【文章內容簡介】 在此推力下刀具切入地層所產生的扭矩小于始發(fā)臺提供的反扭矩。⑧在始發(fā)階段由于推力較小，地層較軟要特別注意防止盾構低頭。⑨盾構組裝前在基座軌道上涂抹油脂，減少盾構推進阻力；始發(fā)前在刀頭和密封裝置上涂抹油脂，避免刀盤上刀頭損壞洞門密封裝置。⑩盾體進入圍護結構2～3環(huán)時，如發(fā)現(xiàn)地層含水量大，可通過盾構機中盾的注漿孔在盾體外側注聚氨酯，聚胺脂可填充盾體四周間隙形成一圈止水帶，防止到達時發(fā)生噴涌現(xiàn)象。復合式土壓平衡盾構機具有敞開式、半敞開式及土壓平衡三種掘進模式。為了獲得理想的掘進效果、保證開挖面穩(wěn)定、有效控制地表沉降及確保地面建筑物安全，根據本標段地質選擇土壓平衡模式掘進。通過試掘段進選定了六個施工管理指標來進行掘進控制管理：a、土倉壓力；b、推進速度；c、總推力；d、排土量；e、刀盤轉速和扭矩；f、注漿壓力和注漿量，其中土倉壓力是主要的管理指標。根據我部的施工經驗，合理的土倉壓力對掘進速度的影響是很大的，對于圓礫地層，在正常出土的情況下，確保土層中的地下水穩(wěn)定，也即是土倉內流動碴土的壓力略大于顯示點水柱的壓力，p≥γwh，則掌子面穩(wěn)定，掘進速度較快。對于洞頂以上為軟土的情況，土壓的計算則應用太沙基公式比較合理。對于洞頂為軟弱土的部位，土壓的確定根據以下公式計算： 土倉壓力設定按下式計算：P= k0γh+P水= tg2（45φ/2）γh+P水主動土壓力系數k0 = tg2（45φ/2）γ為圓礫土的飽和重度，h為隧道上部覆土深度（最小深度為8m，最大深度17米）Φ為圓礫土的內摩擦角取30P水為水壓力（最高水深4米）40～130KN/m2P= tg2（4530/2）（11～18）+（40～130）=～=～～。千斤頂推力與刀盤轉速是否合理是關系到刀具能否順利切削巖層，推力過小，巖層得不到充分的壓裂和切削，掘進效果差，推力過大時，由于管片斷面不平整或千斤頂受力不均，容易產生管片破裂、滲水等現(xiàn)象，均不能保證隧道快速掘進，推力控制在6000~10000KN，最大推力應根據分組千斤頂的壓力來確定，根據管片混凝土標號，綜合洞內混凝土管片的受力情況，取管片混凝土強度的一半即25Mpa作為分組千斤頂所受壓力的上限是安全的，對管片不會產生擠裂、破損等問題。至于刀盤轉速，在圓礫中，以便刀具能充分切入地層，達到切削地層的目的。無論何種速度，均應與其它參數如刀盤扭矩、泡沫注入、推進速度等有機結合起來，才能取得理想的結果。出土量是前方地層穩(wěn)定與否的直觀反映，在泡沫與水注入正常的情況下，每環(huán)的出土量一般為48～59m3，遇到發(fā)生容易坍塌的地層，出土量往往偏大。因此，在掘進過程中對出土量的控制十分必要。本工程渣土車每斗容量為17m3，出土量控制在4斗以內，能確保不超挖，每斗土推進油缸合理行程應為320～390mm之間。因此，在掘進過程中，盾構司機在掘進過程中做好每斗土前后油缸行程差的記錄，值班工程師對每斗土進行檢查和做好渣土取樣，結合渣土情況進行分析判斷，如有異常情況，及時采取合理措施，確保出土量的控制。同步注漿的及時進行可以穩(wěn)定隧道管片，控制隧道管片的變形，防止隧道管片在脫出盾尾后發(fā)生錯臺現(xiàn)象，從而避免管片破損現(xiàn)象發(fā)生，保證盾構隧道姿態(tài)的正確，加快掘進速度。同步注漿量要控制適中，嚴格控制注漿壓力，既不能因過少而造成地面大量沉降也不能因過多，造成涌砂、涌水等事故的發(fā)生。在掘進過程中，一定要隨時對同步注漿量進行控制，一般情況下，～，對于已經發(fā)生噴涌、沉陷的地段，注漿的壓力應適當提高，當隧道變形比較大，常用的漿液不能滿足盡快固結的要求時，應調整同步注漿漿液配比，縮短漿液凝膠時間，必要時可進行二次注漿。（1）、盾構機掘進的前50m作為試掘進段，通過試掘進段擬達到以下目的：① 用最短的時間對盾構機進行調試。② 熟悉本工程的地質條件，掌握各地質條件下復合式盾構的施工方法。③ 收集、整理、分析及歸納總結各地層的掘進參數，制定正常掘進各地層操作規(guī)程，實現(xiàn)快速、連續(xù)、高效的正常掘進。④ 熟練管片拼裝的操作工序，提高拼裝質量，加快施工進度。⑤ 通過本段施工，加強對地面變形情況的監(jiān)測分析，反映盾構機到達時以及推進時對周圍環(huán)境的影響，掌握盾構推進參數及同步注漿量。（2）、盾構機在完成前50m的試掘進后，將對掘進參數進行必要的調整，為后續(xù)的正常掘進提供條件。并做好施工記錄，記錄內容有:①隧道掘進——施工進度——油缸行程、掘進速度——盾構推力、土壓力——刀盤、螺旋機轉速——盾構內壁與管片外側環(huán)形空隙（上、下、左、右）②同步注漿——注漿壓力、數量、稠度——注漿材料配比、注漿試塊強度（每天取樣試驗）③測量——盾構傾斜度——隧道橢圓度——推進總距離——隧道每環(huán)襯砌環(huán)軸心的確切位置（X、Y、Z）同時盾構機試掘進應采用土壓平衡模式進行掘進。在始發(fā)掘進參數選取控制按始發(fā)掘進控制圖表進行。為正常掘進積累可用數據，選取適宜的掘進參數。圖61 始發(fā)掘進控制程序圖表土壓平衡模式掘進時，是將刀具切削下來的土體充滿土倉，由盾構機的推進、擠壓而建立起壓力，利用這種泥土壓與作業(yè)面地層的土壓與水壓平衡。同時利用螺旋輸送機進行與盾構推進量相應的排土作業(yè)，始終維持開挖土量與排土量的平衡，以保持開挖面土體的穩(wěn)定。（1）土壓平衡模式下土倉壓力的控制方法土倉壓力控制采取以下兩種操作模式：① 通過螺旋輸送機來控制排土量的模式：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(wěn)定的控制模式。此時盾構的推進速度人工事先給定。② 通過推進速度來控制進土量的模式：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(wěn)定的控制模式。此時螺旋輸送機的轉速人工事先給定。掘進過程中根據需要可以不斷轉化控制模式，以保證開挖面的穩(wěn)定。（2）掘進中排土量的控制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。根據對碴土的觀察和監(jiān)測的數據，要及時調整掘進參數，不能出現(xiàn)出碴量與理論值出入較大的情況，一旦出現(xiàn)，立即分析原因并采取措施。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，掘進的速度和P值設定后，盾構機可自動設置理論轉速N。QS根據碴土車的體積刻度來確定。QS應與掘進速度決定的理論碴土量Q0相當，即:Q0=AVn0A切削斷面面積n0松散系數V推進速度通常理論排土率用K =QS/Q0表示。理論上K值應取1或接近1，這時碴土具有低的透水性且處于好的塑流狀態(tài)。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，當碴土處于干硬狀態(tài)時，因摩擦力大，碴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(xiàn)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Q0，這時Q0＜QS，K＞1。當碴土柔軟而富有流動性時，在土倉內高壓力作用下，碴土自身有一個向外流動的能力，從而碴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Q0＞QS，K＜1。此時必須依靠降低螺旋輸送機轉速來降低實際出土量。當碴土的流動性非常好時，由于螺旋輸送機對碴土的摩阻力減少，有時會產生碴土噴涌現(xiàn)象，這時轉速很小就能滿足出土要求。碴土的出土量必須與掘進的挖掘量相匹配，以獲得穩(wěn)定而合適的支撐壓力值，使掘進機的工作處于最佳狀態(tài)。當通過調節(jié)螺旋輸送機轉速仍達不到理想的出土狀態(tài)時，可以通過改良碴土的可塑狀態(tài)來調整。（3）土壓平衡模式的技術措施① 進行開挖面穩(wěn)定設計，控制土壓力，采用土壓平衡模式掘進，嚴格控制出土量，確保土倉壓力以穩(wěn)定開挖面來控制地表沉降。② 向土倉和刀盤面注入泥漿和泡沫，形成隔水泥膜，防止水從地層中滲出，提高土倉內碴土的稠度來改善碴土的止水性以及在螺旋輸送機上安裝保壓泵碴裝置，以使土倉內的壓力穩(wěn)定平衡。③ 選擇合理的掘進參數，確?？焖偻ㄟ^，將施工對地層的影響減到最小。 ④ 定期使螺旋輸送機正反轉，保證螺旋輸送機內暢通，不發(fā)生堵塞。⑤ 適當縮短漿液膠凝時間，保證注漿質量。⑥ 向土倉和刀盤注入泡沫和膨潤土改善土體的流動性，防止泥土在土倉內粘結。良好的碴土改良方法能使碴土不粘結刀具、刀盤、順利出倉，取得較快掘進速度，從而減少對軟弱土層的擾動，有利于穩(wěn)定地層、順利通過。因此，必須制定有效的碴土改良措施，合理的泡沫或膨潤土的注入就成為改良效果好壞的關鍵因素。泡沫的功效主要在于分離或中和粘性土中的陰陽離子，降低其吸附性能，從而起到改善碴土的流動性、潤滑刀具等作用。含水量較大的地層，注入膨潤土拌制的泥漿，適當提高碴土的粘度及易性，對改善碴土的性能有一定的好處。對于昆明富水圓礫土，合理的膨潤土注入尤為重要。地面設置膨潤土攪拌系統(tǒng)，由電瓶車運輸到隧道盾構機膨潤土罐，向刀盤面注入膨潤土改良渣土。由于隧道曲線和坡度變化以及操作等因素的影響，盾構推進會產生一定的偏差。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，并造成地應力損失增大而使地表沉降加大，因此盾構施工中必須采取有效技術措施控制掘進方向，及時有效糾正掘進偏差；（1）、盾構掘進方向控制結合本標段盾構區(qū)間的特點，采取以下方法控制盾構掘進方向:①小松盾構機采用ROBOTEC自動導向系統(tǒng)、沈重盾構機采用PMSD自動導向系統(tǒng)和人工測量輔助進行盾構姿態(tài)監(jiān)測該系統(tǒng)配置了導向、自動定位、掘進程序軟件和顯示器等，能夠全天候在盾構機主控室動態(tài)顯示盾構機當前位置與隧道設計軸線的偏差以及趨勢。據此調整控制盾構機掘進方向，使其始終保持在允許的偏差范圍內。隨著盾構推進導向系統(tǒng)后視基準點需要前移，必須通過人工測量來進行精確定位。為保證推進方向的準確可靠，擬每周進行兩次人工測量，以校核自動導向系統(tǒng)的測量數據并復核盾構機的位置、姿態(tài)，確保盾構掘進方向的正確。②采用分區(qū)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(tǒng)反映的盾構姿態(tài)信息，結合隧道地層情況，通過分區(qū)操作盾構機的推進油缸來控制掘進方向。推進油缸按上、下、左、右分成四個組，每組油缸都有一個帶行程測量和推力計算的推進油缸，根據需要調節(jié)各組油缸的推進力，控制掘進方向。在上坡段掘進時，適當加大盾構機下部油缸的推力；在下坡段掘進時則適當加大上部油缸的推力；在左轉彎曲線段掘進時，則適當加大右側油缸推力；在右轉彎曲線掘進時，則適當加大左側油缸的推力；在直線平坡段掘進時，則盡量使所有油缸的推力保持一致。（2）、盾構掘進姿態(tài)調整與糾偏在實際施工中，由于管片選型錯誤、盾構機司機操作失誤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(wěn)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過程中，有可能產生較大的偏差，一般盾構機如果偏離設計軸線20㎜，進行對盾構機采取合理糾偏。① 參照上述方法分區(qū)操作推進油缸來調整盾構機姿態(tài)，糾正偏差，將盾構機的方向控制調整到符合要求的范圍內。② 當滾動超限時，就及時采用盾構刀盤反轉的方法糾正滾動偏差。③ 一般糾偏逐步進行，不能一次到位。每環(huán)的糾偏量在水平方向上不超過6㎜，在豎直方向上不超過5㎜。同時安裝管片時，所選取的管片類型考慮在安裝完畢以后的管片平面盡量與盾構機的軸線垂直。也就是管片安裝完畢之后，保持盾構機各組油缸的初始行程基本一致。方向控制及糾偏注意事項① 在切換刀盤轉動方向時，應保留適當的時間間隔，切換速度不宜過快，切換速度過快可能造成管片受力狀態(tài)突變，而使管片損壞。② 根據掌子面地層情況應及時調整掘進參數，調整掘進方向時應設置警戒值與限制值。達到警戒值時及時實行糾偏程序。③ 蛇行修正及糾偏時緩慢進行，如修正過程過急，蛇行反而更加明顯。在直線推進的情況下，應選取盾構當前所在位置點與設計線上遠方的一點作一直線，然后再以這條線為新的基準進行線形管理。在曲線推進的情況下，使盾構當前所在位置點與遠方點的連線同設計曲線相切。④ 推進油缸油壓的調整不宜過快、過大，否則可能造成管片局部破損甚至開裂。⑤ 正確進行管片選型，確保拼裝質量與精度，以使管片端面盡可能與計劃的掘進方向垂直。管片選型確定后，管片安裝的好壞直接關系到隧道的外觀和防水效果。一般情況下，管片安裝采取自下而上的原則，具體的安裝順序由封頂塊的位置確定。管片采用C50鋼筋混凝土，抗?jié)B等級S10，寬度為1200mm，厚度為350mm，內徑為5500mm，外徑為6200mm。區(qū)間采用通用環(huán)管片。每環(huán)管片由六塊組成，分別為三塊標準塊、兩塊鄰接塊和一塊封頂塊。管片采用錯縫拼裝方式，每環(huán)管片環(huán)向接縫采用16根M30彎螺栓連接，縱向接縫用12根M30彎螺栓連接。（1）、管片安裝程序管片選材、下井及運輸盾尾清理管片吊裝至拼裝區(qū)管片就位管片螺栓連接管片環(huán)脫離盾尾后二次緊固盾構掘進掘進一環(huán)距離推進缸頂緊就位管片縮回安裝位置油缸管片止水條及襯墊粘貼圖71 管片安裝工藝流程圖（2）、管片安裝方法管片由管片車運到隧道內后，由專人對管片類型、齡期、外觀質量和止水條粘結情況等項目進行最后一次檢查，檢查合格后才可卸下。管片經管片吊車按安裝順序放到管片輸送機上，掘進結束后，再由管片輸送機送到管片拼裝機工作范圍內等待安裝。① 管片選型以滿足隧道線型為前提，重點考慮管片安裝后盾尾間隙要滿足下一掘進循環(huán)限值，確保有足夠的盾尾間隙，以防盾尾直接接觸管片。② 管片安裝必須從隧道底部開始，然后依次安裝相鄰塊，最后安裝封頂塊。安裝第一塊管片時，用水平尺與上一環(huán)管片精確找平。③ 安裝鄰接塊時，為保證封頂塊的安裝凈空，安裝第五塊管片時一定要測量兩鄰接塊前后兩端的距離（分別大于C塊的寬度，且誤差小于+10mm），并保持兩相鄰塊的內表面處在同一圓弧面上。④ 封頂塊安裝前，對止水條進行潤滑處理，安裝時先徑向插入2/3，調整位置后緩