盾构掘进施工详解.docx

三、盾构掘进流程及操作控制程序 3.1 盾构掘进作业工序流程 盾构掘进工作是盾构隧道施工的主要环节，掘进工作的各个环节是否顺利进行的关键，在施工中应使各个环节、工种密切配合，环环相扣，施工的进度、质量才可能满足总进度目标、质量目标的要求。盾构隧道施工的过程见图1。 图1 盾构掘进作业工序流程图 3.2 掘进控制程序 盾构隧道施工掘进过程的控制制约着各个后续的工作，隧道掘进关键的点在于①刀具充分切削、破碎地层，②被破碎、切削下来的地层能被顺利排出。故对于掘进参数的选择就显得十分重要，尤其是针对地层的不同选择不同的刀具布置方式、掘进推力、转速，渣土改良中泥水和泡沫的注入参数设定等。隧道掘进的主要控制程序如下图2所示。 图2 盾构掘进控制程序图 3.3 掘进模式的选择及控制 本次选用的盾构机根据地层的不同和掘进环境的差异在掘进中可选择敞开式（OPEN）、半敞开式（SEMI-OPEN）和土压平衡式（EPB）三种不同的掘进模式，掘进参数见表1。 表1 掘进模式参数表 参数 模式 推 力（t） 扭 矩 （t·m） 刀盘转速 （rpm） 土仓压力 (bar) 螺旋机转速 (rpm) 备注 开敞式 800～1500 80～160 1～2 无 4～12 半敞开式 1000～1800 100～200 1～2 0.1～0.5 6～12 土压平衡式 1200～2100 200～300 1～2 0.5～1.2 6～12 3.3.1不同掘进模式的特点及适用条件 根据本工程的工程地质特点，对不同地层应采取不同的掘进模式，掘进模式和适用条件、应采取的技术措施见表2。 3.3.2 盾构隧道的掘进模式分段 根据本工程的隧道地质情况及周边环境条件，对采用的三种掘进模式的技术措施分述如下，左右线分段使用掘进模式的情况见表3。 ⑴ 敞开式掘进的技术措施： ① 采用滚刀破岩为主，刀盘采用较高转速、低扭矩掘进。 ② 采用敞开模式掘进时，盾构机易产生较大滚动和震动现象。此时适当降低转动的速度、同时适当增大推力以便在确保掘进速度的情况下防滚和减震。 ③ 同步注浆时浆液可能渗流到盾壳与周围岩体间的空隙甚至刀盘处，为避免此现象发生可适当增大浆液粘度、缩短浆液凝结时间、适当减低注浆压力等方法来解决。 ④ 在硬岩敞开式掘进时，刀具磨损较大，温度高，岩渣不具软塑性，因此，应注意观察、检查，及时换刀，视岩石的类别注入泡沫和水冷却、润滑，以降低磨耗。 ⑵ 半敞开式掘进技术措施 ① 半敞开式掘进模式介于土压平衡和开敞式之间，采用滚刀或滚刀、刮刀混合破岩切削。在这种情况中，开挖室中渣土高度保持正好在螺旋输送机入口上方，以维持开挖室里空气压力的密闭性。 ② 为既能稳定开挖面和防止地下水渗入，又能避免出渣时螺旋输送机发生喷涌，压缩空气压力应控制在0.1～0.15Mpa以内。 ③ 在该模式下掘进时，应重视注入泡沫对渣土进行改良。遇地层变换、涌水较大时，及时转换模式掘进。 掘进模式 适用范围 土仓及螺旋工作情况 掘进技术技术措施 敞 开 式 适用于自稳、地下水少的岩层。如8、9 ⑴土仓内渣土基本清空。 ⑵土仓压力为大气压。 ⑶ 刀盘和螺旋机受扭力较小。 ⑷ 进尺快。 盾构机切削下来的渣土进入土仓内，即被螺旋输送机排出。土仓内仅有少量渣土，基本处于清空状态，掘进中刀盘和螺旋输送机所受扭力较小。由于仓内压力为大气压，故不能支撑开挖面地层和防止地下水渗入。 半 敞 开 式 适用于具有一定自稳能力和地下水压力不太高的地层。如7、8、 ⑴土仓内渣土未充满，有一定空间。 ⑵向土仓内输入压缩空气与渣土共同支撑开挖面和地下水，土仓内有一定压力。 ⑶土仓压力靠压缩空气加压 ⑷刀盘和螺旋机受扭力较大。 ⑸进尺较慢。 掘进中土仓内的渣土未充满土仓，尚有一定的空间，通过向土仓内输入压缩空气与渣土共同支撑开挖面或防止地下水。该掘进模式适用于具有一定自稳能力和地下水的压力不太高的地层，其防止地下水渗入和稳定掌子面的效果主要取决于压缩空气的压力。要及时对挖掘出来的渣土进行改良。 土 压 平 衡 式 适用于不能稳定的软土和富水地层。 ⑴土仓内充满渣土。 ⑵土仓压力和开挖面土压及水压平衡。 ⑶土仓压力控制靠盾构推进速度和螺旋机出土排量。 ⑷刀盘和螺旋机受扭力大。 ⑸进尺慢。 刀盘切削下来的渣土充满土仓，并产生与土压力和水压力相平衡的压力，来稳定开挖面地层和防止地下水渗入。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、控制盾构推进速度和螺旋输送机的转速。在该掘进模式下，刀盘和螺旋输送机所受的反扭力较大。要十分重视渣土的改良。 表2 掘进模式列表 表3 水荫路站～天平架站区间掘进模式选择表 序号 里 程