盾构始发前监理控制要点.docx

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盾构始发前监理控制要点

盾构始发前监理控制要点

1、盾构始发的概念与步骤及注意事项

盾构始发的定义：

是指盾构在安装竖井内或过站竖井内，自盾构主机开始定位，刀盘向前推进贯入围岩，沿设计线路向前掘进，直至具备拆除负环条件为止。

在盾构始发阶段，要完成盾构设备的安装与调试，始发辅助设备的安装与定位，盾构初始定位与掘进控制，盾构导向系统的安装与调试以及区间隧道洞口的处理。

盾构机始发步骤：

端头加固—安装始发基座—安装反力架—盾构机进场—盾构机组装调试—安装负环管片—洞门凿除—安装洞门密封装置—盾构机前移—盾构机始发掘进

盾构始发是盾构施工中风险最大的环节之一，非常容易发生工程质量和安全事故。

如何对盾构始发的安全和质量风险进行评估，并形成风险对策以付诸实施，是确保盾构始发安全和质量的必不可少的工作。

1.1端头加固

1.1.1端头加固目的

（1）控制地表沉降，端头不坍塌。

始发、到达前往往需要凿除洞口井壁的混凝土，割断钢筋，以满足盾构顺利进出洞，而洞口的井壁混凝土有时要达到800mm或更厚，凿除时间长，要避免凿除过程发生坍塌，更要避免因开挖面暴露时间过长而坍塌或造成过大地表沉降。

（2）控制水土流失。

盾构始发进入加固体，或盾构到达穿过加固体时，在含水量较高、水平渗透系数大的含砂层、卵石层等地层，盾构进出洞容易造成水土流失。

采用泥水盾构时，泥水压力的作用也会使加固体发生水土流失，导致无法l达到泥水平衡状态，如果土体不具备一定强度，很容易坍塌。

（3）重型机械作用时土体的承载力

盾构吊装或拆卸时，重型吊机往往作用在端头位置，为防止重型机械作用在软弱土体上起吊时发生失稳、坍塌，或对已成形隧道安全造成不利影响，对地表的软弱地层进行加固。

（4）周边建、构筑物安全

图1.1盾构端头加固实例

1.1.2端头加固控制注意事项

（1）、优选最佳端头加固方案

加固时间：

根据加固方法不同而异，但一般应提前至少3个月进行，考虑1个月的工期、1个月的龄期、检测后的补充加固等因素。

如果是连续墙或挖孔桩、钻孔桩作业，最好和围护结构施工同时进行，采用其他工法的，最好基坑开挖前完成。

（2）试桩的必要性：

应针对地层特点选择可靠的机械设备和合理的施工参数

（3）加固过程的检查：

工艺参数的合理性、垂直度的控制等。

重点控制端头加固的薄弱环节。

（4）对加固体进行抽芯检查：

主要采用竖直抽芯和水平探孔相结合的方式检查洞门加固效果。

1）、竖直抽芯：

注意抽芯的孔位、深度及芯样连续性的判断，抽芯后督促抽芯孔封堵的效果，避免盾构过加固体时发生事故。

2）水平抽芯注意抽芯的孔位，通常取8个钻孔，孔深钻至加固范围内，如下图所示；主要控制抽芯位置的确定，芯样检查，查看有无渗水情况，并及时进行封堵。

图1.2水平探孔平面布置图

1.2安装始发基座

始发基座：

其结构必须能支承盾构自重、装配时的临时移动，并能配置钢轨和其它适当的盾构推进导向件，便于隧道内推进，且方向不失常。

（1）始发座基础：

必须具备足够的强度和整体性，可设计为整体钢筋砼结构，预埋钢板与始发座焊接。

（2）始发基座的设计要求：

A考虑始发、接收的通用性能，适应静荷载、动荷载的不同工况，具有足够的刚度和强度。

B明确始发台底面与盾壳的最低点距离。

C长度应满足盾构机吊装要求，并考虑一定余量便于吊装时移动设备。

安装始发基座前先进行定位测量，在车站底板设立控制护桩，根据护桩精确定位始发基座的高程和左右位置。

然后将始发基座安设在预定的位置上，并由测量组进行复核，在完成定位之后，将始发基座固定。

在盾构机主机组装时，在始发基座的轨道上涂硬质润滑油以减小盾构机在始发基座上向前推进时的阻力。

由于始发基座与加固体之间存在较长距离间隙，为使盾构机顺利进入加固体，并防止盾构机栽头，一般在前方安装一段导轨。

始发基座一般须抬高3cm左右，以抵消盾构始发后栽头的影响。

图1.3盾构始发基座

1.3盾构机进场

盾构进场前，承包商必须上报盾构运输及吊装方案，并经监理审核通过，并把起重吊装机械设备及特种作业人员上岗证报监理备案；吊装时必须进行安全技术交底，并严格按照吊装方案执行；吊装前必须把始发基座及后面的轨道铺设好，并精确定位；

中体运输前体运输

刀盘吊装盾尾运输

后配套吊装连接桥吊装

拼装机吊装螺旋输送机吊装

1.4安装反力架

反力架提供盾构机推进时所需的反力，因此反力架须具有足够的刚度和强度。

反力架支撑在底板和中板上。

反力架的纵向位置保证负一环砼管片拆除后浇注洞门时满足洞门的结构尺寸和连接要求以及支撑的稳定性。

反力架的横向位置保证负环管片传递的盾构机推力准确作用在反力架上。

安装反力架时，须先用校正两根立柱的垂直度，使其形成的平面与盾构机的推进轴线垂直。

注意：

盾构始发时，会对反力架造成一个向上的分力，因此反力架的上方必须支撑牢固，不然很容易造成反力架变形，对盾构始发造成影响。

图1.4盾构始发基座和反力架

1.5盾构机组装调试

1.5.1现场调试工作包括以下具体内容

1、供电系统的调试

1）高压系统的测试

盾构机高压供电系统是保证设备正常工作的首要条件。

测试的内容包括高压电缆、接头、电缆盘、高压开关柜及变压器的绝缘及功能调试。

在高压部分工作确认正常以后便可进行下一步的调试工作。

2）低压供电系统的调试

包括照明系统（含紧急照明）、动力系统、弱电供电系统。

2、盾构本体部分的检测

包括前体、中体、盾尾的外形检查、土仓及刀盘开口、人闸仪表及管路的检查、盾尾油脂控制检测、盾尾设施及其控制的检查、螺旋输送机闸门控制的检测、供气系统的检查、土压传感器的检测、推进千斤顶及铰接千斤顶性能的检测、各种管路的检查（弯曲度、可伸展性、表面磨损情况）。

3、刀盘的检测

包括刀盘刀具（超挖刀、刮刀、周边刀、滚刀、中心刀）数量及外观检查。

4、盾构机电气系统的测试

PLC控制软件、人机界面和导向系统软件的调试；各类传感器的测试和校准；各类电磁阀、流量计的检测、校准；盾构机控制系统内部电气连锁关系的测试；盾构数据采集系统的连接和测试。

5、刀盘驱动部分的调试

包括刀盘驱动的功能调试、齿轮油系统的检查、刀盘密封油脂输送泵的检测、刀盘密封油脂泵性能的测试、刀盘驱动液压马达及行星减速齿轮的检查、仿形刀的调试。

6、推进系统的调试

包括各个动力系统泵阀组的调试、液压油冷却及过滤系统的测试、推进调速系统的调试、推进千斤顶功能的调试。

7、管片拼装机功能的调试及管片存放机的调试

包括管片拼装机各种功能和伸缩、回转和前后移动等各种动作测试和调试。

8、螺旋输送机功能的测试

包括螺旋输送机转速、油压、伸缩动作、正反转和出土闸门启闭等的测试。

9、膨润土注入系统的调试

包括膨润土注入系统注入压力、流量、膨润土泵电机转向、调速功能和各

个阀门的启闭等调试和测试。

10、盾构机铰接功能的测试

包括盾构机各铰接油缸动作和铰接功能的测试。

11、皮带输送机的测试

包括皮带输送机速度、转向、就位情况和松紧度等的测试。

12、泡沫系统的测试

包括泡沫系统水泵、气路、泡沫发生器的功能，泡沫压力、流量以及各泡沫注入点阀门启闭，泡沫发生剂发泡性能和注入管路工作情况等的测试。

13、浆液注入系统的测试

包括浆液罐电机、控制面板、浆液压力传感器和注浆泵压力、流量等测试。

14、辅助配套设施的测试

包括管片吊装机的测试、吊装机吊具的检查、砂浆搅拌罐的检查、后配套通风系统的检查。

15、盾构机导向系统的测试

盾构机的导向系统是盾构掘进时轴线控制的依据，在盾构始发前应结合盾构机组装调试测试导向体统与盾构机控制室之间的数据传递情况，测试导向系统各组成部分的工作状态，并进行导向系统的初始化工作，即利用竖井内的导线点和盾构机中体上预设的测量点精确测量导向系统后视棱镜和光靶坐标、盾构机俯仰角、转动角和偏转角等初始姿态参数并输入导向系统，以指导今后盾构掘进。

16、整机试运行及带载运行

在各系统分别调试完毕后，进行整机试运行，按正常掘进状态依次启动各系统，测试各系统的配合、连锁等情况，最后结合盾构始发进行带载运行。

1.5.2组装过程的控制注意事项：

1）盾体下井前始发台上一定要涂抹润滑油。

2）注意后配套起吊时吊点的选择，特别要避开管线位置。

3）注意盾尾起吊时可能变形为椭圆，建议设置临时支撑系统。

4）前体、中体、盾尾连接前结合面一定要清洗干净。

5）组装原则一般是由后向前，先下后上，先机械后液压、电气。

6）液压管线连接必须保证清洁，不能用棉纱等擦拭。

7）确保管线连接的准确性

1.6安装负环管片

在拼装第一环负环管片前，在盾尾管片拼装区下部180度范围内安设数根支撑（如木条或角钢、圆钢，长度一般较管片长度略长，在盾尾刷和推进千斤顶之间，厚度较盾尾间隙稍小即可）。

在盾构机内拼装好整环后利用盾构机推进千斤顶将管片缓慢推出盾尾，此时利用门吊将拼装好的整环钢管片吊至盾尾，并将钢管片同推出盾尾的负环管片用螺栓连接。

由于始发支座轨道与管片外侧有一定的空隙，为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，在始发台导轨上点焊圆钢或打木楔，使圆钢将负环钢管片和负环砼管片托起。

负环管片拆除时的安全监理旁站。

1.7洞门凿除

1）洞门凿除是指在盾构机进入始发洞门之前，把洞门围护结构内的钢筋剥除，以便盾构机进洞时，钢筋不会绞住盾构机刀盘或卡住螺旋输送机。

2）洞门凿除前必须上报洞门凿除方案报监理并审批通过，作业前必须对作业人员进行安全技术交底。

3）先凿除外排钢筋，等到盾构机组装完毕后，再剥离第二层钢筋网并予以割除。

在确认盾构机进洞的范围内没有残余钢筋后，盾构机方可始发。

（始发和到达的区别）

4）洞门凿除过程要密切注意加固土体渗水情况。

1.8安装洞门密封装置

为了防止盾构始发掘进时泥土、地下水从盾壳和洞门的间隙处流失，以及盾尾通过洞门后背衬注浆浆液的流失，在盾构始发时需安装洞门临时密封装置，临时密封装置由帘布橡胶、压板、垫片和螺栓等组成。

常见预埋钢环的形式有扇形压板、折形压板和钢环套施的三种形式。

密封装置安装前应对帘布橡胶的整体性、硬度、老化程度等进行检查，对圆环板的成圆螺栓孔位等进行检查，并提前把帘布橡胶的螺栓孔加工好。

盾构机进入预留洞门前在外围刀盘和帘布橡胶板外侧涂润滑油以免盾构机刀盘挂破帘布橡胶板影响密封效果。

盾构机刀盘在洞门范围时严禁转动刀盘，防止损坏压板。

折形压板

1.9盾构机前移

盾构机在推进油缸的推进下，由反力架及负环管片提供反力，可以实现向前移动。

推进过程中注意每一个循环的各组油缸之间的行程差控制，注意铰接的控制，要在盾构在向前推进的同时，检查盾构是否与始发台、始发洞发生干涉或是否有其他异常事件或事故的发生，确保盾构安全的向前推进。

确保负环管片环面平整度。

1.10盾构机始发掘进

盾构机至刀盘贯入掌子面开始，到后配套拖车进洞，形成正常的掘进，这一段的掘进称为始发掘进。

当盾构机的刀盘部分切入帘布橡胶板并抵达掌子面时，可视端头加固的情况，采取开敞式掘进始发或气压平衡掘进始发。

如端头的土体加固效果良好，地下水压不大，且地表无建筑物、管线时，可采取开敞式掘进始发；反之则采取土压平衡掘进始发，在软土地层要特别注意土仓压力的建立。

采用土压平衡掘进始发时，可事先在土仓内填充部分土胚，由于初始时土仓内未填满，可加气平衡。

始发时，要特别注意出土量的控制。

在确认洞门连续墙的钢筋已经割除完毕以后，可以进行盾构机的试运转。

由于盾构机没有进洞后周围岩土侧压力的磨擦作用，且盾构油缸的推力和掌子面通过刀盘的反力都很小，所以，在试运转时应使刀盘慢速旋转，且要正、反向旋转，防止滚动，使盾构姿态正确。

始发后，盾构机刀盘开始切削端头加固区，这时，土压设定值应略小于理论值且推进速度不宜过快，盾构机总推力不大于800T。

盾构机坡度略大于设计坡度，待盾构机出加固区之后，为防止因正面土压变化而造成盾构机突然“低头”，可将土仓内的土压力的值设定成略高于理论值，并将下部推进油缸的推力稍稍调高

一些。

在掘进过程中，根据情况在盾构机正面及混合仓内加入泡沫剂、膨润土、泥浆等添加剂以改善碴土性能。

在施工过程中，应根据地表的监测信息对土压设定值以及推进速度等施工参数作及时的调整。

2、盾构隧道始发监理控制关键节点

1）工作井已按设计要求完成并通过验收，其标高、轴线、结构强度等各项技术参数符合设计和规范要求并能满足盾构施工各阶段受力要求（端头井结构尺寸和洞门中心已复核且符合设计要求）；

2）盾构推进、始发/到达方案已审批，监理细则已编制审批；

3）测量、监测方案已审批，监测控制点已按监测方案布置好，且已测取初始值；

4）井下控制点已布设且固定；

5）要求的各项端头措施（端头加固、降水、冷冻等）已经完成，各项指标已经达到设计要求并有检测报告；

6）洞门探孔已打，未发现异常情况并满足始发/到达要求；

7）始发/接收架已经设计验算，结构强度满足要求；

8）施工现场技术交底（包含施工工艺和步骤）已按要求完成；

9）人员、机械、材料按要求到位（盾构以及大型起重设备拼装到位，并通过政府监督部门验收）；

10）对本工程潜在的风险进行辨识和分析，有针对性、可操作性的应急预案编制完成并落实抢险设备、材料、人员、方案等；

11）已落实安装始发基座、安装反力架、盾构机进场、盾构机组装调试、安装负环管片、洞门凿除、安装洞门密封装置、盾构机前移。

12）盾构机始发掘进定的其他要求。

3、盾构始发监理控制要点

1）、洞门钢环安装：

及时安装和定位测量。

2）、始发架、反力架、接收架的定位，防栽头、防滚

动装置安装，防止变形。

3）、大件吊装过程的旁站。

4）、始发时推力、扭矩限制。

5）、防止盾构机滚动措施：

6）、洞门破除时间的掌握、破除方法的选定。

7）、洞门密封装置的安装

8）、负环管片安装定位、复测，校核自动测量系统。

9）、始发、到达掘进模式的选择。

10）、负环管片的拆除时间：

已安装的管片和土体之间具有足够的摩擦力支持盾构推进。

11）、始发的出土方式。

12）、始发阶段的注浆方式选择：

在盾尾完全进入洞体后，调整洞口密封，进行洞口注浆。

注浆采用速凝型砂浆，洞口注浆压力不宜过大，0.6～1.5。

由于速凝型浆液易堵管，可采用管片注浆孔注双液浆。

到达阶段注浆方式的选择。

13）、始发台与土体之间的连接：

在洞口连续墙破除完毕之后，始发台的端部与洞口围岩还有一定的距离。

为保证盾构机在始发时不至于因刀盘悬空而造成盾构机“低头”，可在始发洞口内安设一段型钢作为始发导轨，同时应注意，在导轨末端与洞口围岩之间，应留出刀盘的位置，以保证始发时，盾构机刀盘可以正常旋转。

14）、盾构机负环拆除或到达时，由于前方缺少推力，会引起后部管片松弛而漏水，因此应设置管片连接装置。

15）、负环管片变形、破损或破裂的控制：

主要由于盾构推进油缸推力过大致使，应立即暂停推进，及时加固破损管片，同时对管片环的临时支撑进行加固。

4、盾构始发、到达安全风险分析及对策

4.1风险分析

1）、始发姿态控制不当导致的轴线偏移

2）、始发措施不当导致栽头

3）、盾构机滚动

4）、自动测量系统误差

5）、始发托架或反力架变形

6）、管片拼装错台、开裂或渗漏

7）、始发刀具损坏

8）、负环管片变形

9）、盾构始发或到达阶段管片松弛

4.2监理对策

1）、曲线始发时，要提前设计好盾构始发方向。

2）、可以将盾构始发姿态调高2－3cm，始发托架与加固体之间设置连接导轨，防止进入加固体前栽头

3）、为防止滚动，除了在始发托架上焊接防滚动装置外，掘进过程要严格控制始发扭矩，并特别注意不能在千斤顶推力很小的情况下转动刀盘。

在确认洞门连续墙的钢筋已经割除完毕以后，可以进行盾构机的试运转。

由于盾构机没有进洞后周围岩土侧压力的磨擦作用，且盾构油缸的推力和掌子面通过刀盘的反力都很小，所以，在试运转时应使刀盘慢速旋转，且要正、反向旋转，防止滚动，使盾构姿态正确。

4）、通过频率较高的人工复测来对自动测量系统的精确度进行复核，以及时发现测量系统存在的偏差并进行纠正。

盾构到达前，必须通过联系测量进行多级复核。

5）、对始发架和反力架进行认真设计，特别注意各组千斤顶推力不均的情况下反力架的受力工况，在掘进过程中，除了要控制总推力外，还要严格控制推进千斤顶各编组推力。

6）、管片选型应从负环管片拼装即开始控制，通过加贴软木衬垫或石棉垫的方式，利用反力钢环或管片调整好管片与盾尾壳夹角，使管片环面与盾构机掘进方向法线基本垂直。

7）、为减少刀具损伤，始发掘进阶段的刀盘转速和掘进速度不宜过快，尤其是刀盘刚刚接触掌子面时，采用低推力、低转速、低速度掘进。

8）、为减小负环管片变形，每一环负环拼装完成并脱出盾尾后，除了采取通常的加固和固定措施外，应配置整圆器，以确保负环管片圆度，减小管片拼装难度。

9）、做好管片连接措施，防止始发或到达阶段的管片松弛。

5、盾构始发易出现的事故

5.1、始发或到达时坍塌

（1）加固体效果不好。

（2）加固方法、范围不当。

（3）未及时推进。

5.2、始发、到达时盾构机叩头或扭转始发推进中，在盾构机抵达掌子面及脱离加固区时容易出现盾构机叩头的现象；到达推进中，盾构机脱离加固区时也会叩头根据地质条件不同有些可能出现超限的情况。

为此，通常采用抬高盾构机的始发姿态、放低接收架、合理安装始发或到达导轨，以及快速通过的方法尽量避免叩头或降低叩头的影响。

5.3、始发偏移

（1）曲线始发的方位角错误

（2）当反力架不能提供支撑力时或始发架固定不牢

（3）初始测量数据输入错误

（4）盾构机本身测量系统有误差

5.4、盾尾泄露

（1）管片姿态：

管片选型应从负环管片拼装即开始控制，通过加贴软木衬垫或石棉垫的方式，利用反力钢环或管片调整好管片与盾尾壳夹角，使管片环面与盾构机掘进方向法线基本垂直。

（2）密封油脂的涂抹

（3）管片本身的外弧面接缝处理

5.5、管线连接错误

5.6、刀具损坏：

刀具的选择和参数的确定。

为减少刀具损伤，始发掘进阶段的刀盘转速和掘进速度不宜过快，尤其是刀盘刚刚接触掌子面时，采用低推力、低转速、低速度掘进。

5.7、密封效果不好

当洞门加固效果达到时，对于洞门环的强度要求相对较低，否则要在盾构推进前要彻底的检查和确定洞门环的状态良好。

在始发过程中若洞门密封效果不好时可即时调整壁后注浆的配合比，使注浆后尽早封闭；也可采用在洞门密封外侧向洞门密封内部注快凝双液浆的办法解决。

底部压板损坏，也是密封效果差的重要原因，底部环板和螺栓设计均应改进。

盾尾和中体的连接不严密，可能造成泄漏。

扇形压板不及时封闭，可能造成泄漏。

5.8、地面沉降较大

由于始发施工的特殊性，始发阶段的地面沉降值均较大，因此在始发阶段需尽早建立盾构机的适合工况并严密注意出土量及土压情况，同时加大监测频率，控制地面沉降值。

5.9、管片松弛