盾构施工工艺、施工测量与质量管理浅析

1、盾构施工工艺、施工测量与质量管理浅析 1.盾构施工技术发展简述2.盾构施工准备3.施工工艺及控制要点4.施工测量与监控量测5.质量通病及预防措施6.主要风险及预防措施 目录 1.盾构施工技术发展简述1.1盾构及其工作原理1.2盾构分类1.3盾构的开发与应用1.4北京地铁盾构选型 盾构（英文名称为“shield machine”），是一种用于软土隧道暗挖施工，具有金属外壳，壳内装有整机及辅助设备，在其掩护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业，而使隧道一次成型的机械。 盾构是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬

2、砌、测量导向纠偏等功能。盾构已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程。 盾构的工作原理就是一个钢结构组件沿隧道轴线边向前推进边对土壤进行掘进。这个钢结构组件的壳体称“盾壳”，盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道段起着临时支护的作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。 1.1盾构及其工作原理（1）按断面形状分类 盾构根据其断面形状可分为：单圆盾构、复圆盾构（多圆盾构）、非圆盾构。其中复圆盾构可分为双圆盾构和三圆盾构；非圆盾构可分为椭圆形盾构、矩形盾构、马蹄形盾构、半圆形盾构。复圆盾构和非圆盾构统称为“异形盾构”（2）按支护地层的

3、形式分类 按支护地层的形式分类，主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式、土压平衡支护式五种类型。 1.2盾构分类（3）按开挖面与作业室之间隔板的构造分类 按开挖面与作业室之间隔板的构造可分为全敞开式、部分敞开式及闭胸式三种。 1.2盾构分类全敞开式盾构 1.2盾构分类初期开放型手掘式盾构开挖面盾构管片 1.2盾构分类敞开式盾构部分敞开式盾构（网格挤压式盾构） 1.2盾构分类闭胸式盾构 1.2盾构分类泥水加压平衡盾构 1.2盾构分类土压平衡盾构复合盾构（混合盾构） 1.2盾构分类第一台德国盾构的开发：1896年，德国人哈姬（Haag）在柏林为第一台德国盾构申请了专利。这是一台

4、用液体支撑隧道工作面并把开挖仓密封作为压力仓的盾构。泥水加压盾构的开发与应用：1964年英国摩特亥(MottHay)和安德森（Anderson）及约翰巴勒特（JohnBartlett）申请了泥水加压平衡盾构的专利。1967年第一台用刀盘切削土体和水力出渣的泥水盾构在日本投入使用，这台盾构由三菱公司制造，其直径为3.1m。土压平衡盾构的开发：1963年，日本Sato Kogyo公司首先开发出土压平衡盾构。1974年第一台土压平衡盾构在日本东京使用，用于掘进长1900m的隧道，该盾构由日本IHI（石川岛播磨）公司制造，其外径为3.72m。复合盾构的开发：1985年，Wsyss&Freytay公司和

5、海瑞克公司申请了复合盾构的专利。1953年，东北阜新煤矿用直径2.6m的手掘式盾构及小混凝土预制块修建疏水巷道这是我国首条用盾构法施工的隧道。1989年，上海地铁施工采用土压平衡及泥水平衡盾构机。1995年，广州地铁一号线施工采用土压平衡及泥水平衡盾构机。1999年，北京在亮马河污水工程首次采用现代盾构技术施工。2001年，北京地铁五号线在雍和宫段进行盾构施工试验。 1.3盾构的起源与发展 为了满足在城市繁华地区及一些特殊工程的施工，大量的盾构法施工新技术应运而生。这些新型盾构技术不仅解决了一些常规技术难以解决的施工问题，而且使得盾构技术的效率、精度和安全性都大大提高。这些新技术主要反应在以下

6、三个方面： （1）施工断面的多元化，从常规的单园形向双圆形、三圆形、方形、矩形及复合断面发展。 （2）施工新技术，包括进出洞技术、地中对接技术、长距离施工、急曲线施工、扩径盾构施工法、球体盾构施工法等。 （3）隧道衬砌新技术，包括压注混凝土衬砌、管片自动化组装、管片接头等技术。 1.3.1盾构法施工新技术双圆盾构 1.3.1盾构法施工新技术三圆盾构 1.3.1盾构法施工新技术子母式盾构 1.3.1盾构法施工新技术扩径盾构小半径曲线（急曲线） 1.3.1盾构法施工新技术1.4.1隧道所穿越地层的地质水文条件1.4.2隧道所穿越区域地表条件1.4.3盾构选型原则 1.4北京地铁盾构选型粘性土及粉土

7、层（粉质粘土、粘质粉土）；砂性土层（粉细砂、中细砂、中砂、中粗砂，部分石英含量大）；砂卵石地层（一般粒径35mm,西部515mm,最大超过40cm以上）;粘质粉土、粘质粉土、中细砂互层；中砂、粉质粘土、砂卵石互层；局部会碰到强风化岩；上层滞水;潜水;浅层承压水;城市特殊水。 1.4.1隧道所穿越地层的地质水文条件典型地层：砂砾石/砂卵石地层 1.4.1隧道所穿越地层的地质水文条件典型地层：砂砾石、沙层与粘土/粉土互层典型地层：粉细沙粉土粘土地层北京市地下建有大量的各种管线，特别是城市中心地区，旧有管道因年代久远，损坏严重，实际存在大量的渗漏。城市残余水的存在，导致地层中土体已含水达到饱和，并且

8、存在大小不一、形状不规则的空穴，盾构施工中往往会出现突发性和大面积的沉陷，危害较大。商业繁华地带；房屋密集及旧有民房；多处于交通要道；既有构筑物众多. 1.4.2隧道所穿越区域地表条件盾构机技术水平先进可靠并适当超前，符合我国国情；所选盾构机应满足北京市地铁规划各条隧道所穿越地层不同地质与水文条件的施工需要；能够满足浅埋或超浅埋地铁隧道施工以及穿越大量房屋建筑之下施工的需要，即要求盾构机对控制地表沉降配备足够的功能和具有良好的操作性能；盾构机能够适应北京地下构筑物众多的特点，必要时，可实现隧道（盾构机）内清除或撤换障碍物的施工； 盾构机在设计方面应考虑北京地铁隧道施工需要多次拆卸、多次组装和可

9、能应用于多项隧道工程的实际特点。 1.4.3盾构选型原则 1.4北京地铁盾构选型 目前北京地铁盾构施工均采用土压平衡盾构，刀盘形式有面板式和辐条式两种。辐条式刀盘 1.4北京地铁盾构选型开挖面土、水刀盘千斤顶管片刀盘驱动土仓螺旋输送机管片拼装机刀盘盾体管片台车1台车2台车3台车4台车5皮带运输机土压平衡原理示意图 1.4北京地铁盾构选型 土压平衡盾构是指在推进时靠由刀盘切削下来的土体使开挖面地层保持稳定的一类盾构。盾构推进时，向土仓内注入添加剂（塑流化改性材料），与开挖面切削下来的土体在土仓内充分搅拌，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流体。依靠控制和调节推进速度、螺旋输送机转速，控制土仓内泥土

10、形成的压力，与开挖面上的土、水压力相抗衡，同时一边掘进一边出土，排土量等于开挖量，使开挖面地层始终保持相对稳定，从而实现盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向前推进。 土压平衡盾构工作原理实现的关键在于土仓内切削下来的土体，必须具有适当的塑性流动性和较低的透水性。因而针对不同地质条件，向土仓内添加材料以调整土仓内弃土的塑流性和透水性，保证螺旋输送机排土顺畅，是实现土压动态平衡的关键。2.1技术准备阶段2.2物资准备阶段2.3人员准备阶段2.4场地布置阶段 2.盾构施工准备阶段的监理了解工程条件审批施工组织设计收集地面建筑物与地下管线调查资料进行分析风险源识别与分析，审批专项方案审批项目进度计划

11、审查盾构施工辅助工程（包括进出洞、联络通道和其它附属工程、盾构防水等）专项施工方案检查质量保证体系与绿色、环保和文明施工体系 2.1技术准备阶段审查盾构机及大型运输、吊装设备状态检查盾构施工配套垂直运输设备、水平运输设备（龙门吊、电瓶车、管片车、渣土车等）检查浆液制备与泵送设备（搅拌站、浆液输送泵、浆液车）审查盾构始发、过站、接收用钢结构（反力架、反力环、基座、过站小车）检查盾构服务管线及运输通道（供水管、排水管、盾构机供电电缆、隧道内照明、轨道、枕木、走道板、管钩等）了解盾构配件及耗材（刀具、配件、盾尾密封脂、泡沫、膨润土、润滑油脂等）检查现场临时用电、临时用水材料，应急发电设备状况。检查场

12、地内装载、搬运设备（装载机、叉车、挖掘机）工地通用机械（空压机、电焊机、切割机等）的检查 2.2物资准备阶段检查组织机构检查岗位职责资料检查管理人员安全教育、业务培训检查作业工人安全教育、业务培训检查上岗持证状态检查人员劳动合同，工伤等各项保险等资料 2.3人员准备阶段 盾构施工场地布置应统筹考虑，协调合理，绿色施工。主要包括：垂直运输系统、拌浆系统、临时水电系统、冷却系统、排水系统、消防系统、弃土坑、管片堆场及其他设施等。沉淀池冷却塔弃土坑搅拌站管片堆场充电间50吨龙门吊始发井 2.4场地布置箱变 2.4场地布置龙门吊冷却塔浆液搅拌站塔吊 2.4场地布置箱变充电间弃土坑管片堆场 3.施工工艺

13、及控制要点3.1工艺流程3.2下井组装3.3联动调试3.4初始掘进3.5正常掘进3.6到达接收3.7解体吊装3.8盾构过站3.9管片生产解体吊装盾构施工工艺流程图 3.1工艺流程吊装设备就位组装场地的准备始发基座安装与轨道铺设台车吊装与管线连接主机吊装与连接安装反力架主机定位与台车连接空载调试安装负环管片负载调试盾构下井组装调试流程图 3.2下井组装3.2.1组装调试流程 3.2下井组装（二）轨道铺设（一）始发基座安装 3.2下井组装（四）电瓶车吊装下井（三）台车吊装下井（六）中体吊装下井 3.2下井组装（五）螺旋机吊装下井（八）中、前体连接（七）前体吊装下井 3.2下井组装（九）刀盘吊装下井

14、 3.2下井组装（十）管片拼装机吊装下井 3.2下井组装（十一）盾尾吊装下井（十二）螺旋机安装（十二）螺旋机安装说明：盾尾与螺旋机根据竖井情况安装顺序可以互换。（十三）反力架安装（竖井内） 3.2下井组装（十三）反力架安装（车站内）吊装作业前，吊装方案必须经专家论证批准。盾构吊装由具有资质的专业队伍作业，每班作业前按起重作业安全操作规程进行安全技术交底，严格按有关规定执行。根据盾构机部件重量及场地条件确定吊车的吊装能力，经过验算选择合适的吊车。 吊装作业区应做地基承载力检测，且保证作业区内地下无空洞，并铺设钢板，防止地层不均匀沉陷。探明吊装作业区地面架空线与地下管线情况，对影响范围内的管线进行

15、保护和监测。盾体吊装前应对始发基座进行精确定位和固定牢固。大件吊装时应对始发井进行严密的观测，掌握其变形与受力状态。盾构吊装时，在大型部件上加4根缆绳，严格控制被吊部件的旋转、摆动，确保准确到达指定位置。3.2.2控制要点 3.2下井组装 盾构机组装和连接完毕后，即可进行空载调试。主要调试内容为:液压系统、润滑系统、冷却系统、配电系统、注浆系统、以及各种仪表的校正。着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。 空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负载调试。负载调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力，使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。通常试掘进时间即为对设备负

16、载调试时间。3.3.1调试内容 3.3联动调试3.3.2控制要点检验盾构机供电系统、液压系统、弱电控制系统、同步注浆系统、泡沫系统、管片运输拼装系统等是否能够正常工作。不仅对各个系统做单独调试，还必须做整机试运转，尤其注意刀盘能否正常转动。联动调试必须由专业人员或在厂家指导下进行。 3.4初始掘进整体始发3.4.1始发方式：整体始发与分体始发分体始发端头加固 在盾构始发和到达之前，一般要根据洞口地层的稳定情况评价地层，并采取有针对性的加固处理措施。加固区地层应满足强度和渗透性的要求，加固完成后要对地层进行取芯并进行强度试验。常用的加固方法有搅拌桩、旋喷桩、注浆法、SMW工法、冷冻法等。加固后土

17、体旋喷桩加固 3.4初始掘进3.4.2始发准备取芯检测 在围护结构破除后，为保证盾构在始发时不致于因刀盘悬空而产生盾构“低头”现象，需要在始发洞口内安设始发导轨。洞口破除 根据经验，一般在盾构始发和到达前一个月左右开始洞口围护结构的破除。 3.4初始掘进3.4.2始发准备洞口破除始发导轨安装洞门密封装置的安装 洞口密封装置是为盾构在始发和到达时防止浆液和泥水外泄所用，常用的有压板式和折页式两种。 3.4初始掘进3.4.2始发准备压板式密封装置折页式 负环管片安装准备：一般情况下，负环管片在盾壳内的正常安装位置进行拼装。在安装负环管片之前，为保证负环管片不破坏盾尾刷，保证负环管片在拼装好以后能顺

18、利向后推进，在盾壳内安设厚度不小于盾尾间隙的方木（或型钢），以使管片在盾壳内的位置得到保证。负环管片在盾构千斤顶作用下向后移动过程中，要注意不要使管片从盾壳内的方木（或型钢）上滑落。 3.4初始掘进3.4.3负环管片拼装3.4.4始发掘进 随着负环管片和正环管片的安装，刀盘开始切削到土体，螺旋输送机开始出土，盾构开始掘进，直至初始掘进完成。洞口端头加固应达到设计要求。洞门破除前要进行加固区域的取芯试验和洞口水平打孔观察，确保洞门破除安全。洞门破除后，检查洞门内周边的钢筋等是否清除干净，以免妨碍盾构掘进时刀盘转动。洞口密封装置的安装要牢固，采用压板式密封装置时，随着盾尾脱离或进入竖井，及时调整压

19、板的位置。负环管片拼装位置要准确，脱出盾尾后要及时固定。 3.4初始掘进3.4.5控制要点负环管片拼装盾构在空载向前推进时，主要控制盾构的推进油缸行程和限制盾构每一环的推进量。要在盾构向前推进的同时，检查盾构是否与始发基座、始发洞口发生干涉或是否有其它异常情况，确保盾构安全的向前推进。为避免刀盘上的刀头损坏洞口密封装置,在刀头和密封装置上涂抹黄油以减少摩擦力。盾尾钢丝刷需安装牢固,在拼负环前人工将盾尾钢丝刷中填充满盾尾油脂。盾构在未完全进入洞门前，在盾壳上焊接防扭转装置，并随盾构的推进逐次割除。始发时盾构坡度可略大于设计坡度, 在穿越加固区域施工时,土压力设定值应略低于理论值,推进速度不宜过快

20、, 施工过程中根据地层变形量等信息反馈,对土压力设定值、推进速度等施工参数进行调整。 3.4初始掘进3.4.5控制要点 3.4初始掘进3.4.5控制要点盾构完全进入洞门12环后可进行初始注浆，选取注浆压力时要综合考虑地面沉降要求和洞门密封装置的承受能力。前10环注浆压力不宜过高，宜采用速凝型浆液。在中心刀距离土面3040cm时，开始转动刀盘，并及时加入添加剂，并注意推力、刀盘扭矩的控制。盾构在初始掘进阶段须对地表变形进行监测，沿轴线方向须布设沉降点，并加设横断面监测点。盾构始发阶段应注意控制盾构推进的初始推力、刀盘扭矩等参数。 3.5正常掘进3.5.1渣土改良3.5.2土压管理3.5.3掘进控

21、制3.5.4注浆管理3.5.5管片拼装3.5.6开仓作业3.5.7控制要点 3.5.1渣土改良 渣土改良是盾构顺利掘进的重要环节，常用的渣土改良材料有泡沫、膨润土、高分子材料等，施工中根据不同的地层，加入不同的渣土改良材料。土压设定与土压修正 土压力P=P0=K0cz=K0(ihi)，i、hi为上覆土层的天然容重和土层厚度，K0 为侧压力系数。 在掘进施工之前，应根据沿线隧道埋深、地质和水文等参数，计算出土压设定值，列表以指导施工。盾构施工中的土压及其管理影响因素多、涉及面广、每个项目甚至不同的区段都有很大的变化，需要综合考虑方能取得一个合理的初始值，并在实施过程中逐步获得一个有效的土压值，施

22、工中根据盾构隧道沿线的实际土质情况、隧道埋深变化、水文情况、地面建筑物和地下建筑物现状及其抗变形能力、地面动载情况、监测数据和初始掘进的具体经验，进行合理修正，维持开挖仓内的水土压力与设定土压力的吻合性，保持开挖面的稳定。盾构掘进的出土管理 满足土压管理下的合理出土速度，主要靠控制螺旋输送机的转速来调节，出土管理是进行土压管理的有效措施。 3.5.2土压管理 掘进时应控制好掘进方向，在直线掘进时避免盾构蛇行，在曲线掘进时适当设置变向提前量，尽量减小纠偏幅度。在盾构掘进中常纠偏、小角度纠偏从而达到减少地层扰动和地面沉降的效果。提前量的大小应在实践中不断总结，提前量应与隧道稳定时的反方向偏移量相吻

23、合。 隧道曲线掘进和大角度纠偏易引起管片安装的错台和整体隧道的反方向偏移，也应引起高度重视。 3.5.3掘进控制注浆量及注浆压力 考虑到纠偏引起的地层损失、盾构壳体拖泥引起的地层损失、浆液体积收缩和具体的地层特点等因素，注浆时实际注浆量应为理论空隙体积的120180，通常采用150。注浆压力应为保证足够注浆量的最小值，同时应与开挖仓内的土压力相匹配。注浆速度应是使浆液充填速度与盾构掘进速度一致。注浆速度过快，注浆压力必然上升，易造成盾尾漏浆；注浆速度过慢，注浆充填效果不易达到要求，易引起地面沉降。二次补浆 盾构施工后期沉降(盾尾后30-40米范围内)主要来自土体固结。虽然沉降发展速度较慢，但累

24、计值占到总沉降量的30-50左右，及时二次补浆（特殊情况要三次补浆）是防止隧道后期沉降的有效措施。 3.5.4注浆管理惰性浆液与硬性浆液 惰性浆液：优点-满足充填空隙的要求；对盾尾刷的危害小；不会“糊住”盾尾；缺点-凝固慢；稳定管片作用差；易造成隧道的偏移，尤其是隧道纠偏和曲线掘进时。 硬性浆液：优缺点与惰性浆液正好相反。管片安装头必须拧紧，为避免管片旋转过程中安装头单独承受管片重量，应将四条压板均匀地接触管片，避免拼装过程中吊装头被拔出，破坏管片引起安全隐患。管片拼装过程中，第一块管片的位置尤为重要，它决定本环其他管片的位置及缝的宽窄。管片高于前一环相邻管片则C块的位置不够，若低于相邻块，则

25、造成纵缝过大，防水性能降低。因此，第一块应平整好，防止形成喇叭口。当拼装两块相邻块时，应用尺子量C块空位的宽度，若宽度不够大，须重新调整相邻块位置，确保C块安装的空间。管片拼装应满足规范规定的允许偏差。连接螺栓应先逐步初步拧紧，脱出盾尾后再次拧紧。当后续盾构掘进至每环管片拼装之前，应对相邻已成环的3环范围内管片螺栓进行全面检查并复紧，拧紧力矩达到300NM。管片C块安装方法为先纵向搭接1/3，然后安装器环向将C块推顶到预定位置再纵向插平。C块及B1，B2相应相邻面止水条，应在安装前涂润滑剂，润滑剂为黄油或肥皂液，在管片纵向止水条上涂抹好。安装时注意小心轻放，避免损坏管片和止水条。安装管片时，其

26、他非操作人员不得进入安装区。吊运管片时，吊运范围内不得站人。 3.5.5管片拼装 盾构掘进过程中会遇到刀具磨损、刀盘结泥饼、泡沫管堵塞等情况，在广州、深圳等复合性地层中和北京砂卵石地层中施工时这些问题较易发生，需要进仓作业才能解决问题，开仓作业分为常压开仓和压气开仓。 3.5.6开仓作业 常压开仓气体检测常压开仓作业（1）首先视开挖面地质情况决定是否向刀盘前方注入稠膨润土液，如开挖面为风化岩层不需注入，如松散地层则需注入，待挖掘室内排土完成后开始通风进行仓内气体监测，方法同常压开仓。排土完成后向挖掘室内充入压缩空气，调节到设定压力后观察压力是否稳定，压力稳定到设定值后需要进行地层稳定性试验，保

27、压2小时后压力无变化且地层无异常方可进行下一步操作。（2）压气人员3人一组，仓门开启后组长首先在仓门口观察开挖面的稳定情况，如发现围岩不稳定则立即关闭仓门，同时上报，待项目部及相关方研究后再进行下一步行动；初步判断围岩稳定后方可进行下一步工作。（3）依据减压规范的来安排仓内作业人员的工作时间和减压时间；在压气作业过程中若有人员感到身体不适时，应立即电话通知操仓员，操仓员安排该人员减压出仓。加、减压过程中人员感到身体不适时，应立即电话通知操仓员，操仓员应降低加、减压的速度。（4）压气进仓其他操作同常压开仓作业。 3.5.6开仓作业 压气开仓重视渣土改良。减小刀盘扭矩，降低刀盘磨损，可通过调整添加

28、剂注入量或降低推进速度来控制。一般刀盘扭矩控制在盾构机设计额定扭矩的60以内。推力控制在盾构设计范围内，一般在设计总推力的80以内。控制盾构的转动角，及时纠偏，保持良好的盾构掘进姿态。加强管片等物资进场检查和管片拼装质量控制，做好管片选型。加强出土管理与注浆管理，严格控制地面沉降。严格按程序进行开仓作业。做好盾构机及配套的龙门吊、砂浆站、电瓶车等设备的维修保养工作，确保连续快速施工。加强对电瓶车驾驶人员的安全责任心教育，严格按照操作规程操作，严禁超速、超载运行，确保施工安全。加强安全用电管理，尤其是对盾构机10KV高压电的管理。 3.5.7控制要点 3.6到达接收3.6.1接收方式：一般采用直

29、接接收的方式，特殊情况下可采用接收装置接收。直接接收接收装置接收 3.6到达接收3.6.2接收准备端头加固洞口破除接收基座安装洞口密封装置的安装盾构推进至距接收井80100m时，进入盾构推进的到达施工阶段，进行全线贯通测量，根据盾构的贯通姿态及掘进纠偏计划进行推进，纠偏要逐步完成，每一环纠偏量不能过大。在盾构距离接收井5060m时，选择合理的掘进参数，逐渐放慢掘进速度，以确保盾构掘进姿态良好为控制重点。盾构刀盘距离贯通里程小于10m时，专人负责观测接收洞口的变化情况，始终保持与盾构司机联系，及时调整掘进参数。在拼装的管片进入加固区域后，浆液宜改为速凝型浆液。当最后一环管片拼装完成后，通过管片的

30、二次注浆孔，注入双液浆进行封堵。注浆的过程中要密切关注洞门的情况，如发现有漏浆可立即停止注浆，等待浆液凝固后方可继续补注。盾构机进入接收井后及时对洞门口附近土体进行二次回填注浆，避免洞口地面下沉。盾构接收基座高程宜比隧道轴线略低35cm。盾构到达前，现场准备砂袋、水泵、水管、方木等应急物资和工具。 3.6到达接收3.6.3控制要点吊装 3.7解体吊装刀盘解体运输中体解体 盾构过站包括盾构主机过站、台车过站及盾构的检修等任务。盾构过站的移动方法多种多样，根据盾构移动的动力主要以辅助千斤顶顶推为主，也有以盾构机自身千斤顶做动力顶推。根据盾构托架与车站底板之间的滑移方式可分为托架下垫滑动托板式、托架

31、带轮行走式和使用滚杠移动式等。目前常见的为过站小车过站。 3.8盾构过站3.8.1过站方法盾构穿越风道 3.8盾构过站盾构过明挖车站 盾构过暗挖车站盾构调头车站底板的准备，主要包括场地平整并在底板上铺设钢板，为盾构过站小车提供平整且强度足够的滚动面。盾构平面移动和推进的准备，在过站小车下部铺垫钢板，并涂抹黄油，保证盾构能够平移。除此之外在底板 铺设的钢板上安装推进反力座，左右两个推进油缸在推进时，要保证盾构及过站小车左右两侧移动的同步性。将盾构接收到过站小车并固定好，保证移动过程中盾构与过站小车不发生相对移动。过站小车底部固定的钢板应打磨处理光滑。 3.8盾构过站3.8.2控制要点加工混凝土材

32、料进场钢筋进厂模具清理模板支立涂刷脱模剂钢筋骨架入模安装预埋件保护层定位骨架成型浇注、成型蒸养拆模起吊混凝土拌制抹面水养、码放贮存期养护出厂密封垫缓冲垫管片生产流程图 3.9管片生产3.9.1工艺流程管片混凝土为C50混凝土，一般由管片厂自行搅拌，加强进场原材检验，严格控制搅拌质量、入模时间、坍落度。严格控制振捣时间，避免过振和振捣不密实。严格控制蒸养的时间和蒸汽温度的变化幅度，控制好脱模时间。管片码放过程中，不得造成管片损伤。严格按照技术规范要求，进行三环拼装试验、抗渗试验等；定期对管片模具进行校验。管片生产一般提前盾构掘进3个月左右开始生产，盾构掘进时达到一定的储存量。 3.9管片生产3.

33、9.2控制要点4.1施工测量 4.1.1施工测量要求 4.1.2控制测量 4.1.3导向系统4.2监控量测 4.2.1沉降原因与机理 4.2.2地层变形的规律 4.2.3地面及建筑物沉降监测 4.2.4成型管片的监测 4.施工测量与监控量测 测量是地铁施工中的关键环节，常因测量现场环境的复杂多变，观测条件受天气、洞内条件（主要是大气折光、大气密度、光线强弱）等影响，因而在实际工作中应采取相应的措施来克服这些困难。 4.1施工测量（1）地铁工程测量施测环境复杂，精度要求高。测量采用三维坐标法进行测量。（2）因各标段的施工时间和施工方法不同，为避免差错，工作中不仅要作好本标段的测量，还要按照监理工

34、程师的要求与临近标段进行贯通联测，做好工程测量的相互衔接。（3）地铁工程隧道限界要求严格，净空断面尺寸测量采用解析法测量。（4）布设足够的控制点，并精心做好标记，加强对控制点的保护和检查，为保证测量精度，配备先进的测量仪器，使用先进的测量技术。（5）负责保存好全部的三角网点，水准网点和自己布设的控制点，防止移动和损坏，一旦发生损坏，及时报告监理，并协商补救措施，及时处理。（6）全部的测量数据和放样经监理工程师检查合格后，才能开展后序工作。（7）严格按照技术规范要求进行测量工作，并做好测量资料的管理。（8）严格贯彻二级测量复核制度，即公司精测组复核并交桩于工地项目部测量组，工地项目部测量组再行复

35、核并负责施工放样测量，确保隧道精确贯通。 4.1.1施工测量要求 施工准备阶段，施工单位会同设计单位和监理，进行现场交接桩，办理相关的交接桩手续。及时组织测量人员对有关的导线网、水准基点进行测量复核，检查导线点的坐标和水准点高程的准确性，对测量结果平差后报监理工程师，并将所计算的结果与原始资料进行分析对比，如果误差在规范允许的范围内，则将所移交的控制点作为施工放样的基准点。如果超过误差范围，由设计单位进行修正，直到接受的控制点准确无误后方可用于施工中，作为施工测量的依据。 4.1.2控制测量 在不受现场施工影响的地方布设施工测量导线网，以首级控制点为基础，布设成附合线路。导线网的布设点置于不受

36、干扰，不易破坏、点与点之间通视良好的地方。导线点点位可利用城市已埋设的永久标志，或按城市导线点的标志埋设。点位布置完毕后，以已知的导线网点（GPS点）作为基准点，采用三维坐标法，使用全站仪测量附合导线上的每个点的坐标值，并经平差后计算每个点的精确坐标。附合导线平均长度350米，测角中误差2.5，最弱点的中误差15，相邻点的相对中误差8，导线全长相对闭合差1/40000。 4.1.2控制测量为了保证本标段与相邻标段的贯通，导线测量的控制点贯通连接到相邻标段所用的两个以上控制点。在盾构始发井完成以后，在盾构始发前进行两次完整的联系测量。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

37、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，为盾构掘进提供井下平面和高程依据。（1）联系测量 4.1.2控制测量由于地下隧道设计覆土厚度越来越大，必须采用竖井施工作业，而竖井的开口却相对较小，因而使盾构始发边相对较短，从而使得始发边方位角的精度变得尤为重要。因此我们一般采用钢丝法来做现场的联系测量。如图1所示，从地面近井点向地下采用吊钢丝的方法进行施测，首先利用经检验合格的地面控制点将方位传递到钢丝L1、L2上。地面坐标方位的传递和联系导线测量均按精密导线测量的精度进行。外业要求水平角观测四测回，每测回间较差小于3，距离正倒镜往返测。距

38、离观测时每条边均往返观测，各两测回，每测回读数两次，并测定温度和气压，现场输入全站仪进行气象改正，仪器的加乘常数也同时自动改正。图1 4.1.2控制测量用全站仪做边角测量，竖井定位时，可在井口预先架设一个牢固的框架，在框架合适的部位固定两根钢丝L1、L2。钢丝底部悬挂重锤并使重锤浸入设置在井底相应部位的油桶内，重锤与油桶不能接触。钢丝在重锤的重力作用下被张紧且由于桶内油的阻尼作用能较快的处于铅垂位置。因此，钢丝上任意一点的平面坐标均相同，起到了传递坐标的作用。经过井上井下联系三角形（如图2）的解算，将地面控制点的坐标和方位角通过投影点L1、L2 传递至井下的导线点B1，B2。以B1B2边为始发

39、边进行坐标的传递。在盾构掘进过程至150m处、300400m处和距离贯通面150m200m处分别进行一次上述工作的检测，以保证始发边的精确性。图2 4.1.2控制测量（2）高程的传递 在进行传递高程之前，首先将高程引测到基坑外方便使用且牢固的水准点上。在传递高程时，同时用两台水准仪，两根水准尺和一把经检验的钢尺。高程传递布置如图所示。a重锤基坑开挖面地面水准点水准仪地面水准尺钢架钢尺水准仪墙体r1br2 高程传递布置示意图 4.1.2控制测量以德国VMT公司的SLS-T系统为例，主要有以下四部分组成:（1）具有自动照准目标的全站仪。主要用于测量(水平和垂直的)角度和距离、发射激光束。（2）EL

40、S(电子激光系统)，亦称为标板或激光靶板。这是一台智能型传感器，ELS接受全站仪发出的激光束，测定水平方向和垂直方向的入射点。坡度和旋转也由该系统内的倾斜仪测量，偏角由ELS上激光器的入射角确认。ELS固定在盾构机的机身内，在安装时其位置就确定了，它相对于盾构机轴线的关系和参数就可以知道。 4.1.3导向系统 现在的盾构机都装备有先进的自动导向系统，有英国ZED系统，日本演算工房，德国的PPS测量系统和VMT公司的SLS-T系统以及上海力信RMS-D导向系统。（3）计算机及隧道掘进软件。 SLS-T软件是自动导向系统的核心，它从全站仪和ELS等通信设备接受数据，盾构机的位置在该软件中计算，并以

41、数字和图形的形式显示在计算机的屏幕上，操作系统采用Windows系统，确保用户操作简便。 管 片 盾构机主控室 激光全站仪 后视棱镜 黄盒子 盾构机 显示屏 工业计算机 控制盒 ELS 靶 SLS-T 导向系统图 （4）黄色箱子。 它主要给全站仪供电,保证计算机和全站仪之间的通信和数据传输。 4.1.3导向系统盾构机自动导向系统的姿态定位主要是依据地下控制导线点来精确确定盾构机掘进的方向和位置。在掘进中盾构机的自动导向系统是如何定位的呢？ 它主要是根据地下控制导线上一个点的坐标(即、)来确定的，这个点就是带有激光器的全站仪的位置，然后全站仪将依照作为后视方向的另一个地下导线的控制点来定向，这样

42、就确定了北方向，即方位角。 再利用全站仪自动测出的测站与ELS棱镜之间的距离和方位角，就可以知道ELS棱镜的三维坐标(即、Z)。激光束射向ELS， ELS就可以测定激光相对于ELS平面的偏角。在ELS入射点之间测得的折射角及入射角用于测定盾构机相对于隧道设计轴线(DTA，已事先计算好并输入计算机)的偏角。 4.1.3导向系统 坡度和旋转直接用安装在ELS内的倾斜仪测量。这个数据大约每秒钟两次传输至控制用的计算机。通过全站仪测出的与ELS之间的距离可以提供沿着DTA掘进的盾构机的里程长度。 所有测得的数据由通信电缆从黄盒子传输至计算机,通过软件组合起来用于计算盾构机轴线上前后两个参考点的精确的空

43、间位置，并与隧道设计轴线(DTA)比较，得出的偏差值显示在屏幕上，这就是盾构机的姿态，在推进时只要控制好姿态，盾构机就能精确地沿着隧道设计轴线掘进，保证隧道能顺利准确的贯通。 4.1.3导向系统 由于地铁项目大多穿越主城区，地面人员、车辆和建筑物、管线等比较密集，所以对于地面沉降的监测显得尤为重要。因此在盾构掘进施工过程中，必须制定详细的监测方案，对地面、周围建（构）筑物和地下管线进行跟踪监测，并根据监测成果，及时地分析资料，反馈信息，进一步掌握盾构掘进施工过程中地面及周围环境的实际工作状态，以便修改调整掘进参数，确保盾构掘进安全、经济、可靠进行。 4.2监控量测（1）开挖时的水、土压力不均衡

44、 土压平衡式盾构由于推进量与排土量不等的原因，开挖面水压力、土压力与压力舱压力产生不均衡，致使开挖面失去平衡状态，从而发生地基变形。（2）推进时围岩的扰动 盾构推进时，由于盾构的壳板与围岩摩擦和围岩的扰动从而引起地基下沉。特别是蛇行修正和曲线推进时引起的超挖，是产生围岩松动的原因。（3）盾尾空隙的发生和壁后注浆不充分 由于盾尾空隙的发生使盾壳支承的围岩朝着盾尾空隙变 形而产生地基下沉。这是由应力释放引起的弹塑性变形。地基 下沉的大小受壁后注浆材料材质及注入时间、位置、压力、数 量等影响。另外，粘性土地基中的壁后注浆压力过大是引起临 时性地基隆起的原因。（4）一次衬砌的变形及变位 接头螺栓紧固不

45、足时，管片环容易变形，盾尾空隙的实际量增大，管片从盾尾脱出后外压不均等使衬砌变形或变位，从而增大地基下沉。（5）地下水位下降 来自开挖面的涌水或一次衬砌产生漏水时，地下水位下降而造成地基下沉。这一现象是由于地基的有效应力增加而引起固结沉降。 4.2.1沉降原因与机理隧道纵向的地基变形 随着盾构推进所发生的地基变形，上述各种原因引起的地基下沉或隆起现象重叠发生，其时序过程如图（盾构推进时地基变形的分类）所示，最后达到最终值。其中，、是盾构通过前，是通过中，、是通过后发生的下沉（隆起）现象。盾构推进时地层变形的分类 4.2.2地层变形的规律施工过程中可通过监测结果来确认这些现象的有无及其程度，修正

46、后续区段的施工方法。 先期沉降：是在盾构机到达前发生的下沉。对于砂质土，先期沉降是由地下水位下降引起的。对极软弱粘土，先期沉降则由于开挖面的过量取土而引起的。 开挖面前部下沉（隆起）：是在盾构开挖面即将到达 之前发生的下沉或隆起。开挖面的水土压力不平衡是其发生的原因。 通过时下沉（隆起）：盾构通过时发生的下沉或隆起。 盾构外周面与围岩发生摩擦，或超挖使围岩扰动是其发生的主要原因。 盾尾空隙下沉（隆起）：盾尾刚刚通过发生的下沉或隆起，是由于盾尾空隙的产生引起应力释放或壁后注浆压力过大而产生的。地基下沉的大部分都是这种盾尾空隙下沉。 后续下沉：是软弱粘土中出现的现象，主要是由于盾构推进引起整个地基

47、松弛或扰动而发生的。可持续到盾构通过后3-4个月。 4.2.2地层变形的规律监测方法 主要监测盾构掘进过程引起的地表变形情况，监测方法是在地表埋设测点，在隧道沿线，地表影响范围外布设监测基准点，用精密水准仪进行地面沉降的量测。根据监测结果进行分析，判断盾构掘进对地表沉降的影响。 4.2.3地面及建筑物沉降监测测点布置原则 测点布置在地面上，依据规范和设计要求沿隧道中线方向每隔5米布设一个测点，在隧道的上方沿隧道方向每30m布设1断面，区间隧道18点/断面，测点横间距5m，布置点位与隧道中线对称。如图所示。地面沉降测点布置图 4.2.3地面及建筑物沉降监测观测方法 在条件许可的情况下，尽可能的布

48、设水准网，以便进行平差处理，提高观测精度，然后按照测站进行平差，求得各点高程。施工前，由基点通过水准测量测出隆陷观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差HnH0即为累计沉降值。初始值的确定 观测采用精密水准测量方法。基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不宜超过0.3，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过2个，超过时应重读后视点读数，以作核对。首次观测应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于0.5，取平均值作为初始值。 4.2.3地面及建筑物沉降监测数据的处理 地表沉降监测随施工进度进行，根据开挖部位、步骤及时监测，将各沉降点变化

49、量绘制成沉降变化曲线图、沉降变化速度图、沉降波动曲线图。数据的分析 监测点的稳定性分析基于稳定的基准点进行； 相邻两期监测点的变动通过比较相邻两期的最大变形量与最大测量误差（取两倍中误差）进行，当变形量小于最大误差时，可认为该监测点在这该周期内没有变动或变动不显著； 对多期变形观测成果，当相邻周期变形量小，但多期呈现出明显的变化趋势时，应视为有变动。 4.2.3地面及建筑物沉降监测监测管理基准 在信息化施工中，监测后应对各种数据进行及时整理分析，判断其发展变化规律，并及时反馈到施工中，以此来指导施工。根据以往经验，采用铁路隧道喷锚构筑法技术规则（TBJ108-92）的级管理制度作为监测管理方式

50、。管理等级见下表。 其中UO是监测值, U是监测控制标准。根据招、投标文件、有关规范和类似工程经验确定控制标准。 根据上述监测管理基准调整监测频率，一般在级管理阶段监测频率可适当放大一些，在级管理阶段则应注意加密监测次数，在级管理阶段则应加强支护，并加强监测，密切关注工程过程，监测频率可达到12次/天或更多。 4.2.3地面及建筑物沉降监测 盾构机每掘进2030环后应对已成型管片进行水平方向和垂直方向的测量。并且应在一周内重复监测一次，测量结果经计算后与DTA数据进行比较，可以直观的看出盾构掘进方向的正确与否。通过前后两次管片测量数据的比较可以计算出管片的上浮量，根据这个上浮量可以指导盾构机掘

51、进时的姿态控制。 4.2.4成型管片的监测 5.1盾构基座变形5.2盾构后靠支撑位移及变形5.3盾构出洞段轴线偏离设计5.4盾构进洞时姿态突变5.5盾构掘进轴线偏差5.6注浆效果不佳5.7单液注浆浆管堵塞5.8双液注浆浆管堵塞5.9管片端面不平整5.10纵缝质量不符合要求5.11环缝质量不符合要求5.12错缝拼装管片碎裂5.13圆环整环旋转5.14管片椭圆度过大5.15管片接缝渗漏 5.质量通病及预防措施 5.1盾构基座变形原因分析：盾构基座的中心夹角轴线与隧道设计轴线不平行，盾构在基座上纠偏产生了过大的侧向力；盾构基座的整体刚度、稳定性不够，或局部构件的强度不足；盾构姿态控制不好，盾构推进轴

52、线与基座轴线产生较大夹角，致使盾构基座受力不均匀；对盾构基座的固定方式考虑不周，固定不牢靠。 在盾构进出洞过程中，盾构基座发生变形，使盾构掘进轴线偏离设计轴线。 预防措施：盾构基座形成时中心夹角轴线应与隧道设计轴线方向一致，当洞口段隧道设计轴线处于曲线状态时，可考虑盾构基座沿隧道设计曲线的切线方向放置，切点必须取洞口内侧面处；基座框架结构的强度和刚度能克服出洞段穿越加固土体所产生的推力；合理控制盾构姿态，尽量使盾构轴线与盾构基座中心夹角轴线保持一致；盾构基座的底面与始发井的底板之间要垫平垫实，保证接触面积满足要求。 5.1盾构基座变形 在盾构出洞过程中，盾构后靠支撑体系在受盾构推进顶力的作用后

53、发生支撑体系的局部变形或位移。 原因分析：盾构推力过大，或受出洞千斤顶编组影响，造成后靠受力不均匀、不对称，产生应力集中；盾构后靠混凝土充填不密实或填充的混凝土强度不够；组成后靠体系的部分构件的强度、刚度不够，各构件间的焊接强度不够；后靠与负环管片间的结合面不平整。 5.2盾构后靠支撑位移及变形预防措施：在推进过程中合理控制盾构的总推力，且尽量使千斤顶合理编组，使之均匀受力；采用素混凝土或水泥砂浆填充各构件连接处的缝隙，除充填密实外，还必须确保填充材料强度，使推力能均匀地传递至工作井后井壁。在构件受力前还应做好填充混凝土的养护工作；对体系的各构件必须进行强度、刚度校验，对受压构件一定要作稳定性

54、验算。各连接点应采用合理的连接方式保证连接牢靠，各构件安装要定位精确，并确保电焊质量以及螺栓连接的强度；尽快安装上部的后盾支撑构件，完善整个后盾支撑体系，以便开启盾构上部的千斤顶，使后盾支撑系统受力均匀。 5.2盾构后靠支撑位移及变形 盾构出洞推进段的推进轴线上浮，偏离隧道设计轴线较大，待推进一段距离后盾构推进轴线才能控制在隧道轴线的偏差范围内。 原因分析：洞口土体加固强度太高，使盾构推进的推力提高。而盾构刚出洞时，开始几环的后盾管片是开口环，上部后盾支撑还未安装好，千斤顶无法使用，推力集中在下部，使盾构产生一个向上的力矩，盾构姿态产生向上的趋势；盾构正面平衡压力设定过高导致引起盾构正面土体拱

55、起变形，引起盾构轴线上浮；未及时安装上部的后盾支撑，使上半部分的千斤顶无法使用，将导致盾构沿着向上的趋势偏离轴线；盾构机械系统故障造成上部千斤顶的顶力不足。 5.3盾构出洞段轴线偏离设计预防措施：正确设计出洞口土体加固方案，设计合理的加固方法和加固强度。施工中正确把握加固质量，保证加固土体的强度均匀，防止产生局部的硬块、障碍物等；施工过程中正确地设定盾构正面平衡土压；及时安装上部后盾支撑，改变推力的分布状况，有利盾构推进轴线的控制，防止盾构上浮现象；正确操作盾构，按时保养设备，保证机械设备的完好。 5.3盾构出洞段轴线偏离设计 盾构进洞后，最后几环管片往往与前几环管片存在明显的高差，影响了隧道

56、的有效净尺寸。 示意图 5.4盾构进洞时姿态突变原因分析：盾构进洞时，由于接收基座中心夹角轴线与推进轴线不一致，盾构姿态产生突变，盾尾使在其内的圆环管片位置产生相应的变化；最后两环管片在脱出盾尾后，与周围土体间的空隙由于洞口处无法及时地填充，在重力的作用下产生沉降。 5.4盾构进洞时姿态突变预防措施：盾构接收基座要设计合理，使盾构下落的距离不超过盾尾与管片的建筑空隙；将进洞段的最后一段管片，在上半圈的部位用槽钢相互连结，增加隧道刚度；在最后几环管片拼装时，注意对管片的拼装螺栓及时复紧，提高抗变形的能力；进洞前调整好盾构姿态，使盾构标高略高于接收基座标高。 掘进过程中，盾构推进轴线过量偏离隧道设

57、计轴线，影响成型隧道的轴线。原因分析：盾构超挖或欠挖，造成盾构在土体内的姿态不好，导致盾构轴线产生过量的偏移；盾构测量误差，造成轴线的偏差；盾构纠偏不及时，或纠偏不到位；盾构处于不均匀土层中，即处于两种不同土层相交的地带时，两种土的压缩性、抗压强度、抗剪强度等指标不同； 5.5盾构掘进轴线偏差原因分析：盾构处于非常软弱的土层中时，如推进停止的间歇太长，当正面平衡压力损失时会导致盾构下沉；拼装管片时，拱底块部位盾壳内清理不干净，有杂质夹杂在相邻两环管片的接缝内，就使管片的下部超前，轴线产生向上的趋势，影响盾构推进轴线的控制；同步注浆量不够或浆液质量不好，泌水后引起隧道沉降，而影响推进轴线的控制；

58、浆液不固结使隧道在大的推力作用下引起变形。 5.5盾构掘进轴线偏差预防措施：正确设定平衡压力，使盾构的出土量与理论值接近，减少超挖与欠挖现象，控制好盾构的姿态；盾构施工过程中经常校正、复测及复核测量基站；发现盾构姿态出现偏差时应及时纠偏，使盾构正确地沿着隧道设计轴线前进；盾构处于不均匀土层中时，适当控制推进速度，多用刀盘切削土体，减少推进时的不均匀阻力。也可以采用向开挖面注入泡沫或膨润土的办法改善土体，使推进更加顺畅；当盾构在极其软弱的土层中施工时，应掌握推进速度与进土量的关系，控制正面土体的流失；拼装拱底块管片前应对盾壳底部的垃圾进行清理，防止杂质夹杂在管片间，影响隧道轴线；在施工中按质保量

59、做好注浆工作，保证浆液的搅拌质量和注入的方量。 5.5盾构掘进轴线偏差案例： 某市地铁某标段，施工中由于盾构测量数据录入错误（曲线要素少输入“-”号），造成盾构机向反方向推进，成型隧道最大偏离设计轴线达到了1793mm，虽经调线处理，仍有70m隧道无法满足设计要求，需对成型隧道凿除后重建。既延误了工期，又造成了极大的经济损失。 5.5盾构掘进轴线偏差 在盾构推进过程中，由于注浆浆液质量不好，使注浆效果不佳，引起地面和隧道的下沉。原因分析：注浆浆液配合比不当，与注浆工艺、盾构形式、周围土质不相适应；拌浆计量不准，导致配合比误差，使浆液质量不符合要求；原材料质量不合格；运输设备的性能不符合要求，使

60、浆液在运输过程中产生离析、沉淀。 5.6注浆效果不佳预防措施：根据盾构的形式、压浆工艺、土质情况、环境保护的控制要求及经济效益正确设计浆液配比，并通过试验，使其符合施工要求；应在满足合理的精度前提下，考虑使用简单可靠的计量器具。同时应保养好计量器具，定时作检定。发现计量器具精度误差超标，应及时校正或换新对拌浆材料的质量进行有效的管理。保证各种材料采购的渠道，并附有相应的质量保证单。应按规定对材料进行质量抽检；拌浆设备的工作环境差，使用中要注意定期维修保养，经常清洗拌浆机。如在使用中机械发生故障应及时修复，不能让设备带病作业；浆液的输送应视浆液的性能而定，选择合理的输送方法。用管路输送时，管子的