从而减少到达时的地层损失。当盾尾通过洞门后,不再调整扇形压板位置（因为拼装完洞门环管片后不再进行管片的拼装)。 （3)安装接收基座 在人工凿除围护结构的同时安装盾构接收基座。接收基座的姿态(平面位置、标高）根据盾构机的姿态来进行相应的调整。使得盾构机平顺地推进到始发接收基座上，以免盾构机进洞时拉损隧道管片衬砌以及损坏盾尾密封钢丝刷。 （4)拼装到达段管片 当盾构机掘进到达段时,一方面，由于EＰB模式中土压力的调节,盾构机推进不能够提供足够的压缩力,管片与管片间的缝隙会比较大,给防水带来一段的困难；另一方面，盾构机推进到接收基座时盾构机的姿态与理想状态有一定的偏差，盾构机移动到接收基座的过程会对已经拼装的管片产生影响;因此对到达段管片的拼装质量要求更高。拼装时要加强连接螺栓的复紧工序,将纵向螺栓尽可能的连接紧。在到达段用6根［1８槽钢将出洞处10环管片沿隧道纵向拉紧作为辅助的手段。管片拼装至洞门环为止。 (5）注浆防水 在盾构机出洞时要加强同步注浆和二次注浆,尤其是在盾尾进入加固区后,调整二次注浆浆液的性状，采用快硬性浆液或聚胺酯材料充填管片与加固区刀盘开挖面之间的空隙,作为一道比较理想的临时防水措施。 （6）洞门施工 到达段洞门的施工要通过合理的组织,及时进行施作以免引起较大的地层损失。洞门的施工安排在盾构机进入端头井进行调头、转场、拆卸施工时进行。

4.盾构到达掘进 盾构机的到达,是指在稳定地层的同时,将盾构机沿所定路线推进到竖井边，然后从预先准备好的大开口处将盾构机拉进竖井内，或推进到到达墙的所定位置后停下等待一系列的作业。施工方法有两种，一种是盾构机到达后拆除 55 到达竖井的挡土墙再推进,另一种是事先拆除挡土墙,再推进到指定位置。到达掘进一般为进洞前1５m～３0ｍ的掘进。 4．1盾构机到达后拆除挡土墙再推进的方法 将盾构机推进到到达竖井的挡土墙外,通过预先对到达端头地基改良使地层能够自稳，拆除挡土墙,再将盾构机推进到指定位置。 拆除挡土墙时，盾构机停在敞开的围岩前面，盾构机前面与到达竖井之间间隙小,故自稳性强。由于工种少，施工安全性好，这是一种被广泛采用的施工方法。但因盾构机再推进时围岩易发生坍塌,所以多用于地层稳定性好的中小断面盾构工程。 4.２盾构机到达前拆除挡土墙再到达的方法 该法因事先要拆除挡土墙,所以要进行高强度的地基改良,在构筑物内部设置易撤去、能受力的钢制隔墙;然后从下至上拆除挡土墙，用水泥土或贫配比砂浆顺次充填围岩改良体与隔墙间的空隙，完全换成水泥土或贫配比砂浆后,将盾构机推进到构筑物内的隔墙前,拆除隔墙,完成到达过程。因不让盾构机再次推进，有防止地基坍塌之效果,洞口防渗性也很强，但地基改良的规模增大,而且必须设置隔墙，故扩大了到达准备作业的规模，但确保了地层稳定。这种方法多用于大断面盾构工程中。 4．3到达步骤 掘进到达之前,要充分地进行基线测量，以确定盾构机的位置,掌握好到达口前的线形。由于必须在到达口的允许范围内贯入，所以要精密测量各个管片环，保证线形无误。盾构机至到达口跟前时，挡土墙将发生变化,对于特别容易变形的板桩之类的挡土墙，应事先进行补强以防止盾构机推力的影响。补强方法一般采用从竖井内用工字钢支承，或用埋入构筑物内的临时梁支承。假如盾构机的开挖面靠近到达竖井，则对竖井挡土墙的状况要经常进行观测，将盾构机推进控制在与位移吻合的程度。特别是开挖面压力急剧下降时易导致围岩坍塌,故需综合考虑盾构机的位置、地基改良的范围、挡土墙的位移、地表面沉陷等因素来确定开挖面的压力。 ４.3.1盾构机的到达 由于刀具不能旋转或推力上升等机械操作方面的变化，虽然能察觉到已到达临时墙,仍应从到达竖井的临时墙钻孔和测量来确定盾构机位置，再确定是否停止推进。停止推进后，为防止临时墙拆除后漏水,应仔细进行壁后注浆施工。 56 ４.３.2临时墙的拆除 拆除临时墙前，在临时墙上开几个检查口,以确认围岩状况和盾构机到达位置。临时墙的拆除与始发相同。围岩的自稳性会随着时间而变化,故作业必须迅速进行，力求稳定围岩。特别是在拆去了临时墙将盾构机向竖井内推进时,应仔细监视围岩状况,谨慎施工。 4．4到达掘进注意要点 （1）为确保盾构在到站时的位置准确,在盾构离端头１00~１50m时，需进行精确测量、定位，调整盾构姿态,离端头5０m时，需再次精确测量,以便于纠偏、对高程、盾构姿态进行调整,测量采取自动导向与人工测量相结合; （2）掘进速度逐渐放慢，掘进推力相应减少; （3)到站掘进中，由于盾构推力减少,安装的管片反力就小,使管片安装不密贴,易造成漏水现象。为满足管片接缝防水要求,自离端头５０m开始，在安装完每一环管片后，在每环管片的３00、1500、2100、3３０0ｍｍ位置,安装四个固定板，然后与上一环管片用角钢焊接。 （4）加大地面监测频率,依据监测结果及时调整掘进参数。 ５. 正常掘进 为了防止盾构机掘进对地面建筑物产生有害的沉降和倾斜,防止盾构施工影响范围内的地下管线发生开裂和变形,必须规范盾构机操作并选择适当的掘进工况,减小地层损失,将地表隆陷控制在允许的范围内(＋1cm/-3cm)。下面以土压平衡式盾构为例进行说明。 5．1土压平衡工况的掘进特点 土压平衡工况掘进时,是将刀具切削下来的土充满腔室，然后利用土仓内泥土压与作业面的土压和水压相抗衡，与此同时，用螺旋式输送机排土设备进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡,以保持正面土体稳定，并防止地下水土的流失而引起地表过大的沉降。 5.2掘进控制程序 在盾构掘进中，保持土仓压力与作业面压力（土压、水压之和)平衡是防止地表沉降、保证建筑物安全的一个很重要的因素。 (1）土仓压力值Ｐ的选定。P值应能与地层土压力和静水压力相抗衡,设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为Ｐ0，则P＝K×P0,K一般取1.０～１.3,在地层掘进过程中根据地质和埋深情况以及地表沉降监测信息进行反馈和调整优化。 57 地表沉降与工作面稳定关系以及相应措施对策见表。(表1) 地表沉降与工作面稳定关系以及相应措施与对策 地表沉降信息 下沉超过基准值 隆起超过基准值 (2)工作面状态 P 与P0关系 措施与对策 备 注 土仓压力P的保持,主要工作面坍陷与失水 Pmax1，必须依靠降低螺旋输送机的转速来降低实际排土量。当碴土的流动性非常好时,由于输送机对碴土的摩阻力减小,有时还可能产生碴土喷涌现象，这时,转速很小就能满足出土要求,K值接近于0。 碴土的排出量必须与掘进的挖掘量相匹配,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。当通过调节螺旋输送机的转速仍不能达到理想的出土状态时,可以通过改良碴土的塑流状态来调整。 （4）碴土具有的特性 在土压平衡工况模式下碴土应具有以下特性： A、良好的塑流状态 B、良好的粘—软稠度 C、低的内摩擦力 D、低的透水性 一般地层岩土不一定具有这些特性，从而使刀盘摩擦增大,工作负荷增加。同时，密封仓内碴土塑流状态差时，在压力和搅拌作用下易产生泥饼、压密固结等现象,从而无法形成有效的对开挖仓密封和良好的排土状态。当碴土具有良好的透水性时,碴土在螺旋输送机内排出时无法形成有效的压力递降,土仓内的土压力无法达到稳定的控制状态。 当碴土满足不了这些要求时,需通过向刀盘、混合仓内注入添加剂对碴土进行改良,采用的添加剂种类主要是泡沫或膨润土。 5.3确保土压平衡而采取的技术措施 （1）拼装管片时,严防盾构机后退，确保正面土体稳定。 (2)同步注浆充填环形间隙,使管片衬砌尽早支承地层，控制地表沉陷。 (3）切实作好土压平衡控制，保证掌子面土体稳定。 (４)利用信息化施工技术指导掘进管理，保证地面建筑物的安全。 (5)在砂质土层中掘进时向开挖面注入粘土材料、泥浆或泡沫，使搅拌后的切削土体具有止水性和流动性,既可使碴土顺利排出地面,又能提供稳定开挖面的压力。 5.4加泥技术 在砂性土层中推进时要考虑在土仓注入泥浆。其配合比拟为:水:膨润土:粉煤灰：添加剂=４：１：1:0.１，加泥量为5%~20%出土量。注入压力略高于盾构 59 机的土仓压力。 5．5泡沫的注入 无论盾构机通过砂性土还是在粘性土地层，都可以通过向土仓内注入泡沫来改善碴土的性状，使碴土具有良好的流塑性;同时泡沫的加入可以起到防水的作用，防止盾构机发生喷涌和突水事故。但由于泡沫的用量和价格都比较高，所以只有在加泥不满足要求以及发生喷涌、突水的情况下才使用。当泡沫注入后，可以将螺旋输送机回缩，控制好盾构机推力将盾构机刀盘进行空转,使泡沫充分地和土仓内的碴土拌和，使泡沫剂在改善碴土性状和止水方面发挥最大的功效。 6.盾构纠偏 盾构的姿态偏差主要是方向偏差和滚动偏差。方向偏差是指盾构在水平和竖直方向偏离了线路的方向,滚动偏差则指盾构的机身沿其轴线发生了旋转。由于隧道通过的岩层软硬不均、岩层界线变化较大且盾构在掘进过程中还需要适应线路在平面方向和竖直方向的变化,盾构掘进参数的设置不可能随时都能完全适应掌子面的岩石情况,因此盾构容易发生方向偏差，即上下和左右方向的偏差:另外,由于盾构在掘进过程中是依靠力盘的旋转来挤压和切削岩体而工作的，因此盾构机身有向刀盘旋转方向相反的滚动趋势．如果这种滚动趋势得不到有效的控制，盾构就会发生滚动,即发生滚动偏差，方向偏差和滚动偏差都会对盾构的掘进带来不利的影响，因此有必要对其进行控制和纠正。 ６.1方向偏差 盾构产生方向偏差的主要原因有以下几个方面: （1）盾构推进过程中不同部位的推进千斤顶参数设置不能与实际需要完全吻合,致使推进千斤顶在不同部位的推进量不一致而产生方向偏差。 （2)开挖掌子面的土层软硬不均，刀盘在洞室不同部位的阻力不一致，致使刀盘向阻力较小的方向移动而产生方向偏差。 （３）刀盘自重的影响，使盾构有向下低头的趋势。 6.2 滚动偏差 产生滚动偏差的主要原因是盾构壳体与洞壁之间的摩擦力矩不能平衡刀盘旋转的扭矩。这种情况在盾构通过稳定性较好的地段尤为明显，因为此时盾构壳体与洞壁之间只有中下部才产生摩擦力,同时其摩擦系数也相对较小。盾构产 60 生过大的滚动不仅会影响管片的拼装,也会引起隧道轴线的偏斜。

通过电子经纬仪测量盾构的竖直角和水平角的变化来确定盾构在竖直方向和水平方向偏差。自动监测则采用盾构自带的激光导向系统。 6．３ 姿态的监测 与方向偏差的监测类似,也采用人工监测和机器自动监测相结合的手段进行监测。人工监测的主要仪器是精密水准仪，通过测量监测点的高程差来计算滚动角。自动监测则采用盾构自带的滚动角测量系统进行监测。 6.4盾构姿态调整 (1) 方向偏差的纠正 方向偏差的纠正通过调整油缸来实现。将每个区域的油缸编为一组,每组油缸设有一个电磁比例减压阀，节该组油缸的工作压力。另外，每组推进油缸中都有一个油缸装有位移传感器,以显示该分区的行程。通过控制各分区的工作压力，进而控制各分区的推进量，便可以控制盾构的方向,同时也可以通过调整各区域的推进量来纠正方向偏差,当盾构出现左偏时,则升高左侧Ｂ区域的油缸压力,同时降低右侧c区域的油缸压力,这样左侧的推进量相对于右侧的推进量就会变大，从而实现了纠偏。与此类似，当出现右偏时，则加大右侧千斤顶的推进量.当出现上仰时，则加大上侧千斤顶的推进量;当出现下俯时,则加大下侧千斤顶的推进量。 盾构在通过水平曲线和竖向曲线时,应对盾构推进千斤顶的油缸进行分区控制,以便使盾构按预定的方向偏转。 (2)滚动偏差的纠正 当盾构的实际滚动偏差超过允许值时,盾构会自动报警，此时应将盾构刀盘进行反转,以实现纠偏。在围岩较硬的地段,盾构与地层的摩擦力较小，盾构容易发生滚动，为了防止盾构反复出现偏差和进行纠偏,应及时使用盾构上的稳定器。 6．5纠偏要点 (1）盾构出现蛇行时，应在长距离范围内慢慢修正,不可修正过急，以免出现更多蛇行或更大的蛇行量。 (2）根据掌子面地层情况及时调整掘进参数，避免出现更大的偏差。 (3）在纠正滚动偏差而转换刀盘转动方向时，宜保留适当的时间间隔，不宜速度太快。 7.曲线地段及坡度掘进 在曲线段(包括水平曲线和竖向曲线）施工时,盾构机推进操作控制方式是把 61 液压推进油缸进行分区操作，使盾构机按预期的方向进行调向运动。曲线段施工时,采用安装楔形环与伸出单侧千斤顶的方法,使推进轨迹符合设计线路的弯道要求。 7.1在曲线段推进时,要注意以下几点： (１）进入弯道施工前，调整好盾构的姿态； (2)精确计算每一推进循环的偏离量与偏转角的大小，根据盾尾间隙和掘进线形,选择合适类型的管片拼装，合理选配推进千斤顶的数量、推进力、分区与组合进行推进; (3）将每一循环推进后的测量结果记入图中与设计曲线相对照,确定是否修正下次推进的偏转量与方位角; (4）合理选择超挖量，尽量使盾构靠近曲线内侧推进,将推进速度控制在30~40mｍ/ｍiｎ内，或将每一循环分成几次推进，从而减小管片的受力不均; （5）为防止管片的外斜,必须保证管片背后注浆的效果，使千斤顶的偏心推力有效地起作用，确保曲线推进效果,减少管片的损坏与变形； （６)当盾构偏离曲线的设计线路较大时,停止盾构推进，采取相应措施，避免下述现象发生:在曲线推进过程中，出现管片损坏严重、管片螺栓折断,接头部件损坏,管片拼装困难、隧道衬砌超限等问题。 (7）根据掌子面地层情况及时调整掘进参数调整掘进方向避免引起更大的偏差。 （８）蛇行的修正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。在曲线推进的情况下,使盾构当前所在位置点与远方的一点进行线路拟合,使隧道衬砌不超限。纠偏幅度每环不超过2０mｍ。 （９）在曲线施工中,盾构曲线走行轨迹引起的建筑空隙比正常推进大，必须加大注浆量，正确选好压注点,并做好盾尾密封装置的技术措施。 液压推进油缸的分区表 表2 油缸分区 A B 直线 工作 工作 左转 工作 工作 右转 —— 工作 上仰 工作 工作 下俯 工作 —— 62 C D 工作 工作 —— 工作 工作 工作 工作 —— 工作 工作 图1 液压推进油缸的分区图 7.２推进过程中的蛇行和滚动 在盾构推进过程中，蛇行和滚动是难以避免的。出现蛇行和滚动主要与地质条件、推进操作控制有关。针对不同的地质条件，进行周密的工况分析，并在施工过程中严格控制盾构机的操作,减少蛇行值和盾构机的滚动。当出现滚动时采取正反转刀盘方法来纠正盾构机姿态。盾构机推进时还需注意以下几个问题： (1)工作面的地层结构及物理力学特性的不均匀性； （2)推进系统性能的平衡性、稳定性; （3)监控系统的敏感性,可靠性和稳定性； (4）富水软弱地层对盾壳的环向弱约束性; (５）通过软硬变化地层时的刀盘负载与盾壳约束条件的不对称性（包括进出洞的类似情况）; 对于以上问题要通过实际的掘进施工不断地积累施工经验，并在施工过程中做记录，探索出各种问题对盾构机掘进的影响程度,并把比较严重的问题作为施工中的重点问题进行研究解决，为下次掘进类似地层提供支持。 8．两相邻隧道盾构施工的影响 63 两相邻隧道的短距离对盾构施工尤其是对到达段的施工非常不利,当后续盾构施工到此段时，可能会对已经施工好的隧道造成影响和造成地层坍塌，一般采用的施工技术措施如下: (l)对线间距非常小的地段进行地层加固,提高两条隧道之间地层的强度和稳定性; （2)当采用土压平衡模式掘进时，严格控制掘进速度、掘进推力和土仓压力,并精确控制盾构的姿态,降低对地层的扰动； (3)加强地表沉降监测和先行隧道的变形监测,严格控制同步注浆压力，一旦发现异常,及时调整掘进参数和采取加固措施，确保地面环境和已建成隧道的安全； (4)必须确保左右线两台盾构有一定的安全间距。 9.通道、泵站施工 ９．1通道泵站主要施工工序为： (１) 预注浆加固地层 预注浆一般在两条平行隧道内进行。为加快施工进度，保证注浆质量，注浆加固工作最好在两条隧道内同时进行。根据两条隧道的间距，分为两个注浆段,注浆孔采用辐射状，终孔位置附近可满足加固范围的要求，若孔口附近浆液扩散较近，满足不了加固范围,可在孔口附近补打短孔,以便地层加固范围均能予以满足。 根据以往的经验,软弱地层中成孔困难,前期孔可采用分段前进式注浆，虽然速度较慢,但可以保证注浆质量。如采用单液注浆，可将两泵吸浆管放在同一种浆液中,或用一台泵即可。当达到设计注浆压力并且注浆量达到计算注浆的8０%以上时,可结束本孔注浆。按照设计要求每孔均达到注浆结束标准，即可结束该段注浆。必要时取样进行力学试验、分析，均达到要求后,再进行下步工作。否则,进行补孔注浆。 (2)超前小导管注浆 超前小导管注浆有两个作用：一是对原加固的地层再次进行处理,二是超前导管起到超前插扦的超前支护作用。超前导管的长度可根据一次开挖长度及机具性能决定，一般以３～5m为宜。 超前导管一般以φ32焊接或φ42无缝钢管制作。先将钢管截成需要的长度，尾端做成尖锥形,并钻办６～8mm的孔，头部根据与注浆管连接的孔式可加工成 64 丝扣或焊上6ｍm钢筋箍。小导管的安设采用钻孔顶入法。顶入后在孔口用塑胶泥或喷砼封闭。一般来说,若小导管注浆压力低，进浆量小,可采用简易的风动注浆泵进行压注。 （３)上半断面开挖 上半断面开挖工作量小，且对断面精度要求高,在经过加固后的软弱地层，宜采用人工开挖的方法。为保证工作面的稳定性，开挖时可采用环形开挖留核心的办法，即在架设钢拱架部位先开挖，不妨碍一次支护的部份保留下来.必要时，可用喷砼对工作面进行临时封闭。如地层处理效果较差，可采用扦板法施工，即予先将钢板扦入地层中,在其保护下进行开挖，确保施工安全。一次开挖长度不宜过长，一般来说,挖制在0.5~１．0m之间。 （4）上半断面一次支护 开挖工作完成后,应立即架设钢拱架、挂网、喷射砼,对围岩进行支护，其间隔时间(即从开挖至一次支护完成之间隔)应不超出２ｈ。 钢拱架的拱脚要放在可靠的基础上，如地层松软，可用钢板或予制砼板(块)支撑,必要时加设拱脚锚杆。两根钢拱架之间要用钢筋连接,钢筋两头要分别牢固地焊接在两榀钢架上,以增加其刚度和稳定性。喷射砼时,最好分2~3次喷够厚度，以满足柔性支护的要求。 （5)施工监测 在软弱地层中施工、量测是必不可少的工序。根据量测结果可以判定洞室是否稳定，是否需要加强支护手段，为下段设计和施工提供依据。同时量测还可以提供坍孔危险讯号，以便及早采取措施，预防坍方。 工作面观测、拱顶下沉量测及洞室收敛量测是监测工作中不可缺少的项目,同时根据工程需要,还可进行多点位移量测、地层对喷层压力量测,喷层变形量测等。如量测后围岩不稳定，洞室下沉、收敛变形过大、可采用增加网喷厚度、安设投脚锚杆等措施来解决。甚至可以提前施作钢筋砼衬砌，来抑制结构的变形。 （6）下半断面开挖及支护 下半断面（包括核心土)开挖工作量大但施工场地较宽阔。可采用小型掘进机或小型装载机开挖。开挖后,及时将钢拱架接上并架设仰拱钢架，喷射砼，使一次支护尽早成环，从而减少地表及土层变形。 下半断面开挖时，可根据预注浆对地层处理的效果，采取补救措施。如地 65 层处理结果较差的地段，可先用小导管补充注浆,进行二次处理,也可以跳槽开“马口”形式,先把钢拱架立脚接下来,然后再开挖。总之，要根据具体情况，灵活改变施工工序。在下半断面开挖、支护过程中,要特别重视量测工作，以防止上部变形过大或“坍拱”,而造成不应有的损失。 （７）集水井的开挖 在整个通道打通并一次支护完成后,开始进行集水井的开挖。由于地层加固范围的限制，集中井的部份地层未进行处理。因此，集水井的开挖施工顺序是： ①对地层进行处理,处理的方法分为两种:一种是向下打孔、注浆，使集水井周围有２m左右的地层被加固；一种是采用井点降水法,疏干集水开挖井范围内的地下水,给开挖创造条件。究竞采取那种方法，视现场具体情况选择。 ②小导管周边注浆。在开挖周边安设小导管并进行注浆加固,以再次对地层进行改良。 ③开挖。开挖深度每次为０.５~0.75m。 ④支护。每循环开挖完毕后,采用型钢钢架进行支护并喷射砼。 以此顺序逐步向下开挖。 （8)模注钢筋砼直至设计深度 待通道集中井全部施工完毕后，继续对结构进行量测，当量测的拱顶下沉及洞内收敛值基本稳定后，施作二次模筑钢筋砼。 (９）施工注意事项 通道泵站全暗挖施工，是在弱软围岩中进行,而且两条平行的地铁隧道业已完工。必须稳扎稳打，步步为营。若稍有不慎,不仅影响通道、泵站的质量,而且由于通道变形过大或破坏，还会影响到两隧道结构安全。因此，施工中必须注意以下几点 ①必须有一支施工经验丰富、责任心强的施工队伍。这支队伍从领导到工人，都必须熟悉全暗挖的每一道工序及其衔接,必须充分了解设计意图和施工方法，并在施工中能灵活运用。 ②切实保证预注浆的质量，这是全暗挖法成功的关键。严格掌握注浆结束标准及检查验收标准,对不符合质量标准的坚决推倒重来,决不允许侥幸、凑合心理和不负责任的态度。 ③台阶长度要严格控制，绝不可过长,根据以往量测结果及理论计算，台阶长度即结构未封闭的距离不得超过开挖长度的2～３倍。 66 ④每次严格控制进度,杜绝盲目冒进。 ’ ⑤加强施工监测,时刻了解围岩及结构的动态变化，及时反馈给现场指挥及技术人员,以便根据情况，采取相应的对策。 9.2几个问题的探讨 ” （1）全暗挖方案实施的可能性 在铁路隧道和地下工程中,运用工作面注浆法改良加固地层后，进行暗挖施工成功的例子不胜枚举。就国内而言，大瑶山隧道F ９断层的顺利通过;北京地铁在遇到细砂层后，注浆加固后不仅安全通过，而且地表沉降量控制在穴允许范围之内,这些例子表明,随着我国科技、施工水平的不断提高,类似软土层中以暗挖法修建地铁通道是可能的。 （2）软土中采用工作面预注浆是可行的。 软土中由于颗粒细小,颗粒之间又充满了水,用工作面预注浆法能否起到加固地层与封闭地下水也是大家关心的问题。 就注浆机理来看，劈裂注浆是靠浆液的压力,把软弱地层劈开,充填进浆液,并使其凝固,胶结。由于浆液凝固体或固砂体占据了地层中的空间，使原来地层更加密实，特别是粘性土,本来渗透系数就很低，压密以后,渗透性更弱.同时由于地层被挤密，其粘结力、内摩擦角相应加大,，起到了加固地层和封闭地下水的作用。从多次的试验和工程实践中来看，对于软土地层，劈裂注浆的压力并不很高,一般０.5~2.0Mpa，即可将地层劈开,达到注浆加固的目的。这么低的注浆压力，在实际工作中是可能的。目前,注浆材料工业发展很快，除常规的水泥水玻璃外，还有磨细水泥或其他化学浆材,材料进行平。在上海地铁及越江隧道等工程中，运用注浆法封堵连墙续背后的地下水,加固盾构出口及盾尾注浆,都是成功的. （3）通道、泵站开挖对主隧道的影响 通道、泵站的开挖，对地层进行扰动,破坏了原地层的力的平衡，对已建成的地铁主隧道肯定会有影响，但其影响究竞有多大，能否影响到主隧道结构破坏的程度,这是全暗挖法能否成立的关键。 通道泵站的开挖,是在对地层进行一次预处理后进行的，而且在施工过程中,还要对结构特殊部位（上半断面)的地层,进行三次加固处理,这就大大减少了地层的变形。根据北京地铁量测结果，小导管超前予预注浆即可保证地表沉降量符合要求（即３０ mm),若采用深孔注浆，则地表沉降量仅为小导管注浆的１／ 67 2~1／3，即地表沉降量为10～1５mm，现采用两次注浆加固，沉降量可降至1/4—1／6。又据量测资料证实,隧道拱顶下沉量为地表沉降量的2～３倍。按此推算,两次注浆后开挖，通道开挖部位拱顶下沉量小于22.５mｍ。对两主隧道的影响就更小了。 为了减少通道开挖对主隧道的影响，我们可以在主隧道与通道之间设变形缝,使通道变形不受主隧道的约束,也不牵连主隧道。因此,通道开挖对主隧道影响很小,不会影响主隧道结构的安全稳定。 68 第四部分 复杂地质条件下掘进控制技术 ４.1、盾构穿越软硬不均地层 4.1．1、地质条件分析 北京地铁地质资料显示，上部多为人工填土或全新统海陆交互沉积的淤泥或淤泥质土、淤泥质砂;下部为上更新统陆相冲积洪积形成的砂、土层;底部为基岩残积形成的粘性土层。白垩系下统白鹤洞组广岗段厚４０0～450m，由紫红色钙质粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩夹浅灰色泥灰岩、泥岩组成,微层理发育,含方解石，常见钙质斑块及少量斑点状石膏。盾构区间大部分在残积土层和岩石风化层中穿过,软硬不均地层现象明显。 盾构施工过程中存在的主要问题盾构掘进控制难度大，工况转换频繁。 4．１.2、主要施工技术措施 1）结合地质资料，运用超前钻事先探明上软下硬地层的软硬情况。 2）采用土压平衡或气压平衡模式掘进，必要时注泡沫或泥浆对碴土改良。 ３)采取措施,重视盾构的轴线控制和姿态控制： （1)合理利用超挖刀。 (２)根据测量数据及时修正千斤顶推力组合。 （3）合理利用铰接千斤顶调整盾构姿态。 （4)利用刀盘正反转、使用稳定翼等措施对盾构旋转进行控制。 （5)放慢掘进速度,以便更好的保护设备和控制轴线。 4．2、盾构穿越砂层、淤泥层段 4．２.1、地质条件分析 根据北京地铁地质资料显示,盾构区间部分穿越陆相洪积-冲积砂层（Qal+pl)及河湖相淤泥质粉质粘土层(Qal３)，长度为4０0m至600m不等,砂层段以粉砂为主,局部含细砂，含少量粘粒。灰白色～浅黄色、淡黄色、饱和、松散～稍密，局部中密。呈断续分布、埋深不一、厚度不大、厚薄不均、厚度为0．70~３.00m,平均1.98ｍ。标准贯入平均值N=13.6击,标准值N=9．6击。淤泥质粉质粘土(淤泥)呈灰～深灰色,饱和，大部分为流塑状,局部软塑状,局部夹软～可塑状粉质粘土及粉细砂薄层。厚度为1.00~3.7０ｍ,标准贯入平均值Ｎ=3.５击。 采用土压平衡盾构通过存在难题是地层中富水压力大,盾构掘进控制困难,易发生喷涌，易造成地表沉降。 4．2.２、主要技术措施 69 穿越部分砂层、淤泥层地段时，主要采取的施工技术有以下几个方面: 1)采用土压平衡模式掘进,严格控制出土量，确保土仓压力以稳定工作面,控制地表沉降。 2)盾构掘进过程中向土仓内及刀盘面注入泡沫等添加材料，改善碴土性能，提高碴土的流动性和止水性,防止涌水流砂和发生喷涌现象，并利于螺旋输送机排土。 3）选择合理的掘进参数，快速通过，以将施工引起的对地层的影响减到最小。 4)运用导向系统和分区操控推进油缸，控制盾构姿态，防止盾构抬升。 ５)适当缩短浆液胶凝时间保证同步注浆质量,减少地层损失，以控制地表沉降。 4.3、盾构通过断裂带地层 根据北京地铁地质情况调查,地铁多处通过断裂地质带,断裂带埋深大约在10～3０m范围内，岩体破碎,围岩的强度大,天然单轴抗压强度最大可达１５6Mpa，而且强度不均匀,稳定性差。形成了地下储水构造,地下水比较丰富。 4.3．1、盾构通过时存在的主要问题 １)易发生涌水。 2)破碎地段的岩块较大，易堵塞螺旋输送机。 3）断裂带下伏的基岩为蚀变花岗岩与硅化岩，岩体强度大,要求盾构破岩能力强。 4.３.2、主要技术措施 1)及时将双刃滚刀更换为单刃滚刀。因为单刃滚刀比双刃滚刀接触面小、破岩能力高。 ２）采取土压平衡工况掘进，及时调整土仓压力,确保土压平衡，同时采取措施防止拼装管片时盾构出现后退,保证工作面的土体稳定。 3)适时调整掘进参数，防止出现过大的方向偏差，同时使岩石得到充分的切削，避免大的岩块堵塞螺旋输送机。 ４)掘进过程中向土仓内注入泥水或泡沫，防止螺旋输送机堵塞和水涌入隧道。 5）连续掘进，对地表和建筑物连续监测。并及时注浆充填管片与地层之间的环形间隙，防止土体塑性区的扩大,控制地表沉陷。 70 6）水压较大时,要防止盾尾被击穿,因此要及时在尾刷处注油脂。 4．4、盾构通过球状风化地层 4．4.1、地质条件分析 根据北京地铁工程地质情况调查，多处通过花岗岩球状风化地层,熟称“孤石”层，花岗岩单轴抗压强度在160ＭPa左右。由于风化球岩体的强度远大于周围岩土层的强度，是盾构施工的不利因素。风化球周围岩土层主要为花岗岩强、全风化层，强度差异较大，稳定性差,为Ⅱ~Ⅲ类围岩。 花岗岩球状风化,由于风化球周围岩体与球状风化岩体本身强度存在较大差距,易造成刀具损坏，甚至会导致刀盘变形,至使整个盾构机瘫痪。上海某隧道公司在深圳地铁施工就是一例，最终不得不采用矿山法贯通隧道后将盾构设备拖出。 4.４．2、通过球状分化层其主要施工技术措施 1)超前钻探或地质雷达物探，以预防为主，提前采取一些诸如地表或洞内深孔爆破等必要的处理措施。 2）注意观察盾构掘进的异常情况以及掘进参数的异常变化，判断是否碰上球状风化岩体。一旦发现推力加大时,盾构进尺缓慢或滞迟不前,应立即停机，切不可贸然推进。 3)以低掘进速度和高转速掘进球状风化岩体，掘进过程中随时监测刀具和刀盘受力状态,确保其不超载并观测刀盘是否受力不均,以防刀盘产生变形。如遇刀盘卡住,可回缩刀盘予以调整,然后重新掘进。 4)如球状风化岩体在软地层随刀盘一起滚动,可利用地质超前钻机对周围软地层予以加固，然后进行掘进。 5)如上述措施不能奏效，则人员通过压缩空气仓、切削仓进入开挖面，对球状风化岩体予以人工处理。如开挖面地层稳定性差,则预先予以加固。 6）及时足量进行同步注浆。 4．5、盾构穿越硬岩地层 ４.5.1、地质条件情况 地质钻探资料显示在天河-华师区间及大塘-汉溪区间大部分为Ⅲ类以下围岩，部分为Ⅳ、Ⅴ类以上围岩,揭露出抗压强度为１40Mｐa和 156 Mpa的硬岩。其长度范围在５0m-２０0m。根据“Tunnels&Tunnelｌinｇ lnteｒnational”ＪＵＮE2001下图资料显示：当Q=0.1-10时，采用盾构法施工掘进速度远远快于传 71 统的钻爆法施工； 图4-1 隧道不同工法掘进速度与Ｑ值关系图 当Q值大于５0以上时,也就是当岩石强度很高时,传统钻爆法施工速度快于盾构法施工。由于在盾构施工区间范围内硬岩距离短，若采用钻爆法施工,由于上覆土层厚达3０m左右，增设竖井施工难度大,又不经济,所以采用盾构直接通过较为合理。 4．５.2、盾构法施工技术措施 1)采用单刃滚刀破岩,减少换刀次数与频率，提高施工进度。掘进过程中随时监测刀具和刀盘受力状态,确保其不超载。 ２）适时合理更换刀具,以提高掘进效率，避免损伤刀盘。 3）换刀时启动刀盘伸缩装置缩短换刀时间并在土仓内更换刀具,减少换刀时间对掘进循环的影响,提高设备利用率。 ４）硬岩段掘进时启动盾构稳定装置,减小盾构的振动和防止盾构产生超限扭转,使管片的受力稳定,确保隧道的成形质量和保护管片，防止盾构的变形。 ５）采用敞开模式掘进，遵循高转速、低扭矩原则选取参数,以提高掘进速度。 6)进入硬岩段掘进前要对盾构进行一次全面的维修保养,确保盾构的工作状态良好。 4.6、盾构穿越水底浅覆土层地段 北京地铁穿越江河浅覆土，河底标高距隧道顶仅0.97ｍ，不足隧道直径的１/6。 72 4.６.１、存在的主要问题 1)浅覆土易产生冒顶通透水流。如此浅的覆土、高水头压力下，刀盘前方土压平衡不易建立。河水常从扰动土体裂缝中经刀盘开口及盾尾进入盾构机,造成盾构淹水。 2)隧道上浮。水域下浅覆土中推进的盾构,上下受到的力不均衡,盾构姿态上扬,压坡困难，隧道上浮，轴线难以控制。 3）流砂、管涌。在砂土、砂质粉土等易液化的土层中掘进，刀盘切削挤压扰动，加上过高的水头压力（有时可达0.3-0.5MPa)。液化砂土随地下水沿盾尾和隧道接缝渗入隧道内，造成局部地基掏空,隧道下沉。 4.6.2、河底盾构隧道推进时浅覆土最小厚度 1)土压平衡盾构在河底浅覆土中推进的受力分析 盾构机在河底饱和粘土土层中推进时有工作面挤压力合力等于主动土压力、挤压力合力等于静止土压力和挤压力合力等于被动土压力三种临界受力平衡状态。如图（a)(b）(c）,（无粘性土层中c=０) Pg=Ft－Ff Ｆf=πDPrµ Pａ=[（HW+h＋D／2)γＷ＋(h+D／2)γＫa-２ｃKa½]*πD２/４ PＯ=[(HＷ＋h+D/2)γW+(h+Ｄ/2)γKo]＊πD2/4 PＰ=［(ＨW+h+Ｄ/2）γＷ＋(ｈ+D/2)γKP＋2ckP½］*πD２／4 Kａ=tａn2(450-φ/２)；K０=1-sinφ；KP=tan２(45０+φ／2) 式中,Pg:盾构正面挤压力； Fｔ:为盾构推力实测值； Fｆ:为盾构摩擦力计算值； L:盾构长度；D:盾构外径; µ:盾构外周与土壤的摩擦系数，亚粘土中µ=0.４,淤泥质粘土中µ＝０．3; Ｐｒ:盾构外周平均径向土压力; Pa：主动土压力；PO:静止土压力;ＰP：被动土压力; Ka:主动土压力系数；Ｋ0:静止土压力系数; ＫP：被动土压力系数;ＨW：水深;γW：水容重； ｈ：覆土厚度；γ：土浮重度;ｃ：土内聚力; 73 φ:土内摩擦角；φ:有效内摩擦角。 HWγW γhＫo

HＷγW 2ckｐ½ HWγW 2ckp½ (a)Pg=Pa （b）Pg=Po (c)Pｇ=Pp 图4-2 河底饱和粘土中盾构工作面的三种临界平衡状态 当盾构正面挤压力Pg小于工作面主动土压力Pａ时(如上图ａ），开挖面土体将向土仓内坍塌,引发覆土塌陷;当盾构正面挤压力Pg介于主动土压力Ｐa和静止土压力PO之间（Pa＜Pg４%; （４）地层损失对地面沉降的影响 开挖隧道过程中，实际开挖的土层体积总是不等于竣工隧道的体积。这两个体积之差称为地层损失。地层损失不仅包括建筑空隙的体积,也包括超欠挖或其它土层流失。 地层损失受多方面因素影响。据Ｍuiｒ ｗooｄ提出的地层损失的选取方法为：正面土体的地层损失占总体积的极限比例为0.1%；切割边缘后面的地层损失占0.1%一０.5％。 87 量开挖面土体流失量8如图6－５所示： 形，性2024 64 68Nt 图6-5 稳定比与土体流失量之关系性 反之,如Nt值为负，即Ｐz＞Ｐｉ,上体位移方向亦相反,地面产生隆起现象。 盾构的地层损失占０.1％，盾尾后的地层损失占０~4%。 地层损失与稳定比的关系常用地层损失率(即相对地层损失）表示: △V Vn＝ V式中： Vo ——隧道的理论体积； △V ——为地层损失的体积。 当稳定比小于２时,地层损失率一般小于1％，引起的地表沉降可以忽略不计。 当稳定比在２ ~ 4之间时，采用盾构法施工可以将地层损失率限制到小于20% ~ 3０％。 当稳定比为４ ~ 6时，盾构能减少土体的径向位移，也有助于减少开挖面土体的轴向位移。 当稳定比接近5时,开挖后土体的位移趋于增加,此时必须有正面支撑。 如稳定比大于6，正面土体是不稳定的。 土压平衡式盾构施工时，在盾构推进过程中，盾构密封仓压力与开挖面土体主动压力相对平衡。使开挖面保持稳定,大大减少丁地层损失的影响因家。 （５)建筑空隙充填不足对地面沉降的影响 通常盾构外径要比隧道衬砌外径大2%左右。这是因为： a)盾尾壳板有一定厚度，而壳板厚度又因盾构埋深、盾构直径、盾构长度和壳板材质而异; ｂ）为便于管片在盾壳内拼装以及盾构推进时需要不断纠偏使之在设计轴线上推进，通常在盾壳内面与衬砌外径之间要留一定的空隙。这称之为建筑空隙。 盾尾建筑空隙如不充填材料必然会被周围土体所占。假设地层不产生压缩或松胀,那么建筑空隙的体积就应等于地面沉降槽的体积。因此，建筑空隙必须及时灌浆。压浆压力、压浆材料的性能及充填数量均会影响地表沉降值及沉降速率。盾构在曲线中掘进,或纠偏掘进过程中实际开挖断面不是圆形而是椭圆形,故引起地层损失;盾构在土体中移动，盾壳表面粘附着一层粘土,推进时盾尾后隧道外围形成的空隙将大量增加,如不相应增加压浆量,地层损失量将增加。 (6）管片回环变形对地面沉陷的影响 衬砌结构脱出盾尾之后，受力条件迅即变化。在土压力作用下,成环管片竖 88 椭圆形或圆形变为横椭圆形，管片圆环产生的变形也会导致地表的少量沉降。据实测资料显示,其沉降量一般在１ｍm ~ ４mm之间。衬砌渗漏亦会引起地表沉降。 (7)受扰动土体的固结再沉降 由于盾构掘进中的挤压作用和盾尾注浆作用等因素，使周围地层形成超孔隙水压区,需经过一段时间才能消散复原。在此过程中因地层发生排水固结变形而引起地表沉降。 （8)土体性质的影响 土体的压缩性、强度性质显然对地层位移有重要的影响。 （9）盾构机性能的影响 开挖面水压及土压不平衡，切削回转能力减弱,推进压力下降等因素将引起开挖面坍塌、超挖，随隧道开挖出现偏差会引起尾部空隙增大，开挖面切削转矩及盾构推力过大会引起地层扰动。 (10）回填注浆质量和操作质量的影响 回填注浆是否充足、及时,衬砌管片拼装质量是否完善,土压是否适当,盾构机推进时姿态控制是否良好，是否发生偏差、蛇行，施工工序是否合理,施工人员操作是否熟练，经验是否丰富等均影响到地层位移。 （11)其它因素对地面沉降的影响 盾构施工中的一些技术问题,如盾构纠偏、盾构临时停顿或后退及推进速度、出土量的变化等，都对地表沉降有影响。 ３)纵向地表沉降 (1）盾构始发段和到达段地表沉降较大,但在端头加固区内沉降很小。 盾构始发到达阶段，土仓压力处于不断调整阶段，始发时土压在逐渐增大,到达时土压则减小，在土压调整过程中，未能建立真正意义上的土压平衡, 因而引起部分地层损失，使地面沉降较大，但在加固区内，由于地层经加固处理后，地层强度、止水性、均匀性、整体稳定性都有改善，使得盾构掘进时其加固区内的沉降很小，一般在3mｍ以下。 在正常掘进段,盾构掘进时基本建立了土压平衡,盾构其它掘进参数在监测的反馈指导下设置较好，地面沉降得以有效控制。 (2)端头土体加固对沉降影响大。 土体加固方案、加固范围、效果等对始发和到达端的地层沉降影响大，因 89 此加固区长度应大于盾构长度,加固区两侧可考虑用一排旋喷桩代替搅拌桩，以控制泥水流失。 （3）在富水软弱地层中（软流塑淤泥质粉质粘土）地面房屋等附加荷载对地表沉降量有较大影响。 在软流塑淤泥质粉质粘土中掘进时引起的后期固结沉降就大,在房屋附加荷载的作用下，盾构掘进对地层的扰动相对较大,其后期固结沉降稳定时间长，后期固结沉降约占总沉降的５0%以上。 4）地面隆沉的横向沉陷槽和影响范围 盾构施工中引起的地面沉降不仅仅表现在隧道轴线上方,在其周围也会引起不同程度的沉降。在理论上,地面沉降沿隧道轴线横截面呈高斯曲线分布。如图6-6所示。 但在实际中,由于控制沉降的因素较多，相互之间的关系较复杂。因此，沉降曲线不可能符合一定的函数关系。但通过对以往盾构施工的总结，可得出如下结论: （1)地质条件与沉降大小密切相关，相对软弱稳定性差的地层,地层沉降量大，中风化地层自稳性较好,即使采用敞开式开挖，其地表沉降值也很小;而在强风化地层和全风化地层中，虽然采用了有利于控制沉降的土压平衡模式开挖，其沉降均值仍较大，最大甚至超过60mm。 沉降槽相对深度和曲线曲率从大到小依次为淤泥质粉质粘土层、可塑性粉质粘土层、粉细砂层、硬塑性粉质粘土层。 沉降槽6m反弯点Smax图6-6 沉降槽高斯曲线 90 (2） 在盾构开控面前方，由于地面隆起，有些沉降槽呈凸形，盾构通过后地面逐渐下沉,呈凹形。 (３）沉降槽曲线基本沿隧道轴线点呈典型的正态分布,在轴线处的沉降值最大，沉降槽的影响范围在隧道两侧各15.00米左右,其中沉降较大的部分在隧道两侧各６.0０米范围内，距轴线１0m外的沉降量小于4mm,15m外的沉降量小于2mｍ,20m外的沉降量小于１mｍ。 (4）沉降槽中心大致与隧道中心相吻合，但有些地方存在偏差。其原因是:在挤压力作用下，盾构顶部土体所受扰动较远处土体大。当洞周土体向建筑空隙收缩时,因扰动而产生塑性破坏的土体传递位移的能力大大降低。 （5)沉陷曲线的斜率与水平夹角在５0°左右,约等于4５°+ψ／2。其中ψ为隧道所在地层淤泥质粘土的内摩擦角为9.６°，这说明沉陷曲线与主动土压的滑裂面较近。 (6)盾构通过和盾尾脱出后沉降是控制沉降的关键阶段。 4)防止地面沉降的对策 (1)优化匹配盾构掘进参数 盾构最优掘进是指：掘进时对周围地层及地面的影响最小、地层强度下降小、受到的扰动小、超孔隙水压力小、地面隆沉小、盾尾脱出时的突沉幅度小,这些是盾构施工中控制地面沉降、保护环境的首要条件和治本方法。 要达到上述最优状态,必须在掘进过程中视隧道上覆土厚度、地质条件、地面荷载、设计坡道、转弯半径、轴线偏差及盾构姿态等情况,选取合理的参数指导施工，但各参数既是独立的，又存在相互匹配、优化组合的问题，宏观表现在地表变形的控制。为此必须进行沿线监测地表沉降值，据此不断进行优化组合，指导下一步的掘进施工，使之真正优化施工参数。 （2）进行试掘进,确定员优掘进参数,指导全线施工 根据沿线地形、地貌条件,将１００m试推段划分为3个区段：第一区段长15m,为初掘进,共设定３组掘进参数，通过地表监测，摸索地层变化和轴线控制的规律；第二区段长３5ｍ，根据地面条件、建筑物、地下管线情况,对第一阶段设定的3组参数进行调整,以取得最优参数;第三区段长5０m，是正式掘进的准备阶段，通过这一区段的掘进，对地面沉降、隧道轴线控制、衬砌安装质量等制订出控制措施，基本掌握施工参数，能利用信息反馈指导施工。通过１00m 91 试推进,为整个区间隧道的掘进奠定良好的基础。 (3)设定前仓压力 前仓压力的设定应随隧道上覆土厚度的不同而变化，这对控制地面沉降极其重要。设定的前仓压力一般为理论值（静止土压十水压）的10５％~11５%。 (４)保持开挖过程中的土水压力均衡 土压平衡式盾构可通过调整推进速度和螺旋排土器的转速，使压力舱压力与开挖面土水压力相对应。另外根据需要,注入适当的添加剂增加开挖土的塑性流动化,使压力舱内不产生空隙。泥水加压式盾构可根据围岩的透水性来调整泥浆性状,并仔细进行泥浆管理，使压力舱压力始终对应于开挖面的土水压力。 实施这些开挖面稳定管理同时,还应根据需要研究采用辅助施工方法以保证围岩的稳定。 (5)减少推进中围岩的扰动 为了减少推进中盾构与围岩之间的摩擦,尽量不扰动围岩,必须减少盾构机偏转及横向偏移等防止蛇行发生。 (6）防止一次盾构的变形 为了防止管片环变形,必须使用形状保持装置等来确保管片组装精度,同时充分紧固接头螺栓。 (7）防止地下水位下降 为了防止从管片接头、壁后注浆孔等漏水,必须仔细进行管片的组装以及防水作业。 （8）确定壁后注浆的最佳匹配 盾构掘进中，以适当的注浆压力和注浆量、合理配比的压浆材料等,在脱出盾尾的衬砌背面环形建筑空隙进行同步注浆，做到完全填充盾尾空隙以防止围岩松弛和下沉，同时防止管片漏水,并达到管片环的早期稳定和防止隧道蛇行等目的,是控制或减小地面沉降的关键性措施。 a）注浆材料： 必须选择最适合围岩的土质和盾构型式等条件的注浆材料。作为注浆材料,应具备以下性质: （a）不发生材料离析；(b)不丧失流动性；(c)注浆后的体积变化小；(d)尽早达到围岩强度以上；（e)水密性好。 通常使用的注浆材料见解说图６-7。 92 注浆材料单液型砂浆水泥泥土浆加气砂浆添加料砂浆其他 *:瞬间凝结型 **:非加气型药液***:加气型药液 双液型化学加固材料快速固结砂浆快速固结加气砂浆*瞬间固结注浆材料(可塑性**,缓结固结型***)其他解说图 6-7 注浆材料的分类 一般来说，对于围岩稳定性好的土质,用单液注浆施工较多。而对于围岩难以稳定的粘土层或易坍塌的砂层，则采用双液注浆施工。 单液注浆材料的性质是： （a)具有可压送的流动性; （b）能填充到目标空洞范围; (c）在填充的注浆材料硬化前，不发生材料离析或凝固。 双液注浆材料,其特征是在注浆期间具有流动性，在注浆时和注浆后可迅速变为可塑状固结物，其性质是： (ａ)能在指定范围注浆; （b)材料离析少而且不受地下水的影响； （c)能调节硬化时间; (d)能根据需要尽早达到所需的强度等。 b）注浆材料的合理配比: 稠度值控制在１０.5~11.0，容重近似于原状土。对于不同地质条件有如下要求： (ａ)对于较坚硬、有其一定的自稳能力的岩层,要均匀地充填地层,就必须增加浆液的流动性,因此浆液配比要在保证砂浆稠度、离析率、固结率、强度等指 93 标的基础上延长其凝胶时间，控制在１2～30h,以获得更为均匀的填充效果。 (ｂ)对于较软弱、其自稳能力较差的岩层，注浆后希望能尽快获得浆液固结体强度,因此浆液配比要保证砂浆的固结率和强度，并将凝胶时间适当缩短为5~7ｈ，以便在较短的时间内加固地层,增强地层的稳定性。 （c)在富含水地层中，要求浆液的保水性要好,不离析,凝胶时间为5～６ｈ。另外，若在同步注浆后还漏水,则应进行补注水泥—水玻璃双液浆,以达到固结堵水的目的。 (d）在盾构始发和到达段，总体上要求缩短浆液凝胶时间，以便在填充地层的同时能尽早获得浆液固结体强度,保证开挖面安全并防止从洞口处漏浆。 ｃ)注浆时间： 浆液的压入时间应与管片脱开盾尾同步为宜，匀量注入的时间应与推进一环的时间相同。 d）注浆方法： 注浆施工从设置在管片上的注浆孔或在盾构上设置注浆管进行。一般是用钢车将注浆材料运入隧道内，然后用设在后方台车上的注浆泵进行压送。 为了防止注浆材料或地下水流入盾尾止水带内，把作为盾尾填充材料的润滑脂注入到盾尾止水带之间。为防止盾尾止水带损坏造成注入材料流入盾尾，需要将盾尾止水带设计为可更换的结构。 注浆完毕后，清洗注浆设备（注浆泵、注浆管道等）时,要设置旁通阀清除，以免在下一次注浆时将冲洗水混入注浆材料中注入。 e)注浆压力和注浆量: 为了充分充填盾构施工产生的地层空隙,避免由此引起的地表沉陷影响地表建筑物与地下管线的安全;避免过大的注浆压力引起地表有害隆起或破坏管片衬砌，防止注浆损坏盾尾密封,注浆压力最佳值应在综合考虑地基条件、管片强度、设备性能、浆液特性和土舱压力的基础上确定。合适的注浆压力约为１0０~300KN/m2,即在自稳能力较强的中风化、微风化岩地层中,选用敞开模式或半敞开模式开挖，同步注浆压力约为0.1～0.15MＰa。在自稳能力较差的强风化、全风化岩地层和粘土层中，选用土压平衡模式开挖,同步注浆压力为0.15~0.2MＰa。 由于注浆材料与围岩的渗透性、加压导致向围岩内的压入、排水固结、超挖等原因，合适的注浆量应为理论上(从盾构外径面积扣除管片外径面积计算的空隙量）的150%~２0０%。 94 注浆量、注浆压力都要通过一定程度的试验后，在确认注浆结果和对周围影响的基础上决定。在施工中也要按每个固定的区间进行注浆效果的确认,并将其结果反馈到施工中。 f）压浆位置：有目的地选择等角度分布于盾尾外壳6根浆管的不同压浆位置，能使‘飘浮”于浆液中的隧道尾端产生位移,既可改善隧道轴线原有的偏差，又可改善管片与盾尾的卡壳状况。 g)二次注浆：这是对壁后注浆的补充注浆。其目的是： （a)填补一次注浆的未填充部分。 （b)补充注浆材料的体积减少部分。 （c)对盾构推力导致的，在管片、注浆材料、围岩之间产生的剥离状态进行填充并使其一体化，提高止水效果。 ｈ)注浆质量管理: (a）注浆所使用的材料,要符合有关质量规定，同时要定期地验收以确保其质量。 （ｂ)为了保证注浆材料的质量，需要定期测定流量值、粘性、析出率、凝胶时间、抗压强度等。 （c)注浆前进行详细的浆液配比试验，选定合适的注浆材料及浆液配比，保证所选浆液配比、强度、耐久性等物理力学指标符合设计施工要求。 (ｄ)制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆并进行检查、记录和分析，及时做出P(注浆压力)—Q(注浆量)—t（时间)曲线，分析注浆效果，反馈指导下次注浆。 (ｅ）根据洞内管片衬砌变形和地面及周围建筑物变形监测结果，及时进行信息反馈,修正注浆参数及设计和施工方法,发现情况及时解决。 (f）做好注浆孔的的密封,保证其不渗漏水。 (g）做好注浆设备的维修保养及注浆材料供应，保证注浆作业顺利连续不间断地进行。 ｉ）注浆施工工艺 注浆工艺是实现注浆目的、保证地面建筑物、地下管线、盾尾密封及衬砌管片安全的重要一环,因此必须严格控制，并依据地层特点及监控量测结果及时调整各种参数，确保注浆质量和安全。 为了使环形间隙能较均匀地充填,并防止衬砌承受不均匀偏压,同时对盾尾 95 预置的注浆孔进行压注，在每个注浆孔出口设置分压器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而获得对管片背后的对称均匀压注。同步注浆施工工艺流程见图6-8。 j）注浆效果检测 （a）采用钻孔取样检测注浆效果 利用管片的注浆孔等，对已注浆的壁后注浆材料进行取样,检查其注浆厚度、情况、强度等，这在质量管理上非常有效。但是，对采样时地下水的流入等问题,必须充分的注意。 计 划 值 管理基准值 注浆方式选择 注浆开始 注浆、现场试验 注浆压力、注浆量监 视 注浆完毕 注浆效果检查 判 定 不合要求 二次补强注浆 变形检测分析 96 图6-8 同步注浆施工工艺流程图 （b)采用超声波检测注浆效果 超声波检测是通过注浆前后超声波波速提高幅度的方法来分析注浆质量和效果的，测试仪器采用SYC—２型声波岩石参数测定仪和FSS型换能器。 通过岩体声速变化规律和测孔注浆压力、注入量等情况进行分析,可根据以下结论分析注浆效果: ① 若注浆后信号较弱，声速较低,说明岩层裂隙较多,注浆不足，岩层裂隙没有得到很好地充填；若注浆后波形信号明显，声速值较高,则说明随着注入浆液的充填、固结，形成了比较致密完整的岩体。 ② 在围岩松动圈范围内声速变化较大,而在松动圈范围外声速值、波幅值变化不大。这是因为:松动区域围岩较破碎，注浆时进浆量较多，注浆压力由小到大变化，故此区域声速提高幅度也大，这样可测出浆液的有效扩散距离。 超声波速度是岩体超声波测定的主要参数之一，也是衡量岩体结构的主要指标。用超声波检测注浆质量及效果，主要是将其声速测定的结果进行分析和研究。注浆后声速幅度值越大，说明裂隙被充填越密实，注浆质量和效果越好，从而达到了充填间隙和固结堵水的目的。 5)突发性沉降事故的处理措施 在盾构施工中根据地质情况和需保护的建筑物采取不同掘进模式,能够保证沉降要求。如遇特殊情况，发生较大的沉降后，必须采取快速稳定沉降的措施： （1)发生沉降的地点,在沉陷范围派专人值班，负责人员、交通、建筑物的安全。 (2）盾构关闭进土闸门,建立土压，所设的土压比所处位置的水土压力高0.2 kｇ/cｍ2，盾构停止掘进，用盾构上的超前注浆设备和注浆孔向地层注浆加固。 97 不停地向管片背后注浆,并调整浆液配合比使其具有足够的强度和快速凝结。 （３)在沉陷范围采用钻机进行地表注浆加固方法，增加地基的强度。 (4)增加沉降观测，及时反馈信息。 6.２.5、土压平衡盾构机的异常现象 1)盾构机正常推进时，泥土仓内土压大幅度突降。 (1)产生原因：这是由于泥土仓内空气含量较多,泥土仓的土压主要由空气压力形成，而且泥土仓内含有大量的水，泥水混合液很稀，压力空气容易穿过稀泥进入螺旋输送机前闸门(入土闸门)，通过螺旋输送机从其后闸门(出土闸门）迅速喷出,使泥土仓内压力空气瞬时大量释放，导致泥土仓内的土压大幅度突降;在较松软的地质中,泥土仓内的大量压力空气有时会通过盾构机外壳的松软土层向盾尾方向移动，最后在中盾和尾盾连接处穿过尾盾的密封条向盾构机内部释放压力空气,也会造成泥土仓内的土压大幅度突降。 (2)处理方法：遇此情况时,螺旋输送机应立即停止出土，关闭螺旋输送机及其出土闸门。盾构机继续往前推进,使泥土仓土压尽快恢复至正常值,以保持开挖面土层的稳定，防止由于泥土仓压力突降而引起地层发生变化,引起地表面出现较大幅度沉降。同时在操作中,应根据土质情况和刀盘扭矩的大小,减小泥土仓内的加水量，调整泡沫系统中空气的比例,并减小泡沫量,降低泥土仓内水和空气的含量。 2）盾构机停止往前推进后,泥土仓土压自动上升。 （1)产生原因:盾构机停止往前推进后，泡沫系统已关闭，但由于泡沫系统某个进气阀故障，阀芯被卡住，在泡沫系统关闭后阀芯在弹簧力的作用下不能复位，进气阀仍处于开启状态，压力空气继续通过该进气阀进入泥土仓，导致在盾构机停止推进后泥土仓土压自动上升。 (2)处理方法: a）首先关掉空气压缩机,打开储气罐的放气阀,使压力空气卸压，直至泥土仓土压不再上升为止。 b)若泥土仓土压上升幅度很大,为了防止地表面隆起,需启动皮带输送机和螺旋输送机,打开螺旋输送机出土闸门,低速运转螺旋输送机，慢慢地出土，直至泥土仓土压降至正常值为止;若泥土仓土压上升幅度较小,不会引起地表面隆起,不需降低泥土仓土压。 ｃ)检查泡沫系统空气进气阀,查明进气阀阀芯被卡住的具体原因,修理或更 98 换进气阀,使其正常打开和关闭。 3)螺旋输送机出土时,螺旋输送机出土闸门和皮带之间形成“大土堆”。 （1)产生原因:在粘土地层中，刀盘从开挖面上切削下来的泥土与从盾构机往泥土仓里注入的水或土层中的地下水在泥土仓内未均匀混合，造成泥和水呈分离状态。在螺旋输送机出土时，整团粘土从螺旋输送机出土闸门排至皮带输送机的皮带上。由于泥和水呈分离状态，泥与皮带之间的摩擦力较小,而且开始运土时皮带是上坡,引起泥土在皮带上打滑,不能及时运走。随着螺旋输送机不停地出土,皮带上的泥土越积越多，形成大的土堆。 （2)处理方法：在“大土堆”形成后,螺旋输送机应停止出土，继续运转皮带输送机，采用人工方法逐步铲掉，并通过皮带运走。禁止操作人员在“大土堆”形成后,为了减少麻烦，试图通过螺旋输送机继续出土，增加“大土堆”上方的泥土重量将其压塌,使土堆塌落在皮带上运走。若此时螺旋输送机继续出土，从螺旋输送机出土闸门排出的大量泥土将从“大土堆”上滑落至皮带输送机前端支撑架上，结果不但不能压塌“大土堆”，反而会使皮带输送机前端支撑架上泥土越积越多,可能造成整个支撑架被压塌的后果。 所以当遇到粘土地层时，操作人员应使泥和水在泥土仓内尽可能均匀混和，尽量避免泥水混和不匀；同时通过摄像仪注意观察螺旋输送机出土情况,当发现有整团泥土在皮带上打滑,滞留在皮带上不能及时运走时,应减小螺旋输送机出土速度或停止出土,以防止皮带上的泥土越积越多而形成“大土堆”。 4)盾构机不能正常往前推进。 (１)产生原因:在盾构机操作中,造成盾构机不能正常往前推进的原因有以下两种： a)推进液压缸撑靴未压紧管片。在管片拼装时,有时部分推进液压缸未完全伸出到位，液压缸撑靴未压紧管片,液压缸油压小于2ＭPa未达到盾构机推进的最小油压,PＬC自动控制系统使盾构机不能正常推进。 b)铰接液压缸行程不正确。铰接液压缸连接中盾和尾盾，用于盾构机转弯。当盾构机转弯时,液压缸中的液压油重新分配，使一侧伸长,另一侧缩短。为防止达到其最大伸长量,在PLC自动控制系统中液压缸行程L设定值范围是1０mｍ≤L≤140mm。当某个铰接液压缸行程不在此范围时，PLC自动控制系统自锁，盾构机不能正常往前推进。 (２）处理方法:针对以上两种原因，相对应的处理方法如下： 99 a）此时应将盾构机从“推进”状态切换至“管片拼装”状态，让推进液压缸无杆端继续进油，增大推进液压缸油压至大于2MPa为止,此时推进液压缸撑靴均压紧管片。在所有管片被压紧后,盾构机即可正常推进。 b)当液压缸行程小于10mm时，应将铰接液压缸开关置于“松放”模式，使液压缸行程加大，直至液压缸行程在设定值范围内为止；当液压缸行程大于１4０ｍｍ时,应将开关置于“回拉”模式，使液压缸行程减小，直至行程在设定值范围内为止。 5)盾构机“磕头”。 （1)产生原因:盾构机推进过程中,由于泥土仓实际土压力值低于理论值，使盾构机头部下降,造成盾构机“磕头”。 （2)处理方法:实际操作中,应使泥土仓土压力值略高于理论值，并在推进时按工况条件和地质情况在盾构机正面加入发泡剂、膨润土和水等添加剂,改良支撑面的土体。施工过程中要根据隧道理深、所在位置的土层状况和地层变形量等信息反馈,对土压力设定值、推进速度和注浆量等施工参数作及时调整。 6)盾构机“蛇形前进” （1)产生原因:在盾构机推进过程中，操作人员对盾构机中心轴线与隧道中心线出现的偏差进行纠正时,每次纠偏量过大，导致需不停地对盾构机进行左右纠偏,造成盾构机的“蛇形前进”。 (2)处理方法:对于盾构机中心轴线与隧道中心线出现的偏差,操作人员应及时纠正，盾构机一次(一环)纠偏量不宜过大,以不超过5mm为标准,以减少盾构机在推进过程中对地层的扰动及防止盾尾钢板拉伤管片，损坏管片的止水条，影响止水效果；若每次纠偏量过大,还会造成在盾尾内管片拼装困难,有时会给完成后的隧道使用带来障碍。 7)拼装机油泵吸空 在以往施工过程中，拼装机油泵吸空问题曾成为停机率较高的主要原因。拼装机液压系统由油泵、变容油箱、工作台提升组合阀块、横移组合阀块、紧定组合阀块及阀块所控制的千斤顶组成。该系统是盾构众多液压系统中唯一的一个闭式液压系统。由于在施工过程中各台盾构的拼装机油泵都出现过不同程度的吸空现象,严重的使得管片无法拼装,盾构因此无法正常推进,拖延工期，造成地面下沉。 (1)产生原因：油泵的吸空一般有两大原因: 100 a）由吸油管内部空穴现象所引起。如果吸油管直径较小,吸油面过低或吸油管路中其它阻力较大，以至于吸油管路中的压力低于当时温度下液体的饱和蒸汽压力时,液体就开始沸腾而形成汽泡。同时，原来溶于油液中的空气也游离出来,形成气泡，这些气泡混杂在油液中产生了气穴，使原来充满管路和油泵中的油液成为不连续状态,这就是空穴现象。ＰVB10这类高压校塞泵对吸油面高度和吸入管直径应有一定要求，但拼装机的工况使上述要求受到了限制，尽管理论计算证明在正常情况下现有设计不会在吸油管内产生空穴。 b)外部原因，即空气进入油箱或吸油管后吸入油泵而引起的。拼装机液压系统中,空气进入油箱的途径较多,共计有： （a)各执行机构及管路中的残留空气； （b）进排油单向安全阀落入泥块或杂物,关闭不全； (c）回油及泄油管路中接头及焊缝渗漏； (d）加油手动截止阀或放油手动截止阀渗漏; （e）变容油箱大活塞Y型密封损坏，油箱内壁光洁度差或出现锈斑。 （f）变容油箱端盖密封不良等等。 现将空气进入的各种途径根据主次顺序列出因果图（如图6－９）。 5、7、 1、3、阀截止加油回油管放油截止阀4、6、图6-9 因果图2、变容油箱（2）对策措施 ａ)常规措施 101 阀安全单向管吸油吸空管泄油 （ａ）选用优质元件，对因果图中5、6、7三项元件进行严格的检查,质量不过关的全部更换。 (b)管路必须用氩弧焊接,经泵压试验，泵压压力不得低于30MＰa,严格地按规范进行投油,投油中不断敲击管子,冲去全部焊渣和残留物。 （c)确保油液清洁,拼装机加油应用专用加油管通过加油滤器加油; （d)单向阀加装防尘排气塞。 （e）变容油箱解体,检查活塞Y型密封圈，砂光内壁，重做端盖,钢板加厚并增加一道径向密封。 （ｆ）吸油管改成φ35×４厚壁紫铜管,减低油管钢性，使管接头锥口密封性得到改善。 b)管理措施 （a）施工中,严格做好制度规定的各项常规保养工作。 (ｂ)每天上班进行油箱排气。 （c)油量控制在活塞端盖离箱盖间隙４5ｍm左右。 (d)每半个月作一次油箱容积变化测试。 （e)泵的配油盘摩损到一定时候，即当调定压力从1２.５MPa降至1０ＭPa左右时,应及时将泵更换下来,研究配油盘.以免产生恶性损坏。 6.3、盾构施工中的事故日常预防措施 盾构施工中应从观测、测量、施工记录，盾构维护管理，质量管理以及辅助施工法等方面做好日常施工事故的预防措施。 ６.3.1、现场观测、测量和施工记录 1)在盾构隧道工程中进行现场观测、测量和施工记录的主要目的如下: （1）确保盾构施工安全。 (２)出现施工事故和纠纷时可作为查明原因和进行补偿的资料。 (３）作为竣工后进行维护管理及修补的资料。 （4）作为今后的盾构施工技术改进、发展的资料等。 由于有种种好处,应尽力详细地、正确地做好记录。另外，对上述资料应认真整理和妥善保存,以便今后使用。 2)盾构施工中应进行观测、测量和施工记录的内容如下: (１）观测 a)压力舱内的压力，开挖面的泥水压、泥水状态……（闭胸式） 102 开挖面的状态、涌水量及水质………………………（敞开式） ｂ)盾构隧道附近地表和其他建筑物及埋设物的变形。 ｃ)地基变形。 d)地下水位的变化。 e）千斤顶推力、刀盘扭矩。 f)盾构隧道的变形、蛇行。 ｇ)盾构机的蛇行和姿势。 h）壁后注浆的管理。 i）排水量的管理。 ｊ）隧道内作业场所的风速及隧道内换气状况。 k)隧道内工作状态下的空气压力、空气消费量及漏气情况。 (２)调查及测量 a)建筑物调查。 b)水井调查。 c)作用于盾构或衬砌上的土压力和水压力。 d）盾构或衬砌中产生的应力和变形。 （3）施工记录 ａ)施工日志。 b)竣工图(平面图、纵断面图等）。 e)土质资料。 f)电影、照片、录像等。 ６.３.2、盾构维护管理 为了充分发挥盾构的性能,防范故障、事故于未然，必须定期和随时进行维护、检查和维修。 主要检查项目如下所示。但应根据盾构型式的特点、现场实际状况设立细目,根据检查表切实进行，不要发生漏项。盾构的功能的复杂化使得故障部位的特定比较困难,为了能迅速处理故障,有时需建立故障诊断系统。 1）日常检查、维护: (１)各部位的螺栓、螺母松动检查、拧紧。 (2）异常声音、发热检查。 （3）工作油、润滑油、润滑脂、水、空气的异常泄露检查。 103 (4)各部位供油、脂情况确认、检查、补充。 （5）工作油箱油位检查。 (6）电源电压正常确认。 (7)操作盘开关类、指示灯、仪表类正常动作确认。 （8）盾构本体与台车之间的软管、电线异常有无检查。 (９）安全阀设定压力检查。 （１0）液压设备维护、过滤器清扫后的回路内排水确认。 ２）定期维修、维护 （１)1个月维修、维护 a）油箱排水 b)电动机类的精密检查（轴承供油、绝缘电阻测量、滴水检查等) c）控制盘和配电器具检查(接点磨损状况，绝缘电阻测量、配线管、管道损伤等) （2)６个月检查、维护 启动油、润滑油定期检查（2次/年、工作油生产厂家检查) （３）长期停止运行的维护管理：长期停止运行时,必须实施下列作业： ａ)每个设备的空载运行(每隔1０～15天）。 b)汽缸头、阀槽等滑动面露出部分涂油。 c)防止空间加热器引起的动力盘内结露的作业。 ６.3.4、质量管理 对修建隧道所用的主要材料及制品必须进行必要的试验检查。确认其质量、形状、尺寸、强度等符合规范之后再使用。 对容易破损、变质的材料,必须加以严格管理。 1)试验和检查：需进行试验和检查的主要材料有: （1）管片：管片制品的精度和质量好坏,直接关系到一次衬砌组装难易程度和盾构推进的精度。此外，对盾构的变形、漏水、地基下沉等也有影响,故在严格管理的同时,还必须细心制造。 (2)盾构:盾构的制造精度不高的话，在推进过程中会产生蛇行、偏转等种种弊端,因此需精心制造和管理。 (３)壁后注浆材料:由于流动性、强度、收缩率、防水性、硬化时间等是注浆材料的重要特性。这些特性直接关系到施工的好坏,还会对隧道的变形、形状, 104 围岩的下沉、漏水漏气产生影响。为此，应选定与围岩土质和注浆方法相适应的材料,除对材料的质量进行管理外，还必须对材料的配合比严格管理。在现场必须进行以下检查： ａ）材料：水泥、细骨料、添加剂依据《混凝土技术规范（19９6）》; ｂ）试验检查项目： 砂浆抗压强度试验……依据《土木学会标准，混凝土抗压强度试验方法》和《预填料石压浆混凝土的砂浆抗压强度试验方法》。 砂浆稠度试验……依据[土木学会标准,预填料石混凝土注浆、砂浆稠度试验方法］。 (4）一次衬砌防水材料：由于隧道的使用目的、管片的形状和施工环境的不同，一次衬砌防水材料所需的特性也各自不同。其材料的品种也多种多样。无论何种情况，都应该选择符合规范标准和施工条件且经济的材料。关于其粘结性、拉伸率、强度、耐久性、耐蚀性、硬化时间等必要事项可参考试验何施工实际情况，确认其质量。 （5)二次衬砌混凝土：混凝土必须具有所需强度、耐久性、及不透水性，质量稳定。其管理依据《混凝土技术规范(１996年）》。 2）主要材料及制品的贮存 (1)管片贮存:选择适当的贮存场所和贮存方法，防止管片产生有害的裂纹和永久性变形等,同时避免防锈和防潮。 (２）临时材料的贮存:临时材料如钢轨、枕木、钢材等虽可直接露天堆放,但不应直接与地面接触,应在下面垫上角钢,使之排列整齐、妥善存放。 (3)对于机械器具类、电器用品类、禁止受潮的产品、铁器类及易丢失的小件物品类等均要在仓库中分类妥善保管。 ６.3．６、辅助施工法 1)辅助施工法的一般原则 当围岩不稳定,有可能发生开挖面坍塌、地表面下陷时,应根据围岩条件、盾构型式、环境等因素,采用化学加固法、注浆加固法、高压喷射搅拌法、冻结法、降低地下水位法、压气施工法等辅助施工法用以维持围岩的稳定。另外，从地面或隧道内加固施工困难时,往往要采用导洞来进行。 2)化学加固施工 （1)目的 105 化学加固施工是以增加地基的强度或不透水性为目的,把注入材料强制填充到围岩的间隙或裂缝里。 (2）适用范围 盾构的出发及到达时，会由于切除竖井挡土墙而使开挖处于暴露状态。由于这种状态保持时间较长,有必要进行化学加固施工来增加围岩的强度和止水性。另外,盾构推进中地下工程而危及工程安全时，需实施化学加固施工以达到防护的目的。另外，在小覆土部位、地中接合部位或刀头交换部位、地中扩挖部位等,为了加固围岩，形成急曲线施工中的隔断壁及反力壁、防止压气施工时的漏气、防止由于推进而带来的围岩松动等目的而实施化学加固。 （3）施工方法 化学加固施工,分为双重管单液注浆施工法、双重管多液注浆施工法、双重管双段施工法和以局部施工为目的的单管注浆施工法。其施工原理有：不改变土粒子的排列，只是使注入材料渗透到土的间隙的渗透输将方法;使地基出现裂缝或沿层面形成脉状缝隙的劈裂注浆方法。前者适合砂质地基,后者适合粘性土地基。 注浆使用的材料(注浆材料)，通常使用水玻璃系，分为溶液型与悬浮型。另外，按ｐH值分为碱性系、中性系和酸性系，按反应剂分为无机系和有机系。 注入方法通常有: a)从地表面进行注入时，不妨碍施工,与盾构推进没有关系。 ｂ）从隧道内进行时,必须停止盾构。 c）利用导洞实施时,必须先进行导洞施工。 实施化学加固施工时，必须根据围岩条件、盾构型式来选择最适当的注入方法、注入材料等,以达到注浆的目的。另外,还必须遵守化学加固施工的相关规定及管理条例。 3）注浆加固法 （1）注浆加固法分类 注浆加固法有以下几个特点: a)加固后土体的强度较大，防渗性能提高,效果显著； b）加固的范围和深度可以根据需要加以控制； c）见效快、施工周期短； ｄ）施工时噪音小，对周围环境的影响也少； 106 e)浆液在凝固过程中，既有物理作用，又有化学作用,所以可靠性较好。 在配合盾构施工中，适合软土中注浆大致可以分为五大类： a）渗透注浆 渗透注浆就是在一定压力作用,浆液慢慢地渗入到土的颗粒间隙中,在一定的时间内凝固，起到固结、止水的作用，渗透注浆的材料可以根据土的粒径来选择。因为化学注浆材料是真溶液(即溶质以分子状态分散在溶剂中）,易于渗透到微细的缝隙中去,所以经常被选来做为渗透注浆,渗透注浆适用于颗粒直径大于0.05mm,渗透系数大于10-3cm/ｓ的粉砂层土层。 b)劈裂注浆 当土的颗粒直径小于0.01mm，如亚粘土或粘土、淤泥质粘土，浆液很难渗入到这些极细微的颗粒间隙中,从理论上来说，化学浆液可以渗入到土的颗粒间隙中,但是渗透范围很小,时间很长，缺少实用价值。而这部分土体恰恰又是最软弱需要加固的。这时就可以采用劈裂注浆。浆液在一定压力作用下,似利斧劈入土层,浆液注入的劈裂路线呈脉状，形成纵横交叉的网络，所以又称为脉状注浆。 c）压密注浆 压密注浆仅适用于软土,浆液中含有一定级配的砂粒,坍落度较小，用特殊的泵将这样类似的材料压入土体中，浆液在压力作用下挤压周围土体，占据一定的空间，再在一定的时间内凝固。这种注浆方法，一方面对土体产生压密作用;另一方面又自身形成像“冰糖葫芦”一样的凝固体。 d)喷射注浆 喷射注浆就是利用高压射流的冲击、空穴、水锤效益，对周围土体产生扰动、切削、搅拌作用；同时注入凝胶材料，将松散的土颗粒重新固结，形成坚实的固结体。如果钻杆边旋转边提升,则形成的固结体呈圆柱形;如果钻杆定向喷射再逐步提升,则形成板状帷幕。这种注浆适用粒径从５cｍ的砾石层到粒径小于0.01mm的淤泥质粘土。 e)搅拌注浆 搅拌注浆主要是依靠大型机械来搅拌土体,同时注入凝胶材料，形成新的坚固的固结体。这种注浆方向的原理与高压喷射注浆一样,只不过一个利用机械力，而后一种是引用高压射流。常用水泥浆液来作为胶凝材料,则称为湿式搅拌;如果把水泥干粉直接压入土中搅拌，则称为干式搅拌。 （2)注浆加固材料 107 注浆加固材料的品种非常多，一定要根据地质情况和加固的目的仔细选择使用。 注浆材料的分类大致如下: 水 泥 无机类 悬浊型浆液 水 玻 璃 a）水泥系 水泥是最常用的注浆材料。目前用各种水灰比配制浆液注浆的工艺已被稳定性水泥浆所取代。稳定性水泥浆液是具有触变性的浆液，也就是非理想液体，如图6-１０所示,这种液体在受外力作用时，并不立即发生形变，只有在超过一个屈服值（P0)时，才发生形变。这种浆液在注浆过程中,不易析水,性能稳定,一旦注入地层后，在外力小于P０值时,浆液就不再流动,而且在凝固时，收缩小,加固效果好。 △P △P 丙烯酰胺 尿醛树脂 聚 胺 脂 有机类 铬 木 素 溶液型浆液 丙烯盐酸 环氧树脂 其 他 理想液体 屈服值 P0 △E △E 图６-10 非理想液体 108 稳定性水泥浆中常加入表面活性剂和膨润土。 超细水泥是目前水泥注浆材料中又一新品种。超细水泥的比表面积比一般水泥要大１倍，颗粒直径为０.005~0.01mｍ,所以其渗透性能好。超细水泥可以在厂里磨细后立即使用。在配制超细水泥时一定要防入表面活性剂,否则细颗粒凝聚在一起,不能起到应有的效果。 b）水玻璃系 俗称泡化碱，化学名称硅酸钠。水玻璃的浓度用波美度表示。波美度与密度关系如下： ｏＢ'ｅ = 式中 o143.3143.3-DB'eﻩ ——波美度; D ——密度(g/ｃm3) 水玻璃的模数M是二氧化硅(SｉO2)与氧化钠(NaＯ2）的摩尔数之比。 Ｍ = 注浆用的水玻璃一般选用的模数为２.８~3.3，波美度可以根据凝固时间在２０ ~ 4０oB'eﻩ 中进行选择。 纯水玻璃浆液，如果是碱性水玻璃，则可以用酸性物质作为凝胶剂。如果是中性水玻璃,则在使用前进行酸化处理,使ｐH 值接近于４；如果是酸性水玻璃,5000非碱系碱系SiO2 NaO2则酸化后尽快使用,因为经酸化的水玻璃保存期较短。 纯水玻璃浆液的固化时间与pH值直接有关，如图６-1１所示，所以一方面要精确调节浆液的ｐH值,另一方面又要详细了解地层中的酸碱情况，不要起相反的作用。 根据国内外的经验和实践,纯水玻璃10001001010.1 10 1110987654321的凝胶体的耐久性基本上有如下的规律：109 图 6-11 碱系和非碱系的关系图（水玻璃-酸性反应剂固化与pH值） 在碱性情况下形成的凝胶体则稳定性差,易发生破坏和崩解;在酸性情况下形成的凝胶体则稳定性较好。 c）水泥、水玻璃浆液系 用水泥和水玻璃进行双液注浆,由于材料易得，凝固时间容易控制，结石强度高,所以应用很广泛。 常用的水泥、水玻璃浆液中每ｍ3含有水玻璃35０kg,水泥250ｋg,膨润土2５kg。 水泥、水玻璃浆液的凝固时间可以从十几秒到几小时进行调节。增加水泥的用量,凝固时间会变快,而且结石强度好；调节水玻璃的波美度的接近35 oB＇e时，凝固时间最快，温度高也使凝固时间加快。 ｄ）丙烯酰胺系 丙烯酰胺是一种白色结晶体,极易溶于水，经常配制成7.5~1０％的溶液使用。由于其溶液的粘度小，基本上接近于水的粘度,所以可灌性好,易渗透到微细的缝隙中去,而且调节凝固时间方便，其凝胶体的渗透系数＜１0-3cｍ/s ,所以是一种很有效的防渗注浆材料，再加上其初凝到终凝的过程时间极短,所以适用于流速不大情况下的动水注浆，能有效地封堵漏水。 丙烯酰胺在使用时要加入交联剂，常用的交联剂有甲撑双丙烯酰胺。交联剂可使聚合后的聚丙烯酰胺不再溶于水，同时要加入一对氧化还原的试剂作为促进剂，并且以其活性和用量来控制胶凝时间。 e)尿醛树脂系 尿醛树脂是甲醛和尿素的缩合物。这种原料容易取得,预先缩合成水溶性树脂后就可以用来注浆,注浆时可加入酸性物质作为固化剂。尿醛树脂固化后，强度较高，但是有一定刺激味，并且收缩率较大。 因为该材料是用酸作固化剂的,所以注浆时对地层的酸碱性质一定要详细调查，如果在碱性地层中使用就有可能酸被中和，而尿醛树脂不能凝固。 f）聚胺脂系 聚氨酯是异氰酸酯和聚醚地预聚物。由于含有氰酸根，所以遇水会发生反应产生二氧化碳气体，体积迅速膨胀，同时又会发生连锁反应产生交联，形成一种泡沫体。 聚氨酯浆液在遇水发泡过程中产生二次渗透，而且凝固时间较快，浆液不易流失，所以适应性较强,见效快。 110 目前聚氨酯注浆材料有水溶性和油溶性。油溶性聚氨酯使用时要放入三乙胺、有机锡、发泡灵助剂,以促使其遇水发泡速度加快,能够迅速凝胶结膜、泡孔均匀。 ｇ）铬木素系 铬木素是酸性低浆废液加入重铬酸盐后形成的高分子网络结构凝胶。铬木素浆液的粘度较低,凝胶体强度较高,而且本身也是表面活性材料，所以渗透性能好。 因为浆液中含有铬离子，要防止重金属离子对对地下水的污染。目前已用过硫酸胺代替重铬盐酸的胺木素系注浆材料。在使用铬木素时，要加入三氯化铁作速凝剂。 h)丙烯盐酸系 丙烯酸盐类有丙烯酸钙、丙烯酸镁、丙烯酸锌、丙烯酸钠等,其中常用丙烯酸镁,其凝胶体是强韧的弹性体,如果渗入水泥浆液中,可以作为速凝剂。丙烯酸盐的３０%水溶液表面张力只有40~5０dｙn/cm,比水(7６ｄyn/ｃm)还小，更容易与土粒子浸润，所以其渗透性好。 ｉ）其他 化学注浆材料的品种非常多。例如：甲凝(甲基丙烯酸甲酯）、糠酮树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。 其中糠酮树脂是用糠醛和丙酮混合后加入促进剂配制而成的浆液,粘度低,凝胶体有一定的弹性,这种材料既可单独作为注浆材料，也可与其他材料如环氧树脂等混合使用,可以弥补环氧树脂粘度大的缺点。 在实际施工中,往往会把二种系列的材料混合使用，组成新的注浆材料，兼有各自的长度。例如：把丙烯酰胺与尿醛树脂混合使用组成“丙强浆液”。 （3)注浆材料的渗透性 a)水泥浆液是悬浊型浆液，也就是溶质以固体状态分散在溶剂中的浆液。 适用于悬浊浆液的地质条件，可参照下列标准： D16≥1.5 G85D10≥8 G95上式中D16、D10是被注浆的地基土体颗粒级配曲线上含量分别为１5%、１０%的粒径。 111 G8５、G9５是浆液颗粒级配曲线上含量分别为85%、９5％的粒径如表6-1所示。 表 6-1 浆 材 名 称 普 通 水 泥 早 强 水 泥 粉 煤 灰 粘 土 膨 润 土 G85 6７ ２5 47 ２6 1．5 G９5 74 34 52 50 7 b)真溶液的可灌性 溶质以分子状态分散在溶剂中的溶液称为真溶液。真溶液中不含有颗粒,所以，从理论上来说,溶液可以渗入到极细微的裂隙中。 浆液的渗透性不仅与溶液的类型有关,而且与溶液的粘度和表面张力有关。粘度小，易渗透；粘度大,则难渗透。浆液表面张力小，浆液与土颗粒的接触角减小,所以易与被加固的土颗粒浸润，不仅渗透性能提高，而且浆液凝固后与被加固的土颗粒粘结也牢。 (4)注浆施工方法 注浆是一门综合性的学科。注浆方法和注浆工艺有很多种，选择适当的方法是注浆工程成败的关键。 根据注浆材料混合的方式可以分为: 单液式注浆 孔口混合式双液注浆 孔内混合式双液注浆 如果根据注浆管的形式分类有: 钻杆注浆 花杆注浆 双重管注浆 套管分层注浆 高压喷射注浆 a)单液式注浆 这是最常用的一种注浆形式,它是将规定配比的注浆材料放在同一搅拌机中 112 充分搅拌，用一台泵通过注浆管路注入地层的方法。这种方法要求浆液的凝固时间稍长一些，否则浆液会在搅拌桶中凝固，所以只能适用于如水泥浆那样凝固时间较长的浆液。 b)孔口混合式双液注浆 将A、B二种浆液放在二种贮浆搅拌筒内,分别用注浆泵注浆，在注浆管孔口混合后,再通过预先埋设的注浆管进入地层,这种注浆方式适用于凝固时间较短的浆液。孔口混合式是注浆种应用较多的方法。 ｃ）孔内混合式双液注浆 将A、B二种浆液各自放在二个搅拌式贮浆筒内,分别用注浆泵注浆，通过预先埋设的双路注浆管在进入地层的瞬间混合。这种注浆方法常用并列的二根注浆管或双重管,适用于瞬间固化的注浆材料。 以注浆管的形式分类: a）钻杆注浆 钻杆注浆是利用钻孔的钻杆直接作为注浆管进行注浆的方法。这种方法的长处是适应范围广，注浆工艺简单,但是这种方法比较适用于单液注浆，而且每次注浆都要占有一台钻机，降低了钻机的使用效率。 ｂ)花管注浆 花管注浆是钻孔成形后,拔去钻杆再插入一端有许多小孔（俗称花管)的注浆管进行注浆的方法。这种方法,因为浆液通过许多小孔中分散进入地层，所以浆液能够比较均匀地渗透到地层中。但在埋设花管时要防止堵塞花管上的小孔或让土颗粒从小孔中进入注浆管造成管路堵塞。 ｃ)双重管注浆 双重管由内管和外管组成,A液和Ｂ液分别由内管和外管注入,在到达注浆管和末端进入地层前一瞬间混合。双重管式的注浆方法有许多，并且都有其专门的称号,例如:DＣC法、ＳGＲ法、ＬAG法、MT法等，有些直接利用钻杆改制，这样可以筒化注浆工艺。 ｄ)套管分层注浆 利用特别的套管，该套管为3３~５0cm一节,每节上都有小孔，孔外紧紧地包裹有橡胶套,以保证浆液从管中喷出,而不会反流到管中，注浆时,再放入二端都装有密封器的注浆芯管,逐段分层注浆。用这种方法特点是： （a)可以反复进行注浆,以提高注浆加固效果; 113 （b）可以根据不同的地层,有选择地进行分层注浆； （c)钻孔和注浆二步工艺分开进行，缩短了施工周期。 e）高压喷射注浆 利用高压射流对土体的冲击、水锤、空穴等作用,使土体在扰动后重新固结，形成新的改良过的土体。 目前高压喷射有单重管、双重管和三重管。单重管就是直接把浆液加压到20ＭPa,喷射到土体中;双重管可以是一路用高压水,另一路用水泥或凝胶材料，也可以是二路分别用A、B液喷入地层瞬时凝固的速凝浆液；三重管一般是一路高压水，一路用水泥或胶凝材料，另一路是用压缩空气加在高压水的外层,以保证高压射流在空气介质中运动可以扩大喷射注浆的半径。 (5)注浆效果的检测 地层中注浆后的效果，可以用下列方法来鉴定： a）标准贯入度试验方法 在同一地点,做注浆前后的标准贯入度对比试验。但是在内聚力小的土层不适用。也可以用旁压计来测定地层的反力比较注浆前后的效果。 标准贯入度应该多做几个点，从较多的数据中来求得平均值来进行比较。 b)透水性试验 透水性试验也就是测定渗透系数试验,可以用抽水试验、水位恢复试验等。 抽水试验一般采用蒂姆法（Tｈｉem）, 式中： 2.3Qlogr2/r1k=2π（n2－n12） k——渗透系数（cｍ/s） Q——单位时间抽水量(cm３/s) 抽水试验主要用于测定水平方向的渗透系数。 水位恢复试验是将钢管打入地层，使其周围与土层不出现空隙,除去管内的土，把管内的地下水抽出,使水位降低到管下端，测出水位ｈ3,经过△t时间后，水位上升，测出水位ｈ1，则可利用下式求k k=2.3πr2log（n0/n）E△t114 其中系数Ｅ如表６-2所示。 表６-2 系数E的值（ｃm) 深度直径 d= 2r1 ２ 3 4 5 ６ 7 8 １0 12 15 25 40 60 100 ２.5 6.4 ６.1 5．8 5.3 ４.８ ３.8 5．1 13 13 １３ 12.7 １２.7 1２.5 1１.7 １0.2 管 的 直 径 2r 7.6 １0．2 １2.7 15.2 39.6 33.２ 39．4 2６．２ ３3.0 3９.４ 1９.6 ２６．2 32.8 39.2 １9.６ 25．9 32．8 38．9 19．3 24.9 32.6 38.６ １9.３ 25.6 33.2 38.６ 19.1 25.6 32.2 38.4 19．1 ２５.2 3２.8 ３7.9 18.8 24.9 ３1.５ １8.3 24.6 17.3 20.3 5３.１ 52.９ 52．6 52.1 51.8 ５1.6 51．3 51.０ 这种用“管”法测定时，水是由管的下端向上流动的，所以主要是测定垂直方向的渗透系数。 c）染色剂检查法 染色剂检查法有二种方法。一种是在注浆材料种放入荧光素，在开挖后用紫外线灯照射使荧光素发出荧光，就可知道浆液固结的范围。另一种在开挖面喷洒显色剂，例如酚酞,当遇到碱性浆液的固结体则会显示红色。 d)波速测定 波速的传播速度与传递的介质有关。例如：声音在空气中的传播速度是３４０m/ｓ,而在水中传播的速度是150０m/s,在同一介质中,又与其密度有关。密度高、则传播速度也快,我们可以利用这个特性来检查注浆加固的效果。 e）静力触探 在软土中，一般使用圆锥型顶部面积为１０cm２的探头，目前已有四功能的探头,可以同时测定锥尖阻力、侧壁阻力、空隙水压力及孔斜。把注浆前后的锥尖阻力描写在同一张表格上，可以明确地显示出注浆的效果。 (6）注浆施工法的适用范围与注意事项 115 在盾构施工中,注浆法主要适用于以下几个方面： 加固由于建造竖井被扰动以防止盾构出洞时发生障碍；盾构在出洞或进洞时，处于无气压或减气压状态中，用注浆法加固工作面的土体以防止坍塌;在含水地层中注浆防止涌水;注浆加固小曲率半径施工部分的地层;保护盾构施工现场周围的建筑物等。 注浆施工时，一定要事先进行调查,再决定注浆材料的种类、注浆的方法、注入量、注浆的范围等;注浆结束后又需检查效果。 4）高压喷射搅拌施工 (1）原理与目的 高压喷射搅拌施工式用高压喷射流来切削围岩,切削下来的土砂与硬化材料置换或混合搅拌，在计划范围内形成圆柱加固体的方法。一般与化学加固施工的目的相同,只是为了得到更大的加固强度或更好的止水性而采用的。 (２）施工方法 高压喷射搅拌施工法可分为： a)只用超高压水或超高压硬化浆液来切削围岩的方法。 b）同时使用空气的方法。 同时使用空气的方法又可分为 a）用伴随空气的超高压硬化浆液来切削、充填围岩的双重管施工法。 b）用超高压水和超高压空气来切削围岩，在切削部高压填充硬化浆液的三重管施工法。 (３)注意事项 如果进行良好的施工管理,高压喷射搅拌施工法是一种可靠性很高的施工方法,但是实施时必须注意下述事项: a）改良体直径受地基和钻杆上拉速度的支配,互层地基要注意改良体的形成直径与钻杆的配置。 b)对砂砾及硬质粘性土,在大多数情况下改良体的形成很难,不能确保有效半径。应加以注意。 c）泥浆的排出不顺畅时,会产生地基隆起或泥浆流如埋设物的隐患，所以要对施工速度和泥浆的排出状态严加管理。 d）基础托换工程中采用高压喷射搅拌施工时，从高压喷射开始到硬化材料的硬化期间，围岩的支持力被释放,所以要研究它的危害和施工顺序等。 116 e）要注意施工中断时的管理,以免造成桩头部残留液体渗出物形成的未凝固部分。 5）冻结施工 一般来说，在用其他的施工方法稳定开挖面土体估计有困难的情况下，可用冻结施工法。这种施工法就是将土体中的水低温冻结，形成冻土。冻土具有一定的强度和隔水性能,可以保证安全地开挖。在盾构施工时,冻结法可用来加固盾构的出洞和进洞部分的土体,加固急转弯部分的土体，加固河床底部的土体。 （１）冻结法分类 冻结施工法依其冷却地层的方式，可分为盐水法(间接方式)和低温液化法(直接方式）二大类。但是,由于盾构工程冻结规模大,所以通常采用的是盐水方式。 ａ）盐水法 盐水法就是把冷却到－２０~-３0℃的盐水输入到埋设在土层中的双重冷却管中,使之循环、冻结土层，回收的盐水重新冷却,再循环使用。该施工法,冻结量大,适用于施工期长的工程。 ｂ）低温液化法 低温液化气体施工法就是把低温液化氮气(-193℃）输送入埋设在地层中的冷冻管中,在冷冻管中气化，使冷冻管周围的地层冷却冻结,气化后的氮气排放入大气中。这种方法，冻土量少,适用于施工工期短的工期。 （2）注意事项 采用冻结法来稳定地层时,应注意下述几点： a)除了冷冻管外，要适当地布置测温管,以测定地层中的温度,根据地中温度的测定来确定地层的冻结状态。隧道内气温高时，需要盐水循环设备及对冻结地面采取保冷措施。 b)必须注意由冻结管损坏等引起的盐水泄露。通常,冻结管铺设后进行耐压试验,开挖冻结管附近的冻土时,应在确认冻结管的位置后再进行。 c)地下水的流动（流速在1~5m/h）会妨碍冻结的进行。地下水丰富且透水性好的砂及砂砾层中，要注意地下水流的存在。可根据情况采用化学加固来截断地下水，或降低其流速。 d)冻土接触地中结构物时，地中结构物成了妨碍冻结的热源，所以必须研究地中结构物的冷却措施。另外，穿越河川、湖泊等的施工中使用冻结施工法时，必须研究河川底与冻土顶端之间的间距。 117 ｅ)冻土的强度随着温度的下降而增大，但是围岩的含水率小时（10%以下），不可指望冻土会有较高的强度。另外,冻土的强度受土中含盐量的影响，所以滨海地区要注意。 f)冻结时，地基会隆起、膨胀;解冻时，地基会下沉、收缩。隆起及下沉根据地基条件、冻土时间、冻结规模、解冻速度、荷载条件而异。一般来说，砂及砂砾层小，粘土、粉砂、砂质粉土较大，腐植质土的沉降特别大。对解冻产生的地表下沉，可采用循环温水强制解冻后,用化学加固等来填充空隙的强制解冻方式的控制。 采用冻结施工法时，必须充分研究邻近已设结构物或埋设物的防护对策。另外，对于施工对象的隧道,也应予以同样的注意。 ６)降水法施工 降水法是一种稳定土层的施工方法。通过排除地层中的地下水，是地下水降低,以此来防止在含水砂性土层中从开挖面涌水而发生坍方事故。在透水性大的地层中,用压气法施工对地下水难以奏效，因此可以用降水法或并用降水法与气压法来解决。 （1)适用范围及施工效果 该施工法适用的土质为：透水系数在10-1~1０－4cｍ／ｓ的范围内的粉土质砂到砂砾层。 降水法的效果可概括为下述三点: a)防止涌水引起开挖面的坍塌； b）通过排水来加固地表； ｃ）可以在正常气压下或较低气压下作业，能改善工作环境,提高工作效率。 (2）施工方法： ａ)根据施工的位置不同，降水法可分为从地表施工的方法和从隧道内施工的方法。 (ａ）从地表施工的方法 一般浅井点和深井点两种施工方法。盾构的下端距地表面浅于6~7m时,从地表面施工的浅井点施工方法效果比较好。盾构位置距地表面10m左右时，往往采用并用排水配管的路下式井点施工方法。盾构位置距地表面10m以上时，从地表面施工的浅井点施工法，其抽水效果不好,一般采用深井点施工方法。 如果采用敞开式盾构，设计时，为了防止由涌水引起的开挖面坍塌,降低后 118 的水位最好设计在盾构下端少许。开挖面出现难透水层时,往往无法使水位充分下降，这种情况时,必须采用局部性措施。另外,高水压下的闭胸式盾构的出发和到达，往往采用以降低地下水压为目的的降低地下水施工方法。 （b)从隧道内施工的方法 受地表条件的限制,有时不可能从地面抽水。在这种情况下，对敞开式盾构，采用从隧道内施工的井点降水施工，或利用水平钻孔、导洞等来降低地下水位。从隧道内部实施井点降水施工时,向隧道下方，或斜前方设置井点进行抽水。这时推进速度会受到限制。因为从开挖面进行水平钻孔时，必须停止钻孔作业中的推进作业。 ｂ)根据排水的功能，降水法可分为重力排水（深井法)和真空排水（井点、真空深井）。 （a)井点降水 井点降水是在直径为5ｃm左右的钢管一端装上的井点管，将该管打入土层，间距为1~4cm，在地面部分用软管与φ25～3０ｃm的总管连接。总管与抽水泵和真空泵连接,从井点中抽出的地下水，通过井点管和总管排出，使地下水位降低。 为了分离空气和水,装有气水分离箱。各管路接头如果泄露会使抽水的效能降低。井点降水适用于渗透系数值为10-4cm/s以上的地层。从理论上来说,真空吸水的高度能达到10m,实际上有效高度为6m。如果要使地下水位降得更深,就需要采用多极井点降水、或从隧道内部向下,或向斜前方埋设井点抽水。 （b)深井降水 深井降水法就是在含水层中挖一个直径为3０~1００cm的深井，放入潜水泵,把地下水抽到地面上，以降低地下水位。这种施工方法因为是靠重力排水,所以抽水高度不受限制,可以根据盾构推进进度预先在地面上施工，有计划地降低地下水位。根据以往的经验,在地下水丰富、地下水位高的地方,降水法和气压法并用,其效果比单独采用降水法好,而且可以避免在过高的气压条件下施工。 在城市街道中用降水法时，诚然要保证一定的施工场地,也必须有排水的设备（河流、下水道等)。在采用该法时，要注意因地下水位下降而引起地面的下沉。 c）先导隧道排水 如果在地下水位高的含水砂层和砂砾层中进行象地下铁道这样大断面的盾 119 构隧道施工，当气压加到理论值时，有发生漏气和喷气的危险。在这种情况下，可以在隧道的推进轴线上先挖一条小直径的隧道（先导隧道）,在先导隧道中,可以用注浆或降水方法加固地层。这就是先导隧道施工法。先导隧道的位置要根据隧道的轴线和地质构造来选定。 因地面上有建筑物不能用深井降水施工的地方,以及气压难以加到理论值的地质构造场所，可以采用先导隧道排水。这种施工大多数是在地下水位高度为8～1５m,渗透系数为10-2~１0-3cm/s,粉砂土含量为10%以下,内聚力较小,均质系数n<10的砂层中进行。 先导隧道排水方法有两种。一种是在注浆孔中装上排水管，重力排水;另一种是装上井点管强制排水。 (ａ）重力排水 重力排水有排水孔板法和抽水管法两种。排水孔板法,就是把装有过滤器的排水孔板装在先导隧道的注浆孔内排水。这种方法集水面积小，地层中的砂也易流失,易引起堵塞。 抽水管法是把装有滤网的抽水管打入地层中排水。这种方法集水面积比排水孔板法大，排水效果也好，并且可以用手工螺钻施工。 （b）强制排水 在先导隧道下半部为不透水层时，采用重力排水效果甚微,可用井点来强制排水。 此外,在先导隧道施工时，安装闸墙，利用隧道施工时的气压,将地下水从隧道内的排水管道中排出地下水的方法也称为强制排水。 (３)施工注意事项 使用降水施工时,要根据其规模大小区别对待,对于下述情况需加以注意： ａ)饮用水井的干枯 在使用饮用水井的地区,有时会由于地下水位降低而引起饮用水井枯竭。为此,使用降水时,要对影响范围内的饮用水井的位置、深度、用途、用量等进行调查,并采取必要的措施。 ｂ）地层下沉 随着地下水位的下降,在影响范围内土的容重增大，作用于土的有效荷载增加发生弹性下沉，同时随着有效应力的增加，土也会发生压密压缩。所以要注意避免对周围环境有较大的影响。 120 c）土层的松弛 在用泵抽水时，土中的细砂、细微的粒子也同时流失,这样地层中会产生空洞，地层松动,所以一定要用有效的过滤材料，以防止土壤的流失。 同时使用降水法时,确保有排放水的地方(河流、湖泊、下水道等）,还必须注意排放水的水质。 7)压气施工 (1）使用范围 由于覆土厚度、土质、地下水等条件的不同,有时压气施工法收不到预期的效果，采用压气施工法前必须仔细研究。使用闭胸式盾构施工如开挖面前方出现障碍物时,为了清除该障碍物,有时用压气压来控制开挖面的涌水。采用压气施工法时，事先必须充分研究关于防止压气施工法特有的灾害问题。 (2）压气对开挖面的稳定作用 压气对开挖面的稳定作用,可大致分为下述三种: ａ）可阻止来自开挖面的涌水防止开挖面坍塌。 b)由于压气压本身的挡土作用而使开挖面保持稳定。 ｃ）由压气产生的围岩脱水作用,增加了粉砂、粘土层、或含有粉砂粘土成分的砂质土的强度。 （3）土质于压气的效果 压气的效果受围岩的条件所影响,故应充分调查土的粒度组成、土的透水性透气性、地下水的状态等。另外，工程进展的同时必须观察开挖面的状态，测定并记录涌水量、空气消耗量、并与事先调查资料进行比较，将其反馈到下一步的施工中。 土质不同,压气的效果也不同，大致如下: a)砂砾地基：由于透水性好，有地下水时涌水也多,增加压气压时,则往往增加漏气（隧道内的空气连续向围岩侧泄露的现象）。压气效果不明显,支护作用也收不到预期的效果。 b）砂质地基:由于透气性好，故空气消耗量也大。小覆土时，如压气压太高的话,则发生喷发（隧道内的空气破坏围岩,爆发性的喷出地面）的危险性很大。虽然涌水量比砂砾地层少,但是完全避免困难。涌水处发生开挖面坍塌的危险性很大。 ｃ）粉砂质地基:透水性差，压气效果好,是适合压气施工的地基。只要注意 121 覆土与压气压的关系就不会发生喷发现象，基本可以防止涌水。压气压本身的支护作用，围岩的脱水作用产生的强度也会大大增强。 d）粘土质地基：土质较弱,开挖面不稳定时,可依靠压气压本身的挡土作用和脱水作用使地基得到加固，故多采用压气法。 e）互层地基：一般的围岩都是由各种土质的互层构成，比较复杂,地下水压也往往被不透水层隔断。例如,即使使砂砾或砂质层，如果开挖面的上部有粉砂或粘土等透气性差的地层时,也是较为理想的压气施工地层。在开挖面的地下水压高的透水层与低透水层之间夹着难透水层时,由于低透水层的漏气非常多，不得不降低压气压力。此时，透水层出现的涌水层很多成为问题的实例较多。故一般在透水系数大于1×１0-2cm/ｓ时,往往很难采用压气施工法。 （4)压气压力的设定 设定确保开挖面稳定和防止涌水所必须的最小压气压力,以免对施工环境及附近地区产生影响。一般,在不发生漏气，喷发范围内压气压力越高，开挖面稳定效果越好，但是，从工作效率和隧道工作人员的健康方面考虑,压气压力则越低越好。因此,必须综合研究上述情况,选择最合适的压气压力。另外,必须供应必要的空气以确保需要的压气压力。 通常,压气压力以开挖面的地下水压力为基准,再考虑其他因素来确定，但是,压气压力对开挖面的任一部分都作用同一压力,而对于隧道顶与底部的作用水压和土压是不同的，因此,对所有的位置都给予最适合条件,是很困难的。 选择压气压力的方法，因覆土厚度、地质、隧道直径而异,一般多取压气压力等于从盾构顶部算起Ｄ/2~2Ｄ/３位置的地下水压力。小直径隧道,一般多取D／2。但是在粘性土围岩，透水性小的条件下,可采用较上述略小的压力进行施工。 (５)事前调查与漏气对策及停气：在压气区间，为了防止漏气、喷发等现象发生,要充分研究事前调查结果并考虑相应的措施。施工过程中也要注意土质、压气压力及送气量的变化。另外,停气时不要急速进行,要仔细观察地基的动向、涌水状况等慎重进行。 对于防止漏气或喷发发生而进行的事前调查，所需要考虑的措施和注意点等如下： ａ）事前调查与漏气对策：考虑到缺氧空气的喷发和对水井的污染,需要调查距盾构推进部位半径为1ｋm以内的水井、地下室。施工地区附近有其他地下工程正在施工时,压气压力有时会影响地下工程。所以互相要密切配合协商,采取 122 必要的措施。另外,开挖面附近有已设的建筑物、桥基、埋设物、地铁等时,事前要充分调查它们的状态,特别是在已完工的工程由于施工造成地基松动的部分,或有透气层时,因为考虑到这些部分会产生漏气和喷发的危险。故必须采取相应的措施,一般多用化学加固来防止漏气、喷发。 ｂ)停气:停气不要急速进行,要一边仔细观察地基的动态,特别是地表的下沉、涌水的增加状况等一边进行。如果发现上述征兆时,则需要重新压气并采取必要的措施后,再次慢慢降低气压来停气。已经预测到由于停气而会使开挖面出现涌水时,应在实施化学加固或降低地下水位法后再实施停气。 盾构到达时，要在开挖面与贯通面之间的围岩以及临时隔墙等的抵抗力能充分承受压气压力之前(地点)开始停气,并注意防止喷发。接近河川进行停气时，必须采取充分的对策以防止水的流入。一般,在到达前，采用化学加固等来进行地基的改良和加固，盾构进入该改良区段后再进行停气。 采用压气施工法进行施工时,由于地层条件影响，有时缺氧气体和有害气体会漏到附近的水井、地下室或其他地下施工现场，故需充分调查土质及地下水条件。对照相关法规,采取必要的对策，防止缺氧的发生。 第七部分 施工运输 7、施工运输 隧道出碴、进料运输系统在盾构施工中与隧道掘进速度息息相关。洞内运输系统布置不合理隧道掘进速度将受到很大影响。隧道运输设备应能将开挖的碴土及时运出洞外，将每一循环所需的管片、注浆材料及其他材料运至工作面并保证每个工序的连接性。隧道施工中需运送的种类较多，但由于场地限制又不可能配置过多的运输车辆,因此只有合理配备机械制定合理运输计划快速运输，才能保证材料供应,与盾构掘进机掘进速度配套。 7．1、洞内运输 土压平衡工况掘进时,是将刀具切削下来的土充满腔室，然后利用土仓内泥土压与作业面的土压和水压相抗衡，与此同时，用螺旋式输送机排土设备进行与盾构推进量相应的排土作业,掘进过程中,始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持正面土体稳定，并防止地下水土的流失而引起地表过大的沉降。因而运碴设备的选择对于隧道施工就有着重要作用．设备选择运力不够就会制约隧道的施工进度;相反运力过大就会造成设备浪费．因此在选择运输工具时我们要根据施工水平盾构机的性能、地质情况及操作人员的熟练水平,进行选择。 123 7.1.１、循环作业时间安排 每循环工序作业时间安排为120ｍiｎ。 （１）掘进准备５mｉn。 (2)根据盾构机技术参数，平均掘进速度40mm/min，每循环用时1200／40=30mｉn，考虑地铁的工程地质和水文地质情况以及初次使用盾构机施工,并结合国内其他工程的经验,每循环掘进时间按45ｍin（其中重载列车出洞、轻载列车进洞及其停机调换碴车时间按占用工序时间５min计）考虑。其中在掘时的同时进行同步注浆,并利用管片输送机将该列车运进的管片吊放至管片小车上。 （３）停止掘进并进行管片拼装前的检查１０miｎ。 （４)管片拼装５0mｉn。 (5）管片拼装完成后的检查及掘进准备10min，开始第二循环的推进。 （６）每掘进６.25ｍ延长轨线一次,用时30min；掘进４0ｍ延长水管一次，用时8０min；每２00m延长一次电缆线，安排在倒班期间进行,不占循环时间。 （７)VＭT在曲线段每30m搬站一次，在直线段每100m搬站一次,人工搬站用时4ｈ。利用调度施工协调在二个掘进班倒班期间进行 每月预计掘进进尺 劳动组织安排为2班掘进（每班1２h）,每两星期安排1２小时的倒班及集中维修保养时间。每月需延长轨线４3次用时约２2ｈ，接长水管６次约８h,VMT搬站8次用时３2h，共计78h。掘进工作效率按80%考虑,每月有效施工时间27天，故障停机及其它不可预见情况按８５％的效率计: １2ｈ／班×80%×6０mｉn/h÷120min/循环＝4.８循环/班 １.2m/循环×４.8循环/班×27天×2班/天×85%=264m ７.１．2、运输机械的选择 隧道每环掘进的碴土方量为：(以开挖面直径D＝６.3 m，管片宽为１．2m) Ｖ=π／4×D2×L×Ｋ 1＝π／4×６.３２×1.2×1.3＝４8.6m3 式中:V－－每环掘进的碴土方量（m3);D--开挖直径(m）；L—管片宽度(ｍ）;K1—碴土松方系数,取1.3。 每环注浆量为:V=π/4×(6.32-６.02）×１．２＝3.48m3 根据隧道掘进、供料的施工要求，每台盾构机配备两列运输车辆，由１６吨电瓶机车牵引，将掘进前半环所用的机车称为第一列车,掘进后半环所用的机车称为第二列车,这样第一列车的编组为三节1０m3矿车、一节6m3砂浆车、一 124 节管片车，第二列车的编组为二节10m3矿车,两节管片车。要运材料进洞时,在第二列车后可加一节管片车以运输材料。 7.１ 列车编组示意图 ７．1.３、轨道方式 碴土及施工材料（管片、砂浆、钢轨等)的洞内运输采用有轨运输，实行中间线制,轨距900mｍ。根据配套设备情况选用24Kg钢轨，轨枕采用18热轧型工字钢,间距60０mm,钢枕间距１666根/km。扣件选用铁路常用的扣板式扣件，用普通M２２螺栓加防转垫圈代替螺旋道钉。扣件由M22螺栓、螺母、平垫圈、弹簧垫圈、扣板等零件组成。钢轨接头夹板选用22型鱼尾板（长度510mm)。 18热扎工字钢按照轨道的标高，根据隧道内轮廓的形式,加工好之后直接架立在衬砌混凝土上，采用螺栓连接。 开挖面 盾构机 坑口 7.２中间单线制轨道布置图 为便于调车及材料运输,盾构机后为了方便调车会车在两线间设置道岔，每隔2００m设置一让车复线,采用人工扳道。洞内行车速度控制在１0kｍ/h以内,倒退作业时,行车速度控制在8ｋｍ/h，全部车辆配有停车制动系统。 125 为保证行车安全、运输畅通在开工之初就制定合理有效的运输管理办法和调度指挥措施。 为方便盾构前进方向移动时拨接段落模数,单根钢轨的长度为6.2５m。 7.２、垂直运输 7.2.1、碴土起吊机械 碴土的采用２4.2米×32吨+５吨门吊出碴进行垂直运输，采用4.0 ｍ3抓斗出碴，南端头采用3t升降平台下放辅助材料（布置在吊装井西侧)。为了保证垂直运输能够安全进行,在井下吊装位置安装监视系统。 门吊司机与井下安全员采用有线对讲机进行联系。门吊操作室内装有监视器,出碴井下安装固定式摄像头，以便操作司机监视摘碴土倾斜情况。 7．2．2、管片、钢轨的运输 管片、钢轨和其它设施的运输与碴土的运输部采用不同起吊设备以保证隧道施工中不互相干扰。管片和钢轨的运输在坑口的另一侧安装们型吊车（3~5T)的电动绞车，进行管片运输。 7．2.3、注浆材料运输 注浆用浆液在地面施工场地中搅拌完成后采用管道输送的形式,从搅拌站输送到坑口，直接输入砂浆车内。 7．3、洞外运输 为解决碴土运输时间限制或因其它原因碴土暂时不能外运的矛盾,在盾构施工场地设临时弃碴坑。夜间由汽车运至弃土场。 碴坑容量约360m3,碴坑的容量按7环的存碴量来计算,得出容量为340m３，设计容量为360m3。按高峰期2２0环/月的进度来计算,设每月为25个工作日，则日掘进8.8环,而正常情况下，晚上的9个小时（晚10：00~早7：0０)可以进行碴土外运，所以只要保证白天15小时的存碴（即５．5环,253m3)，就可以不影响生产。碴场紧邻出碴井，利用3２Ｔ悬臂门吊作为碴车的提升设备。门吊跨度为２４.2米,其中向碴坑悬臂延伸5米。 施工便道在大门口位置设洗车槽,进出工地车辆必须冲洗，确保不带泥进入市区。 126 门吊管片存放场盾构施工垂直运输示意图 第八部分 施工控制测量 测量是确保盾构推进轴线与设计轴线一致的保证，是确保工程质量的前提和基础。一般情况下,隧道上方地面为密集的建筑物或者是交通拥挤的街道;而洞内设备众多，车辆、人员行走频繁，用传统测量方法很难满足盾构快速、准确推进的要求。鉴于上述原因,采用GPS静态定位技术完成对业主所给导线网、水准网及其它控制点的检核。在盾构机上配备ＺEＤ导向系统指导盾构推进,减低人工测量的频率。 1、测量制度 1．1 、控制网测量制度 严格贯彻三级测量复核制度,即集团公司精测队精测；一公司精测组负责复核及洞内200米或400米一次的定期复测,并交桩于工程项目部测量组;工程项目部测量组再进行复核并负责施工放样测量及控制点的维护工作,确保隧道贯通精度。 1．２ 、地面平面控制点的定期复核制度 由于导线点的位置多数是选择在车站或竖井附近的高楼上，在车站或竖井施工期间,很可能会使楼房略微倾斜或沉降,而使导线点点位移动，所以地面导线除开工前复测外，以后还必须进行定期复测．如果复测位移量较大,这就给各次联系测量结果的互相比较产生困难.此时，在复测时，应与较远的导线点进行联测，只有确认地面导线点没有移位的情况下，才可取各次联系测量的平均值作为地下导线的起算数据,否则必须分别处理各次结果。 地面导线点的选择,应尽量靠近车站或竖井,但又不能紧靠着车站或竖井，以免受施工影响而使点位变化，在相邻车站与竖井之间的导线点个数最好是两个点。在贯通测量时,如果导线点距车站或竖井较远，或邻近车站或竖井点数较多，那么应重新选择过渡点，使新点与井口直接通视,并与原导线点构成简单图形,如三角形,进行测边测角。通过平差处理得出新点的坐标和方位角。这样得出的新点的精度仍然很高，这样就有效地减少了地面导线点的误差对贯通的影响。 1．3、 地面高程控制点的定期复核 首先用精密水准测量方法,对地面控制水准点进行联测。检测是用精密水准仪N3，按Ⅱ等水准测量方法进行往返观测,确保观测正确。一般在车站或竖井附近布设两个水准点，以便相互较核。 127 2、主要测量技术措施 2.１、地面控制测量 我方中标后,立即组织集团公司精测队根据业主提供的工程定位资料和测量标志资料,对所给导线网、水准网及其它控制点用ＧPS静态定位技术进行复测;同时根据施工需要，加密导线点进行测量，并将测量成果报请监理工程师及业主审查、批准。 2．1.1、引测近井导线点 利用业主及监理工程师批准的测量成果书,由公司精测组以较近且不受施工影响的导线点为基点，引测至少三个导线点至每个端头井附近,导线全长不超过350ｍ，平均边长为６0m,最短边不小于30m，布设成多个结点的导线网(三角网或大地四边形)，且与附近的测量中心所交控制桩点至少有两个点的通视。 技术指标为(按上海地铁测量中心下发的测量技术规定要求): 1）每边测距中误差 ±6mｍ ２)测角中误差 ±2.5″ 3)测回数（2″全站仪) 6 ４)方位角闭合差 5×sqrt（n)″ 5)全长相对闭合差 1/3５000 ６)相邻点相对点位中误差 ±8ｍm 观测采用左右角观测，左右角平均值之和与３60°的较差小于４″。测距时,一测回三次读数的较差小于3mm，测回间平均值较差小于3ｍm,往返平均值较差小于５mｍ。气象数据每条边在一端测定一次。测距边进行高程归化和投影改正,并采用严密方法平差。 ２．１．２、引测近井水准点 利用业主及监理理工程师批准的水准网，由公司精测组以较近且不受施工影响的水准点为基点、将水准点引测至端头井附近,测量等级达到国家三等。每端头井附近至少布设两个埋设稳定的测点,以便相互校核。 ２. 2、竖井联系测量 把地面坐标、方位和高程传递到地下的测量工作称为竖井联系测量．设地铁隧道长L=1km,则联系测量传递方位的允许误差为mσ＝m×ρ/L=4.7″(ρ为换算系数, m为地铁隧道允许横向或高程贯通的极限误差与区间隧道允许横向贯通的误差之比，m=11.４ｍm)。根据现场情况，联系测量有下面３种方法： 128 ２.２．１、平面坐标传递 １)用陀螺定向法将地面坐标及方向传递到竖井隧道中，见图1。 D C B 1 L2 2 L1 E L5 7 Z 4 3 5 ３ L6 L4 6 L3 图1 陀螺高程传递示意图 Z用逆转点法测出地面上BC和井下Z1Z2的陀螺方位角。 用全站仪做边角测量，测出L1、Ｌ2、L3、L4、Ｌ5、L6的边长及∠1、∠2、∠5、∠6、∠7的角度。利用空间三角关系计算出∠3、∠4的角度,再结合控制点Ｂ的坐标,推算出Z1、Z2、Z3三点的坐标。以Z1Z２、Ｚ３Ｚ2起始边作为隧道推进的起始数据。在整个施工过程中，坐标传递测量至少进行三次。每条定向边在两端点上独立定向各一次为一测回,半测回连续跟踪５个逆转点读数。先在井上定向边测定一测回,接着在井下定向边测定两测回，最后在井上定向边测定一测回。上下半测回间互差≤±15″,测回间互差≤±８″，每条边的方位角采用两测回的平均值。 具体要求为： (1）陀螺经纬仪一次定向精度小于10″； (２)全站仪标称精度为2″,最好为1″,2mｍ+２ppｍ； (3)铅垂仪投点误差在±3mｍ之内； (4)全站仪测定铅垂仪纵轴坐标的中误差在±3mｍ之内; （５)从地面近井点通过竖井定向，传递到地下近井点的坐 标相对地面近井点的允许误差为±1０mm； （６）全站仪独立三测回测定铅垂仪的纵轴坐标互差小于3mm。 2) 联系测量钢丝法：通过竖井悬挂两根钢丝，由井上导线点测定与钢丝的距离和角度,从而算得钢丝的坐标以及它们之间的方位角，然后在井下,认为钢丝的坐标和方位角已知，通过测量和计算便可得出地下导线点的坐标和方位角，这样就把地上与地下导线联系起来了，如图2所示． 129 这个方法的精度，取决于测站点和钢丝悬挂点位置的选择,具体要点为: (1) ＜O1AＯ２，（９.9) maxVs2i

(9．10) 对于硬粘土式中的k取０.4,软粘土取0.7,中等软硬的粘土则取０.５。 周文波（1993）用统计方法整理出横向最大沉降量的估计公式。 对砂性土 7.8655Smax1.032exp （9.１１） z/2R对粘性土 146 Smax29.08612.1737.4233N1.1556 (9.１２) zln2R沉降影响范围估算公式为 zw1.5Rk (９．13) 2Rn式中k及ｎ为参数，采用土压平衡盾构时,对粘性土:ｋ=1.3，n＝0.70,对于砂性土：ｋ=0.65,n＝1.2。 （2）地层预测的数值模拟 在研究盾构隧道开挖地层位移规律中,数值模拟方法是地面沉陷预测技术的另一重要途径。Ｃlｏugh等（１9８5）、Ohtａ等(1９85)、Rowｅ等(198３）均指出，虽然工艺水平参数在施工之前不可能精确确定,但这个参数的合理变化对地表和隧道周围地层位移的影响是可以评价的。同时指出,要获得沉陷的合理分布，根本上是要模拟土的各向异性和地层内的塑性破坏的发展。 Itｏ等(19８2）积分方程理论并结合有限元方法计算了作用于隧道衬砌上的外部压力，并将计算结果与现场量测数据和模型实验结果进行了比较。Niwa和Fuｋｉ（1９79）、Iｔo和Ｈisｔaｋｅ（1979)［６］等则用有限元法分析了盾构周围地层土的动态特征。 Gｈaｂossｉ等(19７８)讨论了用有限元模拟地层位移的可能性,用有限元分析模拟了应力条件、隧道开挖和衬砌管片安装的各个阶段，结果表明，二维平面应变分析是模拟地层位移的最有效、最简单的方法。 Rｅseｎdｉz和Ｒｏmo（198１)在两个独立的二维分析中考虑了工作面前方土层位移和土层位移至尾部孔隙的影响，在两种情况下都假定为平面应变，而且采用双曲线模型。此外，假定土层中初始应力和剪切强度随埋深而发生线性变化,对若干几何的和力学的参数进行了研究，并将分析结果表达成一个简单的无量纲关系式。 Iｔo和Hｉstakｅ（1９82）[３]用边界元法对弹性和粘弹性地层中浅埋隧道引起的三维地面沉陷进行了分析。分析中考虑了掘进速度、开挖面位置、隧道衬砌等的影响。Ｒowe、Ng(１981)推荐了一种用横截面的弹塑性分析模拟隧道和土层衬砌相互作用的方法。他们用孔隙(即“间隙参数”）来反映施工影响，即 147 把孔隙作为施工产生的地层额外损失的预留量，从而用有限元对地层位移规律进行研究。 Ohta等(1９85）的二维分析考虑了隧道掌子面前方土层的位移和土层位移至盾尾间隙的情况。在纵向沉陷规律研究中，用轴对称和平面应变弹性分析,而研究沉陷的横向分布规律时则采用改进的卡姆粘土模型和平面应变弹塑性模型。 Ｃlough和Ｆinno（１９85）在有限元法中使用一个任意的参数（由经验确定），以模拟施工工艺水平的影响。本方法的一个最大特点是能够直接确定由工作面压力引起的扰动带的范围和模拟这部分土层的后续固结沉陷。 Lｅe等（199０)发展了一种用于模拟施工工序、后续地层位移、隧道开挖面周围及地表应力状态等地面沉陷影响的三维弹塑性有限元方法。给出了非线性问题的求解步骤和适合于三维隧道分析的弹塑性土体本构模型。Lｅe等为了研究浅埋隧道的三维性状,考察了具有几何简单形状和地层条件的隧道。对无衬砌隧道、完全衬砌隧道这两种极限状况下隧道周围土体的应力场和位移场进行了有限元分析,发现掌子面附近土体中的应力场和位移场与横向平面应变假设所得的结果极不相同。 Lee等（1991）在桑德贝输水隧道工程中,使用了一种三维弹塑性有限元分析来计算开挖引起的位移，该分析可以模拟隧道盾构的推进和因隧道施工引起的土的损失。实测和计算结果表明：只要采用可靠的土体参数,就可以把这种方法用有于类似软土隧道设计。 Rｏwe和Ｌee(１９9２)对用于估算软土中浅埋隧道施工引起的土体三维应力变化和地层的各种简化方法进行了评价,指出：对于浅埋隧道,掌子面周围的地层位移大小用轴对称分析法不能正确的加以预测，但利用文中所阐述的两个对称假设前提下获得的归一化位移曲线的均值可以合理地近似掌子面周围土体的位移趋势。只要对计算所需要的三个经验参数加以合理估计,就可以用累计概率的方法对近地表位移加以预测。 Ｒowe和Ｌｅe（1992)通过对14个工程的实际应用，指出：只要获得可靠的土性参数，用文中所提出的数值方法和经验方法就可以合理地求得间隙参数和预测地表沉降。同时间隙参数与复杂的数值计算方法结合还可以对隧道工程中关键断面土体位移在水平向和竖向的分布加以预测。 Eｉsｅnstein等（19９2）认为超固结粘土中浅埋无衬砌隧道的长期稳定性 148 与土体自稳时间直接相关。为了克服现行隧道设计中的局限性，采用将有限元和极限平衡理论相结合方法对初始应力场、开挖引起的卸载、土体强度和模量与深度的关系、孔隙水压力及其变化对开挖面稳定性的影响等进行了研究。 (３)地层位移的模型实验研究 模型实验作为科学研究的一个重要手段，发挥着巨大的作用。国内外众多的学者通过模型实验对软土中开挖隧道引起的地层位移和隧道的稳定性进行了研究，主要有: Litwiｎizyn（19５7)选用了一种介质模型，他用大量具有相同大小的球体模拟地层材料，认为地层是这种球体的自然堆垒,而对其应力、应变状态不做任何假定。实验结果表明,沉陷槽的横向分布曲线与高斯概率曲线相同。 Atkiｎson等（1974)在砂和粘土中进行浅埋隧道的离心模型实验，得到了隧道破坏时的应力差和z/d的关系，并由塑性理论下限定理求得了地面沉陷的理论解。 Maｉr等（1９81)以超固结的粘土模拟介质，对无支护隧道的变形与破坏做了实验。结果表明：隧道的稳定性随着无支护长度的缩短而提高,随着埋深对直径的比值增大而提高;若认为介质无体积改变,则地表沉陷槽的体积应等于土层损失的体积。 Ｋiｍura和Mair(1９８1）］通过利用软土中模型隧道的离心模型实验来探讨二维理想化模型和复杂得多的隧道掘进之间的关系。二维模型实验序列有着与塑性理论推出的隧道稳定性理论解答相一致的结果。而三维实验序列揭示了隧道稳定性如何强烈地受隧道开挖几何特征影响的。 （４）地层位移预测的专家系统和灰色理论 虽然经验公式和数值方法已经成为隧道开挖地层预测的两个重要手段,但它们在应用上也有很多困难,如在经验公式的应用受到隧道的几何形状、地层条件、施工方法、施工质量等有着很大差异的因素的限制,而专家系统给我们提供了一条解决问题的新思路。通过总结以往的工程经验和研究结果,把它提炼为条理化的经验法则，上升到专家系统的知识库,在计算机上模拟专家的推理方式,这不仅可以避免硬科学遇到的种种困难，而且可是使预测结果更具有指导意义。 同济大学(1９90)在总结二十多年来研究成果的基础上，提出了把专家系统用于隧道沉陷预估的设想，并于1990年建立了地面沉陷预估的专家系统原形,1９91年将其应用于上海地铁一号线的施工监测，在应用中取得了较为满意的结 149 果[18,1９］。 张庆贺（1994)将灰色系统理论引入地面沉陷研究,建立了盾构法隧道开挖引起地面沉陷的灰色模型,并将其应用于上海地铁一号线的地面沉陷预测。 9．2.２、盾构法施工及影响地层沉降的因素 盾构法施工是一个复杂的工程过程,它对周围环境的影响与施工的主要技术环节分析密切相关，因此,进行理论分析时只有把握住其中的主要因素,才能得出与实际情况相符的结果。早在1969年Pｅｃｋ就指出,盾构法施工引起地层损失以及对相邻结构的破坏与施工的具体细节是分不开的,不同的施工顺序产生的结果是不一样的。 １)盾构法施工技术 (1)盾构法施工过程的主要环节 盾构法施工前，首先要对隧道的整个线路进行地质勘探,然后根据不同的地质条件选定所需的盾构类型及辅助施工方法。在选择盾构时,除应考虑施工区域地层的地质情况、隧洞沿线的地面情况、隧道长度、隧道正截面形状、工期和使用条件等各种因素外，还要充分考虑开挖和衬砌等施工问题,选定能安全、经济地进行施工的盾构类型。 盾构的类型确定以后,即进入了盾构的施工掘进阶段。盾构的施工过程包括以下几个主要的技术环节: a）盾构推进 盾构向前推进主要依靠千斤顶推力的作用。在盾构前进过程中要克服正面土体的阻力和盾壳与土体之间的摩擦力,盾构总推力要大于正面推力和盾壳四周的摩擦力之和，但推力过大会使正面土体因挤压而前移和隆起，而推力太小又影响盾构前进的速度。通常，盾构的总推力应满足关系式:正面土体主动土压力+水压+总摩擦力<盾构总推力<正面土体被动土压力+水压+总摩擦力。 盾构推进时还应控制好推进速度，并防止盾构后退。推进速度由千斤顶的推力和进出土量决定,推进速度过快或过慢都不利于盾构的姿态控制，速度过快易使盾构上抛,速度过慢易使盾构下沉。因拼装管片时,缩回千斤顶易使盾构后退，后退引起土体损失势必造成切口上方的土体沉降。 在土压平衡盾构施工中，要对土舱内的压力进行设定,密封土舱内的土体压力要求与开挖面的土压力大致相平衡,这是维持开挖面稳定的关键所在，也是土压平衡盾构施工最主要的技术环节。 150 ｂ）盾构姿态和纠偏量的控制 盾构姿态包括推进坡度、平面方向和自身的转角三个参数。影响盾构方向的因素有：出土量的多少、覆土厚区的大小、推进时盾壳周围的注浆情况、开挖面土层的分布情况、千斤顶作用力的分布情况等。比如盾构在砂性土层或覆土层比较薄的地层推进容易上抛。解决办法主要是依靠调整千斤顶的合力位置,在网格式盾构中还可以通过调节盾构正面的进土部位来解决。 盾构前进的轨迹一般为蛇形,要保持盾构按设计轴线掘进，必须在推进过程中及时通过测量了解盾构姿态，并进行纠偏。纠偏量要控制,不能太大，过大的纠偏量会造成过多的超挖，影响周围土体的稳定，要做到“勤测勤纠”。 ｃ）土方的挖掘和运输 在网格式盾构施工过程中,挖土量的多少与开口面积和推进速度有关,理想的进土状况是进土量刚好等于盾构推进距离的土方量，而实际上由于许多网格被封使进土面积减小,造成推进时土体被挤压，因而要求对进土量进行测定,控制进土量的多少。 在土压平衡盾构施工过程中，挖土量的多少是由切削刀盘的转速、切削扭矩以及千斤顶的推力决定的；排土量的多少则是通过螺旋输送机的转速来调节的。因为土压平衡盾构机是借助土舱压力来平衡开挖面水土压力的，为了使土舱压力波动较小,必须使挖土量和排土量保持平衡。因而在施工中要以土舱压力为目标，经常调节螺旋机的转速和千斤顶的推进速度 d）衬砌管片拼装 衬砌管片拼装过程中要减小盾构后退，拼装工作的关键是保证环面的平整度，往往由于环面不平整造成管片破裂，甚至影响隧道轴线。同时要保证管片与管片之间以及管片与盾尾之间的密封性,防止隧道涌水。 e)壁后注浆 盾构外径与衬砌外径大小不等，衬砌管片脱处盾尾以后在衬砌外形成一圈间隙,必须进行注浆，否则将造成地层沉降。因此,注浆要做到及时、量足、且浆液体积收缩小，才能收到预期效果。注浆时压入口的压力要大于该点的静止水压力与土压力之和，尽量使其填充而不是劈裂。注浆压力过大，管片外的土层被浆液扰动而造成较大的后期沉降，并容易跑浆。反之，注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不足,也会使地表变形增大。一般压浆量为理论压浆量（等于施工间隙）的140～１8０％。 151 综合以上这些施工环节，可以设定盾构施工的控制参数。在土压平衡盾构施工中，盾构掘进主要由十个参数控制,即土舱压力、千斤顶推力及分布、推进速度、盾构坡度、纠偏方向与纠偏量、浆液配比、注浆量、注浆压力等。通过这些参数的优化和匹配使盾构达到最佳推进状态，即对周围土层及扰动小、地层损失小、超孔隙水压力小，以控制地面的沉降和隆起，保证盾构推进速度快、隧道管片拼装质量好。一般在盾构始发后都进行一段试掘进（目前上海地区为60～100m，日本为５～20m)结合地表沉降等环境变化参数的量测进行盾构掘进参数的优化。 （２)盾构推进引起地层位移的原因 盾构的种类很多,盾构推进引起地层位移也因盾构的不同而略有差异。对于土压平衡盾构，由于土舱内的压力能平衡开挖面的水土压力，从而可以保持开挖面的稳定，使得正面土体受扰动影响较小。 经过长期的工程实践，人们对各种盾构推进过程中引起地层位移的原因进行归纳,总体表现为以下几个方面: a）盾构掘进时,不同程度地对土层产生挤压扰动及引起开挖面土体的松动。其中尤以全闭胸挤压式盾构推进时的扰动为最大。当开挖面土体受到的水平支护压力小于原始侧向水土压力时,则开挖面土体向盾构内松动引起地层损失。当作用于开挖面土体推进力大于原始侧向水压力,则正面土体向上向前位移，导致盾构前上方地面隆起。 b)由于盾构外径与隧道衬砌外径之间存在有建筑空隙,如果充填不实或不及时、将使得盾尾后周边土体失去原始平衡状态而向盾尾空隙位移,引起地层损失。这一空隙除挤压盾构法施工外,所有盾构法施工都存在，在含水不稳定地层中,这往往是引起地层损失的主要原因。 c）推进方向改变，曲线推进以及纠偏或叩头推进时，实际开挖面不是圆形而是椭圆,因此引起地层损失。盾构轴线与隧道轴线偏离越大则由超挖引起的地层损失越大。 ｄ)盾构在粘土层推进时,盾尾后的建筑空隙往往由于盾尾外面粘附一层粘上而加大。如上海地铁一号线盾构进洞后,在其壳体上粘附着５～１0cm厚的土体和注浆材料。 e）隧道衬砌的变形、沉降以及渗漏将引起地层的位移。 ｆ）盾壳或衬砌周围注浆时,如果注浆压力大于相应的水土压力，将对土体 152 产生—定程度的挤压作用。 e)土体的固结沉降及次固结沉降。 从上面的论述可以看出,盾构施工中影响地层位移的因素很多,但总体上可分为瞬时效应和持续效应两种。瞬时效应是指盾构施工完成后短期产生的影响,而持续效应则是指持续时间很长的影响，如衬砌的变形、隧道的沉降以及土体的固结等。对于瞬时效应可以从力学和几何两方面来考虑。 力学效应包括对开挖面土体的正面推进力和注浆引起的侧向挤压力。正面推进力主要决定开挖面的稳定性,由千斤顶的推力、土舱压力、盾构推进中所受阻力及土层原始地应力来决定；侧向挤压力主要由注浆压力大小来决定，在泥水盾构中还与泥水压力有关。 几何效应则主要指盾构施工引起的土体损失，它与盾构尺寸、衬砌尺寸、注浆量、盾构纠偏、衬砌变形等多种因素有关。 2）盾构法施工产生的力学效应 土压平衡盾构是通过密闭土舱内切削泥土的压力与开挖面的水土压力的平衡来保持开挖面的稳定。土舱压力Ｐi与盾构推力、推进速度、刀盘转矩、螺旋输送局势机转速和排土率有关。 如图4－2，土压平衡盾构正面推进力可表示为: NPiPZPW （9.１4) 式中Pi为密封舱土压力,Ｐz为开挖面侧向静止土压力,Pw为开挖面水压力。 图9-2 土压平衡盾构开挖面土压平衡原理 为使开挖面保持稳定，则必须满足Ｎ=０。当N<0时,开挖面土体松动，易引起造成前方地面沉陷；当N>０时，开挖面土体受到挤压，易引起前方地面隆起。 ３）盾构法施工的几何效应 153 (1)地层损失参数GＡＰ Lee and Ｒowe(１98２)、 Roｗｅ et al（19８３）提出了预测地表和地层不同深处沉降的方法，引入了ＧＡＰ参数，用于不排水饱和粘土的沉降预测。ＧAP描述了大于隧道衬砌外径的超挖土体的量[７],包括开挖面在力作用下的三维运动造成的超挖土体损失及施工因素造成的土体损失。GAP的大小等于盾构开挖的拱顶位置到衬砌顶的距离,如图9－3。 图９-３盾构损失参数ＧAＰ的定义 根据Lee的定义 GAPGPU3D (９.１５） 式中Gｐ表示盾构外径和衬砌之间的几何净空，它由盾尾厚度δ和满足盾构纠偏和拼装衬砌的盾构建筑孔隙x构成 GpDd(x) (９.16) 式中D为盾构外径,d为衬砌外径;盾构建筑空隙x的大小决于盾构制造和衬砌拼装的允许误差、便于盾构偏离设计轴线时进行水平及垂直方向的纠偏、便于衬砌拼装工作的进行。ｘ的取值为3０～60mm左右。一旦选定了盾构掘进机和衬砌系统，Gp的大小也就唯一确定了。 *U3D指由于开挖面应力释放导致土体的三维变形，使得土体塌落到开挖面造成的超挖土量。ω是指施工因素(包括盾构的纠偏、上抛、叩头、后退等)产生的土体损失。文献［8]给出了盾构上抛推进时ω值的计算公式 ﻩﻩL （9．１7) 式中L为盾构长度；α为盾构上抛时的仰角。 (２)地层损失模式 盾构推进引起地层损失的原因是多方面的，表9-4列出了粘性土中各种地层 154 损失的预估公式及相应的GＡＰ的取值。 ＧAP计算中的考虑因素(适用于粘性土地层) 表９－4 隧道单位长度内地层损失因素 的最大地层损失值 开挖面地层损失 切口超挖的地层损失 沿盾壳的地层损失 盾尾后的地层损失 地下水位以下 地下水位以上 纠偏的地层损失 曲线推进的地层损失 正面障碍引起的地层损失 πR2h 2πR ０.1πR２ 2πR(Ｒ-Ｒ1) πR(Ｒ-R1) πR．L·α L２Ｒ／［8(Ｒ十Rc）] A 0～0.2％ 0．1%～０.5% ０．1% 0~4% 0~2% 0.２%~2% 0.3%~1％ 地层损失率 相应的ＧＡＰ取值 Rh ２ｔ 0.1R ２(R-R1) Ｒ-Ｒ1 L·α Ｌ2/[８Ｒ(R十Rｃ）] 0~0.5% Ａ／（πR) 表4－２中，R为盾构外半径,R1为衬砌外半径，t为超挖刀盘的厚度，Ｌ为盾构长度，α为仰角,Rc为开挖面土体在盾构推进单位长度时向后的水平位移，ｈ盾构推进曲线半径，A为盾构正面障碍物体积,V%=地层损失值／(πＲ２）。 *U3D和ω对于不同的盾构施工法和不同的施工实际取值不一样,通过表2.2中不同值的组合可以把地层损失分为不同的模式,地层损失模式不一样，GＡP的计算方法也不一样。由于盾构施工中运用同步注浆的工艺，从而抑制地层损失的发展,因而在考虑地层损失模式时必须计入注浆率(n%)的影响，所谓注浆率是指浆液填补的实际间隙量与理论地层损失量的比值。 模式一 用于盾构机械性能好、工作人员工作经验丰富的盾构正常直线推进时。此时,盾构纠偏、上抛、叩头量很小，由此引起的超挖不作单独考虑;考虑盾构推进中正常的蛇形前进，这部分土体损失值ω1用超挖刀盘的超挖量计算；认为盾构密封舱内土压力与开挖面水土压力保持平衡,则开挖面地层损失引起的U3D为 155 *0(对挤压盾构,认为盾构总推力大于或等于总摩阻力与开挖面阻力之和);不考虑盾壳周围的土体损失；考虑GP的影响；考虑同步注浆。从而有衬砌周围的地层损失参数 GAP(1n%)(Gp1) (9.18) 盾壳周围的地层损失参数 GAP(1n%)1 (9．１９） 模式二 用于盾构在一些特殊地层、地段中施工的情况。例如盾构在砂性土层或覆土浅的土层中推进时上抛，或在盾构出洞后因千斤顶推力设置不合理而偏离轴线,或盾构作曲线推进。考虑刀盘超挖和盾壳周围的土层损失，同时考虑开挖面*U3土体三维运动引起的地层损失D，则衬砌周围的地层损失参数 *GAP(1n%)(Gp2U3d) （9.2０) 盾壳周围的地层损失参数 *GAP(1n%)(2U3d) (9.2１) 模式三 主要用于盾构推进过程中开挖面失稳时。当盾构正常推进时，开挖面土体三维变形引起的地层损失一般很小。但如果盾构后退或发生涌水使开挖面坍塌时,引起的地层损失就比较严重。此时假定开挖面自由,开挖面土体原始地应力完*(U3全释放,这样就得到最大的开挖面地层损失D)max，此时有 衬砌周围的地层损失参数 * （9．22) GAP(1n%)(GP(U3d)max盾壳周围的地层损失参数 *GAP(1n%)(U3d)max (9.23） 9.3、盾构隧道监测的项目 盾构隧道监测的对象主要是土体介质、隧道结构和周围环境，监测的部位包括地表、土体内、盾构隧道结构、以及周围道路、建筑物和管线等,监测类型 156 主要是地表和土体深层的沉降和水平位移、地层水土压力和水位变化、建筑物和管线及其基础等的沉降和水平位移、盾构隧道结构内力、外力和变形等,具体见表9－5。 盾构隧道施工监测项目和仪器 表9－5 序号 １ 监测对象 隧道结构 监测类型 结构变型 监测项目 ⑴隧道结构内部收敛 ⑵隧道、衬砌环沉降 ⑶隧道洞室三维位移 ⑷管片接缝张开度 ⑸隧道外侧水土压力 ⑹隧道外侧水压力 监测元件与仪器 收敛计,伸长杆尺 水准仪 全站仪 测微计 压力盒、频率仪 孔隙水压力计、 频率仪 ⑺轴向力、弯矩 钢筋应力传感器、频率仪、环向应变计 ⑻螺栓锚固力、管片接缝钢筋应力传感器、频率法向接触力 仪、锚杆轴力计 ⑴地表沉降 水准仪 ⑵土体沉降 分层沉降仪、频率仪 ⑶盾构底部土体回弹 深层回弹桩、水准仪 ⑷地表水平位移 经纬仪 ⑸土体深层水平位移 测斜仪 ⑹水土压力（侧、前面） 土压力盒、频率仪 ⑺地下水位 监测井、标尺 ⑻孔隙水压 孔隙水压力探头、 频率仪 ⑴沉降 水准仪 ⑵水平位移 经纬仪 ⑶倾斜 经纬仪 ⑷建(构）筑物裂缝 裂缝计 结构外力 结构内力 2 地层 沉降 水平位移 水土压力 3 相邻环境 周围建（构）筑物， 地下管线 铁路、道路 9．4、盾构隧道测点布设及观测频率 ９.４.1、盾构隧道测点布设 1）地表隆陷测点布设: 自地铁车站洞门处开始，沿隧道轴线纵向地表每隔8m布设一个测点(有房屋地段在空地处布设)。地表沉降监测布点见图９-4。 2)地面建筑物下沉及倾斜测点布设： 在隧道两侧施工影响范围内的房屋四角及其它构筑物周围基础上布设测点,二层以上楼房均布设垂度量测点。 3）铁路安全保护测点布设： 157 路基沉降监测是沿纵向,在隧道中线上部每条铁路的地面路基两侧地表上分别埋桩布点;轨道沉降监测是沿纵向,在隧道线路上方。铁路沉降监测布点见图9-5。 地表沉降曲线地表测点桩联络通道中线右线中线左线中线监测横断面图9－4 地表沉降监测点布置图 158 钢轨测点路基测桩 图9-５ 铁道安全保护测点布置图 ４）联络通道测点布设： 为了解通道施工区附近地层变化情况以及对附近建筑物和管线的影响程度，在施工区上部地面布设地表沉降监测点。地表沉降点沿通道的中线,每隔5m布设一个纵向观测点，监测范围为８0m。 为确保通道施工安全，掌握围岩位移情况,须在洞内布设拱顶下沉和水平收敛测点,沿通道轴线每隔3m布设一组测点。 拱顶下沉测点水平收敛测点图9－6 联络通道测点布设断面图５)地下人行过道和火车站邮政通道测点布设: 为确保在地铁施工中行人和车辆的安全,分别在结构物地面上布设4－５个沉降点。 6)地下管线监测点布设： 沿隧道轴线施工区影响范围内的两条主要的φ１２00mm砼管道上方地表纵向每隔８m布设一个测点。 7)地中垂直位移测孔布置: 159 在试验段内的Ⅲ、Ⅳ类围岩中各选取一个断面,在隧道中线顶部地层中各布设测孔1个，见“量测主断面测点布置图”。 ８）地中水平位移测孔布置： 在试验段内的Ⅲ、Ⅳ类围岩中各选取一个断面，与垂直位移相应埋设于主断面上，在隧道两侧各布设测孔2个，见“量测主断面测点布置图９-7”。 BA垂直变位测孔测斜孔围岩压力计测斜孔水位观测孔充填物管片 Ａ大样 B大样 护盖指示器电缆导线导管粗砂回填物磁环回填物传感器基准磁环钻孔塑料套管图9－7量测主断面测点布置图 9）地下水位观测测孔布置： 在试验段内的Ⅲ、Ⅳ类围岩中各选取一个断面，与垂直位移相应埋设于主断面上,在隧道两侧影响范围内水文地质条件在施工过程中可能有变化的区域布 160 设测孔各1个见“量测主断面测点布置图”。 10）围岩压力测点布设： 在试验段内的Ⅲ、Ⅳ类围岩中各选取一个断面，与主断面相对应，紧贴管片背面埋设，测点布置于盾构管片与围岩之间，见“量测主断面测点布置图”。 11)管片衬砌变形测点布设 每1０环管片布设１个测面,每测面布设５个测点。测点采用贴片(不破坏管片）见图9－8。 图9-８ 衬砌位移监测布点示意图 9.４.２、观测频率 1)地表隆陷观测: 在盾构到达前１次/天；盾构到达时2次/天；盾构过后１次/1～2天,可根据施工条件和沉降情况增加或减少观测次数。随时将地表观测通息报告给施工人员。 2）地面建筑物下沉及倾斜监测: 其观测频率与地表沉降观测频率相同。 ３）铁路保护安全监测: 对于路基和钢轨下沉的监测自盾构机到达前10米开始观测,待盾尾通过后，路基沉降值基本稳定时为止(重点监测为盾构切口到达,至盾尾脱出后2天)。在盾构穿越轨道时,监测频率1次/小时,一般监测频率为2~３次/天。根据路基及钢轨 161 的具体沉降情况，可随时增减观测次数。应在施工期间进行连续跟踪观测，至沉降完全停止。并将量测结果及时反馈盾构工作面,据以采取有力措施，调整施工参数,控制沉降,满足铁路部门的安全运营标准。 ４）联络通道施工监测: 在通道施工期间，其上部地表沉降监测频率初期为1～２次／天，后期１~2次／3天；在沉降速率较大时可加密观测次数。 通道内部拱顶下沉和水平收敛量测,自通道钢管片打开后1次/天。 5)地下人行过道和火车站邮政通道监测： 其监测频率与地表沉降相同。 6)地下管线监测: 其监测频率与地表沉降监测相同。 7）地中垂直位移监测: 在盾构到达前1次/２天;盾构到达时1~２次/天;盾构通过后1次/２天。 8)地中水平位移监测: 其观测频率与地中垂直位移观测相同。 9)地下水位观测： 其观测频率与地中垂直位移观测相同。 10）围岩压力量测： 在埋设初期1次／天;10天后１次/２天;1个月后1次/周。 11）管片衬砌变形监测： 注浆后3天内2次/天,３天~１０天1次／天,10天后1次/2天,１个月后１次/周。 ９.5、监测资料的处理和信息反馈 监控量测资料均由计算机进行处理与管理。采用地下工程施工监测和信息反馈专用软件Ｍstar进行处理。当取得各种监测资料后,能随时进行处理,绘制各种类型的表格及曲线图，对监测结果进行回归分析，预测最终位移值,预测结构物的安全性,确定工程技术措施。因此，对每一测点的监测结果要根据管理基准和位移变化速率mｍ／d等综合判断结构和建筑物的安全状况。并编写周、月汇总报表。及时反馈指导施工，调整施工参数，达到安全、快速、高效施工之目 162 的。 采用《铁路隧道喷锚构筑法技术规则》(ＴＢJ10８-９２)的Ⅲ级管理并配合位移速率作为监测管理基准。管理基准值将通过试验段实测配合理论分析后确定。具体监测资料的反馈程序见图9-8。 位移是否超Ⅲ级管理 是 否 综合判断 监测结果 否 继续施工 安全 不安全采取位移是否超Ⅱ级管理 采取特殊措施 否 位移是否超Ⅰ级管理 是 施工 暂停施工 图9－8 监测资料反馈管理程序框图 施工监测 反分析 预测变形量 采取技术措施 与基准值比较 调整施工参数 是 是否安全 否 图9－9 信息反馈流程图 163 9．６、沉降监测对施工的指导意义 ９.6．1、掘进模式选择 盾构掘进根据不同的地质条件采用敞开式、半敞开式和土压平衡式三种掘进模式，以适应硬岩、软硬混合地层和含水软岩的掘进,对于微风化硬岩地层,具有足够的自稳能力，且地下水少或地下涌水能被控制,采用敞开式掘进模式；对于大部分处于硬岩地层,局部处于强风化地层或小部分处于全风化地层、软岩地层，且地下水压力在１～1.5kg／cｍ2，采用半敞开式,特别是有硬岩存在且地下水是可以控制的,采用这种模式是必要的,其切削硬岩的能力好于ＥPB模式；对于工作面不具备自稳能力，地下水压力>1．5ｋｇ/cm2,地下水特别丰富的地层，如隧道或其上部处于不稳定地层和强风化层，或隧道处于断裂构造带中,或可能有较大涌水采用半敞开式不能有效控制涌水时,采用土压平衡模式。 采用土压平衡工况掘进时,使刀具切下的土砂充满碴仓，并呈流塑性控制开挖面，用螺旋输送机和调整装置保持排土与切削量平衡，维持碴仓土砂一定的压力,抗衡开挖面的土压和水压,用碴仓和螺旋输送机内的土砂获得止水效果,配合同步注浆系统和必要的二次注浆,保持开挖面稳定,防止地下水涌出，控制地表隆陷。 采用土压平衡模式时,碴土应有良好的流塑状态、良好的粘-软稠度、低的内摩擦角和低的透水性，当满足不了要求时,需给开挖面、混合仓和螺旋输送机内注入外加剂对碴土进行改良,使开挖土具有流动性和止水性。对于易流动、内摩擦角小、渗透系数小的粘性土地层,通过刀盘和螺旋输送机的搅拌，切下的土一般具有塑流性,对于粘着力大不易流动的土可以向碴仓注水,使土得到适合的流动性,粘性土的渗透系数较小,止水性没问题。对于流动性差、内摩擦角大、渗透系数大的砂性土地层,切下的土流动性差，充满碴仓和螺旋输送机的土使刀盘、输送机的扭矩和千斤顶推力增大,影响掘进,另外,压缩的土体止水性差,当地下水压高时，易出现喷发现象，这时要注入添加剂,使开挖土具有流动性和止水性，平衡开挖面的土压和水压,施工中采用的外加剂是泡沫和膨润土，泡沫通过盾构机上的泡沫系统注入，膨润土以悬乳液的形式通过膨润土系统注入到开挖仓和输送机进口,当必要时向盾壳上注入，及早充填盾壳背空隙，控制地表沉降。 当围岩稳定性变好时，逐渐加大排土速度,将碴仓排至剩少部分土，碴仓降到常压,伸出螺旋输送机，实现敞开式掘进。当围岩稳定性变差,开挖面有可能坍 164 塌或不能有效控制地下涌水时，缩回螺旋输送机，关闭卸料口，冲入压缩空气封闭碴仓，防止坍塌，控制涌水,实现半敞开式掘进;当开挖面不能达到稳定或水压力过大时，停止出碴使碴土充满碴仓并获一定压力，以抗衡开挖面土压和水压,控制出碴量，实现土压平衡掘进模式。 9．6.２、掘进土压力选择 当盾构掘进时,若开挖面受到的水平支护应力小于地层的原始侧向应力,则开挖面土体向盾构内移动,引起地层损失而导致盾构上方地面沉降。反之，当作用在正面土体的推应力大于原始侧向应力时，则开挖面土体向上向前移动，引起负地层损失而导致盾构前上方土体隆起。 掘进时的控制压力按地层土压力、地下水压力和预备压力设定。 土仓内因刀盘的推力所产生的土压力随刀盘对土体的推力不同而变化,主动土压力和被动土压力是侧向土压力的极限最小和最大值，而静土压力介于两值之间。刀盘前方的土压力小于主动土压力时,土体沿滑动面下滑可能引起地层和地面的下沉；当刀盘前方的土压力大于被动土压力时，土体上滑可能引起地面隆起。在实施对土压力进行控制和管理时,一般根据地层特性和地面环境确定一个土压上限和下限值，上限是被动土压(或静土压）力、水压力、预备压力的和,下限是主动土压力、水压力的和。 施工土压力计算应考虑隧道的埋深,根据经验,浅、深埋隧道的分界埋深是施工引起坍塌平均高度的2～2.5倍。坍塌平均高度h＝０.４5×26-fω[其中f为按铁路隧道设计的围岩类别,ω为隧道宽度影响系数, ω=１＋ｎ(B－5),Ｂ为隧道宽度, n为B每增减1m是时的围岩压力增减率(B基准为5m),当B＜5时取0．2,当B>5时取0．１]。 深埋隧道的土压力计算,可根据围岩分类的结构设计，按“铁路隧道设计规范”推荐的方法计算。由于静土压力难以确定,并且作用于开挖面的压力因土室内土的状况而不同，故在试掘进期应根据地基状态变化的调查,决定最佳控制压力。施工中，深埋隧道按“铁路隧道设计规范”考虑施工土压时,一般情况得出的土压力偏大，如果地质情况良好，考虑隧道1~2倍洞径的土压较合适。 浅埋隧道的土压力主要计算静土压力、主动土压力和被动土压力。静土压力计算时，土的侧压力系数的选择很重要,可以通过雅基公式或经验值或日本“建筑基础结构设计规范”比较选择。盾构掘进过程中由于施工的扰动，土体静止的弹性平衡状态被改变，使刀盘前方的土体产生被动或主动土压,主动和被动土 165 压力的计算可以结合铁路隧道设计、施工经验,针对盾构施工原理，采用朗金理论计算。 水压力即孔隙水压力，其计算应考虑土体渗透速度、渗透系数、水力梯度,掘进时的水压力可以根据水位埋深和地层的渗透系数确定的一个经验值计算（σw=ｋ×γh，砂土中k=0.8~1.０,粘性土中k=0．3~0.5)。随着盾构的前进,土室内压力接近原始的土压力和水流经土体时的阻力。水压力因地层不同变化很大，它的计算对推进力的选择影响很大。 施工中有一些次要的不可见因素，对沉降要求较严格的区段,要在土压力和水压力理论计算的基础上考虑0.1~0.2ｂar的预备应力。 浅埋隧道施工时,为使工作面的土体保持稳定状态，应以静土压力为主要依据。 当隧道埋深不大或围岩很不稳定时，用朗金理论计算主、被动土压力,以确定盾构施工的土压力。按朗金理论计算的主动土压力是考虑开挖面稳定，是基于允许开挖面有一定的变形或移动,因此对于自稳性较差的地层、软弱或变形系数较大、容易失水的地层,以此理论考虑主动土压力是偏小的，也是比较危险的。施工中反映,如果推进土压力小于主动土压力，当隧道埋深不大时,土体会向下滑移，导致地表沉陷。 当沉降要求较为严格时，应使盾构的推进力大于静土压力,以使土体产生向前进方向的变形或滑移,以达到减小地表沉降的目的。然后由于推力的增加,增大了掘进扭矩,致使功率增大,加大了工程成本，应找到一个最佳控制点。 加强监测和及时反馈信息，根据地表隆起和沉降状况调整推力,加快出碴速度减小推力，达到降低地表隆起的目的;减小出碴量，提高正面压力,保持开挖面的稳定,达到控制沉降目标。 9.６.3、壁后注浆 壁后注浆主要是为了防止由盾尾空隙引起的隧道周围围岩变位,控制地表沉降，同时可以提高隧道的止水性,确保管片的早期稳定。 1）注浆方式采用同步注浆和二次注浆。同步注浆。盾构推进时,盾尾形成短时间无支护状态的盾尾空隙变形,直接影响地表沉降的大小。采用同步注浆系统及盾尾的注浆管在盾尾空隙形成的同时，采用盾构边掘进边注浆的同步注浆方式,迅速注浆充分填实空隙并尽早获得设计强度,及时防止围岩变形,控制地表沉降，经验表明,壁后注浆的开始时间越早，充填率越高。采用EPＢ模式时，由于 166 地层自稳能力差,同步注浆方式非常重要。 二次注浆,为提高壁后注浆层的防水性和密实均匀，必要时在同步注浆结束后进行二次注浆。若管片背后注浆不足，将产生明显漏水,不仅影响隧道使用,还会产生因地下水的流动(使土粒产生位移,粒间空隙压缩）或水位下降(使土体内有效应力增加，发生固结现象),造成地表沉降。通过注浆孔(吊装孔)钻孔入土体２m，对土体进行加固，有效止水、控制地表沉降。 另外通过注浆，使隧道管片与周围土体形成整体保持结构稳定，因此管片壁后注浆的均匀和充分也是很重要的。 注浆浆液要流动性好，便于盾构移动过程中持续不停的注浆,而一环注浆结束后,浆液凝固有较好的强度,具有微膨胀性,避免后期收缩变形，二次注浆材料要可注性强，能补充同步注浆的缺陷，对同步注浆起充填和补充作用。当地下水特别丰富时，需要对地下水封堵。同时为了及早建立起浆液的高粘度,以便在浆液向空隙中充填的同时将地下水疏干（将地下水压入地层深处)，获得最佳充填效果，这时需要将浆液的凝胶时间调整至1～４min，必要时二次注浆可采用水泥-水玻璃双液浆。施工前应进行详细的浆液配比试验,选定合适的注浆材料,添加剂及浆液配比,保证所选浆液配比、强度、耐久性等物理力学指标满足工程的设计要求。 2)同步注浆以注浆压力与注浆量进行双重控制，二次补强注浆量根据地质情况及注浆记录情况,分析注浆效果,结合监测情况,由注浆压力控制。 注浆压力。同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压及土压力之和,做到尽量填补同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降,并易造成跑浆，对刚拼装完成的管片影响也大;而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不充足,会使地表变形增大，通常同步注浆压力一般为1．1~1.2倍的静止土压力,即0．2~0.3MＰa，二次注浆压力为0.2~0.4 MPa 。 注浆量。同步注浆量理论上是充填盾尾建筑空隙,但同时要考虑盾构推进过程中的纠偏、浆液渗透（与地质情况有关)及注浆材料固结收缩等因素。根据地质及线路情况,注浆量一般为理论注浆量的１.4~２．0倍,并应通过地面变形观测来调节。 ３）注浆速度及时间。根据盾构机推进速度，以每循环达到总注浆量而均匀注入,盾构机推进开始时注浆开始,推进完毕注浆结束。注浆速度应与盾构机的 167 掘进速度相适应。过快可能会导致堵管，过慢则会导致地层的坍塌或使管片受力不均，产生偏压。 9．6.4、循环出碴量的选择 严格控制掘进速度,控制每循环的出碴量，保持开挖土量和出土量的平衡，密切关注出碴碴土的物理性能。不同的地层考虑相应的松散系数来控制碴土量，(5-2）、（6)地层为1.2~１.4，（7)地层为１.5~1.6,(８)、(9)地层为1.６~1.8。 安装管片时，在土仓建立土压平衡(ＥPB模式）或气压平衡(半敞开式模式）。因特殊情况需长时间停机时,使碴土充满土仓，建立土压平衡。施工全过程中，土仓仓门的开启和土仓压力应严格执行制定的程序，一般情况下仓门不得随意打开。 ９.６.5、控制地层失水 地下水的流动使土粒产生位移，土粒间空隙压缩,水位下降使土体内有效应力增加，发生固结现象,造成地表沉降。 就止水性而言，粘性土的渗透系数较小,没什么问题。砂性土渗透系数大,仅靠土仓和螺旋输送机的压缩效应不能有效止水。掘进时密切关注开挖面的出水情况，当发现碴土太稀、水量偏大、开挖面有地下水涌出时,立即关闭螺旋输送机仓门,给开挖面或土室内注入泡沫或膨润土外加剂以补充细微颗粒的不足或置换细微颗粒中的空隙水,使开挖土体具有止水性，同时实现气压或土压平衡模式掘进。 保证管片壁后注浆量充足,加固周围土体，有效止水，确保结构防水质量,防止管片背面漏水,以免引起地下水的流动或水位的下降。成洞段的隧道若出现漏水现象应及时通过管片注浆孔进行二次补强注浆和防水补漏处理。 通过富含地下水的地层时,一方面要确保盾构机快速通过,一方面在刀盘前方注入泥浆，在管片背后注入水泥-水玻璃双液浆,及时迅速封堵地下水。 在掘进过程中加强对铰接密封、盾尾密封检查，发现有涌水（或砂浆渗漏）时立即进行处理，避免因水或砂浆的流失产生沉降。 9.6.6、推进速度的选择 速度参量的选取应掌握使土体尽量的切削而不是挤压。过量的挤压，势必产生前仓内外压差,增加对地层的扰动。正常推进,速度可控制在2—3cｍ／mｔn之间；盾构纠倔时，应取较小速度。同样，不同的地质条件,推进速度亦应不同。因土压平衡是依赖排土来控制的,所以，前仓的入土星必须与排土量匹配。 168 由于推进速度和排土星的变化,前仓压力也会在地层压力值附近波动，施工中应特别注意调整推进速度和排土星,使压力波动控制在员小幅度。 9．６．7、其他影响因素 1)盾构纠偏、在曲线推进。盾构在曲线推进、纠偏、抬头或叩头推进过程中,实际开挖断面不是圆形而是椭圆,从而会引起附加变形，此时应调整掘进速度与正面土压,达到减少对地层的扰动和减少超挖的效果,从而减少地层的变形。 2）固结沉降控制。盾构推进中的挤压作用和盾尾后的压浆作用等施工因素，使隧道周围地层形成正值超孔隙水压力区,随着盾构的离开,土体表面应力释放、超孔隙水压力逐渐消失,引起地层固结变形而带来地面沉降。超孔隙水压力消失后，土体骨架还会因流变而引起次固结变形（沉降),在孔隙比和灵敏度较大的软塑和流塑性粘土层中,次固结沉降要持续几年以上,所占总沉降量比例达3５%以上。 为此应根据地面实施监测结果进行及时控制,在管片衬砌背后实施跟踪回填与固结注浆,尤其是对拱部１20。范围进行地层固结注浆非常重要。 3)盾构暂停推进时,推进千斤顶可能漏油回缩引起盾构后退,而使开挖面土体松弛造成地表沉陷，此时应作好防止盾构后退措施，并对开挖面及盾尾采取封闭措施。 ４）由于左右线施工的相互影响，左线土压要比右线考虑提高0.１~０．2baｒ。 5）在土压力作用下，隧道衬砌产生的变形或沉降也会引起少量的地层损失。隧道衬砌沉降较大时,会引起不可忽略的地层损失。 引起盾构隧道地表沉降的因素很多,主要与掘进模式、掘进土压力、注浆方式和时机、注浆量和压力、地层失水等有关，施工时要根据地质特性综合考虑,遵守“模式正确、土压合理、防范失水、快速掘进、及时注浆、注浆充分、严密监测、迅速反馈”的原则,既保证施工进度又保证沉降量控制在允许值以内。 9.7、监测管理体系和质量保证措施 ９.7.１、针对本工程监测项目的特点建立专业组织机构,由派驻现场5-7人组成监控量测及通息反馈小组，成员由多年从事地下工程施工及监测经验的技术人员组成，组长由具有丰富施工经验，具有较高结构分析和计算能力的工程师担任。监测小组根据监测项目分为地面和地下两个监测小组，各设一名专项负责人,在组长的领导下负责地面和地下的日常监测工作及资料整理工作。监测 169 组人员组成及职责见图9－10: 组长： 负责监测工作的组织计划、外协及监测资料的质量审核。 地面监测小组负责人： 1） 地表、地下管线沉降观测 2） 地面建筑沉降及倾斜监测 3） 铁路保护安全监测 4） 土体水平位移监测 5） 土体垂直位移监测 6） 地下水位监测 地下监测小组负责人： 1） 拱顶下沉监测 2） 地下人行通道沉降监测 3） 净空水平收敛监测 4） 围岩压力量测 5）管片衬砌变形监测 图9－１０ 监测组成员组成及职责框图 9.７.２、为保证量测资料的真实可靠及连续性： 1）监测组应与监理工程师密切配合工作，及时向监理工程师报告有关情况和问题,并提供有关真实可靠的量测资料； 2)制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施； 3)成立专门监测组承担施工监测，量测人员保持固定,保证资料资料的连续性; 4)仪器的管理采用专人专用，专人保养，专人检校的方法; ５）仪器设备和元器件在使用前均经严格的检校,合格后方可投入使用; 6)在监测过程中，必须遵守相应的测试细则及相应的规范要求； 7）量测资料均应经现场检查、室内复核两道程序后方可上报; ８）量测资料的储存、计算、管理均采用计算机系统进行。 ﻬ第十部分 防水施工及施工排水 １0、防水施工及施工排水 10.1、防水施工 170 由于地铁盾构隧道往往处于地下水位以下，这给隧道防水提出了很高的要求。为防止隧道内部渗漏给竣工后隧道的运营管理和维修带来问题,施工时严格按设计及有关规范要求进行,对涉及到防水问题的材料、机具、工艺进行严格控制和把关。施工中除对洞身管片自防水和管片接缝防水进行重点处理外,还对隧道底部和进出洞门、联络通道、螺栓孔和吊装孔等局部位置进行特殊处理,以确保建成的隧道不渗不漏,满足业主提出的防水等级要求。 10.1.1、防水等级 根据业主招标文件和相关规范要求,地铁工程各部位的防水等级见表10-1。 隧道防水等级 表10-１ 防水等级 A Ｂ 渗漏标准 不允许渗漏水,结构表面偶见湿渍 有少量漏水点不得有线流和流泥砂,实际渗漏量＜0.１L/m2.d 工程部位 隧道上半部 隧道下半部 联络通道洞门 １0.１.2、防水原则 1)总原则是以防为主，多道设防、刚柔结合、综合整治。 2）对区间隧道及车站采用复合式衬砌,除做好防水层施工外，强调做好二次衬砌模注混凝土自防水，抗渗等级不得小于S8。 3）对变形缝、施工缝、穿墙管等特殊部位要采取多种加强措施。 4）选用的防水材料及措施，要具有良好的物理性能及耐酸碱特性,要使防水层具有连续整体密封性。 5）本着对“迷流”采用“防、排”结合的原则,做到防水与防“迷流”一体化设计和施工。 ６）做到在无水条件下进行开挖、支护和衬砌施工,本着简便易行、效果显著、造价低等因素选择实践应用证明有效的治水方法。当采用降水方案时,应考虑采取措施保护地下水资源。 １0.１.3、隧道渗漏水机理 引起隧道渗漏水的原因主要是防水材质不良或违反操作规程造成的，具体可分为以下几类: 171 1）管片在制作时养护不合理,表面出现气孔和龟缩裂缝；管片在运输、拼装中受挤压、碰撞,缺块掉角。 2）水膨胀橡胶粘贴不牢，或下坡时过早浸水使膨胀止水效果降低。 3)管片拼装质量差，螺栓未拧紧,接缝张开过大。 ４)手孔、螺栓孔、注浆孔等薄弱部分未加防水垫片,封孔施工质量差。 10.1．4、防水施工的一般要求 防水工程有密封、嵌缝以及螺栓孔和注浆孔外周的防水等。由目的的不同，有时只采用密封施工，有时采用组合密封施工和其他的防水工程进行施工。 １）密封施工 密封施工是指把密封材料涂敷或粘在管片接头面上的方法。密封材料需要的特征是: (1)具有弹性,在盾构千斤顶的反复推力和管片的变形时不失去水密性; （2)能承受盾构千斤顶的推力及螺栓的紧固力； （3）不会给管片的组装精度带来不好的影响； (４)密封材料对管片有充分的粘附性; (5)能适应气候的变化、有良好的化学稳定性、耐久性好。 (6)易于施工、具有均质性。 密封材料有非定形品（把液状的材料涂敷在管片上）和定形品（把成形为固定尺寸的材料粘在管片上的)。材质有未加硫异丁橡胶类、变形异丁橡胶类、发泡体类、固体橡胶类、特殊合成橡胶类、水膨胀类等材质。作为水膨胀类，一般使用和地下水反应而体积膨胀的吸水性聚合物和天然橡胶或尿烷等混合材料。 在含水多的砂层等防水上薄弱的区间,有时把接头的止水带作成两排。在施工时,需要涂敷或在粘接面上涂底漆处理。管片的隅角部分要仔细粘贴和处理，以免在管片运输时损坏止水带。 2）嵌缝施工 嵌缝施工是指事先在管片内侧的接头缝上预留嵌缝槽，将填料填充在嵌缝槽内的施工过程。填料材料需要具有如下性质: (1）不仅要有水密性,而且有良好的化学稳定性，适应气候的变化; （2)湿润状态下，易于施工; （3）伸缩及复原性好; 172 (4）硬化时不受水分影响； （５）施工后尽快成为非粘接,完全硬化时间短； (6）伸缩小等。 填料材料以环氧树脂类、聚硫橡胶类、尿素树脂类为主材的。有时候铸铁管片用铅作为填料材。 对紧固完后的管片,将嵌缝槽内的油、锈、水分等擦干净后,涂敷底漆和填充填料。在该作业时,通常是另行安装作业平板车来施工。 3)螺栓孔和注浆孔外周的防水施工 螺栓孔和注浆孔外周的防水施工是通过在螺栓垫圈和螺栓孔之间加上环状的充填材料,在紧固螺栓时，充填材料发生部分变形，填满在螺栓孔壁及垫圈表面形成的空隙中,达到防止螺栓孔中的漏水的目的。充填材料需要的特性是： (1)伸缩性好，而且不失水密性; (2)能承受螺栓紧固力; (３)有耐久性而且不老化等。 一般使用合成橡胶或合成树脂类的环状充填材料，但是也有尿烷类的水膨胀性的充填材料。 有时在螺栓的紧固后,随着时间的增长会发生紧固力的松弛。虽然这里有许多原因，但充填材料的蠕变也是影响因素之一。因此要从防水的角度对螺栓进行二次紧固。 有时，在螺栓轴部和螺栓孔之间也要加填料。这时,为增加填料的隔水性,而把螺栓孔的上下端部做成漏斗状以增大孔径。 4）尿烷类注入施工： 即使是进行了密封施工、嵌缝施工也止不住漏水时，要在漏水处设置注入槽，采用尿烷类药液进行注入充填，使其与地下水反应后,通过发泡、体积膨胀从而提高止水效果。 10．1.5、结构防水 结构防水施工的内容主要包括:衬砌自防水、衬砌外防水涂层、衬砌接缝防水（弹性密封垫防水、嵌缝防水)、螺栓孔防水、渗漏处理（盾尾充填注浆等)、二次衬砌防水。 1)管片结构的自防水 （1)一般规定 173 结构自防水是首选的防水措施,主要方法为管片材料采用防水混凝土。地铁结构物一般用普通防水混凝土,而盾构隧道衬砌由预制管片拼装而成，多用外加剂防水混凝土,抗渗可达S12以上，渗透系数Ｋ<10-11cm/s。 （2)提高管片自身防水能力 管片自身防水是隧道防水的重要环节，它不仅可以消除地下水带来的危害，而且可以提高结构的耐久性，延长隧道使用寿命。为使管片达到强度和抗渗等级的要求,必须从提高管片的制作精度、完善制作工艺及合理选用原材料以及砼配比等方面加以控制。因此，在管片生产、运输、存放和拼装过程中注意以下几点： a)选用符合国家质量标准的各种合格原材料，并通过进场检验,满足要求； ｂ）通过试验选用合理的防水混凝土配合比； c）在试生产阶段生产的管片要对所有的检验项目进行检验，当所有的检查项目合格后方可进入正式的生产; d)完善制作工艺和养护措施,加强生产过程中的质量监督和计量装置的检验校核； ｅ)按照业主提出的各项检验项目和检查频率对管片进行及时检验，当发现不合格品时,将原因追查到底并在整改后进行生产; ｆ)加强管片堆放、运输中的管理和检查,防止管片产生附加应力而开裂或在运输中碰掉边角，确保管片完好无损； g）管片在拼装前作外观检查,并在拼装过程中规范操作,避免误操作而损坏管片； ｈ)钢管片的防腐处理是盾构法隧道防水的一项重要内容, 考虑隧道的特定环境，以及所采用施工方法便捷与否等。 2)管片衬砌防水 圆环在盾尾内拼装直至出盾尾,因施工误差、千斤顶反力不均匀、曲线施工时产生单边推力、圆环的变形等,使得管片与管片或环与环之间存在空隙，这些都是引起隧道漏水的原因。针对漏水情况,现有的对策有作壁后注浆、管片接缝防水、螺孔防水、二次衬砌防水等。其中接缝防水和螺孔防水为主要防水手段。接缝防水的方法主要有弹性条防水和嵌缝防水，实用上有单独使用和两者并用二种,但后者居多。 弹性条防水作为第一道防水措施，也是最主要的防水措施；嵌缝沟槽防水 174 起到一个补强防水的作用。 (1)弹性橡胶防水条防水 在管片得接缝面设有沟槽，在槽内粘贴橡胶条，管片拼装后，依靠橡胶条的弹性和粘接达到防水的效果。一般采用的沟槽宽度为２0~3０mm,深度2~3mm为多。 橡胶条的品种有天然橡胶和合成橡胶等，型式上有单体定形品和合成橡胶为芯体，外围覆盖高粘接力的丁基橡胶复合形品。近年来已开始使用自膨胀树脂、氯丁橡胶为主体的单体定形品和自膨胀橡胶。橡胶条粘贴得牢靠与否，防水效果好坏与管片转角相接触的橡胶的形状、精度高低关系甚密，应加以注意。 在施工弹性橡胶防水条过程中注意以下几个问题： a）加强施工测量和盾构机操作,提高盾构掘进质量,使线路平顺,减小隧道轴线的偏差和纠偏力度,给管片的拼装创造一个良好的前提。这样才能保证管片铺设顺畅、弹性密封垫各部位受力均匀,提高防水效果。 b)拼装前将密封垫、条牢固地粘贴在管片的凹槽内。粘结弹性密封垫前先清除密封沟槽内接触面的灰尘，然后按照粘贴操作程序一步步将弹性密封垫粘贴牢固。 c)加强管片拼装施工管理,提高拼装质量。管片拼装质量的高低直接影响着接缝部位防水效果。管片拼装操作人员经过岗位培训，并具有熟练的操作技术。拼装后管片衬砌环形成的初始椭圆度通过整圆器进行校正；同时，采取多次拧紧环、纵向连接螺栓的措施，保证衬砌环的圆度和环间小的错台。另外,拼装后，衬砌环环面保持平整，尤其是在小曲线半径的推进过程中,由于不平衡地使用液压千斤顶,很容易导致环向间隙的不一致,使累计误差增加，引起环向的不平整。千斤顶在这样的衬砌环上推进，易出现管片顶裂破损和渗漏现象。 ｄ)提高同步注浆质量。衬砌环脱出盾尾后，及时和有效地向衬砌背后压浆。填充衬砌环背后空隙,尤其对软弱围岩段，增加对隧底的压浆,控制好注浆压力和进浆量,使隧底土体稳定以减少管片衬砌的后期沉降，有利于管片衬砌长远期的防水。 ｅ)拼装封顶块时,在橡胶条上涂抹润滑剂以避免橡胶止水条受挤压而破坏。 作为防水条施工,也有在管片接头面上设置注浆孔，在组装管片后填充不定型防水材料的方法。 （2)嵌缝防水 175 a)嵌缝的作用 嵌缝施工作为一道防水措施的主要作用是将接缝允许渗漏量的水引导至规定位置，也就是说它是一种泄水方法，而不是堵水方法。目前采用的嵌缝型式虽然能在潮湿基面上施工,但若嵌缝槽有冒水、滴漏现象应先堵漏止水,再行施工。 根据国标《地下工程防水技术规程》,防水等级共分4级，而按市标《盾构隧道防水技术规程》只有要求达到一级防水的工程,嵌缝防水才是必选项目。因此,除重要的城市道路隧道和地铁隧道（也只是防水等级２级的工程）外，许多盾构法隧道衬砌并不嵌缝或仅在局部区段嵌缝。 b）嵌缝的材料 嵌缝作业是依靠嵌缝材料的充填和粘接力达到密封防水的目的。一般要求嵌缝材料与基面有良好的粘接性(以承受衬砌外壁的静水压力）,较好的弹性（以适应隧道变形)，并且它的材料性能须保持稳定。 嵌缝材料种类繁多,以水膨胀腻子加封氯丁胶乳水泥的方案为例。当地下水从接缝渗入时，腻子遇水膨胀堵住渗水路径。为防止水膨胀腻子膨胀应力过度，使用了工字型的膨胀控制材料(用高密度聚乙烯HＤPE制作）。这样不仅能控制膨胀倍,还能控制膨胀方向，同时使腻子处于双向受力状态,减少了发生剪切破坏的可能性。率槽口外封Ω形的氯丁胶乳水泥，可加固工字条而自身不易碎裂。 c)嵌缝的范围 嵌缝范围通常为拱底90°,拱顶45°（这被称作“标准环嵌缝”)。拱底需浇捣道床混凝土,若有地下水渗入到管片与道床之间，会影响道床的浇筑质量,进而造成道床混凝土与拱底块间存有夹水层;而拱顶有地铁列车架空供电线，对应的道床面有轨道,若出现滴漏水点,将造成严重腐蚀。 在盾构出洞和进洞口（即每条区间隧道与车站联结的两端）各25m(环)、联络旁通道两侧各5m(环）仍需实行衬砌全断面嵌缝（即“整环嵌缝”)。这是为了适应不均匀沉降和温度变化引起的变形,保证该区段隧道的防水效果。 当环缝处于变形缝位置时,应采用柔性防水材料(聚氨配密封胶）嵌填整条环缝。 钢管片的情况比较特殊。上行线和下行线两条区间隧道间通常要设联络旁通道，不过，旁通道是否设置,各区间情况各不相同,故钢管片部分的嵌缝也不一样。若需要设置旁通道，则钢管片的接缝将被焊死,而钢管片与钢筋混凝土管片 176 的接缝则用聚氯酯密封胶嵌填；若不再设置旁通道，则用细石混凝土将钢管片肋腔填充，钢管片的接缝用聚氨酯密封胶嵌填，嵌填范围同标准环嵌缝。 d）施工前的准备工作 （a)施工工具的准备 首先应准备一段有足够长度的橡胶管。一端连接设置在竖井边缘的漏斗上，另一端伸至隧道内，以便将砂石料由端头井下到隧道口。若没有橡胶管。也可用塑料波纹管代替，不过塑料管易断。 地铁隧道直径较大，为便于施工必须制作活动操作平台（车架)。除了要考虑车架的强度问题和稳定向题外,还要使它尽可能地简便，便于人员上下和手推车通过。其具体形式目前仍由施工队凭经验确定。 嵌缝时需加封Ω形的氯丁胶乳水泥，就得加工特殊形状的泥刀。泥刀的加工尺寸必须精确，并且制作泥刀的材料应有足够强度。 （b)渗漏水及其它病害的调查 原则上在嵌缝作业前必须先进行渗漏水治理，而渗漏水调查是治理过程中的首要环节。 调查的内容一般侧重于漏水或漏泥的位置和型式、混凝土管片的损坏情况等。主要是查清渗漏水的原因和水的渗入途径,并由此制定渗漏水治理方案(关于渗漏水治理和调查的要求参见《盾构法隧道防水技术规程》ＤBJ08—50—96）。 盾构法圆环隧道的渗漏水治理效果很大程度上取决于堵漏作业人员的经验。而缺少严格、正确的渗漏水调查也是堵漏失败的一大原因,这一点必须得到足够的重视。 （c)粘接防水材料 管片运到现场后，先贴接防水材料。其工艺流程如下：管片检查→管片清理→材料准备→管片烘干→抹胶→晾干→套贴止水条→敲紧→抹胶→晾干→粘贴弹性垫片→敲紧→粘贴丁基腻子→涤缓膨剂→存放→运至井下。 (d)防水材料安装注意事项 ①密封垫表面遇水膨胀橡胶遇水和潮气会膨胀，故逢雨天或梅雨季节应覆盖帆布,同时在表面涂缓膨剂,而拱底块管片的密封露于沟槽外的表面必须涂刷缓膨胀剂三度,缓膨剂技术指标见表10-２。 表１0－２ 缓膨剂技术指标 177 项 目 干燥时间：表干（h） 实干(ｈ) 粘度(ＭPａ·s) 涂抹与否最终膨胀率之比值β（%) 涂抹后７天膨胀率与最终膨胀率之比（%） 指 标 ≤１0 ≤2４ 50 ~ ５００ ≥9０ <５０ ②保证粘贴质量，粘贴后的止水条应牢固、平整、严密,位置准确,不得有气鼓,超长与缺口。尽量不磕碰，防止止水条脱落。 ③下雨天运输吊装管片，要防止管片淋雨，防止橡胶遇水膨胀。 ④尽量避免雨天粘防水材料。 ⑤严禁带水作业。 ⑥止水条粘贴一般在管片使用前２4h进行。 ⑦管片作业时,要尽量避免对已粘贴好的防水材料造成损坏。 ⑧封顶块弹性密封垫纵缝表面应设置尼龙绳或帆布衬里，以限制插入橡胶条的延伸。 e)作业步骤与工艺要求 （ａ）修补嵌缝槽 管片拼装时，其角部和边缘的嵌缝槽有时会碎裂,严重的甚至露出钢筋。这样地下水就会绕过接缝的弹性密封垫通过管片裂缝直接进入隧道,同时造成钢筋锈蚀，影响结构强度。修补用的材料有NC混凝土快速修补剂等。修补时应将损坏的管片修复至原来的尺寸，尤其是嵌缝槽的形状和尺寸。 （b）清缝 用钢丝刷除去嵌缝槽内的泥沙杂物，用清水冲洗干净。若槽壁上有积灰，则水膨胀腻子与管片基面间会形成渗水路径,使嵌缝失效。 （c)工字条安设 这里所指的工字条已加入水膨胀腻子条。在嵌人工字条时，最好使用专用填塞木质工具,使工字条能达到预定深度并紧密服贴,表面应平整无歪斜和扭曲。嵌入的顺序应为先环后纵。环缝中的工字条应尽量减少接头,接头外的工字条应 178 连接紧密无间断,环纵缝相交处的十字接头尤其需要加强。 若缝槽过宽，应补充水膨胀腻子，若缝槽过窄，应裁去工字条多余宽度。 (d）涂刷界面处理剂 这里采用YJ一302双组份界面处理剂。以甲组：乙组：水泥＝1:3:3的配合比例人容器拌匀。涂刷范围是缝槽内壁、纵缝两侧各1５mm范围和环缝两侧各1６mm范围内。每次拌和的界面剂应在2小时内用完。涂刷界面剂是为了使氯丁胶乳水泥与管片牢固结合不脱落且无缝隙。 （e)加封氯丁胶乳水泥 氯丁胶乳水泥的配合比为氯丁胶乳:水泥＝ｏ.4：１。在界面剂干燥前，将配好的氯丁胶乳水泥封填人嵌缝槽压密，并继续用Ω形封口，以增加保护层厚度。拱底凡被道床混凝土掩埋的嵌缝槽口可不必突出。 (ｆ)变形缝 若环缝处在变形缝位置，那么清缝后要用密封胶嵌填。先将聚乙烯泡沫条(一般为圆形)填人缝槽，然后涂刷底油,最后嵌注高模量聚氨酯密封胶。施工前要求基面干燥，这一点与普通嵌缝不同。施工后要求表面平整美观。 ｆ)其他作业内容 对地铁隧道衬砌内表面的外露铁件应作防腐蚀处理。这是为了防止电化腐蚀和隧道内渗漏水对铁件的化学侵蚀。这部分作业内容通常与嵌缝作业一并完成。隧道下半断面范围内的手孔用细石混凝土充填以使螺栓隔绝空气。上半断面范围内的手孔浇筑困难比较大,故采取加封快凝水泥并套塑料保护罩的方法。 另一项对嵌缝作业影响较大且需要与嵌缝同时展开的施工内容是渗漏水治理。 (3)嵌缝和弹性橡胶条组合防水 就理论上说,若某一防水措施能完全解决漏水问题,那么就可免去采用其他的防水方法。但是,实际上弹性条防水和嵌缝防水都未能完全解决漏水的问题。因此，两者兼用，相互取长补短,以提高防水效果。两者兼用防水就是用橡胶条解决一次防水后，再做嵌缝防水处理。 （4）管片外防水涂层 管片外防水涂层需根据管片材质而定,凡有较深裂纹的管片一般都要增加外防水涂层。 管片背面的防水作业一般采用环氧树脂，全面涂刷,或者涂在接头金属物的 179 表面和注浆孔周围。 对钢筋混凝土管片而言，一般要求： （ａ)涂层应能在盾尾密封钢丝刷与钢板的新压摩擦下仍保持完好； （b)当管片弧面的裂缝宽度达o.3ｍm时，仍能抗0．6MPa的水压，长期不渗漏; (c)涂层应具有防迷流的功能，其体积电阻率、表面电阻率要高； （d)涂层应具有良好的抗化学腐蚀、抗微生物侵浊能力和足够的耐久性： （e）涂层要有良好的施工季节适应件,施工简便,成本低廉;但应指出．若管片制作质量高,采用抗侵蚀水泥，不做外防水层也是可以的。 3）螺栓孔及吊装孔的防水 （1)螺栓孔防水 螺栓孔处的防水主要靠橡胶密封圈，密封圈采用遇水膨胀橡胶材料,利用压密和膨胀双重作用加强防水，使用寿命终结后可以进行更换，另外连接螺栓的防腐蚀处理是延长使用寿命和防止隧道渗漏的重要方面,也不能忽视。根据现场条件和已有经验，可采用填实保护法，涂敷保护法或封盖保护法等保护螺栓不被水浸锈蚀。 （2)吊装孔防水 管片吊装孔兼作注浆孔,管片设计中吊装孔并未内外表面连通，而是在外策侧留有25mm厚的砼，只有在需要进行二次注浆的地方才将吊装孔打穿进行注浆,这对于能够通过同步注浆控制地表下沉的地层来说，提高了结构自防水的能力；对于需要进行二次注浆的地段,在注浆过程中，把逆止阀作为临时防泥水措施,待注浆结束后,清除预留孔内残余物，用橡胶密封圈和防水砂浆封固孔口，防止地层水渗入。密封圈用遇水膨胀橡胶制作。 4)二次衬砌防水 二次衬砌防水有二种方法： （1)最常用的方法是用二次衬砌本身作为防水层。二次衬砌,作为隧道结构的一部分，很少设计。通常是起到修正不规整的内净空、进行内装修、管片补强、防止腐蚀及隧道防水等重要作用。二次衬砌海水，是由于二次衬砌干燥收缩时产生的裂纹,和隧道竣工后荷载的变化引起的裂纹产生的。另外，通过二次衬砌的接头和一次衬砌没能完全堵住的水而从浸透了的地方漏出。但是,接头也不是防水上的弱点,如果进行适当的处理，完全可防止裂纹，二次衬砌防水是有 180 效的。不过,目前还有因难。通过修补裂纹,在短期内虽然有防水效果。但是，经过数年至十年左右的隧道,在二次衬砌内面发生漏水的情况也常见。 可是，作用于隧道的水压较高时,有必要预先考虑二次衬砌所用混凝土的透水性。 （2）管片与二次衬砌混凝土之间加设防水板。防水板,作为山岭隧道的防水方法，经常使用。最近，在盾构隧道里也有使用,有些计划中的工程也准备用，而引人注目。 设置防水板，不仅有防水上的优点,而且能防止二次衬砌砌筑时,由于干燥收缩而产生的裂纹。同时,可提高隧道的抗震性,带来有隔离效果的优点。 虽然,利用防水板防水,在目前给二次衬砌施工带来不利影响。但是,今后可提高作业的自动化来进行改善。 1０．2、施工排水 10.2．１、一般要求 1）排水设备 （１)隧道内排水 隧道内排水是将隧道内漏水、作业用水排出。由于开挖面经常移动，盾尾内底拱的排水需尽量采用移动性好的设备。 (2)竖井排水 竖井排水除考虑从隧道内排出的水量外，还应考虑周围的漏水等的水量。 （3)备用设备 为防止意外灾害(如涌水），需通过自备或其他发电系统供电等,确保排水能力。备用机器也必须具备足够的容量。 2)排水处理 排水通常通过沉淀池后再排到下水道等市政排污系统。排到下水道的水，根据排水标准,多数需要进行化学处理。因此在排水时必须遵守水质污染防止法规、下水道法规等相关法律。 3）排水能力 计划排水时，需研究排水前方的容纳能力。 4)其他 计划配管时,必须采用防止向上游水道回硫的措施。 １０.2.2、排水系统的布置 181 机械人员进场后,在地面施工场地内设置一化学处理池。竖井施工后，在竖井内设置一沉淀池。洞内排污管采用Φ1０0ｍm钢管。掘进时，在盾构机内设一排水泵,洞内污水由污水泵抽至端头竖井沉淀池内；在端头竖井沉淀池配置一污水泵,将经沉淀后的污水抽至地面化学处理池,经化学检验及处理后达到排放标准的污水排至市政排污系统。 182 第十一部分 盾构的组装、操作与日常维护、相关机械及人员配备 １１.１盾构机的组装 １1.1．1组装的具体安排 (1）组装对大件运输的总要求是首先组装的部件先行运输,设备的组装顺序和所附组装工作图均由厂家提供，该工作图是厂家在设计联络期间提供的，与现有的条件有所区别。组装工作按第二次设计联络后提供的组装工作图进行。 (２）在运输的同时进行设备的组装工作以减缓工作场地的压力，考虑运输和临时场地安排的矛盾，需要在工作现场准备一定的缓冲存储场地,对场地的要求按照设备和现场的情况予以综合考虑。 （３)在组装前安装调试好32t门吊,以减少吊车租用费,同时使组装安排更加灵活，有利于缩短组装时间。 （4）为完成盾构机安装,一套完整的工具必不可少。组装盾构机所需工具设备如表11-1－1。 （5）隧道中线和始发站边墙的距离仅２200ｍm,因此后配套组装轨线须偏移中线20０mm。 （6)对于组装的人员组织安排如表11-1-2。人员安排的主导思想是在确保人员和设备安全的前提下,保证组装质量和组装进度。 （7)盾构机最大部件是重1０0ｔ的盾壳中间体,根据安装井与车站端头的情况，需要租用25０ｔ的履带吊机进行吊装，大件尺寸见初步装箱单。 (８）受始发井下部场地的限制,掘进开始时后配套拖车与主机（包括设备桥)采用延长管线连接，当隧道掘进至4节后配套的长度时进行后配套的二次安装，以满足运输列车编组的需要。 (９)设备桥后部采用自制的简易走行式门架支撑。 盾构机组装用工具计划 表１1-１-1 名 称 拉伸预紧扳手 液压扭力扳手 规 格 数 量 1把 １把 备 注 新购（Ｈ.Ｋ) 新购(H．Ｋ） 183 风动扳手 扭力扳手 棘轮扳手 套筒扳手 重型套筒扳手 内六角扳手 内六角扳手 开口扳手 开口扳手 １/２英寸、1英寸（接头） 各１把 4５0NＭ、1800NM １/2英寸、1英寸 进口 22mm、30ｍm ＜42mm ≥42mm 20０、300、４5０、600、90各２把 各2把 1套 1套 2套 各２把 2套 １套 新购 新购 新购 新购 新购 新购 新购 新购 新购 管钳 ０ 粗、细 200 3吨、5吨、１0吨 1.5吨、3吨、５吨 3吨、5吨、10吨 ３．2t、５t、10t、16ｔ 各１把 新购 丝锥 扳压 砂布 普通台虎钳 导链 吊带 卸扣 油压千斤顶 弯轨器 轨道小车 ２套 ２套 各2盒 1个 各2个 各２个 各4个 各2个 １个 1个 新购 新购 新购 新购 新购 新购 新购 新购 新购 新购 184 液压小推车 电动盘式砂光机 电动盘式砂光机 钢丝绳 灰刀 绸布 毛巾 棉纱 撬棍 油枕 扒钉 吊链 吊链 吊链 液压扭力扳手 ＳIＭ－100B SＩM２30B １个 4把 2把 新购 新购 新购 新购 新购 新购 新购 新购 新购 新购 新购 调配 调配 调配 调配 16mm×５m、20mm×1０m 1.2ｍ １5吨 45吨 60吨 １0把 20米 ２0条 2带 4根 30根 若干 1付（2根) 1付(2根) 1付(2根) 1套 表1１-1-2 班次 作业时间 8：0０～２白班 ０:0０ 20:00～8:00 领班工程师(机械）2名;起重工1名、机钳工6名；液钳工2名、电钳工１名 １2 人员组织 领班工程师(机械）2名;起重工1名、机钳工6名；液钳工2名、电钳工１名 12 总人数 夜班 185 电器安装 ８:０0~20:00 电气工程师(３名)；电钳工2名、辅助工2名 ７ 1１.1.2组装步骤 （1）拆开4号拖车的外包装。 （2)拆开4号拖车门架间连接件,取出拖车上的辅件。 (3)在拖车组装场地摆放两垛枕木，高度略高于轮对高度450mm。 (4)将4号拖车左侧门架起吊并放置在枕木上。 （５）清洁所有结合面上的油漆、毛刺等。 （6）安装左侧轮对。 (7)起吊中梁与拖车连接,同时中梁外侧用Φ50的钢管支撑，以防止失衡。 （8）起吊4号拖车右侧门架与中梁连接，同时下部垫放与左侧同样高的枕木。 (9)安装右侧轮对。 （1０)紧固螺栓并在门架底部焊接撑梁，以免起吊时门架变形。 (１1）起吊４号拖车,并放置井下轨道上。 （１2)安装4号拖车辅件并将拖车推至站台内。 (１3)组装3号拖车(同４号拖车)。 (14)组装2号拖车(同4号拖车)。 (1５)组装1号拖车（同4号拖车)。 (１６）起吊设备桥并放置在组装井下的平板车上,且后部与自制的简易走型式门架连接。 （17)安装设备桥及后配套上的辅件。 (18)将设备桥推至站台内,拆卸组装井内的轨线及管片，并在始发架轨道上涂抹硬质润滑脂。 (19)组装后配套系统的液压部件、电气部件。 （2０）用250吨履带吊和15０吨汽车吊配合将前体翻身放置在组装井始发架上距井口前沿2００0mm处的位置，清洗前体、中体结合面。 (２1）用2５0吨履带吊和15０吨汽车吊配合将中体翻身放置在组装井始发架上距井口前沿5200mm处的位置,再次清洗前体、中体结合面。 186 （22)用２50吨履带吊将中体与始发架上的前体对接并紧固螺栓,要求紧固三遍(第一遍对角4个位置各紧固三颗,第二遍依次紧固，第三遍依次检查)。 (23）用25０吨履带吊和150吨汽车吊配合将刀盘翻身与前体对接并采用专用工具紧固螺栓。 (2４)安装盾壳内平台及辅件。 (25)起吊管片安装机轨道与中体进行对接并紧固螺栓。 （2６)拆卸管片安装机驱动马达，用倒链将管片安装机转动部件锁定,并安装管片安装机工作平台。 （27）用门吊与汽车吊配合将管片安装机翻身套入管片安装机轨道内并锁定，并将管片安装机驱动马达装回原位。 (２８)用液压油缸和10吨倒链将主机向掌子面推进至掌子面,留出钢筋割除空间约5０0mm。 盾构机推进需要的推力计算如下： F=G×µ+ G× ｔｇ 其中,F表示所需推力 G 表示盾构机重量,约为400t， µ 表示静摩擦系数,取值为0.12, G× tg表示下滑分力，车站底板平面斜度为3‰，下滑分力约０.12t。 按上式计算,盾构机始发推入预洞的推力为48ｔ,在始发基座上设置反力座为推进提供支撑。 (２9)用门吊与汽车吊配合将盾尾翻身并与中体对接。 (30)拆卸螺旋输送机驱动部件。 (31）用２50吨履带吊起吊螺旋输送机并穿入盾壳内,此时，需用倒链在前部牵引。 （32）安装螺旋输送机驱动部件。 （33)将设备桥与主机对接并进行设备桥处皮带机硫化。 （3４)组装主机的液压部件、电气部件,设备桥与拖车之间采用延长管线连接。 (35）安装反力架及钢环管片。 1１.１.3盾构机的调试 组装调试工作在设备到工地后四周内完成，设备达到合同规定的状态后进 187 行试掘进工作。调试应达到的技术条件及调试标准将在厂家工厂监造期间提供。 调试程序由厂家在安装完成日前提出并经双方代表讨论决定。在调试前,厂家准备充足的维修工具、试验及检验设施和熟练操作、维修和测试人员。 因组装场地的限制，调试工作将穿插在盾构机组装过程中进行。 调试工具、仪器由厂家按合同规定提供，监造期间将提供调试工具清单。 参加调试的人员以现场技术人员为主，另配置一定数量的技术工人配合调试工作。 11.２盾构机的操作与日常维护 具体操作及保养详细情况见厂家提供的《产品操作与日常维护保养手册》。资料暂缺。 １１.3相关机械设备 拟投入本合同工程的主要机械设备表 额定功率（ｋ机 械 名 称 围护机械设备 旋挖钻机 地质钻机 泥浆泵 泥浆搅拌机 千斤顶 油泵 三重喷射管一套 蛙式打夯机 开挖机械设备 履带式挖掘机 履带式挖掘机 电动空压机 内燃空压机 破碎锤 规 格 型 号 ｗ)或容量(ｍ３） 厂牌及 数量(台） 其 中 新旧程度吨位 ＤE5500 XＹ-3０0 ＢW-１5０ RＭ-100 ZB4-500 HW7０ 107KW ２5kw ７0kg/cm2∕ 8kw 5０－200ｔ 140次／min 出厂时间 小计 拥有 新购 租赁 (%) 日本 徐州,01 北京,02 ６ ６ 2 8 2 8 4 ９0 90 90 ９0 95 90 9５ ９0 北京，01 ４ 天津，0１ 16 16 天津，01 8 北京，01 ４ 8 4 天津，０2 16 16 小松PC-2０0 HＤ－250 LＧＤ－20/7 ＶY—12/7 DQ-V-1 0.8m３ 0.2 13２kw 75kw ２.５ｔ 日本,0２ 韩国,02 南京,02 柳州,01 2 4 4 2 2 4 4 2 1 90 9５ 95 9０ ９5 188 沈阳，01 １ 拟投入本合同工程的主要机械设备表 额定功率（ｋ机 械 名 称 规 格 型 号 ｗ)或容量(ｍ３） 厂牌及 数量(台） 其 中 新旧程度风镐 气腿式凿岩机 地质钻机 注浆泵 湿喷机 注浆机 锻钎机 轴流通风机 混凝土设备 砼拌和站 砂浆搅拌机 卧式搅拌机 砼输送车 输送泵 输送泵 插入式振捣器 平板式振捣器 衬砌模板台车 单液注浆泵 双液注浆泵 提升机械设备 竖井提升龙门架 电动葫芦 汽车吊 汽车吊 C-10A YＴ-28 K-1００ ＨＦV-50 TK961 KＤY-501７０ CＨ50 K55－１０ 吨位 出厂时间 小计 拥有 新购 租赁 (%) 沈阳,0１ 56 56 9５ 90 90 90 90 90 ９5 沈阳，02 40 ４０ 宣化,01 北京,01 成都,01 6 8 ８ 6 8 8 8 Φ75-150mm 20m３/min 北京，０1 ８ 北京,0１ ４ ４ 8 18００m3/min 候马 4 4 100 GS500 LＧ—３0０ HBT60C HＢＴ３0Ｂ ２Ｎ35，50 ZＢ3 有效长度6ｍ UＢ-3 ＫBY－5０／７0 0.５ｍ３/盘 0.3m3/盘 0.33m３ 67m3/h 30m３/h 1.1KW 2.0ＫW ３m３/h 1１kｗ 郑州,01 3 3 ４ 8 100 柏乡,００ 4 m3 97 ．2 自制,01 中联,０1 夹江,0２ 天津,02 天津,０2 自制 天津,01 8 90 ９０ 1０ １0 2 4 2 ４ 90 9０ 90 ９5 ９0 ４0 40 8 8 2 ８ 2 4 100 90 柏乡,0２ ４ 90 8T,５5KW 自制 蒲圻 锦州,00 锦州,01 1 ５ 2 1 1 3 2 １ 10０ 2 １00 ９5 95 189 ＣD1，１0T×3０M 1０t QY-８ QY-30 8t 3０t 拟投入本合同工程的主要机械设备表 额定功率（ｋ机 械 名 称 规 格 型 号 ｗ)或容量(ｍ３） 厂牌及 数量(台） 其 中 新旧程度汽车吊 电动卷扬机 运输设备 自卸汽车 自卸汽车 机动翻斗车 侧翻装载机 供电设备 发电机 变压器 变压器 QY20-BE ２0t 1-5t 吨位 出厂时间 小计 拥有 新购 租赁 (%) 浦沅，02 ２ 北京，0２ 8 2 8 95 ９5 FV3１３JＤL27 ＣＡ1402 Ｆ1.0 ＺＬ４０B １5t,20８kw 8t,110ｋw １t 2.０m3 四川,01 1６ 16 ９5 95 ９0 一汽，０1０ 1０ ９8.２ 厦工,0０ 20 ２0 2 2 90 250GP 800kVA 500kVＡ ２5０ｋw 800kＶA 500kVA 97.4 北京,02 北京,03 4 ２ 4 2 ２ ２ １ 85 90 １0 １ １ 3 2 2 钢筋、钢板、木工及热合机械设备 钢筋切断机 钢筋弯曲机 钢筋对焊机 钢筋调直机 车床 钻床 剪板机 直流电焊机 交流电焊机 交流电焊机 钢筋挤压设备 钢筋挤压设备 普通车床 GQ40 GW4０ ＵN1－1０0 GT４－１０ CA614０ 2305０ 20×2５０0mm AX４－３00 BX3-500 BX1-315A YJH－2５ YＪＨ－32 CT6150 2.2kw 2.２kw 100kｖa φ4－１0 10kw 38kw 2４kw φ20-25 φ2５－32 7.5kw 黄河旋风 6 江苏建湖 6 佛山,02 北京 天津,02 顺德,01 3 3 4 ４ ９0 9０ 9０ １00 ９5 9０ ９0 ２ ４ 4 4 5 3 10 天津，02 4 上海通用 8 9０ 9０ 100 100 １00 上海通用 ２0 10 上海通用 1２ 12 北京建茂 １０ 10 北京建茂 8 北京,01 1 8 1 90 190 拟投入本合同工程的主要机械设备表 额定功率（ｋ机 械 名 称 规 格 型 号 ｗ)或容量(ｍ３） 厂牌及 数量(台） 其 中 新旧程度牛头刨床 摇臂钻床 木工刨床 木工电锯床 热合机 热风焊机 B60６3 ZY372５ MB１06Ｄ MJ106 ＴH-1 DSＨ-B 吨位 3ｋw 4kw 7．5kw ４ｋw 出厂时间 小计 拥有 新购 租赁 (%) 顺德,0１ 1 1 90 盐城,０１ ２ ２ 北京,02 北京,02 北京,02 北京,０2 ２ ２ 2 8 6 ２ 8 6 90 ９０ 90 90 90 降水、排水机械设备 直空泵 潜水泵 污水泵 V6型 QS２5×４０×5.5 Z1/2pw∕ ５.5KW 北京,０2 32 32 90 ９0 95 7.５KW,30m 北京，０2 1０ 1０ 99.３ 12 １２ 191 ﻬ拟配备本合同工程 主要的材料试验、测量、质检仪器设备表 序号 ２ 灌砂筒 ３ 环刀 4 核子密度仪 5 光电液塑限联合测定仪 ６ 液塑限联合测定仪 7 电子天平 ８ 电子天平 9 调温调湿养护箱 1０ 脱膜仪 11 烘箱（中型) 12 电烘箱 13 土工标准筛 14 自动连续式平整度仪 15 台称 1６ 土壤有机质含量测定 17 含水量快速测定仪 1８ 钙、镁含量测定仪 1９ 无侧限抗压强度仪 20 无侧限抗压试模 2１ 无侧限抗压试模 22 三米直尺 23 承载比试验设备 2４ 轻型触探仪 ２5 土壤比重计 2６ 弯沉仪 27 弯沉仪 仪器设备名称 规格型号 DＪＤ 直径200 ｍm ２00cm３ MＣ-3 WＸ－２ Ｐ-1000φ液量 ＤＪ10００ 1kg、5kg、10kg SBＹ-40Ｂ ＴＬD-１４1 1０1－2A DF225 0.0７4—60 mm LＸBP－2 AGT-10 200型 SG－６ Ф100×１80 Ф１５０×23０ 3m CＢR-1 １0Kg TM-８5 3.6ｍ ５.４m 单位 台 个 个 台 台 台 台 台 台 台 台 台 套 台 台 台 台 台 个 个 个 套 台 台 台 台 数量 2 5 5 ２ 1 1 １ 各1 1 1 1 １ １ 1 ２ 1 1 １0 10 ２ １ 1 1 1 １ 备注 192 1 土壤自动击实仪(轻、重) ﻬ拟配备本合同工程 主要的材料试验、测量、质检仪器设备表 序号 28 游标卡尺 2９ 架盘天平 30 架盘天平 ３1 架盘天平 ３2 架盘天平 ３３ 架盘天平 34 水泥沸煮箱 35 砼强制搅拌机 36 水泥标准稠度凝结时间标定仪 ３7 砂浆稠度仪 38 水泥稠度仪 3９ 水泥净浆搅拌机 ４0 磅称 41 砼坍落度仪 ４2 回弹仪 43 水泥试模 ４4 水泥胶砂振动台 45 水泥胶砂搅拌机 46 水泥电动抗折机 4７ 砼抗折机 ４8 砼取心机 49 压力机 50 万能材料试验机 51 水泥负压筛 52 水泥标准养护箱 53 砼试件标养设备 54 砼抗渗仪 仪器设备名称 规格型号 ０-150mｍ HCTＰ1２A-5 HCTＰ12A-20 ＨCＴP１1B-1 HCTP1１B-2 ＨCTP12Ａ-１ FＺ-3１ 50L 维卡型 SZ145 维卡型 NJ-1６0 100ｋg TLY-1 HＴ225 40×40×160mm ZＳ-1 JJ-５ DKＺ-5００0N LQ-100 HZ-２0 YE－２0０A WE-100 FSＹ－150B BHY-20B FＨBS-４ HS４０ 单位 个 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 条 台 台 台 台 台 台 台 套 台 套 台 数量 １ 1 １ 1 1 １ 1 １ 1 １ １ 1 1 1 2 6 １ １ 1 1 1 1 1 1 1 １ １ 备注 193 ﻬ拟配备本合同工程 主要的材料试验、测量、质检仪器设备表 序号 仪器设备名称 规格型号 Y－100 ZT-１2 1M2 ＷＳ-8 150×1５0×150mｍ ７０.7×70.7×７0.７mm １75×1８5×150ｍm 1０0×1０0×10０mｍ 150×１5０×5５0mｍ 100×1０0×40０mｍ TM-２ Ｃ210型 HＧＣＩ １00０KN ＺBSX-９２A 新标准 洛杉矶 ５0A-１1 Ф３00 Ф30０ 1－50L TＣRA1１0２ＰＬUＳ 托普康71１ TＤJ2 单位 台 台 台 台 组 条 组 条 条 条 台 台 个 台 台 台 台 台 台 套 套 套 个 台 台 台 数量 1 1 1 1 1５ 13 5 15 5 5 1 1 1 1 １ 1 1 1 １ 1 1 1 各１ 1 2 4 194 备注 5５ 砼含气量测定仪 56 砼贯入阻力仪 ５7 砼振动台 58 钢筋反复弯曲机 59 砼抗压试模 ６0 砂浆试模 61 抗渗试模 62 砼试模 ６3 砼抗折试模 6４ 砼抗折试模 6５ 砼弹性模量测定仪 6６ 砼切割机 67 维勃稠度仪 ６8 液压千斤顶 6９ 震筛仪 70 针片状规准仪 71 石子压实机 72 压碎指标值测定仪 73 视比重测定仪 74 砂筛 75 石子筛 ７６ 容积桶 7７ 砂、石漏斗 78 全站仪 79 全站仪 ８0 经纬仪 ﻬ拟配备本合同工程 主要的材料试验、测量、质检仪器设备表 序号 81 水平仪 8２ 水平仪 83 收敛仪 8４ 应力盒 仪器设备名称 规格型号 DZS3 DS3 Jｓ20 单位 台 台 台 个 数量 3 3 3 12０ 备注 11．4相关人员配置 １) 劳动力计划编制说明： 根据本标段总体施工部署及工程进度安排，本项目部拟投入的技术工人由隧道工、钢筋工、电工、钳工、机修工、电焊工、防水工、架子工、砼工、喷砼工、木工、及机电司机等工种组成，并配备一定数量的普工。 第一工程队、第二工程队施工高峰期劳务人员均达3３8人。 2） 劳动力计划表 劳动力计划详见“表7-１第一工程队劳动力按月分配表”、“表７－2第二工程队劳动力按月分配表”、“图7-１劳力安排直方图”。 195 第十二部分 衬砌管片生产、贮存、运输、拼装 12.1 管片及管片预制厂 管片设计内径 ｍｍ,厚度 ｍm，宽度 ｍm。管片混凝土设计强度等级Ｃ50，抗渗等级为S ，每环管片由一片封顶块、两片邻接块和三片标准块组成。 地铁盾构施工技术中．作为支护结构的预制混凝土管片制造、安装技术是其关键技术之一，它作为成品直接拼装到隧道中，要求其具有高强度、高精度、高质量、高抗渗性能和较高的外观质量,它对隧道的长期稳定和安全运行起着至关重要的作用。为预制出优质的管片，保证盾构隧道的施工质量,首先要建设技术先进、经济合理的地铁盾构管片生产线。 预制厂是一个综合流水作业的系统工程，有拌和厂、钢筋加工厂、供热系统、转输系统、混凝土浇筑平台、混凝土振动台、蒸养室、材料及管片吊运设备、管片室内养护场和室外养护场及吊运设施(桥吊或塔吊)、砂浆垫块生产厂、试验室等,它们有机地组合在一起，形成流水生产线。 12.2 管片模具 管片模具精度和耐久性是管片精度保证的基础,也是隧道质量保证的基础，模具采用进口高精度钢模，并提供相应的技术保证。 钢模加工精度允许偏差 表9.2－１ 序号 1 2 ３ 项目 单位 允许 偏差 +０.2 -０.４ ±0.5 ±60 ±0.５ 检验频率 检验方法 范围 每只 每只 每只 每只 点数 6 2 4 ２ 左中右三断面测一点 两侧各测一点 四角各测一点 抽查 宽度 弦长 底座夹角 mｍ mm s ４ 芯棒中心距 mm 196 5 内腔高度 mｍ ±1 每只 2 抽查 模具数量:４套,考虑1套备用。 循环时间:1２小时（每套模具每一循环,采用蒸汽养护） 日生产量:每天生产6～8环管片(每套模具日生产量2环） 12.3管片制作标准、原材料要求、生产程序 12.3.1管片制作标准 混凝土强度: C5０ 抗渗等级: Ｓ12 塌落度: 30~５０ｍm 脱模强度: ２0Ｍpa 宽度: ±０.５ｍm 对角线: ±1.０ｍｍ 弧弦长: ±１.0mm 管片外半径: +2mｍ、-0 预埋件: ±１.０mm 厚度: +5mm、-０ 保护层: +3mm、-0 12.3.2生产管片的原材料 管片生产所用的水泥、砂、石子、钢材等原材料,均要求符合有关规范、标准，且附生产厂家的产品质量保证书。 水泥：选用42.5R普硅水泥,龄期要求不少于一个月，氯离子含量、碱含量要求符合管片生产的特殊要求。 砂：选用质地坚硬的中粗河砂。细度模数控制在2．3～３.0间,粉细物含量不大于２％,含水率小于２%。 碎石:粒径为5~20ｍm，质地坚硬。针片状颗粒含量要求不大于1５％，粉细物含量不大于２％。 水:采用饮用水。 掺和料：采用磨细粉煤灰。 添加剂:选用高效减水剂。 钢筋:要求钢筋表面清洁,没有易脱落的锈皮、油漆等污垢物。调直后的钢筋表面，伤痕及锈蚀不使钢筋截面积减少。 12.3.3 管片生产程序 采用管片模具固定、吊机起吊钢筋笼就位、混凝土通过轨道运 197 输车水平传送、吊机起吊吊斗浇筑混凝土方式生产。 管片全部采用无压蒸养方式进行混凝土养护。 混凝土通过真空吸盘机吸附吊离模具后,经过管片翻转机翻转1８0°后运至存放场继续进行喷淋(喷膜）养护。 １2.4 管片生产施工工艺流程和技术措施 管片的精度和质量要求高，生产管理的优劣是管片精度、质量的关键。要做到质量长期稳定，必须严格质量控制,及时找出质量波动的原因，保证好质量。 1２．4.1 管片生产施工工艺流程 管片生产施工工艺流程详见下图。 钢筋原材料验收 钢筋骨架制作 钢筋骨架入模验收 混凝土浇捣 管片蒸汽养护 管片 质量 验收 拆模起吊 管片喷淋养护 管片 抗渗 检验 运输、堆放 出厂质量检验 整环水平拼装 混凝土试块R1天 抗压强度试验 钢模拼装验收 混凝土试块制作R28 R1天及抗渗试块 C50 混凝 土拌 制运 输 管片生产施工工艺流程图 １2．4.2. 管片生产技术措施 (1）钢筋制安 各种型号的钢筋骨架，均在符合设计要求的靠模上进行制作,根据设计需要共设计有3种型号靠模(封顶块、邻接块、标准块）,钢筋 198 焊条采用550型。 ﻬ加工钢筋的允许误差（mm) 项 目 受力钢筋长度 弯起钢筋的弯折位置 箍筋的部位长度 ±１0 ±20 5 允 许 误 差 安装钢筋位置的允许误差(mm） 项 目 受力钢筋间距 箍筋间距 允 许 误 差 10 20 检 查 方 法 每延米或每个构件抽查两个断面 钢筋骨架制作允许误差值（mm） 项 目 主筋间距 箍筋间距 分布筋间距 骨架长、宽、高 环、纵向螺栓孔 允许误差 ±10 ±10 ±５ ＋5/-10 畅通、内圆面平整 (2)钢筋笼的安装 ①． 在钢筋笼上指定位置装上保护层垫块后由吊车配合专用吊具按规格把钢筋笼吊放入模具,吊装时防止钢筋笼变形;操作时桁车吊司机与地面操作者应密切配合，两端由操作者扶牢,以明确手势指挥，对准位置轻吊、轻放，不得使钢筋笼与模具发生碰撞。 ②． 钢筋笼放入模具后要检查两侧、底部保护层是否匀称，任何保护层大于规定公差、或扭曲的钢筋笼都不得使用,应吊离模具运走。 ③.吊装后钢筋笼的位置是否放在正确的位置（应与吊装定位销有一定的距离)，然后关闭侧模,安装灌浆口预埋件,固定底片的轨道预埋件。要求:所有螺栓紧固，防止管片超出误差要求,螺栓不允许敲打， 199 侧模须轻放以免模具变形。 (３)组模 ①. 模具的清洁 ａ． 组模前,必须认真清理模具，把模具上的残积物全部清落，由专人使用高压空气喷射，把全部杂物从模具内表面清走，清洁后的模具内表面的任何部位，不得仍积有残碴。 b． 模具内表面使用海绵块及胶片清埋，严禁使用铁器清刮。 c. 清理模具外表面时，对测量水平的所有位置,特别注意清除混凝土残积物。 ②. 喷涂脱模油 a. 喷涂脱模油必须由专人负责。 b. 喷涂脱模油前,必须检查模具内表面是否留有混凝土残碴,如有应通知清模人员返工清洁。 c． 使用雾状喷雾器包涂,然后用拖布均匀抹,务必使模具内表面全部均布薄层脱模剂，如两端底部有淌流的脱模剂积聚，应用棉纱清理干净。 ③． 组模 a. 组模前应检查模具各部件、内表面是否洁净,脱模剂喷涂是否匀匀，不足的地方要清理、补涂。 ｂ. 检查端模板与模底板的连接缝止浆条有否移位或脱落,如有此现象，要及时修正。 c． 将侧模板向内轻轻推进就位，用手旋紧定位螺栓，使用模端的推上螺栓，将模推至吻合标志，把端模板与侧模板连结螺栓装上，用手初步拧紧后用专用工具均衡用力拧至牢固，特别注意严格使吻合标志完全对正位,并拧紧螺栓,不得用力过猛。 ｄ. 把侧模板与底板固定螺栓装上，用手拧紧后再用专用工具由中间位置向两端顺序紧,严禁反顺序操作以免导致模具变形精度损失。 e. 装上顶部长系杆拧紧，长系杆螺牙，螺母要注上机油，左右弯型模具系杆安装时特别要注意顺正位置，严禁掉乱,未装长系杆前 200 不得装弯曲螺栓。 f. 由专人排放钢筋部件,由专人按规定安装套预埋配件。 (4）浇筑前检查（一检) 一检：浇筑前按照质量要求检查以上各工序的施工质量,质量不合格的部位予返工,直至全部工序符合质量要求后,填写混凝土振捣前检查记录表,方可准许浇筑。 一检内容:模具是否变形,钢模端部结合情况，配件安装,模具清理,喷脱模剂,钢筋笼保护层,预埋件,设备情况。 （5)混凝土浇筑 ①． 下料浇筑:模具外弧面向上，内弧面朝下(为底模)，砼浇筑先两端后中间、砼坍落度控制在３ｃm左右。只有被确认塌落度在±２5mm范围内,且级配符合要求，空气含量≤1%的混凝土方可用于管片生产。 ②. 先将两侧灌浆孔定位销加盖保护帽,料斗对准两边灌孔部位开始下料浇筑,并开始振捣,直至填满两边模具，两边模具填满后,取掉灌浆孔预埋件定位销保护帽。上顶模, 用加力杆尽力加紧, 上顶模后,将料斗移至模具中部,左右摆动均匀下料振捣,充填模具,确保管片不出现台阶及超厚现象。 ③．混凝土要分层、分级灌注，要注意使混凝土在模具内均布。 (6）振动成型 ①. 以ф50mm型的插入式振动棒和附着式捣固器振捣，振捣由两侧低端向中间顺序进行。浇捣至要求高度后需在外弧面的两端依顺次分别加上盖板销紧，然后再振捣确保振捣密实。浇筑时不得在混凝土中加水，不允许使用弃料。 ②. 振动时要注意使振动棒移位,并不得接触和碰撞模具，中部振动完成后，先后要与模侧板相距3ｃｍ左右处插入振动，至少量浆从盖板边缘均匀淌出止。 ③. 顶部振动成型时,振动棒应先从与灌浆螺栓相距２0ｃm左右两处开始与侧板平行方向斜插入振动，至灌浆孔螺栓位置不再冒喷射状气、水泡止，严禁碰撞灌浆孔螺栓,继而在与侧板距离3ｃm左右 201 处振动，至混凝土与侧板接触处不再有喷射状气、水泡，并均匀起伏止。 ④. 视混凝土塌落度情况，每个振动点振动时间控制在10~2０秒内,振动完成后振棒必须缓慢拔出。 ⑤. 全部振动成型完成后, （7）外弧面整修、光面、模具表面清理 ①.管片浇捣成型后，应抹平中间处混凝土,把露在外面的混凝土用抹子抹平,抹面要及时，应该在混凝土初凝前进行,光面分粗、中、精三个工序。粗光面:使用铝合金压尺,刮平去掉多余混凝土（或填补所凹陷处），并进行粗磨;中光面：待混凝土收水后使用灰匙进行光面，使管片面平整、光滑；精光面：使用长匙精工抹平，力求使表面光亮无灰匙印。然后用塑料薄膜盖好。收水抹面时严禁向面层洒水或撤水泥干粉整修。外弧面直接与地下土层接触，不允许出现收水裂缝，提高抗渗性能。 拆卸面板的时间应随气温及混凝土凝结情况而决定，一般以掀开中间的薄塑布用手按微平凹痕为准。 ②在混凝土初凝后经常转动各预留杆螺杆,严格控制预留杆拆除时间,确保预留孔洞光滑。 ③. 模具表面清理将料渣清理至工作平台以外,并将模具表面各部位用油清理干净。 (８)蒸汽养护 管片的养护分三个阶段:第一阶段为在模具内的养护，即管片脱模之前的养护；第二阶段为管片脱模之后的洒水喷淋养护,养护时间为７ d;第三阶段为自然养护,养护时间为２1d，可在堆场进行。当环境温度高于２5℃时，模内混凝土管片可采用自然养护8－1２ h；当环境温度低于25℃时,模内混凝土管片采用无压蒸汽养护。其中蒸气养护严格分静养、升温、恒温、降温四个阶段。 蒸汽养护：管片养生的前期采用蒸气养护形式。在管片混凝土浇注完成后静停２~4ｈ，加盖养护罩,引入饱和蒸气进行养护，该过程严格控制升温梯度，恒温保持在６0℃左右。 202 养护时间从管片进入养护室到出养护室大约持续６~8ｈ。 管片蒸汽养护制度表 项 目 管片静停时间 升温梯度 蒸养最高温度 恒温时间 降温梯度 脱模时与外界的温差 2~4ｈ ≯15℃／h ≯60℃ ２～４h(根据季节温度定） ≯1０℃/h ≯20℃ 参 数 当达到脱模强度后，拆模、起吊。起吊出来的管片在翻身架上进行翻身，成侧立状态，在室内静停至室温状态后,吊入室内贮存区进行喷淋养护,每小时喷洒４次, 确保室内贮存区温不低于25℃，以保证管片表面处于潮湿状态，取得良好的养护效果，同时做好各种型号及生产日期的标识。冬季不能采用喷淋养护工艺，可在脱模出池时，在混凝土管片表面喷涂混凝土养护剂并在室内存放场地(25℃的室温)存放48小时。 管片混凝土强度达到９０%以上再移至室外场地贮存、自然养护。 （9）脱模、模具清理、上脱模剂、抹黄油 ①.脱模 拆模班应在管片脱模强度达到要求方可拆模,脱模强度由预制厂试验室检测，脱模强度的通知由加工厂试验室传发。 采用真空吸盘脱模技术。该技术具有以下优点:当混凝土强度达到C1８(约为设计强度的3６％)时，即可脱模；操作简单、迅速、劳动强度低;利用真空吸附管片，对管片无损伤；真空吸盘面积大,可防止脱模起吊过程中管片的摆动．避免管片与模具的磕碰而造成管片掉角、掉块等现象。真空吸盘主要原理:电动机带动真空泵通过单向阀 203 抽空储气罐内的空气，使其产生大于或等予7０%的真空度。真空吸盘放置在管片上弧面，依靠真空吸盘内的密封垫圈与大气隔绝,当操作控制器时，可使真空吸盘与储气罐内的真空连通．依靠储气罐内真空与大气压之负差，吸附起吊管片。 拆模顺序为： 拆卸系杆螺栓→拆卸灌浆管的固定螺栓及定位盖→拆卸旁模与底模固定螺栓→拆牌子侧模与端模连结螺栓，用专用工具将侧模的定位螺栓及端模的推进螺栓拆松→真空吸盘吸附起吊管片。 注意事项: 拆模中严禁捶打,敲击等野蛮操作；脱模必须使用专用吊具，地面操作四人配合进行，一人站在侧模正对灌浆孔位置，一人站在端模正对灌浆孔位置,由专人向桥吊司机发出起吊讯号，进行脱模;管片起吊后立即拆下各类垫圈,清理干净放回指定位置;在专用台架上拆除灌浆孔螺栓底座，并清洁干净。 ②模具清理:使用钢铲、风枪等工具,清理模具内表面,特别注意两边端模板上下层之间要用锲型木块垫起,用钢铲将缝隙内的混凝土渣铲除，再用风枪清理干净。清理模具外表面的混凝土渣。要求:如果风枪已坏，不许用水洗,以免在管片四周出现严重的麻面现象。混凝土渣必须处理干净,特别是模具内表面以及压放垫块处的混凝土,以免影响管片的光洁度和出现小麻面与小蜂窝,模具清理后,固定连接杆预埋件定位销,吊装定位销。钢模必须清理干净,保证钢模尺寸精度。 ③． 上脱模剂、抹黄油：模具内表面喷脱模剂,清理多余的脱模剂;吊装孔销,灌浆孔预埋件，顶模内孔，底板以轨道埋件8个定位孔及定位销均匀涂抹一层黄油。要求:脱模剂必须涂均匀。 （10)止水安装,缺陷修补 止水、垫片安装在管片出炉24h后进行止水、垫片安装。 清洁止水槽,在槽内均匀涂抹黏合剂:清洁导向杆槽周围并均匀涂抹黏合剂,10～20min后,安装止水条与垫片,止水条用木块压实,并间隔50cｍ用“[”卡夹固定至黏合剂均匀结合。安装垫片时,应用0.5Mｐa的力均匀压于垫片使得垫片粘牢,一般在施工现场中,只需用手把垫片压实即可。 204 缺陷修补在24ｈ养护，并经质控检测后,方可对管片缺陷按要求进行修补,否则予以报废。要求：按照实验室提供的配合比拌制修补砂浆,先将缺陷部位清理干净，湿润表面,抹修复砂浆,然后整形抹平；管片外表面的气泡、水泡均需采用环氧基液拌和的水泥砂浆填补;对于深度＞２mm，直径＞3mm的缺陷宜采用二次填补方式，一次填补的材料干缩,再第二次填料抹平；特别要注意密封垫上下３cｍ处的缺陷的修整。 (11)出厂前检查、合格出厂 管片出厂前,按照质量要求检查管片质量,检查内容:灌浆孔、预埋件、管片边角、表面情况、止水条、形状和尺寸误差、养护、室内养护,检查合格后方可填写管片出厂记录表出厂。质量不合格予以修复,无法修复的为废品。 管片出厂注意事项:出厂前每片管片必须经过质量检验;管片达到内实外光,外弧面平整、光洁，不得有缺掉边、蜂窝等外观缺陷，螺栓孔及吊装孔位置正确;管片的内弧面必须有醒目的管片型号、规格、生产日期，通过检验后盖上出厂合格章及检验人员代号，合格的管片方可出厂。 1２.５ 管片生产管理控制 1２.５.１ 生产质量控制 运用统计技术管理生产:建立钢筋加工及混凝土生产的管理规程,包括检测项目、取样时间、制作试件数量都要有明确规定。采用先进监测手段进行原始数据收集、积累和进行科学统计、分析，实现数据化管理。数据一旦显示超出正常范围，及时纠正和采取预防措施。 严格工艺管理制度,控制管片成型质量：从原材料准备、组模、混合料搅拌运送、振动成型、光面、混凝土养护、堆放等工艺要达到连续生产。实施严格工艺管理,确保混凝土成型质量。 严格控制原材料质量：以构建厂实验室为控制机构，严格进行言材料检验，并建立健全保存制度。 采用先进的钢筋加工工艺及骨架成型措施:用高精度钢筋切断 205 机切断钢筋，长度误差控制在±0.５cm之内,用自动调整角度弯筋机弯曲钢筋，用弯弧机自动成型钢筋弧度。全部钢筋骨架都在钢筋定位模架上排列点焊后组装焊接成型。 确保计量准确性：除了进行搅拌系统静载检验外，并进行动荷载检验,检验搅拌系统计量是否准确， １2.５.2 原材料控制 混凝土原材料和货源在经过建立确认后，不得随意更改,有关的技术标准按现行国家规定执行。 钢筋进场必须附有质量保证书，经过实验室按规范批量抽样检验合格后方可投入使用;进场后，钢筋应按规格分类挂牌堆放。 水泥进仓必须附有质量保证书。 砂石材料必须经检验合格后才准送厂,到厂后碎石用水筛洗再进行测试，合格后方可投入使用。 采用含水率测定仪，检测砂石含水率严格控制水灰比。 减水剂必须有性能检验合格证，并经抽样检测合格后方可投入使用。 12.6 管片生产设备配置 管片生产主要设备配置表 序号 1 ２ ３ ４ 5 6 7 8 机械名称 钢筋切断机 钢筋弯弧机 钢筋弯箍机 ＣO2弧焊机 混凝土搅拌机 混凝土搅拌机 电动平台 板式起重机 型号规格 ＧＱ40-1 8６．2R TP２５/2６ ＮＢ－315 ＨZＷ30 ２２50/1500 KPD－1０-S 5ｔ （16．5m） 生产厂家 数 量 （台) 2 ２ 3 5 1 ２ 2 1 主要性能参数 钢筋切断直径:８～40mｍ 钢筋弯弧直径：1２～32ｍm 钢筋弯箍直径: 8~４0mm 生产能力：30m3/ｈ 生产能力：60m3/h 其中重量5ｔ,起升高度8ｍ 206 9 10 １1 12 13 14 1５ 1６ 桥式起重机 门式起重机 燃油锅炉 管片翻转机 真空吸盘机 抗弯试验机 抗拉试验机 管片模具 1０ｔ （１6．5ｍ) 1０t （23.5m) ＷＮS2-1-２5(Ｙ)S 150t 250ｔ 4 １ 2 1 ２ 1 1 4 其中重量１0t，起升高度７．5m 其中重量１０t,起升高度9m 蒸发量：2ｔ/h;压力:1.25Ｍｐａ 12.７ 管片的检验与试验 12．7.１管片抗渗试验 在正常生产后，每批生产的管片内选20%进行抗渗试验,抗渗试验按设计渗压力恒压（１.2Ｍpa)2小时，渗水线不超过衬砌厚度的1／5,每60环管片做一组圆柱体试块的抗渗试验。 １2.7．２ 管片抗弯试验 在管片进行生产之前,根据需要选一环管片作抗弯试验。抗弯试验采用千斤顶分配梁分级加荷法，每次加荷10kN，加荷完成后,静停1miｎ记录压力表读数及中心点和加荷点及水平位置变量；在裂缝出现后，静停10min,观察裂缝的开展,并取本次荷载值为开裂荷载实测值；当加荷至压力表读数不再上升时，说明在荷重状态下钢筋达到屈服强度。以在级荷载值为最终荷载值，即破坏荷载，并记录最大裂缝宽度。根据检定报告数据用回归方式得出每一级荷重下的压力表示值。 管片抗弯试验见图示。 ①③⑥管片抗弯试验装置示意图 207 ④⑦⑤ 12．７．3起重螺母抗拔试验 将拉力螺杆旋入起重螺母中，再将管片置于特定的拉力架内,并使螺杆与拉力架用螺丝连接后，整体放置在支承架上，支承架承托着管片两侧;在拉力架下方放两个行程50mm的百分表，当千斤顶轴心升起时,拉力架带动螺杆向下拉,灌浆螺栓受力，百分表的读数显示螺杆的位移量；当压力不能再上升,百分表读数突然增大时,说明起重螺母承受的拉力已超出极限且被破坏。此值为起重螺栓的破坏力。 1２.７.4 管片整环水平拼装试验 整环水平拼装质量标准表 表９.4-1 序号 1 2 3 ４ 内容 环缝间隙 纵缝间隙 成环内径 成环外径 检查要求 每环测４点 每条缝测3点 测４点 测4点 检测方法 插片 插片 钢卷尺 钢卷尺 允许误差 ≤+1 大于0,小于2 ±１ 大于-1,小于2 208 在正常生产后，第一次50环后作一次整环水平拼装,以后每100环做一次整环水平拼装,合格后方可继续进行管片生产。 １2.８管片的编号与标记 管片的编号与标记，采用单环单块唯一标识的方案。具体标记方式为 A1—*＊**; A2—***＊； Ａ3—*＊＊*； B１—****； B２—****; Ｃ —＊＊*＊； **** 代表管片的生产环编号，自000１~ 。以确保每块管片的使用位置准确。 １2．9 管片的贮存、运输及管理 12.9.1 管片的贮存 管片托模经检查合格后运至堆放场继续养护存放，管片堆放场地需进行硬化,要坚实平整。 管片应搁置在柔性垫条上，管片与管片之间必须要有柔性垫条相隔,垫条摆放的位置要均匀、厚度要一致,堆放时垫木上下要对齐。 管片应平卧堆放整齐，管片的叠放不能超过三层。 对管片结合面清理干净后敷设防水密封垫并刷缓胀剂，在管片背后涂刷环氧保护层,遇雨天管片上要加罩。 12.9.2 管片的运输 管片全部由专业管片预制厂将经检查合格的用平板汽车运至现场，按施工需要型号、数量配套供应。管片运输使用专门车辆、专用垫衬,片间采用间隔码放的形式，以软质方木将管片隔开,同时在运输过程中注重合理装卸,以避免边角破坏及损失。 送到井下进行拼装的管片按施工顺序，送入盾构作业区，并配套供应相应螺栓。 １2.９.3 管片的管理 209 管片的施工管理工作,从原材料的保护管理开始,一直到安装就位后的维护,贯穿在施工生产的全过程中。 原材料的管理:工程所用的钢材、水泥、砂石料等材料,运抵施工现场以后要入库管理,水泥及相关粉末类添加剂,要做好防潮、防雨、防风措施，钢材要标准堆放,下垫条木,上面设置雨蓬，并保证通风、防锈的要求。 加工过程中的管理:选派专人负责严把作业质量关,严格控制按照生产操作工艺流程进行管片的预制加工。特别是注重钢筋骨架加工、混凝土的制备，从根本上保证产品质量。 使用过程中的管理:对管片全部进行唯一性标识,并保证在使用过程中严格按操作规程办，在运输、存放、吊装、拼接过程中,由专人负责,确保无损伤就位。 产成品的管理：对已经安装到位的管片,精心加以保护,各种进出隧道的车辆、机械设备每次作业前,均派专人检查是否会对管片造成损伤，尤其是注意管片注浆孔等预留孔道的损伤。 12.10管片拼装 １2.10.１ 管片拼装工艺流程 管 片 厂 管片外观检查清理 安装密封止水带 缩回对应千斤顶 管片吊装运输就位 错 缝 拼 装 伸出对应千斤顶 真圆保持器 管片位置调查 背后回填注浆 210 嵌缝防水处理 图11.９-1 管片拼装工艺流程图 12.1０．２ 管片拼装作业 （1）拼装前准备工作 管片在预制工厂通过质检后,由专门的平板运输车将其运输至施工现场临时存放,以备粘贴防水橡胶条。管片由桁车吊入井下。洞内采用管片专用平车运输管片，每辆平车可重叠3片,一次牵引二辆平车运输6片至安装部位待安装。管片安装采用能够左右旋转的全自动安装机。管片拼装形式为错缝拼装。 盾构机推进一环距离之后，清扫盾尾部，并确认环间有无异物存在,即迅速组立环片。拼装时最重要的是慎重处理管片自身，及不伤害接缝面的密封垫。在推进前检查管片防水密封垫是否粘牢,连接螺栓是否配齐，清查盾构底部积水、淤泥。 （２）管片起吊、移动、就位 用管片吊机将管片吊起，沿吊机梁移动至盾尾就位。按由下而上顺序拼装，待底部管片就位后,两侧的标准管片和邻接管片交错拼装，最后将封顶管片径向安装２/３后,最后纵向插入成环；请参见管片安装顺序图。 (3）管片锁紧 管片在拼装过程中尽可能保持真圆，如无法形成真圆,在拼装下一环管片时，实施环间栓接将非常困难,且环间变形也将增大,这是造成环间接缝漏水的直接原因。为防止发生该种事故,除使用盾构机真圆保持千斤顶辅助,在盾尾管片环拼装成型后,进行真圆度检查之后，再真正锁紧管片块间的全部纵向螺栓，推进千斤顶在进入工作状态时，再锁紧环间螺栓,并且在盾构机推进后，在工作下一环拼装前,再次予以加强锁紧。 211 图11.9-2 管片接缝处理示意图 12.１0．３ 管片拼装质量控制 212 管片拼装允许误差 表11.９-1 项 目 相邻环的环面间隙 纵缝相邻块间隙 对应的环向螺栓孔的不同轴度 允 许 偏 差 ≤1.0ｍｍ 1ｍm；+2 -０ ≤1.0mm 备 注 内表面测定 其中1mm为衬垫 (1)成环环面控制：环面不平整度应小于3mm； （2)邻环高差控制:相邻环管片高差应控制在4ｍm以内； （3)成环椭圆度:安装成环后，在纵向螺栓拧紧前，应进行衬砌环椭圆度测量,当椭圆度大于20mm时,应作调整。 (4）管片拼装注意事项 a、管片在作防水处理之前必须对其进行清理,清洗完毕晾干后，方可进行防水橡胶条的粘贴。 b、管片拼装完毕后,应及时将推进油缸顶紧管片以防盾构在工作面土压的作用下后退。同时利用真园器对已安装成形的管片进行整园作业，及时拧紧连接管片的纵、横向螺栓。待管片脱出盾尾后再次拧紧纵横向连接螺栓。 c、盾构在推进过程中，推进油缸对管片施加巨大的压力以获得顶进推力。为保证管片不受到挤压损坏,盾构在推进尤其是在隧道纠偏时，尽量使推进力均匀作业于管片上。隧道纠偏时要控制一次纠偏的幅度，同时采取在管片与推进油缸之间加贴部分薄型弹性材料的技术措施，缓冲千斤顶推进时产生的压力,防止管片局部和棱角受损开裂。 第十三部分 同步注浆与壁后注浆 1３.1、注浆目的 １3.1.1、使管片尽早支承地层,减少地基沉陷量,保证环境安全； 1３.１.2、确保管片衬砌早期稳定性； 13.１．３、作为隧道衬砌防水的第一道防线，提供长期、均质、 213 稳定的防水功能； １3.1.４、作为隧道衬砌结构加强层，具有耐久性和一定强度。 １3.2、注浆方式 根据隧道洞身穿越的地层特点，为能尽早充填环形间隙使管片尽早支承地层，防止地层产生过大变形而危及周围环境安全;并作为隧道结构外防水层和结构加强层，采取如下充填注浆方式: 13.２．1、在地层一般地段,盾尾管片脱出一环时,先用粒径小于10mm的豆石充填环形间隙，在距盾尾3～４环管片处进行充填注浆。为提高背衬注浆层防水性及密实度，在充填注浆浆液凝固后,在距盾尾8~10环管片处进行二次补充注浆。 13.2.２、在隧道穿越断裂带,围岩自稳性差,地下水较丰富，渗透性好，以及在不稳定地层地段，在盾尾管片脱出一环时,采用即时注浆充填环形空间,稳定地层。为提高背衬注浆层防水性及密实度，在即时注浆浆液凝固后,在距盾尾8~10环管片处进行二次补充注浆。 13.3、注浆材料配比与性能指标 注浆材料宜选用具有料源广,可注性强,经久耐用,结石体强度高，对地下水和周围无毒性污染，价格相对低廉等特点。 各种注浆材料配比和性能指标见表13-１。 注浆材料配比和性能指标表 表13－1 配 比 促凝剂 粘度比重结石率凝胶一天抗性 能 指 标 七天抗二十八天压强度注浆注浆 水(k方式 材料 水泥粘土微膨胀剂抗压强度（ｇ/ｃ时间压强度(%) ｇ) (kg) (ｋg) （s) （MP（%m3) (h) (MPa) （%) (MＰa) ) ａ) 充填单液水7５ 100 -－ 0~２ 5 注浆 泥浆 33 1.62 ９7 ＜２ ＞0.５ >2.5 ＞10 214 水泥即时—膨注浆 润土浆 二次超细水注浆 泥浆 １０0 75 10０ 15 ２ 0～5 71 １.70 99 ＜２ ＞0．３ ＞2 >２.５ 100 －- 0~2 5 １8 1．４3 95 ＜２ >０．3 ＞1.5 >１0 注:水泥采用525#普通酸硅盐水泥,外加剂掺量为重量比。 13．4、注浆设备 豆石采用豆砾石喷灌机注入,背衬即时注浆、充填注浆和二次补充注浆采用风动注浆泵或液压注浆泵。 １3．5、主要注浆参数 1３.5.1、注浆压力 根据注浆目的要求,为充分充填盾构施工产生的地层空隙，避免由此引起的地表沉陷,影响地表建筑物与地下管线的安全。同时避免过大的注浆压力引起地表有害隆起或破坏管片衬砌,并防止注浆损坏盾尾密封。 充填豆石压力0.２~０.３ＭPa,背衬即时注浆及充填注浆压力控制在0.2～0.4ＭPａ，二次补充注浆压力控制在０.3~0.5MPa。 1３．5.２、注浆量 1）充填注浆量 混凝土豆石充填量按环形空隙体积12０%~1５０%估算，具体由试验确定。 充填注浆的注浆量受先期充填混凝土豆石的空隙率影响,按下式计算: Q=V·ｎ·λ V—充填体积, ｎ—空隙率(需经实际充填豆石量反算，暂取0.4)， λ—指注浆率(一般取１50%～2０0%) V—盾构施工引起的空隙（m3), 215 Ｖ=π(D2-d2)L/4； D—指盾构切削外径(m)(削切外径6.18ｍ) d—指预制管片外径(ｍ)(预制管片外径６.0m) L—回填注浆段长即预制管片每环长度（预制管片每环长1.２ｍ) 根据公式计算得 Q=(６.１82-6．02） ×3.14×1．2×0．4×(150％～200%)/４ ＝１．2４~1.6５m3 即注浆量为1.24～１．65ｍ3 ／环(1．2m) 2）即时注浆量 根据盾构施工背衬注浆注浆量经验计算公式: Q=V·λ V—充填体积 λ—指注浆率(一般取15０%～20０%） Ｖ—盾构施工引起的空隙（m3) V=π（D2-d2)L／４ D—指盾构切削外径(m)(削切外径６.１8m) d—指预制管片外径（m）(预制管片外径６.0m) L—回填注浆段长即预制管片每环长度(预制管片每环长１．2m） 根据公式计算得 Q＝(6．182－6.02) ×３.14×1．２×(1５0％～２0０％)/4 ＝3.１0~4．13m3 即注浆量为３.１0～4.1３m3／环(1.2m) ３)二次补充注浆量具体由现场试验确定(以压力控制为原则)。 1３.5.3、注浆速度 注浆速度应与掘进速度相匹配,假设掘进速度为1．2m/4小时,则单泵注浆速度应控制在２０~30Ｌ/miｎ以上。 1３.6、注浆顺序 为了使环形间隙能较均匀地充填，并防止衬砌承受不均匀偏压,豆石充填、背衬即时注浆及二次注浆顺序采用左右两侧交叉对称进行。 216 13．7、注浆工艺流程 注浆工艺是实现注浆目的，保证地面建筑物、地下管线、盾尾密封及衬砌管片安全的重要一环，因此必须严格控制，并依据地层特点及监控量测结果及时调整各种参数,确保注浆质量和安全,做到万无一失。 计划值 管理基准值 注浆方法 注浆开始 材料试验 注浆压力、注浆量图表计划值 监视 注浆完毕 确认注浆效果 不合要求 补充注浆 判定 符合要求 变形监测分析 判断 情况异常 紧急对策 情况正常 图1３-１ 注浆工艺流程 13．8、注浆质量保证措施 13.8.1、注浆前进行详细的浆材配比试验,选定合适的注浆材料及浆液配比，保证所选浆材配比、强度、耐久性等物理力学指标符合业主和设计要求。 １３.8．2、制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控 217 制程序,严格按要求实施注浆、检查、记录、分析，及时做出Ｐ(注浆压力）—Q(注浆量)—t（时间)曲线，分析注浆效果,反馈指导下次注浆，并及时报告业主和现场工程师。 １3.８.3、成立专业注浆作业组，由富有经验的注浆工程师负责注浆技术工作。 13.8.４、根据洞内管片衬砌变形和地面及周围建筑物变形监测结果,及时进行信息反馈，修正注浆参数设计和施工方法,发现情况及时解决。 １3.8．5、做好注浆设备的维修保养，注浆材料供应,保证注浆作业顺利连续不中断进行。 13．8．6、做好注浆孔的的密封，保证其不渗漏水。 13.９、注浆结束标准及注浆效果检查 1３.９.1、注浆压力达到设计压力，注浆量达到设计注浆量的８0％以上。 13.9．2、注浆效果检查主要采用分析法,即根据P-Q-t曲线,结合衬砌、地表及周围建筑物变形量测结果进行综合分析判断。 1３.9.3、对拱顶部分采用超声波探测法通过频谱分析进行检查，对未满足要求的部位,进行补充注浆。 218