盾构始发与到达施工技术.ppt

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1、盾构始发与到达施工技术,张 兵二一年十一月,一、引 言二、盾构始发施工技术三、盾构到达施工技术四、思考题,目 录,城市地铁盾构施工具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点，已经被越来越多的人们所认可。随着技术进步、认识提高、综合国力的增强，特别是随着该施工技术所显现的优势，盾构法越来越多地被国内地铁界所接受，北京、上海、广州、南京、深圳、天津、西安、成都、沈阳、杭州等城市都使用这种方法。虽然盾构有许多成功的工程实例，但是使用这种方法也有较大的风险。如盾构在隧道内只能前进，不可后退，一旦盾构本身出现致命的故障，可能就会产生灾难性的后果。而且使用盾构在对洞口进行加固处理的始发时阶段出问题的概率

2、很高，即使是非常有经验的承包商也常会发生类似事故。,一、引言,众所周知，盾构工法属地下水平掘进工法，所以在盾构机迸发前必须先用开挖法挖出一个地下空间，以备盾构机组装、始发作业对场地的需求，该地下空间称为始发基地。盾构机从始发基地出发一直掘进到用同样开挖法构筑的检修盾构，或盾构解体运出的作业基地称为到达基地。通常，这些地下空间(作业基地)是由地表竖直伸延到地中的筒形构造物构成的。该竖直筒形构造物通常称为竖井。盾构始发和到达一般在竖井内进行。,竖井在盾构工法中有如下两个功能：（1）作为施工作业基地使用，即盾构机的搬入或搬出、组装或解体、始发或到达，管片等隧道构筑原材料、施工设备等物资的运入运出；掘

3、削下来的土沙的运出等作业。（2）隧道构筑施工结束后，可把竖井空间作为通风井、排水井，入孔收藏地铁车站设备的空间等永久性地下构造物使用。,盾构始发是指在始发竖井内利用临时组装的管片、始发基座、反力架等设备，使始发基座上的盾构向前推进，从井壁上的到达口处贯入地层，并沿着规定路线掘进的一系列作业。盾构到达是指盾构推进到达竖井的井壁处，从井内侧把井壁上的到达口挡土墙拆除，随后盾构推进进入井内接收架上的一系列作业。始发和到达作业是盾构掘进施工中最容易产生事故的两道工序，也是最关键的一道工序。盾构机型不同，竖井井壁始发口、到达口的构造不同，始发、到达的作业也不同。,二、盾构始发施工技术,1.始发工法及设备

4、2.地层加固方法3.盾构始发施工4.工程实例,根据拆除临时挡土墙方法和防止掘削面地层坍塌方法的不同，始发工法有以下几种类型：,1.始发工法及设备(1)始发工法,掘削面自稳法，是采取加固措施使掘削地层自稳，随后将盾构机贯入加固过的自稳地层中掘进，加固方法采用较多的当属注浆加固法、高压喷射法、冻结法。,双重钢板桩法，是把始发竖井的钢板桩挡土墙作成两层。拔除内层钢板桩后盾构机掘进，由于外层钢板桩的挡土作用，可以确保外侧土体不会坍塌，即确保盾构稳定掘进。当盾构推进到外层钢板桩前面时，停机拔除外侧钢板桩，由于内、外钢板桩间的加固土体的自稳作用，完全可以维持到外侧钢板桩拔除后的盾构机的继续推进。,开挖回填

5、法，是把始发竖井作成长方形(长度大于2倍盾构机的长度)，井中间设置隔墙(或者构筑两个并列竖井)，一半作盾构机组装始发用，当盾构机推进到另一半井内时回填。由于回填土的隔离支承作用，可以确保拔除终边井壁钢板桩时地层不坍塌，为盾构安全贯入地层提供了可靠的保障。,SMW拔芯法，是用SMW法挡土墙作竖井始发墙体里侧衬里，盾构机始发前拔除芯材工字钢，随后盾构始发掘削没有芯材的井壁。,NOMST(Novel Material Shield-cuttable Tunnel-Wall System)即盾构直接掘削新型材料墙体的方式。因此，把盾构直接掘削新材墙体的始发、到达的施工方法称之为NOMST工法。该工法的

6、优点是始发口墙体材料可用刀具直接掘削，但不损破刀具，可以略去以往必须的盾构始发、到达部位的挡土墙外侧土体的加固(注浆工法、深层搅拌等工法)，具有造价低、施工周期短、安全等优点。,电蚀直接始发、到达工法，也称EW工法，它利用电蚀效应溶蚀竖井挡土墙钢筋芯材，使其芯材劣化达到可用盾构机刀具直接掘削的程度，然后盾构机可顺利的直接掘削井壁，使盾构直接始发到达。该工法由日本学者向谷常松等人提出。,把地下排柱桩连续墙工法(SMW工法)等挡土墙的盾构通过部位的桩芯材(矩形管)作为溶解阳极，再在矩形管的内部贴附上阴极和绝缘材，接通电源经过一段时间后桩芯材即被溶解、劣化成盾构刀具可以直接掘削的状态，即可实现盾构直

7、接始发、到达的目的。,本工法优点如下：略去人力凿掘井壁的危险作业；略去或减少辅助工法加固；由于挡土墙芯材电蚀后刚性无存，故盾构机掘削挡土墙的作业变得容易，由通常的盾构设备即可掘削，无需特殊装置及超前刀具等设备；因应力材为钢材，故可适应大深度竖井盾构始发。,始发作业，可以单独选用上述的任何一种工法，也可选用其组合工法。具体选用哪种工法，取决于地质、地下水、覆盖层、盾构直径、盾构机型、施工环境等因素，同时还应考虑安全性、施工性、成本、进度等要求。,盾构机始发的设备，包括始发座台、反力座、临时组装管环、入口及密封圈垫等。,(2)始发设备,1）始发座台可在其上组装盾构机和支承组装好的盾构机，并且可使盾

8、构机处于理想的预定始发位置(高度、方向)上，且可确保盾构机的始发掘进稳定。通常，始发座台用工字钢和钢轨等材料装配制作。对始发座台的要求如下：结构合理(可以确保组装作业的施工性)；构件刚度好、强度高、不易损坏(承托几百吨重的盾构机)；与竖井底板固定要牢靠、幌动变位小(确保盾构机位置稳定、确保推进轴线始终与设计轴线重合)。,钢筋混凝土盾构座台；钢结构座台；钢筋混凝土与钢结构组合座台。,盾构座台有如下三种形式：,钢筋混凝土盾构座台 通常是多块钢筋混凝土构造物的组合体，有现浇式和预制件拼接式两种，其优点是结构稳定、抗压性能好。,钢结构座台钢结构始发座台有现场拼接式和平底整体就安装式两种，其优点是加工周

9、期短、适应性强。,钢筋混凝土与钢结构组合座台这种座台聚集了和两种座台的优点，使用较多。,2）反力设备及临时组装管环 反力设备由反力座和临时组装管环构成，由管片运进和排土空间等条件确定其形状，由正式管片衬砌的起始位置确定临时组装管环、反力座的位置。反力设备针对必须的推力应具有足够的强度及推进时基本无变形的刚度，通常用工字钢安装反力座；临时组装管环使用容易处理的钢或高强度的铸铁管片拼接。临时管片的组装精度影响正式管片的真圆度，故应特别注意。在小断面盾构工程中，也有临时组装管环只组装下半环，上部为开口，不设反力座的例子。,3）始发导口及入口密封垫圈始发导口，为了确保盾构机出井贯入地层的轴线精度，通常

10、在井内始发口处构筑一个一定宽度、一定厚度、内径略大于盾构机外径的，与盾构机纵断面形状相同的，环断面形状的筒状物。该筒状物与井壁连结到一起即为始发导口。始发导口的作用是限制盾构机的掘削摆动，确保盾构机的位置精度。,导口密封垫圈是填充在导口与盾构机或导口与管环间隙中的垫圈，其作用是止水，以便确保施工的可靠性和安全性。盾构机开始推进后，可对掘削面加压，盾构机尾部通过之后，即可进行背后注浆，尽早稳定导口。特别是泥水盾构始发后，必须保持泥水压力。为了不使导口密封垫圈发生破损和反转，必须周密地考虑盾构机始发口的净空和垫圈的质材、形状及尺寸。,导口衬垫实例,导口密封垫圈，由止水垫圈、防止垫圈反转的压板及固定

11、它们的铁件构成，在构筑混凝土始发导口时被固定在混凝土导口上。压板多为滑动式，但必须可随盾构机的移动随时调整。近年来用铰接结构的压板(翻板式)增多，节省了压板调整工时，提高了在盾构机下部狭窄空间内作业的效率。,地层加固的目的：消除构筑竖井时造成的周围土体的松动；防止拆除临时挡土墙时振动的影响；在盾构机贯入掘削面前或被拉入竖井内前能使地层自稳及防止地下水流入；降低对入口填塞物的压力；防止因掘削面压力不足引起的掘削面坍塌；防止对地表沉陷或对埋设物的影响。,2.地层加固方法,以往盾构工程中，始发、到达部位的地层加固，以注浆工法为主，但近年来随着盾构隧道埋深和断面的增大，迫切需要高强度的加固。此外，由于

12、拆除连续墙等地下墙很费时间，故要求地层加固能长时间稳定。因此，为了使地层达到高强度，能长时间稳定，且能与挡土墙紧密粘接，采用涂层搅拌混合法和冻结法的实例逐渐增多。,加固强度一双重过滤管法(单相式)；一双重过滤管法(双相式)；一双层管双栓塞法,（1）注浆加固工法,注浆的加固效果，主要是增强粘聚力，对其它因素影响不太大。,计算模型(注浆施工法),作为惯用的计算方法，是以加固后地层的抗剪阻力对抗拆除临时墙有可能进入竖井的土块的计算模型来进行研究的。,加固断面的大小是通过隧道断面掘削推求隧道周围产生的塑性区，将这一范围作为地层加固范围，确定上部和侧面的厚度。就施工性而言，从地面、井内均可施工，即施工性

13、好且经济。但地层加固的可靠性低，加固强度有限，所以多用于改善止水特性。注浆工法中，材料和施工方法多种多样，需根据地下水、地质、施工环境等来确定，同时还要考虑所期待的加固效果，包括注浆量过大引起的地层隆起的处理对策等。,高压喷射注浆法可作为混凝土墙之类的一般临时建筑物的施工方法，它通过土质和结构力学计算，确定加固厚度。,（2）高压喷射注浆法,在高压喷射注浆的加固地层，随着始发时临时墙的拆除，主要承受土压和水压力。水平土压力考虑为静态土压力或主动压力，水压以调查结果为主，而在砂质地层多看成是土水分离的荷载，在透水性差的粘土看作是土水一体的荷载进行评价。若是砂质地层，将加固层看作是用竖井挡土墙支承的

14、圆板来进行结构计算，确定加固宽度；若是粘土地层，则可假定为拆除临时挡土墙时形成的圆弧滑动面来确定加固范围。,计算模型(高压喷射注浆法),高压喷射注浆法采用的是地层土颗粒与固结材料的混合物置换的形态，所以加固地层的设计强度要根据土质和固结材料的品种进行分类。土体容重和内摩擦角取原地层值。安全系数(Fs)一般取1.5。,加固断面的计算与注浆工法相同，可根据挖掘隧道时，断面周围产生的塑性范围进行确定。塑性范围(R)可按隧道上部松动的方法推求，即挖掘地层的情况下，地中土应力失去平衡，在掘削断面的周围将产生附加应力。,采用高压喷射注浆法所形成的直径，随施工地层的性质和施工深度而变化，一般是根据地层的N值

15、进行设定。砂砾地层和粘聚力大的粘土层，有时不能形成满意的加固桩。另外，在施工深度超过40m时，应谨慎设定。,用于始发和到达保护的高压喷射注浆法是在设置竖井后从地面进行竖直施工的，其加固效果好，可靠性高。施工时，需有处理超高压射流切削下来的软泥的排泥坑。,冻结法是将自然状态下不均匀的地层通过冻结变成具有均匀力学性质的冻士，其优点是加固效果好，且冻土墙还能用温度来控制，可以确保长期处于稳定状态。对加固范围等的讨论与高压喷射注浆法一样，按一般临时建筑物来计算。,（3）冻结法,竖井前造成的冻土，是止水性好、强度高的加固层。作用于冻土的垂直荷载按总土、水压力考虑，水平荷载按静态土压和水压考虑。,冻土的强

16、度取决于土质、温度及盐分浓度。在地下水中含盐量较多的海岸沿线和填筑地设计中，应预先调查盐分浓度，然后按相应的强度进行设计。作为设计标准，砂质冻土的抗压强度为6MPa。该设计标准因使用屈服值或承载力，所以需要设定安全系数。作承重墙时取安全系数Fs2.0，但需根据其重要程度和有效尺寸，按2Fs3的范围进行设计。冻土墙温度分布不一样，故强度也不一样，但可按壁厚方向的平均温度对应的强度作为均匀结构物来对待。,在冻土圆板模型试验和解析中，若孔径fD/5，则认为满足周围固定条件，但在实际设计中，考虑到竖井墙背面地层扰动，临时墙施工时对竖井墙体有加热影响等，所以对冻土厚度T，取fT/2，冻结长度取f2.5m

17、。,考虑到钻孔直径和施工性冻结管直径采用8.9cm或10cm；埋设间距兼顾到施工性和成本因素一般定为80cm。用冻结法进行始发保护，多采用从地面竖直冻结的方式。到达处多采用从竖井水平冻结的方式，加固强度大且稳定。存在流动地下水时，因推进速度不可能达到12m/日，因此要注意地下水状况和竖井内的漏水情况。形成冻土需要的时间，因条件而异，一般需4060日。此外，冻土会产生冻胀和解冻沉降，特别是在粘性土层场合下，对此应采取必要的措施也很重要。,由于在始发阶段存在以下几种特殊情况：1）始发推进前需凿除车站的围护结构，凿除围护结构后的土体在一定的时间段内必须保持自稳，不能有水土流失；2）始发阶段盾构机主体

18、在始发导轨上不能进行调向；3）始发阶段的姿态及地面沉降控制比正常推进阶段更困难；4）始发期间一些设备如管片小车、管片吊机，包括出渣都不能正常使用。有时也会存在盾构机因为车站结构的原因而不能整机始发。,3.盾构始发施工,始发流程图,（1）始发准备作业采用泥水式盾构时，需配备泥水处理设备、泥水输送设备、背后注浆设备、器材搬运设备等。若为土压式盾构机，需配备出土设备、背后注浆设备、器材搬运设备等。在进行这些作业的同时，还要进行始发准备作业。始发准备作业，包括始发台的设备、盾构机的组装、导口密封垫圈的安装、反力座的设置、后续设备的设置、盾构机试运转等。若采用拆除临时挡土墙随后盾构掘进的始发方式，则需对

19、地层加固。通常把出口、背后注浆等设备设置，始发准备作业及地层加固集中在同一时期内进行。作业内容将视具体情况而定，并应注意作业规划和进度管理。,（2）拆除临时挡土墙因为始发口的开口作业易造成地层坍塌，地下水涌入，故拆除临时挡土墙前要确认地层自稳、止水等状况，应本着对土体扰动小的原则，把挡土墙分成多个小块，从上往下逐个依次拆除，拆除时应注意在盾构机前面进行及时支护，拆除作业要迅速、连续。,（3）掘进挡土墙始发口拆除后，立即推进盾构机。若采用泥水盾构机，由于临时墙残碴会堵塞泥水循环，故必须在确认障碍物已清除干净后才能推进。盾构机贯入地层后，对掘削面加压，监视导口密封垫圈状况的同时缓慢提高压力，直到预

20、定压力值。盾构机尾部通过导口密封垫圈时，因密封垫圈易成反转状态，所以应密切监视，同时盾构应低速推进，盾构机通过导口后，进行壁后注浆，稳定洞口。,（4）始发段轴线控制泥水盾构在推进过程中，由于泥水舱内的泥水承受一定压力，故泥水易窜到盾构尾隙中使隧道衬砌的外周与地层相互隔离，使隧道失去抗浮功能，从而隧道上浮。如果隧道埋深较浅或覆土层受过扰动，则这种上浮现象明显。为此，泥水盾构一旦始发应立即进行同步背后双液注浆，以防止隧道上浮。为了实现有效防止隧道上浮的目的，在始发段应进行两次背后补充注浆，必要时可采用聚胺脂浆材进行补注，补注部位以隧道上半部为好。根据始发段隧道的上浮趋势，可把盾构始发时的姿态控制在

21、设计轴线偏下的状态。,(5)始发时的注意事项1）始发座台 始发座台承受盾构机的荷载，规定正确的始发方向，始发座台对此始发时的偏压必须具有足够的承载能力。,2）始发导口始发导口必须与盾构机的始发方向完全一致，并有必需的全周均等的裕度。在导口混凝土的顶部设有排气孔，这是为了当土舱内填满泥砂时排气，背后注浆时抽取地下水，以防止对导口衬垫造成大的压力。,3）反力座反力座必须是能将盾构机的推力均匀传递给后面地层的结构。因此背面挡土墙和反力座、临时组装管环之间的接合必须没有间隙，对偏压具有足够的强度。,4）导口垫圈导口垫圈是通过刀盘压入扩展。由于与盾构机机身的摩擦，从盾构机到管片的外径缩小，泥水、地下水、

22、背后注浆的压力等强大的荷载对它产生作用，故选择材质和形状时须考虑这些因素，安装要牢靠。翻板式垫圈压板是可靠性较高的装置，但强度有限，可以在地下水压较高的深层，在垫圈内侧23环的长度范围内，在推进前进行地层加固降低地下水压，以免产生大的地下水压使垫圈反转。,5）拆除临时墙前应弄清的问题拆除临时墙前，必须弄清始发段地层稳定工法是否充分发挥了效果。如果在拆除临时墙过程中发生漏水，要止住漏水极为困难，恢复需很多时间和劳力。,6）始发前应弄清的问题始发前要确认拆除临时墙后的形状不影响盾构机通过，另外还应检查垫圈的安装情况，如果垫圈离地层太远，应设置承接台，防止盾构机头部下倾。,7）始发后要弄清的事项盾构

23、机完全进入地层至背后注浆施工前，盾构机及始发各种设备处于极不稳定的状态。所以，推进过程中应常加检查，如果发现异常，应停止推进，进行适当处理。,（6）始发施工技术,1）始发阶段工作内容 始发技术包括洞口端头处理（在软土无自稳能力的地层中）、洞门砼凿除（主要针对钢筋砼围护结构）、盾构始发基座的设计加工、定位安装；始发用反力架的设计加工、就位；支撑系统、洞门环的安设、盾构组装、盾构始发方案、其他保证盾构推进用设备、人员、技术准备等，直到始发推进。在盾构机始发阶段，要完成盾构机设备的安装与调试；始发辅助设备的安装与定位，盾构机初始定位与掘进控制，盾构机导向系统的安装与调试以及区间隧道洞口的处理。,2）

24、始发顺序 洞口地层处理洞口始发准备盾构主机定位、固定反力架定位、固定负环钢管片的定位、安装主机、后配套连接盾构调试刀盘、刀具检查负环管片安装盾构推进下一循环拆除反力架、负环管片始发掘进总结正式掘进。,盾构始发基座,盾构机始发反力支撑系统,3）始发洞口准备 始发洞口的地层处理 在盾构始发之前，一般要根据洞口地层的稳定情况评价地层，并采取有针对性的处理措施。地层处理一般采取如“固结灌浆”、“冷冻法”、“插板法”等措施进行地层加固处理。选择加固措施的基本条件为加固后的地层要具备最少一周的侧向自稳能力，且不能有地下水的损失。常用的具体处理方法有搅拌桩、旋喷桩、注浆法，SMW工法、冷冻法等。选择哪一种方

25、法要根据地层具体情况而定，并且严格控制整个过程。,始发洞口维护结构的切除 根据经验，一般在始发前至少一个月开始洞口维护结构的切除。整个施工一般分两次进行，第一次先将围护结构主体凿除，只保留维护结构的钢筋保护层，在盾构始发前将保护层混凝土凿除。在凿除完最后一层混凝土之后，要及时检查始发洞口的净空尺寸，确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围之内。,盾构始发土体加固,加固土柱的径向范围和土体强度。常规的做法为径向为盾构外3.0m，强度在1MPa左右。从目前的施工的技术和设备能力，强度非常容易达到，且同时要满足强度和渗透性的要求，也是最低的投入。,取芯样，芯样的连续性，芯样的强度测试。取芯孔的观察等，建

26、议取样孔的位置在桩与桩的搭接处。,洞口密封 洞口密封是为盾构在始发时防止背衬注浆砂浆外泄所用，按种类分有压板式和折叶式两种，其中折叶式越来越被人们所认可。洞口密封的施工分两步进行施工，第一步是在车站结构的施工工程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作，要特别注意的是在埋设过程中预埋件必须与车站结构钢筋连接在一起；第二步在盾构正式始发之前，应先清理完洞口的碴土，再完成洞口密封的安装。在泥水盾构的使用过程又采用密封水箱的方式进行洞口密封加强。,a、扇形压板式洞口密封,b、折页式洞口密封,洞口始发导轨的安装 在围护结构破除后，盾构始发台端部距离洞口围岩必然产生一定的空隙，为保证盾构在始发时不致于因刀盘悬空

27、而产生盾构“低头”现象，需要在始发洞内安设洞口始发导轨，以防止盾构在始发时不产生前倾现象。在安设始发导轨时应注意，在导轨的末端预留足够的空间，以保证盾构在始发时，不致因安设始发导轨而影响刀盘旋转。,4)反力架、始发台的安装a)反力架、负环管片位置的确定依据 反力架的位置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的。b)负环管片环数的确定c)反力架、负环钢管片位置的确定 在确定完始发最少负环管片环数后，即可直接定出反力架及负环管片的位置。d)反力架、始发台的定位与安装,5）盾构的始发始发台两侧的加固 由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及

28、约束盾构旋转的扭矩。所以在盾构始发之前，必须对始发台两侧进行必要的加固。加固的方式见下图：,负环管片安装a）负环管片安装准备 一般情况下，负环管片在盾壳内的正常安装位置进行拼装。在安装负环管片之前，为保证负环管片不破坏盾尾尾刷、保证负环管片在拼装好以后能顺利向后推进，在盾壳内安设厚度不小于盾尾间隙的方木（或型钢），以使管片在盾壳内的位置得到保证。,b）负环管片后移 第一环负环管片拼装成圆后，用45组油缸完成管片的后移。管片在后移过程中，要严格控制每组推进油缸的行程，保证每组推进油缸的行程差小于10MM。在管片的后移过程中，要注意不要使管片从盾壳内的方木（或型钢）上滑落。,c）负环管片与负环钢管

29、片的连接 负环管片的最终位置要以推进油缸的行程进行控制，在负环管片与负环钢管片之间的空隙用早强砂浆或钢板填满。,d）负环管片的拼装类型 在安装井内的负环管片的拼装类型一般采取通缝拼装，主要的优点是保证能及时、快速的拆除负环管片，在施工过程中要利用此井进行出渣、进管片。在中间竖井内一般采取错缝拼装，以提高管片拼装的成圆度和管片拼装施工的安全。,盾构始发a）空载推进 盾构在空载向前推进时，主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。要在盾构向前推进的同时，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。,b）始发时盾构姿态的控制 盾构在始发台上

30、向前推进时，一般通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发台向前推进。在保证盾构正常推进的情况下，稍微降低总推力和刀盘扭矩。一般不进行姿态调整，如盾构出现较大的偏差时，可以通过适当的调整推进油缸行程进行合理的纠偏，纠偏趋势值原则上不大于2。,c）始发时盾构推进参数的控制 在始发掘进，严格控制盾构的各组油缸压力不大于70bar，盾构总推力小于600T，刀盘扭矩小于90bar。,洞口注浆 在盾尾完全进入洞体后，调整洞口密封，进行洞口注浆。浆液不但要求顺利注入，而且要有早期强度。常用的注浆采用速凝型砂浆，砂浆凝结时间小于4小时，砂浆强度大于10MPa。洞口注浆压力大于0.6bar，小于1.5bar。,6

31、）反力架、负环管片的拆除 反力架、负环管片的拆除时间根据洞口地段的围岩条件、背衬注浆的砂浆性能参数和盾构的始发掘进推力决定。（当然包括盾构机主机和后配套全部进入区间隧道、负环管片拆除工序工作的安排的时机结合来决定）一般情况下，要根据管片与围岩之间的摩擦力的大小来决定（管片与围岩之间存在着摩擦力、背衬注浆材料与管片的胶着力、注浆材料与管片之间的咬合力。胶着力因砂浆早期强度低，咬合力因管片背面比较光滑，二者都可以忽略不计），当盾构掘进推力小于管片与围岩之间的摩擦阻力后，即可根据工序情况和工作整体安排，开始进行反力架、负环管片拆除。,管片与围岩之间的摩擦力计算公式为：F=Df0E0 式中：F为管片与

32、围岩之间的摩擦力；D为管片的直径；f0砂浆与围岩之间的摩擦系数，一般取0.10.15；E0隧道中间位置的松弛土压力。我们的经验数据是掘进100m以上（同时前50环管片完成掘进7日以上），可以根据工序情况和工作整体安排，开始进行反力架、负环管片的拆除。,7）始发总结 在始发阶段，对盾构的各种性能进行调试，同时也对掘进模式、掘进参数等进行尝试。在始发即将完成时，要对始发阶段的各种尝试和施工过程加以总结，以利于后续的施工决策。,8）始发机具与材料始发过程所需用的主要机具与材料如下表：,9）劳动力组织根据施工工序合理安排劳动力。在始发过程中劳动力组织如下表：,10）质量标准及技术要求 在安装反力架和始

33、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。管片在后移过程中，要严格控制每组推进油缸的行程，保证每组推进油缸的行程差小于10mm。始发掘进50m时，必须进行始发控制测量复测。,11）安全保证措施 始发台定位时，盾构中心坡度与隧道设计轴线坡度保持一致，考虑隧道后期沉降因素，盾构中线可比设计轴线抬高1020mm。在洞口开始注浆时，要在盾构两侧派人严密监测洞口密封是否有异常情况，是否需要封堵，或者采取其他加固措施。在管片的后移过程中，要注意不要使管片从盾壳内

34、的方木（或型钢）上滑落。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。,在始发阶段由于推力较小，地层较软，要特别注意防止盾构低头。同时要防止盾构机旋转、上飘。盾构机始发时负环管片周围没有约束，必须在管片四周尽可能地加上各种支撑，保证盾构机向前推进时负环管片不会失稳。在盾构机始发之前，为防止盾构机在始发台掘进时发生旋转，需要在盾构机两侧盾壳焊接两排防扭装置，用来卡住始发台，防止盾构机发生旋转。要严格控制负环管片的拆除时间，确保隧道整体稳定。,a）加固效果不好 端头土体加固的效果不好是在始发过程中经常遇到的问题。采取的主要措

35、施是必须根据端头土体情况选择合理的加固方法，而且要加强过程控制，特别是要严格控制一些基本参数。对于加固区与始发井间形成的必然间隙要采取其它方式处理。,12）常见问题的预防及处理,b）开洞门时失稳 开洞门时失稳主要表现为土体坍塌和水土流失二种，其主要原因也是由端头加固效果不好所致。在小范围的情况下可采用边破除洞门砼，边利用喷素砼的方法对土体临空面进行封闭。如果土体坍塌失稳情况严重时，只有封闭洞门重新加固。,c）始发后盾构机“叩头”始发推进后，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，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、合理安装始发导轨以

36、及快速通过的方法尽量避免“叩头”或减少“叩头”的影响。,（d）密封效果不好 洞门密封的主要目的也是在始发掘进阶段减少土体流失。当洞门加固达到预期效果时，对于洞门环的强度要求相对较低，否则要在盾构推进前彻底检查和确定洞门环的状况。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。,（e）盾尾失圆 在很多情况下，始发阶段由于自重及其他原因，盾尾一般都会出现失圆的情况，有些可能达到10CM之多。可以采用盾构机自带的整圆器进行整圆，在必要的情况下，可采用错缝拼装以保证在管片拼至隧道内时管片自身的椭圆度控制在误差以内

37、。,（f）支撑系统失稳 支撑系统在某些情况下由于盾构机推进中的瞬时推力或扭矩较大而产生失稳，这样将导致整个始发工作的失败。对于支撑系统的失稳只能从预防角度进行，同时在始发阶段对支撑系统加强监测。,（g）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。,4.工程实例,本项目为北京站至北京西站地下直径线工程，位于北京市中心区。本台盾构计划完成全线5175m隧道掘进任务。直径线2标盾构由天宁寺桥北4#竖井始发，沿天宁寺桥、西边门桥、宣武门西大街到达终点里程宣武门地铁西端K4+748。

38、隧道全长5175m。盾构隧道管片内径10.5m，管片外径11.6m，环宽1.8m。工程采用全新的12.04m泥水平衡盾构机由4#竖井向东掘进。盾构始发竖井井深29.7m，净空尺寸17m（长）15m（宽），竖井围护结构为1000mm厚地下连续墙，钢筋砼内衬厚度为1300mm。地下连续墙洞门处采用了玻璃纤维筋代替钢筋，盾构刀盘可直接切割。,97,工程范围示意图,端头加固范围为：隧道掘进方向地下连续墙外边缘起12m范围，隧道轮廓线上下各6米，左右各4米范围。,按照设计：隧道中线两侧6.65m范围内采用玻璃纤维注浆管进行注浆加固，间距0.6m,其他区域采用108钢管进行注浆加固，间距0.8m。按照设计

39、：标高27.4531.4为砂层（加固区地面标高为+48.15）此区域注浆材料采用超细水泥浆，其他加范围内地层采用普通水泥浆。,始发基座构造示意图,洞门预埋钢环,洞门临时密封装置,当盾构刀盘全部进入内洞门密封后，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孔向止水箱内注堵漏剂填充。当盾构机盾尾通过外洞门密封且压板下翻后，要及时利用预留孔向内继续注堵漏剂。使洞门临时密封起到很好的防水效果，保证盾构顺利始发并减少始发时的地层损失。在盾构完成始发后，根据洞门漏水情况，利用预埋的6根50的注浆管进行注浆堵水。,盾构反力架分为上下两部分,下半部分在盾构刀盘安装完成并向前推进3.8

40、m后安装,待盾构管片安装机横梁安装完成后再进行反力架上半部分的安装。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。反力架后面支撑体系直接支撑在竖井二衬上。,根据盾构主机长度、负环管片宽度以及洞门结构宽度等综合确定反力架位置。反力架位置为DK6+800.6。,管片支撑形式示意图,在管片纵向接缝处预埋钢板。在这两环推出盾尾后，用工字钢帮焊牢固，防止管片管环因受力不均变形。焊接形式如照片所示。,在破除洞门的过程中，控制刀盘转速为0.85转/min，推进速度5mm/min，避免切削砼造成刀具意外损坏。控制进排浆量，保持进排浆量等值，避免因压力过高而损坏洞门密封。,在始发掘进过程中，为

41、了保证掌子面的稳定，掌子面泥浆压力控制在1.6bar（盾构出加固区），盾构在端头加固范围内时可适当降低泥浆压力。盾构机推进、反冲和旁通三状态切换时的泥水仓水压偏差值均控制在0.05bar；同时严格控制推进速度5mm/min；严格控制盾构机操作，调节好盾构推进千斤顶的压力差，防止盾构发生旋转或叩头；为了防止盾构机通过端头加固区后扣头，应在盾构出加固区前适当增大底部油钢推力。始发试掘进过程中要加强监测，及时分析、反馈监测数据，动态地调整盾构掘进参数，并为后续正常快速施工提供依据。,同步注浆系统在调试结束后应将注浆孔（包括备用孔）用油脂充填密实；同步注浆一定要在通过两道密封后再实施，避免同步注浆污染

42、破坏两道密封间的油脂，从而降低洞门密封的效果。在始发阶段同步注浆应选择凝结时间较短、与土体固结快的浆液。始发阶段由于盾构掘进速度相对较慢，且浆液凝结时间相对较快，需间隔一段的时间后对注浆管路进行清洗疏通，避免浆液凝结堵塞注浆孔。,盾构机的始发成功主要由始发条件及始发施工技术中每一环节的处理决定。在前期的地质勘探、始发区域的建筑物及管线情况进行调查，特别是对端头土体的液限、塑限、渗透系数、含水量等各种物理力学指标进行全面的调查及评估是相当有必要的；同时应对始发技术施工中的每一个环节加强全面、细致的控制，以确保各种处理措施达到预期效果。因为始发技术与各个工程的始发条件息息相关，所以始发时每一个细节

43、如采用什么端头加固方式、连续墙破除方式、始发台及反力架的定位等均需根据现场条件选择最合适的方法。,1.技术要点,2.适用范围,3.施工工艺,4.到达机具与材料,5.劳力组织,6.质量标准及技术要求,7.安全保证措施,8.工程实例,9.容易出现的事故以及处理方法,三、盾构到达施工技术,1.技术要点,（1）施工安全可靠，可以避免隧道贯通面产生坍塌、地表沉降失控等不良施工事件。（2）施工能有效地保证到站区域的隧道防水和管片的拼装质量。（3）合理地处理到站时各工序之间的关系，为盾构施工提供类似的参考依据。（4）科学地控制工序工作深度，尽最大限度地节约施工成本。,2.适用范围,本工法适用于城市地铁盾构施

44、工的区间隧道。,（1）到站阶段工作内容 在盾构到站期间，要完成区间隧道贯通前的控制点测量与复测、测量误差调整；预留洞口岩壁的处理或加固；以及必要的洞门处理。（2）到站时的工作流程 洞口地层处理洞口维护结构的处理洞口测量复测洞内控制点复测盾构到站姿态调整到站地段管片的互相连接隧道贯通洞口维护结构的清理接收小车的定位与安装到站导轨的定位与安装盾构推进最后一环特殊背衬注浆盾构主机出洞,3.施工工艺,（3）洞门准备 1）洞口加固 盾构到站之前要根据洞口地层的调查情况对地层稳定性进行评价，并采取有针对性的加固措施。地层加固一般采取如“固结灌浆”、“冷冻法”、“插板法”、“浇注混凝土岩墙”、“增加斜撑”等

45、措施进行洞门加固处理。,2）洞口围护桩的处理 根据经验，在盾构到达前最少一个月，开始着手进行洞口维护桩的凿除。整个施工分两次进行，第一次先将围护结构主体凿除，只保留维护结构的最内层钢筋和钢筋保护层，在盾构到站后将最内层钢筋割除。在割除完最后一排钢筋之后，要及时的检查到站洞口的净空尺寸，确保没有钢筋侵入设计轮廓范围之内。,3）到站导轨的安装 隧道贯通后、盾构刀盘露出洞口后，清除洞口碴土，根据刀盘与接收小车之间的距离与高差情况，安设盾构到站接收导轨。,4）洞口密封的安装 为防止背衬注浆砂浆或碴土外泄，必须在洞口安设洞口密封。洞口密封的施工分两步进行施工，第一步在车站结构的施工工程中，做好始发洞门预

46、埋件的埋设工作。在埋设过程中预埋件必须与车站结构钢筋连接在一起。第二步在盾构刀盘露出洞门端头之前，清理完洞口的碴土，完成洞口密封的安装。,到站导轨,（4）到站接收小车的准备 在隧道贯通后，迅速清除洞口的碴土，然后开始安装到站接收小车。根据隧道贯通时刀盘的姿态确定出接收小车的中心位置，根据刀盘的高度和线路坡度情况确定出接收小车的高度和小车坡度。,（5）到站时的掘进1）贯通前测量与盾构姿态的调整 盾构到站前50m，要对洞内所有的测量控制点进行一次整体的、系统的控制测量复测，对所有控制点的座标进行精密、准确的平差计算。在盾构到站前的最后一次测量系统搬站中，以精密测设并经过平差的地面导线点和水准点为基

47、准，测量测站、后视点的座标和高程（测量经纬仪和后视棱镜的座标和高程），每一测量点的测量不少于4个测回。,盾构到达前50m地段即加强盾构姿态和隧道线形测量，及时纠正偏差确保盾构顺利地从到达口进入车站。并根据实测的车站洞门位置进行必要的调整隧道贯通时的盾构刀盘位置。,2）到站掘进控制 盾构进入到达段后，首先减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制出土量并时刻监视土仓压力值，避免较大的地表隆陷。贯通前56环，进一步降低盾构掘进推力，掘进推力维持在400t左右，推进油缸压力不大于40bar。在掘进的同时，要注意维持土仓内的压力值，一般情况下，不采用开敞式模式掘进。无论何种情况下，推进油缸压力均不能大于6

48、0bar（特别是在管片安装时）。在贯通前的最后3环，要求掘进速度控制在510mm/min。,在到站阶段要密切关注盾构推进系统的推进速度和推进压力以及掘进出土情况，当发现推力突然降低，碴土粒径突然变大，推进速度同时加大的情况时，必须立即停机。在对现场进行确认和检查之后，再作出进一步的详细的掘进指令。,广三区间隧道贯通前后盾构的推进油压和推进压力,广三区间隧道贯通前后盾构的推进油压和推进压力,（6）盾构在到站端头位置的处理 在盾构刀盘距离贯通面小于5米时，在条件允许的情况下，由盾壳上的预留孔向盾壳外部注入化学聚合物或膨润土，用于阻止盾构后部管片上部水向洞口流动。,（7）最后几环管片的安装 当隧道贯

49、通后，一般还需要安装56环管片才能完成区间隧道的管片安装。同时这几环管片随着隧道贯通后，盾构前方没有了反推力，将造成管片与管片之间的环缝连接不紧密，容易漏水。在最后几环管片安装时，根据现场实际情况，要在刀盘前方的预定位置，设置支挡，以防盾构刀盘向前滑动。待盾尾即将从区间最后一环管片滑落之前，再次检查洞口密封情况，可从管片注浆孔向管片背后注入双液水泥净浆。为确保浆液的饱满程度，水泥净浆的水灰比不小于2：1，水泥净浆凝结时间不少于2min。注浆时，必须从所有管片的注浆孔自下而上逐孔注入。,到站过程所需用的主要机具与材料如下表：,4.到站机具与材料,根据施工工序合理安排劳动力，在到站过程中劳动力组织

50、如下表：,5.劳动力组织,6.质量标准及技术要求,在小车定位时，要严格控制小车的轴线与盾构上小车之前的姿态与趋势相匹配，小车轴线与盾构轴线之间的夹角不大于1.5。刀盘与接收小车之间的导轨高度以导轨顶面与盾构前体的盾壳平齐为准。以确保盾尾在最后脱离最后一环管片时，不会突然向下跌落；同时避免盾构在始发台上往前推进时产生盾构低头现象，从而避免破坏接收小车或损坏刀盘、盾壳等现象的发生。盾构进站时其刀盘平面偏差允许值：平面50mm、高程50 mm，盾构坡度较设计坡度略大0.2%。,7.安全保证措施,1）隧道贯通后，由于盾构刀盘前部没有了支撑反力，必将造成推进压力降低或消失，导致管片环缝防水材料的性能不能