盾构到达施工方案

第三章盾构到达施工

1、盾构到达工艺流程

盾构到达工艺流程(见图

图盾构到达工艺流程图

2、到达端头井地层加固

根据设计要求，盾构到达端头加固采用两排三重管旋喷桩Φ

800@600+袖阀管注浆加固。先注外围，后注中部，以达到一序外围成墙、二序内部压密的目的。采用跳孔注浆的原则，以达到释放压力，防止地面隆起。加固范围：水平盾构区间左右各3m；竖向盾构隧道上部6m处,下部深入中风化岩层1m。加固后的土体应有良好的均匀性和自立性，无侧限单轴抗压强度≥，地层渗透系数不大于

10-5cm/sec。

3、盾构接收托架安装

托架安装前，通过车站临时预留口将地面控制点坐标引入车站底

板，根据设计中心线计算出线路中心线坐标，进行中心线放样，托架高程放样时，高程一般比设计高程低2cm左右，测量点位放样精度控制在3mm以内。

接收托架主要采用型钢（工字钢、H型钢、钢板）焊接组成。

将预制好的盾构托架（见盾构机接收架构造图-1a、）吊入工作井内，按照测量放样的基线进行接收托架定位，托架定位采用吊车进行初步定位，再通过千斤顶和手拉倒链进行精确定位，定位精度在±5mm之内。(见盾构机接收托架定位图考虑接收架在盾构到达时要承受纵向、横向的推力以及抵抗盾构旋转的扭矩，所以在盾构到达之前，对接收架两侧用H型钢进行加固（见盾构机接收架加固图）。

图-1a 盾构机接收架构造平面图

65066688811965500996101746303501320519

20071914012385

20

0134100R 3125

60°

备注：图上单位均为mm 。

图 盾构机接收架构造立体图

图 盾构机接收架安装定位 图 到达托架

的加固

4、洞门混凝土的凿除

洞门混凝土凿除分两次进行，第一次洞门凿除在盾构掘进到到达端前进行，切除外排钢筋，并凿除外排钢筋和内排钢筋间混凝土；第二次洞门凿除在盾构机掘进到到达端后，切除内排钢筋。

1）脚手架的搭设

盾构到达前需凿除洞圈范围内的围护结构。施工前，在洞圈

内搭设钢管脚手架（钢材规格:Q235，外径42.7mm，壁厚2.3mm）,搭设高度6～7m,洞门凿除时间为7天左右。（详见洞口内脚手架布置图）。

图洞口内脚手架布置图

凿除洞门混凝土之前，对洞门加固土体进行钻芯取样，检测土体的加固强度是否达到设计要求（加固体抗压强度不小于1Mpa，渗透系数1×10-5cm/min），如果未达到强度要求，则采取补加固措施。然后在洞竖井的每一个洞眼的范围内水平钻9孔，长度深入到加固体后0.5m，孔径50mm，观测9孔总流水量小于30升/小时，如超过限值，须重新进行地面补浆。

2）洞门混凝土的凿除

洞门混凝土分9块凿除（详见洞门混凝土分块凿除示意图），施工顺序为：先上后下、先内后外。

凿除混凝土时，先暴露出内排钢筋，割去内排钢筋，按照分块顺序凿除洞圈内围护结构混凝土，凿至外排钢筋并保留外排钢筋，落在洞圈底部的混凝土碎块应清理干净，然后按照先上后下的顺序逐块割

除外排钢筋，并将混凝土块吊出端头井，清理剩余残渣。

洞口凿除必须连续施工，及时清除洞口内杂物、混凝土碎块，尽量缩短作业时间，以减少正面土体的流失量。在整个作业过程中，由专职安全员进行全过程监督，确保洞口土体稳定和洞门附近作业人员的安全。同时安排专人对洞门上的防水密封装置做跟踪检查，对洞口土体稳定性进行监测，并注意洞门渗水情况。 6714

9

853

2

图 洞门混凝土分块凿除示意图

5、洞门密封装置的安装

由于工作井洞圈直径与盾构外径存有一定的间隙，为了防止盾构到达时及施工期间土体从该间隙中流失，在洞圈周围安装由帘布橡胶板、圆环板、固定板、翻板等组成的洞口防水密封装置（详见图 洞门防水装置图和图折页式密封压板图），折页采用钢丝绳，手拉葫芦进行紧固。

图洞门防水装置图

图折页式密封压板图

6、洞口接收导轨的安装

在洞门混凝土破除完毕后，接收托架端部距离洞口土体2.2米，为保证盾构机在到达时不致于因刀盘悬空而产生盾构机“低头”现象，需要在到达端洞内安设洞口接收导轨，以防止盾构机在到达时不产生前倾现象。在安设接收导轨时应注意，在导轨的末端预留足够的空间，以保证盾构机在到达时，不致因安设接收导轨而影响刀盘旋转。

7、盾构到达掘进

盾构机到达掘进参数控制

盾构机进入进洞段后，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5～6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4 MPa。在掘进的同时，要注意维持土仓内的压力值，一般情况下，土压不低于。在贯通前的最后3环，要求掘进速度控制在10～20mm/min，贯入度控制在15～20mm/r。

盾构机刀盘距离贯通里程小于10米时，在掘进过程中，派专人对车站时刻观察洞口加固段的情况。如发现加固土体有较大的震动时，立即通知洞内盾构机进一步降低推力、刀盘转速以及推进速度，避免由于刀盘前部土体太薄，造成刀盘前部形成坍塌。

在进入车站阶段要密切关注盾构机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。

盾构机在端头位置的处理

在盾构机刀盘距离贯通小于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浆液或者膨润土，用于阻止盾构机后部管片上部水向洞口流动。

当盾构进入接收井前，盾构刀盘靠近车站围护结构3m时，在洞圈中凿出?500mm的孔，用于应力释放。尽量使盾构机刀盘抵拢预留钢筋层，然后清除碴土，再切割内层钢筋，切割顺序为先切割底部，后切割上部。

盾构机掘进露出刀盘时停止掘进，彻底拆除洞门支撑结构，视漏浆情况用棉纱或装有泥土的编织袋及木楔进行堵漏。将洞门口清理干

净之后，盾构机开始推进，爬上接收托架。

8、最后几环管片的安装

当隧道贯通后，一般还需要安装5～6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，盾构机前方没有了反推力，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，以防盾构机刀盘向前滑动。

待盾尾离开洞口密封环后，迅速重新调整洞口扇形压板，用快速凝固的砂浆进行注浆，保证洞口的管片背衬注浆迅速凝结。同时要求盾构机贯通后各工序应紧密有序的进行。

在最后几环管片安装时，为加强管片防水和防止管片背后的砂浆突然从洞口冒出，在完成每一环管片的向前推进和管片安装后，等待砂浆凝固2小时后，再进行下一环管片的推进。

9、洞门封闭注浆

隧道贯通后，清除洞口的石碴，将圆弧板分多块焊接在预埋钢环上，使管片与钢环之间的空隙封住。洞口密封环的安装应在隧道贯通之后，同时洞口的碴土清理结束之后进行，以确保弧形钢板与管片间更好的密封。

密封后对最后几环管片进行注浆封堵，注浆顺序从隧道里面向车站方向进行注浆。注浆采用单液浆，如洞门圈出现大量漏浆现象，可先进行双液浆进行封堵，再进行单液浆填充。

10、盾构进洞段施工控制要点

盾构到达阶段的掘进控制要点

在盾构机距离接受井端墙100m时，即进入到达掘进阶段。为迎接盾构机进入车站，应在到达洞口前作好如下准备：

⑴安装洞门密封装置；

⑵安装盾构机接收托架的轨道；

⑶铺设盾构机移动托架的轨道；

⑷部分凿除洞门处的车站围护墙；

⑸在接受井内准备砂袋、水泵、水管、方木、风镐等应急物资和工具；

⑹准备洞内与接受井内的通讯联络工具；

⑺准备好接受井内的照明设备。

以上准备工作完成以后，盾构机才进行最后的到达阶段掘进。为确保盾构机从预留洞门穿出，该阶段的掘进有以下特点：

⑴围护墙在盾构机贯通前可预先分块凿除内侧的2/3厚度，保留1/3墙厚度，待盾构机刀盘顶住墙时，再通过人工或盾构机刀盘旋转以凿除混凝土和切断钢筋，这样既可加快贯通速度，又可有效防止土体塌入站内。

⑵根据地下水及盾构铰接密封等情况，结合注浆工序，不提倡气压平衡掘进模式，任何时候都要土压或半土压模式掘进；

⑶最后70m应保持土压平衡模式掘进；

⑷从最后5环开始降低推力和速度，掘进速度不大于1cm/min；

⑸掘进速度逐渐放慢，掘进推力相应减少；

⑹需增加盾构机测量次数，不断校准盾构机掘进方向；

⑺需加大地面监测频率，并依据监测结果及时调整掘进参数；

⑻站内需派人对洞门位置进行值班监视；

⑼需保持泡沫剂系统和循环水系统良好，保证碴土具有软连续状态；

⑽控制出土量。

到达段管片安装控制要点

盾构机进入车站时，因为刀盘前端阻力几乎为零，故千斤顶推力将逐渐减少，千斤顶施加在管片上的力也相应减少，因此此处若干管片连接不够紧，存在较大缝隙，影响了防水质量，从而导致渗水。根据左右线到达段施工情况，采用以下对应措施：

⑴通过在第一节拖车与轨道之间设置夹轨器或其它固定装置，在盾构推力的作用下管片之间产生足够的反力，使管片间的密封条压紧，达到防水的要求；

⑵安装管片完毕需用风动扳手拧紧所有纵向和横向螺栓，且在下一环掘进至1.5m左右时再次紧固螺栓；

⑶严格按照操作规程拼装管片，同时防止出现管片之间出现错缝、台阶差；

⑷每一环应在千斤顶伸长量大于1.8m时开始安装管片，保证管片特别是封顶块的安装质量；

⑸管片安装完毕应拧牢固注浆塞，对损坏的及时更换；

⑹管片安装前应保证止水条不损坏，并及时清理干净管片上的注

浆掉落的碴土和砂浆等；

⑺对管片底部尽快实施注浆，防止管片下沉松开。

盾构过量自转防治措施

1)现象：

盾构进洞段施工推进中发生过量的自转，造成盾构于车架连接不好，设备运行不稳定，增加测量、封顶块拼装等困难。

2)原因分析：

a)盾构内设备布置重量不平衡，盾构的重心不在竖直中心线上而产生了旋转力矩。

b)盾构所处的土层不均匀，两侧的阻力不一致，造成推进过程中受到附加的旋转力矩。

c)在施工过程中刀盘或旋转设备连续同一转向，导致盾构在推进运行中旋转。

d)在纠偏时左右千斤顶推力不同及盾构安装时千斤顶轴线与盾构轴线不平。

3)预防措施：

a)安装于盾构内的设备作合理布置，并对各设备的重量和位置进行验算，使盾构重心位于中心线上或配置配重重新调整重心位置于中心线上。

b)经常纠正盾构转角，使盾构自转在允许范围内。

c)根据盾构的自转角，经常改变旋转设备的工作转向。

4)治理方法：

a)可通过改变刀盘或旋转设备的转向或改变管片拼装顺序来调节盾构的自转角度。

b)盾构自转量较大时，可采用单侧压重的方法纠正盾构转角。土体大量流失防治措施

1)现象：

进洞时大量土体从洞口流入井内，造成洞口外侧地面大量沉降。

2)原因分析：

a)洞门土体加固质量不好，强度未达到设计或者施工要求而产生塌方，或者加固不均匀，隔水效果差，造成漏水、漏泥现象。

b)洞门密封装置未安装好，止水帘幕橡胶板内翻，造成水土流失。

c)洞门密封装置强度不高，经不起较高的土压力，受挤压破坏而失效。

d)进洞时土压力未及时下调，致使洞门装置被破坏，大量井外土体塌入井内。

3)预防措施：

a)洞门土体加固应提高施工质量，保证加固后土体强度和均匀性。

b)洞口封门拆除前应充分做好各项准备工作。

c)洞口密封圈安装要准确，在盾构推进的过程中要注意观察，防止盾构刀盘的周边刀具割伤橡胶密封圈。密封圈可涂润滑油增加润滑性，洞门的扇形板要及时调整，改善密封圈的受力状况。

4)治理措施：

d)将受压变形的洞口密封圈重新压回洞口内，恢复密封性能，及时固定弧形板，改善密封橡胶带的工作状态。

e)对洞口进行注浆堵漏，减少土体流失。

第四章盾构贯通前测量

盾构贯通前测量，可进一步对盾构机姿态进行检核，确保盾构机进洞姿态的准确性。

1、控制网测量

（1）平面控制测量

1）区间隧道地表测量

①地表导线测量

盾构开工之前，用全站仪对设计院和业主提供的隧道地表导线点进行复测，为了增加校核条件，提高导线测量精度，使导线组成多边形闭合环，且宜四边形为最佳，导线环的水平角观测应以总测回数的奇数测回和偶数测回，分别观测导线的左角和右角，测站的圆周角闭合差△按下式计算：

△=左角均值＋右角均值－360°

测角精度应按四等导线要求，其精度为±4″导线环角度闭合差的限差按下式计算：ω限=2mβ″·n1/2

式中：mβ″——测角中误差，以秒为单位；

n ——导线环内角的个数。

导线环的测角中误差可按下式计算：

mβ″=【〔f β2/n〕/N】1/2

式中：fβ——导线环的角度闭合差，以秒为单位；

n——导线环内角的个数；

N——导线环的个数。

导线的边长可采用全站仪测得。将外业资料进行计算，整理出内业资料，准确算出误差，确保隧道在纵向正确贯通。对测量成果上报监理部审批，审批通过后方可进行盾构施工。

②地表水准测量：

在地表用精密水准仪进行水准测量，测量等级按城市二、三等水准测量标准进行，准确测出两洞口水准点的高程值，确保无误差，以便洞内施工做好准备。

2）端头井地面测量

根据本工程的特点，将业主提供的平面控制点传递至井口，且所有的点进行强制对中，以减少对中误差，因此，在基坑端头井建造一个1.5m高的水泥墩台，上面安装强制对中基座盘，同时在井下中板梁上做三个吊篮，装上强制对中盘。至洞口的平面过渡点不可超过两个，过渡点必须为固定观测平台，相邻点间垂直角≤±30°；地面平面点测量的要求为：测角中误差≤±〞。地面高程测量按二等水准测量的要求实施。

3）联系测量

通过端头井将已知地面平面、高程点成果传递至井下，并依次作为地下控制网的起始点。其中平面起始点设2个；高程起始点设2个。

平面控制点传递：

①采用导线法和联系三角形法

②选定长期稳定的起始点位置

③校正测量附件和测量仪器的各项指标

④以贯通处甲方提供的控制点为定向点进行传递测量。平面点传递的垂直角≤±30°，正、倒镜测平距取平均值。

⑤保证地下起始点满足贯通的要求。

⑥地下起始点须经常检查

4）已知数据的检核及数据的提取

开工前对业主提供的已知控制点进行复核，复核坐标与提供的坐标相比较，误差≤5mm可用。然后在已知点（x0，y0）架仪器测量其与井口墩台的方向角α及距离s，算出墩台坐标X1 ,Y1。

其中：

X1=s×cosα+ x0

Y1=s×sinα+ y0

（2）高程控制测量

开工前对业主提供的已知水准点进行复核，进行符合水准测量，检验其高程点的可信度，当误差≤5mm时可用。以已知水准点作为起始点（已知高层H0），按二等水准量要求做一闭合水准路线至井口临时水准点BM1，算出其高程H，作为向井下传递的已知高程。在施工过程中要定期复核。

H= H0+△h

其中：△h为已知水准点至BM1的累计高差

（3）平面、高程起始点成果报监理工程师审查。

2、盾构推进中的导向测量

（1）导向测量

1）竖井定向传递坐标和方向

为使井口墩台点的坐标和方向能严格传递到井下，指导盾构推进，计划用是吊钢丝法进行传递，即在井口支架上吊三根细钢丝，悬挂重锤吊入井下的油桶中，使钢丝稳定。三根钢丝组成如图示的三角型，通过观测计算出井下控制点的坐标，与井下控制点连线的方位角，用联系三角型传递方位角时必须采取措施保证两根钢丝自由悬挂。

2）通过竖井传递高程

本方案拟用悬挂钢尺法进行高程传递，在传递时，应该用两台精密水准仪。两根水准尺和一把钢尺同步观测，其布置如图所示，将钢尺悬挂在支架上，其零端放入井中，并在该端挂一重锤，一台水准仪在地面上，另一台在隧道中（如下图所示），同时读取钢尺读数R1、R2和水准尺读数A、B，此时井下BM2点高程为：

Hb= HA+ R1－R2－A－B+ΔL1+ΔL2

式中：ΔL1为钢尺的温度改正数

ΔL2为钢尺的检定改正数

而ΔL1=α×（R1－R2）×（T均－T0）

其中：α为钢尺的膨胀系数=℃

T均为地面地下平均温度

T0为钢尺检定时的温度

R2

R1

A

B

本方案应注意： ①采用两台精密水准仪加钢尺同步观测，钢尺必须施加鉴定时拉力，观测2～4组数据。

②选定较为稳定和便于保护起始点位置

③地下起始点须经常检查。

（2）井下控制测量

盾构推进一段距离后开始设置地下平面、高程控制点，整个区间中尽可能减少控制点数量，平面控制点平均边长150m ；地下高程控制点每200m 设一点。采用联系测量传递至地下的起始点坐标、起始点方位和高程，是地下控制测量的基准。

1）洞内平面控制网

以定向测量结果为井下导线的起始边，尽量使导线布设为等边直伸导线网，用全站仪测出水平角和边长；洞内边长一般为200m ，导线测角4～6测回，分别测左右角各一半，重复测导线水平角总和不得大于±4″，边长测定需正倒镜各测4次，且应往返测边长。准确计算出导线网上各个点的坐标，如下图所示网中所有边、角全部观测，导线网除可对角度进行检核外，由于测量了全部边长，故计算坐标有

两条传算路线，对导线坐标亦能进行检核。

洞内导线网654

3215'

4'3'

2'1'A 2）洞内高程控制网

按业主提供的城市水准点为起始依据，在两井附近建立二个以上的固定水准点（施工期间不得破坏），按城市二等水准规范往返测定。按《工程测量》（GB50026－93）规范进行。

隧道内水准点一般以60～70 m 埋设一个固定水准点，水准尺必须用装气泡色水准尺，以便减少水准尺的倾斜而造成系统误差。

洞内水准测量按城市二等水准操作规范执行。应采用往返测，往返固定之间高差≤±3mm ，全线往返≤±3mm ·n1/2（n 为测站数）。由于洞内施工场地狭小，运输频繁施工繁忙，还有水的侵害，会影响到水准点的稳定性，故应经常性地由地面水准点向洞内进行重复的水准测量，根据观测结果分析水准点标志有无变动。确保隧道在竖向正确贯通。

3）地下控制网上向前延伸的各控制点，须由监理工程师审查合格方可使用。

3、盾构到达施工中的定位测量

（1）地面准备工作

1）实测接收井预留洞门中心横向和垂直向的偏差，由监理工程师书面认可后进行下道工序施工。

2）承包商必须按设计图在实地放出盾构基座的平面和高程位置，基座就位后立即测定与设计的偏差。

3）施工总体布置必须考虑隧道施工测量的要求。按测量方案在盾构内留出合适位置供安装测量标志，并保证测量时通视。

（2）盾构机座位置放样

在进行盾构机座放样时，假定洞门钢圈为规则圆，用同心圆法放样，用水准仪测定一水平线，与钢圈相交得两点，取其中数，得所要放的点，把盾构与钢圈之间参数加进去，得整个盾构机头两点。由于机座摆放有一定的坡度△H，因此，在进行机尾放样时，需进行坡度改正，既用钢尺量出从机头处到基坑后板的距离，再乘以坡度值加上机头高程即为机尾处高程，同样用水准仪测量后板一水平线，用钢尺量距定出机尾两点。

（3）盾构姿态测量

应用井下导线成果计算出盾构标志的坐标，即前标和后标的坐标（并进行转角改正），再算出切口和盾尾的坐标与设计坐标进行比较，计算出切口和盾尾的平面偏离值。测出前标中心的天顶角计算出前标高程，再以盾构纵坡计算出切口、盾尾的高程，经与设计高程比较后，计算出切口和盾尾的偏离值。

4、监控量测

施工监测目的

将监控量测作为一道工序纳入到施工组织设计中去。其主要目的为：

(1)了解盾构区间和周围地层的变形情况，为施工日常管理提供信息，保证施工安全。

(2)为修改工程设计方案提供依据。

(3)保证施工影响范围内建筑物、地下管线的正常使用，为合理确定保护措施提供依据。

(4)为施工方案的修订提供反馈信息。

(5)积累资料，以提高地下工程的设计和施工水平。

监控量测设计原则

(1)可靠性原则

可靠性原则是监测系统设计中所考虑的最重要的原则。为了确保其可靠性，必须做到：第一，系统需要采用可靠的仪器。第二，应在监测期间保护好测点。

(2)多层次监测原则

多层次监测原则的具体含义有四点：

①在监测对象上以位移为主，兼顾其它监测项目；

②在监测方法上以仪器监测为主，并辅以巡检的方法；

③在监测仪器选择上以机测仪器为主，辅以电测仪器；

④考虑分别在地表、及临近建筑物与地下管线上布点以形成具有一定测点覆盖率的监测网。

(3)重点监测关键区的原则

在具有不同地质条件和水文地质条件、周围建筑物及地下管线段，其稳定的标准是不同的。稳定性差的地段应重点进行监测，以保