城市轨道交通工程土压平衡盾构施工技术规程

城市轨道交通工程土压平衡盾构施工技术规程范围本文件规定了城市轨道交通工程土压平衡盾构的施工准备、盾构选型、盾构始发与接收、盾构掘进、施工测量、监控量测的技术要求。本文件适用于土压平衡盾构施工的城市轨道交通工程。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T34651 全断面隧道掘进机土压平衡盾构机GB50446 盾构法隧道施工及验收规范CJJ/T164 盾构隧道管片质量检测技术标准术语和定义下列术语和定义适用于本文件。盾构shield盾构掘进机的简称，是在钢壳体保护下完成隧道掘进、拼装作业，由主机和后配套设备组成的机电一体化设备。工作井workingshaft盾构组装、拆卸、调头、吊运管片和出碴土等使用的竖井，包括盾构始发工作井、盾构接收工作井等。盾构始发shieldlanuching盾构开始掘进的施工过程。盾构接收shieldarrival盾构到达接收位置的施工过程。盾构基座shieldcradle用于保持盾构始发、接收等姿态的支撑装置。负环管片temporarysegment为盾构始发掘进传递推力的临时管片。反力架reactionframe为盾构始发掘进提供反力的支撑装置。管片segment隧道预制衬砌环的基本单元，管片的类型有钢筋混凝土管片、纤维混凝土管片、钢管片、铸铁管片、复合管片等。小半径曲线curveinsmallradius地铁隧道平面曲线半径小于300m。姿态positionandstance盾构的空间状态，通常采用横向偏差、竖向偏差、俯仰角、方位角、滚转角和切口里程等数据描述。椭圆度ovality圆形隧道管片衬砌拼装成环后最大与最小直径的差值。施工准备一般规定在地铁区间隧道施工前，应具备下列资料：a)工程地质和水文地质勘察报告；b)施工沿线的环境、构筑物、地下管线和障碍物等的调查报告；c)施工所需的设计图纸资料和工程技术要求文件；d)工程施工合同文件、分包合同文件、监理合同文件；e)隧道工程施工组织设计和风险应急救援预案。工程所使用的原材料、半成品或成品的质量应符合国家现行的有关标准、设计要求和本规程的规定。盾构掘进施工，应建立完整的施工测量和监控量测系统，以控制隧道和地层变形。盾构工作竖井设置时，应满足盾构相关作业的要求。前期调查工程地质及水文地质调查工程勘察除应符合有关规定外，还应满足下列特殊要求：a)工程勘察的勘探孔位置，应离隧道外3m为宜。勘探孔勘探后应做好回填封孔工作；所有勘探孔均不得布置在隧道、联络通道等永久结构的空间范围内；b)对于地层变化小、地质较稳定的地段，勘探孔间距宜为50m。而对地质条件复杂、地层变化较大的地段，应合理加密勘探点，其勘探孔间距不宜大于25m；c)对盾构进出洞和联络通道处应作控制勘探孔；d)提供地下水位的变化、渗透系数、地下水的化学成分等资料；e)室内土工试验项目除常规要求外，尚应提供颗粒分析的不均匀系数d60/d10及d70；f)必要时应提供土的基床系数等参数。地表地貌及建（构）筑物调查隧道施工前应对地表、地貌及地面建（构）筑物进行现场踏勘和调查研究，调查道路和交通流量、地面建筑物及文物等，调查范围视具体工程情况而定，必要时可对施工影响范围内的重要建（构）筑物进行详细调查和鉴定。地下管线和地下构筑物调查隧道施工前应对地下管线和地下构筑物进行调查研究，调查地下障碍物、地下构筑物及地下管线等，调查范围视具体工程情况而定，必要时可进行物探和施工详勘。环境保护调查隧道施工前应对工程环境保护的内容和方法进行调查研究，调查范围视具体工程情况而定。技术准备盾构掘进施工前必须根据地质、工况、环境条件等编制施工组织设计和风险应急救援预案。根据工程及盾构性能特点，对施工作业人员进行上岗前的技术培训和技术考核。盾构法隧道施工前应进行技术交底。特殊地段的施工方案准备。按工程特点、环境条件和调查现状做好测量及监测的准备工作，确定施工影响范围，布置监测测点，提前取得初始读数。设备、设施准备盾构及配套设施的选型及配置a)盾构选型应根据隧道外径、衬砌结构形式、埋深、地质条件、沿线环境条件等，经综合比较分析后决定；选择盾构形式应满足开挖面稳定和控制沉降等要求；b)盾构机械设备应在符合资质要求的工厂制造；整机制造完成后应经总装调试合格方可出厂，并应提供盾构成品质量保证书；c)根据盾构掘进方法及隧道施工中各项工艺的特点，在地面设置必要的辅助设施；d)应设置符合盾尾同步注浆施工要求的拌浆站，同时符合环境保护要求；e)选择合理的水平及垂直运输设备，须具有质保和安全证书；f)供电设备应满足盾构掘进施工的要求。盾构始发/接收设施的准备a)始发井内盾构基座应满足盾构组装，试运转及始发要求；b)接收井内的基座应保证安全接收盾构，并能进行盾构检修、解体的作业或整体位移；c)设置盾构始发反力支撑系统，满足强度刚度要求；d)洞口设置满足盾构始发和接收要求的洞圈密封装置。作业准备工作竖井施工a)竖井施工方法应依据地质条件、路面条件、交通量、工程噪音及振动对四周的影响等选择安全且经济的施工方法；b)始发井的平面内净尺寸应满足盾构安装和始发推进的要求；c)接收井的平面内净尺寸应满足盾构接收、解体或整体位移的要求；d)始发、接收井的进出洞洞口底标高应高于井底板0.65m；井的宽度应大于9.4m（盾构直径+1.5m×2）；e)工作井预留洞口直径应满足盾构始发和接收的要求。土压平衡盾构施工准备a)场地布置：根据工程规模、现场条件、周边环境和使用的盾构机的数量等对现场进行规划和布置，合理规划满足工程施工所需的垂直和水平运输系统，并依此布置管片堆放场地、碴土存放场地、拌浆站及材料设备堆放场地等；b)弃碴土的方法：刀盘切削下来的碴土通过螺旋输送机和皮带机排放至运输土箱内，然后通过洞内水平运输和竖井或车站端头井垂直运输的方式运送至地面的碴土储存坑内。盾构选型选型依据盾构区域内的工程地质条件和水文条件。地面沉降控制。施工占地面积、组装场地小，并能适应市区道路狭窄、设备、转移难度大的现场实际条件。盾构及辅助设备容易组装、调头及拆装：经组装、调头及拆装后仍能保持原来的工性能和使用要求。刀具的选择基于盾构掘进区域的工程地质情况，进行针对性设计刀盘刀具，不同的工程地质特点，采用不同的刀具配置方案。在地质条件以淤泥、粘土和粉质粘土为主的地层中盾构掘进，一般只需配置切削型刀具，如：切刀、周边刮刀、中心刀、先行刀和超挖刀。考虑到刀盘的受力均匀性，刀具应对称性布置。刀具安装采用螺栓固定，便于更换。在上软下硬、地质不均的复合地层中，且局部岩石的单轴抗压强度较高（150MPa~200Mpa），除配置切削型刀具外包括宽幅切刀、先行刀，还需配置滚刀，滚刀应符合《全断面隧道掘进机土压平衡盾构机》GB/T34651相关规定。技术规格要求盾构机最大推进速度应≤80mm/min。盾构机最小掘进转弯半径应≤250m；适用隧道纵向坡度应≥±45‰。盾构机最大工作压力应≥0.5Mpa。盾构机主要部件及总成使用寿命应≥10km或10000小时。盾构机主要部件应采用世界知名厂商品牌及产品，盾构机主要结构件材料应采用国内知名厂商品牌及产品。组装和调试组装前应完成下列准备工作：a)根据盾构部件情况、场地条件，制定详细的盾构组装方案；b)根据部件尺寸和重量选择组装设备。大件吊装作业必须由具有资质的专业队伍负责。盾构组装应按相关作业安全操作规程和组装方案进行。现场应配备消防设备，明火、电焊作业时，必须有专人负责。盾构组装后，必须进行各系统的空载调试，然后进行整机空载调试。盾构始发与接收一般规定始发指利用临时拼接管片等承受反作用力的设备，将盾构机推上始发基座，由此始入地层，开始沿所定线路掘进的一系列作业。始发掘进前，应对洞门前方加固地层进行质量检查，合格后方可始发；应制定洞门围护结构破除方案，采取适当的密封措施，保证始发安全。始发掘进前，应将基座和反力架安装在设计规定位置。盾构机在现场组装后，必须首先对各个系统进行空载调试，使其满足设计功能要求，然后必须进行整机联动调试，使盾构整机处于正常状态，以确保盾构始发掘进的顺利进行。洞圈、密封及其他预埋件等应在盾构始发或接收前按要求安设完成，并应符合质量要求。工作井工作井应符合下列规定：a)依据地质条件、环境条件选择安全、经济、对周边影响小的施工方法；b)始发工作井的长度应大于盾构主机长度3m，宽度应大于盾构直径3m；c)接收工作井的平面净尺寸应满足盾构接收、解体或整体位移的要求；d)始发、接收工作井的底板宜低于进、出洞洞门底标高700mm。就构筑竖井的施工方法而言，有沉箱法、沉井法、入土挡土墙工法及球体盾构工法四种，由地层状况、地下水位及其对周边环境的影响进行选择。端头土体加固洞口段地层不能满足盾构始发和接收对防水、防坍等安全要求时，必须采取加固措施。始发端头土体加固的常用方法：有注浆、旋喷、深层搅拌、井点降水、冻结法等，可根据土体种类、渗透系数、加固深度和加固的主要目的、工程规模和工期、环境要求等条件进行选择。当采用常用方法不能满足始发接收安全要求时，可考虑采用钢套管工艺辅助接收。当洞口处于砂性土或有承压水地层时，应采取降水、堵漏等措施，以防止涌水、涌砂。必须对加固的钻孔位置进行复核，当确认钻孔位置无地下管线后方能开钻。孔位允许偏差为±40mm，垂直度允许偏差为1%，并应确保桩体相互搭接。安装基座始发基座导轨必须顺直，严格控制标高、间距及中心轴线。始发前在基座钢轨上涂抹黄油等润滑剂，以减少盾构推进阻力。始发架基座安装位置按照测量放样的基线，吊入井下定位加固结实，基座上的轨道按实测洞门中心居中放置。盾构始发接收基座宜采用钢结构形式，结构必须具有足够的强度、刚度和稳定性。基座设计还需考虑盾构前后移动施工的便捷和结构受力。安装反力架、洞门密封定位放线，根据方案及几何尺寸放出反力架位置，施工范围内干扰物体应及时进行清除。固定立柱，使立柱靠管片面与洞门在同一平面以确保良好的始发姿态。、依据测量定位线进行定位焊接，靠管片面应保证与立柱平面相平。反力架左右偏差控制在±10mm之内，高程偏差控制在±5mm之内，上下偏差控制在±10mm之内。始发托架水平轴线的垂直方向与反力架的夹角＜±2‰，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差＜2‰，水平趋势偏差＜±3‰。、安装前清理完洞口的渣土和疏通预埋钢板的孔并涂黄油。、将螺栓旋入预先埋设的井圈周边的螺母内，安装帘布橡胶板及圆环板，并用薄螺母固定在井壁上，防止安装扇形压板时损坏帘布橡胶板。负环管片的安装在负环管片拼装中对脱出的管片应进行加固，以保证在传递推力过程中管片不会浮动变位，确保力能均匀传递到反力架上。负环管片脱出盾构机后，应在管片两侧用型钢与车站结构连接加固，并使其与始发托架及基座加固、箍紧。进洞之前，应在壳体上焊接防扭转装置，并随盾构机的推进逐次切除。相邻管片高差控制在4mm，环面间隙小于1mm，纵缝相邻间隙在0mm~2mm，对应环向螺栓孔的不同轴度小于1mm。管片底部与钢轨间用木塞或钢塞塞紧，以防管片下沉。盾构到达施工控制在距离接收端洞门10m时，应遵循“小推力，低速度，低转速，少出土”的原则，并时刻监视土舱压力值，在保证顺利出渣，地表稳定的前提下逐步降低压力，若发现土压无法建立，应严格控制出渣量，以防止地表沉降。在距离接收洞门10m时应增加盾尾油脂的压注，防止盾尾漏浆。合理安排到达洞门凿除施工计划，确保洞门凿除后不暴露过久，并针对洞门凿除制定专项施工方案。如果洞门墙体中的钢筋为纤维钢筋，则只需凿除钢筋表面混凝土，而无需切割纤维钢筋。盾构到达施工控制除了满足上述要求外，还应符合《盾构法隧道施工及验收规范》GB50446相关规定。盾构到达监测、测量与姿态调整盾构贯通前20m时，应提前检查硬化地面有无裂缝，车站端墙及其他结构有无变形，裂缝等。应派人24小时对车站端墙及洞门处进行观察。盾构贯通前20m时，在加强地面监测的同时对车站端墙及洞门进行监测，监测频次每天两次以上；并及时将监测结果反馈至掘进施工现场。在盾构贯通前300m对盾构到达洞门进行复核测量。测量项目包括：洞门中心位置偏差、洞门全圆半径等。必要时根据测量结果对洞门进行相应处理。在距离贯通面150m~200m时进行包括联系测量的线路复测。洞内所有测量控制点进行一次系统的控制测量复核，对所有控制点的坐标进行精密、准确的平差计算。在盾构贯通前100m、50m处分两次对盾构姿态进行复核测量。根据盾构姿态测量与洞门复测结果，制定盾构姿态调整方案，并逐渐将盾构姿态调整至预计位置。盾构解体盾构解体前，应制定详细的解体方案，并准备解体使用的吊装设备、工具、材料等。盾构解体前，应按起重作业安全操作规程及盾构制造商的拆卸技术要求进行班前交底。盾构的拆卸按先电气系统，后液压系统，再机械构件的原则进行。拆机前应对各部件进行检查，并对液压系统和电气系统进行标识和登记，确保再次组装时不缺件和不错装。对液压油管除进行标识外，拆卸后应立即安上堵头，以防污染。对已拆卸的零部件应做好清理和维护保养工作，所有管线和接头必须做好相应的密封和保护。盾构主机吊耳布置必须使吊装时受力平衡，吊耳焊接必须由专业技术工人操作，同时必须有专业技术人员进行检查监督。盾构掘进一般规定盾构在起始段应试掘进50m~200m，并根据试掘进调整、确定掘进参数。盾构掘进施工必须严格控制排土量、盾构姿态和地层变形。盾构掘进至一个管片环宽度时，应停止掘进，进行管片拼装。管片拼装时，应采取措施保持土舱内压力，防止盾构后退。盾构掘进过程中必须对成环管片与地层的间隙充填注浆。盾构掘进过程中应保持盾构与配套设备、抽排水与通风设备、水平运输与垂直提升输送设备、泥浆管道输送设备、供电系统等正常运转，并保持盾尾密封。洞门破除及加固区掘进洞门凿除应做完一层后再施作下步工序，上下不可同时施工。露头的钢筋应清理干净，钢筋上混凝土残渣清除。如果洞门墙体中的钢筋为纤维钢筋，则在凿除纤维钢筋表面的混凝土后无需人工切割纤维钢筋，直接掘进采用刀盘切割。凿除中发生险情，立即停止洞门混凝土凿除，同时进行临时封堵，以控制险情，采取双液浆或聚氨酯堵住漏点。洞门凿除后，盾构机应加快靠上洞门。刀盘切入土体时必须保持运转。在端头加固土体中掘进时，应以磨为主，推进速度宜小于10mm/min，使加固土被充分切削。掘进参数盾构掘进参数的选取应当体现出工程施工的特点和影响因素的作用，并考虑具体分析问题的需要。当盾构隧道采用土压平衡模式进行掘进，掘进过程中由盾构数据采集系统记录盾构操作过程中的全部掘进参数。对于施工参数的管理，在现场施工过程中应重点关注：①土舱压力；②推进速度；③总推力；④排土量；⑤刀盘转速和扭矩；⑥注浆压力和注浆量。刀具更换应预先确定刀具更换的地点与方法，并做好相关准备工作。刀具更换宜选择在工作井或地质条件较好、地层较为稳定的地段进行。在不稳定地层更换刀具时，必须采取地层加固或压气法等措施，确保开挖面稳定。盾构调头过站调头和过站前，应做好施工现场调查、技术方案以及现场准备工作，调头和过站设备必须满足盾构安全调头和过站要求。盾构掉头和过站必须有专人指挥，专人观察盾构转向或移动状态，避免方向偏离或碰撞。盾构过站主要技术措施如下：a)到达前，对接发托架进行加固和精确定位，确保盾构机过站时托架的刚度；b)到达前，将站台板预埋钢筋和其他影响盾构过站的预埋件埋平，确保底板的平整；c)在底板先用细砂找平后铺设钢板，钢板上涂抹黄油等润滑剂，减少盾构滑动的摩擦力；d)定时校正千斤顶油缸的行程，使千斤顶行程同步。调头和过站完成后完成盾构管线的连接工作，连接后，必须进行各系统的空载调试，然后进行整机空载调试。管片拼装管片拼装前按照《盾构隧道管片质量检测技术标准》CJJ/T164相关规定进行检查，管片接头使用的螺栓、螺母、垫圈、螺栓防水用密封垫等附件准备齐全后，才允许安装。每环管片结束后要及时拧紧各个方向的螺栓，且在该环脱出盾尾后再次拧紧。对掘进过程中出现的管片裂缝和其他破损，要及时观察记录并提醒盾构机操作员注意，并要选择合适的时间对管片进行修补。管片安装采取自下而上的原则，由下步开始，先装底部标准块（或邻接块），再对称安装标准块和邻接块，最后安装封顶块，封顶快安装时，先径向搭接2/3，径向推上，然后纵向插入。拼好的一环管片从盾尾脱出，受到自重和压力的作用产生变形，当变形量过大，既成环和拼装环高低不平，影响到纵向螺栓安装时，用真圆保持器对管片进行临时整圆。施工测量一般规定盾构施工测量是指导盾构按设计要求正确掘进而进行的测量工作，在盾构施工全过程应提供盾构施工所需的施工测量控制点、盾构姿态和管片成环状况，并对盾构自身定向系统进行检核测量，提供修正参数。盾构施工测量主要内容应包括地面控制测量、竖井联系测量、地下控制测量、掘进施工测量和竣工测量。了解盾构结构和自身定向系统特点、精度，制定科学可行的盾构施工测量方案。地面控制测量在盾构始发井和接收井间必须建立统一的施工控制测量系统，控制点应分布在两个井口便于使用的地方，每个井口应布设不少于3个控制点。平面加密控制网的技术要求见下表表1平面加密控制网测量技术要求平均边长(m)导线长度(m)每边测距中误差(mm)测角中误差(″)测回数方位角闭合差(″)相邻点的相对点位中误差(mm)DJ1DJ220010002±2.5465±8联系测量联系测量内容应包括：地面近井导线测量和近井高程测量、竖井定向测量和导入高程测量以及地下近井导线和近井高程测量。竖井定向测量可采用联系三角形法、陀螺仪与垂准仪组合定向法。地下控制测量地下控制测量应包括地下施工导线测量、施工控制导线测量和地下施工水准测量、施工控制水准测量。控制点可埋设在隧道两侧或顶、底板上。地下控制网一般为支导线和支水准路线，有条件时必须构成附和路线或导线网。隧道掘进中先布设施工导线和施工水准，隧道掘进大于200m，应选择稳固的施工导线点组成施工控制导线。掘进施工测量盾构始发井建成后，应采用联系测量方法，将平面和高程测量数据传入井下控制点上，并应满足盾构拼装，反力架和导轨等安装对测量的要求。测量盾构姿态所设置的测量标志应满足下列要求：a)盾构测量标志不少于2个，测量标志宜设置在同一纵向截面上，不易碰动处，标志点间距离要尽量大，标志可粘贴反射片也可安置棱镜；b)测量标志点间三维坐标系统应和盾构几何坐标系统一致或建立换算数学模型；c)对测量标志初始测量值经换算得到的盾构姿态应与盾构机本身测量系统测算的盾构姿态一致。并应以精度高的数据为依据计算修正参数，保证两个测量系统一致；d)盾构就位后应准确测定其对于隧道设计轴线的初始位置和姿态，盾构自身导向系统测得的成果应与盾构的初始位置和姿态一致。盾构姿态测量应满足下列要求：a)盾构姿态测量内容包括其横向偏离值、纵向坡度、横向转角、高程偏离值及切口里程；b)横向偏离值测至毫米，坡度1‰，横向角2′~3′，高程偏离值以毫米为单位，切口里程以米为单位；c)人工测量频率应根据盾构自身导向装置精度确定，一般盾构每掘进累计预计形成15mm误差，测量一次；d)以控制导线点按极坐标法测定测量标志点，测量精度应小于3mm。衬砌环测量应满足下列规定：a)每环管片拼装完成后与脱离盾尾后各施测一次，一般盾构每掘进累计预计形成15mm管片误差时，进行测量；b)衬砌环测量内容应包括衬砌环中心横向及高程的偏差、椭圆度和前沿里程。并用报表形式及时提供测量成果。测量时应结合现场状况采用适宜的方法和测量辅助工具。测量精度应小于3mm。竣工测量盾构隧道贯通后应进行贯通误差测量，贯通误差测量应在接收井的贯通面设置贯通相遇点，利用接收井和始发井传递下来的控制点分别测