盾构机始发方案

盾构机始发方案

一．盾构始发的工艺流程

盾构始发是盾构施工的关键环节之一，其主要内容包括：端头地层加固、安装盾构机始发基座、盾构机组装就位和调试、安装洞门密封圈、安装反力架、安装洞门密封帘布橡胶板、拼装负环管片（含钢环、钢支撑）、拆除洞门围护结构、盾构机贯入作业面加压和掘进等。本标段九堡东站～乔司南站盾构区间一台盾构机在盾构工作井始发，采用安装反力架和拼装负环管片的方案，始发流程见图1《盾构始发流程图》

盾尾通过洞口密封 注浆回填 盾构掘进和管片安装 盾构负载调试 盾构机推进 安装负环 No 端头洞门凿除 安装始发基座 盾构机组装、空载调试 安装反力架 端头加固

图1 盾构始发流程图

二．盾构始发的施工技术

1．始发洞口的地层处理

在盾构始发之前，一般要根据洞口地层的稳定情况评价地层，并采取有针对性的处理措施。本工程盾构在K29+820（右）处设1座盾构工作井，为明挖结构；在K28+630处有1座盾构掉头井。始发和到达端头隧道穿越的地层为③层这层粉砂土，粉性土的透水性较好，易引起流砂、管涌等不良地质现象，因此需要进

行端头加固。加固后土体强度需要达到以下指标：无侧限抗压强度Qu≥0.5Mpa，渗透系数K≤1×10-10米/秒。同时由于加固区与非加固区土体软硬程度有差异，为避免端头井加固区与非加固区间的不均匀沉降宜在其间设置变形缝。

加固区间分为两部分初步加固与补充加固。初步地基加固范围一般为洞口周围3米，加固长度为盾构出洞外8米，盾构进洞外8米，拟施工水泥土搅拌桩。加固盾构进出洞口端头土体初步加固完成，盾构井围护结构强度达到设计要求后，对于加固体和车站围护结构之间约 30cm左右的加固盲区，拟施工一排300毫米旋喷桩补充加固。

2．始发洞门的凿除

本区间出洞或进洞前先打探孔检查洞口处加固体稳定情况，确认稳定时开始进行洞门端头围护结构凿除。为了避免洞门凿除对车站结构产生扰动，洞门凿除时分九块进行，洞门钢筋混凝土凿除分块见图2《洞门凿除示意图》。露出内外钢筋，割除内排钢筋，保留外排钢筋，在每块混凝土中间开凿一个吊装孔，清理干净洞门圈底部的混凝土块后按先下后上顺序逐块割除外排钢筋（外排钢筋割除时要注意将侵入开挖轮廓线的钢筋割除干净），吊出所有的混凝土块。

1需凿除的钢筋混凝土封门9637845121端头地层加固体1-1剖面洞门圈图图2 洞门凿除示意图

3．洞口密封

洞口密封是为盾构在始发时防止背衬注浆砂浆外泄所用，按种类分有压板式和折叶式两种，其中折叶式越来越被人们所认可。洞口密封的施工分两步进行施工，第一步是在车站结构的施工工程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作，要特

别注意的是在埋设过程中预埋件必须与车站结构钢筋连接在一起；第二步在盾构正式始发之前，应先清理完洞口的碴土，再完成洞口密封的安装。

（1）洞门密封装置的安装

1）洞口密封是为盾构在始发时防止背衬注浆砂浆外泄所用，按种类分有压板式和折叶式两种，本工程中盾构机始发洞门密封采用折叶式压板。洞口密封的施工分两步进行施工，第一步是在车站结构的施工过程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作，要特别注意的是在埋设过程中预埋件必须与车站结构钢筋连接在一起；第二步在盾构正式始发之前，应先清理完洞口的碴土，再完成洞口密封固定板、折叶压板及洞门帘布橡胶板的安装

图2 洞口密封装置安装图

2）为了保证在盾构机始发时快速、牢固地安装密封装置，在车站施工时在预留洞门处预埋环状钢板，洞门预埋件的结构尺寸见图3。

图3 洞门预埋件的尺寸图

3）盾构机进入预留洞门前在外围刀盘和帘布橡胶板外侧涂润滑油以免盾构机刀盘挂破帘布橡胶板影响密封效果。当盾构机刀盘进入洞门后将扇形压板置于外侧并用螺栓固定；当盾构机主机全部通过洞门后将扇形压板置于内侧靠在负环管片的外表面，起到防止泥水、浆液流失的作用，从而减少始发时的地层损失。

4）安装的示意图间见图4所示：

图4 洞门拆叶压板示意图

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．反力架、始发基座的安装 （1）反力架的结构

在盾构主机与后配套连接之前，进行反力架的安装。由于反力架为盾构始发时提供反推力，在安装反力架时，反力架端面应与始发台轴线垂直，以便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行。安装时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，其结构见图4《反力架结构示意图》。

图4 反力架结构示意图

（2）负环管片环数、负环管片位置的确定

假定盾构长度LTBM＝8.3m，安装井长度LAS＝12m（因不同的始发井尺寸而不同），洞口围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WS＝1.2m，反力架与负环钢管片长WR＝1.5m（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＝（D1S－DF＋8.3）／WS环

（3）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DR＝D1S－N×WS （4）反力架、始发台的定位与安装。

在盾构主机与后配套连接之前，开始进行反力架的安装。安装时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。

由于反力架和始发台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台时，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。始发台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＜

反力架钢环钢环负环

±3‰。

（5）始发基座的安装

盾构机组装前，依据隧道设计轴线与洞口定出盾构出洞姿态的空间位置，然后反推出始发基座的空间位置。始发基座的安装注意始发、到达段所处的线路平、纵面条件。由于始发基座在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩，所以在盾构始发前，必须对始发基座两侧与盾构井预埋件及钢支撑进行连接固定，加固的方式见图5《盾构始发基座加固示意图》。考虑到盾构机可能叩头的影响，始发基座的安装高程可根据端头地质情况进行适当抬高10～20mm。盾构始发基座具有足够的刚度和强度，导轨必须顺直。

图5 盾构始发基座加固示意图

（6）始发基座、导轨和管片安装后的示意图见图6

图6

6. 盾构的始发 （1）始发台两侧的加固

由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及约束盾构旋转的扭矩。所以在盾构始发之前，必须对始发台两侧进行必要的加固。

（2）负环管片的安装 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。

2）负环管片的安装

负环管片包括负环钢管片和负环砼管片。负环钢管片为350mm厚，内径为5640mm，外径为6340mm的钢制圆环，负环钢管片起到连接负环砼管片和反力架的作用。

在拼装第一环负环管片时，在盾尾管片拼装区180°范围内用木条填垫盾尾内侧与管片间的间隙，见图7《负环管片定位示意图》。在盾构机内拼装好整环后利用盾构机推

图7 负环管片定位示意图

进千斤顶将管片缓慢推出盾尾，此时利用门吊将拼装好的整环钢管片吊至盾

管片定位垫块盾尾壳体负环管片尾，并将钢管片同推出盾尾的负环管片用螺栓连接。为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，在始发基座导轨上点焊圆钢，以填充始发支座轨道与管片外侧的空隙，使圆钢将负环管片托起。第二环负环以后管片将按照正常的安装方式进行安装。

随着负环管片的拼装负环钢管片将靠在反力架上，负环钢管片同反力架采用焊接的形式连接牢固。随着负环的进一步拼装，盾构机快速地通过洞门进行始发掘进施工。

（3）盾构始发作业 1）空载推进

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台、始发洞发生干涉或是否有其他异常事件或事故的发生，确保盾构安全的向前推进。

2）始发时盾构姿态的控制

主要通过盾构机的推进油缸行程来控制姿态。 3）始发时盾构推进参数的控制

在保证盾构正常推进的情况下，稍微降低总推力和刀盘扭矩。 （4）洞口注浆

在盾尾完全进入洞体后，调整洞口密封，进行洞口注浆。浆液不但要求顺利注入，而且要有早期的强度。注浆压力控制在1.5bar以内。

7．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。

8. 始发试掘进技术要点

（1）要严格控制始发台、反力架和负环的安装定位精度，确保盾构始发姿态与设计线路基本重合。

（2）第一环负环管片定位时，管片的后端面应与线路中线垂直。负环管片轴线与线路的轴线重合，负环管片采用通缝拼装方式。

（3）盾构机轴线与隧道设计轴线基本保持平行，盾构中线比设计轴线适当抬高2-3cm。

（4）盾构在始发台上向前推进时，各组推进油缸保持同步。

（5）初始掘进时，盾构机处于始发台上。因此，需在始发台及盾构机上焊接相对的防扭转支座，为盾构机初始掘进提供反扭矩。

（6）始发阶段，设备处于磨合期。要注意推力、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。

（7）盾构进入洞门前把盾壳上的焊接棱角打平，防止割坏洞门防水帘布。

三．常见问题的预防和处理

1. 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。对于加固区与始发井间形成的必然间隙要采取其它方式处理。

2.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。

3.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。

4.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，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。

5.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。

6.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能从预防角度进行，同时在始发阶段对支撑系统加强监测。

7.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。

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