盾构始发与掘进施工方案.doc

昆明市轨道交通首期土建工程施工13标【昆明北站至北辰小区项目】盾构始发与掘进施工方案 中铁十五局集团有限公司昆明轨道交通首期工程土建施工13标项目经理部 2011年3月30日目 录1.工程概况11.1.盾构工筹11.2.区间隧道线路平剖面11.3.区间隧道周边地下管线及邻近建（构）筑物情况31.4.工程地质51.4.水文地质82.工程重难点及措施92.1.圆砾层盾构长距离掘进刀具配置92.2.在圆砾层中盾构掘进渣土改良112.3.控制地表沉降对建筑物及管线保护123.施工总部署143.1.盾构始发场地平面布置143.2.开仓换刀位置选择143.3.工期安排154.盾构始发前的准备164.1.洞门预埋件布置164.2.洞门水平探孔174.3.洞门围护结构凿除184.4.始发台安装184.5.反力架安装194.6.洞门密封安装204.7.负环管片安装204.8盾构机初期向前推进的技术措施215.盾构机下井调试225.1.盾构机吊装225.2.盾构机调试226.盾构始发及试掘进256.1.盾构始发参数选择256.2.盾构始发施工措施256.3.试掘段进参数选择266.4.试掘进参数分析297.盾构机正常掘进317.1.土压平衡模式的实现317.2.碴土改良和管理337.3掘进过程中姿态控制337.4.管片拼装357.5.同步注浆377.6.二次注浆427.7.刀具的更换427.8.洞内出碴、运输及弃土外运497.9.隧道通风、循环水、照明508.盾构机到达掘进538.1.盾构到达施工流程538.2.盾构到达的准备工作538.3.盾构到达施工548.4.盾构机到达前的预防措施569.建筑物和地下管线的保护措施589.1.掘进参数控制589.2.碴土改良599.3.注浆管理599.4.加强设备保障609.5.优化工序609.6.地面监测609.7.应急措施6110.施工监测6210.1.测点布置6210.2.监测的数据分析与信息反馈6710.3.监测的质量控制6711.施工测量6911.1、盾构机形态的控制测量6910.2、管片安装测量7012.安全保证体系和保证措施7112.1.安全管理组织机构7112.2.安全管理组织机构主要人员职责7112.3.施工安全技术措施7313.质量保证措施7913.1.建立健全质量机构，落实质量责任制7913.2.盾构隧道施工质量保证措施8014.环境保护措施8314.1.加强施工管理，强化环境保护意识8314.2.实施封闭、半封闭管理，减少对周边环境的影响8314.3.加强废水、废气、废碴的管理8414.4.加强运输车辆的管理8414.5.加强监测量测，确保环境安全8415危险源分析及对策8615.1应急处理组织措施8815.2应急处理组织机构8915.3应急处理工作流程8915.4应急设备清单90盾构始发与掘进施工方案1.工程概况1.1.盾构工筹本标段三个区间均采用盾构法施工，投入4台6480复合式土压平衡盾构机用于本标段盾构区间施工，1、2号小松盾构机从金星站北端始发，到达北辰小区站后吊出到金星站南端头始发到白云路站北端，3、4号沈重盾构机从白云路站南端头始发至昆明北站，隧道管片采用通用型管片，楔形量37.2mm，管片内径5.5m，外径6.2m，厚度为0.35m，宽度为1.2m，分 块 数：6块（1F+2L+3B）。图1-1 盾构工筹图1.2.区间隧道线路平剖面北辰小区站金星站区间区间设计里程为左DK6+309.014左DK6+883.151，右DK6+309.014左DK6+883.151，右线全长574.137m，左线全长572.866m（其中短链1.271m），本区间不设置联络通道。线路自北辰小区站出站后沿北京路延长线中间直进，穿过金菊路路口，以R=1000m的半径左拐至路侧进入金星站。线路左右线线间距为14.0m14.1m。线路右线自北辰小区站以-2下坡至变坡点后，接3坡度上坡280m至区间隧道中间最高点，然后以-3.410的坡度下坡250m，接-2.00的坡度下坡至金星站，区间隧道纵坡呈“人”型坡。线路在出站和进站处竖曲线采用3000m半径，其它地方竖曲线采用5000m半径。区间最大坡度3.410，最小坡度2.0，覆土厚度8.62m9.93m，主要穿越圆砾层。金星站白云路站区间设计里程右线为右DK7+054.651右DK8+101.766，左线为左DK7+054.651左DK8+101.766。右线全长为1047.923m（其中长链为0.808m），左线全长为1044.786m（其中短链为2.329m）。区间设置2座联络通道（与废水泵房合建）。本区间线路自金星站出站后沿北京路延长线左、右线分别以R=350m、R=400m的半径右拐进入金星立交桥段，然后左线以R=1000m的半径左拐、右线以R=1500m的径右拐穿过金星立交桥，出金星立交桥后左、右两线分别以R=1200m的半径右拐、左拐后过渡至平行段，以直线段进入白云路站。白云路站昆明北站站区间设计里程为：左DK8+362.966左DK9+209.027，右DK8+362.966右DK9+210.135，其中左线长847.447m（其中长链1.386m），右线长847.169m，设置联络横通道1处，与废水泵房合建。线路出自白云路站后沿北京路展布，以直线段出白云路站，经过金洲北路路口，左右线均以半径R=600m左拐至路侧，经过联盟路，右线以半径R=500m避开北延工程挡土墙下桩基，左右线再分别以半径为R=1017m、R=1000m右拐穿过昆明北站战场股道及站房，以圆弧段进入昆明北站站。线路左右线线间距为9.3m17.1m。线路左右线均以25的坡度下坡280m，再分别接7.43、6.58的坡度下坡210m、207m至区间隧道中间最低点，然后分别以27.996、26.733的坡度上坡250m、254.386m至昆明北站站段。区间隧道纵坡呈“V”型坡，线路在进出站处竖曲线半径采用3000m，其他竖曲线半径为5000m。区间最大坡度27.996，最小坡度6.58，覆土厚度8.66m17.14m，主要穿越圆砾层。1.3.区间隧道周边地下管线及邻近建（构）筑物情况北辰小区站金星站区间区间范围内的地下管线均位于北京路延长线下方，地下管线密集，但埋深较浅，管线最小埋深0.20m，最大埋深4.70m，盾构段施工对地下管线影响较小。区间位于北京路延长线下方，沿线无控制性建（构）筑物，但道路两旁各类建筑物密集，根据已收集资料，部分高层建筑（欣都龙城、领域时代等）的桩基中存在锚杆（索），最长达25m，据资料分析与区间隧道尚有一定距离。金星站白云路站区间区间范围内的地下管线均位于北京路延长线下方，地下管线密集，但埋深较浅，管线最小埋深0.17m，最大埋深4.330m，盾构段施工对地下管线影响较小。区间大部分位于北京路延长线下方，侧穿金星立交桩基，区间右线盾构隧道结构外轮廓与桩基外缘平面内最小净距为3.108m，左线盾构隧道结构外轮廓与桩基外缘平面内最小净距为2.257m;右 DK07+856.625处侧穿人行天桥桩基，区间右线盾构隧道结构外轮廓与桩基外缘平面内最小净距为2.063m，左线盾构隧道结构外轮廓与桩基外缘平面内最小净距为2.164m;区间沿线道路两旁各类建筑物密集。白云路站昆明北站区间本段区间地下管线上侧沿北京路走向的主要管线有：输配水管/灰口铸铁管/ 200300（北京路两侧）；雨水沟/砼/700（北京路西侧）；原水管/砼管/1200（北京路东侧）；污水管/砼管/1200（北京路东侧）；污水管/砼管/400（北京路西侧）；煤气管/钢/325（北京路东侧）；供电/PVC/600x600（北京路西侧）；供电/砖/2000x2000(北京路西侧)；供电/PVC/450x150/t1(北京路西侧)。以上管线埋深均较浅无需改迁。区间线路在北京路下穿越，将下穿或侧穿联盟路口人行天桥、星雅俊园基坑锚杆、世纪俊园期基础、世纪俊园期基坑锚杆、北延工程排水泵井及泵站房屋、北延工程铁路桥及挡土墙桩基、铁路路基及昆明北站房。1) 联盟路口人行天桥为钢结构，主梁和楼梯下桩基均采用800钻孔灌注桩,桩长11m.轨道交通首期工程下穿联盟路口人行天桥，区间左线盾构隧道结构中心线与桩基水平最小净距1.031m，竖向最小净距为3.322m，区间右线盾构隧道结构中心线与桩基水平最小净距0.132m，竖向最小净距为3.444m。2) 星雅俊园为新建项目，20层以上高层建筑物，目前刚建成无住户入住，在原凤凰新村处的位置。星雅俊园基坑北京路一侧采用五排锚杆,角度在1530之间，最长锚杆为18m.轨道交通首期工程区间左线隧道外轮廓位于锚杆下方，但无冲突，最小竖向净距为5.002m。区间隧道左线拱顶埋深15.909m。3) 世纪俊园期为20层以上高层住宅楼，其中A、B、C、D、E幢采用墙下梁板式筏片基础，裙楼商场、车库采用柱、墙下柔性基础.轨道交通首期工程临近世纪俊园基础，区间左线盾构隧道结构外轮廓与世纪俊园A幢基础外缘平面内最小净距为7.686m，竖向最小净距为4.610m；与裙楼商场（砼3层）基础外缘平面内最小净距为1.210m，竖向最小净距为4.065m。4)世纪俊园期为20层以上高层建筑物，世纪俊园期基坑北京路一侧的锚杆采用56道锚杆,角度在1530之间，最长锚杆为12m,锚杆的水平间距为1.5m.轨道交通首期工程隧道结构外轮廓与世纪俊园期基坑锚杆水平上有重合，但无冲突，隧道结构外轮廓与锚杆最小净距为872mm。5)北延工程排水泵站是专为北京路延长线下穿昆明火车北站工程排水而设计, 包括泵井及泵站房屋。泵井为内径7m、深度12m的钢筋混凝土结构;泵站房屋现有为1层砖混结构，后期又自主加盖了第二层，现未能收集到房屋二层的相关资料基础采用M5砂浆砌MU50毛石砌筑。轨道交通首期工程下穿北延工程排水泵站。区间左线盾构隧道结构外轮廓与泵井最小水平净距为2.935m，最小竖向净距为1.942m，最小净距为4.767m;区间右线中心线平面内进入泵井2.948m，最小竖向净距为2.090m,最小净距为2.728m;区间右线盾构隧道下穿泵站房屋最小竖向净距为8.786m.6)北京路北延工程下穿昆明火车北站工程铁路桥段长80.06m，铁路桥桩基为双排，直径0.8m桩长27m的25号钢筋混凝土钻孔桩；挡土墙段长39m，挡土墙桩基为两排，直径为0.8m桩长25m的25号钢筋混凝土钻孔桩。右线隧道结构外轮廓与桩基的水平间距2.3545.329m;区;区间隧道埋深1113m左右，位于桩身的中部。7) 轨道交通首期工程下穿铁路路基，区间右线盾构隧道结构外轮廓覆土厚度10.643 11.861m，区间左线盾构隧道结构外轮廓覆土厚度10.647 11.858m。8) 昆明火车北站站房为框架结构，并设有一层地下室。结构基础采用人工挖孔桩基础，桩长812m，桩径R=1.6m、2m、2.5m;轨道交通首期工程下穿昆明火车北站，区间盾构隧道结构外轮廓与昆明火车北站桩基冲突;鉴于该站房目前已用作铁路博物馆，不作为火车站站房使用，火车站站房按拆除考虑，此外盾构施工前应拔除与盾构相冲突的桩基。1.4.工程地质按照沉积年代，成因类型及岩性名称，区间深度范围内自上而下可分为第四系人工活动层（Qml4），第四系全新世冲洪积层（Qal+pl4）及第四系上更新世冲洪积层（Qal+pl3）三大类。场区各岩土层分布及特征分述如下：(1) 第四系人工活动层（Qml4）杂填土(1)1：杂色，稍密、稍湿，表层为沥青混凝土，下含碎石，局部为路基结构层。连续分布。厚度1.401.60m，平均厚度1.55m。分布在盾构顶板以上。(2)第四系全新世冲洪积层（Qal+pl4）粉质粘土(2)1：褐黄，可硬塑，湿，中压缩性，无摇振反应，稍有光泽，干强度高，中等韧性，含云母、氧化铁及风化碎石。局部为粘土。连续分布。层顶埋深1.401.60m，厚度0.901.80m，平均厚度1.23m。分布在盾构顶板以上。粘土(2)2：褐灰、深灰，软塑，饱和，高超高压缩性，无摇振反应，有光泽，干强度中等，中等韧性，含有机质。局部夹未完全分解腐殖物。连续分布。层顶埋深2.504.70m，厚度0.503.90m,平均厚度1.55m。分布在盾构顶板以上。粉质粘土(2)3：褐灰、深灰，可塑，湿，中压缩性，无摇振反应，稍有光泽，干强度高，中等韧性，含少量有机质。局部为粘土。较连续分布。层顶埋深3.507.00m，厚度0.401.50m,平均厚度0.93m，主要分布于盾构顶板以上。粉土(2)4：褐灰、灰，稍密，饱和，中压缩性，摇振反应迅速，无光泽，干强度低，韧性低，夹粉砂薄层。局部含未分解植物根茎、叶。较连续分布。层顶埋深2.606.90m，厚度0.401.40m,平均厚度0.76m。主要分布于盾构顶板以上。泥炭质土(2)5：黑灰、黑，软塑流塑，饱和，高压缩性，有机质含量约1550%，局部有机质含量大于60%，相变为泥炭。不连续。层顶埋深2.703.40m，厚度0.401.60m,平均厚度0.98m。主要分布于盾构顶板以上。(3)第四系上更新世冲洪积层（Qal+pl3）圆砾(3)1：深灰、兰灰、褐黄，中密密实，饱和，低压缩性，砾石成分为砂岩、玄武岩、灰岩为主，中微风化。磨圆度较好。大于20mm的卵石含量在1040%。最大粒径150mm。以粉土、粉砂、粉质粘土填充，填充无规律，界线不清。连续分布，且厚度大，各孔段均未揭穿。层顶埋深4.4034.9m，厚度1.226.1m,平均厚度12.01m，圆砾层中不均匀地分布有胶结层。盾构主要穿越土层。粉质粘土(3)1-1：褐黄、灰，可塑软塑，湿，高压缩性，无摇振反应，稍有光泽，干强度高，中等韧性，局部含少量有机质。为圆砾层中的夹层及透镜体。在盾构线路中及顶、底板附近有分布。层顶埋深10.2031.50m，厚度0.502.80m,平均厚度1.14m。粉质粘土(3)1-2：褐黄、兰灰、灰，可硬塑，湿，中压缩性，无摇振反应，稍有光泽，干强度高，韧性高，间夹粉土团块。为圆砾层中的薄夹层及透镜体。在盾构线路中及顶、底板附近有分布。层顶埋深14.034.70m，厚度0.502.10m,平均厚度1.32m。粉土(3)1-3：褐灰、灰、深灰，中密，饱和，中压缩性，摇振反应中速，无光泽，干强度低，韧性低，局部地段相变为粉砂层，局部夹腐木。为圆砾层中的薄夹层及透镜体。在盾构线路中及顶、底板附近少量分布。层顶埋深10.9013.20m，厚度0.601.10m,平均厚度0.85m。盾构穿越主要是圆砾层，其岩性特征、岩土承载力及变形指标见表1-1。表1-1 圆砾层岩性特征、岩土承载力及变形指标土层编号土层名称承载力标准值压缩模量变形模量基床系数泊松比垂直水平fakEs1-2E0KVKXkPaMPa(MPa)MPa/mMPa/m1圆砾3503040600.20从金星站基坑开挖地层1圆砾土中夹杂有钙质胶体，分部无规律，其厚度不均，厚的有2m左右，最大抗压强度达40mpa左右。三个盾构区间地质剖面见附图1.4.水文地质区间段处盘龙江与金汁河之间，两河流均与本场区地下水位有联系，金汁河河水往本区间段排泄，盘龙江则当河水水位高时，补给本场区，当河水位较低时，场区地下水往河内排泄。勘察揭露地下水为潜水，主要含水层为圆砾(3)1层，水量大，受地形及层面起伏影响，局部地段微具承压性。对本工程施工有较大影响，在掘进过程中易产生坍塌、流砂及喷涌现象。2.工程重难点及措施2.1.圆砾层盾构长距离掘进刀具配置针对昆明圆砾层及夹杂胶结体，且面临立体交叉的结构物和非常靠近建筑物的掘进情况，且掘进隧道的上部有下水和上水、电力的管线埋设，无法在地面进行土质改良，刀具配置要求现实长距离隧道掘进的工况下不换刀的理念和思路。北辰小区站金星站区间和金星站白云路站区间采用小松盾构机，刀盘刀具配置见2-1图。北辰小区站金星站区间本区间掘进距离较短，在始发后约300位置设有加固区，故可将第一个区间的刀具实际使用作为金星站白云路站区间的（可尽量减少刀具更换）刀具选择试验区间，将预测以外的刀具更换风险也考虑在内选择刀具。刀具配置：在承受负载较大的刀盘外周附近布置双刃滚刀（8套），相对承受负载低的内侧不安装滚刀而安装可更换式先行刀。并在刀盘面板上焊接较可更换式先行刀低30mm的焊接式先行刀。焊接式先行刀同一轨迹上（除中心部）配置2把刀，单个的切削深度减半以减轻砾岩掘进时的负载。此外,在比焊接先行刀更低30mm处配置主切削刀，其他最外周附近的刮刀和超挖刀。这样配置3段结构的刀具选择安装可以整体上提升耐久性能。刀盘中心部为防止中间部阻塞并加强切削性，在刀盘中央部配置了先行刀。并且为了对应胶结体掘进，先行刀的设计满足“切削性”和“超硬刀头耐崩损”两方面的要求。在始发后286m处的加固区域地点再进行刀具检查，先行刀如有所处破损则将可更换先行刀全部换上滚刀。如果先行刀崩坏很少，只有磨损的话，则将接近允许磨损极限时磨损严重的和崩坏的先行刀更换。同时也将接近磨损极限时的滚刀更换。北辰小区站金星站区间到达后对，调查并分析刀具的磨损量和破损量，决定对应金星站白云路站区间的刀具选择和中途换刀地点等事宜。白云路站昆明北站区间采用沈阳重工的盾构机，刀具配置：周边设置8把单刃滚刀，中间面板采用超前撕裂刀及刮刀，刀盘刀具配置见2-2图。在联络通道位置设置开仓检查，调查并分析刀具的磨损量和破损量，为将顺利穿越建筑物及铁路桥盾构掘进做好准备。图2-2 小松刀盘刀具配置图2-2 沈重刀盘刀具配置2.2.在圆砾层中盾构掘进渣土改良在盾构施工中为了保持开挖面的稳定，根据围岩条件适当注入添加剂，确保碴土的流动性和止水性，圆砾层主要为砂砾。大于20mm的卵石含量在1040%。最大粒径150mm。砂砾对刀盘刀具磨损较大，渣土改良尤其重要。本标段盾构隧道洞身主要穿过圆砾层，圆砾层透水性强，土层的蠕动流动易造成开挖面失稳和地层变形，且区间段处盘龙江和金汁河之间，两条水系与本场区均有水力联系，施工中应控制好盾构机土仓压力、渣土改良，以解决开挖面失稳和地层变形的问题，确保盾构施工安全。碴土改良就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓内或螺旋输送机内注入泡沫或膨润土，利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土碴混合，其主要目的就是要使盾构切削下来的碴土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力，以满足盾构掘进可达到理想的工作状况。主要技术措施：根据现场地质分析试验，细颗粒含量为16%20%，采取如下主要技术措施。地面设置膨润土搅拌系统，由电瓶车运输到隧道盾构机膨润土罐，向刀盘面注入膨润土改良渣土。采用土压平衡模式掘进时，拟向刀盘面、土仓内和螺旋输送机内注入泡沫或膨润土，并增加对螺旋输送机内注入的泡沫量，以利于螺旋输送机形成土塞效应，防止喷涌。2.3.控制地表沉降对建筑物及管线保护首先对本标段地面和地质情况要准确和清醒的认识，盾构穿越主要为圆砾层及夹杂胶结体。整个区间地下水十分丰富，且水位较高，针对本标段地面沿线建筑物及管线，沉降控制要求极高，因此要树立正确的盾构掘进理念，对土仓压力、刀盘转速、推进速度、推进油缸分区油压和盾构机姿态等参数控制要合理，尽量实现土压平衡进行掘进，掘进过程中土仓压力波动不宜超过0.2bar；缩短各工序的衔接，要求设备保障跟进，始发场地垂直运输和隧道内水平运输尽然有序，在保证安全质量的前提下快速推进，环与环之间衔接紧凑，不宜长时间停顿；做好出土量控制，避免超挖；切实做好同步注浆和二次注浆，把握好浆液性能，以满足现场工况要求；结合盾构姿态、盾尾间隙和油缸行程量做好管片选型，快速、精细拼装管片。（1）、对施工影响范围内各建筑物的有关材料、状况和既有的损坏、变形等作详细的记录，填写调查表，并做房屋鉴定，做好证据保全。（2）、将建筑物和管线保护前，将工程方案的设计，经有相应设计资质的设计单位设计或确认，经监理工程师和业主批准后，方可实施。（3）、成立建筑物保护小组，监督各级施工班组做好建筑物保护。（4）、由测量人员在建筑物每隔5m定点测出标高并编号做详细记录，作为保护时的施工依据。（5）、在地铁施工期间，对地铁施工沿线周围重要的地下、地面建（构）筑物、地面及道路的位移沉降实施监测，为施工提供及时可靠的信息，用以控制地铁工程施工安全以及降低地铁施工对周边环境的影响，并对可能发生的危及环境安全的隐患或事故提供及时、准确的预报，提前采取预防措施，避免事故的发生，必要时采用注浆处理。3.施工总部署本标段盾构工程包含三个盾构区间、3个联络通道、12个洞门，包括区间土建工程施工、建筑物与管线的调查保护、临时设施等工程内容。投入4台6480复合式土压平衡盾构机用于本标段盾构区间施工，1、2号小松盾构机从金星站北端始发，到达北辰小区站后吊出到金星站南端头始发到白云路站北端，3、4号沈重盾构机从白云路站南端头始发至昆明北站，3.1.盾构始发场地平面布置盾构始发场地布置在结构顶板施工完成回填后，渣土坑、充电池设置在顶板上，车站顶板主要用于存放管片、泡沫、油脂等其他材料，钢轨、轨枕放入车站底板。井口设置1台16吨龙门吊、1台45吨龙门吊，其中16吨龙门吊负责两个盾构吊装孔的管片、钢轨、轨枕及其他器材的垂直运输； 45吨龙门吊专门负责出土孔的渣土的垂直运输。场地设置砂浆拌合站负责管片背后同步注浆砂浆，详见见附图。3.2.开仓换刀位置选择在盾构掘进过程中，由于地质情况的差异、刀具加工材质等原因，掘削刀具不可避免会出现不同程度的磨损、破坏现象。刀具磨损后，盾构掘削土体的能力下降，盾构机推力、扭矩增大，推进速度减慢，甚至造成刀盘的磨损。因此，合理使用刀具和换刀施工，是盾构掘进的关键之一。三区间各设置一个开仓换刀位置，地面有场地做加固，北辰小区站金星站区间在在北京路上金菊路北设置加固区，金星站白云路站区间和白云路站昆明北站区间都在联络通道位置设置加固区进行开仓换刀。图3-1 换刀位置选择3.3.工期安排既有两台于2011年4月初到金星站，2011年4月24日始发，2011年7月23日北辰小区站金星站贯通，2012年1月29日金星站白云路站贯通。新购两台盾构机最迟于2011年5月31日到场，6月20日始发，2012年11月17日贯通。区间左线始发时间左线到达时间右线始发时间右线到达时间区间长度月进度（m）北辰小区站金星站2011年4月24日2011年7月3日2011年5月4日2011年7月23日569213金星站白云路站2011年8月22日2012年1月9日2011年9月6日2012年1月29日1045228白云路站昆明北站2011年6月20日2011年10月28日2011年7月10日2011年11月17日866210注：白云路站昆明北站区间盾构下穿建筑。表3-1 区间主体施工计划表4.盾构始发前的准备4.1.洞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）环板位置的偏差不得大于10mm，环板必须牢固地嵌入混凝土，不得松动而影响使用。（2）盾构机始发前，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（参见后洞门的防水、止水施工）。洞门施工时将洞门钢筋与内墙预埋钢筋焊接起来，搭接长度不小于5d，然后浇注洞门混凝土。图4-1 洞门预埋环板示意图图4-2 盾构始发防水装置示意图4.2.洞门水平探孔盾构始发端头地层加固四周采用800600三管旋喷桩加固，土体加固横向及竖向尺寸为盾构结构线外侧3m，长度为9m，辅助采用3口降水井进行降水。盾构始发施工时洞门凿除之前要用风镐对洞门进行水平探孔，从而初步了解洞门内部地层情况及含水情况。洞门水平探孔总共5个，每个探孔深度200250cm，孔径60mm.探孔位置见图4-3。如果探孔发现漏水严重，采用水平注浆止水加固，并分析原因。图4-3 洞门水平探孔位置示意图4.3.洞门围护结构凿除开凿前，搭设双排脚手架，由上往下分层凿除，洞门凿除的顺序见下图4-4。首先将开挖面围护的连续墙钢筋凿出裸露，凿至迎土面钢筋外露为止。当安装完负1环管片时，刀盘离连续墙最后一层钢筋约1.5米时停止盾构推进，保留盾构及刀盘至洞门的距离方便清渣，然后再将余下的钢筋割掉，最后一层连续墙钢筋破除由下往上进行,保留剩余部分围护结构混凝土，并检查确定无残留钢筋。图4-4 洞门围护结构凿除顺序示意图洞门凿除过程的应急措施1）发现有异常情况后，迅速用木板和钢管撑住，防止围护结构外土体坍塌然后尽快向围护结构外进行注浆加固。2）若土体压力较大时，迅速用预先制作好的钢筋网片与围护结构的钢筋焊接一起后用木板和钢管支撑稳定。然后在围护结构外围进行注浆加固，同时在洞门里面进行注浆加固。4.4.始发台安装始发台结构见图4-5（始发台结构示意图）。图4-5 始发台结构示意图在洞门凿除完成之后，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，遵随此原则可以反推出始发台架的安装高程。同时始发台的安装高程比线路标高统一抬高20mm。使盾构机始发能保持一种抬头趋势。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20mm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，必须对始发台两侧用型钢加固，同时在盾构机在始发台上前进时，在盾体上加焊防扭转牛腿。4.5.反力架安装其结构见图4-5（反力架结构示意图）。图4-5 反力架结构示意图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20mm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。4.6.洞门密封安装洞口密封采用帘布橡胶和折页式压板密封。其施工分两步进行，第一步在始发端墙施工过程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作，在埋设过程中预埋件必须与端墙结构钢筋连接在一起；第二步在盾构正式始发之前，清理完洞口的碴土后及时安装洞口密封压板及橡胶帘布板。4.7.负环管片安装负环管片为350mm厚，内径为5500mm，外径为6200mm，负环管片采用通缝拼装方式。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1.4m、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4-6。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，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，在钢负环的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负环的螺栓孔的错位。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钢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4-6 负环管片定位示意图4.8盾构机初期向前推进的技术措施当拼装第一环负环时，盾构机需要向前推进一定距离才能进行第二环的拼装，盾构机推力一般控制在5000kn以下，刀盘在抵住掌子面前不做旋转。在拼装第二、三环负环时，为了使每环之间纵向接触紧密，同时防止盾构机在拼装时往前移动，在盾构机左右两侧下部纵向焊接两块挡块抵住托架。当刀盘抵住掌子面并旋转切削岩土时，为了防止盾构机盾体发生扭转，盾体左右两侧横向焊接两块挡块抵住托架的左右加强横梁。为了防止盾构机发生磕头现象，盾构机在推进过程中C组油缸推力必须大于A组油缸的推力，同时扭矩控制在2000KN.M以下，盾构机推进速度控制在20mm/min以下。5.盾构机下井调试5.1.盾构机吊装见专项方案5.2.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：5.2.1 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。5.2.2 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）。5.2.3 刀盘的检测包括刀盘刀具（边缘刮刀、周边刀、滚刀、齿刀、中心刀）数量及外观检查。5.2.4 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。5.2.5 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、仿形刀的调试。5.2.6 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。5.2.7 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。5.2.8 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。5.2.9 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。5.2.10 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。5.2.11 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。5.2.12 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。5.2.13 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。5.2.14 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。5.2.15 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。5.2.16 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。6.盾构始发及试掘进6.1.盾构始发参数选择盾构机进入加固体（加固体长9米）。自稳性较好，可采用半敞开模式掘进；出加固体时，及时建立土压平衡模式进行掘进，前8环盾构机保持小推力和低转速，推力控制在500吨左右，刀盘转速控制控制在1.2左右。土仓顶部压力控制0.5-1.0bar之间，同时根据土仓压力的变化适当调节螺旋机的转速。始发时刀盘接触工作面初期，停止螺旋输送机排土，通过观察土仓装有2/3渣土时，逐步启动螺旋输送机，打开排土闸门，通过该办法对比和计算实际出土量和理论出土量，是土压管理的重要前提措施。6.2.盾构始发施工措施 在进行始发台、反力架和首环负环管片的定位时，要严格控制始发台、反力架和负环的安装精度，确保盾构始发姿态与隧道设计线形符合。 第一环负环管片定位时，管片的后端面应与线路中线垂直，负环管片采用通缝拼装方式。负环管片安装前在盾尾内侧标出负8环管片的位置和封顶块的偏转角度，管片安装顺序与正常掘进时相同。安装拱部的管片时，由于管片支撑不足，要及时垫方木进行加固。负8环管片拼装完成后，用推进油缸把管片推出盾尾，并施加一定的推力把管片压紧在反力架上，即可开始下一环管片的安装。管片在被推出盾尾时，要及时进行支撑加固，防止管片下沉或失圆。同时也要考虑到盾构推进时可能产生的偏心力，因此支撑应尽可能的稳固。在始发阶段要注意推力、扭矩的控制，同时也要注意各部位油脂的有效使用。掘进总推力不超过反力架承受能力，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反扭矩。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。盾构组装前在基座轨道上涂抹油脂，减少盾构推进阻力；始发前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。盾体进入围护结构23环时，如发现地层含水量大，可通过盾构机中盾的注浆孔在盾体外侧注聚氨酯，聚胺脂可填充盾体四周间隙形成一圈止水带，防止到达时发生喷涌现象。6.3.试掘段进参数选择复合式土压平衡盾构机具有敞开式、半敞开式及土压平衡三种掘进模式。为了获得理想的掘进效果、保证开挖面稳定、有效控制地表沉降及确保地面建筑物安全，根据本标段地质选择土压平衡模式掘进。通过试掘段进选定了六个施工管理指标来进行掘进控制管理：a、土仓压力；b、推进速度；c、总推力；d、排土量；e、刀盘转速和扭矩；f、注浆压力和注浆量，其中土仓压力是主要的管理指标。6.3.1.土仓压力的控制根据我部的施工经验，合理的土仓压力对掘进速度的影响是很大的，对于圆砾地层，在正常出土的情况下，确保土层中的地下水稳定，也即是土仓内流动碴土的压力略大于显示点水柱的压力，pwh，则掌子面稳定，掘进速度较快。对于洞顶以上为软土的情况，土压的计算则应用太沙基公式比较合理。对于洞顶为软弱土的部位，土压的确定根据以下公式计算： 土仓压力设定按下式计算：P= k0h+P水= tg2（45-/2）h+P水主动土压力系数k0 = tg2（45-/2）为圆砾土的饱和重度，取21.5KN/m3h为隧道上部覆土深度（最小深度为8m，最大深度17米）为圆砾土的内摩擦角取30P水为水压力（最高水深4米）40130KN/m2P= tg2（45-30/2）21.5（1118）+（40130）=97.34260.33KN/m2=0.972.6kg/cm2根据隧道埋深设置上部土仓压力设定为1.1kg/cm22.6kg/cm2为宜。6.3.2.千斤顶推力与刀盘转速千斤顶推力与刀盘转速是否合理是关系到刀具能否顺利切削岩层，推力过小，岩层得不到充分的压裂和切削，掘进效果差，推力过大时，由于管片断面不平整或千斤顶受力不均，容易产生管片破裂、渗水等现象，均不能保证隧道快速掘进，推力控制在600010000KN，最大推力应根据分组千斤顶的压力来确定，根据管片混凝土标号，综合洞内混凝土管片的受力情况，取管片混凝土强度的一半即25Mpa作为分组千斤顶所受压力的上限是安全的，对管片不会产生挤裂、破损等问题。至于刀盘转速，在圆砾中，转速应控制在1.2rpm左右，以便刀具能充分切入地层，达到切削地层的目的。无论何种速度，均应与其它参数如刀盘扭矩、泡沫注入、推进速度等有机结合起来，才能取得理想的结果。6.3.3.出土量控制出土量是前方地层稳定与否的直观反映，在泡沫与水注入正常的情况下，每环的出土量一般为4859m3，遇到发生容易坍塌的地层，出土量往往偏大。因此，在掘进过程中对出土量的控制十分必要。本工程渣土车每斗容量为17m3，出土量控制在4斗以内，能确保不超挖，每斗土推进油缸合理行程应为320390mm之间。因此，在掘进过程中，盾构司机在掘进过程中做好每斗土前后油缸行程差的记录，值班工程师对每斗土进行检查和做好渣土取样，结合渣土情况进行分析判断，如有异常情况，及时采取合理措施，确保出土量的控制。6.3.4.同步注浆同步注浆的及时进行可以稳定隧道管片，控制隧道管片的变形，防止隧道管片在脱出盾尾后发生错台现象，从而避免管片破损现象发生，保证盾构隧道姿态的正确，加快掘进速度。同步注浆量要控制适中，严格控制注浆压力，既不能因过少而造成地面大量沉降也不能因过多，造成涌砂、涌水等事故的发生。在掘进过程中，一定要随时对同步注浆量进行控制，一般情况下，注浆压力可以控制在0.20.3Mpa，对于已经发生喷涌、沉陷的地段，注浆的压力应适当提高，上限可以提高到0.4Mpa，当隧道变形比较大，常用的浆液不能满足尽快固结的要求时，应调整同步注浆浆液配比，缩短浆液凝胶时间，必要时可进行二次注浆。6.4.试掘进参数分析（1）、盾构机掘进的前50m作为试掘进段，通过试掘进段拟达到以下目的： 用最短的时间对盾构机进行调试。 熟悉本工程的地质条件，掌握各地质条件下复合式盾构的施工方法。 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，实现快速、连续、高效的正常掘进。 熟练管片拼装的操作工序，提高拼装质量，加快施工进度。 通过本段施工，加强对地面变形情况的监测分析，反映盾构机到达时以及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。（2）、盾构机在完成前50m的试掘进后，将对掘进参数进行必要的调整，为后续的正常掘进提供条件。并做好施工记录，记录内容有:隧道掘进施工进度油缸行程、掘进速度盾构推力、土压力刀盘、螺旋机转速盾构内壁与管片外侧环形空隙（上、下、左、右）同步注浆注浆压力、数量、稠度注浆材料配比、注浆试块强度（每天取样试验）测量盾构倾斜度隧道椭圆度推进总距离隧道每环衬砌环轴心的确切位置（X、Y、Z）同时盾构机试掘进应采用土压平衡模式进行掘进。在始发掘进参数选取控制按始发掘进控制图表进行。为正常掘进积累可用数据，选取适宜的掘进参数。图6-1 始发掘进控制程序图表7.盾构机正常掘进7.1.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： 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。此时盾构的推进速度人工事先给定。 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=AVn0A-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Q0QS，K1。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Q0Q