泥水平衡盾構機施工總結

泥水平衡盾構機施工總結本工程是我單位常規(guī)直徑地鐵盾構第一次采用泥水盾構機施工。在施工、操作方面可借鑒經(jīng)驗不多，造成在施工中走過了不少彎路，出現(xiàn)了許多問題。泥水盾構機操作的基本原則是：控制切口壓力在技術交底范圍內穩(wěn)定和盾構機姿態(tài)在設計要求范圍內的前提下，實現(xiàn)盾構機正常掘進。切口壓力的穩(wěn)定是保證地面沉降、安全掘進的前提條件，而盾構機姿態(tài)決定隧道走向是否與設計路線符合，成型隧道符合設計要求的先決條件。如果在掘進期間，切口壓力不穩(wěn)定，波動較大的話，輕則沉降較大，重則引起地面塌方。所以在操作泥水盾構機的時候，每一個操作手必須清楚的明白，保證切口壓力穩(wěn)定的重要性。而盾構機姿態(tài)是決定我們的施工是否按設計路線施工，如果出現(xiàn)姿態(tài)超限，輕則隧道管片出現(xiàn)錯臺、開裂、漏水等質量問題，重則需要聯(lián)系設計單位和業(yè)主，進行調線。通過一年多的泥水盾構機施工經(jīng)驗，結合自己以前土壓平衡盾構機的操作經(jīng)驗，對泥水盾構機的施工和質量控制方面的一些想法做如下總結。一．工程概況：東莞市城市快速軌道交通R2線工程（東莞火車站～東莞虎門站段）[2303A標：榴花公園站、茶山站～榴花公園站區(qū)間]土建工程施工項目，位于方中路上的茶山站后，正線隧道與出入段線隧道并行約100m由東向西穿越寬約200米的寒溪河，進入東岸大片農(nóng)田（此時出入段線進入寒溪河東岸的東城車輛段）、通過中間風井及河西岸的數(shù)幢別墅后進入莞龍路。線路繼續(xù)沿莞龍路前行，繞避了數(shù)架人行天橋后到達榴花公園前的榴花公園站結束。本標段起訖里程YDK2+298.728~YDK5+502.598，包含1個明挖車站（【榴花公園站】）和1個區(qū)間（【茶山站～榴花公園站區(qū)間】），1條出段線盾構隧道（【中間風井~出段線盾構井】），1條入段線盾構隧道（【茶山站~入段線盾構井】）。其中正線段茶山站~榴花公園站區(qū)間左線起訖里程為：ZDK2+301.000~ZDK3+497.720、ZDK3+653.485~ZDK4+118.812，左線長1662.041m;右線起訖里程為：YDK2+298.728~YDK3+434.162、YDK3+601.659~YDK4+110.000，右線長1643、775m；區(qū)間正線總長3406.628m。其中ZDK3+653.485~ZDK3+746.000、YDK3+601.659~YDK3+690.000采用礦山法開挖，盾構管片襯砌。二.操作注意事項：（一）泥漿粘度控制在泥水盾構中，泥漿的作用有兩種：維持開挖面穩(wěn)定和運送棄土。泥水盾構機施工時穩(wěn)定開挖面的原理為：以泥水壓力來抵抗開挖面的土壓力和水壓力以保持開挖面的穩(wěn)定，同時，控制掌子面變形和地面沉降；在掌子面形成弱透水性泥膜，保持泥水壓力有效作用于掌子面。泥漿作為一種運輸介質將開挖下來的渣土以流體形式輸送，經(jīng)地面泥水處離處理設備分離，將處理過的渣土運至棄土場。泥漿的比重和粘度等性能決定它穩(wěn)定開挖面和攜帶渣土的能力。（1）泥漿比重為保持開挖面的穩(wěn)定，即把開挖面的變形控制到最小限度，泥的將土倉中的泥渣帶出，來保證切口環(huán)壓力的穩(wěn)定進行正常掘進。對于不同的地層，環(huán)流的控制手法應該是有所不同的，掘進速度有快慢之分。一般在全斷面的砂層中，速度控制在28~35mm/mim,進漿流量控制在550~650立方每小時，進出管流量差宜在60~80立方每小時。泥漿粘度宜控制在32~38秒。中部底部以7#，8#為主，上部存在3-1#，4-1#，在隧道上部依然是3-1#，屬于典型的上軟下硬地層，這種復合地層中盾構機土倉內和刀盤最容易結泥餅，在進行環(huán)流操作時，盡量控制流量高點，一般來說，流量控制到800~900m3/h時，土倉內不會有泥渣積累造成堵管現(xiàn)象。泥漿粘度情況需根據(jù)出渣比例進行調節(jié)。為防止刀盤結泥餅，盡可能的將通向土倉的閥全開，或者頻繁切換土倉進漿閥，適當選用高轉速（刀盤轉速必須結合當前的地質實際情況，需防止由于轉速高引起超挖造成地表沉降過大）。對于全斷面的7#、8#地層，掘進速度不宜過快，15~20mm/min為宜，泥漿粘度控制在20~25s。環(huán)流重點要注意的部位是在土倉與氣泡倉的出口處，所以通向土倉底部的閥門可以全開啟，或者開一個，頻繁切換。進出漿的流量要大，一般控制在850~950m3/h，而沖洗碎石機和出口格柵兩旁的漿管至少各開一個，以保持出口處通暢。在掘進期間要注意土倉壓力，土倉壓力慢慢上升，適當?shù)募哟筮M漿壓力，多沖洗土倉，同時加大排漿量，通過液位升降來維持切口環(huán)壓力（加大排漿量的同時防止液位抽空）穩(wěn)定。等土倉壓力慢慢回落到原來設定值時再重新調節(jié)環(huán)流平衡。若土倉壓力瞬間上升，馬上打開旁路，等到土倉壓力回落到原來掘進數(shù)值時再切換到掘進模式，并清洗格柵處。等到壓力穩(wěn)定后恢復掘進，先以慢速推進（實現(xiàn)一邊推進一邊清洗土倉和氣壓倉），在環(huán)流比較穩(wěn)定的條件下再適當加快推進速度。（4）液位計聯(lián)鎖控制液位連鎖原理是當液位上升或者下降到某一液位指示等亮時，循環(huán)系統(tǒng)自動切換到旁路，停止掘進。其原理時防止液位在人為操作情況下繼續(xù)上升或下降，引起切口環(huán)壓力大的波動，從而關閉或者開啟進漿閥。液位連鎖還有一個優(yōu)點是，可以更好的協(xié)調交接班，防止上一個班組由于操作不當引起氣壓倉或者土倉堵塞問題。（5）刀具配置應盡量避免滾刀的偏磨，順利通過軟弱地層及上軟下硬地層地段，進入到全斷面巖層。因此如何防止?jié)L刀偏磨是一個重要問題。根據(jù)經(jīng)驗，在軟土地層中，滾刀磨損量很少，幾乎沒有。因此，重點控制在上軟下硬地層中的掘進。根據(jù)本項目掘進情況，滾刀偏磨可能主要由泥餅引起，由于形成泥餅后使?jié)L刀無法滾動，從而造成偏磨，特別是中心滾刀，由于開口率小，刀具布置密集，容易形成泥餅，因此在推進時應注意控制環(huán)流，采取各項措施防止泥餅形成。另外，在上軟下硬地層中，滾刀容易產(chǎn)生破壞，應合理控制刀盤轉速和推進速度，若發(fā)現(xiàn)異常及時上報。（三）盾構機姿態(tài)控制1、影響盾構機姿態(tài)的主要原因：（1）地層變化，（2）掘進參數(shù)不合理，（3）設備存在缺陷（如刀具配置不合理）。2、在正常掘進過程中應當保持盾構機水平和垂直姿態(tài)在±30mm，垂直姿態(tài)控制在0~-30mm更理想，這樣的姿態(tài)無論對于超限和隧道上浮都有一定糾偏余地。在上軟下硬的復合地層中，盾構機保證一定的俯角（-2~-5）推進，在沙層中保持+2~+4的仰俯角推進，這樣更有利于姿態(tài)的控制。3、滾動角應當控制在±5，根據(jù)滾動角的變化隨時更換刀盤轉向，一環(huán)中有需要的話可以多次轉變刀盤轉向，這樣可以防止由于滾動角大造成隧道管片扭轉。4、在曲線掘進時，在盾構機進入暖和曲線前，做好盾構機姿態(tài)調節(jié)，常規(guī)下一般姿態(tài)向曲線內側偏移-10~-25mm比較合適。5、推進油缸行程原則上控制在至1730mm至1760mm的時候應停止掘進，除非特殊情況下推進油缸行程可以適當多走一點（如需接大管）但行程不宜過長，如果行程到1850后不能接大管要求，等管片拼裝后再往前推進到滿足要求。推進油缸行程差不宜超過50mm，行程差過大，則盾尾刷容易露出，管片脫離盾尾較多，變形較大，易導致管片姿態(tài)變差；行程差過大，易使盾體與盾尾之間的夾角增大，如果推進油缸行程差比較大時，應當合理的進行管片選型，通過管片楔形量來調整推進油缸的行程差。6、鉸接油缸伸出的長度，直接影響到掘進時盾構機的姿態(tài)，應減少鉸接油缸的長度差，盡量將長度差控制在20mm以內，將鉸接油缸的行程控制在40~60mm7、管片選型要合理，在管片選型上，不能僅憑盾尾間隙草率選定管片，應當以盾尾間隙為原則，結合鉸接油缸行程和盾構機走向趨勢來進行綜合選型。（三）質量控制質量控制主要體現(xiàn)在三個方面：1、管片選型控制管片選型的兩個原則：第一，管片選型要適合隧道設計線路；第二，管片選型要適應盾構機姿態(tài)。這兩者是相輔相成的，前者影響整個隧道管片的需求計劃，后都影響隧道掘進和隧道軸線與設計軸線的偏差。所以在管片選型上，我們要結合盾尾間隙、推進油缸行程差、鉸接油缸行程、設計軸線等方面原因進行正確選型。2、管片拼裝控制管片拼裝時，必須將盾尾清理干凈，將管片沖洗干凈，避免管片間夾有雜物，使相鄰管片環(huán)面不平整，使管片局部受力過大產(chǎn)生開裂、破損。檢查管片止水條是否有脫落現(xiàn)象，管片拼裝時先就位底部管片，然后自下而上左右交叉安裝，每環(huán)相鄰管片均布擺勻并控制環(huán)面平整度和封口尺寸，最后插入封頂管片成環(huán)。管片拼裝成環(huán)時，其連接螺栓應先逐片初步擰緊，脫出盾尾后再次復緊。拼裝完后及時調整千斤頂撐靴，防止千斤頂撐靴壓壞止水條，造成管片拼縫位置滲漏。在曲線段管片拼裝時，人為意識的將管片向曲線內側水平偏移2mm-3mm3、注漿控制注漿按其注漿方式為同步注漿和二次補漿，按漿液性能分單夜?jié){和雙液漿。（1）同步注漿同步注漿是指在盾構掘進過程中，盾構機向前行進，管片脫出盾尾與圍巖形成建空隙的同時，從位于盾尾的注漿管路注入漿液填充形成的建筑空隙。管片之間的連接相對管片的剛度而言表現(xiàn)為柔性，因此在同步注漿時必須控制好注漿壓力和注漿量，使之既能達到有效的填充建筑空隙，又不會對管片的成環(huán)質量產(chǎn)生影響。由于在盾構掘進中，對周圍土體產(chǎn)生一定的擾動，因此，在注漿時，不僅考慮到漿液要充滿管片背后的空隙，同時還要滲透至周邊的土層中，所以要求注漿量比計算的空隙要大些，一般取為理論空隙體積的130％～180％為系數(shù)，甚至更大。注漿的速度要結合掘進速度，而注漿量需結合地表沉降。同步注漿施工時應注意以下事項：①在推進油缸行程達到1600-1650mm之間時，停止注入漿液，改打膨潤土液清洗注漿管并將管內漿液壓入開挖空隙，以免漿液在管路中停滯過久堵塞注漿管路；②每掘進完成一環(huán)應檢查清洗注漿管路一次；③注漿壓力不能大于盾尾油脂腔的壓力，一般在5bar以內；（2）二次注漿盾構施工過程中，因同步注漿效果不理想，漿液未能有效填充管片襯背后建筑空隙,造成地面沉降大，管片上浮，漏水等缺陷。為改善這種現(xiàn)象，利用管片吊裝孔二次補充注入漿液。二次注漿一般以雙液漿為主，也有部分采用二次補充注單液漿。在控制管片上浮、控制地表沉降時多采用注雙液漿。二次注漿量和壓力要視情況而定。一般以注漿壓力來控制。二次注漿時應注意一下事項：①在注漿前應查看管片情況并在注漿過程中進行跟蹤觀察，如有異常情況應立即停止注漿。②在注入過程中應嚴格控制注漿壓力。③在注入過程中出現(xiàn)壓力過高但注入效果不明顯的情況時應檢查注漿泵及注漿管路是否有堵管現(xiàn)象，并立即進行清理。④在進行二次雙液注漿前應將同步注漿管路的所有球閥全部關閉。⑤注漿前應查看盾尾油脂腔的壓力，如果壓力偏低，應適當手動注入盾尾油脂，以保證在注漿過程中有足夠的壓力避免盾尾漏漿⑥在注漿前應查看管片情況及土倉壓力情況并在注漿過程中進行跟蹤觀察，如有異常情況應立即停止注漿。⑦注漿位置一般選定在盾尾內數(shù)倒數(shù)第五環(huán)管片以后，避免漿液流向盾構機，造成盾尾固死。除了注漿方式不一樣以外，在不同地層中掘進其漿液類型也有所區(qū)別，在砂層中用雙液漿效果更為理想。(四)掘進中常見事故處理1、盾尾漏漿處理盾尾漏漿是盾構施工最常見的，也是最麻煩的問題。特別是在富水層中掘進，如果盾尾刷受損，盾尾間隙差，漿液凝固時間長，注漿壓力大等原因，漏漿的頻率高很多。盾尾漏漿有兩種形式：漏泥漿和漏砂漿（實際掘進中盾尾還會漏水）。造成盾尾漏漿的主要原因：（1）盾尾刷在掘進過程中由于盾尾間隙差，盾尾刷受管片擠壓導致失去彈性或者脫落造成盾尾漏泥漿和砂漿及清水。（2）漿液凝固時間過短,造成漿液不能充分填充管片后空隙,而是堆積在注漿口附近,造成注漿通道受限制,后續(xù)漿液壓力必然劇增,當漿液壓力高于盾尾刷和油脂的抗壓力時,就會擊穿盾尾刷和油脂襯背而造成盾尾漏砂漿，長期下去就會導致盾尾漏泥漿和砂漿及清水。所以在防止盾尾漏漿最有效的措施是保護好盾尾刷和控制好注漿壓力與漿液的凝固時間。在掘進過程中盾尾漏漿，首先應當了解漏漿情況，具體位置在哪個部位，漏漿量有多大，盾尾間隙如何，注漿壓力有多大，根據(jù)情況進行處理。（1）如果漏漿量不大，而盾尾間隙比較合理的情況下，對漏漿位置進行手動補盾尾密封油脂（對漏泥漿或者砂漿都可行），漏漿部位嶄停注漿。（2）如果漏漿量大，而盾尾間隙比較合理的情況下，在對漏漿位置進行手動補盾尾油脂的同時往盾尾曬海綿條，漏漿部位嶄停注漿。（3）如果漏漿量大，而盾構間隙差的情況下，在手動補盾尾油脂的同時往盾尾塞海綿條，漏漿部位嶄停注漿。管片選型往間隙大的部位走，在掘進下一環(huán)過程中注意盾構機姿態(tài)盡量不要擺動來進行糾偏。（4）控制好盾尾密封油脂的注入，盾尾油脂的損耗與掘進速度成正比，速度過快則注入盾尾的密封油脂在單位時間內不能滿足其消耗量,若不及時調整油脂泵注脂率,則盾尾刷內的油脂量和注入油脂的壓力不能及時密封盾尾,勢必造成尾刷的密封效果減弱,形成盾尾漏漿。在掘進中多注意保護盾尾刷，控制好注漿壓力，使用配比合理的漿液，從根源上解決漏漿問題。在判斷盾尾刷受損嚴重時，有條件更換盾尾刷的應馬上更換尾刷。2、地表沉降處理地面沉降一般發(fā)生在軟弱地層中，沉降分為兩種，一是推進過程中刀盤位置發(fā)生沉降，二是后期管片脫出盾尾后沉降。推進過程中發(fā)生沉降的主要原因可能是切口壓力波動大，造成超挖使地層發(fā)生變形沉降；還有可能是切口環(huán)壓小造成局部塌方或超挖，從而使地表地層沉降，一般這種情況發(fā)生在隧道上覆地層為軟弱地層的時候，由于軟弱地層穩(wěn)定性差，對變形敏感，變化很快傳遞到地面產(chǎn)生地表沉降。后期沉降的產(chǎn)生與推進和注漿有關。即使地層穩(wěn)定，若推進過程中發(fā)生超挖現(xiàn)象，而注漿沒有相應增加，則有可能造成部分施工空隙沒有填充，導致地層緩慢變形，最終產(chǎn)生地面沉降。在地下水豐富的地層中，若注漿沒有及時凝