盾构区间施工工艺.docx
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盾构区间施工工艺
盾构区间施工工艺
10.1盾构机选型
10.1.1选型原则
（1）选择的盾构机型必须满足工期和安全要求，确保隧道临近建（构）筑物稳定、
安全，使隧道建设与社会和谐共存；
（2）选用的盾构要求其性能与本工程的工程地质、水文地质条件要求相适应；
（3）盾构机所装备的功能，应满足曲线小半径推进的要求；
（4）选用的盾构应具有良好的安全性和可靠性，并考虑经济；
（5）盾构制造商的知名度、业绩、信誉和技术服务；
（6）满足使用的条件下，考虑经济合理性。
10.1.2概述
经综合比较，土压平衡盾构可节省泥水处理设备费用，造价比泥水盾构低，掘进速度较快。
对周围环境无污染。
通过选择合适的盾构主体、刀具、推进系统、添加剂、辅助设备和措施，可以适宜本区间的卵石地层。
国内盾构施工工程实践证明，土压平衡盾构已大大地显示出安全、技术、经济上的优越性。
泥水平衡盾构在主要为高水压饱和粉细砂地层中对控制开挖工作面稳定性、地表沉降方面及保证施工进度方面明显优于土压平衡盾构，且更能保证施工安全。
结合本区间地层的特性，本区间盾构机推荐采用土压平衡盾构机。
根据具体的土压、水和现存负载、目前操作负载，超过3bar大气压的操作负载来设计盾构的钢结构。
盾构机由三部分组成：
前体、中体、盾尾。
10.2盾构施工准备
10.2.1场内主要设施施工
10.2.1.1龙门吊轨道基础
龙门吊要求具有良好的轨道基础，断面设计和布筋均要达到设计要求。
为此，在盾构施工场地提供后，提前安排施工龙门吊轨道基础，保证有足够的混凝土强度时间。
轨道平整度要控制在±3mm内。
10.2.1.2集土坑
为满足日出土量的需要，现场设置具有较大容量的集土坑。
集土坑采用钢筋混凝土基础。
集土坑高出地面部分采用型钢、预制混凝土板或砖砌墙作为围档。
10.2.1.3办公与生活设施及场地硬化
办公与生活设施按招标文件规定，满足业主代表与驻地监理工作生活需要，职工居住面积要达到长沙市的要求。
为保持场地环境整洁，并综合考虑场地承载力要求，需对场地进行全面硬化。
10.2.2主要配套设备安装
10.2.2.1龙门吊安装与检验
盾构施工场地每台盾构机配备2台龙门吊，负责出土及装卸管片、钢轨等材料。
龙门吊安装前要向主管部门报装，并邀请对安装调试过程进行监督，以利于及时通过检验，投入使用。
10.2.2.2同步注浆砂浆拌合站
每个盾构区间使用1套砂浆拌合站。
布置好材料堆放场地，做好除尘密封设施，减少环境污染。
10.2.2.3电力系统
积极配合业主与电力部门取得联系，寻找合理路由，严格按照用电安全规程做好电力系统布置。
10.2.3盾构始发、接收端头土体加固
在盾构施工中，始发和到达时的事故发生率很高，且多呈规模大的事故。
其原因多半是地基不稳定，为避免发生事故的发生，盾构进出洞时，洞口地基土须预先采取地基加固处理。
加固后需养护30天以上。
另外，盾构机吊入、吊出场地满足吊机作业地面承载力要求。
10.2.3.1加固的原则
（1）根据隧道埋深及盾构隧道穿越地层情况，确定加固方法和范围。
（2）在充分考虑洞门破除时间和方法，选择合适的加固方法和范围，确保盾构机进出洞的安全和洞门破除的安全。
10.2.3.2土体加固方案
区间初始端头加固的施工方法采用旋喷桩φ800@600，咬合布置，按照设计图纸进行布置。
10.2.3.3旋喷桩施工
（1）技术参数
采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥配浆，浆液水灰比为1.0，提升速度0.25m/min，旋转速度为15r/min；旋喷桩的孔位偏差<50mm，桩体垂直度<1%。
同一桩体需数次喷射时，上下桩体的搭接大于200mm。
（2）旋喷工艺流程
见【图10.2-2旋喷桩施工流程图】。
（3）旋喷施工方法
1）清理平整场地，清除地下障碍物，对地下管线进行迁移或保护，测定旋喷桩桩位。
2）采用XY-100型钻机，钻孔至设计孔底标高以下0.3m处，成孔检验合格后钻机移至下一桩位。
3）旋喷机就位，调试水、水泥浆压力和流量满足设计要求。
4）下管旋喷，提升速度为0.25m/min，注浆压力>20MPa，流量>180L/min，浆液配方试验确定。
5）旋喷至设计顶标高以上0.3～0.5m处停机，将旋喷管提出地面。
测量定位孔
钻孔
下喷管至设计深度
旋转、喷射、注浆、匀速提升
成桩
桩顶补浆
制浆
冒浆
冲洗管路
图10.2-2旋喷桩施工流程图
（4）施工技术措施
1）施工前根据现场环境和地下埋设物的位置等情况，复核高压喷射注浆的设计孔位。
施工前予先挖设排浆沟及泥浆池，施工过程中将废弃的冒浆液导入或排入泥浆池，沉淀凝结后运至场外存放或弃置。
2）旋喷桩相邻两桩施工间隔时间不小于48h，间隔不小于4～6m。
3）钻机安放保持水平，钻杆垂直，其倾斜度不得大于1.5%。
施工前检查高压设备及管路系统，其压力和流量满足设计要求。
注浆管和喷嘴内杂物清除干净，注浆管接头的密封圈良好。
4）正式施工前进行试桩，以确定合理的水压力，提升速度，浆液配比和压力等参数。
5）旋喷过程中保证桩体的连续性，若因故停止，第二次旋喷的接桩长度必须大于200mm。
6）施工中若出现大量冒浆，立即停止并采取措施。
7）钻孔位置和设计位置的偏差不大于50mm。
实际孔位、孔深和每个钻孔内的地下障碍物、洞穴、涌水、漏水及与工程地质报告不符等均详细记录。
8）高压喷射注浆完毕，迅速拔出注浆管彻底清洗注浆管和注浆泵，防止凝固堵塞。
为防止浆液凝固收缩影响桩顶高程，必要时在原孔位采用冒浆回灌或二次注浆等措施。
10.2.3.4洞门加固效果的检测
（1）地面检测方法
注浆完成并达到设计强度后进行加固效果检查，分别在两个注浆孔上，离孔芯分别为15cm、30cm、45cm的地方，进行全取芯钻孔观察岩芯，检查土体处理的连续性。
将离桩芯30cm且深度位于隧道埋深处的两块岩芯送实验室进行压力测试，最后用水泥砂浆回填钻孔，试验室的抗压强度RC须达到1.0～1.5MPa。
在加固体的强度达到要求以后，需对加固体抗渗性进行检查，在竖井每一个洞眼的范围内水平钻9孔，长度深入到加固体后0.5m，孔径50cm。
（2）洞内检测方法
在盾构施工开凿洞门前，进行加固效果检查。
1）洞门加固效果检查内容：
①加固体强度。
②加固体整体性、均匀性。
③加固体中地下水含量情况。
2）检查方法
在洞门范围内钻9个水平孔，孔径8cm，钻深为1m。
①将深度位于隧道埋深处的两块岩芯送试验室进行压力测试，最后用水泥砂浆回填钻孔，试验室的抗压强度RC须达到设计要求。
②观察岩芯，检查土体处理的连续性。
③测定9孔流水量的总和（测定之前，将九孔的水流分别用导管导入容器，以便于测量），要求9个孔的总流水量<30升/小时。
如果出水量超过限值，就要重新进行地面补浆加固。
10.2.4始发设施安装与洞门凿除
10.2.4.1洞门凿除
（1）洞门开凿过程中，为保证洞门土体的稳定，在端头井土体加固检验合格后，始发洞门凿除在盾构机组装调试后进行、接收洞门凿除在盾构机抵达围护结构前约0.5m进行。
（2）开凿前，搭设双排脚手架，由上往下分层凿除。
首先将开挖面钢筋凿出裸露并用氧焊切割掉，然后继续凿至迎土面钢筋外露为止。
当盾构机刀盘抵达围护结构前约0.5m时停止掘进，然后再将余下的钢筋割掉，打穿剩余部分围护结构，并检查确定无钢筋。
（3）洞门凿除过程的应急措施：
1）发现有异常情况后，迅速用木板和钢管撑住，防止围护结构外土体坍塌然后尽快向围护结构外进行注浆加固。
2）若土体压力较大时，迅速用预先制作好的钢筋网片与围护结构的钢筋焊接一起后用木板和钢管支撑稳定。
然后在围护结构外围进行注浆加固，同时在洞门里面进行注浆加固。
图10.2-3洞门凿除的顺序
（4）为方便盾构进洞、出洞，始发井、接收井在盾构进出洞部位的护坡桩钢筋和车站结构此段钢筋建议应用玻璃纤维筋，以减少盾构进出洞口处井壁的破除量，缩短进出洞时间。
10.2.4.2始发设施的安装
（1）始发基座安装
清理基坑后始发基座依据隧道设计轴线安装定位好。
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。
始发基座的型式见【图10.2-4盾构始发基座安装图】。
（2）反力架安装
在盾构主机与后配套连接之前，开始进行反力架的安装。
反力架端面应与始发基座水平轴垂直。
反力架与车站结构上预埋的钢板焊接牢固，保证反力架脚板安全稳定。
详见【图10.2-5反力架安装正立面图】、【图10.2-6反力架安装纵剖面图】
（3）洞门密封
洞口密封采用折叶式密封压板，其密封原理【图10.2-7始发洞口密封原理】所示。
其施工分两步进行，第一步在始发端墙施工工程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作，预埋件必须与端墙结构钢筋连接在一起；第二步在盾构正式始发之前，清理完洞口的碴土，完成洞口密封压板及橡胶帘布板的安装。
图10.2-7始发洞口密封原理
10.3盾构施工测量方案
10.3.1施工测量要求
（1）轨道交通工程测量施测环境复杂，精度要求高。
测量采用三维坐标法进行测量。
（2）因各标段的施工时间和施工方法不同，为避免差错，工作中不仅要作好本标段的测量，还要按照监理工程师的要求与临近标段进行贯通联测，做好工程测量的相互衔接。
（3）轨道交通工程盾构隧道限界要求严格，净空断面尺寸测量采用解析法测量。
（4）布设足够的控制点，并精心做好标记，加强对控制点的保护和检查。
为保证测量精度，配备先进的测量仪器，使用先进的测量技术。
（5）负责保存好本合同段内全部的三角网点、水准网点和自己布设的控制点，防止移动和损坏，一旦发生损坏，及时报告监理，并协商补救措施，及时处理。
（6）全部的控制点三维坐标经监理工程师检查合格后，才能开展后序工作。
（7）严格按照相关技术规范要求进行测量工作，并做好测量资料的管理。
10.3.2控制测量
10.3.2.1平面控制测量
施工准备阶段，会同甲方、设计单位和监理，进行现场交接桩，办理相关的交接桩手续。
及时组织测量人员对所交的导线网、水准基点进行测量复核，对复核结果平差后报监理工程师，并将所计算的结果与原始资料进行分析对比，如果误差在规范允许的范围内，则将所移交的控制点作为施工放样的基准点。
如果超过误差范围，由设计单位进行修正，直到接受的控制点准确无误后方可用于施工中，作为施工测量的依据。
在不受盾构掘进施工影响的地方布设施工测量导线网，以首级控制点为基准，布设成直伸型附合线路。
附合导线平均边长不大于350m，点位布置完毕后，以已知的导线网点（GPS点）作为基准点，使用全站仪全圆法测量每个水平角，往返测量每条边长；用精密水准仪往返测量每个点的高程。
将测量数据进行平差，计算出每个点的精确三维坐标，报监理确认后方可使用。
为了保证本标段与相邻标段的贯通，导线测量的控制点贯通连接到相邻标段所用的两个以上控制点。
10.3.2.2高程控制测量
以首级控制水准网为基准设加密水准网，并且联测到相临标段所使用的水准控制点一个以上。
将水准网布成附合线路，往返观测，附和闭合差应≤±8L1/2mm（L为附和线的路线长度，以公里计算），使用仪器、水准尺及操作方法精度指标均按精密水准测量标准。
10.3.2.3联系测量
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车站底板上，为隧道开挖提供井下平面和高程依据。
（1）导线定线测量
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，并使定向具有最有利的图形。
趋近导线测量用全站仪进行测量，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6″），测边往返观测各二测回，往返观测平均值较差小于7mm。
用严密平差法进行数据处理。
为保证测量精度和优化现场作业，施工联系测量均采用全站仪投点方法进行。
用全站仪进行导线定向时其精度应达到精密导线测量的精度。
在盾构施工期间，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，在每个区间应进行多次联系测量，复测次数随距贯通距离的减少而增加，一般1km以内取三次。
对地下的控制导线点进行复核时，只能从车站或车站出入口进行联系测量。
如果车站通视良好，并且保证投点时仪器俯仰角小于30°，可用全站仪直接联测地下和地上导线点；否则可采取在车站侧墙中间倒一次点，然后将坐标再传入隧道里的方法；或者采用全站仪、铅垂仪和陀螺经纬仪相结合的方法。
使用后两种方法时，为了使视线距离更长，点位设置于车站内衬结构上的对角位置；设点时和土建统筹布置，保证斜视线永远畅通。
本车站采用全站仪、铅垂仪和陀螺经纬仪相结合的方法。
盾构机在调头时，也要分别将洞内导线通过车站预留口与洞外导线进行联测，调整洞内控制点数据，指导盾构掘进方向，从而提高贯通精度。
（2）高程传递测量
高程传递测量应包括地面趋近水准测量和地下趋近水准测量。
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进行施测。
高程传递时采用在车站内悬吊钢尺的方法进行。
用检定过的钢卷尺，悬吊与钢尺检定时相同质量的重锤，地上地下安置两台水准仪同时读数，将高程传递至井下的水准控制点上，在井下建立2～3个固定水准点。
传递高程时，每次独立观测三测回，每测回测得地上、地下水准点的高差较差应小于3mm。
取三次观测的平均值作为地下水准点的高程。
10.3.3施工测量
10.3.3.1洞内控制测量
（1）洞内平面控制点测量
为了消除和减弱折光差对对横向贯通误差的影响，将洞内控制导线点布设在隧道的两侧稳定的衬砌环片上，交叉前延。
点位采用强制对中托架，在通视条件允许的情况下，每约150m布设一点，曲线段适当缩短点间距。
以车站内逐次重复定向测量成果的加权平均值建立的基线边为坐标和方位角的起算依据。
观测采用全站仪进行测量，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6″），测边往返观测各二测回。
其观测方法和精度应符合二级或以上导线的技术要求。
盾构掘进时，盾构机身后有较长的后配套，测量控制点无法做在隧道两侧，可以把控制点以吊蓝的形式固定在隧道的顶部，仪器及后视棱镜依然采用强制归心。
将自动导向系统的全站仪安置在其上，指导盾构机掘进。
（2）洞内高程控制测量
洞内高程测量以车站内逐次重复传递水准点的加权平均值为起算依据。
施工控制水准点宜每200m设置一个。
测量时可采用精密水准仪及其水准尺进行往返观测，其闭合差应在±12L1/2mm之内。
10.3.3.2盾构掘进施工测量
（1）盾构机姿态和衬砌环片的测量
盾构掘进时为优化掘进参数需对盾构机姿态和衬砌环片进行测量。
由于选配了较先进的测量导向系统，盾构机掘进的过程中能适时测出盾构机的瞬间姿态。
为保证盾构机姿态的准确无误，需每周一次对盾构机姿态进行复测。
衬砌环片的测量包括测量衬砌环的中心偏差、环的椭圆度、环的高度和坡度等，利用全站仪及其辅助工具，通过测出环片上一些特征点的三维坐标，从而通过几何计算确定环片安装位置的正确性，并为安装人员提供操作校正参数。
（2）成型环片的测量
成型环片的测量主要测定环片安装位置是否符合设计要求。
具体方法是使用全站仪、反射片、水平尺测得成型环片中心的坐标，用水准仪及水准尺测其高程，通过已测的数值与隧道线路的设计值相比，便可得成型环片平面和高程的偏差。
为以后竣工和铺轨提供依据。
（3）联络通道及泵房的施工测量
通过盾构隧道里的导线测放出联络通道的开挖中心线和起拱线位置，开挖期间用激光指向仪指导施工方向。
普通水准仪测量其起拱线的标高，由于人工开挖，所以每5m测一对起拱线的标高。
10.3.4隧道贯通测量
区间长度在1100~1300m之间，可用常规的测量方法，即在隧道贯通前约50m左右要增加施工测量的次数，并对控制导线进行全线复测，对观测值严密平差，直至保证隧道贯通。
贯通后，应根据两侧控制点进行横向贯通误差，纵向贯通误差及高程贯通误差测量。
10.3.5竣工测量
10.3.5.1线路中线测量
以施工控制导线点为依据，布设隧道内中线点，中线点的间距直线上平均150m，曲线上除曲线元素点外不应小于60m。
各区间施工控制中线点组成附合导线。
中线点组成的导线应采用全站仪进行观测，并对观测值进行简易平差，将成果上报相关单位。
10.3.5.2隧道净空断面测量。
以铺轨基标为依据，直线段每12m，曲线上包括曲线元素点每5m应测设一个净空横断面，隧道断面结构变化处或变坡处应加净空横断面。
测量时可采用全站仪及钢尺等辅助工具进行施测。
测量成果上报给相关单位。
10.3.6测量施工组织
为做好盾构施工测量工作，保证盾构机准确进入接收井，做到盾构施工万无一失，选派有经验的测量专业人员组成盾构施工测量技术领导班子，专门领导和研究盾构施工测量技术工作，及盾构施工测量中出现的各种问题。
测量仪器选用性能稳定、精度高的进口全站仪及其配套的辅助设备。
所有的仪器和工具都严格按照国家计量法进行检定。
10.4盾构机及配套设备组装及调试
10.4.1组装工作的总体安排
10.4.1.1现场条件概况
盾构组装时现场的面积约有2500m2，在组装的过程中合理的协调，精心施工。
10.4.1.2盾构机组装的准备工作
（1）组装所需工种及人员
盾构机在组装的过程中，人员的配置尤为重要。
对电气工程师、机械工程师（含液压工种）、电焊工、吊车司机、信号工都有较高的要求。
我公司的电气工程师、机械工程师（含液压工种）都有很丰富的盾构组装施工经验，有能力圆满的完成盾构组装任务。
盾构机始发组装专业人员组成。
如【表10.4-1始发组装专业人员列表】：
表10.4-1始发组装专业人员列表
序号
工种
人数
备注
1
机械、液压工程师
6
2
电气工程师
6
3
测量工程师
3
4
现场管理人员
4
兼调度
5
专业焊工
8
7
现场电工
4
8
起重指挥工（信号工）
4
9
机械、电气组装人员
30
10
专业吊装人员
4
11
材料供应人员
2
12
安全员
2
合计
74人
注：
起重吊具由吊车租赁公司提供，本表不含吊车司机，电焊工要求至少中级以上，以保证焊缝的质量，其它工种要求持证上岗。
（2）盾构机组装所需机具
在盾构机组装的过程中，需用的主要机具如表10.4-2：
表10.4-2盾构机组装所需机具列表
序号
设备名称
工具规格、型号
数量
备注
1
300吨吊车
1
租用
2
150吨吊车
1
租用
3
80吨吊车
1
租用
4
电焊机
4
5
气焊设备
2
6
手拉葫芦
3000kg
4
7
手拉葫芦
6000kg
2
8
手拉葫芦
1500kg
4
9
两腿吊带钩式
成套锁具
两绳、3t、3m
1
10
两腿吊带钩式
成套锁具
两绳、1.5t、3m
1
11
高强U型卡环
HA213/4，25000kg
4
12
高强U型卡环
HA221/8，9500kg
4
13
高强U型卡环
HA23/4，4750kg
4
14
合成纤维吊装带
2t，3m
4
15
合成纤维吊装带
4t，8m
2
16
千斤顶
40t
1
17
中继千斤顶
85t
1
18
手泵＋20t千斤顶
1
19
力矩扳手
140-760Nm3/4”
2
驱动头为3/4”
20
力矩扳手
750-2000Nm1”
1
驱动头为1”
21
液压螺栓拧紧套筒
1套
22
撬杠
1250mm
2
23
螺杆千斤顶
5t
1
24
油脂注入枪
300mm油脂管
1
25
管路螺纹密封胶罐
5
26
手持式切断机切片
D125
50
27
螺栓拧紧装置M42
1
28
高压螺栓拧紧装置
HDL-1600
1
29
焊机
WTU-457
1
30
焊接装置
CADDY200A
1
31
U型卡环
32000kg
2
32
U型卡环
40000kg
2
33
移动式弯曲机
1
上表只是主要的部分机具，在组装的过程中，还要有连接油管、连接电缆的专用工具，在组装盾构机螺旋输送机时还需要4根牵引绳。
10.4.2盾构机组装工序
10.4.2.1材料准备
组装所需材料主要由工程技术人员根据组装进行的步骤提前制订材料计划，从而确保组装工作的顺利进行。
另外，现场还应配备足够的方木、木板、彩条布、防雨布、脚手架管用于防雨、搭台等。
盾构机组装时首先进行盾构机主机的组装。
盾构机共有6块，组装时依次将盾构中体、盾构前体和刀盘吊入井内，依次连接成一体。
盾尾两块在地面焊接成一体，在吊入盾尾前先将拼装机和螺旋输送机吊入井内进行安装，然后再把盾尾吊入井内安装。
10.4.2.2主机的吊装
在台车组装完成后撤走80t吊车，在工作井布置一台300t履带吊（回转半径为9m时，起吊能力为120t；回转半径为10.7m时，起吊能力为113.85t），另外再布置一台150t履带式吊车（回转半径为8m时起吊能力为48.5t）。
在吊车布置的过程中300t布置在工作井口，150t吊车布置的位置要确保其回转半径能和300t吊车能有较大的重叠区域。
（1）吊机、锁具的选择与配备
1）履带吊机的选择
根据盾构机本体各部件的外型尺寸、重量及场地尺寸，盾构机本体最终就位的工作井高度，决定选择1台300t履带吊机配合1台150t履带吊机共同参与施工。
吊装方式：
三大主件为两台吊机联合抬吊。
2）索具的选择
针对盾构机本体主件的特点，在三大主件中，以盾构机前体为最重件，重量约为80t，按此负载我们初步选用6根14m长，直径φ32.5mm，6×37+1，公称抗拉强度170kg/mm2的起吊钢丝绳，6个25t级的U型卡环。
300t吊车的最短臂杆为21m，150t吊车的最短臂杆为18m。
2台吊车的额定荷载起重性能见【表10.4-3300t吊车额定荷载起重性能表】、【表10.4-4150t吊车额定荷载起重性能表】：
表10.4-3300t吊车额定荷载起重性能表
工作半径R（m）
5.5
6.1
7.6
9.14
10.7
12.2
13.7
额定提升能力（t）
272
246
199.86
145.42
113.85
94.17
79.65
表10.4-4150t吊车额定荷载起重性能表
工作半径R（m）
5
6
7
9
10
12
14
16
额定提升能力（t）
150
140
123.6
82.5
70.5
54.6
44.5
37.5
注：
300t吊车的最短臂杆为21m；150T吊车的最短臂杆为18m。
（2）吊车的提升高度及下放深度的验算：
在吊装盾构机本体部分时，300t吊车在12m的工作半径下工作即可。
由于盾构机的前体直径为6.21m，起吊钢丝绳的长度的一半为7mm，这样吊钩距地
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