土压平衡盾构施工

土压平衡盾构施工

一、 工艺概述

土压平衡盾构施工中 ,由刀盘切下的弃土进入土仓，形成土压，土压超过预先设定值时，土仓门打开，部分弃土通过螺旋机排出土仓，从而保持土仓内土压平衡，土仓内的土压反作用于挖掘面，防止地层的坍塌。

二、 作业内容

1 、启动皮带机、刀盘、螺旋输送机等机电设备，根据测量系统面板上显示的盾构目前滚动状态选择盾构旋向按钮，一般选择能够纠正盾构滚动的方向；开启螺旋输送机的出渣口仓门并开始推进。

2 、根据测量系统屏幕上指示的盾构姿态，调整各组推进油缸的压力至适当的值，并逐渐增大推进系统的整体推进速度。

3 、在盾构的掘进过程中，值班工程师及设备主管人员随时注意巡检盾构的各种设备状态，如泵站噪声情况，油脂及泡沫系统原料是否充足，轨道是否畅通，注浆是否正常等。操作室内主司机应时刻监视螺旋输送机出口的出渣情况，根据测量系统屏幕上显示的值调整盾构的姿态。发现问题立即采取相应的措施。

4 、掘进完成后停止掘进按以下顺序停止掘进：停止推进系统、逐步降低螺旋输送机的转速至零、停止螺旋输送机、关闭螺旋输送机出渣口仓门、停止皮带机、停止刀盘转动。

三、 质量标准及验收方法

1、盾构本体滚动角不大于 3 度。

2、盾构轴线偏离隧道轴线不大于 50mm。

3、盾构推进过程中壁后注浆不小于设计方量，设计方量根据地质情况、地表监测情况调整。

4、根据横向偏差和转动偏差，应采取措施调整盾构姿态，防止过量纠偏。

5、盾构停止掘进时应采取适当措施稳定开挖面，防止坍塌。

6、必须对盾构姿态和管片姿态进行人工复合测量。

四、工艺流程图

以两趟列车完成一个掘进循环为例。

五、工序步骤及质量控制说明

1 、工序步骤

掘进准备工作就绪后，先启动水平运输设备，后启动螺旋输送机。

由盾构司机按有关盾构设备操作规定对推进系统进行检查和操作后即开始掘进，同时观察螺旋输送机排渣情况是否正常。

推进完成后，使盾构停留在管片安装模式下，并随时观察土仓内土压变化采取保压措施， 防止掌子面坍塌，同时开始管片安装。

2、质量控制

在推进过程中应控制盾构轴线与设计轴线的偏差值，使之在允许范围内。

按优化参数控制掘进速度、出土量、注浆压力、注浆量和时间等，并做好记录。如表 1。

表   1 施工记录项目 表

每环掘进结束及中途停止掘进时，应按程序操作各种机电设备。

遇到设备故障或意外地质条件变化时，必须停止掘进，经处理后才能继续掘进。

中途停止时间较长时，开挖面及盾尾应采取防止土体流失的措施。

应根据工程地质和水文地质条件，注入适当添加剂，保持土质流塑状态。

盾构掘进施工过程中严格受控，工程技术人员根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、盾构机姿态、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种勘探、测量数据信息，正确下达每班掘进指令，并即时跟踪调整。

盾构机操作人员严格执行指令，谨慎操作，对初始出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免盾构机走 “蛇”形，盾构机一次纠偏量不宜过大，以减少对地层的扰动。

六、施工机械及工艺装备

土压平衡盾构机的主要部件和系统结构如下：

刀盘切削系统：位于切口环内，由盘体、切削刀、仿形刀、传动箱、主驱动装置、集中润滑系统组成。

推进系统：由若干组推进千斤顶分成 4~5 组组成。

图   1   刀盘切削系 统     图 2   推进系 统

加泥与同步注浆系统：膨润土或泡沫剂与切削下来的密封舱内土体充分搅拌，使之成为可塑、渗透性极小的渣土，并保持一定的动态平衡压力，控制开挖面土体不塌陷和地面不发生较大沉降。注浆系统分盾尾同步注浆和管片二次注浆 ,主要是保证地面沉降在允许范围内。

螺旋输送机系统：将切削下来的渣输送到皮带机或编组列车内 ,是控制密封舱内保持一定土压与开挖面土压和水压平衡的关键系统。

图   3   螺旋输送机系 统 图   4   管片吊机及管片拼装系 统

管片吊机及管片拼装系统：用于隧道管片拼装 . 由回转盘体、悬臂梁、提升横梁、举重钳，以及千斤顶等组成。

盾尾密封系统：是盾构形成密封的关键 ,结构型式为三排二室钢丝刷等结构形式。

图 5   盾尾密封系统

皮带运输机系统：用来输送土体。

数据采集与监控系统：是盾构工作的控制系统 . 可对挖掘数据进行采集、数值运算、逻辑控制、故障报警、实时画面显示与数据输出等管理工作。

后续台车系统：主要为盾构机各种后配套设备的台车编组。

10、注脂及集中润滑系统 该系统起润滑及建立压力抵御外部泥砂入侵的作用。

11、冷却系统 盾构中的冷却系统是用于消除一些设备和动力装置在盾构掘进中产生的大量热量，以保证盾构正常运转。

12、供电系统 包括高压供电和低压配电。高压宜采用 10kV 电压供电，也可根据施工现场所在地区变电所供电电压的实际情况调整盾构供电电压。

13、导向系统 盾构导向测量系统是在传统方位测量技术的基础上，结合电气自动化技术、计算机技术而发展起来的一种用于盾构施工轴线导向辅助监测的装置。

14、冷却水系统 冷却水系统由冷却水塔和循环管路组成，为盾构施工提供日常用水及冷却用水。

15、通风系统 通风系统用来置换隧道内部空气、降温。有风机和风管组成。风机功率根据隧道进尺长度调整。

16、人仓 连接土仓的密闭空间，开仓更换刀具时人员停留及进出的通道。

17、工业空压机 为风动装置如泡沫系统、风动扳手等提供高压风。

七、作业组织

表 1   人员配备表

八、材料消耗

掘进过程中，可能需要消耗的材料有渣土改良添加剂、主轴承密封油脂、盾尾密封油脂油脂、水电配件等，具体消耗量据掘进情况而定。

九、生产效率

根据地质情况而定。

十、安全生产及环境保护

1、安全保证措施

做好施工场地平面布置，合理安排场内临时设施。施工场地采取全封闭模式，设置门卫

24 小时值班，严格限制非施工生产人员进入场地，施工人员挂牌上岗。加强夜间施工的工地照明及道路防滑措施。

根据工地情况，布置安全防护设施和统一的安全标志（牌）、安全色灯。在各显要位置设置大幅安全宣传标语。

按照防火防爆的有关规定设置油库等临时性构筑物，临时设施区要按规定配足消防器材，所有施工人员要熟悉并掌握消防设备的性能和使用方法。

加强防雷电、防火、防洪教育，建立防洪组织，制订措施和管理制度，并落到实处。

施工场地的油库、料库、 变电站、门吊及其他高大建筑，设置防雷设施，定期检查接地电阻，防止雷击。

加强施工监控量测，特别是对隧道施工影响范围内的地表建筑物、地中埋设管线等涉及居民生活和安全的构筑物，制订专门的监控量测方案，实行专人负责，及时反馈监测信息，调整施工方法，确保地表构筑物的安全。

工地设置救护室，配备医务人员。

工程实施前，对投入本工程施工的机电设备和施工设施进行全面的安全检查，未经有关安全部门验收的设备和设施不准使用，不符合安全规定的地方立即整改完善。

加强现场洞内外用电管理、照明、高压电力线路的架设顺直、标准，保证绝缘良好。各种施工机械和电气设备均设置漏电保护器，确保用电安全。

各种吊运机具设备正式使用前必须组织试吊、试运行。吊装作业中严禁超载。起重作业人员要严格执行《起重作业安全操作规程》，确保施工作业人员的安全。

工程机械和车辆经常检查维修，对驾驶人员进行安全意识教育和交规教育，严禁违章开车，各种车辆严格遵守交通规则，确保行车安全。

2、环境保证措施

指定专人负责施工现场和施工活动的环境保护工作，完成施工环保设计方案和环保工作方案中的各项工作。

将环保工作和责任落实到岗位、落实到人，在日常施工中随时检查，出现问题及时纠正。

根据不同的施工阶段和季节特征及时调整环保工作内容，保证工作质量。

每周对环保工作进行一次例行检查，内容包括：施工概况；污染情况 ——污染种类、强度、环境影响等；污染防治措施的落实情况、可行性和效果分析；存在问题和拟采取的纠正措施；下步环保工作计划；其它需说明的问题，如措施变更、污染事故和纠纷处理等。

指定专人负责计划的执行，施工单位至少每季度进行一次应急计划落实情况的检查工作，一旦发生事故或紧急状态时，要积极处理并及时通知业主。

在事故或紧急状态发生后，组织有关人员及时对事故或紧急状态发生原因进行分析，编写事故或紧急状态分析报告，并根据分析报告制定减少和预防环境影响的措施，报送业主批准后组织实施。同时，施工单位要根据事故或紧急状态发生后，内、外部条件的变化，对有关的应急计划进行评审、修订。