CN111350509A - 一种砂卵石地层隧道盾构施工的渣土改良和注浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砂卵石地层隧道盾构施工方法，包括以下步骤：端头洞门加固，安装始发托架；安装反力架支撑系统；盾构在渣土，洞门延长钢环和密封安装，盾构掘进参数优化，测量和调整等步骤，保证了盾构施工安全、顺利、快速，达到了盾构掘进砂卵地层时的理想的工作状况。

Description

一种砂卵石地层隧道盾构施工的渣土改良和注浆方法

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种砂卵石地层隧道盾构施工方法。

背景技术

在隧道盾构施工时，由于富水含砂地层会影响施工的进度和安全，进行掘进参数改进和步骤、结构优化是保证盾构施工安全、顺利、快速的一项不可缺少的最重要技术手段。现有技术，在本发明富含砂卵石地层的施工效果欠佳，大大影响了施工的进度和安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种砂卵石地层隧道盾构施工方法，克服了上述现有技术施工进度、质量和安全性的问题。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种砂卵石地层隧道盾构施工方法，包括以下步骤：

步骤一，盾构始发施工阶段在隧道进出洞的开始进行端头洞门加固,所述端头洞门加固包括管棚内注浆加固、地面袖阀管注浆加固和/或素混凝土桩加固；

所述洞门大管棚加固包括；在上方的管棚的孔口位置沿洞门钢管环外布置，该钢管环向所述隧道洞门中心外插角为1-2°，工作平台设置在管棚下方；该钢环管采用无缝注浆钢花管，该管棚所述注浆钢花管两节之间通过连接套钢管丝扣连接，相邻两根钢花管的接头错开套接；在所述钢花管上设置注浆孔口，该孔口呈梅花型布置；

所述地面袖阀管加固包括：在进、出隧道洞口进行地面袖阀管加固，加固范围为盾构轮廓线外、拱顶以上和隧底位置，所述袖阀管采用梅花型布置；

所述素混凝土桩为双排素混凝土桩加固；

步骤二，在始发基座安装始发托架；

步骤三，安装反力架支撑系统，所述支撑系统包括反力架、相互焊接的底部直撑横梁、侧墙直撑立柱、斜支撑，所述斜支撑与地面成45°角，该斜支撑一端与反力架侧墙直撑立柱焊接，另一端与预埋在地上的钢板焊接固定；所述反力架与车站中板通过型钢焊接；

所述反力架与始发基座固定安装时，所述始发基座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‰；且，负环管片的高程和圆心与始发反力架上的盾构机盾壳的中心偏差小于±5mm；

步骤四，洞门延长钢环安装：包括在隧道围护结构的内衬墙上固定连接有预埋钢环板；该预埋钢环板通过螺栓与洞门延长钢环固定连接；所述洞门延长钢环另一端通过螺栓与折页压板固定连接；所述洞门延长钢环和折页压板之间依次设有环形密封橡胶板、压紧环板。所述内衬墙为隧道上方洞圈内的加固墙体；所述洞圈位于隧道盾构机施工前进安装的管片上方。所述压紧环板为弧形压紧环板；所述折页压板为由件1和件2组成的扇形折页压板，所述件1 和件2铰接或轴连接；所述洞门延长钢环周围的盾构隧道范围内围护桩采用玻璃纤维筋；

步骤五，负环管片拼装：所述负环管片与反力架基准环间螺栓连接，该管片利用管片整环拼装后，利用推力千斤顶将负环管片推出盾尾，与反力架基准环紧固,采用三角支撑架、工字钢、木楔稳定该负环管片在始发托架上将管片环箍紧。

优选地，还包括以下步骤：

步骤六，盾构掘进施工：在盾构区间始发段地质主要为中密卵石地层，盾构掘进始发参数取值：始发段10米段：土压0.3～0.4bar，掘进速度30-50mm/min，扭矩1500～2100KN·m，推力<800t，刀盘转速0.9以上r/min，改良方式及注入量泡沫110L/环，出渣量58～63 方/环，同步注浆量5～6方/环，同步注浆压力0.2-0.4bar；

试掘进90米段：土压0.6bar以上，掘进速度40-60mm/min，扭矩1800～2300KN·m，推力1000-1500t，刀盘转速1.5以上r/min，改良方式及注入量泡沫110L/环，出渣量 58～63方/环，同步注浆量5～6方/环，同步注浆压力0.2-0.4bar。

优选地，还包括以下步骤：

步骤七，渣土改良：加入泡沫剂、钠基膨润土的混合泥浆，与土渣混合，所述混合泥浆包括由泡沫、膨润土水制成，重量份组分位水8-12，膨润土0.5-1.5，泡沫0.1-0.3，制成的泥浆坍落度在20cm以内，如5-20cm；所述泡沫剂粘度0.003～0.2Pa·s，PH值7.3～8。

本发明所用泡沫剂使用市场上盾构机泡沫剂，所述泡沫剂是利用微细泡沫的润滑效果使开挖土塑性流动，减少渗透性。尤其适用于砂卵石土层、全风化土层、及其混合土层。

优选地，还包括以下步骤：

步骤八，当盾尾通过洞门密封后同步注浆或二次补充注浆，实际注浆量：5～7m³/环；

所述同步注浆包括：通过管片上的注浆孔进行注浆水泥砂浆同步注浆，注浆胶凝时间： 6-8h；固结体强度：一天不小于0.5Mpa，3天不小于2MPa，28天抗压强度不小于5MPa；浆液收缩值：固结收缩率小于5％；浆液稠度：8～12cm；浆液比重：1.7～2.0g/cm3；浆液稳定性：倾析率小于5％；所述同步注浆浆液为水泥砂浆，由以下重量份组分制成：水泥200-240，粉煤灰360-400，膨润土80-120，砂700-860，水400-500；所述同步注浆压力取值为：0.25～0.4MPa；

所述二次补充注浆采用水泥浆，包括水泥和水玻璃双液浆混合物，或水和水泥混合的单液浆；所述水泥浆重量份配比均为1∶1，浆液密度1.44(g/cm3)凝结时间20～48秒，二次注浆压力0.3～0.5MPa。

所述注浆结束标准以注浆压力与注浆量进行双重控制，每环注浆量不得小于6m³。所述配置的混合泥浆的泥浆坍落度小于20cm，如5-20cm。。

优选地，还包括以下步骤：

步骤九，管片拼装：

采用预制管片衬砌，管片采用错缝拼装，管片接缝采用橡胶止水条防水；在盾构机尾部设有三道密封刷，同时向密封刷补充密封油脂；

先拼装底部管片，然后自下而上左右交叉安装，最后拼装锁定块。拼装中每环管片均布摆匀并严格控制环面高差。千斤顶顶紧后进行管片连接螺栓的安装。

优选地，还包括以下步骤：

步骤十，盾构机姿态初始测量；

步骤十一，盾构机掘进测量，管片位置的测量，盾构姿态测量，衬砌环片测量，到达掘进阶段的测量的地面近井导线测量、地面近井高程测量、定向测量，盾构机导轨定位测量，接收架定位测量，预埋钢环洞门中心测量；

步骤十二，盾构机姿态到达测量：包括测量水平偏航、俯仰度、扭转度。

优选地，还包括以下步骤：

步骤十三，盾构到达接收施工：盾构机定位及接收洞门位置复核测量、地层加固、洞门处理、安装洞门圈密封设备、安装接收基座；

盾构机到达前的盾构机定位及接收洞门位置复核测量：一是盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差，二是接收洞门位置的偏差调整。

8.根据权利要求1或2所述的砂卵石地层隧道盾构施工方法，还包括以下步骤：

步骤十四，盾构到达最后10m段的掘进，确定合理的掘进参数，接收时按照低速度、小推力、合理的土仓压力和及时饱满的同步注浆量，确保土仓压力，及时的同步注浆等合理的施工参数，以及匀速连续的作业方式接收盾构，接收段的施工参数：(1)土仓压力：0.3～0.4Mpa； (2)掘进速度不大于10mm/min；(3)盾构机推力控制在600～1000t之间；(4)刀盘扭矩：不大于2000KN*M；(5)同步注浆量：5～7立方；

优选地，还包括以下步骤：

步骤十五，最后几环管片的拼装：

1，置拉紧装置，将最后20环管片一环接一环地连接；先在纵向手孔处拼装特制钢板，并用管片螺栓压紧拉，然后每拼装一环管片后将角钢与钢板焊接；

2，合理管片拼装点位，避免盾尾硬性拖拉管片。管片拼装的点位要综合考虑线形要求和盾尾间隙，在两者不能同时满足时，优先考虑盾尾间隙，保证隧道衬砌的质量；

3，当盾尾机进入端头土体加固区后，浆液改为快硬性浆液，当盾尾推出洞口密封环后，迅速调整洞口扇形压板位置，保证洞口临时封堵的效果；

4，当盾构机前体盾壳被推出洞门时通过压板卡环上的钢丝绳调整折叶压板使其尽量压紧帘布橡胶板，以防止洞门泥土及浆液漏出；在管片拖出盾尾时再次拉紧钢丝绳，使压板能压紧橡胶帘布，让帘布一直发挥密封作用，使管片拉紧，洞门密封拉紧；

5，做好后20环管片的螺栓紧固和复拧紧步骤，并用槽钢沿隧道纵向拉紧后20环管片，使后20环管片连成整体，防止管片松弛而影响密封防水效果；

6，盾构机到达施工：在盾构机刀盘距洞门掌子面0.5m时,出空土仓中的渣土，在盾构贯通后安装的管片，保证注浆饱满密实，并且及时拉紧，防止引起管片下沉、错台和漏水。

优选地，还包括以下步骤：

步骤十六，滞后沉降的异常情况处置步骤：

(1)事先计算出每一环理论出土量，掘进时，按环实际出土量统计，并与理论值对比；

(2)当地面出土量超过理论值时5％时，分析洞外、洞内监测数据，并通过分析土样，判断围岩变化，反演地层特性，如果推断确实属超挖，调节螺旋输送机出土速度，增加土仓土体的含量；为保护上部建筑物或管线，必要时须满仓掘进或加气压非满仓掘进。

(3)根据统计超挖位置和超挖量，通过盾尾注浆及时将超挖量回补，必要时在超挖部位进行二次注浆或采用双液浆补注。盾尾注浆孔口的注浆压力应大于隧道埋深处的水土压力；

(4)采用两套注浆系统：同步注浆和二次补浆系统，确保注浆量满足要求；

(5)根据理论计算，管片和围岩间的施工空隙体积为4.05m³环、每环1.5m，卵石土层中注浆量控制在150～200％以上，即每环注浆量6～8m³。泥岩地层同步注浆量不小于5m³；

(6)注浆量还应结合注浆压力进行控制，注浆压力控制在2.5～4bar之间，若压力明显增大，则暂时停止注浆，以免注浆压力击穿地层或破坏管片；

(7)应采用信息化施工，加强现场监测掌握围岩土体变形规律，及时采取相应的工程措施。

本发明所述泥浆和泡沫混合物的作用机理主要表现在以下几个方面：

①通过注入泥浆和泡沫，在刀盘前方形成了一层泥膜，建立起泥土压力，为土体结构提供水平推力，有利于形成拱结构。

②泥浆和泡沫使开挖面土体的强度和刚度得到加强，提高了开挖面土体的竖向抗力，对开挖面土体起到了支护作用，减少了开挖面土体失稳的可能。

砂卵石地层颗粒松散，无粘聚力，颗粒之间的传力方式为点对点，向开挖面土体添加泥浆后，泥浆包围在颗粒周围，形成了一层泥膜，增加了颗粒之间的粘聚力，使得颗粒之间的传力得到扩散，改善了土体的受力状况。另外，泡沫的体积极小，混合后泡沫的泥浆扩散性得到增强，可以在刀盘的搅拌下迅速渗透到土层中，将砂卵石颗粒包裹起来，降低了土体的密实度，改善了土体的塑流性。

③利用泡沫优良的润滑性能，改善土体粒状构造，同时吸附在颗粒之间的气泡可以减少土体颗粒与刀盘系统的直接摩擦。降低土体的渗透性，又因其比重小，搅拌负荷轻，容易将土体搅拌均匀，从而做到既能平衡开挖面土压，又能连续向外顺畅排土。同时泡沫具有可压缩性，对土压的稳定也有积极作用。

本发明技术方案相对于现有技术具有以下技术效果：

本发明一种砂卵石地层隧道盾构施工方法，通过端头洞门加固，安装始发托架；安装反力架支撑系统；盾构在渣土，洞门延长钢环和密封安装，盾构掘进参数优化，测量和调整等步骤，保证了盾构施工安全、顺利、快速，达到了盾构掘进砂卵地层时的理想的工作状况。

附图说明

图1-1为本发明大管棚注浆结构示意图

图1-2为本发明大管棚钢环管展开结构示意图

图1-3为本发明大管棚钢环管套接结构示意图

图2为本发明地面袖阀管平面布置图

图3-1为本发明始发托架示意图

图3-2为本发明始发托架安装结构示意图

图4-1为本发明反力架结构平面示意图

图4-2为本发明反力架纵面结构示意图

图5-1为本发明折页式密封压板安装结构图

图5-2为本发明始发洞口密封原理图

图6为本发明负环管片加固图

图7-1为本发明10-6盾构机姿态测量示意图

图7-2为本发明图7-1三维坐标放大示意图

图8为本发明盾构机推力计算图

图中：1-管棚，2-孔口，3钢管环，4-工作平台，5-隧道，6-连接套钢管，7-袖阀管，8-始发托架，9-反力架，10-横梁，11-立柱，12-斜支撑，13-始发基座，14-负环管片，15- 洞门延长钢环密封结构，1510-围护结构，151-内衬墙，152-钢环板，153-螺栓，154-环形密封橡胶板，155-压紧环板，156-折页压板，1561-件1，1562-件2，157-洞门延长钢环，14- 管片，16-三角支撑架，17-工字钢，18-木楔，19-盾构机。

具体实施方式

如图所示本发明一种砂卵石地层隧道盾构施工方法，实施例图中中涉及的编号和结构名称在下文中分别为：1-管棚，2-孔口，3钢管环，4-工作平台，5-隧道，6-连接套钢管，7-袖阀管， 8-始发托架，9-反力架，10-横梁，11-立柱，12-斜支撑，13-始发基座，14-负环管片，15- 洞门延长钢环密封结构，1510-围护结构，151-内衬墙，152-钢环板，153-螺栓，154-环形密封橡胶板，155-压紧环板，156-折页压板，1561-件1，1562-件2，157-洞门延长钢环，14- 管片，16-三角支撑架，17-工字钢，18-木楔，19-盾构机。

本实施例施工段分别为三色路、中和站、金石路站～三色路站盾构区间、三色路站～中和站盾构区间、龙灯山出入段线盾构区间。三色路站大、小里程端头均为盾构始发井，龙灯山车辆段为小里程盾构始发井。金石路站～三色路站盾构区间：盾构穿越的地层主要为中风化泥岩，部分地段为砂卵石地层。三色路站～中和站盾构区间：盾构穿越地层基本为泥岩地层，部分地段为砂卵石地层。龙灯山出入线盾构区间：盾构穿越地层基本为泥岩地层，部分地段为砂卵石地层。

1.工程概况

盾构区间为两站三区间，分别为三色路、中和站以及金石路站～三色路站盾构区间、三色路站～中和站盾构区间、龙灯山出入段线盾构区间。左线盾构区间总长6128m，右线盾构区间总长6057m，拟采用6台铁建重工盾构机。三色路站大、小里程端头均为盾构始发井，龙灯山车辆段为小里程盾构始发井。

金石路站～三色路站盾构区间，盾构机19穿越的地层主要为中风化泥岩，部分地段为砂卵石地层。

三色路站～中和站盾构区间，盾构穿越地层基本为泥岩地层，部分地段为砂卵石地层。龙灯山出入线盾构区间，盾构穿越地层基本为泥岩地层，部分地段为砂卵石地层。目前场地现状为市政道路，交通繁忙。

地下水主要是第四系砂、卵石土层的孔隙潜水。场地卵石土层较厚，且成层状分布，局部夹薄层砂，其间赋存有大量的孔隙潜水，其水量较大、水位较高，大气降水和区域地表水为其主要补给源。卵石土层中孔隙水形成贯通的自由水面。

本标段盾构穿越的地层以泥岩为主，其中龙灯山出入段线盾构区间区间、中和站～三色路站区间主要以泥岩为主，三色路站～金石路站区间以上部卵石，下部泥岩为主，部分段为全断面泥岩。金石路站右线大里程端头盾构机接收吊出场地地质情况从上到下依次为：杂填土、松散卵石、稍密卵石、中密卵石、密实卵石、强风化泥岩、中等风化泥岩。

2.风险源汇总：负环拆除，龙门吊安拆，盾构吊装，盾构始发、掘进、开仓换刀接收，区间降水

3.投入本标段盾构机参数和性能

本区间共采用6台盾构机施工，为铁建重工生产的ZTE6250土压平衡盾构机，适合卵石、卵石土、泥岩、砂岩地质土层。

4.盾构始发施工

盾构始发施工总流程

首先，在盾构到场前，进行端头土体加固和始发基座就位；其次组装盾构后配套拖车，并将其吊入车站内；组装盾构主机并将主机和后配套拖车连接，接着进行反力架安装，完成盾构机整机调试，同时垂直运输系统和水平运输系统、制浆系统等安装调试。在上述工作期间可交叉作业，完成洞门延长钢环、洞门密封，最后完成反力支撑并开始拼装负环管片后形成盾构始发状态，开始盾构始发掘进。

4.1端头加固

本标段盾构机共需进出洞12次。盾构机在隧道5进出洞时，工作面将处于开放状态，这种开放状态将持续较长时间。如果处理不当，地下水、流砂、涌泥等就会进入工作井，严重情况下会引起洞门塌方。因此、端头加固工作在盾构施工中显得极为重要，具体端头加固措施详见下表1端头加固措施表。

表1端头加固措施表

注：表中(一)表示采用“大管棚+管棚内”注浆加固，(二)表示采用“袖阀管”注浆加固，(三)表示采用“素混凝土桩”加固。

一、洞门大管棚加固如图1-1，图1-2，图1-3所示。

1、大管棚布置如图所示范围。管棚1孔口2位置沿洞门钢环3外250mm布置，钢管环向中心间距335mm，外插角约1-2°。进行23根大管棚钻孔、注浆施工定。

2、钢管采用无缝钢管，单个管棚分节安装，两节之间用丝扣连接，丝扣螺纹段长度大于150mm，相邻两根钢花管6的接头要错开不小于1.0m的距离。注浆钢管上钻注浆孔，呈梅花型布置。钢管尾部孔口段不钻孔，作为止浆段。

二、地面袖阀管加固，如图2所示。

按照设计要求，在进、出洞口进行地面加固，加固方式为地面袖阀管7加固，加固范围为盾构轮廓线外3m，拱顶以上3m，隧底1.5米，袖阀管为梅花型布置。

三、双排素混凝土桩加固施工

盾构进洞端头加固方式采用双排素混凝土桩。桩位偏差不应大于50mm，桩身垂直度偏差不宜大于0.5％，桩径偏差不宜大于50mm。混凝土灌注前，清除孔底沉渣，桩底沉渣不大于 100mm。

4.2始发基座13，如图3-1，图3-2所示。

始发托架8采用钢结构形式，主要承受盾构机的重力及推进时盾构机产生的摩擦力和扭转力。结构设计考虑盾构前移施工的便捷和结构受力，以满足盾构在组装时对主机进行向前移动的需要。

盾构机主机总重近达317.5吨，始发托架必须具有足够的强度、刚度和稳定性。始发托架是盾构机在始发井中的支撑和定位托架。首先依据隧道在此处的设计轴心线确定始发托架中心线，通过测量放线，以指示托架的安装位置。为防止盾构始发时会出现低头现象，将始发托架抬高20mm安装，托架安装采用型钢和钢板垫高找平；托架安装就位后，在井底采用型钢和利用四周井壁将托架支撑，焊接定位之后，开始在托架上组装盾体。

4.3反力架及支撑系统，如图4-1，图4-2所示。

一、反力架位置的确定

在盾构主机组装完毕后，进行反力架9的安装。反力架为钢结构，用来为盾构始发时提供反推力。车站主体结构的厚度为800mm，负环管片的环数为7环，托架与洞门之间距离1m，所以确定反力架前端中心里程为：

D＝D洞门-L洞门钢环长度-1m-L管×N-L(盾构掘进方向为大里程到小里程)

其中：D洞门――――――――洞门里程

L洞―――――――――洞门钢环长度

L管―――――――――管片长度

N――――――――――负环管片环数

L钢―――――――――基准环的长度

二、本标段各反力架型式和安装

反力架安装时，首先测量在反力架位置起始里程断面的中心线，并刻划在始发井侧墙上，以便反力架中心定位，反力架中心随始发托架抬高而同时抬高。定位的关键是反力架紧靠负环管片的定位平面与此处的隧道轴线垂直。反力架与车站结构连接部位的间隙要垫实，以保证反力架脚板有足够的抗压强度。

反力架底部的横梁10和立柱11采用直支撑支顶在后部，位置确定之后，与车站施工时预埋的钢板进行焊接连接；反力架斜支撑12与地面成45度角，一端与反力架焊接连接，另一端与预埋在地上的钢板焊接固定,斜撑采用900*600mm型钢支撑；反力架与车站中板用4道型钢连接，确保反力架整体受力满足始发要求。

由于反力架和始发基座为盾构始发时提供初始的推力以及初始的空间姿态，在安装反力架和始发基座时，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。始发基座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‰。在安装反力架和始发架时，要保证负环管片的高程和圆心与始发架上的盾构机盾壳的中心偏差小于±5mm。从而保证负环管片的顺利安装。

在进行始发托架和反力架定位时，测量组现场对始发托架和反力架进行中线及高程定位。

三、反力架受力分析

反力架9为一门式刚架。包括立柱，上下各有两个横梁，根据连接形式，以及荷载传递路径设计。L1、L2为水平横梁与部分钢负环直接接触。H1、H2为立柱，底部与井底板预埋钢板固接，中间与横梁、斜向梁、水平支撑固定连接。Z1～Z8为水平支撑，一端固接与反力架一端固接在井壁预埋钢板上。

荷载传递路径分析：盾构机水平推力F->负环管片->钢负环->反力架->水平支撑以及井底、井壁的支座。

反力架用900*600型钢与侧墙连接在一起，反力架支撑按照受力2000t设计，受力验算如下：

反力架支撑采用6道900×600×20×20型钢支撑与5道600×600×20×20型钢直支撑，3 道400×250×20×20型钢支撑撑到始发井中板结构上，对反力架进行加固，面向隧道方向左侧有2道900×600×20×20型钢斜支撑与地面成45°角一端与底板预埋钢板焊接，另外一端与反力架用螺栓连接，其余5道600×600×20×20型钢支撑直接焊接在始发井车站预埋钢板上。

实际始发掘进正常推力一般不超过1000T,且加设钢环对应力起均衡作用，考虑不均匀受力和安全系数，总推力按2000T计算，四个集中力P按2000T平均分配计算，集中受力点平均分配得500T。考虑到反力架的支撑形式及支撑个数，反力架两侧3根支撑各承受700T的推力，上面3根支撑承受300T推力，下面中间3根支撑承受300T推力。

1)左侧斜支撑计算：左侧有2根900×600×20×20型钢支撑，平均每根型钢受力为700/2＝350T， 900×600×20×20H型钢的截面面积为23200mm2，斜支撑与反力架成45°角进行支撑，故H 型钢的应力为(350T/23200mm2)/cos45°＝215.5N/mm2，钢材设计强度为235N/mm2，故斜支撑可满足盾构始发要求,即反力架稳定。

2)右侧支撑计算：右侧有3根600×600×20×20型钢支撑，平均每根型钢受力为700/3＝233.3T， 600×600×20×20型钢的截面面积为23200mm2，支撑与反力架成直角直接支撑在中间风井混凝土结构上，结构与支撑连接处垫20mm厚钢板。故型钢的应力为233.3T/23200mm2＝100.6N/mm2，钢材设计强度为235N/mm2，故支撑可满足盾构始发要求,即反力架稳定。

3)上侧中间3根支撑计算：上侧有3根400×250×20×20型钢支撑，平均每根H型钢受力为300/3＝100T，400×250×20×120型钢的截面面积为13050mm2，支撑与反力架成直角直接支撑在中板混凝土结构上，结构与支撑连接处垫20mm厚钢板。故型钢的应力为100T/13050mm2＝76.6N/mm2，钢材设计强度为235N/mm2，故斜支撑可满足盾构始发要求,即反力架稳定。

4)下侧3根支撑计算：下侧中间有2根600×600×20×20型钢支撑，平均每根型钢受力为 300/2＝150T，600×600×20×20型钢的截面面积为23200mm2，支撑与反力架成直角直接支撑在中间风井混凝土结构上，结构与支撑连接处垫20mm厚钢板。故型钢的应力为150T/23200mm2＝64.7N/mm2，钢材设计强度为235N/mm2，故支撑可满足盾构始发要求,即反力架稳定。

4.4轨道铺设

一、始发井口后配套台车的轨道铺设

盾构机后配套台车吊装下井后，用电机车将其依次拖引至指定位置，进行连接、组装。在盾体下井前及负环拆除后，始发井口位置需要进行轨道铺设。

二、车站及隧道内轨道布置

采用槽钢作为轨枕，轴向间距布置

4.5洞门延长钢环安装，如图5-1,图5-2所示。

本标段盾构隧道范围内围护桩均采用玻璃纤维筋，为减少进洞风险，同时为了避免施工过程中掌子面塌陷不利影响，我部采用洞门延长钢环施工技术，可降低掌子面暴露风险，避免掌子面暴露太久发生失稳坍塌。通过使用延长钢环技术，可有效提高盾构始发进度，与盾构始发凿桩相比，效率可提前3天。。

4.6洞口密封结构15安装

一、洞门延长钢环密封结构(15)安装：如图5-1,图5-2所示。

在盾构始发时，为了防止洞内水和回填注浆沿着盾构机外壳向洞口方向流出，在内衬墙上的盾构机入口洞圈周围安装环行密封橡胶板止水装置。包括在隧道围护结构(1510)的内衬墙(151)上固定连接有预埋钢环板(152)；该预埋钢环板通过螺栓(153)与洞门延长钢环(157)固定连接；所述洞门延长钢环另一端通过螺栓(153)与折页压板(156)固定连接；所述洞门延长钢环和折页压板(156)之间依次设有环形密封橡胶板(154)、压紧环板(155)。所述内衬墙为隧道上方洞圈内的加固墙体；所述洞圈位于隧道盾构机施工前进安装的管片(14) 上方。所述压紧环板(155)为弧形压紧环板；所述折页压板为由件1(1561)和件2(1562)组成的扇形折页压板，所述件1和件2铰接或轴连接；所述洞门延长钢环周围的盾构隧道范围内围护桩采用玻璃纤维筋。

二、当盾构机沿推进方向掘进时，带铰接的扇形压板被盾构机带动向顺时针方向转动，并支撑密封橡胶板，封闭在盾体外径处，止住水向始发井内流入。当盾体通过洞门密封装置后，橡胶帘布紧缩，压住扇形压板，防止水流沿管片外径向始发井内流入，同时也防止同步注浆浆液外溢。在拆除负环管片后，拆除洞口密封结构清洁后，按同样的安装方法将密封装置安装至到达洞门，为盾构机到站的密封止水使用。

4.7盾尾油脂涂抹

盾构始发前对盾尾刷仓内进行油脂填充。

4.8负环管片拼装，如图6所示。

一、负环管片安装

1)盾构机调试完成之后，拼装负7环管片14，开始盾构机试运转。负环管片均选用标准环，采用通缝拼装。

2)由于负环管片外径处于无约束状态，管环及管片之间的连接螺栓比较少，为了保证各环管片稳定，盾构组装完成后向后移动盾构机，使盾尾靠近反力架基准环。

3)负环管片拼装的要点是，负6环管片与反力架基准环间采用特殊螺栓连接，管片利用管片拼装机在盾尾内整环拼装后，利用推力千斤顶将负7环管片推出盾尾，并与反力架基准环紧密连接牢固。其它负环管片安装与正常掘进管片拼装相同。

4)为了负环管片安装稳定和承担掘进时的推力，除采用三角支撑架、木楔稳定负环管片外，每环管片还采用钢丝绳、钢丝绳卡子电力工程用的紧线工具，沿环向组装成紧箍负环管片绳具，绳具两端钩在始发托架上，将管片环箍紧。在安装负环管片同时，进行盾构机试运转，准备掘进。

5)负7环管片与反力架基准环间采用特殊螺栓连接。负7环管片利用盾构机的管片拼装机在盾尾内整环拼装后，利用盾构机千斤顶将负7环管片推出盾尾，并与基准环连接牢固。其他负环管片安装与整洞掘进管片拼装相同。

6)当继续拼装负环管片时，盾尾内的负环管片将陆续移出，除利用木楔将管片支垫于始发托架上，在每环管片推出盾尾后，在管片外的支撑三角架16纵向工字钢17及始发台轨道上用木制楔子18及时进行支垫，将管片压力均匀的传递给三角架和托架。每环管片加设2个木楔子。为了负环管片安装稳定和承担掘进时的推力，除采用三角支撑架稳定负环管片外，每环管片还采用钢丝绳，钢丝绳卡子紧线工具，组装成紧箍负环管片绳具，绳具两端钩在始发托架上，将管片环箍紧。如下图所示。

二、负环管片拆除

1、负环拆除条件

负环拆除的受力条件为已拼装成型隧道的管片的摩阻力大于盾构实际推力。管片摩阻力： F＝μ×π×L×D×P

其中μ——土体与管片的摩擦系数，取0.3

D——管片直径(m)，6m

L——已拼装的隧道长度(m)

P——作用于管片背面的平均土压(Kpa)，取100Kpa

以盾构最大推力为额定推力42575KN进行验算，75m时即可进行负环拆除工作，但考虑到同步注浆浆液强度达到2.0Mpa等相关因素，当盾构始发掘进达到100米左右，拆除反力架及负环管片。

2、拆除步骤

A、泄力环拆除

B、负环管片拆除

C、反力架拆除

D、后拆除始发基座。

5.盾构掘进施工

5.1盾构机掘进流程及参数设定

根据标段内地质情况，盾构掘进采用土压平衡模式，可有效的保证土体的稳定、地表建筑物和施工安全。盾构施工参数在表中范围内选取，并在施工中不断优化调整。

正常推进阶段采用100m试掘进施工掌握的最佳参数。通过加强施工监测，不断地完善施工工艺，控制地面沉降。盾构在复合地层中掘进参数表如下表2所示。

表2盾构在复合地层中掘进参数表

本标段金～三区间有部分地段处于复合地层，上部分有有卵石图侵入，在实际施工过程中，加强同步注浆和二次注浆，如有超方时第一时间进行地面打孔注浆，同时根据实际盾构在复合地层中掘进的各项参数，及时进行调整掘进参数。

1)刀盘刀尖碰壁的准备工作

①调整压板，缓慢给土仓加压。

②刀盘开始转动，在0.9-1r/min开始推进，推进速度控制在规定范围以下，总推力控制在 800T以下，根据现场状况逐步调整。

2)始发正式掘进模式

①严格计算出土仓压力，按照水土分算计算，具体的计算请参照上面计算过程。

②严格控制盾构机的超挖和负挖现象的产生。

掘进过程中必须严格控制掘削量，发现超挖和负挖现象及时调整。

掘进过程中要时刻记录出土速度和土仓压力，并对掘进段地表进行实时监测，当发现掘削发生骤变时，第一时间进行分析，在查明原因后应及时调整有关参数，确保开挖面稳定。

3)始发掘进应该注意的问题

①为控制推进轴线、保护刀盘，推进速度不宜过快，使盾构缓慢稳步前进，推进速度控制在5-10mm/min。

②一环掘进过程中，掘进速度值应尽量保持衡定，减少波动，以保证土仓压力稳定和出土的畅通。

③盾构启动时，盾构司机必需检查千斤顶是否靠足，开始推进和结束推进之前速度不宜过快。每环掘进开始时，应逐步提高掘进速度，防止启动速度过大。

④推进速度的快慢必须满足每环掘进注浆量的要求，保证同步注浆系统始终处于良好工作状态。

⑤在调整掘进速度的过程中，应保持开挖面稳定。

⑥除特殊情况外，掘进过程中严禁盾构机后退。

4)主要的参数调整优化措施如下：

①采用以滚刀为主的复合刀盘切削砂卵石层，以低转速、大扭矩推进。

②适当提高掘进土压力(土仓压力设定为理论值的1.2～1.3倍)以防止涌水，并在掘进中不断调整优化。

③土仓压力通过采取设定掘进速度、调整排土量或设定排土量、调整掘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。

④盾构机的掘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。在实际掘进施工中，应根据地质条件、排出的渣土状态，以及盾构机的各项工作状态参数等动态地调整优化。

⑤掘进时应采取渣土改良措施增加渣土的流动性和止水性，密切观察螺旋输送器的栓塞和出土情况以调整添加剂的掺量。

⑥推进速度控制在40～60mm/min，并根据监测结果和排土情况调整。螺旋机转速根据设定土压力与推进速度匹配。

盾构始发段为盾构机刀盘进入土体至盾体全部进入土体约10m施工段，施工前首先须对盾构机掘进过程中的各项参数进行设定，试掘进段100米再根据各种参数的使用效果及地质条件变化在适当的范围内进行调整。须设定的参数主要有土压力、推力、刀盘扭矩、推进速度及刀盘转速、出土量、同步注浆压力、添加剂使用量等。本工程盾构区间始发段地质主要为中密卵石地层，始发参数取值见下表3。

表2始发试掘进段掘进参数表

掘进土压力设定

始发掘进时应逐步建立土仓压力，控制地表沉降。

1、土仓压力理论计算；P＝P1+P2+P3＝γw·h+K0·[(γ-γw)·h+γ·(H-h)]+15

P：土仓压力(kPa)；P1：地下水压力(kPa)；

P2：静止土压力(kPa)；P3：预备压力(取15KPa)；

γw：水的溶重(kN/m3)；h：地下水位以下的隧道埋深(算至隧道中心)(m)；

K0：侧向土压力系数，本次施工取0.34(地质勘测报告提供)；

γ：土的溶重(23kN/m3)；

H：隧道埋深(算至隧道中心)(m)。

2、土仓压力实际设定值

盾构始发掘进阶段由于受到尾盾密封及洞门密封等因素的限制，土仓压力实际设定值不宜过高。

①加固区土仓压力设定

始发端头采用地面袖阀管加大管棚进行加固，此区域掘进拟取土仓压力值60～80Kpa。

②出加固区的土仓压力设定

盾构出加固区，在保证尾盾密封及洞门密封圈安全的条件下，逐步提高土仓压力设定值至理论计算值(80～100Kpa)，并根据地面监测情况进行调整。

③出加固区后的土仓压力设定

根据地面监测情况，结合土仓压力理论计算值，小范围内调整土仓压力设定值，理论值为100～ 130Kpa。

4、盾构施工推力，,盾构始发推力主要考虑正面土体压力P1、主机及后配套拖车的摩阻力P2、 P3：如图8所示。

盾构机所受压力：

Pe＝γh+P0

P01＝Pe+G/DL

P1＝Pe×λ

P2＝(P+γ.D)λ

式中：λ为水平侧压力系数，λ＝0.47

h为上覆土厚度，h＝12.8m

γ为土容重，γ＝1.94t/m3

G为盾构机重，G＝317.5t

D为盾构机外径，D＝6.25m；L为盾构机长度，L＝9m；P0为地面上置荷载，P0＝2t/m2； P01为盾构机底部的均布压力；P1为盾构机拱顶处的侧向水土压力；P2为盾构机底部的侧向水土压力；Pe＝1.94×12.8+2＝26.83t/m2

P01＝26.83+340/(6.25×9)＝32.474t/m2 P1＝26.83×0.47＝14.89t/m2

P2＝(26.83+1.94×6.25)×0.47＝18.3t/m2

盾构的推力主要由以下五部分组成：

F＝F₁+F₂+F₃+F₄+F₅

式中：F1为盾构外壳与土体之间的摩擦力；F2为刀盘上的水平推力引起的推力 F3为切土所需要的推力；F4为盾尾与管片之间的摩阻力

F5为后方台车的阻力

式中：μ：土与钢之间的摩擦系数，计算时取μ＝0.3

F₂＝π/4(D²P_d)

式中：P_d为水平土压力，

P_d＝0.47×1.94×15.93＝14.52t/m²

F₂＝π/4(6.28²×14.52)＝445.48t

F₃＝π/4(D²C)

式中：C为土的粘结力，C＝4.5t/m2

F₄＝W_cμ_c

式中：WC、μC为两环管片的重量(计算时假定有两环管片的重量作用在盾尾内，当管片容重为2.5t/m3，管片宽度按1.5m计时，每环管片的重量为24.12t)，两环管片的重量为48.24t 考虑。μC＝0.3

F₄＝48.24×0.3＝14.47t

F₅＝G_h·sinθ+μ_gG_hcosθ

式中：Gh为盾尾台车的重量，Gh≈160t；

θ为坡度，tgθ＝0.025

μg为滚动摩阻，μg＝0.05

F₅≈160×0.025+0.05×160×1＝12.00t

盾构总推力：F＝1225.26+445.48+138.06+14.47+12.00＝1835.27t

盾构始发的推力主要由下述因素决定：盾构外周(盾壳外层板)和土体之间的摩擦阻力或粘附阻力、盾构正面阻力、管片和盾尾刷之间及盾构与始发基座轨道之间的摩擦阻力。

为保证施工安全，以1200t为目标值控制盾构千斤顶总推力，始发试掘进盾构千斤顶总推力控制在400～800t，并根据具体情况做相应调整。

5、盾构千斤顶的推进速度及刀盘转速的设定

盾构千斤顶的推进速度及刀盘转速与盾构机的性能密切相关，同时也受工程地质及水文地质条件的影响。始发伊始，对参数设定首先要依据理论计算值进行设定，在始发完成后的试掘进阶段可对各种参数进行对比，调整推进速度与推力、刀盘转速与扭矩的关系式，定出推进速度和转速的范围。

在本始发段中，隧道洞身范围内地层主要为密实卵石层，由于处于始发掘进阶段，推进速度初始设定5～20mm/min，初始设定刀盘转速应小于1.0r/min。

5.2姿态调整及纠偏原则

一、盾构掘进方向控制

1、盾构机上配有自动全站仪：

该全站仪能实时反映盾构机的当前位置和理论位置，并提供调整指示。能够全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。据此调整控制盾构机掘进方向，使其始终保持在允许的偏差范围内。

2、分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向：

推进油缸按上、下、左、右分成四个组，每组油缸都有一个带行程测量和推力计算的推进油缸，根据需要调节各组油缸的推进力，控制掘进方向。

在上坡段掘进时，适当加大盾构机下部油缸的推力；在下坡段掘进时则适当加大上部油缸的推力；在左转弯曲线段掘进时，则适当加大右侧油缸推力；在右转弯曲线掘进时，则适当加大左侧油缸的推力；在直线平坡段掘进时，则应尽量使所有油缸的推力保持一致。

二、盾构掘进姿态调整与纠偏

在实际施工中，由于管片选型错误、盾构机司机操作失误等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值；在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或急弯段掘进过程中，有可能产生较大的偏差，这时就要及时调整盾构机姿态、纠正偏差。

1、参照上述方法分区操作推进油缸来调整盾构机姿态，纠正偏差，将盾构机的方向控制调整到符合要求的范围内。

2、在急弯和变坡段，必要时可利用盾构机的超挖刀进行局部超挖和在轴线允许偏差范围内提前进入曲线段掘进来纠偏。

3、当滚动超限时，就及时采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。

5.3渣土改良

1、渣土改良的作用

盾构在富水含砂地层中施工，进行渣土改良是保证盾构施工安全、顺利、快速的一项不可缺少的最重要技术手段。具有如下作用：

(1)保证渣土和添加介质充分拌合，以保证形成不透水塑流性的渣土从而建立良好的土压平衡机理，只有渣土改良效果好才能从根本上保证掘进过程中地表的沉降控制，同时保证预定的施工进度；

(2)使渣土具有流塑性和较低的透水性，形成较好的土压平衡效果而稳定开挖面，控制地表沉降；

(3)控制地下水流失及防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象；

(4)改善渣土的流塑性，使切削下来的渣土顺利快速进入土仓，并利于螺旋输机顺利排土；

(5)改善渣土的流动性和减少其内摩擦角，有效降低刀盘扭矩、降低对刀具和螺旋输送机的磨损、降低掘进切削时的摩擦发热，提高掘进效率。

2、渣土改良的方法

渣土改良就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓、或螺旋输送机内注入添加剂，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渣混合，其主要目的就是要使盾构切削下来的渣土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力，以满足在不同地质条件下掘进时都可达到理想的工作状况。添加剂主要有泡沫、膨润土以及聚合物。

(1)改良剂的确定及配比、掺量

表4各种改良剂的性能指标表

根据施工经验，本工程拟采用在膨润土浆液基础上加泡沫剂，其效果比单独改良有很大改善：显著降低刀盘、螺旋输送机的油压及盾构推力，减小刀盘扭矩，减轻砂卵石地层对盾构设备的磨损，提高掘进速度和设备的使用寿命。

膨润土泥浆配合比为水：膨润土：外加剂＝10∶1∶0.2，膨润土为优质的钠基膨润土，外加剂为碱、CMC及超流化剂DAV混合物，可以从市场购得盾构机专用外加剂，泥浆坍落度控制在20cm以内。

泡沫：95％压缩空气和5％泡沫溶液；泡沫溶液的组成为泡沫添加剂3％、水97％。本工程所用泡沫剂粘度不低于0.1Pa·s。

(2)泥浆和泡沫混合物的作用机理

泥浆和泡沫混合物的作用机理主要表现在以下几个方面：

①通过注入泥浆和泡沫，在刀盘前方形成了一层泥膜，建立起泥土压力，为土体结构提供水平推力，有利于形成拱结构。

②泥浆和泡沫使开挖面土体的强度和刚度得到加强，提高了开挖面土体的竖向抗力，对开挖面土体起到了支护作用，减少了开挖面土体失稳的可能。

砂卵石地层颗粒松散，无粘聚力，颗粒之间的传力方式为点对点，向开挖面土体添加泥浆后，泥浆包围在颗粒周围，形成了一层泥膜，增加了颗粒之间的粘聚力，使得颗粒之间的传力得到扩散，改善了土体的受力状况，如图所示。另外，泡沫的体积极小，混合后泡沫的泥浆扩散性得到增强，可以在刀盘的搅拌下迅速渗透到土层中，将砂卵石颗粒包裹起来，降低了土体的密实度，改善了土体的塑流性。

③利用泡沫优良的润滑性能，改善土体粒状构造，同时吸附在颗粒之间的气泡可以减少土体颗粒与刀盘系统的直接摩擦。降低土体的渗透性，又因其比重小，搅拌负荷轻，容易将土体搅拌均匀，从而做到既能平衡开挖面土压，又能连续向外顺畅排土。同时泡沫具有可压缩性，对土压的稳定也有积极作用。

(3)渣土改良的主要技术措施

考虑到本标段在富水含砂地层的掘进主要是要降低对刀具磨损、降低刀盘扭矩、螺旋输送机的磨损，防止喷涌，采取向刀盘前和土舱内及螺旋输送机内注入膨润土、泡沫混合物的方法来改良渣土。并增加对螺旋输送机内注入量，以利于螺旋输送机形成土塞效应，防止喷涌。过程中根据膨润土、泡沫改良效果及时进行配比调整。

5.4出土量的设定

本工程使用的管片外径为6000mm，环宽为1500mm。

V＝πL(d/2)2 (d—刀盘直径；L—管片环宽)

刀盘的直径为6280mm，每环的出土量：46.59立方；

根据成都地区相似地层施工经验，泥岩地层每环出土量控制在56m³，卵石层控制在60m³，重量考虑到刀盘膨润土和泡沫渣土改良，密实卵石土密度为2.3g/cm3，出土重量为G＝46.59*2.3+10＝117.2T控制。施工过程采用体积(每渣斗18方)、质量双控制(龙门吊自带称重系统)。在掘进过程中，必须严格控制每环的出土量，并作好记录。

按照地铁公司盾构施工管理办法结合现场施工情况，制定出渣量管理办法，当单环出渣量超 3方，三环超5方立即停机上报监理、业主，制定相应处理措施，经开会讨论验收合格后方可继续施工。

5.5同步注浆及壁后二次注浆

在刀盘全断面进入原土层后，可选用单液浆进行同步注浆，单液浆的选用与隧道质量有着密切的关系，要求在初选时依据试验提供切实可行的数据，达到设计标准。要求在前期做大量的筛选试验工作，并严格控制大样试验及注浆出口压力，P出＝P切+P系数(0.06～ 0.1MPa)。

为保证单液注浆的有效性及确保管片不因外来压力而产生变形和损坏，必须严格控制注浆压力，注浆压力应大于土仓压力0.6～1.0bar，但必须小于盾尾油脂舱压力。

同步注浆实施时间及浆液性能的选择

根据公式计算和相关技术要求，注浆量应保证环形间隙理论容积的1.5～2倍左右，本工程取1.7，注浆量Q＝6m3。为了保证掘进中能按上述要求完全注入，采用自动同步注浆和人工管片壁后注浆双重手段。

同步注浆系统有一定的合理使用范围，在某些敏感区域有一定的局限性，如在渗透系数较大的地层中。由于在此地层中盾构的推进速度相对较快，而自动注浆出口均分布在上部，浆液注入后很难形成单独固化体，尤其是在中下部，形成局部注入盲点。对于注浆系统另外配置了一套人工管片壁后注浆设备，在注浆管理上采用自动与人工注浆相结合，用人工管片壁后注浆系统来填充自动注浆设备的某些地质敏感区域。

当盾尾通过洞门密封后开始实施同步注浆。浆液选择水泥砂浆，注浆的主要指标：

①胶凝时间：根据地质情况6-8h。

②固结体强度：一天不小于0.5Mpa，28天不小于2Mpa。

③浆液收缩值：大于95％，即固结收缩率小于5％。

④浆液稠度：8～12cm。

⑤浆液比重：要求控制在1.7～2.0g/cm3。

⑥浆液稳定性：倾析率小于5％。

1、方式与材料

壁后注浆采取同步注浆和二次补充注浆两种方式，同步注浆通过同步注浆系统随掘进同时注入，二次补充注浆利用补充注浆系统在盾尾后通过管片注浆孔进行。

同步注浆浆液为水泥砂浆，配比见表。二次补充注浆主要采用水泥浆，在隧道开挖对地表建筑或管线影响较大的地段，为减少地面沉降，可选择速凝型浆液，如水泥－水玻璃双液浆等。水泥单液浆配比一般取水灰比1∶1。水泥－水玻璃双液浆配比见下表5，表6。

表5同步注浆材料配比表

表6液浆配比及浆液主要性质表

组别	水灰比	A液∶B液(体积比)	浆液密度(g/cm3)	凝结时间(秒)
					1	1∶1	1∶1	1.44	20～48

浆液初凝时间：6-8个小时，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。固结体强度：24h抗压强度不小于0.5MPa，3d不小于2MPa，28d抗压强度不小于5MPa。浆液结石率：>95％，即固结收缩率<5％；浆液稠度：8～12cm/m；浆液稳定性：倾析率(静置沉淀后上浮水体积与总体积之比)小于5％。

2、技术参数

①注浆压力

同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压力及土压力之和，做到尽量填补同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不充足，会使地表变形增大。

同步注浆压力取值为：0.25～0.4MPa，二次注浆压力控制在0.3～0.5MPa。

②注浆量

同步注浆量理论上是充填盾尾建筑空隙，但同时要考虑盾构推进过程中的纠编、浆液渗透(与地质情况有关)及注浆材料固结收缩等因素。注浆量可用下式进行计算：

Q＝Vλ

式中：Q—注浆量(m3) λ—注浆率(取1.5～2) V—盾尾建筑空隙(m3)

V＝π(D2-d2)L/4

式中：D—盾构切削土体直径 d—管片外径(6m) L—管片宽度(1.5m)

则刀盘直径为6280mm时：V＝π(6.292-6.02)×1.5÷4＝4.2m3

根据经验注浆量一般为理论注浆量的1.5～1.8倍，并应通过地面变形观测来调节。则实际注浆量：5～7m3/环。

二次补强浆量根据地质及注浆记录情况,分析注浆效果,结合监测情况，由注浆压力控制。注浆结束标准以注浆压力与注浆量进行双重控制，正常情况下要求每环注浆量不得小于6m3。

下情况应例外：

a、在含砂地层，注浆压力很小而注浆量较大时。增加注浆量直至注浆压力达到注浆压力的下限；

b、盾构机位于曲线段，考虑超挖，适当增加注浆量；

c、自稳能力差的粘土地层，注浆量很小而注浆压力较大时，可能是由于盾壳周围岩土发生坍塌，影响了浆液的流动。在注浆压力达到注浆压力上限时停止注浆，随后应进行二次补强注浆。

③注浆速度

同步注浆速度应与掘进速度相匹配，按盾构完成一环1.5m掘进的时间内完成当环注浆量来确定其平均注浆速度。达到均匀的注浆目的。

④注浆顺序

同步注浆通过管片预留注浆孔在盾构机推进的同时压注，在每个注浆孔出口设置压力传感器，以便对各注浆孔的注浆压力和注浆量进行检测与控制，从而实现对管片背后的对称均匀压注。为防止注浆使管片受力不均产生偏压导致管片错位造成错台及坡损，同步注浆时对称均匀的注入十分重要。补强注浆应先压注可能存在较大空隙的一侧。

3、盾尾通过洞门密封后进行回填注浆

当盾尾通过洞门密封后，立即进行洞口位置的补注浆，利用延长钢环上的预留的注浆阀进行补充注浆，同时加强在0环管片前的二次注浆，注浆采用水泥水玻璃双液浆。.构始发地面沉降过大。

5.6管片拼装

本工程中采用预制管片衬砌，管片外径6000mm，内径5400mm，每环管片长度1500mm，管片采用“3A+2B+1C(楔块)”错缝拼装，管片接缝采用橡胶止水条防水。

①管片选择

a盾构千斤顶与铰接千斤顶的行程差

管片拼装的总原则是拼装的管片与盾尾的构造方向应尽量保持一致。对铰接的盾构而言，管片拼装后千斤顶的行程差最好为铰接千斤顶的行程差。

b管片拼装前后管片外表面与盾壳内面的间隙

在盾构机尾部设有三道密封刷，用于保证在施工过程中不会有水土进入隧道，在盾构机掘进的同时，将向密封刷补充油脂，确保盾构机密封性能，在密封刷前端设有保护块用于保护密封刷不受损害，如果盾尾间隙过小，在管片脱出盾尾时，将产生较大变形，影响成型隧道的质量；同时，过小的盾尾间隙也将直接损坏盾构机的密封刷。

②管片清理

在管片型号确定后，对要吊装的管片表面进行清理。清理时应特别注意将管片四周的橡胶密封垫表面擦拭干净，以保证管片拼装后的防水质量。而且在拼装过程中要随时清除盾尾拼装部位的垃圾。

③管片运输

垂直运输：由龙门吊将管片从地面运输至盾构施工端头井内，放置于管片运输平板车上。井内水平运输：用电瓶车将管片运输至盾构后配套内。

后配套内的运输：运输前须将管片吊点与管片行车连接牢固，再由管片行车将管片运输至管片拼装区。

④管片拼装

应按管片拼装方案确定的顺序进行拼装。一般先拼装底部管片，然后自下而上左右交叉安装，最后拼装锁定块。拼装中每环管片应均布摆匀并严格控制环面高差。管片拼装前，先在每块片管片螺栓孔位置做好标记，以便于管片的定位。管片拼装时，应先将待拼管片区域内的千斤顶油缸回缩，满足管片就位的空间要求。在进行管片初步就位过程中，应平稳控制管片拼装机的动作，避免待拼管片与相邻管片发生摩擦、碰撞，而造成管片或橡胶密封垫的损坏。管片初步就位后，通过塞尺与靠尺对相邻管片相邻环面高差进行量测，根据量测数值对管片进行微调，当相邻管片环面高差达到要求后，及时靠拢千斤顶，防止管片移位。千斤顶顶紧后进行管片连接螺栓的安装。前一块管片拼装结束后，重复上一步骤，继续进行其它管片的拼装。

为保证管片拼装质量及施工进度，施工时必严格按照如下要求进行管片拼装的施工：

a为加快拼装施工速度，必须保证管片在掘进施工完成前10分钟进入拼装区，以便为下一步施工做好准备；另外，为保证管片在掘进过程中不被泥土污染，也不宜提前将管片备好。

b同时必须注意管片定位的正确，尤其是第一块管片的定位会影响整环管片拼装质量及与盾构的相对位置，尽量做到对称。

c管片拼装要严格控制好环面的平整度及拼装环的椭圆度。

d每块管片拼装完后，要及时靠拢千斤顶，以防盾构后退及管片移位，在每环衬砌拼装结束后及时拧紧连接衬砌的纵、环向螺栓，拧紧时要注意检查螺栓孔密封圈是否已全部穿入，不得出现遗漏。在该衬砌脱出盾尾后，应再次拧紧纵、环向螺栓。在进入下一环管片拼装作业前，应对相邻已拼装成型的3环范围内的隧道的管片连接螺栓进行全面检查并复紧。

e封顶块防水密封垫应在拼装前涂润滑剂，以减少插入时密封垫间的摩阻力，必要时设置尼龙绳或帆布衬里，以限制插入时橡胶条的延伸。

f在管片拼装的过程中如果需要调整管片之间的的位置，不能在管片轴向受力时进行调整，以防止损坏防水橡胶条。

5.7区间组织运输

本工程采用18方碴车进行出土。工程盾构机切削刀盘直径为6.28m，支护管片采用1.5m 宽，计算每掘进一环的碴土体积，根据工程经验及成都6号线地质情况选择碴土松散系数为 1.3，按照成都地铁施工要求，泥岩地层每环出土控制在56m³18*4＝72＞56m³，满足出土要求。

5.8盾构正常段掘进施工注意事项

盾构机在完成始发段100m掘进后，对始发姿态进行必要的调整，调整工作包括：拆除负环管片、始发基座和反力架；在车站端头铺设双线轨道；安装通风设施；其他各种管线的延伸和连接等。

1)盾构推进由操作司机在中央控制室内进行。开始施工时，打开出土闸门，依次开启皮带输送机，螺旋输送机和大刀盘，推进千斤顶，调整好各斤顶的油压，此时大刀盘切削土体，盾构前进。盾构机根据设定的正面土压力自动控制出土速度或掘进速度。盾构机的行程、上下左右四个区域千斤顶压力、螺旋输送机转速、盾构扭转、俯仰等参数将在显示屏上显示，盾构司机及时作好参数记录，并参照仪表显示以及其它人工测量和施工经验调整盾构机姿态和各项施工参数，使盾构机始终按设计的轴线推进。

2)盾构应根据当班指令设定的参数推进，推进出土与注浆同步进行。在盾构施工中要根据不同土质和覆土厚度、地面建筑物，配合监测信息分析，及时调整平衡压力值的设定，同时根据推进速度、出土量和地层变形的监测数据，及时调整注浆量，从而将轴线和地层变形控制在允许的范围内，地表工后最大变形量在+10mm～-30mm之内。

3)盾构掘进过程中，推进坡度要保持相对的平衡。严格控制好推进里程，将施工测量结果及时地与计算的三维坐标相校核，及时调整。对初始出现的小偏差应及时纠正，应尽量避免盾构机走“蛇”形，控制每次纠偏的量，盾构机一次纠偏量不宜过大，以减少对地层的扰动，并为管片拼装创造良好的条件。

4)本工程盾构掘进基本上在卵石土与泥岩地层中，需向刀盘、土舱或螺旋输送机内注入添加剂以使开挖土体应具有良好的流塑状态、低的透水性和低的内摩擦角。

5)为防止盾构掘进时，地下水及同步注浆浆液从盾尾窜入隧道，须在盾尾钢丝刷位置压注盾尾油脂，确保施工中盾尾与管片的间歇内充满盾尾油脂，以达到盾构的密封功能。施工中须不定时的进行集中润滑油脂的压注，保持盾构机各部分的正常运转。

6)掘进中的沉降控制措施：A、沿线的地面沉降观测点建立以后，在掘进开始以前应取得初始数据，并将所有的监测点清晰地标在1：500的线路平面图上；B、盾构机试掘进时，将设置较密的沉降监测点，以获得盾构机掘进参数与地面沉降的关系；C、掘进过程中，盾构机机头前20m后30m范围内，每天早晚至少测量一次，范围之外每周测一次，直至稳定为止；D、盾构机掘进适当选用千斤顶和推力，根据地面沉降观测成果确定土仓压力，随时调整掘进方向，尽量减少蛇形和超挖；E、掘进过程中及时进行回填注浆，保持适当的注浆压力和注浆量，及时进行二次注浆。

7)施工人员应逐项、逐环、逐日做好施工记录，记录内容：盾构掘进姿态、管片拼装、同步注浆、隧道渗漏水情况等，并将记录的副本及时提交给监理工程师。

8)常见问题及处理方法：

(1)根据保护刀具、降低刀具磨损的要求，必须将刀盘扭矩控制在某一容许范围内，主要控制方法有：减小推力，同时也会降低掘进速度；向开挖面、土仓内加入土质改良剂。

(2)若螺旋输送机被卡住(即扭矩超限)，无法正常出碴，可反复伸、缩螺杆并同时正、反转，如低速正转同时伸、缩螺杆，若超限则反转同时伸、缩螺杆，如此反复，基本上都可以脱困。

(3)若启动刀盘时刀盘被卡住，则将部分推进千斤顶收缩，使土压力、刀具贯入度减小即可以转动刀盘。

(4)若铰接千斤顶拉力较大，说明刀盘的扩孔能力较差，则要检查刀盘的边缘刀是否磨损过量而应该更换。

5.9开仓换刀

本标段计划在联络通道位置兼做换刀点，联络通道位置在盾构施工前完成地层加固。

5.10控制测量

盾构施工前，通过将地面控制网络引至地下，进行盾构机的姿态测量，完成盾构机的始发、到达姿态的调整；掘进过程中将隧道设计轴线坐标输入盾构机自带的自动导向系统中，盾构机通过导向系统进行不间断的盾构姿态测量，将结果显示于操作室导向界面；特殊情况下，利用人工复测进行导向系统的数据更正，完成盾构施工过程中的测量工作。

1、监测测量项目及标准

表7地铁盾构法施工监控量测值控制标准

2、数据处理方法

建筑物沉降、地下管线沉降及差异沉降、道路地表沉降监测均采用几何水准测量方法，使用天宝Dini03电子水准仪观测，采用电子记录外业观测数据。

高程基准点选择完成后，需至少经过3次复测，确认高程基准点处于稳定状态时，方可使用。

1)数据平差计算

观测完成后形成原始观测记录文件，检查合格后使用专用水准网平差软件进行严密平差，得出各点高程值。平差计算要求如下：

1)因使用稳定的基准点为起算，并检核独立闭合差及与2个以上的基准点相互符合差；

2)使用专业平差软件按严密平差的方法进行计算；

3)平差后数据取位应精确到0.1mm。

通过变形观测点各期高程值计算各期阶段沉降量、阶段变形速率、累计沉降量等数据。

2)变形数据分析

监测点稳定性分析原则如下：

1)监测点的稳定性分析基于稳定的基准点进行；

2)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，可认为该监测点在该周期内没有变动或变动不显著；

3)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。

监测点变形规律预测可通过回归分析等数学计算方式给出，结合地质情况、结构设计形式、施工步序等模拟计算进行比对。

监测点预警判断根据变形速率及累计变形量双控指标与预警、报警、控制指标进行比较给出。

3、实测方法

(1)管片衬砌拱顶沉降

1)监测点布置

测点布设在衬砌环拱顶和衬砌环底部的固定位置，并用油漆做好标记。盾构施工的每一区间隧道，每隔50m设置一个主测断面，盾构始发和接口部位布设断面。

2)监测方法、数据采集及分析处理

测量方法：采用普通水准测量方法。以隧道内衬砌环上的加密水准基点为初始高程。观测时一个测站视线不宜超过50米，超过时应重读后视点读数，以作核对。取初始值测读时必须是连续三次测得的数值基本一致后才能将其定为初读数，否则应继续测读，直至满足要求为止。

数据采集及分析处理：在条件许可的情况下，尽可能提高观测精度，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△H＝Hn－H0即为沉降值。

(2)管片衬砌净空收敛

1)监测点布置

监测点埋设在结构断面上，同管片衬砌拱顶沉降同断面，盾构施工的每一区间隧道，每隔50m设置一个主测断面，盾构始发和接口部位布设断面。

2)测点埋设方法及仪器

选用直径为22mm螺纹钢，埋设在结构断面两侧，外露长度5cm，在外露的螺纹钢头，焊接一椭圆形钢环，用红油漆标记统一编号，并设置保护装置。净空收敛监测采用SL型收敛计。

(3)地下管线沉降

1)监测点布置

一、原则上地下管线监测点重点布设在燃气管线、给水管线、污水管线、大型的雨水管上，测点布置时要考虑地下管线与洞室的相对位置关系。

二、测点宜布置在管线的接头处，或者对位移变化敏感的部位；

三、根据设计图纸要求，有特殊要求的管线布置管线管顶测点，无特殊要求的布置在管线上方对应地表。

2)监测方法、数据采集及分析处理

观测方法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0.3mm，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测，两次高程之差应小于±0.5mm，取平均值作为初始值。

(4)地表沉降监测

本工程重点监测区间结构2倍埋深范围内临近道路、地表。

1)监测点布置

将道路及地表沉降监测点纳入监测控制网其中构成附合线路等形式。

本工程监测点沿盾构推进轴线方向150m设置一排监测点，测点间距为30m，垂直轴线方向设置横向断面，每个断面布置11个测点，排距为30m，平均隧道埋深15m，在盾构始发、接收100m范围内对监测点进行加密。

为保护测点不受碾压影响，道路及沉降测点标志采用窖井测点形式，采用人工开挖或钻具成孔的方式进行埋设。地表测点埋设形式，孔径不得小于150mm。道路、地表沉降监测测点应埋设平整，防止由于高低不平影响人员及车辆通行，同时，测点埋设稳固，做好清晰标记，方便保存。

2)监测方法、数据采集及分析处理

在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，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沉降观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差△H＝Hn－H0即为累计沉降值。

(5)盾构机始发托架及反力架安装测量

在盾构机始发托架安装前，利用井下控制点精确在地面标定出隧道设计中心线及盾构托架支撑导轨的中心线，利用井下高程控制点放样出导轨在盾首和盾尾处的设计高程，确定出盾构机和反力架的倾角，作为盾构托架和反力架的安装、调整的依据。

(6)始发掘进阶段的测量

盾构机姿态始发测量包括测量水平偏航、俯仰度、扭转度。盾构机的水平偏航、俯仰度是用来判断盾构机在以后掘进过程中是否在隧道设计中线上前进,扭转度是用来判断盾构机是否在容许范围内发生扭转。

1)盾构机导轨定位测量

盾构机导轨的中线与设计隧道中线较差应小于3mm,导轨的前后高程与设计高程较差应小于3mm,导轨下面应坚实平整。

2)反力架定位测量

反力架定位测量包括反力架的高度、俯仰度、偏航等,反力架底部是否坚实、平整。反力架的稳定性直接影响到盾构机始发掘进是否能正常按照设计的方位进行。

3、盾构机姿态初始测量，如图7-1,图7-2所示。

盾构机姿态初始测量包括测量水平偏航、俯仰度、扭转度。

盾构机作为一个近似圆柱的三维体,在盾构机壳体内适当位置上选择观测点。在图4-7 中,O点是盾构机刀盘中心点,A点和B点是在盾构机前体与中体铰接处,螺旋机根部下面的2 个选点。C点和D点是螺旋机中段靠下侧的2个点,E点是盾构机中体前断面的中心坐标,A、B、 C、D。4点上都贴有测量反射镜片。由A、B、C、D、O，5点所构成的2个四面体中,测量出每个角点的三维坐标(xi,yi,zi)后,把每个四面体的4个点之间的相对位置关系和6条边的长度L计算出来,作为以后计算的初始值,在以后的掘进过程中,Li将是不变的常量(假设盾构机掘进过程中前体不发生形变),通过测量A、B、C、D4点的三维坐标,用(x,y,z)、L就能计算出O点的三维坐标。

用同样的原理,A、B、C、D、E，5点也可以构成2个四面体,相应地E点的三维坐标也可以求得。由E、O2点的三维坐标和盾构机的绞折角就能计算出盾构机刀盘中心的水平偏航、垂直偏航,由A、B、C、D。4点的三维坐标就能确定盾构机的扭转角度,从而达到了检测盾构机的目的。

(7)盾构掘进测量

1)导向系统的组成

导向系统主要由市场购得的激光全站仪、ELS激光系统、个人电脑、调制解调器、电源、 PLC、测斜仪、软件等部分组成的导向系统。

2)测量方法

一、建立盾构控制点

在盾构制造厂内，将控制点建在盾构的不可动位置上，便于以后经常检测。

二、测量步骤

①盾构在现场安装完毕后，测出盾构控制点在工程坐标系内的坐标；

②由ELS内的测斜仪测得盾构的旋转角和坡度；

③将盾构的基本尺寸及测量数据输入DDJ-2S系统，把激光全站仪设在测量台上，启动 DDJ-2S系统，则系统会每隔30秒自动采集一次数据。

通过软件运作，就可以很方便地得到盾构的即时姿态；也可以用计算器，利用三维坐标转换反算出盾构切口和盾尾的三维坐标，与隧道设计轴线比较，算出盾构的偏值，便于盾构操作员及时修正推进参数，使盾构推进轴线最优化。

三、管片位置的测量

推进结束后，输入管片与盾尾的间隙值，通过PLC可获得千斤顶的伸长值及盾构铰接的状态，则可计算出管片与设计轴线的偏移量。运用NRG、Tastring等软件，可根据测量得到的成形管片的三维坐标，计算出圆心的三维坐标及对应的隧道设计坐标，最后算出偏差值。从报表中不仅可看出管片成形的圆度及管片的超前量，而且能更具体、真实地评价管片的成环质量。

四、盾构姿态测量

测定盾构机实时姿态时,测量一个特征点和一个特征轴,选择其切口中心为特征点,纵轴为特征轴。利用隧道施工控制导线纵向轴线的方位角,该方位角与盾构本身方位角的较差为方位角改正值,并以此修正盾构掘进方向。

五、衬砌环片测量

衬砌环片测量包括测量衬砌环的环中心偏差、环的椭圆度和环的姿态。衬砌环片不少于3～5 环测量一次(每环为1.5m),测量时每环都测量,并测定待测环的前端面。相邻衬砌环测量时重合测定5环片。环片平面和高程测量允许误差为±15mm。盾构测量资料整理后,及时报送盾构操作人员。

(8)到达掘进阶段的测量

1)联系测量

一、地面近井导线测量

从地面控制点采用近井导线向接收井引测坐标和方位。地面近井导线应附合在精密导线点上，近井点要与精密导线点通视，使定向最为有利，除近井点设置固定标志外，其它地面趋近导线点均可设置临时标志，地面近井导线全长不能超过350m，导线边数不宜超过5条。近井导线点应按精密导线网测量的技术要求施测，最短边长不应小于50m。近井点的点位中误差在±10mm之内。

二、地面近井高程测量

高程近井点应利用二等水准点直接测定，应构成闭合水准线路。按二等水准测量方法施测，

高程点的埋设不少于2个，以利校核。

三、定向测量

在接收井通过联系三角形定向测量把地面坐标和方向传递到井内。并结合隧道中心轴线来确定接收架的位置。

2)盾构机导轨定位测量

盾构机导轨的中线与设计隧道中线较差应小于3mm,导轨的前后高程与设计高程较差应小于3mm,导轨下面应坚实平整。

3)接收架定位测量

接收架定位测量包括接收架的高度、俯仰度、偏航等,接收架下面是否坚实、平整。接收架的稳定性直接影响到盾构机接收是否能正常顺利进行。

4)预埋钢环洞门中心测量

利用接收井里面的经第三方监测机构认可的点位对预埋钢环中心进行测量，并且就车辆结果请第三方监测机构进行复核，以准备确定预埋钢环中心与设计轴线之间的偏差，借此来对盾构机的最后出洞姿态进行调控，以确保盾构机顺利出洞接收。

5)盾构机姿态到达测量

盾构机姿态到达测量包括测量水平偏航、俯仰度、扭转度。

到达前，利用井下控制点对盾构姿态进行人工复测，及时将人工复测的数据与自动导向系统记录的数据进行比较，当差值较大时，用全站仪对激光站和后视棱镜点坐标进行检查，修改自动测量系统中的设置参数，以确保掘进过程中盾构姿态的正确。盾构姿态人工复测每5-10 环进行复测一次。在掘进到100m时，进行一次包括联系测量在内的地下导线复测。

对于最后五十环的盾构姿态，要综合考虑盾构实际掘进轴线、设计轴线与洞门中心来综合调节。如果洞门中心符合设计及规范要求，那掘进中就按照洞门实际的中线进行控制。如果需要纠偏，具体纠偏时必须遵循小纠偏的原则，每环不得超过4mm。

6盾构接收施工

6.1盾构机到达施工流程

盾构机到达接收施工是指从盾构机到达下一站接收井之前50m到盾构机贯通区间隧道进入车站或吊出井时被推上盾构接收基座的整个施工过程。其工作内容包括:盾构机定位及接收洞门位置复核测量、地层加固、洞门处理、安装洞门圈密封设备、安装接收基座等。

6.2、盾构机到达前的准备工作

1、盾构机定位及接收洞门位置复核测量

在盾构推进至盾构到达范围时，对盾构机的位置进行准确的测量，明确成型隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，同时对接收洞门位置进行复核测量，确定盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划。在考虑盾构机的贯通姿态时注意两点:一是盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差，二是接收洞门位置的偏差。综合这些因素在隧道设计中心轴线的基础上进行适当调整。纠偏要逐步完成，每一环纠偏量不能过大。

2、接收洞门段的土体加固和加固效果检测

详见前面“盾构进出洞端头加固”相关内容。并在到达前一个月检查加固效果，并对加固效果进行取芯检验，当效果不理想时采取补充加固措施以满足盾构到站掘进要求。

3、洞门密封的安装

为防止盾构机进洞时推出的渣土损坏帘布橡胶板，洞门防水装置在洞门第一次破除，渣土被完全清理干净后安装。

4、接收基座的安装

接收基座的中心轴线应与隧道设计轴线一致，同时还需要兼顾盾构机出洞姿态。接收基座的轨面标高除适应于线路情况外，适当降低20mm，以便盾构机顺利上基座。为保证盾构刀盘贯通后拼装管片有足够的反力，将接收基座以盾构进洞方向+一定的坡度进行安装。要特别注意对接收基座的加固，尤其是纵向的加固，保证盾构机能顺利到达接收基座上。

6.3、盾构机到达施工

1、根据盾构机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。

2、盾构到达段的掘进除应达到纠偏的目的外，还尤其应注意最后10m段的掘进控制，因为在临近洞门的最后10m盾构掘进对地层的扰动影响极为明显。因此应根据到达段的地质情况确定合理的掘进参数。接收时按照低速度、小推力、合理的土仓压力和及时饱满的同步注浆量。确保盾构接收的总体安全。盾构机在到达车站围护桩的时候土仓压力会慢慢减小，掌子面土压力难以建立起来，很容易造成地表的塌陷，进而造成地面管线破裂等情况发生，所以确保土仓压力，及时的同步注浆等合理的施工参数，以及匀速连续的作业方式接收盾构。

接收段的施工参数拟定如下：

(1)土仓压力：0.3～0.4Mpa；

(2)掘进速度不大于10mm/min；

(3)盾构机推力控制在600～1000t之间；

(4)刀盘扭矩：不大于2000KN*M；

(5)同步注浆量:5～7立方；

3、盾构机进入到达段后，加强地表沉降监测，及时反馈信息以指导掘进。

4、盾构机刀盘距离贯通里程小于10m时，在掘进过程中，专人负责观测出洞洞口的变化情况，始终保持与盾构机司机联系，及时调整掘进参数。

5、在拼装的管片进入加固范围后，进行二次注浆，浆液改为快硬性浆液，提前在加固范围内将泥水堵住在加固区外。

6、最后几环管片的拼装

盾构机到达掘进阶段，盾构推力减小，当隧道贯通后，盾构前方没有了反推力，将造成管片与管片之间的环缝连接不紧密而产生漏水，因此必须采取有效的措施保证最后管片的拼装质量。具体如下：

A：置拉紧装置，将最后20环管片一环接一环地连接。先在纵向手孔处拼装特制钢板，并用管片螺栓压紧拉，然后每拼装一环管片后将角钢与钢板焊接。如图所示。

B:合理管片拼装点位，避免盾尾硬性拖拉管片。管片拼装的点位要综合考虑线形要求和盾尾间隙，在两者不能同时满足时，优先考虑盾尾间隙，保证隧道衬砌的质量。

C:当盾尾机进入端头土体加固区后，浆液改为快硬性浆液，当盾尾推出洞口密封环后，迅速调整洞口扇形压板位置，保证洞口临时封堵的效果。

(7)当盾构机前体盾壳被推出洞门时通过压板卡环上的钢丝绳调整折叶压板使其尽量压紧帘布橡胶板，以防止洞门泥土及浆液漏出。在管片拖出盾尾时再次拉紧钢丝绳，使压板能压紧橡胶帘布，让帘布一直发挥密封作用。

(8)由于盾构机到站时推力较小，洞门附近的管片环与环之间连接不够紧密，因此作好后 20环管片的螺栓紧固和复拧紧工作。并用槽钢沿隧道纵向拉紧后20环管片，使后20环管片连成整体，防止管片松弛而影响密封防水效果。

6.4、盾构机到达施工注意事项

(1)盾构机到达前检查端头土体加固质量，确保加固质量满足设计要求。

(2)到达前，在洞口内侧准备好砂袋、水泵、水管、方木、风炮等应急物资和工具。

(3)准备洞内、洞外的通讯联络工具和洞内的照明设备。

(4)增加地表沉降监测的频次，并及时反馈监测结果指导施工。

(5)橡胶帘布内侧涂抹油脂，避免刀盘刮破帘布而影响密封效果。

(6)在盾构机刀盘距洞门掌子面0.5m时应尽量出空土仓中的渣土，减小对洞门及端墙的挤压以保证凿除洞门混凝土施工的安全。

(7)在盾构贯通后安装的几环管片，一定要保证注浆饱满密实，并且一定要及时拉紧，防止引起管片下沉、错台和漏水。

7.异常情况处置措施和应急救援措施

一、始发掘进过程中：涌砂、涌水应急措施

1.危险因素分析：由于本次始发地下水丰富，如始发洞门加固及端头降水效果不到位，在盾构始发掘进过程中容易造成涌砂、涌水事故。

2.处置措施：始发前在刀头和密封装置上涂抹黄油，避免刀盘上刀头损坏洞口密封装置。待盾尾完全已进入沿伸环后，立即封堵洞圈。首先开启盾尾油脂系统为盾尾注入足量的盾尾油脂，然后通过管片预留注浆孔对洞口圈压注双液浆进行封堵。

二、反力架变形、始发托架的移位应急措施

1.危险因素分析：盾构机自身过重在前进过程中，千斤顶回顶始发托架的推力过大，如反力架及始发托架固定不到位，会造成反力架及始发托架的变形、移位影响盾构始发。

2.防范措施:在始发前严格检查反力架及始发托架加固情况，防止在始发过程中发现反力架变形及始发托架的移位。使用全站仪对反力架、始发托架位移情况进行实时监测。

3.处置措施：

1)在变形位置进行支撑加固；

2)用千斤顶把始发托架顶回至始发位置后,测量盾构机姿态是否良好，当盾构机姿态复核始发标准时,再进行托架加固

三、钢环板脱落应急措施

1.危险因素分析：

1)盾构始发时盾体紧贴橡胶帘布，在推进过程中过大的摩擦阻力带动下洞门钢环板易脱落；

2)在车站主体施工时对洞门钢环板加固不到位。

2.防范措施:

1)在主体结构施工中严格检查钢环板的固定，固定合格方可进行洞门混凝土的浇筑；

2)在盾构始发前检查钢环板固定情况，确保钢环板稳定牢固。

3.处置措施：如在始发掘进过程中，一旦发现钢环板脱落，马上停止掘进，快速在脱落位置打Φ20长25cm膨胀螺栓加钢板扣押住原有钢环板，确保稳定后继续进行掘进。

四、橡胶帘布破损漏浆应急措施

1.危险因素分析：

1)在盾构始发时盾构机挤压橡胶帘布造成破损；

2)盾构始发时因操作不当，刀盘转动造成橡胶帘布破损；

3)盾构机掘进时因注浆压力过大，橡胶帘布与管片挤压不密实造成漏浆。

2.处置措施：

1)橡胶帘布破损时，用其它厚橡胶挤压住，在用钢板膨胀螺栓固定；

2)橡胶帘布漏浆时，用钢板加膨胀螺栓给以挤压固定；

3)待盾尾全部进入土体两环进行双液浆注浆封堵洞门，防止漏水、漏浆。

五、地面沉降处置措施

与监测单位进行联系，协调加密监测等事宜，及时向项目部通报监测情况。发生地面沉降的情况后，第一时间组织参数会商，明确发生沉降的原因，并及时向产权方通报，双方协调下一步的应急事宜，分别安排地面注浆和洞内二次注浆事宜。

六、防结饼

做好掘进过程中的渣土改良工作，适当降低掘进速度，避免刀盘结饼风险。

七、滞后沉降

金～三～中和龙灯山出入线区间的地层主要为泥岩地层，沿线地面为中柏大道，进入中和镇后地面交通量大，车流密集，大对路面沉降盾构施工要求高，且穿越建(构)筑物和管线。针对的以上特点，在盾构施工中考虑到以下盾构措施：

(1)综合考虑各地层松散系数和地下水等因素，事先计算出每一环理论出土量。掘进时，派专人按环做好实际出土量统计，并与理论值对比。

(2)当地面出土量超过理论值时5％时，应分析洞外、洞内监测数据，并通过分析土样，判断围岩变化，反演地层特性。如果推断确实属超挖，应调节螺旋输送机出土速度，增加土仓土体的含量。为保护上部建筑物或管线，必要时须满仓掘进或加气压非满仓掘进。

(3)根据统计超挖位置和超挖量，通过盾尾注浆及时将超挖量回补，必要时在超挖部位进行二次注浆或采用双液浆补注。盾尾注浆孔口的注浆压力应大于隧道埋深处的水土压力。

(4)采用两套注浆系统(同步注浆和二次补浆系统)，确保注浆量满足要求。

(5)根据理论计算，管片和围岩间的施工空隙体积为4.05m3环(1.5m)，根据以往施工经验，要达到较好的填充效果，卵石土层中注浆量控制在150～200％以上，即每环注浆量6～8m3。泥岩地层同步注浆量不小于5m³。

(6)注浆量还应结合注浆压力进行控制，注浆压力一般控制在2.5～4bar之间，若压力明显增大，则暂时停止注浆，以免注浆压力击穿地层或破坏管片。

(7)应采用信息化施工，加强现场监测掌握围岩土体变形规律，及时采取相应的工程措施。

Claims (10)

1.一种砂卵石地层隧道盾构施工方法，包括以下步骤：

步骤一，盾构始发施工阶段在隧道(5)进出洞的开始进行端头洞门加固,所述端头洞门加固包括管棚内注浆加固、地面袖阀管注浆加固和/或素混凝土桩加固；

所述洞门大管棚加固包括；在上方的管棚(1)的孔口(2)位置沿洞门钢管环(3)外布置，该钢管环向所述隧道洞门中心外插角为1-2°，工作平台(4)设置在管棚(1)下方；该钢环管(3)采用无缝注浆钢花管，该管棚所述注浆钢花管两节之间通过连接套钢管(6)丝扣连接，相邻两根钢花管的接头错开套接；在所述钢花管上设置注浆孔口(2)，该孔口呈梅花型布置；

所述地面袖阀管加固包括：在进、出隧道(5)洞口进行地面袖阀管(7)加固，加固范围为盾构轮廓线外、拱顶以上和隧底位置，所述袖阀管采用梅花型布置；

所述素混凝土桩为双排素混凝土桩加固；

步骤二，在始发基座(13)安装始发托架(8)；

步骤三，安装反力架支撑系统，所述支撑系统包括反力架(9)、相互焊接的底部直撑横梁(10)、侧墙直撑立柱(11)、斜支撑(12)，所述斜支撑(12)与地面成45°角，该斜支撑一端与反力架侧墙直撑立柱(11)焊接，另一端与预埋在地上的钢板焊接固定；所述反力架与车站中板通过型钢焊接；

所述反力架与始发基座(13)固定安装时，所述始发基座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‰；且，负环管片(14)的高程和圆心与始发反力架上的盾构机盾壳的中心偏差小于±5mm；

步骤四，洞门延长钢环密封结构(15)安装：包括在隧道围护结构(1510)的内衬墙(151)上固定连接有预埋钢环板(152)；该预埋钢环板通过螺栓(153)与洞门延长钢环(157)固定连接；所述洞门延长钢环另一端通过螺栓(153)与折页压板(156)固定连接；所述洞门延长钢环和折页压板(156)之间依次设有环形密封橡胶板(154)、压紧环板(155)。所述内衬墙为隧道上方洞圈内的加固墙体；所述洞圈位于隧道盾构机施工前进安装的管片(14)上方。所述压紧环板(155)为弧形压紧环板；所述折页压板为由件1(1561)和件2(1562)组成的扇形折页压板，所述件1和件2铰接或轴连接；所述洞门延长钢环周围的盾构隧道范围内围护桩采用玻璃纤维筋；

步骤五，负环管片(14)拼装：所述负环管片与反力架(9)基准环间螺栓连接，该管片利用管片整环拼装后，利用推力千斤顶将负环管片推出盾尾，与反力架(9)基准环紧固,采用三角支撑架(16)、工字钢(17)、木楔(18)稳定该负环管片在始发托架(8)上将管片环箍紧。

2.根据权利要求1所述的砂卵石地层隧道盾构施工方法，还包括以下步骤：

步骤六，盾构掘进施工：在盾构区间始发段地质主要为中密卵石地层，盾构掘进始发参数取值：

始发段10米段：土压0.3～0.4bar，掘进速度30-50mm/min，扭矩1500～2100KN·m，推力<800t，刀盘转速0.9以上r/min，改良方式及注入量泡沫110L/环，出渣量58～63方/环，同步注浆量5～6方/环，同步注浆压力0.2-0.4bar；

试掘进90米段：土压0.6bar以上，掘进速度40-60mm/min，扭矩1800～2300KN·m，推力1000-1500t，刀盘转速1.5以上r/min，改良方式及注入量泡沫110L/环，出渣量58～63方/环，同步注浆量5～6方/环，同步注浆压力0.2-0.4bar。

3.根据权利要求1或2所述的砂卵石地层隧道盾构施工方法，还包括以下步骤：

步骤七，渣土改良：加入泡沫剂、钠基膨润土的混合泥浆，与土渣混合，所述混合泥浆包括由泡沫、膨润土水制成，重量份组分位水8-12，膨润土0.5-1.5，泡沫0.1-0.3，制成的泥浆坍落度在20cm以内；所述泡沫剂粘度0.003～0.2Pa·s，PH值7.3～8。

4.根据权利要求1或2所述的砂卵石地层隧道盾构施工方法，还包括以下步骤：

步骤八，当盾尾通过洞门密封后同步注浆或二次补充注浆，实际注浆量：5～7m³/环；

所述同步注浆包括：通过管片(14)上的注浆孔进行注浆水泥砂浆同步注浆，注浆胶凝时间：6-8h；固结体强度：一天不小于0.5Mpa，3天不小于2MPa，28天抗压强度不小于5MPa；浆液收缩值：固结收缩率小于5％；浆液稠度：8～12cm；浆液比重：1.7～2.0g/cm3；浆液稳定性：倾析率小于5％；所述同步注浆浆液为水泥砂浆，由以下重量份组分制成：水泥200-240，粉煤灰360-400，膨润土80-120，砂700-860，水400-500；所述同步注浆压力取值为：0.25～0.4MPa；

所述二次补充注浆采用水泥浆，包括水泥和水玻璃双液浆混合物，或水和水泥混合的单液浆；所述水泥浆重量份配比均为1∶1，浆液密度1.44(g/cm3)凝结时间20～48秒，二次注浆压力0.3～0.5Mpa。

5.根据权利要求1或2所述的砂卵石地层隧道盾构施工方法，还包括以下步骤：

步骤九，管片拼装：

采用预制管片衬砌，管片采用错缝拼装，管片接缝采用橡胶止水条防水；在盾构机尾部设有三道密封刷，同时向密封刷补充密封油脂；

先拼装底部管片，然后自下而上左右交叉安装，最后拼装锁定块。拼装中每环管片均布摆匀并严格控制环面高差。千斤顶顶紧后进行管片连接螺栓的安装。

6.根据权利要求1或2所述的砂卵石地层隧道盾构施工方法，还包括以下步骤：

步骤十，盾构机(19)姿态初始测量；

步骤十一，盾构机掘进测量，管片位置的测量，盾构姿态测量，衬砌环片测量，到达掘进阶段的测量的地面近井导线测量、地面近井高程测量、定向测量，盾构机导轨定位测量，接收架定位测量，预埋钢环洞门中心测量；

步骤十二，盾构机姿态到达测量：包括测量水平偏航、俯仰度、扭转度。

7.根据权利要求1或2所述的砂卵石地层隧道盾构施工方法，还包括以下步骤：

步骤十三，盾构到达接收施工：盾构机定位及接收洞门位置复核测量、地层加固、洞门处理、安装洞门圈密封设备、安装接收基座；

盾构机到达前的盾构机定位及接收洞门位置复核测量：一是盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差，二是接收洞门位置的偏差调整。

8.根据权利要求1或2所述的砂卵石地层隧道盾构施工方法，还包括以下步骤：

步骤十四，盾构到达最后10m段的掘进，确定合理的掘进参数，接收时按照低速度、小推力、合理的土仓压力和及时饱满的同步注浆量，确保土仓压力，及时的同步注浆等合理的施工参数，以及匀速连续的作业方式接收盾构，接收段的施工参数：(1)土仓压力：0.3～0.4Mpa；(2)掘进速度不大于10mm/min；(3)盾构机推力控制在600～1000t之间；(4)刀盘扭矩：不大于2000KN*M；(5)同步注浆量:5～7立方。

9.根据权利要求1或2所述的砂卵石地层隧道盾构施工方法，还包括以下步骤：

步骤十五，最后几环管片的拼装：

1，置拉紧装置，将最后20环管片一环接一环地连接；先在纵向手孔处拼装特制钢板，并用管片螺栓压紧拉，然后每拼装一环管片后将角钢与钢板焊接；

2，合理管片拼装点位，避免盾尾硬性拖拉管片。管片拼装的点位要综合考虑线形要求和盾尾间隙，在两者不能同时满足时，优先考虑盾尾间隙，保证隧道衬砌的质量；

3，当盾尾机进入端头土体加固区后，浆液改为快硬性浆液，当盾尾推出洞口密封环后，迅速调整洞口扇形压板位置，保证洞口临时封堵的效果；

4，当盾构机前体盾壳被推出洞门时通过压板卡环上的钢丝绳调整折叶压板使其尽量压紧帘布橡胶板，以防止洞门泥土及浆液漏出；在管片拖出盾尾时再次拉紧钢丝绳，使压板能压紧橡胶帘布，让帘布一直发挥密封作用，使管片拉紧，洞门密封拉紧；

5，做好后20环管片的螺栓紧固和复拧紧步骤，并用槽钢沿隧道纵向拉紧后20环管片，使后20环管片连成整体，防止管片松弛而影响密封防水效果；

6，盾构机到达施工：在盾构机刀盘距洞门掌子面0.5m时,出空土仓中的渣土，在盾构贯通后安装的管片，保证注浆饱满密实，并且及时拉紧，防止引起管片下沉、错台和漏水。

10.根据权利要求1或2所述的砂卵石地层隧道盾构施工方法，还包括以下步骤：

步骤十六，滞后沉降的异常情况处置步骤：

(1)事先计算出每一环理论出土量，掘进时，按环实际出土量统计，并与理论值对比；

(2)当地面出土量超过理论值时5％时，分析洞外、洞内监测数据，并通过分析土样，判断围岩变化，反演地层特性，如果推断确实属超挖，调节螺旋输送机出土速度，增加土仓土体的含量；为保护上部建筑物或管线，必要时须满仓掘进或加气压非满仓掘进。

(3)根据统计超挖位置和超挖量，通过盾尾注浆及时将超挖量回补，必要时在超挖部位进行二次注浆或采用双液浆补注。盾尾注浆孔口的注浆压力应大于隧道埋深处的水土压力；

(4)采用两套注浆系统：同步注浆和二次补浆系统，确保注浆量满足要求；

(5)根据理论计算，管片和围岩间的施工空隙体积为4.05m³环、每环1.5m，卵石土层中注浆量控制在150～200％以上，即每环注浆量6～8m³。泥岩地层同步注浆量不小于5m³；

(6)注浆量还应结合注浆压力进行控制，注浆压力控制在2.5～4bar之间，若压力明显增大，则暂时停止注浆，以免注浆压力击穿地层或破坏管片；

(7)应采用信息化施工，加强现场监测掌握围岩土体变形规律，及时采取相应的工程措施。

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