成都地铁7号线土建4标 盾构区间危险源安全专项施工方案 掘进控制添加材料注入参数设定土压力设定过硬过软塑性流动状态OK增加注入量减少注入量改良效果OKNO更改设定值土压设定土压力控制过高过低开挖仓土压OK增加螺旋输送机转速减少螺旋输送机转速设定速度最大值刀盘扭距掘进速度控制OK降低速度推 力OK最大值周边土压OK异常异常排土量OK继续掘进

图4-26 掘进参数优化流程图

主要的参数调整优化措施如下：

①采用合适的刀具，主要采用破碎能力强的滚刀，以适应地层及减少切削过程中对地层的扰动。

②土仓压力通过采取设定掘进速度与调整排土量、设定排土量与调整掘进速度两种方法建立，并应维持切削土量与排土量的平衡，以使土仓内的压力稳定平衡。

③盾构机的掘进速度主要通过调整盾构推进力、转速（扭矩）来控制，排土量则主要通过调整螺旋输送机的转速来调节。在实际掘进施工中，应根据地质条件、排出的碴土状态，以及盾构机的各项工作状态参数等动态地调整优化。

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成都地铁7号线土建4标 盾构区间危险源安全专项施工方案 ④掘进时应采取碴土改良措施增加碴土的流动性和止水性，密切观察螺旋输送器的土塞和出土情况以调整添加剂的掺量。

⑤推进速度控制在30～50mm/min，并根据监测结果和排土情况调整。螺旋机转速与设定土压力、推进速度匹配。

4.2.2盾构试掘进

两台盾构机组装调试完成后，我部将盾构隧道前50米作为试验段。

隧道前100m掘进做为盾构运行的调试磨合阶段。我部将盾构100m试掘进分为两个阶段，即前50m试掘进，50～100m试掘进。 4.2.3.1前50米试掘进

隧道前50m掘进做为盾构运行的调试磨合阶段。 1）参数设置

由于在始发阶段受到始发平台、反力架的限制，推力不宜过大，另外为保持洞门周边地层的稳定，盾构扭矩、刀盘转速都不宜过大。

表4-2前50米试掘进的掘进参数表 推力(kN) 8000～9000 扭矩(kN2m) 2000～3500 刀盘转速(rpm) 1～1.3 土仓压力(bar) 0.6～1.0 备 注 2）试验段试验内容 ①对盾构机各部件、管线的工作状态进行调整；

②确定推进速度、推力、扭矩等各种施工参数与设计参数的关系；

③通过地层情况对同步注浆压力、注浆量、浆液的初凝时间及配比进行摸索，掌握其规律；

④了解地层特点与相应的加膨润土、加泡沫等添加剂的关系； 4.2.3.2前50～100米试掘进

始发完成后，根据前50m试掘进段经验，适当调整掘进参数。 （1）参数设置

50～100米试掘进的掘进参数设置如下表：

表4-3前50～100米试掘进的掘进参数表 推力(kN) 10000～14000 扭矩(kN2m) 2000～3000 刀盘转速(rpm) 1.0～1.5 土仓压力(bar) 0.6～1.0 备 注 （2）试验段试验内容 ①确定水、土压力与各施工参数、地面变化的关系；

②通过监测，研究地面沉降与推进参数的关系；测试地表隆陷、地中位移、管片受力、

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成都地铁7号线土建4标 盾构区间危险源安全专项施工方案 建筑物位移等，对试验段掘进得到的有关技术资料进行详细分析，以掌握不同地层中各种推进参数和工况条件下的地层位移规律和结构受力状况，以及施工对地面环境的影响，并及时反馈调整施工参数。

4.2.3碴土改良

（1）碴土改良的作用

盾构在风化泥岩地层中施工，进行碴土改良是保证盾构施工安全、顺利、快速的一项不可缺少的最重要的技术手段。具有如下作用：

①保证碴土和添加介质充分拌合，以保证形成不透水塑流性的碴土从而建立良好的土压平衡机理，只有碴土改良效果好才能从根本上保证掘进过程中对地表沉降的控制，同时提高掘进效率，以保证预定的施工进度目标；

②使碴土具有较好流塑性和较低的透水性，形成良好的土压平衡效果而稳定开挖面，控制地表沉降；

③降低碴土的渗透系数，使之具有较好的止水性，以控制地下水流失及防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象；

④改善碴土的流塑性，使切削下来的碴土顺利快速进入土仓，并利于螺旋输机顺利排土；

⑤改善碴土的流动性和减少其内摩擦角，有效降低刀盘扭矩、降低对刀具和螺旋输送机的磨损、降低掘进切削时的摩擦发热，提高掘进效率。

（2）碴土改良的方法

碴土改良就是通过盾构机的专用装置向刀盘面、土仓、或螺旋输送机内注入添加剂，利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与碴土混合，其主要目的就是要使盾构切削下来的碴土具有良好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力，以满足在不同地质条件下掘进时都可达到理想的工作状况。添加剂主要有泡沫、膨润土以及聚合物。

（3）碴土改良的主要技术措施

碴土和易性是判定碴土改良成效的最重要标准。正常的和易性，是土水不分离、且流动性较好，碴土稠度在12～20。这也很大程度上影响了盾构推进效率。

①设置合适的泡沫参数、向刀盘前注入适量泡沫，在土仓偏上位置同步注入适量的水，形成输出的为流动性较好的土石混合物，降低了对刀具磨损、降低刀盘扭矩、螺旋输送机的磨损，在螺旋输送机形成土塞效应，防止喷涌。

②在地下水发育或富水砂层地段，可在土仓下部靠近螺旋机部位注入空气，将土仓内

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成都地铁7号线土建4标 盾构区间危险源安全专项施工方案 和前方的土体孔隙水疏干，从而防止喷涌。 4.2.4出土量控制

出土量管理是盾构掘进的根本，保证控制地层损失率的最直接、最有效的手段。 出土量控制必须以碴土体积控制为主，重量控制为辅。

环宽1.2m的每环出土量控制在48m3为佳，上下偏差最大不超过2m3。以48m3为标准，每车出土量（15m3）须与相应的推进距离（375mm）及时对比复核。

环宽1.5m的每环出土量控制在60m3为佳，上下偏差最大不超过2m3。以60m3为标准，每车出土量（15m3）须与相应的推进距离（375mm）及时对比复核。

盾构施工中，对掘进所排出的碴土样本进行分析，判断地质情况，根据地质情况，确定出土量。

盾构推进过程中，每天及时检查对应的地面是否存在异常；当出土量超标时，须加大检查频率，专人监控。严格保证土仓内满土状态及碴土和易性是土量管理的重要方面。

4.2.5盾构姿态控制及调整

在隧道施工中隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构推进不可能完全按照设计的隧道轴线前进，而会产生一定的偏差。因此，盾构施工中必须采取有效技术措施控制掘进方向，及时有效纠正掘进偏差。

盾构掘进过程中，推进速度要保持相对的平衡。严格控制好推进里程，将施工测量结果及时与计算的三维坐标相校核，及时调整。

对初始出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免盾构机走“蛇”形，控制每次纠偏的量，盾构机一次纠偏量不宜过大，坚持“勤纠缓纠”的原则，每环纠偏量不超过5mm。以减少对地层的扰动，并为管片拼装创造良好的条件。

①在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快，切换速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏。

②根据掌子面地层情况应及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值。达到警戒值时就应该实行纠偏程序。

③蛇行修正及纠偏时应缓慢进行，如修正过程过急，蛇行反而更加明显。在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，应使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。

④推进油缸油压的调整不宜过快、过大，否则可能造成管片局部破损甚至开裂。 ⑤正确进行管片选型，确保拼装质量与精度，以使管片端面尽可能与计划的掘进方

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成都地铁7号线土建4标 盾构区间危险源安全专项施工方案 向垂直。 ⑥盾构始发、到达时方向控制极其重要，做好测量定位工作。

4.2.6壁后注浆

根据不同的目的，壁后注浆分为同步注浆、二次注浆以及跟踪注浆。 （1）同步注浆

当管片在盾尾处安装完成后盾构机向前推进，管片与土层之间形成14cm的建筑间隙时，及时采用浆液材料填充此环形间隙有利于防止和减少地层变形，提高结构的稳定性。

（2）同步注浆材料

同步注浆材料采用水泥砂浆（可硬性浆液），具有凝结时间较短、强度高、耐久性好和抗腐蚀性好等特点。

对浆液配合比进行不同的试调配及性能测定比较，优化出满足不同条件下使用要求的配方。同时在试推进施工过程中对浆液的配合比核对推进后地表沉降监测情况进行相应的优化及调整。

表4-4 同步注浆浆液配合比（Kg/m）

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水泥 200 细砂 800 粉煤灰 450 膨润土 150 水 500 该浆液配合比的物理力学指标如下：①胶凝时间：一般为300min，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和过建筑物、小曲线等地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂或减水剂，进一步缩短胶凝时间，获得早期强度，保证良好的注浆效果。②固结体强度：一天不小于0.2MPa，28天不小于2.5MPa。

（3）同步注浆参数

①注浆压力：p=γh/980+（0.05～0.1）

p浆液出口压力（MPa）、h隧道上部覆土厚度（m）、γ覆土层的平均容重（KN/m3）。 由于是从盾尾4个注浆孔，上部每孔的压力应比下部每孔的压力略小0.05 MPa。根据地质和隧道的覆土厚度情况，下部注浆压力应在2.5bar以上，上部注浆压力应在2bar以上。

②注浆量：每环同步注浆量计算如下：Q=K3п3（D2-d2）3L/4 K为注浆率（1.5～2）、D为盾构机的切削外径、d为管片外径。 则Q=4.03（1.5～2）=6m3～8m3

在泥岩地层中掘进,考虑到盾构扰动范围，K取1.5。

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