盾构区间工程重点难点及对策.docx

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盾构区间工程重点难点及对策

2.3.区间工程重点、难点及对策

2.3.1盾构穿越沿线重要管线

（1）盾构下穿大口径管线情况分析

本工程区间隧道穿越既有道路时，路下有雨、污水、电力、信息、供电管等。

主要有以下二个：

1御桥路上Ф1000污水管

管径1000mm，管材为砼，埋深3.7m，与隧道顶净距约4.8~5.4m。

2御桥路上Ф2000雨水管

管径2000mm，管材为砼，埋深5.6m，与隧道顶净距约5.2~5.36m。

（2）采取的措施及对策

①施工前做好前期准备工作，包括管线资料的进一步调查、与管线单位的配合协调、技术交底、人员配置、施工参数优化、机械设备维护及检查、加密监测点布置等措施。

②前期掘进施工中，通过施工实践不断优化盾构推进参数控制地表变形，减少对管线的影响，同时充分发挥我公司在穿越大口径地下管线等方面的经验和特长，紧密依靠地表变形监测，及时调整盾构掘进参数，不断完善施工工艺，将施工后地表变形量控制在最小范围内。

在穿越阶段，通过严格控制盾构正面土压力、推进速度控制、改良土体、出土量控制、拼装速度的控制等措施，并尽可能地勤测勤纠，减少盾构纠偏量和纠偏次数，在穿越大口径管线掘进过程中采取双液浆进行同步注浆，严格控制同步注浆量和浆液质量，通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形。

同时实施信息化施工，加强监测，及时完善、优化盾构施工参数，保证施工过程中地下管线的安全。

③盾构穿越大口径管线之后，在盾尾脱离管线之后，在相应位置由注浆工作班组通过管片注浆孔进行双液浆的压注，使其在管片背后形成环箍，有效地防止土体向两侧发生位移，减少盾构施工的后期沉降。

并进行二次补压浆，充分填充建筑空隙或者由于土体的后期应力释放而产生沉降。

2.3.2隧道穿越沿线重要建筑物

（1）隧道穿越建筑物情况分析

本工程区间隧道上方的建（构）筑物主要有以下几个。

在施工前应进行地下管线、地下障碍物和须保护建筑物的基础调查工作，及时发现施工过程中的安全隐患，并采取措施，保证工程顺利进行。

①大寨河桥桩基

400*400预制方桩，桩长27~28m，距隧道最小水平净距4.83m。

②御界桥桩基

400*400预制方桩，桩长28m，距隧道最小水平净距5.36m。

③北蔡中心河

河中心里程为SDK52+081.069，河宽约25m。

河底标高0.5m，地面标高为3.6m，距隧道顶最小净距约5.345m。

④大浦港及咸塘港

大浦港河底标高0.5m，地面标高约为3.8m，距隧道顶最小净距约6.12m。

咸塘港河底标高0.5m，地面标高约为4m，距隧道顶最小净距约10.68m。

（2）采取的措施及对策

①做好调研

事先做好地面现场调研及技术资料搜集，会同监理对穿越前的状况进行巡查记录，并保留照片资料。

②加强监测

a、在上、下行线距离被穿越建构筑物5m的地表各布一条沉降断面，断面监测点为深层监测点。

b、在穿越建筑的外表面各布设和倾斜监测点一只；倾斜采用ELT-10A倾斜仪，直接安装在外面。

c、在地面增设地表沉降监测点。

d、施工前根据权属（或管理）单位要求制定具体的监测实施方案。

③增加监测频率

在隧道推进该处时根据现场监测数据变化的情况来决定监测频率，一般情况下在隧道推进该处前后30m的期间，人工监测每6小时监测1次。

④动态信息传递

每一次测量成果都及时汇总给施工技术部门，以便施工技术人员及时了解施工现状和相应区域地面变形情况，确定新的施工参数和注浆量等信息和指令，并传递给盾构推进面，以及时作出相应调整，最后通过监测确定效果，从而反复循环、验证、完善。

⑤盾构在该区域内应连续掘进，尽可能减少停机故障，加强设备的维修和保养，防止盾构在穿越段的长时间停顿。

⑥在盾构穿越过程中必须严格控制切口土压力，同时也必须严格控制与切口压力有关的施工参数，如推进速度、总推力、出土量等，尽量减少土压力的波动。

⑦在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，使盾构匀速施工，减少盾构纠偏，以减少盾构施工对建筑物的影响。

⑧严格控制同步注浆量和浆液质量，通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中土体变形。

由于上行线先于下行线穿越，在上行线穿越后，在下行线内靠近上行线的一侧进行双液注浆，加固两条隧道间的土体，减少两条隧道之间的相互影响。

⑨由于盾构推进时同步注浆的浆液在填补建筑空隙时可能会存在一定间隙，且浆液的收缩变形也存在地面沉降的隐患，因此在隧道掘进的同时，后面同步进行二次壁后注浆。

在管片脱出盾尾5环后，对管片的建筑空隙进行二次注浆。

浆液通过管片的注浆孔注入地层，并在施工时采取推进和注浆联动方式。

注浆未达到要求，盾构暂停推进，以防止土体变形。

根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆量及注浆参数，壁后二次注浆根据地面监测情况随时调整，从而使地层变形量减至最小。

⑩根据需要可设置地面跟踪管，当沉降超过警戒值时采取地面注浆控制沉降。

另外，在穿越河流段时，加强对河流段水位的监测，根据水位的不同，调整切口土压力，保证开挖面的稳定，提高拼装质量，在穿越后加强二次注浆，防止隧道内渗水，若出现渗水时采用聚氨酯注浆封堵。

2.3.3盾构在复杂土层中推进

（1）区间穿越地层情况分析

本工程有二个区间，根据设计提供的纵断面图，隧道底板标高在-11.3~-20.1m之间，隧道主要在③3、④、⑤11、⑤1A、⑤12层中掘进，其中③3、④、⑤11、⑤12层均为中~高灵敏度饱和软粘土，具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低等工程特性，⑤1A层粉砂具有强度高、透水性强，开挖揭露时易产生流砂、管涌等工程特性。

①饱和软土对盾构施工影响

盾构大部分在③3、④、⑤11、⑤12层中掘进，各土层均为饱和软粘土，软粘土具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低、灵敏度高的工程特点，开挖扰动易产生破坏，导致开挖面失稳，故盾构推进过程中，应尽量减少对土体的扰动，严格按照合理的工艺流程施工，确保施工质量。

第⑤12层灰色粉质粘土夹粉砂，土质不均匀，夹粉砂，局部较多，开挖揭露时，在一定水头的动水压力作用下，易产生流砂现象，施工时应注意。

③3、④、⑤11、⑤12层具高粘性，易粘着盾构设备或造成管路堵塞，使掘进难以进行。

施工时应引起注意，并采取相应的防范措施。

②粉（砂）性土对盾构施工的影响

盾构段部分在⑤1A粉砂层中掘进，⑤1A层透水性强，开挖揭露时，在一定水头的动水压力作用下易产生流砂、管涌现象，导致开挖面失稳；对盾构施工产生不利影响，施工时应引起注意。

⑤1A层土质相对较好，强度较高，盾构在该层中顶进时阻力较大，当掘进开挖面进入软硬两种不同土性地层时有可能因软弱层排土过多引起地层下沉并造成盾构在线路方向上的偏离，盾构推进时须根据地基土层的变化，调整和优化盾构施工参数，并采取相应的防偏离措施，如适当调整正面推进压力，控制出土量，同步注浆，增加盾尾注浆量及压力，壁后多次压浆等施工措施。

③（微）承压水对盾构施工的影响

当开挖面距离承压含水层较近时，易诱发承压水突涌，导致隧道变形、坍塌。

本场地分布有两层主要承压含水层。

微承压水层（⑤1A、⑤2层）及较深部的主要承压水层（⑦2层）,本工程隧道掘进深度为15.3~24.0m，对工程有影响的主要为微承压水层（⑤1A、⑤2层），根据承压水观测结果，⑤1A层微承压水水位埋深5.40~6.82（标高-1.69~-2.79m），⑤2层微承压水水位埋深5.80~6.44（标高-1.71~-2.34m），设计时微承压水水头可按最不利条件水头埋深3.0m考虑，现按最不利条件（承压水水头埋深为3.0m）及现场测试结果分别验算，经验算（详见表3-2）隧道挖掘面以下不透水层厚度大多不能满足抗承压水头安全要求，部分隧道盾构揭露面须切割或穿越⑤1A层微承压含水层位，施工时应充分考虑其影响，采取合理的施工工艺和止水措施进行防范。

（2）区间在复杂土层中施工的针对性措施

1）优化施工参数：

盾构在复杂土层中推进时，加强对施工参数的优化，通过施工参数的合理调整，确保隧道稳定和控制地面沉降。

①盾构土仓平衡压力的控制：

由于饱和土层及粉土、砂土层土体较不稳定，盾构推进的后期地面沉降会相对较大。

在推进时，可在地面隆起允许的情况下，适当提高盾构机的正面平衡压力，使盾构正面的土产生挤压疏干效应，降低土舱内土体的动水压力，防止螺旋输送机中砂土的液化。

严格按照土压平衡模式进行掘进控制，确保土仓内土压能有效平衡地层的水土压力，避免在刀盘位置形成负压区，致使地下水涌向刀盘区域。

②推进速度：

在土层中推进时，大刀盘所受扭矩及推力将大大增加，所以盾构推进速度不宜过快。

通过减缓推进速度，达到降低刀盘扭矩和盾构推力的效果，同时减少对周边土体的扰动。

在严格控制推进速度的情况下，保证连续均衡施工，避免盾构较长时间的搁置。

③控制盾构纠偏量：

盾构姿态变化不可过大、过频，每环纵坡变化小于0.2%，水平姿态纠偏量不宜超过5mm/环，以控制在3mm/环内为宜。

④螺旋输送机控制：

通过控制螺旋输送机出土速度和出土口的开口度，在出土口形成土塞，起到良好的密封、保压以及防喷的作用。

停止推进时关闭闸门，紧急情况下，应立即关闭螺旋输送机出土口闸门。

螺旋机排土口有2个由液压缸控制在出土闸门，闸门开启油缸上安装有行程传感器，可根据掘进速度在操作盘上任意控制闸门的开启度，通过它控制螺旋输送机的排土量。

如果在涌水较多的场合，可以通过先将第1道闸门关闭，第2道闸门开启将碴土存放在出口处，然后将第2道闸门关闭，第1道闸门开启，把碴土排放出。

⑤同步注浆量的控制：

在复杂土层中施工时，若土层空隙较大，同步注浆量比一般粘土层要多，在施工中将注浆量控制在建筑空隙的180%-200%左右，采用可硬性浆液，同时根据监测数据适当调整。

2）其它技术措施

①土体改良：

由于粉、砂性土的内摩擦角相对较大，导致盾构刀盘切削难度也相应加大。

在施工中，考虑采用土体改良的措施，来保证盾构出土正常。

a、土体改良的作用：

土体改良是为了保护刀盘以及保证盾构螺旋出土机的正常出土，在推进过程中可每隔一定距在盾构前方及螺旋机内压注浆泡沫剂或膨润土。

本标段粉土、砂土层土体中含水量小，一经挤压，粉土、砂土就会变得结实，使土推土困难，推进时大刀盘油压急剧增大。

为改善大刀盘传动轴承在刀盘转动过程中所受的扭矩，用在刀盘正面和土仓内加注泡沫剂或膨润土来降低土体强度，有利于降低大刀盘油压。

b、土体改良的方法：

通过压注泡沫剂或膨润土改良土体，提高出土时的粘粒含量。

每推进一环，加入一定浓度的泡沫剂或膨润土浆液。

发泡剂或膨润土浆液可以在刀盘正面注入，通过刀盘后翼的搅拌，从螺旋机排出。

当螺旋机压过高，也可以在螺旋机中注入适量的膨润土浆液。

压注泡沫剂或膨润土浆液时，应观察螺旋机的排土状态及正面土体的沉降状况，确保正面土稳定。

砂性土的渗透系数较大，即孔隙水压增加较快，同时消散也较快，而两者的时间差，为干的时效。

因此，千斤顶速度应与之相配合，从而使盾构推进速度达到较好的状态。

实际推进时，通过压注量的调整，了解正面的疏干效应，并反馈指导泡沫剂或膨润土浆液的体压注量。

②盾尾油脂的压注：

在粉土、砂土中施工时，盾尾易发生漏水、漏砂等情况。

施工时应严格管理盾尾油脂的压注工作。

由专人负责盾尾油脂的压注工作，确保每环的盾构油脂压注量。

同时，根据盾构盾尾油脂的压力表反馈信息，始终使盾尾油脂压力高于外部压力。

③二次注浆：

穿越粉土、砂土层时，采取衬砌壁后二次注浆措施，有效的弥补因同步浆液收缩变形而引起的地面变形隐患，同时提高土体的强度，防止土体液化。

二次注浆浆液通过管片的拼装孔注入地层内，压注时必须根据实际情况和监测数据的反馈进行调整参数。

此外，还必须结合不同的土层情况，采取针对性的注浆措施，通过选择不同部位、不同注浆量及注浆压力，来确保土体的稳定。

在必要时，二次注浆可与盾构推进施工同时进行，实现跟踪同步注浆的效果。

④聚氨酯注浆：

在穿越砂性土层段，除了同步注浆、二次注浆外，还采用聚氨酯注浆，来防止隧道内渗漏，注浆量每环60kg。

注浆按照《聚氨酯壁后注浆建设指导意见》（STB-DQ-010005）进行施工。

⑤另外，盾构机配备有防喷装置，在硬件上对穿越各种地层提供保证。

2.3.4盾构进出洞段的施工

（1）盾构进出洞情况分析

盾构进出洞一向是盾构施工中的风险点。

本标段中工作井位置，盾构范围内为④、⑤1-1层，底板下为⑤1A层，土质条件较差。

进出洞时易造成水土流失、涌水涌砂等，施工难度较高。

（2）盾构进出洞的主要针对性措施

①本工程盾构进出洞口处存在饱和软土层，为确保进出洞安全，采用三轴搅拌桩+旋喷桩加固洞圈范围土体。

②另外，进出洞口处存在微承压水，进出洞口处设置降压井进行降压，每个端头井洞口均设置3个降压井，对称布置，加固区两侧均设置1个，两个端头井中间加固区外侧设置1个。

这样可以满足隧道进出洞时的降水要求，防止微承压水在进出洞口处造成漏泥、涌砂现象。

③施工前做好前期准备工作，包括周边资料的进一步调查、技术交底、人员配置、施工参数优化、机械设备维护及检查、加密监测点布置等措施。

④在盾尾脱出洞口环后，即可进行洞口环环面钢板、洞门封堵钢板与洞圈预埋钢板的焊接工作，以封堵洞圈与隧道之间的空隙。

在盾构切口距洞门15m至靠上槽壁过程中时，应做好以下工作：

1）推进速度应控制在5～8mm/min；

2）在保证土压平衡的前提下，尽量降低切口土压；

3）在确定洞口土体稳定条件下，可逐渐降低切口土压，直至为零；

4）密切观察洞门变形和刀盘力矩等参数的变化情况，一旦异常应立即停止推进；

5）对成环管片（进洞段20m）连接件进行复紧，并用对拉螺栓对管片进行紧固连接，保证管片在进洞施工中能够达到强度要求；

6）盾构靠上井壁后，通过洞门混凝土的开孔，进一步确认盾构的姿态和方位，并将基座轨道调节到最佳位置；

7）加快信息反馈速度，并加强作业人员之间的联系和交流。

8）在完成洞门凿除和清理后，应以最快的速度进行盾构的推进和管片的拼装工作，并安排人员密切注意基座、轨道及各支撑的状态并及时进行调整，以保证盾构准确坐落在盾构基座上，同时还应安排人员负责监控盾构与洞门四周间隙内有无漏泥。

⑥做好应急防护措施，成立应急小组，配备应急物资，一旦出现危险，立即启动应急方案。

⑦井接头的处理

为减少并适应隧道与工作井之间存在的沉降差异，分别在进洞环、出洞环管片端面、洞圈内侧焊接钢筋，管片环端面焊接钢筋折成L形（少部分钢筋与洞圈内侧焊接钢筋焊接固定），并在管片端面及洞圈内侧各设置一圈水膨性橡胶止水条，最后浇筑环形混凝土，其内表面与隧道内壁相一致。

2.3.5小半径曲线段施工

（1）小半径曲线段情况分析

根据区间隧道的线路平面设计，本工程平面曲线段分别有R=600m、R=1000m。

曲线段掘进控制极为重要。

（2）采取的措施及对策

在曲线段（包括水平曲线和竖向曲线）施工时，盾构机推进操作控制方式是把液压推进油缸进行分区操作，分别控制和调整推进油缸的油压，使盾构机按预期的方向进行渐进调向运动。

盾构按设计曲线进行施工时，除通过调整推进油缸推力调整盾构机掘进方向外，还可采取安装楔形块（平曲线）和在管片环缝粘贴石棉橡胶板的方法，使推进轨迹符合设计线路的弯道要求。

在曲线段推进时，采取如下技术措施。

①、进入弯道施工前，调整好盾构的姿态。

尽量减少盾构机中心轴线和隧道中心轴线的夹角和偏移量，避免产生较大的超挖量。

②、精确计算每一推进循环的偏离量与偏转角的大小，合理调整推力、分区与组合方法。

③、根据导向系统的测量结果，确定下次推进的纠偏量与推进组合运用方式。

经常对盾构机的姿态进行测量，校对导向系统的测量并进行调整。

④、为防止管片移动错位，要求油缸推力差尽量减少，并尽量缩短壁后注浆浆液的凝胶时间，减少管片的损坏与变形，也可使千斤顶的偏心推力有效地起作用，确保曲线推进效果。

⑤、合理的运用仿形刀，控制好超挖量。

尽量使盾构靠近曲线内侧推进，推进速度控制在30-40mm/min内。

⑥、在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远方的连线设计曲线相切。

纠偏幅度每次不超过4mm。

⑦、对掘进参数实行动态管理，根据开挖地面情况适时的调整掘进参数保证掘进方向的准确，避免引起更大的偏差。

⑧、盾构曲线行走轨迹引起的建筑空隙比正常推进大，应加大注浆量，正确选好压注点，并做好盾尾密封。

⑨、当盾构偏离曲线的设计路线时，应停止盾构推进，采取相应措施，避免下述现象发生：

出现管片损坏、管片螺栓折断，接头部件损坏，管片拼装困难，盾构出现较大的滚动、蛇行等。

⑩、合理选择使用楔形环，应综合曲线要素、走向及盾构机姿态、趋势通过计算确定。

在竖曲线上掘进时需要通过在管片环缝垫设石棉胶板进行纠偏，进入竖曲线前，施工人员应明确该处竖曲线的曲线路径并准备足够的材料。

石棉橡胶的使用方法由工程师按设计及实际情况编制技术交底，施工现场严格按交底施工。

加强监控测量工作，及时反馈信息，调整和优化参数。

2.3.6沼气段施工

（1）沼气情况

本工程初勘在Q3CJ11、Q3CJ14、Q3CZ20处发现有沼气溢出，本次详勘施工过程中在JK41、JK42、JK43、JK44、JK45、JK46、JK47中发现有沼气溢出，其中Q3CJ11、Q3CZ20位于拟建隧道边线内，其它各孔位于隧道边线两侧，根据邻近区域收集的资料沼气压力值一般在100~230KPa，成份以甲烷为主，属易燃、易爆性气体，施工应予注意。

沼气的防治与盾构施工的安全是本工程的重点。

（2）采取的措施及对策

①盾构施工前对沼气进行预先释放，确保沼气区的事先释放。

②加强检测和监测

施工过程中，对施工影响范围内的地质情况，加强检测，一旦发现有沼气，立即上报，即时处理。

③加强通风

隧道内加强通风，确保工作面的空气质量，出现沼气后，应提高通风能力，定时监测根据相应数值，尽快疏散人员，不允许出现明火。

待沼气消散完后才允许人员进入工作面。

④检修、停电时的措施

沼气隧道在施工期间，应实施连续通风。

因检修、停电等原因停风时，必须撤出人员，切断电源。

恢复通风前，必须检查沼气浓度。

⑤成立专项应急预案小组

项目部成立专项应急预案小组，配备应急物资，制定应急防范措施，一旦发现有沼气，立即启动应急预案，力争把影响降到最低。

工作面内配置可以专门检测沼气的仪器，并且给工作面内每位职工配置有氧防毒面具等防护设施。

⑥隧道内设备及设施

隧道内固定敷设的照明、通信、信号和控制用的电缆应采用铠装电缆、不延燃橡套或矿用塑料电缆。

隧道内的低压电器设备，严禁使用油断路器、带油的启动器和一次线圈为低压的油浸变压器。

隧道内设置灭火器及消防设施，在关键部位（沼气集聚地）配备灭火器，保持良好状态派专人定时检查灭火器的性能。

隧道内设置应急专用通道，通道采用防滑踏板、每隔10米装防爆矿灯、每隔50米装应急灯，并与通道护栏上每隔10米设置反光条。

2.3.7浅覆土段施工

（1）沼气情况

根据区间隧道最小覆土深度为6.1m。

浅覆土施工时可能造成隧道上浮、地面隆起、冒浆、轴线难以控制等现象。

①覆土厚度验算

1）盾构安全推进所需要的最小覆土验算

上式中：

Pg——盾构正面挤压力

D——盾构直径6.34m

C——土的粘聚力

——被动土压力系数kp=

tan2（

+

）

——地下水深度

——水重度10KN/m3

——土浮重度8KN/m3

2）阻止隧道上浮所需要的最小覆土厚度验算

——隧道外半径3.1m

——壁后注浆容重12.5KN/m3

R1——隧道内半径2.75m

——混凝土容重28KN/m3

γc0——混凝土容重28KN/m3

通过验算，本标区间穿越的覆土厚度满足最小覆土厚度要求。

（2）采取的措施及对策

①盾构穿越期间应加强对地面的监测，推进中合理设置土压力，减少盾构纠偏。

②如果监测的数据超过警戒值，应采取在穿越段抛土堆积沙袋的方法，增加覆土厚度。

③如果监测的数据超过警戒值，应采取地面及隧道内注浆的方法，控制地面变形。

④穿越段如果因前方土体扰动，出现涌水现象，必须立即关闭螺旋机出土门，防止出现安全事故。

⑤隧道推进过程中，隧道推进轴线按照低于设计轴线20mm推进，防止推进后隧道上浮。

⑥为减小隧道上浮，二次注浆从隧道上部管片注入，可以双液浆。