盾构机始发与掘进施工方案

深圳地铁7号线BT项目7304-1标皇岗口岸~福邻站区间工程盾构机始发与掘进施工方案目录TOC\o"1-3"\h\u55611编制依据 178412概述 1286762.1工程概况 1288532.2线路平面及纵面 293492.3工程地质及水文地质 2226032.4沿线地面环境与建（构）筑物 588083工期计划 5199374资源配置 5308404.1人员配置 5210904.2施工机械及材料配置 6218955始发前期的准备 7326705.1洞门预埋件布置 7297555.2始发台安装 8218695.3反力架安装 10280725.4洞门密封安装 10180936盾构机下井调试 1158706.1盾构机吊装 1148436.2盾构机调试 1173337盾构始发及试掘进 13313837.1盾构始发技术 13211967.2盾构机始发施工具体措施 20301567.3盾构始发的重难点及处理 25114168盾构机正常掘进 2593958.1土压平衡模式的实现 25131608.2碴土改良和管理 27175768.3掘进过程中姿态控制 27126718.4管片拼装 29161728.5同步注浆 31142718.6二次注浆 35201338.7洞内出碴、运输及弃土外运 3560838.8隧道通风、循环水、照明 3691949建筑物和地下管线的保护措施 38220479.1掘进参数控制 38214879.2碴土改良 3850939.3注浆管理 399629.4加强设备保障 39207709.5优化工序 39198499.6地面监测 39144459.7应急措施 392826110施工测量及监测 402553511安全保证体系和保证措施 40316711.1安全管理组织机构 401974911.2安全管理组织机构主要人员职责 41737311.3施工安全技术措施 422921112质量保证措施 463041512.1建立健全质量机构，落实质量责任制 46986212.2盾构隧道施工质量保证措施 471506713环境保护措施 491552213.1加强施工管理，强化环境保护意识 491623213.2实施封闭、半封闭管理，减少对周边环境的影响 49446413.3加强废水、废气、废碴的管理 502975813.4加强运输车辆的管理 501877513.5加强监测量测，确保环境安全 503096214危险源分析及对策 511001414.1危险源辨识 511858214.2应急救援组织机构与职责 533056814.3应急处理程序 531118214.4建立救援小组 54751214.5应急救援措施 542735314.6各项应急预案事故后处理工作 552893414.7各项应急措施 552044714.8应急物资 612634614.9通讯联络 61第第1页共73页盾构机始发与掘进施工方案1编制依据（1）深圳地铁7号线皇岗口岸站、皇岗口岸至福邻站区间工程设计文件。（2）皇岗口岸站盾构施工始发井尺寸、场地平面布置和现场条件（3）《地铁设计规范》（GB50157-2003）（4）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）（5）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）（6）《铁路隧道质量评定验收标准》（TBJ417-87）（7）《地铁工程质量检验评定标准》（车站、隧道结构）（8）《地铁限界标准》（CJJ96-2003）（9）《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）（10）《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46—2005）（11）《起重机械安全规程》（GB6067-2010）（12）盾构机设计加工图纸，说明书等技术文件（13）深圳地铁7号线BT项目施工组织设计文件（14）国家、广东省及深圳市现行有关规定、规程和技术规定（15）同类工程的施工经验。2概述2.1工程概况皇岗口岸站～福邻站（原福南站）区间线路出皇岗口岸后下穿皇岗海关走私犯罪侦查支局，并以400m的曲线半径转向北侧敷设，最终在皇岗口岸东侧接入福邻站，区间线路大部分位于皇岗口岸内，局部区段紧邻福田河。皇岗口岸站至福邻站区间左线设计里程范围为皇岗口岸站至福邻站区间左线设计里程范围为DK19+258.078～DK20+109.011，短链8.795m，全长859.728m，右线设计里程范围为DK19+258.078～DK20+109.017，长链40.730m，全长891.669m。区间在里程左DK19+811.455（右DK19+800.000）处设置联络通道及泵房。区间采用盾构法施工，两台盾构机均采用整体始发，双线掘进至福邻站，过站及二次始发继续掘进至赤尾站吊出。先右线始发，再左线始发。右线始发时车站底板完成88.3m，盾构机总成84m，为了便于出土，5#拖车尾架先不安装，在车站第三道栈桥处站80T汽车吊进行临时出渣，底部空间满足要求后安装尾架。2.2线路平面及纵面（1）线路平面设计始发段线路平面中心线间距为15.2m，左右线均位于直线段。盾构区间始发段平面线路表表2-1线路名称起止里程曲线要素转向角α（左转为正）转弯半径R(m)缓直曲线ls曲(直)线长L(m)一、右线（短链7.178m）直线段ZDK19+258.078～ZDK19+436.582///106.298曲线段JDY42ZDK19+436.582～ZDK20+132.443106º7'28″400L1=65L2=25785.889二、右线（长链31.127m）直线段YDK19+258.078～YDK19+351.800///124.849曲线段JDZ42YDK19+351.800～YDK20+112.689106º7'28″400L1=65L2=25785.889（2）线路纵断面该区间始发段主要以下坡掘进为主，具体数据详见下表。皇~福盾构区间始纵段面线路表表2-2序号起止里程曲线要素线路长度L(m)线路坡度（‰）半径R（m）竖曲线长度Ls外矢距Eo（凸为正）一、右线（短链13.381m）1YDK19+258.078～YDK19+280.00021.922－2‰3000450.0842YDK19+280.000～YDK19+472.203223.330－17‰5000700.1223YDK19+472.203～YDK19+830.000357.797－3‰500048.8800.0504YDK19+830.000～YDK20+090.0002605.972‰300011.9280.0065YDK20+090.000～YDK20+136.44346.4432‰二、左线（短链47.571m）6ZDK19+258.078～ZDK19+280.00021.922－2‰300045.3870.0867ZDK19+280.000～ZDK19+505.118217.940-17.129‰500070.6450.1258ZDK19+505.118～ZDK19+840.000334.882－3‰500043.4400.0479ZDK19+840.000～ZDK20+090.0002505.688‰300011.0640.00510ZDK20+090.000～ZDK20+136.44346.4432‰2.3工程地质及水文地质2.3.1地形地貌拟建深圳地铁7号线工程皇岗口岸站至福南站区间位于深圳市福田区。本场地原始地貌为海冲积平原，后经人工堆填整平，修建有楼房、道路、停车场及绿化带等。地面高程一般为3.85～5.02m。区间沿线存在密集的电力、电信、雨水、供水、污水、燃气、路灯等地下管线管道。2.3.2工程地质概况场地构造稳定性总体较好，但受区域构造影响，局部揭露的中等、微风化花岗岩较破碎，偶见绿泥石化现象。本区间范围内上覆第四系人工堆积层（Q4ml）、海积层（Q4m）、冲洪积层（Q4al+pl及Q3al+pl）、残积层（Qel），下伏燕山期花岗岩（γ53）。主要地层概述如下：a．第四系：人工堆积素填土，海积淤泥质粘土，冲洪积淤泥质粘土、粉质粘土、中砂、粗砂、圆砾，残积砾质粘性土。b．燕山期花岗岩：主要成分为石英、长石。基体粗粒结构，块状构造。按风化程度可分为全风化岩、强风化岩、中等风化岩、微风化岩。本区间左线主要穿越：微风化、中等风化、全风化、强风化花岗岩、砾质粘性土及圆砾层。本区间右线主要穿越：微风化、中等风化、全风化、强风化花岗岩、圆砾层、砾质粘性土、卵石层等。注：由于线路调整，部分线路偏离较大，地质条件可能发生变化，具体详细地层资料需结合补勘资料进行梳理。图2-1区间左线纵断面图图2-2区间右线纵断面图2.3.3水文地质（1）地下水的类型、赋存、径流排泄及与地表水的关系深圳市的气候属亚热带海洋性季风气候，热量丰富，日照时间长，雨量充沛。气候和降雨量随冬、夏季风的转换而变化。每年5-9月为雨季。本场地地下水按赋存条件主要为孔隙水及基岩裂隙水。孔隙水主要赋存在第四系冲洪积粗砂、圆砾层中，此外在粘性土、全风化岩也有赋存，基岩裂隙水赋存于强风化及中风化花岗岩的裂隙中，均略具承压性。本次勘察期间稳定地下水位埋深1.0～5.6m，水位高程-0.92～2.79m。地下水总的径流方向为由北向南。地下水的排泄途径主要是蒸发和径流。主要补给来源为大气降水及地表水的渗透，并与深圳河、深圳湾有一定的水力联系。（2）地下水、地表水的腐蚀性经取水样进行室内水质简分析，根据《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001），场地地下水在干湿交替环境下对混凝土结构具强腐蚀性，在无干湿交替环境下对混凝土结构具中等腐蚀性；在强透水层中对混凝土结构具强腐蚀性，在弱透水层中对混凝土结构具中等腐蚀性；在长期浸水的环境中场地地下水对混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性，在干湿交替的环境中对钢筋混凝土结构中钢筋具强腐蚀性。场地地表水对混凝土结构具弱腐蚀性，在长期浸水的环境中对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性，在干湿交替的环境中对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性。2.3.4隧道综合围岩分级皇岗口岸~福邻站盾构区间左线里程：DK19+340～DK19+750综合围岩分级为VI级（含始发段）；DK19+750～DK19+815综合围岩分级为V级；DK19+815～DK19+850综合围岩分级为VI级；DK19+850～DK19+947综合围岩分级为V级；DK19+947～DK20+209综合围岩分级为VI级。皇岗口岸~福邻站盾构区间右线里程：DK19+340～DK19+832综合围岩分级为VI级（含始发段）；DK19+832～DK19+950综合围岩分级为V级；DK19+950～DK19+992综合围岩分级为VI级；DK19+992～DK20+117综合围岩分级为V级；DK20+117～DK20+209综合围岩分级为VI级。说明：根据《铁路隧道设计规范》（TB10003－2005）隧道V级围岩：包括残积⑦1砾质黏性土、⑧1全风化花岗岩、⑧2强风化花岗岩，开挖后易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌；VI级围岩：包括人工填土①1素填土、海积②2淤泥质黏土、冲洪积⑤5粉质黏土、⑤10粗砂、⑤12圆砾，隧道开挖后围岩极易坍塌，有水时土、砂常和水一齐涌出，隧道浅埋时易坍塌至地表。2.4沿线地面环境与建（构）筑物本区间始发段主要需下穿皇岗海关走私犯罪侦查支局大楼，具体位置关系及方案详见专项方案。3工期计划右线盾构机（S-816#）始发掘进时间初定为：2014年4月1日至2014年5月5日。左线盾构机（S-817#）始发时间初定为：2014年5月1日至2014年5月30日。本区间盾构始发段长度定为90m（60环），掘进功效按1.5~2环/天计算，始发段总工期为30~35天。注：根据实际盾构始发时间以及车站具备盾构下井时间调整确定。4资源配置4.1人员配置人员配置表（单线）表2序号名称数量备注1机长1盾构机总指挥、总协调2安全员2现场安全监控3技术员4技术指导，质量监控4盾构机操作手2盾构机操作5同步注浆操作手2同步注浆6管片拼装操作手2管片拼装机操作7管片螺栓紧固4管片螺栓紧固8隧道内辅助工12轨道铺设、看土，其它9电瓶车司机2操作电瓶车1045吨龙门吊司机6龙门吊操作11信号（指挥）4门吊指挥12电焊工（加工场）4平台、轨枕等加工13油漆工1加工件喷漆14地面辅助工6管片防水材料粘贴、吊装15砂浆搅拌站人员8砂浆搅拌站运行16充电机房1监护充电机及电瓶17反铲司机2反铲操作，出渣18电气5设备维护19机修工4设备维护20合计724.2施工机械及材料配置机械及材料配置表表4序号材料名称型号单位数量备注1盾构机Φ6250mm台2土压平衡2始发拖架Φ6250mm套2加工件3反力架Φ6250mm套2加工件445吨龙门吊MG45/16t-23.2m台2出渣、装卸材料5电瓶机车JXK45t台4牵引编组列车6渣土车ZT-16m3台20装、运渣土7砂浆车SJ-8m3台4运输浆液8管片车GP-15t台8管片运输9砂浆罐8m3台2砂浆储存、转运10砂浆搅拌站HZS50座1制拌砂浆11轴流风机2×55KW台2隧道通风12冷却塔CTA-80台2水系统冷却13充电机KCA01-100A/275V台6电瓶充电14长臂反铲1.2m3辆1装渣土15电焊机BX400台2焊接作业16方木100×100个72盾构与负环管片间17水准仪NA728台1测量18全站仪台1测量19负环管片Φ6000/5400mm，1.5m环14钢筋混凝土20管片Φ6000/5400mm，1.5m环1187钢筋混凝土21砂浆按配合比m34907m3/环22盾尾密封油脂CONDATWR89Kg147021kg/环23主轴承润滑油脂EP2Kg2804kg/环24泡沫剂ZX-6Kg336048kg/环5始发前期的准备5.1洞门预埋件布置洞门预埋件包括：为满足盾构机始发临时封堵洞门端头要求的环状钢板及为保证洞门结构与车站端墙保持刚性接头的预埋钢筋等。（1）钢环板位置的偏差：±10mm，环板必须牢固地嵌入砼，不得松动而影响使用。（2）盾构机进出洞前，在预埋好的环板上依次安装螺栓、帘布橡胶板、环状板及折页式压板，最后拧紧螺母。（3）洞门施工时需将洞门预埋钢环中的不少于12根的Φ16钢筋与内墙主筋搭接，两段焊接高度不小于6mm，长度不小于30mm，然后立模浇注洞门混凝土。图5-1洞门预埋环板平面图图5-2洞门预埋环板剖面图5.2始发台安装在盾构机组装调试前依据隧道设计轴线定出盾构始发姿态的空间位置，始发托架安装原则为盾构机轴心线必须与隧道轴心线重合，遵循此原则可以反推出始发台架的安装高程。由于盾构机刀盘前端至地连墙之间有距离约1.5m，盾构机底部无支撑，容易发生低头现象，故始发台的安装高程比线路标高高出20mm。始发托架上下安装高程误差控制在±5mm之内，与洞门的垂直度控制的±10mm内。由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩，所以在盾构始发之前，必须对始发台进行固定，固定方式为在盾构井底板浇筑前预埋δ20mm的钢板4块，钢板尺寸为400×400mm，具体预埋位置详见附件1。盾构机在始发台上前进时，在盾体上加焊防扭转牛腿。始发台结构见图5-3~5-5（始发台结构示意图）。图5-3~5-5始发台结构示意图5.3反力架安装图5-6反力架结构示意图在车站及盾构井底板浇筑前，根据预埋件位置示意图（附件1）预埋钢板。单个反力架预埋钢板数量及尺寸为：1300×750mm共4个，800×800mm共5个；δ40mm，材质Q235，底部用Φ20钢筋与底板钢筋焊接固定。标高误差+5，0mm；平面位置偏差±5mm。在盾构主机组装完毕后，进行反力架的安装。由于反力架为盾构始发时提供反推力，在安装反力架时，安装原则为纵向轴线应与隧道设计轴线重合，反力架端面应与始发台轴线垂直，垂直度应控制在±10mm之内，以便盾构轴线与隧道设计轴线保持相对平行。安装时反力架与车站结构连接部位的间隙用钢板要垫实并焊接好，以保证反力架脚板有足够的抗压强度。反力架定位：盾构机刀盘距内衬墙为530mm，0环负环进入内衬墙500mm，0环负环管片大里程侧里程为DK19+258.578，依次反推计算知反力架基准环里程为DK19+248.078。具体位置关系详见附件2。5.4洞门密封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，在盾构始发前需安装洞门临时密封装置，密封由帘布橡胶、B环板、扇形压板、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。盾构始发防水装置示意图5-7、洞门密封如图5-8。图5-7盾构始发防水装置示意图图5-8盾构始发洞门密封示意图6盾构机下井调试6.1盾构机吊装见专项方案6.2盾构机调试盾构机下井组装并对所有管线检查完毕后，即可进行调试工作。机械、电气工程技术人员配合共同完成。盾构机调试完毕后，应达到盾构机生产厂家规定的性能要求。调试工作的包括以下具体内容：6.2.1供电系统的调试（1）高压系统的测试盾构机高压供电系统是保证设备正常工作的首要条件。测试的内容包括高压电缆、接头、电缆盘、高压开关柜及变压器的绝缘及功能调试。在高压部分工作确认正常以后便可进行下一步的调试工作。（2）低压供电系统的调试包括照明系统（含紧急照明）、动力系统、弱电供电系统。6.2.2盾构整体部分的检测包括前体、中体、盾尾的外形检查、土仓及刀盘开口、人闸仪表及管路的检查、盾尾油脂控制检测、盾尾设施及其控制的检查、螺旋输送机闸门控制的检测、供气系统的检查、土压传感器的检测、推进千斤顶及铰接千斤顶性能的检测、各种管路的检查（弯曲度、可伸展性、表面磨损情况）。6.2.3刀盘的检测刀盘刀具（中心双刃滚刀、边缘刮刀、单刃滚刀、齿刀、超挖刀）数量及外观检查。6.2.4盾构机电气系统的测试PLC控制软件、人机界面和导向系统软件的调试；各类传感器的测试和校准；各类电磁阀、流量计的检测、校准；盾构机控制系统内部电气联锁关系的测试；盾构数据采集系统的连接和测试。6.2.5刀盘驱动部分的调试包括刀盘驱动的功能调试、齿轮油系统的检查、刀盘密封油脂输送泵的检测、刀盘密封油脂泵性能的测试、刀盘驱动液压马达及行星减速齿轮的检查、超挖刀的调试。6.2.6推进系统的调试包括各个动力系统泵阀组的调试、液压油冷却及过滤系统的测试、推进调速系统的调试、推进千斤顶功能的调试。6.2.7管片拼装机功能的调试及管片存放机的调试包括管片拼装机各种功能和伸缩、回转和前后移动等各种动作测试和调试。6.2.8螺旋输送机功能的测试包括螺旋输送机转速、油压、伸缩动作、正反转和出土闸门启闭等的测试。6.2.9膨润土注入系统的调试包括膨润土注入系统注入压力、流量、膨润土泵电机转向、调速功能和各个阀门的启闭等调试和测试。6.2.10盾构机铰接功能的测试包括盾构机各铰接油缸动作和铰接功能的测试。6.2.11皮带输送机的测试包括皮带输送机速度、转向、就位情况和松紧度等的测试。6.2.12泡沫系统的测试包括泡沫系统水泵、气路、泡沫发生器的功能，泡沫压力、流量以及各泡沫注入点阀门启闭，泡沫发生剂发泡性能和注入管路工作情况等的测试。6.2.13浆液注入系统的测试包括浆液罐电机、控制面板、浆液压力传感器和注浆泵压力、流量等测试。6.2.14辅助配套设施的测试包括管片吊装机的测试、吊装机吊具的检查、砂浆搅拌罐的检查、后配套通风系统的检查。6.2.15盾构机导向系统的测试盾构机的导向系统是盾构掘进时轴线控制的依据，在盾构始发前应结合盾构机组装调试测试导向系统与盾构机控制室之间的数据传递情况，测试导向系统各组成部分的工作状态，并进行导向系统的初始化工作，即利用竖井内的导线点和盾构机中体上预设的测量点精确测量导向系统后视棱镜和光靶坐标、盾构机俯仰角、转动角和偏转角等初始姿态参数并输入导向系统，以指导今后盾构掘进。6.2.16整机试运行及带载运行在各系统分别调试完毕后，进行整机试运行，按正常掘进状态依次启动各系统，测试各系统的配合、连锁等情况，最后结合盾构始发进行带载运行。7盾构始发及试掘进7.1盾构始发技术7.1.1施工工艺流程区间隧道施工工艺流程如图9所示。掘进准备掘进准备设置合理的掘进参数掘进开始同步注浆是否达到管片铺设需要进尺开始拼装管片运输渣土出洞和运送材料进洞盾构机重新支撑掘进开始延伸轨道管线否是下一循环图7-1盾构机掘进流程示意图7.1.2掘进循环周期安排盾构掘进施工时，我项目部将按照连续的原则组织施工，每天安排2个班掘进，每班作业时间12小时；机械维修保养以跟机保养为主。盾构始发掘进各工序循环时间表工序作业时间（min）备注掘进前施工准备10每环掘进1.5m盾构掘进60管片安装40出碴及碴土吊出60管片、注浆材料供应30实际停机等待时间（含管片安装）80理论循环时间（每环）1907.1.3掘进参数控制及掘进模式选择7.1.3.1掘进参数控制（1）施工土压力的设置方法及计算根据上述对地层土压力、水压力的计算原理分析，在土压平衡盾构的施工过程中，土仓内的土压力设置方法为：1）、根据隧道所处的位置以及隧道的埋深情况，对隧道进行分类，判断出隧道是属于深埋隧道还是浅埋隧道；2）、根据判断的隧道类型初步计算出地层的竖向压力；3）、根据隧道所处的地层以及隧道周边地地表环境状况的复杂程度，计算水平侧向力；4）、根据隧道所处的地层以及施工状态，确定地层水压力；5）、根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑0.1～0.2bar的压力值作为调整值来修正施工土压力；6）、根据确定的水平侧向力、地层的水压力以及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值为：σ初步设定=σ水平侧向力＋σ水压力＋σ调整式中，σ初步设定－初步确定的盾构土仓土压力；σ水平侧向力－水平侧向力；σ水压力－地层水压力；σ调整－修正施工土压力。7）、根据经验值和半经验公式进一步对初步设定的土压进行验证比较，无误时应用施工之中；8）、根据地表的沉降监测结果，对施工土压力进行及时调整，得出比较合理的施工土压力值。始发段地层主要为：隧顶上方为圆砾层，洞身为强风化含砾砂岩，隧底下部为弱、中等风化含砾砂岩，局部有微风化岩突起，根据埋深情况不同，确定始发时的土仓压力按圆砾层底进行分析确定计算施工土压力σ1。盾构始发段隧道埋深范围为：16.318m<h<17.698m；此段围岩等级为Ⅵ围岩，规范规定Ⅵ围岩浅埋覆盖厚度30~35m，此段应采用浅埋计算方式，即朗金理论计算法。计算土压力取值为：σa<σ1≤σ0<σp（σa主动土压力，σ1施工土压力，σ0静止土压力，σp被动土压力）。a、静止土压计算σ0静止土压力为处于静止的弹性平衡状态下的原状天然土体的土压力，也就是没有受到盾构施工扰动时的土压力。在深度z处，在竖直面的主应力，即静止土压力为：σ0=k0γz式中：k0—土的静止侧压力系数；γ—土的容重（平均值），kN/m2z—计算点深度，mR—刀盘半径，m静止侧压力系数k0的数值可通过室内的或原位的静止侧压力试验测定，也可通过公式计算确定，相比较试验测定数据较为准备，故计算数据采用试验提供的数据。查阅本区间详勘地质报告岩土物理力学指标设计参议值表知，k0=0.42，γ=19.87σ0=k0γ(z1+R)=0.42×19.87×（16.304+3.14）=162.27kpa=1.623barb、主动土压计算σa盾构推力偏小时，土体处于向下滑动的极限平衡状态。此时，土体内的竖直应力σz相当于大主应力σa1，水平应力σa相当于小主应力σa2。水平应力σa为维持刀盘前方的土体不向下滑移所需的最小土压力，即土体的主动土压力：σa=σztan2（45°-φ/2）-2ctan（45°-φ/2）=19.87×（16.304+3.14）×0.198=0.765bar式中，σz－深度z处的地层自重应力；c－土的粘着力；查表c=0φ－地层内部摩擦角，φ=42°。计算土压力σ1取值范围为静止土压力与主动土压力之间：0.765~1.623bard、水压力计算地下水位高于隧道顶部时，由于地层孔隙、裂隙的存在，形成侧向地下水压。地下水压力的大小与水力梯度、地层渗透系数、管片背后的砂浆凝结时间、渗透系数及渗透时间有关。由于地下水流经土体时受到土体的阻力产生水头损失，因此作用在刀盘上的水压力一般小于该地层处的理论水头压力。掘进过程中，随着刀盘的不断向前推进，土仓内的压力处于原始土压力值附近，考虑水在土中流动时的阻力，掘进时地层中的水压力可以根据地层的渗透系数酌情考虑。盾构因故停机时，由于地层中压力水头差的存在，地下水必然会不断向土仓内流动，直至将地层中压力水头差消除为止。此时土仓的水压力为：σw刀盘前=q×γh式中，q－根据土层渗透系数确定的经验数值，砂土q=0.5～1.0，粘性土q=0.1～0.5，风化岩层q=0～0.5；此处为砂砾层和圆砾层，透水率较大，q取0.7γ－水的容重；h－地下水位距刀盘顶部的高度。σw刀盘前=q×γh=0.7×10×（16.318-2.79）=0.95bar施工中，如果管片顶部的注浆不太密实，地下水可能会沿隧道衬砌外部的空隙形成过水通道。当盾构长时间停机时，必将形成一定的压力水头。此时的地下水压：σw盾尾后=q砂浆×γhW式中，q砂浆－根据砂浆的渗透系数和注浆的饱满程度确定的经验数值，一般取q＝0.5～1.0；γ－水的容重；hW－补强注浆处与刀盘顶部的高差。计算水压力时，盾尾后部的水压力与刀盘前方的水压力按取大值考虑。（根据经验，在掘进过程中，一般按刀盘前方的地层水压力进行计算，在盾构停机过程中，按盾尾后部的水压力进行计算。）σ调整范围为0.10~0.20barσ初步设定=σ水平侧向力＋σ水压力＋σ调整=1.82bar~2.78bar由于理论和实践存在差异，我部将根据施工过程中实际参数并结合监测数据及时进行调整。盾构机总推力计算盾构的总推进力必须大于各种推进阻力的总和，否则盾构无法向前推进。包括盾构外围与土的摩擦力、盾构推进阻力（正面阻力）、由滚刀挤压破岩力、管片与盾尾的密封阻力、后方台车的牵引阻力。盾构始发时，由于盾体未进入土体，在盾壳与始发托架接触面涂抹黄油，故壳体与外周摩擦力暂时不计。随着刀盘切削土体，盾体逐渐进入被土层（岩层）包裹，摩擦力逐步增大。1）盾构外壳与土的摩擦力F1=π×d×L×cd为盾体直径6.25m，L为盾体长度8.2m，c为黏聚力（圆砾平均值为25.2kpa，全风化岩平均值为29.7kpa，强风化岩平均值为34kpa），具体数据详见皇岗口岸站~福邻站地址详勘资料《物理力学指标统计表1、2、3》计算出F1=4830KN（取c为30kpa）2）盾构推进阻力（正面阻力）F2=πD2/4×P1P1为土仓中部土压力182~278KN/m2计算出F2min=5642KN，F2max=8618KN3）由滚刀挤压产生的阻力F3=pr*n始发时每一个滚刀挤压产生的负荷pr按150kN计算，正常掘进时每一个滚刀挤压产生的负荷pr按250kN计算，n-滚刀数量，4把中心滚刀，31把正面滚刀，共35把滚刀。则F3min始发=0kN；F3max始发=150*35=5250kN；F3max=250*35=8750kN4）管片与盾尾的密封阻力MC-管件与钢板刷之间的摩擦阻力，取0.3WS-压在盾尾内部2环管片的自重5）后方台车的牵引阻力始发段推力：Fmin始发=F2min+F4+F5=5642+118.5+300=6060.5KNFmax始发=F1+F2max+F3max始发+F4+F5=4830+8618+5250+118.5+300=19116.5KN所需最大推力Fmax=F1+F2+F3max+F4+F5=4830+8618+8750+118.5+300=22616.5KN安全系数：盾构机设计最大推力为39914KNK=F/Fmax=39914/22616.5=1.76结论：根据分项计算推力的安全系数达到1.76，可以满足掘进的需要；始发阶段确定推力尚应考虑管片及反力架的承受力，故在始发开始的20环左右最大推力不应大于10000KN。本工程反力架采用Q345B材质进行加工，设计的最大负荷为20000KN，盾构初始反力按10000KN计算，安全系数为2，满足施工要求。（3）刀盘转速满足转速和扭矩曲线，且无级可调0~4.4rpm，初步确定为1.3~1.4rpm。（4）刀盘扭矩T正常掘进时，扭矩应低于最大扭矩（额定扭矩6228KNm），当工作扭矩达到最大扭矩时，刀盘将停止转动，如反复启动未果，即可启动专门开关（此时可达脱困扭矩7440KNm），使刀盘重新启动。（5）螺旋器转速螺旋器转速0~22.7rpm，根据维持土仓压力的需要而调整。（6）掘进速度V根据土质、扭矩、推力和土仓压力等综合确定，受土质影响最大。Vmax=80mm/min，一般V=20~40mm/min（初始阶段10~20mm/min进行掘进）。（7）注浆压力P2取静水土压力的1.1~1.2倍，最大不超过3.0~4.0bar，且使浆液不会进入土仓和压坏管片，并保证地面的隆陷值在允许范围内（+10，-30mm）。根据始发段水土压力的计算，初步确定同步注浆压力为2.0～2.5bar，管片二次注浆压力为2.0~4.0bar。（8）注浆量V1V1是在管片与土体之间的空隙体积的基础上，再考虑1.5~2扩大系数确定的。一般每环的理论注浆量V1≈4.06m3，根据其他经验确定，每环注浆量约为6~8m3（具体根据试掘进试验确定）。（9）发泡剂的掺量V2V2值主要根据土质确定，经验公式为：V2=（20~60%）V土V土——掘进土方的体积（实方）V2值将根据实际的出渣情况和有关掘进参数（如扭矩等）不断调整。（10）左右前进千斤顶行程差SS主要根据线路特点和盾构机在水平方向偏离设计轴线的程度来确定的。S的大小确定了盾构机方向改变的急缓程度，S的达到和保持依靠合理使用左边和右边的推进千斤顶。（11）盾构机俯仰角α(pitch)α根据线路特点和盾构机在竖直方向偏离设计轴线的程度来确定的。α的保持靠合理使用上部和下部的推进千斤顶，一般情况下，α值不应超过±4mm/m。（12）盾构机滚转角β(roll)β和刀盘转动方向及扭矩大小有关，可以通过改变刀盘转动方向和使用稳定器来控制，一般情况下，β值不应超过±10mm/m。（13）管片与盾尾的空隙δ1~δ4反映了管片和盾构机的相对位置关系。对确立下一环的管片类型和掘进参数有指导意义，盾尾间隙应控制在75mm左右。（14）铰接千斤顶的使用状态铰接千斤顶有三种使用状态：完全伸长，自由伸缩，伸长一定角度。铰接千斤顶行程不能超过设定值(10mm~150mm)，应控制在40~80mm。7.1.3.1掘进模式选择根据始发段的地质情况，选择土压平衡掘进模式。该模式的核心是保持合理的土仓压力，从而维持开挖面的稳定和控制地面沉降，控制土仓压力的方法主要有两种：（1）在保持推进速度不变的情况下，调节螺旋输送机的转速或闸门开度；(螺旋机转速减小或闸门开度减小均能达到增大土仓压力的效果)（2）在保持螺旋输送机的转速或闸门开度不变的情况下，增大盾构机的推进速度，亦可达到增大土仓压力的目的。上述两种控制方法可根据实际情况灵活选用。7.2盾构机始发施工具体措施盾构机在初始掘进前必须完成盾构机调试、地面设备材料准备、监测点布置等工作，盾构机始发掘进距离初定为90m，计划初始掘进90m安排35天完成。初始90m也是摸索掘进规律、优化掘进参数的试掘进阶段。为此，我们在始发90m的地面布置了较密的观测点，根据不同的掘进参数所对应的地面降沉值，可以总结和优化出相应的盾构掘进参数（土仓压力，推进速度，总推力，排土量，刀盘扭矩，注浆压力和注浆量等），为加快正常掘进打下基础。7.2.1盾构机初始掘进始发开始时，安装负环管片，边安装负环管片，盾构机边向洞圈推进。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。盾构机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。推进时，注意观察反力架和后面支撑是否产生变形，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。当盾构机刀盘到达始发里程后，首先对盾构机的姿态进行复核，以确定盾构机的平面位置、高程和中心轴线的坡度，其误差应分别小于±10mm、±5mm和2‰。7.2.2盾构机接触掌子面进入洞门后，盾构机刀盘快速前移抵拢掌子面，启动刀盘旋转切削土体，建立土压开始掘进。当盾尾进入洞门后，立即进行同步注浆。盾构机始发时，由于预留洞门直径大于盾壳直径，为防止盾构机低头等姿态改变，在预留洞门的下方铺导轨，确保盾构机的姿态稳定。7.2.3调整洞口止水装置由于本端头始发土质为圆砾、强风化、中等和微风化岩，属于典型的上软下硬地层。盾构切削岩层后受力不均，会发生偏转的现象，（软土中为防止磕头现象，将盾构机轴线抬高，比设计隧道轴线高20mm左右）。如发生密封压板损坏及时更换，确保密封完好。7.2.4安装负环管片本工程负环管片为钢筋混泥土管片，其厚度为300mm，内径为5400mm，外径为6000mm，负环管片采用错缝拼装方式，共拼装7环负环管片。在拼装第一环负环管片前，在盾尾管片拼装区下部180°范围内纵向临时焊接6根长1.7m、40mm直径的钢管做垫块，保证盾尾内侧与管片间的合理间隙，见图7-2。在盾构机内拼装好整环后利用盾构机推进千斤顶将管片缓慢推出盾尾（管片最外侧不超过盾尾刷位置，距盾尾外缘855mm，负环管片外推约1355mm与基准环密贴），由于始发支座轨道与管片外侧有125mm的空隙，为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，在始发台导轨上点焊圆钢，或架设管片托架，以填充始发支座轨道与管片外侧的空隙，将负环混凝土管片托起。为了保证负环管片能与反力架钢负环完全接触并不发生错位，在负环的5点位和7点位外侧焊接两块铁板，同时用木楔子填设三角架与负环管片的间隙，用以防止管片的的下沉。同时可以防止因管片下沉造成的管片螺栓孔与钢环的螺栓孔的错位。精度可以控制在±10mm之内。第二环负环以后管片将按照正常的安装方式进行安装。随着负环管片的拼装,负环管片将很快靠在反力架上，负环进一步拼装，盾构机快速地通过洞门进行始发掘进施工。图7-2负环管片定位示意图扇形压板调整及螺栓上紧固定后，即可送浆保压，然后进行掘进。始发时的掘进速度应比较缓慢，不会对土压平衡产生较大的波动。另外，橡胶止水帘布内层与盾构机壳体之间的封闭，也需要在掘进中产生的小颗粒物填充压实空间，使密封更为牢固。根据始发井长度和管片及反力架长度确定负环管片为7环，进行-6～0环的管片拼装。详细尺寸位置关系见附件2。7.2.5盾尾通过洞门密封后进行回填注浆在始发掘进过程中，当盾尾完全进入洞门后，橡胶止水帘布、压板和管片外壁接触时，间隙落差瞬时扩大至140mm（管片外径为6000mm，盾构机成洞外径为6280mm），此时应立即将压板与洞口钢环焊接固定，待盾尾进入洞门后开始回填注浆，以避免洞门间隙处产生水土流失。7.2.6盾构掘进及永久管片安装至此，盾构始发基本完成，可进行盾构掘进及永久管片安装。7.2.7试掘进速度控制为控制推进轴线、保护刀盘，推进速度不宜过快，使盾构机缓慢稳步前进，推进速度控制在10~20mm/min。（2）盾构机启动时，盾构机操作手必需检查千斤顶是否靠足，开始推进和结束推进之前速度不宜过快。每环掘进开始时，应逐步提高掘进速度，防止启动速度过大。（3）一环掘进过程中，掘进速度值应尽量保持衡定，减少波动，以保证土压稳定。（4）推进速度的快慢必须满足每环掘进注浆量的要求，保证同步注浆系统始终处于良好工作状态。（5）在调整掘进速度的过程中，应保持开挖面稳定。7.2.8垂直方向和水平方向运输盾构始发段水平方向运输先采用电瓶车牵引一节渣车车板，车板上放置3个自制小渣斗，分别为3m3渣斗2个，6m3渣斗1个。待掘进尺寸增加，逐渐增加渣土车。始发段垂直运输采用80t汽车吊站在车站第三道栈桥与围挡中间位置，进行垂直方向渣土及材料运输。待车站主体完成，在车站轨排井、盾构井上方沿车站平行方向各设一台MG45t/16t-23.2m龙门吊，满足材料下井和渣土外运等盾构施工中的垂直运输，盾构始发阶段采用单线制运输，由于区间距离长，隧道内运输线路采用双线制，轨距为900mm，45t电瓶车牵引，钢轨规格为P43，6.0m/根。盾构机后配套设备走行于外侧两根钢轨上（后配套通过后即可拆除，倒运至前方循环使用），运输车辆走行于中间两根钢轨上。轨枕间距1.2m/根。两根内轨轨距为900mm，用以运行运输车辆；两根外轨轨距2080mm（钢轨中心距），用以运行盾构机后配套台车。详细如下图10所示。图7-3轨道运输图（车站）图7-4轨道运输图（隧道）掘进过程中，轨道延伸方式如下：本盾构区间隧道用轨枕为150H钢加工而成，具有重量轻，稳定性好，便于搬运等特点，所以轨枕的铺设直接由人工搬运到位，运输车钢轨由管片小车运送到盾构机桥架台车下，再用双轨梁吊运至前方与轨枕相连，盾构机后配套台车行走钢轨由第4#台车后面的小型起吊装置吊到管片车上，运送到桥架台车台车下，再用双轨梁吊运至前方与轨枕相连。7.2.9盾构机试掘进注意事项盾构机始发前要根据地层情况，制定掘进参数。开始掘进后通过监测反馈及时调整，同时还应注意以下事项：（1）始发前检查地层加固的质量，确保加固土体强度和渗透性满足要求。（2）始发前应在基座轨道上涂抹润滑油，减少盾构机推进阻力。（3）始发前应在刀头和密封装置上涂抹油脂，避免刀盘上刀头损坏洞门密封装置。（4）始发托架导轨必须顺直，严格控制其标高、间距及中心轴线。（5）及时封堵洞门，以防洞口漏浆。（6）严格控制盾构机姿态，防止旋转、低头或抬头。（7）严格控制盾构机操作，适当调节推进油缸的压力，防止掘进方向偏离设计轴线。（8）土仓压力应与地面沉降观测结果相对照，尽快确定合适的土仓的压力，保持土压平衡掘进。（9）每隔10米布置一个沉降监测断面，同时适当布置仪器，测量地层位移和水压，测量结果及时反馈分析，摸清沉降变化规律，以此优化施工参数，指导施工。（10）加强管线尤其是液压管线、高压电缆的保护，避免垂直运输和水平拖拉将管线损坏。（11）注浆管要及时清洗，避免堵管。7.2.10试掘进段管理在试掘进段施工时，施工人员必须熟练的掌握盾构机掘进的各项技术与参数，与地面、洞内检测交流互动形成制度，实现信息化施工。在施工过程中，应注意研究掘进参数的设定方法和原理，研究地面变形与施工参数之间的关系，并对掘进时各种技术数据进行采集、统计和分析，争取在90m内熟练掌握盾构机的操作方法，确定盾构机在各种土层中掘进施工的参数设定范围，形成一套相对完善的盾构施工方法。此阶段重点工作如下：（1）用最短的时间熟悉并掌握盾构机的操作方法，熟悉机械性能，培训合格的设备操作人员。（2）结合盾构施工了解隧道土层的地质条件，掌握这种地层条件下土压平衡盾构机的施工方法。（3）通过本段施工加强对地面变形情况的监测分析，掌握盾构机掘进参数及同步注浆参数。（4）当掘进10~20环时，利用管片注浆孔和洞口预留注浆孔对洞口进行二次注浆，一方面防止洞口漏水，另一方面为将来井接头的制作创造条件。（5）90m掘进完成后，熟练掌握盾构机掘进技术，成型隧道满足铺双轨条件后，同时确保管片摩擦力已足以提供盾构机反力，拆除反力架和负环管片，实现正常掘进。7.2.11始发掘进技术要点盾构始发时，主要技术要点有：（1）技术交底、岗位培训。在盾构施工前，对参加施工的全体人员分阶段进行详细的技术交底，按工作进行岗位培训，考核合格后方可上岗操作。（2）在进行盾构机基座、后盾支撑、钢环及首环负环管片的定位时，要严格控制盾构机基座、后盾支撑、钢环及首环负环管片的安装精度，确保盾构始发姿态与隧道设计线形符合。（3）第一负环管片定位时，管片的后端面应尽量与线路中线垂直。负环管片轴线应与线路的切线重合。（4）始发前基座定位时，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。（5）盾构机在始发托架上向前推进时，通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发托架向前推进。（6）始发初始掘进时，盾构机处在始发托架上，因此需在始发托架及盾构机上焊接相对的防扭转支座，为盾构机始发掘进提供反扭矩。（7）在始发阶段，由于设备处于磨合阶段，要注意推力、扭矩的控制，同时也要注意各部位油脂的有效作用。掘进总推力应控制在后盾支撑承受能力以下，同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于盾构机基座提供的反扭矩。综述：始发时，优先选用下部千斤顶，推力增加要遵守循序渐进原则。负环管片脱出盾构机后，周围无约束，在推力作用下易变形，为此在管片两侧用型钢加固，并用钢丝绳将管片和始发架箍紧；当盾构机外壳脱离洞门密封圈后，及时进行同步注浆；盾构穿过洞口土体加固段时，土层由硬至软，要加强盾构机机的方向控制，并根据地层情况和地面建筑物的情况，综合确定始发试掘进的参数。始发阶段宜采用小推力、低速度、微调向、低压力的掘进模式。始发试掘进过程中加强监测，及时分析、反馈监测数据，动态调整盾构掘进参数，并为后续正常快速施工提供依据。7.3盾构始发的重难点及处理7.3.1洞门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，所以，密封作用的好坏直接关系到水土流失的多少。进而影响端头井地面的沉降。洞门密封的关键是，除了做好洞门橡胶板、扇形压板的安装外，还要注意，在盾尾通过洞门密封后，立即将压板与洞口钢环焊接固定，并进行回填注浆，为保证注浆的有效性及确保管片不因外来压力而产生变形和损坏，必须严格控制注浆压力，根据动态计算及经验值，液浆的出口压力应控制在切口水压1.5～4.0bar范围之内。7.3.2盾构机的“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及快速通过的方法尽量避免“叩头”或减少“叩头”的影响。7.3.3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可能，多则可达到10cm。可以采用盾构机自带的整圆器进行整圆，在必要的情况下，可采用错逢拼接以保证管片拼至隧道内时管片自身的椭圆度控制在误差以内。7.3.4地面沉降较大由于始发施工的特殊性，始发阶段地面沉降值均较大，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。8盾构机正常掘进8.1土压平衡模式的实现土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土体充满土仓，由盾构机的推进、挤压而建立起压力，利用这种泥土压与作业面地层的土压与水压平衡。同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持开挖面土体的稳定。（1）土压平衡模式下土仓压力的控制方法土仓压力控制采取以下两种操作模式：1）通过螺旋输送机来控制排土量的模式：即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时盾构推进速度人工事先给定。2）通过推进速度来控制进土量的模式：即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时螺旋输送机的转速人工事先给定。掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式，以保证开挖面的稳定。（2）掘进中排土量的控制排土量的控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一。根据对碴土的观察和监测的数据，要及时调整掘进参数，不能出现出碴量与理论值出入较大的情况，一旦出现，立即分析原因并采取措施。理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的，掘进的速度和P值设定后，盾构机可自动设置理论转速N。QS根据碴土车的体积刻度来确定。QS应与掘进速度决定的理论碴土量Q0相当，即：Q0=A×V×n0A-切削断面面积n0-松散系数V-推进速度通常理论排土率用K=QS/Q0表示。理论上K值应取1或接近1，这时碴土具有低的透水性且处于好的塑流状态。事实上，地层的土质不一定都具有这种性质，这时螺旋输送机的实际出土量与理论出土量不符，当碴土处于干硬状态时，因摩擦力大，碴土在螺旋输送机中输送遇到的阻力也大，同时容易造成固结堵塞现象，实际排土量将小于理论排土量，则必须依靠增大转速来增大实际排土量，以使之接近Q0，这时Q0＜QS，K＞1。当碴土柔软而富有流动性时，在土仓内高压力作用下，碴土自身有一个向外流动的能力，从而碴土的实际排土量大于螺旋输送机转速决定的的理论排土量，这时Q0＞QS，K＜1。此时必须依靠降低螺旋输送机转速来降低实际出土量。当碴土的流动性非常好时，由于螺旋输送机对碴土的摩阻力减少，有时会产生碴土喷涌现象，这时转速很小就能满足出土要求。碴土的出土量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适的支撑压力值，使掘进机的工作处于最佳状态。当通过调节螺旋输送机转速仍达不到理想的出土状态时，可以通过改良碴土的可塑状态来调整。（3）土压平衡模式的技术措施1）进行开挖面稳定设计，控制土压力，采用土压平衡模式掘进，严格控制出土量，确保土仓压力以稳定开挖面来控制地表沉降。2）向土仓和刀盘面注入泥浆和泡沫，形成隔水泥膜，防止水从地层中渗出，提高土仓内碴土的稠度来改善碴土的止水性以及在螺旋输送机上安装保压泵碴装置，以使土仓内的压力稳定平衡。3）选择合理的掘进参数，确保快速通过，将施工对地层的影响减到最小。4）定期使螺旋输送机正反转，保证螺旋输送机内畅通，不发生堵塞。5）适当缩短浆液胶凝时间，保证注浆质量。6）向土仓和刀盘注入泡沫和膨润土改善土体的流动性，防止泥土在土仓内粘结。8.2碴土改良和管理良好的碴土改良方法能使碴土不粘结刀具、刀盘、顺利出仓，取得较快掘进速度，从而减少对软弱土层的扰动，有利于稳定地层、顺利通过。因此，必须制定有效的碴土改良措施，合理的泡沫或膨润土的注入就成为改良效果好坏的关键因素。泡沫的功效主要在于分离或中和粘性土中的阴阳离子，降低其吸附性能，从而起到改善碴土的流动性、润滑刀具等作用。含水量较大的地层，注入膨润土拌制的泥浆，适当提高碴土的粘度及易性，对改善碴土的性能有一定的好处。8.3掘进过程中姿态控制由于隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构推进会产生一定的偏差。当这种偏差超过一定限界时就会使隧道衬砌侵限、盾尾间隙变小使管片局部受力恶化，并造成地应力损失增大而使地表沉降加大，因此盾构施工中必须采取有效技术措施控制掘进方向，及时有效纠正掘进偏差。8.3.1掘进中的方向控制（1）控制方法及基本原则盾构机的测量导向采用德国VMT公司的TUnIs隧道掘进自动导向系统。根据VMT系统的电脑屏幕上显示的数据，盾构机操作手通过合理调整各分区千斤顶的压力及刀盘转向来调整盾构机的姿态，具体操作原则如下：1）如果盾构滚角过大，则通过反转刀盘来减小滚角值。2）如果盾构机水平向右偏，则提高右侧分区的千斤顶压力，反之，则提高左侧分区的千斤顶压力；如果盾构机竖直下偏，则提高下部千斤顶的压力，反之亦然：（2）盾构机竖直方向操作原则1）一般情况下，盾构机的竖向偏差宜控制在±20mm以内，倾角可控制在±5mm/m以内。特殊情况下，倾角亦不宜超过±10mm/m，否则会因盾构机转弯过急引起盾尾间隙过小和管片的错台破裂等问题2）当盾构机下部土体较软或上硬下软时，为防止盾构机头下垂，适当保持上仰姿态。3）当开挖面上软下硬时，为防止机头偏上，盾构机则适当保持下俯姿态。4）操作盾构机时，注意上部千斤顶和下部千斤顶的行程差，两者不能相差过大，一般控制在±20mm内，特殊情况下也不能超过60mm。（3）盾构机水平方向的控制原则1）在直线段，盾构机的水平轴线偏差控制在±20mm以内，水平偏角控制在±3mm/m以内，否则会因盾构机急转引起盾尾间隙过小和管片错台破裂等问题；2）在缓和曲线段及圆曲线段，盾构机的水平偏差应控制在±30mm以内，水平偏角应控制在±5mm/m内，曲线半径越小控制难度越大；3）当开挖面内的地层左右软硬相差很大而且又是处在曲线段时，盾构机的方向控制将比较困难，此时可降低掘进速度，合理调节各分区的千斤顶压力，必要时可将水平偏角放宽到±10mm/m，以加大盾构机的调向力度。（通过该段后立即恢复水平偏角到5mm/m以内）。（4）盾体脱离始发架前的方向控制在盾体脱离始发架前，盾构机的方向受始发架的限制，沿始发架的方向直线掘进，主要需注意盾体的旋转及保证各组推力油缸的推力平衡。8.3.2盾构掘进姿态调整与纠偏在实际施工中，由于盾构机司机操作失误等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值；在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或急弯段掘进过程中，有可能产生较大的偏差，一般盾构机如果偏离设计轴线20mm，进行对盾构机采取合理纠偏。1）参照上述方法分区操作推进油缸来调整盾构机姿态，纠正偏差，将盾构机的方向控制调整到符合要求的范围内。2）当滚动超限时，就及时采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。3）一般纠偏逐步进行，不能一次到位。每环的纠偏量在水平方向上不超过6mm，在竖直方向上不超过5mm。同时安装管片时，所选取的管片类型考虑在安装完毕以后的管片平面尽量与盾构机的轴线垂直。也就是管片安装完毕之后，保持盾构机各组油缸的初始行程基本一致。（3）方向控制及纠偏注意事项1）在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快，切换速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏。2）根据掌子面地层情况应及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值。达到警戒值时及时实行纠偏程序。3）蛇行修正及纠偏时缓慢进行，如修正过程过急，蛇行反而更加明显。在直线推进的情况下，应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。4）推进油缸油压的调整不宜过快、过大，否则可能造成管片局部破损甚至开裂。5）确保拼装质量与精度，以使管片端面尽可能与计划的掘进方向垂直。8.4管片拼装管片安装的好坏直接关系到隧道的外观和防水效果。一般情况下，管片安装采取自下而上的原则，具体安装顺序由封顶块的位置确定。管片采用C50钢筋混凝土，抗渗等级P10，宽度为1500mm，厚度为300mm，内径为5400mm，外径为6000mm。区间采用通用环管片，最大的楔形量为38mm。每环管片由六块组成，分别为三块标准块、两块邻接块和一块封顶块。管片采用错缝拼装方式，衬砌纵缝、环缝采用8.8级M24、M27（加强段B型）弯螺栓连接，其中每环纵缝为12根环向螺栓，每环环缝用10根螺栓。管片选材、下井及运输盾尾清理管片选材、下井及运输盾尾清理管片吊装至拼装区管片就位管片螺栓连接管片环脱离盾尾后二次紧固盾构掘进掘进一环距离推进缸顶紧就位管片缩回安装位置油缸管片止水条及衬垫粘贴图8-1管片安装工艺流程图（2）管片安装方法管片由管片车运到隧道内后，由专人对管片型号、龄期、外观质量和止水条粘结情况等项目进行最后一次检查，检查合格后才可卸下。管片经管片吊车按安装顺序放到管片输送机上，掘进结束后，再由管片输送机送到管片拼装机工作范围内等待安装。1）管片选型以满足隧道线型为前提，重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一掘进循环限值，确保有足够的盾尾间隙，以防盾尾直接接触管片。2）管片安装必须从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。安装第一块管片时，用水平尺与上一环管片精确找平。3）安装邻接块时，为保证封顶块的安装净空，安装第六块管片时一定要测量两邻接块前后两端的距离（且误差小于+10mm），并保持两相邻块的内表面处在同一圆弧面上。4）封顶块安装前，对止水条进行润滑处理，安装时先径向插入2/3，调整位置后缓慢纵向顶推。5）管片块安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力大于稳定管片所需力，达到规定要求，然后方可移开管片拼装机。6）管片安装完后，在管片脱离盾尾后要对管片连接螺栓进行二次紧固。（3）管片拼装质量控制1）成环环面控制：环面不平整度小于2mm。相邻环高差控制在5mm以内。2）安装成环后，在纵向螺栓拧紧前，进行衬砌环椭圆度测量。当椭圆度测量大于30mm时，及时做调整。管片拼装允许误差见表8-1。管片拼装允许偏差表表8-1序号项目允许偏差（mm）检验频率检验方法1衬砌环直径椭圆度±304点/环尺量计算2隧道圆环平面位置±501点/环经纬仪测中线3隧道圆环高程±501点/环经纬仪测高程4相邻管片的径向错台54点/环尺量5相邻管片环面错台61点/环尺量成型隧道允许偏差表表8-2序号项目允许偏差（mm）检验频率检验方法1衬砌环直径椭圆度±304点/环尺量计算2隧道圆环平面位置±1001点/环经纬仪测中线3隧道圆环高程±1001点/环经纬仪测高程4相邻管片的径向错台104点/环尺量5相邻管片环面错台151点/环尺量3）止水条及衬垫粘贴前，应将管片进行彻底清洁，以确保其粘贴稳定牢固。施工现场管片堆放区应有防雨设施。4）管片安装前应对管片安装区进行清理，清除如污泥、污水，保证安装区及管片相接面的清洁。5）严禁非管片安装位置的推进油缸与管片安装位置的推进油缸同时收缩。6）管片安装时必须运用管片拼装机的微调装置将待装管片与已安装相临管片内弧面平顺相接，以减小错台。调整时动作要平稳，避免管片碰撞破损。8.5同步注浆当管片脱离盾尾后，在土体与管片之间会形成环形间隙。同步注浆的目的是为了尽快填充环形间隙使管片尽早与地层共同作用，防止地面变形过大而危及周围环境安全，同时作为管片外防水和结构加强层。8.5.1注浆材料及配比设计（1）注浆材料采用水泥砂浆作为同步注浆材料，该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点。水泥采用42.5硅酸盐水泥。（2）浆液配比及主要物理力学指标根据盾构施工经验，同步注浆拟采用表8-3所示的配比。在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验优化确定。同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标：同步注浆材料配比和性能指标表表8-3水泥（kg）粉煤灰（kg）膨润土（kg）砂（kg）水（kg）外加剂80～140380～24050～30710～930460～470按需要根据试验加入1）胶凝时间：一般为3～10h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于强透水地层和需要注浆提供较高的早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间。2）固结体强度：一天不小于0.2MPa，28天不小于2.5MPa。3）浆液结石率：>95%，即固结收缩率<5%。4）浆液稠度：8～12cm。5）浆液稳定性：倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。8.5.2同步注浆主要技术参数（1）注浆压力注浆压力略大于该地层位置的静止水土压力，同时避免浆液进入盾构机的土仓中。最初的注浆压力是根据理论静止水土压力确定的，在实际掘进中将不断优化。如果注浆压力过大，会导致地面隆起和管片变形，还易漏浆。如果注浆压力过小，则浆液填充速度赶不上空隙形成速度，又会引起地面沉陷。一般而言，注浆压力取1.1～1.2倍的静止水土压力，最大不超过3.0～4.0bar。由于从盾尾圆周上多点同时注浆，考虑到水土压力的差别和防止管片大幅度下沉和浮起的需要，各点的注浆压力将不尽相同，并保持合适的压差，以达到最佳效果。在最初的压力设定时，下部每孔的压力比上部每孔的压力略大0.5～1.0bar。（2）注浆量根据刀盘开挖直径和管片外径，可以按下式计算出一环管片的注浆量。V=π/4×K×L×（D12-D22）式中：V——一环注浆量（m3）L——环宽（m）D1——开挖直径（m）D2——管片外径（m）K——扩大系数取一般1.3～1.8，裂隙较发育或地下水量大的岩层取1.5~2.5，本区间取1.5~2代入相关数据，可得：V=π/4×（1.5～2）×1.5×（6.282-62）=6.1～8.0m3/环（3）注浆时间和掘进速度在不同的地层中根据不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短。做到“掘进、注浆同步，不掘进、不注浆”，通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。注浆量和注浆压力达到设定值后才停止注浆，否则仍需补浆。同步注浆速度与掘进速度匹配，按盾构完成一环掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。（4）注浆结束标准及注浆效果检查采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值，注浆量达到设计值时，达到质量要求。注浆效果检查主要采用分析法，即根据压力～注浆量-时间曲线，结合管片、地表及周围建筑物量测结果进行综合评价。对拱顶部分采用超声波探测法通过频谱分析进行检查，对未满足要求的部位，进行补充注浆。8.5.3同步注浆方法、工艺壁后注浆装置由注浆泵、清洗泵、储浆罐、管路、阀件等组成，安装在第一节台车上。当盾构掘进时，注浆泵将储浆罐中的浆液泵出，通过四条独立的输浆管道，通到盾尾壳体内的4根同步注浆管，对管片外表面的环行空隙中进行同步注浆，在每条输浆管道上都有一个压力传感器，在每个注浆点都有监控设备监视每环的注浆量和注浆压力；而且每条注浆管道上设有两个调整阀，当压力达到最大时，其中一个阀就会使注浆泵关闭，而当压力达到最小时，另外一个阀就会使注浆泵打开，继续注浆。盾尾密封采用三道钢丝刷加注盾尾油脂密封，确保周边地基的土砂和地下注浆量和注浆压力的大小可以实现自动控制和手动控制，手动控制可对每一条管道进行单个控制，而自动控制可实现对所有管道的同时控制。注浆工艺流程及管理程序见图8-2。注浆系统准备注浆系统准备数据采集与管理计划图表浆液配置注浆参数设计数据采集与管理计划图表浆液配置注浆参数设计不合格不合格检测试验控制方式设定检测试验控制方式设定浆液运输注浆浆液运输注浆调整控制方式及参数注浆工况分析调整控制方式及参数注浆工况分析继续注浆继续注浆清洗设备及管路注浆完毕清洗设备及