CN108678756A - 临近江河强透水地层大直径泥水盾构安全始发施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种临近江河强透水地层大直径泥水盾构安全始发施工工法，包括下列步骤：（一）始发基座及反力架结构施工；（二）始发地基加固；（三）应急降水井布置；（四）洞门密封及橡胶帘布安装；（五）始发建仓；（六）洞门二次密封。本发明的有益效果：质量高：盾构始发井洞前加固可靠，洞门密封可靠，不渗不漏。安全性高：该工法有效的避免了大直径盾构始发过程中的种种风险，大大提高了生产的安全性。施工成本低：相对于其他措施，该工法使用的机械设备及材料为常规材料，成本低。

Description

临近江河强透水地层大直径泥水盾构安全始发施工工法

技术领域

本发明涉及一种临近江河强透水地层大直径泥水盾构安全始发施工工法，属于建筑施工技术领域。

背景技术

国力的增强、技术的进步，盾构法施工越来越多的被国内接受。目前国内地铁已经使用盾构法的城市有上海、广州、南京、北京、深圳、天津、西安、成都、沈阳、杭州、青岛等，另外还有其他很多城市正在筹建。由于盾构施工在工期、安全、质量等方面的优势，一些城市，如上海、南京、武汉等过江隧道工程也越来越多的采用盾构法施工。但是盾构各个施工阶段的施工技术质量要求严格，安全性要求高，尤其在临近江河地段，地下水位较高的位置进行大盾构的施工，所以超大直径盾构始发施工技术需要我们不断总结，不断提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种临近江河强透水地层大直径泥水盾构安全始发施工工法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的临近江河强透水地层大直径泥水盾构安全始发施工工法，包括下列步骤：

(一)始发基座及反力架结构施工

始发基座采用现浇钢筋砼结构，始发基座为弧形结构分盾尾基座和盾体基座两部分，基座纵向平行盾构中心线。盾构机壳体与基座之间有10cm的空隙，用于焊接导轨。基座纵向预埋300*300H型钢，上部与100*100方钢焊接，纵向每隔10cm设置一道加劲肋，焊缝高度不小于8mm。方钢作为盾构机壳滑行的轨道。施工始发井底板时预埋插筋，将始发基座和底板连接成一个整体，使基座在始发时抗剪力更大。

盾尾基座长13.55m，宽5.4m，纵向对称布置四条盾构机滑行轨道，与盾构机中心线夹角分别为41.4°，81.3°。基座南北两侧各布置5道500mm厚混凝土墙支撑盾构始发基座。纵向预留两道沟槽，沟槽为盾构组装焊接提供操作空间,预留沟槽宽度1m。

盾构前体、中体基座长13.1m，宽9.5m，纵向对称布置四条盾构机滑行轨道，与盾构机中心线夹角分别为41.4°，88.15°。盾体两侧的基座施工时各预埋一根工字钢。当盾构机掘进时，由于刀盘切削土体，引起一个反作用力，使得盾体可能发生扭转，因此我们在盾体上焊机钢构件，钢构件另一端抵住基座两侧预埋的工字钢。

两基座之间横向预留一道沟槽，宽度1.1m，为盾构组装焊接提供操作空间。纵向沟槽、横向沟槽之间架设50b工字钢支撑，工字钢两端与两块600*600*20mm混凝土基座预埋钢板焊接。两基座之间横向一道预留沟槽，沟槽宽度1.1m，此外，在始发基座上端预埋300*300抗扭工字钢。纵向沟槽、横向沟槽之间架设50b工字钢支撑，工字钢两端与两块600*600*20mm混凝土基座预埋钢板焊接。

为便于盾构始发及抵消盾构机始发后栽头，在始发基座施工中将结构顶面调整。具体调整尺寸为依照盾构设计中心线，始发洞门处始发基座处抬高20mm，以此点向大里程方向延伸一个盾构机长度(14.307m)处不抬高(按设计值)。以此两点成直线控制其它部位调整尺寸，在盾构机始发完全接触连续墙后，盾构机刀盘处理论抬高25mm。

反力架采用钢反力架，由门架和钢环两大部分组成，门架由箱形结构两横梁和两竖梁组焊门形结构，其厚度为1800mm；钢环由环形上、下盖板和腹板组焊成工字形结构，内径11.10m，外径12.1m，厚度为1000mm，反力架总厚度2800mm。反力架后面架设6根直径800mm钢管，用于辅助支撑。所用材料主要采用Q345B高强钢。在-8环安装完毕后，-8环与反力架之间900cm空隙使用Φ350mm壁厚20mm钢管进行连接。主要为盾构始发提供牢固的受力支撑，使盾构千斤顶有足够的反向力推动盾构机前进。

(二)始发地基加固

为保证盾构机安全顺利始发，对始发井端头采用素墙+搅拌桩+高压旋喷桩处理进行地基加固。同时为保证盾构始发安全，在加固区内外打设8口应急深井点，作为盾构始发的应急措施，一旦出现涌水等险情立即启动。

⑴地基加固范围和形式

盾构始发之前应对工作井端头一定范围内土体进行加固，综合考虑地面施工条件及地质条件，本区间徐家棚西侧盾构井端头采用地面搅拌桩+外围设置C15素地下连续墙+2排旋喷桩闭合+降水方式。搅拌桩采用旋喷桩采用在加固区外围设置U型C15素地下连续墙，与徐家棚站地下连续墙形成四围封闭的止水帷幕结构。素混凝土墙接缝处内外侧预埋注浆管。待徐家棚站西端头井主体结构实施完毕后，在四围封闭的端头加固区内进行降水，确保地下水位降至隧道底以下2m，方可进行盾构始发。降水在洞门施工完成且强度满足设计要求时才能停止。

旋喷桩和搅拌桩施工参数根据实际地质情况现场试验确定，以加固后的地基满足设计要求为原则。搅拌桩的水泥掺入量应在施工前根据地层类型进行掺入量的强度及其他参数的对比试验。搅拌桩水泥掺入量不低于20％，搅拌桩空桩水泥掺入量取7％，采用42.5级普通硅酸盐水泥。旋喷桩每米水泥用量建议值取250Kg/m。旋喷桩加固与车站围护搭接应不小于300mm，保证加固体咬合，若与车站围护接缝的密实性效果不好，可考虑增大搭接和补充注浆。经加固的土体应有很好的均质性、自立性，无侧限抗压强度不小于1.0MPa，渗透系数小于10^-7/cm/sec。

端墙围护结构开洞前，先施作水平探孔，检验端头土体加固效果，要求部分探孔仅有滴水，水中无泥砂，且24小时内的渗水总量不大于5L。如有漏水或抗渗达不到设计效果,应及时通知业主、设计、监理分析原因并做出相应的补救措施。水平探孔不小于5个，分布在主体结构预留孔洞的上下和左右象限点及中心点，水平探孔长度不小于3m。

盾构始发端头采用素墙+搅拌桩+高压旋喷桩补缝加固，加固范围为宽度为盾构隧道两侧各5m，加固深度至拱底5m，长度为沿盾构掘进方向纵向15m。加固体宽22.1m×长度15m×深度32.1m，其中加固深度自地表至隧道拱顶以上5m为加固一区(即弱加固区，加固区长约10.1m)，隧道拱顶以上5m至仰拱以下5m为加固二区(即强加固区，加固区长约22.1m)。

⑵地基加固指标

加固一区的水泥掺入量为7％,加固二区的水泥掺入量为20％，采用P42.5级普通硅酸盐水泥。加固一区的强度不低于原状土的强度，加固二区土体加固强度指标：无侧限抗压强度qu≥1MPa，渗透系数≤1×10^-7cm/s,同时确保加固土体的均匀性，密封性和自立性。

为准确检验加固区的加固和防水效果，增加加固区取芯的数量，对加固体的均匀性、强度和抗渗性能等指标进行观察和检测。取芯深度定为31m(加固区桩长32.1m),取芯后的空洞采用注浆封堵。

(三)应急降水井布置

在加固区两侧各布置8口降水井，降水井间距5m/口，井深45m，井管采用Φ325钢管，滤管长度10m。

降水井的施工及抽排水时间根据地质条件及加固条件和降水井的抽水试验结合进行，但需保证洞门破除前加固区内地下水位降至盾构洞门底部以下2m以上。

(四)洞门密封及橡胶帘布安装

(1)洞门密封环

盾构机工作井洞门预埋钢环设计为宽度800mm的圆环板结构，钢环内侧面直径13m。密封钢环由封板、加劲板、圆环板、翻板、两道帘布橡胶板和两道密封钢丝刷组成。密封环整环环面与盾构机设计轴线垂直，封板内侧设置加劲板。

钢环竖直埋设于主体结构内，钢环外侧设置锚筋埋入主体结构中。密封钢环分别设计1道注浆管(壁厚4mm)用于橡胶帘布堵漏；沿圆环均匀布置共24处，用于洞门内侧土体加固注浆。预埋管均沿圆周均匀布设，并与钢环内侧面连通，用于盾构始发过程中注浆、注油脂的需要。

(2)洞门密封环安装

密封钢环按照设计线路洞门位置进行安装。安装时在预埋洞门环法兰面上测量定位密封钢环分块线，并作出标识。密封钢环拟设计4块分别吊装，现场采用25t吊车吊装，配合人工进行分块吊装焊接在洞门法兰面上。密封钢环要求安装牢固、止水，采用双面焊接，并且通过内外侧加劲板将密封环牢牢固定于预埋洞门环上。

(3)橡胶帘布、压板的安装

在密封钢环圆环板上设置螺栓孔，采用M20螺栓将帘布橡胶板固定于圆环板和密封环钢板之间。圆环板位于封板内侧，通过螺栓分四块固定在洞门密封环钢板上。圆环板与翻板通过销轴连接，两道翻板间净空宽度45cm，翻板作为帘布橡胶密封的刚性支撑。

盾构始发前先将密封环焊接在预埋洞门钢环的法兰面上，在破除完洞门后，将橡胶帘布和圆环板通过螺栓固定在密封环钢板上，最后将钢折板通过转销连接到圆环板上。

由于橡胶帘布尺寸较大，橡胶帘布安装完成后在底部帘布将向洞门方向伏倒，对于泥水建仓有一定的影响。为避免这种情况的发生，在两道帘布内层，需要安装一层1mm厚的弹簧钢板用于支顶帘布位于直立状态。

(4)洞门破除施工

盾构始发洞门范围内主要有地下连续墙影响盾构始发，洞门范围内的地下连续墙凿除施工安排在盾构机组装调试期间，在确保端头土体水位按设计要求降至拱底以下2m方可进行。

考虑盾构机组装现场实际情况，为尽量减少洞门凿除对盾构组装的影响，并在盾构组装完成时能尽快始发出洞，洞门范围内的连续墙墙厚1200mm，分两次进行凿除。第一次凿除安排在刀盘下井后进行，破除外侧混凝土90cm，剥除地连墙内层钢筋；第二次凿除凿除安排在盾构机-6环管片拼装完成后，盾构始发前移前两天完成混凝土凿除和清碴工作，凿除混凝土厚度30cm。保证盾构始发前完成所有凿除及清理工作，且掌子面裸露时间不超过两天。

凿除混凝土搭设钢管支架，支架采用Φ48无缝钢管，间距90×90cm，层高90cm，纵向搭设三排。钢管之间使用扣件连接，支架外侧拉设密目防护网。在始发基座前方与洞门密封环之间搭设清碴作业平台，凿除下的混凝土碴使用吊斗由吊机吊运出基坑。

始发轴线确定、负环排布

盾构始发的轴线布置根据各工程的实际始发轴线确定，由于盾构机的机体长度范围内内为直线，且盾尾进入洞门前不得做较大纠偏，避免盾尾与洞门形成互锁。因此在始发时无法实现纠偏，直线段按设计轴线始发，曲线段可进行设计范围内预偏，避免始发过程中轴线偏位超标，武汉地铁8号线盾构始发试掘进段隧道中线平面上为R＝700m的圆曲线，始发方向的确定至关重要。盾构机始发初期，为了提供足够的推力并保持反力架、负环管片稳定，盾构机必须沿直线推进，当盾构机主机整体进入隧道，盾尾完全脱离始发基座后，才能开始转弯。盾构机主体长度14.38m，因此，盾构机从始发井出发后直线推进的距离将达到15m。由于此段隧道中线为700m半径的圆曲线，在直线推进15m的过程中，盾构隧道轴线与设计轴线将产生一定偏差；直线推进15m后，盾构机开始进行纠偏，纠偏曲线与设计轴线也会有一定的偏差。为确保实际隧道轴线与设计轴线之间偏差合规，拟在盾构始发之前即采取洞门环偏移预埋措施，后期掘进时继续纠偏来满足要求。即洞门预埋环往隧道掘进方向右侧偏移100mm，始发时盾构机垂直洞门预埋钢环，即直线始发。在盾构机盾体完全进入洞门预埋钢环后开始纠偏(约15m)，按照以往施工经验及本隧道管片楔形量大小计算，预计每环纠偏量可达15mm。若按照每环15mm纠偏施工，则盾构机开始纠偏后第9环即可使隧道实际轴线与设计轴线重合，达到规范要求。纠偏长度为18m，隧道实际轴线与设计轴线位于纠偏后第4环，最大偏移量为117mm。此方案最大偏移量稍超出设计允许值(100mm)，但后期施工中可通过(在设计允许范围内)调整二衬厚度使隧道实际轴线与设计轴线偏移量符合设计要求。因此，盾构机以这个方向偏移始发后，各个预计偏差值均能满足要求。

负环拼装

本工程正环起始里程为右CK12+949.653，由于车站为不规则站，考虑盾构井主体结构，反力架位置等综合因素，本工程考虑始发时从反力架到正环共需要8环负环，本工程负环采用钢筋混凝土管环。

总述

-8环作为我们负环拼装的第一环，其拼装方式有两种选择，一在钢负环的基础上拼装，二是空拼。我们对两种拼装方式的优缺点进行了对比，如下表所示：

综合考虑后选定第二种拼装方式：混凝土负环空拼。

当盾构机调试完毕后，即可开始进行负环管片的安装。本工程负环管片外径为12100mm，内径为11100mm，共8环，排序为-8～-1，为钢筋混凝土管片，环宽2000mm，管片为通用结构形式，每环管片包含5块标准块，2块邻接块，1块封顶块。

负环采用B型混凝土管片。为保证拼装的稳定性及负环拆除的便捷性，-8环封顶块设计为1点位置，第一块拼装底部B3块；-7环封顶块为21点位置，第一块拼装底部B3块，-8、-6、-4、-2、环点位相同，-7、-5、-3、-1环点位同为21点(具体点位根据现场情况可作调整)。为保证拼装位置正确，成环后不至发生位移或椭变，在管片生产时，在环、纵向螺栓的上下对应内、外弧面均设置预埋钢板，管片在整环拼装完成后采用20#工字钢(翼板之间加焊1cm厚钢板做肋，间距10cm)将管片环内部环与环、块与块间预埋钢板焊接。管片脱出盾尾后将同样采用20#加肋工字钢将管片环外部预埋钢板焊接。

2.2拼装-8及-7环

盾构机调试完毕到达始发位置后，千斤顶撑靴(完全缩回)距离反力架最大距离6015mm；-8环就位后，其前端面距离千斤顶撑靴(完全伸开)1365mm，而千斤顶行程最大3000mm。因此，若要-8环到达最终位置，必须空拼-8环和-7环后，两环整体一起后移至最终位置。并将-7环前端面作为拼装-6环的基准面，也是整条隧道拼装管片的基准面。

由于是完全空拼，管片在盾尾内的就位(尤其是第一块B3)将完全依靠外部的垫块和焊接固定，因此，-8环和-7环在两侧端面预埋钢板方便焊接固定。

－8环在进行空拼前先焊接导轨和限位板。导轨设置在千斤顶和盾尾密封刷之间，采用90mm方钢制作，位置与始发台导轨位置相同，从距千斤顶端面500mm开始向后设置，长2000mm。限位板在距推力千斤顶末端2800mm～3000mm位置处焊接20#加肋工字钢进行限位，工字钢中心距千斤顶末端2900mm。工字钢翼板间设置10mm厚钢板作为肋板，间距100mm。加肋工字钢高640mm，顶部采用20#工字钢与限位加肋工字钢和管片预埋钢板焊接，工字钢长400mm。加肋工字钢每块管片设置两个。(加肋工字钢为防止管片受千斤顶推力影响发生后移，顶部工字钢为防止管片拼装时对已拼装管片造成偏移。)另刀盘前方方钢也加焊撑靴，以防止发生盾构机前移或无法压紧管片。撑靴采用100mm方钢制作，长500mm。

-8环成环之后，将所有螺栓拧紧，每相邻两块焊接3道加肋钢板固定(通过预埋钢板)，以防止其椭变。之后割除所有外部固定钢支撑，用千斤顶将-8环整环后移2300mm，在其前端面焊接L字形钢板起到固定作用(-7环第一块观片拼装位置不焊)。以-8环作基准环逐块拼装-7环。-7环第一块拼装好后，通过螺栓与-8环连接，并在其一端焊接钢板固定，然后再拼装其相邻块，以此类推，拼装完-7环。

拼装过程中必须注意焊接固定分两次，其固定方式和焊接时机是不同的，在拼装过程中，真空吸盘没有离开管片之前，需要对管片进行约束和固定，此时只能通过焊接L型钢板将管片约束在盾尾上。

在管片成环之前，整环管片都将这样固定，而不能凿开预埋钢板焊接固定，防止拼装过程中万一需要将管片重新拆下时真空吸盘无法作业。

完成-7环拼装后，同-8环一样，每相邻两块管片焊接至少3块钢板固定，以保证圆度，同时，-7环每块还要同-8环焊接起来，以保证两环管片的刚度。

2.3调平-7环前端面

-8环、-7环空拼并整体后移之后，其位置完全依靠盾尾刷的约束，沿隧道轴线方向只有千斤顶能够起到约束作用。

-7环前端面将作为-6环的拼装基准，-6环应当能在此基准上较容易的成环，并且成环之后环向缝隙均匀，无喇叭口(若存在喇叭口，后续管片的拼装过程中会将该喇叭口放大，而不得不再次寻找拼装基准)。

因此，此时应当花费一定精力精确调整-7环的前端面。如前所述，只能通过微调各组千斤顶行程调整其前端面，由测量班复核端面平整度和环向缝隙理论上，调整后的端面平整度和环向缝隙应达到设计要求，而受限于现场施工条件，-8、-7环的横向椭变几乎不可避免，因此，调整的主要工作是：消除环向喇叭口，端面平整度尽量向设计要求靠拢。若环向喇叭口消除的情况下，端面平整度仍然达不到要求，可通过黏贴木板、软木衬垫的方式予以调整。2.4-8环与反力架的固定

-7环调整就位之后，在-8环负环管片与反力架间通过焊接Φ350mm壁厚20mm钢管的方式连接。管片制作时预埋22块钢板，反力架为钢反力架，直接与钢管焊接。

2.5拼装-6环

-6环将是本隧道真正意义上的基准环，其拼装的质量将影响到后续管片的拼装速度和质量。

如前所述，本环拼装时，绝对不允许出现环向缝隙不均匀的情况。在解决此主要矛盾的基础上，保证端面平整和圆度(测量班复核两点之间弦长)。

拼装过程中，螺栓可以拧紧，但是根据环向缝隙均匀与否，可以将与-7环连接的部分螺栓松开。因此，拼装过程中，每就位一块管片(尤其是上半圆管片)，都必须使用钢板和L型钢板进行固定。需要注意的是，拼装过程中的固定钢板，是焊接在-7环和盾尾上，并且其固定位置是在真空吸盘密封范围之外的，焊接时机是真空吸盘离开管片之前。

成环之后，确定环向缝隙均匀，前端面平整之后，再凿开预埋钢板焊接固定。

2.6拼装其他负环

-6环拼装完毕后，割除刀盘前方的撑靴，盾构机开始推进，到达2800mm行程后开始拼装－5环。-5环拼装时每块管片逐块进行块与块、环与环之间的连接。同样方式以此拼装-4、-3、-2、-1环。

2.7负环的加固、支撑

当管片脱出盾尾后，需及时进行管片外部预埋钢板焊接。与内部焊接的目的一样，尽量保证管片环的刚度。

管片脱出盾尾之后，需要及时对其进行支撑，支撑分为三部分：

⑴在管片与盾构机导轨方钢之间插入钢楔子(为直角梯形，顶边长500mm，底边长1000mm，高670mm，坡角53度，采用32#工字钢，顶部各加焊一块1.5cm钢板进行制作)，确保管片不发生下坠。钢楔子间距1m，布置于管片接缝处和管片中央。

⑵在管片侧下方焊接工字钢支撑。

⑶在盾体两侧水平方向焊接钢支撑，管片脱出盾尾后，在钢支撑与管片之间打入木楔，压紧。

盾构机前移

当-8、-7、-6环管片推到设计位置并与反力架之间型钢加固完成后，盾构机前移1650mm，拼装-5环。盾构机前移前必须保证所有准备工作完成，所有设备处于良好状态，洞门凿除完成且清理干净余渣。前移时，需要检查盾壳、滑轨、台车和反力架是否有障碍物影响盾构机前移。

盾构机推力由0慢慢增加，直到推动盾构机为止，保持盾构机缓慢前进。最短千斤顶行程达到2800时盾构机停止前移，拼装-5环管片。

盾构机前移时注意观察已拼装完成管片的姿态情况和连接情况，如有管片有不稳情况发生，马上停止前移，找出问题，解决完后才能继续前移。每一次前移必须经过项目部领导书面通知。

盾构机两侧有防止盾构机扭转的防扭块，在防扭块拖出始发托架的时候，及时割除，连接点要割除干净，防止防扭块对洞门造成损害。

当盾构机推进-5环时，此时盾构机刀盘缓慢进入洞门圈密封帘布，洞门圈四周必须保证有6个位置进行观察，并与盾构机内部保持联系畅通。有一点位置刀盘接触洞门密封挡板时，立即停机。观察密封板与盾构机外壳的相对尺寸与设计偏差是否在可承受范围内，确认完毕后继续推进。

-4环推进1000mm左右，刀盘离掌子面20cm距离，此时停机、建仓。在洞门密封里注密封油脂和堵漏材料，注浆、注脂后继续推进。

+2环推进1500mm左右时，0环预埋钢板位置全部露出盾尾，焊接二次密封，继续推进。

盾构机前移过程中要不断检查盾构机的姿态发生变化情况，及时采取措施，控制姿态。在管片脱出盾尾时要及时焊接钢件加固，底部填塞木楔形块支撑。盾构机开始前移1.8m时，及时施做导轨延伸基础。

前移之前，应该在盾构机两侧焊接防扭转钢支撑。

(五)始发建仓

建仓时分三步进行：

第一步将泥浆场准备好的浆液打入开挖面中，保持开挖仓泥浆液面保持在中线以上3米。

第二步对气压仓进行缓慢加压，每次加压不高于0.1bar，将洞门密封环上的注浆孔打开排掉空气，同时盾构机内注意查看前后仓内的液位显示。当最上方的注浆孔开始喷出泥浆时，将该注浆孔的阀门关闭。这时，检查气泡仓内液位，若液位在中心线-0.5m-+0.5m之间，不需调整，若在此范围之外，启动泥浆循环系统，微调液位至该范围，此时切口压力显示为0。

第三步，提升气泡仓内气压至2.6bar，并保持2.6bar压力15分钟。观察有无泄漏等异常，若有，采取堵漏措施；若无，缓慢降低气压，直至将切口压力缓慢调成0bar。

进行以上三步时，观察洞门密封情况，及时堵漏。如发生小规模渗漏可采用棉布、棉纱、沙袋、聚氨酯、盾尾密封油脂等材料进行正面封堵，并适当增加泥浆和高分子堵漏浆液的粘度。如发生较大渗漏需立即停止加注泥浆，查明原因处理完毕后方可继续注入泥浆。

建仓的同时向橡胶帘布间、帘布和第二道密封刷之间预埋管注入堵漏材料，在第一道密封刷和第二道密封刷之间注入密封油脂。

(六)洞门二次密封

橡胶帘布密封堵漏

建仓前，提前在橡胶帘布间注入堵漏材料，泥水建仓过程中根据橡胶帘布漏水情况在渗漏点附近通过在密封环上的油脂注入孔(在第一道帘布与第二道帘布密封之间)加注添加有NSHS-2型的泥浆封堵帘布橡胶与盾体之间的空隙。

堵漏剂NSHS-2材料拟采用活塞式注浆泵进行注入。

洞门二次密封

盾构机向前掘进，待盾尾最后一道钢丝刷完全进入密封环内后，此时在密封环处安装的为零环管片，设计零环管片外侧面一边预埋500mm宽的钢板，预埋钢板厚度10mm。待盾构机盾尾完全穿过密封板后，用20mm厚密封钢板将圆环板边缘与0环管片外侧的预埋钢板焊接，形成二次密封，确保盾构泥水压力平衡，提高密封效果，以保证盾构同步注浆的顺利实施。二次密封焊缝高度10mm，要求焊缝连续、不渗漏。二次密封用钢板高出圆环板50mm，具体情况可根据圆环板与0环管片之间间隙进行调整。

洞门二次密封完成，盾构始发工艺流程完成，盾构正式进入试掘进阶段。适用范围:

本工法适用于大直径的穿河越江隧道工程中采用盾构法施工的盾构始发工艺。

本发明的有益效果：

质量高：盾构始发井洞前加固可靠，洞门密封可靠，不渗不漏。

安全性高：该工法有效的避免了大直径盾构始发过程中的种种风险，大大提高了生产的安全性。

施工成本低：相对于其他措施，该工法使用的机械设备及材料为常规材料，成本低。

效益分析:

武汉地铁8号线越江隧道于2017年2月16日开始盾构机的组装工作，5月28日顺利始发，6月8日建仓完成，6月12日二次密封完成。仅用时3个月完成大直径盾构机的整体组装，用14天时间完成负环拼装和建仓及二次密封作业，这在以前的大盾构施工中均为工期最短的。

在盾构始发过程中，为保证工程安全顺利，采取了始发基座与主体回填标号一致的“永临结合”结构1000方混凝土，节约成本约400万元。钢反力架比混凝土反力架的成本降低50万元，且组装式的反力架可拆除回收再利用。提出的工法工艺流程切实可行、经济合理，保证了工程的安全和进度，节约工期1个月，间接经济效益300万元。同时对保证始发的安全、质量和加快施工进度起到了非常重要的意义。

采用的施工方案和技术措施将很好的解决超大直径盾构始发遇到的风险问题，可在我国大直径盾构始发中具有良好的推广和良好的借鉴价值。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的临近江河强透水地层大直径泥水盾构安全始发施工工法，包括下列步骤：(一)始发基座及反力架结构施工

始发基座采用现浇钢筋砼结构，始发基座为弧形结构分盾尾基座和盾体基座两部分，基座纵向平行盾构中心线。盾构机壳体与基座之间有10cm的空隙，用于焊接导轨。基座纵向预埋300*300H型钢，上部与100*100方钢焊接，纵向每隔10cm设置一道加劲肋，焊缝高度不小于8mm。方钢作为盾构机壳滑行的轨道。施工始发井底板时预埋插筋，将始发基座和底板连接成一个整体，使基座在始发时抗剪力更大。

盾尾基座长13.55m，宽5.4m，纵向对称布置四条盾构机滑行轨道，与盾构机中心线夹角分别为41.4°，81.3°。基座南北两侧各布置5道500mm厚混凝土墙支撑盾构始发基座。纵向预留两道沟槽，沟槽为盾构组装焊接提供操作空间,预留沟槽宽度1m。

盾构前体、中体基座长13.1m，宽9.5m，纵向对称布置四条盾构机滑行轨道，与盾构机中心线夹角分别为41.4°，88.15°。盾体两侧的基座施工时各预埋一根工字钢。当盾构机掘进时，由于刀盘切削土体，引起一个反作用力，使得盾体可能发生扭转，因此我们在盾体上焊机钢构件，钢构件另一端抵住基座两侧预埋的工字钢。

两基座之间横向预留一道沟槽，宽度1.1m，为盾构组装焊接提供操作空间。纵向沟槽、横向沟槽之间架设50b工字钢支撑，工字钢两端与两块600*600*20mm混凝土基座预埋钢板焊接。两基座之间横向一道预留沟槽，沟槽宽度1.1m，此外，在始发基座上端预埋300*300抗扭工字钢。纵向沟槽、横向沟槽之间架设50b工字钢支撑，工字钢两端与两块600*600*20mm混凝土基座预埋钢板焊接。

为便于盾构始发及抵消盾构机始发后栽头，在始发基座施工中将结构顶面调整。具体调整尺寸为依照盾构设计中心线，始发洞门处始发基座处抬高20mm，以此点向大里程方向延伸一个盾构机长度(14.307m)处不抬高(按设计值)。以此两点成直线控制其它部位调整尺寸，在盾构机始发完全接触连续墙后，盾构机刀盘处理论抬高25mm。

反力架采用钢反力架，由门架和钢环两大部分组成，门架由箱形结构两横梁和两竖梁组焊门形结构，其厚度为1800mm；钢环由环形上、下盖板和腹板组焊成工字形结构，内径11.10m，外径12.1m，厚度为1000mm，反力架总厚度2800mm。反力架后面架设6根直径800mm钢管，用于辅助支撑。所用材料主要采用Q345B高强钢。在-8环安装完毕后，-8环与反力架之间900cm空隙使用Φ350mm壁厚20mm钢管进行连接。主要为盾构始发提供牢固的受力支撑，使盾构千斤顶有足够的反向力推动盾构机前进。

(二)始发地基加固

为保证盾构机安全顺利始发，对始发井端头采用素墙+搅拌桩+高压旋喷桩处理进行地基加固。同时为保证盾构始发安全，在加固区内外打设8口应急深井点，作为盾构始发的应急措施，一旦出现涌水等险情立即启动。

⑴地基加固范围和形式

盾构始发之前应对工作井端头一定范围内土体进行加固，综合考虑地面施工条件及地质条件，本区间徐家棚西侧盾构井端头采用地面搅拌桩+外围设置C15素地下连续墙+2排旋喷桩闭合+降水方式。搅拌桩采用旋喷桩采用在加固区外围设置U型C15素地下连续墙，与徐家棚站地下连续墙形成四围封闭的止水帷幕结构。素混凝土墙接缝处内外侧预埋注浆管。待徐家棚站西端头井主体结构实施完毕后，在四围封闭的端头加固区内进行降水，确保地下水位降至隧道底以下2m，方可进行盾构始发。降水在洞门施工完成且强度满足设计要求时才能停止。

旋喷桩和搅拌桩施工参数根据实际地质情况现场试验确定，以加固后的地基满足设计要求为原则。搅拌桩的水泥掺入量应在施工前根据地层类型进行掺入量的强度及其他参数的对比试验。搅拌桩水泥掺入量不低于20％，搅拌桩空桩水泥掺入量取7％，采用42.5级普通硅酸盐水泥。旋喷桩每米水泥用量建议值取250Kg/m。旋喷桩加固与车站围护搭接应不小于300mm，保证加固体咬合，若与车站围护接缝的密实性效果不好，可考虑增大搭接和补充注浆。经加固的土体应有很好的均质性、自立性，无侧限抗压强度不小于1.0MPa，渗透系数小于10^-7/cm/sec。

端墙围护结构开洞前，先施作水平探孔，检验端头土体加固效果，要求部分探孔仅有滴水，水中无泥砂，且24小时内的渗水总量不大于5L。如有漏水或抗渗达不到设计效果,应及时通知业主、设计、监理分析原因并做出相应的补救措施。水平探孔不小于5个，分布在主体结构预留孔洞的上下和左右象限点及中心点，水平探孔长度不小于3m。

盾构始发端头采用素墙+搅拌桩+高压旋喷桩补缝加固，加固范围为宽度为盾构隧道两侧各5m，加固深度至拱底5m，长度为沿盾构掘进方向纵向15m。加固体宽22.1m×长度15m×深度32.1m，其中加固深度自地表至隧道拱顶以上5m为加固一区(即弱加固区，加固区长约10.1m)，隧道拱顶以上5m至仰拱以下5m为加固二区(即强加固区，加固区长约22.1m)。

⑵地基加固指标

加固一区的水泥掺入量为7％,加固二区的水泥掺入量为20％，采用P42.5级普通硅酸盐水泥。加固一区的强度不低于原状土的强度，加固二区土体加固强度指标：无侧限抗压强度qu≥1MPa，渗透系数≤1×10^-7cm/s,同时确保加固土体的均匀性，密封性和自立性。

为准确检验加固区的加固和防水效果，增加加固区取芯的数量，对加固体的均匀性、强度和抗渗性能等指标进行观察和检测。取芯深度定为31m(加固区桩长32.1m),取芯后的空洞采用注浆封堵。

(三)应急降水井布置

在加固区两侧各布置8口降水井，降水井间距5m/口，井深45m，井管采用Φ325钢管，滤管长度10m。

降水井的施工及抽排水时间根据地质条件及加固条件和降水井的抽水试验结合进行，但需保证洞门破除前加固区内地下水位降至盾构洞门底部以下2m以上。

(四)洞门密封及橡胶帘布安装

(1)洞门密封环

盾构机工作井洞门预埋钢环设计为宽度800mm的圆环板结构，钢环内侧面直径13m。

密封钢环由封板、加劲板、圆环板、翻板、两道帘布橡胶板和两道密封钢丝刷组成。密封环整环环面与盾构机设计轴线垂直，封板内侧设置加劲板。

钢环竖直埋设于主体结构内，钢环外侧设置锚筋埋入主体结构中。密封钢环分别设计1道注浆管(壁厚4mm)用于橡胶帘布堵漏；沿圆环均匀布置共24处，用于洞门内侧土体加固注浆。预埋管均沿圆周均匀布设，并与钢环内侧面连通，用于盾构始发过程中注浆、注油脂的需要。

(2)洞门密封环安装

密封钢环按照设计线路洞门位置进行安装。安装时在预埋洞门环法兰面上测量定位密封钢环分块线，并作出标识。密封钢环拟设计4块分别吊装，现场采用25t吊车吊装，配合人工进行分块吊装焊接在洞门法兰面上。密封钢环要求安装牢固、止水，采用双面焊接，并且通过内外侧加劲板将密封环牢牢固定于预埋洞门环上。

(3)橡胶帘布、压板的安装

在密封钢环圆环板上设置螺栓孔，采用M20螺栓将帘布橡胶板固定于圆环板和密封环钢板之间。圆环板位于封板内侧，通过螺栓分四块固定在洞门密封环钢板上。圆环板与翻板通过销轴连接，两道翻板间净空宽度45cm，翻板作为帘布橡胶密封的刚性支撑。

盾构始发前先将密封环焊接在预埋洞门钢环的法兰面上，在破除完洞门后，将橡胶帘布和圆环板通过螺栓固定在密封环钢板上，最后将钢折板通过转销连接到圆环板上。

由于橡胶帘布尺寸较大，橡胶帘布安装完成后在底部帘布将向洞门方向伏倒，对于泥水建仓有一定的影响。为避免这种情况的发生，在两道帘布内层，需要安装一层1mm厚的弹簧钢板用于支顶帘布位于直立状态。

(4)洞门破除施工

盾构始发洞门范围内主要有地下连续墙影响盾构始发，洞门范围内的地下连续墙凿除施工安排在盾构机组装调试期间，在确保端头土体水位按设计要求降至拱底以下2m方可进行。

考虑盾构机组装现场实际情况，为尽量减少洞门凿除对盾构组装的影响，并在盾构组装完成时能尽快始发出洞，洞门范围内的连续墙墙厚1200mm，分两次进行凿除。第一次凿除安排在刀盘下井后进行，破除外侧混凝土90cm，剥除地连墙内层钢筋；第二次凿除凿除安排在盾构机-6环管片拼装完成后，盾构始发前移前两天完成混凝土凿除和清碴工作，凿除混凝土厚度30cm。保证盾构始发前完成所有凿除及清理工作，且掌子面裸露时间不超过两天。

凿除混凝土搭设钢管支架，支架采用Φ48无缝钢管，间距90×90cm，层高90cm，纵向搭设三排。钢管之间使用扣件连接，支架外侧拉设密目防护网。在始发基座前方与洞门密封环之间搭设清碴作业平台，凿除下的混凝土碴使用吊斗由吊机吊运出基坑。

始发轴线确定、负环排布

盾构始发的轴线布置根据各工程的实际始发轴线确定，由于盾构机的机体长度范围内内为直线，且盾尾进入洞门前不得做较大纠偏，避免盾尾与洞门形成互锁。因此在始发时无法实现纠偏，直线段按设计轴线始发，曲线段可进行设计范围内预偏，避免始发过程中轴线偏位超标，武汉地铁8号线盾构始发试掘进段隧道中线平面上为R＝700m的圆曲线，始发方向的确定至关重要。盾构机始发初期，为了提供足够的推力并保持反力架、负环管片稳定，盾构机必须沿直线推进，当盾构机主机整体进入隧道，盾尾完全脱离始发基座后，才能开始转弯。盾构机主体长度14.38m，因此，盾构机从始发井出发后直线推进的距离将达到15m。由于此段隧道中线为700m半径的圆曲线，在直线推进15m的过程中，盾构隧道轴线与设计轴线将产生一定偏差；直线推进15m后，盾构机开始进行纠偏，纠偏曲线与设计轴线也会有一定的偏差。为确保实际隧道轴线与设计轴线之间偏差合规，拟在盾构始发之前即采取洞门环偏移预埋措施，后期掘进时继续纠偏来满足要求。即洞门预埋环往隧道掘进方向右侧偏移100mm，始发时盾构机垂直洞门预埋钢环，即直线始发。在盾构机盾体完全进入洞门预埋钢环后开始纠偏(约15m)，按照以往施工经验及本隧道管片楔形量大小计算，预计每环纠偏量可达15mm。若按照每环15mm纠偏施工，则盾构机开始纠偏后第9环即可使隧道实际轴线与设计轴线重合，达到规范要求。纠偏长度为18m，隧道实际轴线与设计轴线位于纠偏后第4环，最大偏移量为117mm。此方案最大偏移量稍超出设计允许值(100mm)，但后期施工中可通过(在设计允许范围内)调整二衬厚度使隧道实际轴线与设计轴线偏移量符合设计要求。因此，盾构机以这个方向偏移始发后，各个预计偏差值均能满足要求。

负环拼装

本工程正环起始里程为右CK12+949.653，由于车站为不规则站，考虑盾构井主体结构，反力架位置等综合因素，本工程考虑始发时从反力架到正环共需要8环负环，本工程负环采用钢筋混凝土管环。

总述

-8环作为我们负环拼装的第一环，其拼装方式有两种选择，一在钢负环的基础上拼装，二是空拼。我们对两种拼装方式的优缺点进行了对比，如下表所示：

综合考虑后选定第二种拼装方式：混凝土负环空拼。

当盾构机调试完毕后，即可开始进行负环管片的安装。本工程负环管片外径为12100mm，内径为11100mm，共8环，排序为-8～-1，为钢筋混凝土管片，环宽2000mm，管片为通用结构形式，每环管片包含5块标准块，2块邻接块，1块封顶块。

负环采用B型混凝土管片。为保证拼装的稳定性及负环拆除的便捷性，-8环封顶块设计为1点位置，第一块拼装底部B3块；-7环封顶块为21点位置，第一块拼装底部B3块，-8、-6、-4、-2、环点位相同，-7、-5、-3、-1环点位同为21点(具体点位根据现场情况可作调整)。为保证拼装位置正确，成环后不至发生位移或椭变，在管片生产时，在环、纵向螺栓的上下对应内、外弧面均设置预埋钢板，管片在整环拼装完成后采用20#工字钢(翼板之间加焊1cm厚钢板做肋，间距10cm)将管片环内部环与环、块与块间预埋钢板焊接。管片脱出盾尾后将同样采用20#加肋工字钢将管片环外部预埋钢板焊接。

2.2拼装-8及-7环

盾构机调试完毕到达始发位置后，千斤顶撑靴(完全缩回)距离反力架最大距离6015mm；-8环就位后，其前端面距离千斤顶撑靴(完全伸开)1365mm，而千斤顶行程最大3000mm。因此，若要-8环到达最终位置，必须空拼-8环和-7环后，两环整体一起后移至最终位置。并将-7环前端面作为拼装-6环的基准面，也是整条隧道拼装管片的基准面。

由于是完全空拼，管片在盾尾内的就位(尤其是第一块B3)将完全依靠外部的垫块和焊接固定，因此，-8环和-7环在两侧端面预埋钢板方便焊接固定。

－8环在进行空拼前先焊接导轨和限位板。导轨设置在千斤顶和盾尾密封刷之间，采用90mm方钢制作，位置与始发台导轨位置相同，从距千斤顶端面500mm开始向后设置，长2000mm。限位板在距推力千斤顶末端2800mm～3000mm位置处焊接20#加肋工字钢进行限位，工字钢中心距千斤顶末端2900mm。工字钢翼板间设置10mm厚钢板作为肋板，间距100mm。加肋工字钢高640mm，顶部采用20#工字钢与限位加肋工字钢和管片预埋钢板焊接，工字钢长400mm。加肋工字钢每块管片设置两个。(加肋工字钢为防止管片受千斤顶推力影响发生后移，顶部工字钢为防止管片拼装时对已拼装管片造成偏移。)另刀盘前方方钢也加焊撑靴，以防止发生盾构机前移或无法压紧管片。撑靴采用100mm方钢制作，长500mm。

-8环成环之后，将所有螺栓拧紧，每相邻两块焊接3道加肋钢板固定(通过预埋钢板)，以防止其椭变。之后割除所有外部固定钢支撑，用千斤顶将-8环整环后移2300mm，在其前端面焊接L字形钢板起到固定作用(-7环第一块观片拼装位置不焊)。以-8环作基准环逐块拼装-7环。-7环第一块拼装好后，通过螺栓与-8环连接，并在其一端焊接钢板固定，然后再拼装其相邻块，以此类推，拼装完-7环。

拼装过程中必须注意焊接固定分两次，其固定方式和焊接时机是不同的，在拼装过程中，真空吸盘没有离开管片之前，需要对管片进行约束和固定，此时只能通过焊接L型钢板将管片约束在盾尾上。

在管片成环之前，整环管片都将这样固定，而不能凿开预埋钢板焊接固定，防止拼装过程中万一需要将管片重新拆下时真空吸盘无法作业。

完成-7环拼装后，同-8环一样，每相邻两块管片焊接至少3块钢板固定，以保证圆度，同时，-7环每块还要同-8环焊接起来，以保证两环管片的刚度。

2.3调平-7环前端面

-8环、-7环空拼并整体后移之后，其位置完全依靠盾尾刷的约束，沿隧道轴线方向只有千斤顶能够起到约束作用。

-7环前端面将作为-6环的拼装基准，-6环应当能在此基准上较容易的成环，并且成环之后环向缝隙均匀，无喇叭口(若存在喇叭口，后续管片的拼装过程中会将该喇叭口放大，而不得不再次寻找拼装基准)。

因此，此时应当花费一定精力精确调整-7环的前端面。如前所述，只能通过微调各组千斤顶行程调整其前端面，由测量班复核端面平整度和环向缝隙理论上，调整后的端面平整度和环向缝隙应达到设计要求，而受限于现场施工条件，-8、-7环的横向椭变几乎不可避免，因此，调整的主要工作是：消除环向喇叭口，端面平整度尽量向设计要求靠拢。若环向喇叭口消除的情况下，端面平整度仍然达不到要求，可通过黏贴木板、软木衬垫的方式予以调整。

2.4-8环与反力架的固定

-7环调整就位之后，在-8环负环管片与反力架间通过焊接Φ350mm壁厚20mm钢管的方式连接。管片制作时预埋22块钢板，反力架为钢反力架，直接与钢管焊接。

2.5拼装-6环

-6环将是本隧道真正意义上的基准环，其拼装的质量将影响到后续管片的拼装速度和质量。

如前所述，本环拼装时，绝对不允许出现环向缝隙不均匀的情况。在解决此主要矛盾的基础上，保证端面平整和圆度(测量班复核两点之间弦长)。

拼装过程中，螺栓可以拧紧，但是根据环向缝隙均匀与否，可以将与-7环连接的部分螺栓松开。因此，拼装过程中，每就位一块管片(尤其是上半圆管片)，都必须使用钢板和L型钢板进行固定。需要注意的是，拼装过程中的固定钢板，是焊接在-7环和盾尾上，并且其固定位置是在真空吸盘密封范围之外的，焊接时机是真空吸盘离开管片之前。

成环之后，确定环向缝隙均匀，前端面平整之后，再凿开预埋钢板焊接固定。

2.6拼装其他负环

-6环拼装完毕后，割除刀盘前方的撑靴，盾构机开始推进，到达2800mm行程后开始拼装－5环。-5环拼装时每块管片逐块进行块与块、环与环之间的连接。同样方式以此拼装-4、-3、-2、-1环。

2.7负环的加固、支撑

当管片脱出盾尾后，需及时进行管片外部预埋钢板焊接。与内部焊接的目的一样，尽量保证管片环的刚度。

管片脱出盾尾之后，需要及时对其进行支撑，支撑分为三部分：

⑴在管片与盾构机导轨方钢之间插入钢楔子(为直角梯形，顶边长500mm，底边长1000mm，高670mm，坡角53度，采用32#工字钢，顶部各加焊一块1.5cm钢板进行制作)，确保管片不发生下坠。钢楔子间距1m，布置于管片接缝处和管片中央。

⑵在管片侧下方焊接工字钢支撑。

⑶在盾体两侧水平方向焊接钢支撑，管片脱出盾尾后，在钢支撑与管片之间打入木楔，压紧。

盾构机前移

当-8、-7、-6环管片推到设计位置并与反力架之间型钢加固完成后，盾构机前移1650mm，拼装-5环。盾构机前移前必须保证所有准备工作完成，所有设备处于良好状态，洞门凿除完成且清理干净余渣。前移时，需要检查盾壳、滑轨、台车和反力架是否有障碍物影响盾构机前移。

盾构机推力由0慢慢增加，直到推动盾构机为止，保持盾构机缓慢前进。最短千斤顶行程达到2800时盾构机停止前移，拼装-5环管片。

盾构机前移时注意观察已拼装完成管片的姿态情况和连接情况，如有管片有不稳情况发生，马上停止前移，找出问题，解决完后才能继续前移。每一次前移必须经过项目部领导书面通知。

盾构机两侧有防止盾构机扭转的防扭块，在防扭块拖出始发托架的时候，及时割除，连接点要割除干净，防止防扭块对洞门造成损害。

当盾构机推进-5环时，此时盾构机刀盘缓慢进入洞门圈密封帘布，洞门圈四周必须保证有6个位置进行观察，并与盾构机内部保持联系畅通。有一点位置刀盘接触洞门密封挡板时，立即停机。观察密封板与盾构机外壳的相对尺寸与设计偏差是否在可承受范围内，确认完毕后继续推进。

-4环推进1000mm左右，刀盘离掌子面20cm距离，此时停机、建仓。在洞门密封里注密封油脂和堵漏材料，注浆、注脂后继续推进。

+2环推进1500mm左右时，0环预埋钢板位置全部露出盾尾，焊接二次密封，继续推进。

盾构机前移过程中要不断检查盾构机的姿态发生变化情况，及时采取措施，控制姿态。在管片脱出盾尾时要及时焊接钢件加固，底部填塞木楔形块支撑。盾构机开始前移1.8m时，及时施做导轨延伸基础。

前移之前，应该在盾构机两侧焊接防扭转钢支撑。

(五)始发建仓

建仓时分三步进行：

第一步将泥浆场准备好的浆液打入开挖面中，保持开挖仓泥浆液面保持在中线以上3米。

第二步对气压仓进行缓慢加压，每次加压不高于0.1bar，将洞门密封环上的注浆孔打开排掉空气，同时盾构机内注意查看前后仓内的液位显示。当最上方的注浆孔开始喷出泥浆时，将该注浆孔的阀门关闭。这时，检查气泡仓内液位，若液位在中心线-0.5m-+0.5m之间，不需调整，若在此范围之外，启动泥浆循环系统，微调液位至该范围，此时切口压力显示为0。

第三步，提升气泡仓内气压至2.6bar，并保持2.6bar压力15分钟。观察有无泄漏等异常，若有，采取堵漏措施；若无，缓慢降低气压，直至将切口压力缓慢调成0bar。

进行以上三步时，观察洞门密封情况，及时堵漏。如发生小规模渗漏可采用棉布、棉纱、沙袋、聚氨酯、盾尾密封油脂等材料进行正面封堵，并适当增加泥浆和高分子堵漏浆液的粘度。如发生较大渗漏需立即停止加注泥浆，查明原因处理完毕后方可继续注入泥浆。

建仓的同时向橡胶帘布间、帘布和第二道密封刷之间预埋管注入堵漏材料，在第一道密封刷和第二道密封刷之间注入密封油脂。

(六)洞门二次密封

橡胶帘布密封堵漏

建仓前，提前在橡胶帘布间注入堵漏材料，泥水建仓过程中根据橡胶帘布漏水情况在渗漏点附近通过在密封环上的油脂注入孔(在第一道帘布与第二道帘布密封之间)加注添加有NSHS-2型的泥浆封堵帘布橡胶与盾体之间的空隙。

堵漏剂NSHS-2材料拟采用活塞式注浆泵进行注入。

洞门二次密封

盾构机向前掘进，待盾尾最后一道钢丝刷完全进入密封环内后，此时在密封环处安装的为零环管片，设计零环管片外侧面一边预埋500mm宽的钢板，预埋钢板厚度10mm。待盾构机盾尾完全穿过密封板后，用20mm厚密封钢板将圆环板边缘与0环管片外侧的预埋钢板焊接，形成二次密封，确保盾构泥水压力平衡，提高密封效果，以保证盾构同步注浆的顺利实施。二次密封焊缝高度10mm，要求焊缝连续、不渗漏。二次密封用钢板高出圆环板50mm，具体情况可根据圆环板与0环管片之间间隙进行调整。

洞门二次密封完成，盾构始发工艺流程完成，盾构正式进入试掘进阶段。

实施例2工程实例

工程概况

武汉地铁8号线一期土建三标，包含一站一区间，区间为过江隧道，采用单洞双线设计，隧道外径12.1米，盾构机直径为12.51米的泥水盾构机，盾构始发场地位于和平大道西侧徐家棚社区工作井距离民房最近距离为26米。

施工情况

武汉地铁8号线越江隧道盾构于2016年5月28日始发，于2017年8月9日贯通。

工程监测与结果评价

该工法有效克服了盾构始发阶段施工极易出现安全、质量突出问题，确定了大直径盾构安全始发施工技术和工艺，经实践证明，盾构始发后洞门始发管片定位准确，无错台裂缝，管片无渗漏，洞门处管片与密封钢板焊接可靠，后期外置现浇洞门稳定可靠，无渗漏。在同类施工中具有良好的推广价值。

Claims (1)

1.临近江河强透水地层大直径泥水盾构安全始发施工工法，其特征在于，包括下列步骤：

（一）始发基座及反力架结构施工

始发基座采用现浇钢筋砼结构，始发基座为弧形结构分盾尾基座和盾体基座两部分，基座纵向平行盾构中心线；盾构机壳体与基座之间有10cm的空隙，用于焊接导轨；基座纵向预埋300*300H型钢，上部与100*100方钢焊接，纵向每隔10cm设置一道加劲肋，焊缝高度不小于8mm；方钢作为盾构机壳滑行的轨道；施工始发井底板时预埋插筋，将始发基座和底板连接成一个整体，使基座在始发时抗剪力更大；

盾尾基座长13.55m，宽5.4m，纵向对称布置四条盾构机滑行轨道，与盾构机中心线夹角分别为41.4°，81.3°；基座南北两侧各布置5道500mm厚混凝土墙支撑盾构始发基座；纵向预留两道沟槽，沟槽为盾构组装焊接提供操作空间,预留沟槽宽度1m；

盾构前体、中体基座长13.1m，宽9.5m，纵向对称布置四条盾构机滑行轨道，与盾构机中心线夹角分别为41.4°，88.15°；盾体两侧的基座施工时各预埋一根工字钢；当盾构机掘进时，由于刀盘切削土体，引起一个反作用力，使得盾体可能发生扭转，因此在盾体上焊机钢构件，钢构件另一端抵住基座两侧预埋的工字钢；

两基座之间横向预留一道沟槽，宽度1.1m，为盾构组装焊接提供操作空间；纵向沟槽、横向沟槽之间架设50b工字钢支撑，工字钢两端与两块600*600*20mm混凝土基座预埋钢板焊接；两基座之间横向一道预留沟槽，沟槽宽度1.1m，此外，在始发基座上端预埋300*300抗扭工字钢；纵向沟槽、横向沟槽之间架设50b工字钢支撑，工字钢两端与两块600*600*20mm混凝土基座预埋钢板焊接；

为便于盾构始发及抵消盾构机始发后栽头，在始发基座施工中将结构顶面调整；具体调整尺寸为依照盾构设计中心线，始发洞门处始发基座处抬高20mm，以此点向大里程方向延伸一个盾构机长度（14.307m）处不抬高（按设计值）；以此两点成直线控制其它部位调整尺寸，在盾构机始发完全接触连续墙后，盾构机刀盘处理论抬高25mm；

反力架采用钢反力架，由门架和钢环两大部分组成，门架由箱形结构两横梁和两竖梁组焊门形结构，其厚度为1800mm；钢环由环形上、下盖板和腹板组焊成工字形结构，内径11.10m，外径12.1m，厚度为1000mm，反力架总厚度2800mm；反力架后面架设6根直径800 mm钢管，用于辅助支撑；所用材料主要采用Q345B 高强钢；在-8环安装完毕后，-8环与反力架之间900cm空隙使用Φ350mm壁厚20mm钢管进行连接；主要为盾构始发提供牢固的受力支撑，使盾构千斤顶有足够的反向力推动盾构机前进；

（二）始发地基加固

为保证盾构机安全顺利始发，对始发井端头采用素墙+搅拌桩+高压旋喷桩处理进行地基加固；同时为保证盾构始发安全，在加固区内外打设8口应急深井点，作为盾构始发的应急措施，一旦出现涌水等险情立即启动；

⑴地基加固范围和形式

盾构始发之前应对工作井端头土体进行加固；

旋喷桩和搅拌桩施工参数根据实际地质情况现场试验确定，以加固后的地基满足设计要求为原则；搅拌桩的水泥掺入量应在施工前根据地层类型进行掺入量的强度及其他参数的对比试验；搅拌桩水泥掺入量不低于20%，搅拌桩空桩水泥掺入量取7％，采用42.5级普通硅酸盐水泥；旋喷桩每米水泥用量建议值取250Kg/m；旋喷桩加固与车站围护搭接应不小于300mm，保证加固体咬合，若与车站围护接缝的密实性效果不好，可考虑增大搭接和补充注浆；经加固的土体应有很好的均质性、自立性，无侧限抗压强度不小于1.0MPa，渗透系数小于10^-7/cm/sec；

端墙围护结构开洞前，先施作水平探孔，检验端头土体加固效果，要求部分探孔仅有滴水，水中无泥砂，且24小时内的渗水总量不大于5L；如有漏水或抗渗达不到设计效果,应及时通知业主、设计、监理分析原因并做出相应的补救措施；水平探孔不小于5个，分布在主体结构预留孔洞的上下和左右象限点及中心点，水平探孔长度不小于3m；

盾构始发端头采用素墙+搅拌桩+高压旋喷桩补缝加固，加固范围为宽度为盾构隧道两侧各5m，加固深度至拱底5m，长度为沿盾构掘进方向纵向15m；加固体宽22.1m×长度15m×深度32.1m，其中加固深度自地表至隧道拱顶以上5m为加固一区，隧道拱顶以上5m至仰拱以下5m为加固二区；

⑵地基加固指标

加固一区的水泥掺入量为7%,加固二区的水泥掺入量为20%，采用P42.5级普通硅酸盐水泥；加固一区的强度不低于原状土的强度，加固二区土体加固强度指标：无侧限抗压强度qu≥1MPa，渗透系数≤1×10^-7cm/s,同时确保加固土体的均匀性，密封性和自立性；

为准确检验加固区的加固和防水效果，增加加固区取芯的数量，对加固体的均匀性、强度和抗渗性能等指标进行观察和检测；取芯深度定为31m,取芯后的空洞采用注浆封堵；

（三）应急降水井布置

在加固区两侧各布置8口降水井，降水井间距5m/口，井深45m，井管采用Φ325钢管，滤管长度10m；

降水井的施工及抽排水时间根据地质条件及加固条件和降水井的抽水试验结合进行，但需保证洞门破除前加固区内地下水位降至盾构洞门底部以下2m以上；

（四）洞门密封及橡胶帘布安装

（1）洞门密封环

盾构机工作井洞门预埋钢环设计为宽度800mm的圆环板结构，钢环内侧面直径13m；密封钢环由封板、加劲板、圆环板、翻板、两道帘布橡胶板和两道密封钢丝刷组成；密封环整环环面与盾构机设计轴线垂直，封板内侧设置加劲板；

钢环竖直埋设于主体结构内，钢环外侧设置锚筋埋入主体结构中；密封钢环分别设计1道φ50注浆管用于橡胶帘布堵漏；沿圆环均匀布置共24处，用于洞门内侧土体加固注浆；预埋管均沿圆周均匀布设，并与钢环内侧面连通，用于盾构始发过程中注浆、注油脂的需要；

（2）洞门密封环安装

密封钢环按照设计线路洞门位置进行安装；安装时在预埋洞门环法兰面上测量定位密封钢环分块线，并作出标识；密封钢环拟设计4块分别吊装，现场采用25t吊车吊装，配合人工进行分块吊装焊接在洞门法兰面上；密封钢环要求安装牢固、止水，采用双面焊接，并且通过内外侧加劲板将密封环牢牢固定于预埋洞门环上；

（3）橡胶帘布、压板的安装

在密封钢环圆环板上设置螺栓孔，采用M20螺栓将帘布橡胶板固定于圆环板和密封环钢板之间；圆环板位于封板内侧，通过螺栓分四块固定在洞门密封环钢板上；圆环板与翻板通过销轴连接，两道翻板间净空宽度45cm，翻板作为帘布橡胶密封的刚性支撑；

盾构始发前先将密封环焊接在预埋洞门钢环的法兰面上，在破除完洞门后，将橡胶帘布和圆环板通过螺栓固定在密封环钢板上，最后将钢折板通过转销连接到圆环板上；

在两道帘布内层，安装一层1mm厚的弹簧钢板用于支顶帘布位于直立状态；

（4）洞门破除施工

端头土体水位按设计要求降至拱底以下2m进行洞门破除；

洞门范围内的连续墙墙厚1200mm，分两次进行凿除；第一次凿除安排在刀盘下井后进行，破除外侧混凝土90cm，剥除地连墙内层钢筋；第二次凿除凿除安排在盾构机-6环管片拼装完成后，盾构始发前移前两天完成混凝土凿除和清碴工作，凿除混凝土厚度30cm；保证盾构始发前完成所有凿除及清理工作，且掌子面裸露时间不超过两天；

凿除混凝土搭设钢管支架，支架采用Φ48无缝钢管，间距90×90cm，层高90cm，纵向搭设三排；钢管之间使用扣件连接，支架外侧拉设密目防护网；在始发基座前方与洞门密封环之间搭设清碴作业平台，凿除下的混凝土碴使用吊斗由吊机吊运出基坑；

始发轴线确定、负环排布；

负环拼装

正环起始里程为右CK12+949.653，始发时从反力架到正环共需要8环负环，负环采用钢筋混凝土管环；

（五）始发建仓

建仓时分三步进行：

第一步将泥浆场准备好的浆液打入开挖面中，保持开挖仓泥浆液面保持在中线以上3米；

第二步对气压仓进行缓慢加压，每次加压不高于0.1bar，将洞门密封环上的注浆孔打开排掉空气，同时盾构机内注意查看前后仓内的液位显示；当最上方的注浆孔开始喷出泥浆时，将该注浆孔的阀门关闭；这时，检查气泡仓内液位，若液位在中心线-0.5m- +0.5m之间，不需调整，若在此范围之外，启动泥浆循环系统，微调液位至该范围，此时切口压力显示为0；

第三步，提升气泡仓内气压至2.6bar，并保持2.6bar压力15分钟；观察有无泄漏等异常，若有，采取堵漏措施；若无，缓慢降低气压，直至将切口压力缓慢调成0bar；

进行以上三步时，观察洞门密封情况，及时堵漏；如发生小规模渗漏可采用棉布、棉纱、沙袋、聚氨酯、盾尾密封油脂等材料进行正面封堵，并适当增加泥浆和高分子堵漏浆液的粘度；如发生较大渗漏需立即停止加注泥浆，查明原因处理完毕后方可继续注入泥浆；

建仓的同时向橡胶帘布间、帘布和第二道密封刷之间预埋管注入堵漏材料，在第一道密封刷和第二道密封刷之间注入密封油脂；

（六）洞门二次密封

橡胶帘布密封堵漏:

建仓前，提前在橡胶帘布间注入堵漏材料，泥水建仓过程中根据橡胶帘布漏水情况在渗漏点附近通过在密封环上的油脂注入孔（在第一道帘布与第二道帘布密封之间）加注添加有NSHS-2型的泥浆封堵帘布橡胶与盾体之间的空隙；

堵漏剂NSHS-2材料拟采用活塞式注浆泵进行注入；

洞门二次密封:

盾构机向前掘进，待盾尾最后一道钢丝刷完全进入密封环内后，此时在密封环处安装的为零环管片，设计零环管片外侧面一边预埋500mm宽的钢板，预埋钢板厚度10mm；待盾构机盾尾完全穿过密封板后，用20mm厚密封钢板将圆环板边缘与0环管片外侧的预埋钢板焊接，形成二次密封，确保盾构泥水压力平衡，提高密封效果，以保证盾构同步注浆的顺利实施；二次密封焊缝高度10mm，要求焊缝连续、不渗漏；二次密封用钢板高出圆环板50mm，具体情况可根据圆环板与0环管片之间间隙进行调整；洞门二次密封完成，盾构始发工艺流程完成，盾构正式进入试掘进阶段。