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盾构施工管理与风险控制,盾构施工概述:,1、盾构是一种机械化程度较高的施工技术，具有施工速度快，安全性高，对围岩扰动小、地表沉降易控制，可长距离掘进，不必大面积降水，拆迁少等优点 2、由于盾构工法自身的特点，在城市轨道交通施工中发挥着很大的作用它可以克服常规暗挖法不易克服的困难对一些特殊地段、地层进行施工，如埋深大、地下水丰富、软弱松散等地层盾构机类型多种多样，常用的盾构机主要为土压平衡式盾构机，刀盘形式有面板式和辐条式两种，螺旋输送机有带式无轴螺旋输送机和有轴螺旋输送机 3、 盾构机选型决定了工程施工顺利与否，配套设备对于盾构施工的效率起着至关重要的作用盾构施工配套设备主要有水平运输用电的电瓶车、渣车，垂直提升用的龙门吊，装渣用的装载机、充电站，同步注浆用的浆液搅拌站等常用术语解释,1、盾构:掘进机的筒称，是在钢壳体保护下完成隧道掘进、拼装作业，由主机和后配套组成的机电一体化设备 2、工作井:盾构组装、拆卸、调头、吊运管片和出渣等使用的工作竖井，包括始发、接收等 3 、 盾构机座:用于保持盾构始发、接收等姿态的支撑装置 4、负环管片:为盾构始发掘进传递推力的临时管片 5、反力架:为盾构始发掘进提供反力的支撑装置。

6、贯入度:刀盘旋转一周进入掌子面土中的深度，不仅与刀盘转速有关，还与掘进速度有关假设掘进速度是30mm/min，刀盘转速1.15r，贯入度计算公式:30mm÷1.15=26mm）常用术语解释,7、管片:隧道预制衬砌环的基本单元，管片的类型有钢筋砼管片,钢管片，铸铁管片 8 、壁后注浆：用浆液填充隧道衬砌环与地层之间空隙的施工工艺 9、铰链装置：以液压千斤顶连接，可调节前后壳体姿态的装置 10、调头：盾构施工完成一段隧道后掉转方向的过程 11、过站：利用专用设备把盾构拖拉或顶推通过车站的过程 12、小半径曲线：地铁隧道平面曲线半径小于300m、其他隧道小于40D（D为盾构半径）的曲线 13、大坡度：隧道坡度大于3% 14、姿态：盾构的空间状态，通常采用横向偏差、竖向偏差、俯仰角、方位角、滚转角和切口里程等数据描述 15、椭圆度：圆形隧道管片衬砌拼装成环后最大与最小直径的差值 16、错台：成型隧道相邻管片接缝处的高差盾构机简介,以小松TM625MPP-16土压平衡式盾构机为例该型号盾构机开挖直径为6280mm，最小转弯半径250米，爬坡坡度可达40‰--50‰盾构机刀盘配置专门针对北京地层设计，额定破岩能力为70MPa。

主机配置22个推进油缸，最大推力可达33730KN，采用主动铰接油缸，可有效调整盾构机姿态盾构机主要由刀盘、前体、中折盾、盾尾、螺旋机、双梁、拼装机及5节后配套台车组成土压平衡盾构的结构原理,土压平衡盾构机主要由刀盘及刀盘驱动、盾体、螺旋输送机、管片安装机、皮带输送机、推进油缸等组成盾构刀盘,面板式刀盘,刀盘的刀具介绍,刀盘上安装有多种刀具：（不同的地层安装不同的刀具）,主要有以下几种: 中心刀 先行刀 刮刀 边缘刮刀 仿形刀,先行刀,作用：用来先行松散各种砂砾层、粘土层及全风化层，使其固结性能变差，然后由刮刀将其刮掉作用：用于盾构曲线施工时的超挖及盾构姿态的调整，由液压油缸 操纵伸缩，其行程 为0～ 150mm；,仿形刀,刮刀,主驱动系统,用来驱动刀盘旋转的装置该装置包括电动机 、减速器、大小齿轮、大轴承等前盾,包括土仓、密封隔板等,中盾,刀盘驱动部分、推进千斤顶、铰接千斤顶和人闸等盾尾,铰接系统,依靠铰接千斤顶的主动伸缩功能,使盾构机的前后部分发生互动弯折为隧道曲线段施工而设置人闸,用于盾构机在带压状态下，工作人员经人闸的调压后进入开挖舱，维护、更换刀具等作业管片拼装机,拼装管片的装置。

能夹持管片，作圆弧运动、径向运动和纵向运动等螺旋输送机,输送土仓中渣土的装置，包括螺旋机和驱动装置驱动装置,皮带机输送过程,管片运输,双梁系统由工字钢和电动葫芦组成，两组平行布置，其中一端固定在第一节车架上控制系统,控制系统分为中央控制台、现场表盘、监控系统、可编 排 程控制器和PPS导向系统PPS导向系统,轴线测量系统,前视棱镜,后视棱镜,全站仪,,测量吊篮,盾构吊装,盾构选型,辐条式刀盘,有轴螺旋输送机,运输编组,始发型式,整体始发,分体始发,专项施工方案和条件验收管理,施工单位须组织专家对以下内容进行论证： 吊装作业专项方案； 始发与到达专项施工方案； 开舱方案； 区间联络通道施工方案； 穿越一级及以上风险工程专项施工方案及应急预案下穿铁路,盾构到达,专项施工方案和条件验收管理,条件验收执行标准,,,,,,开舱,联络通道开口,穿越特一级风险工程,严格执行《轨道交通建设工程重要部位和环节施工前条件验收暂行管理办法》的相关规定 到达尤其危险，不可小视！！,始发 到达,有复试要求的材料,1、注浆填充材料: 水泥、河砂、粉煤灰、膨润土及水玻璃 2、防水条、缓冲垫及粘贴材料 3、管片连接弧形六角螺栓及螺栓密封圈 以上材料需提前作复试并出示报告。

管片试验,1、管片三环试拼装 2、吊装孔抗拉拨、抗漏等试验，试验结果应满足要求设备系统调试及评估,(1)、刀盘正、反转灵敏，驱动电机同步性能完好超挖刀伸缩系统灵活 (2)、推进油缸伸缩行程、伸缩速度满足要求(8.5cm\min) (3)、盾尾三道密封刷焊接牢固，钢丝刷弹性较强，油脂涂抹均匀、密实，油脂注入管路通畅 (4)、同步注浆(4根)管路、清洗回路通畅台车砂浆罐搅拌功能完好，注浆泵功能完 好设备系统调试及评估,(5)、拼装机前、后行程、旋转速度满足要求管片吊运、提升、下降速度性能完好 (6)、地层改良系统:泡沫发生器完好，注入回路通畅膨润土泵功能完好，注入回路通畅 (7)、螺旋机前端伸缩行程满足要求，皮带传输机运转正常 (8)、地面监控系统调试完成，能实时监控盾构施工参数始发准备,1、端头加固通常采用旋喷加固，加固区域为盾构始发段长度6米、接收段长度9米，盾构周边各3米范围 2、利用降水井进行端头降水，创造无水作业条件 3、打水平探孔,检验洞门加固效果; 4、洞门止水橡胶帘布和扇形压板的安装; 5、盾构始发台安装; 6、盾构机吊装就位，各系统调试，联动调试; 7、反力架、导轨安装加固; 8、负环管片安装加固; 9、洞门破除,,,始发要点,1 当刀盘抵达洞门掌子面30公分时,开始转动刀盘，防止刀盘被困 2 由于盾构机没有完全进入加固区, 周边无岩土侧压力的摩擦作用,且油缸的推力和掌子面通过刀盘反力较小，在试运转时应控制刀盘慢速旋转,正反旋转,防止滚动,保持盾构姿态的正确性。

3 刀盘开始切削端头加固区土体后,土压设定应略小于理论值,推进速度不宜过快,总推力不大于反力架计算值 4 盾构机坡度略大于设计，防止因正面土压变化,造成盾构突然栽头现象 5 建立和调整土仓压力，是盾构始发操作中的重要环节，应尽快理顺推力、速度和出土量三者的相互关系；三者之间要相互匹配；,始发要点:,6 根据不同地层、覆土厚度、地面建筑情况，结合监测数据，以及盾构自身的机械性能及时调整土仓压力；保持刀盘前方5m范围不隆不沉为宜; 7 控制每次的纠偏量，减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好的条件 8 脱出正3环时，开始启动同步注浆,脱出8-10环采用二次注浆封闭洞门; 9 根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整，将施工轴线与设计轴线的偏差及地层变形控制在允许的范围内管片拼装,管片选型 管片类型和C块位置，应根据设计要求和现场情况确定管片选型主要考虑下几个因素： (1)盾尾间隙 盾尾间隙左大右小，则考虑选用左转环；右大左小，则考虑使用右转环 (2)千斤顶油缸行程差 当左侧油缸行程大于右侧油缸行程时，考虑使用右转环；反之考虑使用左转环即哪边油缸行程短，则考虑管片向哪边转 (3)铰接油缸行程差 当左侧铰接油缸行程大于右侧油缸行程时，考虑使用右转环；反之考虑左转环。

即哪边铰接油缸行程短，则考虑管片向哪边转管片拼装,首先安装最下方一块管片，由下到上左右对称安装剩余管片，最后安装C型管片. 第一块管片的位置尤为重要，它决定本环其它管片的定位及缝的宽窄,管片高于前一环相邻块时，C块位置不够，若低于相邻块时，则造成纵缝偏大，防水性能降低 盾构掘进时，在上一个循环管片脱出盾尾后，及时用风动扳手对所有管片环纵向螺栓进行复紧，确保所有螺栓绝对紧固，保证管片拼装质量盾构接收要点,1、预先完成盾构接收井端头土体加固; 2、提前15-20天端头降水，创造无水接收条件； 3、预先完成盾构接收托架安装和加固； 4、预先完成止水橡胶帘布及扇形压板安装； 5、盾构到桩100m前,对洞内所有测量控制点进行－次整体、系统的联系测量并报第三方测量单位复核; 6、盾构到达前50m前，完成洞门钢环定位测量，根据钢环实际偏差，提前制定纠偏计划； 7、盾构到达加固区前，专人负责观测接收洞口的变化情况，始终保持与盾构司机联系，及时调整掘进参数；遵循“低推力、低转速，逐渐减压、减小扰动”的原则 ； 8、盾构刀盘到桩（墙）后，再破除洞门下穿风险源要点,1、土仓压力 土压力的设定是施工的关键，包含了推进力、推进速度和出土量三者的相互关系，对盾构施工轴线控制和地层沉降控制起主导作用。

（1）施工前，根据地层条件、埋深、机械性能计算合理的土压，掘进过程应结合监测数据不断优化; （2）控制土压上下波动，保持土压稳定 （3）减少非计划停机率，保持连续掘进 （4）加快管片拼装速度，严防盾构机后退（注意收缸控制） （5）待机土压略高于掘进土压，长时间待机要有保压措施 （6）土压力持续5min或推进10Cm隧道长度范围内低于最低值，应进行分析,查找原因下穿风险源要点,2、推进速度 （1）盾构推进时通过No.6、14、17、22#推进油缸(计测油缸)上装有的速度行程计来检测推进速度，根据反馈的油缸推进速度来调整盾构机推进速度，使盾构推进速度与出土速度相匹配，以保持适当土压力值 （2）推进速度宜控制在3~5cm，过慢对土体扰动时间较长，过快，对土体扰动大，对沉降控制不力，对下穿风险造成影响必须确保盾构机匀速推进，减少盾构机停机时间及被动停机；,下穿风险源要点,3、出土量 （1）实际出土量控制在理论的98%～100%之间，以维持一定土压力，保证盾构正面土体的稳定 （2）为严格控制出渣量，每斗出渣量进行测量，根据估算结果实时调整螺旋机转速及出渣量，每环出渣量在43~44方每环掘进分三段进行，第一、二阶段掘进不超过463cm，出渣控制17方，第三阶段273cm，出渣约10方左右控制。

（3）一环出土量超出理论计算值3方及以上时，应查找、分析原因，严禁超挖超排渣土测量,下穿风险源要点,3、渣土改良的效果 （1）通过渣土改良，减小对周边土体的扰动； （2）通过渣土改良，使渣土具有良好的土压平衡效果，稳定开挖面土体； （3）通过渣土改良，提高渣土的不透水性，使渣土具有较好的止水性，从而控制地下水流失； （4）通过渣土改良，提高渣土的流动性，保持螺旋输送机排土通畅； （5）通过渣土改良，防止螺旋输送机排土时出现喷涌现象； （6）通过渣土改良，防止开挖的渣土粘结刀盘而产生泥饼； （7）通过渣土改良，降低刀盘扭矩和螺旋输送机的扭矩，同时减少对刀盘和螺旋输送机的磨损，提高盾构的掘进效率下穿风险源要点,4、渣土改良方法 （1）根据不同添加剂的改良机理及实际工况，合理选择各个注入孔注入的添加剂类型对于刀盘中心注入孔，应选择注入泡沫；对于螺旋机筒体上的注入孔，优先选择加入膨润土浆液；此外，其他孔应根据注入量的大小进行选择，确保每种浆液均能够均匀注入土仓及开挖面内 （2）对于单一地层，施工过程中，同一注浆孔应避免频繁更换添加剂种类如果确实需要更换，则应利用清水将管路完全清洗干净后，方可进行更换。

（3）盾构推进前，首先加入泡沫，转动刀盘，待刀盘扭矩正常稳。