泥水盾构在典型上软下硬地层中的施工技术

第一篇：泥水盾构在典型上软下硬地层中的施工技术

泥水盾构在典型上软下硬地层中的施工技术

摘要：广州地质条件在地下工程界被称为“地质的博物馆”，在目前广州地区进行推广盾构隧道施工技术中，地质的复杂多变是盾构隧道施工中的最大难题，泥水盾构在典型上软下硬地层掘进过程中遇到了很多的困难，现将我司在广州地铁轨道交通五号线的两台泥水盾构在典型上软下硬地层中所遇困难，以及克服困难的一些研究经验做一个总结，研究泥水盾构在典型上软下硬地层中的施工技术，对以后类似的地层掘进中有一定的借鉴作用。关键词：泥水盾构，上软下硬地层，施工技术

一、工程概况

广州地铁轨道交通五号线【大～中】盾构区间，盾构从大坦沙南盾构始发井向东100米后穿越宽260米的珠江到达东岸的青年公园，穿过铁路专用线、广三铁路和珠江大桥、内环路及广佛放射线、中山八立交、黄沙大道、中山八路等交通主干道。盾构区间单线长1021.171m，盾构从大坦沙南始发后55‰下坡，是广州地铁目前最大的坡度，左右两线都要通过小转弯半径内的掘进，其中右线290m、左线260m的半径。区间地质复杂多变，前部份地层刀盘全断面是砂层，后部份地层刀盘断面上部为<3-2>砂层下部<8>、<9>岩层，是典型的上软下硬地层，在该地层中对刀盘的磨损很大，刀盘也容易结泥饼给盾构的掘进带来了很大的困难。区间右线在394环开仓换完刀后，掘进到489环开仓后检查刀具发现外围的4把滚刀偏磨，贝壳刀磨损严重，土仓内结泥饼情况也很严重。左线445环开仓换到掘进到488环掘进速度就很慢，高推力、高扭矩，到516环位置开仓换刀发现，17把贝壳刀磨损严重。

二、工程地质

本区间隧道上覆为第四系（Q）地层，下伏基岩为白垩系上统大塱山组三元里段（K2d1）和黄花岗段（K2d2）组成。三元里段主要岩性为杂色砾岩夹暗紫红色粉砂岩、细砂岩、砾岩与粉细砂岩互层，属河流相。黄花岗段主要岩性为暗紫红色粉砂岩，含砾粉细砂岩与泥岩互层，属湖泊相。第四系覆盖层主要为海陆交互相沉积的淤泥、淤泥质土层、淤泥质砂层、冲积～洪积砂层及残积土层。隧道洞身穿越的地层主要为<2-2>、<3-2>，局部为<2-1>、<7>、<8>、<9>。区间右线有162m（占总长的15.8％）刀盘处于上软下硬的地层中、左线有432m(占总长的42.3％)刀盘处于上软下硬的岩层中，上软下硬地层主要集中在区间的后半段，在此地层中开挖断面上部大多数为<3-2>砂层，少量的<5-2>、<6>、<7>，而下部为<8>、<9>岩层，岩层的平均单轴抗压强度在12mpa左右，<3-2> 砂层的渗透系统达到30。

三、盾构机的参数及刀盘、刀具简介

我项目部采用的是两台三菱盾构机，盾构机的外径6260mm、盾尾内径6060mm，刀头采用半圆顶式、挖掘半径6280mm、刀盘转速0.2～3.4r/min、最大扭矩6327kN/m、最大推力35961kN/m2。

刀盘是一整体半圆顶式结构，增强了刀盘的强度和刚度。采用中间支撑方式，开口率为26％，开口的布置均匀，目的是让切削下来的土渣能更快更容易进入土仓，减小刀盘前面结泥饼的机会，且利于硬岩被切削后能从刀盘不同部位同时进入土仓。

刀具配置有鱼尾刀、贝壳刀、滚刀、刮刀、仿形刀，贝壳刀采用直接焊接在刀座上的安装方法，刀座采用可拆卸连接方式，每个可更换刀座由16颗M22螺栓连接刀盘上，滚刀刀座与贝壳刀刀座尺寸相同，考察到地层的变化以便于换刀。根据硬岩、软岩的不同强度和地质特点及刀具在软、硬岩中不同的破岩机理来进行设计和选择的。由于是第一次遇到这种复杂多变的地层，在最初的刀具选择上是以贝壳刀为主，当遇到岩层以后发现上软下硬的地层对贝壳刀的磨损很大，我们针对这种典型地层，刀具选择上除中心鱼尾刀外全部选用滚刀。

四、施工碰到的困难及应对的措施

在上软下硬地层施工掘进过程中遇到了泥浆不够用、刀具偏磨、姿态不受控制、刀盘结泥饼等困难。为了克服这些困难我们做出了以下的应对措施：

1．泥浆储备

由于地层复杂多变，在上软下硬的地层中隧道断面内主要以<3-2>、<8>地层为主，这种地层自造泥浆能力很差，并且由于断面上部是砂层为保证开挖面的稳定，要求使用泥浆的浓度较高。因此鉴于这种情况，结合地质情况我们事先储备好泥浆以供使用。

2．防泥饼的形成 盾构在高粘性土或泥质岩等地层中掘进时可能会在刀盘尤其是中心区部位及土仓隔板前刀盘支撑之间产生泥饼，当产生泥饼后，泥饼会裹住滚刀使用滚刀偏磨，从而导致掘进速度急剧下降，刀盘扭矩也会上升，同时造成刀盘油温过高而使盾构无法掘进，大大降低开挖效率。我们在施工中采取的以下主要技术措施：

⑴在有泥饼形成条件的地层，中央操控人员要严格监测盾构机的各种参数，合理的控制掘进速度，及时用低比重优质泥浆置换土仓内粘土，防止粘土在土仓内堆积，保证刀盘开口处通畅。⑵在掘进过程中每掘30cm清洗一次土仓，防止土仓内结成泥饼。并且在高压水中加入分散剂（如工业用洗涤材料），可大大降低泥饼的形成或化解初步形成的泥饼。

⑶对泥浆处理设备的出土温度进行跟踪监测，对土仓隔板的温度也进行人工随时探测。以便及时发现异常苗头。

3．姿态控制

在上软下硬的地层中盾构姿态很容易抬头，因此我们掘进过程中对盾构姿态进行提前调整，提前将盾构机往下压，防止盾构机向上超限；

五、刀具对地层适应性的分析

右线刀盘刀具从489环换完刀到741环出洞共转动34604圈，741环碰壁出洞，滚刀磨损量最大36mm。穿越地层为140环<8>中风化泥岩，112环砂土层（管片环宽1.2米），其中外围的39#刀偏磨。左线445换刀到516环，9把滚刀磨损较少，而贝壳刀磨损严重。结合几次的开仓以及右线出洞的刀具的磨损情况，分析发现在典型的上软下硬地层中滚刀最适合，但是在这种地层中滚刀容易产生偏磨，因此在掘进过程中一定要采取对应措施防止刀具的偏磨。

六、刀具更换措施

区间内地质复杂多变，地层的对刀具的磨损量很大，使得左右两线各进行了两次开仓换刀，其中左线两次都对地层进行了加固处理，右线在394位置开仓换刀也进行了地层加固处理，另一处由于地层稳定性较好能满足自然开仓要求。

1．加固形式

为了满足开仓的安全要求，我项目部对开仓位置的地层结合地面情况采取了单管旋喷桩、冲钻孔桩，袖阀管注浆等加固方式。由于隧道埋深大，使得在加固过程中容易造成偏桩，并且几次开仓加固位置的地层都是上部透水性很大的地层，止水效果是地层加固的一个难题，鉴于几次加固的质量来看，高密度单管旋喷桩是最合适的加固方式。

2．开仓换刀过程中注意事项及应对措施

⑴为了防止盾构机尾部渗水入土仓，在盾构前部的筒体上打孔，在开仓前注聚氨酯。

⑵加强后部管片注浆，防止泄压过程中盾构机后部水在筒体中形成通道，带动流砂形成砂涌，从而导致盾尾塌方。

⑶仓门打开以后，人员土仓前要先用一条钢筋检查撑子面的稳定，并要求值班工程师在之后的换刀的过程最少每小时检查一次撑子面的稳定。

⑷在换刀过程遵循拆一把换一把的原则，防止地层出现紧急塌方。

七、小结

⑴泥水盾构在上软下硬地层中施工，既有和一般的地层掘进相同的一面，又有其特殊性，我们要着重研究和控制它差异的一面。

⑵泥水盾构在上软下硬地层中施工，在刀具的选择方面滚刀最为合适。

⑶要在上软下硬的地层开层换刀，单管旋喷桩加固的效果较好。

第二篇：软土地层盾构区间掘进施工组织标准化管理手册

盾构机掘进

(一)软土地质掘进

1、前提条件（要准备的工作或资源）

(1)在施工调查的基础上对区间进行详细的排查，排除地下障碍物，调查下穿侧穿建筑物的竣工图，测量河流底河床标高对发现的风险源制定具体应对措施；

(2)在对设计图纸进行仔细的审核设计交底，对地下的水腐蚀性、管片增设预留注浆孔、螺栓、防水材料型号进行审核，从设计角度提前考虑加强管片防水；

(3)针对祥细的调查资料及设计交底，制定可操作性强的施工方案；

(4)在制定施工方案前，需做好盾构机的选型工作；

(5)合理的布置软土盾构掘进施工平面图，根据现场情况加大集土坑容量，保障施工进度；

(6)对操作人员进行交底、安全培训及考核；

(7)机械进场后，检查盾构设备状态，对盾尾刷的焊接及铰接密封进行检查；

(8)软土掘进建议采用厚浆，对厚浆配比进行验证，选择合理的浆液稠度，并对浆车进行改造，确保浆车的驳浆能力；

(9)对小曲线盾构姿态进行摸拟，确定行程差及盾构间隙控制值；

(10)对施工所用原料及防水材料进行送检，确保材料的质量，对管片进行监造及验收；

(11)准备好二次注浆材料、机械及人员，根据地表沉降及时补充注浆；

(12)碴土改良做室内试验，建议采用泡沫，做好软土地层试掘进计划，收集相关参数，讨论后进行优化。

3、资源配置标准

表1人员配置表

表2设备配置表

表3物资配置表

4、进度指标

(1)软土地层掘进力求稳定快速通过，始发接收段按4环/d，正常段按8环/d控制施工进度。

5、工序搭接关系

(1)掘进前做好准备工作，技术及实验工作要做到位；

(2)掘进过程同步做好土体改良工作，注入改良材料，同时对出土量进行测量计算，与理论出土量进行对比，避免超出土；

(3)掘进过程做好土压的设定，根据地表沉降情况进行及时调整，同时做好建筑物的沉降观测，合理的选择点位进行二次注浆；

(4)掘进过程做好同步注浆工作，严禁不浆推进，注浆采用压力与方量双控；

(5)掘进完成后拼装管片，拼装管片要求仔细检查错台情况，核对管片的型号，同时对管片防水材料的粘贴情况再次进行检查；

(6)管片拼装完成后进入下一环的掘进。

6、管理措施

(1)制定合理的施工方案，实施前进行研讨，提高施工方案的严肃性，技术交底要交到作业人员；

(2)建立每日碰头会制度，对每天现场存在的问题进行责任分工，落实到具体人员，提高执行力；

(3)建立施工数据内部报警机制，对错台、破碎、渗漏水及地面监测点数据制定内部报警值，一旦超过报警值立即组织会议，组织主要人员讨论分析原因；

(4)合理制定超环奖，激励作业队伍人员热情，但不能只求施工进度而不重视质量；

(5)制定项目安全质量管理办法，约束红线条款，一旦触碰红线立即进行处罚；

(6)掘进过程安排人员全程值班，对施工参数进行收集，为下一步优化施工参数提供依据；

(7)合理布置地面临建设施，做好施工，在集土坑周边施作挡泥板，防止泥浆外溅。

第三篇：地铁盾构施工中的地表沉降及其控制技术

地铁盾构施工中的地表沉降及其控制技术

摘要地下盾构穿过复杂的富水地层时地层极易失水而造成地面沉陷。结合工程实例，阐述了采用注浆技术解决此类问题的技术思路、方法及具体实施工艺。关键词盾构施工 地表沉降 注浆控制

1引言

随着城市化的快速发展，城市所面临的交通、土地矛盾日益突出，因而，地下隧道交通及各类地下工程成为解决矛盾的一个重要方面，大量的地下工程建设引发的地面沉降，地面塌陷和地面裂缝层出不穷，如何避免和防止城市地铁工程建设中的地面变形地质灾害问题已成为地铁工程建设中的重要课题。

2地铁工程产生地质灾害的工程地质特性

在城市地铁工程建设中，地质灾害多发的地层一般为松散人工堆积层，河相、湖相或滨海相沉积覆盖层，岩层多为软弱、裂隙发育或风化强烈或岩溶发育的地层，具体有人工杂填土层、砂层、粉细砂层、砂砾(卵)石层或孔隙率高的黏土层、淤泥层、透水性强的构造破碎带、强风化、中风层、以及岩溶地层。这类地层的普遍特性是高孔隙率、高含水、高透水性。

3地质灾害成因分析

在城市地铁工程建设中，无一列外不是必须对地层实施开挖、掘进，实际上，在对原始地层进行开挖、掘进的过程，即是对地下水文工程地质环境的破坏过程，它不但改变了地层的应力结构，即使在构建起人工结构后，也强制地层应力进行重新分布、平衡，在这个过程中，必然引起地层变形的发生，严重的引起地面变形沉降、开裂，建筑物变形、开裂。尤其是高地下水位条件下，地层开挖掘进时，大量地下水沿开挖面流失并排出，造成地下水位大面积下降，从而引发一系列地面地质灾害问题。

4典型沉降变形控制及防治技术

4． 1盾构施工引起地面及建筑物下沉并变形开裂 4． 1． 1灾害现象及成因

在某地铁施工中，当向盾构机土仓加压至2． 3 bar时，发现盾构机部位地面出现隆起的现象，且地面补注浆孔施工时所挖的探槽多点窜气;监测数据显示地面下沉幅度较快。2009 年6 月10 日晚 11 时，盾构机盾尾上部的地面建筑物—汽车修理厂部分地面突然下沉，面积约40 m2，下陷深度约2．5 m，同时出现房屋基础的独立柱下沉，墙面开裂。

根据区域详勘和补勘阶段地质资料，盾构机所处部位(地表以下约 22 ～28 m)区间地层为: 上覆第四系覆盖层，覆盖层主要为冲积 ～ 洪积土层及残积土层。下伏基岩为风化花岗岩、花岗片麻岩和花岗岩。基岩包含全风化、强风化、中风化三个风化岩带。隧道区间大部分位于全、强风化层，地层空隙率较高，中、强风化层为富水地层。水压大且具有连通性。

根据水文工程地质条件及盾构施工情况综合分析，引起地面下沉及建筑物变形的主要原因为:盾构机在穿过覆盖层及风化软弱地层时，因外围未形成有效防护，在地层土压力及水压力作用下，随着盾构机的掘进，大量泥水混合物涌进土仓造成严重超挖及水土流失，致使隧道顶部地层在上覆压力作用下发生变形坍塌，变形坍塌不断延伸从而导致地面塌陷变形、建筑物变形开裂。4． 1． 2治理技术方法

(1)方法与步骤

①首先采用混凝土对塌陷区进行回填;

②对修理厂房屋地板以下的脱空区进行回填灌浆处理;

③采用黏土水泥复合浆液将盾构机土仓回填密实;

④采用黏土水泥复合浆液在盾尾形成止水环，控制已掘进完成的隧道管片与围岩间的水流和部分裂隙水;

⑤采用黏土水泥复合浆材从汽修厂车间地面对盾构机土仓周边地层进行帷幕灌浆施工;

⑥在上述工作完成后，利用盾构机上预留的超前注浆孔进行适当补强。

(2)施工工艺

①灌浆材料。

由于盾构机刀盘前方地层空隙率高，且地层富水，要求止水灌浆不能固住盾构机。采用黏土复合浆液或复合膏浆先进行充填灌浆，然后再采用部分mj 双组分低强度化学浆材进行止水。

②采用黏土水泥复合浆材将盾构机土仓回填密实。

利用盾构机土仓胸板上的注浆孔，采用排水与注浆结合的方式，对土仓内空间分 3 ～4 次将土仓空间注满。注浆材料初凝时间 6 ～12 min，3 d 抗压强度 0． 3 ～1． 0 MPa。

③通过注浆在盾尾形成止水环。

为减少土仓水的来源，对已形成隧道的管片与围岩间的水流和部分裂隙水通过注浆进行控制，并在盾尾后形成较宽的止水环。止水环灌浆孔布置于盾尾后的第 3 ～ 9 环间的管片拼装孔(或缝)上，先施工管片上的拼装孔，按 3 排一个循环进行施工。止水环施工前先将需处理环间管片上的拼装孔钻穿两个，量测排水量和水压，并做连通试验。处理过程中用球阀封闭排水，灌浆压力 1 MPa。灌浆结束标准: 单位吸浆量不大于 1 L/min，持续 10 min。

注浆材料为黏土水泥复合浆材，初凝时间16 min，3 d 抗压强度 1 MPa。特殊情况下灌入化学浆材或速凝双液浆止水。

④用低强度化学浆材回填盾壳与围岩间间隙，防止盾壳被固住。

为保证盾构机盾壳不会被较高强度的灌浆材料固住，在对掌子面注浆前先用低强度的溶液型浆材充填盾壳与围岩空间。回填过程应与盾壳周边的排水结合，让浆材尽可能充填满。回填压力应小于 0． 6 MPa。

⑤地面注浆帷幕。

要求在盾构机土仓周边形成止水帷幕体，并对掌子面进行适当加固，施工完成后要求能将盾构机前行部位达到基本止水和空隙地层的有效充填，设计在盾构机土仓部位周边布置钻孔，加固底板深度30 ～ 32 m，刀盘前方 4 ～ 6 m，钻孔轴线距刀盘左右各 2 m，隧道顶部 4 m。钻孔垂直盾构机轴线布孔 5～ 6 排，排距和孔距 1 ～ 1． 2 m，盾尾与刀盘部分以上孔深距隧道顶 1 m。

灌浆浆材采用黏土水泥复合浆，初凝时间16 min，3 d 抗压强度 1 MPa。为提高浆材的固结强度，施工中可将水灰比调为 1∶ 1，其他参数不变。

灌浆采用压力为 0． 3 ～ 0． 6 MPa。以盾构机土仓内最大压力不超过 3． 5 bar 为上限控制标准。

当吸浆量小于 1 L/min 时，再持续灌浆 30 min后结束灌浆。

⑥超前注浆。

超前注浆作为地面注浆的补充，施工过程要求钻孔与灌浆紧密结合，钻完一孔即灌浆一孔，不得同时施工多孔，防止对地层的扰动。不一定需要将所有的预留孔全部施工，应根据地层的加固效果确定孔数和施工的深度。

实际上，盾构机在土仓壁上已布置有超前注浆孔施工位置(见图 1)，先沿盾构机轮廓预留的超前注浆孔布置 9°外倾孔，孔深约 5 ～ 7 m，实际入土或入岩深度为 2 ～ 4 m，要求钻孔尽量深;再施工水平孔，各类孔均分三序施工;施工过程中应采用孔口导流和适当封堵，尽量防止水和泥沙大量涌出，使地层失水加速下沉。

灌浆: Ⅰ序和Ⅱ序孔灌入黏土水泥复合浆液，要求浆液 7 d 强度大于 3 MPa，初凝时间约 6 ～12 min;Ⅲ序孔灌筑低强度速凝高分子止水材料。施工中，在盾构机土仓传感器监测到的压力不超过3． 5 bar 情况下，尽快达到灌浆压力，或者保证注入率大于 30 L/min，直到该孔基本不吸浆 30 min 后停灌。所有黏土水泥复合灌浆孔全部施工完毕后，待凝 24 h 后再进行Ⅲ孔的钻孔灌浆。

灌浆过程以盾构机土仓传感器压力小于3．5 bar为控制标准，在土仓压力不上升情况下灌浆压力尽可能大，但应确保地面不冒浆。

4． 1． 3治理完成可恢复掘进施工的条件

在土仓超前注浆孔上适当部位布置检查孔，如果钻孔不塌孔，且渗水量不大于 5 L/min，则可以启动螺旋出土器出土，然后再开闸检查，确认土仓无明显渗水及流土，则可恢复掘进施工。4． 2盾构换刀预防地面沉降加固技术 4． 2． 1工程概况

隧道由两条单线单洞区间的盾构法隧道组成。设计里程为 Y(Z)DK-0-631． 525 ～ Y(Z)DK-2-411． 300，右线隧道长 1 779． 775 m，左线隧道长1 784． 897 m(长链 5． 122 m)，全长 3 564． 672 单线延长米。区间沿线地面条件复杂，经过地面设施主要有城市交通主干道、河涌、高架桥、建筑物等，车流量大，人员密集，建筑物稠密。

截止 2009 年 9 月 5 日，右线海瑞克盾构机掘进到 647 环，隧道埋深 25 m，盾构机所在位置地面为一工商学院院内，海瑞克盾构机盾尾距学生宿舍 9号楼净距 2． 6 m，刀盘距学生宿舍 10 号楼净距离为5． 11 m，两栋房屋均为框架结构，锤击灌注桩基础，A072 栋房屋桩长 13 m，A070 栋房屋桩长 15 m。左线小松盾构机掘进到 550 环。

左右线盾构机位置见图 2。

4． 2． 2工程地质及水文状况

(1)工程地质情况

在 ZDK-1-435 处，隧道断面主要地层为 ＜7H ＞和 ＜9H ＞;在 YDK-1-433 处，隧道断面主要地层为＜ 7H ＞、＜ 9H ＞，隧道上部为 ＜ 6H ＞ 地层。

花岗岩残积土 ＜5H-2 ＞ : 呈褐黄、灰褐色，硬塑状，黏性差，含有石英砂粒，遇水软化、崩解。

强风化花岗岩 ＜ 7H ＞ : 呈褐黄、灰褐、浅黄、浅灰色等，风化强烈，原岩组织结构大部分风化破坏，但原岩结构清晰可辨，岩石风化裂隙发育，风化不均，岩芯呈半岩半土状、碎块状，局部夹中风化岩块，岩质极软，岩块用手易折断，具遇水易软化、崩解特点。

中等风化花岗岩 ＜8H ＞ : 呈深灰、灰白、浅黄等色，中细粒结构，块状构造，组织结构部分破坏，裂隙较发育，岩石硬，较破碎，裂面伴有铁染，岩芯多呈碎块状，少量长、短柱状，风化不均匀。

微风化花岗岩 ＜9H ＞ : 呈深灰、灰白色，块状结构，裂隙较发育，岩石坚硬，较完整，岩芯多呈长、短柱状，少量块状，锤击声脆。

(2)水文地质情况

本区段地下水有第四系孔隙水及基岩裂隙水两种类型。

一种是其富水性较好，透水性强，属中等 ～ 强透水地层;根据其赋存条件，一般为潜水特性，对局部埋深比较大，上覆土层较厚地段具弱承压性特点。

另一种是基岩裂隙水主要赋存于基岩强风化、中等风化的裂隙中，地下水埋深一般为 10 ～ 20 m，由于岩性及裂隙发育程度的差异，其富水程度与渗透性也不尽相同，一般比较差。由于强风化带上部全风化岩和残积土以土性为主，透水性差，一定程度上起到相对隔水作用，因此本基岩裂隙水具承压水特性。4． 2． 3换刀加固技术方案

小松盾构机拟在 646 环(刀盘在 ZDK-1-436)处检查及更换刀具，考虑到小松盾构机压气作业较困难，需采取地层预加固后常压进仓检查及更换刀具，故此需对检查换刀位置处的地层进行加固。考虑到右线海瑞克盾构机带压作业时掌子面易失稳坍塌，且在目前停机位置(647 环)需更换刀具后方可继续推进，因此需对右线海瑞克盾构机前方地层进行加固，常压开仓更换刀具。刀盘前方地层为 ＜5H － 2 ＞、＜ 6H ＞、＜ 7H ＞、＜ 9H ＞ 等地层，地面为工商学院内空地，结合以往施工经验，盾构换刀加固采用地面前进式注浆加固。

(1)地面注浆加固方案

对刀盘前方掌子面从地面采用前进式注浆加固土体;盾尾后两环径向注浆形成止水环阻止后方的水流进入土仓;盾壳上的预留径向孔径向注入快速止水高分子材料，对盾壳周围的间隙封闭止水，并起保护作用。

①对盾尾后两环管片的注浆加固。对盾尾后部两环管片径向孔(每环管片 6 个吊装孔)用双液注浆。注浆深度穿透管片背后土体 1 m。

②对盾壳背后注入快速止水高分子材料。利用盾构机壳体上的径向注浆孔向盾壳周圈注入快速止水高分子材料，注入压力小于 1． 0 MPa，将盾壳周围空隙填充密实，起到止水和利于盾构机脱困的目的。

③对刀盘前方土体加固。从地面采用前进式注浆加固，加固范围为: 盾构机刀盘前方沿线路前进方向隧道边线左右各外扩 1 m，布设 2 排注浆孔。加固孔位采用梅花形布置，孔间距 1 200 mm，排距600 mm，加固深度为隧道上方 3 m 至 ＜ 9H ＞ 地层0． 5 m。

(2)对右线海瑞克盾构: 先对盾壳上的预留径向孔径向注入快速止水高分子材料;再从盾尾后两环径向注浆形成止水环;之后从地面采用前进式注浆加固刀盘前方土体。土体加固完成之后，人工在常压状态从人闸口进入土仓清除土仓内的渣土，并对刀盘开口部位采用木板封闭，在清仓的同时进行原位换刀;换刀结束后，转动刀盘，取掉封闭刀盘开口的木板，关上仓门;对土仓内采用膨润土 + 粉煤灰 + 砂浆液回填;再进行盾构推进。

(3)对左线小松盾构: 先从地面采用前进式注浆的方法对拟换刀位置的刀盘前方进行土体加固，盾构推至加固体 0． 5 m 后停机;再对盾壳上的预留径向孔径向注入快速止水高分子材料，并从盾尾后两环径向注浆形成止水环;之后采用螺旋输送机出土，人工在常压状态下从人闸口进入土仓检查刀具;如需更换刀具，对刀盘开口部位采用木板封闭并更换刀具;检查或换刀结束后取掉封闭刀盘开口的木板，关上仓门;再进行盾构推进。

通过以上盾构换刀加固技术方案的实施，可确保在盾构穿过复杂地层进行换刀时，在土仓卸压条件下，正常进行换刀作业，并避免因减压而造成水土流失，引起地面及建筑物的沉降破坏。

5结束语

随着大量城市地下工程的开工建设，施工中遇到的各类地质环境灾害问题日益突出，经多年的研究与实践，在岩土工程及地质灾害治理方面积累了一定的经验，并研究开发了诸如覆盖层及软弱地层控制注浆工艺技术，成套控制注浆材料制浆、泵送技术与设备，高精度水平预应力锚索施工技术等多项专利技术及设备。在此，愿与各位同行专家一起共同努力，不断推进地下工程技术的发展和进步。

第四篇：桥梁转体施工中的上、下转盘施工

上、下转盘施工(1)转盘上、下盘钢板的加工 上盘钢板直径300cm，厚度为30mm；下盘钢板钢板直径302cm，厚度为30mm。施工图中的上、下盘钢板各焊接有厚度为20mm的加劲钢板，保证钢板在加工和运输过程中不变形，但实际上，在运输和吊装过程中，钢板容易沿对角线发生弯折，不能满足运输和安装过程中不变形的要求，因此要求在钢板工厂制作过程中在加劲钢板上焊接钢板和20号槽钢，加强上下盘钢板的刚度；钢板的加工选择有加工经验和实力的生产厂家，按照设计图纸要求的加工精度进行，下盘镀铬，在出厂前对钢板的加工质量进行检查，满足要求后用汽车运至工地进行安装。在施工设计图上，上盘钢板表面钻有四氟蘑菇头的安装孔，在安装孔的孔底钻有2mm的气孔，保证四氟蘑菇头安装后能与钢板紧密结合，在加工过程中，由于上盘钢板共有蘑菇头7457个，就有7457个气孔，数量较多，加工难度较大，根据雅髻沙大桥的施工经验，加工上盘钢板时，取消上盘钢板2mm的出气孔，在四氟蘑菇头的中心钻1mm的孔，保证空气的排除，对整体性能不产生大的影响。在下盘钢板上钻有直径为40mm的渗浆孔，数量为48个，由于渗浆孔的面积比四氟蘑菇头的面积大，且数量较多，会增加转体的摩阻力，因此取消渗浆孔，在进行下盘钢板底面压浆时，直接预埋压浆管和出浆管进行承台底面水泥浆的灌注。(2)转盘上、下盘钢钢板的安装 在承台施工完成后，即可进行上、下盘钢板的安装，为保证上、下盘钢板的加工精度，且保证在混凝土浇筑过程中不变形，不位移，安装时，采用安装撑架进行安装。承台混凝土的浇筑时，在承台现浇C50混凝土预留槽内预埋7.5#角钢和20#槽钢，在预埋的型钢上焊接下盘的安装支撑架和转轴定位架（见施组设计图）。转轴原设计长度比较短，安装时定位困难，且在调整转轴的垂直度时难度较大，因此将转轴的长度增加到185cm，安装转轴时，提升转轴上的吊环，将转轴吊装到转轴定位架内，通过提升转轴上的吊环调节转轴的高度，在转轴下面支垫钢板将转轴的顶面标高调整到设计容许的精度范围内，再用定位架上的调节螺栓调节转轴的垂直度，因定位架的位置相对比较固定和精确，转轴在定位架内的高差不超过1cm，左右偏移量不超过6mm，再配合两台经纬仪进行校正，因此转轴的垂直度的调节比较容易到达精度要求，校正转轴后，浇筑预留槽底面以上80cm以内的混凝土，将部分转轴埋入混凝土，此时转轴的位置相对比较稳定，避免由于吊装下盘钢板时对转轴发生碰撞而发生转轴偏位；下盘安装在预留槽顶面以上80cm混凝土强度达到设计强度的60%后进行，在下盘撑架的5#钢板上焊接钢筋吊环，用吊车将下盘起吊安装，下盘安装后落在下盘安装支撑架上，通过安装支撑架上的螺栓调节下盘钢板的平整度和高程直至满足要求，焊死螺栓，并用钢板将下盘撑架的1#和5#型钢与安装支撑架的1#型钢进行局部焊接（避免大面积焊接造成变形），下盘安装完成，下盘安装后浇筑承台顶面以下70cm内混凝土，达到一定强度后，用3mm的钢板沿着下盘钢板的周边下盘钢板顶面至承台顶面之间空隙部分进行包裹（局部点焊），再用10#水泥砂浆进行密封，通过下盘钢板上的灌浆孔和出浆孔对钢板底面进行压浆，由于在下盘钢板的加劲钢板上钻有30mm的孔，保证水泥浆能够在下盘钢板和承台之间的空隙范围内自由流动，压浆采用活塞式灌浆机，灌浆的压力控制在0.4～0.6Mpa之间，待出浆孔流出浓浆后，用木塞封闭出浆孔，并持压5分钟，保证混凝土的密实性，实践证明该办法切实可行；灌压水泥浆采用42.5R的纯水泥浆，根据实际情况可掺入一定的膨胀剂，具体掺量根据试验确定；定位架和下盘安装支撑架的调节螺栓采用M22×110高强螺栓。上盘的安装在承台预留槽内的混凝土浇筑完成达到一定的强度后进行，因下盘钢板和转轴已定位，上盘钢板的安装直接搁置在下盘钢板上，稍微调整一下钢板的位置即可满足要求。安装时将下盘清扫干净并干燥，涂抹黄油四氟粉，在上盘四氟磨菇头、磨菇头之间间隙、转轴和轴套之间中涂抹和充填黄油四氟粉，在上盘钢板的加劲型钢上焊接吊环，将钢板吊装就位，完成上盘安装。上盘安装完成后推动上盘钢板进行转动，查看运转是否灵活，否则进行局部调整。(3)转动张拉系统 原设计采用14-7φ5钢铰线作转动牵引索，张拉力96吨，钢绞线预埋在转盘内，螺旋状从转盘的外侧绕出，张拉端的反力架设置在承台的外侧，长3.5米，宽1.5米，高1.63米。由于钢绞线在转盘内安装过程中，由于钢筋焊接或者落物等不可预见的意外因素可能对钢绞线造成损伤，在转动过程中可能发生钢绞线断裂，无法进行钢绞线的更换；同时，考虑到在转动过程中可能出现转动过量的情况，仅靠4个平衡脚的反向顶推不一定达到预期的效果，因此考虑到通过在锚固端设置千斤顶进行反向张拉，结合实际情况和以往的经验，将钢绞线的安装由内置式改成外置式，钢绞线在锚固端以及张拉端采用集束方式，并将改用15根270级，直径为15.24mm钢绞线（标准强度1860Mpa），锚具采用YM15-16群锚；锚固构件采用型钢贴焊钢板组成铆焊件预埋在转盘内，锚固构件按照150吨拉力控制计算；反力架设置在承台上，反力架是由型钢和钢板组焊构件，在承台施工时，在承台上预留槽口，上部悬臂箱梁施工基本结束后，进行反力架的安装，调整到安装精度要求后进行固定，并浇筑预留槽口内的混凝土,反力架按照张拉力150吨控制计算；张拉千斤顶采用ZTD150吨自锚连续千斤顶,公称拉力150吨，启动时配备4台60吨起动千斤顶。在转体启动过程中，按照两种情况考虑，一种是不考虑助推千斤顶的作用，只考虑由连续自锚千斤顶完成；另一种情况是，考虑由自锚连续千斤顶和启动千斤顶共同作用；把两种情况分别计算如下: 设:上下盘钢板之间摩阻系数f，转体重量G＝8498吨 上转盘钢板外径R1＝1.5m 上转盘钢板内径R2＝0.15m 起动千斤顶力臂L1＝3.0m 自锚连续千斤顶张拉力力臂L2＝4.5m 自锚连续千斤顶张拉力F1 起动千斤顶推力F2 转盘受力图式 摩阻力对转轴中心产生的力矩为： 1.5M阻＝0.15π(R2πxdx211.52-R2)Gfx＝7630.08f0.152xdx＝2543.36f(1.50-0.15)33＝8575.25f（吨.米）千斤顶拉力和推力产生的力矩为： M动＝2F1×L2＋4F2×L1＝9F1＋12F2(考虑助推千斤顶作用时)M动＝2F1×L2＝9F1(不考虑助推千斤顶作用时)根据实际考虑两种情况：１、考虑助推千斤顶和自锚连续千斤顶在起动时共同作用；２、不考虑助推千斤顶，只考虑自锚连续千斤顶的作用；自锚连续千斤顶的额定张拉力为150吨，实际操作考虑张拉力上限为140吨，顶推千斤顶的额定张拉力为60吨，实际操作考虑张拉力上限为50吨，根据实际张拉力的上限来计算各种摩阻系数下的转体安全储备（即F1＝140T，F2＝50T）。在各种摩阻系数下的安全系数(见下表)各种摩阻系数情况下的安全系数 上下盘间摩阻系 数 f 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 第一种情况 摩阻力产生的最大力矩（t.m）M阻＝8575.25f 257.26 343.01 428.76 514.52 600.27 686.02 771.77 857.53 943.28 1029.03 1114.78 1200.54 1286.29 起动时能提供的最大力矩(t.m)M动1＝9F1＋12F2 1860 1860 1860 1860 1860 1860 1860 1860 1860 1860 1860 1860 1860 起动时的 安全系数 M动1/ M阻 7.23 5.42 4.34 3.62 3.10 2.71 2.41 2.17 1.97 1.81 1.67 1.55 1.45 转动时能提供的最大力矩(t.m)M动2＝9F1 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 转动时的 安全系数 M动2/ M阻 4.90 3.67 2.94 2.45 2.10 1.84 1.63 1.47 1.34 1.22 1.13 1.05 0.98 起动时能提供的最大力矩(t.m)M动1＝9F1 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 起动时的 安全系数 M动1/ M阻 4.90 3.67 2.94 2.45 2.10 1.84 1.63 1.47 1.34 1.22 1.13 1.05 0.98 转动时能提供的最大力矩(t.m)M动2＝9F1 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 1260 转动时的 安全系数 M动2/ M阻 4.90 3.67 2.94 2.45 2.10 1.84 1.63 1.47 1.34 1.22 1.13 1.05 0.98 第二种情况 目前我们准备采用的是第二种方式，即只采用自锚连续张拉千斤顶，而不考虑助推千斤顶的作用，以上表格中的数据，表明采用第二种方式是可行的。根据以前转体施工的经验，起动时的最大摩擦系数不超过0.07，考虑在摩擦系数0.12最不利情况下，安全系数为1.22，满足起动要求；转动过程中，摩阻系数在0.03～0.04之间，即使在摩阻系数达到0.06的情况下，安全系数也能达到2.45，也能满足正常运转。（上图中阴影部分为可能出现的摩阻系数区域对应的安全系数）。钢绞线采用15根270级，直径为15.24mm（标准强度1860Mpa），单根钢绞线的破断拉力为Rp=26.07吨，按规范要求张拉力按照0.75Rp控制，集束钢绞线能提供的最大拉力为F拉＝0.75×26.07×15＝293.29吨，若按照第二种方式进行转体施工，在摩阻系数为0.12时，自锚连续千斤顶的最大拉力为114.34吨控制，钢绞线的安全储备为2.57；在转动过程中估计摩阻系数为0.04（据雅髻沙大桥转体施工实际测定，动摩阻系数为0.034），此时钢绞线的最大拉力为38.11吨，钢绞线的安全储备为7.70。钢绞线在安装时，在锚固端预留长度100cm，在牵引转动过量时，可以在锚固端布置千斤顶或者在60吨的起动千斤顶的配合下，进行反向张拉和顶推，使转体精确就位；钢绞线在安装时，必须进行编束安装，安装好锚具后，用前夹式千斤顶对每根钢绞线进行单根张拉，每根钢绞线的张拉吨为控制在1吨，使各根钢绞线受力均匀。(4)上、下转盘混凝土的浇筑 下盘预留槽内Ｃ50混凝土浇筑时，采用三次浇筑，第一次浇筑预留槽底面以上80cm的混凝土，使转轴固定；在安装下盘钢板后，浇筑承台顶面以下70cm以内的混凝土；第三次对承台顶面以上至下盘钢板底面进行压浆。由于下盘钢板的肋板和临时支撑架在预留槽内占据比较大的空间，给混凝土的浇筑带来难度。混凝土采用泵送混凝土直接输送到预留槽内浇筑，由于泵送混凝土有较高的和易性和流动性，对混凝土的密实度有较大的提高，混凝土浇筑时除常规的分层浇筑，布点振捣外，操作人员沿着下盘钢板的四周从支撑架和加劲钢板之间的空隙对转盘钢板中部下面的混凝土进行振捣，控制混凝土的浇筑速度，保证在预留槽内的混凝土密实；对于下盘钢板底下10cm以内的空隙采用压浆处理，首先对下盘钢板的周边用3mm的钢板进行包裹并点焊，用水泥砂浆进行密封，通过钢板上的灌浆孔和出浆孔对钢板内的空隙进行压浆，待出浆孔流出浓浆后，封闭出浆孔，继续进行灌浆，压力控制在0.4～0.6Mpa之间，并持压5分钟，封闭灌浆孔。经验表明，灌压纯水泥浆能够满足钢板下混凝土密实的要求。上盘混凝土的浇筑比较简单，加劲板和支撑架不影响混凝土的浇筑，按照常规混凝土浇筑的方法进行混凝土的施工。

第五篇：预应力技术在路桥施工中的应用

预应力技术在路桥施工中的应用

摘要：预应力施工技术在我国的路桥工程中是有着越来越多的运用，但这项技术需要技术水平较高的施工单位来操作，本文探讨了预应力技术、公路桥梁施工中的运用和实际问题、这项技术的未来发展方向三个方面，论证了这项技术在将来的实际作用。

关键词：预应力技术；路桥施工；发展方向

一、概述

我国许多地区已经开始向新型城市建设转变，为了让新型城市化建设脚步走的更快更稳，公路与桥梁这些贯穿城市的“血脉”自然是重中之重，尤其是更多的快速路，高速路，高架桥和城市道路网路规划建设都给施工企业和单位提出来更高的要求。所以，研究符合当下情况的施工技术也显得尤为重要，预应力技术就在这其间脱颖而出，这项技术的特点是，技术含量比较高，工艺要求更加严谨，当然这项技术在没有达到完美的情况下，还有很多问题有待解决，所以要求施工单位应多留意，勤记录以求得问题尽快有效的解决，为其他的领域的应用项目提供有效地参考价值。

二、预应力技术概况

“预应力技术指的是在路桥工程以及其他建筑工程的施工过程中，实现在平板结构以及转换层等特殊结构形式中的一种技术。”

这项技术属于力学与结构力学范畴，适用于大部分土木工程施工中。说起预应力技术其实分为两种一种是体外预应力技术一种是内部预应力技术，虽然两种技术在物理学中的力学原理基本一致，但主要区别就是在施工技术上体现的不同构造，本文将重点探讨第二种内部预应力技术也就是我们通常所说的预应力技术。预应力技术最早起源于欧洲，在1935年～1945年的到了发展，由于当时的物资短缺所以这项技术可以在施工中采用高强度钢筋来节省更多的工程材料。正式因为建筑材料紧张，我国的预应力技术也在1950-1960年之间出现，其中经历了几次改革和研发，终于在1980年以后我国的预应力技术达到了一个全新的高度，更加现代化的预应力技术被运用到更多的领域里，此时这项技术相比原来有了明显进步，节省更多的钢材、在整体结构跨度上有了明显增加、本身材料的自重上大幅下降、在使用范文上有了更多选择、结构成本下降所带来的综合经济性优势，正是因为这些优势让我国的在“八五”计划纲要中将预应力技术列为重点开发与推广项目。这就是预应力技术概况！

三、预应力在公路桥梁施工中的应用

（一）预应力原理和应用范围

预应力技术在公路桥梁的具体施工中的运用主要体现在混凝土工程的施工上。为了满足混凝土结构件的预应力需求，通过一系列机械设备对预应力筋进行张拉，然后按设计要求规范的预应力筋数量进行铺设，在固定承压板之前要保持预应力筋和路桥本身的垂直度，最后要浇筑预应力的混凝土模块，如果这时混凝土的构件的外加的负载的压力与与产生的预应力抵消，就说明混凝土构件通过预应力技术承受了更多压力，其混凝土拉伸去区也能承担更多的负荷。运用在路桥施工中的预应力一般运用在以下几个地方：

1.加固桥梁结构中的应用，在路桥施工的过程中，为了实现对现有的结构件的总体加固，选择预应力技术是一项绝对可行方案，因为改善桥梁的整体质量是关键，是在路桥上运用高强度高硬度材料结构，预应力恰好能起到很好的负载能力，从而提高路桥的性能和使用寿命，尤其对于提高桥涵等部位的乘载能力上有着决定性作用，所以最典型的的预应力技术就是实施对于路桥加固工程项目上。

2.受弯构件中的应用，在路桥施工的工艺结构中，需要承载较大载荷的部位是受弯构件，因为其结构特点就是上部需要承受较大的压力而下部又需要承受一定的拉力，所以觉得这个部位的构建需要采用，工业结构简单，强度更高，本身更轻的碳纤维材质贴片。在碳纤维裁片与预应力技术结合产生的工艺可以在其应力基础上将其坚固程度扩大到最大，从而让受弯构件以及整体工程项目延长使用寿命。

3.混凝土路面中的应用，随着城市化进程的建设，公路的作用就显得尤为重要，通过大量的报道了解到越来越多的预应力技术被运用到混凝土路面项目里，正是这项技术的参入让混凝土路面的开裂情况大幅度减少，其原理就是预应力筋对混凝土路面的深层路基结构进行了有效的约束，其实在混凝土路面中预应力的技术与桥梁中的作用原理极为相似，所以说预应力技术已经在更广的项目范围内起到了关键作用。

混凝土续梁中的应用，很多大中型城市中的桥梁建设年代较，早所随着时间的前进这些桥梁也都面临着翻新以及续梁施工，混凝土桥梁的多跨连续梁项目分为正弯区域和负弯区域，当承受抗弯承载力与抗剪承载力的支座负弯，无法提供更持久的支持力时，就需要根据当时的状况选择碳纤维贴片和增加粱下面积的方式来进行巩固根基。

（二）预应力技术施工中的注意事项

预应力技术虽然经过多年的发展和研究有了一整套较为完善的施工体系，但并没有达到完美程度，所以其中有几点需要注意的地方，首先在选择预应力筋和预应力锚具的选择，这两项是应当在施工前期已经准备好的，这两项材料的选择关系到整体施工的质量和效率，预应力筋可选择低松弛性钢绞线，由于其性价比高，质地轻，方便施工等特点，在应用范围上最广，预应力锚具是制作预应力材料制中的主要实用工具，在选择种类上也比较多，但大致分为先张法和后张法，其中后张法中的机械锚固类锚应用范围较广，而且具有使用中预应力损失较小，方便连接等特点。然后，在路桥施工过程中最值得注意的就是波纹管堵塞的问题，其带来的损失就是由于浇筑混凝土时无法顺利通过预应力钢筋而造成的施工中断，白白浪费了人力和物力，这就要求施工单位在操作是一定要严格遵循施工计划设计，尤其是安装管道并确定位置时，做到勤记录勤计算，以将误差减少到最小，当然在配比水泥浆时也要严格安装配比执行，以保证施工一次性成功。其次，预应力的张拉力控制也是经常令施工单位头疼的问题，张拉力控制出现误差之间会导致施工件表面出现裂痕，虽然裂痕的出现也有因为自然因素所导致，但人为因素控制的各束张拉力不同，操控不规范还是占了主要责任，所以就要求施工单位对施工人员进行施工培训，规范预应力张拉时千斤顶等工具的使用，以保证施工的顺利进行。最后，也是最重要的就是在保证施工安全的情况下再保证施工质量，包括施工人员的上岗培训，施工工具的完善管理，施工区域的严格控制，施工过程中的自检与检查，路桥工程关系到经济建设的进程，只有完善每个细节才能让整体工程做的尽善尽美。

四、预应力的问题实际路桥施工中的未来展望

预应力技术在国外已经发展比我国早了将近半个世纪，所以我国的预应力技术还有很多的不足之处，所以首先应该发展的是预应力材料，在未来将会有更高强度，材质更轻，更加坚韧和更加耐久的应力筋产生，在一些发达国家如美国，法国等都率先采用了预制先张预应力混凝土这项技术的特点是质量和耐久性都更加突出，而且省去了灌浆工序从而直接减少了管道和锚具的费用，提高了经济性。在不久的将来，很多工艺计算性工作可以交由计算机控制操作，这样可以更加高效，准确的对整体施工项目进行控制，以减少人为的工作失误。

五、结语

综合以上的几方面，我们看到预应力技术已经被广泛的运用到路桥施工作业中，但其中的不足之处还是会给工程进度带来隐患，所以我们应当积极的参与到国际间的学术交流中，取长补短，借鉴国外较为先进的工作经验和技术，再结合我国自身的情况，发展大型的集团性的，甚至国际性的公司来促进我国预应力技术的完善和发展，相信我国的预应力技术不能仅仅是在路桥施工中，还会在更多的使用领域被充分利用。

参考文献：

[1]思元奎.道路桥梁施工中预应技术的应用分析[J].科技传播，（2013）104-0129-02