土壓平衡盾構施工技術規程(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 常波動；8 ) 動力系統、密封系統、控制系統等發生故障； 在曲線段施工時，應考慮已成環管片豎向、橫向位移對隧道軸線的影響。 應按照設定的掘進參數沿設計軸線進行盾構掘進，并做好詳細記錄。 根據橫向偏差和轉動偏差，應采取措施調整盾構姿態，并應防止過量糾偏。 盾構暫停掘進時，應采取措施穩定開挖面，防止坍塌。 洞門破除及加固區掘進，上下不可同時施工。，鋼筋上混凝土殘渣清除。如果洞門墻體中的鋼筋為纖維鋼筋，則在鑿除纖維鋼筋表面的混凝土后無需人工切割纖維鋼筋，直接掘進采用刀盤切割。，立即停止洞門混凝土鑿除，同時進行臨時封堵，以控制險情，采取雙液漿或聚氨酯堵住漏點。 洞門鑿除后，盾構機應加快靠上洞門。刀盤切入土體時必須保持運轉。 在端頭加固土體中掘進時，應以磨為主，推進速度宜小于10mm/min，使加固土被充分切削。，扭矩應緩和上升，并不得超過最大限制值，防止盾構側翻。 掘進時適當加水或改良劑，防止螺旋輸送機卡死。土壓不宜過大（根據推力具體調整，以滿足最大限制推力為主）。 ，可適當超挖，應該分段超挖，使其保證盾尾在進入加固區后不出現局部受擠變形，避免盾構磕頭現象。 土艙壓力的建壓：通過刀盤位置和土體情況同時確定土艙建壓時間和土艙壓力提升速度，在正常情況下，始發第一環可空倉掘進（以現場土質情況確定），在掘進過程中逐步建壓直至到達正常土壓。 （主加固區長8米）前必須完成建壓，在加固區內如出現刀盤扭矩變化（在輔助條件不變的前提下扭矩變小）便可逐步提升土艙壓力。 土艙最終壓力值以經驗公式計算得出后的壓力值為基礎，再根據監測數據進行調整。 掘進參數 盾構掘進參數的選取應當體現出工程施工的特點和影響因素的作用，并考慮具體分析問題的需要。當盾構隧道采用土壓平衡模式進行掘進，掘進過程中由盾構數據采集系統記錄盾構操作過程中的全部掘進參數。 對于施工參數的管理，在現場施工過程中應重點關注：①土艙壓力；②推進速度；③總推力；④排土量；⑤刀盤轉速和扭矩；⑥注漿壓力和注漿量。 土壓平衡盾構的土艙壓力一般根據刀盤正面的側向土壓力乘以傳遞系數來設定，土艙壓力控制采取以下兩種操作模式：1 ) 通過螺旋輸送機來控制排土量的模式：即通過土壓傳感器檢測，改變螺旋輸送機的轉速控制排土量，以維持開挖面土壓穩定的控制模式。此時盾構的推進速度人工給定，掘進過程中根據需要可以不斷轉化控制模式，以保證開挖面的穩定；2 ) 通過推進速度來控制進土量的模式：即通過土壓傳感器檢測來控制盾構千斤頂的推進速度，以維持開挖面土壓穩定的控制模式。此時螺旋輸送機的推進速度人工事先給定。 水土壓力的計算1）土壓力計算我國鐵路隧道設計規范及相關文獻中，在Terzaghi理論基礎上提出了巖體綜合分類方法，將隧道分為深埋隧道和淺埋隧道，不同類型隧道采用不同的土壓力計算方法。城市地鐵隧道一般埋深較淺，一般可以判定為淺埋隧道，計算土壓力適合采用淺埋隧道土壓力計算方法，可采用上覆土重理論或太沙基理論進行計算。，計算公式如下： () ()其中：——為豎向應力，kPa；——水平應力，kPa；——土體側壓力系數，；——巖土泊松比；——土體重度，kN/m3；——上覆土層厚度，m。 上覆土重理論計算簡圖太沙基理論計算簡圖見圖，計算公式如下： ()其中：——太沙基松動土壓力，kPa；，為滑動土體的寬度，m；為隧道直徑，m；為上覆荷載，Pa；。普氏理論計算公式為： ()其中：——普氏土壓力，kPa；，為壓力拱高度，m；、為隧道高度、寬度，m；為普氏系數，對松散土和粘性土取。 太沙基理論計算簡圖2）水壓力計算盾構掘進過程中，刀盤并非完全開口，而是有60%～80%左右的支擋結構，刀盤向前推進時土艙內的壓力介于原始土壓力值附近，考慮水在土中流動時的阻力，掘進時地層中的水壓力可以根據地層的滲透系數酌情進行折減。開挖面水壓力計算公式為： ()其中，為根據土層滲透系數確定的經驗值，砂土中，粘性土中，風化巖層中。對于粘土層而言，通常采用水土合算將水壓力計在土壓力中；為水的容重，kN/m3；為地下水位距刀盤頂部的高度，m。3）預留壓力由于施工存在諸多不可預見的因素，致使施工土壓力小于原狀土體中的靜止土壓力。根據施工經驗，在對沉降要求比較嚴格的地段計算土壓力時，通常在理論計算的基礎上再考慮10~30kPa的壓力作為預留調整壓力。土壓平衡盾構在軟土中掘進時，由于靜止土壓力與主動土壓力相差甚微，如以主動土壓力控制，壓力稍一降低，即有可能發生主動破壞，需適當增大預留壓力。 排土量控制是盾構在土壓平衡模式下工作的關鍵技術之一。根據對渣土的觀察和監測的數據，要及時調整掘進參數，不能出現渣土量與理論值出入較大的情況，一旦出現，立即分析原因并采取措施。 螺旋輸送機的理論排土量Q0由螺旋輸送機的轉速決定，實際排土量Qs根據渣土車的體積刻度來確定，Qs應與Q0相當，即 ()式中：A——切削斷面面積； n0——松散系數； v——推進速度。 渣土出土量必須與掘進的挖掘量相匹配，以獲得穩定而合適的土艙壓力值，使盾構工作處于最佳狀態。當通過調節螺栓輸送機轉速仍達不到理想的出土狀態，可以通過改變渣土的可塑性來調整。 盾構總推力按下式計算： ()式中：——盾構推進時的正面推進阻力；——盾構外殼與周圍地層的摩擦阻力；——管片與盾尾間的摩擦阻力； ——盾構機切口環的貫入阻力；——變向阻力；——后接臺車的牽引阻力。一般情況下認為盾構機推進時的正面推進阻力F1和盾構外殼與周圍地層的摩擦阻力F2之和占盾構總推力的95%～99%，其它幾項阻力在總推力中所占比重極小，可忽略不計。F1和F2的簡化計算公式如下：a、盾構機推進的正面阻力： ()式中：H——盾構軸線埋深，m；D——刀盤直徑，m；K——土體的側壓力系數；γ——土體重力密度，kN/m3。b、盾構外殼與周圍地層的摩擦阻力： ()式中：f ——盾體與周圍土體之間的摩擦系數；Kα——主動土壓力系數；L——盾構機殼體的長度，m；G——盾構主機的重量，kN。由公式(828)～(8211)可得盾構總推力的計算公式為： ()盾構設計時，盾構機的實際裝備推力通常在公式(8212)計算結果的基礎上，考慮2～3倍的安全系數。 刀盤扭矩按下式進行計算： ()式中：——刀盤正面與土體之間的摩擦阻力扭矩；——刀盤背面與壓力艙內土體的摩擦阻力扭矩；——刀盤側面與土體之間的摩擦阻力扭矩；——刀具切削土體時的地層抗力產生的扭矩；——刀盤攪拌阻力扭矩；——刀盤主密封摩擦阻力扭矩；——主軸承摩擦阻力扭矩。根據已有研究成果及實例計算、經驗估計等，、和之和約占總刀盤扭矩的95%以上，因此刀盤扭矩計算時一般忽略其他幾項。、和的簡化計算公式如下：a、刀盤正面與土體之間的摩擦阻力扭矩 ()式中：η ——刀盤開口率。b、刀盤背面與壓力倉的土體摩擦阻力扭矩： ()式中：——刀盤背面摩擦阻力扭矩計算與刀盤正面相比的調節系數，一般取 c、摩擦阻力扭矩： ()式中：W——刀盤圓周側面的寬度，m。d、刀具切削土體時的地層抗力產生的扭矩： ()式中：Vmax——盾構機的最大推進速度，m/min；ne——刀盤的額定轉速，r/min；qu——土體的單軸抗壓強度，kPa。由公式(8212)～(8215)可得盾構刀盤扭矩的計算公式為： ()實際設計時，刀盤扭矩通常在公式(6216)～。 刀具更換 應預先確定刀具更換的地點與方法，并做好相關準備工作。 刀具更換宜選擇在工作井或地質條件較好、地層較為穩定的地段進行。 在不穩定地層更換刀具時，必須采取地層加固或壓氣法等措施，確保開挖面穩定。 帶壓進倉更換刀具前，必須完成下列準備工作：1 ） 對帶壓進倉作業設備進行全面檢查和試運行；2 ） 采用兩種不同動力裝置，保證不間斷供氣；3 ） 氣壓作業區嚴禁采用明火，當確需使用電焊氣割時，應對所有設備加強安全檢查，還必須加強通風并增加消防設備。 若帶壓開倉后發現掌子面不夠穩定，則應輔以帶壓作業的方式進倉。啟動帶壓開倉具體條件如下：1 ） 開倉后發現刀盤開口及切口環處沒有徹底封閉，掌子面及切口以上土體仍然存在坍塌可能；2 ） 掌子面前方土體注漿加固沒有達到預期效果；3 ） 清倉過程中發現掌子面因滲水帶動土體脫落。 帶壓更換刀具必須符合下列規定：1 ） 通過計算和試驗確定合理氣壓，穩定工作面和防止地下水滲漏；2 ） 刀盤前方地層和土艙滿足氣密性要求；3 ） 由專業技術人員對開挖面穩定狀態和刀盤、刀具磨損狀態進行檢查，確定刀具更換方案與安全操作規定；4 ） 作業人員應按照刀具更換專項方案和安全操作規定更換刀具；5 ） 保持開挖面和土艙空氣新鮮；6 ） 。 進倉工作時間倉內壓力(MPa)工作時間倉內工作時間(h)加壓時間(min)減壓時間(min)~5614~724~3951 注：24h內只允許工作1次。 關于土艙關閉有如下規定：1 ） 在換刀完畢（或刀盤檢查完畢）后，由機電部派人按照刀具更換和刀盤修復表的要求欄對落實情況進行檢查，確認落實；2 ） 由盾構隊換刀負責人對領取的換刀工具進行清點，確定無工具和其他雜物（尤其是金屬物件）遺留在土艙內。 關于帶壓作業應急措施有如下規定：1 ） 如果在加壓過程中，有人出現任何疾病或不舒服的征兆（如耳痛等），加壓過程必須立刻停止，閘操作人員詢問倉內人員情況并保持當前壓力水平，直至癥狀已經消失。再次緩慢加壓，如果不適癥狀再次出現，此時必須結束加壓讓不適人員出倉。2 ） 在出閘過程中，如果有人出現任何疾病或者不舒服的征兆，出閘過程必須立刻停止。應保持當前壓力水平，直至癥狀消失。如果在數分鐘之后不適繼續，人閘孔的壓力必須提高到先前的壓力水平。 換刀作業的應急措施如下：1 ） 如果發現土體有塌方現象，人員必須立即返回人閘關閉閘門，；2 ） 如果土艙內著火，用噴淋系統滅火，如果火勢太大，人員返回人閘關閉閘門，向土艙內注入漿液滅火；3 ） 如倉內氣壓出現不穩或泄露量超過預警值，人員立即返回人閘，等待觀察結果進行下一步安排；4 ） 如果有人出現不適癥狀，倉內人員立即通知操閘人員。不適人員通過前倉減壓出倉。 進倉和換刀過程中，需在地面采取如下措施：1 ） 在換刀里程對應地面位置10m范圍內設置警戒線，派人24h巡視；2 ） 在換刀里程位置增設3個監測斷面，監測斷面范圍內為刀盤位置左右兩側各外放6m，監測斷面間隔5m，同一斷面監測點間隔3m；3 ） 準備好注漿材料及設備，當地表監測出現異常沉降時，馬上進行地面注漿，防止地面出現塌陷；4 ） 當發現地面土體有塌陷的現象，作業人員應立即撤離土艙，關閉倉門，馬上進行砂漿回填，建立土艙壓力，同時加強地表監測。 應做好刀具更換記錄。 盾構調頭過站 調頭和過站前，應做好施工現場調查、技術方案以及現場準備工作，調頭和過站設備必須滿足盾構安全調頭和過站要求。 盾構掉頭和過站必須有專人指揮，專人觀察盾構轉向或移動狀態，避免方向偏離或碰撞。 盾構過站主要技術措施如下：1 ） 到達前，對接發托架進行加固和精確定位，確保盾構機過站時托架的剛度；2 ） 到達前，將站臺板預埋鋼筋和其他影響盾構過站的預埋件埋平，確保底板的平整；3 ） 在底板先用細砂找平后鋪設鋼板，鋼板上涂抹黃油等潤滑劑，減少盾構滑動的摩擦力；4 ） 定時校正千斤頂油缸的行程，使千斤頂行程同步。 盾構掉頭注意事項如下：1 ） 對盾構機進洞洞門混凝土進行鑿除后，清理掉鋼板上的渣土，確保盾構機進洞時前方沒有障礙，也減小了盾構機主體調頭和平移時阻力；2 ） 焊接在盾構機前體和中體的支座一定要焊接牢固，支座底部要比油缸接觸面大，支座底部保持水平；3 ） 拆機前要將油管的油放盡，避免油外流影響拆機場地；4 ） 盾構機主體在調頭和牽引過程中，在托架兩側必須設專人進行觀測與查看，當發現有異常情況時，立即停止卷揚機，待重新調整托架和軸承位置后繼續進行調頭和牽引。5 ） 如果卷揚機對盾構機的牽引速度較慢，可在鋼板上涂上一層潤滑油，減少盾構機在移動中的摩擦力。6 ） 在對后配套臺車進行軌道鋪設時，由于工作井和站臺有高差，需要利用工字鋼墊起做橋進行過渡，且作為右線電機車從隧道進入站臺的必經過道，所以必須對橋進行加固處理，以免長期行走引起變形造成電機車脫軌。 調頭和過站完成后完成盾構管線的連接工作，連接后，必須進行各系統的空載調試，然后進行整機空載調試。 特殊地段施工 盾構進入下列特殊地段，必須采取相應施工措施，確保施工安全：1 ） 覆土厚度不大于盾構直徑的淺覆土層地段；2 ） 小半徑曲線地段；3 ） 大坡度地段；4 ） 地下管線和地下障礙物地段；5 ） 建（構）筑物地段；6 ） 平行盾構隧道凈間距小于盾構直徑70%的小凈距地段；7 ） 江河地段；8 ） 地質條件復雜地段（軟硬不均互層地段）和砂卵石地段。 特殊地段和特殊地質施工應符合下列規定：1 ） 必須詳細查明和分析地質狀況和隧道周邊環境狀況，確定專項施工技術措施；2 ） 應根據隧道所處位置與地層條件，合理設定開挖面壓力，控制地層變形；3 ） 應根據隧道所處位置與工程地質、水文地質條件，確定壁后注漿的材料、壓力與流量，在施工過程中根據測量結果，進行相關調整；4 ） 應對地表及建（構）筑物等沉降進行評估，必要時，應加密監測測