1、盾构始发作业指导书1. 适用范围适用于土压平衡盾构机的隧道施工。2. 作业准备2.1 内业技术准备2.1 开工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸。澄清有关技术问题，熟悉标准和现场环境状况。2.2 根据设计和标准要求，结合现场所实际情况， 编制吊装方案。2.3 制订施工安全保证措施，提出应急预案。2.4 对施工人员进行技术交底，对参加施工人员进行上岗前技术培训，考核合格后持证上岗。2.2 外业技术准备2.2.1 作好施工作业层中所涉及的各种外部技术数据收集。2.2.2 对各类机具设备性能进行逐级检查验收，对其安全系数及抗倾覆稳定性等是否满足要求进行复核。3.技术要求3.
2、1 根据盾构洞口地层稳定性评价结果，严格按地铁施工规范、施工设计对洞口端头进行地层（注浆、做旋喷桩等）加固处理。3.2 洞门凿除根据洞门的稳定性，决定洞门凿除的时间，应尽早进行洞门破除，但应 避免破除后暴露时间过长产生坍塌。3.4 盾构主机完全进洞、始发掘进 20m、50m 的位置，要进行导向系统的测量复测和精确度调整，保证导 向系统的可靠。3.5 应对始发技术施工中的每一个环节加强全面、细致的控制，以确保各种处理措施达到预期效果。如采用什么样的端头加固方式、连续墙破除方式、始 发台及反力架的定位等均需根据现场条件选择最合适的方法。4.施工工艺与流程4.1 工艺流程施工工艺流程参见图 1图 1
3、 盾构始发工艺流程图5.施工要求5.1 始发洞门的准备工作始发洞门的准备工作为：始发洞口地层加固、洞门凿除和洞门密封系统的安装。4.1.1 始发洞口的地层加固盾构始发之前要对洞口地层的稳定性进行评价，并采取有针对性的处理措施。地层加固方法很多，常用的有地层注浆、 搅拌桩、旋喷桩、钻孔素桩、SMW工法、冷冻法等。选择加固措施的基本条件为加固后的地层要具备最少一周的侧向自稳能力，且不能有地下水的损失。地层加固要保证洞门破除后的土体有充分的强度和稳定性，在盾构始发掘进之前不能坍塌。不加固地层可采用其它始发辅助措施达到始发条件。5.1.2 洞门凿除盾构始发的站或井的围护结构一般为钢筋混凝土的桩或连续墙
4、，盾构刀盘无法直接切割通过，需要人工 凿除。洞 门凿除的时机必 须把握良好， 凿除太迟耽误盾构出洞，凿除太早让洞 门后的土体暴露时间过长。一般直径为 6.6m ，厚度为一米的洞门，人工凿除需要两个星期的时间。洞门凿除施工时，不能把所有的钢筋和混凝土全部除掉，应保留围护结构的最后一层钢筋和钢筋保护层，待盾构刀盘到达之后再割除最后一层钢筋网，不能直接暴露出土体。洞门凿除示意参见图 2。洞门凿除所用主要机具和人员为：10 立方空压机一台、风搞 68 把、气割 设备 2 套、铁锨若干，人员每班810 个。 5.1.3 洞门密封系统的安装洞门密封系统的作用为保证洞门口处的管片背后可靠注浆，对防止隧道贯通
5、后的水土流失也能起到一定的作用。洞门密封系统一般采用帘布橡胶板加折页压板的方式（参见图 3）。图 2 始发洞门凿除 图 3 密封系统的组成洞门密封系统主要由洞门框预埋的钢环板、帘布橡胶板、折页钢压板固定螺栓及垫片等组成（参见图 3）。这种结构的优点为简单可靠，不需要人工调整，折页压板可以自动压紧在盾壳和管片上，可以保证注浆时浆液不会外漏。密封系统工作原理参见图 4。5.1.4 洞口始发导轨的安装在围护结构破除后，盾构始发台端部距离洞口围岩必然会产生一定的空隙，为保证盾构在始发时不致于因刀盘悬空而产生盾构“ 叩头” 现象，需要在始发洞内安设洞口始发导轨。安设始 发导轨时应在导轨的末端预留足够的空
6、间，以保证盾构在始发时，不致因安设始 发导轨而影响刀盘旋转。5.2 始发基座安装、盾构组装调试和反力架的安装5.2.1 始发基座的安装就位始发作为盾构拼装和试推进的工作平台，其拼装的要求就是精确和牢固。始发基座一般分为基础部分和托架部分。基础部分一般为钢筋混凝土的条形梁结构或型钢拼装结构， 砼结构表面需预埋钢板。其主要作用是为托架部分提供牢固和高度合适的平台。托架部分为钢制的弧形结构，可以很好的托起盾构主机。托架部分为现场拼装，然后根据盾构主机的始发中心位置精确定位，最后和基础部分的预埋钢板牢牢焊接固定。始发基座的安装就位参见图 5 。前前A前 前前 前 前A前前前 前前前前 前 前16固 定
7、 环 板 B90M20内 衬 90前AM24 90M20内 衬 内 衬16固 定 环 板 B 16固 定 环 板 B图 4 密封系统工作原理图 5 始发基座的安装就位5.2.2 盾构的组装调试始发机座安装固定完成后，就开始盾构的组装调试。首先，依次放下盾构的后配套系统，然后推入始 发竖井的后部， 为主机拼装让开空间，并分别连接。如果竖井内没有空间放下后配套系统，那就只有把后配套系统放在地面了，然后用延 长管线连接后配套和主机。主机的拼装是盾构组装最困难部分。主机的各部件体积和重量都很大，需多台吊机协调吊装，需各作业 人员配合默契。主机各部件的连接要求很高，需要作业人员有较高的专业素质和丰富的经
8、验。盾构主机与后配套拼装连接完成后，就可以依次进行电气、液压等系 统的调试。5.2.3 反力架的安装盾构主机拼装的同时，即可开始反力架的安装。反力架的安装位置根据反力架的尺寸、盾构主机的尺寸和管片的尺寸精确确定。反力架安装时有如下三条注意事项：其一、因为主机也在安装，所以反力架安装时要特别小心，不能碰撞到主机；基二、反力架安装的位置误差、垂直度 误差应控制在 10mm 以内；其三、反力架应有牢固的支撑，能为盾构始发提供 800t 以上的反推力。5.3 反力架、负环管片位置的确定反力架的位置确定主要依据洞口第一环管片的起始位置、盾构的长度以及盾构刀盘在始发前所能到达的最远位置确定。4.3.1 负
9、环管片环数的确定假定盾构长度 LTBM8.3m，安装井长度 LAS12m（因不同的始发井尺寸而不同），洞口维护结构在完成第一次凿除后的里程 DF，设计第一环管片起始里程 D1S，管片环宽 WS1.5m ，反力架与负环钢管片长 WR1.5m（自行设计加工的尺寸）。DR 为反力架端部里程，N 为负环管片环 数。在安装井内的始发时最少负环管片环数确定 N（ D1SDF8.3）WS 环5.3.2 反力架、负环钢管片位置的确定在确定始发最少负环管片环数后，即可直接定出反力架及负环管片的位置。反力架端部里程 DRD1SNWS5.4 负环管片的安装盾构连接和反力架安装完成后，即可准备负环管片的安装。5.4.
10、1 负环管片安装准备在安装负环管片之前，为保证负环管片不破坏尾盾刷、保证负环管片在拼装好以后能顺利向后推进，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。5.4.2 负环管片后移第一环负环管片拼装成圆后，用 45 组油缸完成管片的后移。管片在后移过程中，要严格控制每组推 进油缸的行程，保 证每组 推进油缸的行程差小于10mm。在管片的后移过程中，要注意不要使管片从盾壳内的方木（或型钢）上滑落。5.4.3 负环管片与负环钢管片的连接负环管片的最终位置要以推进油缸的行程进行控制，在负环管片与负环钢管片之间的空隙用早强砂浆或钢板填满。5.4.4 负环管片的拼装类型在
11、安装井内的负环管片的拼装类型通常采取通缝拼装，主要是因为盾构井一般只有一个，在施工过程中要利用此井进行出渣、进管片。所以采用通 缝拼装可以保证能及时、快速的拆除 负环管片。5.4.5 具体要求分别调试推进系统和管片安装系统，确保这两个系统能稳定工作。在盾构推进之前割除完洞门内的最后一层钢筋网，为盾构推进作好准备。在盾尾壳体内安装管片支撑垫块，为管片在盾尾的定位作好准备（参见图6）。图 6 第一负环的安装从下至上一次安装第一环管片，并使管片的转动角度符合设计要求，换算位置误差不超过 10mm。安装拱部的管片时，由于管片支撑不足，要及时进行加固。第一环负环管片拼装完成后，用推进油缸把管片推出盾尾，
12、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，故支撑应尽可能的稳固。当刀盘抵拢掌子面时，推进油缸已经可以产生足够的推力稳定管片，就可以把管片定位块去掉了。5.5 试掘进经过数环负环管片的推进后，刀盘已经抵拢掌子面，即可开始刀盘驱动系统和刀盘本身的负载调试和试掘进了。5.5.1 首先启动驱动系统，认真观察驱动部分，待其工作稳定后缓慢启动刀盘，设定刀盘转速子在 1r/min 以内。5.5.2 刀盘刚开始切割泥土，起初的工作扭矩是不稳定的，数转后扭矩即可稳定，故需认真观察刀盘工作扭
13、矩的变化。5.5.3 以上情况正常后启动推进系统，用均匀的推力向前推进，推力不能很大，以能使刀盘驱动系统达到 30%的扭矩即可，但最大也不宜大于 500 吨；同时，可打开泡沫系统，观察泡沫系 统的工作情况， 维持这样 的工作状态掘进 12 环，充分检查各系统的工作情况。5.5.4 逐渐增加盾构的推力，使驱动系统达到 50%70%的满负荷状态，同时要注意推力不能大于反力架的安全工作能力，观察驱动系统的噪音、震动、温度等工作指标是否正常，检查 油脂、泡沫的注入是否正常。5.5.5 当土仓压力达到设计值时，启动出渣系统开始出渣，出渣的速度要和掘进的速度匹配，使土仓压力保持稳定。5.6 始发掘进从正式
14、进洞的第一环正数管片开始，到盾构机后配套系统完全进洞，负环管片拆除，系统完全达到设计 生产能力为止， 这一施工 阶段称为始发掘进。始发掘进要完成如下的工作内容：5.6.1 继续盾构各系统的监测和调试，并完善各系统的配套工作能力，在始发掘进结束前，总体系统的工作能力要达到 80以上； 5.6.2 盾构主机的盾尾部分完全进入开挖的隧道内时，即开始管片壁后的注浆施工；初期应使用早凝型的浆液，以进快稳定洞门口处的管片；随着掘进的伸入，可以调试浆液的配比，使用注人效率高，又能保障质量的注浆材料；注浆压力控制在 1.5bar 以内。在始发掘进结束前，注 浆系统应该达到完全的工作能力；5.6.3 各种油脂、
15、泡沫等系统的工作参数应在此阶段完成优化，达到既能保障施工效率和设备安全，又兼 顾经济； 5.6.4 水平和垂直运输系统的配套工作能力也应同时完成，并达到设计工作状态；5.6.5 隧道内轨道、管线、照明等设备的安装布置呈有规律的生产状态，不再耽误正常的掘进施工。5.6.6 反力架、负环管片的拆除反力架、负环管片的拆除时间根据背衬注浆的砂浆性能参数和盾构的始发掘进推力决定。一般情况下，掘进 100m 以上（同时前 50 环完成掘进 7 日以上），可以根据工序情况和工作整体安排，开始进行反力架、负环管片拆除。5机具和材料始发过程所需用的主要机具与材料见表 l。表 1 始发过程所需主要机具与材料表序号
16、 名称 型号 数量 备注1 空压机 10m3/min 1 台2 风镐 68 把3 电焊机 2 台4 管片运输车 1 辆5 砂浆运输车 1 辆6 出渣矿车 3 辆7 机车 1 辆8 门吊 45t 1 台9 始发台 1 个10 反力架 1 付11 负环钢管片 1 环12 洞口密封 1 套5劳动力组织根据施工工序合理安排劳动力。在始发过程中的劳动力组织参见表 2表 2 始发过程的劳动力组织表序号 工 种 班次 人数 备注1 主司机 2 班 1 人2 管片安装 2 班 3 人3 注浆司机 2 班 1 人4 调车员 2 班 1 人5 机车司机 2 班 1 人6 门吊司机 2 班 1 人7 材料供应 2
17、班 2 人8 搅拌司机 2 班 2 人9 班工程师 2 班 1 人10 工班长 2 班 1 人合 计 14 人/班8质量标准及技术要求8.1 质量标准盾构机初期的定位误差：高程误差不大于 20mm；水平位置误差不大于20nun ；与隧道设计轴线的角度误差2 。 正环管片的平整度：5mm；水平及高程偏差50mm。负环管片掘进时，要严格控制推进油缸的行程差，保证行程差小于25mm。8.2 施工中常见问题及采取技术措施加固效果不好端头土体加固的效果不好是在始发过程中经常遇到的问题。采取的主要措施是必须根据端头土体情况选择合理的加固方法，而且要加强过程控制，特别是要严格控制一些基本参数。 对于加固区与
18、始发井间形成的必然间隙要采取其它方式处理。开洞门时失稳开洞门时失稳主要表现为土体坍塌和水土流失二种，其主要原因也是由端头加固效果不好所致。在小范围的情况下可采用边破除洞门砼，边利用喷素砼的方法对土体临空面进行封闭。如果土体坍塌失稳情况严重时，只有封闭洞门重新加固。始发后盾构机“ 叩头”始发推进后，在盾构机抵达掌子面及脱离加固区时容易出现盾构机“ 叩头”的现象，根据地质条件不同有些可能出现超限的情况。为此，通常采用抬高盾构机的始发姿态、合理安装始 发导轨以及快速通过的方法尽量避免“ 叩头”或减少“叩头”的影响。密封效果不好洞门密封的主要目的也是在始发掘进阶段减少土体流失。当洞门加固达到预期效果时
19、，对于洞门环的 强度要求相对较低，否 则 要在盾构推进前彻底检查和确定洞门环的状况。在始发过 程中若洞门密封效果不好时可即时调整壁后注浆的配合比，使注浆后尽早封 闭，也可采用在洞 门密封外 侧向洞门密封内部注快凝双液浆的办法解决。盾尾失圆在很多情况下，始发阶段由于自重及其他原因，盾尾一般都会出现失圆的情况，有些可能达到 10cm 之多。可以采用盾构机自 带 的整圆器进行整圆，在必要的情况下，可采用错缝拼装以保证在管片拼至隧道内时管片自身的椭圆度控制在误差以内。支撑系统失稳支撑系统在某些情况下由于盾构机推进中的瞬时推力或扭矩较大而产生失稳，这样 将导致整个始发工作的失败。 对于支撑系统 的失稳只
20、能从预防角度进行，同时在始发阶段对支撑系统加强监测。地面沉降较大由于始发施工的特殊性，始发阶段的地面沉降值均较大，因此在始发阶段需尽早建立盾构机的适合工况并严密注意出土量及土压情况，同时加大监测频率，控制地面沉降值。9安全措施9.1 盾构大件吊装作业必须聘请专业公司的设备和专业人员进行作业和指导，严格按照吊装施工组织方案进行作业，确保吊装作业安全无误；9.2 盾构组装调试必须聘请专业人员指导，杜绝机械和电气事故；9.3 反力架的安装加固要严格检查，杜绝任何形式的安装缺陷；9.4 管片安装应由经过安全培训的专业队伍完成，安装作业区内严禁其它人员进入；9.5 在盾构机始发之前，为防止盾构机在始发台
21、掘进时发生旋转，需要在盾构机两侧盾壳焊接防扭装置；9.6 负环管片拆除时先计算管片的稳定性，确保洞门处的管片不会在推力下发生位移。初始掘进注意事项初期掘进期前，对前方地层的地质情况充分了解，不能一概而论，要根据土质情况选择恰当的模式。初期掘进段盾构正面中心土压初始设立根据计算确定，并根据跟踪测量数据及时调整设定压力，随 时做好二次注浆的准备。在初期掘进阶段，由于反力架会产生不同程度的变形，因而影响隧道成环质量，若当管片接缝发生问题时，及 时用石棉橡胶楔形料纠正，以提高成 环质量，并做好测量工作。或用纵向拉杆固定。确定土压平衡状态下密封仓内的土压力，且密封仓被充满后，开启螺旋输送机出土，控制排土速度来保证密封仓内的土压力和开挖面土压力相平衡。最初的 100 环管片安装保持良好的真圆度，保证盾构始发位置的准确。如最初的真圆度保持不好，则 往后误差会越来越大，不但造成后续施工越来越困难，也会对管片本身产生破坏。因此最初的管片安装必须做到以下几点：按顺序及操作 规范施工；装管片后及时进行回填注 浆；加强管片真 圆度的测量。
