盾构分体始发掘进专项施工方案

1、分体始发技术目前在我国的地铁隧道施工中已经广泛采用盾构法施工，盾构机作为盾构施工的主体，其从进场、下吊、组装、始发到吊出离场，每个施工环节都需要慎重进行，其中盾构始发环节是盾构施工工法的一个关键环节。盾构机始发模式分为两种：一种为整体始发，当盾构始发在车站或者大竖井内时，将盾构机盾体连同后配套台车一起吊入始发端，连成整体一起始发掘进；另一种为分体始发，当盾构始发不在车站且施工场地内竖井小时，将盾构机盾体和一部分主要的后配套台车吊入到始发端，另一部分台车安装在地面上，在盾构隧道达到足够能使所有的后配套台车放入的长度后，再按整体始发的模式进行第二次始发。在通常情况下盾构机始发是利用车站或者修建专为

2、盾构始发的竖井，但是地铁建设80都处于城市内，能够用于大面积施工用地的地方非常少，导致车站或者始发井的施工面积受到制约，使盾构机不能常规始发，而必须采用分体始发。广州市轨道交通六号线盾构7标即采用分体始发技术进行盾构始发，现对盾构7标盾构机始发总结如下。工程概况【天天盾构区间】土建工程包括两个盾构区间及一个中间风井，盾构掘进总长度3853.77米。【天平架燕塘区间】区间，总长度1129.97延长米。【燕塘天河区间】区间总长度2723.80延长米。本区间线路，自广州市洒水车队院内始发井（兼中间风井）始发，途径银河园、北环高速A、B匝道、沿燕岭路往西南方向行进，过燕塘站，从白云区教师进修学校北侧的

3、大片房屋下穿行，以接近90°的角度过兴华直街，下穿水果批发市场、沙河涌、天平架农贸市场后到达天平架站。隧道的最小半径为290 m，浮土深度1630 m。采用环宽1.2 m、1.5 m 两种管片，其中，在半径300 m的曲线隧道上采用环宽1.2 m的通用型管片，其余采用环宽1.5 m的标准环、左转弯环和右转弯环管片。管片外径6.0 m，内径5.4 m，每环由6块管片组成。盾构掘进线路图：始发井地质情况：主要为<1>人工填土层以杂填土和素填土，颜色较杂主要为灰黄色、灰红色、灰褐色、褐红色等，素填土组成物主要为人工堆填的粉质粘土、中粗砂、碎石等，杂填土则含有砖块、砼块或生活垃圾

4、，大部分欠压实稍压实，高于掘进区间；<4-1>冲积洪积土层呈褐黄色、深灰色、灰黄色、褐红色等，主要由粉质粘土、粘土组成，含少量砂粒，局部为烧密状粉土，主要呈可塑硬塑状，局部软塑状，高于掘进区间；<5H-2>呈黄褐色、红褐色、灰白色等，组成物主要为砾质粘性土、砂质粘性土及粘性土，含风化石英颗粒及岩石碎屑，呈硬塑状，遇水易软化、崩解，掘进区间包含于其中；<6H>花岗岩全风化带（53-2）呈黄褐色、褐灰色等，原岩组织结构已风化破坏，岩芯呈坚硬土柱状，基本位于掘进区间以下。始发条件：本盾构始发井处于隧道的双曲线轨迹上，其中竖直方向上为R=5000m的曲线上，右线平面

5、上为R=800m，左线平面上为R=600m的双曲线。详见图1-1始发线路平面图、图1-2始发线路剖面图。图1-1 始发线路平面图图1-2 始发线路剖面图（R=5000m）因本盾构始发井受于施工场地限制，始发井较小，其中总长度为35m，宽度为20.3m，去除主体结构墙体，实际始发井净空为33.4m×18.7m，总长度远低于海瑞克盾构机整体长度（75.6m）；因此承包商确定采用盾构机分体式始发。详见盾构机盾体及后配套台车长度下表S438盾构机盾体及后配套台车长度名称长度（m）名称长度（m）名称长度（m）盾体8.32#台车10.55#台车9连接桥133#台车105#台车尾架4.81#台车9

6、.54#台车10.5盾构机总长75.6分体始发方式：因本工程两台海瑞克盾构机盾体、桥架、1#拖车的总长度分别为30m、31m，始发井内正好满足将其置于井内，将剩余的2#5#拖车置于地面；1#拖车与2#拖车之间的油管连接采用通过管线桥架加长管路连通。盾构始发的定义及包含的主要工作1、盾构始发的定义:是指盾构在安装竖井内或过站竖井内，自盾构主机开始定位，刀盘向前推进贯入围岩，沿设计线路向前掘进，直至具备拆除负环条件为止。2、在盾构始发阶段，要完成盾构设备的安装与调试，始发辅助设备的安装与定位，盾构初始定位与掘进控制，盾构导向系统的安装与调试以及区间隧道洞口的处理。包括端头加固；安装始发基座；安装反

7、力架；盾构机进场；盾构机组装调试；安装负环管片；洞门凿除；安装洞门密封装置；盾构机前移；盾构机始发掘进等工作。3、盾构始发是盾构施工中风险最大的环节之一，非常容易发生工程质量和安全事故。如何对盾构始发的安全和质量风险进行评估，并形成风险对策以付诸实施，是确保盾构始发安全和质量的必不可少的工作。本工程盾构机分体始发井下布置剖面图一、端头加固的方案和效果：天-天盾构始发井端头洞身主要地层为花岗岩<6H>、<7H>地层，招标方案为旋喷桩端头加固，由于本段围护结构为连续墙，因此承包商提出将本段端头加固方案优化为素混凝土连续墙，实际端头加固按照1m厚素混凝土连续墙施工，连续墙端头

8、和围护结构之间采用双管旋喷桩封堵。洞门破除后端头加固连续墙和洞门之间无夹泥，基本无渗水。二、始发基座和反力架控制要点：1、始发基座：其结构必须能支承盾构自重、装配时的临时移动，并能配置钢轨和其它适当的盾构推进导向件，便于隧道内推进，且方向不失常。（1）始发座基础：必须具备足够的强度和整体性，可设计为整体钢筋砼结构，预埋钢板与始发座焊接。（2）始发基座的设计要求：A 考虑始发、接收的通用性能，适应静荷载、动荷载的不同工况，具有足够的刚度和强度。B 明确始发台底面与盾壳的最低点距离。C 长度应满足盾构机吊装要求，并考虑一定余量便于吊装时移动设备。D根据盾体连接形式确定是否分段。三、始发台定位控制要

9、点：安装始发台前先进行定位测量，在车站底板设立控制护桩，根据护桩精确定位始发台的高程和左右位置。然后将始发台安设在预定的位置上，并由测量组进行复核，在完成定位之后，将始发台固定。曲线始发多采用切线或割线始发。在盾构机主机组装时，在始发台的轨道上涂硬质润滑油以减小盾构机在始发台上向前推进时的阻力。由于始发台与加固体之间存在较长距离间隙，为使盾构机顺利进入加固体，并防止盾构机栽头，一般在前方安装一段导轨。始发台一般须太高3cm左右，以抵消盾构始发后栽头的影响。由于盾构始发时盾构机放置在始发托架上，只有盾构机整体进入隧道内且盾尾托出素混凝土连续墙，才能有效地对盾构机的姿态进行调整，即盾构机刀盘位于隧

10、道10m位置。为了使盾构机整体进入隧道内不出现姿态超限问题，同时又要使盾构机始发前的姿态不因洞门中心的测量放线错误出现超限，经过计算分析，采用在平面上割线始发最为有利，垂直方向采用仰头始发，最佳的托架放位而确定的盾构机始发趋势水平为+8.75，垂直为+4，盾构机整体进入隧道内至能够调整自身趋势时，前点的水平姿态为40mm，垂直姿态3.6m，均能够满足要求。经过始发实践证明采用此种趋势姿态，其过程中未出现侵限现象，满足设计及规范要求。具体的盾构始发水平姿态推理图及盾构机始发VMT姿态显示图。盾构机始发水平姿态推理图四、反力架安装与定位控制要点：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

11、够的刚度和强度。反力架支撑在底板和中板上。反力架的纵向位置保证负一环砼管片拆除后浇注洞门时满足洞门的结构尺寸和连接要求以及支撑的稳定性。反力架的横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，须先用校正两根立柱的垂直度，使其形成的平面与盾构机的推进轴线垂直。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，前后偏差控制在±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。安装反力架注意把反力架与车站结构连接部位的间隙一定要用钢

12、板垫实。以保证反力架脚板有足够的稳定性。五、洞门凿除控制要点洞门凿除是指在盾构机进入始发洞门之前，把洞门围护结构内的钢筋剥除，以便盾构机进洞时，钢筋不会绞住盾构机刀盘或卡住螺旋输送机。先凿除外排钢筋，等到盾构机组装完毕后，再剥离第二层钢筋网并予以割除。在确认盾构机进洞的范围内没有残余钢筋后，盾构机方可始发。洞门凿除过程要密切注意加固土体渗水情况。本工程右线事发过程中盾构机吊装未开始承包商已经把洞门钢筋全部凿除，造成一定的安全风险。事件发生后经工点设计验算连续墙的承载力基本能够抵抗土体侧压力，采取并对地面和洞门加强观测，尽早将盾构机顶向掌子面，引排掌子面来水，并做好应急抢险准备等措施，未出现险情

13、。六、安装负环管片负环管片环数的确定：假定盾构长度LTBM=8.3m， 洞口围护结构在完成第一次凿除后的里程Df，设计第一环管片起始里程D1s，管片环宽为Ws，反力架与负环钢管片长Wr（自行设计加工的尺寸）。Dr为反力架端部里程，N为负环管片环数。在安装井内始发时最少负环管片环数确定:N=（D1s-Df+8.3）/Ws环七、洞门密封装置安装为了防止盾构始发掘进时泥土、地下水从盾壳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，临时密封装置通常由帘布橡胶、压板、垫片和螺栓等组成。密封装置安装前应对帘布橡胶的整体性、硬度、老化程度等进行检查，对圆环板的

14、成圆螺栓孔位等进行检查，并提前把帘布橡胶的螺栓孔加工好。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。盾构机刀盘在洞门范围时严禁转动刀盘，防止损坏压板。常见预埋钢环的形式有扇形压板、折形压板和钢环套施的三种形式，本标段采用扇形压板。由于施工中承包商采用的扇形压板缺少B型压板，橡胶帘布未能整体受力，导致底部被撕裂，洞门密封效果不能满足要求，从而对始发造成较大风险。问题处理：（1）要求承包商在洞门处储备砂袋，项目部内储备水玻璃、水泥、砂等相关抢险物资；（2）要求承包商安排专人对洞门的渗水情况进行观察（盾构机每侧各一人），发现险情及时处理并汇报；（3

15、）当盾构机进入<5H-2>地层时，应根据洞门处的渗水情况及时利用超前注浆孔注入聚氨酯进行土体加固；（4）盾构机刀盘通过洞门加固体后，需快速掘进，使整个盾构机尽早进入土体。由于前方土体水量较少，帘布破损未造成涌水、涌沙，盾构安全始发。七、盾构机前移盾构机在推进油缸的推进下，由反力架及负环管片提供反力，可以实现向前移动。注意每一个循环的各组油缸之间的行程差控制。（不要超过10mm）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。负环管片环面平整度。八、盾构始发弃土运输方式始发井底部空间长度为33.4m，但去除中板占

16、用一部分空间（即4.1m），实际空间仅为29.3m（具体详见图2-2盾构机分体始发井下布置剖面图），所以始发初期对于盾构弃土的垂直运输是一个比较头疼的事。本工程均采用海瑞克盾构机进行掘进施工，而其刀盘、盾体、桥架、1#拖车的总长度均超过30m（左线盾构机S438为31m，右线盾构机S235为30m），加之盾构机空推通过始发井主体结构墙80cm，再向前推进70cm左右，致使土仓内装满碴土，其1#拖车后部与中板之间的空隙为70cm左右，才刚好可以满足50cm宽的碴土斗吊装空间（如图），对于左线31m盾构机来说其始发井空间已无法满足出土要求，故施工单位将安装在1#拖车上的皮带输送滑轮割除，正好满足碴

17、土斗吊装要求。为了能使盾构弃土顺利运出，本工程的出土水平运输方式分为四种阶段：第一阶段利用螺旋输送机口直接将盾构弃土输送到50cm宽碴土斗（如图1）和1.2m宽的碴土斗（如图2）中（详见图3螺旋输送机出土口出土至小碴土斗内）；第二阶段安装皮带输送机至1#拖车的尾部，将盾构弃土1.2m宽的碴土斗和正常的电瓶车运输碴土斗中（详见图4改装在1#拖车后出土图）；第三阶段待盾构掘进距离满足盾构机整体长度时，将置于始发井地面的2#、3#、4#、5#后配套台车吊入始发井内形成完整的盾构机体，盾构碴土运输系统恢复正常；第四阶段待盾构机后配套台车尾部进入掘进洞内一定距离后，开始在洞内开始铺设岔道（详见图6洞内铺

18、道岔图），碴土水平运输系统形成编组，至此整个盾构机、碴土运输系统才有效形成循环整体。在盾构碴土运输初期采用50cm宽的碴土斗运输，因盾构弃土运输距离较短，小型卷扬机无法安装，故项目部采用人力水平运输出土（详见图5始发初期靠人力水平运输渣土）；又因喂片机无法使用，导致运输及管片拼装消耗的时间较长，其中管片安装需要两个小时才能完成，每天平均掘进1环。在第二阶段采用部分皮带输送机及120cm宽的碴土斗运输，可以使用喂片机，盾构掘进速度加快，每天平均掘进速度23环。图1 50cm宽的碴土斗（约1方）图2 120cm宽的碴土斗（约2方）图3 螺旋输送机出土口出土至小碴土斗内图4 改装在1#拖车后出土图5

19、 始发初期靠人力水平运输渣土图6 洞内铺道岔图九、油、电路连接、改造及增加费用为了使盾构机分体始发顺利进行，承包商分别购置了28种型号高压油管来连接井内与地面台车。因井内空间有限，承包商分别购买了30m和60m高压油管，先安装60米的高压油管，除去地面至井底近25m，井下始发部分可向前掘进约35m（即盾构机刀盘位于25环），然后将30m高压油管与60m高压油管连接，再向前掘进20环，才满足将剩余的后配套台车吊入井内，（即盾构碴土运输的第三阶段）。因盾构机电路、信号线路占用空间不大，直接采用90m电缆连接使用至后配套吊入。地面高压油管连接方式详见图6-1分体始发高压油管连接桥架图及洞内高压油管、

20、电路布置详见图（分体始发洞内管线布置图）。盾构机的简单改造：为了避免由于管路过长所引起的油脂在管内阻力过大，导致管内油脂出现波动甚至将油管堵塞，故将4#台车的黄油泵、盾尾油脂泵、刀盘密封油泵改装到井下1#台车或桥架上，从而减少管内阻力，确保盾构机分体始发顺利进入洞内。 本工程采用的分体始发增加了高压油管费用、电路、信号线路的电缆费用、液压油费用，单台始发增加费用约为100多万。分体始发高压油管连接桥架图分体始发洞内管线布置图图十、盾构机始发掘进盾构机至刀盘贯入掌子面开始，到后配套拖车进洞，形成正常的掘进，这一段的掘进称为始发掘进。当盾构机的刀盘部分切入帘布橡胶板并抵达掌子面时，可视端头加固的情

21、况，采取开敞式掘进始发或气压平衡掘进始发。如端头的土体加固效果良好，地下水压不大，且地表无建筑物、管线时，可采取开敞式掘进始发；反之则采取土压平衡掘进始发，在软土地层要特别注意土仓压力的建立。采用土压平衡掘进始发时，可事先在土仓内填充部分土胚，由于初始时土仓内未填满，可加气平衡。始发时，要特别注意出土量的控制。在确认洞门连续墙的钢筋已经割除完毕以后，可以进行盾构机的试运转。由于盾构机没有进洞后周围岩土侧压力的磨擦作用，且盾构油缸的推力和掌子面通过刀盘的反力都很小，所以，在试运转时应使刀盘慢速旋转，且要正、反向旋转，防止滚动，使盾构姿态正确。始发后，盾构机刀盘开始切削端头加固区，这时，土压设定值

22、应略小于理论值且推进速度不宜过快，盾构机总推力不大于800T。盾构机坡度略大于设计坡度，待盾构机出加固区之后，为防止因正面土压变化而造成盾构机突然“低头”，可将土仓内的土压力的值设定成略高于理论值，并将下部推进油缸的推力稍稍调高一些。在掘进过程中，根据情况在盾构机正面及混合仓内加入泡沫剂、膨润土、泥浆等添加剂以改善碴土性能。在施工过程中，应根据地表的监测信息对土压设定值以及推进速度等施工参数作及时的调整。当洞门加固效果达到时，对于洞门环的强度要求相对较低，否则要在盾构推进前要彻底的检查和确定洞门环的状态良好。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

23、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。十一、始发测量盾构机采用VMT自动导向系统，会根据线路情况，自动下达管片选择指令。但应注意：（1）始发掘进前应正确输入控制点坐标、轴线、坡度等有关数据信息，并制定出如果导向系统出错时的人工测量方案和设备、人员。（2）每环测量盾构机姿态和管片轴线位置，并与VMT数据对比。（3）注意管片拖出盾尾后的变形规律。一、平面坐标传递 联系测量是将地面测量数据传递到隧道内，以便指导隧道施工。具体方法是将施工控制点通过布设趋近导线和趋近水准路线，建立近井点，再通过近井点把平面和高程控制点引入竖井下，为隧道开挖提供井下平面和高程依据。根据施工现场的条件，为保证

24、测量精度和优化现场作业，左右线施工联系测量均通过盾构始发井采用建立多个三角网的方式进行施测。在始发井底板上互相通视的地方做3至5个固定点，这些点的坐标及方位将作为盾构始发和掘进的依据。为提高地下控制测量精度，保证隧道准确贯通应根据工程施工进度，进行多次复测，复测次数应随贯通距离的减少而增加，一般1km以内取三次。其主要内容包括： 1、趋近导线和趋近水准测量 地面趋近导线应附合在精密导线点上。近井点应与GPS点或精密导线点通视，并应使定向具有最有利的图形。 趋近导线测量用级全站仪进行测量，测角四测回(左、右角各两测回，左、右角平均值之和与360°的较差应小于4)，测边往返观测各二测回，

25、用严密平差进行数据处理。测定趋近近井水准点高程的地面趋近水准路线应附合在地面相邻的精密水准点上。趋近水准测量采用二等精密水准测量方法和±8Lmm的精密要求进行施测。 2、隧道方位的定向测量 为保证盾构施工基线边方向的准确性，对全站仪始发井所投的点采用陀螺仪定向方法进行定向。 3、 高程传递测量 采用检定合格的钢卷尺，吊5公斤重锤，井上井下两台水准仪同时读数，将高程传递至井下的水准控制点，在井下建立23个固定水准点，如图所示。二、 施工测量 首先对盾构推进线路数据进行复核计算，计算结果由监理工程师书面确认。实测出发、接受井预留洞门中心横向和垂直向的偏差，并由监理工程师书面确认后方可进行

26、下道工序施工。联系测量完成坐标和高程的传递后，在盾构后上方及暗挖通道内留出位置供安装测量标志，并保证测量通视。测量标志为焊接在拱顶上的吊篮并在吊篮上安装强制对中螺栓，以架设仪器及后视棱镜，按设计图在实地对盾构基座的平面和高程位置进行放样，基座就位后立即测定与设计的偏差。盾构就位后精确测定相对于盾构推进时设计轴线的初始位置和姿态。安装在盾构内的专用测量设备就位后立即进行测量，测量成果应与盾构的初始位置和姿态相符，并报监理工程师备查和复核。 本工程右线盾构始发前，所有的施工放线均按照图纸操作，但由于承包商测量人员始发经验较少，未能对盾构机自身的始发姿态进行及时校测，导致盾构机VMT显示屏显示的数据

27、为错误的趋势（详见始发前错误趋势图），导致错误的判断。校正后的正确姿态详见校测后正确的趋势图。始发前错误趋势图校测后正确的趋势图问题处理： （1）要求承包商将盾构机姿态进一步复测，弄清盾构机的实际姿态；（2）要求监理部对复测过程进行全程旁站，确保人工复测过程数据无误，同时请外部专家到施工现场对人工复测数据的计算及输入盾构机VMT系统进行分析，确保计算的准确性及输入的可靠性；（3）要求承包商前三天每天两次对盾构机的姿态进行复测，之后10环每环测一次，直至人工复测数据与盾构机VMT显屏显示数据大致吻合，最后再按照正常的要求对盾构机姿态进行人工复测；（4）要求承包商增加测量人员，提高测量人员的整体技

28、术水平。下表为承包商对VMT显示屏与人工复测盾构机成果对比表项目成果时间VMT显示数据人工复测成果检查位置水平前后点垂直前后点水平前后点垂直前后点（21，1）（-33，-10）（-45，-63）（-21，-15）-3环（1，-31）（-37，-31）（7，-40）（-39，-36）-1环（3，-17）（-44，-33）（10，-10）（-47，-38）0环（4，-1）（-89，-43）（7，6）（-78，-43）2环（7，5）（-86，-99）（13，13）（-88，-100）3环（17，15）（-80，-111）（17，15）（-79，-101）5环（17，15）（-40，-63）（16，13）（-49，-71）12环VMT显屏与人工复测趋势对比始发的节点验收制度建立盾构隧道始发/到达施工节点验收制度：（1）工作井已按设计要求完成并通过验收，其标高、轴线、结构强度等各项技术参数符合设计和规范要求并能满足盾构施工各阶段受力要求（端头井结构尺寸和洞门中心已复核且符合设计要求）；（2）盾构推进、始发/到达方案已审批，监理细则已编制审批；（3）测量、监测方案已审批，监测控制点已按监测方案布置好，且已测取初始值；（4）井下控制点已布设且固定；（5）要求的各项端头措施（端头加固、降水、冷冻等）已经完成，各项指标已经达