盾构机始发方案

火车站～虎门火车站段）[2305标] 土建工程施工项目东～旗区间

盾构机始发方案

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广州市建筑集团有限公司

东莞轨道交通R2线2305标项目经理部

二○一二年九月

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［2305标］土建工程施工项目 东～旗区间盾构机始发方案

目 录

一 编制说明 ............................................................................................... 1

1.1 编制目的 ................................................................................................................... 1 1.2 编制依据 ................................................................................................................... 1

二、工程概况 ............................................................................................. 1

2.1工程概述 ................................................................................................................... 1 2.2线路参数及主要地层情况 .......................................................................................... 2 2.3环境条件 ................................................................................................................... 4

2.3.1周边建筑物情况 ............................................................................................................................................. 4 2.3.2周边管线情况 ................................................................................................................................................. 4

2.4始发段线路参数及地层情况 ....................................................................................... 5

2.4.1始发段线路参数 ............................................................................................................................................. 5 2.4.2始发段地层情况 ............................................................................................................................................. 5

2.5盾构机概况 ................................................................................................................ 6 2.6始发场地条件 ............................................................................................................ 7

三、重难点分析 .......................................................................................... 8

3.1盾构机掘进上软下硬复合地层 ................................................................................... 8 3.2盾构机掘进全断面硬岩 ............................................................................................ 10 3.2盾构机压气开仓作业 ................................................................................................ 11

四、盾构机下井组装及调试 ....................................................................... 13

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五、盾构机始发托架及反力架定位安装...................................................... 13

5.1始发托架定位及安装 ................................................................................................ 13

5.1.1始发托架定位 ............................................................................................................................................... 13 5.1.2安装施工 ...................................................................................................................................................... 13

5.2反力架定位及安装 ................................................................................................... 14

5.2.1反力架定位................................................................................................................................................... 14 5.2.2支撑设计及验算 ........................................................................................................................................... 14 5.2.3反力架固定措施 ........................................................................................................................................... 18 5.2.4安装加固施工 ............................................................................................................................................... 19

六、始发刀具配置及安装 .......................................................................... 20 七、洞门密封安装及洞门凿除 ................................................................... 21

7.1洞门密封安装 .......................................................................................................... 21 7.2洞门凿除 ................................................................................................................. 22

八、始发前施工准备 ................................................................................. 24

8.1技术准备 ................................................................................................................. 24 8.2材料准备 ................................................................................................................. 24 8.3劳动力安排 .............................................................................................................. 26 8.4始发掘进前的工作确认 ............................................................................................ 27

九、盾构机始发 ........................................................................................ 29

9.1始发掘进距离确定 ................................................................................................... 29

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9.2始发方案简介 .......................................................................................................... 29 9.3初始掘进80M掘进控制 ........................................................................................... 30

9.3.1参数控制 ...................................................................................................................................................... 30 9.3.2初始掘进程序 ............................................................................................................................................... 31 9.3.3负环管片安装 ............................................................................................................................................... 32 9.3.4出土及注浆控制 ........................................................................................................................................... 32

9.4始发掘进注意事项 ................................................................................................... 33 9.5进入正常掘进前的调整 ............................................................................................ 35

十、盾构机监测要求 ................................................................................. 35 十一、始发掘进进度计划 .......................................................................... 36 十二、质量保证措施 ................................................................................. 37 十三、安全文明保证措施 .......................................................................... 38 十四、应急预案 ........................................................................................ 41

14.1应急预案流程 ........................................................................................................ 41 14.2应急组织架构 ........................................................................................................ 42 14.3应急物资准备 ........................................................................................................ 43 14.4应急措施 ............................................................................................................... 44

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一 编制说明

1.1 编制目的

 指导现场施工，规范现场操作。

 保证盾构始发施工的顺利进行，确保盾构区间的顺利掘进。

1.2 编制依据

 东莞市城市快速轨道交通R2线工程【2305标】土建工程施工项目招标投标文件、

施工合同及施工图纸；

 东莞市城市快速轨道交通R2线工程【2305标】土建工程施工项目地质勘察报告、

地质补勘报告；  现场考察相关资料；

 《盾构法隧道施工与验收规范》GB50446-2008；

 《地下铁道工程施工及验收规范》2003年版GB50299-1999。

二、工程概况

2.1工程概述

东莞市城市快速轨道交通R2线工程（东莞火车站～虎门火车站段）［2305标：旗峰公园站、东城站～旗峰公园站区间、旗峰公园站～鸿福路站区间］土建工程施工项目位于东莞市东城区，工程由1个地铁车站：旗峰公园站、2个盾构区间隧道：【东城站～旗峰公园站区间】和【旗峰公园站～鸿福路站区间】及其附属工程组成。整个工程合同工期为956天，约31.5个月。旗峰公园站总建筑面积约18123.2m2,盾构区间隧道双线全长4727.422米。

采用两台海瑞克（编号S244/S245）盾构机进行区间隧道掘进，两台盾构机先从旗峰公园站北端头下井始发掘进东～旗区间，到达东城站南端头后吊出，再转场至旗峰公园站南端

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头下井始发掘进旗～鸿区间，到达鸿福路站后吊出，完成全部掘进任务。

本次始发方案编制范围为东旗区间隧道左、右线始发。

2.2线路参数及主要地层情况

【东城站～旗峰公园站区间】左右线为分修的两条单线隧道，起点为东城站，线路出东城站后沿着东城中路向南延伸，进入终点站旗峰公园站。起点里程为Y(Z)DK12+591.367,终点设计里程为Y(Z)DK14+051.451,区间左线长链6.008, 区间左线长度为1466.092m，右线长度为1460.084m，区间总长2926.176m，在YDK13+100处设置区间联络通道及泵房一座，在YDK13+670处设置区间联络通道一座。

线路由直线段和2段曲线构成，曲线半径分别为R800和R1000m。左、右线线间距为14.0m～16.0m。

本区间隧道左线最大线路纵坡为21.99‰,最小纵坡为2‰，右线最大线路纵坡为22.28‰,最小纵坡为2‰。竖曲线半径最大为8000m，最小为4000m。在区间的最低位置处设置泵房一座，隧道废水和少量渗水采用洞内排水沟排到区间泵房。隧道拱顶埋深为11m～17m。

本段区间隧道主要通过<6-5>可塑状砂质粘性土、<6-6>硬塑状砂质粘性土、<10-1>全风化混合片麻岩、<10-2>土状强风化混合片麻岩、<10-2-1>碎块状强风化混合片麻岩、<10-3>中等风化混合片麻岩、<10-4>微风化混合片麻岩层中，属Ⅲ～Ⅴ类围岩。岩石抗压强度11Mpa～65.3Mpa。

区间掘进施工前段约450米范围盾构穿过硬岩段及上软下硬地层（根据补勘）：

表2.2-1 始发区段硬岩及上软下硬地层统计表

线路 左线 里程 ZDK14+051.451～长度 68.109m 类型 上软下硬 地层 上部<10-2> 广州市建筑集团有限公司 建广厦千万 留美景人间 Guangzhou Municipal Construction Group Co., Ltd 2

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ZDK13+983.342 ZDK13+966.061～11.51m ZDK13+9.551 ZDK13+9.551～.662m ZDK13+9.8 ZDK13+9.8～5.7m ZDK13+4.100 ZDK13+857.171～92.183m ZDK13+7.988 ZDK13+7.988～42.914m ZDK13+722.074 ZDK13+6.216～15.163m ZDK13+639.053 上软下硬总长192.7，全断面硬岩总长97.576m，总290.33m YDK14+051.451～5.174m YDK14+046.277 YDK14+046.277～196.721m 右线 YDK13+849.556 YDK13+849.556～47.132m YDK13+802.424 YDK13+793.057～61.883m 上软下硬 上软下硬 <10-4> 上部<10-2> 全断面硬岩 后28.534m<10-4> <10-1>、<10-2>、<10-3>、上软下硬 中底部<10-3> 前168.187<10-3> 顶部<10-2> 上软下硬 <10-1>、<10-2>、<10-3> 全断面硬岩 <10-3>、<10-4> 上软下硬 <10-4> 上软下硬 下部<10-3> <10-1>、<10-2>、<10-3>、上部<10-2> 全断面硬岩 <10-3> 上软下硬 下部<10-3> 下部<10-3>、<10-4> 上部<10-2> 广州市建筑集团有限公司 建广厦千万 留美景人间 Guangzhou Municipal Construction Group Co., Ltd 3

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YDK13+731.174 下部<10-3> 上软下硬总长114.1m，全断面硬岩总长196.721m，总310.91m 双线上软下硬总长306.943m，全断面硬岩总长294.297m，总601.24m 2.3环境条件

2.3.1周边建筑物情况

区间沿线建筑物主要分布在东城中路两侧，多为4层以上框架结构商住楼或酒店，其中东海酒店、中惠华庭小区、还翠庭小区、辉煌商务大厦、东莞市工商行政大楼及涡岭商业街过街涵洞等都在施工影响范围内。

区间隧道在里程YDK13+800附近靠近东莞市城建规划局及旗峰山铂尔曼酒店，东莞市城建规划局及旗峰山铂尔曼酒店均为6层结构，基础均为浅基础。隧道结构与东城城建规划局的最小净距约7.4米，与旗峰山铂尔曼酒店的最小净距约8.5米。

区间隧道在里程约YDK13+050处下穿涡岭商业街过街涵洞，涵洞底板顶面与隧道顶的距离约12.7m。本段区间全部位于东城中路下方，沿东城中路向南穿行，东城中路为东莞市的交通主干道，同时隧道又从多根管线下方穿越。 2.3.2周边管线情况

本工程沿线地下管线主要集中在东城中路及东莞大道道路南、北两侧，在隧道影响线范围内的管线主要有：Ф60、Ф100、Ф300的燃气管道及两条Ф2200给水管，因管线埋深较浅，在施工过程中加强监测，及时采取保护措施。

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2.4始发段线路参数及地层情况

2.4.1始发段线路参数

始发进洞时线路纵坡为2‰上坡，平面线型为R=1000的缓和曲线段（始发进洞后为直线段，左线5m，右线12m进入缓和曲线段）。 2.4.2始发段地层情况

始发阶段隧道洞身地层为:洞身顶部<10-2>强风化混合片麻岩，洞身中底部<10-3>中风化混合片麻岩、<10-4>微风化混合片麻岩。补勘试验结果得出岩石抗压强度<10-3>为5.2～14.5Mpa。

<1-1><1-2><1-1><6-6>N=55(52)<6-6>N=71(62)<10-1>N=98(83)<10-1><10-2>-2-1>N=165(134)N=62(51)<10-2>N=63(50)<10-2><1-1><1-1><6-6><10-3><6-6>N=48(43)<10-1>N=60(51)<1-1><10-2-1><10-2-1><10-1>N=61(52)<10-2>N=(53)N=55(49)<10-2>N=71(56)<10-3><10-2><10-3><10-3>N=90(67)<10-2><10-3><10-3><10-3><10-3><10-4><10-4><10-4> 左线始发段地质情况 右线始发段地质情况

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图2.4-1 右线始发段地质情况

盾构始发端头地层加固采用双管旋喷桩加固方式，加固范围为长10m×宽12m，紧贴端头围护结构外侧，加固实桩部分始发端长度共7m，隧道顶以上3m，隧道顶以下4m；吊出端实桩长度共10m，隧道顶以上3m，隧道底以下3m。旋喷桩采用强度等级为42.5MPa的普通硅酸盐水泥，设计加固体无侧限抗压强度qu不小于0.8Mpa。

2.5盾构机概况

本工程使用的盾构机为海瑞克土压平衡式盾构机，出厂编号为S244、S245，盾体（前体）外径为6250mm，盾体长度为11380mm（由刀盘至螺旋机尾部），设备（刀盘、盾体、连接桥及5节台车）总长度约为78m，总装机重量约为470吨（含后续拖车）。

表2.5-1 盾构机各部分尺寸及重量统计表

型号 刀盘 长（m） 1.0 宽（m） 6.280 高（m） 6.280 重量（t） 65.000 广州市建筑集团有限公司 建广厦千万 留美景人间 Guangzhou Municipal Construction Group Co., Ltd 6

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前体 中体 后体 螺旋输送机 安装器 安装器导轨 钢桥吊和起重机轨 连接桥 1#台车 2#台车 3#台车 4#台车 5#台车 3.040 3.100 3.700 12.000 4.600 5.650 12.600 12.500 8.850 8.850 8.850 8.850 8.850 6.250 6.240 6.230 1.740 3.700 2.270 2.500 2.300 3.300 3.300 3.300 3.300 3.300 6.250 6.240 6.230 1.740 2.500 2.100 2.400 2.300 3.600 3.600 3.600 3.600 3.600 102.000 95.000 38.000 25.000 9.000 8.600 6.000 4.500 23.000 22.000 23.500 22.322 20.310

2.6始发场地条件

盾构始发车站旗峰公园站主体结构呈南北向长方形布置，本标段两个盾构区间始发场地分别位于车站南北两侧，其中东～旗区间盾构始发施工场地位于旗峰公园站北端，施工临设主要围绕始发井口和出土口布置。

东端左右线始发井净空尺寸均为7.5×11.5m，基坑深约20m，车站侧墙厚800mm，C35P8砼，围护结构为800mm厚C30地下连续墙，始发井下单线空间尺寸为12.9m×8.5m，站台层宽度为6.25m，净空6.23m，始发端墙至中隔墙的长度为86.7m。

始发场地东侧车站基坑边为9m宽的施工通道，施工通道两端设置进出大门；砂浆站设置在始发井东北角；车站顶板上方及两侧沿隧道方向（南北向）设置5条轨道梁，分别布置2台45T龙门吊（12m跨度，左、右线各一台）及1台12.5T龙门吊（25m跨度）用作材料及渣土等垂直运输。渣土池设置在车站顶板上方、出土口南边，为下沉式渣土池，左右线

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各设置1个，单个渣土池容量可达850m3，出土口及始发井口之间位置顶板上方设置管片堆场，管片堆场最大可存放38环管片；充电间、电瓶冷却水池及轨道、水管、轨枕等放置在始发井口北侧端头地面；油脂、黄油、水玻璃、发泡剂等放置在车站结构中板；施工通道东侧设置四级沉淀池、仓库、机修间、配电房及管片、周转材料的临时堆场。

施工场地情况如下图所示。 图2.6-1 始发场地平面布置图

三、重难点分析

3.1盾构机掘进上软下硬复合地层

根据地质勘察资料，始发段盾构机将穿越上软下硬复合地层，复合地层最重要的特点是工程范围内的岩性变化频繁，物理力学特性差异大，基岩风化界面起伏大，断层破碎带分布密集，含水量差异明显。具体表现为：同一里程隧道横断面表现为上下或左右软硬不均，在

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隧道纵剖面上表现为软硬相间，其中隧道断面地层的复合特性，对盾构施工的影响尤为明显。上软下硬地层掘进过程中，最大危害是下面硬地层造成掘进速度慢，但在较慢的掘进速度下，上面的软土容易造成超挖，导致地面严重沉降，也会导致盾构掘进时姿态变化较大。同时由于抗压强度变化范围较大，盾构刀盘及刀具受力不均，极易造成盾构机刀盘及刀具的非正常损坏。在盾构掘进通过时，存在的主要问题可归纳为以下几点：

 出土量过多，容易引起地面较大的沉降。  盾构机姿态较难控制，容易造成隧道轴线偏移。  盾构机刀盘及刀具非正常损坏。

 容易产生管片的开裂、崩角、渗漏水等质量问题。

针对以上问题，我部在掘进上软下硬复合地层采取以下控制措施：

（1）地质调查：我部已在施工前进行了详细的补充地质勘探，掌握隧道洞身软硬不均地段的硬岩分布位置和占开挖面积，硬岩的侵入隧道的高度和走势，硬岩的风化状况、裂隙发育情况、强度和整体性；

（2）采用土压平衡或混合模式掘进，控制上部软覆土层的沉降，必要时注泡沫或泥浆对碴土改良。

（3）掘进过程中要严格控制每环的出土量，同时必须保证砂浆的注入量。在出土量正常的情况下，如果出现同步注浆的砂浆进入土仓中而不能保证注浆量的情况时，就及时通过脱出盾尾的管片的吊装孔进行补充注浆，保证注浆量，确保开挖面与管片之间的间隙能及时得到填充，避免地面沉降及管片产生开裂、崩角、渗漏水等质量问题。

（3）加强盾构机推进线路和姿态控制，施工过程中密切注意测量数据，根据测量数据所反映的情况及时调整各组千斤顶的推力及刀盘转速等掘进参数，确保盾构机姿态在事前制

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定的控制范围内变化。同时，施工中可采取正反向转动刀盘、使用稳定器等措施对盾体的滚转进行控制。

（4）盾构在软硬不均匀地层中掘进时，容易对刀具造成较大的磨损，在施工中必须做好刀具的检查和更换工作，选择合适的地段进行开仓更换刀具，确保盾构机的掘进效率，控制地层沉降。

（5）根据实际调节推力，减小刀具在岩层交界面碰撞强度，降低刀盘转速，防止软硬界面处刀具的崩裂。

3.2盾构机掘进全断面硬岩

根据地质资料统计，始发段盾构将在全断面硬岩地层中掘进，全断面硬岩天然单轴抗压强度最高达65.3Mpa。在硬岩中掘进时可能会遇到以下困难：

 掘进速度慢；

 刀具磨损快，换刀频繁，工作量大；  盾构机容易出现“卡壳”现象，推进困难；  盾构姿态不好控制，造成隧道质量缺陷；  管片上浮；  地下水流失。

因此，针对本标段的硬岩地质条件，拟采取以下措施：

（1）施工前进行详细的补充勘探，进一步查清硬岩的分布及特性。

（2）根据岩石的强度，选择适应的硬岩刀具和耐磨刀具。在全断面硬岩中掘进时，通过提高刀盘转速，选择合适的推力，可减少贯入度，同时能够保证掘进速度。

（3）在中、微风化岩层中采用敞开式掘进模式。

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（4）每3-5环检查一次刀具，必要时每环检查一次刀具，做到勤检查、勤更换，特别是边缘滚刀要及时更换，以保证盾构的开挖洞径，预防“卡壳”。同时做好刀具使用计划，并根据刀具磨损情况及时调整计划；在现场准备足量的刀具，以便需要时能及时更换刀具。

（5）开启刀盘加泡沫、加水装置，改良正面土体，降低刀具和土体的摩擦力，减小扭矩，降低刀盘和土体温度，减小刀具的偏磨。

（6）在掘进过程中，根据滚动角的大小，及时通过调整刀盘转向（左转或右转），防止盾体产生扭转。

（7）掘进时要同步注浆，并进行脱出盾尾后3～5环进行二次注浆，必要时要补注双液浆，在盾尾形成止水环，以防盾尾后方地下水流向土仓，造成地下水流失，以致地面出现沉降；此问题在下坡段尤其严重，要严格预防。注浆以注浆量与注浆压力双重标准进行控制，确保管片背后回填密实，确保注浆达到作为隧道第一道防水屏障、控制地层损失和尽早保持管片稳定等三个重要作用。

（8）盾构通过硬岩区段要加强地面沉降监测，及时反映，根据测量结果保持或调整掘进方案，保证掘进顺利。

3.2盾构机压气开仓作业

因盾构机需掘进全断面硬岩及上软下硬复合地层，在上软下硬复合地层中含有混合片麻岩残积层及混合片麻岩全、强风化地层，该类地层在施工扰动下或遇水后极容易软化崩解、自稳性差较差。盾构施工上述地层需安排进行开仓作业检查更换刀具。

盾构开仓作业主要存在以下风险：

（1）地层不稳定，掌子面出现大面积塌方。

（2）仓内含有毒、有害、易燃、易爆气体，危害作业人员。

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（3）作业空间狭窄，气温高，空气差，光线弱，影响作业人员施工安全。 （4）压气作业存在较大的安全风险。 针对上述问题，我部采取的技术措施如下：

（1）根据地层情况及盾构机、刀具破岩能力，提前做好刀具更换的计划，尽量避免在不稳定地层中开仓。

（2）若必须在不稳定地层中开仓作业，条件允许情况下通过地面或盾构机的超前探孔对盾构切口环前后地层地层进行预加固，加固后进行效果评价，再进行开仓检查。

（3）若在不稳定地层中、不具备加固条件时，采用压气开仓作业。 （4）常压开仓前，尽可能出清仓内渣土。

（5）开仓作业前，必须进行通风换气和气体检测，必要时进行活体检测，确保气体符合要求人员方可进仓作业，并且在开仓作业过程中保持通风降温。

（6）进仓前必须由专业土木工程师对掌子面地层做出初步判断，确保安全和地层稳定后方可安排人员进仓作业。

（7）所有进仓人员穿戴防滑鞋、带荧光条工作服、安全帽，系紧安全绳。

（8）在刀盘附近按布置沉降监测点，刀盘前后各设一个监测断面，并布设深层沉降观测点。

（9）开仓过程中，派专人在地面进行巡检，并加强地表沉降观测。

（10）开仓后，根据掌子面地质情况，必要时对切口环及刀盘开口进行封堵。开仓过程必须由有丰富经验的土木和刀具管理工程师进行值班。定期检查掌子面地质变化情况。

（11）压气作业必须由有经验有资质的人员进行，压气进仓作业人员必须通过体检。 （12）制定相应的应急预案，并配备足够的应急物质和人员。

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四、盾构机下井组装及调试

根据现场条件，本次盾构机可整体始发，但受限于始发洞门与车站预留出土口之间的距离，需对皮带架的长度、台车结构及设备配置作细微调整：

车站底板仍然依次放置盾体、连接桥及1～5#台车，由于始发洞门至车站预留口之间的距离约37m，因此，为了利用预留口出土，3#台车与4#台车顶部支撑拆除，并将皮带机出口改在2#台车处出土，则始发洞门和预留口间的距离可满足。

盾构机各部件吊装按照以下顺序进行：始发架→电瓶车→台车5#、4#、3#、2#、1#→管片拖车及管片→螺旋机→中体→前体→刀盘→安装器→连接桥→后体→反力架。

盾构机吊装下井组装调试具体施作方法详见《盾构机运输吊装及安装拆卸施工方案》。

五、盾构机始发托架及反力架定位安装

5.1始发托架定位及安装

5.1.1始发托架定位

考虑到始发段为硬岩段及上软下硬段，隧道底部为<10-3>中风化混合片麻岩，则设计始发托架坡度与隧道进洞坡度相同，托架标高按盾构机刀盘中心与隧道中心轴线一致控制，始发架中线与隧道中心轴线一致控制。 5.1.2安装施工

1）、安装始发架时，工作人员根据测量提供的数据，按设计高度将始发架的垫层高度事前做好，并将始发架中线与隧道轴心线调至一致，再次测量无误后对始发架进行固定。

2）、始发井隧道内按开挖中心线铺设符合要求的两对路轨（轨距分别为960mm，2080mm），并在始发托架上铺设管片，将路轨延伸至始发洞门口。

3）、托架固定后，在始发架上放置临时管片，铺轨枕、轨道，做台车下井前准备。

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4）、下井前，必须检查始发托架沿隧道方向和垂直隧道方向的约束是否牢固。托架底部的钢垫块必须与底板预埋钢板焊接牢固，托架前端与主体结构之间必须设置牢固约束，以防止始发时托架上翘。

5）、在车站内安装５吨卷扬机。

5.2反力架定位及安装

5.2.1反力架定位

本次反力架定位按基准环面离开车站端墙内侧面9.9m，基准环中心线与隧道中心线重合控制。基准环中心标高根据始发进洞段坡度设计，与最后一环管片后端中心标高一致。 5.2.2支撑设计及验算

以左线为例，反力架立柱立柱脚部可支撑在车站底板上，上部通过加长支撑在车站中板结构上，因此本次盾构始发反力架相对而言比较稳固，不易发生翻倒。 斜撑设置3道，每道采用2根的I300工字钢拼接而成，45度角撑于反力架上，支撑长度分别为L=8118mm和L=4822mm，3道支撑之间采用横撑连接；反力架支撑设置见下图。

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东莞市城市快速轨道交通R2线工程 ［2305标］土建工程施工项目 东～旗区间盾构机始发方案 250mm×100mm×10mm钢板@400I30工字钢 图5.2-1 反力架支撑设计图

图5.2-2 反力架构造图

计算说明：

实际始发时盾构机最大推力严格按照1000T控制，其中底部千斤顶最大油压14Mpa，两侧及上部千斤顶最大油压10Mpa，计算时按千斤顶同时达到最大油压取值；(上下千斤顶

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各8个，左右千斤顶各7个，单个千斤顶活塞直径220mm)，通过管片及基准环调节，每组千斤顶所在区域按照均布荷载进行计算；反力架支撑长度分别为L=8118mm和L=4822mm。

反力架经几次始发使用，在支撑稳定的情况下反力架自身抗弯、抗剪和抗扭等强度足够，本次不再验算。

力学模型图：

反力架F468.0t/mF3A59.5t/mDC95.1t/mB59.5t/mF2F1

图5.2-3 反力架力学模型图

盾构机在顶推过程中反力架以根底部支点支撑为转点，要保证反力架不倾斜，必须保证反力架背后支撑能抵抗千斤顶对转点产生的弯矩，要求支撑强度足够。

计算步骤：

千斤顶推力对转点产生的顺时针方向倾倒的弯矩：

dMdqhqR(1cos)d

442M2q1R(1cos)d2q2R(1cos)d2q3R(1cos)d

244其中， q1=95.1t/m，q2=59.5t/m，q3=68.0t/m，R=2.85m 经计算：C组千斤顶产生弯矩M1=584.5tm

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B、D两组千斤顶产生的弯矩M2=1012.0tm

A两组千斤顶产生的弯矩M3=418.0tm

MM1M2M32014.5t.m

则立柱支撑可提供的对转点的最大抵抗矩计算如下：

各支撑可提供的最大抗力：按I300工字钢屈服强度乘以失稳系数考虑，验算时按最大抗力计算；

屈服强度：F121561201315.8KNF2F3F4（I300工字钢截面61.2cm2） 稳定系数：

I30工字钢截面参数：Ix=7084，Iy=337，A=46.48，ix=12.35，iy=2.69；取最薄弱截面，iy=2.69

F1杆件L=75.7cm，l0=75.7×0.8=60.6cm，l0/i=23，查表稳定系数ф=0.938； F2杆件L总=811.8cm，L数ф=0.716；

F3杆件L总=482.2cm，l最长段=270.6cm，l0=270.6×0.8=217cm，l0/i=81，查表稳定系数ф=0.716；

F4杆件L=129cm，l0=129×0.8=103.2cm，l0/i=38，查表稳定系数ф=0.3； 最大抵抗拒：

MF1sin450.9380.535F20.716sin453.41F30.716sin456.26

最长段=267.6cm，l0=267.6×0.8=217cm，l0/i=81，查表稳定系

F40.37.321551tm

MM2014.51007.3tm 22广州市建筑集团有限公司 建广厦千万 留美景人间 Guangzhou Municipal Construction Group Co., Ltd 17

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即：反力架立柱按上述支撑布置，支撑对转点的最大抵抗矩可克服盾构机千斤顶对转点产生的最大弯矩的1/2，满足刚度、强度和稳定性要求。

施工注意事项：

1、支撑与反力架立柱焊接务必牢固，满焊。

2、推进过程中最大推力和最大推进千斤顶分区油压严格按上述设定控制。

3、在推进过程中加强对反力架，车站结构监测，如发现位移变化，及时进行分析，并暂停掘进，待确认位移在合理范围内再恢复推进，否则对加固措施要继续加强。

4、推进过程中反力架两侧必须一直有人对结构进行监视。 5.2.3反力架固定措施

1、反力架底部抗拔措施

由于前方千斤顶推力反作用，对反力架会产生往后方倾覆的力矩，同时对反力架也会产生往上拔的分力，因此反力架除设置后方支撑外，还需考虑反力架支腿立柱的抗拔措施，本工程车站底板施工时，已设置相关反力架支撑及立柱的预埋钢板，钢板厚度20mm，钢板底部设置了锚固钢筋，同时钢板与结构底板钢筋焊接固定，钢板及锚固钢筋与底板共同浇筑混凝土，强度满足要求。详见下图：

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图5.2-4 底板预埋钢板大样图

反力架安装施工时，立柱底部必须与已预埋的钢板焊接固定，焊缝长度为整个立柱周长，焊缝高度不小于15mm。

2、反力架防扭转措施

因进洞后刀盘旋转切割土体，后方千斤顶对管片会产生扭转力，始发阶段管片与围岩接触距离较小，产生的摩擦力也较小，因此扭转力会直接传递到反力架处，反力架需采取防扭转措施。

反力架安装完成后，在立柱两侧各设置2道支撑，与车站侧墙、梁体结构顶紧，支撑材料采用钢轨或I20工字钢均可，详见图5.2-1

3、中板支撑处保护措施

反力架最顶部支撑设置在中板位置，因中板厚度较薄，需采取一定的保护措施，在支撑与中板接触位置，设置不小于200mm×200mm×10mm钢板，扩大分散中板的受力面积，支撑与钢板焊接固定，钢板顶紧处理。 5.2.4安装加固施工

反力架由H架和基准环两大部分构成。H架是一个井字形的结构，主要由上、下横梁和左、右立柱构成。基准环由两个半圆环组成，通过螺栓连接到H架的上、下横梁和左、右立柱上。基准环上边有预先钻好的10个螺栓孔与管片上的轴向螺栓孔相配，用于固定第一环临时管片。

反力架下井安装顺序如下： ①将下横梁吊放下井并摆放到位。

②左侧（靠墙一侧）立柱下放到位，然后再将另一侧立柱下放到位；右线立柱下放则相

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反。

③将上横梁吊放下井，然后把左右立柱和上横梁连接。 ④在井下把已连接的立柱和上横梁与下横梁连接并摆放到位。 ⑤依次放下下半部基准环和上半部基准环与反力架连接。 ⑥反力架调整定位，最后进行反力架加固。 反力架的安装应注意以下事项：

①反力架需根据目前盾尾的中心位置调整定位。

②反力架安装时，基准环端面应与始发托架水平轴垂直，以便在安装负环管片时，盾尾上、下、左、右的间隙能够均衡。

③按图设置反力架支撑，支撑与支撑、支撑与反力架、支撑与底板之间的连接应保证牢固，焊接连接的应满焊。

六、始发刀具配置及安装

由于区间隧道始发段在上软下硬地层及全断面硬岩段中掘进，岩石抗压强度11Mpa～65.3Mpa。硬岩对盾构掘进影响较大，盾构机通过上述地段时，刀具磨损极大，对刀具要求较高；上软下硬地层掘进时刀具在接触岩石时，承受了较大的瞬间荷载的冲击，很容易发生刀圈崩裂甚至刀轴报废。但同时也需考虑刀具在掘进上软下硬地层中开挖土层部分的适应性。

综合掘进地层考虑，本工程的岩石抗压强度也不算太高，选择刀具应综合能适应软土和岩层的掘进，并具有一定的强度，因此，计划本次左右线盾构始发均布置全盘的普通型刀具，其中1#～8#（中心刀）采用双刃滚刀，9#～39#（正面刀及边缘刀）采用单刃滚刀，刮刀选用按设计要求。盾构机刀具布置图如下图所示。

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图6-1 刀具布置图

七、洞门密封安装及洞门凿除

7.1洞门密封安装

为保证盾构机进洞过程中的密封止水，盾构机进洞前需安装洞门密封。整个洞门密封系统包括：橡胶密封环板、预埋环板、固定环板B和扇形压板。如图7.1-1和图7.1-2。

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图7.1-1 盾构进洞门密封环板安装示意图 图7.1-2 盾构进洞门密封环板安装正视图 7.2洞门凿除

始发井的围护结构采用800mm厚的连续墙，混凝土强度等级为C35P10，洞门段围护结构钢筋采用玻璃纤维筋。为确保盾构机刀盘全部进入洞门范围，且确保刀盘转动时不影响

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洞门密封橡胶圈，通过计算，始发洞门计划凿除内层40～50cm砼层及截除内层玻璃纤维筋。此时洞门仍有30～40cm砼层及外层玻璃纤维筋，可保证洞门安全稳定。

洞门凿除前在洞门如下图所示位置钻水平孔，探明端头加固及地层情况，水平探孔需打穿连续墙进入背后地层不小于1m。

图7.2-1 洞门水平探孔布置

开凿时，拟搭设双排脚手架，由上往下分层凿除，周边用人工修凿，以保证凿洞的质量，严格控制洞门凿除尺寸，凿除直径不得小于洞门圈直径φ6620，洞壁与洞门圈应基本保持垂直，洞门凿除完成后，将所有砼碎块清理干净，保证洞门全轮廓尺寸。脚手架搭设如下图所示。

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图7.2-2 脚手架搭设示意图

洞门凿除完成后，盾构机可直接转动刀盘向前掘进，利用刀具将洞门剩余砼结构及玻璃纤维筋直接破除进入土仓。

八、始发前施工准备

8.1技术准备

1、收集始发车站图纸、盾构区间图纸、盾构机资料、地质及地面环境资料并认真学习。 2、根据实际情况编制本方案。

3、组织学习本方案，对全体施工人员进行施工技术及安全技术交底。

8.2材料准备

对始发时所需求的材料进行预算，并按需求量及种类进行划分，循环使用材料做好计划。其具体材料需求量详见下表。

表8.2-1 始发材料需求

序号 名称 规格 数量 备注 广州市建筑集团有限公司 建广厦千万 留美景人间 Guangzhou Municipal Construction Group Co., Ltd 24

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序号 1. 2. 3. 名称 进洞门B板 洞门像胶圈 进洞门压板 规格 标准 标准 数量 2 2件 240 480m，804. 供水管 100mm 根 300m，505. 排污管 80mm 根 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 砂浆车 卷扬机 电瓶车 平板车 渣土车 盾构机托架 三角托架 反力架 负环管片 临时渣土斗 标准 标准 40T 装18方 标准 标准 标准 7# 16. 盾尾油脂 6# 17. 密封油脂 小桶 40桶 40桶 2辆 2台 2台 8台 8台 2 32 2 12环 1个 12桶 配渣土斗 左右线共用 备注 广州市建筑集团有限公司 建广厦千万 留美景人间 Guangzhou Municipal Construction Group Co., Ltd 25

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序号 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 名称 液压油 齿轮油 工字轨枕 弧形轨枕 走道板 葫芦 循环水泵 发泡剂 水玻璃 气动双液注浆泵 对讲机 规格 标准 标准 标准 标准 标准 3t\\5t 45KV 数量 50桶 20桶 160根 240根 260m 各10个 2台 20t 20t 1台 4台 备注 8.3劳动力安排

始发时各岗位基本按照正常掘进计划人员配置，计划双线盾构机班组人员共130人。

表8.2-2 劳动力配置表

班组 人数 人员配置 职责 1、制作各种临时构件、小车间：10人；跟班机工具、水管支架、电缆钩、修：10人；电工：6机电班 28人 人；盾构机保养：2调试；3、盾构机维修；4、人； 项目临时用电等。 广州市建筑集团有限公司 建广厦千万 留美景人间 Guangzhou Municipal Construction Group Co., Ltd 26

特殊工种 焊工：5人；电变径接头；2、盾构机拆装、工：6人 东莞市城市快速轨道交通R2线工程

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1、盾构机掘进、管片拼装，洞长：2人；盾构机管线轨道及走道延长等掘司机：5人；洞内：掘进班 59人 36人；洞口：8人；及洞口垂直运输司索、指地面：8人 挥。3、洞门施工等。 电瓶车司机：9电机车司机：9人；1、电机车保养；2、电机车机车班 11人 充电：2人 操作；3、机车电瓶充电等。 人 砂浆站司机：21、龙门吊、砂浆站、叉车砂浆站：7人；龙门地面班 14人 吊：7人 叉车操作等。 机：7人 1、地面卫生；2、轨道维护；杂工班 8人 5人 3、管片等 补漏班 合计

10人 130人 10人 隧道补漏 保养；2、龙门吊、砂浆站、2人；龙门吊司人；叉车司机：人；充电工：2进工作；2：洞内水平运输司索工：4人 8.4始发掘进前的工作确认

盾构机在初始掘进前有以下工作必须完成：  盾构机的联动调试满足要求。

 盾构机推动油缸和液压站已具备动作条件。

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 洞门范围内的障碍物已清除（完成洞门范围内的连续墙凿除）。  洞门橡胶密封圈及压板已安装到位。  临时管片准备就绪。  碴土运输准备工作就绪。  地面砂浆搅拌站调试完毕。  盾构机已准确定位，轴线进行复测。

 SLS-T自动导向系统安装、要求计算机中显示TBM的姿态和准确位置，通过光缆实

现远程控制。

 初始掘进范围内的地面监测点已布设完毕并获得初始的数据。

 盾尾的密封刷已涂满密封油脂,始发用盾尾油脂具有较好的耐磨性，在涂油脂过程

中，要交代人员必须涂满尾刷的内部，只有这样才能延长尾刷寿命，才能防止涌水和注浆材料渗入盾体。

 供电系统（含备用电源）、给排水系统、通信系统等检查正常。（为确保安全用电，

要有责任的电气工程师对接入进高低压柜，接线要一一确认，确认无误后才能送电，并将其记录在施工表格内）。

 始发反力架和基准环将在始发井地面试拼装。在井下安装时要经过精确定位测量，

确保第一环临时管片的准确位置。始发托架和反力架必须固定完成。

 始发辅助材料准备完成（▲型木楔、钢丝绳、水玻璃、垫洞门圈型钢和砂袋等）。  水平运输设备及垂直运输设备均准备好，设备状态及性能良好，试运行结果正常。  盾构机进洞后的洞门封堵材料设备准备齐全。

 在自动导向系统安装调试完成后，将把有关的线路资料（沿线路方向每隔1.5m输入

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一个轴线点的坐标）输入电脑，作为掘进过程中赖以参照的设计线路位置。 盾构机始发前，以上各项工作准备完成后，盾构生产负责人组织进行全面检查确认，填报始发条件确认表，并将相关的定位、测量资料等一并上报项目总工，项目总工组织进行最终的始发前条件确认，项目总工签字确认后，方可进行始发施工。

九、盾构机始发

9.1始发掘进距离确定

确定盾构机初始掘进距离需综合考虑以下因素： 1）盾构机后续台车的长度。 2）车站内可以布置运输双线。

3）管片与土体之间的摩擦力足以支持盾构机的推力。 4）从经济和技术角度考虑连接台车的管线不能太长。 根据以上条件，将初始掘进距离定为80m。

9.2始发方案简介

根据现场条件，本次盾构机可整体始发，但受限于始发洞门与车站预留出土口之间的距离，需对皮带架的长度、台车结构及设备配置作细微调整：车站底板仍然依次放置盾体、连接桥及1～5#台车，由于始发洞门至车站预留口之间的距离约37m，因此，为了利用预留口出土，3#台车与4#台车顶部支撑拆除，并将皮带机出口改在2#台车处出土，则始发洞门和预留口间的距离仍可满足条件。5#台车与4号台车之间断开，暂不跟随盾构机前进。

始发掘进过程在龙门吊安装完成前采用80T汽车吊进行垂直运输，始发共拼装6环负环管片，1环零环管片，零环管片按进入洞门600mm考虑。

因始发初始阶段盾构机处于井口及车站站台层内，盾构机盾体及台车遮挡了始发井口及

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出土口（盾构机前进之前出土口位置在2#台车上方），盾构始发开始前进的前几环过程无法进行材料的竖直运输，因此，需在盾构机下井时，预存3环负环管片，放置在6节管片平板车上，吊运进车站站台层后方轨道上。3环负环管片拼装完成后（此时盾构机无需出土，土仓内存半环至一环渣土），盾构机前进距离可使3#台车前进至出土口下方（有3.25m水平空间），可利用出土口进行材料及渣土吊运。

9.3初始掘进80m掘进控制

初始80m也是摸索掘进规律、优化掘进参数的试掘进阶段。为此，在始发80m的地面布置了较密的观测点，根据不同的掘进参数所对应的地面降沉值，可以总结和优化出相应的盾构掘进参数（土仓压力、推进速度、总推力、排土量、刀盘扭矩、注浆压力和注浆量等），为加快正常掘进打下基础。

完成初始掘进约需25天。初始掘进阶段由于台车未进洞，不方便接入风管，采用自然通风，供水、供电与正常掘进阶段一样，由洞外供进，随进尺接长。 9.3.1参数控制

进洞初始掘进参数暂按以下控制，掘进过程将不断优化：

 仓内压力：1.5～1.8bar（根据地面沉降情况及掘进其他参数适当调整）  推力：800T以内

 刀盘转速：1.2～1.5rad/min  掘进速度：10～15mm/min

 盾构机进洞后，逐渐将盾构机姿态调整为水平方向：-20mm～+20mm，竖直方向：

-20mm～-30mm。

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9.3.2初始掘进程序

1）站台层内后方提前吊放电瓶车在轨道上方，电瓶车前端接6节管片平板车，放置3环负环管片，再接2节平板车，临时放置螺旋机。

2）盾构机后体内表面和反力架基准环，用墨线、油漆等标识好负6环A1、A2、A3块管片拼装的位置（负6环按K块11点位拼装）。

3）始发条件确认后，电瓶车将管片运输至前方，开始拼装负6环管片，管片拼装时需准确对准已标识好的管片位置，并直接与基准环用螺栓连接拧紧。第一环的管片安装要与设计线路倾角一致。由于盾体没有顶到连续墙，必须焊接挡块盾构机前移才能安装管片。管片拼装时需注意应按掘进方向从前往后方向推进压盾构机尾刷，避免管片在尾刷上过多来回移动，对尾刷造成损害。

4）继续拼装负5环管片（为加大拼装空间，便于管片拼装，盾构机可适当稍前进），由于盾体没有顶到连续墙，必须焊接挡块盾构机前移才能安装管片。

5）盾构机前推至千斤顶行程L=1800左右，继续拼装负4环管片，此时盾构机进入洞门结构260mm。由于盾体没有顶到连续墙，必须焊接挡块盾构机前移才能安装管片。

6）盾构机继续前推负3环，千斤顶行程L=1200时，可开始转动刀盘，继续掘进开挖洞门砼，千斤顶行程L=1600时，刀盘开始进入隧道土体，掘进该环时，螺旋机不出土。

7）盾构机继续前推，千斤顶行程L=1800，螺旋机仍不出土，此时出土口与3#台车之间有3.25m空间，可将负3环管片从出土口吊下放置在平板车上，继续拼装负3环管片。此阶段可将6m3的小土斗吊放在最靠近电瓶车的一节管片平板车上，准备下一环掘进出土需要。

8）盾构机继续掘进负2环，直至土仓上部土压达到1.8bar时，采取土压平衡模式掘进，

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开始同步出土，保持土仓压力，掘进至千斤顶行程L=1800时，拼装负2环管片。

9）继续掘进拼装负1环、零环管片、001环管片。

10）掘进002环，完成掘进该环后，盾构机尾刷已进入洞门密封内。 11）掘进003环、004环，开始进行盾尾同步注浆。

12）装完成004环后，停机在001环吊装孔进行整圈双液注浆，双液注浆前先整圈注满盾尾油脂以保护尾刷。

13）依次掘拼005～012环，并进行盾尾同步注浆。当3#台车，4#台车分别通过出土口最前端时，依次安装台车顶部已拆除部分的支撑及设备配件等。此时可改用18m3的大土斗出土，利用龙门吊吊运渣土斗。

15）继续掘拼至023环时，可以将5#台车前移，进行4#、5#台车连接。 16）继续掘拼024～50环，结束初始掘进，开始正常掘进前的设备调整。 9.3.3负环管片安装

1）负环管片采用以下方式拼装：全部整环拼装，共设置6环负环、1环零环管片。 2）六环负环管片错缝拼装，第一环负环（负6环）K块拼11点位置。

3）负环管片螺栓必须拧紧，负环管片外围用钢丝绳箍紧，并用木楔块及时垫实管片底部与两侧三角支撑之间的空隙。

4）零环管片拼装完成后，需及时对该环管片外露出洞门的管片底部进行支撑（零环管片进入洞门600mm，外露出洞门900mm）。 9.3.4出土及注浆控制

1）注浆控制：

①注浆量与注浆压力：002环理论注浆量约为2m3，从003环开始，掘进每环设定注浆

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