盾构始发施工方案
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始发段地质剖面见图2.1。
图2.1始发段地质剖面图
3、盾构始发总体方案
首先，在土方开挖前，进行端头土体加固，当土方开挖竖井主体结构完成后对加固体与连续墙外侧的缝隙进行注浆加固；其次，组装第一台盾构后配套拖车，并将其拖入明挖暗埋段结构；再次，组装盾构主机并将主机和后配套拖车连接，完成盾构机整机调试，同时完成地面泥水处理系统、环流系统、垂直运输系统和水平运输系统、制浆系统等安装调试。在上述工作期间可交叉作业，完成洞门密封、洞门破除，最后完成反力支撑并开始拼装负环管片后形成盾构始发状态，开始盾构始发掘进。
斜支撑2=Fsinθ2/A=2.94×106sin65°/π[(0.609/2)2-(0.581/2)2]=101.82MPa≤[]＝s/ns＝235MPa/1.4＝168 MPa
∴Φ609钢管斜支撑强度满足要求。
③、Φ609钢管稳定计算：
临界力：Pc=π2EI/L2
其中E＝210×103Mpa I＝π(D4-d4)/64 L＝6米δ＝14毫米
②反力架位置
依据盾构主机长度、负环管片宽度以及洞门结构宽度等综合确定反力架位置。反力架端面里程L1=L2-L3×N+L4=660.8-2×8-0.3=644.5
其中：L1----反力架端面里程L2----洞门内衬墙里程
L3----负环钢筋砼管片宽度（2m）
N ----负环及0环管片数L4----钢环厚度
2、反力架及支撑系统的安装
⑴准备工作
依据结构设计图纸，在反力支撑安装前要进行如下准备工作：在盾构工作井底板施工时预埋钢板，预埋钢板与底板连接牢固，且尺寸略大于反力架底座。
⑵反力架及支撑系统设计及安装
①反力架结构设计
反力架采用组合钢结构件，便于组装和拆卸。反力架结构依据土建结构进行设计； 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强度和刚度；反力架支撑系统将盾构推力作用到土建结构上，支撑提供的反力应满足要求，且支撑有足够的稳定性，盾构始发时反力支撑需提供30000KN的反力，反力架支撑考虑底部和上部水平直支撑，中间斜撑的方式。
盾构工作井起讫止里程为DIK33+637～DIK33+660，结构内净空长23m，宽30.88m，深18.28m。盾构井围护结构采用地下连续墙与钢筋砼或钢管内支撑组成联合支护形式，地下连续墙厚800mm，深32m，墙间采用Φ600旋喷桩止水，钢筋混凝土内衬墙厚1000mm。
盾构隧道管片内径为9.8m，厚度500mm，盾构刀盘直径为11.182m。XX隧道进口标段采用两台全新泥水加压平衡盾构机由起点掘进至江中后，与出口标段两台盾构机在江底进行对接。
本次始发段总长140m，包括盾构机出洞和70环的试推进，主要施工内容为洞 门破除、盾构机出洞以及试推进。
2、工程地质
依据地质勘察报告、补充地质勘察报告及盾构工作井的开挖记录，从上到下依次为人工填土层、淤泥层、粉质粘土层、粉砂层、细砂层、中砂层、粗砂层、卵石圆砾层、强风化泥质粉砂岩层。盾构机出洞时，除拱部少部分位于淤泥层中外，洞身大部分处于砂层中。
盾构端头旋喷桩抽芯按图4.1的布置进行，共抽6个孔。
始发基座安装在盾构工作井底板上面加筑的素混凝土台上，安装时依据盾构机设计姿态对始发基座进行精确定位，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，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。
①预埋钢筋截面A3＝π×0.0162/4=2.011×10－4m2预埋钢筋为8根16螺纹钢。
②钢筋焊缝面积A4＝π×（0.016+0.006×2）2/4=1.579×10－2m2
A总=A3+A4=8.1685×10－4m2
③=F/ A总=（2.45×106（N）/4）/8.1685×10－4×8m2= =93.37MPa
∴后盾Φ609管受压＝F×1.2＝2.94×106（N）
A、Φ609钢管验算
①、Φ609钢管直支撑强度验算
直支撑＝F/A＝2.94×106（N）/{π[(0.609/2)2-(0.581/2)2]}
＝112.347MPa≤[]＝s/ns＝235MPa/1.4＝168 MPa
∴Φ609钢管直支撑强度满足要求
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。
当盾构刀盘全部通过第一道密封后，开始向泥水仓内加压，压力仅满足泥浆充满泥水仓，然后在两道密封间利用预留注脂孔向内注油脂，使油脂充满两道帘布橡胶密封间的空隙。当盾构机盾尾通过第二道密封且折叶板下翻后，要及时利用注脂孔向内继续注油脂，使油脂压力始终低于泥水压力0.01Mpa左右。当盾尾通过第一道密封且折叶板下翻后，进一步加注油脂，使洞门临时密封起到很好的防水效果，从而使盾 构顺利始发并减少始发时的地层损失。
=93.37MPa<[]＝102MPa
∴预埋铁焊缝强度满足要求。
3、洞门钢环的安装
为了防止盾构始发掘进时泥土、地下水及循环泥浆从筒体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，临时密封装置由由两道相同的密封组成，其中每道密封由帘布橡胶、扇形压板、折叶板、垫片和螺栓等组成。两道密封间隔480mm。
4、广深港客运专线XX段新建工程施工图设计XX隧道〈第一册盾构隧道结构设计〉第七分册【进口衬砌圆环布置图】（二零零六年十一月）。
5、广深港客运专线XX段新建工程施工图设计XX隧道〈第一册盾构隧道结构设计〉第六分册【盾构隧道结构防水设计图】（二零零六年十二月）。
6、广深港客运专线有限责任公司下发的《XX隧道指导性施工组织设计》（二○○六年八月）。
②、Φ609钢管斜支撑强度验算
上面两个斜支撑角度θ1＝49°49′36″，下面两个斜支撑角度θ2＝65°。
则：斜支撑1＝Fsinθ1/A=2.94×106sin49°49′36″/π[(0.609/2)2-(0.581/2)2]=85.844MPa≤[]＝s/ns＝235MPa/1.4＝168 MPa
始发基座的结构见图3.1。
图3.1盾构始发基座结构图
XX隧道进口段盾构以20‰的坡度始发，当刀盘进入洞门后，在－1～0环处始发托架的轨道必须延伸，焊接临时装置，保护橡胶止水帘布。考虑到盾构在始发掘进过程中，由于盾构机自身的重心靠前，始发掘进时容易产生向下的“磕头”现象，故盾构机基座安装时只需使盾构机轴线与隧道设计轴线保持平行，盾构中线可比设计轴线适当抬高20mm。
③反力架及支撑系统的安装
由于盾构始发姿态是空间结构，反力架竖直布置，反力架靠盾尾侧平面使用钢环调整使其与盾尾平面平行，即钢环形成的平面与盾构机的推进轴线垂直。反力架的横向和竖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，首先用经纬仪测定水平偏角和位置，然后将反力架整体组装，并由组装门吊配合校正其水平偏角和倾角，在定位过程中利用手动葫芦和型钢等工具配合。最后经测量无误后将其焊接固定（特别注意的是，反力架底座与底板预埋钢板焊接牢固，避免在斜撑的作用下反力架上移）。在安装反力架时，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。为了保证盾构推进时反力架横向稳定，用型钢对反力架进行横向的固定。
经过计算可以知道在刀盘刚刚顶到掌子面时，帘布橡胶板紧贴盾构筒体，由帘布橡胶板的长度尺寸和洞门结构尺寸计算可知帘布橡胶板没有到达刀盘与盾构筒体连接空间处，帘布橡胶板不会被破坏。计算如下：
由于盾构以20‰坡度下坡始发，所以当刀盘的上面刀具先碰壁时，刀盘下部刀具离掌子面还有一段距离，1100（刀盘厚度）×20‰＝22㎜，洞门结构厚度为1800㎜，由上图可知帘布橡胶板的长度为543㎜，则假如帘布橡胶板的没有成圆弧状贴在盾构筒体上（实际上不可能的，算的是极限位置），帘布橡胶板离刀盘与盾构筒体连接空间处还有141㎜的距离，帘布橡胶板不会进入连接空间内，后面有附图进行说明。
7、维尔特盾构机设计图。
8、现场的实际施工情况及类似工程的施工经验。
二、始发概况
1、工程概况
XX隧道位于广深港客运专线XX站—XX站区间，为全线控制性工程。隧道起讫里程为DIK33＋000～DIK43＋800，全长10.8km。隧道进口标段工程范围为：左线全长5550米（DIK33+000～DIK38+550），其中盾构段隧道长4890米（DIK33+660～DIK38+550），右线全长5250米（DIK33+000～DIK38+250），盾构段隧道长4590米（右线DIK33+660～DIK38+250）。
＝235－0.00668×62×0.026169/0.0115872＝235－0.5431＝252.457MPa
N＝c×A＝252.457×0.026169＝660.65吨≥F＝3000吨/12=250吨
∴Φ609钢管支撑稳定
∴Φ609钢管满足要求，可以使用。
B、预埋铁焊缝强度验算
Φ609钢管通过预埋铁传力至盾构井底板，预埋铁的厚度为20mm，尺寸为1500mm×1700mm。预埋铁上焊接长度为750mm长的8根16螺纹钢筋。预埋钢筋与预埋铁之间为焊接连接，焊缝高度为6mm。
反力支撑要及时安装，利用龙门吊将反力支撑起吊并与反力架以及预埋钢板连接牢固。反力支撑尺寸要提前设计加工好，以加快支撑安装速度。
始发反力架的结构示意图见下图图3.2：
图3.2反力架的结构形式
⑶反力架的支撑受力计算书
后盾支撑按照受力3000T计算，计算书如下：
F＝3000×1000×9.8/12＝2.45×106（N）,取荷载不均匀系数为1.2，
图2.1始发段地质剖面图
3、盾构始发总体方案
首先，在土方开挖前，进行端头土体加固，当土方开挖竖井主体结构完成后对加固体与连续墙外侧的缝隙进行注浆加固；其次，组装第一台盾构后配套拖车，并将其拖入明挖暗埋段结构；再次，组装盾构主机并将主机和后配套拖车连接，完成盾构机整机调试，同时完成地面泥水处理系统、环流系统、垂直运输系统和水平运输系统、制浆系统等安装调试。在上述工作期间可交叉作业，完成洞门密封、洞门破除，最后完成反力支撑并开始拼装负环管片后形成盾构始发状态，开始盾构始发掘进。
斜支撑2=Fsinθ2/A=2.94×106sin65°/π[(0.609/2)2-(0.581/2)2]=101.82MPa≤[]＝s/ns＝235MPa/1.4＝168 MPa
∴Φ609钢管斜支撑强度满足要求。
③、Φ609钢管稳定计算：
临界力：Pc=π2EI/L2
其中E＝210×103Mpa I＝π(D4-d4)/64 L＝6米δ＝14毫米
②反力架位置
依据盾构主机长度、负环管片宽度以及洞门结构宽度等综合确定反力架位置。反力架端面里程L1=L2-L3×N+L4=660.8-2×8-0.3=644.5
其中：L1----反力架端面里程L2----洞门内衬墙里程
L3----负环钢筋砼管片宽度（2m）
N ----负环及0环管片数L4----钢环厚度
2、反力架及支撑系统的安装
⑴准备工作
依据结构设计图纸，在反力支撑安装前要进行如下准备工作：在盾构工作井底板施工时预埋钢板，预埋钢板与底板连接牢固，且尺寸略大于反力架底座。
⑵反力架及支撑系统设计及安装
①反力架结构设计
反力架采用组合钢结构件，便于组装和拆卸。反力架结构依据土建结构进行设计； 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强度和刚度；反力架支撑系统将盾构推力作用到土建结构上，支撑提供的反力应满足要求，且支撑有足够的稳定性，盾构始发时反力支撑需提供30000KN的反力，反力架支撑考虑底部和上部水平直支撑，中间斜撑的方式。
盾构工作井起讫止里程为DIK33+637～DIK33+660，结构内净空长23m，宽30.88m，深18.28m。盾构井围护结构采用地下连续墙与钢筋砼或钢管内支撑组成联合支护形式，地下连续墙厚800mm，深32m，墙间采用Φ600旋喷桩止水，钢筋混凝土内衬墙厚1000mm。
盾构隧道管片内径为9.8m，厚度500mm，盾构刀盘直径为11.182m。XX隧道进口标段采用两台全新泥水加压平衡盾构机由起点掘进至江中后，与出口标段两台盾构机在江底进行对接。
本次始发段总长140m，包括盾构机出洞和70环的试推进，主要施工内容为洞 门破除、盾构机出洞以及试推进。
2、工程地质
依据地质勘察报告、补充地质勘察报告及盾构工作井的开挖记录，从上到下依次为人工填土层、淤泥层、粉质粘土层、粉砂层、细砂层、中砂层、粗砂层、卵石圆砾层、强风化泥质粉砂岩层。盾构机出洞时，除拱部少部分位于淤泥层中外，洞身大部分处于砂层中。
盾构端头旋喷桩抽芯按图4.1的布置进行，共抽6个孔。
始发基座安装在盾构工作井底板上面加筑的素混凝土台上，安装时依据盾构机设计姿态对始发基座进行精确定位，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，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。
①预埋钢筋截面A3＝π×0.0162/4=2.011×10－4m2预埋钢筋为8根16螺纹钢。
②钢筋焊缝面积A4＝π×（0.016+0.006×2）2/4=1.579×10－2m2
A总=A3+A4=8.1685×10－4m2
③=F/ A总=（2.45×106（N）/4）/8.1685×10－4×8m2= =93.37MPa
∴后盾Φ609管受压＝F×1.2＝2.94×106（N）
A、Φ609钢管验算
①、Φ609钢管直支撑强度验算
直支撑＝F/A＝2.94×106（N）/{π[(0.609/2)2-(0.581/2)2]}
＝112.347MPa≤[]＝s/ns＝235MPa/1.4＝168 MPa
∴Φ609钢管直支撑强度满足要求
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。
当盾构刀盘全部通过第一道密封后，开始向泥水仓内加压，压力仅满足泥浆充满泥水仓，然后在两道密封间利用预留注脂孔向内注油脂，使油脂充满两道帘布橡胶密封间的空隙。当盾构机盾尾通过第二道密封且折叶板下翻后，要及时利用注脂孔向内继续注油脂，使油脂压力始终低于泥水压力0.01Mpa左右。当盾尾通过第一道密封且折叶板下翻后，进一步加注油脂，使洞门临时密封起到很好的防水效果，从而使盾 构顺利始发并减少始发时的地层损失。
=93.37MPa<[]＝102MPa
∴预埋铁焊缝强度满足要求。
3、洞门钢环的安装
为了防止盾构始发掘进时泥土、地下水及循环泥浆从筒体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，临时密封装置由由两道相同的密封组成，其中每道密封由帘布橡胶、扇形压板、折叶板、垫片和螺栓等组成。两道密封间隔480mm。
4、广深港客运专线XX段新建工程施工图设计XX隧道〈第一册盾构隧道结构设计〉第七分册【进口衬砌圆环布置图】（二零零六年十一月）。
5、广深港客运专线XX段新建工程施工图设计XX隧道〈第一册盾构隧道结构设计〉第六分册【盾构隧道结构防水设计图】（二零零六年十二月）。
6、广深港客运专线有限责任公司下发的《XX隧道指导性施工组织设计》（二○○六年八月）。
②、Φ609钢管斜支撑强度验算
上面两个斜支撑角度θ1＝49°49′36″，下面两个斜支撑角度θ2＝65°。
则：斜支撑1＝Fsinθ1/A=2.94×106sin49°49′36″/π[(0.609/2)2-(0.581/2)2]=85.844MPa≤[]＝s/ns＝235MPa/1.4＝168 MPa
始发基座的结构见图3.1。
图3.1盾构始发基座结构图
XX隧道进口段盾构以20‰的坡度始发，当刀盘进入洞门后，在－1～0环处始发托架的轨道必须延伸，焊接临时装置，保护橡胶止水帘布。考虑到盾构在始发掘进过程中，由于盾构机自身的重心靠前，始发掘进时容易产生向下的“磕头”现象，故盾构机基座安装时只需使盾构机轴线与隧道设计轴线保持平行，盾构中线可比设计轴线适当抬高20mm。
③反力架及支撑系统的安装
由于盾构始发姿态是空间结构，反力架竖直布置，反力架靠盾尾侧平面使用钢环调整使其与盾尾平面平行，即钢环形成的平面与盾构机的推进轴线垂直。反力架的横向和竖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，首先用经纬仪测定水平偏角和位置，然后将反力架整体组装，并由组装门吊配合校正其水平偏角和倾角，在定位过程中利用手动葫芦和型钢等工具配合。最后经测量无误后将其焊接固定（特别注意的是，反力架底座与底板预埋钢板焊接牢固，避免在斜撑的作用下反力架上移）。在安装反力架时，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。为了保证盾构推进时反力架横向稳定，用型钢对反力架进行横向的固定。
经过计算可以知道在刀盘刚刚顶到掌子面时，帘布橡胶板紧贴盾构筒体，由帘布橡胶板的长度尺寸和洞门结构尺寸计算可知帘布橡胶板没有到达刀盘与盾构筒体连接空间处，帘布橡胶板不会被破坏。计算如下：
由于盾构以20‰坡度下坡始发，所以当刀盘的上面刀具先碰壁时，刀盘下部刀具离掌子面还有一段距离，1100（刀盘厚度）×20‰＝22㎜，洞门结构厚度为1800㎜，由上图可知帘布橡胶板的长度为543㎜，则假如帘布橡胶板的没有成圆弧状贴在盾构筒体上（实际上不可能的，算的是极限位置），帘布橡胶板离刀盘与盾构筒体连接空间处还有141㎜的距离，帘布橡胶板不会进入连接空间内，后面有附图进行说明。
7、维尔特盾构机设计图。
8、现场的实际施工情况及类似工程的施工经验。
二、始发概况
1、工程概况
XX隧道位于广深港客运专线XX站—XX站区间，为全线控制性工程。隧道起讫里程为DIK33＋000～DIK43＋800，全长10.8km。隧道进口标段工程范围为：左线全长5550米（DIK33+000～DIK38+550），其中盾构段隧道长4890米（DIK33+660～DIK38+550），右线全长5250米（DIK33+000～DIK38+250），盾构段隧道长4590米（右线DIK33+660～DIK38+250）。
＝235－0.00668×62×0.026169/0.0115872＝235－0.5431＝252.457MPa
N＝c×A＝252.457×0.026169＝660.65吨≥F＝3000吨/12=250吨
∴Φ609钢管支撑稳定
∴Φ609钢管满足要求，可以使用。
B、预埋铁焊缝强度验算
Φ609钢管通过预埋铁传力至盾构井底板，预埋铁的厚度为20mm，尺寸为1500mm×1700mm。预埋铁上焊接长度为750mm长的8根16螺纹钢筋。预埋钢筋与预埋铁之间为焊接连接，焊缝高度为6mm。
反力支撑要及时安装，利用龙门吊将反力支撑起吊并与反力架以及预埋钢板连接牢固。反力支撑尺寸要提前设计加工好，以加快支撑安装速度。
始发反力架的结构示意图见下图图3.2：
图3.2反力架的结构形式
⑶反力架的支撑受力计算书
后盾支撑按照受力3000T计算，计算书如下：
F＝3000×1000×9.8/12＝2.45×106（N）,取荷载不均匀系数为1.2，
