1、南京地铁一号线南延 线 TA05 标区间盾构施工方案编制： 复核： 审核：中铁三局集团有限公司南京地 铁一号线南延线 TA05 标项目经理部2008 年 8 月1章 1 章 编制说明1.1 编制依据1.南京地铁一号线南延线工程 TA05 标土建施工招标文件通用部分；2. 南京地铁一号线南延线工程 TA05 标土建施工招标文件专用部分；3. 南京地铁一号线南延线工程 TA05 标设计图纸和设计说明；4. 南京地铁一号线南延线工程 TA05 标工程环境条件；5. 南京地铁一号线南延线工程 TA05 标岩土工程勘察报告；6. 现场调查取得的资料；7. 本单位现有技术水平、管理水平、装备水平及多年从事
2、地下工程的经验。1.2 编制原则1.质量目标明确，保证措施完善，工程质量标准符合招标文件的要求；2.工期目标明确，计划安排合理有序，施工工期 满足建设单位要求；3.安全目标明确，安全措施可靠，确保施工过程中人员、 设备的安全；4.总体施工筹划合理、施工方案可行，施工方便、施工方法和施工工艺成熟；5.充分考虑本标段的环境特点，尽量减少施工对环境、交通及居民出行的影响。1.3 编制范围本工程范围为南京南站站岔路口站区间，起止里程为：K6+018.919K8+108.711。1.4 编制内容详细阐述了本工程区间隧道的施工方法，主要内容包括盾构隧道的施工方法及工艺、重点 阐述了本工程复合地层盾构施工方
3、法和地层改良措施、盾构隧道的联络通道的施工方法和工艺，以及施工测量与施工期间的监控量测等。介绍了为保证本区间工程的顺利进行，而采取的各项施工保证措施，主要内容有：工程质量保证体系及措施， 文 明 施 工 、环 境 保 护 体 系 及 措 施 ，消防、安全、保 卫、健康体系及措施。 2章 2 章 区间隧道盾构施工概述2.1 南京南站站岔路口站区间概况本标段盾构施工范围是南京南站站岔路口站区间隧道，起止里程为：K6+018.919K8+108.711,全长 4202.544 米。其中设中间风井一座及联络通道二座，里程为：中间风井 K6+950、联络通道 K6+500、K7+545.5。南京南站站岔
4、路口站区间始于地铁南京南站南端，线路沿规划玉兰路以 400m半径曲线东拐后前行，再以 350 米曲线南拐进入宁溧路地下至岔路口站北端。区间主要从大片新近砌建的厂房、仓库，宁南工 业园厂区、工厂、住宅小区及商铺下穿行。拟建场地地形稍有起伏，总体中部稍高，场地吴淞高程 9.2313.34m。线路线间距在 13m34m 之间。线路最大坡度为 25.093，最小坡度为 2，线路埋深在 10m20m 之间。隧道断面均为标准的单线单洞区间隧道。南京南站站岔路口站区间隧道通过的围岩为-2b4 淤泥质粉质粘土层、 -3b2-3 粉 质粘土 层、 -3-1b1-2 粉质粘土层、 J3 x-1 强风化泥质粉砂岩层
5、、J3 x-2 中风化泥质粉砂岩层。隧道断面内大部分都附存-3-1b1-2 粉质粘土层、 J3 x-1 强风化泥质粉砂岩层、J3 x-2 中风化泥 质粉砂岩层，岩 层所占比例较大。概括来讲，盾构掘进断面大部分在泥质粉砂岩层中。本区间场地地下水主要为孔隙潜水，赋存于层填土和层新近沉积土中，而层 粘性土为 相对隔水层 ，水位埋深 标高约为8.70 9.00m，所以本段区间盾构掘进断面内基本无地下水。区间 平面图2-1：图2-1 区间平面图32.2 盾构施工工艺流程2.2.1 盾构施工工艺流程 盾构施工工艺流程详见图 2-2。施工场地布置、施工前准备盾构基座安装盾构后配套下井、盾构吊装调试止水装置安
6、装 反力架安装洞门破除盾构出洞同步注浆 盾构推进 姿态测量管片拼装 隧道测量二次注浆进洞准备工作 凿除洞门 洞门地基加固盾构出洞竣工区间联络通道施工盾构解体、吊出洞门地基加固图 2-2 盾构施工工艺流程图42.2.2 盾构施工工艺特点与其他施工工艺相比，盾构施工工艺具有如下特点： 在隧道穿越地面建筑物群或隧道上方有较为密集的地下管线时，可以较好的控制地面的沉降，基本上不影响隧道上方的建构筑物，减少工程拆迁量，降低工程成本； 除盾构的工作井外，沿线不需要降水， 节约地下水，保护了水资源； 施工占地小，对外界的负面影响小，除盾构的工作井外，施工 时的地面作业很少，施工隐蔽性好，因施工噪音及震动所引
7、起的环境影响也小； 隧道施工所需的费用和技术难度基本上不受隧道覆土厚度的影响，特别适宜于建造覆土深的隧道； 当隧道穿越河底或海底时，隧道的施工不会影响到航道的通行，也完全不受气候的影响； 盾构施工的机械化程度高，科学技 术含量高，工人的劳动强度低，施工的效率高，能够 保证工程质量和工期要求。5章 3 章 施工部署3.1 总体施工安排区间隧道掘进分为三部分，分别为初始掘进正常掘进贯通掘进，为了提高掘进效率，故将初始掘进先进 行 73 环；掘进完成后进入正常掘进过程，正常掘进过程中必须严格对盾构掘进轴线、管片拼装质量、地面沉降三方面进行控制，当掘 进至距接收端洞口 80100m 处进入贯通掘进阶段
8、，需进行全 线贯通测量校核，准确定位盾构机头的坐标位置和姿态，并根据测量结果，确定盾构推进方案，保 证盾构机顺利、安全、准确地进入接收井，完成整体掘进过程，之后 进 行刀盘维修，为进行下一段掘进作好准备。盾构隧道管片由 南京力高建筑构件有限公司分包生产。3.1.1 正常掘进控制要点及注意事项 盾构掘进轴线的控制盾构轴线的控制是盾构工法的重点，掘进时必须注意以下几个方面： 控制好掘进的技术参数，如土压、推速等。当土 压过低时，不仅容易造成地层的沉降，而且对盾构轴线的控制也有影响，容易造成盾构下沉；另外注浆的位置及压力，注浆压 力过大一方面对 地层的扰动较大，另一方面也会使得盾构向注浆位置的反方向
9、移动，不利于盾构的轴线 控制； 正确进行盾构千斤顶的编组及分区油压的控制，推进时对千斤顶选择的正确与否直接关系到盾构轴线的轨迹，在盾构轴线控制一节里，针对各种不同盾构轴线位置详细的列出了千斤顶编组及分区油压控制对盾构轴线控制的作用； 合理使用盾构的铰接装置，当盾构偏离隧道 设计轴线较 多、盾构进行小半径曲线施工时或者盾构姿态极差时，通过调整千斤顶的编组与选择及分区油压控制都较难以达到目的时，可通过 开启盾构铰接装置，具体的操作为：根据盾构的偏离程度计算盾构中折每一步的转折角度，先开启盾构的超挖刀进行超挖施工，超挖的长度一般为盾构的半个到一个盾构机身的长度，然后根据计算调整盾构的中折装置，再辅以
10、千斤顶编组及分区油压控制， 进行掘进施工，推 进时 根据盾构姿态的测量数据随时调整中折角度，直到盾构回到设计轴线上来。6 管片拼装质量的控制管片拼装质量直接影响隧道的结构质量，必须注意以下几点： 必须合理使用管片，本合同段采用的是通用管片，对管片使用要求较高，管片拼装手必须熟悉管片特征； 必须做好管片的运 输 、保存； 注意成环 隧道的保护 。 地面沉降的控制地面沉降会直接危及地面建筑物的安全，掘进中必须要控制好地面的沉降，掘进操作必须注意以下几点： 土 压升高或降低对地面建筑物都是不利的，容易造成地面的隆起和沉降，所以在掘进过程中要严格保持掘进面的土压稳定，一般所采取的措施为严格控制螺旋输送
11、机的排土量与刀盘的切削土量，控制两者相等；还要根据地层的变化合理的对加入的泡沫量进行调整，以更好的改变土体的塑流性，使土体变得更为均匀可以较好的把压力传递至开挖面上，防止开挖面的水土流失过多； 同步注浆 保证注浆量和和注 浆压力； 二次补注浆注浆量用雷达探测结果决定。注浆时用注浆量和注浆压力进行双控； 推 进 过 程 中 严 格 控 制 好 推 进 速 度 ，使 推 进 速 度 尽 量 稳 定 ，必 须 保 证 盾 构 的 连 续 稳定 作 业 。 根据沉降量 检测结果及 时调整推进速度、出土压力、同步注浆量及压力参数。 在整环管片脱出盾尾后，再次按规定扭紧全部联接螺栓。3.2 同步注浆及回填
12、注浆采用盾构施工法，在管片和地层之间将产生空隙， 该空隙必须充填，否 则，隧道周围的地基会有较大变位（主要由盾尾空隙引起）。因此，及时进行背后注浆是盾构工7法中必不可少的环节。同时，背后注 浆具有提高隧道的止水性能和确保管片衬砌的早期稳定性。背后注浆采用盾尾同步注浆和二次补注浆两种方式。3.2.1 盾尾同步注浆盾尾同步注浆是利用盾构设备中的同步注浆系统，对随着盾构向前推进、管片衬砌逐渐脱出盾尾所产生的建筑间隙进行及时充填的过程。注浆材料同步注浆是保证管片拼装质量的关键所在，其目的在于控制隧道变形，防止管片上浮，提高结构的抗渗能力。良好的浆液性能体 现在一下几个方面： 浆液充填性好；浆液和易性好
13、； 浆液初凝时间适当，早期强度高，浆液硬化后体积收缩率小； 浆液稠度合适，以不被地下水过度稀释为宜。根据以上几点结合本合同段的地层土质状况，同步注浆采用水泥砂浆。同步注浆浆液配合比（配成 1m3浆液） 水泥 粉煤灰 砂 膨润土水 初凝时间7d 强度（MPa）压浆效果50Kg 726 Kg 550 Kg 50 Kg 420L 67h 2 不常堵管3.2.1.1 注浆控制参数 注浆压力为了使浆液很好的充填于管片的外侧间隙，必须以一定的压力压送浆液。注入压力大小通常选择为地层阻力强度（压力）加上 0.10.2MPa 的和。地层阻力强度是由土层条件及掘削条件决定的，通常在 0.10.2MPa 以下。根
14、据本合同段的地层土质条件，注浆压力初步设定为 0.19MPa。 注浆量同步注浆量 q 可按此式估算：q= /4(D 12- D22) L式中：D 1：盾构直径 ， D2：管片外径 L：盾构（背后注入）的全长 ：充填率=1+ 1+2+3+4对 正确估算注入量至关重要， 1：注浆压力决定的压密系数； 2：土质系数； 3：施工损耗系数； 4：超挖系数。用数 值表示注入量 非常困难，至今仍把施工实绩和经验8数据作为大致的选定目标，具体数据见下表所示。注入率系数表 符号 因素 推算的增加比例的范围 设定系数加气 1.301.50 0.41注入压力 产生的压密 不加气 1.051.15 0.12 土 质
15、1.101.60 0.353 施工损耗 1.101.20 0.104 超 挖 1.101.20 0.15通过估算，每环注浆量为 3.7m3 左右（注浆量应控制在 130%180%之间）。施工过程中若注入量持续增多， 应检查有无超挖、漏失；若注入量低于理论注入量，可 检查一下浆液配比、注浆设备等方面的原因。 注浆流量同步注浆非常重要的参数就是要建立注浆流量与盾构推进的关系。如果注浆流量大于盾构推进的速度，则浆 液会发生跑浆现象，甚至会穿过盾尾进入盾构机内， 污染拼装的工作面；如果注浆流量小于盾构前进的速度，则会在盾尾脱出的部位造成一定的沉降。按盾构推进速度 20mm/min 计算注浆流量值为 5
16、4L/min。3.2.1.2 注浆注意事项 制浆时的注意事项 材料投入 顺序要正确，计量要准确；拌和时间要连续，不能间断；严格控制搅拌的时间、速度。 使用材料要合适，杜绝使用过期、不合格的材料； 运输、注入时的注意事项 使用搅拌装置，保证浆液在运输过程中不出现分离； 经常检查 从注入孔到 泵的输浆管路的畅通状况； 掌握注入孔位置的 阀门 和泵的工作状况；严密 观察注入压力、注入量的波动状况； 注意注入 结束时从注入孔 阀门的关闭到移动输浆 管的工作顺序；取下注入9孔的阀门时，应装上柱塞； 管片出现 破损、上浮等现象时先采取封堵措施后再注浆； 当浆液从管片外漏 时 ，应暂停注浆，待采取措施后再行
17、注入； 废浆液及 时用排污泵 通过排污管线排到地面； 作业结束后，作业员必须对制浆设备、泵等进行彻底的清洗。3.2.1.3 注浆标准及效果检查 注浆压力达到设计压力，注浆量达到设计注浆量的 80%以上。 注浆效果检查主要采用分析法，即根据压力、注浆量等结合管片、地表及周围建筑物量测结果进行综合评价。 对拱顶部分采用超声波探测法通过频谱分析进行检查，对未满足要求的部位进行补充注浆。3.2.2 二次补注浆二次补注浆采用后方注浆方式，即在后几环注浆孔进行壁后注浆。二次补注浆主要是弥补同步注浆的不足，以下三种场合需要进行二次补注浆。 雷达检测管片外有不实空洞； 注入浆液的体积缩减部分的补充注入； 为了
18、提高抗渗透性。3.2.2.1 注浆孔位置及构造管片的吊装孔兼作二次注浆孔。从便于施工和注浆效果两方面综合考虑，二次补注浆孔的位置宜选择在管片两侧。 直线段：注浆孔在管片两侧交替选择； 曲线段：注浆孔的位置最好选择在曲线外侧管片注浆孔。注浆孔的断面布设图见图 3-1。10考虑到该孔作为同步注浆后的补充注浆手段，为保证同步注浆浆液不从预留空洞泄出，又方便二次补注浆 使用， 设计在孔洞外侧预 留了一层 25mm 厚的素混凝土层，以便后期补充注浆时将其冲破。注浆孔构造见图 3-2。图 3-2 管片注浆孔构造示意图（单位：mm）3.2.2.2 注浆方式在隧道内，通过管片注浆孔（盾构机后方 5 环位置）用
19、枪头注入浆液。注入方式见图 4-27。注浆之前要先钻孔，达到预定深度后，再开始注 浆。根据本区间的地层地质状况及现场的施工条件等因素， 钻孔用具选择便携式薄壁金刚石钻。说 明 ：注 浆 孔 孔 径 为 50mm。图 3-1 注浆孔断面布设图图图11图 3-3 管片注浆方式示意图3.2.2.3 注浆材料二次补注浆的材料主要采用水泥浆。但在隧道开挖对地表建筑物或管线影响较大的地段，为减少地面沉降，可选择双液型浆液。水泥浆所用材料及配比见表 5.8。水泥浆液材料配比 表 5.8 水泥 水 稳定剂1150kg 1150kg 2.73.5kg3.2.2.4 注浆控制参数二次注浆在拼装管片时进行。注浆量一
20、般为理论间隙的 40%50%。二次注浆压力一般比同步注浆压力高出 0.010.03MPa，但是 还应参考隧道覆土厚度、地下水的压力及管片的强度进行调整。 对于钢管片来说，注入孔处的压力不能大于 0.4MPa，以防止钢管片变形。考虑综合因素，注浆的速度约为 25L/min。3.2.2.5 注浆孔密封二次注浆结束后，要对每一个注浆孔进行密封，以防渗水。注 浆管密封圈和注浆管盖密封圈均采用缓膨胀型遇水膨胀橡胶制品。注浆管密封构造见图 3-4。12图 3-4 注浆孔密封构造 图3.2.2.6 注浆注意事项 注浆完毕 后，要冲洗枪头，使之可 顺利进行下一次注浆。 注意注浆 孔的密封，以防渗水。 使用材料
21、要符合 标准，保证注浆质量。3.2.2.7 注浆标准及效果检查 对已注浆 的壁后注浆 材料进行取样，检查其注浆厚度、情况、强度等。 壁后注浆 施工具有防止 围岩松弛和把千斤顶推力 传递到围岩的作用，因此必须进行充分的填充。掌握好注浆施工与其它施工环节的配合是整个盾构施工过程的关键。3.2.3 盾构掘进管理盾构掘进施工管理的目标是防止盾构机掘进引起的地面变形和确保隧道线形。具体的管理项目有开挖管理、加泡沫管理和壁后注浆管理。见图 3-5：盾构掘进管理系统构成图。13防 止 地 表变 形防 止 松 动 开 挖 面 稳定壁 后 注 浆管 理加 泡 沫 管理开挖管理确 保 线 形线 形 预 测线 形
22、管 理材 料 配 比压 力 流 量加泡 沫 量土 舱 压 力切 削 泥 量运 行 监 视排土量确 认 位 置 开挖管理 压力舱的 压力为确保开挖面的稳定，需要适当地维持压力舱压力。推进中的压力舱压力的维持方法有：用螺旋式排土器的转数控制、用盾构千斤顶的推进速度控制、两者的组合控制等。 排土量为了一边保持开挖面的稳定一边顺利的进行推进，需要适量地进行排土，以维持排土量和推进量相平衡。排土量管理的方法可大致分为容积管理法和重量管理法。作为容积管理法，一般是采用 钢车台数的验收的方法，或从螺旋式排土器转数， 压送泵转数进行推算。重量管理法，一般是用钢车重量进行 验收。 切削泥量维持切削泥量和排土量相
23、平衡是确保开挖面稳定的关键。控制切削泥量主要是通过控制推进速度来实现。加泡沫管理14加泡沫量根据围岩的粒度组成而设定。在施工中先将隧道进行区间划分，每个区间的注入量根据开挖面的稳定情况、开挖土的性状和盾构各部分的作业情况，通过注入效果确认后进行决定，再将 这一结果反馈到以后的施工中。加泡沫量的控制，一般是根据推进速度来进行的。 这种方式是事先设定加入量，根据盾构推进速度自动增减加泡沫量。 壁后注浆管理 材料配比对壁后注浆材料，要根据地质区域的不同，及考 虑注浆材料的管理特性来进行配合比设计。 对材料的基本要求是：不发生材料离析；不丧失流动性；注浆后的体积减少小；尽早达到围岩强度以上；水密性好。
24、 压力流量注浆管理是以压力管理为基础进行注浆量管理。将已施工的注浆量和坍塌探测得出的空隙量进行对比，确定 设计注浆量，参考 单环 、多 环、超挖探测量的情况，最终确定注浆时的最终压力标准。3.3 盾构施工异常情况预案 3.3.1 盾构进出洞地面沉降、坍塌的预防措施盾构进出洞是指盾构从始发井出发开始掘进（出洞）和盾构机从隧道中进入接收井（进洞）。始发井和接收井分 别是隧道开始掘进的始端和隧道结束的末端（也可能是局部的），在隧道的始端和末端分别都安有一个钢环，即是用钢板卷制成的轴向长度为几十厘米不等的直径大于盾构直径几十厘米的预埋件，它是在工作井施工中浇筑于混凝土井壁中的。钢环的作用有以下几方面：
25、一是轴线定位；二是推进时的一个受力支撑体；三是加焊钢板后封堵洞口。当盾构进入（脱出）钢环时，推进所加泡沫连同切削下来的土体会从盾构机体与钢环的间隙中流出，导致盾构土仓的泡沫与土搅拌不均匀，土仓内土压也难以控制，于是在盾构机的扰动 下,盾构前上方土体就易坍塌下落，从而造成地面下沉。针对这种情况，我 们采取的措施如下： 在始发井（或接收井）的施工过程中，在洞口范围内布设一定数量的旋喷桩或素混凝土桩或三轴搅拌桩以加固地层，桩的深度一般要达到隧道底部以下 3，加固的范围一般为：出洞口加固 9m（隧道直径+6m ）；进 洞口加固 6m（隧道直径+6m）；然后在三轴搅拌桩或混凝土桩与工作井围护结构之间钻孔
26、进行高压旋喷桩挤密，以加15强加固效果。 在始发井洞口钢环上安装一圆环形橡胶帘布板，板厚几厘米不等，其内径小于盾构机体外径，可以套在盾构机外壳上，起到箍紧 密封的作用，在盾构机 头部进入钢环后，再于橡胶帘布板外安 设一层钢板，都用螺栓与钢环相连，以此 挡住橡胶帘布防止推进加泡沫时外翻，从而起到密封作用，防止土 仓内的土、泥泄漏，从而可以保持一定的土压，可以达到防坍塌下沉的作用。3.3.2 地面沉降（隆起）预防措施及解决方法地面沉降（隆起）是指盾构施工过程中对土体破坏而致使地面产生的位移变化。当盾构穿行于地下时，盾构周 围土体在盾构扰动作用下会形成沉降或隆起；另外在盾构检修或其它特殊情况（如盾构
27、前方有障碍物），所造成的长时间停机时，如不采取措施或措施不当，亦会使上部土体发生沉降，一旦土体产生沉降，地上建筑物及地下管线或构筑物势必会受到损坏，以至于报废，可 见，在盾构施工中，如何控制、解决地面沉降问题至关重要。基于对地面沉降所造成危害的重视，我们在过去的施工过程中，不断地摸索、 尝试、总结经验，现在已掌握了一套行之有效的控制地面沉降的施工工艺：首先，在工程的初始掘进阶段，我们都以 现况的实际土质、盾构覆土厚度及地下含水情况还有以往经验初步制定出一系列的盾构操作的工艺参数。如土压推进速度、注浆及二次补注浆的压力数量与次数、加泥量等。然后由测绘人员在盾构沿线的各 地层布设永久性观测点以实施
28、全线监控，在盾构掘进阶段随时观测地面及各地层的反应情况，继而根据地面及地层的反应情况对盾构掘进的技术工艺参数进行修正至最优化。在管片拼装时，应采取拼哪片收哪片部位的千斤顶，拼装完成后及时将千斤顶顶紧，然后再拼下一片；另外，盾构长时间停顿时，盾构机机头在自身重量和上部土体压力作用下会产生下沉或后缩， 导致前方土压降低而发生地面沉降（因机头头部较重且尾部有衬砌环支撑），此时 ，我 们采用将盾构自身千斤 顶全部顶紧于后部衬砌上或另加设千斤顶支撑于盾构下半部和后部衬砌管片上，以此来平衡盾构机前方、上方的土压。严格控制推进的速度，尽量保持速度均匀稳定，同 时还要严格控制土压，尤其是在上软下硬地层中进行盾
29、构掘进施工时，更要注意这一点。因为在上软下硬地层中掘进土压的波动幅度较大，相 对来讲土压的控制要困难一点，更要严加控制。推 进时稳16定推进速度、螺旋输送机的转速及加泡沫的量，通 过这几个方面的协调控制可以把土压控制在一个较为稳定的范围内。综合应用上述技术措施即可较为理想地控制地面沉降量，保证工程质量。17章 4 章 区间盾构施工本区间段穿越此地层主要为-3-1b1-2 可-硬塑粉质粘土层、J3x-1 强风化泥质粉砂岩层和 J3x-2 中风化泥质粉砂岩。 K8+108.711K7+812.15 段为 -3-1b1-2 可-硬塑粉质粘土层，计 296.561 米； K7+812.15K7+472
30、.17 段、K6+840.06K6+693.92 段及K6+255.9K6+018.919 段为上软下硬地层，上部 为 J3x-1 强风化泥质粉砂岩层和J3x-2 中风化泥质粉砂岩，下部 为-3-1b1-2 可- 硬塑粉 质粘土层，计 722.961 米，K7+472.17K6+840.06 段及 K6+693.92K6+255.9 段为硬岩层，计 1070.13 米。盾构机在过粉质粘土层和上软下硬地层时，容易产生较大的围岩扰动。因此， 对软土地层和上软下硬地层如何控制盾构开挖面的稳定性，是保证盾构安全高效推进的首要前提推进。4.1 盾构机掘进模式南京南站站岔路口站区间盾构机采用土压平衡式掘进
31、、欠土压平衡模式两种方式进行施工。4.1.1 土压平衡式盾构机在、 层等土层中时，将采用土压平衡式模式掘进。该模式的核心是保持合理的土仓压力，从而维 持开挖面的稳定和控制地面沉降。控制土压力的方法主要有：在保持推进 速度不变的情况下，调节螺旋输送机的转速；在保持螺旋输送机转速不 变的情况下， 调节盾构机的推进速度。上述两种控制方法可根据实际情况灵活选用。4.1.2 欠土压平衡式盾构机全断面在 J3x-2层时，将采用欠土压平衡式模式掘进。在该模式下施工时，密封土舱内的渣土并不饱满，土舱内的被动土压力小于工作面的主动土压力，土舱内18的渣土处于一种非平衡状态。在掘进过程中，岩面在短时间内能保持自立
32、，不致 发生开挖面坍塌或上部土体塌落出现地表沉降现象。采用这种状态进行施工，在岩层施工效率较高， 总推进速度较快。4.1.3 掘进模式的切换在欠土压掘进模式掘进过程中，一旦开挖面不稳定、土质变差或地面变形异常时应迅速调节螺旋机转速或推进速度，使土仓中充满土体从而保持必要的压力。在盾构机掘进至土岩交界带时，应严密关注出土的土质情况及地面沉降监测数据，及时 根据情况切换掘进 模式。4.2 在软土地层掘进南京南站站岔路口站区间采用的盾构机刀盘直径为 6420，盾体直径为6390。由于盾构机刀 盘与盾体之 间存在 15mm 的理 论空隙，并且刀 盘与盾尾之间无法进行同步注浆，盾构机在掘 进过程中，土体
33、存在直接沉降的风险，特 别是在-3b2-3粉质粘土层、 -2b4 淤泥质粉质粘土层等软土层中掘 进时，沉降影响将尤为明显。为了防止这种现象出现，拟采用以下措施：在采用土压平衡的模式掘进，根据开挖面的情况，选择相应的土压并加以严格控制,保持开挖面上方土体的稳定。推进过程中，适当的加大密封土舱内的内的土压力，保证盾构机掘进时前方 10m左右位置保持着一定的隆起状态，减小盾构机通过时直接沉降的影响。在盾构穿越软土过程中严格控制与切口土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；严格控制盾构纠偏量；保证盾构机处于良好姿态，尽量减少对易变形土体的扰动，防止土体 结构破坏。部分
34、隧顶和隧道洞身通过-3b2-3 粉质粘土及-3-1b1-2 粉质粘土，盾构掘进时，对刀 盘可能会有粘结作用，在此类地层中掘进时 ，刀 盘中心区和土仓中心区可能会形成“泥饼 ”现象，产生堵仓现象，造成刀盘转动负荷加大，排土不畅，甚至停止 转动，19如果地下水较丰富，螺旋机由于排土不畅而无法形成土塞，排土口就会产生喷发，开挖面就会失稳，发生地层坍塌。同时，造成土 仓内温度升高，影响主轴承密封的寿命，严重时会造成密封老化破坏。为了防止这种现象出现，采用以下措施：（1）刀盘产生“ 泥饼” 现象与刀具的布置、形式及刀盘的开口率、形状等有关， 为了防止“泥饼”现象的发生，增大中心区的开口率和刀具对开挖面的
35、切削效果来改善对“泥饼”的破碎效果，是避免形成“泥饼” 的有效措施。（2）在刀盘面板上设置了 5 个添加剂注入孔，配置了自动泡沫和添加剂注入系统，可根据需要向开挖面喷射水和泡沫，改善碴土的流动性，减小刀盘面“ 泥饼”形成的机会。（3）在刀盘转臂及搅拌棒的搅拌作用下能使碴土与添加材料充分搅拌混合，使碴土具有很好的塑流性，利于出土。（4）掘进中要注意土仓堵仓，当出现土仓温度和出碴温度比较高的现象时（土仓温度可以通过安装在驱动密封内外圈处的二个温度传感器检测，温度可在操作触摸屏上显示），就有可能发生堵 仓现象，此 时可通过仓 壁及人行闸上的添加剂注入孔往土仓内注入适量的高压水和膨润土，以排除堵仓、降
36、低土仓温度和改善碴土的流动性，防止由于堵仓引起的排土不畅，从而引起螺旋机喷发和开挖面失稳，引起地面沉降。4.3 在复合地层中的掘进从场地地层条件分析，隧道穿越段岩土层分布不均，由于穿越面在线路上存在上软下硬现象，易引起盾构施工在前进线路方向的偏移。本次选用的铰接式土压平衡盾构机既具有开挖软土又具有破碎中风化泥质粉砂岩层的能力，在进入上软下硬的地质时，注意爬坡 现 象， ，在这种情况下要控制好掘进轴线、盾尾与管片四周之间 的间隙要均匀、推 进油缸 总推力及 4 个分区的压力选择要适合地质情况，并可结合铰 接装置的使用。推进速度根据所处岩层的单轴抗压强度选定，如果掘进速度较慢，会造成开挖面20失稳
37、引起前上方的土体坍塌，如果掘进速度过快，会造成刀具所受载荷过大及受力不均引起刀具的磨损损坏。同时，采用土压平衡的模式掘进，根据开挖面的情况， 选择相应的土压并加以严格控制,保持开挖面上方土体的稳定。在复合地层掘进时，特别是下部为岩石，上部 为软土层，此 时，总推力基本上由岩石部的刀具承受，如果选择 的推进速度不当，油缸总推力过大，刀具就会有加速 损坏的可能。因此，必须确定适合所处岩石单轴抗压强 度的 Pe值， 选用适合岩石的单轴抗压强度的推进速度推进，减 轻刀具接触岩石的负荷。当 Pe值（刀盘每转刀具的切削深度）明显偏小，不适合岩石的单轴抗压强度时， 应 将掘进速度慢慢提高，使其 调整为适合单
38、轴抗压强度的 Pe值，决不能急速提高掘进速度。随着掘进速度的提高，盾构机推力也随着上升。同时强化信息施工，不断优化盾构施工参数， 优化合适的注浆浆液，加 强同步注浆以及必要时的补压浆，注意后部加强止水措施，封堵盾尾，并加 强隧道监测。必要时对盾构头部和密封仓内的注浆孔向头部和密封仓注入发泡剂，改良土体。另外还应注意以下事项：（1）连续均衡施工，避免较长时间的搁置；（2）严格控制土仓压力及出土量，防止超挖及欠挖；（3）盾构姿态变化不可过大、过频，每次 纵坡变化小于 0.2%；（4）同步注浆要求做到及时、适量，部分区段考虑使用缓凝浆；（5）如沉降超过报警值时，及时采取跟踪注浆等措施控制建、构筑物的
39、变形量。4.3.1 在复合地层中掘进的施工参数设置当盾构机进入上软（-3-1b1-2 粉质粘土、J3x-1 强风化泥质粉砂岩）下硬（J3x-2 中风化泥质粉砂岩）的复合地层，给盾构机下坡掘进带来难度。掘进时保持开挖面的 稳 定在复合地层掘进时，采用土压平衡模式进行掘进。盾构机密封土仓的被动土压力21设定比舱外主动土压力稍小，一般在 11.5bar。在掘进中，也应控制好盾构机推进速度、推 进力、刀盘转速、刀盘扭矩等施工参数。掘进速度不可过快，总推力基本上由岩石部的刀具承受，如果选择的推进速度不当，油缸总推力过大，刀具就会有加速损坏的可能。由于粉质粘土层、泥质粉砂岩层黏性较大，刀 盘转速应控制在较
40、低的水平，一般设定在 23 档，即 0.8 1.1rpm。掘进时应根据地质条件，选择合理的掘进速度。推 进速度过慢，推力减小， 滚刀不转动，容易造成滚刀偏磨。推进速度过快，盾构机推力上升，刀盘扭矩增大，对刀具磨损也较大。保证盾构机掘 进姿态在进入上软下硬的地质时，注意爬坡现象，在 这种情况下要控制好掘进轴线、盾尾与管片四周之间的间隙要均匀、推进油缸总推力不可过大。由于地层上部软下部硬，下部千斤顶的推力应比上部千斤顶推力稍大。其它技术措施掘进过程中，应根据实际情况向刀盘和密封仓注入发泡剂，改良土体。如掘 进困难时，向刀 盘注入发泡剂，起到润滑作用，降低刀 盘 掘进时的扭矩。如岩层中存在较大的裂隙
41、水，应向土仓中注入 发泡剂，起到改良土体的作用，防止出土 时的水土分离。应合理选择同步注浆浆液配比，提高注浆的早期强度，防止管片上浮、 错台现象，保证隧道衬砌的稳定。复合地层中的施工参数 表 4-122盾构推力 刀盘转速 推进速度 扭矩 土仓压力800015000kn0.81.1rpm 15-30mmmin10002000knm1bar4.4 在岩层掘进刀具是切削土体的主要工具。刀具布置在刀盘上，根据其位置和工作原理，可分为滚刀、刮刀两种。滚刀主要用来切削岩层，刮刀主要用于切削土层。当盾构进入岩层掘进时，要将刀盘上的部分刮刀换成滚刀，具体施工详见“ 换刀专项方案”。4.4.1 盾构机姿态控制技
42、术J3x-2 中风化泥质粉砂岩属于硬岩，姿态控制较为困难，操作要有预见性、超前，且不能过急。过全断面硬岩技术归结为：抗浮、抗盾构机震动、抗隧道旋转、姿 态控制和换刀控制。（1）刀盘转速控制：提高滚刀旋转的线速度。刀盘转速宜控制在 2.3-2.8rpm/min，避免刀具偏磨，降低换刀频 度。掘 进原则：高转速，低扭矩、低推力、欠土压、慢速度。（2）贯入度的控制：避免贯入度过大而导致刀圈崩裂，贯入度宜控制在 6mm/r。（3）注意发泡剂的使用：在硬岩地层，泡沫主要起润滑及使刀具降温的作用。（4）不宜用土压平衡模式掘进，因为建立土压平衡会降低破岩能力，有条件则开仓掘进。4.4.2 盾构机姿态纠偏方法
43、根据 VMT 系统的显示数据，通过调整各分区千斤顶的压力及刀盘转向来调整盾构机的姿态，具体原则如下：（1）一般原则：硬岩段如果盾构机滚角过大，可通过反转刀盘减小。如果盾构机水平向右偏，则应提高右侧分区的千斤顶压力；如果盾构机竖直下偏则应提高下部千斤顶的压力，反之亦然。（2）水平方向的控制原则：本区间水平曲线的半径较小，故影响盾构机水平方向控制的主要因素是线路特性和地层特点。23在直线段，盾构机的水平轴线偏差控制在20mm 以内，水平偏角控制在3mm/m以内，否则会因盾构机转弯 过急引起盾尾间隙过小，管片错台、破裂。在缓和曲线 段和圆曲线 段，盾构机的水平 轴线偏差控制在30mm 以内，水平偏角
44、控制在 5mm/m 以内。由直线段 曲线段 时，应根据地层情况（其决定盾构机的转向难易程度）在直线或曲线末端 10-20m 范围内提前转弯或外偏。内转幅度或外偏幅度根据曲线半径和盾构机的转向性能综合确定，一般控制在 20-30m。(3)竖直方向控制原则：由于本区间竖曲线的半径较大，影响盾构机竖直方向控制的主要因素是地层特点。盾构机的竖 向偏差控制在 20mm 以内，倾角控制在3 mm/m 以内。特殊情况下，倾角不宜超过10 mm/m，否则会因盾构机转弯过急引起盾尾间隙过小，管片 错台、破裂。盾构机应与 设计轴线保持平行。上、下千斤顶的行程差宜保持在20mm 以内，特殊情况下不宜超过60mm。4
45、.4.3 隧道上浮控制技术硬岩段围岩稳定，易发生管片上浮。上、下、平坡段管片均可能发生上浮现象，本标段预 采取措施：（1）根据线路纵坡坡度的大小，预先压低盾构机姿态 0-30mm。（2）在硬岩段加强管片姿态的测量。（3）同步注浆量要足，使管片没有上浮的空间。（4）调整浆液配合比，缩短凝结时间，迅速 稳定管片。对于可能发生管片上浮，我标段还将配合考虑下述措施：管片之间的螺栓要拧紧；下坡段可考虑减小盾构机下方几个千斤顶的推力，既可预先压低盾构机姿态，又起到减小千斤顶作用在管片向上顶推分力的目的。4.5 盾构开挖面的稳定性控制原理软土地层盾构开挖面的稳定机理由前述开挖面上覆地层结构的稳定性分析可知，
46、盾构在软土地层中掘进时，需要24在土仓内建立一定的土压力，并向开挖面注入添加剂，是基于以下机理： 盾构刀盘对 开挖面的支撑以及土 仓内泥土压力的作用有两点：一 为土体结构提供水平推力，以利于形成拱结构；二提高了开挖面土体的竖向抗力，减少了开挖面上方土体失稳的可能； 盾构机在切削、排土的同时进行千斤顶推进，实际是为及时有效地转嫁开挖面土体的应力，控制并减少下沉速度； 在刀盘切削的同 时，向开挖面注入泡沫等添加 剂的作用是使开挖面土体的强度和刚度得到加强，对开挖面土体起到了支护作用，减少了开挖面的无支护距离；开挖对盾构机的影响由于本工程盾构穿越的地层有很大一部分属于上软下硬地层及岩层，盾构在此地层
47、中施工有其特殊性。盾构机在这种地层中掘进所受到的影响主要表现在以下几个方面：内摩擦比较 大，故难以获得好的流动性，当切削下来的土充满土室和螺旋输送机内时，将使切削刀盘转矩，螺旋输送机转矩，盾构千斤顶推力增大，甚至使开挖排土无法进行。因此，盾构刀盘切削土体时容易使刀盘过热，加 剧刀盘刀具的磨损，影响盾构的机械性能； 刀盘切削 进来的土体 须经螺旋机运出至皮带运 输机，当遇到土 质含水量低、较硬的情况下，螺旋机也会因工作扭矩过大而发热，影响其性能， 严重时甚至停转。稳定性控制措施由前述可知，盾构在软土掘进过程中，如果控制不当或未采取有效措施，将引起较大的塌落和松动，以至于引起显著的地表沉降。因此必
48、须对开挖面稳定加以控制。常采取以下措施：调节推进千斤顶的推力，使得在盾构土仓内建立起的泥土压力足以与地层土压力相抗衡；持开挖面切削土量和螺旋输送机排土量的平衡，以使泥土压力与地层土压力保持动态平衡；盘向开挖面添加泡沫，改善开挖面的力学性质，同 时有利于改善盾构刀盘和螺旋输送机的工作环境。基于盾构开挖面的稳定性分析，为保证开挖面稳定，必须确保以下两个方面控制25技术的实现：合理确定开挖面的泥土压力并保持泥土压力与地层土体压力的平衡；实施加泡沫技术，改善开挖面土体的受力状况，实现切削土体的塑流性。4.6 开挖面加泡沫技术4.6.1 开挖面土体改良的意义与方法土压平衡盾构机掘进时，向开挖面添加塑流化
49、改性材料，与开挖面切削下来的土体经过充分搅拌，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流体。同时通过伺服机构控制盾构机千斤顶速度与螺旋输送机向外排土的速度相匹配，经密封仓内塑流体向开挖面传递设定的平衡压力，实现 盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向前推进。由于土压平衡盾构机可以根据不同地层的地质条件，设计和配制出与之相适应的塑流化改性剂（如泡沫等），极大地拓宽了该类机型的施工领域。为适应本标段的施工，我们考虑增加泡沫系统，利用加入泡沫改善土体粒状构造，吸附在颗粒之间的气泡可以减少土体颗粒与刀盘系统的直接摩擦，增加切削土体的粘聚力，同时降低土体的渗透性。又因其比重小， 搅 拌负荷轻，容易将土体搅拌均匀，从而达到既能平衡开挖面土压，又能连续向外顺畅排土的目的。因此，加泡沫的功效主要表现为以下几个方面： 保
