盾构穿越松花江施工方案

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1、目 录第一章 综合说明51 编制说明51.1 编制依据51.2 编制范围51.3 编制原则52 工程概况62.1 工程简介62.2 工程地质与水文地质62.3 自然条件93 工期目标94 重难点分析及对策94.1盾构下穿越松花江段是本标段施工重难点之一94.2盾构始发及到达接收施工是盾构施工关键点10第二章 XX区间施工方案与技术措施101 工程概况102 工程筹划113 盾构机适应性设计113.1 盾构机相关参数113.2 刀盘设计参数123.3 铰接系统133.4 盾尾密封系统133.5 泥水处理系统144 盾构正式掘进前施工要点154.1 端头地层加固154.2 盾构组装调试164.3

2、盾构始发184.4 试掘进194.5 盾构始发其他注意事项215 盾构掘进施工215.1 掘进流程215.2 环流管理系统225.3 盾构掘进主要控制参数275.4 姿态控制285.5 同步注浆和壁后二次注浆295.6 管片安装316 盾构机到达以及拆卸、转场336.1 到达前施工准备336.2 施工步骤336.3 主要技术措施346.4 施工注意事项346.5 盾构机拆卸、退场357 施工运输与通风367.1 施工运输367.2 通风系统378 盾构区间施工监测方案378.1 监测目的378.2 监测点布置378.3 盾构过松花江段的量测38第三章 盾构过松花江施工方案和措施381 盾构穿越

3、松花江概况382 盾构穿越江底地质概况393 盾构机选型配置方案394过江施工原则与掘进方案394.1施工原则394.2掘进过程的施工技术要求394.3施工前的准备394.4切口水压的设定与控制404.5开挖干砂量管理与控制404.6泥水性能管理及控制424.7掘进参数控制与姿态控制424.8注浆控制434.9盾尾密封控制44第四章 盾构过江应急预案451 盾尾漏浆（防漏）风险预案452 隧道上浮预案453 河底带压开仓换刀预案463.1人员准备463.2设备、工具和物资准备473.3气压设备的检查与试验483.4停机前泥浆护壁控制513.5停机前后的同步注浆控制513.6泥浆护壁513.7保

4、压试验523.8进仓工作压力设置533.9进仓作业544 隧道突发停电风险预案575 应急组织机构575.1应急组织机构及职责内容575.2 应急小组联系电话595.3 处理程序图605.4 应急物资准备615.5 现场疏散与警戒625.6 事故报告62第五章 盾构下穿松花江安全保障措施631 施工准备632 电瓶车操作633 盾构掘进644 管片拼装645 用电安全防范措施646 管片起重作业安全防范措施65第六章 盾构下穿松花江质量保证措施651 施工掘进管理652 盾构机的轴向控制管理663 注浆管理664 管片拼装的管理665 盾构设备保障措施665.1 建立完善的机械设备管理组织机构

5、665.2 制定详细的盾构的管、用、养、修制度675.3 使用合格的操作及维保养人员675.4 确保盾构的维修保养及监督675.5 做好配件管理工作67第七章 文明施工措施计划681 文明施工目标682 建立文明施工管理责任制683 文明施工管理网络684 文明施工组织机构685 文明施工保证措施69第八章 附图701 附图一：盾构施工场地平面布置图702 附图二：XX区间平面图703 附图三：XX区间地质纵剖面图70第一章 综合说明1 编制说明1.1 编制依据 XX轨道交通二号线4标段合同文件；XX轨道交通二号线XX站XX站正线结构与防水施工图；XX轨道交通二号线XX站XX站区间岩土工程勘察

6、报告； 现场施工及验收规范和相关技术标准：地铁设计规范（GB50157-2003）；地下铁道工程施工及验收规范(GB50299-1999)(2003年版)；混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2002（2011版）)；地下工程防水技术规范（GB50108-2008）；地铁工程监控量测技术规程(DB11/490-2007)；城市轨道交通工程质量安全检查指南（试行）XX站XX站施工监测方案 其他由业主或监理工程师指定的工程规范和技术说明； 中国铁建重工泥水盾构机设计图纸及相关技术文件； 本公司多年从事地铁工程、城市轨道交通工程及市政工程的施工经验。 招标文件明确的和设计、施工所涉及的适

7、用于本合同段的标准、规范、规程以及国家、部委、黑龙江省、XX市及中电科XX轨道交通有限公司有关安全、质量、文明施工管理办法和要求，工程验收等方面的标准及法规文件。1.2 编制范围XX市轨道交通2号线一期工程土建施工项目四标段区间，XX站XX站区间隧道（下穿松花江）盾构掘进施工相关工程施工。1.3 编制原则 认真贯彻国家有关工程建设的各项方针和政策，严格执行工程建设程序。 严格执行有关设计、施工规范和招标文件要求，遵循建筑施工工艺及其技术规律、坚持合理的施工程序和规律。 根据工程地质文件、施工图纸及现场实际情况的基础上采用安全、先进、合理、经济、可行的施工方案。严格控制施工质量、确保施工安全，努

8、力缩短工期，降低工程成本。 应用先进的管理技术，合理计划，统筹安排，突出重点，控制关键工作，实现均衡生产，连续施工。 加强施工管理，确保施工质量，保证现场施工安全、文明施工，保护环境，保证职工身体健康。2 工程概况2.1 工程简介XX市轨道交通2号线一期工程土建施工项目四标段包括一站一区间土建施工：XX站XX站区间隧道（下穿松花江）、XX站。XX站XX站区间里程为CK8+608.377CK11+520.264，区间总长度为2911.887m，左线存在10.85m短链，该段区间设置1个中间风井，2个联络通道，2个联络通道及泵房。区间隧道盾构管片外径6200mm，采用2台泥水平衡式盾构机施工。XX

9、区间走向线如图1.2.1-1所示：图1.2.1-1 区间走向线图2.2 工程地质与水文地质2.2.1 工程地质XX处在松嫩平原的东南缘，地处松花江中游，东部靠近丘陵山地，其余为广阔的冲洪积平原，原波状起伏，河谷地貌发育，阶地清晰，漫滩开阔。XX站XX站区间隧道主要穿越的地层为松花江漫滩区，海拔高度117.42128.04m，地形平缓，起伏不大。河漫滩地层主要由人工填土层、全新统低-高漫滩冲积成因土层、下更新统东深井组冰水堆积层、下更新统猞猁组冰水堆积层、白垩系嫩嫩江组沉积岩等组成。本区间场地地形起伏不大，场地地貌单元属松花江漫滩。场地岩土层分布自上而下详细描述如下： 人工填土层（(Q4ml)）

10、-层号1粉质黏土：黄褐色灰褐色，软塑流塑，中高压缩性，切面稍有光滑干强度、韧性中等。层底埋深36.5m，平均层厚2.62m；1T2淤泥质粉质黏土、黏土：灰色一黑褐色，流塑，高压缩性，含有机质，有腥臭味，含少量粉细砂夹层。层底埋深7.78.8m，平均层厚2.45m；1T3粉质黏土：黄褐色一灰褐色，可塑一硬塑，中压缩性，切面稍有光滑，干强度、韧性中等。层底埋深23.5m，平均层厚1.16m；2粉砂：黄灰色，稍密，饱和，颗粒成份为石英、长石及少量暗色矿物。颗粒分选磨圆一般，含细砂和粘性土夹层。层底埋深1114.5m，平均层厚3.07m；2T淤泥质粉质黏土：灰色，流塑，高压缩性，含有机质，有腥臭味，含

11、少量粉细砂夹层。层底埋深5.414.2m，平均层厚1.24m；3中砂：灰色，中密密实，饱和，颗粒成份为石英、长石及少量暗色矿物。颗粒分选磨圆一般，含大量粗砂层及少量粘性土夹层。层底埋深20.022.4m，平均层厚7.92m；3T2粉砂：灰色，中密，饱和，颗粒成份为石英、长石及少量暗色矿物。颗粒分选磨圆一般，含少量细砂夹层及少量粘性土夹层。层底埋深20.021.0m，平均层厚1.75m； 下更新统东深井组冰水堆积层(Q1dn21)-层号粉质黏土：灰色，软塑一可塑，中压缩性。切面光滑，干强度、韧性中等。层底埋深2225.5m，平均层厚2.04m；T中砂：灰色，中密密实，饱和，颗粒成份为石英、长石及

12、少量暗色矿物。颗粒分选磨圆一般，含大量粗砂夹层及少量粘性土夹层。层底埋深21.422.4m，平均层厚1.17m； 下更新统猞猁冰水堆积层(Q1shlal)-层号1中砂：灰色灰绿色，中密密实，饱和，颗粒成份为石英、长石及少量暗色矿物。颗粒分选磨圆一般，含大量粗砂夹层及少量粘性土夹层。层底埋深3033.3m，平均层厚6.38m；1T1粉质黏土：灰色，可塑软塑，切面稍有光滑，干强度、韧性中等。层底埋深26.5m，平均层厚1m。1T2粉砂：灰色，中密，饱和，颗粒成份为石英、长石及少量暗色矿物。颗粒分选磨圆一般，含少量细砂夹层及少量粘性土夹层。层底埋深31.3，平均层厚1.8m；2粉质黏土：灰色灰绿色；

13、可塑软塑，中压缩性，含粉细砂及中粗砂夹层。切面稍有光滑，干强度、韧性中等。层底埋深3436m，层厚2.43m。3中砂：灰色灰绿色，密实，饱和，底部含有1020cm卵砾石，卵砾石以石英质成份为主，大多呈亚圆形，粒径一般在18cm。层底埋深3839.5m，平均层厚1.96m。3T粉质黏土：灰色，可塑硬塑，切面稍有光滑，干强度、韧性中等。层底埋深3638.5m，平均层厚1.7m。 基岩-白垩系嫩江组沉积岩(K1n)-层号强风化粉砂质泥岩：灰色青灰色，泥质或砂质结构，碎屑沉积，矿物成份为蒙脱石、高岭石、石英和长石，风化强烈，遇水易软化。层顶埋深3839.5m。过江段穿越地层饼图见2.2.1.1 2.2

14、.1.1 盾构穿越松花江地层饼图2.2.2 水文地质场地地下水可分为地表水、孔隙潜水、承压水。 地表水在城市内河、湖泊等零星分布，水量丰富，地表水接受大气降水补给，其水量具明显季节性变化，雨季水丰，旱季少水。 孔隙潜水孔隙潜水，主要分布于第四系全新统粉细砂、中砂、粗砾砂中，厚度不均，地层富水性好，透水性强。补给方式主要有大气降水入渗，地表水入渗，灌溉水入渗及区域外的侧向径流补给，其中，大气降水入渗为主要补给来源。丰水季节短时期内，湖水、河水等地地表水对地下水也有一定的补给作用。就地蒸发、泄入地表水体以及人工开采，是地下水的主要排泄途径。 承压水承压水主要分布在第四系下更新统东深井组粗砾砂、角砾

15、层中，含水层厚度变化较大，且分布不均、富水性好、水量较大，透永性强。承压水主要接受侧向迳流补给，亦以侧向迳流排泄为主，水位变化影响较小。其余土层属于微透水层，为相对隔水层。此外，场地底部基岩存在少量的基岩裂隙水。底部基岩主要为白垩纪嫩江组(K1n)泥岩、粉砂质泥岩，岩层构造裂隙的发育程度总体较差，裂隙不甚发育，多为闭合状或被充填，富水性较差，含水微弱，一般单井涌水量小于l00m3/d。2.3 自然条件XX市属中温带大陆性季风气候，夏季炎热短促，多东南风，冬季漫长寒冷，多西北风，全年平均气温3.5，一月最冷，七、八月最热；历史最高气温41，最低气温-41.4，年平均降水量530mm，多集中在78

16、两个月。XX市依江傍河，蕴藏着丰富的水利资源，市区分布的水系主要有一江、二河、三沟。松花江是全国七大江河之一，是本区水系的主干，其次为阿什河、运粮河，较小的沟谷有马家沟、何家沟、信义沟。由于近年来全球气候的变化，XX地区的气候也有所改变。3 工期目标右线： 右线在2017年3月1日组装，2017年4月1日始发，始发段5环/天，正常段8环/天，预计下穿松花江130m支流施工工期为2017年5月11日-2017年5月27日，历时16天；松花江410m支流施工工期为2018年5月4日-2018年6月18日，历时45天。左线： 左线在2017年5月1日始发，始发段5环/天，正常段10环/天，预计下穿松

17、花江130m支流2017年6月3日-2017年7月15日，历时42天。松花江410m支流施工工期为2018年5月30日-2018年7月10日，历时40天。 XX站至风井工期安排风井至世贸大道站工期安排4 重难点分析及对策4.1盾构下穿越松花江段是本标段施工重难点之一重难点分析：盾构区间在CK9+560CK9+970段下穿松花江河床，本次穿越段河水位最深处为6m，河面宽约410m，盾构顶覆土最小仅为14.9m，在这种情况下，隧道轴线、地面沉降及河床稳定控制难度大，保证下穿松花江施工的安全，是本工程的重难点之一。盾构推进松花江段，占推进总长度的20，承压含水层由层中砂、层粉质黏土、层中砂构成。相对

18、隔水顶板为层粉质黏土，相对隔水底板(11)层强风化粉砂质泥岩。中砂层透水性强，富水性强，且地下水具有承压性，本工程对盾构密封防水要求非常高，处理好隧道防水至关重要。盾构下穿松花江段时沉降控制、稳定姿态、安全通过是本工程重难点。4.2 盾构始发及到达接收施工是盾构施工关键点盾构始发及到达施工是盾构施工的主要风险点，XX区间地质主要以层中砂、层粉质黏土、层中砂、粉质黏土，(11)层强风化粉砂质泥岩。围岩土体的自稳能力差中砂层透水性强，富水性强，且地下水具有承压性，地下孔隙承压水丰富，易发生漏水、突涌、涌水涌砂或重大坍塌事故。始发及接收端头主要采用三管旋喷加固冷冻加固处理。第二章 XX区间施工方案与

19、技术措施1 工程概况XX站XX站区间，区间起讫里程：CK8+608.377CK11+520.264，区间右线全长为2911.887m（左线全长2986.776m），线路出XX站后，直线推进至CK9+969.681，以R800m 曲线转向东南方向约22，再推进至CK10+565.407，以R800m 曲线转向东南方向约19，最后以直线进入XX站。区间下穿松花江，采用盾构法施工，盾构机选用泥水平衡盾构。区间纵坡大体呈“W”型，以2坡出XX站后，采用380m 长12、630m 长7下坡至最低点，以540m 长6上坡至中间风井处，以250m 长14、590m 长8.2下坡至最低点，以440m 长30上

20、坡至最高点，最后以2接至XX站。区间分别在右CK9+100.00、右CK9+651.50、右CK10+200.00、右CK10+600.00、右CK10+977.00设5个联络通道，一处风井。其中，2号、5号联络通道与主泵房结合设计，3号联络通道结合区间风井设置。1号、2号、4号和5号联络通道采用冷冻法施工，3号联络通道及区间风井包括两部分，3层风道和1层风亭，风道井采用1m厚连续墙+内撑围护形式，风亭采用0.6m厚连续墙+內撑围护形式。本区段盾构管片采用6块模式，即3块标准块（A块）2块邻接块（B块）1块封顶块（C块）。衬砌环内直径5500mm、外直径6200mm、管片厚度350mm、宽度1

21、200mm。左右转弯环隧道衬砌管片采用弯曲螺栓连接，环向共12个M30螺栓，纵向共16根M30螺栓。混凝土强度等级C50，抗渗等级P12，采用错缝拼装的方式。本工程地处松花江漫滩地区，地形平坦，略有起伏，各层地基土分布较均匀稳定，区间穿越土层上部为粉质黏土、黏土及淤泥质土层，下部以砂类土为主，而且区间主要以下穿松花江为主。2 工程筹划XX站XX站区间右线全长2911.887m（左线2986.776），结合本标段地质情况和工期情况，拟配置二台盾构机，以泥水平衡模式掘进，盾构机从XX站双线组装、始发，向北施工掘进通过风井及3号联络通道，最后到XX站接收、解体、退场。盾构掘进顺序示意图见图2.2-1

22、。图2.2-1 盾构掘进顺序示意图3 盾构机适应性设计3.1 盾构机相关参数本次穿越松花江所采用盾构机为铁建重工根据XX过江段地层特点，结合多年盾构机设计、制造经验生产的2台泥水加压气垫式平衡盾构机。表2.3.1-1盾构机参数表盾构型号ZTS6450整机长度约96m整机重量约500T最大承压能力6bar装机功率约2050kW最大推进速度60mm/min刀盘复合式刀盘（装软土刀具）主驱动驱动形式液压驱动转速04.3rpm额定扭矩5,455kNm300bar脱困扭矩6,430kNm350bar主驱动功率945kW主轴承直径3020mm主驱动密封外四道+内两道盾体形式被动铰接式盾尾钢板厚度45mm钢

23、丝刷密封数量4道盾尾间隙30mm铰接系统最大设计总收缩力11,545kN350bar铰接密封2道（橡胶密封+充气气囊）+1道钢板束搅拌器类型液压驱动工作频率0-40转/分泥浆循环系统进/出浆管直径DN300mm进浆流量850m3/h出浆流量900m3/hP2.1泵功率380kWP1.1泵功率300kW冲洗泵P0.190kW泥浆管延伸方式软管式空压机290kW+55kW3.2 刀盘设计参数设计理念：重型刀盘；开口率大，达到37%，使开挖下来的渣土快速流入开挖舱，降低刀盘扭矩；加强耐磨性设计。 表2.3.2-1刀盘主要参数刀盘主要参数最大开挖直径6480mm 刀盘结构及刀具复合式 中心刀中心鱼尾刀

24、1把 正面刀具正面齿刀23把，刀间距90mm，刀高175mm 边缘刀具边缘滚刀8把，其中偏心滚刀4把 切刀64把，刀间距150mm，刀高140mm 边缘刮刀16对，刀高145mm 磨损检测3个 图2.3.2-1 刀盘平面图3.3 铰接系统 铰接油缸规格为200/100-150mm，铰接收缩力可达11,545kN； 铰接密封采用两道（橡胶密封+气囊）和一圈钢板束，第一道铰接密封压缩量可调； 连接环圆周上分布有盾尾油脂注入孔，用以注入盾尾油脂填充铰接空隙，起密封及润滑作用。 图2.3.3-1铰接系统示意图3.4 盾尾密封系统考虑到区间距离长、盾构穿越松花江段宽达410米，为预防盾尾密封装置在掘进过

25、程中产生破损带来的风险，盾构机在设计制造时即考虑采用四道盾尾钢丝密封刷，采取了加强措施，能有效防止盾尾透水、漏浆、涌砂等风险；在掘进施工中加强盾尾密封油脂注入管控，同时加强中盾与盾尾铰接处的密封检查，及时调节密封压板螺栓，保证其密封效果，加强盾尾姿态控制，防止地下水涌入。图2.3.4-1盾尾密封系统示意图3.5 泥水处理系统泥浆通过泥水分离设备后，有细颗粒进入沉淀池，会造成比重大，带渣困难，引进了APN型压滤设备，环流泥浆和隧道清洗杂水能进一步净化，避免了废浆和废水的产生。经处理产生的水清洁杂质少，可循环用于盾构泥浆拌制；防止废浆乱排，避免对环境造成污染。图2.3.5-1压滤设备意图3.6 针

26、对本标段地层，对设备进行了针对性设计： 刀盘钢结构采用Q345C高强度钢板焊接而成，刀盘整体强度和刚度满足本标段地层的掘进要求，不会出现刀盘变形； 刀盘开口率约37%，进碴口采用锥形设计，进碴口部位的支撑筋板采用Z字形设计，特殊的设计有利于泥浆顺畅地流入开挖舱，避免进渣口堵塞； 刀盘中心设计有三个泥浆注入口，可向开挖舱及刀盘中心部位注入泥浆； 刀盘各部分设计有针对性的耐磨保护措施，如复合耐磨板、堆焊耐磨栅格等； 刀盘上配置有鱼尾刀、齿刀、切刀、边缘刮刀、贝壳刀等，每种刀具都进行了针对性的加强设计以延长其使用寿命； 中心回转接头部位采用大流量冲刷，可以防止碴土在刀盘中心区域堆积，同时加快泥浆在开

27、挖舱中心部位的混合； 刀盘面板焊有12.5mm厚度的复合耐磨板，适用于石英含量高的地层。刀盘边缘过渡区、刀盘进碴口、刀盘背部加焊致密耐磨网格，提高刀盘整体的耐磨性能； 盾体钢结构为Q345B材质，能够承受预期的土压和水压； 主驱动由高强度螺柱、法兰、主轴承、变速箱、减速机等组成，采用3020mm轴承，液压驱动，能够保证掘进需要的刀盘扭矩； 采用大流量泥浆循环，泥浆管路内壁采用耐磨堆焊，泥浆泵、管路延伸处泥浆软管采用世界知名进口品牌； 设备配置有两套气体保压系统，压力控制精度可达正负0.1bar，精确控制地面沉降。4 盾构正式掘进前施工要点4.1 端头地层加固 地层条件及加固方法本工程XX站XX

28、站区间在XX站北侧设置盾构始发井，在XX站南侧设置盾构接收井。根据各端头地层情况，拟采用旋喷桩+冰冻法对地层进行加固。 加固范围及要求加固前需进一步核实加固地段的地下管线，必要时对地下管线进行保护，并在施工过程全程进行监测。根据各端头地层情况，本标段盾构端头地层始发加固长度均为12m，冰冻法加固长度始发端及接收端均为2m。地层加固范围始发加固区为隧道衬砌轮廓线外左右两侧3.0m，到达加固区为隧道衬砌轮廓线外左右两侧3.0m，结构顶以上为3.0m至隧底以下3.0m，采用600间距460旋喷桩加固，加固范围详见图2.4.2-1。图2.4.2-1 端头地层加固范围4.2 盾构组装调试根据本标段工程总

29、体安排，盾构机在XX站进行组装。盾构机进行出厂前调试验收和试运转，然后解体运输到现场，分为刀盘、前体、中体、后体、后配套设备各个部分。盾构机的组装场地分成三个区：后配套拖车存放区、主机及后配套存放区、吊机存放区。盾构机最大部件重约100t，首先需要租用100t拖车将盾构运送到场。盾构吊装设备为1台250T履带吊机、130T汽车吊、2台50T液压千斤顶以及相应的吊具。4.2.1 组装顺序及方法在组装井内精确放置始发台托架并定位固定（见图2.4.2.1-1），然后铺设轨道，再进行盾构的下井组装。 图2.4.2.1-1 组装始发台、托架各节拖车下井顺序为：六号拖车五号拖车四号拖车三号拖车二号拖车一号

30、拖车连接桥。拖车下井后由电瓶机车牵引至指定的区域，拖车间由连接杆连接在一起。主机下井顺序为：连接桥进排桨系统前体中体刀盘拼装机盾尾。中体、前体、刀盘、盾尾、连接桥进排桨系统用300t吊机和90t汽车吊机配合下井。反力架与负钢环管片的下井、安装、定位。主机后移与前移的后配套连接，然后连接液压和电气管路。4.2.2 组装技术及安全措施盾构组装主要技术措施及安全措施为： 盾构组装前必须制定详细的组装方案与计划，同时组织有经验人员组成组装班组，并在组装施工前对组装人员进行技术和安全培训。 盾构机的运输必须由专业的大件运输公司运输进场。 盾构机吊装由具有资历的专业队伍负责起吊。 应根据250t履带吊机对

31、地基承载力的要求，对其工作区域进行处理，如浇筑钢筋混凝土路面、铺设钢板等，防止地层不均匀沉陷。 盾构主机吊装之前必须对始发台进行准确的定位。 大件组装时应对盾构始发井端头墙进行严密的观测，掌握其变形与受力状态，保证始发井结构安全。 大件吊装时以130t吊车辅助翻转。 每班作业前按起重作业安全操作规程进行技术交底，严格按有关规定执行。 由专人负责大件运输和现场吊装、组装的秩序维护，确保组装安全。4.2.3 调试盾构机组装完毕后，即可进行调试。分为空载调试负载调试，空载调试的目的主要是检查设备是否能正常运转。主要调试内容为：配电系统、液压系统、润滑系统、冷却系统、控制系统、注浆系统以及各种仪表的校

32、正。空载调试证明盾构机具有工作能力后，即可进行盾构机的负载调试。负载调试待安装好负环片、洞门凿除和洞门密封环板完成后进行。4.2.4泥水处理系统组装调试盾构机在始发前，其配套泥水处理系统必须安装并调试完成。地面泥水系统功能包括泥渣分离，制浆及调浆，设备组成见表2.4.2.4-1。表2.4.2.4-1地面泥水处理系统设备序号名称数量单位备注1ZXS1000/20泥水处理系统2套一级d50=0.074mm，二级d50=0.020mm2ZXTJ-1000调浆系统2套含各类调浆泵、阀、搅拌器及相应管路3ZDJ-100制浆系统2套含膨润土、化学水解品的制备及控制4压滤系统2套含压滤机、配套装置及其控制5

33、PLC控制系统2套含自动操作、监控及集中控制系统4.3 盾构始发4.3.1主要步骤及技术措施盾构始发步骤及相应的主要技术措施如下： 洞门凿除。盾构工作井基坑围护结构为1000mm厚地下连续墙，洞门凿除分两步进行：第一步，以手持风镐方式由上至下分块凿除地连墙，保留最内层钢筋；第二步，当盾构组装调试完成，并推进至距离洞门约1m左右时，再由上至下分层、间隔地割除预留的最内层钢筋。 洞门防水装置安装。洞门防水装置由帘布橡胶板、圆环板、固定板、压板、垫板和螺栓等组成。在洞门凿除第一步工作完成后，将前述构件按顺序安装在车站施工时预埋的洞门圈钢环上。为防止盾构推进洞门圈时刀盘损坏帘布橡胶板，可在帘布橡胶板外

34、侧涂抹一定量的油脂。随着盾构向前推进需根据情况对洞门密封压板进行调整，以保证密封效果。见图2.4.3.1-1图2.4.3.1-1 洞门防水装置安装示意图 负环管片安装。当前述及盾构组装调试等工作完成后，组织相关人员对盾构设备、反力提供系统、始发台等进行全面检查与验收。验收合格后，开始将盾构向前推进，并安装负环管片。 分别调试推进系统和管片安装系统，确保这两个系统能稳定工作； 割除洞门内的最后一层钢筋网，为盾构推进做好准备。钢筋网必须在盾构推进之前割除完成； 在盾尾壳体内安装管片支撑垫块，为管片在盾尾内的定位做好准备，见图2.4.3.1-2。 从下至上一次安装第一环管片，要注意的管片的转动角度一

35、定要符合设计，换算位置误差不能超过10mm； 安装拱部的管片时，由于管片支撑不足，一定要及时加固； 第一环负环管片拼装完成后，用推进油缸把管片推出盾尾，并施加一定的推力把管片压紧在反力架上，即可开始下一环管片的安装；壳体负环管片管片定位垫块图2.4.3.1-2 负环管片安装示意图 管片在被推出盾尾时，要及时的支撑加固，防止管片下沉或失圆。同时也要考虑到盾构推进时可能产生的偏心力，因此支撑应尽可能的稳固； 当刀盘抵拢掌子面时，推进油缸已经可以产生足够的推力稳定管片后，再把管片定位块取掉。4.4 试掘进本工程左右线隧道各采用一台泥水平衡盾构推进，泥水压力的设定是泥水平衡盾构施工的关键，维持和调整压

36、力值又是盾构推进操作中的重要环节，其中包括推力、推进速度和出土量三者的相互关系，以及对盾构施工轴线和地层变形量的控制也比较重要。因此，盾构试推进过程中，要根据不同地质条件、覆土厚度、地面情况设定泥水压力，选定泥水性能指标，并根据地表隆陷监测结果及时调整泥水压力和性能。本标段盾构机始发后的100m作为试掘进段。在试推进段的推进速度要保持相对平稳，并逐步增加推进速度，按操作规程控制好推进纠偏量，减少对土体的扰动。在空旷地带选择多组不同的泥水压力和泥水性能指标试推进，并加强地表隆陷观测，得出泥水压力设定与地表隆陷的关系。同步注浆量和注浆压力要根据推进速度、出碴量适当调整。试推进段加强盾构隧道的轴线控

37、制，掌握盾构机纠偏的主要施工参数。 试推进段的目的 用最短的时间对盾构机的操作方法、机械性能进行熟悉，较好的控制隧道轴线及地面沉降。 加强地面沉降的监测，及时获取监测结果，调整施工参数，进行泥水参数的优化。 逐步熟悉掌握盾构推进、管片拼装的操作工序，并提高管片拼装质量，加快施工进度。 加强对盾构施工参数的采集，取得各种数据，并结合监测资料进行综合分析研究 ，掌握盾构在控制地面沉降、纠正轴线偏差等方面的特性，为此后的河底施工参数设定积累经验。 主要施工参数控制 切口泥水压由于盾构始发端头进行了加固，切口水压设定不宜过高。初步设定值为0.8kg/cm2，实际施工时作适当调整。 推进速度为确保盾构能

38、正常切削加固区土体，防止排泥管路吸口堵塞、控制推进轴线、保护刀盘，始发时实际推进速度不宜过快，使盾构缓慢稳步前进，推进速度在进入加固区段推进速度控制在35mm/min，在盾构机脱离加固区后可逐步提高推进速度到2030mm/min。始发推进时，要随时观察刀盘扭矩变化情况，及时调整推进速度。 轴线控制始发施工中，由于同步注浆不能及时开通，盾构正面泥水极易后窜，引起盾构“上浮”。为了达到有效防止隧道“上浮”的要求，在始发段第一次进行同步注浆后，为确保洞门处的注浆效果，在同步注浆浆液凝固后，及时进行洞门补压浆，补压浆的部位布置在盾构隧道上半部，必要时采用聚胺脂注浆材料。并通过盾构推进油缸来控制推进姿态

39、处于抬头状态。 泥水平衡建立泥水盾构施工前，配制一定比重、粘度、足够量的泥水供盾构循环使用，在盾构始发前，在泥浆槽里要制备施工所需的浆液。洞门临时密封装置由于受到不均等的洞口建筑空隙的影响，能承受泥水压力较低，在不影响泥水系统正常输送平衡条件下，将泥水仓压力控制在不超过盾构机中部高度的水压，随着推进距离增长，洞门段进行同步注浆和补充注浆后，逐步增加泥水压力，达到正常的泥水平衡要求。4.5 盾构始发其他注意事项 提前在洞门处地下连续墙上打孔测温，验证冻结加固质量，确保无水操作。 在进行始发基座、反力架和负环钢环定位时，要严格控制始发基座、反力架和负环的拼装精度，确保盾构始发姿态与设定线路重合。

40、第一环负环砼管片定位时，管片的后端面应与线路中线垂直。负环管片轴线与隧道中线重合。为减小负环管片的失圆影响，负环管片采用错缝拼装方式，且外部设支撑钢楔撑紧。 始发前应在基座轨道上涂抹油脂，减少盾构推进阻力，在盾构机刀盘外圈、外圈刀具和帘布橡胶板上涂抹油脂，避免推进时刀具损坏洞门帘布橡胶板。5 盾构掘进施工5.1 掘进流程盾构机掘进总体流程见图2.5.1-1。端头加固、密封环板的安装管片拼装复拧螺栓列车装管片，进洞开挖6m，延伸轨道开挖6m，接送排泥管是否盾构掘进设置管理标准地面监测调整掘进施工参数同步注浆是否到达掘进循环进尺盾构机姿态控制人工补测继续下环的掘进盾构机到达端头加固、洞门密封环板的

41、安装盾构机托架盾构机始发盾构托架、反力架安装盾构施工设备的组装、调试负环管片拼装图2.5.1-1 盾构机掘进总体流程图5.2 环流管理系统 泥水性能管理 泥水的功能通常所谓的泥水，是将分散在水中的、具有吸水后明显地呈膨润性质的黏土矿物质的悬浮液作为主要成分，并添加分散胶溶剂、有机母水胶剂、加重剂及其它调泥剂，根据需要调节比重、粘度、塑变值、胶凝强度、泥壁形成性、润滑性，使其成为一种可塑流体。泥水盾构使用泥水的目的也就是用泥水来谋求开挖面稳定，在防止塌方的同时，将切削下来的土形成泥水并流畅地运往地面。在使用中，基本上是依照上述理论进行的。但由于是动态性质，且大量地使用泥水等，其经济性也列入考虑范

42、围内。在满足上述性质要求的同时，多数是采用易于到手的，但部分性质又是较为低下的材料制成。泥水要具有；A、地层的空隙中发生凝胶化泥水渗入土的孔隙后，由溶胶状态变成凝胶状。凝胶化的泥水维持着土粒子的相互位置，形成略不规则的稳定层。B、生成不透水泥膜该层随着时间的推移而牢固地结合成水密膜。它是通过粘附在土体上的一层不透水泥膜来防止泥水过量渗入到土体中，并且也能防止地下水渗入到泥水中。生成这种透水膜，在开挖面需要某种程度的透水性，同时也受到泥水性质的左右。C、水压作用泥水是以静水压力状态作用于垂直壁。这个压力比地下水压大，通过不透水泥膜产生作用。D、电渗现象泥水除了一般的物理作用外，其电渗现象也有利于

43、不透水泥膜的形成。由于切口水压和地下水压的差压产生电化学性电位，由此而形成电动势。E、粒子间的结合用泥水结合土粒子。将泥水密度提高到等于全体密度是不可能的，切削面的上粒子必定是由土体的抗剪力支撑着。由此，作用在土粒子表面的剪切应力一定等于土和泥水密度差乘以土的容积之乘积。根据这一理论，大颗粒子难以稳定开挖面。 泥水的作用A、容易将掘削下来的土砂输送到地面（需适当流速、比重、粘度、塑变值）；B、能抑制地下水（油、气体等）喷出（需要适当的泥水比重）；C、形成泥壁或渗透壁，防止开挖面塌方（泥壁形成性好）；D、对刀盘、刀头等掘削设备有冷却和润滑作用（泥水特性良好）；E、在泥水输送中使泥水循环暂时停止，

44、掘削土砂仍能保持在泥水中而不致沉淀（需要有良好的粘度和触变性）；F、在泥水分离处理阶段，掘削的土砂能按规定的要求分离（需要略低的粘度和胶凝强度）。此外，泥水还具有对其它地层影响小、对地层易判定并能利用浮力等性质。 泥水材料A、水：清水；B、膨润土：采用高性能I级膨润土；C、CMC：能增加粘度和提高泥壁形成性能；D、烧碱：作为分散剂，防止粘粒聚合成絮状。拌制泥浆前，应进行泥浆配合比的设计，膨润土泥浆常规配比见表2.5.2-1。表2.5.2-1膨润土造浆配比表（单位：kg）水CMC膨润土纯碱9500.250.317018089新制备的泥浆必须在泥浆池存放一定时间后才能使用。其性能指标应符合表2.5

45、.2-2的规定： 表2.5.2-2制备泥浆的性能指标项次项目性能指标检验方法1比重1.11.3泥浆比重计2粘度2535s500ml/700ml漏斗法3含砂率95%量杯法5失水量30ml/30min失水量仪6泥皮厚度13mm/30min失水量仪7PH值79PH试纸 泥水指标选取原则泥水的各项指标的决定取决于土体的透水系数k。见表2.5.2-3。在施工中，每推进一环对泥水进行测定，一旦发现泥浆劣化，要及时进行调整。另外，根据不同的土质，也要及时对泥浆进行调整。表2.5.2-3不同地质条件下的泥浆参考指标土 质透水系数含砂量比 重粘度系数sec地下水影响小地下水影响大粉砂、砂10510325351.

46、1251.17528353340砂、砾石10310135451.1751.22530404050 泥水压力管理 切口水压设定切口水压用于平衡开挖面的水土压力，维持开挖面的稳定，保证盾构安全顺利掘进。开挖面的水土压力随着隧道的覆土深度、江面水位的变化而调整，因而，通过切口水压控制开挖面稳定是一种动态的管理，掘进时，必须对开挖面的切口水压进行严格监控，通过手动控制，使其控制在设定值的2范围内。设定泥水压力上限值Pfu=P1+P2+P3=rwh+K0【（r-rw）h+r(H-h)】+20切口水压下限值计算Pf1=P1+P2+P3=rwh+Ka【（r-rw）h+r(H-h)】-2CuKa+20式中：P

47、fuPf1分别指切口水压上限值及下限值（kpa） P1、P2、P3分别指地下水压力、禁止土压力、变动土压力（kpa） hH分别指地下水位以下至隧道中心埋深、地面至隧道中心埋深（m） K0禁止土压力系数 r、rw土的容重、水的容重 Ka主动土压力系数 Cu土的黏聚力 切口水压设定在计算值上限与下限之间，盾构机穿越松花江河流之前，测量人员将水深及每环的土体埋深测量计算后输入计算公式，得出切口水压的上限及下限值，施工中根据数值建立泥水压力平衡，并密切监控江底变化情况及时调整切口水压，以保证安全穿越河域。 泥水平衡控制泥水平衡控制的目的是使泥水加压式盾构开挖面的土体压力达到平衡，保持开挖面的稳定。在盾

48、构施工中要使盾构开挖面压力绝对平衡是不可能的，因为受到盾构掘进速度、地层变化、掘进深度及掘进长度等多种因素干扰，必须通过监控手段去达到动态上的相对平衡，以求开挖面的稳定。A、泥水平衡控制对象随着盾构掘进速度的动态变化，切削进入泥水仓内的泥土量与掘进速度亦成正比变化，其在泥水仓内产生的压力趋势亦呈正比变化。随着掘进距离的增长，在送泥泵功率一定的条件下，送泥管道的增长会引起送泥水阻力的增加，使进入泥水仓的送泥水压力下降。同时排泥泵功率一定的条件下，排泥管道增长会引起排泥水阻力的增加，使土仓内切口水压增加。掘进速度变化和送排泥管道增长是切口水压变化的主要干扰源。在影响开挖面土体稳定的诸因素中（切口水

49、压、掘进速度、泥水性能指标等），切口水压是影响土体稳定的主要因素。因此，泥水平衡控制的主要对象是切口水压。B、泥水平衡控制原理泥水平衡控制运用单回路调节器和执行机构（调节泥浆泵转速和控制阀开度）与被控对象构成闭环路反馈，根据被控参数的测量值与给定值之间的偏差，按调节规律，对执行机构进行控制，以达到泥水平衡控制之目的。 泥水输送控制当开挖面水压高于上限值时，则暂停掘进，通过旁路调节。此时压力从逸流阀卸掉，开挖面水压恢复正常，逸流阀自动关闭。再把泥水送进土仓，如果开挖面水压还高于上限值时，如果引起即发生土仓或排泥管道口阻塞，则进入逆洗状态，必要时调整切口水压设定值。当排泥流量低于下限值时，暂停掘进

50、，通过旁路调节。如果引起管道阻塞，则进入逆洗状态，必要时调整排泥流量设定值。管道阻塞时，通过进入逆洗状态清理管道，再进行正常循环，如此反复，使管道保持畅通。泥水输送的控制通过可编程逻辑控制器对分布在地面、隧道内、盾构台车上泥水输送系统的各类泥浆泵和阀进行控制。中央控制盘根据泥水输送监控系统主控程序要求，协调泥水循环控制系统正常运行。 停歇时的管理停止掘削时，泥浆循环系统继续循环35分钟，确保排泥管里的泥碴被循环出地面泥浆池，留在泥浆管里的泥浆液性能较好，不容易发生沉淀和堵塞。 掘削排土量的检查掘削出来的土通过排泥管排出，由仪器测定送泥水和排泥水的差，通过计算求出实际土粒子量（干砂量）。将电磁流

51、量仪和差压密度计（或射线仪）等仪器安装在送泥竖管和排泥竖管途中，测量管内的流量和密度。根据土粒子比重值算出土粒子量，从排泥流量和送泥流量的差值上计算出土粒子量（原则上是计算每一环的掘削出土量）。从对预先的钻孔资料计算的量的差值上进行判断，了解异常情况，但两者的值未必是相同的，最终还是要对两者加以对比作出推定。从以上作业可了解到开挖面的稳定、塌方、超挖以及土质变化等情况，但是由于仪器的误差、掘进速度的变化、送泥和排泥流量的变动、送排泥比重及粘性的变动等而产生偏差，并且用钻孔调查时的刻度漂移测显示出来的可能完全不是实际土体的孔隙比、含水率、粒度组成和地层变化等情况，这就需要有相当的判断能力。为了减

52、少这些误差，要充分注意流量计和密度仪的设置场所、仪器的性能、钻孔的位置和孔数以及土工试验场所和方法等，同时还必须考虑操作方法。差压密度计是利用管路（或水槽）两点间的液体压力差的仪器。管路场合是采用缩小部分断面，形成节流，求出前后压力差的方法。5.3 盾构掘进主要控制参数 切口水压控制为了保持开挖面泥水压力，阀类操作采取自动控制，由转换程序装置控制进行自动管理。在节假日以及故障等停止掘削期间的开挖面水压，同样也由开挖面泥水压力仪、自动控制阀和自动保压泵的联合运转装置，自动进行控制。 推进速度控制正常掘进条件下，掘进速度应设定为2040mm/min；在盾构机通过软硬不均地层时，掘进速度应控制在51

53、0mm/min。盾构掘进速度设定时，注意以下几点： 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，应逐步提高掘进速度，防止启动速度过大冲击扰动地层。 每环正常掘进过程中，掘进速度值应尽量保持衡定，减少波动，以保证切口水压稳定和送、排泥管的畅通。在调整掘进速度时，应逐步调整，避免速度突变对地层造成冲击扰动和造成切口水压摆动过大。 推进速度的快慢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。 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。 掘

54、削量的控制挖掘土体的体积计算式：VR Q1Q0VR ：挖掘土体的体积(m3)；Q1 ：排泥总量(m3)；Q0 ：送泥总量(m3)实际掘削量(固体土粒子质量)W可由下式计算得到：W = rs/（rs-1）Q1(1-1)-Q0(0-1)tW ：实际掘削量(kg)；rs ：土的比重；Q1 ：排泥总量(m3)；1 ：排泥密度(T/m3)；Q0 ：送泥总量(m3)；0 ：送泥密度(T/m3)；t ：掘削时间(min)当发现掘削量过大时，应立即检查泥水密度、粘度和切口水压。此外，也可以利用探查装置，调查正面土体坍塌情况，在查明原因后应及时调整有关参数，确保开挖面稳定。 泥水指标控制在施工中，每推进一环对泥

55、水进行测定，一旦发现泥浆劣化，要及时进行调整。另外，根据不同的土质，也要及时对泥浆进行调整。 同步注浆注浆材料采用水泥砂浆，注浆压力设定为0.10.3Mpa，材料初凝时间根据实际推进情况需要，调整配合比决定。5.4姿态控制 姿态监控系统盾构姿态监控可通过SLS-T自动导向系统和人工测量复核进行盾构姿态监测。该系统配置了导向、自动定位、掘进程序软件和显示器等，能够全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。随着盾构推进导向系统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，拟每3050m进行一次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核

56、盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确。 调整与控制盾构机共16组推进油缸，分四区，每区油缸可独立控制推进油压。盾构姿态调整与控制便可通过分区调整推进油缸压力事项盾构掘进方向调整与控制。 纠偏措施 滚动纠偏刀盘切削土体的扭矩主要是由盾构壳体与洞壁之间形成的摩擦力矩来平衡，当摩擦力矩无法平衡刀盘切削土体产生的扭矩时将引起盾构本体的滚动。盾构滚动偏差可通过转换刀盘旋转方向来实现。 竖直方向纠偏控制盾构机方向的主要因素是千斤顶的单侧推力，它与盾构机姿态变化量间的关系非常离散，需要靠人的经验来掌握。当盾构机出现下俯时，可加大下侧千斤顶的推力，当盾构机出现上仰时，可加大上侧千斤顶的推力来进行纠偏。同

57、时还必须考虑到刀盘前面地质因素的影响综合来调节，从而到达一个比较理想的控制效果。 水平方向纠偏与竖直方向纠偏的原理一样，左偏时应加大左侧千斤顶的推进压力，右偏时则应加大右侧千斤顶的推进压力，并兼顾地质因素。 方向控制及纠偏注意事项 在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快，切换速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏。 根据掌子面地层情况应及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值。当盾构姿态洁净警戒值时就应该实行纠偏程序。 蛇行修正及纠偏时应缓慢进行，如修正过程过急，蛇行反而更加明显。在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线

58、，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。 推进油缸油压的调整不宜过快、过大，否则可能造成管片局部破损甚至开裂。 正确进行管片选型，确保拼装质量与精度，以使管片端面尽可能与计划的掘进方向垂直。 盾构始发到达时方向控制极其重要，应按照始发、到达掘进的有关技术要求，做好测量定位工作。5.5 同步注浆和壁后二次注浆 方式与材料壁后注浆采取同步注浆和二次补充注浆两种方式，同步注浆通过同步注浆系统随掘进同时注入，二次补充注浆利用补充注浆系统在盾尾后通过管片注浆孔进行。同步注浆浆液为水泥砂浆，配比见表2.4.5-1。二次补充注浆主要采用

59、水泥浆辅助填充壁后空隙，在隧道开挖对地表建筑或管线影响较大的地段，为减少地面沉降，可选择速凝型浆液，如水泥水玻璃双液浆等。水泥单液浆配比一般取水灰比11或11.5。水泥水玻璃双液浆配比见表2.5.5-2。表2.5.5-1 同步注浆材料配比表组别水泥（kg）粉煤灰（kg）膨润土（kg）砂（kg）水（kg）外加剂1802603812416050779460470按需要根据试验加入表2.5.5-2 双液浆配比及浆液主要性质表编号水灰比A液B液（体积比）缓凝剂添加量（水泥用量）浆液密度（g/cm3）凝结时间（秒）1111101.51.442048胶凝时间：一般为310h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。固结体强度：一天不小于0.2MPa，28天不小于2.5MPa；浆液结石率：95%，即固结收缩率5%；浆液稠度：812cm/m；浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。 技术参数 注浆压力保证达到对环向空隙的有效充填，同时又能确保管片结构不因注浆产生过大的变形和损坏，根据计算和经验，注浆压力取值为：0.30.4MPa。 注浆量根据管片壁后环形空隙与地层有效填充的经验公式计算，根据规范要求，注浆量取盾尾建筑控制空隙理论体积的1.31.8倍，