1、加泥式土压平衡盾构综合施工技术。、。、 目 录一、工程概况及特点 4 1.1 工程概况 4 1.2 岩土分层特征 6 1.3 不良地质 10 1.4 特殊岩土 10 1.5 水文地质 11 1.6 工程特点 11二、盾构施工法概述及盾构机的选型 12 2.1 盾构施工法概述 12 2.2 盾构机的选型 13三、土压平衡盾构机 16 3.1盾构主体组成 16 3.2 加泥式土压平衡式盾构机的主要特点 24 3.3 盾构机关键技术参数计算 24 3.4 刀具选择 27四、管片衬砌设计及制作技术 29 4.1 通用管片设计 29 4.2 管片强度及裂缝宽度检算 37 4.3 管片衬砌结构变形检算 32、7 4.4 管片拼装荷载检算 37 4.5 管片衬砌制作技术 40五、盾构隧道施工 46 5.1 盾构机拼装、拆卸 46 5.2 盾构始发 48 5.3 掘进原理 55 5.4 加泥式盾构的原理 56 5.5 盾构掘进施工 61 5.6 洞内运输系统 67 5.7 盾尾油脂的压注 70 5.8 管片拼装 70 5.9 同步注浆 74六、防水设计施工 77 6.1 混凝土管片自身的抗渗性 77 6.2 混凝土管片自身的制作精度 78 6.3 增设混凝土外防水层以加强衬砌的抗渗、防腐能力 79 6.4 衬砌接缝的第一道防线:弹性密封条 80 6.5 嵌缝密封防水 83 6.6 盾构法隧道渗漏的处理3、 85七、刀具更换施工 86 7.1 开仓前的准备 86 7.2 开仓 87 7.3 地表监测 88 7.4 应急及预防措施 88八、激光导向技术 88九、施工监测技术 96 9.1 地基位移监测技术 96 9.2 隧道变形及位移的防止对策103十、盾构穿越特殊地段的技术对策106 10.1 盾构穿越河流的技术措施 106 10.2 盾构穿越立交桥 106 10.3盾构穿越断层的技术措施 107 10.4 硬岩及软硬不均地层施工是本盾构隧道施工的关键 108 10.5 重叠段、下穿构筑物段盾构法隧道区间的施工 109 10.6 对富水地段的处理方案 110 10.7 对地下管线及地面建筑物等的4、保护 111一. 工程概况及特点11工程概况深圳地铁2号线东延线2227标段包括东门南站至黄贝岭站区间、黄贝岭站至新秀站区间、新秀站共1站2区间。新秀站：位于罗芳路与新秀路交叉口处以东新秀路下，沿新秀路东西向布置，车站由214.7m长的车站本体（明挖）和319.4 m长的 站后折返线区间（暗挖）组成，全长534.1m,车站标准宽度17.5m,地下三层8m岛式站台车站，有效站台中心里程处，顶板覆土4.092m,出入口共3个，紧急疏散口出口1个。车站本体结构为明挖三层双跨混凝土框架结构，折返线区间为暗挖单层轨行区间，区间中部明挖四层单跨钢筋混凝土框架结构为折返线风机房及风亭。车站本体和风机房明挖顺5、做法施工，折返线轨行区间暗挖施工。黄贝站新秀站区间：本区间左右线为分修的单线隧道，区间里程ZCK34+533.919ZCK35+616.2,左线隧道长1084.031m；区间里程YCK34+515.719YCK35+616.2,右线隧道长1100.481m，单线隧道总长2184.494m。区间线路从黄贝岭站往东前行，线路拉开，左线先下穿5号线，后左右线下穿新秀立交从主桥两侧通过，沿新秀路东行，下穿沙湾桥，往东进入新秀站。区间里程YCK34+515.719YCK34+892、 YCK34+898YCK34+927.5、YCK35+472.104YCK35+497.500、ZCK34+533.916、9ZCK34+923.000、ZCK35+476.104ZCK35+497.500段采用矿山法施工，其中里程YCK35+472.104YCK35+497.500、ZCK35+476.104ZCK35+497.500采用后期盾构通过，其余段落采用盾构法施工。区间在里程YCK34+895，YCK34+927.500YCK35+942.000，ZCK34+923.000 ZCK34+937.5，YCK35+516.500分别设1# 施工竖井、盾构始发井、吊出井及2#施工竖井；在里程YCK35+017.000处设区间联络通道及泵房。东门南站黄贝岭站区间：起讫里程YCK33+195.396YCK34+17、93.45，区间采用盾构法施工，左线隧道长996.306m，右线隧道长998.054m,单线隧道总长1994.360m。线路从东门南站由叠线方式 出站后，隧道重叠长约120m后分开，往东沿深南东路前行，到达黄贝岭站。盾构区间隧道衬砌管片外径6000mm，内径5400mm。每环平均宽1.5m，厚300mm，为楔形量38mm的通用管片，每环管片分为六块，三个标准块，两个邻接块，一个封顶块。标准块与邻接块管片环向面上设接头螺栓2只，纵向面上设接头螺栓2只，采用M27弯螺栓。钢筋砼管片强度等级C50，抗渗等级S10，耐腐蚀系数大于0.8。管片外侧涂抹双组份聚氨酯进行防腐防水处理，管片接缝设遇水膨胀橡胶8、材料与三元乙丙弹性橡胶复合而成的密封垫。线间距035.9m，隧道最大纵坡28，最小纵坡2，隧道轨面埋深约8.2328.81m。采用德国海瑞克公司生产的土压平衡盾构机两台进行隧道掘进施工。该盾构机具有以下主要特点：结构先进，自动化程度高，采用了国际盾构最新技术，开挖、出渣、衬砌拼装易于控制；施工效率与可靠性高，安全性能好；适用于较大的土质范围与地质条件，能用于多种复杂的土层；施工速度快，可以获得较小的沉降量。该盾构机配备了泡沫注入系统，膨润土注入系统和压缩空气系统，具有土压平衡，敞开式，半敞开式三种功能模式，刀盘刀具设计为可更换式，盘形滚刀与齿刀可互换，以适应不同地层高效破岩切削需要。盾构机操作9、控制系统采用PLC，具有自动、半自动和手动三种控制模式。配置了土压力和推进参数自动测量，数据采集处理和运程传输系统，可以实现办公室的掘进工况信息管理，配备了自动定压同步注浆系统，对环形间隙及早注浆填充，以稳定管片和控制地层沉降。配备自动测量导向系统，可以实时测控盾构机姿态和管片拼装精度。盾构采用中间铰接方式，可以适应较小半径曲线的推进转弯；推进油缸设计为可分组独立控制伸缩动作，辅于配置的超挖刀，可以较好地控制掘进方向和进行纠偏。12岩土分层特征素填土（Q4ml）黄、褐黄、褐红、灰、浅褐等色，主要由粘性土混少量砾砂或碎石组成，局部含砂或碎石较多，结构松散至稍密，部分路段表层为混凝土。区间范围内分10、布较广泛，厚度变化起伏较大，区间范围内37个钻孔未揭示该层，厚0.55.00m。标贯试验实测击数17击；根据室内试验：=1.972.01g/cm3、=8.0%21.3%、e=0.581.26。填石（Q4ml）灰色，主要由碎块石组成，松散，稍湿。粒径0.530cm，含量不等，有粘性土充填，石质成分砂岩质，偶夹碎砖块，局部表面为混凝土层。区间范围内有12个钻孔揭示该层，厚度变化起伏较小，厚0.63.3m。杂填土（Q4ml）灰色，由粘性土和建筑垃圾组成，底部为砾石层。结构呈松散稍密状态。详勘阶段仅4个钻孔地表揭示该层，厚03.1m。在线路穿越区域规划好的路面下局部可能会存在杂填土透镜体。淤泥质粘土（11、Q4al+pl）灰、深灰色、灰黑色，软、可塑，含少量有机质，有腥臭味。区间范围内多呈透镜体状分布，偶夹薄层砂，区间范围内仅8个钻孔揭示该层，厚04.25m。标贯试验实测击数3.7击。粉质粘土（Q4al+pl）灰黄色，软塑，由粘粒组成，具粘性。区间范围内呈透镜体状分布，仅2个钻孔揭示该层，厚01.5m。粉质粘土（Q4al+pl）灰黄、褐红色、灰、黄等色，可塑，不均匀含砂2035及少量砾石，摇振反应无，干强度高，韧性强，岩芯为土柱状。区间范围内分布不连贯，多呈透镜体状分布，仅16个钻孔揭示该层，厚度为06.00m。标贯试验实测击数13.4击。根据室内试验：=1.541.99g/cm3、=17.4%12、57.6%，平均26.6%、e=0.540.69，平均0.62、IL1、a0.1-0.2=0.241.06MPa-1、Es0.1-0.2=2.596.57MPa、天然快剪试验测得凝聚力为15.6026.36Kpa，内摩擦角为6.226.4 o 。粉质粘土（Q4al+pl）灰黄、褐红色夹灰白、黄色，硬塑。土质不均匀，偶夹薄层粉细砂，摇振反应无，干强度高，韧性强，岩芯为土柱状。区间范围内呈片状分布，仅32个钻孔未揭示该层，厚度为07.80m。标贯试验实测击数17.1击。根据室内试验：=1.652.05g/cm3、=19.7%54.9%，平均33.4%、e=0.590.94，平均0.83、IL1、a13、0.1-0.2=0.270.94MPa-1、Es0.1-0.2=2.706.95MPa、天然快剪试验测得凝聚力为20.4243.39Kpa，内摩擦角为6.719.5 o 。粉砂（Q4al+pl）灰白、灰、褐黄色，稍密，饱和，级配较好，粘粒含量较重，分选性较差。勘察阶段区间范围内仅4个钻孔揭示该层，呈透镜体状分布，厚度为02.40m。细砂（Q4al+pl）灰白、灰黄、灰、褐红色，稍密，饱和，级配较好，偶夹卵石及粘性土，分选性较差。勘察阶段区间范围内仅5个钻孔揭示该层，呈透镜体状分布，厚度为02.30m。标贯试验实测击数13击。中砂（Q4al+pl）浅黄色，中密，饱和，级配较好，偶夹卵石及粘性土，14、分选性一般。勘察阶段区间范围内仅3个钻孔揭示该层，呈透镜体状分布，厚度为02.40m。标贯试验实测击数16击。粗砂（Q4al+pl）黄、灰白色，主要成分为石英质，次棱角状，饱和，中密密实；分选性较差，上部略细；含少量砾石。呈透镜体状分布，勘察阶段仅12个钻孔揭示该层，厚02.95m.。标贯试验实测击数23击。砾砂（Q4al+pl）浅黄、灰黄、黄、灰白色，主要成分为石英质，次棱角状，饱和，中密；略具分选性，上部略细；含少量砾石。呈透镜体状分布，勘察阶段仅5个钻孔揭示该层，厚02.40m.。标贯试验实测击数20.0击。卵石土（Q4al+pl）浅黄、灰白色，主要成分为长石、石英质，亚圆状，饱和，密实15、；分选性差，粒径20200mm大于50%。呈透镜体状分布，勘察阶段仅Z3-2TDH-04、15钻孔揭示该层，厚01.20m.。砂（砾）质粘土（Qel）褐红、黄褐、灰黄夹灰白色，可塑状，由下伏基岩残积而成，原岩结构清晰可辨，光滑，摇振反应无，干强度中等，韧性强，夹有2030%石英颗粒，局部偶含石英角砾。多呈透镜体状分布于素填土之下，分布不均匀，仅11个钻孔揭示该层。厚度起伏大，层厚1.6011.20m。标贯试验实测击数14击；根据室内试验：=1.731.88g/cm3、=34.6%45.9%、e=0.941.29、天然快剪试验测得凝聚力为20.9127.57Kpa，内摩擦角为7.817.4 o 16、。砂（砾）质粘土（Qel）褐红、灰黄、黄夹灰白色，硬塑，由下伏基岩残积而成，原岩结构清晰可辨，局部夹少许砂岩角砾，光滑，摇振反应无，干强度中等，韧性强。局部为粉土，岩芯呈土柱状。主要分布在人工素填土及冲洪积砂层之下、基岩面之上，基本呈层状分布，仅38个钻孔未揭示该层。厚度起伏较大，厚1.258.10m。标贯试验实测击数22.4击；根据室内试验：=1.662.03g/cm3、=19.8%55.8%、e=0.581.56、天然快剪试验测得凝聚力为20.0046.46Kpa，内摩擦角为5.520.0 o 、固结快剪试验测得凝聚力为21.8234.71Kpa，内摩擦角为17.624.8 o 。全风化凝17、灰质粉砂岩、碎裂混合岩（J2tn）黄、褐红、灰黄夹灰黑色，原岩结构基本破坏，尚可辨认，裂隙极发育。岩芯呈坚硬土柱状，手捻具砂敢，偶尔夹强风化角砾。区间范围内41个钻孔未揭示该层。厚度变化较大，厚0.810.40m，埋深8.818.00m。标贯试验实测击数37.6击；根据室内试验：=1.702.06g/cm3、=18.2%45.4%、e=0.531.32、天然平均=15.6o、天然快剪试验测得凝聚力为27.0647.27Kpa，内摩擦角为13.026.5 o 、固结快剪试验测得凝聚力为31.6539.40Kpa，内摩擦角为24.129.9 o 。强风化凝灰质粉砂岩、碎裂混合岩（J2tn）灰黑、灰18、黄、褐黄色，原岩结构清晰可见，风化剧烈，裂隙发育，岩芯呈半岩半土状，岩块手折可断，干钻困难。层状分布，厚度变化较大，厚1.814.10m。标贯试验实测击数55.8击；根据室内试验：=1.861.94g/cm3、=15.3%31.3%、e=0.610.89、天然快剪试验测得凝聚力为25.0154.54Kpa，内摩擦角为15.921.8 o 。中等风化凝灰质粉砂岩、碎裂混合岩（J2tn）灰、浅灰色，粉粒结构，层状构造，泥质胶结，岩质较硬。节理裂隙发育，节理面见铁锈，岩芯呈块状，少量短柱状，锤击声脆，易碎。分布在之下，埋深16.00m以下。本次勘察阶段14个钻孔未揭示该层。根据相临工点的试验资料揭示19、，其天然抗压强度18.1941.17MPa，饱和抗压强度20.7055.00MPa。微风化凝灰质粉砂岩、碎裂混合岩（J2tn）灰、深灰色，粉细粒结构，块状构造，硅质胶结为主，部分泥质胶结。断口新鲜，矿物成分主要为石英、长石、云母，岩体裂隙较较发育，偶见节理。岩体较完整，岩心多呈柱状状，岩石较坚硬，锤击声脆。勘察阶段16个钻孔揭示该层。根据本区间及相临工点的试验资料揭示，其天然抗压强度29.4759.85MPa，饱和抗压强度28.9148.65MPa。断层角砾（Fbr）灰色、深灰色，土状及角砾土状，断层泥胶结，含大量粘土矿物，岩石经挤压破碎所致，角砾呈碎屑状，挤压破碎明显，手捻不易碎，糜棱化明显20、。区间范围内Z3-2TDH-22#、Z3-2TDH-29#共2个钻孔揭示该层。13不良地质砂土液化:由于砂层均呈透镜或者薄层状分布,可不考虑砂土液化影响。断层破碎带：本区间段内共有5条断层穿过，属于罗湖断裂带。断层（FL8）揭示厚度为11.016.1 m，隧道穿越厚度约20 40m，洞身范围主要为断层角砾，右线隧道可能为断层泥，对施工影响较大；钻孔揭示断层（FL9）厚度为7.615.5 m，隧道穿越厚度约20 40m，洞身范围主要为中分化构造角砾岩，钻孔未揭穿该层。钻孔揭示断层（FL10）厚度约8.89.5 m，隧道穿越厚度约10 30m，洞身范围主要为中分化构造角砾岩，岩质软硬不均，对盾构施21、工有一定影响；钻孔揭示FL11断层厚度为2.5 m，隧道穿越厚度约10 30m，断层带洞身范围主要为断层角砾，透水性强，需加强支护；钻孔揭示FL12断层，厚度约12.014.2 m，隧道穿越厚度约20 40m，断层带洞身范围主要为中分化构造角砾岩，岩质软硬不均。另断层破碎本身也是良好的排水通道，施工中可能会产生突水、涌砂、涌泥的情况。 14特殊岩土特殊岩土为人工填筑土、软土、砂岩风化岩及殘积岩土。人工填筑土：主要为素填土、填石、及杂填土等，地层代号分别为1-1、1-2、1-4。素填土褐黄、灰及褐红等色，松散或稍密，密实度不均匀，多为稍湿，局部潮湿，以粘性土及土状全风化砂岩为主，局部含少量碎石及22、块石，表层多为石质路面。区间范围内分布较广泛，基本上分布于地表，局部分布于杂填土或填石之下，该层厚度起伏较大，厚06.90m。由于隧道大多在1127m的地下穿行，对区间隧道的盾构施工影响小，仅限于盾构起吊井附近。软土：淤泥质粘土。灰黑色、深灰色、软塑状，局部为流塑状，粘性土中含有机质，稍具臭味，局部含少量砂。钻孔揭示该层主要呈透镜状分布于填土及虫轰击冲洪积层之间，厚约03.70m，可能发生软土震陷。但区间采取盾构法进行施工，软土层位于隧道顶部以外，软土震陷对隧道工程影响很小。殘积土及凝灰质粉砂岩风化岩：凝灰质粉砂岩均匀性较差，强度不一，接近地表的残疾土受水的淋滤作用，形成网紋结构，土质较坚硬，23、而其下强度较低，再下由于分化程度减弱强度逐渐增加。凝灰质粉砂岩殘积层及全风化具有与水软化、崩解，强度急剧的降低特点，基坑开挖中应及时封底、支护；强风化岩具有软硬不均特点。凝灰质粉砂岩风化残积土，厚度变化幅度大。区间隧道基本位于风化岩层15-2、15-3、15-4及断层破碎带中。残积土分布局限，对隧道施工影响较小；全风化岩呈尖硬土状；强风化岩呈半坚硬土夹少量碎块状，软硬不均。残积土、全、强风化岩层具有遇水软化、崩解，强度急剧降低的特点。15水文地质 区间范围地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水。第四系孔隙潜水主要赋存于冲洪积砂层及沿线砂（砾）质粘土层、人工素填土层中。地下水水位埋深2.034.924、5m，以孔隙潜水为主，局部地段微承压。主要由大气降水补给。水量较丰富，水质易被污染。 岩层裂隙水较发育，但广泛分布在砂岩的中强风化带、构造节理裂隙密集带中。富水性因基岩裂隙发育程度、贯通度、与地表水源的连通性而变化，主要由大气降水、孔隙潜水补给，局部具有承压性。16工程特点本区间左右线穿越许多重要建筑及管线，盾构掘进施工对周围环境保护要求极高，施工风险及难度相当大，本工程主要有以下特点： 1）隧道洞身位于残积土层、全及强风化岩、中微风化岩层中，盾构掘进过程中，压力过大或过小，可能引起地面沉降、塌陷或者地面隆起。 2）同一断面软硬相间地段盾构掘进过程中，盾构机可能发生偏移或被卡住。中等风化地段防25、止盾构机刀片被硬岩损坏。 3）隧道穿越强风化岩层，岩体破碎或半岩半土状，易形成洞顶坍塌。 4）隧道穿越FL6断层附近时，可能出现突水、涌砂及涌泥现象，施工中应作好相应的预防工作。 5）隧道底板埋深较深，局部基岩裂隙水可能承压，产生涌水、突水现象。施工止水会引起地下水局部上升，使影响范围内的部分岩土体软化，强度降低。若止水不当，易使管片上浮形成错台。 6）部分地段盾构穿越微风化带，根据取样，单轴抗压强度为90.7Mpa，对刀盘是个极大考验 。 7）既有建筑物 线路由叠线形式出站后拉开，下穿文锦路口到达黄贝岭站。深南东路现为双向八车道道路，路面交通繁忙。两旁为多层或高层建筑，建筑物密集，商业繁华，26、人流密度较大。其中主要建筑物有罗湖商务中心、京鹏大厦、南方国际大酒店。区间由黄贝岭站单台盾构机右线始发，到达东门南站后，盾构隧道叠线出东门南站时，离建筑物较近，最近距离约为1.5m左右，地表沉降需严格控制。区间隧道离罗湖商业中心建筑物桩基础最小水平间距1.3m，下穿其预应力锚杆，竖向间距0.4m。二. 盾构施工法概述及盾构机的选型 21盾构施工法概述 盾构施工法于19世纪初在英国开始使用，经过反复摸索，在近3040年间取得了飞速发展，现在，该施工法已同矿山法一起成为城市隧道施工的两大主要施工方法。20世纪90年代该项技术被引进我国，主要集中应用盾构技术来进行上、下水道、电力通讯隧道、人防工事、27、地铁隧道等施工。目前在上海、广州、深圳、南京等城市已经开始采用盾构法来施工地铁隧道，盾构法在国内逐渐开始发展普及。 盾构施工法与矿山法相比具有的特点是地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构保护下进行，因而是工艺技术要求高、综合性强的一类施工方法。其主要施工程序为：1、建造盾构工作井2、盾构机安装就位3、出洞口土体加固处理4、初推段盾构掘进施工5、隧道正常连续掘进施工6、盾构接收井洞口的土体加固处理7、盾构进入接收井解体吊出 盾构施工与矿山法施工具有以下优点：1、地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小；2、自动化程度高、劳动强度低、施工速度快；3、28、因隧道衬砌属工厂预制，质量有保证；4、穿越地面建筑群和地下管线密集的区域时，周围可不受施工影响；5、穿越河底或海底时，隧道施工不影响航道，也完全不受气候影响；6、对于地质复杂、含水量大、围岩软弱的地层可确保施工安全；7、在费用和技术难度上不受覆土深度影响。盾构法施工也存在一些缺点：1、一次性投入大，施工设备费用较高；2、覆土较浅时，地表沉降较难控制；3、用于施作小曲率半径（R20D）隧道时掘进较困难。 22盾构机的选型盾构施工法大体上分为开放式和封闭式两种。开放式就是没有隔墙而工作面开放的盾构，考虑到确保工作面稳定、高压气下的作业环境等问题，目前已基本上不再采用这个方法。 封闭式盾构是一个设有29、隔墙且用土或者泥水充满其室内，使土或者泥水保持一定的压力，以获得稳定的工作面的机械挖掘式盾构，即使在复杂围岩条件下，原则上也不需要实施辅助施工方法。由于可以控制工作面的稳定，所以对周围地基的影响小，目前，在施工中使用的绝大部分都是封闭式盾构。根据工作面保持方法的不同，封闭式盾构又分为土压式盾构和泥水式盾构。另外，根据是否有将挖掘出的沙土泥土化的添加剂注入装置，又将土压式盾构细分为土压盾构和加泥式土压平衡盾构。加泥式土压平衡盾构适用的土质为冲积砂砾、水、淤泥、粘土等固结度较低的软地基、洪积地基以及软硬相叠地基等，从土质面积来看它的适用范围最广。但是，在高水压地基中，仅仅用螺旋输送机往往难以满足施30、工要求，所以有必要考虑安装各种压力送料装置、改良挖掘地质的性状等措施。泥水式盾构，其泥水压管理比较容易。由于可以通过选择不同的土质范围比较广，比如冲积砂砾、沙、淤泥、粘土层或者叠层中地基结构松软层、含水量较高而工作面不稳定层、以及洪积砂砾、沙、淤泥、粘土层，或者相叠层中水分较多，有可能由涌水引起地基崩坍层等。但是，在透水性较高的地基、巨砾地基中，工作面的稳定往往比较困难，所以有必要考虑采用辅助施工法。另外，还需要一定的基地面积，以保证安放泥水处理设备。盾构分类表按开挖方式分按挡土形式分按工作面加压方式分1、 手掘式2、 半机械式3、 机械式1、 开放式2、 密闭式1、 气压式2、 泥水式3、 31、土压平衡式（削土、加泥）与其它隧道施工方法不同，盾构机是根据每一个施工区段的地质条件、地下水条件、隧道断面大小、区间线路条件、周围建筑物环境等条件进行设计制作。所以，盾构机不是通用机械，而是针对于某种条件的专用机械。也就是说一般很难将盾构机转用到设计隧道以外的工程中加以利用。 盾构机在地下的施工是不可后退的。当盾构机在地下开始掘进施工后，就很难对盾构机的结构组成进行修改。除刀头等部位可以通过特殊的设计得到更换以外，盾构刀盘、压力舱、排土器、推进系统等很难在施工过程中进行修改。从这两点可知，盾构机的设计、制作从根本上决定了隧道施工的成功与否，是盾构隧道施工的最关键的环节。为了设计最为合理的盾构机32、械就必须进行周密的盾构选型工作。可根据下述流程图进行考虑：盾构选型流程图：根据设计断面选择盾构根据衬砌类型选择配套系统装配式衬砌挤压式砼衬砌砼供给系统衬砌安装机械系统工作面稳定不好时讨论工作面是否稳定测定水压、松弛土层或围岩压力现场原位地层工作面稳定程度辅助工法种类及适用性的校核：压气工法；降水法；化学注浆法；冻结法。地质条件以外的条件：工期；外径、机长；造价；环境因数；沿线条件；基地条件；设计线路，线型条件；给排水条件及通风条件。机种及辅助工法的综合比较分析盾构的选定在国内，由于受工程造价及竖井用地面积和挖掘土处理的影响，大部分都选用加泥式土压平衡盾构。根据本工程的复杂的地质条件和狭小的施工33、场地等原因，我们选择了德国海瑞克公司土压平衡盾构机(6250mm)。三. 土压平衡盾构机31盾构主体组成盾构机主要由刀盘、主盾体、螺旋输送机、管片拼装机、液压系统、皮带输送机、操作系统、四节后配套台车组成。1、刀盘设计如同一个切削盘体带有大的进料槽。刀盘面开口率为33。一个很厚的法兰板带3根支承条辐臂用来连接刀盘体与主驱动部件。3根支承条辐臂为厚壁管筒，八根泡沫剂管通过支承条辐臂连到刀盘面板上。根据海瑞克之前在深圳的项目经验，以对深圳地质的了解，采用安装了17”单刃滚刀、刮刀和铲刀的新刀盘。该刀盘设计对于从软土到中硬岩的地质状况是最佳的。在海瑞克刀盘设计里，中硬岩刀具 （滚刀）可以根据地质情况34、换成软岩刀具（齿刀）。海瑞克公司对于刀盘设计选择了经过验证的适用于类似地质状况的掘进技术：海瑞克公司建议使用闭式刀盘从而使隧道开挖面获得机械支撑（包括某些检查刀盘的时候）并尽可能多的阻止大块的孤石进入开挖舱，否则，这些孤石有可能阻塞螺旋输送机。在正常的工作环境下，在硬岩地层中掘进时，刀盘、刀座和刀盘支承结构能够抵抗高达150MPa的硬岩，不会出现刀盘变形及超出正常的磨损。选择用于这项投标项目的刀座适合用于中硬岩隧道的工程项目。这种刀座为重载型铸件及高强度设计。边刀：根据经验，边刀的数量对掘进操作有重要的影响：贯入度：减少对刀刃的磨损；建议安装尽量多的边刀，留出可以接受的大的开口率。海瑞克公司研35、究了刀盘设计：使其能够降低对刀具的磨损、保护刀盘的钢结构、能够实现高的贯入度、幅轮式设计以使每个旋转方向都有4个碴土出口、2个旋转方向(左/右)、刀盘前面4条独立的泡沫注入管用于渣土改良以降低磨损 (4条备用的泡沫注入管)、重型刀盘设计（前板厚50mm）、刀具/刀盘配有专门磨损保护 (例如刀盘面上焊有有hardox 板，外圈上有耐磨格条)。海瑞克公司生产的专用17”单刃滚刀连接到主驱动的牢固连接臂保证了刀盘良好的稳定性。出渣通道的专门几何设计使开挖舱的出渣更加容易，90角渐变能够防止渣土沉淀，大的物料通道从刀盘外缘通到刀盘中心区域，这样便于将挖掘的物料运输到开挖舱。渣土开口设计限制大于约52036、mmx290mm的石块进入。这些石块可以通过螺旋输送机运出去。 钢结构材料为S355J2G3质量标准(中国质量16MnR)。 结构：刀盘设计有8根辐臂，中心块为焊接方式，后面有4根支撑臂与主驱动和宽阔进料通道相连。刀盘在下列的开口边缘备有所需的刀具以便于将挖掘的物料运输到开挖舱： 刀盘中心的径向开口边缘 刀盘外圆周的开口边缘 中心回转体上配有注射调节土壤介质的通道。 中心回转体有四条泡沫/膨润土通道。 切削刀具：根据经验和专业设计技术，刀盘设计和安装都是精心设计的，这样能够预防刀具和刀盘的磨损。刮刀安装在碴土通道的一侧。滚刀/齿刀将在正面及外围区域使用。滚刀/齿刀一般都比刮刀高35mm，滚刀/37、齿刀基本刃间距为不大于100mm。 刮刀：共48把，宽度160mm；可以从刀盘后面更换刀具；高质量的碳质刀刃。 铲刀：共8把，独创的刀盘设计包括安装在刀盘幅臂外缘的铲刀。它们可以双向进行开挖。铲刀的设计保证了快速、清洁的开挖；同时保证了开挖直径的稳定不变。铲刀用可更换的螺纹固定到钢结构上，因此，可以被单独更换。 超挖刀：刀盘上安装了1把超挖刀。该超挖刀可装配软或硬岩刀具。安装的超挖刀通过一个行程50mm的油缸进行操作。超挖刀的伸缩则在主控室内控制 耐磨保护 采用以下耐磨保护方法： 刮刀：软土齿形刀具有高耐磨的钢刀体和高质量的碳化切削边缘。刀齿的支撑有硬质堆焊层保护。 铲刀：铲刀的前刀面硬质堆焊38、到切削边缘，同时刀具后端由碳化衬片保护 滚刀：滚刀带有高度耐磨的切削环，支撑有硬质堆焊保护。 刀盘：刀盘上某些极易磨损的部分安装了特殊的耐磨保护：圆周有耐磨保护环；刀盘面上焊有耐磨保护。 刀具更换所有的滚刀，刮刀和铲刀都可以在隧道内从刀盘后部更换。料槽和土仓相连，料口最大内宽为300mm。这样就保证了通过刀盘面的土料块就完全能通过螺旋输料机。（螺旋输料机能通过的最大块体尺寸为270mm）。一个旋转连接副用于向刀盘面输送入添加物（如泡沫等），安装于刀盘中心部位。刀盘驱动为全液压式。三台电动机驱动液压泵，每台功率315KW。三台泵装于后配套台车上，8套液压变量马达驱动减速箱。通过变量泵与变量马达的39、配合，刀盘转速可在O至4.5rpm之间优化运转。最大刀盘扭矩为4400KNm。最大转速4.5rpm。刀盘可以正反两个方向旋转。刀盘驱动用螺栓安装在压力舱壁上，主要部件如下： 齿轮箱、主轴承、密封支撑、刀盘安装法兰环、密封压紧环、内外密封系统、小齿轮，齿轮马达和轴承。2、盾体由三部分管形筒体组成：前盾体；中盾体；尾盾。 前体和与之焊在一起的承压隔板作为刀盘驱动的支承，压力通过前体作用到开挖面以起到支撑开挖面的作用。前体部分也起到平衡由刀盘作用于土层而产生的力，前盾土仓侧装有五个土压传感器，盾构机掘进时在操作室中可以随时观察到土仓中土体的压力。用于驱动刀盘的八个液压马达安装在前盾上，八套三级液压驱40、动变速齿轮箱带有齿轮油注入孔及水冷却系统。前盾装有气闸，可以使工作人员从承压隔板上的门进入开挖室检查或更换刀具。 中体上安装30个推进千斤顶，油缸都沿圆周装于中体前法兰上，顶杆侧支承端装有橡胶垫。推进千斤顶在与管片接触端装有支承靴，通过支承靴作用一环的管片环上，它们可以通过单个控制或分组控制以达到调整掘进方向的功能。 尾盾焊接成一个整体，通过被动跟随的14个铰接式油缸与主盾体相连。尾盾后端焊有三排钢丝刷环，三排钢丝刷环围成两个密封室。钢丝刷环的内径比管片的外径小很多，这样在盾构机掘进时钢丝刷环压在管片外表面，钢丝刷环之间不断地被注入密封油脂形成一道完整的密封，防止地下泥水侵入盾体里。二号台车上41、装有活塞泵，用于泵入尾盾密封用油脂。3、螺旋输送机斜穿盾体，前部由连接法兰装于前盾承压隔板上，从土料仓底部进料到与皮带机连接处的出料口倾斜安装，倾角为约17度。螺旋壳体上设有总共3个R2的连接件，用于泡沫剂、水等注入。根据螺旋体及中心轴尺寸，单边通过最大块体尺寸为270毫米。4、管片拼装机位于尾盾。管片安装机安装在盾尾区域，用来安装衬砌管片。安装机所具有的各种动作进行了专门调节以使管片精确就位。管片安装机能拼装通用环管片和普通环类型的管片。它主要的运动构件的功能均可通过比例控制来实现。所有方向的运动均进行了可靠的计算，保证足够功率，以使各管片达到精确安装。管片安装机由以下构件组成：悬臂梁、移动42、机架、回转机架、安装头。5、皮带运输机用来把螺旋输料机排出的土料运至运料车。皮带运输机做成一个整体部件，包括电驱动单元。橡胶输送带装有横向滚轮。皮带运输机的主要组成部件为：带式结构；排料段；拉紧装置。6、后配套台车门架台车系统主要由以下部分组成：移送管片的电动葫芦；轨道；4节门架台车，上面安装盾构操作所需的液压、电气部件，还有运料车装料站、高压电缆卷盘、软管卷筒、通风管、操纵室、壁后注浆设备、泡沫与加泥装置。 1号门架台车上装有以下设备：主驱动液压动力站，液压油箱；操纵室；管片吊装用的电动葫芦；同步壁后注浆设备；主轴承润滑、密封脂注入的注脂泵；皮带输送器； 2号门架台车上装有以下设备：用于推进43、管片拼装机、螺旋输料机及附属设备的液压动力站；油冷却和过滤站；膨润土加入设备；吊车轨道。 3号门架台车上装有以下设备：泡沫发生装置；电气配电柜；空气压缩机。 4号门架台车上装有以下设备：变压器；中压开关；皮带输送机；辅助物件运输用吊车滑轨；皮带机支撑及卸料点；高压电缆绕线盘；软管绕管盘；。7、电气系统：高压到低压由变压器完成。变压器为密封式,户外型，功率2000 KVA；初级电压10KV ；次级电压0.4KV；频率55 Hz；保护等级最小IP 55。8、控制系统：西门子S7 PLC为控制系统关键部件，用于控制TBM的主要功能。安装于操作员控制台，在配电柜里装有远程接口，PLC系统与控制台的工44、业计算机接口，通过测量数据采集系统可归纳：“记录、处理、存储、显示和评判盾构掘进机运行中的所有关监控参数”。9、SLS-SL/HRL激光导向系统：VMT公司生产的SLS-SL/HRL激光导向系统是为TBM按设计线路掘进而开发的系统，本系统为TBM高精度地沿着设计路线掘进提供各种所需的必要信息，SLS-SL/HR迅速成为世界范围内TBM广泛使用的标准导向系统。现场实践证明SLS-SL/HR导向系统是一套具有各种必要功能的完美的导向系统。本系统硬件连接简单，不需要复杂的电缆及部件连接。任何一个经过培训的技术人员均可以很快地掌握该系统的配置。值班工程师不用测量员在场就能完成SLS-SL/HR的全部操45、作（包括激光站的前移），测量人员可以把工作重点放在控制测量方面。 10、泡沫生产系统：这个系统用于泡沫的控制、生产和泵送，泡沫生产是在泡沫发生器里通过机械混合空气、水和泡沫来实现。泡沫是一种调节介质，适合于靠土压支持的盾构在掘进过程中泥土粘性非常高的意外情况。泡沫可以增加泥土的流塑性，避免泥土附着于刀盘表面，减小刀具磨损、降低刀盘和螺旋输送机扭矩。泡沫发生系统由以下部件组成：刀盘上有8个注入点、土舱压力板上有4个注入点、螺旋输送机上有4 x 2个注入点、1个水泵7m3/hr (离心式)、1个 泡沫泵 300ltr./h (螺杆式)、混合液控制装置、压缩空气控制装置、4个泡沫发生器、测量装置及其46、控制、用水冲洗时的切换装置。泡沫发生系统11、注浆系统：管片外表面与土层之间的环隙注浆由4根注浆管完成。一号台车上安装两台注浆泵，每台注浆泵有两个出料口和注浆管连接。盾构机掘进时，注浆泵开始工作，注浆材料被泵送到盾尾后端，及时添充管片外表面与土层之间的环隙，注浆量可由理论计算和注浆压力确定，同步注浆保证了成环管片在土体中的姿态。砂浆在地面准备，通过带搅拌器的砂浆车（由用户提供）输送到后配套系统上的砂浆搅拌罐中。砂浆转运泵（由用户提供）安装在砂浆罐车上，砂浆转运泵将砂浆车里的砂浆输送到后配套拖车的砂浆罐中。一般来讲, 砂浆里有适量的阻凝剂以防止砂浆在注浆前凝固。掘进期间，注浆泵吸取砂浆罐的砂浆并47、将其注入盾尾管片与隧道的间隙中。砂浆泵从TBM上的砂浆罐向管片外环间隙注射砂浆，通过行程计数器和压力传感器控制，压力传感器连接到PLC以控制泵的速度，进而控制环间压力在预定的范围内。注浆设备：2个双活塞注浆泵共有4个独立压力出口,安装在后配套右侧，每个压力出口直接接在注浆管上并由压力传感器监视。注浆泵的注浆量可以根据所需来设定。这是由带有流量计的液压泵来实现的。注浆泵的砂浆通过工地提供的砂浆车来供给。 在每次注浆循环的结束，膨润土将被注入来清洗注浆管，这样来维保并能够阻止注浆管发生堵塞。在盾尾内表面上有维保口。通过它们可以检查注浆管内是否有堵塞情况。如果注浆管内发生了堵塞情况，将使用高压水对注48、浆管进行冲洗，来去除堵塞。12、人闸和压缩空气设备 人闸：双室人闸仓的连接法兰安装在前盾上。连接法兰的结构与盾体和刀盘驱动装置的半径相对应。通过连接法兰能使人穿过舱壁密封门进入土仓，此门的直径为600mm。双室人闸仓的中间被一个供人进出的压力门隔开。人闸仓的设计是按EN 12110标准。装在盾体上的压缩空气系统用于调节开挖面的支撑压力和调节人闸仓的空气压力。人闸工作，泡沫系统和工作时使用的刀具所需的压缩空气系统装在后配套上。压缩空气设备包括：电动螺旋式的空压机 10m3/min 7.5 bar 55kW、1台空气罐1000升、空气调节器、压力传感器、控制阀、安装设备、工业空气可呼吸空气（双管路49、更加安全；一条运作，一条备用）。32加泥型土压平衡式盾构机的主要特点结构先进，自动化程度高，采用了国际盾构最新技术。开挖、出渣、衬砌均以液压为动力，易于控制、调整各种作业。施工效率与可靠性高；安全性能好。装备各种监控、传感、控制装置。设备的控制、仪表及监控系统均在盾构控制室内控制。控制室控制台有良好的视野，便于观察刀盘出料、管片安装。设有水平侧滚监控系统，甲烷气体监测报警系统等。采用防爆电机等电气防护措施。设有铰接液压油缸、超挖刀，盾构可以在垂直、水平方向上进行各种调整，能按设计要求完成曲线开挖。刀盘为混合式结构，既可适应较硬地质，也适应软土地层。机器功率强大、结构牢固、操作方便、安全可靠，适50、应地质条件范围广。33盾构机关键技术参数计算 1、计算原理盾构千斤顶应有足够的推力克服盾构推进时所遇到的阻力。这些推进阻力主要有： 盾构四周与地层间的摩阻力或粘结力； 盾构切口环刃口切入土层产生的贯入阻力； 开挖面正面作用在切削刀盘上的推进阻力； 在盾尾处盾尾板与衬砌间的摩阻力； 盾构后面台车的牵引阻力。以上各种推进阻力的总和用下式表示，在使用时，须考虑各种盾构机械的具体情况，并留出一定的富余量，即为盾构千斤顶的总推力。 2、盾构千斤顶的总推力 盾体的摩擦力WM: WM2rl(pvph) 0.5Gs其中，摩擦系数0.25(经验值); 盾构半径r3.125m； 盾体长度l7.8m; 垂直荷载pv51、（kN/m）; 水平荷载ph（kN/ m）; 盾构自重Gs 37000 kN； 盾体上分布的荷载包括垂直土压力pv和水平土压力ph； pv（285297）/2291 kN/m ph205 kN/m; WM0.2523.1257.8(291205)0.53700 10420 kN。 刀盘推力WBA 48把刮刀，34把滚刀（相当于68把刮刀）和8把铲刀（相当于64把刮刀），每把可承受9.4 kN。 WBA（4868864）9.41692 kN。 盾尾在管片上的拉力Fs Fs10 kN/m(经验值) 则Fs23.010189 kN。 后配套系统拉力FNL 取FNL750 kN。 开挖面支撑压力FSP52、 FSP400（6.25/2）12272 kN。 油缸推力F F1042016921897501227225323 kN。 考虑到纵向坡度和曲线开挖及其它因素，推力增加50%，盾构最小推力应为W=1.5F =1.525323=37984.5 kN 推力的经验计算 F=pS=（5001200）D24=46.252（5001200） =1534036816 kN 本盾构机的总推力为39914kN，满足理论计算值和经验值范围要求。 盾构推进功率 盾构最大推进功率Pt=FV=399141.3310-3=53 kW 式中，F为总推力，39914 kN； V为最大推进速度，8cmmin=1.3310-3m53、s。 本机推进功率为75kW，满足上述计算要求。3、刀盘扭矩切削刀盘装备扭矩要考虑围岩条件，盾构机型式，盾构机构造和盾构机直径等因素来确定，总扭矩T=T1+ T2+ T3+ T4 式中：T 1开挖阻力矩； T2切削刀盘正面,外围面及后面围岩间的摩擦阻力矩； T3机械及驱动阻力矩； T4开挖土砂搅拌混合阻力矩。 根据实例可知刀盘装备转矩与盾构机直径大小有很大关系，一般可按下式计算： T= aD3=（0.91.5）6.25310 kNm=21973662 kNm a转矩系数，一般围岩为0.91.5。 本机刀盘最大扭矩为4400 kNm，符合上述要求。4、刀盘驱动功率 刀盘驱动功率Pd=Tn955054、=44001031.59550=691 kW 式中，T刀盘驱动低速最大扭矩，本机为4400 kNm； n刀盘低速最大扭矩时的转速，本机为1.5rpm。本盾构的刀盘驱动功率为945kW，考虑电液转换效率等因素，也完全能够满足上述计算要求。34刀具选择盾构推进中，刀盘上刀具的合理配置非常重要，针对不同的地层设置适合的刀具，不但可以确保正常推进而且可以减少刀具磨损和不必要的浪费。我们根据地质条件和盾构机的刀盘直径，共布置了92把刀具分布在整个刀盘上。其中：槽口刮刀48把(160mm式 )，安装在碴土通道的一侧；铲刀8把，安装在刀盘幅臂外缘，可以进行双向开挖；边缘滚刀7把，也分布在刀盘的外缘；正面滚刀55、20把，分布在刀盘的面板上；中心滚刀8把（17#），分布在刀盘的中心部位；在刀盘的边缘还配有1把超挖刀，它由液压千斤顶控制，行程为5cm，用于曲率半径小的曲线隧道。所有这些刀具都科学的交错分布在刀盘的表面和边缘。每种刀具都配有专用刀座，用螺栓固定，可以从刀盘后侧即土仓中进行更换刀具，同类刀具具有互换性。在硬岩中，滚刀用于割裂岩层，铲刀、刮刀用于去除碎片，在各种刀具的共同作用下完成整个断面的开挖。在软土地层中，把滚刀换成单头或双头撕裂刀，撕裂刀的作用和滚刀相同，这样既可以提高盾构机的工作效率又可以节约成本。如果碰到上软下硬，软硬不均的地层，可以在刀盘的边缘配置滚刀，中心部位配置撕裂刀，充分发挥各56、种刀具的作用。经工程实践证明，由于合理的配置了刀具，986米隧道一次掘进成功，中途未换任何刀具。总之，刀具的配置要根据施工现场的地质情况而定，因此在施工前，一定要准确掌握隧道经过区的地质情况，才能合理、科学的配置刀具。本工程配置的刀具见下图：四、管片衬砌设计及制作技术4.1通用管片设计 1、隧道衬砌的计算模式说明 计算模式 管片结构的内力及变形计算采用荷载结构模式。目前国内对盾构隧道管片衬砌结构的截面内力计算，多以经验性为主的简化计算法为主。为保证计算准确可靠，本设计计算中，首先用简化的计算法（将管片衬砌结构简化为匀质圆环）进行参数的初步确定。其次采用精确计算法计算出截面内力（考虑各类接头位置57、与刚度、错缝时的环间相互咬合效应，及隧道与周围土体的实际相互作用关系）。然后对两者方法的计算结果进行比较。结果表明，简化计算法因不能明示接头位置，难于反映管片衬砌结构的实际受力状况（如考虑为匀质圆环时，不能反映圆环偏转某一角度后的截面内力及变形变化、不能计算错缝时的纵向接头的剪力等），计算结果受人为影响的因素较大。故本投标设计计算中，采用能考虑接头位置与刚度的精确计算法计算出截面内力，并以此进行各种检算。 盾构隧道管片衬砌结构的两种力学计算模式的具体情况如下: 匀质圆环计算法 将衬砌圆环考虑为弹性匀质圆环，用小于1的刚度折减系数来体现环向接头的影响，不具体考虑接头的位置，即仅降低衬砌圆环的整体58、抗弯刚度。用曲梁单元模拟刚度折减后的衬砌圆，在本次计算中，取0.55，0.65，0.75三种参数计算。 同时，在计算中用大小1.0的系数来表达错缝拼装引起的附加内力值，根据国内外经验，在本次计算中，取为120%130%作对比计算分析。 考虑接头位置与刚度的精确计算法 在一衬砌圆环内，具体考虑环向接头的位置和接头的刚度，用曲梁单元模拟管片的实际状况，用接头抗弯刚度来体现环向接头的实际抗弯刚度。为错缝式拼装时，因纵向接头将引起衬砌圆环间的相互咬合作用，此时根据错缝拼装方式，除考虑计算对象的衬砌圆环外，将对其有影响的前后的衬砌圆环也作为对象，采用空间结构进行计算，并用圆环径向抗剪刚度Kr和切向抗剪刚59、度Kt来体现纵向接头的环间传力效果。 在本计算中，根据采用的弯螺栓接头的受力情况，参照国内外有关试验研究结果(见: Design of Segment，Japan Society of Civil Engineering，1994.6。 圆形隧道装配式衬砌接头刚度模型研究，岩土工程学报，Vol.22，No.3)，全部环向接头的抗弯刚度，在隧道内侧受拉时取为5104kNmrad，隧道外侧受拉时取为3104kNmrad。 另外，在本计算中，纵向接头的径向抗剪刚度Kr和切向抗剪刚度Kt均取为无穷大，即认为各环管片在纵向接头处不产生错动。 a. 匀质圆环 b. 考虑接头的位置与刚度 图1、管片衬砌圆环60、计算的两种力学模式 衬砌圆环与周围土体的相互作用 衬砌圆环与周围土体的相互作用通过设置在衬砌全环只能受压的径向弹簧单元和切向弹簧单元来体现，这些单元受拉时将自动脱离，弹簧单元的刚度由衬砌周围土体的地基抗力系数决定。 荷载模式 图2 管片的荷载模式 在确定作用在隧道上方的土层压力方面，国内外视地层情况，主要采用卸拱理论(太沙基公式为主体)和按全部地层压力计算土层压力的方法，但均带有较大近似性。故国外也有取最小土压力不小于2D（当计算土压力小于此值时）的经验法。考虑到本次标段的最大和最小埋深分别在14m左右和9m左右，地层以粘性土层为主体，无单独从隧道底部贯通至地表的砂性土地层，故偏于安全地将上覆61、土体自重完全作用在隧道上进行计算分析，即计算中竖向地层压力按全部地层压力计算。而侧压力当隧道处于粘性土中时按水土和算考虑，在砂性土地层时按水土分算考虑。除土水压力外，实际的计算荷载按施工和使用阶段可能出现的其它最不利荷载组合进行结构强度、变形计算，同时对混凝土裂缝宽度进行验算。 2.设计计算条件 管片特征 隧道外半径R13.00m 隧道中心半径R22.85m 隧道内半径R32.70m 管片宽度B1.5m 管片厚度 h0.3m 分块数目6块 封顶块管片(F)圆心角为15，标准块管片3块(分别为B1、B2、B3)圆心角均为72。邻接块管片左右各1块(分别为L1、L2) 圆心角均为64.5。管片衬砌62、环在纵向按错缝式拼装，纵向接头为10处，按36等角度布置。管片衬砌环布置参见图3。设计按通用式管片衬砌环布置，基本拼装方案为错缝拼装，可以出现通缝，但不允许超过两环。 在本次计算中，首先按取0.55，0.65，0.75的三种弹性匀质圆环。然后按通用式管片衬砌环布置时，实际可能出现的通缝及错缝拼装进行多种方案组合计算。在具体的计算过程中，均取出三环管片进行空间计算，检算对象为中间一环。 各管片环向受力主筋配筋为，外侧416418，内侧418420，均为级建筑钢筋，外侧混凝土净保护层厚50mm，内侧混凝土净保护层厚35mm。 图3 管片衬砌环布置图计算点及相应土质特征条件根据本标段的埋深条件、地层63、的土质、地下水及管片衬砌环的特征等条件，参照地质报告，选取可能出现最不利受力情况的四个典型断面进行计算，四个计算点的主要土质特征条件汇总于表1。 计算点土质特征条件 表1计算点计算点一计算点二计算点三计算点四位置右线CK5665右线CK5900左线CK6223右线CK7086地层特征从上至下分别为素填土(粘土)、砂砾、粘土、砾质粘性土。隧道位于砾质粘性土层中。常时稳定水位6.9m。从上至下分别为素填土(粘土)、中砂、砂砾、砾质粘性土。隧道位于砂砾层中。常时稳定水位6.5m。从上至下分别为素填土(粉质粘土)、中砂、粉质粘土、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、隧道1/3位于砾质粘性土层、1/64、3位于全风化花岗岩层、1/3位于强风化花岗岩层中。常时稳定水位4m。从上至下分别为素填土(粉质粘土)、粉质粘土、砾质粘性土。隧道位于砾质粘性土层中。常时稳定水位3.8m。隧道埋深(m)14.21311.49计算地下水位埋深(m)1111土容重(kN/m3)按地质报告各层推荐值计算按地质报告各层推荐值计算按地质报告各层推荐值计算按地质报告各层推荐值计算地面超载(kN/m2)20202020标贯垂击数1720砾质粘性土 18全风化花岗岩 30强风化花岗岩 5022侧压系数0.450.50砾质粘性土 0.45全风化花岗岩 0.30强风化花岗岩 0.250.35地基抗力系数(kN/m3) 35000165、5000砾质粘性土 35000全风化花岗岩 70000强风化花岗岩 9000050000凝聚力(kPa) 24砾质粘性土 24全风化花岗岩 23强风化花岗岩 2932内摩擦角(O) 27砾质粘性土 27全风化花岗岩 23强风化花岗岩19.630水土分/合算合 算分 算合 算合 算 “ ”为隧道所处地层之值。“” 地基抗力系数偏于安全地没有计及管片周围注浆引起的地层抗力系数增大的影响。 荷载计算标准 荷载分类荷载分类荷载名称永久荷载结构自重地层压力隧道上部地层破坏棱体范围的设施及建筑物压力水压及浮力设备重量地层抗力可变荷载基本可变荷载地面车辆荷载地面车辆荷载引起的侧向土压力隧道内部车辆行人等引起66、的荷载其它可变荷载施工荷载(设备运输、施工机具及人员、盾构推进、压注浆等引起的荷载)偶然荷载地震荷载 地层压力 竖向地层压力按全部地层压力计算。而侧压力当隧道处于粘性土中时按水土和算考虑，在砂性土地层时按水土分算考虑。 地层抗力 通过设置在衬砌全环只能受压的径向弹簧单元和切向弹簧单元来体现，这些单元受拉时将自动脱离，弹簧单元的刚度由衬砌周围土体的地基抗力系数决定。同时，偏于安全方向的考虑，未计管片周围注浆引起的抗力增加效果。 管片结构自重 钢筋混凝土管片重度取25kN/m3 水压 当在砂性土地层时水土分算时，水压按静水压力考虑。 隧道内部荷载 根据规范地铁隧道内的车辆荷载及冲击力对隧道结构影响67、较小，可略去不计。 设定检算标准 材料设计值 管片钢筋级钢强度设计值fy310MPa 管片砼C50，轴心抗压强度设计值fc23.5MPa 管片砼C50，弯曲抗压强度设计值fcm26MPa 管片砼C50，抗拉强度设计值ft2MPa 结构变形控制值 直径变形2D 环缝张开2mm 纵缝张开3mm 砼结构允许裂缝开展 裂缝宽度0.2mm 结构抗浮安全系数 施工期1.03，使用期1.07 3 计算结果 管片截面内力及变形计算结果 隧道管片衬砌环按基本拼装方案拼装时，在各计算点位置的隧道管片衬砌环的最大截面内力及变形计算结果汇总于表3，表中值均为衬砌环每环（1.5m）内实际出现之值。从表中可知，隧道管片衬68、砌环的最大截面内力在计算点一出现，为设计控制点;在计算点二四，隧道管片衬砌环的最大截面内力较在计算点一时的值并无显著减小(指弯矩与轴力的组合性);各计算点的隧道管片衬砌环单点最大变形量有较大差异，但各处均小于0.1的隧道外径(全截面内小于0.2D)。综合以上结构的截面内力及变形特点，隧道全部区间的隧道管片衬砌环均按计算点一的荷载进行设计检算。考虑本次按通用管片进行设计，在实际施工中，为进行蛇形修正，在基本拼装的基础上会出现多种拼装组合，故以计算点一的荷载对典型代表性的拼装组合及可能出现最大内力的拼装组合进行了进一步的计算，全部的管片截面内力及变形计算采用盾构隧道专用软件MOLEMAN 2.0完69、成。 基本拼装方案条件下管片衬砌环的截面内力及变形计算结果 表3计算点号基本拼装方案(计算编码)最大正弯矩Mmax(kN.m)最大正弯矩对应轴力N(kN)最大负弯矩Mmin(kN.m)最大负弯矩对应轴力N(kN)单点最大变形量(mm)计算点一通缝 H1-1101.46749.7650.751018.603.9439错缝 H1-2120.86585.8289.151184.003.7352计算点二通缝 H2-189.45928.4562.631112.904.0707错缝 H2-2108.58776.60108.391304.003.6900计算点三通缝 H3-194.67658.7461.4970、893.453.4442错缝 H3-2101.21536.8766.141051.903.0608计算点四通缝 H4-173.21528.8739.66709.332.6735错缝 H4-286.47416.0053.28854.612.5798注1：截面内力为衬砌环每环（1.2m）内实际出现之值。注2：基本拼装方案为：F块处于水平位置时，作为拼装原点。 通缝拼装时，F块在左侧水平位置或右侧水平位置。错缝拼装时，二环一组，第一环F块在左侧水平位置，第二环F块在右侧水平位置，以此交替向前拼装。左右各环的计算结果对称。注3：正弯矩代表隧道内侧受拉，负弯矩代表隧道外侧受拉。 4.2管片强度及裂缝宽度71、检算 鉴于在本设计中采用了通用管片环设计，各管片环向受力主筋均按同一方式配筋。即，外侧为416418、内侧为418420的级建筑钢筋，外侧混凝土净保护层厚50mm，内侧混凝土净保护层厚35mm。 综合计算点一计算点四在基本拼装方案条件下和计算点一在各典型拼装方案时的截面内力情况(见表3及表4的结果)，按计算点一的计算序号13(编码H1-2-6)的内侧最大受拉弯矩，和计算点一的计算序号9(编码H1-2)的外侧最大受拉弯矩对管片强度及裂缝宽度进行检算。检算按混凝土结构设计规范（GBJ10-89）进行。下面以计算点一的计算序号13为例说明全部检算过程，其余具体检算过程省略。管片的截面强度及裂缝宽度指72、标检算结果汇总于表4。 管片强度及裂缝宽度检算结果汇总表 表4计算序号(编码)弯矩M(kN.m)相应轴力N(kN)混凝土强度(MPa)截面承载力砼裂缝(mm)验算结果Nu(kN)Mu(kN.m)13H1-2-6132.33585.498.978-5.7251023.54231.340.134通过9H1-2-89.151184.008.24-1.6646740.0507.5不产生裂缝通过 4.3管片衬砌结构变形检算从表3可知，计算点一的计算序号7(编码H1-1-7)的单点最大变形量为4.3089mm，按两倍计算直径变形量为24.3089mm=8.6178mm，小于2D（26.0m=12.00mm73、）的要求, D为管片外径，满足要求。 4.4 管片拼装荷载检算在本设计中采用注浆孔兼作吊装孔，故对管片在拼装过程产生的内力进行计算，并检算管片的截面强度及裂缝宽度。内力计算取自重最大的标准块管片为对象。 管片内侧受拉时图4 吊装计算示意图(管片内侧受拉) 标准块管片所对应的圆心角为72。 弦长 弧长 管片自重 均布荷载 则弯矩 (管片内侧受拉) 而截面受弯承载力为： 满足。 混凝土的拉压应力为： 而fcm=26MPa，ft=2MPa，均满足抗拉压强度，混凝土不产生开裂。无须进行裂缝宽度验算。 管片外侧受拉时 图5 吊装计算示意图(管片外侧受拉) 管片弯矩与内侧受拉时相同。 截面受弯承载力为： 74、满足。101.46-50.75749.761018.681.21-72.9-3.9439120.86-1184.0585.8-1184.0108.68-121.55-3.7352-151.03142.34-35.4735.47 混凝土的拉压应力同上，均满足抗拉压强度，混凝土不产生开裂。弯矩图单位：KN.m 轴力图单位：KN 剪力图单位KN 位移图单位：mma(H1-1)通缝单位：KN.m 轴力图单位：KN 剪力图单位：KN 位移图单位：mm （H1-2）纵向接头螺栓径向剪力图 （H1-2）纵向接头螺栓切向剪力图 第一环与第二环间 第一环与第二环间132.3385.54585.49-1187.775、134.37-109.12173.25-159.85-45.3338.353.7981弯矩图单位：KN.m 轴力图单位：KN 剪力图单位KN 位移图单位：mm（H1-2-6）纵向接头螺栓径向剪力图 （H1-2-6）纵向接头螺栓切向剪力图 第一环与第二环间 第一环与第二环间 4.5管片衬砌制作技术 1.技术特点 采用高精度钢模，低坍落度混凝土，风动振捣，蒸汽养护技术，快速生产高精度、高强度、高质量的管片。施工作业规范化、程序化、标准化。 2.施工工艺工艺流程见图（一） 上脱模油、组模模具检验准备模具钢筋笼及预埋件安装钢筋笼检验钢筋笼制作砼浇注捣固砼检验砼拌和砼试配抹面、蒸汽养护废弃混凝土脱模并标76、记管片水池养护喷淋养护 3.操作要点a.浇注混凝土前的准备工作：清洗模具：组模前要对钢模进行彻底清洗，混凝土残渣必须全部铲除，内表面使用胶片配合清理，并用高压水冲洗干净。喷涂脱模油：使用雾状喷雾器喷涂，然后抹布均匀抹，使模具内表面均布薄层脱模油，如出现脱模油流淌，用棉纱清理干净。组模：模具的质量，特别是尺寸精度，对生产出合格的管片，拼装成尺寸准确的衬砌环是极其重要的，因此要严格控制组模质量。模具检查：模具组装完毕后，由专职质检员用内径千分尺在模具指定位置进行宽度检测，同时对模具的内弧面平整无翘曲。钢筋笼骨架入模：钢筋笼在靠模上制作完毕，用龙门吊配合专用吊具按各种规格将钢筋笼放入模具内，钢筋笼型77、号与模具型号要匹配，保护垫块位置准确。 b.混凝土浇注混凝土配合比必须进行试配，并进行试验以获取正确的养护时间和抗压强度。并符合如下要求：混凝土立方体强度及抗渗试验；检验混凝土配合比能否满足抗渗和设计强度的要求；管片吊装孔抗拔试验，检验吊装孔最大抗拔能力以确保管片安装时的安全。混凝土浇注前的准备工作完成后开始混凝土浇注，用龙门吊将装满坍落度7010mm、强度C50、抗渗S10的防水混凝土的混凝土斗吊至模具上方，然后先模具两端后中间进行放料。开动模具上的附着式风动振动器振捣，振动时间长短的判别是观察混凝土与侧板接触处，如不再有喷射状气、水泡并能均匀起伏为适当时间，一般控制在46分钟，不得超过8分78、钟，振捣采用混凝土分批放料，从而实现分层振捣。为减少管片成型后的气泡、水眼，待风动式振动器振捣完以后，加以振动棒振捣密实，振捣时不准碰撞钢模和预埋件，做到先中间，后两边，每个振动点振动时间控制在1020秒内，振动完成后缓慢拔出振动棒。全部振捣成型后，视气温及混凝土凝结情况，大约10分钟后拆除压板，进行光面。光面分粗、中、细三个工序，粗光面：使用铝合金压尺，刮平去掉多余混凝土，并进行粗磨。中光面：待混凝土收水后用灰匙进行光面，使管片平整、光滑。精光面：使用长匙精工抹平，力求表面光亮无灰匙印，管片外弧面平整度的误差差值不大于5mm。 c.养护蒸汽养护：混凝土振动成型并光面2小时后，混凝土表面用手压79、有轻微的压痕时，在管片外弧面上盖上湿润的养护布，将用于蒸汽的帆布套在模具上，下部同地面接触的地方用木方压实，在帆布套上预留的小孔中插入温度计，检查无误后通入蒸汽，布置于模具底部的蒸汽管布满小孔，蒸养时蒸汽会从每个小孔中均匀的喷出来，使整个模具均匀的升温，升温时速度在每小时1520，防止升温太快管片出现收缩裂纹，最高养护温度5060，恒温34小时，降温速度在每小时1520，并保证蒸养后的管片温度与外界温度差不大于20。在整个过程中要每半小时查看温度计上的读数，发现问题用调整蒸汽通入量的大小来调节温度。脱模后的养护：管片脱模后吊入水池内进行养护，确保管片完全浸泡在水里，管片入池时管片与池中水的温度80、差不得大于20，养护周期为7天，然后进行淋水养护，保持管片外面湿润，喷淋养护达到28天龄期。 d.脱模管片通过蒸汽养护足够时间后，测试混凝土试块强度，当强度达到15Mpa以上时，开始组织脱模。拆模顺序：叠齐养护布；拆卸手杆螺栓，清除混凝土残积物；拆卸旁模与底模固定螺栓；拆卸侧模与端模连接螺栓，两侧和端模拆开后，使用专用水平起吊吊具，用龙门吊将管片吊出到管片翻身机上。拆模中严禁锤打，敲击模具等野蛮操作，管片起吊时，地面操作要由多人配合进行，确保管片垂直出模，以免损坏管片。 e.三环试拼装 管片正式生产前和每生产100环管片后，由于管模可能尺寸不够精确或生产过程中震动变形，因此需要进行三环试拼装以81、检查管片几何尺寸和模具是否符合要求。为保证拼装质量，需制作一个钢筋混凝土平台，平台确保水平，误差控制在2mm以内。制作12个拼装支架，支架能够在高度上进行微调，以便矫正管片拼装后的水平。拼装顺序：首先在平台上画直径为管片内径和外径的两个圆，作为拼装时的参考线；先放置标准块，再邻接块，最后放入封顶块；一环拼装完后，错缝拼装另两环。检测：管片拼装完后利用不同型号的插片对管片之间的纵缝、环缝进行测量，以检测各管片之间的缝隙是否符合要求；再用水准仪分别测量各接缝的几个点，然后计算这几个点是否在同一水平面上。 f.管片修补在管片脱模和搬运过程中不可避免的会发生管片掉角、崩块现象，需要进行修补。管片外表面82、的气泡,蜂窝或漏浆:深度5mm时,用西卡胶皇拌和水泥逐个填平; 深度5mm时,先用锤子或凿子刮去表面微细裂痕,用水清洗基层,清除所有的浮浆,油迹,粉尘等杂物,然后装上木模板,用西卡胶皇修补拌和水泥进行曲修补填平,干后再涂一层混合浆液,干透后(24小时)再打磨。管片露筋:基层处理,用刀刮去钢筋表面的污垢,再用高纯度酒精清洗钢筋。待干透后，使用小灰铲进行修补，修补分二次进行。第一，初步修补，管片周边装好木模后，涂底层浆液，再用修补剂混合水泥将修补部位填平，第二，表面涂一层混合浆液待干透后，用砂纸进行磨平修整。边角崩块：基层处理，用锤子或凿子刮去表面微裂痕，去除油迹和灰尘，修补处理分二步进行，第一，83、装好木模，填平该修补的部位。第二，表面涂一层混合浆液，干后用砂纸磨平修整。 4.注意事项a. 严禁使用铁器进行内表面清模。b. 放入钢筋笼之前必须对钢模内弧面宽度进行检测，装配好模具后必须对钢模外弧面进行检测。c. 拆模中严禁捶打，敲击模具等野蛮操作，管片起吊时,地面操作由四人配合进行，确保管片垂直出模,以免损坏管片。d. 拆除垫圈时不能硬撬，硬敲，以免损坏垫圈和管片。5. 机具设备序号设备名称规格数量备注1管模8套可根据施工进度确定数量2龙门吊16吨跨度22米3可根据隧道施工进度和现场场地大小确定3龙门吊10吨跨度17米24锅炉SHF-106设计压力10Kg/cm21提供蒸气5空气压缩机排气84、压0.7MPa2风动振捣6翻片机额定荷载5吨3管片翻身7试块制作器具抗压、抗渗6套8水平起吊吊具2可自制9垂直起吊吊具2可自制10混凝土下料斗1.5m3，1m32可自制11内径千分尺100200mm/0.01mm112游标卡尺02000mm/0.05mm213混凝土搅拌站ELBA45M3/h114叉车10吨415养护设备8套16塞尺各种型号规格2把抗渗标准应有10%的管片进行检漏测试，其检测抗渗压力为0.8Mpa，恒压时间为2小时，以渗透深度1/5管片高度为合格。6.质量保证措施a.建立质量保证体系，开展全面质量管理活动，各工序指派专人负责，技术人员跟班作业。b.加强对原材料质量检验，材料质量85、必须符合国家现行标准。做好台帐登记，同时通知试验部门取样试验。c.管片必须按设计要求及质量标准进行验收，验收合格的钢模方能投入生产。在生产过程中，质检人员每天对钢模的主要技术指标进行实测实量，不断矫正管模尺寸。d.钢筋笼入模后，按标准要求对每个钢筋笼进行校正。对环、纵向螺栓孔位置、保护层厚度进行校正实测，合格后方可进行混凝土浇注。e.混凝土搅拌站要经常对各类衡器进行检验，使用过程中加强维护保养，使称量系统始终保持良好的工作状态。f.混凝土振捣时要严格控制风动频率和时间，避免过振和漏振产生气泡或浮浆。g.管片达到16Mpa强度后方可脱模，并在管片上印刷生产日期、型号、编号。五、盾构隧道施工 5186、盾构机拼装、拆卸盾构机拼装整圆器分成两部分 盾尾下井定位组装拼装机及其行走架中盾（包括人闸等）下井定位前盾(包括刀盘驱动)下井定位 组装中盾和前盾把拼装机和行走架安装在中盾上 把后盾组装在中盾上 刀盘下井和盾体拼装盾构机刀盘前移刀盘进入破开洞门内整圆器下井安装就位螺旋输送机吊装下井，安装就位台车组装、加油、接线 各部分动作确认拼装机及行走架下井拖入盾尾空间 调 试 检查、验收盾 构 机 解 体拆卸整圆器，吊出井外拆卸刀盘，吊出井外分开中盾和后盾拆卸拼装机及行走架，推入盾尾空间分开中盾和前盾并分别吊出井外拼装机及行走架吊出井外盾尾吊出井外台车、连接桥吊出井外拆卸螺旋输送机，吊出井外放油，拆卸管线87、及连接桥和台车工具和设备的配置 1.主要工具钢丝绳、卸扣、手动葫芦、花篮螺丝、套筒扳手、扭力扳手、液压千斤顶、开口扳手、活动扳手、加油泵、测量器材、风动扳手、交流电焊机、直流电焊机、250t履带式起重机、空压机。 2.质量保证措施 参加盾构机拼装调试和解体的工程技术人员、修理人员在开工前经过培训学习，熟悉盾构机的图纸，了解机器的性能，以及拼装调试和解体的技术要求，以确保盾构拼装解体能顺利进行。 盾构机安装解体工作严格按照“盾构机拼装顺序”和“盾构机解体程序”进行。 每做一步工作，有专人负责进行检查，检查合格后方能进行下一步的工作，并有专人进行记录。 电焊工按要求进行调整，焊后进行焊缝质量的检查88、，检查合格后方可使用。 各部件之间的连接螺栓要拧紧至规定的力矩。 按照德方给出技术资料的要求填加液压油、润滑油和盾尾密封油脂，油品的规格和质量应符合要求。 解体时拆下的零部件应保管好，油管的两端用堵塞密封。52盾构始发与到达 1.进出洞土体加固为使盾构机进、出站施工阶段，不发生水、土涌入、工作面坍塌，以保证进、出洞施工的顺利进行，必须对盾构工作井洞门土体进行加固处理,使洞门周围土体具有自立性、防水性和一定的强度。依据建筑地基处理技术规范（JGJ79-91），经过对分层注浆、深层搅拌、旋喷加固、冻结法等地层加固法的适用性、经济性等技术条件分析确定。根据土体加固体达到设计技术要求所需的时间，确定工89、作井土体加固处理在盾构进、出洞之前一个月完成。加固体范围：1）盾构进洞：平面、平行盾构轴线3.55m，垂直于盾构轴线，外侧面6.3m，内侧为两盾构轴线间距的一半。深度：盾构轮廓线外缘上下各3m。2）盾构出洞：平面、平行盾构轴线6.1m，垂直于盾构轴线，外侧6.3m，内侧为两盾构轴线间距的一半。深度：盾构轮廓线外缘上下各3m。 2.盾构机始发 洞门钢环 车站的进站井、出站井的井壁洞门周边，必须按洞门设计图预埋铁件，将来隧道施工结束时，预埋铁件与进（出）洞门的管片预埋件用钢筋焊接整浇进行洞门施工。洞门钢环的中心一定要和隧道轴线重合，钢环要具有足够的刚度，以防在中间井内衬墙施工中钢环变形。始发井钢环90、的内径一般比盾构机的外径大200300mm，如果盾构机外表面和钢环内表面的间隔过大，在盾构机开始掘进时难以防泥水外泄；过小又会造成盾构机始发时对位难以控制。出站井的钢环外径可以稍大一些，以便盾构机能够顺利出洞。 盾构机基座的设计和定位盾构机的盾体重大约312吨，因此盾构机基座设计要有足够的刚度。为减小盾构机拼装时在基座上移动的阻力，基座上安装两条钢轨作为导轨，两钢轨之间的距离要适度，保证盾构机在上面移动时的稳定性。基座在底板上定位时水平方向一定要对准，轴向安装有两种方式，一是按隧道的纵坡摆放，二是以盾构机前端中心轴线为准水平摆放，但不论以哪种方式摆放都要使安装后盾构机的中心轴线比隧道的理论轴线91、高35厘米，因为当盾构机从刚性的基座进入柔性土体时会下沉35厘米。出站井的基座安装时，要使盾构机的中心轴线比隧道的理论轴线低5厘米左右，以便盾构机能顺利进到基座上。盾构机基座安装示意图盾构机反力架的安装反力架是在盾构机始发掘进时提供反力，反力架一般设计成井字形。盾构机掘时的推力一般为8001000吨，因此反力架要具有足够的刚度，并有一定的安全系数，必要时可以在后面加斜撑以增加反力架的刚度。为使盾构机掘进时第一环负环管片接触面增大，受力均匀，反力架朝向管片的一侧安装有和管片截面相同的钢圆环。如果第一环负环管片是楔形管片，那么钢圆环也要做成楔形的，否则管片在盾构机千斤顶推力的作用下，管片出现偏斜不92、能正确拼装且容易破损。反力架的整体安装时竖向一定要和基座垂直，保证盾构机掘进时管片和反力架不产生法向分力，整体受力良好。反力架、基座安装示意图洞门破除 始发井围护结构中的钢筋对盾构机刀具的危害极大，盾构机始发掘进前必须破除。掘进前洞门处土体已经进行了加固，抽芯检查证实，加固效果非常好，但为减小土体扰动，保持土体的稳定性，用人工破除围护结构的钢筋混凝土，且保留一层钢筋和混凝土保护层作为外部支护，等盾构机顶到洞门时再割除掉钢筋，盾构机迅速向前推进，顶住土体，防止洞门处土体坍塌。出洞时，当盾构机刀盘顶到钢筋时再进行割除，防止土体坍塌。 盾构机始发负环管片加固盾构机主体掘进到土体中后，负环管片就定位到93、始发基座上，除基座外四周没有任何约束。由于隧道出洞就为曲线或直线段很短，因此盾构机掘进时对管片的压力会产生一个法向分力，这个分力会造成负环管片错台、破碎或脱离基座，非常危险，因此在盾构机始发掘进时对负环管片要进行加固。具体的做法是在盾体的两侧加撑，每一环负环管片用两根钢丝绳固定到基座上，盾尾和负环管片脱离时在撑与管片及导轨与管片之间打入木楔,限制负环管片的各个方向上的移动。 始发时管片加固图 洞门止水 进洞止水：由于盾构机刀盘的直径要比管片的直径大，盾构机掘进后在土体和管片之间就会产生一圈环隙，如果处理不好就会有大量的泥沙涌入始发井，给施工带来麻烦。因此在盾构机刀盘进入洞门钢环前，在洞门上安装94、一个橡胶圈，橡胶圈的内径要比管片的外径小得多，当盾构机掘进土体后，橡胶圈紧箍在管片上，外侧再用扇形压板沿管片外径固定住橡胶圈，并用浆液注满环隙，防止泥水外泄。在实践中常用的注浆方法有水玻璃双液浆和水泥砂浆两种，这两种方法都可以采用，前一种方法不易控制，后一种方法简单易行。 采用水泥砂浆操作时，浆液从管片吊孔中注入，待盾构机掘进两环时，停止6小时，使浆液初凝后继续掘进。 出洞止水：当盾尾快要脱离到站洞门时，盾构机停止推进，用填料尽量填实土体与管片之间间隙，再用3mm厚薄钢板以错缝方式嵌于扇形压板内侧，使薄钢板封住环缝，再用扇形压板固定好薄钢板，最后进行封堵注浆。 始发时洞门止水示意图 3.盾构到95、达 工作内容安装盾构机姿态测量、安装接收托架、破除洞门处人工挖孔桩钢筋混凝土、盾构顶进进洞，焊接止水钢板，注浆加固。 工作程序盾构姿态测量安装接收托架 水硬性浆液注浆加固 盾构顶进进洞 焊接止水钢板 破除洞门处人工挖孔桩 管片壁后注浆 盾构机姿态测量、安装接收托架盾构进洞前50环进行贯通测量，以确定盾构机的实际位置和姿态。此后的掘进不允许有大的偏差发生，逐渐按偏差方位调整姿态和位置，满足盾构进洞尺寸要求。这一调整应在刀盘进入洞前加固土前完成，以避免盾构进洞发生意外。盾构机刀盘紧靠围护结构后，由于刀具不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围护结构，但仍应从接收井的人工挖孔桩钻孔96、，测量盾构机准确位置，再确定是否停止推进。盾构机进井接收架的高低必须经最后测定盾构机的实际高低来调整。破除洞门处人工挖孔桩 洞门处人工挖孔桩拆除前，在桩间开几个检查孔，以确认围岩状况和盾构机到达位置，洞圈内混凝土的拆除与始发相同，必须迅速进行。洞圈内混凝土凿除顺序：洞门中心先穿孔释放应力，再凿除洞圈内厚80厘米的钢筋混凝土，留下40厘米混凝土分九块进行。 盾构机距井壁混凝土5米之后掘进中逐步降低正面土压力，同时推力控制在500吨以内，最后盾构机头部进入加固区以后，正面土压力降为零。为降低盾构正面压力对洞门墙体推力，可适当打开洞门中心释放孔，使洞前土进入井内以降低盾构集中推力。 配备专职安全员对97、此进行监督，杜绝安全事故隐患。 盾构机顶进进洞 在洞门混凝土分块凿除后，盾构机应尽快连续推进，尽量缩短盾构机进洞时间。 焊接止水钢板盾构机完全脱出管片后，千斤顶继续顶紧管片，保持管片不变形或下沉，沿最后一环管片的圆周预埋钢板，用20mm厚钢板与洞口预埋钢环焊接，固定管片。同时用5mm厚钢板沿圆周密贴满焊。同时最后一环管片脱出盾构机后下部用楔子支撑，再次防止管片下沉。 注浆加固 打通最后一环管片的注浆孔，进行双液注浆。具体操作见“双液注浆工作程序”。 注意事项 到达前夕的掘进：在到达前应根据人工挖孔桩的结构，验算是否具有让盾构机紧靠着按普通开挖方法掘进的强度，然后调节泥浆、土仓压力、推力和掘进速98、度，注意不要损坏人工挖孔桩。 再推进时，容易引起地基坍塌，因此在破除围护结构后再推进前，要检查加固区域土体稳定性，确认来自管片周围的水是否被阻断。 最后几环注浆控制措施：盾构机头部进洞后，部分盾体仍在加固区内，注浆顺序为先注2、3号管各至50lmg，然后1、2、3、4号管同时注浆。注浆量为每环6.0m3。 最后几环管片拼装注意事项： 当盾构机头进洞后，最后几环管片拼装前先在盾构机按收托架及车站底板上加作位装置，防止拼装管片时，盾构机往前滑动，管片拼装顺序不变。当盾构机完全脱离隧道时，马上焊接止水钢板，再次注浆。53掘进原理 土压平衡的原理是在推进时靠由刀盘切削下来土体，切削下来的土体进入密封土99、仓，当土仓内土体足够多时，可基本上与开挖面土体的土压和水压之和保持平衡，确保地层稳定。 盾构在粉质粘土、粉质砂土和砂质粉土等粘性土层中掘进施工时，由刀盘旋转切削下来的土体进入密封土仓后，可对开挖面地层形成被动土压力，与开挖面上的主动土压力相抗衡。使开挖面的土层处于稳定状态。当盾构推进时，启动螺旋输送器排土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面地层始终处于稳定。排土量一般通过调节螺旋输送器转速和出土口装置予以控制。 当地层含砂量超过某一限度时，因土的摩阻力大、渗透系数高、地下水丰富等原因，泥土塑流性将明显变差，密封仓内的土体可因固结作用而被压密，导致渣土难于排出，甚至形成泥饼而无法推进，而且单靠切削100、土提供的被动土压力，常不足以抵抗开挖面的水土压力。出现这种状况时，可向密封仓内注入水、泡沫、膨润土等，同时进行搅拌，以期适当改善仓内土体的塑流性，顺利排土。54加泥式盾构的原理一般土压平衡盾构机适用于内摩擦角小、渗透系数在10-6m/s以下的易塑流的粘性土层，在砂层、砾石层中，对于颗粒粒径较大的地层，土的摩擦力大，透水性高，切削土的流动性差，不能很好的传递压力，在这种土层中要保持开挖面稳定难度很大。为解决砂性土的塑流，可在开挖土仓中注入泡沫并充分搅拌，改变土的成分，以保证土的流动性和减少土的透水性，使开挖面保持稳定。同时加注泡沫还可减少刀盘与土体的摩擦，降低扭矩，减少壳体与刀盘上粘土的粘着力，101、有利于排土机构出土，所需的驱动功率就可减少。城市地铁隧道大都需要穿越不同的地层，在一条线路上可能会有部分不适宜土压平衡盾构机施工的地层，这就限制了土压平衡盾构的适应范围，但是如采用万能的泥水盾构则造价比较高，而且需要很大的场地来安置泥水处理循环系统。目前城市地铁施工可提供的场地越来越小，因此为扩大土压平衡盾构机的使用范围，使其能够适应各种不同地层的变化，可采取通过加注泡沫系统的办法来实现这一目的，使土压平衡盾构机造价低、容易控制操作的优点得到充分发挥。加泡沫后改变土壤渗透系数、扩大土压平衡盾构机适用渗透系数土体及粒径的范围，见下图： 1.泡沫的发泡原理和工艺流程 发泡原理：发泡系统由泡沫发生器102、空压机、储料罐和各种管道泵组成，将发泡剂、聚合物与水混合后，接入压缩空气将液体膨胀产生泡沫，通过刀盘上的4个注入口注入开挖仓内。发泡系统流程见下图： 泡沫制造工艺流程： 泡沫的膨胀率和注入比 泡沫的膨胀率（FER） FER=（液体的流速l/mm）：（空气的流速l/mm） FER越大说明泡沫越“稀”或越“湿”，一般取值在1：61：15之间。 泡沫的注入比（FIR） FIR=（泡沫加注速率）/（土壤的开挖速率）100%；一般取值在40%100%之间。 泡沫剂用量、FER、FIR是泡沫系统的三个重要参数。下图是施工过程中加注泡沫后土体改良效果极好的照片：加入泡沫后出土状态在砂性土和砾砂性土地基中，103、由于内摩擦角较大，因而难以获得良好的流动，同时渗透系数大，止水性差，压力不能很好的传递到掌子面，推进过程中明显感到方向不好控制，刀盘扭距较大，推进速度慢。我们通过向开挖面注入泡沫，使得开挖土获得良好的流动性和止水性，并保持开挖面稳定，扭距明显下降。而在粘性土层中，由于其内摩擦角小，易流动，泡沫只起到活性剂作用，防止土粘在刀具和土仓内壁上，减少对刀具的磨损，提高了出土速度和掘进速度。对不同地层泡沫注入量和加注泡沫前后扭矩变化情况进行统计见下表：不同地层泡沫注入量及扭矩变化地质情况液限Wl塑限Wp塑性指数Ip液性指数Ic含水量W渗透系数m/s内摩擦角泡沫加入量l/m加入前平均扭矩KNm加入后平均扭104、矩KNm中、粗砂0.1810-55619001600砾砂0.1810-44819601640砾质粘土0.440.270.170.010.2510-627.64318001700砂质粘土0.430.260.170.270.310-622.54217601700全风化花岗岩0.380.230.15-0.160.210-523.13620801900强风化花岗岩0.370.220.15-0.290.1810-519.63224002200角砾岩0.720.300.42-0.30.1410-525.83035002900从表中可以看出泡沫的使用大大降低了刀盘扭矩，平均扭矩下降12 %，而且泡沫在砂土中105、比粘土中使用扭矩下降效果更明显。泡沫具有如下优点： 由于气泡的润滑效果，减少了地基的内摩擦角，提高了挖掘土砂的流动性，从而减少了刀盘的扭矩，改善了盾构机作业参数。 减少砂土的渗透性，使整个开挖土传力均匀，工作面压力变动小，有利于调整土仓压力，保证盾构机掘进姿态，控制地表沉降。 减少粘土的粘性，使之不附着于盾构机及刀盘上，有利于出土机构出土。 泡沫无毒，在2小时后可自行分解消失，对土壤环境无污染。根据施工经验，我们总结出在不同地层中泡沫的用量：序号土层用量（泡沫流量占开挖土体的百分比）1砂性土3050%；2砂和砾石性土2535%3砂、粘土混合物2530%4硬粘土2035%5软粘土20%6岩石10106、0%5.5盾构掘进施工盾构施工示意图 1.盾构初始掘进的准备工作 盾构初始掘进必须完成的准备工作有：洞门范围内的车站围护结构墙已被凿除；洞门橡胶密封圈安装到位；反力架、始发托架安装并复测定位临时管片准备就绪；管片运输设备准备就绪；渣土运输准备工作就绪；盾构已准确定位；VMT激光导向系统安装并测试；地面监测点已布设完毕并获得初始成果；盾尾密封刷已涂满密封油脂；临时管片加固设备准备就绪；为了满足最大限度的运输需要，同时受盾构工作井空间限制，每个区间隧道开始出洞掘进和其初期掘进，用采用电瓶车+渣土车+浆液车的一组列车编组，不设双轨运输，渣土车经改造既可以放土斗也可放管片，经电瓶车和井顶用龙门吊进行弃107、土运输，直到盾构机台车完全进入洞门内为此。盾构出洞和初期掘进一次完成，之后，拆除井内负环管片上部，出土直接从通过始发井垂直运输渣土及管片等材料。由于区间隧道无临时出土口则需要接长盾构和台车之间所有的管线和电缆，同时设置专用支架托住横梁，并随盾构前进，待掘进到40m左右，再拆除临时管线和电缆及支架，台车靠近盾构机连接，拼装皮带运输机等。盾构再推进至60m左右完成始发掘进，隧道内安装钢轨、道岔，列车重新编组加快弃土速度。 2.盾构机出洞地面监测及推进姿态控制初始掘进采用土压平衡施工方法，土仓压力应与地面沉降观测结果相对照，每隔10米布置一个沉降监测断面，同时适当布置仪器，测量地层位移和水压，测量结108、果及时反馈分析，摸清沉降变化规律，以此优化施工参数，指导施工。盾构推进的初始50m作为试验长度，根据地面变形监测数据及盾构施工所采用的参数，不断进行优化调整，地面沉降控制在+10mm-30mm范围。当盾构机刀盘及前体进入洞内后，整个盾构机重心前倾。一般情况下，盾构机会往下栽头，因此，事先在破除洞门后，盾构机到达之前，在满足设计标高要求的前提下，在洞门底部加垫3-4块工字钢，固定在洞门底部的预留筋上，这样在减少了盾构机栽头的可能性。盾构机前体进入洞内后，一旦发现姿态竖直趋向变为负值，适当把盾构机下部的一组千斤顶推力适当加大，上部组千斤顶推力适当减少，防止姿态竖直负值趋向变大，总的推力控制在500109、0-8000KN左右，待整个盾构机进入隧道后，才全力调整盾构机姿态，整个姿态调整过程需经过几环甚至十几环的距离才能调整过来，前几环掘进过程中，土仓压力尽量不能超过主动土压力，土压力过大会造成搅拌好泥土穿过后盾构外壳对洞门密封装置挤压性破坏，待盾尾进入洞内后，可以适当提高土仓压力，控制地面沉降。 3.盾构正常推进 准备 在完成初始掘进及试验长度段，根据试验反馈参数，将对始发设备进行调整，为其后的正常掘进准备条件，调整工作包括：拆除临时管片、始发托架和反力架；移动后续台车；其它各种管线的延伸和连接；在隧道内铺设道叉及双轨；列车重新编组。 掘进 盾构掘进由操作司机在中央控制室内进行，由工地土木工程师110、计算正面主被动土压力值。土压力值根据隧道埋深、土层性质和地面超载计算。开始施工时，在盾构机的正面及盾构体的上下方设置土、水压传感器监控平衡系统，在盾构机前面安装岩土勘探系统。打开出土闸门，依次开启皮带输送机，螺旋机和大刀盘，推进千斤顶，调整好各千斤顶工作油压。此时大刀盘切削土体，盾构前进。盾构机根据设定的正面土压力自动控制出土速度或掘进速度。盾构机的行程、上下左右四个区域千斤顶压力、螺旋机转速、盾构扭转、俯仰等参数，将显示在显示屏上，盾构司机及时做好参数记录，并参照仪表显示以及其它人工测量和施工经验调整盾构机姿态和各项参数，使盾构始终按设计的轴线推进。盾构机操作顺序：推进泵、液压伺服泵、滤油回111、路始终打开，齿轮油泵，润滑油泵设置为待机状态VMT进入推进状态补油泵，先导泵启动启动刀盘驱动泵，螺旋输送驱动泵启动皮带，开启泡沫注入系统启动刀盘，打开排土门使盾构机进入掘进状态，同时启动螺旋输送器排土每当土满时，据信号员发来的信号，迅速关闭螺旋输送器并停止掘进出土完毕后，基本上以上述相反的顺序关闭上述操作VMT进入Ring Erect界面，输入测得的盾尾间隙，经计算得到管片安装封顶块的位置，有时需根据隧道转弯方向，盾尾间隙，管片走向以及管片是否重缝进行人工调整启动Erector驱动泵，进入Segment Placing状态管片拼装完毕，关闭Erector驱动泵，进入Segment Placin112、g状态。盾构机操注意事项：观察盾构机姿态变化，以调整推进油缸压力的分布，盾构机前点和后点的坐标差值应控制在30mm以内为宜，最高不可超过50mm。推进油缸压力应合理分布，尽量不要出现压力差值过大的分布，避免出现MinTop，BottomMaxLeft，Right或MaxTop，BottomMinLeft，Right的情况。调整盾构机位置时，每环移动量应小于5mm。铰接油缸的伸长量，控制在20140之间。注意泡沫注入系统是否正常。打开排土门时，如果其压力不为零，应缓慢打开，直至压力降为零，方迅速打开。调节螺旋输送器的转速以及掘进速度，控制土仓压力位置1处在1.2Bar左右。当土质过于稀湿时，须减113、小排土门长度，出每斗土间隙时间应关闭排土门，否则土会因压力作用过快排出，以致使土仓压力迅速降低，严重影响土压平衡建立。根据土质情况适当调整FER，FIR，以及采取加水或膨润土等措施。本工程可采用FER=615，FIR=1020。刀盘扭矩过大，应减小推进速度，采取加水或增大FIR等措施，使扭矩控制在100bar以下为宜。盾构机在软土层中掘进时,应保持抬头姿态,建议垂直方向Tendency保持在3.5左右。在拼装管片时,每次收顶的个数不得超过7个(双顶算1个) 。盾构机旋转角即Roll值控制在10mm/m以内,最大不得超过15mm/m。当遇到螺旋输送器扭矩过大,排土不畅,持续较长时间时,应停止掘进114、,可采用正反转处理。掘进中的方向控制和纠偏以业主给定的坐标点，每个区间组成地面坐标和基准点建立独立控制网，根据平面控制网点投影到工作井下，在盾构工作井和车站，设二个较远的精度高的控制点，再向隧道内引设导线点。导线点设于隧道中的吊篮上，高程控制点传递至隧道内，隧道上部吊篮每隔50m设置一个。根据导线点来测量盾构机及隧道衬砌与设计轴线相对偏差。确保盾构机沿着设计线路掘进是隧道施工的一个主要目标，因此，掘进中的方向控制十分重要。盾构掘进中盾构机配备一套SLS-T自动导向系统，主要由激光经纬仪、电子激光靶、控制箱、计算机及其它配套硬件和软件组成。该系统的主要工作原理是：固定在隧道上方的激光经纬仪（已根115、据后视参考点确定自身位置）发出的激光束被固定在盾构机前体上方的电子激光靶接收到，根据激光束的照点位置可以确定激光靶的水平位置和竖直位置，根据激光靶内的双轴测斜传感器，可以确定激光靶的俯仰角和滚转角，激光经纬仪可以测得其与激光靶的距离，以上数据随推进千斤顶和中折千斤顶的伸长值及盾尾与管片的净空值一起，经由控制电缆输入到盾构机的编程控制器中，再经计算机中专用掘进软件的计算和整理，盾构机的位置就以数据或图表的形式显示在控制室内的屏幕上。通过对盾构机当前位置和设计位置的综合比较，盾构机操作手就可以采取相应的操作方法尽快且平缓地逼近设计线路。如此往复，操作手就可以在每环的掘进中很好地控制住盾构机的掘进方116、向，使之与设计线路的偏差保持在较小的允许范围内。激光经纬仪第一次定位采用人工测量，随后的定位可由自动导向系统自己确定，激光经纬仪与激光靶的距离一般为100-200m，具体还受洞内空气折射能力、激光能量的大小和隧道曲线半径等的影响。激光靶在盾构机的位置由有关的工程师负责测量确定，并将有关的位置数据预先输入到计算机中。盾构机的传感器分别测量推进千斤顶和中折千斤顶左、右、顶、底四个位置的伸长量，并将结果传到控制室内的计算机中。上述各项测量结果可以不断地以数据和图表形式反映到控制室内的操作屏幕上，及时指导盾构机操作手进行操作。为确保该自动导向系统的准确性，将利用人工测量对其进行定期检查和不定期检查，避117、免因系统自身原因而引起施工误差，从而保证整个隧道的贯通。本区间有平面曲线2条，竖向曲线3条，最小水平曲线半径R=300m，在施工中随时调整盾构姿态的控制和方向的调整，在曲线段（包括水平曲线和竖向曲线）施工时，我们应对推进油缸实行分区操作，使盾构机按预期的方向进行调向运动，具体操作方法见下表： 划分区直线左转右转上仰下俯A工作工作工作工作B工作工作工作工作C工作工作工作工作D工作工作工作工作 轴线控制，纠编注意事项（1）在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快； （2）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； （3）修正应以长距离慢慢修正为原则，如118、修正得过急，蛇行反而更加明显。在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远点的连线同设计曲线相切。56洞内运输系统 盾构隧道的洞内运输系统采取有轨运输的方式，通过电瓶车牵引，进行材料和土方运输，材料及土方的垂直运输方式采用龙门吊运输。 土方的洞内运输 从土仓排出的碴土通过螺旋输送机的出土闸门落在螺旋输送机下的皮带输送机上。并通过皮带输送机将碴土传送到四号台车上的出土口，碴土落入在台车内部等待出土的运输列车土箱内。运输列车由电机车、运浆车、管片车、土箱车组成，土箱内装满碴土后，盾构机119、暂停掘进，螺旋输送机闸门关闭，运输列车将碴土拉出盾构机。运输列车沿隧道内铺设的轨道将碴土运至垂直运输井下，由地面的龙门吊车将运输列车上的土箱吊上地面，将碴土倒入地面的集土池。 材料的洞内运输 油脂、泡沫剂、轨道、管线等材料由龙门吊下放至井下，由电瓶车牵引管片车将材料运输至指定地点。 洞内运输组织 盾构机在始发阶段时，由于负环管片未拆除，所以安排一个列车编组进行出土、进料。进入正常掘进后，出土、进料的运输将直接影响着掘进的速度，为提高掘进速度，采取在隧道内铺设双股道岔，增加列车编组的办法来提高运输速度。正常掘进阶段采用四轨三线制，二个列车编组组织运输，正常掘进阶段的运输组织见下表。 正常掘进阶段120、运输组织序号 图 例说 明1列车一进入盾构机，装土（卸料）；列车二在双开道岔一侧等待。2盾构机停止掘进，列车一装土（卸料）完毕，扳动简易转辙器，列车一退回华侨城始发井弃土（装料）；列车二在双开道岔一侧等待进入盾构机。3扳动简易转辙器，列车二通过道岔进入盾构机装土（卸料）；列车一在华侨城始发井弃土（装料）完毕，回到道岔一道等待；盾构机完成掘进一个循环（1环），列车二退回始发井，列车一等待进入盾构机；重复序号1步骤，进入下一掘进循环。 列车编组：一个编组由八台车组成，由电瓶车牵引五台渣土车（18 m3/台）、 一台浆液车及两台管片车；另一个编组由五台车组成，由电瓶车牵引五台渣土车（18 m3/台）121、一个管片车。每掘进一个循环（1环）的土方及浆液由二个编组列车运输到盾构机指定位置。 列车编组示意图运输量 盾构每环的开挖体积 V1=1/4D2l.5=1/46.2821.5=46.46m3(实方) 盾构每环的进料量 运进管片6片。 隧道断面布置 隧道断面布置考虑满足通风、供电、供水、照明、运输及通行和通讯的要求，进行合理、安全布置，以确保盾构的顺利推进。 隧道右上方每隔10环布置一个照明支架，照明架空电线和日光灯固定在上面；隧道右下方每环布置一个走道架，上面铺设人行走道板。 隧道左上方每隔6环布置一个吊架，以固定两根450的进、排风管；隧道左侧，布置一根高压动力电缆；左下方每6环布置一个管架，122、用以固定进、排水管。通讯电缆随架空线支架一起敷设。 隧道断面布置图5.7盾尾油脂的压注 推进35cm后暂停施工第二环管片注浆孔上连接压注管路 油脂泵压注 第一腔达到设计要求后结束 继续推进40cm 油脂泵压注 第二腔达到设计要求后结束5.8管片拼装 1.管片拼装方式带有不同楔形量的螺栓紧固通用管片，管片形式分为L1、L2、B1、B2、B3、F六种，每块管片都有不同的楔形量，我们依靠这个楔形量来实现隧道的转向及盾构机的辅助控制，其中F管片的楔形量最小。 2. F管片位置的选择 在盾构机前进时，管片的拼装位置极其重要，对盾构机前进时的姿态控制很有效。当管片与推进千斤顶接触平面不重合时,在千斤顶产生123、推力时管片即出现裂缝导致漏水,并在此时出现盾构机的姿态难以控制,很难遵循预定线路前进。我们经过分析，施工时盾构机的总推力约为1100t，每个千斤顶的推力为50t，由于管片与推进千斤顶接触平面有个夹角，近似于线接触，管片混凝土的拉伸强度为50 kg/cm2左右，而千斤顶产生的拉伸应力远远超过该值，由此判断管片开裂起因于千斤顶与管片平面不重合。并且由于管片碎裂使得盾构机各个千斤顶不同步，导致很难控制方向。 所以应使管片与推进千斤顶接触平面尽量重合,这可以通过选择管片的拼装位置来实现。在选择管片位置时，有两个参数需要考虑，一个是盾尾间隙的保证；另一个是管片平面走向趋势。管片趋势相关的参数有：推进油缸124、行程，铰接油缸行程，管片平面位置。由此我们就可以得到管片走向趋势： CH(水平走向趋势)=Fb-Fd CV(垂直走向趋势)=Fa-F 管片平面位置 Pa Aa Fa Pd Pb Pb Ad Ab Fd Fb Pc Ac Fc 推进油缸行程 铰接油缸行程 管片平面位置 其中：Fa=Pa-Aa Fb=Pb-Ab Fc=Pc-Ac Fd=Pd-Ad当我们用管片的不同楔形量来使CH、CV为0时，管片平面就与盾构机前进平面重合，此时盾构机的千斤顶受力情况最好，便于整个掘进工序，当楔形量不能使CH与CV同时为0时，应尽量使其中一个保持最小，使盾构机能获得最大的推进力，并使侧向分力减小，便于盾构机遵循预定线125、路前进。因此，应优先考虑管片趋势。 3.盾尾间隙对选择管片位置的影响不同点位的选择，可以控制盾尾间隙，由于在盾尾后部设有一圈加强环，可以保持盾尾保圆度，另外还可以作为一道止水环，防止泥水进入盾尾密封刷内。加强环高度为45mm，而且盾构机在不同的线路上总是有一定的偏移量，因此盾尾间隙要保持在45mm以上，否则会使加强环挤压管片造成碎裂，并防碍了掘进时方向的控制。由于管片类型不同，对盾尾间隙可以起到调节作用，我们把盾尾分成11个点位。例如：当F块位于3点位置时，就可以将3点位置上的盾尾间隙减小，而9点钟位置间隙得到最大补偿。11 1 10 2 9 3 K 8 4 4 7 5 当前进线路为小半径曲线126、时，一侧盾尾间隙会变得很小，而且始终这样。出于对盾尾间隙的考虑，我们选择的管片位置有时很不利于盾构机的掘进，使得千斤顶平面与管片平面有很大的一个夹角，由于这个原因会导致管片发生挤碎现象，造成盾构机的控制上的困难。当管片经常发生碎裂时，我们就要通过控制盾构机的线路来使间隙得到平衡，从而选择最适合的点位。 F 盾尾 F F 管片 F F为纠偏线路方向当间隙得到平衡后再还回原来线路，但是调整线路应尽量小。再次掘进时，我们对管片拼装位置做了仔细的推敲再进行拼装，使管片位置最优化，再也没有出现盾构机掘进时因管片碎裂造成难以控制的现象。通过对管片拼装点位的深入了解和研究，我们对通用管片衬砌隧道的掘进控制技127、术有了很大的提高。59同步注浆 同步注浆施工的目的有三点：一是防止隧道周围的地基变位（主要由管片和地层之间的空隙引起的），二是提高隧道的止水性能，三是使管片与周围地基一体化，让盾构隧道在结构上获得早期稳定性（使作用外力均匀）。跟据盾构机机型及地层性状等多种因素，浆液类型可为活性浆液（含水泥等活性材料）、惰性浆液（不含水泥）两种。下面着重从同步注浆材料、注浆方式的选择，注浆压力及注浆量的控制对同步注浆技术作出探讨。 1.同步注浆方式及注浆材料的选择 同步注浆方式盾构机刀盘直径比管片外径要大，当拼装好的管片脱出盾尾后，在土体与管片之间形成一道环形空隙。盾构机采用盾尾同步注浆方式，注浆设计为在盾尾钢128、板内布置了椭圆状注浆管，在进入盾尾之前每条管上设有压力传感器及手动阀门，手动阀门通过软管与浆液泵相连，浆液泵上方设置一个带搅拌器的浆液罐，当掘进进行时，把浆液罐底部的闸阀打开，起动注浆泵，然后根据掘进速度调整控制面板上的注浆速度档位，浆液的注入分手动和自动两种模式。 2.浆液材料的选择为了达到同步注浆的目的，首先需要选择适合于地层土质及盾构机机型的适用材料，目前壁后注浆材料主要包括单液型及双液型两大类，单液型可分为惰性浆液及胶凝时间较长的活性浆液，双液型主要分为水玻璃类及铝类。地质条件较复杂地段，由于盾构机注浆管道及地面送浆管道较长，采用活性浆液极易堵管，因此可采用惰性浆液。注浆材料为：水+粉129、煤灰+膨润土+细砂，为了保证浆液具有以下良好的性状：无材料离析，流动性能好，充填性良好，无公害，价格便宜。经实验，可选用以下浆液配合比：水粉煤灰膨润土细砂 240kg 310kg 110kg710kg 3.注浆量的选择及注浆压力控制 注浆量的选择 同步注浆量的选择，主要考虑方法是以几何学所决定的盾尾间隙量为基础，将其作为实际注浆量对于盾尾环形空隙量的比率选择来掌握。我们采用的是同步注浆系统，每当掘进开始时，便同时进行壁后注浆，浆液迅速填充管片外部的环形空隙，地层中空隙外侧土体塌陷土量可以不予考虑，因此壁后填充率近似为100%。但因环形空隙周围的土体多为砂粘土、砂层，土体的孔隙率较大，受注浆压力130、的影响其环形灌浆层厚度会大于环形空隙厚度（见砂质地基均匀注浆状况图）。砂质地基均匀注浆状况图 注浆后浆层厚度与灌浆前空隙厚度比率根据地层情况而定，根据经验，在砂质地层，其比率为1：1.25左右，在粘土地层，其比率为1：1.2左右，在中、强风化岩层中，其比率为1：1.05左右。 根据以上影响因素分析结果，同步注浆量计算公式为： V=(R2-r2)LT R刀盘半径 r管片外径 L管环宽度 T扩充系数（厚度比率） 现场可跟据地层条件选择不同的扩充系数调整注浆量，同时在此基础上以地面监测结果分析为指导，适当调整注浆量。 注浆压力的控制 注浆压力最佳值在综合考虑地基条件，管片强度及盾构机机型与所用材料特131、性的基础上加以确定。压力过大会造成地表隆起及K块管片螺栓剪切破坏，在隧道埋深的不大的情况下一般不考虑注浆压力对管片强度的影响。因此把土层水土压力，管道沿程阻力之和设定为注浆比较合适，同步注浆压力计算： P=P1+P2 P1上覆地层土压力。 P2管道沿程阻力（一般为注浆时显示的压力值与停止注浆时的压力值之差）。 P1取1kg/cm2，隧道埋深取12m， 覆土比重取18kN/m3。 实际操作时根据隧道埋深、地层状况、地面沉降情况进行调整，以确保注浆量，同时避免破坏盾尾密封系统。 4.同步注浆质量安全措施 要针对各个不同地层及时调整注浆量，以控制地面沉降量。 注浆速度由掘进速度决定，掘进速度较快的情132、况下如v=80mm/min时，其注浆控制面板速度挡位应调到最大档位。 当盾构机停机时，尽量不要注浆，除非补注浆液。 注浆口上面两组压力应较下面两组压力大0.1Mpa左右。当在没有浆液的情况下，严禁掘进。 操作人员进入浆液罐清理之前，必须按下紧急停止开关，并把维修开关打开。 在管道没泄压的情况下，严禁打开管道清理。 一旦盾尾发生漏浆现象，应马上停止掘进，采用手动方式在漏浆位置加注盾尾密封油脂，堵住浆液。六、防水设计施工盾构法隧道渗水，除会带来地下工程渗漏的一般危害外，还会造成隧道及地面建筑物的不均匀沉降和破坏。因此作好盾构法隧道的防水设计与施工非常重要。1防水内容与防水特点：1、混凝土管片自身的133、抗渗性；2、混凝土管片的制作精度；3、增设混凝土外防水层以加强衬砌的抗渗、防腐蚀能力；4、衬砌接缝的第一道防线：弹性密封条；5、衬砌螺栓孔密封防水；6、嵌缝密封防水；深圳地铁一期工程华岗区间隧道防水等级为二级，根据规范要求管片可有少量湿迹。为此需要针对以上防水内容逐项进行分析研究。 6.1混凝土管片自身的抗渗性 根据隧道埋深及水压计算，混凝土管片需达到S10的抗渗指标，除在混凝土配制达到设计要求外，需要在管片制作时加强混凝土的振捣，达到绝对密实，并加强养护防止细微裂缝。为此我们采用风动振捣和蒸汽养护加水养护等措施。开动模具上的附着式风动振动器振捣，振动时间长短的判别是观察混凝土与侧板接触处，如134、不再有喷射状气、水泡并能均匀起伏为适当时间，一般控制在46分钟，不得超过8分钟，振捣采用混凝土分批放料，从而实现分层振捣。 为减少管片成型后的气泡、水眼，待风动式振动器振捣完以后，加以振动棒振捣密实，振捣时不准碰撞钢模和预埋件，做到先中间，后两边，每个振动点振动时间控制在1020秒内，振动完成后缓慢拔出振动棒。蒸汽养护：混凝土振动成型并光面2小时后，混凝土表面用手压有轻微的压痕时，在管片外弧面上盖上湿润的养护布，将用于蒸汽的帆布套在模具上，下部同地面接触的地方用木方压实，在帆布套上预留的小孔中插入温度计，检查无误后通入蒸汽，布置于模具底部的蒸汽管布满小孔，蒸养时蒸汽会从每个小孔中均匀的喷出来，135、使整个模具均匀的升温，升温时速度在每小时1520，防止升温太快管片出现收缩裂纹，最高养护温度5060，恒温34小时，降温速度在每小时1520，并保证蒸养后的管片温度与外界温度差不大于20。在整个过程中要每半小时查看温度计上的读数，发现问题用调整蒸汽通入量的大小来调节温度。 蒸汽养护 水养护 脱模后的养护：管片脱模后吊入水池内进行养护，确保管片完全浸泡在水里，管片入池时管片与池中水的温度差不得大于20，养护周期为7天，然后进行淋水养护，保持管片外面湿润，喷淋养护达到28天龄期。6.2混凝土管的制作精度管片的制作精度取决于管模的制作精度和组模的精度，因此必须对管模和组模后的精度随时进行检验。 1.136、管模检测标准名称误差范围(mm)(mm)内弧弦长度+1-1厚度+1-1宽度+0.5-0.5螺栓孔一尺寸和位置+1-1 2.管片成品标准序号检测内容要求方法允许误差1内弧弦长度检测率100%游标卡尺1mm2厚度检测率100%游标卡尺+3，-1mm3宽度检测率100%游标卡尺0.5mm4螺栓孔尺寸位置检测率100%游标卡尺5mm5嵌槽与密封槽检测率100%游标卡尺5mm 3.在管片每生产100环后，需要对管片进行三环试拼装以检验管模是否发生变形，三环试拼装标准如下：序号内容检测要求检测方法允许误差1环缝间隙每环测六点插片1mm2纵缝间隙每条缝测六点插片2mm3成环管片外径各测六点用钢卷尺2mm4成137、环后内径测六点卷尺1mm5螺栓孔中心圆测六点卷尺2mm如误差值较大，则需要对管模进行调整。 6.3增设混凝土外防水层以加强衬砌的抗渗、防腐蚀能力； 防水层材料的选择需要注意的是：1、已拼装好的管片脱出盾构尾部时需要经过盾尾密封钢丝刷，因此防水涂料必须具备能够抵抗密封刷刮坏的性能，2、在管片外弧面的混凝土裂缝宽度达到0.3mm的情况下，仍能抵抗0.8N/mm2水压，长期不渗漏；3、涂层的耐化学腐蚀性、抗微生物侵蚀良好。我们在实际施工中采用了双组分聚氨酯涂料，该涂料具有高强度和高黏结力，耐磨、耐腐蚀、延伸性也比较好。可提高混凝土构筑物的防渗漏水能力，使混凝土构筑物表面形成保护膜。施工中要注意两点：138、1、必须在管片养护后，水分完全散失后才能涂刷；2、除应涂刷于管片背面外，还应涂刷在环、纵面橡胶密封条外侧的混凝土面上。技术性能指标：项目粘结强度（N/mm2）抗渗性（N/mm2）渗透系数耐腐蚀抗冲击耐磨性涂层厚度指标0.41.30.6不渗水（指张裂0.3mm时，承受的水压1*10-13无变化50无破损0.250.5测定方法GB1732GB40856.4衬砌接缝的第一道防线：弹性密封条； 盾构隧道防水的核心就是衬砌接缝防水，而衬砌接缝防水的关键是接缝面防水密封材料及设置方法和断面型式。 1.防水密封材料的选择 弹性密封垫按采制分有以下几类：氯丁橡胶、三元乙丙；遇水膨胀橡胶类；氯丁橡胶与膨胀橡胶复139、合类；三元乙丙橡胶与膨胀橡胶复合类；其中氯丁橡胶与三元乙丙橡胶相比抗老化性能较差，尤其是不适于深圳地下水具弱酸腐蚀性的特点，而单纯的三元乙丙仅依靠压缩反力止水，在管片拼装错缝较大时止水性能将大打折扣，三元乙丙橡胶与膨胀橡胶复合类则兼有两种材质的优点，在工程前期主要靠压缩反力止水，后期则靠遇水膨胀反力弥补压缩应力的松弛。我们因此采用了三元乙丙橡胶与膨胀橡胶复合类止水条，它基本性能指标如下：项目三元乙丙橡胶指标遇水膨胀橡胶硬度SH655度457度拉伸强度（MPa）103伸长率%300350压缩（拉断）永久变形%2020伸长率变化率%-30-30拉伸强度变化率%-15静水膨胀率350%防霉等级1-2140、级7天膨胀率35%总膨胀率 另外，为加强弹性密封垫的角部防水，可在其角部加贴自粘性丁基橡胶薄片。可加强十字、T字接缝的防水。 2.断面型式的选择接缝弹性密封条的防水功能除了与其材质和技术性能有关外，其断面构造形式也非常重要。弹性密封垫的构造形式必须与管片上设置的密封垫沟槽相匹配，它通常加工成框形，可紧密服帖的套裹在密封垫沟槽内。沟槽断面一般为倒梯形，槽宽一般为30-50mm，槽深15-30mm。弹性密封垫沟槽截面积与密封垫的关系是：为能使密封垫完全压密（环缝张开量为0mm），密封垫沟槽截面积应大于等于密封垫的截面积，其关系按下式表示： A=11.15A0 A表示沟槽截面积 A0表示密封垫截面积141、 弹性密封垫的高度，与最大压缩率和最小压缩率有关，若超过最大压缩率所需的高度，会导致材料老化加快，应力松弛加大，影响使用寿命，甚至在拼装管片过程中会挤坏管片外弧面；若低于最小压缩止水率的高度，不足以抵抗设计的最大张开量下的水压，会造成渗漏。综上考虑，我们采用了“爪型”与“谢型”相结合的含遇水膨胀橡胶条的三元乙丙弹性密封垫，如图所示： “谢型”密封垫即在结构断面上开设多个圆孔，以增高密封垫高度，这样在压应力较低时，抗水压力能力仍较强，而密封垫完全压密时压应力也不至于过大，不会造成对管片的损害。“爪型”设计则可增加橡胶体积的压缩空间，回弹性良好，在较低的压应力下能适应较大的接缝张开量，同时也节省了142、密封垫橡胶的用量，使管片沟槽侧壁混凝土剪切剥损的可能性减小。实际应用前对此橡胶密封垫进行了水压性能实验和荷载性能实验： 3.衬砌螺栓孔密封防水 螺栓孔位于管片接缝面，也是防水的重要环节。在手孔中将垫圈密封圈填入螺栓与螺孔间隙，在拧紧螺栓时靠螺帽、垫圈将它压密变形，填塞于螺栓与孔壁之间，使之密封止水。密封垫圈形式见下图。 6.5嵌缝密封防水 盾构隧道成型后，管片拼缝之间需要进行嵌填密封，其作用是防止后期漏水、防腐和隔气。嵌缝材料应具有下述性能：能长期保持不透水性和气密性；能在潮湿表面施工；能长期保持粘结力；耐老化性能好；在拱顶嵌填时不易坠落；能适应结构因各种原因产生的变形。盾构隧道密封材料种类繁143、多，分类复杂，但基本可分为未定型和定型两类，可根据嵌缝槽型式及管片材质和管片拼装质量（错台、错缝）来选用不同的材料。设计提供了两种材料可供选择：一是未定型的AEA微膨胀水泥外衬聚乙烯薄膜。二是定型的。我们对这两种材料的优缺点进行了对比，见下表：AEA微膨胀水泥外衬聚乙烯薄膜遇水膨胀三元乙丙橡胶止水条，角部加腻子型膨胀止水条优点1、 价格便宜；2、 属未定型产品，适应不同缝宽，对角部接缝处止水效果好。1、 属定型产品，安装时容易操作，尤其在拱部安装时不宜坠落；缺点1、 乙烯薄膜安装质量不能得到很好的控制；2、 拱部施工时容易坠落，不好施工；3、 在后期列车运行时，容易因震动产生脱落，发生危险。1144、 价格昂贵；2、 角部粘贴腻子止水条时很难控制施工质量，角部止水效果不好。3、 遇水膨胀后，容易脱出嵌缝槽；4、 对于错台、错缝处不易安装，同时要根据不同缝宽随时调整止水条直径。根据上述对比，我们认为这两种材料均存在较大的缺陷，不利于保证止水质量，因此我们选择了Sikaflex-11FC聚氨酯密封胶来进行隧道嵌缝，相对于上述两种材料，它具有以下几项优点： 1.价格适中，介于上述两种材料之间； 2.Sikaflex-11FC聚氨酯密封胶属未定型材料，具有未定型材料的一切优点，适于不同缝宽、错台较大的嵌缝槽，对角部防水也能够保证质量； 3.由于此胶黏度大，可瞬时固化，施工时采用专门喷枪施工，所以145、在隧道拱部嵌缝时不易脱落。 4.具有优良的耐老化和耐候性能，具有永久弹性的硬性连接； 5.为获得移动缝中合适的聚氨酯双面粘结，可使用合适的背衬条，节约胶的用量。 因此我们决定选用Sikaflex-11FC聚氨酯密封胶外加背衬条进行隧道嵌缝，施工过程中我们发现嵌缝速度非常快而且效果很好，得到了法国索菲图监理的肯定，并在深圳地铁其它盾构标段进行了推广，事实证明，采用此材料不但确保了工程质量，同时也降低了造价，值得大力推广。6.6盾构法隧道渗漏的处理 管片接缝渗水处理步骤： 1.采用钢丝刷清出接缝内的浮泥，泥垢； 2.查清渗漏的部位，在渗漏部位的两端钻终止孔（见图），孔径0.6cm，孔深8cm； 3146、.压入EAA环氧2#砂浆，封闭终止孔，终止孔外部采用速凝水泥外封； 4.接缝按35cm的距离埋设注浆管，采用速凝水泥嵌缝埋管； 5.注入EAA环氧2#浆，依续注浆，注浆压力0.40.5Mpa，达到压力后闭管待凝； 6.闭管待凝812小时后进行孔口管检查，如注浆效果不是很好，进行二次或多次重复注浆，以确保注浆质量； 7.拆管做缝面修饰处理。管子切掉不拔除，做磨光处理。 当手孔出现渗水情况时，要进行封堵。封堵材料为108胶水与水泥的混合物。 管片渗水裂缝修补堵漏程序：施工中渗水裂缝修补采用压力灌注，首先在管片裂缝表面钻孔，孔踞3050mm,按裂缝的长度进行排列。深度为50100mm, 孔踞45mm147、。后埋入注浆管，防止管道闭塞和周边的泄漏，后进行压水实验。待确定管道畅通，无泄漏后，进行压注修补材料，压力应大于地下水压的压力0.050.1Mpa,即为注浆压力在1.351.4Mpa。注浆结束标准以吸浆为原则， 一般若吸浆率小于0.01L/min.并延长适当时间，即可停止注浆。待浆液固化后，达到强度方向可拔除注浆管，并用修补材料MBT BARRA MORTARL，进行孔洞修补。七、刀具更换施工 7.1开仓前的准备 1.开挖面的注浆加固 利用盾构机本体的超前注浆孔进行正面上部土体的加固处理,避免造成土体坍塌,保证施工安全。加固材料主要为双液浆，浆液的配合比为现时隧道注浆施工的配合比。注浆压力一般148、为0.3Mpa0.6Mpa, 注浆流量为1015L/S，首先利用钢筋（22）对盾构前体注浆孔进行疏通，并打入土体约1米，拔出钢筋，安装注浆头后开始进行压注。当压力超出设定值（0.6Mpa）时停止注浆，待压力归零后，再进行压注，直到开始压力达到0.6Mpa时，该压注点施工完毕。如此循环直到所需的加固土体施工完毕。 2.土体确认 刀盘正面土体自立性确认。注浆加固后，通过螺旋机转空土仓内约三分之一存积泥土，观察螺旋机进土口处土压传感器压力变化。若压力无变化说明正面土体没有土体塌入进入土仓（同时地面在此里程位置沉降点观察有无变化）。打开盾构机隔舱板底部若干个管孔球阀有无泥水流出来判断风化岩层渗水情况，149、观察时间24小时。 3. 打开仓板人孔 首先对前方上部土体的加固效果进行进一步确认,若经判断土体自稳性没问题,则开始清空土仓内土体,并开始更换刀具。在此过程中，要保护好人行闸内电缆及仪器仪表，不因人员、材料进出予以碰坏损伤及人行闸处通道位置管路保护。 4.材料、设备准备 * 准备好拆卸人行闸门的螺栓连接工具、撬棒、镐、铲若干等。 * 照明灯及电缆线：照明灯为24V行灯，34只。 蓄电池应急照明灯23只。 * 小型抽水泵两台。 * 人员进入土仓内需用安全带、绳索、套鞋等。 * 装卸工具：专用工具一套。 * 对讲机两付。7.2 开仓 由于机内空间狭小，现场要有正、付两人专门指挥，使工作做到有条不紊150、。进入人行闸内分两人，后备人员在外等到。 1. 松卸隔舱板闸门螺栓 松卸先把全部螺栓松动23牙观察有无泥水从门隙间渗入。若无再松动，最后留住34牙丝牙，撬动门架，使门架有所移动。若无泥水土涌入，再旋下所有螺栓，打开仓门铲除门口泥土，把照明引入，观察土仓内积土及泥水渗入情况。然后人员进入土仓（2人），留有1人在门口监护、传送、通话（不准离开），要注意打开仓闸门要支撑锁住（门朝内开的，防止意外土体塌下，关住仓门，使人员关在里面）。 2. 进入土仓人员进入土仓后先把土仓上面附积泥土铲刮到底部,防止上面土体倒塌,伤害人员。然后铲掉刀盘进土腔口及条幅架上泥土，全部露出钢板及刀座架上的刀具及螺栓。再从刀盘151、进土腔，朝外挖土，纵深20cm, 并横向挖入约40 cm,碰到刀具，使之不给土体包裹。腔孔开挖面积视实际而定。条幅腔孔开挖34处，中心部1处，有关人员检查刀具磨损情况，然后决定是否调换刀具。 3.刀具准备 刀具共分：大盘形滚刀，小盘形滚刀，铲刀，刮削刀，超挖刀5种，全部由海瑞克公司原装配备的刀具。 4.刀盘布置及调换顺序考虑到刀盘上刀具磨损,要及时进行调换,刀具的调换须在一切准备工作就绪,且工作条件允许 (经注浆加固,刀盘已加锁，气压正常情况下),才可进行调换,刀盘上的刀具布设如下: 外环侧有小盘形双刃滚刀, 共计13个,铲刀16个,超挖刀一个; 内环侧分布有刮削刀4组,每组16个,大盘形双刃152、滚刀共6个。刀具全部为螺栓连接，可拆卸安装，使用专用工具进行刀具的调换工作。刀具调换时，应一个一个地进行更换，调换时将须调换的刀具旋转到中间垂直位置，然后安放一定木板作为临时脚手架，拆卸刀座上的紧固螺栓，将其吊出，送入人闸内，然后装入新的刀具，上紧螺栓，直到刀具全部更换完毕，盘形滚刀的刀座架也为可拆卸结构，如有损坏，必须及时取出进行修补工作。7.3地表监测 在更换刀具期间必须进行地表沉降监测工作，监测频率为5次/天，必要时监测频率为1次/2h或1次/0.5h。在盾构恢复推进前必须有监测人员进行巡查工作，在推进后仍需进行监测直到地表稳定为止。7.4应急及预防措施当发现正面土体有坍塌的现象，施工负153、责人立刻命令施工人员撤离泥仓，关闭泥仓闸门，马上进行密闭式（不出土）推进工作，并且进行二次注浆加固施工。同时加强地表监测，准备砂土以防地表坍塌时可马上进行回填工作。八、激光导向技术 8.1按照地下铁道施工测量的有关规范，首先精心设计测量方案，并配备一整套精密测量仪器。包括有：全站仪、陀螺仪、投点仪（1/20万）、精密水平仪等。测量方案内容分别是： 1.地面控制测量 ：在二等三角网的基础上，建立GPS网，并由此敷设精密导线，一共有9个点，其中2个为GPS点。要求GPS点的点位中误差不大于12mm，最弱边相对中误差不大于1/80000。导线平均边长350m，要求测角中误差2.5；最弱点点位中误差1154、5mm；相邻点的相对点位中误差8mm。2001年4月进行复测，表明各项精度指标均在容许范围内。方位角闭合差仅为1.6。 2.联系测量 平面联系测量时，采用全能自动陀螺仪进行定向测量，用逆转点法独立地进行三次定向，每次定向的中误差8”。用精密投点仪把坐标导入到地下，高程联系测量则是用悬挂钢尺法导入标高，复测三次，较差不大于3mm。近井点为镶入铜芯的钢板桩，埋设在稳固处。 3.地下导线测量 地下导线分基本导线（边长120m）和施工导线（边长30-50m）两级布设，测角中误差3”，导线全长相对闭合差1/20000。每掘进300m就进行联测一次。导线点交替地布置在隧道两侧，以减少折光对水平角的影响。地155、下高程按二等水准要求操作。 4.盾构掘进的测量工作 其中包括掘进工作的导向；盾构即隧道钻孔机的定位、纠偏；衬砌的拼装等各项工作。 8.2隧道掘进自动激光导向系统的结构与应用 1.隧道掘进自动激光导向系统的结构 在地铁盾构法施工中，有光学法和陀螺法两种自动导向方法。SLS-T（Steurleitsystem Tubblingausbau）隧道钻进机的导向系统。系统的结构如下图所示： 图1 SLS-T系统的组成 MODEM 调制解调器 ELS 电子激光系统 PC 个人电脑 TBM 隧道钻进机 全站仪 望远镜视准轴与激光光轴为同轴，照准部的水平转动借助于伺服电机受程序控制，测距精度为2mm+2ppm156、，测角精度为1，对中精度0.3mm。由12伏直流电供电。有RS232接口与电脑相连接，并受其控制。全站仪内有数码相机，能检测出来自反射棱镜的反射光束，计算出水平和垂直距离。（称为ATR模式）激光发生器安置在全站仪 TCA 1103 plus 上，发射波长为670nm，光束发散角0.09mrad，最大输出功率4.75mW。 托架 托架用金属制成，如图2所示，它固定在隧道的混凝土支护上，用作安置全站仪与黄盒子。ELS（电子激光系统） 电子激光系统的觇标安置在盾构上，如图3所示。它是一个由硬铝材料做成的箱子，其作用是测定偏转、侧倾（横向转动）和倾斜（纵倾），并测定入射激光束的X、Y坐标。与觇标箱前端157、板相平行的为阴蔽屏幕，当向ELS觇标供电时，它绕着一点旋转。当激光束入射到屏幕时，或多或少的光透过屏幕，屏幕的后面是光敏的电子元件，从而测定入射激光的强度。当强度达到最大时，就记录下屏幕的角位置。这个角位置精确地与激光束射到觇标入射角（偏转角）相关。 在ELS觇标上装有测斜仪，一个为纵向，另一个为横向。测斜仪能最终地提供隧道钻进机（TBM）的绝对侧倾和绝对倾斜角。 借助于光敏板测定激光入射点，即激光斑位置相对于ELS觇标中心的X、Y坐标。ELS觇标到全站仪的距离的测定就利用全站仪的测距（EDM）功能，为此，ELS觇标上安置一个毛玻璃的反射棱镜。 能够测定的最大的偏转角5；最大的倾斜（纵倾）角1158、5；最大的横倾角40。 图2 托架构造图 图3 ELS觇标 个人电脑电脑安置在地面的控制室内，19英寸监视器，WINDOWS 98操作系统，有多个接口用作数据传输。控制箱 控制箱起着主要的中继作用，它在外部把电能通到黄盒子，然后再送到全站仪和ELS觇标；在内部，则把电能送给调制解调器。它同样也是数据转换装置，把来自全站仪和ELS觇标的数据转换为文本进入计算机。来自计算机的控制数据输出到全站仪与调制器也必须靠它转换为适当的数据文本。黄盒子 黄盒子是一个25815895mm的仪器盒，其作用有二，一是向全站仪和激光器等供电（12V与24V直流电）；二是较长距离（约1.5km）的传输数据，有RS232159、和RS422/485接口。它放置在经纬仪附近。 Modem(调制解调器) 调制解调器的作用是通过普通的电话线路对作业进行遥控或进行检查。此外，隧道钻进机的位置可以显示在地面办公室的屏幕上。 PLC（程序逻辑控制器） 隧道钻进机的数据（例如千斤顶的延长）从控制电脑中输出。这种控制就称为PLC，它独立于SLS-T，由隧道钻进机的制造厂家提供。 SLuM （盾尾壳体间隙的自动测量装置）。它借助于安装在升降架上的电子测距装置进行盾尾间隙的自动测量 2.激光自动导向系统的作用与操作过程 激光自动导向系统（SLS-T）的作用 在隧道掘进中是需要对隧道钻进机相对于隧道设计轴线（DTA）位置的经常近乎检核。而160、在实际上隧道钻进机的运行受到很多因素的影响，如岩土的硬度；当发生曲率半径时，又要调整隧道钻进机的掘进方向。此外，尾盾间隙大小对片管的安装也是至关重要的。这个名为SLS-T的导向系统为隧道钻进机高精度地沿着设计路线推进，并提供全部必需的信息和资料文件。经过培训的技术人员可以很快就掌握系统的应用，测量工程师就有可能把精力集中在主要控制测量与其他施工测量上。 SLS-T系统的特点在于能计算出隧道钻进机与装配环的位置，并以图形与数字形式显示在屏幕上；计算与显示隧道钻进机的运动方向，如果是曲线段，则计算出设计路线的切线方向；按照计算的修正曲线显示所设计的千斤顶伸长量；盾尾壳体间隙的自动测量；激光方位的自161、动检验。总之，隧道掘进实现了全过程自动控制，在地面办公室进行指挥。 激光自动导向系统操作过程如下： 坐标系统的确定 任何测量工作的基础是坐标系统。SLS-T系统的应用有三种坐标系统。一是国家统一坐标系统，测量工程师用作计算全部控制点、放样点的坐标；二为隧道钻进机（TBM）坐标系统，以TBM的轴为基准，计算ELS觇标、控制点和基准点的坐标。；三为隧道设计轴线（DTA）坐标系统，确定里程以及水平和垂直支距。十分重要的是解决三个坐标系统的相对定位和转换。 TBM在开始掘进前的定位。 其中包括机器的起始位置。基准点应设置在盾构上，测得其统一坐标，并转换为DTA坐标。 TBM在掘进中的定位 TBM的位置162、确定是根据已知国家统一坐标的全站仪控制点，这个点至基准点的方位角为已知。然后全站仪的激光束射向ELS，由此求得偏转角。直接利用安置在ELS里的测斜仪测定侧倾角和纵倾角。用光电测距得到的激光经纬仪至ELS的距离就可获得TBM沿着隧道设计轴线推进的里程。用这些量测的数据能计算TBM的统一坐标位置。 环的定位 根据TBM的位置和所测得的千斤顶伸长量，进行末尾环的安装 环排序和TBM掘进的计算 在TBM定位后，测定了末尾安装了的环，这样就能计算下一个推进。如果改正数达到几个厘米，就需要计算改正曲线，并得出所要求的千斤顶伸长量，通过计算机来达到所需要的压力，从而很快地使TBM转向DTA方向。 推进数据的163、记录 环与盾构的测量数据都被存储起来，在任何时候可以显示或打印出来，同样也可以打印出隧道掘进过程和环安装过程的曲线图。 数据传输到地面办公室 TBM的位置一般通过已有的电话线连接传输到地面办公室，隧道的掘进也就同步地在地面的监视器进行跟踪。 全站仪与托架的移动 激光经纬仪的移动在软件的指引下进行，无须测量工程师在场，只要熟练的值班工程师就能解决问题。一般这种移动是在环进行装配时进行。 TBM操纵的检查应独立在SLS-T系统之外，对TBM的位置用正规的测量方法进行检查。一般每15-20m进行一次，其间隔大小取决与隧道的条件，特别是折光对导向的影响。折光是由于温度梯度而引起的。为了对TBM位置进行164、检查，在盾构上焊上M8mm的螺母，用一个专门的联接螺旋拧在螺母上，安置棱镜。这样就可以在基准点对它进行检查。如有偏差就可及时排除，使TBM沿着DTA方向推进。九、施工监测技术 9.1地基位移监测技术 1.地基位移监测目的 虽然盾构技术的采用使得隧道施工引起的地面环境影响大为减小，但由于城市地铁隧道施工的特殊性：地质条件差、地下构筑物密度大等原因，仍使地基位移监测在盾构施工过程中显得很重要。 地基位移监测目的 认识各种因素对地表和土体变形等的影响，以便有针对性地改进施工工艺和修改施工参数，减少地表和土体的变形。 预测下一步的地表和土体变形，根据变形发展趋势和周围建筑物情况，决定是否需要采取保护措165、施，并为确定经济合理的保护措施提供依据。 检查施工引起的地面沉降和隧道沉降是否控制在允许范围内。 检查地面沉降和水平位移及其对周围建筑物的影响，以减少工程保护费用。 建立预警机制，保证工程安全，避免结构和环境安全事故。 2.地基位移监测的内容及监测频率盾构隧道地基位移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和管线等，监测的项目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，详见下表。盾构施工主要监测项目表类别序号量测项目量测工具测点布置量测频率必测项目166、1地表隆陷水准仪每20m设一断面掘进面前后20m时测12次/d掘进面前后50m时测1次/2d掘进面前后50m时测1次/周2隧道隆陷水准仪钢尺每5m设一断面掘进面前后20m时测12次/d掘进面前后50m时测1次/2d掘进面前后50m时测1次/周选测项目1土体内部位移（垂直和水）水准仪、磁环分层沉降仪、倾斜仪每30m设一断面掘进面前后20m时测12次/d掘进面前后50m时测1次/2d掘进面前后50m时测1次/周2衬砌环内力和变形压力计和传感器每50100m设一断面掘进面前后20m时测12次/d掘进面前后50m时测1次/2d掘进面前后50m时测1次/周3土层压应力压力计和传感器每一代表性地段设一断面167、掘进面前后20m时测12次/d掘进面前后50m时测1次/2d掘进面前后50m时测1次/周 3.地基位移监测测点布置地基位移监测点布设原则 观测点类型和数量的确定应结合工程性质、地质条件、设计要求、施工特点等因素综合考虑。 为验证设计数据而设的测点布置在设计中最不利位置和断面，为结合施工而设的测点布置在相同工况下的最先施工部位，其目的是及时反馈信息、指导施工。 表面变形测点的位置既要考虑反映监测对象的变形特征，又要便于采用仪器进行观察，还要有利于测点的保护。 埋测点不能影响和妨碍结构的正常受力，不能削弱结构的刚度和强度。 在实施多项内容测试时，各类测点的布置在时间和空间上应有机结合，力求使一监测168、部位能同时反映不同的物理变化量，找出内在的联系和变化规律。深层测点应在施工前30天布置好，以便监测工作开始时，监测元件进入稳定的工作状态。测点在施工过程中遭到破坏时，应尽快在原来位置或尽量靠近原来位置补设测点，保证该点观测数据的连续性。地基位移监测点布置沉降测点布置盾构始发、到站处设2个监测断面,每个断面设711个测点；区间隧道沉降测点布设根据隧道埋深和洞身的地质条件，沿隧道中线方向间距为20m，横断面方向测点间隔为25m，每个监测断面设9个以上测点（如图9-1所示），地表测点顶突出地面5mm以内。图9 -1 地面沉降监测断面布点示意图区间隧道地面沉降监测断面的间距埋置深度H间距L（m）H2B169、20-50BH2B10-20HB10 注：B代表隧道的外径 地面构筑物的测点布置 在隧道施工影响范围内根据沿线地面构筑物的详细调查资料，根据构筑物的历史年限、使用要求以及受施工影响的程度，确定在需保护的构筑物的周围基础上布设监测点，有裂缝的构筑物要设裂缝监测点。 地下管线监测点布置根据地下管线的详细调查资料，在确定受影响的管线上每隔5m布设一个监测点，以测量盾构掘进期间地下管线的变形量。 受地形条件限制，地面沉降点位于地面建筑物范围或与地下管线位置重合时，考虑将地面沉降测点与建筑物或地下管线监测点地面沉降测点合布。 土体内部垂直、水平位移测点布置土体内部位移（垂直、水平位移）每30m设一断面，170、在隧道中线顶部地层中布设1个垂直测孔，隧道两侧布置两个测斜孔，详见图9-2。图9-2 土体位移量测主断面测点布置示意图 地下水位测点布置 与垂直位移和水平位移测点相应埋设于主断面上，在施工过程中水文地质易变化的区域布设一个水位测孔。 土层压应力测点布置在每一代表性的地段设一断面，在管片与围岩之间，紧贴管片背面布设监测点。见图9 -2 地面沉降监测断面布点示意图。 衬砌环内力和变形测点布置每50m100 m布设一个测面，每个测面布设5个测点，采用内贴式，不允许破坏管片。见图9 -2 地面沉降监测断面布点示意图。 4.沉降估算及施工校核了解盾构开挖中的地基变位现象并对基进行沉降估算目的：为了预先掌171、握盾构旆工对邻近建筑物的影响，以采取适当的处理措施；根据动态观测结构判断施工优劣，以改善施工参数。地表沉降控制标准盾构隧道设计允许隆起值为10mm，设计允许沉降值为-30mm。施工中以-20mm作为监测预警值，确保地面建筑物、地下管线的安全和正常使用。沉降估算的方法由于盾构施工过程中的沉降很大程度上取决于地层类型、埋置深度、盾构机类型及实际施工参数，目前已有的沉降估算主要根据土层类型及盾构机类型来选用沉降估算的方法。对于土压式平衡盾构机，主要参考以下方法P B Attewel在1981提出的计算最大沉降量的Attewel方法，假定沉陷槽的曲线线形为正态分布曲线，对于地表的沉降量提出下列公式。i172、/R=K(z/2R)nV=2A1/2imax式中 i沉陷槽曲线反弯点至中心距离R隧道开挖半径Z从地表到隧道中心的深度V沉陷槽的面积 max地表最大沉降量 K、n常数（参见下表取值） A隧道开挖方法 Attewell的V、K、n取值表（仅列两种土层）地层类型失土量V、A（%）常数备注Kn粘性土层1.32.511砂性土层0.15135砂层，在地下水位以上及以下0.820.740.630.360.900.97地下水位以上地下水位以下地下水位忽略不计沉降估算 基于Attewel方法，建立计算机模型，对盾构隧道施工过程中的土体沉降进行估算（粘性土层）。对于衬砌300mm厚隧道，隧道轴线在地面水平下8m，173、12m情况进行了沉降计算，结果如下：输入参数：隧道外径，6.0m，失土量：1.5%横向影响系数：0.65沉降估算结果见图。由计算结果，当h=12m覆土时，沉降已接近25mm，因而盾构推进过程中的沉降控制和监控量测将予以加强。土体位移监测实例在深圳盾构法隧道的施工中（主要为粘性土层及花岗岩地层），选取一个典型断面进行分析（岗厦站方向盾构隧道右线GY6385监测断面）。由于建筑物分布限制，下表仅列隧道左右5个监测点的数据。从监测数据来可以看出：土体最大沉降点位于隧道中心，最大沉降量发生在盾构机通过时，其后由于盾尾注浆量的加大，引起沉降量变小。 5.监测资料的收集整理和信息反馈监测资料主要包括监测方174、案、监测数据、监测日记、监测报告、监测会议纪要等。坚持长期的、连续的、定人、定时、定仪器地进行收集资料，用专用表格做好记录，做到签字齐全，用计算机进行整理，绘制各种类型的表格和曲线图，对监测结果进行一致性和相关性分析，预测最终位移值，预测结构物的安全性，及时反馈指导施工。9.2隧道变形及位移的防止对策隧道变形及位移的防止对策主要包括以下方面： 1.管片的拼装质量管片拼装应满足规范规定的允许偏差：高程和平面不超限；每环相邻管片平整度10mm，衬砌直径椭圆度5拧紧螺栓时应确保螺栓紧固，拧紧矩要达到设计要求300N。提高管片拼装工的技术水平，避免在拼装过程中人为的损坏管片和止水条。 2.盾构机姿态的175、控制 如果由于地质条件的突变或盾构机操作的失误，盾构机偏离轴线时管片受力不均，易导致管片破裂和衬砌环的变形从而引起隧道的变形和位移，需要在掘进过程中对线路偏移的进行纠偏，在盾构机纠偏过程中必须注意如下事项： 在改变刀盘转动方向时，应保留适当时间间隔，切换速度不宜过快；根据掌子面地层情况及时调整掘进参数，避免引起更大的偏差；蛇行的修正应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。在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远点的连线同设计曲线相切。 3.加强注浆管理 严格控176、制合理注浆量和适当注浆压力，防止隧道下沉或上浮。 4.加强施工测量及监测 为确保该自动导向系统的准确性，将利用人工测量对其进行定期检查和不定期检查，避免因系统自身原因而引起施工误差，从而保证整个隧道的贯通。盾构穿越河底区域时，采取以下措施保证施工安全。 1.同步注浆量控制随时根据水底监测情况，来调整同步注浆量，同步注浆量要控制适中，严格控制注浆压力，既不能因过少而造成河床大量沉降也不能因过多而造成河床隆起，以免河水进入隧道。 2.进度控制为保护盾构顺利通过，过河段盾构实行24小时连续施工。且加快掘进速度，防止土层损失。减少土层损失对盾构机掘进的影响。 3.设备保障在盾构机通过河底前，对盾构机的177、机电设备进行一次全面的检查，保证盾构机处于良好运转状态，避免盾构机因机械故障而造成停推。配备足够的维修人员24小时值班，及时处理盾构设备的故障，确保盾构推进顺利进行。 4.防止切口冒顶、漏水、漏泥及隧道上浮盾构穿越河底区域的施工过程中，可能发生切口冒顶，盾尾漏泥、漏水，对施工构成威胁，因此在过河段施工中对可能发生的不利情况要充分估计，采取相应的对策，防止、解决类似情况。 防止切口冒顶措施：严格控制出碴量，原则上按理论开挖量出碴，可加入添加剂，适当减小出碴量，保持土体的密实，以免江水渗透入土体并进入盾构。若出现机械故障或其它原因造成盾构停推，应采取措施防止盾构后退。控制壁后注浆的压力，在注浆管路178、中设置安全阀，以免注浆压力过高而顶破覆土。 防止盾尾漏泥、漏水措施：定期、定量、均匀地压注盾尾油脂。控制同步注浆的压力，以免浆液进入盾尾，造成盾尾密封装置被击穿，引起土体中的水跟着漏入盾构，盾尾密封性能降低。管片考虑居中拼装，以防盾构与管片之间的建筑空隙过分增大，降低盾尾密封效果，引发盾尾漏泥、漏水。拼装管片时，盾构举重臂每定位好一块管片，与之相对应的千斤顶须立即顶上，以防盾构后退损坏盾尾密封刷，从而影响其密封效果。在盾构工作面配置适量的双快水泥、木楔、回丝等堵漏材料及工具。 盾尾发生泄漏现象时的对策：针对泄漏部分集中压注盾尾油脂。配制初凝时间较短的双液浆进行壁后注浆，压浆部位在盾尾后3环。利179、用堵漏材料进行封堵。如上述措施效果不佳时，可采用聚氨脂在盾尾后一定距离处压注，进行封堵。 防止隧道上浮及保持纵向稳定的对策：如果河床含有砂层，砂层的含水量较高，渗透系数大，隧道不可避免地存在上浮的现象，且这段隧道正处于竖曲线变坡阶段，对周围土体的扰动较直线段推进时明显加大，对于隧道的稳定更加不利。为了减少隧道的上浮量，使隧道尽快稳定，采取下列措施：竖曲线段施工期间严格控制隧道轴线，使盾构尽量沿着设计轴线推进，每环均匀纠偏，减少对土体的扰动。加强隧道纵向变形的监测，并根据监测的结果进行针对性的注浆纠正。如调整注浆部位及注浆量，配制快凝及提高早期强度的浆液。 十、盾构穿越特殊地段的技术对策101盾180、构机穿越河流的施工技术措施首先现场调查，河底标高,距盾构隧道顶的埋深，分布的土层、中砂、砾砂层及流量大小，盾构隧道通过河底处，隧道顶为砂层时，在掘进中容易形成涌水、坍塌的危险。为此采用下列措施： 1.进行超前钻探，查明地质情况和含水量。 2.采用加泥土压平衡式掘进，严格控制出土量，保持盾构机均衡连续穿过该区域。 3.如有含砂层进入切削仓，则加注一定浓度的泥浆，以提高仓内土体的水密性和流动性。 4.严格进行同量注浆，保证注浆效果，若发现流砂等，采取加泥或化学剂改良土体。5.加强监测，及时反馈。102盾构穿立交桥盾构隧道的施工将对立交桥造成影响，为了确保隧道的顺利掘进及立交桥的安全，在施工中将采取181、以下措施： 1.桩基实测 在盾构机掘进前派专业人员对立交桥桩基与隧道的位置进行实测，并标注于隧道开挖断面上及工程进度图上。2.盾构机姿态盾构机在立交桥时，精心管理、精心施工、优化盾构机掘进参数快速推进，控制好盾构机姿态，尽量避免在穿越阶段纠偏。 3.跟踪补偿注浆 盾构机在穿越福华立交桥时，在盾构隧道与立交桥桩基间钻设两排注浆孔，孔深为隧道底面以下3米，在隧道衬砌完成后实施相应扰动深度的补偿跟踪注浆，以控制受扰动土体的变形。4.施工监测在盾构机穿越福华立交桥前、穿越阶段及穿越后对福华立交桥及周边地层进行持续不间断的沉隆监测，及时反馈监测数据，以指导施工及采取必要的措施。103盾构穿越断层的处理措182、施在施工前将针对隧道穿越的特定地层在设计阶段地质勘探调查的基础上作必要的施工补充地质勘探和调查，调查内容主要是地铁隧道沿线不同工程地质状况及其危害程度。例如岩土的类型、结构和特性，发生坍塌、突水的可能性，地下水的补给及径流关系。若发现与设计勘探结果明显差异，将及时与有关部门商议解决。为防止施工时地下裂隙水的影响，对此阶段分别进行预注浆加固堵水，首先进行钻孔设计，内容包括位置、排数、深度和斜度，确定注浆量和次数。其次为注浆时间和注浆材料，要根据不同的需要而定，充填孔隙的浆液流动性要好，易于充填空隙，凝固时间要快，以防流失。本工程采用的注浆方案为： 1.注浆材料：根据注浆地段的地质条件、注浆目的，183、选用注浆材料以水泥浆为主，水泥、水玻璃双液浆为辅。 2.注浆施工方法：注浆施工工艺为：钻孔 下套管固管 扫孔 注浆 再扫孔 再注浆 拔管。注浆方法采用自上而下的分段注浆法。 3.注浆参数：注浆半径初步选定为2.5m。注浆压力为1.02.01Mpa。 4.注浆孔布置注浆孔的布置依据施工场地条件而定，为减少对道路交通的影响，可适当绕开，打斜孔注浆，直到设计位置。注浆孔设计深度确定为超过隧道底部2m，注浆孔间距为4m，按两排孔布置，孔位分别布置在沿隧道两侧距隧道中心轴线6.0m处。盾构机前周缘装有超前注浆管，在盾构机穿越断层时，可向开挖面化学注浆堵水，在透水性大，地下水压高的情况下获得足够止水性的范184、围，这是一种对地面注浆进行补缺的有效手段。104硬岩段及软硬不均地层施工是盾构隧道施工的重点 区间隧道有一段隧道穿越中风化岩层施工，是该区间盾构隧道施工的难点，与一般地段相比，刀盘系统和刀具设计要求更可靠，在硬岩段中换刀次数需要相应增加。在设计阶段，对工程地质进行深入的了解，确定施工工艺参数。在设计基础上对施工工法进行讨论优化，充分体现工法的优越性。在施工前对区间工程的进度计划进行合理编排，保证工期衔接合理到位。施工前根据补充勘查资料，制定合理的换刀计划，并购置合理数量的配件。根据工程实际情况，制定完善的安全管理、保障制度，并制定应急预案，保证工程的顺利进行。在施工中分阶段对工期、安全和成本管185、理进行评估，指导后续施工，施工完成后进行总结。 另外区间局部地段通过软硬不均地层，掘进施工可能出现的问题包括： 1.由于掌子面硬度不同，刀具磨易受到撞击，严重时刀圈可能崩裂。 2.由于刀具磨损不均匀，会出现刀具偏磨现象，降低刀具寿命。 3.由于掌子面硬度不均匀，在掘进过程如果油缸推力调整不及时，盾构姿态极易偏离隧道中线或被卡住。 4.刀具磨损严重，会导致提前换刀，对刀具管理提出较高的要求。 5.如果刀具磨损严重而无换刀条件，则需要进行地表加固或者带压进仓换刀。 因此，盾构通过软硬不均地层的施工技术措施必须作为区间隧道施工的预案，以保证盾构区间隧道施工的顺利实施。为此，制定如下预备措施： 1.掘186、进中密切注油缸推力、掘进速度和碴土情况，并分析刀具磨损程度，发现问题，及时调整掘进参数，保护刀具，延长刀具寿命。 2.密切注意VMT测量数据，出现盾构姿态波动频繁的情况，立即调整油缸推力，控制掘进速度，保证隧道中线与设计线路尽量拟合。 3.加强刀具管理力度，判断刀具磨损情况，必要时必须换刀，保护刀盘。 4.在工程开工前根据地层情况，制定换刀计划，在施工中根据实际情况对换刀计划进行调整，保证掘进施工的顺利进行。 5.在首次进入软硬不均地段时，适当放慢掘进速度，摸清本区间隧道地层情况，为后续施工提供掘进参数。 6.施工前对区间地层做地质补勘工作，进一步了解地层情况，在掘进过程中根据掘进情况，随时推187、测掌子面情况，以便做好应急措施。10.5重叠段、下穿构筑物段盾构区间隧道施工 1.重叠段盾构区间隧道施工安全及环境保护 由于盾构机向前推进需要较大的推进力，施工上线隧道时可能会对下线隧道施加过大的压力，故需要对下线隧道进行加固处理。加固措施采用洞内型钢支撑加固，环内一圈，纵向间距1m。 2.下穿构筑物段盾构施工安全及环境保护 本标段地面沿线的建（构）筑物 东黄区间隧道与罗湖商业中心 区间隧道离建筑物桩基础最小水平间距1.3m，下穿其预应力锚杆，竖向间距0.4m。穿越范围140m。 黄新区间线路主要沿深南东路、新秀路行进，道路两侧建筑物密布，人流、车流密集，地表沉降控制严格。盾构段有影响的主要建188、筑物有新秀立交和新秀村商住楼等。 盾构隧道施工对建筑物影响分析盾构机掘进时，由于产生地表纵横向沉降槽。由于建（构）筑物位于沉降槽不同部位，所以除产生最大沉降外，还会产生不均匀沉降。当差异沉降过大，建筑物就有可能遭到破坏。对桩基础建筑物，施工对建筑物的影响则主要是由于地层横向变形引起桩基偏斜和由于地层松驰塑性变形而使桩基承载力降低，进而引起建筑物的沉降或倾斜变形。特别是当桩基距隧道较近时，变形将导致桩基承载力的较大幅度的降低。因此，对桩基础建筑的保护主要是对距隧道较近桩基加以适当保护，防止地面沉降过大造成建构筑物过大差异沉降、倾斜、渗漏等情况。 保护措施 加强地表沉降、地下水位及建（构）筑物的变189、形观测，并及时反馈设计，调整施工参数。加强过程控制管理，实施信息化施工，防止开挖面失稳引起过大的地表沉降。 选择正确的掘进参数，严格盾构操作控制。调整并保持好盾构姿态、控制并管理好出碴量、合理选择土仓压力参数、减小超挖和欠挖，改善盾构前方土体的坍落和挤密现象，以减小盾构掘进引起的地层位移变形、土体扰动及地层损失。在曲线段，为减少盾构轴线与隧道轴线偏角过大，造成因超挖及地层损失过大而引起的地面变形。需放慢掘进速度，及时进行纠偏、加大注浆量等工作。 施工到达该段前，与建筑物产权单位建立直接联系，协调好各种关系，一旦发现异常能及时沟通、协商解决问题。施工前要进一步调查建（构）筑物的详细情况，请北京地190、区有资质鉴定机构对建筑物现状进行鉴定，以便采取可靠的保护方案。 采用同步注浆，减少盾尾通过后隧道外周围形成的空隙，减少隧道周围土体的水平位移及因此而产生的对桩基的负摩阻力。 当结构从建筑物下穿过时，在有条件的地段，可在盾构推进前进行地面预注浆；在盾构通过后，进行补注浆，以保证建筑物的安全。 罗湖商业中心基础个别锚索进入隧道时，采用人工切除后，再盾构通过。10.6 对富水性地层段的处理方案黄新区间下穿沙湾河，隧道主要穿越强、中和微风化凝灰质砂岩，区间范围内发育多条断层，区间地下水丰富。1.存在的问题及潜在的危险由于地下水有一定压力和流速，在采用土压平衡盾构机的情况下，地下水带着砂砾很容易从盾构螺191、旋输送器中涌出，从而使掌子面垮塌，造成地面塌陷，发生施工事故。2.处理措施及方案 可以在盾构机中配置保压泵碴系统，使土体不再通过螺旋输送器输出，而是通过保压泵碴系统的出土软管出土，由于有一定的压力控制排土，可以保证地下水不再涌出，从而保证施工安全。 可向开挖面和密封舱内添加脱水剂，此材料遇水即和水结合生成一种胶体，胶体与土体、砂砾搅拌后形成一种糊状物，再从盾构机的螺旋输送器排除，从而堵断了水流通道，保证了施工安全。10.7地下管线及地面建筑物等环境保护 1.地下管线保护措施 对于始发井外侧埋深较浅的管线，可采取暴露、架空等措施将其处于控制之中。 对于基坑外侧埋深较深的重要管线，以及距隧道顶板较192、小的重要管线，可采取对管底以上的土体进行注浆预加固的保护方式。加固采用自上而下分层注浆的方法，注浆深度至管底以下不小于2m，并沿管线布设沉降观测点，变形量接近报警值时及时进行双液跟踪注浆，调整管线地基土的沉降曲线，控制其不均匀沉降量，保证地下管线的安全。 对埋深较深的一般管线，沿管线布设沉降观测点，必要时及时进行双液跟踪注浆加固，保证地下管线的安全。 管线沉隆监测：沿管线长度方向间隔10m设置沉降标，并测量沉降量，当通过地表标志进行间接量测时，主要是在混凝土地面的情况下，应特别注意它们的相对位移。 2.建筑物的保护措施 本标段地处繁华闹市区，周边为写字楼、商业及居民密集区。近邻城市主干路。在隧道上方及两侧还分布有建筑物，施工中根据建筑物的位置及基础形式采取不同的保护措施。当建筑物基础距隧道轴线距离较小，处于隧道施工影响范围内时，加强施工监测、优化施工参数同时采取地面跟踪注浆处理等措施为主。即：在建筑物周围布置位移及沉降观测点；根据监测数据随时调整隧道掘进施工参数（包括推进速度、同步注浆量、二次补充注浆等），必要时采取地面跟踪双液注浆技术。