盾构掘进施工作业指导书

中国建筑一局（集团）有限公司

China Construction First Division (Group) Corporation Limited

武汉轨道交通四号线二期第一标段【复兴路站～首义路站】

区间盾构工程

盾构掘进施工指导书

编制： 审核： 批准：

中建一局（集团）有限公司

二零一三年十月

武汉轨道交通四号线二期第一标段【复兴路站～首义路站】区间盾构工程

目 录

1. 编制依据.................................................2 2. 编制目的.................................................2 3. 适用范围.................................................2 4. 定义.....................................................2

4.1掘进模式............................................2 4.2管理基准............................................2 5. 盾构掘进施工作业流程.....................................3 6. 掘进施工参数设定.........................................3 7. 盾构操作与控制...........................................4

7.1掘进模式选择与控制..................................4 7.2方向控制与调整......................................5 7.3洞内运输系统........................................6 7.4隧道断面布置........................................8 7.5碴土改良与管理......................................9 8. 施工质量控制............................................10

1．编制依据

（1）《地下铁道设计规范》;

（2）《地下铁道工程施工及验收规范》; （3）本区间相关施工设计图纸； （4）本工程《盾构施工组织设计》。 2．编制目的

（1）规范操作程序，指导现场施工； （2）确保盾构掘进施工的连续、顺利； （3）确保工程施工质量。 3．适用范围

武汉轨道交通四号线二期第一标段【复兴路站~首义路站】盾构区间隧道盾构掘进施工作业。 4．定义 4.1掘进模式

掘进模式是指根据不同的工程水文、地质条件进行相应掘进控制的方法。本工程施工过程中将可能使用的掘进模式包括土压平衡模式、半敞开模式、敞开模式等三种掘进模式 4.2管理基准

管理基准包括根据工程水文地质条件确定的掘进模式、掘进参数、碴土改良标准和方法、碴土管理标准等掘进参数以及管片衬砌背后注浆参数和根据盾构机姿态、盾构当前所处的线路要素以及盾构下一步进行姿态调整的趋势确定的管片型号及封顶块安装位臵等施工控制参数。它是进行盾构掘进施工的依据和标准。也可称作掘进施工参数。 5．盾构掘进施工作业流程

盾构掘进施工作业流程如盾构掘进施工作业工序流程图所示。

盾构掘进施工作业工序流程图

6．掘进施工参数设定

掘进施工参数由工程部根据工程水文地质情况预见性的对一定的施工阶段或施工地段作出包括掘进模式、土仓压力、总推力、掘进速度、刀盘转速、刀具贯入量以及碴土改良方法、碴土管理标准、衬砌背后注浆参数等的技术交底。重要地段由公司组织进行讨论并编制详细的技术方案。技术交底或技术方案下发至掘进班及主司机，并由掘进班长及主司机负责落实。

同时，工程部必须在施工进行期间结合地面监测反馈信息及实际施工情况进行总结分析，对掘进参数进行动态管理，在施工过程中对掘进参数进行不断的优化。 7．掘进操作与控制

7.1掘进模式选择与控制

7.1.1各掘进模式的特点和适应条件 （1） 敞开式掘进模式

该掘进模式下盾构机切削下来的碴土进入土仓后即刻被螺旋输送机排出，土仓内仅有极少量的碴土，土仓基本处于清空状态，掘进中刀盘和螺旋输送机所受反扭矩较小。由于土仓内压力为大气压，故不能支撑开挖面地层和防止地下水渗入。该模式适用于能够自稳、地下水少的地层。 （2） 半敞开式

半敞开式又称为局部气压模式。掘进中土仓内的碴土未充满土仓，尚有一定的空间，通过盾构保压系统向土仓内输入压缩空气与碴土共同支撑开挖面和防止地下水渗入。

该掘进模式适用于具有一定自稳能力和地下水压力不太高的地层，其防止地下水渗入的效果主要取决于压缩空气的压力。 （3） 土压平衡模式

土压平衡模式就是将刀盘切削下来的碴土充满土仓，并通过推进操作产生与掌子面土压力和水压力相平衡的土仓压力来稳定掌子面地层和防止地下水的渗入。该掘进模式主要通过控制盾构推进速度和螺旋输送机的排土量来产生压力，并通过测量土仓内的土压力来随时调整盾构推进速度和螺旋输送机的转速，控制出碴量。在该掘进模式下，刀盘和螺旋输送机所受的反扭矩较大。该掘进模式适用于不能稳定的软土和富水地层。

7.2方向控制与调整

（1） 采用SLS-T 隧道自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测；

该系统配臵了导向、自动定位、掘进程序软件和显示器等，能够适时显示盾构机当前位臵与隧道设计轴线的偏差以及趋势。据此调整控制盾构机掘进方向，使其始终保持在允许的偏差范围内。

随着盾构推进，导向系统的测量仪器及后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位。为保证推进方向的准确可靠，每周进行两次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位臵、姿态，确保盾构掘进方向的正确。

同时，可通过该系统测得的盾构滚动值及时通过刀盘正反转调整与控制盾构的旋转。每次盾构旋转变化量不得超过6mm/m。 （2） 采用分区调整盾构推进油缸推力控制盾构掘进方向； 根据线路条件所做的分段轴线拟合控制计划、导向系统反映的盾构姿态信息，结合隧道地层情况，通过分区操作盾构机的推进油缸来控制掘进方向。但每环掘进时对盾构竖直和水平方向姿态的调整量不得超过6mm ，以避免管片受力不均匀而产生错台。

1） 在上坡段掘进时，适当加大盾构机下部油缸的推力；在下坡段掘进时则适当加大上部油缸的推力；在左转弯曲线段掘进时，则适当加大右侧油缸推力；在右转弯曲线掘进时，则适当加大左侧油缸的推力；在直线平坡段掘进时，则应尽量使所有油缸的推力保持一致。

2） 在均匀的地质条件时，保持所有油缸推力一致；在软硬不均的地层中掘进时，则应根据不同地层在断面的具体分布情况，遵循硬地层一侧推进油缸的推力适当加大，软地层一侧油缸的推力适当减小的原则来操作。

（3） 在岩石中－微风化地层段掘进时，必要时可采用盾体上的两个稳定器伸出撑紧岩壁，减小推进时盾构震动，防止发生盾构机滚动偏差。

7.3洞内运输系统

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。 7.3.1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六号台车上的出土口，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。 7.3.2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。 7.3.3洞内运输组织

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。

正常掘进阶段运输组织

管；隧道左侧，布臵一根高压动力电缆；左下方每6环布臵一个管架，用以固定进、排水管。通讯电缆随架空线支架一起敷设。

＋97％水，泡沫组成为：90～95％压缩空气＋10～5％泡沫溶液。泡沫注入量按碴土开挖量计为300～600L/m3；

图7.5-1 泡沫发泡原理

泡沫制造

泡沫

图7.5-2 泡沫制造工艺流程

（3） 在施工过程中加强对碴土状态的观察，根据实际情况及时对碴土改良参数进行调整，以到达最佳效果；

（4） 对某一地段的碴土性质进行试验，确定其基本物理性质，并计算出每环的出碴量控制范围，作为在该地段施工时对碴土管理的控制标准；

（5） 结合地面沉降监测反馈信息，对出碴量控制标准进行调整，实现碴土管理的最优化。

8．施工质量控制

（1） 盾构施工现场由掘进班长进行组织管理，公司值班调度进行协调。加强管片吊运、安装，砂浆拌制、储存、运输以及掘进时同步注浆等工序的管理与控制；

（2） 管片吊装、运输过程中注意对管片的保护，避免损坏管片以及管片的防水材料，影响隧道的表观质量及防水质量；

（3） 管片安装必须严格按作业指导书进行操作，保证管片的安装质

量。管片安装尽量按由下至上、左右对称的原则进行，一次收回的油缸不得超过5组；

（4） 砂浆拌制必须根据砂浆配合比进行配料和操作，在任何储存过程中避免使砂浆静臵，防止砂浆离析或凝结影响使用；

（5） 施工过程中必须遵循注浆与掘进同步进行的原则，掘进必须进行同步注浆，注浆量与注浆压力必须达到技术交底或技术方案的要求。以使注浆达到控制地面沉降同时又不因注浆压力过大损坏管片；

（6） 每班至少对注浆系统进行一次清洗，以保证注浆系统保持良好的工作状态；

（7） 掘进时对称位臵的油缸推力差尽量不要超过50bar ，避免致使管片损坏或错台；

（8） 正确进行管片选型，尽量符合盾构姿态的要求，以使管片端面尽可能与盾构的掘进方向垂直。