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1、盾构学习总结陈永廷按照工程处统一安排，自2015年1月8日至2015年1月16日，先后到三一重工、中铁五局石家庄地铁1号线工程开始了从理论知识到盾构施工现场的学习。经过九天的学习，本人对土压平衡盾构机构造，施工原理，操作规范等方面有了基本的了解，现简要汇报如下。一、理论知识培训1月9日、10日两天，在三一重工各专业人士的讲解下，对盾构有了一定的理解。现将土压平衡盾构简单介绍一下：（一）盾构机的工作原理土压平衡盾构机简称EPB盾构机，是在盾构主机的前部设置隔板形成土仓，在刀盘的旋转作用下刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构
2、机推进油缸的推力通过隔板给土仓内的泥土加压，使土仓内的土压作用于开挖面以平衡开挖面的水压和土压，达到较为稳定的动态压力平衡状态，在此压力平衡状态下，进行土体开挖、土碴排运、整机推进和管片安装等作业，使隧道一次成形的机械设备。（二）盾构的结构及作用盾构机集机、电、液、气、自动控制于一身。土压平衡盾构机主要分为主机和后配套两大结构。主机：刀盘、主驱动（主轴承、主轴承密封、减速机、电机/液压马达等）、盾体（前盾、中盾、中折盾、后盾）、螺旋输送机、管片拼装机、整圆器、推进油缸、铰接油缸、人仓、工作平台等。1 刀盘是盾构机最关键的核心部件之一，决定盾构机施工的成功与否，其具有三大主要功能：开挖土体、稳定
3、开挖面、搅拌土仓土体。2 盾体主要由前、中、后三盾组成。其主要作用有：（1）作为各种机内设备(主驱动、工作平台、管片拼装机、人仓、铰接油缸、推进油缸、螺旋输送机等)的安装支承；（2）对挖掘出的但还未衬砌的隧道起临时支护作用，承受周围地层的土压和地下水的水压，将地下水挡在盾壳外面；（3）掩护掘进、排土、衬砌等作业过程。3 螺旋输送机主要作用是排除土仓渣土和稳定土仓压力。4 拼装机主要由支撑架，大梁，旋转架，拼装头组成。拼装机可以采用手动或无线遥控装置操作。一环管片由六块组成，三块标准块，二块邻接块，一块封顶。后配套系统：后配套系统的主要作用是为主机提供施工支持，包括动力提供、材料供给、物料运输、
4、掘进控制和辅助等。主要包括牵引装置、管片运输系统、出渣系统、动力系统、液压系统、电气控制系统、同步注浆系统、润滑系统、注脂系统、泥水泡沫系统、冷却系统、通风系统、导向系统、数据采集和控制系统等。1、盾构机液压系统的作用可概括为：将电动机输出的机械能传递给刀盘驱动装置、推进油缸、铰接油缸、螺旋输送机、拼装机等执行结构，并在传递的过程中进行能量控制，以实现盾构机所需要的各种动作功能。2、同步注浆系统是在盾构机推进的同时向盾尾后部地层与管片间的间隙注入浆液，填充间隙以稳定管片并防止地层沉降的一种系统。目前主要有单A液注浆和A、B双液混合注浆两种方式。A液主要成分是水泥，B液主要成分是水玻璃(硅酸钠)
5、，根据实际情况加入其他添加剂。加入B液的目的是使注浆液快速凝固，但有可能导致注浆液凝固过快，填充不够充分或堵塞管道等问题。（三） 盾构的选型1、 选型原则盾构选型总的原则是地质适应性第一，以确保盾构法施工的安全可靠；在安全可靠的情况下再考虑技术的先进性，即技术先进性第二位；然后再考虑盾构的价格，即经济性第三位。具体原则如下：2、选型方法（1）根据地层渗透系数选择。通常，当地层的渗透系数小于10-7m/s时，可以选用土压平衡盾构；当地层的渗透系数在10-7m/s和10-4m/s之间时，既可以选用土压平衡盾构也可以选用泥水式盾构；当地层的透水系数大于10-4m/s时，宜选用泥水盾构。（2）根据地层
6、的颗粒级配进行选型。粘土、淤泥质土区，适用土压平衡盾构，砾石粗砂区，适用泥水盾构，粗砂、细砂区，即可使用泥水盾构，也可经土质改良后使用土压平衡盾构。一般来说,当岩土中的粉粒和粘粒的总量达到40%以上时,通常会选用土压平衡盾构,相反的情况选择泥水盾构比较合适。粉粒的绝对大小通常以0.075mm为界。（3）根据水压进行选型。当水压大于0.3MPa时，适宜采用泥水盾构。当水压大于0.3MPa时，如因地质原因需采用土压平衡盾构，则需增大螺旋输送机的长度，或采用二级螺旋输送机。二、施工现场实习2015年1月12日至16日，到中铁五局石家庄地铁1号线工程现场参观了盾构施工现场。主要有以下几方面：（一）盾构
7、始发技术 由于到达施工现场时，始发已经完毕，没有看到，只是拍摄了一些图片，见右图。经与中铁五局技术人员交流得知：1.始发设备始发设备包括始发基座、反力架、临时拼装负环管片等。始发基座根据盾构机设置的位置(高度、方向)和盾构机的重量、盾构机械组装作业的施工顺序等来确定，用工字钢和钢轨等材料安装而成。反力架和临时拼装管片是根据管片的运进和出碴空间等来确定形状，同时必须注意要根据正线管片开始衬砌的位置来确定临时负环管片、反力架的位置。始发用反力架需经过计算推力、扭矩来设计。（1） 盾构掘进机的推力由盾构掘进机的外壳与土体之间的摩擦阻力、刀盘承受的主动水平压力引起的推力、土的粘结力引起的刀盘推力、盾尾
8、与管片之间的摩擦阻力几部分组成。在曲线段推进时，盾构机的推力为正常推进时的1.5倍。还有一种计算总推力的经验公式F=a/4D2 式中：a为推力系数，取70100t/m2。（2） 盾构掘进机在推进时的扭矩包含切削扭矩、刀盘的旋转阻力矩、刀盘所受推力荷载产生的反力矩、密封装置所产生的摩擦力矩、刀盘的前端面的摩擦力矩、刀盘后面的摩擦力矩、刀盘开口的剪切力矩、土压腔内的搅动力矩等。2.洞口密封装置洞口密封装置由洞口防渗材料（帘布橡胶）、防止土层反转的压板（扇形压板）及固定它们的铁件（垫片和螺栓）构成。3.盾构机始发的注意事项（1）始发前检查地层加固的质量，确保加固土体强度和渗透性符合要求；（2）始发基
9、座导轨必须顺直，严格控制其标高及中心轴线，由于始发时盾构机与地层间摩擦力很小，盾构易旋转，可以在盾构机两侧盾壳焊接两排钢块作为防扭装置，用来卡住始发台，防止盾构机旋转。同时应加强盾构机姿态的测量，如发现盾构有较大转角，可以采用大刀盘正反转的措施进行调整，同时推进速度要慢；（3）在拼装第一环负环管片时，为防止两块邻接块失稳，可在管片抓取头归位之前，在盾壳内与负环管片之间焊接一根槽钢以扶住邻接块。（4）始发前在刀头和密封装置上涂抹油脂，避免刀盘上刀头损坏洞门密封装置；（5）及时封堵洞圈，以防洞口漏失泥水和所注浆液；（6）严格控制盾构机操作，调节好盾构推进千斤顶的压力差，防止盾构发生旋转、上飘或叩头
10、；（7）完毕之后，始发台的端部与洞口围岩还有一定的距离。为保证盾构机在始发时不至于因刀盘悬空而造成盾构机“叩头”，可在始发洞口内安设一段型钢作为始发导轨，同时应注意，在导轨末端与洞口围岩之间，应留出刀盘的位置，以保证始发时，盾构机刀盘可以正常旋转；（8）始发前应在基座轨道上涂抹润滑油膏，减少盾构推进阻力。（9）始发前应在刀头和密封装置上涂抹油脂，避免刀盘上刀头损坏洞门密封装置。（10）及时封堵洞圈，防止洞圈漏浆。（11）调整盾构的初始姿态。通常盾构的中心线要比隧道中心线高20mm左右，以防止始发时盾构磕头。（二）试掘进试掘进根据规范要求确定为50-100米，通过试验段掘进熟练掌握盾构机操作、在
11、不同地层中盾构推进各项参数的调节控制方法；熟练掌握管片拼装工艺、防水施工工艺、环形间隙注浆工艺；测试地表隆陷、地中位移、管片受力等。当盾构机的刀盘部分切入帘布橡胶板并抵达掌子面时，人工将预制好的粘土土胚加入刀盘后的土仓内，以便盾构机在掘进时形成一定的土压。在确认洞门混凝土的钢筋已经割除完毕以后，进行盾构机的试运转。由于盾构机没有进洞后周围岩土侧压力的磨擦作用，且盾构油缸的推力和掌子面通过刀盘的反力都很小，所以，在试运转时应使刀盘慢速旋转，且要正、反向旋转，使盾构姿态正确。进洞后，盾构机刀盘切削并穿越洞门端头加固区时，土压设定值应略小于理论值且推进速度不宜过快，盾构机坡度略大于设计坡度，待盾构机
12、出加固区之后，为防止因正面土压变化而造成盾构机突然“低头”，可将混合仓的土压力的值设定成略高于理论值，并将下部推进油缸的推力稍稍调高一些。当盾尾进入洞门后，及时调整扇形压板的位置将洞门封堵严实，以防洞口漏泥水、漏浆。在掘进过程中，根据情况在盾构机正面及混合仓内加入泡沫剂、膨润土、泥浆等添加剂以改善碴土性能。在施工过程中，应根据监测信息对土压设定值以及推进速度等施工参数作及时的调整。（三）正常掘进1.确定土仓压力值。在选择掘进土压力时主要考虑地层土压，地下水压（孔隙水压），预先考虑的预备压力。2.盾构纠偏（1）滚动纠偏：翻转刀盘；在盾体（前盾、中盾）增加配重；在推进油缸后放置钢楔块；伸出防扭油缸
13、。若发生滚动偏差，应控制在4内，3时就开始调整。（2）方向纠偏：切忌出现偏差就猛纠猛调。调整千斤顶分区的推力；利用管片姿态调整。3.注浆浆液的压入时间应与管片脱开盾尾同步为宜，匀量注入的时间应与推进一环的时间相同。（四）管片拼装1.管片型号的选择原则第一，要适合隧道设计线路；第二，要适应盾构机的姿态。2.管片拼装技术（1）管片的拼装点位所谓“拼装点位”是指管片拼装时封顶块所在的位置。转弯环在实际拼装过程中，可以根据不同的拼装点位来控制不同方向上的偏移量，通过管片不同点位的拼装，可以控制盾构隧道的曲线走向，从而实现隧道的调向。一般情况下，本着有利于隧道防水的要求，都只使用上部点位。根据工程实际情
14、况，选择拼装不同点位的转弯环，就可以得到不同方向的楔形量。（2）根据推进油缸行程选用管片盾构机推进油缸按上、下、左、右四个方向分成四组。通常以各组油缸行程的差值的大小来判断是否应该拼装转弯环，在两个相反的方向上的行程差值30mm时，就应该拼装转弯环进行纠偏。（3）根据盾尾间隙选择管片及拼装点位调整的基本原则是，哪边的盾尾间隙过小，就选择拼装反方向的转弯环。拼装1环左转弯环之后，左边盾尾间隙将减小，右边盾尾间隙将增大。同时，通过不同的拼装点位，还可以调节上、下方向的盾尾间隙。如果此时盾构机在进行直线段的掘进，则必须注意在拼装完1环左转弯环后，选择适当的时机，再拼装1环右转弯环将之调整回来，否则左
15、边盾尾间隙将越来越小，直至盾尾与管片发生干扰。注意：每环纠偏宜控制在5mm变化内，不宜超过10mm。（五）管片预制1、基本常识（1）目前常用的管片为钢筋混凝土预制管片。按拼装成型后的隧道线型分为：直线段(Z)、曲线段(Q)、既能用于直线段又能用于曲线段的通用管片(T)等三类。曲线段管片又分为左曲管片(ZQ)、右曲管片(YQ)、竖曲管片(SQ)。（2）根据隧道直径，管片块数可分为4-10片。（3）按管片在环内的拼装位置分为：标准块（B）、邻接块（L1，L2)、楔形块（F)。（4）管片常用规格尺寸：厚度：300、350、500、550、600、650mm等；宽度1000、1200、1500、180
16、0、2000mm。特殊规格可由供需双方协商确定。（5）标识方法：隧道形状-分类代号-块数-规格-环内位置 执行标准 如Y-Z-6-3501.25.4 GB22082-2008（6）外观质量：不得有贯通裂缝；内表面不得有裂缝，外表面非贯通裂缝宽度不得超过0.20mm。不允许出现露筋、孔洞、疏松、掉渣现象。每30环抽检1环（7）尺寸偏差：宽度1mm；厚度+3，-1；保护层厚度5mm；每30环抽检1环 模具每周转100次须进行尺寸偏差检测：宽度、弧（弦）长0.4mm；（8）水平拼缝：拼装缝间隙2mm。每出厂200环，进行一次三环拼装试验2、管片预制厂由于管片在盾构中所占比重较大，因此，要在工地现场建
17、设管片预制场时，预制厂结构设计的合理与否直接关系到管片的生产速度。现谈一谈本人的考虑：（1）确定生产规模生产规模根据掘进速度来确定，按照中铁施工经验，月进尺为750环-800环，假设一环采用6片方式，平均月进尺按780环计算，那么管片厂生产能力需780/306=156片/天，即26环/天。若提前进行预制，就要综合总环数、存放量、生产时间、掘进工期等各方面来考虑管片厂日生产能力，最终确定模具数量。（2）选定生产方法由于管片生产精度要求比较高，尺寸偏差应小于1mm，这就要求配套模具制作比较精密，价格相对较贵。而管片需求量相对较大，为了减少模具投入费用，必须提高模具的使用率，所以管片一般采用蒸汽养护
18、的方法。蒸汽养护常用的生产方法有固定模具和生产线两种方式。生产线生产由于采用自动化控制，劳动条件好，温度控制方便，管片成型质量易保证，但相对投入费用较高。采用哪种方式来生产要考虑工作量多少以及是否长期施工等角度综合考虑。（3）管片厂功能设计管片生产厂从功能上可分五块 :钢筋加工区、管片生产区、管片养护区、生产附属配套设施、管片存放区。钢筋加工区主要进行钢筋卸车、放样、下料、钢筋笼绑扎、成品堆放等工序。因此 ,钢筋加工区须考虑原料的堆放、原料加工区、半成品分类堆放、钢筋笼绑扎、钢筋笼吊运输、钢筋笼堆放等必要的空间和设备。管片生产区主要进行钢筋入模、埋件安装、模具紧固、浇筑混凝土、管片预蒸养、管片
19、蒸养、管片出模、清理模具、刷脱模剂等工序。因此管片生产区须考虑少量钢筋笼堆存场地和吊运设备 ,如果采用生产线法生产，需根据生产线的长度、模具数量来确定养护室的大小、各生产工序工位的布置及操作台、管片出模的吊运设备及吊运通道、管片翻转机具的布置等。管片养护区主要功能是管片从蒸养室出来后的1-2天室内静养,待管片温度与水养护池水温相差不大时，吊入水养护池进行水养，水养时间宜为7天。因此该区域要考虑1-2天时间生产管片的必要存放场地、管片吊运设备、水养护池区域和管片出厂的交通道路。管片混凝土浇筑后，为了缩短脱模养护时间，为每个模具每日生产两次创造条件，必须采用蒸汽养护。严格控制蒸养时间、升温及降温速
20、率、恒温时间和湿度等，管片蒸养要满足规定强度后拆模、起吊。升温时升温速度控制在每小时1520，防止升温过快管片出现收缩裂纹，最高养护温度在5060，恒温时间2h4h。在整个过程中，由专职质检员每半小时查看温度计的读数，以调节蒸汽通入量的大小，使之符合上述要求。降温时间不少于两小时，降温速度不大于20/h。生产附属配套设施主要有锅炉房、混凝土拌和站、垫块加工区、试验室、现场办公室、配电室及卫生间等。生产附属配套设施一般布置在厂房的周边 ,并与主要功能模块方便地衔接在一起。（4）管片厂建设包括厂区建设和设施安装两部分。一般在盾构掘进前需生产一定量的管片作为储备。因此在建设时尚需考虑设施生产周期（模具需在厂区建设的同时订购）、安装、调试时间。以上就是我在这段时间学习的大概了解，由于基础浅薄，尚未深入了解。今后还需多多思考，多多自学，加以掌握。通过学习，对于盾构我逐渐形成这样一个认识： 水文地质是基础；设备是关键；人才和技术是支撑。 2015年1月31日
