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超深圆形工作井大盾构分体始发技术摘要：本文以深大城际2标2#工作井~坪山站区间为例，对大直径土压平衡盾构机分体始发进行了系统描述，重点介绍了盾构机主机井下组装、延长管线安装和后配套井上布置的施工过程，根据现场工况，结合理论计算，选择合理的施工方案。
结合国内外的一些施工理念和施工方法，顺利完成盾构机的分体始发。
本文为大直径土压平衡盾构机分体始发技术，积累了宝贵的实践经验，对我国盾构施工技术有重大指导意义。
关键词：盾构机；分体始发；土压平衡；大直径前言：随着我国经济的不断发展，当前城际铁路建设规模正不断扩大，超深圆形竖井的盾构机施工正随着科学技术的发展而不断完善，将其应用在实际施工中能够提高建设效率，其相较于常规盾构机，但进场、下吊、组装、始发到吊出离场的难度更大，因此需要提高施工人员的技术应用要求，以此快速地完成盾构机的吊装下井施工作业。
在此基础上，必须探索符合实际需求的始发专项施工，在保证施工质量与安全的条件下，将施工的步序进行调整，以更加合理、经济的吊装顺序进行施工及始发，从而提高工程建设效益。
一、分体始发综述受盾构始发井结构所限，盾构机始发阶段无法满足盾构机整体始发出渣和管片安装的要求，必须采用分体始发的方式。
根据本工程始发井结构、场地布置、设备设计等因素，本着减少分体始发管线的使用量、减短分体始发的施工时间、减少分体始发人工工作量为原则，分体始发分为三个阶段：第一阶段主机掘进，第二阶段主机、设备桥、1#台车、6#台车掘进，第三阶段转接整机掘进，始发转接流程如图1示。
图1始发转接流程图二、始发井概况及前期准备工作2.1始发场地概况深圳机场至大亚湾城际深圳机场至坪山段工程2标（五和-聚龙）土建八工区施工任务为大坪2#工作井、2#工作井～坪山站区间。
2#工作井直径36m，主体结构设计内净空34m，侧墙厚1.7m，单线吊装口长15m，宽11m, 井深51m。
图2工作井底板结构平面图2.2前期准备工作2.2.1端头加固本工程始发端头加固有两方面的作用，一方面是为盾构始发提供稳定的地层条件，保证安全、顺利始发，另一方面是为盾构吊组装提供足够的地基承载力，保证盾构吊组装作业的安全。
反力架支撑及预埋件技术交底
GDAQ330403
施工单位：
工程名称分部分项工程
交底内容：
一．目的
为了保证区间盾构顺利始发。
二．适用范围
盾构始发反力架支撑及预埋件加工安装。
三．技术交底内容
1、反力架固定后，采用6根φ420mm焊接钢管与反力架焊接作为反力支撑，其中左线使用2根斜撑，4根横撑；右线使用4根斜撑，2根横撑。
具体左右线反力架支撑布置图及尺寸如下所示：
（1）千南左线
（2）千南右线
2、预埋件
（1）左线
反力架竖支腿预埋件加工1200*800*20mm钢板2块；反力架左侧两道斜撑加工800*800*20钢板2块；因四道横撑另一端为侧墙和标准段端头，无法预埋钢板，可将预埋钢板固定至侧
墙和端头并与横撑焊接。
预埋钢板示意图如下：
（2）右线
反力架竖支腿预埋件加工1200*800*20mm钢板2块；反力架斜撑加工800*800*20钢板4块；因底部两道横撑另一端为标准段端头，无法预埋钢板，将预埋钢板固定至端头并与横撑焊接。
预埋钢板示意图如下：
3、预埋钢板大样图
根据底板标高、反力架和始发基座尺寸，确定左线回填1060mm，右线反力架面回填1084mm、基座面回填1178mm，预埋钢板大样图如下：
见证人：（监理：安全员：）
交底人：日期：
分管领导：（设备副经理：安全总监：）班组长签字：
工区主任签字：
副经理签字：
注：本交底一式三份，班组、交底人、资料保管员各一份。
盾构工程施工测量和监控量测方案1 施工测量1.1 控制测量为确保施工控制点的稳定可靠，测量与相邻标段测量点联测闭合，对地面首级和二级控制网点进行同等精度的复测工作。
（1）复测按照招标文件的要求及《城市轨道交通工程测量规范》GB50308的规定，施工前，测量队对业主在交接桩时提供工程范围测区精密控制网、精密水准点等进行复测。
复测时按照首级控制网点同等精度进行观测，并与邻近标段的平面和高程控制网点进行贯通联测，做好工程测量的相互衔接。
将复测成果书面上报监理单位。
在工程施工期间，每两个月对首级控制网复测一次，并将复测成果上报监理单位。
如监测发现施工场地周围的地面有变形时，及时对首级控制网进行复测，增加复测频率，确认控制点无误后才可以继续使用。
如发现首级控制网测量超出规范允许范围时，立即报告监理单位，重新交桩后才可以使用首级控制网。
（2）控制测量复测工作完成后，在首级控制网点的基础上，根据工程项目的施工需要并结合本标段工程特点城市道路交通建筑物等实际情况定平面和高程控制网方案，现场选点埋设控制网标石后组织施测。
（3）平面控制测量为满足施工需要，严格地按四等导线测量规范增设了导线点，在盾构竖井处适当位置增设了精密导线点和精密水准点。
将新增设的控制点与地面首级控制网进行了联测，确保竖井投点在多方控制中。
盾构始发井投点测量为指导盾构掘进施工，必需把导线数据导入始发井强制对中平台上，施工完成到设计标高时，根据现场的实际情况和现有的仪器设备，采用投点仪投点（投点仪标称精度不低于1/30000）,把井口上测设的为了提高投点精度，在竖井口长边对角适当位置设置投点P1，P2点，如图10-1-1-1。
然后利用地面上的控制网进行联测，将测量数据进行平差后，计算出P1、P2各点的坐标（或用前方交会法，定出P1、P2各点），将P1、P2点投在井下的投点板上，如图10-1-1-2所示。
为了检核投点精度，在井上作多次投点，投在投点板上的P1′、P2′、P1″、P2″…点。
盾构始发方案一、盾构始发概述确保盾构机安全、平稳、迅速的由车站进入隧道，防止洞门处土体坍塌及洞门漏水。
二、工作内容在现场及井内设备布置完成及盾构机调试完后，依靠反力架和负环管片进行左线盾构始发。
开始安装负环管片，边安装负环管片，盾构机边向洞圈推进。
当刀盘距离洞口还有1.5m停止，破除洞门剩余部分混凝土。
为减少盾构始发时的推进阻力和避免刀盘上的刀头损坏洞口密封装置，在刀盘和洞口密封装置上涂抹润滑油以减小摩擦力。
盾构向洞门土体逐渐靠拢，使盾构机头部切入土体，再经刀盘旋转切削土体，充满盾构机土仓，开始建立正面土压力以平衡盾构正面土压，确保土体的位移量降至最小值。
盾构始发阶段的施工参数根据多次试验确定，当盾构机整体进入洞圈后，通过管片注浆孔均匀地向管片外部压注水硬性浆液充填空隙，防止漏浆。
推进时，注意观察反力架和后面斜撑是否产生变形，防止位移量过大而造成破坏。
为减少盾构的推进阻力，推进前，在盾构基座面上涂抹润滑油。
破除洞门处钻孔桩、安装洞口止水装置、盾构机托架下井定位、安装盾构机反力架、负环管片拼装、破除洞门剩余混凝土，盾尾密封刷涂密封油脂、盾构机始发、调整止水装置扇形压板。
三、工作程序1、图盾构始发总体施工程序图2、破除洞门处钻孔桩在盾构机拼装前破除洞门范围内的1000mm厚钻孔桩，露出圆弧外排主筋，将盾构井清理干净，托架及反力架下井定位后进行盾构机安装。
盾构机安装调试结束后，向前顶进，边拼装负环管片边将洞门处剩余人工挖孔桩凿除，取出外排钢筋及护壁钢筋混凝土，在此过程中，要求连续施工，尽量缩短作业时间，确保正面土体的稳定性，并配备专职安全员对此进行监督，杜绝安全事故隐患。
3、安装洞口止水橡胶板①车站主体结构施工时，在洞门处安装洞口预埋钢环。
钢环安装误差±10mm，钢环外露表面涂刷红丹二度，并将钢环中12根Φ16钢筋与内衬墙主筋搭接焊接，焊接高度不少于6mm，长度不小于30mm。
②通过M20螺栓将帘布橡胶板、圆环压板、扇形压板等连接到洞口预埋止水钢环的螺母内，并旋紧。
目录一、工程概况 (1)二、反力架计算 (1)2.1 反力架及支撑体系介绍 (1)2.2 反力架受力分析 (4)2.3 反力架验算 (4)三、始发托架计算 (7)3.1 始发托架介绍 (7)3.2 始发托架受力验算 (8)盾构始发托架、反力架计算书一、工程概况本标段包括2站2区间，分别是云梦站、大板站、云梦站～长发站区间、长发站～大板站区间，区间采用盾构法施工。
云梦站～长发站区间，盾构从云梦站始发，沿凤凰大道地下敷设，向东沿陕鼓大道到达长发站小里程端接收。
区间左线隧道长1050.213m，右线隧道长1043.206m；线路平面有二处曲线，曲线半径为1200/450m，洞顶覆土5.4～17.2m，线间距13～15.5m，最大纵坡为14.818‰。
长发站～大板站区间，盾构从长发站和站后暗挖隧道空推通过后，在暗挖隧道端头和车站大里程端二次始发，沿陕鼓大道地下向东行进后，转向东南方向沿迎宾大道地下进行，到达大板站小里程端接收吊出。
区间左线隧道长637.377m，右线隧道长858.852m，区间含一处平曲线，曲线半径为450m，洞顶覆土6.3～13.2m，左右线间距为15～15.6m，线路纵坡为V形坡，最大坡度为22‰。
二、反力架计算2.1 反力架及支撑体系介绍盾构机在始发掘进时，必须借助外置反力架来提供盾构在始发过程中及前阶段的顶进推力。
反力架的结构设计按照安全、适用、经济的原则，其材料的选定是根据盾构机各种设定参数计算出来总的推力并充分考虑了盾构施工现场的实际情况。
反力架采用20mm和30mm厚钢板制作，进行盾构反力架形式的设计时，是以盾构的最大推力及盾构工作井轴线与隧道设计轴线的关系为设计依据。
图2-1-1 反力架钢负环设计图图2-1-2 反力架组装立体示意图反力架设计如图2-1-3、2-1-4所示。
图2-1-3 云梦站反力架设计图图2-1-4 长发暗挖隧道反力架设计图支撑系统由钢反力架、斜撑及负环管片临时衬砌组成。
盾构始发负环管片拼装间隙控制一工程描述1.1工程简介左线土压平衡式、右线敞口式盾构使用反力架、始发基座一致，右线土压平衡式盾构为租用设备，使用租赁单位反力架和始发基座。
1.2 负环拼装负环管片包括负环钢管片和负环混凝土管片。
负环钢管片为300mm厚，宽度为300m，内径为5400mm，外径为6000mm的钢制圆环。
混凝土管片为300mm厚，宽度为1200mm，内径为5400mm，外径为6000mm。
盾构机盾体外径6150mm，壁厚45mm。
负环钢管片起到连接负环混凝土管片和反力架的作用。
负环管片采用整环错缝拼装。
根据盾构井结构尺寸及盾构机主机长度综合考虑采用9环负环管片，其中0环插入结构内750mm。
负环混凝土管片拼装由管片拼装机在盾尾内按顺序拼装成型，用连接螺栓连接固定。
因盾尾内径与管片外径之间有30mm的间隙，在拼装负环管片时，需要在盾尾下部盾壳内避开千斤顶撑靴位置焊接约1.5米长的φ30圆钢 4 根，沿盾构方向放置，尾部靠在盾尾刷附近。
圆钢靠近撑靴方向与盾壳点焊 2 个点，以方便负环管片安装完成后将其移除。
φ30圆钢位置分布图如图14。
图14 圆钢位置分布图第一环负环的位置对整个隧道管片的质量影响很大，因此对第一环负环准确定位。
拼装负环时，第一块管片的位置在盾尾画出线条标记，拼装手根据画线给管片定位。
负环拼装先拼装落底块（标准型管片A2 块），再拼装标准块 A1、A3，最后拼装邻接块 B1、B2及封顶块C。
每安装一块管片，立即将管片连接螺栓插入连接孔，并戴上螺帽用电动扳手紧固。
管片安装到位后，及时伸出相应位置的推进千斤顶撑靴固定管片，防止管片倾覆，然后方可移开管片安装机。
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，严格控制每组推进油缸的行程，使每组推进油缸的行程差小于10mm，保证管片的断面与设计线路垂直。
每拼一环管片由千斤顶推出盾尾，在管片脱离盾尾时及时用木楔垫实管片与始发基座导轨之间的间隙并对管片连接螺栓进行二次紧固。
1.始发托架的制作和安装
盾构始发基座采用钢结构形式，主要承受盾构机的重力荷载和推进时的摩擦力，结构设计还需考虑盾构推进时的便捷和结构受力。
由于盾构机重达400多吨，所以始发基座必须具有足够的刚度、强度和稳定性。
始发基座设计全长9.0m，宽3.753m。
1.1始发基座的安装
盾构机组装前，依据右线隧道设计轴线底面（高程为1518.174m）、洞门位置及盾构机的尺寸，然后反推出始发基座的空间位置（在洞门前0.4~0.5m）。
施工盾构井底板时，按照测量放样的基线在盾构始发位置设置预埋件。
在盾构安装过程中基座采用“井”字形水平支撑进行加固，安装位置按照测量放样的基线，吊入井下就位焊接，基座上的轨道按实测洞门中心向高抬升20㎜居中放置（标高为1518.174），并设置支撑加固，准确定位后将始发基座与底板预埋钢板焊接连接；始发基座底部要垫平稳，避免扭曲；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始发推进时的阻力；始发掘进时，基座两侧加三角支撑，以固定支撑负环。
在钢梁上设置钢轨作为盾构机导向轨道。
基座就位后通过横向和斜向进行加固，两边使用横梁与始发洞口的预埋件进行焊接加固（始发井部分地段基座直接支撑在侧墙上）。
始发基座的结构见下图1-1,1-2所示
图1-1 始发基座平面结构图
A——A
1-2 始发基座纵面结构图
2.反力架的安装
2.1准备工作
根据结构设计图纸，在反力支撑安装前要进行如下准备工作：
（1）在竖井底板预埋钢板，钢板与底板连接牢固略大于反力架底座。
（2）根据盾构隧道的里程反算反力架的位置，然后根据反力架的宽度和斜撑的角度在车站此段施工时预埋钢板，钢板与下部拉筋采用锚焊连接。
2.2反力架、负环管片位置的确定
(1)反力架、负环管片位置的确定依据
反力架位置的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
盾构始发井长度为12.5米，盾构长度8.683米。
第一环管片的起始里程D1S，第一环管片的起始里程：D1S=YDK12+327.950，车站端墙内侧里程DF= YDK12+327.550，管片环宽WS=1.2M，负环钢管片长WR=0.2M。
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为10环
3．反力架及负环的固定
(1)反力架、负环钢管片位置的确定
在确定始发负环管片环数后，即可直接定出反力架及负环管片的位置。
反力架端部里程为DIS-DF+12.5-1.2*10=12315.550。
由于设计反力架为0.6m，则反力架端部支撑长度0.25米。
(2)反力架、始发台的定位与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。
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。
（3）由于反力架和始发台为盾构始发时提供初始的推力以及初始的空间姿态，在安装反力架和始发台时，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。
始发台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‰。
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。
将反力架放在始发竖井的坑中，调整好位置以后，与车站结构体之间用I18工字钢支撑。
为保证盾构推进时反力架横向稳定，用型钢对反力架的支撑进行横向的固定。
反力架安装示意图2-2。
图2-2 反力架支撑示意图
4.导轨安装
在盾构机进洞的过程中，防止盾构机刀盘下沉，在洞门密封圈内侧铺设两根导轨，导轨高度略低于始发支座导轨，长度不得损坏洞门密封，并要焊接牢固，防止盾构机掘进时将其破坏，而影响盾构的正常掘进。
导轨位置以始发台滑轨延伸对应的位置为准。
导轨为43kg/m的钢轨制作。
密封装置安装与洞门破除
3.密封装置安装
（1）洞门钢环预埋
洞门预埋环是为满足盾构机进洞临时封堵洞门端头要求的环状钢板。
环状钢板的长度为40mm，环宽150mm，厚10mm，内径为6800mm，外径为7100mm。
环向每5度预埋螺栓一个，共计预埋螺栓72个。
为了环板能够牢固的嵌入竖井衬砌结构内，环板背面与盾构始发井衬砌结构钢筋连接牢固，并且每根预埋螺栓必须与竖井衬砌钢筋连接牢固。
将内侧环板已加工成型，并已预埋在洞门壁。
盾构始发井衬砌绑扎钢筋至洞门位置时，将已分块制作好的环状钢板精确定位后焊接在端墙钢筋上，然后立设端墙和洞门模板，浇筑砼。
在施作过程中应保证：钢板位置的纵向偏差不得大于5mm，环板必须牢固地嵌入砼且单面紧靠模板，灌注砼时不得松动而影响使用。
洞门钢环的总体结构是一个圆环形，靠近洞门处
向外翻呈“L”型，规格为“L”型。
由图可以看出，从盾构井到进入隧道方向上的结构依次为：圆环板和翻板、帘布橡胶、洞门钢环。
圆环板与翻板之间用φ22的销套连接。
圆环板、帘布橡胶和洞门钢环之间用双头螺栓连接，螺栓与螺母间加一垫片，其中螺栓的型号为GB899—86 M20×110，螺母的型号为GB41—86—M20，垫片的型号为GB95—85—20—100HV。
螺栓迎土端焊接一个螺帽，外加一个圆柱形中空装置起保护螺栓及螺母的作用。
从盾构井到进入隧道方向上的结构依次为：圆环板和翻板、帘布橡胶、洞门钢环。
圆环板与翻板之间用φ22的销套连接。
圆环板、帘布橡胶和洞门钢环之间用双头螺栓连接，螺栓与螺母间加一垫片，其中螺栓的型号为GB899—86 M20×110，螺母的型号为GB41—86—M20，垫片的型号为GB95—85—20—100HV。
螺栓迎土端焊接一个螺帽，外加一个圆柱形中空装置起保护螺栓及螺母的作用。
洞门钢环的内径是6800mm，螺栓中心线连成的圆的半径为7100mm，φ12的钢筋焊接在螺栓上，以相邻两个呈5°角均匀分布在整个洞门钢环上；φ16的钢筋则焊接在洞门钢环两边，也以相邻两个呈5°角均匀布满整个洞门钢环。
A
（2）洞门预埋钢环的保圆措施
① 环状钢板加工完成后内部必须采用型钢定形。
定形型钢在钢板环预埋完成后再去掉。
② 在预埋浇筑混凝土时，预埋钢环内部必须支撑牢固，以免钢环变形； ③ 为防止混凝土浇筑时模板变形，在上部模板焊接支撑，顶部支撑在端墙结构上。
（3）洞门密封装置安装
为了防止盾构始发掘进时泥土、地下水等从盾壳与洞门的间隙处流失，在盾构始发时需安装洞门临时密封装置，密封由帘布橡胶、扇形压板、折叶板、垫片和螺栓等组成。
施工分两步进行，第一步在始发端墙施工过程中，埋设好始发洞门预埋钢环；第二步在盾构始发前，安装洞口密封铰接压板及橡胶帘布板。
盾构机进入预留洞门前在刀盘外围和帘布橡胶板外侧涂润滑油脂防止盾构机刀盘磨损帘布橡胶板影响密封效果。
洞门密封如图3-2。
图 始3-2发洞口密封示意图
在凿除洞门砼最后100mm 厚钢筋混凝土前，应着手安装橡胶帘布板。
安装时，
管片拼装后的状态
压板螺栓应拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止盾构始发后同步注浆浆液泄漏。
4、洞门破除
在洞门凿除钢筋混凝土前，在洞门上，开9个样洞（米字型）观察。
见图4-1，孔径5cm，孔深1.2m，以钻穿结构地墙（800m）至旋喷桩加固位置为宜。
各孔出水量的总和不得大于0.03m3/d，样洞无泥砂流出等异常现象发生，确保万无一失后，方可破除洞门。
4-1水平探孔开设样图及样芯图
在洞圈内搭设钢管脚手架。
在确认加固良好的情况下，分9块凿除洞门混凝土（见图4-2混凝土分块图所示），端头围护地下连续墙800mm，共分两阶段进行洞门凿除，在盾构调试期间，首先凿除内侧700mm混凝土，并割除内排钢筋，待盾构调试完成，具备出洞条件后，再对剩余100mm混凝土进行分块，并在每块混凝土中间凿出一个吊装孔，清理干净落在洞圈底部的混凝土碎块，然后按照先下后上的顺序逐块割断外排钢筋，吊出混凝土。
洞门凿除保持连续施工，尽量缩短作业时间，以减少正面土体的流失量。
整个作业过程中，由专职安全员进行全过程监督，杜绝安全事故隐患，确保施工安全，同时安排专人对洞口上的密封装置做跟踪检查。
割除工作保证预留洞门轮廓线范围内围护结构钢筋全部切断，切口平整，以避免盾构刀盘被围护结构的钢筋挂住。
凿除施工完毕后拆除脚手架，快速拼装负环管片，使盾构机抵达掌子面，避免掌子面暴露太久发生失稳坍塌。
