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隧道盾构的进发与到达作业施工工艺(隧道工艺标准系列之二十一)

21盾构的进发与到达作业工艺

本标准适用于盾构法施工的隧道。

21.1.2编制参考标准及规范

DB32／T 4040.5-2021 政务大数据 数据元规范 第5部分：社会信用数据元.pdf21.1.2.1地下铁道工程施工及验收规范(GB50229－1999)

21.1.2.2盾构法隧道施工技术及应用.周文波编著.中国建筑工业出版社.2004年11月

21.1.2.3盾构隧道施工手册.张凤祥、傅德明、杨国祥、项兆龙编著.人民交通出版社.2005年6月

21.1.2.4盾构隧道.张凤祥、朱合华、傅德明编著.人民交通出版社.2004年9月

21.2.1盾构的进发

系指在进发竖井内利用临时组装的管片、反力台架等设备，使台架上的盾构推进，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。

21.2.2盾构的到达

系指盾构推进至到达竖井的井壁处，从井内侧把井壁上的进入口挡土墙拆除，随后将盾构推入井内台架上的一系列作业。

21.3.1.1相关设施的准备

配备泥水处理设备、泥水输送设备、背后注浆设备、器材搬运设备等。

配备出土设备、背后注浆设备、器材搬运设备等。

21.3.1.2进发准备作业

组装进发台设备、组装盾构、安装导口密封垫圈、设置反力座、设置后续设备、盾构试运转等。

21.3.1.3若采用拆除临时挡土墙随后盾构掘进的进发方式，则需对地层加固。

准备好地层加固的注浆材料。

主要机具的组合位置见图21.3.3。

21.3.3.1进发基座

进发基座是盾构的基座，作用是在其上组装盾构和支承组装好的盾构，并且可使盾构处于理想的预定进发位置（高度、方向）上，且可确保盾构的进发掘进稳定。所以要求基座的结构合理（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）；与竖井底板固定要牢靠、幌动变位小（确保盾构位置稳定、确保推进轴线始终与设计轴线重合）。

(1)钢筋混凝土盾构基座

(3)钢筋混凝土与钢结构组合基座

21.3.3.2反力设备

反力设备由反力座和临时组装管环构成，由管片运进和排土空间等条件确定其形状，由正式管片衬砌的起始位置确定临时组装管环、反力座的位置。通常用工字钢安装反力座，临时组装管环使用容易处理的钢或高强度的铸铁管片拼接。临时管片的组装精度影响正式管片的真圆度，故应特别注意。

21.3.3.3进发入口及入口密封垫圈

(1)进发入口。为了确保盾构出井贯入地层的轴线精度，通常在井内进发口处构筑一个进发入口。进发入口呈筒状，有一定的宽度和厚度，其内径略大于盾构外径，且与盾构纵断面形状相同。进发入口与井壁连结到一起即为进发导口。进发导口的作用是限制盾构的掘削摆动。在导口混凝土的顶部设有排气孔，这是为了当土舱内填满泥砂时排气，背后注浆时抽取地下水，以防止对导口衬垫造成大的压力。

(2)入口密封垫圈。这是在导口与盾构或导口与管环间隙中的垫圈，其作用是止水。它由止水垫圈、防止垫圈反转的压板及固定铁件构成，固定在混凝土导口上。压板多为滑动式，但必须可随盾构的移动随时调整。

工作竖井(始发井、到达井)的空间尺寸必须满足盾构的拼装和拆除作业条件。

21.3.5劳动力组织

根据盾构的种类和施工进度要求安排劳动组织计划。劳动力计划应根据工艺流程及相应各工序施工所需专业工作量及施工工序的持续时间安排编制。

21.4工艺设计和控制要求

21.4.1.1盾构组装时的各项技术指标应达到总装时的精度标准，配套系统应符合规定，组装完毕经检查合格后方可使用。

21.4.1.2盾构工作竖井的结构必须满足井壁支护及盾构推进的后座强度和刚度要求。其宽度、长度和深度应满足盾构装拆、掉头、垂直运输、测量和基座安装等要求。

21.4.1.3盾构工作竖井内应设集水坑和抽水设备，井口周围应设防淹墙和安全护栏。

21.4.1.4盾构工作竖井提升运输系统应符合下列规定：

(1)提升架和设备在使用中应经常检查、维修和保养；

(2)提升设备不得超负荷作业，运输速度应符合设备技术要求；

(3)工作竖井上下应设置联络信号。

21.4.1.5盾构的基座应有足够的强度、刚度和精度，并满足盾构装拆和检修的需要。基座导轨的高程、轨距和中线位置应正确，并固定牢固。

21.4.1.6盾构出始发井时，其后座管片的后端面应与线路中线垂直并紧贴井壁。盾构距洞口适当距离拆除封门后，切口应及时切入土层。

21.4.1.7当盾构掘进临近到达井一定距离时，应控制其出土量并加强线路中线及高程的测量。距封门500mm左右时停止前进，拆除封门后座后应连续掘进并拼装管片。

21.4.1.8盾构进、出工作竖井时，当盾尾离开井壁后，应及时安装隧道洞口与管片之间的密封装置。

21.4.2材料质量要求

各种材料均应满足规范与设计要求。

21.4.3职业健康安全要求

盾构内的工作条件应符合相关规定，尤其是人工掘进的盾构和气压盾构，必须满足相关劳卫要求。

对碴土、废水应按规定作处理，对泥水盾构掘进过程中产生的大量泥浆应作回收循环利用，已无法再用的应妥善转运，不得污染当地环境。

机械化盾构的工作噪音不得超过相关规定。

始发流程见图21.5.1。

21.5.2.1盾构的进发

(1)拆除临时挡土墙。这是进发口的开口作业，实施时易造成地层坍塌，地下水涌入，故拆除前要确认地层的自稳、止水等状况，应本着对土体扰动小的原则，把挡土墙分成多个小块，从上往下逐个依次拆除，拆除时应注意在盾构前面进行及时支护，拆除作业要迅速、连续。

(2)挡土墙进发口拆除后，立即推进盾构。若采用泥水盾构，由于临时墙残碴会堵塞泥水循环，故必须在确认障碍物已清除干净后才能推进。

(3)盾构贯入地层后，对掘削面加压，监视导口密封垫圈状况的同时缓慢提高压力，直到预定压力值。盾构尾部通过导口密封垫圈时，因密封垫圈易成反转状态，所以应密切监视，同时盾构应低速推进，盾构通过导口后，进行壁后注浆，稳定洞口。

21.5.2.2盾构的到达

(1)盾构到达前须慎重考虑的事项：

①是否需要事前加固到达部位近旁地层及设置出口密封圈。

②为了确保盾构按规定计划路线顺利到达预定位置，需要认真讨论测定盾构位置的方法和隧道内外的联络方法。

③讨论低速推进的起始位置、慢速推进的范围。

④讨论泥水盾构泥水减压的起始位置。

⑤讨论盾构推进到位时，由于推力的影响是否需要在竖井内侧井壁到达口处采取支护等措施。

⑥讨论掘削到达面的方法及其起始时间。

⑦认真考虑防止从盾构外壳板和到达面间的间隙涌水、涌砂的措施。

⑧盾构停止推进的位置的讨论。

⑨讨论到达部位周围的背后注浆工法。

⑩应周密考虑盾构进入到井内时的承台等临时设备的配备及设置状况。

(2)盾构到达后拆除挡土墙再推进的工法

该方法是将盾构推进至到达竖井的挡土墙外，利用地层加固使地层自稳，同时拆除挡土墙，再将盾构推进到指定位置。该方法拆除挡土墙时，盾构刀盘与到达竖井间的间隙小，自稳性强，且工序少，故被广泛采用。但因拆除挡土墙后盾构再推进时地层易发生坍塌，所以多用于稳定性较好的地层。

(3)先拆除挡土墙，而后盾构才到达的工法

该工法事先要拆除挡土墙，所以要在拆除前进行高强度的地层加固，在井内构筑易拆除的钢制隔墙；然后从下至上拆除挡土墙，用水泥土或贫配比砂浆顺次充填地层及加固土体与隔墙间的空隙，完全换成水泥土或贫配比砂浆后，将盾构推进到隔墙前，拆除隔墙，完成到达。因不让盾构再次推进，故不会出现地层坍塌，洞口防渗性也很强，但地层加固的规模增大，而且必须设置钢制隔墙，故扩大了到达准备作业的规模。

21.5.2.3到达的相关作业

（1）精确测量。在到达之前，要充分进行基线测量，以确保盾构的准确到位，由于必须在到达口的允许范围内贯入，所以应精确测量各管环位置，以确保线形无误。

（2）临时挡土墙的加固。盾构至到达口跟前时，在盾构推力的影响下，挡土墙易发生形变，对于特别容易变形的板桩之类的挡土墙，应事先进行加固。加固方法一般采用在竖井内用工字钢支承，或埋入临时支承梁。当盾构的掘削面靠近到达竖井时，对竖井挡土墙的状态要经常进行观测，应将盾构的推进控制在与位移吻合的程度，特别是掘削面压力急剧下降时易导致坍塌，故需综合考虑盾构的位置、地层加固的范围、挡土墙的位移、地表面沉陷等因素，来确定掘削面的压力。

（3）盾构的到达。通过刀具不能旋转或推力上升等机械操作方面的变化，虽然能察觉到已到达临时挡土墙，仍应从到达竖井的临时墙钻孔和测量来确定盾构的位置，再确定是否停止推进。停止推进后，为防止临时墙拆除后漏水，应仔细进行壁后注浆施工。

（4）临时挡土墙的拆除。

拆除临时墙前，在临时墙上开几个检查口，以确认地层状况和盾构到达位置。临时墙的拆除与进发相同，地层的自稳性会随着时间而变化，故拆除作业必须迅速进行。特别是在拆去了临时墙将盾构向竖井内推进时，应仔细监视地层状况，谨慎推进。

21.5.2.4盾构的到达定位

（1）基线测量定位。这是常规方法，但有些情形下，该法实施有一定的难度。

（2）声波定位法。即利用声波传感器探测盾构接近时的刀盘掘削声，解析该掘削声音的变化状况，正确地掌握盾构的现场位置。具体方法是在盾构预定到达位置的地层中设置上、下、左、右4条内藏传感器的探测管，当盾构到达时，若位置不发生偏离，则4个声音传感器检测到的输出波形相同，否则这4个声音传感器的检测波形会不同，因此可由振幅的差异推断盾构的准确位置，并指导盾构纠偏。

进发基座承受盾构机的荷载，是盾构正确进发的首要保证，对进发时可能出现的偏压必须具有足够的承载能力。

进发导口必须与盾构机的进发方向完全一致，并有必需的全周均等的富裕度。

反力座与挡土墙、临时组装管环之间必须无间隙，以保证反力的连续传递，且有足够的强度以抵御可能的偏压。

导口垫圈在选择材质和形状时必须充分考虑与盾构机机身的摩擦、泥水、地下水、背后注浆的压力等强大的荷载对它产生的作用，安装要牢靠。

21.6.5拆除临时墙

（1）在拆除临时墙前，地层必须确保稳定，如果采取了加固工法，必须确认已达到预期效果。

（2）如果在拆除临时墙过程中发生漏水，要止住漏水极为困难，恢复需很多时间和劳力，因此止水措施必须达到要求。

（3）拆除临时墙后的井壁洞口形状不得影响盾构机通过。

21.6.6最初的推进

从盾构机完全进入地层至背后注浆施工之前的这一段时间内，盾构机及进发各种设备将处于极不稳定的状态。所以，推进过程中应格外谨慎，常加检查，如果发现异常，应立即停止推进，进行处理。

严格按照工艺要求施工某改建铁路项目路基工程施工组织设计，以保证盾构能顺利进发与到达。

由于开挖工作竖井引起了附近地层的松弛，再加上盾构推进时进一步扰动地层，故当盾构开始推进时，可能发生泥土涌入、地表下沉、地下水喷发等危及周围环境的现象，因此必须采取相应的环保措施。主要措施为对工作竖井周围的土体进行加固，加固的方法有注浆加固、冻结等。地层加固可以达到如下目的：

（1）消除构筑竖井时造成的周围土体的松动；

（2）防止拆除临时挡土墙时振动的影响；

（3）在盾构机贯入掘削面前或被拉入竖井内前能使地层自稳及防止地下水流入；

（4）降低对入口填塞物的压力；

纺织染整工业废水治理工程技术规范（HJ 471-2020）（5）防止因掘削面压力不足引起的掘削面坍塌；

（6）防止地表沉陷或消除对埋设物的不利影响。

按照有关规定填写施工记录。