1、地鐵工程土壓平衡盾構始發施工工藝工法1 前言1.1 工藝工法概況盾構始發指盾構機從開始推進到盾構機全部進入土體并且零環 注漿封閉完成的作業過程。盾構始發一般均在具備整體始發條件下進行， 但在不具備整體始 發條件的情況下，可以根據現場實際情況，將后配套臺車斷開，延長 相關管路，采用分體始發形式，待盾構掘進一定長度后，再將其余臺 車吊入井下。盾構始發在直線上始發較多，在曲線上始發時要根據曲線的大 小，現場實際情況等通過擬合線形，計算確定始發基座的具體位置、 高程等。1.2 工藝原理盾構的始發，是利用設在工作井內的臨時拼裝管片等承受反力設 施把盾構機由始發臺上推進， 從始發出口貫入圍巖、 沿規定的路

2、線開 始掘進。2 工藝工法特點2.1 始發端頭土體需進行加固處理，具有一定的自穩能力。洞門 破除需分兩次進行。2.2 盾構基座（鋼基座） 、反力架等的設置、制作與安裝要具備 足夠的剛度， 保證負載后變形量滿足盾構掘進方向要求。 同時要確保盾構掘進方向符合隧道設計軸線2.3 負環管片的數量、形式等必須根據現場實際情況計算而定， 拼裝時必須確保其真圓度，并防止受力后旋轉、位移。2.4 盾尾進入洞口后， 將洞口密封與封閉環管片緊貼， 以防止泥 水與注漿漿液從洞門泄漏，同時要適時對洞門進行注漿封閉。2.5 本工藝工法可靠、安全。3 適用范圍本工藝工法適用于各類地層的盾構始發階段的施工。4 主要引用標準

3、4.1 盾構區間工程施工設計圖紙、地質詳細勘察報告和地質補充 勘察報告、施工調查報告等資料。4.2 巖土工程勘察規范 （ GB50021）4.3 地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范 （GB50307）4.4 地下鐵道工程施工及驗收規范 （GB50299）4.5盾構法隧道施工與驗收規范（GB50446等國家現行有關 施工及驗收規范、質量技術標準。5 施工方法盾構的始發，首先要對洞口端頭進行處理達到一定的自穩能力， 然后鑿除洞門砼，始發基座的設計加工、 定位安裝（砼始發臺的施做） ， 始發用反力架的設計加工、就位，支撐系統、洞門環的安設，盾構組 裝，其他保證盾構推進用設備、人員、技術準備等，直到始

4、發推進， 盾構機全部進入土體并且零環注漿封閉完成。盾構始發分整體始發、分體始發、直線始發、曲線始發幾種形式, 本工法主要介紹直線始發。6工藝流程及操作要點6.1施工工藝流程盾構始發施工工藝流程見圖1圖1盾構始發作業流程6.2操作要點621始發前準備工作1管片準備1）盡早與管片生產廠家簽定合同，制定管片生產計劃，提早生 產，確保管片儲備充足。2）在始發前一個月單臺機準備不少于 400環管片，且在一個月 前完成二環拼裝等一系列管片試驗。2管線、建筑物調查1）在盾構始發前一個月完成沿線管線、建（構）筑物調查，并 做好記錄。2）在始發前對端頭200m范圍內進行二次調查。3）自調查開始，每月定期專人沿線

5、巡視。3 洞內端頭準備1）洞門中心線最晚在洞門圍護樁破除一半之前完成。2） 洞門鋼環板平整度主要以端墻里程來控制，以全站儀X 坐標 （里程）為準。3）盾構機始發定位時要參照洞門鋼環實際位置， 適當抬頭掘進。4洞門破除前需采取抽芯取樣的方法檢測土體加固強度是否滿足 設計加固要求。在始發前要打水平探孔，確保無水流出。5 應急準備1）制定盾構始發應急預案，主要為了防止洞門鑿除后涌水、涌 砂；盾構進入后涌水、涌砂；盾構離開加固區后，同步注漿不及時， 造成地面塌陷等。2）應急預案中要明確實施的組織機構、 勞動力安排及責任劃分， 救援物資及設備，具體施工方法等。3）需在盾構始發 2 天前做好各項應急準備。

6、6 設備準備對起吊場地進行檢驗， 選擇合適吊裝設備。 場地內吊車擺放位置， 盾構機部件擺放位置， 運輸車輛行走路線要結合現場實際進行模擬設計。7 物資準備 始發作業前要準備好鋼環板、壓板、橡膠簾布、鋼絲繩、倒鏈及 應急物資等物資準備。6.2.2 始發洞口圍護結構的切除一般在始發前 10 天左右開始洞口圍護結構的切除。1 洞門鑿除一般選用人工風鎬破除。對于地層條件好，時間較緊 的情況可選用機械破除。2 整個施工一般分兩次進行，第一次先將圍護結構主體鑿除，只 保留圍護結構的鋼筋保護層，在盾構始發前將保護層混凝土鑿除。3 在鑿除完最后一層混凝土之后，要及時檢查始發洞口的凈空尺 寸，確保沒有鋼筋、混凝

7、土侵入設計輪廓范圍之內。6.2.3 洞口密封洞口密封是為盾構在始發時防止背襯注漿砂漿外泄所用， 按種類 分有壓板式和折葉式兩種， 其中折葉式越來越被人們所認可。 洞口密 封的施工分兩步進行施工， 第一步是在車站結構的施工工程中， 做好 始發洞門預埋件的埋設工作， 要特別注意的是在埋設過程中預埋件必 須與車站結構鋼筋連接在一起； 第二步在盾構正式始發之前， 應先清 理完洞口的碴土，再完成洞口密封的安裝（見圖 2）。4598 (R3470)折頁壓板式洞口密封扇形壓板式洞口密圭寸圖2洞口密封形式624洞口始發導臺的安裝在圍護結構破除后，盾構始發臺端部距離洞口圍巖必然會產生一 定的空隙，為保證盾構在始

8、發時不致于因刀盤懸空而產生盾構“叩 頭”現象，需要在始發洞門內安設洞口始發導臺。 安設始發導臺時應 在導臺的末端預留足夠的空間，以保證盾構在始發時，不致因安設始 發導臺而影響刀盤旋轉。始發導臺可設置鋼軌導臺和混凝土導臺兩種方法。1采用設置鋼軌導臺的方法施工速度快、剛度好，但在高程控制 不準，尤其是高程控制偏高的情況下會造成盾構機和導臺頂死。因此高程控制是關鍵2 采用混凝土導臺的方法需要等強，造成掌子面暴漏時間長，但 一般不會產生頂死的情況，就算高程控制偏高，由于混凝土強度低， 也不會產生太大問題。3 在底部簾布被壓倒的范圍內要求導臺順平，無硬棱防止簾布被 壓裂。6.2.5 始發托架、反力架的安

9、裝1 反力架、負環管片位置的確定依據反力架的位置確定主要依據洞口第一環管片的起始位置、 盾構的 長度以及盾構刀盤在始發前所能到達的最遠位置確定。2 負環管片環數的確定假定盾構長度LTBMk 8.3m,安裝井長度LAS= 12m （因不同的始 發井尺寸而不同），洞口圍護結構在完成第一次鑿除后的里程 DF,設 計第一環管片起始里程 D1S管片環寬WS= 1.2m,反力架與負環管片 長WR= 1.5m。DR為反力架端部里程，N為負環管片環數。在安裝井內的始發時最少負環管片環數確定 N=（ D1S- DA 8.3 ）/ WS環3 反力架、負環管片位置的確定在確定始發最少負環管片環數后， 即可直接定出反

10、力架及負環管 片的位置。反力架端部里程 DR= D1S- NX WS4 始發托架定位與安裝（始發砼導臺施工）始發托架一般采用鋼托架形式，但也可以采用混凝土托架的形 式。不管采用哪種形式都應準確定位， 見圖 3。始發托架 （或砼導臺） 是盾構始發的受力結構。 始發托架水平軸線的垂直方向與反力架的夾 角V 士 2%0,盾構姿態與設計軸線豎直趨勢偏差V 2%0,水平趨勢偏差 v 士 3%o。托架平整度檢測， 采用水準儀在托架單軌各測量 5 個點，計算兩 軌之間標高偏差是否相同。保證托架按要求設置。始發時的幾種情況1 直線段始發 直線段始發時托架平行于隧道中心線設置。2 R>800m的曲線始發當

11、曲線大于 800 時可采用切線始發， 此時盾構機脫離始發架后姿 態不會超限。3 Rv800m的曲線始發曲線小于800m時采用割線始發；其中當曲線小于500m時割線方 向以盾構機盾尾離開始發架后盾構機前姿態不超限為原則， 當曲線在 500m到800m之間時以盾尾脫離始發架后割線偏差最大處不超限為定 位原則。5 反力架定位與安裝在盾構主機與后續臺車連接之前， 開始進行反力架的安裝， 見圖 4。安裝時反力架與車站結構連接部位的間隙要墊實，以保證反力架 腳板有足夠的抗壓強度。反力架為盾構始發時提供初始的推力以及控制盾構初始姿態，反力架左右偏差控制在士 10mn之內，高程偏差控制在±5 mn之

12、內，上下偏差控制在士 10mn之內圖3始發托架（鋼托架）圖4反力架626盾構始發1始發臺兩側的加固由于始發臺在盾構始發時要承受縱向、 橫向的推力以及約束盾構旋轉的扭矩，在盾構始發之前，必須對始發臺兩側進行必要的加固, 見圖5。2負環管片安裝1）負環管片設置時要考慮調節洞門管片位置（包括這個區間所 有洞門長度），因此對第1次始發、負環中間可根據實際情況設調節 洞門長度的環片，該環片可以是人工加工的剛管片等。2）負環管片設置可以為：整環負環、半環負環、整環與半環相結合三種形式。設置形式的選擇根據現場實際情況選擇， 一般選在整 環負環始發。整環負環始發可以均勻受力，反力架、盾構機等能夠保 持平穩，不

13、容易變形。其它形式負環受力不均，容易造成反力架等變 形，不利于盾構機整體姿態的控制。3）負環管片安裝準備。在安裝負環管片之前，為保證負環管片不破壞尾盾刷、保證負環管片在拼裝好以后能順利向后推進， 在盾殼 內安設厚度不小于盾尾間隙的方木（或型鋼），以使管片在盾殼內的 位置得到保證。4）負環管片后移。第一環負環管片拼裝成圓后，用 4 5組油缸完成管片的后移。 管片在后移過程中， 要嚴格控制每組推進油缸的行 程，保證每組推進油缸的行程差小于10mm在管片的后移過程中，要注意不要使管片從盾殼內的方木（或型鋼）上滑落。5）負環管片與負環鋼管片的連接。負環管片的最終位置要以推 進油缸的行程進行控制， 在負

14、環管片與負環鋼管片之間的空隙用早強 砂漿或鋼板填滿。6）負環管片的拼裝類型。在安裝井內的負環管片的拼裝類型通 常采取通縫拼裝， 主要是因為盾構井一般只有一個， 在施工過程中要 利用此井進行出渣、進管片。所以采用通縫拼裝可以保證能及時、快 速的拆除負環管片。3 盾構始發掘進1）空載推進。前面土較硬，可空倉推進。如土軟、水大。則要考慮先回填之后再向前推進。 這兩點均要和地層結合。 盾構機在 空載向前推進時， 主要控制盾構的推進油缸行程和限制盾構每一環的 推進量。要在盾構機向前推進的同時，檢查盾構機是否與始發臺、始 發洞門發生干涉或是否有其他異常事件或事故的發生， 確保盾構機安 全的向前推進。2）始

15、發時盾構姿態的控制。主要通過盾構機的推進油缸行程來 控制姿態，特殊情況可開啟超挖刀。3）始發時盾構推進參數的控制。 在保證盾構正常推進的情況下，掘進參數建議選擇總推力小于 8001000t，刀盤扭距小于300t m掘進速度小于30 mm/mi n。4）盾構機尾部還沒有進洞之前：防堵泡沫管。盾尾的油脂要打飽。5）般在正4環完成后進行盾尾注漿，封堵洞門。具體位置可通過加固體長度、盾體長度、洞門寬度計算。注漿時壓力不要過大可根據計算的注漿量分幾次注漿（一般分 3次），待下部初凝后，進行 中部注漿，中部初凝后，進行上部注漿。注漿過程中要準備好木楔、 棉紗等物料，對漏漿的地方進行封堵。6）在水大情況下進

16、洞，尤其是快要突破加固體時，可先沿盾殼注一圈水溶性聚氨酯等。4洞口注漿在盾尾完全進入洞內后，調整洞口密封，進行洞口注漿。漿液不但要求順利注入，而且要有早期的強度，注漿壓力控制在1.5bar以內，漿液配比建議參數如表1, 二次注漿配比建議參數見表 2。表1始發洞門注漿漿液配比建議參數序號3配合比構成 （kg/m ）水 膠 比膠 砂 比稠 度(s)泌水率%流動 時間1天強 度7天強 度水泥粉煤灰砂膨潤土水C組120340960504890.960.5311.81.34h05mi n0.240.52A組100360960505241.030.5312.41.54h45mi n0.210.43B組80

17、380960505361.050.5312.41.55h35mi n0.160.35D組40400960505221.060.5312.51.67h10mi n0.120.24表2二次注漿漿液配比建議參數漿液A液B液材料水泥(P.C32.5 )水水玻璃（35°）配比（Kg）1501002030凝結時間為24分鐘A、B、C 三組配合比 7d 強度基本符合國內各地區設計要求，建議采用C組配合比作為始發階段盾構同步注漿主要配合比，且該配合比可用于土體結構較差，砂層較多，含水較豐富的曲線地段；A組、B組配合比水泥用量較少，流動時間相對差距較小，擬用于盾構直線 掘進地段；D組配合比雖初期強度較

18、低，但流動時間較長，作為參考 配合比，如后期 28d 強度符合設計要求， 擬用于盾構注漿運輸距離較 長地段。6.2.7 反力架、負環管片的拆除 反力架、負環管片的拆除時間根據背襯注漿的砂漿性能參數和盾 構的始發掘進推力決定。一般情況下，掘進 100m以上（同時前50環 完成掘進 7 日以上），可以根據工序情況和工作整體安排，開始進行 反力架、負環管片拆除。7 勞動力組織盾構始發階段勞動力配備和掘進階段勞動力配備相同， 以單臺機為例需：盾構作業班組 2班共 44人，機修工、 電焊工、電工共 12人。8 主要機具設備設備配備也基本同掘進階段，以單臺盾構機為例主要為盾構機 1 套； 45t 門吊；砂

19、漿拌合設備 1 套；電瓶車 2 臺套； 16t 門吊或 25t 汽車吊；始發托架1部；反力架1部；鋼絲繩12, 50m;木屑子300 塊；倒鏈不少于 6 部等。9 質量控制9.1 易出現的質量問題9.1.1 盾構軸線偏差，姿態超出軸線控制范圍內。9.1.2 始發托架或反力架設置不當、發生變形，始發臺定位方向 錯誤。9.1.3 盾構機栽頭。9.1.4 負環管片發生橢變、錯臺。9.1.5 簾布破損9.2 保證措施9.2.1 加強測量管理，通過多級測量校核來確保隧道控制軸線測 量成果的正確； 盾構掘進施工中， 除了依靠盾構自動測量系統指導施 工外，要加強人工測量來校核自動測量系統誤差， 有效降低施工

20、環境 等外界因素引起的測量誤差。 始發洞口與盾構的始發方向是完全一致 的，整個洞口都均勻地具有必要的余量。9.2.2 始發托架應能承受盾構機的荷載，規定正確的始發方向， 對始發時的偏壓保持有充分的強度。反力支撐必須是能夠把盾構機的推力均勻地傳遞到后方圍巖的 結構。因此，在背面擋土墻和反力支座、臨時拼裝管片的相互之間要 無間隙接合，對偏壓也要具有充分的強度。9.2.3 在掌子面和托架之間的空隙安設導臺，托架安設時前部比 后部可略高2cm保證抬頭掘進。9.2.4 盡可能的保證負環管片的真圓度，必須做到：按順序及操 作規范施工； 基準環和負環必須連接牢固； 每安裝的一環在拖出盾尾 的同時必須及時打設下部木楔， 防止管片下沉， 完全拖出后及時用鋼絲繩固定；環與環之間的螺栓必須緊固到位。9.2.5 始發前要確認盾構機通過處無阻礙。并檢查簾布與壓板的 安裝情況，刀盤與簾布的相對關系，