盾構機進洞技術

題目淺談盾構機進洞技術申報單位中鐵二十二局集團第一工程有限公司作者姓名單位職務職稱朱斌中鐵二十二局一公司北京地鐵六號線項目部盾構機操作手/助理程師論文依托項目背景及完成時間論文依托項目背景是根據(jù)自己這幾年在盾構施工中的經(jīng)驗以及北京地鐵6號線二期東部新城站至東小營站左線盾構機進洞過程。論文完成時間2013年10月10日。論文發(fā)表及獲獎記錄無論文摘要進洞在盾構法隧道施工中占有極其重要的位置，確保盾構以正確的姿態(tài)順利進洞，防止出現(xiàn)坍塌等事故是施工的重點。以北京地鐵6號線東部新城站一東小營站區(qū)間隧道在過東部新城站時進洞施工為例,對進洞施工提出具體的措施和方案。申報單位對論文的綜合評價（蓋章）年月日單位評審上報意見及申報等級（蓋章）年月日集團公司評審意見（蓋章）年 月 日淺談盾構機進洞技術朱斌摘要:進洞在盾構工法隧道施工中占有極其重要的位置，確保盾構以正確的姿態(tài)順利進洞，防止出現(xiàn)坍塌等事故是施工的重點。以北京地鐵6號線東部新城站一東小營站區(qū)間隧道在過東部新城站時進洞施工為例，對進洞施工提出具體的措施和方案。關鍵詞:盾構;進洞;管片1概述進洞是指在盾構機組裝完成后，放置在符合設計軸線的基座上，具備掘進、管片安裝、背襯注漿條件,利用負環(huán)管片、反力架等承受反作用力的設備，將盾構機貫入進洞口進入地層沿所定線路向前推進，直至盾構機完全進入隧道，拆除洞口負環(huán)管片、反力架等輔助設施的一系列作業(yè)。在盾構機進洞階段，應確保進洞段地層的自穩(wěn)性、確保盾構按照設計線路進洞、防止負環(huán)管片的移位、保證進洞段管片襯砌不滲水等。2進洞施工順序及技術要求2.1進洞段地層加固為了盾構機順利進洞有兩種方式:一是采用化學注漿、旋噴法等方式使進洞段地層具有一定的自穩(wěn)性；二是通過設置雙層擋土墻或雙層豎井的方式使進洞段地層具有一定的自穩(wěn)性。一般情況下，由于進洞施工場地限制及節(jié)約成本的考慮，多采用第一種方式，即通過地質改良使地層具有一定的自穩(wěn)性，從而確保進洞施工的安全。地層加固應達到以下目的：①防止設置豎井時造成的圍巖松動影響；②確保拆除臨時墻后的開挖面具有一定的自穩(wěn)性；③防止或減少地層損失從而減少地面沉降。地層加固的常用方法有:化學注漿法、高壓旋噴法、深層攪拌法、凍結法等。2.2輔助設施安裝盾構機進洞時需設置盾構基座、反力架、負環(huán)管片、密封裝置等輔助設施。盾構基座設置需考慮盾構機組裝位置（高度、方向）、盾構機的重量以及盾構機組裝后的作業(yè)施工性，一般是由工字鋼和鋼軌等材料構成，在盾構組裝之前就位。反力架與負環(huán)管片的設置需考慮管片和碴土運輸?shù)目臻g和進洞出洞的洞門環(huán)梁的距離，反力架一般采用型鋼,負環(huán)管片可采用鋼管片或高強度鋼筋混凝土管片。反力架和負環(huán)管片一般在盾構機組裝完成之后安裝。第一環(huán)負環(huán)管片的安裝質量直接影響以后整個隧道的管片的安裝質量、管片選型以及整個工程的轉彎環(huán)管片的使用數(shù)量,所以務必保證第一環(huán)負環(huán)管片的安裝質量（橢圓度、K塊位置的準確性、與負環(huán)鋼管片的連接質量）。便于第一環(huán)負環(huán)的安裝，在施工過程中我們常在盾尾的下半圓安裝6道支撐，支撐的高度為盾尾間隙，拼裝完第3環(huán)負環(huán)就可以拆除。密封裝置（洞門簾布）由洞口防滲材料、防止填料反轉的壓板及固定它們的鐵件構成,是用于出洞口與盾構機或者管片的間隙中，起止水作用，從而提高施工的可靠性和安全性的部件。密封裝置在盾構機貫入作業(yè)面之前安裝，并在盾構機開始掘進之前通過調節(jié)壓板使密封裝置起到止水作用。2.3洞門圍護樁破除盾構調試完成后，在確保洞外土體的加固效果良好的情況下開始拆除洞口圍護樁。先在洞圈內搭設腳手架，在洞口中心鑿一個孔，用來觀察內部土體情況，然后先鑿除圍護樁的頂部，留3跟鋼筋，并在每根圍護樁中間偏上鑿除一個吊裝孔，清理干凈落在洞圈底部的混凝土碎塊,然后在鑿除圍護樁的底部并割除底部的所有鋼筋，利用龍門吊吊起圍護裝，拆除腳手架，割掉圍護樁頂部的鋼筋，吊出維護裝。洞口臨時圍護樁除要連續(xù)作業(yè)盡量縮短施工時間，以減少正面土體流失量。2.4試掘進一般情況下，通過試掘進可以熟練掌握盾構操作方法、在不同地層中盾構推進各項參數(shù)的調節(jié)控制方法;熟練掌握管片拼裝工藝、防水施工工藝、環(huán)形間隙注漿工藝;測試地表隆陷、地中位移、管片受力等，依此及時詳細分析在不同地層中各種推進參數(shù)條件下的地層位移規(guī)律和結構受力狀況，以及施工對地面環(huán)境的影響，并及時反饋信息，調整施工參數(shù)，確保安全順利施工。試掘進段的長度根據(jù)工程的特性予以確定。3進洞階段的施工3.1盾構進洞的準備工作3.1.1 地面準備工作建立井上井下測量控制網(wǎng)；根據(jù)進洞場地的條件及相關設計要求，確定反力架、負環(huán)管片及盾構基座的尺寸并進行生產(chǎn)；對全體施工人員進行崗位培訓；備齊盾構進洞及前期掘進所需的材料、設備及機具。3.1.2井下準備工作地層加固:為保證地層加固的效果,地層加固應在盾構開始掘進前完成，并確保地層加固段具有一定的強度，保證進洞施工的安全。對洞口中心進行復核:在盾構機進行組裝前必須對洞口中心位置進行復核,以保證盾構始發(fā)方向正確。盾構基座的安裝:盾構組裝前，按設計將盾構基座安裝好。盾構基座的安裝應注意出洞段隧道所處的線路平、縱面曲線條件，確保盾構中心軸線的坡度與隧道設計軸線坡度相適應，考慮到隧道后期沉降因素，洞口處盾構中心軸線坡度可比設計軸線略高5%。?10%。，特別注意在對盾構基座固定前應按設計進行準確的定位，嚴格控制標高及中心軸線等。定好位后對基座加支撐，防止盾構基座移動。盾構基座應具有足夠的剛度和強度，導軌必須順直。反力架、負環(huán)管片的安裝:在盾構機組裝完成后,按設計要求對盾構機精確測量定位后拼裝反力架和負環(huán)管片為盾構推進提供反力。負環(huán)管片根據(jù)實際情況隨盾構的推進逐環(huán)拼裝。盾構反力架、負環(huán)管片的整體傾斜度應與盾構基座的安裝坡度一致，以保證盾構機進洞姿態(tài)的準確。在對反力架固定前，應按設計對其進行精確的定位。反力架通過預埋件與豎井結構連接起來,負環(huán)管片緊靠在反力架上以保證受力均勻。為保證管片點位的準確,拼裝第一環(huán)負環(huán)管片時一定要精確控制好拱底塊的位置。反力架和負環(huán)管片在盾構后座頂力作用下應滿足強度和剛度的要求，特別要防止反力架和負環(huán)管片出現(xiàn)過大的位移；盾構基座導軌必須順直，嚴格控制標高、間距及中心軸線。負環(huán)管片四周需要用鋼絲繩捆綁，負環(huán)與基座軌道接觸面用楔形木靴支撐，保證負環(huán)受力均勻。洞口止水裝置的安裝:豎井施工時在洞圈預埋環(huán)狀鋼板,盾構始發(fā)前在洞圈安裝簾布橡膠板、壓板(防止簾布橡膠板翻轉)等組成的密封裝置,作為施工階段臨時的防泥水措施。同時為了防止盾構始發(fā)掘進時土體或水從間隙處流失，盾尾進入土層后，調整壓板，進行壁后填充、注漿。3.2鑿除洞口臨時圍護樁盾構調試完成后，在確保洞外土體的加固效果良好的情況下開始拆除洞口臨時圍護裝。整個作業(yè)過程中，由專職安全員進行全過程監(jiān)督，杜絕安全事故隱患，確保人身安全，同時對洞口上的密封裝置采取必要的保護措施。3.3盾構進洞進洞口加固土體達到設計強度，盾構調試及臨時維護樁拆除后，盾構迅速貫入工作面進行加壓掘進,盡量縮短掌子面暴露的時間。盾構機進洞前要特別檢查開挖面情況,以確定沒有鋼材、木料、較大塊的混凝土等異物以及洞口圈鋼筋已清理干凈。盾構切口進入洞口內，通過螺旋輸送機反轉的方式向土倉加泥建立開挖面的初始穩(wěn)定。3.4洞口圈封堵當盾構前體進入洞口后及時調整洞口圈密封設備的壓板，防止注漿時因注漿壓力作用使簾布橡膠板外翻發(fā)生漏漿。根據(jù)出洞口的深度推算出盾尾進入開挖面的里程，確定盾尾已進入開挖面土體后，開啟盾尾油脂系統(tǒng)為盾尾注入足量的盾尾油脂，然后通過管片預留注漿孔對洞口圈壓注雙液漿進行封堵，也可以用快凝水泥人工封堵洞門圈外側。待洞口圈封堵完成后開啟同步注漿系統(tǒng)進行背襯注漿，進入正常掘進循環(huán)。3.5聯(lián)系條的安裝盾構進洞后，在拆除負環(huán)管片前，在管片注漿孔(吊裝孔)安裝螺栓將進洞段10環(huán)管片用高強度的角鋼聯(lián)系起來，防止在負環(huán)管片拆除后，出洞處管片之間出現(xiàn)松動，從而導致滲水等事故。聯(lián)系條必須在洞口混凝土保護圈達到設計強度后才能拆除。4進洞段施工的注意事項盾構始發(fā)前要根據(jù)地層情況，設定一個掘進參數(shù)。開始掘進后要加強監(jiān)測，及時分析、反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，動態(tài)地調整盾構掘進參數(shù)，同時還應注意以下事項：始發(fā)前應在基座軌道上涂抹油脂,減少盾構推進阻力；始發(fā)前應在刀頭和密封裝置上涂抹油脂，避免刀盤上刀頭損壞洞口密封裝置；盾構基座要有足夠的抗偏壓強度,導軌必須順直，嚴格控制其標高、間距及中心軸線;及時封堵洞圈，以防洞口漏漿;壓板要有足夠的剛度，以免由于注漿時導致壓板彎曲變形使簾布橡膠板外翻；洞口臨時圍護樁拆除前的確認：進洞前確認臨時圍護樁拆除后的形狀是否有礙于盾構機的通過;另外，檢查襯墊的安裝狀況,如襯墊與圍巖之間距離較遠，則設置承臺，防止盾構機前傾；防止盾構旋轉、上漂:盾構機進洞時，正面加固土體強度較高,由于盾構機與地層間無摩擦力，盾構機易旋轉，宜加強盾構姿態(tài)測量，如發(fā)現(xiàn)盾構有較大轉角，可以采用刀盤正反轉的措施進行調整;盾構剛出洞時,掘進速度宜緩慢,盡量減少對土體的擾動，掘進時可加泥或加入泡沫劑降低盾構正面壓力，防止盾構上漂，同時加強后盾支撐觀測，發(fā)現(xiàn)異常及時處理;防止盾構低頭:盾構進洞時盾構機發(fā)生低頭的情況主要有兩種:一是刀盤在洞口圈未進入開挖面時，當洞口深度較大時，盾構機隨著向前推進,由于刀盤缺乏支撐在自重作用下極易發(fā)生低頭,故當洞口深度超過一定值時應在洞口圈底部安設導軌進行支撐；導軌的位置應與盾構基座導軌對齊，軌面標高、坡度與盾構基座一致，導軌的長度要適應洞口深度及盾構刀盤寬度，即導軌距掌子面的距離要稍大于刀盤寬度;導軌安設要確保牢固，軌面應涂抹油脂以減少阻力;二是盾構刀盤推出進洞段加固區(qū)時，當盾構機刀盤及前體推出加固區(qū)進入自然地層,可能由于刀盤自重的作用導致盾構機低頭，為此要掌握好盾構機進入自然地層的準確位置，在進入前調整土倉壓力使其略大于理論值，根據(jù)實際情況必要時可向刀盤或土倉加泥或泡沫劑，對碴土進行改良，在盾構進入自然地層前一定要調整好盾構機的姿態(tài)，不可讓盾構機以低頭的姿態(tài)進入自然地層。5施工實例北京地鐵六號線東部新城一東曉營區(qū)間隧道，采用一臺土壓平衡盾構機施工。管片環(huán)設計為6塊，即A1、A2、A3、B1、B2、C塊。5.1進洞前的準備工作區(qū)間沿線地面高程19.5~19.8m。線路平面上，線路出東部新車站后，以R=1500曲線右轉，再以R=1000曲線左轉，接著再以R=500曲線右轉后，接入東小營站。區(qū)間縱向呈V字坡，隧道縱坡最大坡度12%。，區(qū)間隧道底埋深15.74~18.87m。區(qū)間穿越的地層主要有粉細砂層、局部夾粉質粘土層、中粗砂層。線路賦存潛水一種地下水。先對距離進洞洞口6米的線路進行注漿加固，加固完成后在掌子面鉆6個探孔，檢查加固效果，然后將圍護樁鑿除。在盾構機到達車站東端之前，清理出洞口的碴土和雜物，在刀盤貼近洞口之前將洞口密封裝置安裝完畢。5.2盾構基座的安裝在盾構機下井之前，由測量組詳細檢查刀盤中心與始發(fā)臺的結構輪廓尺寸的關系，確定盾構基座的安裝位置。在完成基座定位之后，及時安裝盾構基座并加固。保證基座的安裝的標高。5.3反力架、負環(huán)管片的安裝根據(jù)北京東部新城站一東小營站區(qū)間里程及東部新城站車站結構準確定出反力架、負環(huán)管片的輪廓控制尺寸以及在重點部位做出標記。在盾構機主機與后配套連接之后，盾構機調試的同時，開始安裝反力架與負環(huán)管片。安裝時要精確定位，定位精度要控制在土5mm之內。在完成反力架的定位之后，反力架與車站結構連接部位的間隙一定要用鋼板墊實，保證車站結構與反力架腳板有足夠的抗壓強度。同樣，負環(huán)管片與反力架之間也要盡可能地密貼。第一環(huán)負環(huán)管片的安裝:首先安裝A2塊，再依次安裝A1、A3塊,在安裝B、C塊時，在管片安裝機的抓取頭歸位之前，用槽鋼將這兩片管片固定在盾殼的固定位置，槽鋼一邊焊在盾殼內表面，一邊焊在負環(huán)鋼管片之上。要盡量保證槽鋼中線與盾構機的軸線平行,以保證在安裝完最后一環(huán)負環(huán)管片后盾構機能順利往前推進。負環(huán)管片的安裝全部采用標準環(huán)的管片類型安裝時保證管片安裝的橢圓度。負環(huán)管片與盾構基座之間用方木斜楔緊。在