土压平衡盾构始发施工工艺工法后附图片Word文档格式.docx
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6.2.1始发前准备工作
1管片准备
1）尽早与管片生产厂家签定合同，制定管片生产计划，提早生产，确保管片储备充足。
2）在始发前一个月单台机准备不少于400环管片，且在一个月前完成三环拼装等一系列管片试验。
2管线、建筑物调查
1）在盾构始发前一个月完成沿线管线、建（构）筑物调查，并做好记录。
2）在始发前对端头200m范围内进行二次调查。
3）自调查开始，每月定期专人沿线巡视。
3洞内端头准备
1）洞门中心线最晚在洞门围护桩破除一半之前完成。
2）洞门钢环板平整度主要以端墙里程来控制，以全站仪X坐标（里程）为准。
3）盾构机始发定位时要参照洞门钢环实际位置，适当抬头掘进。
4洞门破除前需采取抽芯取样的方法检测土体加固强度是否满足设计加固要求。
在始发前要打水平探孔，确保无水流出。
5应急准备
1）制定盾构始发应急预案，主要为了防止洞门凿除后涌水、涌砂；
盾构进入后涌水、涌砂；
盾构离开加固区后，同步注浆不及时，造成地面塌陷等。
2）应急预案中要明确实施的组织机构、劳动力安排及责任划分，救援物资及设备，具体施工方法等。
3）需在盾构始发2天前做好各项应急准备。
6设备准备
对起吊场地进行检验，选择合适吊装设备。
场地内吊车摆放位置，盾构机部件摆放位置，运输车辆行走路线要结合现场实际进行模拟设计。
7物资准备
始发作业前要准备好钢环板、压板、橡胶帘布、钢丝绳、倒链及应急物资等物资准备。
6.2.2始发洞口围护结构的切除
一般在始发前10天左右开始洞口围护结构的切除。
1洞门凿除一般选用人工风镐破除。
对于地层条件好，时间较紧的情况可选用机械破除。
2整个施工一般分两次进行，第一次先将围护结构主体凿除，只保留围护结构的钢筋保护层，在盾构始发前将保护层混凝土凿除。
3在凿除完最后一层混凝土之后，要及时检查始发洞口的净空尺寸，确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围之内。
6.2.3洞口密封
洞口密封是为盾构在始发时防止背衬注浆砂浆外泄所用，按种类分有压板式和折叶式两种，其中折叶式越来越被人们所认可。
洞口密封的施工分两步进行施工，第一步是在车站结构的施工工程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作，要特别注意的是在埋设过程中预埋件必须与车站结构钢筋连接在一起；
第二步在盾构正式始发之前，应先清理完洞口的碴土，再完成洞口密封的安装（见图2）。
折页压板式洞口密封扇形压板式洞口密封
图2洞口密封形式
6.2.4洞口始发导台的安装
在围护结构破除后，盾构始发台端部距离洞口围岩必然会产生一定的空隙，为保证盾构在始发时不致于因刀盘悬空而产生盾构“叩头”现象，需要在始发洞门内安设洞口始发导台。
安设始发导台时应在导台的末端预留足够的空间，以保证盾构在始发时，不致因安设始发导台而影响刀盘旋转。
始发导台可设置钢轨导台和混凝土导台两种方法。
1采用设置钢轨导台的方法施工速度快、刚度好，但在高程控制不准，尤其是高程控制偏高的情况下会造成盾构机和导台顶死。
因此高程控制是关键。
2采用混凝土导台的方法需要等强，造成掌子面暴漏时间长，但一般不会产生顶死的情况，就算高程控制偏高，由于混凝土强度低，也不会产生太大问题。
3在底部帘布被压倒的范围内要求导台顺平，无硬棱防止帘布被压裂。
6.2.5始发托架、反力架的安装
1反力架、负环管片位置的确定依据
反力架的位置确定主要依据洞口第一环管片的起始位置、盾构的长度以及盾构刀盘在始发前所能到达的最远位置确定。
2负环管片环数的确定
假定盾构长度LTBM＝8.3m，安装井长度LAS＝12m（因不同的始发井尺寸而不同），洞口围护结构在完成第一次凿除后的里程DF，设计第一环管片起始里程D1S，管片环宽WS＝1.5m，反力架与负环管片长WR＝1.5m。
DR为反力架端部里程，N为负环管片环数。
在安装井内的始发时最少负环管片环数确定N＝（D1S－DF＋8.3）／WS环
3反力架、负环管片位置的确定
在确定始发最少负环管片环数后，即可直接定出反力架及负环管片的位置。
反力架端部里程DR＝D1S－N×
WS
4始发托架定位与安装（始发砼导台施工）
始发托架一般采用钢托架形式，但也可以采用混凝土托架的形式。
不管采用哪种形式都应准确定位，见图3。
始发托架（或砼导台）是盾构始发的受力结构。
始发托架水平轴线的垂直方向与反力架的夹角＜±
2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜2‰，水平趋势偏差＜±
3‰。
托架平整度检测，采用水准仪在托架单轨各测量5个点，计算两轨之间标高偏差是否相同。
保证托架按要求设置。
始发时的几种情况
1直线段始发
直线段始发时托架平行于隧道中心线设置。
2R>
800m的曲线始发
当曲线大于800时可采用切线始发，此时盾构机脱离始发架后姿态不会超限。
3R<
曲线小于800m时采用割线始发；
其中当曲线小于500m时割线方向以盾构机盾尾离开始发架后盾构机前姿态不超限为原则，当曲线在500m到800m之间时以盾尾脱离始发架后割线偏差最大处不超限为定位原则。
5反力架定位与安装
在盾构主机与后续台车连接之前，开始进行反力架的安装，见图4。
安装时反力架与车站结构连接部位的间隙要垫实，以保证反力架脚板有足够的抗压强度。
反力架为盾构始发时提供初始的推力以及控制盾构初始姿态，反力架左右偏差控制在±
10mm之内，高程偏差控制在±
5mm之内，上下偏差控制在±
10mm之内。
图3始发托架（钢托架）
图4反力架
6.2.6盾构始发
1始发台两侧的加固
由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩，在盾构始发之前，必须对始发台两侧进行必要的加固，见图5。
图5始发台加固示意图
2负环管片安装
1）负环管片设置时要考虑调节洞门管片位置（包括这个区间所有洞门长度），因此对第1次始发、负环中间可根据实际情况设调节洞门长度的环片，该环片可以是人工加工的刚管片等。
2）负环管片设置可以为：
整环负环、半环负环、整环与半环相结合三种形式。
设置形式的选择根据现场实际情况选择，一般选在整环负环始发。
整环负环始发可以均匀受力，反力架、盾构机等能够保持平稳，不容易变形。
其它形式负环受力不均，容易造成反力架等变形，不利于盾构机整体姿态的控制。
3）负环管片安装准备。
在安装负环管片之前，为保证负环管片不破坏尾盾刷、保证负环管片在拼装好以后能顺利向后推进，在盾壳内安设厚度不小于盾尾间隙的方木（或型钢），以使管片在盾壳内的位置得到保证。
4）负环管片后移。
第一环负环管片拼装成圆后，用4～5组油缸完成管片的后移。
管片在后移过程中，要严格控制每组推进油缸的行程，保证每组推进油缸的行程差小于10mm。
在管片的后移过程中，要注意不要使管片从盾壳内的方木（或型钢）上滑落。
5）负环管片与负环钢管片的连接。
负环管片的最终位置要以推进油缸的行程进行控制，在负环管片与负环钢管片之间的空隙用早强砂浆或钢板填满。
6）负环管片的拼装类型。
在安装井内的负环管片的拼装类型通常采取通缝拼装，主要是因为盾构井一般只有一个，在施工过程中要利用此井进行出渣、进管片。
所以采用通缝拼装可以保证能及时、快速的拆除负环管片。
3盾构始发掘进
1）空载推进。
①前面土较硬，可空仓推进。
②如土软、水大。
则要考虑先回填之后再向前推进。
这两点均要和地层结合。
盾构机在空载向前推进时，主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。
要在盾构机向前推进的同时，检查盾构机是否与始发台、始发洞门发生干涉或是否有其他异常事件或事故的发生，确保盾构机安全的向前推进。
2）始发时盾构姿态的控制。
主要通过盾构机的推进油缸行程来控制姿态，特殊情况可开启超挖刀。
3）始发时盾构推进参数的控制。
在保证盾构正常推进的情况下，掘进参数建议选择总推力小于800～1000t，刀盘扭距小于300t·
m，掘进速度小于30mm/min。
4）盾构机尾部还没有进洞之前：
①防堵泡沫管。
②盾尾的油脂要打饱。
5）一般在正4环完成后进行盾尾注浆，封堵洞门。
具体位置可通过加固体长度、盾体长度、洞门宽度计算。
注浆时压力不要过大可根据计算的注浆量分几次注浆（一般分3次），待下部初凝后，进行中部注浆，中部初凝后，进行上部注浆。
注浆过程中要准备好木楔、棉纱等物料，对漏浆的地方进行封堵。
6）在水大情况下进洞，尤其是快要突破加固体时，可先沿盾壳注一圈水溶性聚氨酯等。
4洞口注浆
在盾尾完全进入洞内后，调整洞口密封，进行洞口注浆。
浆液不但要求顺利注入，而且要有早期的强度，注浆压力控制在1.5bar以内，浆液配比建议参数如表1，二次注浆配比建议参数见表2。
表1始发洞门注浆浆液配比建议参数
序号
配合比构成（kg/m3）
水胶比
胶砂比
稠度（s）
泌水率%
流动
时间
1天强度
7天强度
水泥
粉煤灰
砂
膨润土
水
C组
120
340
960
50
489
0.96
0.53
11.8
1.3
4h05min
0.24
0.52
A组
100
360
524
1.03
12.4
1.5
4h45min
0.21
0.43
B组
80
380
536
1.05
5h35min
0.16
0.35
D组
40
400
522
1.06
12.5
1.6
7h10min
0.12
表2二次注浆浆液配比建议参数
浆液
A液
B液
材料
水泥（P.C32.5）
水玻璃（35°
）
配比（Kg）
150
20~30
凝结时间为2~4分钟
A、B、C三组配合比7d强度基本符合国内各地区设计要求，建议采用C组配合比作为始发阶段盾构同步注浆主要配合比，且该配合比可用于土体结构较差，砂层较多，含水较丰富的曲线地段；
A组、B组配合比水泥用量较少，流动时间相对差距较小，拟用于盾构直线掘进地段；
D组配合比虽初期强度较低，但流动时间较长，作为参考配合比，如后期28d强度符合设计要求，拟用于盾构注浆运输距离较长地段。
6.2.7反力架、负环管片的拆除
反力架、负环管片的拆除时间根据背衬注浆的砂浆性能参数和盾构的始发掘进推力决定。
一般情况下，掘进100m以上（同时前50环完成掘进7日以上），可以根据工序情况和工作整体安排，开始进行反力架、负环管片拆除。
7劳动力组织
盾构始发阶段劳动力配备和掘进阶段劳动力配备相同，以单台机为例需：
盾构作业班组2班共44人，机修工、电焊工、电工共12人。
8主要机具设备
设备配备也基本同掘进阶段，以单台盾构机为例主要为盾构机1套；
45t门吊；
砂浆拌合设备1套；
电瓶车2台套；
16t门吊或25t汽车吊；
始发托架1部；
反力架1部；
钢丝绳Ф12，50m；
木屑子300块；
倒链不少于6部等。
9质量控制
9.1易出现的质量问题
9.1.1盾构轴线偏差，姿态超出轴线控制范围内。
9.1.2始发托架或反力架设置不当、发生变形，始发台定位方向错误。
9.1.3盾构机栽头。
9.1.4负环管片发生椭变、错台。
9.1.5帘布破损
9.2保证措施
9.2.1加强测量管理，通过多级测量校核来确保隧道控制轴线测量成果的正确；
盾构掘进施工中，除了依靠盾构自动测量系统指导施工外，要加强人工测量来校核自动测量系统误差，有效降低施工环境等外界因素引起的测量误差。
始发洞口与盾构的始发方向是完全一致的，整个洞口都均匀地具有必要的余量。
9.2.2始发托架应能承受盾构机的荷载，规定正确的始发方向，对始发时的偏压保持有充分的强度。
反力支撑必须是能够把盾构机的推力均匀地传递到后方围岩的结构。
因此，在背面挡土墙和反力支座、临时拼装管片的相互之间要无间隙接合，对偏压也要具有充分的强度。
9.2.3在掌子面和托架之间的空隙安设导台，托架安设时前部比后部可略高2cm，保证抬头掘进。
9.2.4尽可能的保证负环管片的真圆度，必须做到：
按顺序及操作规范施工；
基准环和负环必须连接牢固；
每安装的一环在拖出盾尾的同时必须及时打设下部木楔，防止管片下沉，完全拖出后及时用钢丝绳固定；
环与环之间的螺栓必须紧固到位。
9.2.5始发前要确认盾构机通过处无阻碍。
并检查帘布与压板的安装情况，刀盘与帘布的相对关系，防止帘布被划伤。
10安全措施
10.1主要安全风险分析
盾构始发的安全风险主要在于端头发生水土流失或塌陷，分为两个主要阶段，一是洞门破除阶段，二是盾构机进入加固体阶段。
10.2保证措施
10.2.1洞门破除阶段保证措施
1加强端头加固施工中的质量控制。
2洞门破除前必须打水平探孔，确保无水流出。
3洞门破除前需制定破除方案及相应应急预案。
10.2.2盾构机进入加固体阶段
1盾构推进时，严密监控掌子面的稳定性，同步做好施工参数的记录。
2现场做好应急物资储备，加强现场巡视，一旦出现漏水、漏砂等险情，立即处理。
3盾构机司机按照指挥人员的指令操作，严禁随意调整参数。
4管片拼装落实专人负责指挥，严禁擅自转动拼装机，以免发生伤亡事故。
5现场土建工程师根据掘进指令，结合监测情况，严格控制同步注浆量和同步注浆压力。
6现场必须有专职电工，负责隧道内一切用电器具的接驳和断开，非专业人员不得操作。
11环保措施
环境的影响有两层含义：
一层含义是指内部环境，即施工作业环境；
另外一层是外部环境，即对周边环境的影响，对周边环境的影响主要指因各种原因引起的地表下沉；
水文条件变化、枯水、水位降低、水质污染等；
对周边结构物的影响；
对社会、生活环境的影响。
11.1设置现场降噪、降温、通风设施。
11.2加强对周围建构筑物监测，必要时可加密监测，指导施工。
对周边建构筑物采取相应加固措施确保其安全。
11.3对始发零环注浆时防止浆液外流，确保橡胶帘布的完好，并准备相应沙袋等物质，将污染控制在一定范围内，减少对周边的污染。
12应用实例
12.1工程简介
西安地铁二号线试验段工程，主要包括一站一区间：
行政中心站，【行政中心站～凤城五路站盾构区间】。
区间线路单线长1046m。
隧道覆土厚度8.5～11.2m，线路最大坡度为7.66‰，最小坡度为2‰；
最大坡长553.7m；
左右线各有3个竖曲线，竖曲线半径为3000m、5000m。
主要地质条件为<
3-1-2>
黄土、<
3-2>
古土壤、<
3-4-1>
粉质粘土。
盾构始发为直线整体始发。
12.2施工情况
盾构端头加固处理，采用注浆及高压旋喷的方法，分别针对一般地段、与车站钻孔桩相接处进行加固。
旋喷桩采用单管高压旋喷，桩径800mm。
加固效果满足设计及始发要求。
采用人工对车站的钻孔桩进行了凿除，凿除分两次进行。
第一次先凿除钻孔桩主体砼及割除外层钢筋，在洞口密封、始发导轨、反力架及始发台安放好，且盾构机调试完成后，进行钻孔桩内层钢筋及砼的剥除。
洞口密封采用扇形压板形式，钢质盾构基座及反力架。
确定6环负环数量、搓缝拼装。
从刀盘接触土体到洞口零环封堵完毕共历时7天。
12.3工程结果评价
该工程整个始发过程平稳顺利，未发生涌水、涌砂，反力架变形，盾构机栽头等情况，精确的按照线形推进，始发成功。
工程被评为西安市、陕西省文明工地，全国AAA工地，市优质工程等多项殊荣。
12.4建设效果及施工图片
图6端头加固图7人工洞门破除
图8压板及托架图9反力架及托架
图10负环管片
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