一、编制依据

（1）《地铁设计规范》（GB50157-2003）;

（2）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）;

（3）本工程《实施性施工组织设计》。

二、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。

三、适用范围

成都地铁一号线【火车南站～桐梓林～倪家桥】盾构区间隧道盾构掘进施工作业。

四、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使用的掘进模式包括泥水平衡模式、“D”模式（即加气模式）两种掘进模式。

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、泥浆调制标准和方法、泥水压力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置等施工控制参数。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。

五、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。

六、掘进施工参数设定

6.1、泥水室压力设定

6.1.1、理论计算

上限值：P上=P1＋P2＋P3 =γw·h＋K0·[(γ-γw)·h+γ·(H-h)]＋20

式中：P上－泥水室压力上限值，kPa；

P1－地下水压力，kPa；

P2－静止土压力，kPa；

P3－变动土压力，一般取 20 kPa；

γw－水的溶重，kN/m3；

h－地下水位以下的隧道埋深（算至隧道中心），m；

K0－静止土压力系数，

γ－土的溶重， kN/m3；

H－隧道埋深（算至隧道中心），m。

下限值 P下=P1+P'2+P3 =γw·h+Ka·[(γ-γw)·h+γ·(H-h)]-2·Cu·sqr(Ka)+20

式中：

P下－泥水室压力下限值，kPa；

P'2－主动土压力，kPa；

Ka－主动土压力系数；

Cu－土的凝聚力，kPa。

6.1.2、掘进时泥水室压力确定

盾构机掘进时的切口泥水压力应介于理论计算值上下限之间，并根据地表建构筑物的情况和地质条件适当调整。在逆洗过程中，由于泥水仓或盾构机内的排泥管处于堵塞状态，因此逆洗时应提高排泥流量，但不能降低泥水室压力。盾构机推进、逆洗和旁路状态切换时的泥水室压力偏差值均控制在：－20～＋20kPa。

6.2 、掘进速度

正常掘进条件下，掘进速度设定为20～40mm/min；在盾构机通过漂石地层时，掘进速度应控制在10～20mm/min。

盾构掘进速度设定时，注意以下几点：

6.2.1、盾构启动时，盾构司机需检查千斤顶是否顶实，开始推进和结束推进之前速度不宜过快。每环掘进开始时，逐步提高掘进速度，防止启动速度过大冲击扰动地层。

6.2.2、每环正常掘进过程中，掘进速度值尽量保持衡定，减少波动，以保证泥水室压力稳定和送、排泥管的畅通。掘进速度调整时应逐步进行，避免速度突变对地层造成冲击扰动和造成泥水室压力摆动过大。

6.2.3、推进速度必须满足每环掘进注浆量的要求，保证同步注浆系统始终处于良好工作状态。

6.2.4、掘进速度选取时必须注意与地质条件和地表建筑物条件匹配，避免速度选择不合适对盾构机刀盘、刀具造成非正常损坏和造成隧道周边土体扰动过大。

6.3、 掘削量的控制

盾构掘进实际掘削量：VR=（Q1-Q0）×t

式中：

VR－实际掘削量，m3；

Q1－排泥流量，m3/min；

Q0－送泥流量，m3/min；

t－掘削时间，min。

当发现掘削量过大时，应立即检查泥水密度、粘度和泥水室压力。也可利用探查装置，调查土体坍塌情况，在查明原因后及时调整有关参数，确保开挖面稳定。

6.4、泥水指标控制

比重ρ=1.12kg/m3；漏斗粘度ν=39S；析水率5.4%；PH值:9；API失水量17.4ml。

6.5、同步注浆

6.5.1、注浆压力

注浆压力设定为3～3.5kg/cm2，管片注浆口的注浆压力为2～4kg/cm2。

6.5.2、注浆量

理论注浆量：V=π/4×（6.282-62）×1.5=4.05m3

实际的注浆量为理论建筑空隙的130％～180％，即为5.26～7.09m3。

6.6、管片的运输和拼装

6.6.1、管片运输车应位于机车的后方，一趟管片运输车运送6块环片，其中3块叠放在一个车上，一趟是2个管片运输车，在管片运输车开动之前，要按照运输要求对环片进行固定，同时在向管片运输车装入管片时，要保证管片的安装顺序。所有管片应与管片运输车的长度方向成一条线，当管片运至设备内时，管片应该转动90度，确保管片可以稳固地放在管片提升臂上。

6.6.2、本工程施工管片拼装采用的是错缝拼装法。管片安装时安装司机、螺栓安装人员要就位，首先安装最下方一块管片，及时连接纵向螺栓；由下到上左右对称安装剩余管片，随每块管片的安装将纵向螺栓及环向螺栓连接好并进行紧固；封顶块安装时，先搭接1/3，再径向插入，边调整位置边缓慢纵向顶推；整环管片全部安装完后，用风动搬手紧固所有螺栓；上紧所有注浆孔封堵塞；完成上述工作后，盾构即可进入下一环的掘进。

管片安装机的具体操作方法和拼装要求见设物部下发操作规程。

6.7、盾构油脂压注

盾构机尾部与已拼装的管片外部的空隙靠盾尾密封刷和密封刷之间充填的盾尾油脂分隔。在盾尾的钢板中预埋了8根盾尾密封油脂注入管。盾尾油脂的注入可使盾尾密封刷和密封刷间的油脂与管片外弧面紧密结合，能阻止地下水及同步注浆浆液进入盾构机内部，防止地下水和同步注浆浆液的损失。盾尾油脂采用自动、半自动或手动控制系统操作。

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做出包括掘进模式、泥水压力、总推力、掘进速度、刀盘转速、刀具贯入量以及泥水压力管理标准、衬砌背后注浆参数等的技术交底。同时，工程部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。

七、掘进过程中后续安装元件的延伸

7.1、循环水管、污水管、高压风管的延伸

7.1.1用运料车把要接的管道运送到洞内。

7.1.2用4号拖车上的起吊器?吊下存放在4号拖车上。

7.1.3当隧道掘进6~7米后?关掉水管前后闸阀?并拆掉螺栓。

7.1.4用电动卷扬机拖动1号、2号、3号、4号拖车前移。

7.1.5接上风管和水管?并打开闸阀。

7.2、动力电缆的延伸

主动力电缆连接在拖车4上，可被延伸的100米动力电缆安装在这个拖车上。当100米动力电缆全部伸出后，要在隧道内电缆和拖车4上的电缆之间连接另外一条电缆。停掉动力电源，拆卸隧道内的电缆和延伸电缆的连接，把新的电缆连接在隧道电缆上，把电缆的另外一端放在拖车上，拉动拖车上原有的电缆，并把其存放在拖车上原有的存储区域内，连接拖车上两条电缆的两端。

7.3、进、排泥浆管的延伸

7.3.1打开设备内的旁通阀

7.3.2停止泥浆供给泵和抽取泵

7.3.3启动接管器液压动力单元

7.3.4关闭拖车4上的阀门

7.3.5在供给管线上将接管器推出

7.3.6在抽取管线上将接管器推出

7.3.7拉回伸缩管路，以便具有足够的空间安装新的管路?更换并安装泥浆供给和抽取管线

7.3.8打开始发井内的旁路阀

7.3.9将供给管线接管器推回

7.3.10将抽取管线接管器推回

7.3.11然后将拖车4上的阀门打开

7.4、轨道线的延伸

用运料车把轨道、钢枕、夹板等运送到洞内，用4号拖车上的起吊器?吊下存放在4号拖车上。当隧道掘进3米后，用浮轨提升装置?提起浮动轨道，连接上轨道线，每接三次短轨后更换一次12米长轨。

7.5、通风管储存装置

其内储存有经过压缩的通风软管。当这些软管全部用完后，需要更换新的储存装置。新的储存装置必须牢固地放置在运输支架上，而且要留足够的空间来放置用过的贮存装置。

运输支架要小心移到隧道设备拖车4。把装在拖车4上手动绞盘的四个吊钩挂在用过的储存装置的吊耳上，并将其稳固住，将储存装置从通风口上拆下，再从后端解开软管，拆开四个固定点，把储存装置用绞盘放到其对应的运输支架上，拆去吊钩，然后把新的储存装置移到位，挂上吊钩，将新的运输装置提起来放到位，再紧固好，将储存装置连到通风口上，然后用夹子把软管连接到后端。最后把用过的储存装置运出隧道。

八、掘进操作与控制

8.1、掘进模式选择与控制

各掘进模式的特点和适应条件

8.1.1、泥水模式

泥水模式是指在盾构机的前部刀盘后侧设置隔板，它与刀盘之间形成泥水压力室，将加压的泥水送入泥水压力室，当泥水压力室充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来谋求开挖面的稳定。盾构推进时由旋转刀盘切削下来的土砂经过搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面。

8.1.2、“D”模式（即加气模式）

“D”模式也叫间接控制模式，它由空气和泥水双重系统组成。在盾构机的泥水室内，装有一道半隔板，将泥水室分割成两部分，在半隔板的前面充满压力泥浆，半隔板后面在盾构轴线以上部分加入压缩空气，形成气压缓冲层，气压作用在隔板后面的泥浆接触面上。由于在接触面上的气、液具有相同的压力，因此只要调节空气压力，就可以确定开挖面上相应的支护压力。

当盾构掘进时，由于泥浆的流失或盾构推进速度的变化，进出泥浆量将会失去平衡，空气和泥浆接触面位置就会出现上下波动现象。通过液位传感器，可以根据液位的变化控制泥浆泵的转速，使液位恢复到设定位置，以保持开挖面支护压力的稳定。当液位达到最低极限位置时，可以自动停止排泥泵。

8.2、盾构机掘进模式的选择依据及结果

8.2.1、模式选择的依据

（1）工程地质和环境条件。

（2）地下水的含量。

（3）特殊地质构造。

8.2.2、使用泥水模式的情况

（1）围岩硬度较高（耐压35Mpa以上）（如：岩石层），自稳性好（如：粘性土层），地面沉降要求不高。

（2）地下水含量较少，裂隙水较少。

（3）无特殊构造。

8.2.3、使用“D”模式的情况

（1）围岩较软，渗透系数大等，自稳性差，地面沉降要求较高。

（2）地下水含量大，裂隙水量大。

（3）地质特殊构造。

8.3 、掘进时注意事项

8.3.1、掘进时要注意进泥量、开挖土砂量与排泥量的相对平衡，此平衡可以根据泥水流量和进排泥密度计算出；在沉降要求较高和地质较差的地段更要特别注意；

8.3.2、围岩较差和沉降要求较高时，要特别注意泥水的质量，保证泥水粘度和造墙性；

8.3.4、“D”模式下要确保压缩空气的供应（包含压力、供气量）。

8.4、方向控制与调整

8.4.1、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

该系统配置了导向、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置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置、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。

8.4.2、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。

8.4.3、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。

8.4.4、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。

8.4.5、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。

九、施工质量控制

9.1、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；

9.2、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；

9.3、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；

9.4、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置，防止砂浆离析或凝结影响使用；

9.5、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；

9.6、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；

9.7、掘进时对称位置的油缸推力差尽量不要超过50bar，避免致使管片损坏或错台；

9.8、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。

相关资料推荐：

铁路隧道施工作业指导书133页附CAD（开挖支护）

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知识点：盾构掘进施工作业指导书