1、盾构施工工序及要领介绍中隧股份市政四公司张开猛,目 录,一、盾构介绍 二、盾构施工工序1、盾构始发2、土压平衡盾构掘进3、泥水平衡盾构掘进4、方向控制5、管片壁后注浆6、管片安装7、盾构达到,一、盾构介绍,盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。它是将盾构机械在地中推进，通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌。同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖，通过出土机械运出洞外，靠千斤顶在后部加压顶进，并拼装预制混凝土管片，形成隧道结构的一种机械化工方法。盾构的三大要素：开挖面稳定、掘进及排渣、管片衬砌及壁后注浆。国内盾构施工常用的盾构形式：土压平衡盾构、泥水平衡盾构。 盾构整个施工
2、过程:包含盾构始发、盾构掘进、掘进方向控制、壁后注浆、管片安装、盾构到达等6个主要施工工序。,二、盾构施工工序,1、盾构始发 2、土压平衡盾构掘进 3、泥水平衡盾构掘进 4、管片壁后注浆 5、方向控制 6、管片安装 7、盾构到达,1 盾构始发,盾构始发施工包括：始发端头地层加固、降水井施工、始发基座定位、洞门密封安装、洞门破除、盾构组装调试、反力架支持系统、负环安装、配套设备安装、盾构机加压贯入作业面和掘进等工作内容。如：泥水盾构始发工作流程,二、盾构施工工序,1 盾构始发,二、盾构施工工序,始发端头地层加固,目的：控制地表沉降端头不坍塌；控制水土流失建立平衡水土压力；控制始发对端头周边建、构
3、筑物的影响。对软弱、透水地层添加水泥浆液置换渣土，进行原状土体结构改良，达到自稳止水 。常用采用：深层搅拌止水帷幕+旋喷桩+深井降水相结合的方法 。端头加固区采用三轴搅拌桩满堂加固，在地下连续墙和深搅加固区间存在加固盲区，采用一排800的高压旋喷桩进行加固。,1 盾构始发,二、盾构施工工序,始发端头地层加固,加固范围：在具备条件下满足盾构刀盘在出加固区前，盾尾完全进入土体，洞门橡胶密封与管片间形成密封环后进行注浆（砂浆、双液浆）填充，同时进行密封与管片间缝隙的封堵。再次掘进土仓可建立平衡压力、洞门封堵完成。如：盾构直径11.65m，主机长度11.7m。加固范围：纵向长15m（结构0.8m+1m
4、连续墙）、隧道外轮廓以外两侧各3m、加固深度隧道外轮廓底以下3m。,1 盾构始发,二、盾构施工工序,始发端头地层加固范围说明,庆春路过江隧道工程盾构始发段地质为粉砂土，埋深约13m，端头始发加固范围设计为纵向长12m，刀盘出加固区出现坍塌。运河隧道工程盾构始发段地质为粉砂土，埋深约6m，端头加固范围设计为纵向长13m、刀盘出加固区，在安装管片过程中（2小时内）土体坍塌，刀盘被困。,盾构始发地面塌陷,刀盘被困开挖,1 盾构始发,二、盾构施工工序,浅覆土始发端头处理,环城北路隧道项目南线隧道盾构始发端头覆土仅3.4m，(盾构主机长度11.7m)将端头加固范围纵向长15m，竖向由地面加固至隧道底以下
5、5m、横向隧道两侧加固各4m。同时增加长38m次加固区，使隧道稳定土层覆土达到6.5m，满足建立泥水压力要求。38m次加固区正好在西向东的主行车道下，埋深浅车流量大，动载荷严重破坏上部土层自稳，易出现超挖和塌方。处理措施：沿隧道掘进方向铺设40m钢板，断面直径方向为9m，隧道中心线每2m预留观察孔，在刀盘正上方2m范围内采用锥形桶临时围护，24小时人员值班与主机室通讯畅通。浆液粘度在2224S左右，同步注浆量1.82倍（2025m3），确保行车安全。,端头加固深井布置示意图,深井降水施工,1 盾构始发,二、盾构施工工序,要求：在地下水丰富的软岩土地带，预防洞门破除及始发期间出现涌泥涌沙等风险。
6、一般要求始发水位控制在盾构底部以下。通常井点布置：在加固区长度外部两侧布井和地下连续墙与加固区结合处。降低加固区周围水位对洞门破除过程影响。,1 盾构始发,二、盾构施工工序,洞门的破除 首先水平取芯钻孔对土体的加固效果进行检查，检查包括加固土体强度、 洞门处渗透性以及土体的匀质性。 降水效果检查，洞门破除前需要提前7天左右进行降水，静态水位到达洞门中心线以下可进行第一层钢筋的破除。 洞门破除注意事项：做好应急抢险物资和设备准备；根据盾构组装调试进度安排洞门破除工作；静态水位观测（随时做好补井准备），洞门破除过程中完成洞门密封安装同时做好保护；在第二层钢筋完毕后，盾构机要及时贯入将掌子面支撑，避
7、免端头土体失稳。,洞门破除加固效果图,1 盾构始发,二、盾构施工工序,始发轴线的控制,始发基座根据复核的盾构始发线路，进行始发基座的定位。常用钢结构或混凝土现浇方式。,根据始发竖井结构以及盾构隧道线路设计，为了保证盾构隧道不超限。对盾构机始发姿态设计如下：平面线路为直线：盾构主机在加固体内不考虑调向，盾构始发中线尽量与隧道中心线吻合。竖向位置设计：地铁隧道坡度在3以内，公路地下通道在6以内，当大于4.5始发时需进行调整，坡度太大，始发后盾构机机头易磕，姿态难控制。实际高层比设计高层高3050mm。,如：直接11.65m泥水盾构始发时，盾构始发段设计线路纵向坡度为-5.5%，刀盘上部靠拢加固体面
8、侯，下半部距离开挖面距离将尽600mm，当时没有进行盾构始发坡度调整，盾构进洞门掘进就出现栽头。主机最大达到-7.5%，油缸上下行程差300mm。无法进行管片安装，只能取消管片纵向螺栓连接螺栓，在上半部管片间加垫钢板进行油缸行程和间隙调整。,为了防止盾构始发掘进时泥土、地下水从盾壳和洞门的间隙处流失，以及盾尾通过洞门后背衬注浆浆液的流失，在盾构始发时需安装洞门临时密封装置，常用单折叠密封、地下水位丰富及大直径盾构采用双道密封装置或其它形式（尾刷等），由帘布橡胶板、圆环板、折页压板等组成。同时可在工作井结构施工时预埋注浆管，在延长洞门钢环上焊接注浆管，各注浆管均布置在上半断面。延长洞门上的注浆孔
9、即可作为单液浆注浆孔，也可作为双液浆或油脂注入孔。,1 盾构始发,二、盾构施工工序,洞门密封,1 盾构始发,二、盾构施工工序,盾构组装调试 结合工作井空间尺寸、盾构设备下井顺序。进行盾构设备组装、调试工作。盾构机组装和连接完毕后，即可进行空载调试，空载调试的目的主要是检查设备是否能正常运转。主要调试内容为：液压系统、润滑系统、冷却系统、配电系统、注浆系统等。结构部件安装完成和系统调试完成，辅助设备安装完成后可进行盾构试掘进工作。 关键部位：头刀盘上刀具、管路没有问题；主轴承系统没有问题尾尾刷安装、焊接质量；尾刷油脂涂抹质量；油脂密封腔注脂效果 导轨及防扭装置盾构机刀盘进洞切削掌子面时会产生巨大
10、的扭矩，为了防止此时盾构机壳体在始发导轨上发生偏转，可以在始发导轨两侧的盾构机壳体上焊接防扭装置，防扭装置在前体和中体两侧始发导轨位置各焊接一个。随着盾构机的前行，当防扭装置靠近洞门密封时，将之割除。盾构机进入洞门时，由于前方还有将近1.5m（0.8m结构+1m连续墙的空隙，可以在洞门密封内侧焊接两根导轨，注意洞门密封保护。以防止盾构机进洞后刀盘下沉，导轨高度略低于始发支座导轨。,反力架采用组合钢结构件，便于组装和拆卸；反力架提供盾构机推进时所需的反力，因此反力架须具有足够的刚度和强度；反力架支撑系统将盾构推力作用到土建结构上，支撑提供的反力满足要求，且支撑有足够的稳定性。 反力架位置的确定：
11、根据盾构主机长度、负环管片宽度以及洞门结构宽度等综合确定反力架位置。一般要求0环位置在洞门土建结构位置 由于盾构始发姿态是空间结构，反力架靠盾尾侧平面要基本与盾尾平面平行，即反力架形成的平面与盾构机的推进轴线垂直。反力架的横向和竖向位置保证负环管片传递的盾构机推力准确作用在反力架上。,盾构始发 反力架支持系统,二、盾构施工工序,始发基座定位,反力架结构图,在盾尾管片拼装区下部180度范围内，焊接管片支撑槽钢，高度略高于加强支持环（防止尾刷损坏）。负环管片采取错缝拼装以保证管片圆度和每环管片端面平齐，最开始拼装管片，封顶F块点位基本上选择在最上部，从下部开始进行标准块的安装，依次从两侧向上安装管
12、片、同步进行环向螺栓连接。 管片过4点、8点位置在盾尾盾壳上焊接固定块，支撑管片并保证安全，待封顶块纵向推插到位后，安装好负环管片支撑，割除固定钢板，紧固封顶块与邻接块的螺栓。,盾构始发,二、盾构施工工序,负环管片推出盾尾后，下部需用楔子与始发台导轨位置进行支撑。大直径管片需要借助支撑系统对其进行固定，加强管片结构稳定性，防止其偏转、移动、错位。负环管片支撑系统必须具有足够的强度和刚度。,负环管片支撑,负环安装及支撑系统,盾构始发,二、盾构施工工序,盾构始发支撑形式,试掘进,在始发阶段由于设备处于磨合阶段，要注意压力、推力、扭矩的控制，同时也要注意各部位油脂的有效使用。掘进总推力应控制在反力架
13、承受能力以下，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。,半环管片+钢支撑,整环管片拼装始发,盾构正常掘进施工包括：盾构掘进（开挖）、渣土运输、管片安装、同步注浆、管线延伸等工作。,盾构掘进,二、盾构施工工序,掘进作业工序流程图（右图）,2 土压平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,常用刀具分类,刀具的布置方式需要充分考虑工程地质情况，不同的工程地质特点采用不同的刀具配置方案，以获得良好的切削效果和掘进速度。根据地质条件特点，可以大致分为四种地层：软弱土地层；砂层、砂卵石地层；风化岩及软硬不均地层；单纯的纯硬岩地层。软弱土地层其地质条件主要以淤泥、粘土和粉质粘土为主，在软弱土
14、地层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。砂层、砂卵石地层其地质条件主要以砂，卵石地层为主，需设置（宽幅）切刀、周边刮刀、先行刀（重型撕裂刀）、中心刀、仿形刀等刀具。风化岩及软硬不均的复合地层， 除配置切削型刀具外包括宽幅切刀、先行刀，还需配置滚刀，因而刀盘结构相对复杂。单纯的纯硬岩地层 刀具全部选用滚刀，无任齿刀，在刀盘面板周边开口处配备刮碴刮刀板。,2 土压平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,刀具布置,2 土压平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,掘进模式,土压平衡盾构的掘进模式可分为敞开式、半敞开式（加气模式）、闭胸式（土压平衡式）。 土压平衡模式用于土层不稳定、水压
15、高的地层。开挖时土仓内的压力P2P1。P2土仓内碴土的压力注入材料的压力，P1土柱压力水柱压力的总和。,2 土压平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,渣土改良,碴土改良就是通过盾构机配置的系统向刀盘面、土仓内、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，切削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，实现平衡开挖面水土压力同时利于排渣，以满足在不同地质条件下掘进施工。盾构常配有：泡沫注入系统和加泥系统。渣土改良添加常用材料：泡沫剂、分散剂、聚合物、膨润土浆液等，根据不同地质添加材料不同。 针对不同地质的渣土改良主要措施：
16、,膨润土系统与泡沫系统接口示意图,粉砂、淤泥质粉土、淤泥质粘土地层掘进，土体具备可流塑性，掘进过程中可加入水进行。在混合岩硬塑状残积土和全、强、中风化混合岩的掘进中，拟采取分别向刀盘面和土仓内注入泡沫的方法进行碴土改良，必要时可向螺旋输送机内注入泡沫。在中、粗石英砂层、砾砂、圆砾等砂层具有流塑性差、含水高、渗透系数大，便于开挖渣土易出渣，减少刀具和刀盘的异常磨损，需注入泥或膨润土进行渣土改良。,2 土压平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,渣土排放,水平运输：土压平衡盾构渣土采用矿车运输输送方式出渣，根据施工效率一般一个循环由一列编组完成材料、管片进洞和渣土运输，单洞常配备两列编组满足正常掘进施工。
17、在隧道长度在2000m以内的盾构施工，轨线布置常采用单线进出洞，站台内铺设双线满足重车出洞同时空车等待进洞。,垂直运输：由门吊、翻转倒碴装置、门吊轨线、地面渣仓等碴土垂直运输（40T悬臂门吊）。施工材料（管片、轨道、管线、油料等）的垂直运输（15T单梁门吊）。,3 泥水平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,盾构掘进 刀具配置（略） 切口压力,泥水压力主要是在掘进中起支护作用。工作面任何一点的泥水压力总是大于地下水压力，从而形成了一个向外的水力梯度，这是保持工作面稳定的基本条件，泥膜形成与浆液的粘度有关。泥水压力P的设定如下：P土压（含水压）P0预加压设定泥水压P在地层掘进过程中根据地质和埋深情况以及
18、地表沉降监测信息进行反馈和调整优化。压力选择适当，一般设定压力高于计算水土压力0.2bar，压力波动控制在0.2bar校正：停机状态气仓液位出现明显升高或降低；刀盘开挖过程中前部2m范围内的地表沉降监测数据。,3 泥水平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,不同地质情况下泥水压力计算,泥浆循环的方式：旁通模式、开挖模式、反循环模式、隔离模式和长时间停机模式。泥浆循环参数：泥浆流量和液位、压力、比重、粘度等，循环部件：进出泥浆泵、流量计、比重计、各种泥浆阀门等。泥浆循环控制：流量和液位的控制、泥浆压力的控制、比重的控制等。,3 泥水平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,泥水循环,泥水循环系统具有两个基本功能，
19、一是稳定掌子面，二是通过排泥泵将开挖碴料从泥水仓通过排泥管输送到分离站。掌子面的稳定性靠膨润土泥浆对掌子面的压力以及靠膨润土泥浆的流变特性来确保。泥水循环系统由送排泥泵、送排泥管、延伸管线、辅助设备等组成。送泥泵将调制好的泥水通过送泥管输送到泥水仓；而排泥泵则将携带碴土的泥水排出，通过排泥管输送到地面的泥水处理设备进行分离。,正常开挖过程中，将可用的浆液通过P1.1泵输送至土仓和气仓底部，进行土仓内的渣土置换和开挖面泥膜形成。P2.1和P2.2泵进行排出的渣土和浆夜输送至泥水处理设备。通过进出浆的流量和比重差，在维持气仓液位趋于稳定状态下，保证土仓压力正常情况下进行渣土置换。,3 泥水平衡盾构
20、掘进,二、盾构施工工序,泥水循环模式 盾构掘进模式,旁通模式就是停机模式，到土仓和气仓管路上的阀完全关闭，进出浆管路旁通阀打开，盾构不进行开挖时的泥浆循环或停机状态，用于安装管片、出浆管路清理等。开挖室被隔离靠气仓内的气体补充或排除维持土仓压力。理论上可保证土仓、气仓的液位和压力平衡，实际过程中可能出现地层中水的渗入和土仓内水逃逸，照成液位波动，需进行泥浆的补充或排出，或加减保压系统设定气压控制泥水平衡。,3 泥水平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,泥水循环模式 旁通模式,这个模式使开挖室里的泥浆逆向流动。仅用于一些特殊情况，泥浆门位置的排浆口堵塞无法形成泥水循环，可通过直接在旁通循环模式下，降低
21、P2.1泵转速减小排浆流量，增大进浆流量直接通过排口加浆冲洗（液位出现上涨）。特别是在开挖室内发生阻塞，或用于清理盾构内的排渣管道。为了不让泥浆充满开挖室，气垫压力与泥浆气垫界面液位的控制仍需维持。,3 泥水平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,泥水循环模式 反冲洗循环模式,3 泥水平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,泥水循环流量和液位的控制,对于掘进循环，泥浆的循环流量的目的是携带渣土。为能够携带渣土避免沉淀，必须具备一定的流速，对于不同的地质，其要求的流速是不同的，与渣土的比重、泥浆的粘度有关。对于泥浆的液位，为避免泥水仓压力波动太大，需要保证气仓内液位的相对稳定，液位的稳定通过调节进浆和出浆的流量
22、差值来实现。流量的调节，通过增大进浆泵和出浆泵的转速来实现。由于携带渣土的原因，进浆流量和出浆流量存在一定的差值，在保证正常排浆流量的同时，调节进出浆泵的转速，使气垫仓液位保持在某一个中间的稳定位置。 注意：在停机状态下，需确认土仓3个压力传感器显示、气仓压力传感器显示、液位显示是否正常。通过相对关系比较找出误差值，给掘进过程中的控制提供参考。,3 泥水平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,泥水循环控制,泥浆的压力控制 泥浆的压力调整是个被动参数，为能够保证足够的流量，调整泥浆泵的转速，其泥浆泵的进出口的压力均因之而变化。对于系统压力，根据泵的工作能力，一般只限制最高值。泵的压力随着管路的延长、高程
23、、延程损失的增加而增大 泥浆比重的调整泥浆的进浆比重，由地面泥水处理厂控制，不同开挖地质分布，需用的进浆比重也不同。在保证盾构正常掘进情况下，如果出浆比重很高，通过弃浆后直接给调浆池加水降低进浆比重或降低推进速度来降低泥浆比重。一般进浆比重在1.051.25之间，出浆比重在1.11.4之间。 针对（粉砂、粉砂粉土、淤泥质粘土、粘土等）复合地层，一二级旋流器分离效果差，经过分离后的浆液比重常在1.351.5，粘度在2024s。将进浆比重降低到1.25以下，项目需投入大量处理设备、配件或进行大量的排浆直接会影响项目成本。考虑在开挖过程中由于进浆比重大浆液携带渣土差，影响正常掘进速度同时会照成欠挖。
24、 处理方式：改变泥浆池结构形式可实现调浆池内下部浆液直接排放；在掘进过程中直接给P1.1泵进浆口加水（每小时在250m3左右）；通过单环地表沉降监测数据（前体和中体上部沉降/隆起数据）、进浆比重、掘进速度进行统计分析确定最大进浆比重与掘进速度关系； 常控制进浆1.31.44 出浆1.401.55 掘进速度 2010mm/min,泥水分离设备主要用于将含有渣土的泥水进行分离，使渣土被分离脱水后，直接外运，分离后的泥水经过调整重新回到盾构使用。选择泥水处理设备时，必须考虑两个方面：必须能有效地分离泥浆中的泥土和水分；必须具有与推进速度相适应的处理能力。泥水分离设备由脱水装置（预分筛、振动筛）、 旋
25、流器（一级、二级旋流器）、压滤机/离心机等组成。预分筛 通过振动筛进行粗大颗粒的分离2mm一级旋流器脱水筛 进行大约60m的颗粒分离二级旋流器振动脱水筛 进行大约2030m的颗粒分离 压滤机/离心机 处理小于30m的颗粒,3 泥水平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,泥水处理系统泥水分离设备,泥水分离设备流程图如下：,3 泥水平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,泥水处理系统泥水分离设备流程,3 泥水平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,泥水处理系统泥水分离设备实际处理流程,盾构掘进需用泥浆的存储依据参考单循环掘进需要循浆液量（通常参考系统设计的最大流量），同时在布置时要考虑泥浆中悬浮物的自流沉淀分离过程。考虑
26、粘土、淤泥质粉质粘土易溶于水，不宜分离泥浆比重高；砂质粉土、粉砂、细沙可分离，但对旋流器磨损严重，配件费用投入大。在有条件情况下弃浆处理有时对提高掘进效率和减少成本投入直接有效，泥浆存储池根据现场调浆不同布置方式也不一样。,3 泥水平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,泥水处理系统泥浆存储池,高低池 自流沉淀弃浆,3 泥水平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,泥水处理系统泥浆存储池,泥浆存储池2400m3(分隔2个区）设置地面上，泥浆存储与自流沉淀结合，进行中间隔离。在P1.1泵吸口直接进行加水（250m3流量）调浆，弃浆池3550m3（分隔2个区可单独进行清理）设置在地面标高以下，采用泥浆泵抽排。在存储
27、池壁上安装排浆球阀直接进行排浆，弃浆池采用泵抽排弃浆。,盾构推进时的运输主要是管片和砂浆料及其它辅助材料向盾构作业面的运输。小直径盾构一列编组可满足一个掘进循环，大直径盾构主要考虑管片和注浆量问题，单循环要考虑两次运输，基本上列车由1节交流变频机车、2节砂浆车、2节管片车组成。根据单环掘进时间和管片安装时间，考虑是否进行两列编组。大坡度变坡辅助措施：始发坡度大于5%同时存在大的变坡轨线时，防止溜车采用卷扬机辅助机车进出运输牵引。,3 泥水平衡盾构掘进,二、盾构施工工序,配套设备洞内水平运输,同步注浆同步注浆是通过盾尾内（外）置注浆管，对开挖直径与管片外弧面间隙填充（图1），防止管片上浮、控制地
28、表沉降的主要措施。 同步注浆与盾构掘进同时进行，盾构一边向前推进，通过注浆系统及盾尾的内置注浆管，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时，一边不停地向盾尾间隙加压注浆材料进行的一种注浆方法（图2）。用不间断的加压，使注浆材料在充入建筑间隙后，没有达到土体相同强度前，能保持一定的压力和土体相当，从而使地面沉降控制在最小范围内。 常采用双泵四管路（四注入点）对称同时注浆方式。注浆可根据需要采用自动控制或手动控制方式，自动控制方式即预先设定注浆压力，由控制程序自动调整注浆速度，当注浆压力达到设定值时，自行停止注浆。手动控制方式则由人工根据掘进情况随时调整注浆流量、速度、压力。,壁后注浆 壁后注浆可分同步注
29、浆、及时注浆、二次注浆三种形式。,二、盾构施工工序,图1,图2,同步注浆注浆量 注浆量的确定是以盾尾建筑空隙量为基础并结合地层、线路及掘进方式等考虑适当的饱满系数，以保证达到充填密实的目的。根据地质渗透系数，一般情况下注浆率为1.32.5，并应通过地面沉降监测进行调节。同步注浆注浆压力 通常同步注浆压力一般为静止水土压力0.10.2MPa，瞬间压力为0.20.4 Mpa。 同步注浆注浆速度 注浆速度应与盾构机的掘进速度相适应，做到同时开始及结束。,壁后注浆同步注浆,二、盾构施工工序,4 壁后注浆及时注浆滞后掘进，通过管片预留孔进行二次注浆填充间隙。 壁后注浆二次注浆成型隧道发生偏移、地表沉降等
30、异常，通过二次注浆对前期浆液进行补充,掘进方向控制 采用隧道自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测,二、盾构施工工序,方向控制与调整原则：以适应设计线形为主，适时纠偏；管片以适应盾尾间隙为主，兼顾设计线形；曲线掘进可超前设计曲线提前调整。掘进过程中由PPS自动导向系统测量盾构主机轴线和设计轴线比较的相对位置关系（水平偏差、垂直偏差、滚动角）。同时随着盾构推进同时进行搬站和后视基准点前移，通过人工测量来进行精确定位。为保证推进方向的准确可靠，需要进行人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确。,方向控制 PPS隧道自动导向系统组成,二、盾构施工工序
31、,PPS导向系统组成：由激光全站仪（测量角度（水平和垂直）和距离的测量仪器，并能发射出一束可见红色激光）、黄色盒（提供电源和通讯）、倾斜仪（测纵坡和滚动值）、无线电收发器、2个马达棱镜（前视局部坐标系统反映主机的水平、垂直、长度 ）、后视棱镜（后视点）、工业计算机、隧道掘进软件（由软件计算盾构机的方位和坐标，并以图表和数字表格显示出来）、调制解调器（把盾构机的位置动态进行传递形成一个小局域网）、 TBM-PLC（盾构机的数据是从程序逻辑控制器（PLC）输入）等组成。 原理示意图如下：,五组式推进油缸分区示意图,四组式推进油缸布置图,方向控制 方向控制与调整,二、盾构施工工序,根据隧道设计线路所
32、做的分段轴线拟合控制计划、PPS导向系统反映盾构姿态信息，结合隧道地层情况，通过分区操作盾构机的推进油缸来控制掘进方向。在施工过程中盾构机推进方向会偏离设计轴线并超过管理警戒值；需及时进行盾构机姿态调整。推进油缸的布置形式:四组、五组，常用设计4组分区方式进行控制。调向的工具：主要是靠各区域内推进油缸推力的大小来调向，控制推进油缸整体推力在圆周上的分布，保证盾构不栽头情况下延线路轴线方向递减。调向的依据：导向系统显示的偏差值，盾构机切口环及盾尾在水平曲线和竖曲线距理论轴线的偏差，同时显示是盾构机调向趋势。调向方法：依据导向系统的偏差值，增加与减小相反方向的几组油缸的推力来进行调整，同时需控制油
33、缸压力的最大与最小差值，但调整时要注意趋势的变化，在方向调整过程中方向变化趋势不能太大，这样有利于管片安装和有效的防止调向过快导致盾构机被卡的现象。当主机出现滚动偏值时，通过改变刀盘旋转方向、降低转速、增大扭矩和推力等方式进行纠正滚动偏差。,方向控制 掘进方向控制规划,二、盾构施工工序,施工过程中根据盾构开挖地质分布不同会出现上软下硬、左右软硬不均，隧道设计线路存在水平、竖直小曲线、水平和竖直曲线同时存在等现象。照成盾构主机出现上飘、栽头、超设计线路等问题。根据地质分布、设计线路、掘进过程中数据等需要超前规划盾构掘进方向。一般情况根据盾尾间隙：小盾构掘进刀盘与盾尾姿态相对设计轴线偏差（转角）控
34、制50mm以内；根据盾尾间隙大直径盾构掘进刀盘与盾尾姿态相对设计轴线偏差（转角）控制在100mm以内。在曲线半径盾构施工时盾构对外侧地层是挤压的状态，因盾尾空隙的发生会使地层向隧道内侧位移，回填压注压力也会使隧道产生位移，因此推进力的反力会使隧道向曲线外侧位移，如果隧道的纵向刚度和地层的刚度过小，会引起管片和其外地层的过大位移，以及使土压超过土体的被动压力而过大扰动。曲线地段的轴线不好控制，防止超限可在曲线掘进过程中，超设计轴线将设置预偏量2040mm，靠设计曲线内侧进行。,方向控制 掘进方向控制规划,二、盾构施工工序,如11.65m盾构在水平曲线和纵坡同时存在施工段， 上软下硬地质分布：开挖
35、断面上部为砂质粉土、砂质粉土夹粉砂；开挖断面为粉砂、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土；开挖底部为淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土。,方向控制 掘进方向控制规划,二、盾构施工工序,成型隧道照片,二、盾构施工工序,方向控制 掘进方向控制规划,二、盾构施工工序,方向控制 掘进方向控制规划,方向控制 掘进控制,二、盾构施工工序,方向控制 掘进控制,二、盾构施工工序,6 管片安装,二、盾构施工工序,管片形式及拼装方式目前在地铁隧道盾构施工中，主要采用标准环和转弯环管片对设计隧道平纵曲线拟合。管片一般分为标准环、左转弯环、右转弯环三种管片，每环管片一般由六块管片组成，三块标准块，两块邻接块，一块封顶块。宽度有1.0m
36、、1.2m、1.5m。用于公路隧道大直径盾构施工中，主要采用双面楔形通用楔型管片对设计隧道轴线拟合。每环管片一般由9块或8块组成，6块或5块标准块，两块邻接块，1个封顶块组成。宽度有1.5m、1.8m、2m，楔形量在3555mm。管片按装方式有：通缝拼装、错缝拼装。所有衬砌的纵缝成一直线的情况称之为通缝拼装，相邻两环间纵缝相互错开的情况称之为错缝拼装。考虑隧道管片成型后的整体刚度和止水效果通常采用错缝拼装方式。管片选型原则以适应盾尾间隙为主，兼顾设计线形；管片选型适合盾构姿态；管片是在盾尾内拼装，管片平面应尽量垂直于盾构机轴线，推进油缸最大行程与最小行程差越小越好，这样可以使管片受力均匀，掘进
37、时不会产生管片破损。同时也兼顾管片与盾尾之间地间隙，避免盾构机与管片发生碰撞而损坏管片。管片安装顺序不管是点位选择在下部、上部还是两侧。点位选择后，原则上要从下部位置的管片开始安装，依次安装相邻的管片，最后进行封顶块安装。,管片安装存在问题盾尾与管片间隙过小，掘进过程中照成管片破损、裂纹渗水、错台、前后管片螺栓孔无法对齐、止水条损坏等问题。,管片安装质量控制措施加强管片生产过程质量控制，结合施工地质情况、线路曲线，考虑掘进推力分布不均等原因照成管片破损，可提供管片本身强度（常采用C50，可提供到C55强度）根据盾尾间隙进行管片点位选择，记录掘进完成、和管片安装完成间隙情况。避免管片破损及油脂密
38、封损坏。根据油缸行程差进行管片拼装点位选择，尽量较小油缸差值，控制盾构主机与管片的相对空间位置关系。 熟悉的操作司机和良好机械性能，提高管片拼装质量和速度。严格三道复紧等制度，确保管片拼装成环质量；制定详细的管片修补方案，管片发生破损后及时修补，确保防水效果。,6 管片安装,二、盾构施工工序,盾构到达流程:,7 盾构到达,二、盾构施工工序,盾构到达施工包括：盾构到达前的准备、盾构机掘进到达段至进洞段施工、盾构过站或拆机等工作内容。,盾构到达前的工作包括：到达线路复测、工作井端头加固、到达段降水井施工、接收台施工、洞门密封装置安装、盾构接收场地硬化等工作。,端头加固、降水井工作井盾构到达地质情况
39、通常采用搅拌桩+高压旋喷桩+深井降水方式，进行洞门端头区域的土层改良和加固区域周围施工降水井降水。在洞门破除前进行钻孔取芯效果检查，加固体及洞门周围的地下水位降至洞门底部标高以下。 接收台根据测量盾构和洞门的相对轴线，进行接收机的定位接收台可采用直接现浇混凝土、钢构架方式。 洞门密封安装在进行盾构机到达工作井进行洞门凿除前，进行洞门密封装置的安装。完成后在扇形板上焊接钢丝绳固定环，采用直径12的钢丝绳从8点向下延圆周方向穿，过顶部在从4点位置穿出，两端采用35T导链挂好。,7 盾构到达盾构到达前工作,二、盾构施工工序,7 盾构到达盾构到达施工工作盾构机掘进到达段至进洞段施工内容包括：盾构掘进至
40、到达段姿态调整及掘进参数控制、管片壁后二次注浆、洞门凿除、盾构机推出洞门等。 盾构姿态复核测量在盾构距离到达洞门100m处开始对PPS导向系统进行复核测量，利用在贯通前线路复测的结果及时纠正偏差，并结合实测的竖井洞门位置适当调整隧道贯通时的盾构姿态；确保盾构机按设计线路从到达口进入工作井接收台上。盾构进洞时其刀盘平面偏差允许值：平面20mm、高程1530mm。 到达洞门复核测量为准确掌握到达洞门施工情况，在盾构贯通前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的处理。 盾构姿态调整根据盾构姿态测量和洞门复测结果，逐渐将盾构姿态调
41、整至预计的位置。确定盾构贯通姿态时，一般考虑盾构到达时施工进度较慢，盾构存在下沉的情况，贯通前30m可逐渐将盾构姿态抬高15mm至30mm，具体按掘进情况进行适时调整，达到盾构出洞所需最佳盾构姿态。,二、盾构施工工序,到达前施工参数控制 最后20环注浆配合比中适当增加水泥用量，同时增加同步注浆量，每环注浆要达到密实均匀，保证注浆量的同时也要保证盾尾密封的安全，在掘进过程中根据注浆压力和地面监测情况进行实时调整，达到管片壁后同步注浆充填密实的效果。 在加固体内掘进时，应密切关注盾构机姿态变化，若出现刀盘载头或突变量达2cm时，应立即停止掘进，停机对土体进行处理； 盾构机到达连续墙里程，因连续墙成
42、槽时可能存在垂直度不够或塌孔等现象，造成连续墙出现鼓包等情况，在盾构接近至此里程时，密切关注刀盘扭矩变化，当刀盘扭矩明显上升时，说明已顶拢连续墙，应立即停止掘进；,7 盾构到达盾构到达施工工作,二、盾构施工工序,管片壁后二次注浆液 为了截断盾尾后部可能存在的地下水通道，将管片壁后建筑空隙充分回填密实，在刀盘抵拢掌子面后，需要打开脱出盾尾的第一环及第二环管片上的二次注浆孔，实施整环二次注浆，注浆料采用水泥-水玻璃双液浆，注浆完成后，打开注浆接头上的球阀，检查是否出现渗漏水现象，若出现漏水则再次实施补充注浆，二次注浆液预计达到的效果见图。,洞门破除在盾构到达前完成帘布橡胶及扇形板安装。观测降水井降
43、深，记录地下水位变化，并计算地下水位与盾构机关系。确认刀盘抵拢掌子面、地下水位降至最低、超前注浆及管片壁后二次注浆完成后，在确保仓内在常压下处于无水状态后，开始洞门凿除、清渣工作。,盾构机前推形成洞门密封 清渣完成，根据刀盘下部与洞门钢环间隙大小，在洞门内焊接导轨。防止盾构机在推出的过程中发生磕头，不能顺利爬上接收台； 盾构推进时须进行同步注浆，浆液中适当提高水泥用量，缩短初凝时间。管片拼装后，须及时安装管片间的连接拉杆，防止管片因正面推力减小而造成环缝间隙张开； 盾构机刀盘通过洞门完成后，立即将帘布橡胶板通过钢丝绳捆在盾壳上，并用手动葫芦拉紧钢丝绳，同时调整洞门扇形压板使帘布橡胶板贴近盾壳（
44、为保证盾构推出时不对帘布橡胶板造成损坏，可在其内侧涂抹黄油），开始从盾尾处的管片二次注浆孔开始注浆。 待盾尾通过洞门密封且最后一环管片与洞门密封紧密贴紧后将二次注浆孔位换至倒数第二环管片上。待顶部开始渗漏浆液时停止注浆，通过洞门上预留的注浆管注入双液浆填充可能存在的孔隙。,7 盾构到达盾构到达施工工作,二、盾构施工工序,7 盾构到达盾构到达施工工作,二、盾构施工工序,盾构机推出工作 采用在临时环管片或安装顶撑钢管，保证为盾构机推出提供反力； 将盾构机缓慢前推，当盾壳脱离管片后，将帘布橡胶板通过吊带、钢丝绳捆在临时环管片上，并用手动葫芦拉紧钢丝绳，同时调整洞门扇形压板使帘布橡胶板贴近临时环管片；
45、 为了避免盾构贯通后，管片横向受力突然减小，环间接缝变大产生漏水，在最后10环的管片上安装4道横向H100型钢连接拉杆。 打开临时环二次注浆孔，压注水泥水玻璃双液浆； 利用洞门钢环上预留的注浆孔压注水泥水玻璃双液浆，填充盾壳前移产生的间隙 在盾壳内继续顶伸推进油缸，将盾构机推至拆机位置。 洞门施工管片背部注浆完成，检查是否有地下水渗出。反复检查，直至可确保洞门处无渗漏水后进行洞门密封拆除，及时绑扎钢筋、立模，浇注洞门混凝土。 注：在降水效果不好情况下，洞门位置的整环管片，在生产时可在背部预埋整环钢板（宽度在5080cm）。进行密封拆除过程在，从上向下、两侧同步进行，将洞门预埋钢环与管片背部钢环直接用钢板焊接进行封堵。 7 盾构到达盾构拆机或过站,
