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杭州地铁1号线21号盾构始发与到达施工技术摘要本文通过杭州地铁1号线21号盾构隧道(建华站~红普路站区间)的施工,比较详尽地介绍了土压平衡盾构机的进出洞施工技术和盾构机调头技术,介绍了进出洞端头土体加固及始发与到达掘进的施工流程及施工难点控制。
关键词地铁施工;盾构法;始发;到达;调头;沉降中图分类号u231+.3文献标识码 a 文章编号1674-6708(2010)17-0160-021 工程概况杭州地铁建华站-红普路站区间(21号盾构)隧道总长为双线2 203.8m,用日本小松公司6340㎜土压平衡盾构机施工。
盾构机从红普路西端头左线始发,到建华站东端头后调头,进入右线进行第二次始发,到红普路西端头后调头推红普路到七堡车辆基地出入端线。
21号盾构区间隧道穿越地层主要有:③2粘质粉土、③3砂质粉土、③5砂质粉土、③6粉砂夹砂质粉土、④3层淤泥质粉质粘土。
其中③层粉土、粉砂振动易液化,易坍塌变形,在地下水作用下易产生流砂;④3淤泥质粉质粘土具高压缩性、低强度、弱透水性、高灵敏度、易产生流变和触变现象,易导致开挖面失稳或形成圆弧滑动,工程性质较差。
洞门段覆土厚度分别约6.63m和7.56m。
2 红普路站西端头始发施工要点盾构始发的主要内容包括安装盾构机始发台、盾构机组装调试、安装洞门密封、安装反力架、拼装负环管片、拆除洞门围护结构、盾构机贯入作业面始发掘进和管片背后注浆等。
下面结合图示来重点说明以下几个方面:1)辅助装置的安装(1)盾构机防扭装置盾构机刀盘切削加固区土体时产生巨大的扭矩,为了防止盾构机壳体在始发台上发生偏转,必须在始发台两侧的盾构机壳体上焊接防扭装置,见图1。
随着盾构机的前行,当防扭装置靠近洞门密封时将之割除。
1-盾构机;2-管片支撑横梁;3-防扭装置;4-始发台;5-三角支撑(2)负环管片支撑在拼装负环管片的同时,在其底部安装三角支撑。
始发时由于油缸推力较小,为防止管片位移,负环管片之间可加设槽钢拉紧,槽钢焊接在管片连接螺栓上。
一、盾构始发对始发车站的具体要求1、盾构始发的车站沿车站纵向长度不应小于12000mm为盾构始发井段。
始发井段处车站侧墙与线路中心线间的净距离应不小于4000mm，始发井处中柱与线路中心线间的净距离应不小于3800mm。
盾构始发井处车站顶板及各层楼板应预留盾构吊装孔，孔口尺寸为：11500 mm（长）×7500mm（宽）（对称线路中线）孔口应尽量靠近端墙。
2、盾构始发端端头墙后约80m处车站顶板及各层楼板应预留7500 ×5000mm（宽）的出土口。
3、车站盾构始发端端墙上预留盾构始发孔尺寸为φ6620mm。
4、车站盾构始发端端墙内侧底板应预留1000mm（宽）×640mm （深）凹槽。
5、始发井段车站底板面应低于线路轨面线1590（1690，设置浮置板道床段）mm。
6、始发井处车站结构底板板面应低于端墙预留始发孔最低点140mm。
7、盾构始发施工场地面积按每台盾构机约3000m2～4000m2。
8、盾构始发端端头墙由于盾构拼装引起的临时地面超载按70kN/m2考虑。
9、车站顶板由于设置龙门吊及堆放管片引起的临时地面超载按35 kN/m2考虑。
10、其他要求详见附图一。
二、盾构过站对车站的具体要求1、过站的车站盾构进站端沿纵向长度不小于12000mm，盾构始发端沿纵向长度不小于12000mm为工作井段。
工作井段车站侧墙与线路中心线间净距离不小于4000mm。
车站中柱与线路中心线间的净距离应不小于4550mm。
2、盾构过站车站站台层净空尺寸为： 6700mm（宽）×6890mm （高）。
3、车站两端端墙上预留盾构始发、到达孔尺寸为φ6620mm。
4、车站两端墙内侧底板应预留1000mm（宽）×640mm（深）凹槽。
5、车站底板面应低于线路轨面1590（1690，设置浮置板道床段）mm。
6、到达、始发处车站结构底板板面应低于端墙预留终到孔最低点140mm。
三号线盾构始发和到达施工技术摘要：国内外工程实例证明盾构始发和到达是盾构工法的关键工序，也是施工中的事故多发环节。
本文分析了盾构始发和到达阶段的风险和常见问题，讨论了针对性技术措施。
关键字：盾构，始发，到达，地层加固1引言盾构始发和到达是盾构工法的关键工序，也是施工中的事故多发环节。
所谓盾构始发就是盾构在始发井或过站车站始发端，自安装调试与定位开始，然后沿设计线路向前掘进，直至具备拆除负环条件为止。
而盾构到达是指盾构机刀盘到达吊出井或过站车站到达端的加固区开始，直至盾构机盾体完全上到接收托架。
盾构始发阶段准备工作主要包括始发托架和反力架的安装固定、盾构机的安装调试、洞门密封安装、负环管片安装、洞门凿除、导向系统的安装调试及始发定位等。
盾构到达阶段准备工作主要是到达前的定位测量、接收托架的安装、洞门密封的安装、管片连接装置的安装和洞门凿除等。
应根据始发和到达端头的地质条件、场地条件、始发和到达方式确定始发和到达端头地层是否需要预加固，端头加固方法有很多种，其选择主要取决于地质情况、地下水、覆盖层厚度、盾构机直径、盾构机型、施工环境等因素。
2盾构始发和到达的风险及常见问题盾构始发和到达阶段是施工中的事故多发环节，主要风险是从洞门与盾体之间的空隙处涌水涌砂，造成地面沉降，甚至洞门失稳、地面塌陷。
盾构始发和到达期间，由于在较长的一段时间内，盾体和围岩之间的空隙是得不到及时有效填充的，此时，若地层较差或加固体质量差，很容易形成渗流通道，造成涌水涌砂事故。
另外，由于准备工作不充分或疏忽大意，常常出现以下问题：1）反力架、始发托架、接收托架变形、移位由于在盾构始发（到达）掘进过程中推力过大，或由于反力架和始发托架（接收托架）固定效果不好，常导致反力架和始发托架（接收托架）变形、移位，这将造成盾构姿态难以控制，甚至超限。
2）洞门密封失效为了防止盾构始发（到达）掘进时泥水、浆液从盾壳和洞门的间隙处流失，需安装洞门临时密封装置，临时密封装置由橡胶帘布、压板、垫片和螺栓等组成。
盾构始发施工方法与技术措施1）盾构始发流程
本工程盾构始发施工具体工艺流程详见下图。
盾构始发施工流程
2）施工方法及要点
盾构始发施工方法及要点详见下表。
盾构组装顺序示意图
盾构始发施工方法及要点
以防止盾构机主机在基座上产生旋转。
防止碰撞。
配电系统，
前的条件验收工作，始发条件经自检，检查结果全部达到要求，报监理初审，
检测其标高、
吊机收紧后，用氧焊割除或拆除螺栓。
先拧紧螺栓，
盾构始发易出现基座变形、姿态突变等质量通病，其主要预防技术措施详见下表。
盾构始发施工质量通病及预防技术措施。
盾构到达施工方法与技术措施1）盾构到达施工流程（常规接收）（1）盾构到达施工工艺流程详见下图。
盾构到达施工流程（2）施工方法及要点（常规接收）盾构到达施工方法及要点详见下表。
盾构到达施工方法及要点为了确保本工程的盾构接收施工安全，结合我方在以往地铁施工中钢套筒接收的成功应用经验，我方将在本工程盾构接收风险较高的接收端，经过专项设计、组织专家论证后报上级单位批准后实施钢套筒接收。
（1）施工流程施工工艺流程详见下图。
钢套筒接收流程（2）施工方法及要点钢套筒接收施工方法及要点详见下表。
钢套筒接收施工方法及要点）根据现场实测洞门上的预埋环板实际平整度，量身定做过渡环，过渡环与洞）如出现过渡环与连接板有些地方无法与洞门环板密贴的情况，需在这些空隙处填充钢板并连接牢固，务必将空隙尽可）在确定洞门环板与过渡板全部密贴后将过渡板满焊在洞门环板上，焊缝沿过）在开始安装钢套筒之前，测量放样）吊装钢套筒下半段，并在下半段的厚的橡胶）吊装过程中要注意两个连接段的轴M30）安装盾构始发反力架，使其紧贴钢°圆弧内平均分布钢轨，钢轨从钢套筒后位置，钢轨）为保持盾构机始发时抬头的趋势，）钢套筒内第二次填砂完毕后，安装）对每一处联结安装的地方进行检验，确保其连接的完好性，尤其是钢套筒上下半圆之间和节与节之间联结以及过渡环与洞门预埋环板之间的焊接检查，发现有向钢套筒内进行，本次填砂将整个钢套筒填充满。
在填充的过程中适当加水，保证①从加水孔向钢套筒内加水，至加满水，则停止加水，并维持压力稳定，对各个连接部分进行检查，包括洞门连接板、钢套筒环向与纵向连接位置、钢套筒与反力架②加压检测过程中一旦发现有漏水或焊缝脱焊情况，必须马上进行卸压，并及时处理，上紧螺栓或重新焊接。
完成后再进并未发现①在盾构机组装过程中要安装各种测量用具，主要是测试钢套筒有无变形，以及②在试水、加压测试前，在钢套筒与洞门环板连接的部位分区域安装应变片，在钢左0.5mm③在加压过程中，一旦发现应变超标或位移过大，必须立即进行卸压、分析原因并）反力架拆除原则上按照由上至下的顺序拆除，按斜撑→侧撑→上横梁和两侧）每个部件拆除前先钢丝绳绑牢，吊盾构机全进入钢套筒后将钢套筒进行拆除，拆除现打开泄压阀，将上盖拆除，然后进行盾构机拆除，最后拆除下半部分及为了确保本工程的盾构接收施工安全和有效防止地下水渗漏，结合我方在以往地铁施工中明洞接收的成功应用经验，我方将在本工程盾构接收风险较高的接收端，经过专项设计、组织专家论证，采取在盾构接收井内施作明洞的措施接收。
调整掘进方向，始发阶段空间定位意义在于保证盾构机始发掘进的隧道线形满足设计规范，不超限。
(1)盾构机始发时一般处在直线段或者缓和曲线段，在直线段盾构机始发采取盾构机轴线与设计轴线平行或者重合的方式来始发。
(2)在缓和曲线段采取盾构机轴线与隧道设计轴线相切的方式来始发（切线始发）。
(3)在小曲线段，盾构机始发采用盾构机轴线割隧道轴线的方式来始发（割线始发）。
割线的确定根据隧道设计轴线的曲线半径、盾构机体长度、盾构机调整方向的操作因素来考虑。
Cad制图的方法，简单、精确。
(4)考虑始发井主体结构、维护结构的目的在于确定其结构施工成果是否偏差过大，影响洞门密封的安装，保证洞门密封效果。
(5)盾构机沿轴线方向的定位对盾构始发影响不大，但准确的定位会对洞门施工产生影响，主要指零环与主体结构在轴线方向上的距离，洞门施工时是否需要切割或拆除零环。
2、始发托架和反力架的安装定位一般在始发井主体结构施工时即进行始发托架、反力架安装预埋件的安装固定。
盾构机始发托架、反力架的安装定位依赖于预埋件安装位置和强度，因此预埋件需定位准确，安装牢固；盾构机始发托架的安装定位，依据盾构机始发空间位置来确定，在安装方面主要考虑其固定牢固；反力架的安装定位需考虑盾构机始发的空间位置，选择合理的固定方式，以保证足够的始发反力，从受力的角度分析，反力架的安装需满足抗弯、抗剪、抗拔；反力架的基准钢环平面要与盾构机始发方向垂直，基准环的空间位置，与待拼装的负环位置要准确对应。
3 洞门密封的安装、洞门破除、始发负环管片的拼装1、洞门密封的结构图1 洞门密封结构2、安装注意要点定位准确、安装牢固。
3、洞门破除检查确定地层稳定的条件下方可破除洞门，洞门破除要遵循快速破除，及时清理，迅速推进、刀盘快速顶到掌子面为原则。
4、负环管片拼装方法在盾尾刷上直接拼装。
图2 负环管片拼装负环管片一般采取错缝拼装，根据负环管片拼装成果为直线选用管片，考虑隧道设计轴线线形因素，可在-1环开始调整管片类型和拼装点位，拟合施工曲线。
轨道交通工程（26个考点）盾构施工阶段划分及始发与接收施工技术P148★★要求：1. 盾构施工阶段划分；2. 洞口土体加固技术；3. 盾构始发施工技术；4. 盾构接收施工技术要点；盾构施工阶段划分及始发与接收施工技术★★一、盾构施工阶段划分盾构施工分为始发、正常掘进和接收三个阶段。
始发指盾构开始掘进到完成初始掘进（通常50~100m）止。
盾构施工阶段划分及始发与接收施工技术★★始发结束后要拆除临时管片、临时支撑和反力架，分体始发时还要将后续台车移入隧道内，以便后续正常掘进。
接收是指自掘进距接收工作井100m到盾构到达接收基座上止。
盾构施工阶段划分及始发与接收施工技术★★二、洞口土体加固效果（一）洞口土体加固的必要性盾构出洞和进洞都要拆除工作井围护结构，会引起土体失稳、地下水涌入，且难以建立土（泥水）压平衡。
因此，拆除洞口围护结构前必须对洞口土体加固。
盾构施工阶段划分及始发与接收施工技术★★（二）常用洞口土体加固方法洞口土体加固，要考虑强度、抗渗和经济性要求。
1. 加固范围：加固范围一般为隧道衬砌轮廓线外上下左右各3.0m，并根据盾构直径增大而增大。
加固长度根据土质而定，富水地层加固长度必须大于盾构本体长度2m及以上（刀盘+盾壳）。
盾构施工阶段划分及始发与接收施工技术★★2. 加固方法常用的加固有化学注浆法、砂浆回填法、深层搅拌法、高压旋喷注浆法、冷冻法等。
国内较常用的是深层搅拌法、高压旋喷注浆法、冷冻法（冷冻法常用的是垂直冷冻法，也可以采用垂直冻结与水平冻结相结合的方式）。
盾构施工阶段划分及始发与接收施工技术★★（三）洞口土体加固的风险防控和处理1. 洞口土体加固最常见问题有两点：一是加固效果不好，造成开洞门时土体坍塌；二是范围不当，造成始发时水土流失。
2. 采取的主要措施：选择合理的加固方法，加强过程控制，严格控制加固施工参数。
对于加固区与始发井形成的间隙要采取有效方法封堵处理。
3. 出现开洞门失稳现象时，在小范围的情况下可采用边破除洞门混凝土，边喷素混凝土的方法对土体临空面进行封闭。
盾构始发、正常掘进、到达施工作业指导书XX工程项目经理部批准：年月日审核：年月日编写：年月日目录1.编制目的 (1)2.编制依据 (1)3.适用范围 (1)4始发前的准备 (1)4.1始发端头加固 (1)4.2始发施工流程 (2)4.3 安装始发托架 (2)4.3.1预埋件 (2)4.3.2始发托架安装 (3)4.4盾构机组装及调试 (4)4.4.1主机下井组装 (4)4.4.2后配套地面组装 (4)4.4.3主机后配套连接及调试 (4)4.5反力架及支撑系统设计及安装 (4)4.5.1反力架结构设计 (4)4.5.2反力架位置 (5)4.5.3反力架及支撑系统的安装 (6)4.5.4盾构调试 (6)4.6始发洞门破除 (7)4.5.1盾构端头地层加固效果检查 (7)4.5.2洞门破除方法 (7)4.7负环管片拼装 (12)4.6.1负环管片概述 (12)4.6.2反力架端面调平 (12)4.6.3负环拼装 (12)5.3试掘进的掘进参数选取 (15)5.4出土量控制 (15)5.5推进速度控制 (15)5.6土压力控制 (16)5.7 掘进中的碴土改良 (16)5.6.1渣土改良概述 (16)5.6.2渣土改良的主要技术措施 (16)5.6.3膨润土、泡沫注入装置 (16)5.6.4膨润土、泡沫注入工艺 (17)5.6.5膨润土、泡沫添加量 (17)5.8同步注浆 (18)5.7.1注浆材料及配比设计 (18)5.7.2同步注浆主要技术参数 (18)5.7.3同步注浆方法、工艺与设备 (19)5.9二次注浆 (20)5.8.1注浆方式与工艺流程 (20)5.8.2注浆材料、配合比 (20)5.8.3注浆设备 (21)5.8.4注浆施工 (21)5.10注浆方式选择 (22)5.11管片拼装 (22)5.11.1拼装前的准备 (22)5.11.2管片选型 (23)5.11.3拼装工艺要求 (23)5.11.4管片拼装程序 (24)5.11.5管片脱离盾尾后的二次复紧 (26)5.11.6管片安装允许误差 (26)5.11.7管片拼装注意事项和质量保证措施 (26)5.12 施工运输 (27)5.12.1 洞内水平运输 (27)5.12.2 垂直运输 (27)5.13 施工通风 (27)5.14 洞内管线布置 (27)5.15 盾构设备保养、维修制度 (27)5.盾构正常掘进段 (28)5.1盾构掘进流程 (28)5.2盾构掘进操作控制程序 (29)5.3掘进模式的选择及操作控制 (29)5.3.1不同掘进模式的特点及适用条件 (29)5.3.2掘进模式的选择 (29)5.3.3掘进参数的选取 (29)5.4盾构轴线控制 (29)5.4.1盾构掘进姿态调整与纠偏 (30)5.4.2姿态控制及纠偏注意事项 (30)6. 刀具检查和更换方案 (31)6.1刀具失效原因分析 (31)6.2刀具检查更换计划 (32)6.3 换刀前的准备工作 (34)6.4换刀后的检测及注浆工作 (34)7.盾构接收 (34)7.1 盾构到达接收流程 (34)7.2隧道接收施工措施 (35)7.2.1 到达端头加固 (35)7.2.2盾构定位及到达端洞口位置复核测量 (36)7.2.3 洞口处理 (36)7.2.4 盾构接收段掘进 (36)7.2.5 碴土清理及洞门临时密封装置安装 (37)7.2.6 接收基座安装及盾构机步上接收基座 (37)7.2.7 洞门圈封堵 (37)7.3 盾构接收段施工注意事项 (37)8.盾构机拆卸转场 (38)8.1拆卸场地布置及吊装设备 (38)8.2拆卸顺序 (38)9.风险因素分析及对策 (39)9.1洞门涌水、涌砂 (39)9.2反力架变形 (40)（5）盾构机吊装时应注意平稳放置在托架上，避免产生较大冲击力，造成托架变形； (40)9.3分体始发下穿平房 (40)9.4下穿东水西调管线 (41)（4）特别注意隧道衬砌的防渗，压注足量的盾尾密封油脂、确保管片间接缝防水质量等； (42)9.5侧穿中国移动通信塔 (42)9.6下穿中国电信通信塔 (42)9.7地面沉降安全保证措施 (43)盾构始发、正常掘进、到达施工作业指导书1.编制目的明确盾构始发、正常掘进、到达施工作业的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，指导、规范施工作业。
