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1、富水富含大粒径漂石复合地层盾构隧道施工工法1 前言盾构法作为集成了多种设备功能的全机械化隧道建设设备，在地下隧道建设中应用越来越普及，其自动化程度高，具有安全、快速等特点，但由于盾构设备、工艺在不同地层区别较大，在粒径较大的卵漂石、孤石地层建设隧道如何破碎，是盾构领域未妥善解决施工难点，在富水条件下的施工难度更大，风险更高。在北京地铁9号线施工筹备阶段，隧道邻近一大型基坑揭示地层中密集分布直径超过1000mm漂石，且强度超过300Mpa，经工作井探查，最大漂石粒径为15001700mm，隧道每掘进一环地层中遭遇粒径1000mm以上漂石至少2块、粒径800mm以上漂石至少4块，其中粒径500mm
2、以上漂石体积比超过50%。为盾构设备选型及施工筹划带来了前所未有的挑战，经查证国内外无类似工程实例可供参考。此次采用盾构法在潜水下漂石地层中完成隧道施工，通过对盾构工艺的系统改善、技术创新，利用盾构设备，成功解决了较高水压条件下连续破碎密集高强度、大粒径漂石的隧道建设的工程难题，摸索、形成了一套该种地层盾构施工的成熟技术。工程实施过程中申请了多项发明和实用新型专利，目前获批的国家专利有（发明型专利为201210457261.7、201210410081.3；实用新型专利为201220614474.1、201220598258.2、201220293261.3）。项目成果属于国内外首例，工程实践
3、证明，该工法具有较高的技术创新水平、设备机具配合高效、操作参数准确、节能增效、经济合理，大幅度拓展盾构法施工适用领域。2 工法特点2.1突破了束缚地下工程建设诸多技术难题，拓展了地下工程建设前景，将土压平衡盾构应用范围进行了较大幅度的延伸，储备了在更深地层、更广地域建设隧道的技术手段。2.2可以在潜水中、扰动可控条件下解决利用盾构刀盘、刀具在刀盘前方机械连续破碎漂石、孤石等，利用渣土改良手段将均匀破碎的漂石碎块顺利由螺旋机排出，突破了漂石地层对于盾构法施工的限制。2.3研究并改进设备各系统在潜水环境下密封、润滑状态，尤其是人闸、铰接、螺旋、盾尾等部位，可以有效降低能源消耗、改善设备运行状态，并
4、确保隧道成型圆滑、衬砌防水高效、管片结构稳定。2.4发展、完善并形成了高效、经济的卵漂石地层中渣土改良系统，可以对漂石及漂石颗粒、卵石等进行有效握裹，起到高效降低工作扭矩、延缓刀具损耗、减少喷涌等功效。2.5对盾构掘进体系、掘进辅助体系做了较多实践及对比，可以满足在新建工程干扰较小情况下的，满足诸如地面沉降、噪声控制等较高的要求。2.6工程中选择采用大量环保材料等，可多次周转，循环使用，达到了节约资源、保护环境的作用。3 适用范围本工法解决了连续分布的卵漂石粒径在500mm1700mm左右，单轴抗压强度300Mpa左右的地层中盾构施工的难题。本工法适用于潜水下连续大粒径漂石地层盾构隧道施工。普
5、遍可以应用于无水、有水、富水、透水等砂卵漂石中隧道建设，漂石可以连续、密集或间隔分布，对于含孤石、球状风化体等地层隧道施工也有较好的适应性。4 工艺原理要解决的技术问题分别是：高水位下、不间断情况下盾构连续破碎大粒径漂石，涉及到盾构刀盘型式、刀具型式、各系统密封型式；大粒径漂石输送对于渣土改良系统的要求；盾构掘进系统对于大粒径漂石针对性控制；潜水下盾构设备维护等。针对地层中卵漂石比例高、粒径大、强度高的情况，采用盘形滚刀无法准确捕捉、稳定圆形漂石，无法形成冲击压碎、剪切碾碎的功效；采用刮刀等其他盾构常用刀具等也无法破碎球状漂石的情况，本工法研制了新型重型撕裂刀体系（已获多项专利），配合高强耐磨
6、面板式刀盘，在土仓内外多点喷射的高效渣土改良前提下，推进系统施加较小推力，利用刀盘施以高转速、持续稳定高扭矩的尖锐部划割挤压机理对较大粒径的卵漂石进行破碎减小，实现盾构在潜水下连续掘进。针对潜水中存在的大粒径卵漂石外轮廓大体为圆形，且高透水地层中级配细颗粒以粗砂为主，无粘性、砂土等细小颗粒，造成地层的内摩擦角较大，地层自身和易性、流动性非常差。如何确保渣土具备良好的流塑性是盾构能否形成连续掘进的关键，且在卵漂石地层中，渣土改良效果直接影响盾构各项推进参数的变化。本工法核心之一就是渣土改良具有较好的经济性及适用性，尤其是对土压平衡盾构渣土改良工艺进行了多方面改进，分别从设备制备、发酵过程、输送系
7、统、投送体系、握裹周期、再循环等多方面进行了创新、发展、提高和应用，形成了一套独有、高效、经济的潜水中高透水卵漂石地层的渣土改良专利技术和管理系统。对土压平衡盾构的部分部位上的密封型式进行了针对性的改进，尤其是在主驱动密封采用液压油和HBW油脂复合式密封型式，提高潜水下密封性能；中心回转采用多节式结构，便于潜水下进行设备维护；渣土改良系统采用单点单泵独立注入方式，对注入量进行有效控制。对于潜水下提高隧道衬砌质量提供了充分的设备保障。本工法针对特殊地层的工况特点，在盾构掘进工艺设计中，采用了重型撕裂刀具优化体系、高强耐磨刀盘、连续多点喷射改良系统、高效降阻、特定漂石渣土改良材料、小推力高扭矩掘进
8、等掘进体系，完善了隧道结构防水、始发、接收加固等措施。事实证明经改进后的新型重型撕裂刀体系解决了潜水下盾构法连续破碎漂石的问题，尤其是开创了盾构在潜水下连续破碎漂石的先例，工程项目已经顺利贯通，取得圆满成功，隧道已经通过验收，近期将投入运营。5 施工工艺流程及操作要点5.1 施工作业工艺流程见图5.1 施工作业工艺流程5.2 操作要点5.2.1 程序设定在分析研究工程地质和水文地质的基础上设定盾构设备性能，设定各项掘进管理基准，进行地层岩性试验分析，对设备、人员等进行施工准备。施工中，按照现场条件及准备情况进行组装、调试，验证设备主要机械性能如刀盘转速、改良系统等，始发掘进验证掘进管理措施，调
9、整、稳定掘进模式后进入正常掘进阶段，稳压推进、渣土改良、管片拼装、同步注浆、轨道延伸等。开始设置管理基准A组列车进洞开挖掘进同步注浆是否掘进至循环进尺是否A组列车出洞管片衬砌拼装是 否延伸轨道、水管下一循环开挖是否达到6mB组列车进洞A组列车装卸料图5.1 施工作业工艺流程5.2.2设定掘进管理基准根据隧道工程地质及水文地质情况设定盾构性能参数（如刀盘形式、刀具种类、刀具数量）和隧道埋深、掘进参数（土压值、刀盘转速、刀盘扭矩、螺旋机转速、螺旋机扭矩、推进油缸压力等）、耗材管理指标（如改良材料、注入位置、注入量、稠度等）及壁后注浆参数（如浆液材料、配比、注浆压力、注浆量等）等主要管理基准。在盾构
10、始发施工及试验段施工阶段，观察盾构姿态、出土量管理多种参数，不断调整、持续改善，使整个工作系统保持良好状态，并尽快达到稳定作业循环目的，使推进管理达到稳定、高效、节约、简便的状态。5.2.3设备准备基于刀具、刀盘、驱动、中心回转、螺旋机、皮带机的各设备性能匹配的原则，选择、安装效率高、功率准确的机械设备，并通过良好的PLC程序设定，确保各系统均能高效运行、匹配良好。5.2.3.1刀具主要破碎刀具分别为撕裂刀、先行刀、滚刀、刮刀等，确保刀具布置有明显的高差，刀具按3层进行设置；刀具按照同心圆形式布置，临近的不同的同心圆间刀具按照可形成导流槽形式建立较小的偏心，偏向外圈板方向。刀具配置数量表种类名
11、称数量（把）位置切割线功率损耗%降扭矩刀具快拆装中心鱼尾刀1刀盘中心刀盘中心5渣土改良螺栓固定块重型撕裂刀60面板和辐条中心到边缘各切割线73渣土改良螺栓固定块17寸双刃滚刀10刀盘边缘刀盘边缘和外延6渣土改良螺栓固定块两孔刮刀（大）8幅条靠近中心端辐刀盘整体2渣土改良螺栓固定块两孔刮刀（小）16辐条和面板边缘外侧刀盘整体2渣土改良螺栓固定块三孔刮刀48辐条刀盘整体2渣土改良螺栓固定块边缘刮刀16辐条和面板边缘刀盘边缘1渣土改良螺栓固定块先行刀30面板刀盘面板9渣土改良螺栓固定块图5.2.3.1-1刀具高差布置图 刮刀高出刀盘89mm；滚刀高出刀盘127mm；重型撕裂刀高出刀盘197mm；中心
12、刀高出刀盘305mm。差值分别为38mm、70mm、108mm，递减排列，逐级破碎岩层。5.2.3.2刀盘卵漂石地层中不同大小、强度的漂石随机分布，刀盘具有较高的强度和刚度，支撑结构须强化处理，减小刀盘不均匀受力变形传递给主轴承，保护主轴承的密封体系。刀盘临近中心、面板、格栅等各同心圆布置有独立渣土改良注射点、土压传感器，刀盘外圈板设置2处注射点。辐条设计采用高强网格式钢格栅，最大通过粒径不小于300mm，不大于330mm；刀盘开口率38%。刀盘满铺耐磨板，从而保护刀盘正面与刀盘侧边缘。5.2.3.3土仓螺旋机螺杆底部要探入土仓，土仓底部设螺旋机闸门，螺旋机螺杆探入深度可调。土舱内设主动搅拌棒
13、，改善土仓内渣土改良效果。在前盾面板下、中及顶部适宜位置分别设投送管道口，管路尾部探入中盾，管道设双闸门控制。该部位承担输排水、检验水位、投送渣土改良材料的作用。5.2.3.4驱动盾构机驱动采用变频电机驱动，安装6个高功率变频驱动单元（包含：减速机、水冷式电机、力矩限制器等），确保刀盘转速不低于3rpm，刀盘总功率1200kw，每台电机配备单独的变频器，主驱可调速，双向转动刀盘。在设备性能范围内适当提高设备的工作扭矩及最大扭矩输出时对应的刀盘速度范围，使盾构具备较高的脱困扭矩，脱困扭矩不低于700tm。主驱动密封采用液压油和HBW油脂复合式密封型式，各道密封采用独立密封油（液压油）脂自动注入系
14、统，由PLC控制注入压力及注入量，并有检验取样口，掌握密封中润滑效果及工作状态。密封设防压力不低于0.5Mpa，密封系统要有故障保护设置（遇故障时自动启动停机保护），根据采集密封油样检测密封效果。主轴承润滑采用单独供油单元，确保齿轮油供给到位，保证主轴承正常运转。5.2.3.5中心回转 中心回转采用多节式结构，便于潜水下进行设备维护；回转内通道为8道；密封是可更换的环形密封。确保可应用多通道作渣土改良系统及耐磨检测管路通过。5.2.3.6铰接中盾与盾尾采用被动铰接系统连接，铰接系统液压推力不少于2880t，行程不低于100 mm。5.2.3.7螺旋机 采用变频电机驱动的有轴螺旋，便于在筒体内形
15、成土塞效应，避免出现出土不畅且减少喷涌。功率不低于225kw，以保证螺旋机的正常工作，转速不低于20rpm，最大扭矩不低于7.5tm，最大出土量不低于450m/h，通过的最大卵石直径 330mm。螺旋机采用分节安装，便于螺旋机从土舱中推出及检查维护。5.2.3.8皮带机皮带机采用拖挂式皮带机，功率不低于35kw电机驱动，配有单独的动力单元，皮带机带宽900mm，额定出土量不低于800m3/h。皮带张紧系统便于维护，皮带机两侧设急停开关。5.2.3.9盾尾盾尾采用三道尾刷，可满足施工状态下更换2道尾刷。始发手涂型油脂涂抹质量直接影响尾刷的防水密封效果及使用寿命，对于潜水下隧道的防水质量影响较大。
16、5.2.4渣土改良设备渣土改良设备按地面混合设备、制拌发酵设备、输送管道设备、压注投送设备、压注投送管路、清洗设备、回收处理设备等进行配备，各设备可独立工作，性能须进行匹配验证，满足盾构掘进投送要求。5.2.4.1地面混合设备主要考虑各种材料添加计量控制，包括特定添加剂、多种膨润土、水等，采用电子计量系统，混合设备一次可储备容量不低于60m3。5.2.4.2制拌发酵设备对于制拌机具的要求主要参照盾构施工效率予以确定，确保在发酵周期满足制备要求情况下，制拌设备具有多级强制混合能力。制拌设备底部为半圆形，避免浆液局部沉淀造成混合配比出现偏差，发酵时间控制不少于24小时。5.2.4.3输送管道设备管
17、路还承担输送过程中渣土改良浆液进一步混合、反应的作用，采用管道输送，根据用量采用多级管道增压泵，每350m设置一处管道增压泵，管路设检修闸阀等。5.2.4.4压注投送设备盾构设备自身设置不少于两处储备仓，仓体容积不低于单环掘进用量，且仓体自身有搅拌能力，底部设排渣口。采用不少于2台套活塞泵，一备一用，单通道流量不低于6m3，四个通道共计24m3。投送管路须设置集中控制台，管道设检修闸阀，各管路间通道可互换。每套投送管路设置独立控制单元，通过盾构PLC系统可以便捷管理。5.2.4.5压注投送管路须满足流量要求，管路设冲洗清通装置，管路满足快拆要求。压注管路按管径50mm、80mm、100mm分成
18、三路，以备调整投送量发生较大变化时选择。5.2.5磨损监测系统在刀盘面板、主要刀具上设置磨损监测系统，不少于2个撕裂刀磨损自动监测点及2处刀盘监测点。5.2.6其他辅助设备5.2.6.1各油脂泵配单独的液压动力系统，便于单独控制，压力可调，并整机配有流量监控系统，确保盾构机使用安全。5.2.6.2盾构台车上配备空压机系统，为泡沫系统、盾尾油脂泵等提供压缩空气。5.2.6.3盾尾配20道盾尾油脂注射通道，确保盾尾密封严密。5.2.7 始发、接收5.2.7.1加固为确保盾构始发和到达时地层稳定，避免发生坍塌或涌、漏水等意外情况，根据始发和接收端头的工程地质、水文地质和端头结构等综合分析和评价，采取
19、适合端头加固方式。潜水内的端头加固关键解决地层渗透性问题，主要以充填、堵塞水流通路为主。5.2.7.2始发始发机座利用槽钢、钢板安装固定；始发反力架安装要稳定、垂直，垫实反力架与土建结构连接部位的间隙；在盾壳左右两侧焊接防侧滚装置；负环管片安装须稳固、准确。5.2.7.3洞门密封洞门密封采用折叶式密封压板。5.2.7.4建压与降压在富含大尺寸漂石的卵漂石地层施工中，密切注意保持开挖面的稳定，根据盾构所处位置水压情况，记录掘进、停止及拼装前后的压力变化，对土仓压力进行慎重、准确管理。5.2.7.5出渣量控制提前进行土工试验确定土体松散系数，卵漂石系数按照1.2-1.4予以控制。观察连续多环出渣总
20、量，了解每斗出土量与推进油缸行程之间对应关系，将渣土的出土量与掘进的挖掘量相匹配，使掘进处于最佳状态。5.2.7.6管片拼装管片拼装由盾构司机、管片安装机操作工和拼装工等3个工种配合完成。拼装前必须检查管片防水密封条清理情况，涂刷中性肥皂水，不允许拼装时夹杂砂砾等杂物。在管片成环脱离盾尾后对管片连接螺栓进行二次紧固。安装管片时避免损坏防水密封条，保证管片拼装质量，减少错台，保证其密封止水效果。管片安装程序（图5.2.7-1）5.2.8 试掘进在设备性能与隧道环境允许的一定区域，先选择多组不同的土压和渣土改良材料试掘进。试掘进时保持掘进速度相对平稳，并逐步增加，根据地表监测结果及时调整土仓压力和
21、渣土改良材料，并控制好掘进纠偏量，减少对土体的扰动，以充分掌握盾构纠偏的主要施工参数。该区域长度不少于60米。5.2.9 参数调整结合在富含大粒径漂石的卵漂石地层中的刀具磨损情况、磨损位置、同步注浆浆液配比、出渣方量、渣土改良材料注入量及注入时间等实际情况，总结出在该地层相对安全、稳定的盾构机各项参数，包括推力、刀盘转速、刀盘扭矩、螺旋机转速、土仓压力、注浆压力、注浆量等，及时调整，正常施工。管片组装时或其他较长工序中断时，刀盘间隔30min试转。管片防水密封条及衬垫粘贴管片就位缩回安装推进油缸盾构掘进掘进1环管片吊机卸车、倒运管片管片安装区的清理管片安装与连接推进缸顶紧就位管片各工班长安全工
22、程师各职能部门安全施工领导小组项目经理监理单位管片环脱离盾尾后的联接螺栓二次紧固管片环成型真圆施工技各兼职安全员各专职安全员管片选型、下井和运输组织业主安全监察部门安全监察部门图5.2.7-1 管片安装程序框图5.2.10 正常段掘进在土压平衡模式下掘进，操作人员必须注意掌子面的压力、刀盘的扭矩（驱动压力）、土仓压力、顶部土压、同步注浆及油脂的压力，盾构推进压力、螺旋机转速、掘进方向等。5.2.10.1刀盘扭矩控制通过调整刀盘转速、推进压力及速度使刀盘扭矩不超过最大工作扭矩的80%。5.2.10.2盾构土仓压力的控制调整螺旋机的转速、出渣量、掘进速度、推力等措施。5.2.10.3盾构推力控制根
23、据掘进速度、土压值、扭矩变化调整油缸推力。5.2.10.4螺旋机控制根据土压值、螺旋机扭矩、出土量调整螺旋转速、闸门开度。5.2.10.5同步注浆控制浆液材料采用普通硅酸盐水泥、粉煤灰、砂、膨润土和添加剂制拌单液浆，初凝时间不大于6h。按照注浆压力低于土仓压力予以控制。注浆时机在不同的地层中根据不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆介入时间，做到“掘进、注浆同步；不注浆、不掘进”，通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。注浆量和注浆压力达到设定值后停止注浆，否则需补浆。同步注浆速度与掘进速度匹配。效果检查采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设计
24、值的85%以上时停止注浆。脱出盾尾5环位置进行补充二次注浆。5.2.10.6盾尾密封油脂压力和注脂量控制由操作人员在主控面板上控制注脂泵来完成。注脂的压力及油脂量根据开挖段的水压来调整。依据开挖段水压值调整盾尾油脂的注入量，防止盾壳外泥水涌入设备内部。5.2.10.7方向控制掘进方向是通过分区油缸的伸长量及压力来调节，使盾构的掘进方向趋向于隧道的理论设计中心线。5.2.10.8渣土改良原理及参数控制改良原理向土仓内及刀盘面板前工作面分别注入制拌合格的渣土改良材料，改善渣土的流塑性。渣土改良评价指标包括稠度、密度、黏度、稳定性、失水量等。5.2.11 辅助工序5.2.11.1管道选择根据盾构施工
25、的特点，在隧道内布置“四管、四线、一走道”。四管即冷却循环水管、排污管、通风管和渣土改良管；四线即10KV高压电缆、380V动力电缆、36V照明线、43Kg运输轨线；一走道即人行通道。5.2.11.2轨道布置隧道洞内铺设单线运输轨道，轨距900mm，轨枕布置间隔为1.2m，在始发掘进段铺设道岔。配置2组运输列车，每编组由4辆渣土车、2辆管片车、1辆浆液车和1辆牵引机车组成。5.2.11.3隧道内辅助管道布置隧道通风隧道配备2台轴流风机和拉链式软风管进行压入式通风。风管直径800，洞外采用铁皮风筒，入口段200m采用加强型软管。隧道给排水给水管道采用DN100镀锌钢管采用法兰连接，与盾构水箱相接
26、。在供水管中间增设管道增压泵。为满足隧道清理用水等，每隔60m在水管上安装水阀，并连接水管以备清洗管片和冲刷运输掉渣等。排水管道采用DN100镀锌钢管采用法兰连接。拼装区附近临时积水坑，在盾构机内部增设二台自吸式隔膜泵，出水管与原排水管连通。隧道照明为满足长距离供电照明的需要，在隧道每50m左右设一低压配电箱。参见【图5.2.11.3-1 洞内管线布置示意图】。图5.2.11.3-1 洞内管线布置示意图6 材料与设备6.1 材料6.1.1 润滑材料康达特HBW、美孚EP2、康达特盾尾油脂、美孚320齿轮油、美孚液压油；性能指标：盾尾密封油脂型号WR89；6.1.2渣土改良材料渣土改良材料一般由
27、水、膨胀土、泡沫剂、制浆剂、聚合物、纤维素等组成。6.1.3注浆材料同步注浆采用单液浆，单液浆由水、砂、粉煤灰、水泥等在地面利用搅拌机制拌而成6.2设备6.2.1控制设备控制系统种类分为PLC控制单元、动力控制单元、液压控制单元、GCS渣土改良控制单元、信号检测控制单元等。6.2.2动力设备干式变压器、VFD变频器、控制箱、主驱动电机、液压泵站动力单元等。6.2.3液压设备主供油单元、主推进液压系统、螺旋机液压系统、密封油液压系统，齿轮油液压系统、注浆系统动力单元。7 质量控制7.1质量控制标准规范盾构施工必须严格执行地下工程防水技术规范GB 501082001、地下防水工程质量验收规范GB5
28、02082002、地下铁道、轻轨交通工程测量规范GB50308-1999、地下铁道工程施工及验收规范GB50291999、地下铁道设计规范GB5015720033、盾构法隧道施工与验收规范GB50446-2008等国家及行业标准的有关规定。7.2主要控制指标7.2.1渣土改良浆液制备渣土改良浆液质量标准 表7.2-1部位内容允许偏差检测方法主要性能范围浆液站稠度10s泥浆稠度仪30120s比重2 g/cm3泥浆比重计1.0-2. 3 g/cm3盾构储浆罐稠度15 s泥浆稠度仪60220 s失水量5ml/30min失水量测定仪1213ml/30min7.2.2管片制作及拼装要求管片制作和拼装质量
29、标准 表7.2-2项目内容允许偏差检测方法备注单片检验管片宽度1mm卡尺管片弧、弦长1.0mm样板 塞尺四周沿边管片厚度+3、-1mm钢尺螺栓孔位1.0mm钢尺 卡尺整环拼装检验环缝间隙2.0mm塞尺纵缝间隙2.0mm塞尺成环后内径2.0mm钢卷尺三环整环（不加衬垫）成环后外径+6、-2mm钢卷尺三环整环（不加衬垫）7.3主要控制要求及措施7.3.1严格控制管片模具的精度，按照规定的精度要求定期对管片钢模进行检查和校正；7.3.2拼装选取管片时要多方面考虑，选取管片时要本着“勤纠偏、小纠偏”的原则进行，以减小片拼装时的错台。7.3.3严格按浆液配比拌制浆液，每个作业班做一组浆液试块，出浆时用网
30、晒过滤，每盘浆液由稠度仪测定稠度，符合要求方能送至作业使用；7.3.4 随时观察注浆压力与过程是否正常，认真控制并详细记录，发现情况及时解决，根据洞内管片衬砌变形监测结果，及时进行信息反馈，修正主要参数设计和施工方法；7.3.5注浆结束后，在一定压力下关闭管片注浆管口处旋阀或同步注浆的浆液分配系统，同时打开回路管停止注浆，并做好注浆孔的密封，保证不渗漏；7.3.6管片在粘贴防水材料前的运输、堆放、翻身等作业中均不能损坏管片防水槽等关键部位，防水材料在管片粘贴后，在运输时不得损坏，发现问题及时修补才可下井进行拼装；7.3.7粘贴防水材料必须严格按设计进行，如遇传力衬垫材料粘贴厚度超过设计要求时，
31、防水密封垫的厚度也必须相应增加；7.3.8管片拼装时必须保护防水不被破坏，并严防脱槽、扭曲和移位现象的发生，如发现损坏防水材料，确保管片接缝防水质量；7.3.9在刀盘转动方向进行交替时，保留适当的时间间隔。推进油缸油压的调整不宜过快、过大，从操作上避免造成管片受力状突变而损坏；7.3.10 当盾构施工与其他原因暂时施工时，对于使用遇水膨胀橡胶材料的防水密封垫，对新拼装环处的防水密封涂以缓膨胀；7.3.11在盾构隧道施工之前，要严格按要求建立起一套严密的人工测量和自动测量控制系统，根据自动的精度和工程的精度要求决定人工控制测量和复核的内容及频率；7.3.12所使用盾构机须装备有高度现代化的自动实
32、时监控测量指引系统；7.3.13在盾构掘进施工过程中，盾构姿态变幅越大，盾构机越难控制，对地面沉降的影响也越大，要坚持“勤监测、勤纠偏、小纠偏”的原则，尽量实现盾构的平缓推进；严禁一次性大幅度纠偏，造成过大超挖和对周围土层的扰动。8 安全措施8.1 建立健全安全管理体系，根据施工各阶段特点和安全防护重点，编制安全施工专项方案与应急预案，制定技术保证措施。施工前要对全体参施人员进行安全教育和交底，交底要针对施工内容，并作书面记录。8.2 本工法施工中，涉及到多种机械设备和人员交叉作业，隧道内作业面小，净空高度不足，施工中各工种及操作人员等必须严格遵守安全技术规程。8.3 各种设备使用前，按程序进
33、行检查和试运转验收，确认合格后再投入使用。机械操作手必须持证上岗。8.4 隧道内机车行走路线需铺设平整并压实，起重吊装设备作业范围内严禁站人。8.5 施工过程中，定期对施工的机械设备、测量计量仪器具进行维护、检查、保养。8.6 现场存渣池周围设立防护栏杆，洞口设警示标志。8.7 制定施工现场临时用电安全措施，安装、维修或拆除临时用电设施必须由持证专业电工进行。施工现场内所有电器设施都做好接地保护。施工现场所用电线电缆必须做好绝缘保护，并按规范要求做好埋地敷设。9 环保措施9.1 建立环保组织机构，完善环境保护体系，配备相应的环保设施，切实搞好环保工作。9.2 施工中保护好现场环境，管理好施工中
34、的燃料、油、污水、废料和垃圾等有害物质。运输易飞扬物料时用蓬布覆盖严密，不得超限超载运输。9.3 在批准的临时用地范围内开展施工作业活动。9.4 定期、定点检修机械设备，保持设备完好，减少噪声，做到尽量少扰民。9.5 施工现场标牌清楚，齐全，各种标识醒目，施工场地整洁。9.6 及时提取渣土坑表层的泥浆，进行过滤、筛分后添加到渣土浆液制备装置，重复利用，节能减耗。10 效益分析漂石此前定义较为笼统。岩土工程学对于粒径分类包括：漂石粒、卵石粒、砾粒、砂粒、粉粒、粘粒和胶粒。其中漂石（块石）泛指粒径大于200mm以浑圆(棱角)状为主粒径，其含量超过总质量50且粒径大于60mm颗粒含量超过总质量75的
35、土。对于粒径超过500mm乃至超过1000mm卵石没有确切定义，而粒径大小的改变对于盾构工艺的要求完全不同，受设备及隧道外形所限，盾构不采取破碎措施，无法对大粒径卵漂石输排，且易出现刀盘被卡死盾构无法掘进等问题，在潜水中进行处理作业的风险更难以控制。在本次工程实施之前，盾构法施工未能妥善处理机械破碎连续大粒径漂石的难题。国内外目前基本采用提前预处理漂石（又称孤石、球状风化体），即地面钻孔爆破碎石、人工挖孔破碎、地面开挖工作竖井、盾构开仓人工破石、盾构设备上设置破碎钳在盾构完全停机状态下，提前对漂石进行破碎处理，再行施工隧道，工程实施周期加长。且受作业环境所限，曾多次出现伤人及危及地面安全的事故
36、，是一种安全难以控制的处理漂石方式。利用独立的液压设备强力碎石时，设备无法在盾构刀盘前准确捕捉到漂石。以上各种工艺仅适用于偶发、数量少的大粒径漂石处理，施工效率低，作业成本高，且作业风险不能受控。不适宜连续、密集分布的漂石地层隧道施工。如采用水下爆破等预处理工艺，存在作业技术水平和费用高、安全风险大等诸多问题。地下隧道设计中也普遍采用回避措施，避免在类似地层中建设隧道，尤其是利用盾构法建设隧道。本工法在此次工程实践中取得的突破，有着较好的经济及社会效益。其中仅利用盾构完成较大漂石的破碎，就为地下隧道建设解决了众多难题，最重要的就是确认了盾构设备本身具备破碎漂石的能力，不必采用爆破等手段处理漂石
37、。其二，对于拓展隧道建设领域有较大突破，可以解决水下建设隧道面临遇连续大粒径漂石（孤石等）盾构施工难题。避免对漂石进行详细勘查确认位置、数量等准确信息，避免在盾构完全停机状态下，采用地面钻孔爆破碎石、人工挖孔破碎、地面开挖工作竖井、盾构开仓人工破石、盾构单独添置破碎钳等措施，至少每延米隧道节约工程投入不低于2500元，区间节约投资超过600万元。还不包括因爆破产生的对于地下水、环境污染及人身设备安全处理费用。盾构法连续作业，隧道建设的工期提前约1年左右。该工法适用于不同水文情况下卵漂石地质的隧道建设，对掘进系统、渣土改良系统及设备性能等的较大改进，建立了完善的盾构施工防水技术和渣土改良工艺及控
38、制措施，工程设施和材料消耗少，施工进度快，安全度高，防水质量好，地表沉降控制好，弃渣土和排放施工用水对周围环境污染小，采用的单液浆液也能有效避免对地下水污染。工程安全隐患降低，周边环境得到良好保护，施工成本也较大幅度降低，取得了较好的环境效益、社会效益和经济效益。本工法为盾构在类似地层中施工隧道提供了详尽的技术方案及可靠操作技术保证，将土压平衡盾构的适用范围进行了拓展，为盾构在连续大粒径漂石复杂地层，水下隧道对于地层情况不明时，安全、高效建设地下工程提供了可借鉴的工程经验。同时避免了其他工法在类似地层中建设隧道将带来的不可预知的安全风险和高额建设费用，采用此工法能够确保安全程度高的前提下，加快
39、施工速度，降低施工干扰，可以确保在类似卵漂石或砂卵石地层中全面推广盾构法施工。11 应用实例11.1 九号线六标军事博物馆站东钓鱼台站区间11.1.1工程概况区间隧道位于北京西部的公主坟地区，自世纪坛风井始发，白堆子车站接收，设计桩号为K12+654.283K13+861.914，区间总长1207.631m，采用盾构法施工。沿线设联络通道各1处，其中一处联络通道下设区间排水泵房。该盾构施工区间整体呈南北走向，主要穿越玉渊潭公园，隧道覆土17.422.4m。穿越永定河引水渠、玉渊潭东湖、玉渊潭引水湖等3处湖面，地层是典型的卵漂石地层。盾构采用罗威特公司与上海重型机器厂联合制造的土压平衡盾构，外径
40、6300mm，主机全长9990mm（从中心刀尖至后方螺旋机末端），配备2节台架和8节台车，配有德国TACS导向系统控制掘进方向。11.1.2 工程难点11.1.2.1盾构主要穿越高透水的卵石层含有粒径达到1700mm的漂石，漂石单轴抗压强度超过300Mpa，稳定潜水水位在盾构隧道上方2000mm位置，且水位呈明显潮汐现象，盾构须在高水位下满足持续破石状态下连续推进。11.1.2.2盾构下穿永定河引水渠及玉渊潭公园东湖、引水湖段水面宽度累计超过500m，且地层气密性差，无法实施加压进仓维护，对于盾构施工组织要求较高。11.1.2.3盾构下穿机要管理区，穿越区域长度为137m，隧道顶覆土20m，隧
41、道上方有多处重要设施等。相关单位要求穿越过程中做到“零振动”、“零沉降”。项目完成后实际沉降未超0.3mm。盾构左线于2011年8月10日进场，2天完成反力架、基座安装，经过18天吊装、组装和调试于2012年9月1日分体始发，掘进120m后二次转接，之后二次整体始发，途经4个换刀井进行设备维护，在潜水区域多次组织始发及接收。2011年6月、2012年4月分别实现双线隧道贯通，在潜水重大卵漂石地层累计掘进长度近1500m。施工中盾构在潜水平均月进度为180 m，创造了最高日掘进16 m，最高月掘进300m的好成绩，积累了盾构成功在潜水下穿越含大尺寸卵漂石地层的宝贵经验，确保了总体工程进度，隧道衬砌防水质量良好，取得了较好的经济与社会效益，获得了建设、监理设计及公园管理、河湖管理各方的充分肯定。
