盾构始发与到达施工技术
杭州地铁1号线21号盾构始发与到达施工技术
杭州地铁1号线21号盾构始发与到达施工技术摘要本文通过杭州地铁1号线21号盾构隧道(建华站~红普路站区间)的施工,比较详尽地介绍了土压平衡盾构机的进出洞施工技术和盾构机调头技术,介绍了进出洞端头土体加固及始发与到达掘进的施工流程及施工难点控制。
关键词地铁施工;盾构法;始发;到达;调头;沉降中图分类号u231+.3文献标识码 a 文章编号1674-6708(2010)17-0160-021 工程概况杭州地铁建华站-红普路站区间(21号盾构)隧道总长为双线2 203.8m,用日本小松公司6340㎜土压平衡盾构机施工。
盾构机从红普路西端头左线始发,到建华站东端头后调头,进入右线进行第二次始发,到红普路西端头后调头推红普路到七堡车辆基地出入端线。
21号盾构区间隧道穿越地层主要有:③2粘质粉土、③3砂质粉土、③5砂质粉土、③6粉砂夹砂质粉土、④3层淤泥质粉质粘土。
其中③层粉土、粉砂振动易液化,易坍塌变形,在地下水作用下易产生流砂;④3淤泥质粉质粘土具高压缩性、低强度、弱透水性、高灵敏度、易产生流变和触变现象,易导致开挖面失稳或形成圆弧滑动,工程性质较差。
洞门段覆土厚度分别约6.63m和7.56m。
2 红普路站西端头始发施工要点盾构始发的主要内容包括安装盾构机始发台、盾构机组装调试、安装洞门密封、安装反力架、拼装负环管片、拆除洞门围护结构、盾构机贯入作业面始发掘进和管片背后注浆等。
下面结合图示来重点说明以下几个方面:1)辅助装置的安装(1)盾构机防扭装置盾构机刀盘切削加固区土体时产生巨大的扭矩,为了防止盾构机壳体在始发台上发生偏转,必须在始发台两侧的盾构机壳体上焊接防扭装置,见图1。
随着盾构机的前行,当防扭装置靠近洞门密封时将之割除。
1-盾构机;2-管片支撑横梁;3-防扭装置;4-始发台;5-三角支撑(2)负环管片支撑在拼装负环管片的同时,在其底部安装三角支撑。
始发时由于油缸推力较小,为防止管片位移,负环管片之间可加设槽钢拉紧,槽钢焊接在管片连接螺栓上。
盾构始发、接收施工验收内容及标准
序号
验收条件
内容
验收要点
1
主
控
条
件
设计文件
施工图设计文件满足现场施工要求（已交底和会审）。
2
地质条件
地质条件已勘察清楚，补勘和一定范围的超前地质预报已完成，孤石等已处理，后续地质预报方案已明确。
3
施工方案
施工组织设计、安全专项施工方案（包括应急预案、专项用电方案）编审、专家论证、审批齐全有效。施工方案交底。
4
周边环境
已完成隧道施工影响范围内建（构）筑物环境调查，完成隧道施工影响范围内地层空洞探测、处理。
5
监理实施细则
监理实施细则已编制、按程序审批并，对所有参与监理的人员交底。
6
测 量
盾构姿态人工测量完成并报监理复核，导向系统调试完成，人工测量姿态和导向系统显示姿态相吻合。
7
盾构机安装调试
始发前盾构机安装、调试、验收完成。
8
始发托架、反力架及导轨
按方案施工完毕、经验算刚度和强度满足要求，验收合格，导轨稳固。
9
洞门土体加固
洞门水平探孔已打设，加固范围及参数指标符合设计要求（提供抽芯检测报告）。
10
洞门密封
洞门密封止水装置安装完成，外观质量及完整性符合设计要求。采用钢套筒始发或到达时，套筒按方案安装固定牢固，保压试验完成，套筒安转质量及密闭性验收完成。
16
作业人员
拟上岗人员安全培训、考核合格；特种作业人员类别和数量满足作业要求，操作证齐全。施工和安全技术交底已完成。
17
一
般
条
件
材料及构配件
质量证明文件齐全，复试合格。
18
设备机具
盾构始发、过站、起吊技术要求1107
一、盾构始发对始发车站的具体要求1、盾构始发的车站沿车站纵向长度不应小于12000mm为盾构始发井段。
始发井段处车站侧墙与线路中心线间的净距离应不小于4000mm，始发井处中柱与线路中心线间的净距离应不小于3800mm。
盾构始发井处车站顶板及各层楼板应预留盾构吊装孔，孔口尺寸为：11500 mm（长）×7500mm（宽）（对称线路中线）孔口应尽量靠近端墙。
2、盾构始发端端头墙后约80m处车站顶板及各层楼板应预留7500 ×5000mm（宽）的出土口。
3、车站盾构始发端端墙上预留盾构始发孔尺寸为φ6620mm。
4、车站盾构始发端端墙内侧底板应预留1000mm（宽）×640mm （深）凹槽。
5、始发井段车站底板面应低于线路轨面线1590（1690，设置浮置板道床段）mm。
6、始发井处车站结构底板板面应低于端墙预留始发孔最低点140mm。
7、盾构始发施工场地面积按每台盾构机约3000m2～4000m2。
8、盾构始发端端头墙由于盾构拼装引起的临时地面超载按70kN/m2考虑。
9、车站顶板由于设置龙门吊及堆放管片引起的临时地面超载按35 kN/m2考虑。
10、其他要求详见附图一。
二、盾构过站对车站的具体要求1、过站的车站盾构进站端沿纵向长度不小于12000mm，盾构始发端沿纵向长度不小于12000mm为工作井段。
工作井段车站侧墙与线路中心线间净距离不小于4000mm。
车站中柱与线路中心线间的净距离应不小于4550mm。
2、盾构过站车站站台层净空尺寸为： 6700mm（宽）×6890mm （高）。
3、车站两端端墙上预留盾构始发、到达孔尺寸为φ6620mm。
4、车站两端墙内侧底板应预留1000mm（宽）×640mm（深）凹槽。
5、车站底板面应低于线路轨面1590（1690，设置浮置板道床段）mm。
6、到达、始发处车站结构底板板面应低于端墙预留终到孔最低点140mm。
地铁盾构施工技术(施工工艺与控制要点)
盾构始发模式
－－延长管线始发
延长管线始发模式：始发时 将后配套车架放在地面，主 机吊放到井下，通过主机和 车架之间的延长管线提供主 机前进的电、气、液等动力 。待掘进约60环后，拆除延 长管线和负环管片，将后配 套车架和连接桥吊放到洞内 和主机连接，进入正常掘进 状态。
始发和正常掘进阶段管片、材料、渣土均从盾构井吊运。施工效率低， 费用高，在没有整机始发的条件时才不得不采用。
端头加固——加固范围
加固范围以包裹盾构主机并预留一定的封堵渗漏通道的区域为原则 。结合上海、南京、苏州等长三角软土地层加固范围一般为隧 道纵向方向为8m（到达端头9米），横向为隧道轮廓线外3m。
旋喷桩加固，以石家庄地铁为例，加固区尺寸为：长6m、宽12m 、旋喷深度12m。地基加固需重点加强水泥的掺量、桩位的位置 、垂直度、两侧包角和搭接情况控制。
洞口密封的作用： 1、在始发时在盾构机外壳与混凝土洞口之间形成一个柔性止水密封。 2、在试掘进阶段，在管片与混凝土洞口之间形成止水、止浆密封。
圆 环 板 1(厚 16mm) 圆 环 板 2(厚 20mm) 20
加 劲 板 (厚 10mm)
M20螺 母 (GB6170-86)
150
50
预 埋 环 框 17
⑵ 开凿前，搭设双排脚手架，由上往下分层凿除，洞门凿除顺 序：首先将开挖面钢筋凿出裸露并用氧焊切割掉，然后继续 凿至迎土面钢筋外露为止。当盾构机刀盘抵达混凝土桩前约 0.5m时停止掘进，然后再将余下的钢筋割掉，打穿剩余围护 结构，并检查确定无钢筋。
洞门凿除顺序图
1.5盾构基座安装
始发架的作用： 1、为盾构机提供井内支托； 2、导向：确保盾构中心、隧道中心、洞口密封中心、三心合一 。 3、为负环管片提供约束和支撑。
三号线盾构始发和到达施工技术
三号线盾构始发和到达施工技术摘要：国内外工程实例证明盾构始发和到达是盾构工法的关键工序，也是施工中的事故多发环节。
本文分析了盾构始发和到达阶段的风险和常见问题，讨论了针对性技术措施。
关键字：盾构，始发，到达，地层加固1引言盾构始发和到达是盾构工法的关键工序，也是施工中的事故多发环节。
所谓盾构始发就是盾构在始发井或过站车站始发端，自安装调试与定位开始，然后沿设计线路向前掘进，直至具备拆除负环条件为止。
而盾构到达是指盾构机刀盘到达吊出井或过站车站到达端的加固区开始，直至盾构机盾体完全上到接收托架。
盾构始发阶段准备工作主要包括始发托架和反力架的安装固定、盾构机的安装调试、洞门密封安装、负环管片安装、洞门凿除、导向系统的安装调试及始发定位等。
盾构到达阶段准备工作主要是到达前的定位测量、接收托架的安装、洞门密封的安装、管片连接装置的安装和洞门凿除等。
应根据始发和到达端头的地质条件、场地条件、始发和到达方式确定始发和到达端头地层是否需要预加固，端头加固方法有很多种，其选择主要取决于地质情况、地下水、覆盖层厚度、盾构机直径、盾构机型、施工环境等因素。
2盾构始发和到达的风险及常见问题盾构始发和到达阶段是施工中的事故多发环节，主要风险是从洞门与盾体之间的空隙处涌水涌砂，造成地面沉降，甚至洞门失稳、地面塌陷。
盾构始发和到达期间，由于在较长的一段时间内，盾体和围岩之间的空隙是得不到及时有效填充的，此时，若地层较差或加固体质量差，很容易形成渗流通道，造成涌水涌砂事故。
另外，由于准备工作不充分或疏忽大意，常常出现以下问题：1）反力架、始发托架、接收托架变形、移位由于在盾构始发（到达）掘进过程中推力过大，或由于反力架和始发托架（接收托架）固定效果不好，常导致反力架和始发托架（接收托架）变形、移位，这将造成盾构姿态难以控制，甚至超限。
2）洞门密封失效为了防止盾构始发（到达）掘进时泥水、浆液从盾壳和洞门的间隙处流失，需安装洞门临时密封装置，临时密封装置由橡胶帘布、压板、垫片和螺栓等组成。
盾构始发到达等施工技术
盾构整体及分体始发 固定在站台（盲洞）内，井上下台车间以
及井下台车与主机间均用延长管线进行连 接，掘进时只有主机前进，利用渣斗直接 在螺旋机出口处接渣，电瓶车运输。当掘 进有足够的距离进行安装所有后配套台车 时，进行转换。
注意：此工况下，负环安装有不同要求。 负环设计为开口环，给垂直运输留下空间， 开口部分用钢管作支撑。
土压平衡盾构
盾构始发施工要点
① 严格按制始发台、反力架和负环管片的安 装精度和稳定性，确保盾构机始发姿态与 隧道设计轴线线形符合。
② 当临时管片（负环）脱出盾构机后周围无
盾构始发施工要点 约束时，在推力的作用下易变形。因此，
要在管片两侧用型钢支撑加固（管片保持 架），管片脱离盾尾后用钢丝绳将管片环 箍紧防止变形。
• 盾构组装示意图如下：
盾构整体及分体始发
盾构整体及分体始发
盾构整体及分体始发
➢ 整体始发优点：工艺简单，无需改造设备、 无需另购设备或配件，成本低，工期短等；
➢ 分体始发条件：始发井和站台不能满足盾 构主机及全部后配套台车一次性组装，需
盾构整体及分体始发 将一台或多台后配套台车暂放在地面，上
• 为安全起见，凿除洞 门砼及钢筋时应自下 而上进行。
• 凿除后盾构机应迅速 顶推进入，确保安全。
凿除前的洞门
盾构始发准备工作
• 负环管片数量的确定：根据洞门内衬墙至反力架之间的距 离而定。考虑隧道贯通后洞门的施工，洞门密封装置宜在 0环管片中间位置；
0环拆除，施做洞门
洞门施做完成
盾构始发准备工作
标准环＋转弯环管片
通用型管片
盾构管片
盾构管片
➢ 通用型管片的优点：
盾构始发施工方法与技术措施
盾构始发施工方法与技术措施1）盾构始发流程
本工程盾构始发施工具体工艺流程详见下图。
盾构始发施工流程
2）施工方法及要点
盾构始发施工方法及要点详见下表。
盾构组装顺序示意图
盾构始发施工方法及要点
以防止盾构机主机在基座上产生旋转。
防止碰撞。
配电系统，
前的条件验收工作，始发条件经自检，检查结果全部达到要求，报监理初审，
检测其标高、
吊机收紧后，用氧焊割除或拆除螺栓。
先拧紧螺栓，
盾构始发易出现基座变形、姿态突变等质量通病，其主要预防技术措施详见下表。
盾构始发施工质量通病及预防技术措施。
盾构到达施工方法与技术措施
盾构到达施工方法与技术措施1）盾构到达施工流程（常规接收）（1）盾构到达施工工艺流程详见下图。
盾构到达施工流程（2）施工方法及要点（常规接收）盾构到达施工方法及要点详见下表。
盾构到达施工方法及要点为了确保本工程的盾构接收施工安全，结合我方在以往地铁施工中钢套筒接收的成功应用经验，我方将在本工程盾构接收风险较高的接收端，经过专项设计、组织专家论证后报上级单位批准后实施钢套筒接收。
（1）施工流程施工工艺流程详见下图。
钢套筒接收流程（2）施工方法及要点钢套筒接收施工方法及要点详见下表。
钢套筒接收施工方法及要点）根据现场实测洞门上的预埋环板实际平整度，量身定做过渡环，过渡环与洞）如出现过渡环与连接板有些地方无法与洞门环板密贴的情况，需在这些空隙处填充钢板并连接牢固，务必将空隙尽可）在确定洞门环板与过渡板全部密贴后将过渡板满焊在洞门环板上，焊缝沿过）在开始安装钢套筒之前，测量放样）吊装钢套筒下半段，并在下半段的厚的橡胶）吊装过程中要注意两个连接段的轴M30）安装盾构始发反力架，使其紧贴钢°圆弧内平均分布钢轨，钢轨从钢套筒后位置，钢轨）为保持盾构机始发时抬头的趋势，）钢套筒内第二次填砂完毕后，安装）对每一处联结安装的地方进行检验，确保其连接的完好性，尤其是钢套筒上下半圆之间和节与节之间联结以及过渡环与洞门预埋环板之间的焊接检查，发现有向钢套筒内进行，本次填砂将整个钢套筒填充满。
在填充的过程中适当加水，保证①从加水孔向钢套筒内加水，至加满水，则停止加水，并维持压力稳定，对各个连接部分进行检查，包括洞门连接板、钢套筒环向与纵向连接位置、钢套筒与反力架②加压检测过程中一旦发现有漏水或焊缝脱焊情况，必须马上进行卸压，并及时处理，上紧螺栓或重新焊接。
完成后再进并未发现①在盾构机组装过程中要安装各种测量用具，主要是测试钢套筒有无变形，以及②在试水、加压测试前，在钢套筒与洞门环板连接的部位分区域安装应变片，在钢左0.5mm③在加压过程中，一旦发现应变超标或位移过大，必须立即进行卸压、分析原因并）反力架拆除原则上按照由上至下的顺序拆除，按斜撑→侧撑→上横梁和两侧）每个部件拆除前先钢丝绳绑牢，吊盾构机全进入钢套筒后将钢套筒进行拆除，拆除现打开泄压阀，将上盖拆除，然后进行盾构机拆除，最后拆除下半部分及为了确保本工程的盾构接收施工安全和有效防止地下水渗漏，结合我方在以往地铁施工中明洞接收的成功应用经验，我方将在本工程盾构接收风险较高的接收端，经过专项设计、组织专家论证，采取在盾构接收井内施作明洞的措施接收。
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质、地下水、覆盖层、盾构直径、盾构机型、施工环
境等因素，同时还应考虑安全性、施工性、成本、进
度等要求。
勇于跨越，求卓越
(2) 始发设备 盾构机始发的设备，包括始发座台、反力座、临 时组装管环、入口及密封圈垫等。
勇于跨越，追求卓越
1）始发座台
可在其上组装盾构机和支承组装好的盾构机，并且可使盾构
使用这种方法也有较大的风险。如盾构在隧道内只能前进，不可后退，一
旦盾构本身出现致命的故障，可能就会产生灾难性的后果。而且使用盾构 在对洞口进行加固处理的始发时阶段出问题的概率很高，即使是非常有经 验的承包商也常会发生类似事故。
勇于跨越，追求卓越
众所周知，盾构工法属地下水平掘进工法，所以在盾构机迸
发前必须先用开挖法挖出一个地下空间，以备盾构机组装、始
机的继续推进。
勇于跨越，追求卓越
开挖回填法，是把始发竖井作成长方形(长度大于2倍盾构机
的长度)，井中间设置隔墙(或者构筑两个并列竖井)，一半作盾构
机组装始发用，当盾构机推进到另一半井内时回填。由于回填土 的隔离支承作用，可以确保拔除终边井壁钢板桩时地层不坍塌， 为盾构安全贯入地层提供了可靠的保障。
勇于跨越，追求卓越
本工法优点如下：
①略去人力凿掘井壁的危险作业；
②略去或减少辅助工法加固； ③由于挡土墙芯材电蚀后刚性无存，故盾构机掘削挡土墙 的作业变得容易，由通常的盾构设备即可掘削，无需特殊装置 及超前刀具等设备；
④因应力材为钢材，故可适应大深度竖井盾构始发。
勇于跨越，追求卓越
始发作业，可以单独选用上述的任何一种工法，
勇于跨越，追求卓越
掘削面自稳法，是采取加固措施使掘削地层自稳，随后将盾构
机贯入加固过的自稳地层中掘进，加固方法采用较多的当属注浆加 固法、高压喷射法、冻结法。
勇于跨越，追求卓越
双重钢板桩法，是把始发竖井的钢板桩挡土墙作成两层。拔
除内层钢板桩后盾构机掘进，由于外层钢板桩的挡土作用，可以 确保外侧土体不会坍塌，即确保盾构稳定掘进。当盾构推进到外 层钢板桩前面时，停机拔除外侧钢板桩，由于内、外钢板桩间的 加固土体的自稳作用，完全可以维持到外侧钢板桩拔除后的盾构
发作业对场地的需求，该地下空间称为始发基地。盾构机从始 发基地出发一直掘进到用同样开挖法构筑的检修盾构，或盾构 解体运出的作业基地称为到达基地。通常，这些地下空间(作业 基地)是由地表竖直伸延到地中的筒形构造物构成的。该竖直筒 形构造物通常称为竖井。 盾构始发和到达一般在竖井内进行。
勇于跨越，追求卓越
竖井在盾构工法中有如下两个功能： （1）作为施工作业基地使用，即盾构机的搬入或搬出、组 装或解体、始发或到达，管片等隧道构筑原材料、施工设备等 物资的运入运出；掘削下来的土沙的运出等作业。
（2）隧道构筑施工结束后，可把竖井空间作为通风井、排
水井，入孔收藏地铁车站设备的空间等永久性地下构造物使用。
勇于跨越，追求卓越
确保推进轴线始终与设计轴线重合)。
勇于跨越，追求卓越
盾构座台有如下三种形式： ①钢筋混凝土盾构座台； ②钢结构座台； ③钢筋混凝土与钢结构组合座台。
工序，也是最关键的一道工序。盾构机型不同，竖井井壁始发
口、到达口的构造不同，始发、到达的作业也不同。
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二、盾构始发施工技术
1.始发工法及设备 2.地层加固方法 3.盾构始发施工 4.工程实例
勇于跨越，追求卓越
1.始发工法及设备
(1) 始发工法
根据拆除临时挡土墙方法和防止掘削面地层坍塌方法的不 同，始发工法有以下几种类型：
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盾构始发与到达施工技术
张 兵
二〇一〇年十一月
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目
一、引 言
录
二、盾构始发施工技术
三、盾构到达施工技术 四、思考题
勇于跨越，追求卓越
一、引言
城市地铁盾构施工具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优 点，已经被越来越多的人们所认可。随着技术进步、认识提高、综合国力 的增强，特别是随着该施工技术所显现的优势，盾构法越来越多地被国内 地铁界所接受，北京、上海、广州、南京、深圳、天津、西安、成都、沈 阳、杭州等城市都使用这种方法。虽然盾构有许多成功的工程实例，但是
直接掘削的程度，然后盾构机可顺利的直接掘削井壁，使盾构
直接始发到达。该工法由日本学者向谷常松等人提出。
勇于跨越，追求卓越
把地下排柱桩连续墙工法 (SMW 工法 ) 等挡土墙的盾构通
过部位的桩芯材(矩形管)作为溶解阳极，再在矩形管的内部
贴附上阴极和绝缘材，接通电源经过一段时间后桩芯材即被 溶解、劣化成盾构刀具可以直接掘削的状态，即可实现盾构 直接始发、到达的目的。
接掘削新材墙体的始发、到达的施工方法称之为 NOMST工法。该
工法的优点是始发口墙体材料可用刀具直接掘削，但不损破刀具， 可以略去以往必须的盾构始发、到达部位的挡土墙外侧土体的加 固(注浆工法、深层搅拌等工法)，具有造价低、施工周期短、安 全等优点。
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电蚀直接始发、到达工法，也称EW工法，它利用电蚀效应 溶蚀竖井挡土墙钢筋芯材，使其芯材劣化达到可用盾构机刀具
机处于理想的预定始发位置 (高度、方向 ) 上，且可确保盾构机的 始发掘进稳定。通常，始发座台用工字钢和钢轨等材料装配制作。 对始发座台的要求如下：
结构合理(可以确保组装作业的施工性)；
构件刚度好、强度高、不易损坏(承托几百吨重的盾构机)；
与竖井底板固定要牢靠、幌动变位小 ( 确保盾构机位置稳定、
盾构始发是指在始发竖井内利用临时组装的管片、始发基
座、反力架等设备，使始发基座上的盾构向前推进，从井壁上 的到达口处贯入地层，并沿着规定路线掘进的一系列作业。 盾构到达是指盾构推进到达竖井的井壁处，从井内侧把井 壁上的到达口挡土墙拆除，随后盾构推进进入井内接收架上的
一系列作业。
始发和到达作业是盾构掘进施工中最容易产生事故的两道
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SMW拔芯法，是用SMW法挡土墙作竖井始发墙体里侧衬里，盾
构机始发前拔除芯材工字钢，随后盾构始发掘削没有芯材的井壁。
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NOMST(Novel Material Shield-cuttable Tunnel-Wall
System) 即盾构直接掘削新型材料墙体的方式。因此，把盾构直