盾构分体始发掘进专项施工方案4.docx

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盾构分体始发掘进专项施工方案4

盾构机分体始发掘进专项施工方案

地铁隧道施工中已经广泛采用盾构法施工，盾构机作为盾构施工的主体，其从进场、下吊、组装、始发到吊出离场，每个施工环节都需要慎重进行，但最为重要的要属盾构始发环节。

在通常情况下盾构机始发是利用车站或者修建专为盾构始发的竖井，但是地铁建设80％都处于城市内，能够用于大面积施工用地的地方非常少，导致车站或者始发井的施工面积受到制约，使盾构机不能常规始发，而广州地铁六号线盾构三标位于海珠广场站的始发井，不仅始发场地小，而且还处于最小转弯半径曲线上，始发难度相当大，这在广州地铁历史上是属于首例。

盾构机始发模式分为两种：

一种为整体始发，当盾构始发在车站或者大竖井内时，将盾构机盾体连同后配套台车一起吊入始发端，连成整体一起始发掘进；另一种为分体始发，当盾构始发不在车站且施工场地内竖井小时，将盾构机盾体和一部分主要的后配套台车吊入到始发端，另一部分台车安装在地面上，在盾构隧道达到足够能使所有的后配套台车放入的长度后，再按整体始发的模式进行第二次始发。

此次始发就是按照这种方法施工。

本台盾构机计划在1月28日进行始发，初始掘进段隧道主要穿越全断面中、微风化泥质粉砂岩。

本工程盾构始发竖井的平面尺寸小（结构净空仅为12m×8.288m），深度大（深达35.132m），在龙门吊的安装和技术上就必须解决提升速度这一问题，本工程才用两台50t龙门吊，提升速度达到20.7m/min,始发井后可利用的暗挖段隧道很短（仅约29.5m），且始发时隧道处于小半径曲线段上（半径为250m），始发条件及特点制约了盾构始发方案的确定。

盾构始发时，始发井侧结构施工16.332m，至第五层钢筋混凝土腰梁以下800mm，暗挖隧道只施工仰拱。

下图所示为线路始发平面图：

本工程采用两台全新海瑞克盾构机，（前盾重达94t,尺寸：

6.25m×6.25m×3.2m;螺旋输送机尺寸：

12.06m×1.2m×1.2m）,受始发条件限制，只能在两个竖井中间平台上吊装，但是当时两竖井结构都只做了一半，驻地监理要求承包商先申报吊装方案，为了确保竖井结构及吊装安全，监理部要求工点设计对竖井结构承受应力进行计算，并多次组织业主、专家进行讨论吊装加固平台应力承受能否满足安全要求。

在工点设计出具验算结果能够满足吊装要求时，才允许吊装。

吊装刀盘、前盾、中盾、盾尾是采用广州洪峰专业起重公司，使用一台250t履带吊车和一台80t汽车吊配合起吊完成。

盾构机吊装

针对本工程始发井条件及特点，本次始发计划采取分体始发的方式；为增加盾构始发的空间，在始发之前，需沿盾构掘进方向暗挖1m。

①台车的布置：

1#、2#、3#台车及泡沫发生器置于暗挖隧道内；4#、5#台车置于始发井西侧地面上。

②管线的布置：

3#、4#台车之间临时管线（水、气及控制电缆）固定在井壁上，穿过开口负环反力架与3#台车进行连接。

1#台车与盾体之间的加长管线悬吊在竖井井壁上，两端分别穿过开口负环与盾体、1#台车连接，加长管线80m是和海瑞克厂家直接定做，租赁费用达一百多万元。

③管线的布置见下图。

（加长管线隧道布置图）

本次始发共推进负环7环（1.5m宽直线环），正环66环（﹢1~﹢4环为1.5m宽直线环，﹢5～﹢66环为1.2m宽通用环）；负环掘进段共11.35m（包括7环负环及楔形环，反力环），正环掘进段共80.4m，长于本盾构机总长78m。

根据本工程的特点，将始发掘进分为3个阶段论述如下:

①第一阶段：

是指盾构前3环负环掘进阶段（-5～-7）环的掘进。

前3环负环均为开口环，每环由3块A型管片组成，开口环左右对称，圆心角为216度，在竖井内利用龙门吊配合拼装。

②第二阶段：

是指-4环～﹢4环的掘进。

第二阶段共掘进8环整环，共12m，第二阶段采用直线掘进。

在-4环拼装之前，在-5环的前端固定支撑环，并在支撑环与反力环之间加设6根支撑钢管（每侧3根），中间预留土斗进出空间。

③第三阶段：

是指﹢5环～﹢66环的掘进。

第三阶段共掘进62环1.2宽通用环整环，共74.4m，从﹢5开始，盾尾脱离洞门处的导台，盾构机在VMT系统指导下，开始曲线段掘进。

根据始发竖井的长度，盾构机始发基座设计为两段，分别为5.4m和5.1m。

由于盾构机是在半径为250m的曲线上始发，为保证盾构隧道的中心偏差在规范允许范围内（－50mm～＋50mm）范围内，始发基座定位依据割线始发的原则。

盾构隧道的中心偏差在－50mm～＋49mm之间，符合规范要求。

考虑始发基座在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及抵抗盾构旋转的扭矩，所以在盾构始发之前，对始发基座两侧用H型钢进行加固。

盾构始发时处于4.692‰的上坡上，为防止盾构机扎头，始发基座设计成在盾构机安装在基座上后，刀盘的中心比盾构洞门的理论中心略高1.7cm，防止盾构机向下扎头，保证盾构沿设计坡度始发。

每段基座都设计为两侧螺接的方式，解体下井后再从井下拼接。

基座连接、调平后沿设计轴线焊接在底板预埋件上。

安装反力架、楔形环洞门凿除、安装洞口密封安装负环管片盾尾通过洞口密封后进行注浆回填盾构掘进与管片安装盾构组装、调试、验收安装始发基座

2.6.1、盾构机组装

盾构机组装、调试、验收分为工厂和现场，在此就不再详述了。

负环管片由7环1.5m宽直线环管片组成（-1～-7环），前3环负环掘进（-5～-7）环的掘进为始发掘进的第一阶段。

前3环负环均为开口环，每环由3块A型管片组成，开口环左右对称，圆心角为216度，在竖井内利用龙门吊安装。

拼装完成后，在-5环的前端固定支撑环，-4环管片拼装后，推进-3环管片时，盾构机刀盘将穿越连续墙的外侧，推进-2环管片时，盾构机刀盘将触土。

-3～-4环，共2环管片由管片拼装机在盾尾内拼装好再整体推出盾尾，负环必须安装准确，在推出过程中必须平稳，防止负环发生翻转。

为防止负环在脱出盾尾过程中擦伤盾尾密封刷，在盾尾底部应当加衬垫。

在刀盘触土前的空推阶段，螺旋输送机尾部与楔形环之间有2.4m的间隙，作为管片垂直运输的开口。

第2环正环推进时，盾尾将通过洞口密封。

盾尾脱离洞口密封后，下放扇形压板，紧固螺栓，开始同步注浆，此时盾构机的注浆压力不宜超过0.2Mpa。

当同步注浆漏失严重时，可用洞口预埋的注浆管注入双液浆进行封堵。

由于始发井长度条件的限制，盾构不能全套始发，因此始发阶段的出渣、运输采用特殊的编组形式，采用一节18T电瓶车、一节渣车、一节小管片车，始发编组的总长度为11.5m。

盾构机推进-2环管片时，盾构机刀盘将触土，但是在土体中掘进第一环时，土仓中能容纳一环的出土量；推进-1环时，螺旋输送机将出土。

此时螺旋输送机尾部与楔形环之间有3.9m的间隙，作为出土垂直运输的开口。

出渣运输采用一个6m3小土斗进行，小土斗放在一节管片车上进行运输。

管片运输采用一节小管片车进行，小管片车。

小管片车与机车共用轨道，管片横向放置，每次运送1片管片。

（如下图）

3、同步注浆施工时，连接临时注浆管线，由于注浆泵位于第一节台车之上，所以搅拌站拌浆后直接将浆液泵送到一号台车，再由同步注浆泵注浆，施工时由于出渣和管片运输时间较长，且临时注浆管较长，应注意及时清洗注浆管线。

始发掘进阶段的轨道转换分为四个阶段，分别为：

第一阶段：

下台车、螺旋、泡沫发生器，后移；

第二阶段：

始发掘进阶段；

第三阶段：

始发掘进结束，拆负环、反力架，进入单线正常掘进阶段；

第四阶段：

铺设道岔，盾构洞口处及暗挖段再次提高230mm。

当始发掘进完成80.4m后，拆除盾体与1＃台车之间的加长管路，拆除负环和反力架，拆除盾构始发基座，并重新架设轨道，将连接桥、皮带输送机、1＃～3＃台车及4#、5#台车转换到隧道内；调整轨道高度，至此才进行正常阶段的掘进。

1、为保证隧道中心的精度和避免始发支撑系统由于安装偏差而承受过大的侧向力，要严格控制始发基座、反力架和负环的安装定位精度，确保盾构始发姿态与设计线路基本重合。

2、在盾尾壳体内安装管片支撑垫块（采用高50mm，长1500mm槽钢），为管片在盾尾内的定位做好准备。

3、前三环开口负环的管片的定位非常重要，在每环的第一块A形管片就位后，用水平尺检验管片是否水平、对称。

安装时要注意使管片的位置与理论位置相对应转动角度一定要符合设计，位置误差不能超过10mm。

4、从﹢5开始，盾尾通过洞门导台，盾构机在VMT系统指导下，开始曲线段掘进，此时整个始发支撑系统承受较大的侧向力，因此，反力架，始发基座，负环的加固极为重要，在始发过程中，如发现支撑系统出现变形，应立停机加固。

5、开始曲线段掘进时，盾构机产生强大的侧向力，将对盾构机的姿态控制和始发支撑系统的稳定以及成环管片的质量产生不利影响，因此盾尾脱离洞口密封后，同步注浆及利用洞口预埋注浆管进行双液浆封堵极为重要。

同步注浆采用凝结时间短的配比。

6、管片在被推出盾尾时，要及时进行支撑加固，防止管片下沉或失圆。

同时也要考虑到盾构推进时可能产生的偏心力，因此支撑应尽可能的稳固。

7、初始掘进时，盾构机处于始发基座上。

因此，需在始发基座及盾构机上焊接相对的防转支座，为盾构机初始掘进提供反扭矩。

8、在始发阶段要注意推力、扭矩的控制，尽量使用底部千斤顶，并利用左右千斤顶编组的推力差来控制盾构机的姿态；同时要注意各部位油脂的有效使用。

掘进总推力应控制在反力架承受能力以下，同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发基座提供的反扭矩。

9、盾构进入洞门前把盾壳上的焊接棱角打平，防止割坏洞门防水帘布。

10、随盾构的推进，通过手拉葫芦下放悬吊在竖井井壁上的1＃台车与盾体之间的加长管线，免加长管线承受较大应力。

联系测量是将地面测量数据传递到隧道内，以便指导隧道施工。

具体方法是将施工控制点通过布设趋近导线和趋近水准路线，建立近井点，再通过近井点把平面和高程控制点引入竖井下，为隧道开挖提供井下平面和高程依据。

根据施工现场的条件，为保证测量精度和优化现场作业，左右线施工联系测量均通过盾构始发井采用建立多个三角网的方式进行施测。

在始发井底板上互相通视的地方做3至5个固定点，这些点的坐标及方位将作为盾构始发和掘进的依据。

为提高地下控制测量精度，保证隧道准确贯通应根据工程施工进度，进行多次复测，复测次数应随贯通距离的减少而增加，一般1km以内取三次。

其主要内容包括：

1、趋近导线和趋近水准测量

地面趋近导线应附合在精密导线点上。

近井点应与GPS点或精密导线点通视，并应使定向具有最有利的图形。

趋近导线测量用Ⅰ级全站仪进行测量，测角四测回（左、右角各两测回，左、右角平均值之和与360°的较差应小于4″），测边往返观测各二测回，用严密平差进行数据处理。

测定趋近近井水准点高程的地面趋近水准路线应附合在地面相邻的精密水准点上。

趋近水准测量采用二等精密水准测量方法和±8Lmm的精密要求进行施测。

2、隧道方位的定向测量

为保证盾构施工基线边方向的准确性，对全站仪始发井所投的点采用陀螺仪定向方法进行定向。

采用检定合格的钢卷尺，吊5公斤重锤，井上井下两台水准仪同时读数，将高程传递至井下的水准控制点，在井下建立2～3个固定水准点，如下图所示。

首先对盾构推进线路数据进行复核计算，计算结果由监理工程师书面确认。

实测出发、接受井预留洞门中心横向和垂直向的偏差，并由监理工程师书面确认后方可进行下道工序施工。

联系测量完成坐标和高程的传递后，在盾构后上方及暗挖通道内留出位置供安装测量标志，并保证测量通视。

测量标志为焊接在拱顶上的吊篮并在吊篮上安装强制对中螺栓，以架设仪器及后视棱镜，按设计图在实地对盾构基座的平面和高程位置进行放样，基座就位后立即测定与设计的偏差。

盾构就位后精确测定相对于盾构推进时设计轴线的初始位置和姿态。

安装在盾构内的专用测量设备就位后立即进行测量，测量成果应与盾构的初始位置和姿态相符，并报监理工程师备查和复核。

6.1盾构机在曲线始发时理论上应该是盾头盾尾的连线在盾头位置与曲线切线始发，且随曲线转弯。

在实际工程中，由于始发条件有限，在狭窄的竖井里，盾构机必须在托架上直线掘进一小部分（本工程为12米，3.5米的导台加盾构机本身长度的8.5米），如图1所示。

图1

因此可以推断出盾构机在直线掘进12米脱离托架可以以盾构机本身最小的转弯半径（250米）转弯时盾构机的姿态，此时盾头已经偏离隧道中心线288mm（图1所示），这显然已经大大超出了规范的要求（-50mm~~+50mm），也不利于盾构机本身的纠偏。

所以我们可以推断，在小半径曲线（本工程为250米）始发时，切线始发已经不合要求，必须以割线进行始发。

但是如何确定始发割线的位置呢？

我们以图2为例来计算。

假设盾头位置正在隧道中心线上，那么我们以盾头位置做圆心画出半径为12米的圆弧，可以得到一个与隧道中心线在前方的交点，这个交点位置正好是盾构机脱离托架可以转弯的地方，且正好在隧道中心线上，因此我们认为这是一条最简单的割线，可以以这条割线进行始发。

但是经过计算我们发现，始发时隧道处于R＝250m的小曲线上，割线长度为12m，则割线与弧线（设计盾构隧道中心线）之间的最大理论偏差：

图2

这同样已经超出了规范的限值（-50mm~~+50mm），我们必须重新寻找一条符合条件的割线。

以图2为基础，我们可以将这条割线向隧道中心线方向移动（起点位置不变），因此这条割线变成了和隧道中心线相交的割线，如图3所示，当这条割线的内切割线部分的中点与隧道中心线的最大距离到49mm的时候，我们可以计算出12米处端点即盾构机脱离托架可以转弯时的盾头姿态为-40mm（即盾头偏左40mm），此时盾构机可以以半径200m（小于隧道中心线的曲线半径）的纠偏曲线向着隧道中心线掘进，此时的盾构机姿态-40mm已经是偏移的最大量。

因此可以以这条割线为始发割线。

图3

以这条割线为始发割线可以计算出盾构机的始发姿态为前点0，后点-100mm（即盾头位于隧道中心线上，盾尾偏左100mm），虽然盾尾超出了规范的要求，但是因为盾体本身位于竖井内，隧道中心线在这里只是一条虚拟线，因此对我们的始发没有影响，随着盾构的掘进，盾尾会随着盾头沿着隧道中心线前进，我们的隧道偏移量并没有超出要求。

如果将转弯处的最大偏移量定为-50mm（即盾头偏左50mm），以这点与最大偏移量为49mm的点相连形成的割线也可以作为始发割线。

以这条割线计算出的盾构机姿态为前点+3mm，后点-80mm（即盾头偏右3mm，盾尾偏左80mm），使盾尾往隧道中心线收了一点，也是可行的。

如下图所示盾构机实际姿态：

在确定了始发的割线之后，所以就必须要求在竖井里安放精确的托架位置。

楔形量经过计算，确定楔形量为169mm。

本次始发是在250m的小半径上始发，为了更好控制盾构机姿态的纠偏，避免过多错台，驻地监理部多次组织召开了业主、设计、咨询等单位的研讨会议，最后决定此次始发曲线隧道上采用1.2m管片进行拼装，这样就更好的解决了这一问题，但是本次始发还是有20mm左右错台出现，究其原因：

承包商第一次进入广州地铁，经验不是很丰富，对地质情况属性不太熟悉，急于纠偏造成错台,左线隧道始发这一情况就得到了很好的解决。

本次小半径、深竖井且小的分体的始发，业主、监理多次组织承包商到已经开工工点参观、学习。

组织召开专题会议，攻克了一个又一个技术难题。

项目部技术、施工部门虚心向有经验的人士请教，在这种地层、地下水又很丰富的情况下怎样才能够准确控制盾构机姿态，要用多大推力、扭矩等技术关键性问题，本次成功始发，参战各人都深感自豪。