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中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越广州市中心城区地下综合管廊工程盾构培训材料2017年3月1日工程部中铁二局工程有限公司中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越第一章FirstChapter盾构机的简介中铁二局工程有限公司中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司1.1盾构机的起源1806年，法国工程师麦克·布鲁内尔发现船的木板中，有一种蛀虫（船蛆）钻出孔道，船蛆是一种蛤，头部有外壳，在钻穿木板时，分泌出液体涂在孔壁上形成坚韧的保护壳，用以抵抗木板潮湿后的膨胀，以防被压扁。在蛀虫钻孔的启示下，布鲁内尔发现了盾构掘进隧道的道理，并在英国注册了专利。1825年布鲁内尔开始在伦敦泰晤士河下修建高6.8m，宽11.4m的矩形盾构隧道，历时18年，到1843年布鲁内尔完成了全长370m的隧道，隧道经历了5次特大涌水牺牲了6人。（有兴趣可关注盾构的起源相关视频）中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司1.2盾构的主要分类迄今为止，盾构主要分为四代盾构机：第一代是手掘式盾构机、第二代是半机械式盾构机、第三代是闭胸式盾构机、第四代大断面、高智能化、断面多样化盾构机。根据工作原理分为土压平衡式盾构、泥水平衡式盾构和复合式盾构，我们项目部目前所用的是土压平衡式盾构，今天重点讲述土压平衡式盾构。1974年在日本东京使用了第一台土压平衡式盾构，外径为3.72m。土压平衡式盾构机的工作原理是盾构掘进时，其前端刀盘旋转掘削土层土体，切削下来的土体进入土舱。当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面实现平衡，即保持舱内的压力与掌子面的土的压力和掌子面上的水的压力保持平衡，通过刀盘不断的切削掌子面的土体，慢慢向前掘进。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司1.3盾构机的主要构造组成盾构机从前至后依次由刀盘、切口环（前盾）、支撑环（中盾）、盾尾。盾尾后是连接桥，连接桥与1#台车相连，1#台车后依次为2#台车、3#台车、4#台车、5#台车。目前本项目支1#井所采用的中交天和Ф6250土压平衡盾构机,配置第6#台车，可延长台车内距离，加装土箱。增加一次性出土量。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司1.3.1刀盘刀盘包括焊接结构件和刀架。刀盘表面焊接有耐磨层，圆周区域有耐磨格栅构成的镶边。通过旋转，挖出的渣土被运到刀盘的8个开口。刀盘的后部开口向内倾斜，这样的结构使渣土易于流动而容易流向螺旋输送机。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司1.3.2前盾前盾又称切口环，它里面装有支撑主驱动和螺旋输送机的钢结构。螺旋输送机从底部斜向连接着皮带机。前盾前沿呈锲形，以防止渣土粘结和回流。压力隔板将前盾的开挖舱和主舱分离开来。隔板上面的门可以让人进入开挖舱进行保养和检查工作。此外，隔板有几个开口，可以控制渣土改良的程度和以及作为修理时输电线的接线盒接头。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司1.3.3中盾中盾又称支撑环，前盾和中盾是用螺栓上紧并焊接在一起的。在中盾内布置了推进缸支座和管片安装机架。管片安装机支架通过相应的法兰面和管片安装机梁连接起来。推进缸和连接盾尾的铰接油缸布置在中盾。为稳定岩石和用掘进设备进行试掘进，在中盾的盾壳上焊接了带球阀的超前钻机孔。中盾和盾尾之间使用的是预紧密封。如果密封出现问题，虽然有脂润滑，水还是能够进入盾壳；那么铰接密封有一个可膨胀的应急气囊密封临时保护，防止水的进入。气囊最大膨胀压力为10bar。注意：如用气囊应急密封时，则不允许掘进。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司1.3.4盾尾盾尾通过14个铰接油缸和中盾相连。在盾尾的保护下用管片拼装机安装管片；而在盾尾尾部和已装好的管片之间用盾尾刷密封。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越第二章ThirdChapter盾构施工工艺中铁二局工程有限公司中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越1、建造盾构工作井2、盾构掘进机安装就位3、出洞口土体加固4、初推段掘进施工5、掘进机设备转换6、盾构连续掘进施工7、接收井洞口土体加固8、盾构进入接收井，并运出地面•二、盾构施工工艺中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司2.1盾构始发准备始发井：满足盾构掘进机安装和出洞施工的要求接收工作井:盾构隧道掘进完成后进入接收井,满足盾构拆卸或转场吊装移位的工作空间要求。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司2.1盾构始发准备⑴工作井已按设计要求完成并通过验收，其标高、轴线、结构强度等各项技术参数符合设计和规范要求并能满足盾构施工各阶段受力要求（端头井结构尺寸和洞门中心已复核且符合设计要求）；⑵盾构推进、始发／到达施工方案已通过专家评审，评审意见已予落实或整改，监理细则已编制审批；⑶测量、监测方案已审批，监测控制点已按监测方案布置好，且已测取初始值；⑷井下控制点已布设且固定；⑸要求的各项端头措施（端头加固、降水、冷冻等）已经完成，各项指标已经达到设计要求并有检测报告；⑹洞门探孔已打，未发现异常情况并满足始发／到达要求；⑺始发／接收托架架已经设计验算，结构强度满足要求；⑻对盾构隧道沿线的建（构）筑物、管线等设施现有状况及其承受变形的能力已完成调查，并且制订好切实可行的防御措施；⑼施工现场技术交底（含各施工工艺和步骤）已按要求完成；中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司2.2盾构试掘进区间隧道采用土压平衡盾构掘进，土压平衡是利用盾构机切削的泥土充满密封仓并保持适当的土压力来平衡开挖面的土体，从而达到对盾构机前方开挖面进行支护的目的。因此，盾构推进过程中，要根据不同地质、覆土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果及时调整设定土仓压力，推进速度要保持相对平稳，控制好每次的纠偏量，减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好的条件。同步注浆量要根据推进速度、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。根据施工要求，始发口100m范围作为试掘进段，此段施工要对推进参数认真控制，将推进的各项技术参数（如推力、推进速度、出土量、正面土压力等）和地面沉降结合起来进行收集、统计、分析，掌握适应地层的盾构合理的推进参数，以科学地指导后续施工。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司2.2盾构试掘进盾构试参数控制：（1）掘进土压的控制：掘进时，如给定掘进速度，土压通常靠改变螺旋输送机的速度来控制。螺旋输送机的速度快，渣土排出的就快，土压就相应地降低。渣土排出的慢，土压就相应地上升。一般来说，通过改变掘进速度也可以控制土压。减慢掘进速度，土压就降低；加快掘进速度，土压就增加。（2）出碴量的控制每环理论出碴量（实方）为：π×d²×L=π×3.14²×1.5=46.44方/环。虚方约为实方的1.5的膨胀系数，约70方/环。（3）推进速度盾构始发在试验段推进速度在正常情况下应为20-40mm/min，并根据地面测量数据及时调整盾构正面中心土压力。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司2.2盾构试掘进（4）盾构推进中的碴土改良理论上碴土在土压平衡工况模式下支撑介质碴土应具有以下特征：a、良好的流塑状态；b、良好的粘—软稠度；c、低的内摩擦力；d、低的透水性。但一般地层岩土不会自然具有这些特征，从而使刀盘摩擦增大，工作负荷增加。同时，密封仓内碴土流塑状态差时，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。当碴土透水性强时，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、土仓及螺旋输送机内注入泡沫添加剂对碴土进行改良。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司2.3盾构正式掘进（1）盾构正式掘进中加强施工监测，随时调整掘进参数，不断完善施工工艺，控制地表最大变形量在-30~+10mm范围内。（2）掘进推进过程中应严格控制盾构方向，确保隧道实际中线与设计偏差在上、下、左、右均小于50mm。同时应勤纠偏，坡度和方向不能突变，隧道轴向和折角变化不能大于0.4%。在缓和曲线、圆曲线段应根据里程控制掘进方向和偏转角度。（3）盾构推进速度正常控制在2~4cm/min范围，穿过建筑物或与地下构筑物很近时推进速度应适当减缓，以防推进造成周围土体较大的扰动。（4）推进出土量控制每环出土量在98~100%间，同时考虑泡沫与水的改良，每环出土70m3左右。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司2.3盾构正式掘进（5）上述各项工作，必须逐项、逐环、逐日作好施工记录。具体要求如下：①隧道掘进——环号——掘进速度——盾构土仓压力——刀盘转速、油压、螺旋机转速——盾构推力、千斤顶行程——盾构内壁与管片外侧环形空隙（左上、右上、左下、右下四处）②同步注浆——注浆压力、数量、稠度——注浆材料配比——注浆试块强度（每日取样试验）——实际注浆量和理论注浆量的百分比中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司2.3盾构正式掘进③测量——盾构倾斜度——盾构旋转角度——隧道椭圆度——推进总距离——隧道每环衬砌环轴心（X、Y、Z）与设计轴心的偏差④隧道渗漏水统计展示图及渗漏水量施工中应及时将上述记录提交给监理工程师。盾构导向系统盾构掘进参数中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越第三章ThirdChapter管片拼装中铁二局工程有限公司中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司管片拼装中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司管片拼装中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司管片拼装管片拼装分为通缝拼装和错缝拼装（1）通缝拼装——前后环纵缝对齐的一种拼法，其特点（右图）1）整条隧道整体性差因各环之间仅有纵向螺栓连接圆环，管片间无牵连。2）圆环变形大，由于纵向螺栓孔径间隙产生管片位置的变动，使圆环变形量大。3）环面平整度差。由于环缝压密量不一而引起，并使误差累计4）由于环面累计误差存在造成环向螺栓难穿。5）圆环二块管片结缝质量差，易产生喇叭口。、转角、内弧面不平及管片相对旋转等。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司管片拼装（2）错缝拼装——前后环纵缝错开的一种拼法，有1/2或1/3管片弧长的二种，其特点：（右图）1）整条隧道整体性强，纵向变形少；2）由于每块管片受到其前环、后环与本环六块管片的限制，所以圆环变形小；3)圆环质量好同样对拼装的质量要求也很高，不然将影响下环管片拼装精度；、内弧面不平及管片相对旋转等。中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司管片拼装盾构施工的区间隧道，管片衬砌是隧道防水的重要环节。管片拼装的质量直接影响到隧道寿命及永久防水能力，因此严格控制管片安装质量至关重要。1）管片质量要求管片表面不得出现裂缝、破损、掉角等现象，根据技术规范要求：序号项目允许偏差(mm)1拼装成环后水平直径与垂直直径允许偏差（浆液凝固后）102第一片管片定位量允许偏差33相邻管片（环与环、块与块）间的“踏步”44相邻管片肋面允许不平整度55环缝张开≤26纵缝张开≤2中铁二局股份有限公司城通公司勇于跨越追求卓越中铁二局工程有限公司管片拼装2）管片的运输、堆放管片由运送车辆从管片生产工厂运至施工场地，在施工场地安装弹性密封条、传力衬垫等，然后根据管片运输指令经工地门吊垂直运送到编组列车上，再经电瓶车运至隧道内工作面进行拼装。在这个过程中的各工序应注意以下问题：①制定专门的管片运输作业指导书，在管片水平或垂直运输过程中，所有运输过程中应特别注意对管片的保护，避免造成损坏；②管片的存放物场地必须平整，并用枕木或其它材料铺设成管片堆放