盾构空推过矿山法暗挖段施工工法Word文档格式.docx
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//遒
1-1
11]1
径才
台内§
土导
iL
混凝
i土导/
台外径/
i盾构机导色.
头墙位置水平放置玻璃纤维筋格栅，玻璃纤维筋格栅随隧道端头最后两榀密排格栅钢架同步架设，且玻璃纤维筋格栅与钢格
栅搭接部分至少采用12*铅丝绑扎牢固，并采取适当辅助连接措施，确保玻璃纤维筋格栅伸入钢格
栅长度不小于300mm,绑扎牢固的同时喷砼密实。
掌子面开挖后立即初喷40mm厚C20砼，防止局
部坍塌，且要求喷射砼与隧道最后三榀密排格栅的喷射砼同步施工，水平格栅及纤维筋网绑扎好后及时喷射砼。
5.2.2矿山法暗挖段导台施工
矿山法隧道开挖完成初期支护后，在隧道底部60°
范围内施工钢筋混凝土导台；
钢筋采用单层
钢筋网，纵向①10@200,横向①8@200。
钢筋混凝土导台的内、外径根据所选用的盾构机直径确定（本
例导台内径为3150mm,外径为3300mm）;
钢筋混凝土导台的中心线与隧道中心线重合，且钢筋混凝土导台对称于隧道中心线，钢筋混凝土导台示意图如图5.2.2所示。
图5.2.2钢筋砼导台示意图
5.2.3矿山法暗挖空推段堆填碎石施工
盾构机导台施工完成并达到设计强度的90%且盾构机前体步入空推段导台（4.5m）之后，暗挖
空推段隧道一定长度范围内（Li）全断面回填碎石，放坡（L2）,此范围外半断面内回填碎石。
（1）碎石回填目的
1）给盾构机提供足够反力，推进千斤顶顶推管片使管片三元乙丙橡胶止水条密贴，达到良好止水效果。
2）在刀盘前方形成密闭堆载体，让盾构机形成正常推进的土压平衡模式。
（2）碎石回填施工
导台施工完成后，待砼强度达到设计强度的90%后，方可在隧道内进行碎石回填施工，所需渣
土从区间竖井向下投放至竖井底，通过汽车运输到预定施工地段，采用ZLC40装渣机进行堆填，从
盾构与暗挖分界点开始往竖井方向回填。
盾构推进到空推段之前，刀盘前方依次全断面填碎石长度Ltm，然后放坡填碎石长度Lzm,隧道碎石回填示意图如图5.2.3-1所示：
图5.2.3-1隧道断面碎石回填示意图
（3）碎石回填后对盾构机的提供的反作用力计算
1）推进时砼导台对盾构机的摩擦阻力
F1=爐•Wg
Wg-盾构及附属物总重，本例取3430KN
啤-摩擦系数（采用盾构机在混凝土导台上推进时的滑动摩擦系数），本例取0.3
2）回填碎石受到的摩擦阻力
F2=［摩•（nD2/4）•L•y石•K
D-碎石回填的直径
L-回填碎石的长度，全断面L1m，放坡L2m，故折算成全断面共Lm,本例L=22.5m
K-碎石的松散系数，本例取0.83
-石-根据所选用的碎石确定，本例取1.87t/m3
3）盾构支撑碎石所受的轴向阻力
F3=S盾构面积•P盾构中心土压=（tD2/4）•L•y石•Kg
Kg-碎石的侧压力系数，本例取0.39
4）盾尾刷与管片之间的摩擦阻力（以2环管片计算）
F4=啤•2W管
啤’-取盾尾刷与管片之间的滑动摩擦系数，本例取0.5
W管-管片所受重力，根据隧道衬砌管片确定，本例取200KN
5）后部拖车的牵引阻力
F5=瞻"
•W拖
贈〃-后部拖车与轨道之间的滑动摩擦系数，本例取0.5
W拖-拖车所受重力，根据盾构机后部拖车确定，本例取1700KN
因此，盾构机空推掘进时以上各部分为盾构机所提供的反作用力总计为：
F=F1+F2+F3+F4+F5
（4）管片止水条需要挤压力计算
管片三元乙丙橡胶止水条挤压性能如图5.2.3-2所示，单条管片橡胶止水条挤压量达到12mm时
的挤压力NKN/m,—环管片橡胶止水条总长约L'
m,则挤压一环管片橡胶止水条需要的推力为
F1'
=N*L'
相领管片橡胶止水条为2道，则总挤压力F'
=F1'
*2*1.5（安全系数）。
盾构机前方堆填碎石后的总推力计算为F＞止水条挤压力F'
故盾构机推进产生的推力满足管片止水条挤压力的要求。
图523-2管片止水条性能指标图
（5）回填豆砾石量计算
根据上述公式：
堆填碎石后的总推力F＞止水条挤压力F'
F2=□摩・（心2/4）•L•丫石・K.可以计算出推填碎石的有效长度L.在实际推进过程中，考虑10%的碎石损失量，换算成体积，即为实际施工中空推段应推填碎石的方量.
5.2.4盾构到达段施工
（1）拆除刀具
本例导台半径为3.15m，故在盾构上导台之前应拆除2把铲刀、2把刮刀。
为确保盾构顺利通过
分界墙，准确步入导台，在拼装完实推最后一环时，开仓将盾构机刀盘的2把铲刀及2把周边滚刀
（39#及40#）拆除，确保导台不被超挖刀破坏。
（2）盾构掘进
根据到达段的工程地质及水文地质条件和到达段对掘进施工的特殊要求，在到达段（实推最后15环）盾构掘进采用敞开式模式进行掘进。
盾构机进入到达段时，首先逐步减小推力、降低推进速度，加强每一环掘进的出土量的监控频次。
其掘进施工参数见表5.2.4-1o
表5.2.4-1掘进参数表
编号
项目
参数
备注
1
土仓压力
敞开式
2
刀盘转速
1.7〜1.9r/min
3
推力
<
800T
4
盾构姿态水平偏差
5
盾构姿态垂直偏差
+10mm
6
推进速度
35mm/min
在贯通前的最后3环，要进一步减小推力、降低推进速度。
盾构机采用小推力、低速度掘进完到达段，进入盾构接收段。
其掘进施工参数见表524-2。
表524-2掘进参数表二
1.6〜1.8r/min
600T
+10
20mm/min
3、管片注浆及防止浆液前窜措施
每环按照设计方量（本例为6m3）进行同步注浆，为确保在盾构到达空推段后，实推盾构段隧
道地下水及同步注浆的浆液不往空推段涌入，以切断后续水源或浆液涌入刀盘位置，同时提高管片
抗浮能力，在掘进拼装完成第倒数第三环后，停止掘进，在倒数第10至倒数第6环进行二次注浆,
二次注浆配比采用1:
1的水泥浆和水玻璃混合溶液，注浆压力需达到0.5Mp,注浆量以注浆压力为准，基本每环需注入0.5〜2m3,确保连续5环管片背后间歇填充。
4、管片拼装
为确保隧道贯通后的管片接缝防水要求，在到达空推段与实推段分界里程后开始，每安装一片
管片时，先用人工将每片管片连接螺栓进行初步紧固；
待安装完一环后，用风动扳手对螺栓进行进
一步的紧固；
待管片出盾尾之后，重新用风动扳手进行紧固。
5.2.5盾构机步入导台施工
碎石回填密封刀盘前方断面，碎石充填盾体与暗挖初期支护间的间隙，同步注浆正常开启，管
片止水条密封良好，此条件下的两种工况示意如下：
（1）工况一
盾构机到达碎石回填断面，未向前推进，示意图如图5.2.5-1所示：
图5.2.5-1工况一示意图
（2）工况二
盾构机向前推进，管片拼装和同步注浆与正常段掘进时一样，示意图如如图片拼装5.2.5-2所示:
图5.2.5-2工况二示意图
5.2.6盾构空推段施工
当盾构机进入导台后，启动盾构机往前掘进，根据刀盘与导向平台之间的关系，调整各组推进
油缸的行程，使盾构姿态沿线路方向进行推进。
然后开始进行管片拼装、管片背衬回填工作。
推进
时，推进速度不能过快，控制在35mm/min以内，同时启动同步注浆工作。
盾构机向前推进，示意
图如图5.2.6-1所示:
管片拼装
图526-1盾构机推进示意图
管片与已开挖成型隧道间由回填小碎石充填，同时开启同步注浆，同步注浆采用水泥-水玻璃双
液浆；
当土仓内土压（1号土压传感器位置达到0.8bar或推力达到800t,开启螺旋输送机进行出土。
（1）盾构掘进
盾构掘进模式采用不建压模式，掘进推力控制在800t以内（主要以掘进速度控制在30mm/min
来控制推力大小），当掘进推力大于800t以上，可启动螺旋输送机出渣，但要控制出渣量，掘进过程中，土仓内不加气压和泡沫。
（2）拼装管片
盾构在推进时，保持上下推进油缸油压相等，使盾构机在导台的导向下往前推进。
在轴线高程中推进。
通过控制盾构盾尾与管片外围间隙的控制，控制管片符合设计轴线要求。
管片拼装工艺与正常掘进时的工艺相同，管片选型时要根据盾尾间隙与油缸行程差结合盾构姿态选择合适的管片。
在安装每一片管片时，先用人工将每片管片连接螺栓进行初步紧固；
待安装完一环后，用风动扳手对螺栓进行进一步的紧固；
（3）管片固定
盾构掘进过程中启动了同步注浆，如果掌子面上有较大的水在涌入隧道，为防止管片上浮，待管片脱出盾尾后及时在顶部（9点至3点以上位置）将管片进行固定，管片固定采用从吊装孔上安装
螺杆进行固定，螺杆通过吊装孔固定至矿山法隧道初支里。
每隔2环固定一环，管片固定螺杆采用
如下图进行加工。
图526-2管片支撑螺杆固定图
（4）管片背衬回填
1）空推掘进阶段
当盾构机开推后启动同步注浆系统。
运用特制三通，利用盾构机自身的同步注浆系统由盾尾压
注水泥砂浆和水玻璃同时进入进行注浆作业。
砂浆和水玻璃以4：
1的比例混合同时进入，以期达到
快速凝固来使管片与初支及地层间紧密接触，以提高支护效果。
注意：
为了防止盾尾被快速凝固的浆液堵死，在同步注浆开始前几个冲程采用纯砂浆注入，在
确保盾尾通畅的前提下再打开注水玻璃的球阀，即将结束时也需提前停止水玻璃的注入，改用纯砂浆注入防止停机时盾尾被堵。
同步注浆浆液采用水泥砂浆和水玻璃，其中水泥砂浆配合比为水泥：
膨润土：
粉煤灰：
砂：
水
=150:
40：
440:
720：
470,砂浆稠度控制在10〜11左右，注浆压力控制在1bar左右。
2）空推完成后
空推段掘进完成后停止掘进，对空推段所有拱顶3〜9点以上的管片背后进行填充，同时对所有
管片螺栓进行再次复紧。
注浆孔开孔原则：
为确保隧道防水质量，管片支撑螺杆对应的孔作为注浆孔，
施工顺序：
先将管片上3个支撑螺杆拆下，从靠最下部的吊装孔内进行注浆至顶部吊装孔位置
漏浆后停止注入（为了保证吊装头上防水要求，最后应该注入水泥浆+水玻璃（水泥浆和水玻璃配比
为1：
1）,从顶部继续注入直到达到0.5Mpa后可停止注入（封口采用水泥浆+水玻璃），后依次进行。
5.2.7盾构二次始发
盾构机空推至实推分界里程后，停止掘进，将启动螺旋输送机将土仓内土全部出完，将原拆除
的39#和40#刀具安装就位后进入正常掘进状态。
盾构掘进时，应严格控制盾构机姿态，避免出现大的突变。
起始3环掘进推力控制在1200t以内,
5.2.8盾构空推施工其他辅助措施
（1）防止管片上浮和下沉措施
1）在盾构机过空推段每隔二环采用特制支撑螺杆对管片注浆孔进行支撑加固，加固注浆孔位置
的选择为成环管片3、9点钟以上的位置。
2）加强管片姿态监控，测量组每6环对管片进行一次姿态测量，如发现管片有上浮和下沉趋势
应及时调整施工参数，盾构操作手也应根据测量数据适当调整注浆量。
3）为防止管片在盾构步进后产生上浮，在空推过程中，管片背后注浆只从管片3、9点以上进
行压注，注意注浆压力不大于1bar，同时尽量保证管片两侧同步注浆，避免因注浆而对管片产生偏
压，造成管片移位。
4）如发现管片在后续过程中由于水压上浮，应及时对管片下部注浆口开孔放水。
（2）防止管片错台措施在暗挖段的过渡段，根据盾构机的切口环的位置与理论的线路的相对位置进行顺接，在过渡段加强管片选型与管片姿态调整，隧道在此位置不会产生大的错台。
另一方面，盾构机在掘进过程中，由于刀盘的支撑，在盾构机前体与管片之间形成一个类似于简支梁的结构，当盾构机推力不足时，必然会因盾构机的自重作用，盾构机主机后部悬空部分必然会产生下沉，从而导致管片产生错台。
当盾构机在暗挖段向前推进时，由于过渡段导台的作用，在通过过渡段之后，盾构机的前体、中体
以及盾尾的盾壳必然与导台紧密接触，只要管片选型合适，注浆压力控制不超过1bar,不会产生超
过规范规定的错台。
盾构步进时提高背衬同步注浆，同时通过试验调整配合比，确保初凝时间在6小时以内，保证
管片下部有足够的抗力。
在必要时，缩短回填注浆工作面与管片安装工作面的距离，甚至在盾尾外侧直接进行回填注浆。
加强对盾构姿态的控制，纠偏不能过急，以每环不超过10mm的纠偏量为宜。
同时确保60mm
以上的盾尾间隙以防止盾壳作用力于管片。
在盾构机过空推段往往由于反力不够容易造成管片螺栓不能完全复紧，在拼完每环管片后应及
时对后面3环管片螺栓进行复紧，在每次交班前对所有以拼装管片复紧，空推结束后对所有管片螺栓复紧。
（3）盾构机姿态控制措施
1）调整好盾构机从实推段到空推段进洞姿态和空推段到实推段时的出洞姿态，减少推力，增大
刀盘转速，确保盾构机进出洞时的旋转值Roll小于土3mm/m。
2）暗挖隧道施工时要确保导台位置的准确性，在二次始发段导台施工时，加强监测频率，确保导台的施工精度在土10mm以内。
3）空推过程中，控制盾构机姿态水平和垂直偏差都在土50mm，管片拼装后加强管片姿态监测
频率。
529监控量测及信息反馈
（1）监测项目监测包括三个方面：
一是空推施工全过程管片轴线水平和垂直偏差；
二是空推施工全过程中管
环的椭圆度；
三是空推施工全过程环与环之间、同一环相邻块之间的平整度；
四是监测管片的破损
情况。
（2）控制标准
表5.2.9-1管片姿态偏差限值表
全站仪一台及配套设备、精密水准仪一台及配套设备等。
（5）监测报告
在工程施工过程中，监测结果应及时整理，以日报、周报和月报的形式送有关各方，工程结束时，提交完整的监测报告，报告内容包括：
1）工程概况、监测目的。
2）监测项目，测点布置。
3）采用仪器型号、规格标定资料。
4）监测资料的分析处理。
5）监测值全时程变化曲线。
6）监测结果评述。
（6）监测质量保证措施
1）坚持按计划、有步骤的进行，监测前编制工程监测实施性计划，包括监测程序、方法、使用仪器，监测精度，监测点的布置，监测的频率和周期。
2）使用的仪器在施工监测过程中要保证其精度和可靠性，组织有经验的监测工程技术人员参加监测小组，确保施工监测质量。
3）所监测的数据必须保证真实、可靠，监测人员对监测数据负责。
4）根据施工具体情况确定监测项目，设定变形值，内力值及其变化速率预警值，当发现超过预警值时，及时报告总工程师和监理工程师，并采取应急补救措施。
5）安排有经验的工程技术人员按要求进行现场观测，并作记录，检查影响管片姿态，不利于支护结构稳定的因素，如支护结构的施工质量、施工条件的改变，管片渗漏和不适当的排水以及气候条件变化等，在日常的现场观察中都要能及时发现。
此外，工程事故隐患，如管片错台严重、管环椭圆度超限、管环拱顶破损掉块、管片渗漏水等，通过现场观察及时发现，及时处理，消除可能出现的安全质量事故。
6）测点布置力求合理，应能反映出空推施工过程中管片的实际变形和对盾构机姿态的影响程度。
7）测试元件及监测仪器必须是正规厂家的合格产品，测试元件要有合格证，监测仪器要定期校核、标定。
8）测点埋设应达到设计要求的质量。
并做到位置准确，安全稳固，设立醒目的保护标志。
9）监测数据应及时整理分析，一般情况下，应每日报一次，特殊情况下，每半天报送一次。
监测报告应包括阶段变形值、变形速率、累计值，并绘制管片上浮或沉降曲线、历时曲线等，作必要的回归分析，及对监测结果进行评价。
5.3劳动力组织
表5.3劳动力组织表
序号
施工工序
配置人数
拌合站
5人
地面挂钩
2人
中板放浆
1人
井口挂钩
电瓶车司机
水平运输指挥
7
同步注浆
8
拼装管片
3人
9
吊运管片、清渣
10
机器维修
11
电工
12
焊工
13
盾构操作手
14
土木技术员
15
其他
16
龙门吊司机
17
合计
32人
注：
1、上表为掘进队每班人员配置表（单线）
2、由于二次注浆和豆砾石回填灌浆均在盾构停止推进时施工，所以其施工任务由掘进队完成。
6•材料与设备
6.1材料说明
盾构空推过暗挖段所采用的材料比盾构实推仅多管片支撑螺杆。
6.2机械设备
表6机械设备表
设备名称
型号规格
单位
数量
生产能力
注浆泵
XPZ-50
台
钻孔机
SPJ-300
高压水泵
3XB
3500kg/cm2
挖掘机
PC200
0.7m3
龙门吊
16T/32T/40T
潜水泵
WQ15-28-3
扬程28m
装渣机
ZLC
自卸汽车
NJT3090
20
5t和15t
盾构机及后配套
土压平衡
拌合机及相关配套
设备
30m3/h
轴流式通风机
SDDY-1N07A
矿渣运输车
SZT15
15m3
蓄电池电机车
JXKB型
管片车
SGP15
1.5T
砂浆搅拌运输车
SJG7
7m3
连续供料搅拌器
SJB-300*2
豆砾石喷射机
7.质量控制
7.1断面控制空推工法中的初支断面尺寸是施工中非常重要的控制点。
矿山法初支成形断面尺寸是在管片外径的基础上加上同步注浆间隙，其必须确保盾构机顺利推过。
例如圆形隧道，其初支成形尺寸比盾构机刀盘外径尺寸稍稍放大，对超挖部分进行初喷混凝土，对欠挖必须进行处理，确保足够的净空。
7.2管片防水管片防水使用的是遇水膨胀橡胶止水条，盾构向前推进的推力可以满足管片防水的要求，不会出现因止水条挤压不紧而造成的管片漏水现象。
为保证管片的防水效果，加强遇水膨胀止水条粘结质量和保护的控制。
7.3管片错台在暗挖段的过渡段，根据盾构机的切口环的位置与理论的线路的相对位置进行顺接，在过渡段加强管片选型与管片姿态调整，隧道在此位置不会产生大的错台。
当盾构机在暗挖段向前推进时，由于过渡段导台的作用，在通过过渡段之后，盾构机的前体、中体以及盾尾的盾壳必然与导台紧密接触，只要管片选型合适，注浆压力控制不超过1bar,不会产生超
螺栓要复紧。
在盾构机过空推段往往由于反力不够容易造成管片螺栓不能完全复紧，在拼完每环管片后应及时对后面3环管片螺栓进行复紧，在每次交班前对所有以拼装管片复紧，空推结束后对所有管片螺栓复紧。
7.4防止管片的上浮
1、在盾构机过空推段每隔二环采用特制支撑螺杆对管片注浆孔进行支撑加固，加固注浆孔位置
2、加强管片姿态监控，测量组每6环对管片进行一次姿态测量，如发现管片有上浮趋势应及时上报主管领导，盾构操作手也应根据测量数据适当调整注浆量。
3、为防止管片在盾构步进后产生上浮，在施工过程中，管片背衬注浆只从管片大跨上部进行压
注，注意注浆压力不大于1bar，同时注浆尽量从管片的大跨以上进行注浆，同时尽量保证管片两侧
同步注浆，避免因注浆而对管片产生偏压，造成管片移位。
4、如发现管片在后续过程中由于水压上浮，应及时对管片下部注浆口开孔放水。
7.5盾构机的二次始发姿态控
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