《盾构标准化施工手册》施工部分要点.docx

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《盾构标准化施工手册》施工部分要点

中铁隧道集团有限公司企业标准

盾构标准化施工手册

QB/CTGXX-XX-XXXX

总则

本盾构工程项目标准化施工管理手册（以下简称“手册”），是根据国家相关法律法规、《中华人民共和国职业分类大典》、《职业技能鉴定工种》、《盾构法隧道施工及验收规范》等行业标准规范、集团公司现行管理制度及企业内部项目成本考核标准编制而成。

本手册作为集团公司对盾构工程标准化施工管理体系及现场检查的主要依据，请各单位在施工管控过程中，在满足国家、地方及业主要求标准的基础上遵照执行。

本手册共分为三个部分，分别为项目操作岗位工作标准、盾构法隧道机械设备配置标准、盾构法隧道作业标准。

每一部分为一标准化模块。

每个模块内容依据自身特点设置，以“图、表”形式为主，辅以简短的文字说明，便于理解使用。

本手册第一部分，主要规范了项目操作层各关键岗位的任职条件、指令来源、操作设备、工作责任、主要工作内容、主要工作权限、主要工作流程，便于现场施工用工管理；手册第二部分，主要以表格形式分类别、分施工作业线给定了相关的机械设备配置种类，辅以简单的使用原则，主要作为第三部分标准化资源配置中设备配置数量参考使用；手册第三部分，主要对盾构工程各工序、常用施工工法从施工准备到过程控制、资源配备，直到检查验收进行了系统规范。

以达到现场施工规范化的目的。

公司提倡和鼓励各单位采用新技术、新工艺、新材料，各单位在施工过程中需不断总结经验、积累资料，以利于本手册的不断完善。

3盾构正常掘进作业

（1）紧前工序达到标准

盾构机始发作业

（2）作业内容

盾构正常掘进作业内容包括：

盾构掘进作业、渣土管理作业、同步注浆作业、管片安装作业。

（3）作业流程

土压盾构正常掘进作业流程图见图3.1，泥水盾构正常掘进作业流程图见图3.2

图3.1土压盾构正常掘进作业流程图

图3.2泥水盾构正常掘进作业流程图

3.1盾构掘进作业

3.1.1紧前工序达到标准

施工准备

3.1.2适用条件

适用于土压、泥水盾构掘进作业

3.1.3作业内容

作业内容包括：

掘进模式的选择、掘进参数选择及优化

3.1.4作业流程及控制要点

（1）作业流程

土压平衡盾构掘进模式作业流程见图3.1.1-3.1.3。

①敞开掘进模式作业流程图见图3.1.1。

图3.1.1敞开掘进模式控制流程图

②半敞开掘进模式作业流程图见图3.1.2

图3.1.2半敞开掘进模式控制流程图

③土压平衡掘进模式控制流程图见图3.1.3

图3.1.3土压平衡掘进模式控制流程图

图3.1.4泥水盾构掘进控制流程图

（2）作业控制要点

盾构掘进作业控制要点见表3.1.1

表3.1.1盾构掘进作业控制要点表

序号

作业项目

控制要点

备注

1

掘进模式选择

土压盾构机模式选择

土压平衡模式

当采用土压平衡模式时，刀具切削下来的渣土充满土舱，与此同时，螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，在掘进过程中始终维持开挖土量与排土量的平衡来保持舱内渣土的土压力并利用土舱内渣土的土压力与掌子面的土压和水压平衡，维持掌子面的土体稳定并防止地下水涌出。

1、适应用于掌子面不能自稳、土体压力较大或地下水丰富且地下水压力大于2bar。

隧道全断面或上部处于不稳定地层和强风化地层中或处于断裂构造带中以及可能有较大涌水时。

2

半敞

开模式

采用半开敞式掘进时，刀盘后的土舱内下半部分是岩渣，上半部分是压缩空气，空气压力与掌子面的土压和地下水的压力保持平衡，以防止掌子面的坍塌或地下水的涌出。

半敞开式掘进的切削硬岩的能力远远好于土压平衡模式掘进。

适应用于掌子面能够在长时间自稳但地下水较丰富，地下水压力在1~2bar之间的情况下。

硬岩地段或局部处于强风化或一部分处于全风化岩层、软岩地层。

特别是当硬岩存在，在下水丰富又小于0.2MPa时。

3

敞开

模式

敞开式掘进模式是在非土压平衡的状态下掘进，土舱内的空气压力为常压，不需要在开挖舱内建立土压或气压平衡以支撑工作面的土体压力和水压力。

这种掘进模式具有较强的切削和破碎硬岩的能力，岩渣通过刀盘上的卸渣口进人刀盘后的土舱内，并在土舱的底部聚集，然后通过伸人土舱底部的螺旋输送机传送出去。

适应用于掌子面能够在长时间自稳且地下水少的地质条件下。

4

泥水盾构机模式选择

泥水

模式

泥水模式是指在盾构机的前部刀盘后侧设置隔板，它与刀盘之间形成泥水压力室，将加压的泥水送入泥水压力室，当泥水压力室充满加压的泥水后，通过加压作用和压力保持机构，来达到开挖面的稳定。

盾构推进时由旋转刀盘切削下来的土砂经过搅拌装置搅拌后形成高浓度泥水，用流体输送方式送到地面。

1、适用围岩硬度较高（抗压35Mpa以上）（如：

岩石层），自稳性好（如：

粘性土层），地面沉降要求不高。

2、地下水含量较少，裂隙水较少。

3、无特殊地质构造。

5

“D”模式（气垫模式）

气垫模式它由空气和泥水双重系统组成。

在盾构机的泥水室内，装有一道半隔板，将泥水室分割成两部分，在半隔板的前面充满压力泥浆，半隔板后面在盾构轴线以上部分加入压缩空气，形成气压缓冲层，气压作用在隔板后面的泥浆接触面上。

由于在接触面上的气、液具有相同的压力，因此只要调节空气压力，就可以确定开挖面上相应的支护压力。

1、适用围岩较软，渗透系数较大等，自稳性差，地面沉降要求较高。

2、地下水含量大，裂隙水量大。

3、地质特殊构造。

6

掘进参数调整及优化

推进速度

根据岩层硬度、推力、刀具的磨损状况和刀盘转速等，确定合理的贯入量和掘进速度。

无论是在硬土地层中，还是在软土地层中，盾构机推进速度与总推力之间近似线形关系，刀盘扭矩与推进速度之间近似呈指数形式增加。

7

扭矩

宜在低扭矩情况下推进

8

推力

根据盾构机的特性、岩层硬度、推进速度、刀具磨损、泥水土压力或土压力大小设定、各类摩擦力情况确定合理的推力，但最终作用在每把滚刀上的力不能超过刀具所规定的正面压力和侧面推力。

防止刀具和设备过载损坏。

9

刀盘转速

选根据岩层硬度、推力、刀具的磨损状况、贯入度和掘进速度等，确定合理的刀盘速度，硬岩段掘进刀盘转速一般采用低转速。

10

压力设定

通过选择合理的掘进速度和排渣量或泥水循环，达到仓内压力的平衡，压力可通过计算和实际情况进行验证，以保证合适的水土压力。

1、选择掘进土压力时主要考虑地层土压力、地下水压力（孔隙水压力），并考虑预备压力;

2、土仓内的土压力可以维持刀盘前方的围岩稳定，不致于因土压偏低造成土体坍塌、地下水流失;

3、为了降低掘进扭矩、推力，提高掘进速度，减少土体对刀具的磨损，土仓内的土压力应尽可能得低，以使掘进成本最低。

11

掘进姿态控制

盾构机姿态控制是一项系统的控制工作，涉及的内容非常多，影响的因素也较为复杂，在掘进过程中要求盾构机的姿态误差控制在±30mm以内，趋势控制在±5mm以内。

1、纵坡纠偏i=（i盾-i衬）≤[i]；i为盾构与管片相对坡度；i盾为盾构推进后实际纵坡；i衬为已成隧道管片纵坡；[i]为允许坡度差值。

2、平面纠偏ΔL＜S×tanα；α为盾构与衬砌允许的水平夹角；S为两腰对称的千斤顶的中心距（mm）；ΔL为两腰对称千斤顶伸出长度的允许差值（mm）。

3.1.5作业组织

（1）人员配备

表3.1.2盾构掘进作业作业劳动力组织表

序号

工种

数量

备注

1

值班工程师（土木）

1

2

盾构主司机

1

3.1.6紧后工序

管片安装

3.1.7考核标准

盾构掘进作业质量检查标准见表3.2.6

表3.2.6盾构掘进作业质量检查标准表

受检单位：

序号

项目

依据

检查标准

是否符合标准

检查

频次

备注

是

（√）

否

（原因）

1

掘进模式选择

盾构机适应性分析

技术交底

GB50446-2008

满足技术交底要求

每环检查一次

2

掘进参数选择及优化

推进速度

技术交底

GB50446-2008

满足规范及

技术交底要求

扭矩

技术交底

GB50446-2008

满足规范及

技术交底要求

3

推力

技术交底

GB50446-2008

满足规范及

技术交底要求

4

刀盘转速

技术交底

GB50446-2008

满足规范及

技术交底要求

5

压力设定

技术交底

GB50446-2008

满足规范及

技术交底要求

6

掘进姿态控制

技术交底

GB50446-2008

满足规范及

技术交底要求

检查人签字：

受检方签字：

3.2渣土管理作业

3.2.1土压平衡盾构渣土管理作业

（1）紧前工序达到标准

施工准备。

与盾构掘进同步进行。

（2）适用条件

适用于不同地质条件下的土压平衡式盾构掘进施工渣土管理。

（3）作业内容

作业内容包括：

施工准备、渣土改良、螺旋输送机和皮带机出渣、渣土水平和垂直运输、渣土外运。

（4）作业流程及控制要点

①作业流程

渣土管理作业流程图见图3.2.1.1。

图3.2.1.1渣土管理作业流程图

②作业控制要点

渣土管理作业控制要点见表3.2.1.2

表3.2.1.2渣土管理作业控制要点

序号

作业项目

控制要点

备注

1

设备出渣

出渣中尽量减少和避免喷渣。

计算设计出渣量，根据不同地层，乘以相应的堆积密度松散系数，得出理论出渣量，在掘进过程中控制出渣量。

理论出渣量公式：

ρπD2L/4,

ρ-堆积密度松散系数，取值范围根据试验测定

D-刀盘直径L-管片宽度

2

渣土改良

根据地层不同地质、含水量和渣土温度和干湿度，适当加入压缩空气、泡沫剂、水，根据需要添加膨润土、添加剂等，通过刀盘和螺旋输送机搅拌产生流塑性较好的渣土，输送出仓外至皮带机上。

3

渣土水平运输

电瓶车严禁超速行驶，停车须在两端安装阻车器。

4

渣土垂直运输

门吊作业时须做到机车调车员、起重装卸机械操作工由司索工统一指挥。

门吊应对每车渣土进行称重，并记录

5

渣土外运

渣场容量有限，须将渣土由挖机装至出渣车队，做到安全、及时、高效、环保、统一管理，满足生产需要。

（5）作业组织

①人员配备

表3.2.1.2劳动力组织表

序号

工种名称

人数

备注

1

值班工程师（土木）

1

每班配置

2

盾构主司机

1

3

机车司机

2

4

机车调车员

2

5

司索工

2

6

起重装卸机械操作工

2

7

土石方机械操作工

1

8

养道工

2

9

汽车司机

若干

合计

13

②机械配备

表3.2.1.3施工机械表

序号

机具名称

数量

备注

1

电瓶车

2

2

渣土矿车

由每节矿车容量和每环出渣量确定

3

门吊

1

4

挖机

1

5

运渣自卸汽车

若干台

③生产效率

表3.2.1.4生产效率表

序号

工序

单位

人工

备注

1

渣土水平运输作业

1环

由洞内运输距离、安全交底确定

2

渣土垂直运输作业

1环

由洞口洞深、安全交底确定

④材料消耗

表3.2.1.5材料消耗表

序号

工序

单位

材料

机械

备注

1

挖机装渣

升

燃油：

×升/小时，由机车功率、台班工时确定

挖机

2

自卸机车运渣

升

燃油：

×升/小时，由机车功率、台班工时确定

自卸汽车

（6）紧后工序

管片安装

（7）考核标准

渣土管理作业质量检查标准见表3.2.1.6

表3.2.1.6渣土管理作业质量检查标准表

受检单位：

序号

项目

依据

检查标准

是否符合标准

检查

频次

备注

是

（√）

否

（原因）

1

设备出渣

岩土分类标准、技术交底

满足技术交底要求

每环检查

2

渣土改良

技术交底

满足技术交底要求

3

渣土水平运输

技术交底

满足技术交底要求

渣土垂直运输

技术交底

满足技术交底要求

4

渣土外运

技术交底

满足技术交底要求

检查人签字：

受检方签字：

3.2.2泥水盾构渣土管理

（1）紧前工序达到标准

泥水设备、盾构机调试完成，达到掘进条件；渣场施工完成，达到堆渣条件。

（2）适用条件

适用于不同地质条件下的泥水平衡式盾构掘进施工。

（3）作业内容

泥浆制备、盾构掘进、泥水循环出渣、渣土泥浆分离、渣土运输

（4）作业流程及控制要点

①作业流程

泥水平衡式盾构出渣工艺流程见图3.2.2.1，泥水循环出渣流程如图3.2.2.2。

图3.2.2.1泥水盾构出渣工艺流程图

图3.2.2.2泥水循环出渣流程图

②作业控制要点

泥水盾构渣土管理控制要点见表3.2.2.1。

表3.2.2.1泥水盾构渣土管理控制要点表

序号

项目

控制要点

备注

1

泥浆制备参数的要求

根据掌子面地层的地质情况，添加足量的清水、膨润土和添加剂，充分搅拌混合，试验测定后，根据以往施工经验和试验结论，确定适宜当前地层掘进的泥浆黏度和比重等泥浆参数，制备足量的泥浆；根据掘进情况进一步调整泥浆参数

掘进作业

保证土仓和气仓压力、气仓液位的稳定，泥浆环流流量、输浆泵压力稳定，出渣连续，各项掘进参数满足技术交底要求

2

泥水循环要求

通过刀盘转速等掘进参数、泥浆比重等泥浆参数，保证渣土粒径能够轻松通过格栅；及时检查泥浆管壁厚，当泥浆管厚度不满足施工要求或者被磨穿漏浆时，及时进行泥浆管补焊加厚工作，必要时更换泥浆管；当渣土输送距离过长时，及时增加泥浆输送接力中继泵。

3

出渣量控制

出渣量公式：

ρπD2L/4,

掘进中认真查看渣土性状、出渣情况，防止出渣量过少或者过大。

ρ-堆积密度松散系数，取值范围根据试验测定，D-刀盘直径，L-管片宽度

4

泥浆流量与掘进要求

根据地层地质选取合适的掘进参数，保持气压仓液位稳定；泥浆环流需保证出浆流量大于进浆流量，流量差由掘进速度和出渣情况确定，约50~300m3，掘进速度越快则要求泥浆流量越大，若遇到砾石、硬岩或孤石时须经常使用碎石机对较硬渣土进行破碎。

（5）作业组织

①人员配备

表3.2.2.2劳动力组织表

序号

工种名称

人数

备注

1

机车司机

2

2

机车调车员

2

3

司索工

2

4

起重装卸机械操作工

2

5

土石方机械操作工

1

6

汽车司机

若干

7

值班工程师（土木）

1

8

泥水处理班班长

1

9

泥水处理操作工

4

10

泥水管道工

2

11

焊工

2

14

普工工

4

②机械配备

表3.2.2.3施工机械表

序号

机具名称

数量

备注

1

电瓶车

2

2

泥浆输送接力泵

由泥浆渣土输送距离确定

3

泥水设备

1套

4

挖机

1台

5

运渣机车

若干台

6

电焊机

2台

③生产效率

表3.2.2.4生产效率表

序号

工序

单位

人工

备注

1

泥浆制备

100m3

1小时

2

泥水循环出渣

1环

由掘进情况确定

3

泥浆管延伸

2根

0.5小时

④材料消耗

表3.2.2.5材料消耗表

序号

工序

单位

材料

机械

备注

1

泥浆制备

100m3

清水、膨润土、添加剂：

由现场试验、不同地质掘进经验和实际交底情况确定

搅拌机

2

渣土外运

升

燃油：

×升/小时，由机车功率确定

自卸汽车

3

泥浆管补焊

10cm

焊条：

由焊接长度确定

钢板：

由磨损情况确定

电焊机

（6）紧后工序

管片安装

（7）考核标准

泥水盾构渣土管理质量检查标准见表3.2.2.6

表3.2.2.6泥水盾构渣土管理质量检查标准表表

受检单位：

序号

项目

依据

检查标准

是否符合标准

检查频次

备注

是（√）

否（原因）

1

泥浆参数

技术交底

试验结论及不同地层掘进经验

每环检查

2

泥浆管壁厚

技术交底

满足技术交底要求

3

渣土性状

地质勘探资料

岩土分类标准

4

出渣量

技术交底

满足技术交底要求

5

泥浆管焊接

焊接规范

焊接质量满足技术交底要求

过程检查

3.3同步注浆作业

3.3.1紧前工序达到标准

施工准备，与盾构掘进、渣土管理同步进行。

3.3.2适用条件

适用于盾构隧道同步注浆作业。

3.3.3作业内容

作业内容包括：

施工准备、砂浆生产、砂浆运输、注浆、注浆系统清洗。

3.3.4作业流程及控制要点

（1）作业流程

同步注浆作业流程见图3.3.1。

图3.3.1同步注浆作业流程图

（2）作业控制要点

同步注浆作业控制要点见表3.3.1

表3.3.1同步注浆作业要求表

序号

作业项目

控制要点

备注

1

施工准备

同步注浆材料除应满足强度要求外，还应满足流动性、可填充性的要求；同步注浆浆液初步配比可根据施工要求、施工进度、浆液胶凝时间等进行配置。

注浆材料应检测合格，满足设计规范要求。

2

砂浆生产

浆液配合比严格按工程师通知配合比配制；原材料计量误差要控制在规范要求范围内；投料顺序按水、水泥、砂依次进行；搅拌时间控制在2分钟左右；选择适合工程进度的搅拌机、配料系统及材料储存罐。

3

砂浆运输

浆液搅拌好后，下放到编组列车中的砂浆运输罐与其他列车同时进入掘进工作面，随后通过拖车上的砂浆泵将运输罐中的浆液注入拖车上的贮浆罐；运输、贮存时间不宜过长（不至发生初凝），若需运输、贮存时间较长时，则考虑加缓凝剂；若发生沉淀、离析现象，应进行二次搅拌；砂浆在运输与贮存过程中不得随意加水。

4

同步注浆

同步注浆同时对盾尾预置的4个注浆孔进行压注，在每个注浆孔出口设置分压器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而获得对管片背后的对称均匀压注；同步注浆在地层匀均和盾构机姿态较好时，4个注浆孔应均衡注入；可根据地层情况及盾构机姿态，调整各点注浆压力、注浆速度、注浆量。

注浆施工时，要时刻观察压力及流量变化，并根据注浆状况及时调整施工参数。

5

效果检查

检查是否达到规定的注浆压力与注浆量，如未达到应迅速进行补充同步注浆。

6

注浆系统清洗

作业完毕后，搅拌机、运输罐、泵、注浆管路一定要及时清理干净，原则每班清理一次。

3.3.5作业组织

（1）人员配备

表3.3.2同步注浆作业劳动力组织表

序号

工种

数量

备注

1

值班工程师（土木）

1

每班配置

2

搅拌站司机

1

3

土石方机械操作工

1

4

机车司机

2

5

机车调车员

2

6

注浆司机

1

7

普工

3

合计

11

（2）机械配备

表3.3.3同步注浆作业机械设备配套表

序号

机械名称

数量

单位

备注

1

砂浆生产搅拌罐

1

台

搅拌站配套

2

装载机

1

辆

3

电瓶车

1

辆

同时负责渣土和管片运输

4

砂浆运输罐

1

台

5

砂浆贮浆罐

1

台

6

注浆泵

1

台

（3）生产效率

表3.3.4同步注浆作业生产效率表

序号

项目

作业时间（min）

备注

1

砂浆生产

30～40

2

砂浆运输

/

由运输距离长短确定

2

同步注浆

/

根据掘进时间确定

（4）材料消耗

表3.3.5材料消耗表

编号

名称

单位

消耗数量

备注

1

球阀

个

实际需要确定

2

水泥

t

按设计

3

砂

t

按设计

4

粉煤灰

t

按设计

5

膨润土

t

按设计

6

其余外加剂

实际需要确定

3.3.6紧后工序

管片安装

3.3.7考核标准

同步注浆作业质量检查标准表见表

表3.3.6同步注浆作业质量检查标准表

受检单位：

序号

项目

依据

检查标准

是否符合标准

检查

频次

备注

是

（√）

否

（原因）

1

施工准备

TB10153-2010第13.6.4条

注浆材料的物理性能及其他要求符合设计要求。

按原材送检要求进行

2

砂浆生产

TB10153-2010第13.6.2条、第13.6.5条

配合比是否满足设计和实际施工情况的要求

每调整配合比检查一次

3

砂浆运输

技术交底

砂浆无沉淀、离析的现象，凝结时间符合要求

全过程检查

4

同步注浆

TB10153-2010第13.6.1条、

注浆操作规程

注浆管道畅通；注浆压力表精准；注浆量满足要求

全过程检查

5

效果检查

技术交底

做好注浆压力和注浆量记录；根据地表监测结果调整注浆参数；对同步注浆效果进行检查

每环检查一次

6

注浆系统清洗

技术交底

符合交底要求

每班班前检查一次

检查人签字：

受检方签字：

3.4管片安装作业

（1）紧前工序达到标准

盾构掘进作业（一环）。

同步注浆与出渣作业完成后。

（2）作业内容

管片安装作业内容包括：

施工准备、管片进场、管片防水材料粘贴、管片运输、管片拼装、管片缺陷处理等。

（3）作业流程

管片安装作业流程图见图3.4.1

图3.4.1管片安装作业流程图

3.4.1管片进场作业

（1）紧前工序达到标准

管片生产

（2）适用条件

适用于盾构隧道施工预制管片的进场作业。

（3）作业内容

作业内容包括：

施工准备、管片出厂前检查、管片装车运输、管片进场检查、管片卸车存放等。

（4）作业流程及控制要点

①作业流程

管片进场作业流程见图3.4.1.1。

图3.4.1.1管片运输进场作业工艺流程图

②作业控制要点

管片进场作业控制要点见表3.4.1.1

表3.4.1.1管片进场作业控制要点表

序号

作业项目

控制要点

备注

1

出厂检查

管片型号正确，养护周期达到标准，管片混凝土不应有露筋、孔洞、疏松、夹渣、有害裂缝、缺棱掉角、飞边等缺陷，麻面面积不得大于管片面积的5%。

2

管片装车运输

管片与平板车之间及管片与管片之间要有柔性垫条，垫条摆放的位置应均匀，厚度要一致，垫条上下成一直线。

采用吊机进行管片装车。