超大直径泥水平衡盾构穿越深水浅覆土区风险分析与对策研究

超大直径泥水平衡盾构穿越深水浅覆土区风险分析与对策研

究

摘要：本文以南京纬三路过江隧道工程超大直径泥水平衡盾构机穿越江中深槽段施工为例，通过对风险源的分析与应对措施研究，提出了超大泥水平衡盾构长距离穿越深水浅覆土地区应对措施。

1.工程背景

南京纬三路过江通道工程采用直径14.93m泥水平衡盾构，盾构穿越江中深槽段总长度为586m，该段掘进全部位于江中段，是工程中风险最高、难度最大的施工区段。在该段深槽线路范围内，线路位于右偏R=1500m的圆曲线内，线路为V字型，坡度从-3.892%过最低点（SDK4+780）后变为2.45%。江底最低覆土深度为14.46m（到盾构机顶部），水深最深为34.9m（2009年9月数据）。江中段地质情况见表1。

表1 地质分层分段情况表

2.施工风险分析

2.1地质勘测准确性风险

由于江底深水地质勘测难度大、成本高，准确性也难以保证，江底隧道地质勘探具有极大的局限性，遇到未勘查清楚的不良地质或存在未查明的地下障碍物的风险十分可能发生。因此，施工准备阶段和施工过程中，需要通过对筛分渣样的分析达到地质预测的目的，可部分揭示开挖面前方地层情况。同时江底可能会出现特异性的障碍物，如废弃铁块、沉船等影响盾构掘进。

2.2盾构机的适应性、可靠性风险

盾构机选型极大程度上是工程成功的决定性因素，盾构机穿越江底掘进过程中，盾构机选型尤为重要，主要表现在以下几个方面：

（1）刀盘、刀具磨损：盾构机长距离掘进对刀盘、刀具磨损大；在软硬不均的地层及卵石地层掘进时，刀具不可避免的产生卡刀或偏磨等问题。

（2）泥浆泵及管路磨损、堵塞：泥水循环回路泥浆中的砂石成分会磨损泥浆泵及排送管路，导致盾构机排渣不畅；

（3）主轴承磨损，密封件防水失效：因主轴承在长距离掘进被磨损可能导致密封件防水失效，泥浆向盾构机内渗漏，保压系统失衡；

（4）盾尾密封：盾尾密封系统的不适应性或受管片及周围土体的磨损影响，导致盾构间隙增大或油脂仓保压失效，盾构机发生渗漏；

（5）数据采集系统、传感器失灵：受开挖面恶劣条件影响，盾构工作面数据采集系统、传感器有失效风险，盾构掘进参数或正面舱压等指标无法准确显示；

（6）液压推进系统漏油：液压推进系统漏油，推力不足可能导致盾构后退风险；

（7）注浆管路堵塞：由于浆液残留结块等原因可能导致注浆管路堵塞，无法进行正常的同步注浆；

（8）主轴承断裂：由于主轴承磨损或在掘进复杂地层中偏心力矩致过大可导致主轴承断裂。

2.3江底冒浆风险

由于隧道穿越复合地层、上软下硬地层控制难度大，卵砾石层、粉砂岩层等地层表现为孔隙较大的特点，要依据地层条件及时调整泥浆质量和泥水压力，加

土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理

2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理 傅德明 上海市土木工程学会 1 土压平衡盾构的结构原理 土压平衡盾构的基本原理 土压平衡盾构属封闭式盾构。盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土、水压基本相同，故掘削面实现平衡(即稳定)。示意图如图所示。由图可知，这类盾构靠螺旋输送机将碴土(即掘削弃土)排送至土箱，运至地表。由装在螺旋输送机排土口 处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。 1.1.1 稳定掘削面的机理及种类 土压盾构稳定掘削面的机理，因工程地质条件的不同而不同。通常可分为粘性土和砂质土两类，这里分别进行叙述。 1.1.1.1 粘性土层掘削面的稳定机理 因刀盘掘削下来的土体的粘结性受到破坏，故变得松散易于流动。即使粘聚力大的土层，碴土的塑流性也会增大，故可通过调节螺旋输送机转速和出土口处的滑动闸门对排土量进行控制。对塑流性大的松软土体也可采用专用土砂泵、管道排土。 地层含砂量超过一定限度时，土体流性明显变差，土舱内的土体发生堆积、压密、固结，致使碴土难于排送，盾构推进被迫停止。解决这个问题的措施是向土舱内注水、空气、膨润土或泥浆等注入材，并作连续搅拌，以便提高土体的塑流性，确保碴土的顺利排放。 1.1.1.2 砂质土层掘削面的稳定机理 就砂、砂砾的砂质土地层而言，因土颗粒间的摩擦角大故摩擦阻力大；渗透系数大。当地下水位较高、水压较大时，靠掘削土压和排土机构的调节作用很难平衡掘削面上的土压和水压。再加上掘削土体自身的流动性差，所以在无其它措施的情况下，掘削面稳定极其困难。为此人们开发了向掘削面压注水、空气、膨润土、粘土、泥水或泥浆等添加材，不断搅拌，改变掘削土的成分比例，以此确保掘削土的流动性、止水性，使掘削面稳定。 1.1.1.3 土压盾构的种类 按稳定掘削面机构划分的土压平衡盾构大致有如下几种，见表1。 表1 土压盾构的种类 图1 土压盾构基本形状

超大直径泥水平衡盾构穿越深水浅覆土区风险分析与对策研究

超大直径泥水平衡盾构穿越深水浅覆土区风险分析与对策研 究 摘要：本文以南京纬三路过江隧道工程超大直径泥水平衡盾构机穿越江中深槽段施工为例，通过对风险源的分析与应对措施研究，提出了超大泥水平衡盾构长距离穿越深水浅覆土地区应对措施。 1.工程背景 南京纬三路过江通道工程采用直径14.93m泥水平衡盾构，盾构穿越江中深槽段总长度为586m，该段掘进全部位于江中段，是工程中风险最高、难度最大的施工区段。在该段深槽线路范围内，线路位于右偏R=1500m的圆曲线内，线路为V字型，坡度从-3.892%过最低点（SDK4+780）后变为2.45%。江底最低覆土深度为14.46m（到盾构机顶部），水深最深为34.9m（2009年9月数据）。江中段地质情况见表1。 表1 地质分层分段情况表 2.施工风险分析 2.1地质勘测准确性风险 由于江底深水地质勘测难度大、成本高，准确性也难以保证，江底隧道地质勘探具有极大的局限性，遇到未勘查清楚的不良地质或存在未查明的地下障碍物的风险十分可能发生。因此，施工准备阶段和施工过程中，需要通过对筛分渣样的分析达到地质预测的目的，可部分揭示开挖面前方地层情况。同时江底可能会出现特异性的障碍物，如废弃铁块、沉船等影响盾构掘进。 2.2盾构机的适应性、可靠性风险 盾构机选型极大程度上是工程成功的决定性因素，盾构机穿越江底掘进过程中，盾构机选型尤为重要，主要表现在以下几个方面： （1）刀盘、刀具磨损：盾构机长距离掘进对刀盘、刀具磨损大；在软硬不均的地层及卵石地层掘进时，刀具不可避免的产生卡刀或偏磨等问题。 （2）泥浆泵及管路磨损、堵塞：泥水循环回路泥浆中的砂石成分会磨损泥浆泵及排送管路，导致盾构机排渣不畅； （3）主轴承磨损，密封件防水失效：因主轴承在长距离掘进被磨损可能导致密封件防水失效，泥浆向盾构机内渗漏，保压系统失衡； （4）盾尾密封：盾尾密封系统的不适应性或受管片及周围土体的磨损影响，导致盾构间隙增大或油脂仓保压失效，盾构机发生渗漏； （5）数据采集系统、传感器失灵：受开挖面恶劣条件影响，盾构工作面数据采集系统、传感器有失效风险，盾构掘进参数或正面舱压等指标无法准确显示； （6）液压推进系统漏油：液压推进系统漏油，推力不足可能导致盾构后退风险； （7）注浆管路堵塞：由于浆液残留结块等原因可能导致注浆管路堵塞，无法进行正常的同步注浆； （8）主轴承断裂：由于主轴承磨损或在掘进复杂地层中偏心力矩致过大可导致主轴承断裂。 2.3江底冒浆风险 由于隧道穿越复合地层、上软下硬地层控制难度大，卵砾石层、粉砂岩层等地层表现为孔隙较大的特点，要依据地层条件及时调整泥浆质量和泥水压力，加

泥水平衡盾构机施工方案

针对本项目的特性技术方案简述 施工技术篇 一、工程概述 二、总体施工部署及施工思路 2.1 初步施工安排 2.2 总体计划 2.3 工程管理目标 2.4 施工的前准备工作 2.5 施工组织管理 2.6 项目施工总体思路及工艺 2.7 施工总平面图布置规划 三、重点、关键和难点工程的施工方案、工艺及其措施简述 3.1 重点、关键和难点工程分析及应对措施 3.1.1 城市中心区的和谐施工 3.1.2 交通疏解、管线改迁及征地拆迁对工程前期推进影响大 3.1.3 盾构始发与到达施工难度大 3.1.4 基坑安全施工 3.1.5 顶管施工重难点分析及应对措施 3.1.6 泥水盾构刀盘、刀具设计 3.2 本项目主要工程施工方案及工艺简述 3.2.1 竖井（工作井）施工 3.2.2 顶管施工 3.2.3 盾构施工 3.2.4 管道功能性试验 3.2.5 其他附属及机电安装工程 四、交通疏导方案规划 4.1 交通疏导原则及规定 4.2 交通疏解实施程序 4.3 交通疏解方案

五、地下管线及其他地上地下设施的保护加固措施 5.1 地下管线保护措施 5.2 建构筑物保护措施 六、施工保障措施 6.1 施工质量保障措施 6.1.1 质量目标 6.1.2 质量保证体系 6.1.3 质量保证制度 6.1.4 主要工程施工质量控制措施 6.2 施工安全保障措施 6.2.1 安全目标 6.2.2 安全保证体系 6.2.3 安全保证制度 6.2.4 主要工程施工安全控制措施 6.3 应急预案 6.3.1 应急救援中心的职责 6.3.2 信息报告及处理 6.3.3 应急决策及响应 6.3.4 应急救援的资源配置 6.4 文明施工及环境保护措施 6.4.1 管理体系 6.4.2 文明施工措施 6.4.2 环境保护措施 七、本项目拟配备的机械设备情况

泥水平衡盾构机施工总结

泥水平衡盾构机施工总结 本工程是我单位常规直径地铁盾构第一次采用泥水盾构机施工。在施工、操作方面可借鉴经验不多，造成在施工中走过了不少弯路，出现了许多问题。泥水盾构机操作的基本原则是：控制切口压力在技术交底范围内稳定和盾构机姿态在设计要求范围内的前提下，实现盾构机正常掘进。切口压力的稳定是保证地面沉降、安全掘进的前提条件，而盾构机姿态决定隧道走向是否与设计路线符合，成型隧道符合设计要求的先决条件。如果在掘进期间，切口压力不稳定，波动较大的话，轻则沉降较大，重则引起地面塌方。所以在操作泥水盾构机的时候，每一个操作手必须清楚的明白，保证切口压力稳定的重要性。而盾构机姿态是决定我们的施工是否按设计路线施工，如果出现姿态超限，轻则隧道管片出现错台、开裂、漏水等质量问题，重则需要联系设计单位和业主，进行调线。通过一年多的泥水盾构机施工经验，结合自己以前土压平衡盾构机的操作经验，对泥水盾构机的施工和质量控制方面的一些想法做如下总结。 一．工程概况： 东莞市城市快速轨道交通R2线工程（东莞火车站～东莞虎门站段）[2303A标：榴花公园站、茶山站～榴花公园站区间]土建工程施工项目，位于方中路上的茶山站后，正线隧道与出入段线隧道并行约100m由东向西穿越宽约200米的寒溪河，进入东岸大片农田（此时出入段线进入寒溪河东岸的东城车辆段）、通过中间风井及河西岸的数幢别墅后进入莞龙路。线路继续沿莞龙路前行，绕避了数架人行天

桥后到达榴花公园前的榴花公园站结束。 本标段起讫里程YDK2+298.728~ YDK5+502.598，包含1个明挖车站（【榴花公园站】）和1个区间（【茶山站～榴花公园站区间】），1条出段线盾构隧道（【中间风井~出段线盾构井】），1条入段线盾构隧道（【茶山站~入段线盾构井】）。其中正线段茶山站~榴花公园站区间左线起讫里程为：ZDK2+301.000~ZDK3+497.720、 ZDK3+653.485~ZDK4+118.812，左线长1662.041m; 右线起讫里程为：YDK2+298.728~YDK3+434.162、YDK3+601.659~ YDK4+110.000，右线长1643、775m；区间正线总长3406.628m。其中ZDK3+653.485~ZDK3+746.000、YDK3+601.659~ YDK3+690.000采用矿山法开挖，盾构管片衬砌。 二.操作注意事项： （一）泥浆粘度控制 在泥水盾构中，泥浆的作用有两种：维持开挖面稳定和运送弃土。泥水盾构机施工时稳定开挖面的原理为：以泥水压力来抵抗开挖面的土压力和水压力以保持开挖面的稳定，同时，控制掌子面变形和地面沉降；在掌子面形成弱透水性泥膜，保持泥水压力有效作用于掌子面。泥浆作为一种运输介质将开挖下来的渣土以流体形式输送，经地面泥水处离处理设备分离，将处理过的渣土运至弃土场。 泥浆的比重和粘度等性能决定它稳定开挖面和携带渣土的能力。（1）泥浆比重 为保持开挖面的稳定，即把开挖面的变形控制到最小限度，泥

泥水平衡盾构始发工艺

- 217 - 始发端地层加固 安装始发基座 盾尾通过洞口密封后进行注浆回填 盾构掘进与管片安装 泥水平衡盾构始发工艺 3.5.1 工艺概述 盾构始发是指盾构从组装调试，到盾构完全进入区间隧道并完成试掘进为止的施工过程。根据大量的工程经验，盾构的始发是盾构施工最为危险，也是最为重要的一个环节。顺利的始发能显著的节约工期、人力和物力。一旦始发出现事故，则必定是较为重大的事故，轻则造成工期延误，浪费资源，重则损坏主要施工机器和已经完成的隧道，造成巨大损失。 3.5.2 作业内容 主要作业内容：调制浆设备安装调试，泥浆的调制，泥水分离设备的安装调试，始发端地层加固，端头洞门凿除，始发基座安装，盾构机组装调试，安装反力架及洞门密封，安装负环管片， 注浆回填，盾构掘进与管片安装。 3.5.3 工艺流程图 图 3.5.3-1 泥水盾构始发流程框图 3.5.4 工序步骤 一、调制浆系统组装调试 1. 调制浆系统过渡池、调整池、新浆池、 清水池、废浆池的设置。 过渡池根据实际情况分为几级，用来接 收从分离站流过来的浆液，调整池和 P1.1 泵连接，向洞内提供循环泥浆，新浆池用来 调制新浆，清水池存放清水，废浆池用来存 放比重过大的废浆。这些池子可以在地上挖 也可是地面上的容器，根据现场情况确定。 调制浆系统及泥水分离设备安装调试 调制泥浆 安装负环管片与盾构机负载调 安装反力架、 洞口密封 盾构机组装、空载调试 端头洞门凿除

2.调制浆系统泵、搅拌机、刮泥机的安装调试。 每个过渡池中配备一台刮泥机以防止浆液沉淀，调整池中配备一台搅拌机保证浆液均匀。新浆池配备一台上料泵和一台将新浆送至调整池的渣浆泵，废浆池中配备一台渣浆泵将废浆抽出丢弃。清水池配备一台清水泵向各个池子送清水。泥浆从上级过渡池到下级过渡池及从过渡池调整池是通过泥浆槽自流进去的。 二、分离设备安装调试 1.基础设计 分离设备的基础是混凝土制成的槽，分离设备安装在混凝土槽的墙上。基础的结构形式根据分离设备的形式而定。 2.分离设备安装及管线布置 分离设备安装就是根据规范将设备安装在基础上。管线布置主要是从分离设备到过渡池的管线布置。泥浆从分离设备到过渡池是通过泥浆自流完成的。这需要泥水分离设备的基础高于过渡池的基础。 三、调制泥浆 在盾构机负载调试之前要制备循环泥浆。新浆的调制在新浆池中进行。添加剂会隧隧道地层的不同而变化。调制好的泥浆用渣浆泵抽至调整池中。 四、始发洞口地层加固、洞门凿除和洞门密封系统的安装。 1.始发洞口的地层加固 洞门地层加固方法如前所述。 2.洞门凿除 盾构始发的站或井的围护结构一般为钢筋混凝土的桩或连续墙，盾构刀盘无法直接切割通过，需要人工凿除。洞门凿除的时机必须把握良好，凿除太迟耽误盾构出洞，凿除太早让洞门后的土体暴露时间过长。一般直径为 6.6m，厚度为一米的洞门，人工凿除需要两个星期的时间。 洞门凿除施工时，不能把所有的钢筋和混凝土全部除掉，应保留围护结构的最后一层钢筋和钢筋保护层，待盾构刀盘到达之后再割除最后一层钢筋网，不能直接暴露出土体。 洞门凿除所用主要机具和人员为： 10 立方空压机一台、风搞 6～8 把、气割设备 2 套、铁锨若干，人员每班 8～10 个。 3.洞门密封系统的安装 洞门密封系统的作用为保证洞门口处的管片背后可靠注浆，对防止隧道贯通后的水土流失也能起到一定的作用。 洞门密封系统最好采用帘布橡胶板加折页压板的方式。 洞门密封系统主要由洞门框预埋的钢环板、帘布橡胶板、折页钢压板固定螺栓及垫片等组成。这种结构的优点为简单可靠，不需要人工调整，折页压板可以自动压紧在盾壳和管片上，可以保证注浆时浆液不会外漏。 五、盾构组装调试和反力架的安装 1.始发基座的安装就位 始发作为盾构拼装和试推进的工作平台，其拼装的要求就是精确和牢固。 始发基座一般分为基础部分和托架部分。基础部分一般为钢筋混凝土的条形梁结构，表面预埋钢板，其主要作用是为托架部分提供牢固和高度合适的平台。 托架部分为钢制的弧形结构，可以很好的托起盾构主机。托架部分为现场拼装，然后根据盾 构主机的始发中心位置精确定位，最后和基础部分的预埋钢板牢牢焊接固定。 2.盾构的组装调试 始发机座安装固定完成后，就开始盾构的组装调试。 首先，依次放下盾构的后配套系统，然后推入始发竖井的后部，为主机拼装让开空间，并分别连接。如果竖井内没有空间放下后配套系统，那就只有把后配套系统放在地面了，然后用延长管线连接后配套和主机。 主机的拼装是盾构组装最困难部分。主机的各部件体积和重量都很大，需多台吊机协调吊装，需各作业人员配合默契。主机各部件的连接要求很高，需要作业人员有较高的专业素质和丰富的经验。 盾构主机与后配套拼装连接完成后，就可以依次进行电气、液压等系统的调试。 - 218 -

盾构知识试题

盾构知识试题 1、在盾构隧道贯通区间始发工作井联系测量不应少于次； 2、隧道贯通前地下控制导线和控制水准测量中，重合点坐标较 差应少于mm，且应采用平均值作为测量结果； 3、钢筋混凝土管片模具周转次必须进行检验； 4、管片不应存在露筋、孔洞、疏松、夹渣等缺陷，麻面面积不 得大于管片面积的。 % % % % 5、根据盾构的横向和竖向偏差及转动偏差，不能采用措施 调整盾构姿态； A.千斤顶分组控制 B. 反转刀盘 C.仿行到适量超挖 D. 打开铰接 6、盾构到达接收工作井米前，必须对盾构轴线进行测量并

作调整，保证盾构准确进入接收洞门； A. 100 C. 150 7、在带压进仓作业中，下列不符合《盾构法隧道施工与验 收规范》的规定； A.仓内压力为～时，仓内作业时间不得超过5小时； B.仓内的有毒有害气体检测可进行投入活体小动物进行试验； C.仓内压力为～时，作业人员出仓减压时间不少于51min； D.不论进仓人员身体素质如何，24小时内只允许进仓工作1次； 8、盾构隧道内空气中氧气含量不得少于； ％％％％ 9、在《盾构工程重大风险源控制关键节点验收管理办法》中， 对于采用搅拌、旋喷加固的到达端头，洞门水平探孔数量不得少于个，且孔深进入加固体不少于； 10、《盾构发隧道施工与验收规范》（GB50446）于正式实施； 、下列不属于混凝土管片严重外观质量缺陷； A.混凝土表面缺少水泥砂浆而形成石子外露

B.密封槽部位在长度500mm的范围内存在直径大小5mm、深度 大于5mm的气泡超过5个 C.混凝土中局部不密实 D.管片菱角磕碰、飞边 12、我司《盾构工程重大风险源关键节点验收管理办法》，风险 控制关键节点设置未包括； A.穿越重要建（构）筑物前 B.过江过河前 C.重要的换刀作业和气压作业前 D.联络通道特殊管 片的切割前 13、始发、到达端头加固体检查，如原土体为软土地层时，宜采 用的检测方法为； A.水平探孔 B.垂直抽芯C标准灌入试验. D. A+B 14、常用的盾构机盾尾钢丝刷，在注浆时为了防止盾尾刷击穿， 一般注浆压力不宜超过； 、在下列盾构机纠偏措施中，不正确的是； A.偏移量较大时，纠偏也要采取逐环、小量纠偏措施； B.在纠偏过程中，盾构机姿态变化应控制在每环±5mm之内； C.当盾构机处于轴线左边时，在纠偏时要首先提高盾构机左侧分

2.土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理

2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理 上海市土木工程学会 1土压平衡盾构的结构原理 1.1土压平衡盾构的基本原理 图1土压盾构基本形状 土压平衡盾构属封闭式盾构。盾构推进时，其前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土、水压基本相同，故掘削面实现平衡(即稳定)。示意图如图6.1所示。由图可知，这类盾构靠螺旋输送机将碴土(即掘削弃土)排送至土箱，运至地表。由装在螺旋输送机排土口处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。 1.1.1稳定掘削面的机理及种类 土压盾构稳定掘削面的机理，因工程地质条件的不同而不同。通常可分为粘性土和砂质土两类，这里分别进行叙述。 1.1.1.1粘性土层掘削面的稳定机理 因刀盘掘削下来的土体的粘结性受到破坏，故变得松散易于流动。即使粘聚力大的土层，碴土的塑流性也会增大，故可通过调节螺旋输送机转速和出土口处的滑动闸门对排土量进行控制。对塑流性大的松软土体也可采用专用土砂泵、管道排土。 地层含砂量超过一定限度时，土体流性明显变差，土舱内的土体发生堆积、压密、固结，致使碴土难于排送，盾构推进被迫停止。解决这个问题的措施是向土舱内注水、空气、膨润土或泥浆等注入材，并作连续搅拌，以便提高土体的塑流性，确保碴土的顺利排放。 1.1.1.2砂质土层掘削面的稳定机理

就砂、砂砾的砂质土地层而言，因土颗粒间的摩擦角大故摩擦阻力大；渗透系数大。当地下水位较高、水压较大时，靠掘削土压和排土机构的调节作用很难平衡掘削面上的土压和水压。再加上掘削土体自身的流动性差，所以在无其它措施的情况下，掘削面稳定极其困难。为此人们开发了向掘削面压注水、空气、膨润土、粘土、泥水或泥浆等添加材，不断搅拌，改变掘削土的成分比例，以此确保掘削土的流动性、止水性，使掘削面稳定。 1.1.1.3土压盾构的种类 按稳定掘削面机构划分的土压平衡盾构大致有如下几种，见表1。 表1土压盾构的种类

盾构始发风险

2 始发风险 （1）破壁时涌水涌砂 在对洞门凿除时，正面土体由于采用高压旋喷桩加固，强度较高，不易出现坍塌，主要风险因素为加固土体与竖井外壁表面结合薄弱，以及高压旋喷桩之间的密实度未达到施工要求，在高外水压力作用下，形成渗漏通道，大量的涌水涌砂会对始发造成严重影响，甚至会威胁到井内人员和设备的安全。 （2）盾构密封失效 盾构施工中，盾构内部是完全密封的，始发过程中，在强大的外部压力下，盾尾密封装置若配置不合理或受力后被磨损、撕拉后容易失效，造成隧洞内部涌水涌砂。管片由于拼装出现质量问题也有可能产生裂缝，形成渗漏，从而影响施工进度，严重时可能造成安全事故。 （3）泥水压力达不到平衡 盾构机刀盘切入掌子面后，要建立泥水压力平衡，由于洞门钢圈与盾壳之间存在缝隙，有可能出现泥水外溢现象，造成泥水大量损失，盾构机泥水平衡难以建立。 （4）盾构前方土体塌方 盾构机掘进时，泥水不断循环，保持开挖面相对平衡，但由于本工程地层条件复杂，在遇到砂土、卵石以及泥砾石层和砂砾石层时，渗透系数突然加大，会导致泥水大量流失从而引起泥水仓失去平衡造成盾构机前方土体坍塌。 （5）高水压下主驱动密封系统失效 在掘进施工过程中，还应特别注意主驱动密封系统的稳定性。 （6）隧洞上浮 在建立泥水平衡开始正常掘进时，具有一定压力的泥水会从开挖面沿着盾壳窜至盾尾，甚至窜到已建成的隧洞衬砌外。实际施工中发现，泥水会从开挖面一直窜至盾尾约30米处，已建成的隧洞就会处于泥水的包裹中而产生上浮的风险。 （7）其它风险 大雨台风等恶劣天气、隧洞内燃烧和焊接事故等。 3 防范措施 （1）为防止洞门凿除时发生涌水涌砂，对盾构始发区地基采用高压旋喷桩进行加固，提高土体承载力，降低土体渗透系数，为提高安全系数，对洞口区正面土体又进行全面冷冻

泥水平衡盾构机

安徽砼宇新产品：泥水平衡盾构机 安徽砼宇特构科技有限公司是一家以生产混凝土管材、装配式检查井、装配式箱涵以及异型砼构件为主的高新技术企业。公司成立于2007年6月，专注从事新型混凝土构件研发、生产、销售和服务与非开挖管道施工项目。 多年来，企业一直以新产品研发并转化应用为目标，而经过近几年公司的不断努力、创新、发展，目前又一新产品项目——第一台直径1.5米F型顶进管道使用的泥水平衡盾构机诞生。这是公司由传统的水泥构件产品走向另一装备制造业高端行业的新的发展成果。 由于泥水平衡机器不需要开挖地面层，能穿越地面构筑物和地下管线及公路、铁路、河道，节省大量的投资和时间，这项技术的快速发展也使市政工程需敷设的大量上、下水道、煤气、电力、通信工程时，对城区的交通、噪音、粉尘的危害和影响大大降低。是真正的无污染、高效率的施工技术。 机器通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，在机械式盾构的刀盘的后侧，其刀盘后面有一个密封隔板，把水、粘土及其添加剂混合制成的泥水，经输送管道压入泥水仓，待泥水充满整个泥水仓，并具有一定压力，形成泥水压力室，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离场，经分离后泥浆重复使用。 8月31日，我公司泥水平衡机器已于上午11时在工友的协助下发往铜陵工地。建设单位为铜陵市义安区住房和城乡建设局，施工单

位为铜陵营造有限责任公司，使用项目于铜陵市东部城区钟鸣路。 产品技术参数 1、最大回转力110KN/m;回转速度2.8rp/m; 2、纠偏油缸数量4只；油压31.5MPa；行程50mm； 3、最大纠偏角度3° 产品具体参数

产品内部细节图：

泥水平衡盾构机采购技术条件

泥水平衡盾构机采购技术条件Technical Specifications for Purchasing Slurry Shield Machine 中国石化管道储运公司华东管道设计研究院　彭云超/PENG Yunchao　胡乾彬/HU Qianbin 1　穿越项目使用条件 一般说来，盾构机采购时需要提供第一个使用项目的详细的设计资料，以保证盾构机的直接适用性。考虑到盾构机可多次使用，还应提供针对其他可能地质情况或其他参数，以扩大盾构机的适用范围，达到经济节约的效果。 1.1　黄石长江盾构穿越位置及平面 根据已有仪长原油管道黄石盾构穿越的大体位置，在其上游选择了一个穿越断面，黄颡口断面位于仪长管道穿越断面北侧约150m处。左岸位于黄冈市蕲春县蕲洲镇扎营港北，有蕲春至武穴沿江公路可依托；右岸位于黄石市阳新县黄颡口镇下堡村，有112省道可依托。两岸道路都能满足设备进场，交通条件优越。 仪长原油管道始发井设置在南岸，有较好的水电条件，有管片预制场地，进场道路，始发条件较好，本次穿越始发井仍旧设置在南岸。 盾构隧道的始发井中心坐标H C J01（X=****，Y=****）。到达井坐标为：HCJ02(X=****，Y=****)。隧道中心线为HCJ01和HCJ02连线，隧道竖井中心点间距投影长度为L=1390m（隧道净长1381m）。 1.2　隧道纵断面设计 本穿越断面形状多年变化小，深槽稳定。目前最深点高程为-16.9m，历史上最大冲刷深度高程为-17.1m。从确保安全的角度，隧道顶部埋深考虑为河床以下12m，高程为-29.1m。 隧道设计保证隧道的穿越深度，避开煤层，在煤层以下穿越，从始发井至到达井，依次经过第⑦层灰岩长557m，第⑥层含卵石粗砂长约1m，第⑤层中粗砂长17m，第④层细砂长263，第③层粉砂长152m，第④层细砂长32m，第⑦层灰岩长329m。 隧道的纵坡设计控制点从始发井开始473.1m，下行坡度30‰，其后431.6m，上行坡度为3‰，最后473.7m，上行坡度为30‰至到达井，隧道两坡度之间设R＝2000m的竖向曲线。 隧道在两岸江堤下覆土厚度分别为45.5m、44m。 黄石长江穿越隧道纵断面图及详细地质勘察资料由附件提供。 2　主要参数与总体性能要求 2.1　主要参数 根据黄石长江穿越的具体数据，结合盾构机在以后项目中可能的遇到的各种工况，提出以下主要参数。 （1）盾构机规格类型：内径3500mm泥水平衡盾构机。 （2）隧道尺寸大小：隧道采用环片初衬，环片内径为3500m m，厚度为250m m，宽度1200m m，每环环片数6片，最大单块重量为1960kg。 （3）适用性：适应的地层包括淤泥、粘土、砂土、砾石、卵石、岩石（岩石单轴抗压强度不低于100MPa）。 （4）设计使用寿命：主轴承寿命不小于10km隧道。 （5）曲线掘进水平最小曲率半径400m，竖向最小曲率半径1000m。 （6）埋深约28～60m，最大地下水压力6ba r，平均水压力4bar。 （7）坡度，隧道上行和下行坡度分别为4％。 摘 要：在油气管道上越来越多的采用小断面泥水平衡盾构机，盾构机是一套复杂的施工设备，目前国内采购的泥 水平衡盾构机基本全部来自进口。根据中石化川气东送盾构采购计划，采购的盾构要既要适应黄石长江下的石灰岩地 质，又要满足在粉土、砂土，粘土，岩石等各种地质下的穿越要求。在借鉴相关单位采购经验及对主要盾构生产企业的调 研基础上，提出了采购盾构机的主要关键技术条件。对于企业采购全套设备包括盾构主机，备品备件，及相关辅助设备 提供了较完整的清单，明确了主要参数，并对技术服务、设计图纸、检验和验收、设备质量保证等提出了具体要求。 关键词：泥水平衡　盾构机　采购　技术条件 101 2009.04建设机械技术与管理

泥水平衡盾构掘进施工工艺

泥水平衡盾构掘进施工工艺 3.7.1工艺概述 泥水加压式盾构是在机械掘削式盾构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，来谋求开挖面的稳定。盾构推进时由旋转刀盘切削下来的土砂经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，这是泥水加压平衡盾构法的主要特征。 3.7.2作业内容 泥水平衡盾构掘进施工与土压平衡盾构机的不同点：在地面进行调制浆，泥水循环系统控制，泥浆管延伸。其他相同。 3.7.3工艺流程图 泥水平衡盾构掘进作业流程参见图 3.7.3-1。 图3.7.3-1 掘进作业流程图 - 227 -

3.7.4工序步骤 一、开启分离设备 泥水分离厂首先要进行调制浆工作，在盾构机开始掘进前盾构机控制室电话通知泥水处理厂 开启旋流器泥浆泵电机、振动筛电机等。 二、旁通循环 启动 P1.1 泵，P2.1 泵泵开始旁通循环，这里要注意一定要确保旁通阀是打开的，否则会发生严重后果。泥浆管延伸到一定距离加设 P3 泵（即P2.2 泵）后，还要开启 P3 泵。 三、掘进循环 首先开启进浆和出浆阀，然后关闭旁通阀开始工作泥浆循环，这里一定要注意阀的开关顺序，否则会引起管路破裂。 四、启动刀盘 1.启动刀盘驱动系统。 启动时注意电机不能同时启动，要注意启动间隔。 2.根据测量系统面板上显示的盾构目前滚动值选择刀盘旋转方向。滚动值为正选择正传，滚动值为负选择反转。 3.选择刀盘启动按扭。 4.旋动刀盘加速按钮慢慢给刀盘加速，转速要分几次加上去，以免造成过大液压冲击，损伤液压设备。 五、启动碎石机。 六、推进 1.使盾构机进入掘进模式。 2.打开推进控制按钮。 3.旋动推进速度控制按钮把速度定在一定的速度，开始掘进。 4.掘进时要根据盾构机姿态调整油缸的推力。 5.掘进期间主司机要时刻注意气垫仓的液位和顶部压力，控制进、排浆的流量。 6.掘进过程中要同步注入砂浆。 在盾构的掘进过程中，主司机也应随时注意巡检盾构的各种设备状态，如泵站噪声情况，油脂及润滑系统原料是否充足，轨道是否畅通，注浆是否正常等。同时应时刻监视气垫仓液位和土仓顶部压力，根据测量系统屏幕上显示的值调整盾构的姿态。发现问题立即采取相应的措施。 七、停止掘进 当掘进结束时，按以下顺序停止掘进： 1.停止推进系统； 2.待扭矩减小到一定值后停止刀盘，关掉驱动液压泵； 3.减小 P1.1、P2.1、P3 泵的功率； 4.打开旁通阀，快速关闭通往前面的所有阀，进入旁通循环；（这里顺序一定要注意） 5.继续慢慢减小 P1、P2、P3 泵的功率直至关闭； 6.关掉碎石机泵； 7.泥水分离厂逐渐关闭各设备； 8.若马上准备安装管片，则使盾构机进入安装模式。 八、管片安装 九、管片安装完毕进行下一循环掘进，如果泥浆管、钢轨、水管、风筒用尽，则要相应接泥浆管，钢轨，水管，风筒后再掘进。 电缆延伸需要停机进行；人行踏板延伸不影响掘进。 - 228 -

土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理

土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT

2土压平衡盾构与泥水平衡盾构的结构原理 上海市土木工程学会 1土压平衡盾构的结构原理 土压平衡盾构的基本原理 图1 土压盾构基本形状 土压平衡盾构属封闭式盾构。盾 构推进时，其前端刀盘旋转掘削地 层土体，切削下来的土体进入土 舱。当土体充满土舱时，其被动土 压与掘削面上的土、水压基本相 同，故掘削面实现平衡(即稳定)。示意图如图所示。由图可知，这类盾构靠螺旋输送机将碴土(即掘削弃土)排送至土箱，运至地表。由装在螺旋输送机排土口处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。 1.1.1 稳定掘削面的机理及种类 土压盾构稳定掘削面的机理，因工程地质条件的不同而不同。通常可分为粘性土和砂质土两类，这里分别进行叙述。 1.1.1.1粘性土层掘削面的稳定机理 因刀盘掘削下来的土体的粘结性受到破坏，故变得松散易于流动。即使粘聚力大的土层，碴土的塑流性也会增大，故可通过调节螺旋输送机转速和出土口处的滑动闸门对排土量进行控制。对塑流性大的松软土体也可采用专用土砂泵、管道排土。 地层含砂量超过一定限度时，土体流性明显变差，土舱内的土体发生堆积、压密、固结，致使碴土难于排送，盾构推进被迫停止。解决这个问题的措施是向土舱内注

水、空气、膨润土或泥浆等注入材，并作连续搅拌，以便提高土体的塑流性，确保碴土的顺利排放。 1.1.1.2砂质土层掘削面的稳定机理 就砂、砂砾的砂质土地层而言，因土颗粒间的摩擦角大故摩擦阻力大；渗透系数大。当地下水位较高、水压较大时，靠掘削土压和排土机构的调节作用很难平衡掘削面上的土压和水压。再加上掘削土体自身的流动性差，所以在无其它措施的情况下，掘削面稳定极其困难。为此人们开发了向掘削面压注水、空气、膨润土、粘土、泥水或泥浆等添加材，不断搅拌，改变掘削土的成分比例，以此确保掘削土的流动性、止水性，使掘削面稳定。 1.1.1.3土压盾构的种类 按稳定掘削面机构划分的土压平衡盾构大致有如下几种，见表1。 表1 土压盾构的种类

泥浆的性能参数在泥水平衡盾构施工中的应用

Journal of Oil and Gas Technology 石油天然气学报, 2018, 40(2), 34-38 Published Online April 2018 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/1b7938446.html,/journal/jogt https://https://www.wendangku.net/doc/1b7938446.html,/10.12677/jogt.2018.402017 Application of Mud Performance Parameters in the Construction of Slurry Balance Shield Gaofeng Wang1, Qingfeng Zhan2, Zhan Zhang2, Qixian Guo2, Shukai Zhang2 1Public Utilities Administration of Chizhou City, Anhui Province, Chizhou Anhui 2No.4 Branch Company of China Petroleum Pipeline Engineering Co. Ltd., Langfang Hebei Received: Nov. 25th, 2017; accepted: Jan. 13th, 2018; published: Apr. 15th, 2018 Abstract The mud had an important influence on the tunneling effect of the slurry balance shield. The qual-ity of the mud application technology directly affected the project progress, cost, safety and quality. The mud performance parameters and its variation were systematically studied; by taking com-mon pebbles, clay and sand layer in the project as an example, the mud application cases in dif-ferent environments were systematically expounded. Keywords Slurry Balance Shield, Mud Performance, Variation Law

2017盾构操作技能大赛(判断题)

1. 对设备系统功能进行维保作业时，需要按下相应的急停按钮。（） 2.2.安装管片过程中，伸出推进油缸时，一定要把推进油缸压力适当减小，以避免在安装过程中推力过大，造成单片管片失稳或破坏管片。( ) 3.管片安装时，应从底部开始，然后自下而上左右交叉安装，最后插入封顶块管片成环。( ) 4.管片安装完成后，应将管片安装机的抓取头向下放置。( ) 5.管片安装机抓牢管片后，通过调整大油缸、旋转马达、抓取头翻转等将其准确定位到最终位置。( ) 6.进行管片安装时，应将盾构机工作模式转换到推进模式。( ) 7.激光全站仪是同时测量角度（水平和垂直）和距离的测量仪器。( ) 8.导向系统是用来监视盾构精确姿态，提供盾构相对于隧道设计轴线的详细偏差信息，便于用户及时纠正盾构的姿态。( ) 9.当掘进结束时，应先停止皮带输送机，然后关闭推进系统。( ) 10.膨润土的作用也是为了改善渣土的特性，使其更利于掘进和出渣。( ) 11.铰接缸的作用是为了盾构更好的适应直线掘进。( )

12.通过主监控界面可及时的了解整个系统的工作参数及变化情况，使我们能够较全面的掌握盾构机的工作情况。( ) 13.手动模式下，操作人员根据需求，启动相应的泡沫回路，自动加减泡沫的流量。( ) 14.自动模式下，操作人员需设置好膨胀率和注入率，自动模式启动后，一旦有推进压力，泡沫系统将自动计算泡沫需求量自动调节泡沫。( ) 15.齿轮油调试模式用以长时间忽略齿轮油运行的调试。( ) 16.能直接看到全部掘削面掘削状况的盾构机为封闭式盾构机。( ) 17.在掘削面与内仓之间设一层隔板，靠一些传感器间接地掌握掘削状况的盾构机属于敞开式盾构机。( ) 18.掘削刀盘的正面形状有轮辐形和面板形。( ) 19.面板形刀盘在对于地下水压大、易坍塌的土质中掘进时易喷水、喷泥。( ) 20.切刀通过刀刃和刀头部分插入到地层内部，象犁子犁地一样切削地层。( ) 21.先行刀是先行切削土体的刀具，超前切刀布置，因此也称为超前刀。( ) 22.仿形刀安装在刀盘的边缘上，通过一个液压油缸来控制仿形刀的伸出量，从而控制超挖范围。( )

泥水平衡盾构始发工艺流程

泥水平衡盾构始发工艺流程 3.5.1工艺概述盾构始发是指盾构从组装调试，到盾构完全进入区间隧道并完成试掘进为止的施 工过程。根 据大量的工程经验，盾构的始发是盾构施工最为危险，也是最为重要的一个环节。顺利的始发能显著的节约工期、人力和物力。一旦始发出现事故，则必定是较为重大的事故，轻则造成工期延误，浪费资源，重则损坏主要施工机器和已经完成的隧道，造成巨大损失。 3.5.2作业内容主要作业内容：调制浆设备安装调试，泥浆的调制，泥水分离设备的安装调试， 始发端地层 加固，端头洞门凿除，始发基座安装，盾构机组装调试，安装反力架及洞门密封，安装负环管片，注浆回填，盾构掘进与管片安装。 3.5.3 工艺流程图 图3.5.3-1 泥水盾构始发流程框图 3.5.4工序步骤 一、调制浆系统组装调试 1.调制浆系统过渡池、调整池、新浆池、清 水池、废浆池的设置。 过渡池根据实际情况分为几级，用来接 收从分离站流过来的浆液，调整池和P1.1 泵连接，向洞内提供循环泥浆，新浆池用来调 制新浆，清水池存放清水，废浆池用来存放比 重过大的废浆。这些池子可以在地上挖也可是 地面上的容器，根据现场情况确定。 -217-

2.调制浆系统泵、搅拌机、刮泥机的安装调试。每个过渡池中配备一台刮泥机以防止浆液沉 淀，调整池中配备一台搅拌机保证浆液均匀。新 浆池配备一台上料泵和一台将新浆送至调整池的渣浆泵，废浆池中配备一台渣浆泵将废浆抽出丢弃。清水池配备一台清水泵向各个池子送清水。泥浆从上级过渡池到下级过渡池及从过渡池调整池是通过泥浆槽自流进去的。 二、分离设备安装调试 1.基础设计分离设备的基础是混凝土制成的槽，分离设备安装在混凝土槽的墙上。基础的结构 形式根据 分离设备的形式而定。 2.分离设备安装及管线布置分离设备安装就是根据规范将设备安装在基础上。管线布置主要 是从分离设备到过渡池的管 线布置。泥浆从分离设备到过渡池是通过泥浆自流完成的。这需要泥水分离设备的基础高于过渡池的基础。 三、调制泥浆在盾构机负载调试之前要制备循环泥浆。新浆的调制在新浆池中进行。添加剂会 隧隧道地层 的不同而变化。调制好的泥浆用渣浆泵抽至调整池中。四、始发 洞口地层加固、洞门凿除和洞门密封系统的安装。 1．始发洞口的地层加固洞门地 层加固方法如前所述。 2．洞门凿除盾构始发的站或井的围护结构一般为钢筋混凝土的桩或连续墙，盾构刀盘无法直接切割通 过，需要人工凿除。洞门凿除的时机必须把握良好，凿除太迟耽误盾构出洞，凿除太早让洞门后的 土体暴露时间过长。一般直径为6.6m，厚度为一米的洞门，人工凿除需要两个星期的时间。洞门凿除施工时，不能把所有的钢筋和混凝土全部除掉，应保留围护结构的最后一层钢筋和 钢筋保护层，待盾构刀盘到达之后再割除最后一层钢筋网，不能直接暴露出土体。 洞门凿除所用主要机具和人员为： 10立方空压机一台、风搞6～8把、气割设备2 套、铁锨若干，人员每班8～10个。 3．洞门密封系统的安装洞门密封系统的作用为保证洞门口处的管片背后可靠注浆，对防止隧道贯通后的水土流失也 能起到一定的作用。洞门密封系统最好采用帘布橡胶板加折页压板的方式。洞门密封系统主要由洞门框预埋的钢环板、帘布橡胶板、折页钢压板固定螺栓及垫片等组成。 这种结构的优点为简单可靠，不需要人工调整，折页压板可以自动压紧在盾壳和管片上，可以保证注浆时浆液不会外漏。 五、盾构组装调试和反力架的安装 1．始发基座的安装就位始发作为盾构拼装和试推进的工作平台，其拼装的要求就是精确和牢固。始发基座一般分为基础部分和托架部分。基础部分一般为钢筋混凝土的条形梁结构，表面预 埋钢板，其主要作用是为托架部分提供牢固和高度合适的平台。托架部分为钢制的弧形结构，可以很好的托起盾构主机。托架部分为现场拼装，然后根据盾 构主机的始发中心位置精确定位，最后和基础部分的预埋钢板牢牢焊接固定。 2．盾构的组装调试始发机座安装固定完成后，就开始盾构的组装调试。首先，依次放下盾构的后配套系统，然后推入始发竖井的后部，为主机拼装让开空间，并分 别连接。如果竖井内没有空间放下后配套系统，那就只有把后配套系统放在地面了，然后用延长管线连接后配套和主机。 主机的拼装是盾构组装最困难部分。主机的各部件体积和重量都很大，需多台吊机协调吊装，需各作业人员配合默契。主机各部件的连接要求很高，需要作业人员有较高的专业素质和丰富的经验。 盾构主机与后配套拼装连接完成后，就可以依次进行电气、液压等系统的调试。 -218-