盾构始发掘进施工控制方案

盾构始发掘进施工控制方案盾构掘进施工控制是工程能否顺利实施的关键，是保障盾构顺利通过掘进的关键，也是规避滞后沉降风险的基本手段。

盾构机掘进的前120m（80环）作为始发段，通过始发段掘进拟达到以下目的：
（1）用最短的时间对盾构机进行调试、熟悉机械性能。

（2）熟悉本工程的地质条件，掌握各地质条件下该复合式盾构的具体施工方法。

（3）收集、整理、分析及归纳总结各地层的掘进参数，制定正常掘进各地层操作规程，为实现快速、连续、高效的正常掘进提供依据。

（4）熟练管片拼装的操作工序，提高拼装质量，加快施工进度。

（5）通过本段施工，加强对地面变形情况的监测分析，反映盾构机始发时以及试推进时对周围环境的影响，掌握盾构推进参数及同步注浆量。

1始发掘进技术要点
1、盾构托架安装前应检查洞门土体加固效果、应精确实测洞门轮廓，如果其偏差值超过设计要求，应采取措施处理妥当后方可进行下步工作。

2、要严格控制始发基座、反力架和负环的安装定位精度，确保盾构始发姿态与设计线路基本重合。

3、第六环负环管片定位时，管片的后端面应与线路中线垂直。

负环管片轴线与线路的轴线基本重合，但只可偏上，误差控制在20mm以内。

负环管片采用错缝拼装方式。

4、盾构机轴线与隧道设计轴线保持平行，盾构中线比设计轴线适当抬高2~3cm。

5、始发前采取人工测量对自动测量导向系统进行多次复核，确保该系统工作正常、数据可靠；始发时，每环也必须进行人工测量复核，直至盾构自动测量导向系统确实进入到正常工作状态为止。

6、盾构在基座上向前推进时，各组推进油缸保持同步。

7、初始掘进时，盾构机处于基座上，盾体与基座的摩擦力不足以为提供足够的扭矩。

因此，盾体上焊接防扭转块，为盾构机初始掘进提供反扭矩。

8、始发阶段，设备处于磨合期和校核期，必须设置各施工参数的警戒值，确保不出现较大偏差，导致不良后果，一旦施工参数接近或达到警戒值或系统显示的相关施工参数不一致，必须查明原因后方可继续推进。

须设置警戒值的施工参数包括：最大推力、最大扭矩（包括刀盘和螺旋输送机）、推进千斤顶最大压力差、推进千斤顶最大行程差、盾尾间隙最大值最小值、土舱压力最大值最小值、最大注浆压力、最小注浆量、最大排碴量、最大推进速度、最大滚动角、最大俯仰角等。

9、要注意推力、扭矩的控制，同时也要注意各部位油脂的有效使用。

掘进总推力应控制在反力架承受能力以下，防止反力架变形。

同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于基座提供的反扭矩。

10、盾构进入洞门前把盾壳上的焊接棱角打平，防止割坏洞门防水帘布。

2盾构始发掘进
1、参数设置
由于在始发阶段受到始发平台、反力架的限制，推力不宜过大，另外为保持洞门周边地层的稳定，盾构扭矩、刀盘转速都不宜过大。

（1）前15米试掘进
隧道前15m掘进做为盾构进入土体的试验掘进段。

1）参数设置
由于在始发阶段受到始发平台、反力架的限制，推力不宜过大，另外为保持洞门周边地层的稳定，盾构扭矩、刀盘转速都不宜过大。

前15米试掘进的掘进参数表
2）试验段试验内容
①对盾构机各部件、管线的工作状态进行调整；
②确定推进速度、推力、扭矩等各种施工参数与设计参数的关系；
③通过地层情况对同步注浆压力、注浆量、浆液的初凝时间及配比进行摸索，掌握其规律；
④了解地层特点与相应的加膨润土、加泡沫等添加剂的关系；
（2）15米~50米试掘进
此段盾体已经全部进入土体，隧道前15~50m掘进做为盾构运行的调试磨合阶段。

1）参数设置
前50米试掘进的掘进参数表
2）试验段试验内容
①对盾构机各部件、管线的工作状态进行调整；
②确定推进速度、推力、扭矩等各种施工参数与设计参数的关系；
③通过地层情况对同步注浆压力、注浆量、浆液的初凝时间及配比进行摸索，掌握其规律；
④了解地层特点与相应的加膨润土、加泡沫等添加剂的关系；
（3）50～100米试掘进
始发完成后，根据前50m试掘进段经验，适当调整掘进参数。

（1）参数设置
50～100米试掘进的掘进参数设置如下表：
50～100米试掘进的掘进参数表
（2）试验段试验内容
①确定水、土压力与各施工参数、地面变化的关系；
②通过监测，研究地面沉降与推进参数的关系；测试地表隆陷、地中位移、管片受力、建筑物位移等，对试验段掘进得到的有关技术资料进行详细分析，以掌握不同地层中各种推进参数和工况条件下的地层位移规律和结构受力状况，以及施工对地面环境的影响，并及时反馈调整施工参数。

2、掘进参数的确定
始发掘进为盾构施工中技术难度最大的环节之一，不可操之过急，要稳扎稳打。

在初始掘进段内，对盾构推进速度、土仓压力、注浆压力作了相应的调整，指标为：
（1）推进速度：推进平均速度40mm/min，峰值不超过60 mm/min；
（2）上土仓压力：0～1.0bar，环宽1.5m的每环出土量控制在56m³为佳，上下偏差最大不超过2m³。

以56m³为标准，每车出土量（14m³）须与相应的推进距离（375mm）及时对比复核。

盾构施工中，对推进所排出的碴土样本进行分析，判断地质情况，根据地质情况，确定出土量。

注意观察上土压与左右土压的差，如果下土压在差异较大，考虑土体的和易性，检查泡沫与泥浆的效果；
盾构推进过程中，每天及时检查对应的地面是否存在异常；当出土量超标时，须加大检查频率，专人监控。

严格保证土仓内满土状态及碴土和易性是出渣管理的重要方面。

（3）千斤顶行程：每环的长度必须足够，可使得管片自由放入，不可以用人工推管片的方法放入壳体，以防止管片被碰坏；
（4）千斤顶压力：注意千斤顶压力，合理选择千斤顶，否则对管片不利；
（5）推力：严格注意推力的变化，观察反力架的变形，如果后背开焊，立即停止推进，并上报；
（6）铰接：该盾构机铰接系统为被动铰接，注意铰接行程的变化，由于始发掘进段在曲线中，当整个机体（约10m）全部进入土体时，开始进行轴线的纠偏，在机座上不进行纠偏；但铰接行程调整可随推进距离的变化而逐渐加大伸缩频率，使铰接系统能及时收缩。

（7）回转角：推进时注意机体的回转角，当超过±17mm/m时，立即调整刀盘的左右转，防止盾构机的扭转较大；
（8）注浆压力：初始掘进时不能使注浆压力太高，否则会使洞门帘布破坏，同时多检查管路，看是否由于堵塞引起的压力偏高；
（9）注浆流量：不宜过大，否则会引起压力过高，对洞口的封闭不利，可采取不间断注入而流量调低的方法；流量可保持在40～80L/min左右，同时多注意每环掘进距离与注浆累计量的关系，避免注浆过多而引起漏浆、压力高等问题；
（10）注浆累计：
每环同步注浆量计算如下：Q=K×п×（D2-d2）×L/4
注：K-注浆率（1.5～2）
D-盾构机的切削外径
d-管片外径
则Q=4.0×（1.5～2）=6m3～8m3
在泥岩地层中推进,考虑到盾构扰动范围，K取1.5。

为保证洞口处的密闭性（初始掘进洞口土体损失大），开始+6环可以不限量，注够4000升时看压力是否上涨；如果压力一点没有上涨，可以再注；如果压力上涨明显，可以停止注浆，待推进时再注浆；但在拼装时必须停止同步注浆；
（11）洞门封堵：在盾构机推进到第5环时，及时对洞门进行封堵。

封堵时，采用水泥：水玻璃按1:1配置，确保洞门完全封堵，不漏水。

（12）浆液配比：由于材料的变化可能引起效果的变化，所以在日常的操作中必须进行实际的配比检查，可以根据实际情况再汇报完项目部后进行小的变动。

正常推进时的浆液配比为——水泥(Kg)：粉煤灰(Kg)：膨润土(Kg)：细砂(Kg)：水(Kg) =185：385：40：550：440，正常推进管片上浮时的浆液配比为——水泥(Kg)：粉煤灰(Kg)：膨润土(Kg)：细砂(Kg)：水(Kg) ：增稠剂cic（Kg）=130：250：100：570：460：2，初始掘进时把水泥相对应的调高20～40Kg；
（13）注浆泵：同步注浆完时必须冲洗，在交接班时必须保证管路的清洁；
（14）补注浆：根据地面监测的情况及同步注浆的效果决定补注浆的量，同时在补注浆时观察盾壳内的漏浆的情况及补注浆的压力决定补注浆的累计数量；
（15）二次注浆：在盾构机通过后，为防止管片渗水、上浮，及时对管片进行二次注浆。

注浆时，严格控制二次注浆的压力不要超过0.6bar。

（16）泡沫累计：每环的量在2500～5000升左右；
（17）加泥加泡沫效果检查：可以看最后入电瓶车土斗泥的形状，最好就是渣土能成尖，不能使出的渣土像流体一样，开始时必须每环检查，把信息反馈给司机；
（18）螺旋输送机力矩：注意力矩的变化，防止大的卵石卡住螺旋输送机；
（19）排土门开度：开到40～70％可满足推进，泥岩地层中掘进应注意开度；
（20）刀盘旋转速度：磨桩阶段转速调低，通过维护桩后慢慢提高转速。

（21）刀盘力矩：通过控制尽量降低力矩；
（22）盾构机姿势：保持在±30mm之内；尽量避免产生大纠偏，在纠偏时不能太狠。

（23）控制出土量：Q=п×D2×L/4
注：D-盾构机的切削外径，
L-管片长度
理论出土量是46m3，考虑到实际因素，本次施工出土量控制在60m3。

推进过程严格控制出土量，防止超排。

（24）地面跟踪注浆：时刻关注测量数值变化，当地面发生沉降较大或者渣土超排过多时，及时对地面进行探孔，发现空洞时，及时进行地面跟踪注浆。

地面跟踪注浆量根据注浆压力和渣土超排量进行调整。

（25）防水施工措施：为防止管片漏水，管片在拼装之前必须粘贴防水条；管片拼装时保证防水条不破损，如有破损，及时修补、更换；拼装完后，发现管片漏水，及时进行二次补浆。

3掘进参数设定和优化
根据地面沉降监测、管片姿态测量、出渣量、渣土改良效果、渣温、渣样等进行分析，及时进行调整相关参数，得到适合的掘进参数。

（1）盾构施工工序
图5-1盾构掘进一个循环进尺工艺流程图
（2）参数设定和优化
主要的参数调整优化措施如下：
①采用合适的刀具，主要采用破碎能力强的滚刀，以适应地层及减少切削过程中对地层的扰动。

②土仓压力通过采取设定推进速度与调整排土量、设定排土量与调整推进速度两种方法建立，并应维持切削土量与排土量的平衡，以使土仓内的压力稳定平衡。

③盾构机的推进速度主要通过调整盾构推进力、转速（扭矩）来控制，排土量则主要通过调整螺旋输送机的转速来调节。

在实际推进施工中，应根据地质条件、排出的碴土状态，以及盾构机的各项工作状态参数等动态地调整优化。

④推进时应采取碴土改良措施增加碴土的流动性和止水性，密切观察螺旋输送器的土塞和出土情况以调整添加剂的掺量。

⑤推进速度控制在30～50mm/min，并根据监测结果和排土情况调整。

螺旋机转速与设定土压力、推进速度匹配。

土
压
力
设
定
土
压
力
控
制
掘
进
速
度
控
制
图5-2推进参数优化流程图
4始发掘进时注意事项
1、盾构密封刷已涂满密封油脂。

2、盾构始发缓慢推进。

始发阶段由于设备处于磨合阶段，注意推力、扭距的控制，同时注意各部分油脂的有效使用。

掘进总推力控制在反力架承受能力以下并小于1000t，同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发台提供的扭矩。

3、始发前在刀头和密封装置上涂抹油脂，避免刀盘上刀头损害洞门密封装置。

始发前在基座上涂抹油脂，减少盾构推进阻力。

4、始发基座导轨必须顺直，严格控制标高，间距及中心轴线，基准环的端面与线路中线垂直。

盾构机安装后始发前对盾构机的姿态复测，复测无误后才开始掘进。

5、防止盾构旋转、上抬。

盾构始发时，正面加固土体强度较高，由于盾构
与地层间无摩擦力，盾构易旋转，加强盾构姿态控制，如发现盾构有较大转角，可采用大刀盘正反转的措施进行调整。

盾构刚始发掘进时，掘进速度宜缓慢，刀盘切削土体可加水降低盾构正面压力，防止盾构上抬，同时加强对反力架的观测，防止反力架变形。

6、在始发阶段，由于盾构机推力小、地层较软，调整盾构机姿态，使用下侧的千斤顶加朝上的力矩的同时一边向前推进，防止盾构机低头。

7、盾构机始发在反力架和洞内正式管片之间安装8环负环管片在内、外侧采取钢丝拉结、钢管支撑和方木等加固措施，保证在传递推力过程中管片不会浮动变位。

8、始发掘进段盾构正面中心土压初始设立根据计算确定，并根据跟踪测量数据及时调整设定压力，随时做好二次压浆的准备。

9、确定土压平衡状态下密封仓内的土压力，且密封仓被充满后，开启螺旋输送机出土，控制排土速度来保证密封仓内的土压力和开挖面土压力相平衡。

10、最初的管片安装须保持良好的真圆度，以保证盾构始发位置的准确。

管片安装必须做到以下几点：
（1）按顺序及操作规范施工；
（2）装管片后及时进行回填注浆；
（3）加强管片真圆度的测量。

5管片拼装
负环管片拼装时采用通缝拼装，正环管片采用错缝拼装。

拼装时注意以下事项，控制管片拼装质量：
（1）防水材料粘贴。

由管片供应组人员进行衬垫、止水条粘贴。

（2）管片进场。

管片除进行出场质量控制外，还需通知监理进行进场管片质量验收，管片应无缺棱、掉角，无顶推贯穿裂缝和大于2mm宽的裂缝及混凝土剥落现象。

进场验收合格的管片统一存放在管片场等待粘贴止水条和缓冲垫，管片存放采用自制管片支墩，防止管片与地面磕碰，如下图所示。

图5-3管片存放区
（3）运输。

以垂直和水平运输系统进行管片运输，运输中注意对管片的保护，慢起慢落，管片车上垫木方。

（4）安装区清理。

清理管片安装区内的水及碴土等。

管片安装前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）收油缸。

根据管片安装需要，分区收回油缸，减少同时收回油缸的数量，防止受力不均挤坏已拼装完成的管片
（6）管片安装。

安装区域的油缸全部收到位后，可进行管片就位、安装。

管片安装顺序为先拼标准块，然后拼装邻接块，最后安装封顶块，管片安装时由下至上左右对称进行，具体拼装顺序取决于拼装点位。

（7）顶伸油缸。

管片就位后，将油缸以低油压顶推支撑在管片上。

（8）严格控制管片选型，防止盾尾拖出时将管片挤裂或者错台。

（9）严格控制管片质量，如发现管片破损，及时修补或者更换，止水条脱落及时进行粘贴、如有破损，及时更换。

（10）管片安装时必须运用管片安装的微调装置将待装的管片与已安装管片块的内弧面纵面调整到平顺相接以减小错合。

调整时动作要平稳，避免管片碰撞破损。

（11）及时将管片拧紧并且复紧，防止管片错台。

在拼装完成后，将螺栓拧紧。

在下一环推进过程中，及时将前2环进行3次复紧，防止管片错台。

（复紧时，先进行F块复紧，然后先纵向螺栓后横向螺栓依次按刀盘转向方向复紧。

）（12）严格执行管片安装内控质量标准：
6突发事件的预防和处理措施
6.1盾构推力较预计增大
（1）检查盾构机推力系统是否正常，特别是推进千斤顶是否内泄漏；
（2）熟悉盾构施工图纸，特别地质方面的图纸，做好超前地质预测工作；
（3）设定合理的平衡土压，加强施工动态管理、及时调整控制土压平衡压力值；过高土压会导致推力过大，盾构能耗过高，推进效率过低；但过低土压会导致开挖面失稳；
（4）根据土层变化适当添加泡沫，促使舱内土体进出流畅；
（5）摸清楚情况后也可适当增加盾构总推力。

6.2盾构位置偏离过大
（1）加密导线的人工测量，同时与测量系统的校验和核对，修正偏差；
（2）及时移动测量系统的基站，特别在曲线段施工时；
（3）合理设定平衡压力，使盾构的出土量与理论值接近，减少超挖或欠挖现象，控制好盾构姿态；
（4）加强管片选型配合盾构逐渐纠偏，必要时调整千斤顶编组油压，同时避免纠偏过急；
（5）加强拼装前盾尾清理，防止杂质夹在管片间，影响隧道轴线；
（6）保证浆液搅拌质量，保质保量做好注浆和改进注入方法。

（7）必要时对开挖面作局部超挖，使盾构沿被超挖一侧推进；
6.3盾构自转角过大
（1）根据测量系统显示的转角，调整刀盘转动方向；
（2）在掘进过程中，刀盘转向是依据测量系统窗口中的滚动角来确定；若滚动角为正值时，则刀盘转向为“右”。

若滚动角为负值时，则刀盘转向为“左”。

滚动角的限值为±30。

但为了安全起见，其滚动角最好在－10与+10之间；
（3）控制拼装时千斤顶收缩数量，拼装哪一块收缩哪一块，做到逐块收缩、伸出、顶紧再收缩下一块管片的千斤顶；如此循环往复；
（4）必要时可改变管片拼装顺序或使用习惯。

6.4管片止水带破损或破坏
（1）加强施工过程的半成品、成品保护意识，避免在运输、吊运和拼装过程中造成的缺棱掉角等破损、破坏；
（2）现场准备腻子止水带，必要时对破损或破坏的部位进行修复加强；
（3）拼装前如有破损或破坏，能修复的就地修复。

否则运出更换；
（4）如拼装以后发现漏水，待该环出盾尾后进行有针对性的注浆。

6.5运输故障
（1）加强设备维护保养，实施定期检查；
（2）加强施工人员培训，做到按相关规程操作；
（3）加强备件、备品管理，做到主动修理；
（4）加强电瓶车的充电管理和及时更换电池，避免中途抛锚。

6.6注浆故障
（1）加强作业人员培训，做到按相关规程操作；
（2）加强设备维护保养，定期清疏；
（3）根据不同地层，调整浆液配合比和注浆参数；
（4）当盾构停滞时间较长时，可在浆液中加入适量缓凝剂；
（5）保证浆液搅拌质量，合理调度并使浆液从搅拌到注入时间最短。

6.7盾构前方坍塌
根据盾构参数，如短时间内土压升高较多或出土过多均会导致坍塌。

（1）设定相对合适的土压力；在掘进完成后，一般对土仓内的土搅拌3~5分钟，使其土压保持稳定，形成一层保护膜；
（2）严格控制出土量，按推进行程落实到每个土斗；
（3）合理使用泡沫；
（4）除非特别需要，尽可能避免使用超挖刀。

6.8地下障碍物
（1）熟悉盾构施工图纸，特别地质方面的图纸，做好超前地质预测工作；
（2）如障碍物已进入土舱，在刀盘转动时局部土压传感器压力异常甚至发生卡刀盘现象；在摸清楚情况后可尝试反转刀盘，边转边看参数的变化和机器的响声，必要时可适当加些泡沫；
（3）必要时伸缩螺旋输送机的螺杆并正反转；
（4）通过螺旋输送机的维修口清除部分障碍；
（5）在刀盘面板外面的障碍物会对盾构方向、推力等产生负面影响，如推力较预期大得多且方向较难控制，可能开挖面有较大障碍。

此时有必要停止推进，采取一定的措施后开舱检查，必要时采取压气施工，保证入舱施工人员安全。

当然如果条件允许，也可考虑从地面开挖排除。

7始发试掘进总结
在始发试掘进结束之后，对该段发生的情况、掘进参数以及管片拼装质量等各方面进行分析总结，并且及时调整，以便接下来的施工能够安全顺利实施。

8危险源辨识及控制措施
编号
项目描述
危险源分
级
处理措施
础桩行跟踪注浆。

8.1盾构下穿时代广场群楼桩基
1 基本概况
花桥站～五津站盾构区间，在里程YDK33+180~YDK33+245范围内在时代广场
南侧下穿该建筑附属平台板桩基,侵线桩基已经通过人工挖孔桩破除完成。

隧道下穿时代广场群楼桩基的时候大概为2017年9月。

2 地层特征
盾构下穿时代广场群楼桩基段主要地层有杂填土、松散卵石土、中砂、中密卵石土，隧道洞身主要穿越地层为中密砂卵石土。

3 设计防控措施
（1）盾构右线施工下穿时代广场前，已经将侵入隧道范围内的柱基础破除完成，并采用C15混凝土回填，其中隧道范围内的人工挖孔桩护壁采用玻璃纤维筋；
（2）盾构通过后，对右线洞周2m范围内地层进行二次补偿注浆，加固范围：YDK33+180~YDK33+245。

洞内二次注浆：在盾构通过段里程YDK33+180~YDK33+245的管片上增设注浆孔，根据地质及掘进情况，盾构通过后从洞内对隧道周围2m范围内进行二次注浆，加固土体。

二次注浆采用单液浆，注浆材料采用P.O42.5级普通硅酸盐水泥，注浆压力控制在0.3~0.4MPa之间，稳压时间不小于30分钟。

图4.1.1-3 盾构下穿时代广场群楼桩基洞内注浆剖面图
4 施工防控措施
（1）通过前准备：盾构掘进通过时代广场群楼桩基之前，对盾构机进行检修，确保盾构机的各功能构件完好，垂直、水平运输等后配套设施齐全，加强各
流程间的施工衔接，保证施工连续性和盾构匀速、快速通过，减少开挖过程中对土体的扰动。

（2）掘进控制：
①土仓压力控制：土压力的设定值要与地层实际地质情况、隧道埋深相匹配，以弥补盾尾沉降损失；
②掘进速度控制：砂卵石地层中正常推进时速度控制在40～60mm/min之间。

若速度异常，应及时分析原因，避免盲目掘进导致刀盘及刀具的损坏等意外事故发生；
③姿态控制：掘进中，及时控制盾构掘进方向，及时进行掘进纠偏，调整好掘进状态；
④出土量控制：对渣土进行良好的改良，采用泡沫剂+水混合液方式，并严格控制出渣量。

⑤掘进参数异常或掘进困难时，要及时停机分析原因并采取相应措施，避免盲目施工造成更坏影响；
盾构掘进参数取值
盾构掘进参数须根据实际掘进情况进行调整。

（3）控制同步注浆：同步注浆采用水泥、砂子、膨润土、粉煤灰和水混合浆液，初凝时间控制在6h，结实率大于95%，终凝强度不小于3MPa，注浆压力0.25-0.35MPa。

为保证同步注浆质量，对注浆设备、材料及配合比进行严格控制，过程中制定专人负责记录。

（4）后期补浆：盾构通过后，根据掘进情况及沉降监测值，利用管片预留的注浆孔对地层进行补浆，必要时可在隧道线路上方重新钻孔注浆。

8.2 盾构下穿电厂沟河及桥梁基础桩
1 基本概况
花桥路站～五津站盾构区间，在里层YDK33+100~YDK33+125范围内下穿电厂沟，侧穿电厂沟桥梁。

电厂沟资料：P=1%；流量=19.2m3/s；流速=1.72m；最大。