一建市政教材解读：1K413033 盾构施工阶段划分及始发与接收施工技术

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　　1K413033 盾构施工阶段划分及始发与接收施工技术

　　一、盾构施工阶段划分

　　盾构施工一般分为始发、正常掘进和接收三个阶段。

　　始发是指盾构自始发工作井内盾构基座上开始掘进，到完成初始掘进(通常5 0～100m)止，亦可划分为：洞口土体加固段掘进、初始掘进两个阶段。

　　始发结束后要拆除临时管片、临时支撑和反力架，分体始发时还要将后续台车移人隧道内，以便后续正常掘进。

　　接收是指自掘进距接收工作井一定距离(通常50～100m)到盾构落到接收工作井内接收基座上止，亦可划分为：到达掘进、接收两个阶段。.

　　到达掘进是正常掘进的延续，是保证盾构准确贯通、安全接收的必要阶段。

　　从施工安全的角度讲，始发与接收是盾构法施工两个重要阶段。为保证盾构始发与接收施工安全，洞口土体加固施工必须满足设计要求。

　　二、洞口土体加固技术

　　(一)洞口土体加固必要性

　　(1)盾构从始发工作井进入地层前，首先应拆除盾构掘进开挖洞体范围内的工作井围护结构，以便将盾构推人土层开始掘进;盾构到达接收工作井前，亦应先拆除盾构掘进开挖洞体范围内的工作井围护结构，以便隧道贯通、盾构进入接收工作井。

　　(2)由于拆除洞口围护结构会导致洞口土体失稳、地下水涌人、且盾构进入始发洞口开始掘进的一段距离内或到达接收洞口前的一段距离内难以建立起土压(土压平衡盾构)或泥水压(泥水平衡盾构)以平衡开挖面的土压和水压，因此拆除洞口围护结构前必须对洞口土体进行加固，通常在工作井施工过程中实施。

　　(3)在特定地质条件下(如富水软土地层)，洞口围护结构可采用混凝土或纤维混凝土施作。盾构始发或接收施工时，可直接利用盾构刀具切除。

　　(二)洞口土体加固主要目的

　　(1)拆除工作井洞口围护结构时，确保洞口土体稳定，防止地下水流人;

　　(2)盾构掘进通过加固区域时，防止盾构周围的地下水及土砂流人工作井;

　　(3)拆除洞口围护结构及盾构掘进通过加固区域时，防止地层变形对施工影响范围内的地面建筑物及地下管线与构筑物等造成破坏。

　　(三)确定加固方案的方法

　　洞口土体加固前，要根据地质条件、地下水位、盾构种类与外形尺寸、覆土深度及施工环境条件等，在明确加固目的后，按照图1K413033所示程序确定加固方案。

　　(四)加固方法

　　常用加固方法主要有：注浆法、高压喷射搅拌法和冻结法。

　　1.注浆法

　　按其原理分为两种：不改变土颗粒排列，只使注人材料渗透到土颗粒间隙并固结的渗霾注浆法;沿注浆层面地层形成脉状裂缝，利用注浆材料使土颗粒间隙减小、土体被挤密掏挤密注浆法(或劈裂注浆法)。前者适用于砂卵土层，后者适用于低渗透性土层，详见1K413044。

　　2.高压喷射搅拌法

　　高压喷射加固材料，使其与被搅动的土砂混合，或置换被搅动的土砂，形成具有一定强度的改良地层。

　　3.冻结工法

　　对软弱地层或含地下水土层实施冻结，冻结的土体具有高强度和止水性，特别适用于大断面盾构施工和地下水压高的场合。

　　三、盾构始发施工技术

　　(一)盾构始发特点

　　(1)一般后续台车临时设置于地面。在地铁工程中，多利用车站作为始发工作井，后续台车可在车站内设置。

　　(2)大部分来自后续台车上设备的油管、电缆、配管等，随着盾构掘进延伸，部分管线必须接长。

　　(3)由于通常在始发工作井内拼装临时管片，故向隧道内运送施工材料的通道狭窄。

　　(4)由于始发时处于试掘进状态，且施工运输组织与正常掘进不同，因此施工速度受到制约。

　　(二)始发段长度的确定

　　决定始发段长度有二个因素：一是衬砌与周围地层的摩擦阻力，二是后续台车长度。

　　始发结束后要拆除临时管片、临时支撑和反力架，将后续台车移人隧道内，以便后续

　　正常掘进。由于此后盾构的掘进反力只能由衬砌与周围地层的摩擦阻力承担，因此初始掘

　　选长度L必须白以下条件确定：

　　L>F/2πγf (1K413033)

　　式中 L――从始发井开始的衬砌长度(m);

　　F――盾构千斤顶推力(N);

　　γ――衬砌外半径(m);

　　f――注浆后的衬砌与地层的摩擦阻力(N/m2)。

　　若L大于后续台车长度，则取L为初始掘进长度;若L小于后续台车长度，则可综

　　合权衡利弊后，确定L或后续台车长度为初始掘进长度。

　　(三)洞口土体加固段掘进技术要点

　　(1)盾构基座、反力架与管片上部轴向支撑的制作与安装要具备足够的刚度，保证负载后变形量满足盾构掘进方向要求。

　　(2)安装盾构基座和反力架时，要确保盾构掘进方向符合隧道设计轴线。

　　(3)由于临时管片(负环管片)的椭圆度直接影响盾构掘进时管片拼装精度，因此安装临时管片时，必须保证其椭圆度，并采取措施防止其受力后旋转、径向位移与开口部位(临时管片安装时通常不形成封闭环，在其上部预留运输通道)变形。

　　(4)拆除洞口围护结构前要确认洞口土体加固效果，必要时进行补注浆加固，以确保拆除洞口围护结构时不发生土体坍塌、地层变形过大，要保证盾构始发过程中开挖面的稳定。

　　(5)由于拼装最后一环临时管片(负一环，封闭环)前，盾构上部千斤顶一般不能使用(最后一环临时管片拼装前安装的临时管片通常为开口环)，因此从盾构进入土层到通过土体加固段前，要慢速掘进，以便减小千斤顶推力，使盾构方向容易控制;盾构到达洞口土体加固区间的中间部位时，逐渐提高土压仓(泥水仓)设定压力，出加固段达到预定的设定值。

　　(6)通常盾构盾尾进入洞口后，拼装整环临时管片(负一环)，并在开口部安装上部轴向支撑，使随后盾构掘进时全部盾构千斤顶都可使用。

　　(7)盾构盾尾进入洞口后，将洞口密封与封闭环管片贴紧，以防止泥水与注浆浆液从洞门泄漏。

　　(8)加强观测工作井周围地层变形、盾构基座、反力架、临时管片和管片上部轴向支撑的变形与位移，超过预定值时，必须在采取有效措施后，才可继续掘进。

　　(四)初始掘进的主要任务

　　初始掘进的主要任务：收集盾构掘进数据(推力、刀盘扭矩等)及地层变形量测数据，判断土压(泥水压)、注浆量、注浆压力等设定值是否适当，并通过测量盾构与衬砌的位置，及早把握盾构掘进方向控制特性，为正常掘进控制提供依据。因此，初始掘进阶段是盾构法隧道施工的重要阶段。

　　四、盾构接收施工技术要点

　　(1)盾构进入到达掘进阶段前，要暂停掘进，准确测量盾构坐标位置与姿态，确认与隧道设计中心线的偏差值。

　　(2)根据测量结果制定到达掘进方案。

　　(3)继续掘进时，及时测量盾构坐标位置与姿态，并依据到达掘进方案及时进行方向修正。

　　(4)掘进至接收井洞口加固段时，确认洞口土体加固效果，必要时进行补注浆加固。

　　(5)进入接收井洞口加固段后，逐渐降低土压(泥水压)设定值至0MPa，降低掘进速度，适时停止加泥、加泡沫(土压式盾构)、停止送泥与排泥(泥水式盾构)、停止注浆，并加强工作井周围地层变形观测，超过预定值时，必须采取有效措施后，才可继续掘进。

　　(6)拆除洞口围护结构前要确认洞口土体加固效果，必要时进行注浆加固，以确保拆除洞口围护结构时不发生土体坍塌、地层变形过大。

　　(7)盾构接收基座的制作与安装要具备足够的刚度，且安装时要对其轴线和高程进行校核，保证盾构顺利、安全接收。

　　(8)拼装完最后一环管片，千斤顶不要立即回收，及时将洞口段数环管片纵向临时拉紧成整体，拧紧所有管片连接螺栓，防止盾构与衬砌管片脱离时衬砌纵向应力释放。

　　(9)盾构落到接收基座上后，及时封堵洞口处管片外周与盾构开挖洞体之间的空隙，同时进行填充注浆，控制洞口周围土体沉降。