隧道盾构掘进安全技术交底--二级

1安全技术交底记录编号：表B2工程名称武汉市轨道交通七号线一期工程第十三标段土建工程交底时间年月日交底提要：武昌火车站站~瑞安街站区间左线隧道盾构掘进安全技术交底----二级交底交底内容：一、盾构掘进流程更改设定值掘进控制添加材料注入参数设定塑性流动状态增加注入量减少注入量改良效果土压设定开挖仓土压增加螺旋输送机转速减少螺旋输送机转速设定速度更改设定值更改设定值刀盘扭矩推力周边土压排土量降低速度继续掘进过硬过软OKNOYES过高过低OKOKOKOKOK异常异常最大值最大值土压力设定土压力控制掘进速度控制监视2二、盾构始发掘进参数设置盾构始发施工前首先须对盾构机掘进过程中的各项参数进行设定，施工中再根据各种参数的使用效果及地质条件变化在适当的范围内进行调整、优化。须设定的参数主要有土压力、推力、刀盘扭矩、推进速度及刀盘转速、出土量、同步注浆压力、添加剂使用量等。（1）土压力设定在盾构始发时土体加固段应建立较低的土压，设定为0.05～0.07Mpa，盾构刀盘离开加固区时应建立较高的土压并维持土压力稳定，保证始发井附近的地表沉降在要求范围内，其土压力设定为0.06～0.18Mpa。土压力应根据实际掘进操作的具体情况进行细部调整。（2）始发掘进推力的设定盾构始发的推力主要由下述因素决定：盾构外周（盾壳外层板）和土体之间的摩擦阻力或粘附阻力、盾构刀盘的正面阻力、管片和盾尾刷之间及盾构与始发基座轨道之间的摩擦阻力。由于反力架是按照3000t推力设计的，因此总推力严禁超过2500t。设定加固区段以及前20环掘进，推力设定为800-1000t，随后可逐步提高。（3）刀盘扭矩的设定盾构的切削刀盘扭矩主要由土体的剪切阻力产生，其经验公式如下：由于盾构机穿越的地层主要为黏土、粉质黏土及强中风化粉砂质泥岩，故α取0.9，代入上式扭矩F1≈240t.m。施工时以此值为目标值控制刀盘切削。（4）盾构千斤顶的推进速度及刀盘转速的设定盾构千斤顶的推进速度及刀盘转速与盾构机的性能密切相关，同时也受工程地质及水文地质条件的影响。始发时对参数设定首先要依据理论计算值进行设定，在始发完成后的试掘进阶段可对各种参数进行对比，调整推进速度与推力、刀盘转速与扭矩的关系式，定出推进速度和转速的范围。盾构始发期间因位于加固区内，出于对盾构机刀盘的保护，推进速度应缓慢，控制在20mm/min之内，同时根据地层变形量等监控信息对平衡压力设定值、推进速度等施工参数及时调整。盾构出加固区后，把掘进速度控制在20～40mm/min的范围内。表盾构掘进初定施工参数表3D1＝F3典型地层掘进速度（mm/min）推力（kN）扭矩（kNm）转速（r/min）硬岩地层（30-60MPa）30-5012000-200001700-30001.8-2.6硬岩地层（100MPa以上）5-1012000-170001700-30001.8-2.6软硬不均地层（强风化-微风化花岗岩）10-1512000-200002200-30001.5-1.7粘土地层50-606000-100001300-30001.3-1.7富水沙卵地层30-5010000-150003000-40001-1.2硬岩破碎地层20-3015000-200002500-35001.5-1.8（5）出土量的设定本工程使用的管片外径为6200mm，环宽为1500mm。刀盘的直径为6440mm，每环的出土量：V=kπl(d/2)2K—可松性系数,取1.3；d—刀盘直径；l—管片环宽。根据施工经验，为保证土仓压力，出土时控制出土量为理论的96%左右，计算出每环出土量为61m3，在运输组织设计中，电瓶车组配置4列18m3容量的渣土车，总容量为72m3，满足要求。每环出土量直接反应了盾构机在掘进施工过程中的超挖情况，当超挖较多时，会使出土量骤增。在掘进过程中，必须严格控制每环的出土量，并作好记录。（6）盾尾注浆压力、注浆量分析与取值盾尾注浆压力主要是受地层的水土压力的影响，注浆压力的设定以能填满管片与开挖土层的间隙为原则。武~瑞区间需要穿越建筑物群及京广铁路，浆液及其注入的效果直接关系到地面沉降和地上物安全，因此对注浆材料及注浆压力都有较高的要求。依据本标段线路埋深及地质情况，初始盾尾注浆压力设定为0.25～0.3Mpa。盾尾同步注浆理论量为每环3.57m3,根据施工经验注浆时每环应按5.4m3～6.5m3控制(150％～180％)。同时要求同步注浆速度必须与盾构推进速度一致。（7）添加剂使用方案在盾构施工中，添加剂的作用是：1)减小旋转输送机的扭矩，降低刀盘温度；2增强土体气密性、止水性，保证开挖面稳定；3)与土体拌和均匀，使开挖土具有良好的流动性，增强土体可排性。4依据地层不同，有不同的添加剂使用方案。在盾构掘进施工过程中，易造成土体和易性差使刀盘扭矩增大，或者土体进入土仓后被压密，造成开挖、排土均无法进行的情况。此时一方面可通过刀盘上的添加剂注入孔向刀盘前方的土体注入泡沫剂、聚合物等添加剂，增加土体流动性。另一方面土体被切削进入土仓内后，通过土仓上的添加剂注入孔向土仓内注入泡沫剂并利用刀盘上的搅拌装置加以搅拌，使泡沫剂与切削土充分混合，以增加土的气密性和可排性。泡沫剂的总注入量控制在土体切削量的60％左右，此注入率应根据实际掘进情况进行调整。此外，还可通过螺旋输送机上的添加剂注入孔向仓内注入适量的清水或注入压缩空气，以增加土体的流动性，减小土的摩擦力，使土能经螺旋输送机顺利排出。（8）洞口密封处压浆洞口密封处的充填注浆采取盾尾同步注浆装置注双液浆充填。待盾尾到达土体位置时暂停推进，启动盾尾同步注浆系统向洞口密封处的环形间隙注双液浆，直至注浆压力达到0.2MPa，压力不宜太大，注入速度不宜太快，安排专人在洞门处观察，发现漏浆立即停止，停5分钟后继续注入，如此反复几次，直到压力达到要求时完成。表注浆浆液配合比名称每方用量（kg／m3）总量比水泥水水玻璃水泥水水玻璃普通水泥双液浆375375630111.68普通水泥单液浆75075011三、盾构掘进主要施工工艺控制要点在盾构始发时，盾构机的后配套台车全部布置在车站结构内，始发阶段后配套台车将与盾构本体同步前进，在此阶段的施工过程中，需侧重对碴土、管片运输以及管片吊装、浆液运输进行合理的组织安排。3.1始发推进前施工准备（1）始发推进前的技术准备与安全措施1）盾构始发前，需检查核实各电缆、电线及管路的连接是否留有足够的供盾构机前进需要的电量；人员组织及机具设备配备是否到位等。检查基座、反力架、洞口密封是否满足设计要求。2）盾构推进前，为了减小盾构机的推进阻力，在盾构的基座轨道上涂抹黄油，为避5免刀盘上刀具进洞门时损坏洞门密封装置，在刀盘和刀具上涂抹黄油。3）防止盾构机旋转的措施A、在盾构机的两侧焊两对防转块（焊点距铰接密封距离不小于500mm），防转块应能承受盾构机的扭矩并能将扭矩传递给盾构基座。当盾构机推进至防转块距洞门密封500mm左右时，必须割除防转块，并将割除面打磨光滑。B、减少刀盘的设定扭矩，使其值不超过最大扭矩的40%，即不超过1800KNm。（2）盾构始发姿态测量始发前的负环管片拼装好并定位后，始发推进前必须经精确量测盾构及拼好的负环管片的各项位置参数并输入自动导向测量系统及监测系统后方可开时始发推进。3.2盾构推进1）刀盘转动A、刀盘起动时，须先低速转动，待油压、油温及刀盘扭矩正常，且土仓内土压变化稳定后，再逐步提高刀盘转速到设定值。盾构机出加固区前，为克服地层土体强度的突变，防止地面沉降过大，必须将土压力的设定值逐渐提高到0.11MPa，并根据反馈的信息对土压力设定值及时做出调整。B、刀盘起动困难时，应正、反转动刀盘，待刀盘扭矩正常后，开始正常掘进。C、在操作过程中，应严密监控刀盘扭矩、油压及油温等参数，若其中某参数报警时，应立即停机。需查明原因，进行修理，待该参数恢复正常后方可继续掘进。D、刀盘转动时，盾构机会出现侧倾现象。当盾构机侧倾较大时，应反方向转动刀盘，使盾构机恢复到正常姿态。一般每推进一环刀盘调整一次旋转方向。2）千斤顶顶进A、在掘进过程中，各组千斤顶应保持均匀施力，严禁松动千斤顶。考虑到盾构机自重，掘进过程中盾构机下部千斤顶推力应略大于上部千斤顶推力。初始段刀盘通过土层加固区时，以低速切削的原则前进。待刀盘通过土层加固区后千斤顶的推力逐步调为正常推力值。B、在掘进施工中，千斤顶行程差应控制在50mm内，且单侧推力不宜过大，以防挤裂管片。3）出土A、出土时的操作顺序为打开螺旋输送机，然后开启出土口，出土口在刚开启时不宜6过大，须先观察出土情况，如果无水土喷泄现象，可将出土口开启至正常施工状态。B、螺旋输送机转速和敞口的大小应由土压决定，当仓内土压大于设定值时，方可进行出土作业。C、排出的碴土以疏松但不松散、潮湿但不析水为最佳。如出现水土分离或土质过干现象，需向螺旋输送机内注入土体改良添加剂。4)推进控制在初始阶段时，推进速度要慢，一般转速小于1rpm，速度应控制在5mm/min以内。待刀盘通过土层加固区后速度逐渐调为10～30mm/min。在盾构机掘进的同时，可向舱内注入土体添加剂，以改良土体，降低刀盘扭矩。盾构机在导轨上推进时，对脱出盾尾的管片，应及时用木楔垫实其与导轨之间的空隙，并用钢丝绳环向捆扎负环管片，钢丝绳两端固定在始发基座上。5)盾构掘进中遇有下列情况之一时，应立即停止掘进，待查明原因并恢复后，方可继续掘进。A、刀盘扭矩、土仓土压突变；B、出土量明显超过理论值；C、盾构自转角度过大；D、盾构位置偏离过大；E、盾构推力较预计的大；F、可能发生危及管片防水、运输及注浆遇有故障等。3.3盾构掘进轴线控制盾构掘进施工过程中的轴线控制是整个盾构施工过程中的一个关键的环节，盾构在施工中大多数情况下不是沿着设计轴线掘进，而是在设计轴线的上、下、左、右方向上摆动，偏离设计轴线的差值必须要满足相关规范的要求，因此在盾构掘进中要采取一定的控制程序来控制隧道轴线的偏离。为保证隧道轴线的方向，必须建立一套严密的人工测量和自动测量控制系统，严格控制测量的精度，合理布设洞内的测量控制点和导线，根据工程中的实际情况合理控制测量和复核的频率。在始发阶段施工时应采取如下措施：在掘进过程中关键是要严格控制千斤顶的行程、油压和油量，根据最新的测量结果调整盾构机及管片的位置和姿态，按“勤纠偏、小纠偏”的原则，通过严格的计算合理选择和控制各千斤顶的行程量，从而使盾构和隧道轴线沿设计轴线在容许偏差范围内平7缓推进。切不可纠偏幅度过大，以控制隧道平面与高程偏差而引起的隧道轴线折角变化不超过0.4%。施工中还需特别注意以下事项：（1）盾构掘进时，应尽量将盾构机的位置控制在施工设计曲线的内侧，这样有利于盾构机方向的控制和纠偏。（3）在曲线段施工时，为保持设计曲线线形，要合理分区地使用千斤顶，在掘进时要尽量维持施工参数的平稳，要尽量利用盾构机本身的超挖能力进行纠偏。（4）曲线段顶进时，衬砌结构单侧偏压受力，因而容易造成衬砌结构变形，此时要及时进行壁后充填注浆，使用早强快凝的浆液。（5）仿形刀（超挖刀）一般在小半径曲线施工的时候才使用，使用仿形刀的目的是减少土抗力,使盾构姿态容易得到控制。通常情况下刀盘周边刀具的超挖即可满足一般的曲线施工的要求，仿形刀伸出长度的大小取值以能顺利实现转弯施工和不造成过大的单侧顶力为原则。在利用仿形刀进行施工时，一定要注意控制好推进速度，使单位时间内推进的距离和仿形刀的工作能力相配，超挖量可以通过计算来分析确定。使用仿形刀掘进时最大超挖量M可由下式求得：式中R为隧道中心线处曲线半径，D0为盾构机直径，L为盾构机机身长度曲线段施工时，由于对地层及结构衬砌的扰动较大，因此需加强地表及洞内的监测工作，并及时根据监测的结果优化施工参数。3.4运输组织垂直运输均采用布置在车站施工现场的龙门吊进行，始发时后配套台车与垂直运输设备之间的隧道内水平轨道运输均为单轨运输，电瓶车牵引板车进行运输。（1）碴土的运输本区间隧道施工盾构始发为整体始发，开始工作面碴土的运输与正常施工步骤相