1、盾構施工作業指導書編制： 復核：審批：日期：中鐵一局集團公司廣州市軌道交通二、八線延長線工程盾構1標段江南盾構區間項目經理部2007年4月20日1、線路描述本工程盾構隧道線路共包括三段曲線，最小曲線半徑為 R450m,最大縱坡 為25%,線間距為13.2m 15.3m。地面高程為 7.080m19.370m,線路軌面埋 深在14.4m21.5m間。兩區間共設3個聯絡通道，1個廢水泵房，其中江東區間的1號聯絡通 道與廢水泵房合建。1號聯絡通道在 ZDK11+221.55處，2號聯絡通道在ZDK11+603.655 處，3 號聯絡通道在 ZDK11+990.655 處。2、地質描述本工程地質條件較

2、復雜，存在廣三斷裂帶，斷裂帶經過地段巖石風化劇烈， 常形成風化深槽，次級裂隙相對發育，巖體完整性稍差。伴隨廣三斷裂活動，有 流紋質英安斑巖、英安斑巖侵入；侵入體巖體風化強烈，裂隙極為發育，風化帶 較深，裂隙水發育，對圍巖穩定性有一定影響，巖體這些地質條件對盾構施工影 響較大。3、地面房屋情況描述沿線受施工影響的房屋共有182棟，其中四層以下有90棟，四層以上有92 棟；線路通過其正下方的房屋共有 86棟，其中四層以上的有43棟。大多數建筑物集中在東曉南路江泰路站區間，以37層民宅居多，南洲站東曉南路站區間受影響的建筑物只有愛都新天地、 御景花園住宅樓和英豪花 園住宅樓，另外本區問過新涔南路時下

3、穿內環路沿新涔南路放射線的19號與20號橋樁之間后，過2層小廠房后沿著東曉南路方向行進， 行進中多次從內環路橋 樁之間穿過。本區間受線路施工影響的的橋墩有 6個，涉及到橋樁的有24根。 4、正常掘進施工技術通過初始掘進和初期掘進段的地基變形監測的結果確定的在不同地質地層中盾構推進的各項參數的調節控制方法。測定和統計不同地層條件下推力、扭矩的大小；盾構機姿態的控制特點；同步注漿的 參數和漿液配合比；同步注漿中容易出現的問題及解決方法； 各種刀 具的適應性等。選定了六個施工管理的指標（土倉壓力；推進速 度；總推力；排土量；刀盤轉速和扭矩；注漿壓力和注漿量 ）來進行掘進控制管理。4.1 盾構掘進流程

4、及操作控制程序1）、盾構掘進作業工序流程圖1盾構掘進作業工序流程2）、操作控制程序殳定刀盤扭矩.轉速設定泡沫、到照土注入參數設定千萬頂速度調整掘迸參數或進 行二次補強注漿談定鰥旋輸送機弱速一泡及潤注參航沫膨土入數4旋送轉及料倉T祟勺1 e E 3 7圖2操作控制程序4.2 掘進工況模式的分類和特點盾構機對隧道工程的適應性除了表現在刀盤與刀具的適應性、硝4文檔來源為：從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.文檔來源為：從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持. 土的流動性和止水性之外，掘進模式的適應性是非常關鍵的。 為了獲 得理想的掘進效果、保證開挖面穩定、有效控制地表沉降及確

5、保地面 建筑物安全，必須根據不同的地質條件選擇不同的掘進工況。本工程區間盾構工程隧道穿越的地層軟硬不均、復合交互、變化頻繁，因此 盾構機在全程推進過程中交叉使用土壓平衡模式、半敞開式和敞開式 掘進。?洞身處于2 <6>號自穩定性差的地層。?當地層可能有較大涌水時。土壓平衡工況掘進時，是將刀具切削下來的土體充滿土倉， 利用 這種泥土壓與作業面的土壓與水壓平衡， 同時利用螺旋輸送機進行與 盾構推進量相應的排土作業，掘進過程中始終維持開挖土量與排土量 的平衡，以保持正面土體穩定。?采用以齒刀、刮刀為主切削土層，以低轉速、大扭矩推進。? 土倉內土壓力值略大于靜水壓力和土壓力之和，并在掘進中

6、 不斷調整優化。? 土倉壓力通過采取設定掘進速度、調整排土量或設定排土量、 調整掘進速度兩種方法的建立，維持切削土量與排土量的平衡，以使 土倉內的壓力平衡。?盾構機的掘進速度主要通過調整盾構推進力、轉速來控制， 排土量則主要通過調整螺旋輸送機轉速來調節。在實際掘進施工中， 根據地質條件、排出的硝土狀態，以及盾構機的各項工作狀態參數等 動態地調整優化，掘進采取硝土改良措施增加硝土流動性和止水性。土壓力控制采取以下兩種操作模式：?控制排土量的排土操作控制模式，即通過土壓傳感器檢測，改 變螺旋輸送機的轉速控制排土量，以維持開挖面土壓穩定的控制模文檔來源為：從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載

7、支持. 式。此時盾構的推進速度人工事先給定。?控制進土量的推進操作控制模式，即通過土壓傳感器檢測來控 制盾構千斤頂的推進速度，以維持開挖面土壓穩定的控制模式。 此 時螺旋輸送機的轉速人工事先給定。排土量的控制是盾構在土壓平衡模式下工作的關鍵技術之一。 理 論上螺旋輸送機的排土量Qs是由螺旋輸送機的轉速來決定的，千斤頂 的速度和P值設定后，盾構機可自動設置理論轉速 NoQs =VsXNVs-設定的每轉一周的理論排土量。Qs應與掘進速度決定的理論硝土量 Q0相當，即：Qo=A x V x noA-切削斷面面積no-松散系數V-推進速度通常理論排土率用K =Qs/Qo表示。理論上K值應取1或接近1,

8、這時硝土具有低的透水性且處于好 的塑流狀態。事實上，地層的土質不一定都具有這種性質，這時螺旋輸送機的實際出土量與理論出土量不符，當硝土處于干硬狀態時， 因摩擦力大，硝土在螺旋輸送機中輸送遇到的阻力也大， 同時容易造 成固結堵塞現象，實際排土量將小于理論排土量，則必須依靠增大轉 速來增大實際排土量，以使之接近Qo,這時Qo<Qs, K>1。當硝土柔 軟而富有流動性時，在土倉內高壓力作用下，硝土自身有有一個向外 流動的能力，從而硝土的實際排土量大于螺旋輸送機轉速決定的的理 論排土量，這時Q°>Qs, K<1o此時必須依靠降低螺旋輸送機轉速 來降低實際出土量。當硝土

9、的流動性非常好時，由于螺旋輸送機對硝土的摩阻力減少，有時回產生殖土噴涌現象，這時轉速很小就能滿足 出土要求。硝土的出土量必須與掘進的挖掘量相匹配， 以獲得穩定而合適的 支撐壓力值，使掘進機的工作處于最佳狀態。當通過調節螺旋輸送機 轉速仍達不到理想的出土狀態時，可以通過改良硝土的塑流狀態來調 整。當切削土為粘結性泥土時，這類土只要通過切盤切削攪拌和螺旋 輸送機傳動，就能具有很大的塑流性，能滿足土壓平衡盾構的工作要 求。而當切削土為含砂量超過一定限度的砂和砂粘土時，單靠刀盤攪拌和螺旋輸送機傳動，很難達到應有的塑流化狀態，這時，一方面會 造成出土困難，另一方面密封艙內可能會因之有空腔存在， 這將直接

10、 影響開挖面土體的穩定，在這種地質條件下，采取借助設在刀盤上的 注漿管向前方土體內注入泡沫劑或膨潤土泥漿的辦法加以處理。推進時，刀盤扭矩是隨泥土塑流化狀態以及盾構推力的變化而變 化的，所以盾構掘進時，通過泥土塑流化控制，把刀盤扭矩和盾構推 力始終控制在設定的基準值以下，然后進行正常的操作控制。?通過壓力傳感器來控制壓力，掘進過程中要始終看著壓力傳感 器，當其顯示比設定值大時，調高輸送機出土速度，降低土倉內壓 力，相反則調低出土速度。?調壓的實現途徑1）人工調節2）自動調節除了調節壓力以外，還要看泥漿或化學泡沫劑的添加，周圍環境 的沉陷等，即土壓力穩定的判定是一個綜合復雜的過程， 需要有熟練 的

11、盾構機司機。一般盾構的推力在最大設計推力的 40%左右為正常，文檔來源為：從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持. 當推力值超過最大推力的70% 80%時，則應檢查是否已出現了刀盤 磨損等異常情況。?拼裝管片時，嚴防盾構機后退，確保正面土體穩定。?利用監測信息化施工技術指導掘進管理。?洞身處于7號地層中。?當洞身處于軟硬不均地段。?具有一定自穩能力和地下水的壓力不太高的地層，其防止地下水滲入的效果取決于壓縮空氣的壓力。采用該模式的前提是對應的地層有相當的自穩能力，且其強度較大，其工作面的穩定依賴外界支撐的程度相對于軟弱土層要少且如采 用大推力掘進，則刀盤扭矩將有可能升的很高。此模式下

12、必要時穩定 正面的部分壓力由壓縮空氣來實現，氣壓控制標準值為靜水壓力值與 松散土柱壓力值之和。半敞開式模式的技術措施?半敞開式掘進模式介于土壓平衡和敞開式之間，采用滾刀、 齒刀混合破巖切削。?為既能穩定開挖面和防止地下水滲入，又能避免出硝時螺旋 輸送機發生噴涌，壓縮空氣壓力控制在 11.5ba以內。?在該模式掘進時，注入泡沫對硝土進行改良。遇到地層變換、 涌水較大時，及時轉換模式掘進。敞開模式?當洞身處于8、9地層中。?能夠自穩、地下水少的地層。敞開式模式的實現盾構機切削下來的硝土進入土倉內， 即刻被螺旋輸送機排出。土文檔來源為：從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持. 倉內僅有極少

13、量硝土，基本處于清空狀態，掘進中刀盤和螺旋輸送機 所受的反扭力較小。敞開式模式的技術措施?敞開式掘進模式采用滾刀破巖，采用高轉速、低扭矩適宜的 螺旋輸送機轉速推進。?采用敞開模式掘進時，易產生掘進中的盾構機滾動和較大震 動現象。施工中如不慎引起盾構機滾動，可使刀盤反轉來糾正。?同步注漿時漿液可能滲流到盾殼與周圍巖體間的空隙甚至刀 盤處，為避免此現象發生可適當增大漿液粘度、縮短注漿時間、適當 減低注漿壓力來解決。?在硬巖敞開式掘進時，刀具磨損較大，溫度高，巖硝不具軟 塑性，因此注意觀察、檢查，及時換刀，注入泡沫和膨潤土冷卻、潤 滑，及降磨。4.3 、掘進模式的選擇表1三種掘進模式的主要工作參數參

14、數模式推力(t)扭矩(t.m)刀盤轉速(rpm)土倉壓力(bar)螺旋機轉速(rpm)敞開模式80015001101973-54-8半敞開式100018002103801-30.81.56-10土壓平衡120021002604001-21.53.58-12根據隧道的地質情況及周邊環境條件和盾構掘進模式的特點，選擇盾構掘進盾構隧道的掘進模式。具體分段表見表2表2區間隧道不同地質條件下掘進模式選擇一覽表里程地層巖土特征地面環境條件掘進模式DK12+369.954 DK12+200隧道洞身全斷面為巖石微風化帶<9>民房及道路i敞開模式i 隧道基本為巖石強風化帶<7>,局部夾雜

15、有巖石中等風化帶<8>和巖r » -j- - - - HiDK12+200 DK11+800石強風化帶<6>沙溪村醬集房屋段i土壓平衡模式1隧道上部為英安斑巖全風化層<6入 > >，下部為英安斑巖強風化帶<7i DK11+800 DK11+400入兀空地、道路! 土壓平衡模式1 1DK11+400 DK11+200隧道洞身全斷面基本為英安斑巖硬塑殘積土<5入兀-2>民房、道路土壓平衡模式1 _ _隧道上部巖石全風化帶<6>,下部為巖石中等風化帶<8>,中部為巖石11DK11+200 DK10+953.

16、5強風化帶<7>東曉南路 ！ 十壓平衡模式I ！隧道上部為淤泥質土層<2-1b>和可塑狀殘積粉質粘土層 <5-1>、硬塑i iDK10+762.6 DK10+580堅硬狀風化殘積粉質粘土層<5-2>,下部為巖石中等風化帶<8>,中東曉南路! 土壓平衡模式1部局部夾雜巖石全風化帶<6>和巖石強風化帶<7>I CDK10+580 DK10+320隧道洞身全斷面為硬塑堅硬狀風化殘積粉質粘土層<5-2>東曉南路i十壓平衡模式I隧道上部多為硬塑堅硬狀風化殘積粉質粘土層<5-2>,隧道下部為1DK1

17、0+320 DK10+110.246巖石強風化帶<7>,中部為巖石全風化帶 <6> 東曉南路； 十壓平衡模式i10文檔來源為：從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.文檔來源為：從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持. 4.4、盾構掘進方向控制和調整由于地層軟硬不均、隧道曲線和坡度變化以及操作等因素的影響，盾構推進不 可能完全按照設計的隧道軸線前進，而會產生一定偏差。當這種偏差超過一定限界 時就會使隧道襯砌侵限、盾尾間隙變小使管片局部受力惡化，并造成地層損失增大 而使地表沉降加大。因此，盾構施工中采取有效技術措施控制掘進方向，及時有效 糾正掘進偏差。

18、?采用SLS隧道自動導向系統和人工測量輔助進行盾構姿態監測。?采用分區操作盾構機推進油缸控制盾構掘進方向。根據線路條件所做的分段軸線擬合控制計劃、導向系統反映的盾構姿態的信息， 結合隧道地層情況，通過分區操作盾構機的推進油缸來控制掘進方向。在上坡段掘進時，適當增大盾構機下部油缸的推力和速度；在下坡段掘進時，適 當增大盾構機上部油缸的推力和速度；在左轉彎曲線段掘進時，適當增大盾構機右部 油缸的推力和速度；在右轉彎曲線段掘進時，適當增大盾構機左部油缸的推力和速度 ;在直線段掘進時，盡量使所有的推力和速度保持一致。在均勻的地質條件時，保持所有油缸推力和速度一致，在軟硬不均的地層掘進時 ,根據不同地層

19、在斷面的具體分布情況，遵循硬地層一側推進油缸的推力和速度適當 加大，軟地層一側推進油缸的推力和速度適當減小的原則。在實際施工中，由于地質突變等原因盾構機推進方向可能會偏離設計軸線并超過管 理警戒值，在穩定地層中掘進，因地層提供的滾動阻力小，可能會產生盾體滾動偏差 ,在線路變坡段或急彎段掘進，有可能產生較大的偏差。因此及時調整盾構機姿態、 糾正偏差。?采用分區操作盾構機推進油缸調整盾構機姿態，糾正偏差，將盾構機 的方向控制調整到符合要求的范圍。?在急彎和變坡段，必要時可利用盾構機的超挖刀進行局部超挖來糾偏。?在急彎和變坡段，必要時可利用盾構機的中盾和尾盾的較接油缸進行 調整盾構機的姿態，糾正偏差

20、。文檔來源為：從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持. 4.5、掘進中的硝土改良與防泥餅措施硝土改良就是通過盾構機刀盤、土倉、螺旋輸送機內配置的泡沫和膨潤土添加 劑注入口注入添加劑，利用刀盤、土倉的攪拌翼或螺旋輸送機旋轉攪拌使添加劑與土 殖混合，主要目的就是使盾構切削下來的硝土具有好的流塑性、合適的稠度、較低的 透水性和較小的摩阻力，以滿足在不同地質條件下采取不同掘進模式掘進時都可達到 理想的工作狀態。硝土改良還具有如下作用：?使硝土具有較好的土壓平衡效果，利于穩定開挖面，控制地表沉降。?使硝土具有較好的止水性，以控制地下水流失。?使切削的土順利快速進入土倉，并利于螺旋輸送機順利排土

21、。?可有效防水土硝粘結刀盤而產生泥餅。?可防止或減輕螺旋輸送機排土時噴涌現象。?可以減少切削刀頭、面板等的磨損和刀盤、螺旋輸送機的扭矩。?在砂質粘性土和全、強、中風化泥質粉砂巖的掘進中，主要是要穩定 開挖面，防止刀盤產生泥餅并降低刀盤扭矩。在刀盤面和土倉內注入泡沫的方法進行 改良，必要時向螺旋輸送機內注入泡沫。泡沫的組成比例如下：泡沫溶液的組成：泡沫添加劑 3%,水97%。泡沫組成：90-95%壓縮空氣和5-10%泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按開挖方量計算：300ml/m3-600ml/m3。泡沫的注入方式根據實際情況采用手持半自動操作方式和自動操作方式。?在硬巖地段的掘進主要是降低刀具的磨

22、損、螺旋輸送機的磨損，防止 涌水，擬采用向刀盤前和土艙內及螺旋輸送機內注入泥漿的方法進行改良。膨潤土以 懸浮液的形式加入，其體積使用量為20%-30%,拌合的懸浮液泵入儲漿罐中后通過不 同的注入口分別注入開挖倉及螺旋輸送機進口處。?在富水地段和其它含水地層采用土壓平衡模式掘進時，主要是防止涌水和噴涌，降低刀盤扭矩，擬向刀盤面、土艙內和螺旋輸送機內注入膨潤土，并增加對螺旋輸送文檔來源為：從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持. 機內注入的膨潤土，以利于螺旋輸送機形成土塞效應，防止噴涌。盾構主要的穿越的地層有泥巖、泥質粉砂巖、砂巖，而由于盾構機刀盤自身的 制約（中心區開口率低），盾構掘進

23、時可能會在刀盤尤其是中心區部位產生泥餅，當 產生泥餅后，掘進速度急劇下降，刀盤扭矩也會上升，大大降低開挖效率，甚至無法 掘進。施工中擬采取的主要技術措施：?在達到這種地層前把刀盤的部分刀具換成齒刀，增加刀盤的開口度。?加強盾構掘進時的地質預測和泥土管理，特別是在粘性土中掘進時， 更加密切注意開挖面的地質情況和刀盤的工作狀態。?在這種地層掘進時，增加刀盤前部中心部位泡沫注入量和選擇比較大 的泡沫加入比例，減少硝土的粘附性，降低泥餅產生的幾率。? 一旦產生泥餅，及時采取對策，必要時采用人工處理的方式清除泥餅。?必要時螺旋輸送機內也要加入泡沫，以增加硝土的流動性，利于硝土 的排出。4.6、 特殊地段

24、掘進施工硬巖施工中存在盾構施工掘進速度慢、軸線控制難度大、盾構易旋轉及刀具更換 頻繁等難點。合理利用超挖刀和盾構較接功能以達到糾偏效果。?控制掘進速度保證刀盤充分破碎前方巖石。?合理利用錢接千斤頂調整盾構姿態。?提高注漿及時性，控制地面沉降。開挖掌子面推進的支反力，是由管片提供的，刀盤切削土體的扭矩主要由盾構殼 體與洞壁之間形成的摩擦力矩來平衡，當盾構在8、9號地層中推進時，盾構 殼體與洞壁之間只有部分產生摩擦力提供摩擦力矩，當上述的摩擦力矩不能平衡刀盤 切削土體的扭矩時會引起盾構本體的滾動，過大的滾動會影響盾構的拼裝，也會引起 隧道軸線的偏斜。?掘進過程中，有針對性的加注泡沫劑以減少刀盤扭矩

25、， 消除盾構旋轉的外力因文檔來源為：從網絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持. 素。?利用降低推進速度、刀盤正反轉等措施對盾構旋轉角度進行控制。 通過改變刀 盤旋轉方向來糾正盾構旋轉。通過增大盾構周邊摩阻力控制盾構旋轉。巖石施工中刀具磨耗大，必要時須進行更換，更換刀具時選擇地質好的地層進行 。根據巖石風化程度或出土的難易程度有針對性的施加泡沫，一方面可以減小刀盤扭 矩，便于掘進；另一方面可以增加掘削下來土體的和易性。這對隧道軸線控制、掘進 速度和出土都有利。放慢掘進速度，以便更好的保護設備和控制軸線。根據巖石風化 程度及其自立性情況，可建立半敞開式模式和敞開式模式以加快掘進速度節省工期

26、。 采用小推力及刀盤高轉速掘進方式。?根據地質資料合理配備滾刀、刮刀的配置數量、布置形式，并注意對 刀具的更換。?采用敞開式模式，必要時注泡沫或膨潤土漿對硝土改良。?根據測量數據及時修正千斤頂推力組合，遵循硬地層一側推進油缸的 推力和速度適當加大，軟地層一側推進油缸的推力和速度適當減小的原則。盾構由軟土進入硬巖掘進?在到達軟硬分界面前10m即開始進行適當的技術參數調整，如適當降 低土壓設定值，增大同步注漿量。?盾構由土壓平衡狀態向半敞開式模式過渡，同時調整各區域油壓的油 壓差以改變盾構千斤頂的合力位置和方向。?放慢掘進速度。?將刀盤上的刮刀更換為滾刀掘進。?在到達界面前10m進行適當的技術參數調整，如適當增大土壓設定值， 減少同步注漿量。?盾構由半敞開式模式向土壓平衡狀態過渡，同時調整各區域油壓的油 壓差以改變盾構千斤頂的合力位置和方向。?加快掘進速度。文檔來源為：從網絡收集整理.word