盾构6标始发阶段施工方案.docx

目 录
一、概况 2
1、工程概况 2
2、地质水文情况 2
2.1工程地质 2
2.2水文地质 4
二、总体施工方案 5
三、工期安排 5
1、总体时间安排 5
2、各工序时间安排 6
四、劳动力组织 6
五、各部施工方案 7
1、始发洞门破除 7
1.1、施工工艺流程 7
1.2、施工方法 7
1.3、设备及人员安排 8
1.4、工期安排 8
2、始发反力架与托架的设计、安装与加固 8
2.1、施工工艺流程 8
2.2、施工方案 8
3、负环管片的安装与加固 9
3.1施工流程： 10
3.2施工准备： 10
3.3负环安装步骤： 10
3.4管片拼装； 11
4、导向槽的施工 11
5、洞门的防、止水施工 12
6、始发掘进参数控制 17
7、掘进姿态控制 19
7.1、盾构机产生姿态偏差的原因 19
7.2、盾构机的姿态监测方法 19
7.3、盾构机的姿态调整措施 20
8、同步注浆施工 23
9、监控量测 25
9.1、监测目的及内容 25
9.2、测点布置原则 27
9.3、测点布置 27
9.4、沉降监测的精度设计 28
10、测量控制措施 29
11、管片拼装 31
12、运输组织 32
12.1、管片堆放及运输 32
12.2、运输系统 34
六、安全保证措施 35
七、质量保证措施 36
八、环境保护措施 36

一、概况
1、工程概况
广州市轨道交通二、八号线延长线工程盾构6标段【大洲停车场出入段线】盾构区间土建工程包含一个盾构区间，两个明挖区间段，位于广州市番禺区钟村镇大洲村与石壁三村范围内，东起拟建广州新客站，北止于大洲停车场。
出入段从新客站站后顺接引出，线间距5米，两线并行向西，以R＝300米的半径曲线向北偏转，变线间距为13米，然后穿越宽为50米的石壁涌，把线间距从13米变为4.8米，同时起坡出地面，入场线里程RDK0+154.321～RDK1+802.360，长1648.039米。其中RDK0+290.899～RDK1+415.727为盾构段，长1124.828米，其余为明挖段；出场线里程为CDK0+154.302～1+778.894,长1624.592米，其中CDK0+294.648～CDK1+439.399为盾构段，长1144.751米，其余为明挖段，盾构段合计长2269.579米，明挖段长约501.526米。
大洲停车场出入段线盾构段包括1个盾构区间，2个联络通道及4个洞门等附属工程。盾构隧道设计为两条内径φ5.4m的单线隧道，线路里程为RDK0+290.899～RDK1+415.727、CDK0+294.648～CDK1+439.399，隧道单线总长2269.579m，隧道底板一般埋深在10.82m～12.35m（联络通道与废水泵房合建处埋深在21.29m），采用2台盾构机掘进。根据招标设计及补充地质勘察资料，区间隧道通过的最硬岩层单轴极限抗压强度为53.40MPa。线路线间距4.8～13m。
始发端头地层加固采用φ550深层搅拌桩+旋喷桩的方式加固。盾构区间隧道配置两台复合式土压平衡盾构机，左右线各1台。盾构掘进划分三个阶段，即试验掘进段、正常掘进段和到达掘进段，即从大洲停车场盾构始发井始发后的75m作为试验掘进段，在盾构到达前50m段作为到达掘进段，其余地段作为正常掘进段。
2、地质水文情况
2.1工程地质
本标段盾构掘进由东向西进行，根据补充地质钻探资料显示，始发处大沙东站西端头地层自上而下依此为：〈1〉人工填土、〈2-2〉淤泥质中砂层、〈4-2〉淤泥质粉质粘土、〈5-2〉粉质粘土、〈7〉红层强风化地层。其中盾构穿越地层为：〈7〉、〈8〉地层。端头及始发试验段地质情况详见插图1：右线盾构始发端头地质纵剖面图。插图2：左线盾构地质纵断面图。

插图1： 右线始发端头地质横断面图（YDK0＋290.899～365.899）

插图2：左线盾构始发地质纵剖面图（CDK0＋294.648～369.648）

各地层岩性分别为：
<1>人工填土层
不同地段揭示有种植土、杂填土、素填土等，杂色，黄褐色、灰黄色、灰黑色、棕黄色，欠压实，湿-稍湿，富水性弱。
<2-2>淤泥质粉砂层
呈深灰色、浅灰色、灰黑色等，饱和，松散～稍密，分选不均含中细砂，局部夹薄层淤泥质土及粉质粘土，含少量有机质及腐木碎片。
<4-1>粉质粘土
呈褐色、浅灰色等，呈可塑状，局部软塑，土质较均匀，粘性较好，局部夹薄层状中细砂，无摇震反应，光泽反应稍光滑，干强度和韧性中等。进行标准贯入试验17次，实测击数4～12击，平均7.4击。
<5-2>残积类硬塑状粉质粘土
为白垩系含砾粗砂岩、泥质粉砂岩、泥质砂岩、砂岩等风化残积形成，呈棕红色、暗红色等，硬塑状，无摇震反应，光泽反应稍光滑，干强度和韧性中等，遇水软化。
<7>岩石强风化带
主要岩性为含砾粗砂岩、泥质粉砂岩、泥质砂岩、砂岩、砾岩等，呈棕红、暗红、褐红色等，原岩组织结构大部分已破坏，结构尚清晰，钙质或泥钙质胶结，节理裂隙很发育，岩质极软，岩芯呈半岩半土状，局部碎块角砾状夹砾岩，锤击易碎，遇水软化。
2.2水文地质
根据区间补充地质勘察报告，区间地下水按赋存方式主要分为第四系松散孔隙潜水、层状基岩裂隙水（白垩系碎屑岩）。
（1）第四系松散层和全风化带中的孔隙潜水
第四系含水地层主要以海陆交互沉积砂层淤泥质砂<2－2>及冲洪积砂层<3－2>为主，一般潜水较丰富，属弱～中等透水水地层；根据其赋存条件一般为潜水特性，对局部埋深较大，上覆土层较厚地段具微承压性特点。对于第四系人工填土层，由于其成分复杂，松散，透水性不均匀，渗透性相对较好；坡残积及全风化岩一般为弱透水性；对于淤泥和淤泥质土层及冲洪积土层透水性差，一般为相对隔水层。
（2）层状基岩裂隙水
基岩裂隙水主要赋存于强、中风化带岩层的基岩裂隙中，基岩裂隙水迳流条件受基岩的裂隙发育程度、填充状态及连通性制约，补给较为稳定，具微承压性质。
红层基岩裂隙以风化节理裂隙为主，多呈闭合-微张状，且裂隙多被泥质填充，一般而言，地下水在基岩中的赋存量较小，迳流条件差，透水性弱。但基岩的裂隙发育程度不一，其富水性和透水性存在明显的差异性，局部裂隙发育且连通性较好地段，仍有地下水富集的可能。
根据《广州市轨道交通二、八号线延长线工程大洲停车场出入段线详细勘察阶段岩土工程勘察报告》中对地下水的腐蚀性评价结果，勘区内地下水水质对混凝土结构均不具腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构具（PH、Cl-+SO4-2）型弱～腐蚀性。
二、总体施工方案
根据总体施工计划，我部拟先行始发施工左线，待左线盾构掘进50m后再行始发施工右线。
大洲停车场盾构始发地层加固采用搅拌桩+旋喷桩注浆施工方案，即在〈1〉、〈2-2〉、地层采用搅拌桩加固；以确保在盾构始发时，凿除车站围护桩后前方土体自稳和很好的防水性能。
洞门凿除分两次进行，首先第一步：在后配套拖车下井完成后、盾构机吊装下井前，先破除洞圈范围内围护桩桩身钢筋混凝土，破除砼直到露出靠内侧连续墙主筋为止；然后第二步：在盾构机组装完成，具备始发条件后，割除连续墙剩下的钢筋，钢筋割除后，盾构机迅速靠上洞门土体，以防土体因暴露时间过长引起坍方、涌水现象。
负环管片采用通缝拼装，封顶块选择安装在11点位位置，每环管片脱出盾尾后采用木楔与钢丝绳紧固。
三、工期安排
1、总体时间安排
根据总体施组安排，我部先行始发施工左线，右线待左线进洞50m后再行始发。
左线：2008年02月16日～2008年03月12日为始发准备阶段，计25天；2008年3月15日正式始发。
右线：2008年02月16日～2006年03月16日为始发准备阶段，计30天，正式始发时间暂定为2008年03月31日。
2、各工序时间安排
1）左线：
①端头地层加固：2007年10月01日～2007年10月10日，计10天；吊装场地硬化：2007年12月01日～2007年12月05日，计5天。
②运输轨道布置及管线安装：2008年02月16日～2008年02月21日，计5天。
④始发基座安装：2006年02月18日～2006年02月24日，计6天。
⑤盾构机下井组装、调试：2008年02月28日～2008年03月14日，计15天
⑥反力架安装及洞门凿除：2008年02月20日～2006年2月29日，计09天。
⑦负环管片安装及盾构机负载调试：2008年03月05日～2008年03月10日，计5天。
⑧始发时间：2006年03月15日。
2）右线：
①2008年02月18日～03月25日，拖车吊装下井，盾构机组装调试、洞门破除等施工准备。（细化如左线）
②始发时间：暂定为2008年03月31日。
四、劳动力组织
本区间盾构工程由项目经理部下属的盾构作业工区负责施工，盾构作业工区由盾构掘进组、运输作业组、辅助作业组构成，人员编制105人。
掘进作业采用三班制：每个班安排7小时掘进，1小时定期维护保养，其它检查、保养工作分配到每个循环作业中穿插进行。每班作业人员共计35人,具体作业层人员构成见插图4：施工作业层人员构成示意图。
五、各部施工方案
1、始发洞门破除
1.1、施工工艺流程

插图5：洞门凿除施工顺序
1.2、施工方法
洞门凿除前首先用钢管搭设一简易平台，简易平台搭设保证人工手持风镐能凿除洞门范围内的砼，平台搭设3层，钢管伸入到洞门内，利于人工手持风镐能凿除洞内连续墙的砼。
在始发端准确测量定位出隧道洞门中心线，对洞口进行放样开凿。采用人工凿除，洞门凿除时，对洞门进行井字形分格，采用凿眼机对洞门圈内的连续墙进行凿孔，凿孔后人工手持风镐将连续墙一格一格的凿除，先凿除井格上的混凝土和靠近车站一边的钢筋，最后一排钢筋暂不切割，待盾构机安装调试完毕具备始发条件后，由下而上切割洞门井格上的钢筋，待洞门最后一排钢筋拆除完毕后，盾构机迅速靠上洞门土体，以防土体因暴露时间过长引起坍方、涌水现象。洞门凿除见插图5：洞门
凿除施工顺序,洞门凿除分块见插图6：洞门围护结构凿除分块示意图。
1.3、设备及人员安排
现场配备风镐6-8把，9m3的柴油空压机2台，通风设备1套，以及照明灯具一批。
根据本工程的情况，施工中拟投入现场管理人员2人，施工人员12人，每天分成两班连续作业。
1.4、工期安排
根据我部盾构始发时间安排，左线计划于2008年03月01日开始对左线的洞门进行破除，于2008年3月10日完成，工期为10天。右线计划于2008年03月15日开始对右线的洞门进行破除，于2008年03月25日完成，工期为10天。
2、始发反力架与托架的设计、安装与加固
2.1、施工工艺流程
施工准备

基面处理

托架吊装
调整
反力架、基准环吊装

调 试 不合格
合格
使 用
2.2、施工方案
2.2.1施工准备
始发托架和反力架的制造验收应在盾构机到达前完成，托架和反力架按照钢结构的国家标准设计、制作、验收。
1)完成盾构始发站轨道、电力、照明、消防、辅助设施的配套工作。
2)组织好盾构垂直起吊下井的通讯指挥系统。
3)清除地面及井下场地多余物体，保证吊装场地和空间的需求；吊机设定的场地
硬化，已经完成地基加固；全部吊车摆设和汽车通道铺设20mm钢板。
4)井口安装固定防护栏，在起吊范围设施工禁区。
5)根据始发车站的实际情况及托架和反力架的安装要求，提前对始发车站的底板
进行测量、对底板进行找平，以便安装托架时的定位固定。且将标高抬高2cm。以便盾构机在进洞后位置准确。
6)电焊机1台，调整千斤顶2-4台，调整垫片、方木，旧钢轨等组装用工具、料
具准备充分。
7)安装人员必须具有安装经验，并经过专业培训，经考试合格方可上岗。
2.2.2、始发托架、反力架安装步骤：
1）托架入井安装、调整及固定
第一步：利用吊车将托架分部吊下井，并于井下栓接完毕。
第二步：根据测量提供的隧道中线及水平线，并且对安装的托架进行检测、调整，保证始发托架的中心线与线路中心一致，满足设计位置要求。
第三步：托架调整完毕，采用四周加工字钢的方式固定。
托架安装示意图见附图。
2） 反力架和基准环的安装、调整和固定
在盾构机的主机等下井在托架上安装好后，将反力架和基准环由下至上分别吊
入井下进行组装。
第一步：先将反力架的下横梁吊到井下，进行拼装，再将侧梁和上部吊入与下部组装在一起。第二步：将基准环的下半部吊入井下与反力架进行连接，再将基准环的上半部吊入与反力架和基准环下半部连接，经测量检查、调整使基准环的中心与反力架的中心重合，然后把他们连接组装固定好。第三步：根据测量的结果对反力架进行水平方向和轴线方向的调整，使反力架和基准环的中心线与隧道的轴线一致。第四步：对反力架进行焊接固定。第五步：对反力架后面与底板1501mm焊接H型钢，上面顶板焊接H型钢，以便反力架的支撑反力架受力均匀。反力架的安装示意图见附图。
3、负环管片的安装与加固
本工程负环管片安装采用六块方案，一块封顶块（K块，15O），两块邻接块（B、C块，64.5O），三块标准块（A1、A2、A3块，72O）。管片拼装方式采用错缝拼装方式，管片封顶块位于隧道竖向轴线偏左18O位置上。管片安装顺序先就位底部管片，再自下而上左右交叉安装，每环相邻管片应控制环面平整度和封口尺寸，最后插入封顶管片成环。负环管片安装示意图见附图。
3.1施工流程：
施工准备 负环管片吊装 错缝拼装
伸出千斤顶 管片位置调整 复紧连接螺栓
3.2施工准备：
1、根椐测量，调整盾构机及始发托架，反力架，轨道等机具，确保中心位置与隧道设计中心位置一致。
2、准备沙袋、水泵、水管、方木、型钢，钢丝绳、千斤顶等加固的物资和工具。
3、准备洞内、洞外的通讯联系工具和洞内的照明设备。
4、管片在预制厂经过质检后，合格，由专门的平板运输车将其运至施工现场临时存放。堆放的上下两块管片之间要垫上垫木。
5、管片安装前将管片、连接件备齐，盾尾杂物清理干净，检查管片拼装机的举重臂等设备运转正常后方可进行管片安装。
6、始发基座、托架、反力架等机具安装加固到位，其强度，刚度，抗弯度满足盾构的推力要求。
3.3负环安装步骤：
1、由15t龙门吊将管片放在管片运输车上，每辆平车可重叠3片，一次牵引二辆平板车运输一环管片至安装部位，由专人对管片类型、龄期、外观质量等情况，进行最后一次检查，检查合格后才可卸下，经管片吊车按安装顺序放到管片输送平台上，运至隧道管片安装机位置。
2、安装第一环管片（T6），并用千斤顶后推 ，使之与基准环相连。
3、收回千斤顶，安装第二环负环管片（T5）。
4、盾构推进第三环，当行程为1.5M时,盾构机与密封装置接触。
5、当行程为2.0M时,停止推进,安装T4环。
6、在掘进T3环时，推进行程为80cm，刀盘开始切削（洞内土体），并逐渐充满土仓。
7、掘进T2时，开始用螺旋机出土，并保证仓内压力0.1Mpa。
8、当安装完T0后，开始掘进永久第一环。
3.4管片拼装；
1、将操作盘上的掘进模式转换为管片安装模式，此时千斤顶可用盾构机内的控制盘控制。
2、收回第一块管片安装区域内的千斤顶。
3、安装器卡住管片输送上的管片后经旋转和平移，将第一块管片送到安装位置。
4、将第一块管片与上一环在径向和环向对齐后，利用安装器纵向移动压缩到位。
5、此时用水平尺将第一块管片与上一环管片精确找平。
6、伸出千斤顶，插入并拧紧纵向螺栓。
7、松开安装器，准备起吊第二块管片。
8、收回第二块管片安装区域的千斤顶。
9、第二块管片与上一环管片和第一环管片大致对准后，并微调对准各螺栓孔。
10、伸出千斤顶，插入并拧紧纵向螺栓。
11、同样方法安装第三、四、五块管片。
12、第四、五块管片为封顶块的相邻块，为保证封顶块的安装净空，安装第五块管片时一定要测量两相邻块前后两端的距离（应分别大于488mm和959mm，且误差小于+10mm），并保持两相邻块的内表面处在同一圆弧面上。
13、在两相邻块的侧面和封顶块的两侧面均匀涂抹润滑剂。
14、封顶块先径向居中压入安装位置，搭接长度小于1.2m（故一般要求千斤顶行程大于1800mm时才停止掘进），调准后再沿纵向缓慢插入。如遇阻碍应缓慢抽出后进行调整。严禁强行插入和上下大幅度调整，以免损坏或松动止水条。
15、伸长千斤顶，插入并拧紧纵向和环向螺栓。
16、移动保圆器并撑紧。
17、将操作盘上的管片安装模式转换成掘进模式。
18、掘进下一环。在掘进过程中，对脱出盾尾的管片螺栓进行多次复紧。
4、导向槽的施工
为避免始发施工时盾构机由钢性托架进入端头围岩时盾构机可能会发生的“栽头”现象，在车站内衬墙位置设置一C30砼导向槽。导向槽的宽度为50cm，距离洞门环板为20㎝，范围为洞门600范围。具体见插图8：导向槽施工正、侧面图。

插图8：导向槽施工正、侧面图
5、洞门的防、止水施工
盾构机初始掘进时，由于始发井内衬墙预留孔洞直径为6620mm，盾构机前体直径为6250mm，所以当盾构机前体进入内衬墙后，将会在内衬墙与盾构机前体机壳间形成185mm的空隙。洞口段主要为〈1〉、〈2-2〉、〈4-1〉、〈5-2〉、〈7〉、等海陆交互相沉积的淤泥质土、砂、软-塑状粉质粘土和硬塑状基岩残积层组成，隧道洞身主要为〈5－2〉残积类粉质粘土层和<6>、<7>全、强风化岩层组成。为了防止在始发掘进时水和土体从间隙处流失，需增设临时密封装置。
1）、根据三号线、五号线的施工经验及本工程的实际情况，洞口密封采用简便有效的橡胶密封帘配折叶式密封压板。帘布橡胶板是由氯丁橡胶加棉纱线、尼龙线复合而成，通过它和管片的密贴来防止盾尾过洞前的渗漏水以及盾尾过洞后管片背后注浆时的浆液外流。折叶式压板压紧帘布橡胶板，保证帘布橡胶板在注浆压力下不翻
转。 折叶式密封压板详见插图10：盾构始发扇形压板侧视图、插图11：盾构始发扇形压板正视图。
2）、密封装置的施工分两步进行：
第一步：在始发端墙施工工程中，做好始发洞门预埋钢环板的埋设工作。在埋设过程中钢环板必须通过钢筋接驳器与端墙结构钢筋连接在一起。
预埋钢环板详请见插图插图12：洞门预埋钢板图。
第二步：在盾构正式始发之前，清理完凿除的洞门碴土，修平洞圈范围内外露钢筋头及凹凸不平的砼面后，依次在洞圈安装橡胶帘布环状板、折页式压板等组成的密封装置，作为盾构始发施工阶段临时的防水措施,洞门止水装置详见插图9：盾构始发洞门止水装置图。
3）、洞口的临时止水分为两个阶段：
第一阶段：
盾构机始发掘进时,由于盾构机机体(前中体+盾尾)长7.6 米，盾尾尚未过洞，该过程将持续到CDK0＋302.248，洞门的防水措施完全依赖于由橡胶帘、压板组成的临时止水装置。由于洞口段受预埋钢环和盾构机机体安装时偏心的影响，橡胶帘与盾构机壳体圆心不重合，从而造成橡胶帘受力不均。过大的土压力会造成橡胶帘变形，导致密封性能下降而引起水土流失，此时应将橡胶帘布重新调整，使其与盾壳密合。调整后仍不能止水时，应对盾壳外的空隙注浆封堵，注浆孔采用盾构机中体机壳前端预留的6个超前地质钻探孔进行，由于盾头与洞门橡胶帘均处于密封状态，浆液不会外流，通过注浆实行了该段的防水堵漏。注浆过程详见插图插图13：洞门防水图。
第二阶段：
盾尾过洞后，及时利用盾尾的四条注浆管对管片外围空隙进行同步注浆，同步注浆后仍然存在渗漏水时应进行二次补强注浆。二次补强注浆采用独立的双液泵进行，浆液采用水泥、水玻璃双浆液，水泥:水玻璃体积比为1:1，渗水量较大时浆液初凝时间不大于20s。
4）、安装密封装置的注意事项
①安装前应先测量预埋钢环的偏心量及圆度，其复合偏差不得超过50mm；
②盾构机外壳须保持光滑，以利于保证密封效果；
③为了避免刀盘在推进过程中割伤橡胶密封环，应在橡胶密封环的相应侧面涂黄油；
④安装密封环时注意其上凸缘的朝向。

插图9：盾构始发洞门止水装置图

插图10：盾构始发扇形压板侧视图

插图11：盾构始发扇形压板正视图

插图12：洞门预埋钢板图

插图13：洞门防水图
6、始发掘进参数控制
始发掘进参数控制见下表

始发掘进控制程序图

7、掘进姿态控制
7.1、盾构机产生姿态偏差的原因
1）、滚动偏差
盾构机滚动偏差是由于刀盘切削开挖面土体产生的扭矩大于盾构机壳体与隧道洞壁之间的摩擦力矩而产生的。在盾构机尚未进入土层时，磨擦力更小，仅靠机体自重而产生与钢轨的磨擦力；在端头加固地段，由于土层稳定性较好，盾构机壳体与洞壁之间只有部分产生摩擦力提供摩擦力矩，当此力矩无法平衡刀盘切削土体产生的扭矩时将引起盾构本体的滚动，过大的滚动会影响管片的拼装，也会引起隧道轴线的偏斜。
2）、 方向偏差
方向偏差产生的主要原因有：
①盾构机始发由刚性的始发基座进入相对软弱的土层时，会产生“低头”现象。
②始发段内开挖面岩、土层分界面起伏大，开挖面的地层软硬不一致会引起竖向偏差；掌子面左右侧地层软硬不一还会引起水平偏差。
③受盾构刀盘自重的影响，盾构也有低头的现象，引起竖向偏差。
④盾构机通过竖曲线顶点进入下坡段时，易引起盾构机竖向的偏差。
⑤在曲线上掘进时，在盾构推进过程中由于不同部位推进千斤顶参数设定的偏差易引起水平方向的偏差；
⑥由于盾构主体表面与地层间的摩擦阻力不均衡，开挖掌子面上的土压力以及切口环切削欠挖地层所引起的阻力不均衡，都会引起水平及竖直方向的偏差；当盾构机的水平方向角或竖直方向角偏差大于规范值时，要及时进行纠正。
7.2、盾构机的姿态监测方法
根据三号线、五号线的施工经验，结合本标段区间隧道的具体情况，拟采用SLS-T隧道自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测。本工程的盾构机带有自动测量激光导向系统，该系统配置了导向、自动定位、掘进程序软件和显示器等，能够全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。据此调整控制盾构机掘进方向，使其始终保持在允许的偏差范围内。
随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位，为保证推进方向的准确可靠性，拟每周进行两次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态。确保盾构掘进方向的正确。人工辅助测量进行盾构姿态监测方法如下：
1）、滚动角的监测
采用电子水准仪测量高程差，进行滚动圆心角计算的方法监测。可在切口环隔墙后方对称设置两点（测量标志），使该两点的连线为一水平线并且其长度为一定值L，测量两点的高程差，即可算出滚动角。见插图14：盾构机滚动测量示意图。

插图14：盾构机滚动测量示意图
A、B为测量标志，a、b为盾构机发生滚动后测量标志所处的新位置，Ha、Hb为测出的两点的高程，α为盾构机的滚动圆心角。α=arcSin[（Hb－Ha）/L]如果Hb－Ha＞0，那么盾构机逆时针方向滚动，如果Hb－Ha＜0，那么盾构机顺时针方向滚动。
2）、竖直方向角、水平方向角的监测
采用全站仪测量盾构机的切口环后方隔墙及中体后方铰接处断面中心点三维座标与线路设计中线座标的变化，可得到盾构机的方向偏差。
7.3、盾构机的姿态调整措施
1）、滚动偏差调整
由于盾构机未进入土层时，壳体与始发基座钢轨磨擦力小，考虑到反扭矩的因素，刀盘应绶慢加力，使扭矩、推力绶慢增大，并在盾构机壳体上焊接角钢与车站底板相连，以防盾体转动，并随着盾体的前进依次切除。当盾构机滚动偏差超过0.5°时，盾构机会报警，提示盾构机操作手必须对刀盘进行纠偏，盾构机滚动偏差采用刀盘反转的方法纠正。
2）、方向偏差调整
根据线路条件所做的分段轴线拟合控制计划、导向系统反映的盾构姿态信息，结合隧道地层情况，通过分区操作盾构机的推进油缸来控制掘进方向。控制盾构机方向的主要因素是控制推进千斤顶的推度，通过调整各推进油缸的推度来调整盾构机掘进机的姿态。为此，盾构机的推进油缸已分成五个区，油缸分区详见插图15：推进油缸分区示意
图。

插图15：推进油缸分区示意图
推进油缸采用一台电液比例调速泵供油，将每个区域的推进油缸编为一组，每组油缸设一个电磁比例减压阀，用来调节各组推进油缸的工作压力，借此控制或纠正掘进机的前进方向。其中3、8、16、21、27位置的油缸安装有位移传感器，通过油缸的位移传感器我们可以知道油缸的伸出长度和盾构的掘进状态。14只铰接油缸连接中体及盾尾，沿圆周方向均布四只行程传感器监测四个方位油缸的行程，以了解盾构机折弯状况并提供管片选型依据。掘进中铰接油缸处于被动状态，对于盾构机的调向没有影响，通过对油缸的分区操作，达到调节推进方向的目的。其原理如下：
在上坡段掘进时，适当加大盾构机下部油缸的推力和速度；在下坡段掘进时则适当加大上部油缸的推力和速度；在左转弯曲线段掘进时，则适当加大右侧油缸推力和速度；在右转弯曲线掘进时，则适当加大左侧油缸的推力和速度；在直线平坡段掘进时，则应尽量使所有油缸的推力和速度保持一致。根据自动导向系统量测的结果和在控制室监示器上显示出来的盾构机当前位置和设计位置以及相关的数据和图表，平缓地调整各分区千斤顶的推度，能够让盾构机尽可能靠近设计线路掘进。
(1)、盾构机竖直方向控制措施：
①为防盾构机由刚性的始发基座上进入土层时低头现象，预先将始发基座标高提高20mm，并将坡度增大1‰。
②一般情况下，盾构机的竖向轴线偏差应控制在±20mm以内，倾角应控制在±3mm/m以内。特殊情况下，倾角亦不宜超过±10mm/m，否则会引起盾尾间隙过小和管片的错台破裂等问题。
③开挖面土体比较均质或软硬差别不大时，盾构机应与设计轴线保持平行。
④当盾构机遇到上硬下软的地层时，为防止盾构机机头下坠，适当加大底部千斤顶的推力。
⑤当开挖面上软下硬时，为防止机头偏上，可适当增大顶部千斤顶的推力。
⑥操作盾构机时，还应注意上部千斤顶和下部千斤顶的行程差，两者不能相差过大，一般宜保持在±20mm内，特殊情况下不宜超过6cm, 否则说明盾构机竖直方向调整过急。
⑦盾构机通过凸形竖曲线顶点进入下坡段时，后方的管片受推进千斤顶向上的分力易上浮，凹形竖曲线顶点后方的管片受向下的分力易下沉，此时盾构机刀盘应缓慢加力，使推力缓慢增大， 以避免过大的推力造成管片及盾构机的竖向偏差。
⑧当开挖断面内地层上下软硬差距很大时，即使千斤顶的压力和盾构机的倾角达到很大，仍无法将盾构机的姿态调整到合理位置，此时应考虑更换刀具或者在硬岩部位使用超挖刀。
(2)、盾构机水平方向的控制措施：
①在直线段，盾构机的水平偏差可控制在±20mm以内，水平偏角可控制在±3mm/m以内，否则会因盾构机急转引起盾尾间隙过小和管片错台破裂等问题。
②在缓和曲线段及圆曲线段，盾构机的水平偏差应控制在±30mm以内，水平偏角应控制在±5mm/m内，曲线半径越小控制难度越大。
③由直线段进入缓和曲线段或圆曲线段时，根据地层情况（其决定盾构机的转向难易程度），调节好各分区油缸千斤顶的行程和推力，使管片的中心轴线更好地与隧道轴线拟合。
④盾构机由曲线段进入直线段时，盾构机操作原则应同第三步的原则类似。
⑤当开挖面内的地层左右软硬相差很大而且又是处在曲线段时，盾构机的方向控制将比较困难，此时可降低掘进速度，合理调节各分区的千斤顶压力，必要时可将水平偏角放宽到±10mm/m，以加大盾构机的调向力度。
⑥当第5条中的操作原则仍无法将盾构机的姿态调到合理位置时，将考虑在硬岩区域使用超挖刀。
3、纠偏注意事项
①在转换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度应缓慢均匀。
②根据盾构机前的掌子面地层情况及时调整掘进参数、掘进方向，避免引起更大的偏差。
③对于盾构机蛇形运动的修正，应以长距离慢慢修正为原则，如果修正过急，蛇形反而会更加明显。在直线推进的情况下，应选取盾构机当前所在位点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条直线为新的基准点进行线形管理。在曲线推进的情况下，应使盾构机当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。
8、同步注浆施工
1）、同步注浆
盾构机的刀盘开挖直径为6280mm，管片外径为6000mm，当管片在盾尾处安装完成后盾构机向前推进，管片与土层之间形成建筑间隙，快速采用浆液材料填充此环形间隙，此工艺即为同步注浆工艺，目前同步注浆采用单液浆液。其目的在于：
（1）、防止和减少地层沉陷，保证环境安全。
（2）、保证地层压力较为均匀地径向作用于管片，限制管片位移和变形，提高结构的稳定性。
（3）、作为隧道第一防水层，加强隧道防水。
2）、注浆方式
采用盾尾同步注浆方式及时注入单液浆填充环形建筑空间。即在盾构机推进时，通过安装在盾壳的4条内置式注浆管向盾尾的环形建筑空间注入填充浆液材料。每条管上有高压力表和阀门，该管通过软管与4台砂浆泵分别相连，砂浆泵可手动控制，也可自动控制。同步注浆完成后，利用声波探测，对未注满处利用管片吊装孔进行二次补注单液浆(在砂质地层中应尽量一次性注满)
3）、注浆材料及配合比选择
为保证浆液质量，施工中应根据始发时地层的实际情况选择浆液配合比，特别是和易性适宜的浆液，达到易于压送、不离析、不沉淀、不堵管。
注浆材料采用单液水泥砂浆。浆液配比（根据始发时的实际地质情况进行调整）及性能指标如下：
（1）、同步注浆浆液配比
采用单液水泥砂浆填充管片外环形间隙，初步拟定每立方浆液配比及性能指标如下：
同步注浆浆液配比（每方材料含量）
水泥（Kg）
砂（Kg）
粉煤灰（Kg）
水（Kg）
粘土（Kg）
减水剂（Kg）
150
600
400
400
35
5
同步注浆液液凝固时间为6～10个小时。
（2）、二次补强注浆浆液配比
当发现注浆不足或注浆不理想时，要采用二次补强注浆来满足工程质量要求。
二次补强注浆根据始发时地层情况选择材料和浆液配比，二次补强注浆每立方浆液配比拟定如下：
水泥（Kg）
砂（Kg）
粉煤灰（Kg）
水（Kg）
膨润土（Kg）
减小剂（Kg）
220
750
400
300
50
5
二次补强注浆浆液性能指标
凝固时间
一天抗压强度
七天抗压强度
二十八抗压强度
＜10小时
＞0.5MPa
＞2.5 MPa
＞10MPa
4）、注浆设备
浆液由地面专用的浆液搅拌设备拌制，由浆液车输送至洞内储浆罐储藏备用，同步注浆采用配属于盾构机上的同步注浆设备进行注浆。
5）、注浆参数的确定
（一） 注浆压力
注浆压力是注浆施工主要的控制指标,理论上对于自稳性差的地层，注浆压力应与开挖面的水土压力之和平衡，实际上，注浆压力应比理论值稍大。根据本工程始发地段的地质水文情况及隧道埋深，注浆压力控制在0.5Mpa左右。
（二）、同步注浆量
盾构机在推进过程中，除了排出洞身断面上的土体外，还存在着其它方面的土体损失，这些土体损失主要来源于以下几个方面：一是盾尾管片安装后形成的空隙；二是曲线地段推进超挖引起的土体损失；三是盾构机纠偏产生的土体损失；四是盾构机蛇形运动产生的土体损失。这些额外部分的土体损失是通过同步注浆来获得补偿平衡的。同步注浆的注浆量由理论计算而来，即盾壳的建筑空隙体积乘以1.5～2.0的系数。每环同步注浆量计算如下：
Q=K×V（K为注浆率，取1 .5）
V=п×（D2-d2）×L/4
D为盾构机的切削外径（D=6280mm）
d为管片外径（d=6000mm）
则V=4.05m3
Q=6.07m3
注浆量应根据地表隆陷监测情况进行调整和动态管理。
9、监控量测
9.1、监测目的及内容
1）、监测目的
①初步了解盾构隧道施工中地表隆陷情况及其规律性。
②初步了解施工过程中不同深度地层的沉降和水平移位情况。
③初步了解施工过程中地下水位的变化情况。
④初步了解管片的变形情况。
⑤指导现场施工，保障施工的正常进行。
2）、监测内容
①地面沉降、隆陷变形机理
a、开挖时的土、水压力不均衡：由于盾构机推进量与排土量不等，使开挖面土压力、水压力与压力仓的压力产生不均衡，导致开挖面失去平衡状态，从而发生地基变形。当土压力+水压力<压力仓的压力时，地基隆起；反之下沉。
b、盾构推进时对围岩的扰动：盾构的壳体与围岩摩檫和围岩的扰动，特别是蛇行修正和曲线推进时进行的超挖，是会产生围岩松动引起地基下沉或隆起的。
c、盾尾（建筑空间）的发生和壁后注浆不充分，使受盾壳支承的围岩朝着盾尾空隙变形（应力释放引起的弹性变形）而产生地基下沉。粘性土地基中的壁后注浆压力过大将引起地基隆起。
d、管片螺栓紧固不足，衬砌变形、变位。
e、地下水位下降，地基的有效应力增加引起的固结沉降。
由上述可知，盾构施工引起地表变形主要可分为五种类型，各种类型沉降、隆陷产生的原因与机理见下表。
盾构施工引起变形的原因与机理
沉降、隆陷类型
主要原因
应力扰动
变形机理
先期沉降
地下水位降低
孔隙水压力减少，围岩有效应力增加
压缩和压密、下沉
盾构开挖面沉降或隆起
工作面处施加压：过多隆起 ，过小沉降
围岩应力释放、扰动负荷土压力
弹塑性变形
盾构通过时沉降
施工扰动，盾构与围岩（土体）间剪切动，出碴
扰动
压缩
盾尾空隙引起的沉降
围岩（土体）失去支撑，管片背后注浆不及时
应力释放
弹塑性变形
后续沉降
结构变形、地层扰动、空隙水压下降等
土体固结
压缩和蠕变下沉
地层受扰动而引起应力变化是产生位移的主要原因。对于盾构区间始发阶段，上表五种沉降都会产生。
②地面沉降监测
在盾构进场时开始进行该项监测。盾构始发时，因盾构土仓压力、注浆压力过大及土仓压力过小、地层损失过大，地下水位,掘进时对土体的扰动等原因造成地面沉降监测。
按变形测量规程中测站高差中误差≤0.5mm的精度要求，采用精密水准仪、铟钢尺由高程监测网的控制水准点按国家二等水准测量的技术要求对监测点进行逐点量测。地面布设高程监测控制网，按至少三个固定点作为基准点且基点保证不在施工影响范围之内。根据基准点，测定工作点和观测点。据监测点的高程变化值，通过数据处理分析，计算实际沉降值，并分析产生的原因，确保隧道施工的安全状况。
盾构始发阶段是监测的重要阶段，并其隧道埋深相对较小，因此地层变形相对会较大，应对以上各项监测内容进行严密监测。
盾构始发时破除洞门时，应在洞门位置设置多个监测点，进行土体水平及垂直位移的监测，并在地面上相应位置设置地表沉降监测点，并将点位加密，保证监测资料的准确，以保证盾构始