盾构区间始发阶段施工方案最终版.docx

始发及试验掘进阶段施工方案

目 录
一、工程概况 4
三、天~东区间盾构始发场地平面布置情况 5
3.1平面布置概况 5
3.2盾构始发场地布置 6
四、盾构机下井组装调试 6
4.1 作业要求 6
4.2盾构下井组装施工方法及施工流程 6
4.3盾构机调试 6
4.3.1空载调试 6
4.3.2 负载调试 6
五、盾构机始发前准备工作 8
5.1始发线路设计 8
5.3 洞门预埋件布置方案 9
5.4 洞门围护结构凿除 10
5.5 始发台安装 10
5.6 反力架安装 10
5.7 洞门密封安装 11
5.8 洞门水平探孔 12
5.9 负环管片安装 12
5.9.1负环拼装 12
5.9.2施工流程 13
5.9.3施工方法 13
5.11导向槽的施工 16
5.12盾构机初期向前推进的技术措施 16
六、洞门的防、止水施工 17
6.1 防、止水目的及设计 17
6.2施工方法 18
7盾构机试掘进 20
7.1初始掘进地质资料 20
7.2开挖面稳定管理措施 22
7.3盾构姿态控制 23
7.4、盾构机的姿态调整措施 25
8、同步注浆施工 28
8.1、概念及目的 28
8.2、注浆方式 28
8.3、注浆材料及配合比选择 28
8.4、注浆设备 29
8.5、注浆参数的确定 30
9、监控量测 30
9.1、监测目的及内容 30
9.2、测点布置原则 33
9.3、测点布置 33
9.4、沉降监测的精度设计 34
9.5、监测组织机构 35
10、测量控制措施 36
10.1、盾构机形态的控制测量 36
10.2、管片安装测量 37
11、管片拼装 38
12、运输组织 39
12.1、管片堆放及运输 39
12.2、运输系统 40
13 施工组织与工期安排 42
14、质量保证体系和保证措施 43
14.1、质量保证体系 43
14.2、组织管理架构及人员分工表 43
14.3.质量保证措施 45
15 安全保证体系和保证措施 46
15.1.安全施工组织机构 46
15.2.安全生产保证体系 46
15.3安全施工的保证措施 46
15.3.1技术保证措施 46
15.3.2劳动保护安全措施 49
15.3.3施工现场的安全措施 49
15.3.4施工机械安全保证措施 50
15.3.5施工机械和交通车辆的安全保证 51
15.3.6高空作业安全保证措施 51
15.3.7 隧道施工安全保证措施 52
16、环境保护措施 53

一、工程概况
东莞市城市快速轨道交通R2线2304标土建工程施工项目包括下天区间盾构吊出井～天宝站区间及附属工程、天宝站及车站附属工程、天宝站～东城路站区间及附属工程、东城路站及附属工程。
下天区间盾构吊出井～天宝站区间里程范围为右线R2YDK9+740.48～R2YDK10+790.3，全长1049.82m, 左线R2ZDK9+751.44～R2ZDK10+790.3，全长1038.86m，区间隧道采用盾构法施工，线路纵断面为V形坡，最大坡度为15‰，线路埋深为13.5～19m，隧道顶覆土8.5～14m，区间隧道主要穿越在<6-6>砂质粘性土层中。线路出东宝路站后沿莞龙路向西南方向前进，到达莞龙路与东城中路交汇路口处以R-600的半径转至南北走向的东城中路上，随后进入温南路口位置的温南路站，最小曲线半径为R600m。在R2YDK10+216里程处设联络通道兼废水泵房，采用矿山法施工。区间隧道局部下穿永昌汽车维修服务中心的一栋A2浅基础房屋，其余建筑物与隧道平面近距最小为4.72米，场地条件较好。
天宝站位于东城中路和温南路交汇处，埋设于东城中路下呈南北向布置。车站范围内控制管线为沿东城中路东、西两侧各一根直径2.2m，埋深约3.5m 的给水管。车站有效站台中心里程为R2YDK10+908.50，车站总长195.7m，标准宽度19.7m，主体结构为地下两层单柱两跨钢筋混凝土结构形式，车站两端均为盾构始发井。车站共设置4个出入口，2组8个风亭。车站主体采用明挖法施工，围护结构为800mm厚的地下连续墙+竖向3道内支撑。附属工程大部分采用明挖顺筑法施工，围护结构为φ800@950钻孔灌注桩，桩间施工φ600双重管旋喷桩止水帷幕，竖向设置两道内支撑；通道下穿φ2200东江供水管段采用矿山法施工。
天宝站～东城站区间里程范围为右线R2YDK10+986～R2YDK12+400.70，长1414.7m,左线R2ZDK10+986～R2ZDK12+400.70，长1420.04m（长链5.34m），区间隧道采用盾构法施工，线路纵断面为V形坡，最大坡度为22‰，线路埋深为13m～15.5m，隧道顶覆土8m～10.5m，区间隧道主要穿越在<6-6>砂质粘性土、<10-1>全风化混合片麻岩和<10-2>强风化混合片麻岩中。线路出温南路站后，沿东城中路向南前进，先后通过万园东路路口、东纵路口后，到达位于东城中路和东城路口北侧的东城路站。在R2YDK11+521.44里程处设1#联络通道，在R2YDK11+842处设置2#联络通道兼废水泵房，联络通道采用矿山法施工。区间线路大多沿直线前进，最小曲线半径R1300m。
东城路站位于东城中路与东城路的交叉路口北侧，埋设于东城中路下呈南北向布置。车站有效站台中心里程为R2YDK12+513.00，车站总长189.9m，标准宽度20.7m，主体结构为地下两层双柱三跨钢筋混凝土结构形式，车站两端均为盾构吊出井。车站共设置了4个出入口，3组风亭。 车站主体围护结构采用800mm厚的地下连续墙，内设三道支撑的形式。车站附属围护结构采用φ800@950钻孔灌注桩，桩间施工φ600双重管旋喷桩止水帷幕，竖向设置两道内支撑。
二、总体施工部署
本标段两区间均采用盾构法施工，在天宝站南、北端头设置盾构始发井。区间工程施工使用的是德国海瑞克公司生产的Φ6280土压平衡式盾构机，刀盘外径为6280mm。盾构机分为刀盘、前体、中体、后体、连接桥、拖车1、拖车2、拖车3、拖车4、拖车 5，总长度为75m，总重量约500t。
根据工程总体布署，本工程区间盾构隧道共4次始发掘进，每个区间左、右线各一次。盾构始发场地设在天宝站，先行在天宝站南端始发掘进施工天宝站～东城站区间，掘进施工完成后，盾构转场回天宝站北端，从天宝站北端始发掘进施工天宝站～下桥站盾构吊出井区间，盾构机到达后从下桥站吊出井后吊出。
天宝站车站南半段基坑车站主体结构已全部封顶（约100m），满足盾构机在井下整机始发的条件，两台盾构机均采用整机始发，先始发左线、再始发右线。总体策划详见下图：

三、天~东区间盾构始发场地平面布置情况
3.1平面布置概况
在天宝站南半段车站主体结构施工时，分别在南端始发井端头顶板和中板预留盾构吊装孔，左、右线盾构吊装孔口尺寸均为长×宽=7500mm×11500mm。
3.2盾构始发场地布置
盾构始发场地布置详见下页图：
四、盾构机下井组装调试
4.3.1空载调试
盾构机组装完毕后即可进行空载调试。空载调试的目的主要是检查设备是否能正常运转。主要调试内容为：配电系统、液压系统、润滑系统、冷却系统、控制系统、注浆系统运行是否正常以及各种仪表的校正。
电气部分运行调试：检查送电→检查电机→分系统参数设置与试运行→整机试运行→再次调试。
液压部分运行调试：推进和铰接系统→螺旋输送机→管片安装机→管片吊机和拖拉小车→泡沫、膨润土系统和刀盘加水→注浆系统→皮带机等。
4.3.2 负载调试
空载调试完成并证明盾构机满足初步要求后，即可进行盾构机的负载调试。负载调试的主要目的是检查各种管线及密封设备的负载能力，对空载调试不能完成的调试项目进一步完善，以使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状

态。通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。
负载调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和线型精度。
五、盾构机始发前准备工作5.1始发线路设计
具体详见下图5-1：

5.9 负环管片安装
负环管片为标准环管片。管片为300mm厚，内径为5400mm，外径为6000mm。在拼装第一环负环管片前，在盾尾管片拼装区下部180°范围内纵向临时焊接6根长1.4m、40mm直径的钢管做垫块，保证盾尾内侧与管片间的合理间隙，见图5-7。在盾构机内拼装好整环后利用盾构机推进千斤顶将管片缓慢推出盾尾，由于始发支座轨道与管片外侧有130mm的空隙，为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉，在始发台导轨上点焊圆钢，或架设管片托架，以填充始发支座轨道与管片外侧的空隙，将负环混凝土管片托起。为了保证负环管片能与与反力架钢负环完全接触并不发生错位，在钢负环的5点位和7点位外侧焊接两块铁板，同时用木楔子填设三角架与负环管片的间隙，用以防止管片的的下沉。同时可以防止因管片下沉造成的管片螺栓孔与钢负环的螺栓孔的错位。精度可以控制在第二环负环以后管片将按照正常的安装方式进行安装。
随着负环管片的拼装负环钢管片将很快靠在反力架上，负环进一步拼装，盾构机快速地通过洞门进行始发掘进施工。

图5-7 负环管片定位示意图
5.9.1负环拼装
本工程负环管片安装采用六块方案，分别为: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）。管片拼装方式采用通缝拼装方式，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图5-8。
图5-8 负环管片安装顺序图

5.9.2施工流程
施工准备→负环管片吊装→负6环管片点位定位→管片拼装→伸出千斤顶→管片位置调整→复紧连接螺栓→三角木方稳固→钢丝绳加固。
5.9.3施工方法
5.9.3.1施工准备
⑴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。
⑵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。
⑶准备洞内、洞外的通讯联系工具和洞内的照明设备。
⑷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。
⑸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。
⑹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。
5.9.3.2安装步骤
⑴由专人对管片类型、龄期、外观质量等情况，进行检查，检查合格后才可卸下，由16t龙门吊将管片放在自制管片运输车上（因车站结构尺寸不足，2#拖车往内改移约35cm所致），每次运输一块，然后由管片吊机将管片吊运至拼装机上进行拼装。
⑵安装第一环管片（T6），并用千斤顶后推 ，使之与基准环相连。
⑶收回千斤顶，安装第二环负环管片（T5）。
⑷盾构推进第四环（T4），当行程为0.4m时,盾构机刀盘与洞门密封装置接触。
⑸盾构机推进第五环（T3），当行程为0.7m时,盾构机刀盘开始切削土体。
⑹掘进T2时，开始用螺旋机出土，并保证仓内压力在0.1MPa左右。
⑺当安装完T0后，开始掘进永久第一环。
5.9.3.3拼装方法
⑴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。
⑵收回第一块管片安装区域内的千斤顶。
⑶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。
⑷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。
⑸此时用水平尺将第一块管片与上一环管片精确找平。
⑹伸出千斤顶，插入并拧紧纵向螺栓。
⑺松开安装器，准备起吊第二块管片。
⑻收回第二块管片安装区域的千斤顶。
⑼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。
⑽伸出千斤顶，插入并拧紧纵向螺栓。
⑾同样方法安装第三、四、五块管片。
⑿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。
⒀在两相邻块的侧面和封顶块的两侧面均匀涂抹润滑剂。
⒁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。
⒂伸长千斤顶，插入并拧紧纵向和环向螺栓。
⒃移动保圆器并撑紧。
⒄将操作盘上的管片安装模式转换成掘进模式。
⒅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。
5.9.3.4质量控制措施
⑴混凝土负环管片逐环在盾构机内安装，利用盾构机推进千斤顶推出，直到顶靠在基准环上，并在脱出盾壳的管片的内、外侧用钢丝拉结和钢管支撑等进行加固，以保证在传递推力过程中管片不会浮动变位。以便将千斤顶推力均匀传递到反力架上。
⑵始发基座导轨必须顺直，严格控制标高、间距及中心轴线。
⑶始发前在基座钢轨上涂抹黄油，以减少盾构推进阻力。
⑷负环管片脱出盾构机后，周围无约束，在推力作用下，易变形，为此将在管片两侧用H200×20型钢与车站结构连接加固，并采用手动铁葫芦，用Φ20钢丝绳沿环中部与始发托架及基座加固箍紧。
⑸构机在未完全进入洞门之前，应在壳体上焊接防扭转装置，并随盾构机的推进逐次切除。
⑹管片拼装允许误差：
项目
允许偏差
备注
相邻环管片高差
≤4mm

相邻环的环面间隙
≤1.0mm
内表面测定
纵缝相邻块间隙
0～2mm

对应的环向螺栓孔的不同轴度
≤1.0mm

⑺临时管片除T0外，可不贴密封条，但需粘贴缓冲垫，螺栓不用止水垫圈。
⑻管片底部与钢轨间用木塞或钢塞堵紧，以防管片下沉。
⑼管片拼装作业，要正确伸、缩千斤顶，严格控制油压和伸出千斤顶的数量，确保拼装时盾构不后退。
⑽装管片前应对盾壳底部的垃圾进行清理，防止杂质夹杂在管片间。
⑾管片的运输翻转，要用专门机具，保证管片的运输翻转过程中的平稳。
⑿地面堆放管片时上下两块管片之间要垫上垫木。
⒀要保证基准环的准确位置；要求环面平整，环面与隧道设计轴线垂直，发现误差，及早制作楔子纠正环面。
⒁加强培训和业务学习，现场操作人员配备检测设备，现场安排人员统一指挥，保证管片拼装一致。加强培训和业务学习，现场操作人员配备检测设备，现场安排人员统一指挥，保证管片拼装一致。
5.11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80cm（如图5-9示），范围为洞门600范围。具体见插图5-9：导向槽施工示意图。

图5-9：导向槽施工示意图
在凿除完围护结构后，即在内衬墙位置施工C30砼导向槽，施工时应将该位置预留的连接钢筋向洞内弯折。
5.12盾构机初期向前推进的技术措施
当拼装第三环负环时，盾构机需要向前推进一定距离才能进行第三环的拼装，盾构机推力一般控制在500吨以下，刀盘在抵住掌子面前不做旋转。在拼装第二、三环负环时，为了使每环之间纵向接触紧密，同时防止盾构机在拼装时往前移动，在盾构机左右两侧下部纵向焊接两块挡块抵住托架。当刀盘抵住掌子面并旋转切削岩土时，为了防止盾构机盾体发生扭转，盾体左右两侧横向焊接两块挡块抵住托架的左右加强横梁。为了防止盾构机发生磕头现象，盾构机在推进过程中C组油缸推力必须大于A组油缸的推力，同时扭矩控制在2000KNM以下，盾构机推进速度控制在20mm/min以下。
六、洞门的防、止水施工
6.1 防、止水目的及设计
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〈6-6〉砂质粘性土。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。
根据广州地铁、深圳地铁等地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布板配折叶式密封压板。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图6-1：扇形压板侧视图、正视图。

6.2施工方法
⑴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。预埋钢环板详请见图6-2：洞门预埋钢板图。
图6-2洞门预埋钢板图

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，见图6-1：扇形压板侧视图、正视图
作为盾构始发施工阶段临时的防水措施,洞门止水装置详见图6-3：盾构始发洞门止水装置图。
⑵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，盾尾尚未过洞，洞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。由于洞口段土体地下水发育、自稳性相对较差，同时受预埋钢环和盾构机机体安装时偏心的影响，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
螺栓
压板A
预埋环B
橡胶密封环A
预埋环A
名 称

技 术 要 求
1.盾构机外壳须光滑，以利于保证密封效果；
2.为了有利于盾构机的通过，可在橡胶密封环的相应
侧面涂黄油；
3.进洞时盾构机相对洞门预埋环的偏心量不得超
过50mm；
4.安装密封环时注意其上凸缘的朝向。
序号
代 号
组合件
帘布橡胶板
材 料
数量
盾体外径
K
刀盘外径

图6-3：盾构始发洞门止水装置图

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6-4：洞门防水图。

图6-4：洞门防水图
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4:1，渗水量较大时浆液初凝时间不大于20s。
⑶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。
7盾构机试掘进
地质差异条件不大。
<6-6>砂质粘性土（Qel）
灰黄色、红褐、黄褐夹暗黑色等，硬塑状，局部可塑状，质地不均，含10～20%的石英砾、砂，由下伏混合片麻岩风化残积而成。岩芯呈土柱状，分布于冲洪积层砂、粘土层之下，厚度变化极大，厚3.7～25.9m，埋深0.5～12.7m。
<10-1>全风化混合片麻岩（Zd）
褐色、褐黄色，硬塑状态，原岩结构基本破坏，但尚可辨认，矿物中除石英外绝大部分已风化成粘性土，长石手捏略具砂感。岩芯呈坚硬土条状，泡水易软化、崩解，合金钻进容易，局部夹强风化岩块，上下左右呈现软硬不均的现象。场地内层状分布于残积土之下，厚度变化大，厚0.7～10.7m，埋深5.3～26.9m。
天宝站南端头及始发试验段左线地质情况详见附图7-2：天宝站始发端头地质横断面图

天宝站南端头及始发试验段地质情况详见附图7-1：天宝站始发端头地质横断面图。
图7-1：右线地质断面图
图7-2：左线地质断面图
7.2开挖面稳定管理措施
盾构机进入加固体（加固体长10米），由于隧道位处<6-6>、<10-1>地层，自稳性较差，采用全封闭模式掘进；及时建立土压平衡模式进行掘进，前8环盾构机保持小推力和低转速，推力控制在500吨左右，刀盘转速控制控制在1.2~1.6左右。土仓顶部压力控制0.5-1.5bar之间，同时根据土仓压力的变化适当调节螺旋机的转速，同时盾构机掘进应采用土压平衡模式进行掘进。在始发掘进参数选取控制按始发掘进控制图表进行。为正常掘进积累可用数据，选取适宜的掘进参数。
始发掘进控制程序图表

根据地质资料和始发端加固情况，出加固体后，及时建立土压平衡。土仓压力与地层变形测量应反复对照确定。
始发时刀盘接触工作面初期，停止螺旋输送机排土，通过观察土仓装满渣土且土仓内压力与理论土压力基本相等时，方可逐步启动螺旋输送机，打开排土闸门，通过该办法对比和计算实际出土量和理论出土量，是土压管理的重要前提措施。
遇水较多，如果出现清水涌出，以卸压排土为主，如遇到泥水夹带而出，将排土闸门关闭，并在顶部加气止水，若洞口密封泄气严重，应立即停止加气作业，并继续满仓掘进。
2）盾构机进入隧道 30m
盾构机入洞 30m 后，第二阶段的掘进逐步调整相关参数，由于始发阶段地质条件较好，一般采取敞开式或半敞开式掘进，在停机时间长（超过 4 小时以上），出现螺旋机出土口泥水喷涌的前兆，采取半敞开式掘进，土仓上加气压，最不利情况才采取土压平衡模式。各种模式参数见下表 7-2：
表 7-2 盾构入洞 30m 掘进模式参数表
掘进模式
盾构推力
（kN）
刀盘转速（r/min）
扭矩
（knm）
螺旋机转速
(rpm)
土仓压力
(Bar)

7.3盾构姿态控制
始发掘进前人工复核盾构机在始发托架的位置，并与盾构机 VMT 系统测量的位置相互校准后方可始发掘进，在始发阶段应进行多次反复校准测量。检查盾构机托架的稳固情况，确保焊点牢固，复核托架导轨延伸到掌子面，防止出现始发进洞栽头。 保持盾构机 4 组千斤顶油缸均衡顶伸，用力均匀，确保刀盘中心和盾尾中心的位移在允许范围内，在刚进洞前期，盾体在始发托架上，是无法使用铰接油缸进行纠偏的，所以，如果栽头或偏移过大，纠偏难度很大，因此，必须做好始发措施防止纠偏的发生。
7.3.1、盾构机产生姿态偏差的原因
a.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。
b. 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。
7.3.2、盾构机的姿态监测方法
根据其他单位施工经验，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。见图7-1。

图7-1 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。
7.4、盾构机的姿态调整措施
7.4.1、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。
7.4.2、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四个区，油缸分区详见图7-3推进油缸分区示意图。

图7-3：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2、7、12、17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，并将坡度适当增大。
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。
7.4.3、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
8.1、概念及目的
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。
8.2、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)。
8.3、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。衬背注浆浆液一般分为单浆液(同步注浆)和双浆液(两大类：
8.3.1同步注浆浆液配比
单浆液是指多由粉煤灰、砂、水泥、水、外加剂等在搅拌机等搅拌器中一次拌合而成的浆液。这种浆液又可分为惰性浆液和硬性浆液。惰性浆液即浆液中没有掺加水泥等凝胶物质，是早期强度和后期强度均很低的浆液。硬性浆液即在浆液中掺加了水泥等凝胶物质，具备一定早期强度和后期强度的浆液。现场根据具体情况采用以下几组不同单液浆的配合比如表8-1所示。同步注浆浆液凝固时间为6~10小时。
表8-1单液浆的配合比
主要材料
配合比1
配合比2
配合比3
配合比4
水泥
50
100
147
102
粉煤灰
510
400
291
423
水
200
230
425
487
膨润土
20
30
45
48
砂
220
240
873
731
胶凝时间
10h
6h
10h 15min
12h 35min
8.3.2 二次补强注浆浆液配比
双浆液是指由水泥砂浆等搅拌成的A液与由水玻璃等组成的B液混合而成的浆液。双浆液又可根据初凝时间的不同分为缓结型（初凝时间为30-60s）和瞬凝型（初凝时间小于20s）胶凝时间越长，越容易发生浆液向密封土舱泄漏和向土体内流失的情况，限定范围的填充越困难。而且在没有初凝前，容易被地下水稀释，产生材料分离。因此，目前多采用瞬凝型浆液注浆。但胶凝时间过短，也会造成注入还没结束，浆液便失去了流动性，导致填充效果不佳。几组常用双液浆主要材料配合比如表8-2所示。
表8-2双液浆主要材料的配合比
主要材料
配合比1
配合比2
配合比3
配合比4
水玻璃
80
100
60
150
水泥
250
250
100
100
膨润土
150
150
100
100
粉煤灰
0
0
500
500
砂
0
0
400
400
水
500
500
550
550
胶凝时间
14s
25s
60s
105s
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，二次补强注浆浆液选用纯水泥浆或水泥-水玻璃双液浆。水泥浆浆液水灰比选用0.6~0.8，采用双液浆时，水泥与水玻璃体积比为4:1，水玻璃玻镁度为32’。
8.4、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。二次注浆采用配制的专用注浆泵进行注浆。
8.5、注浆参数的确定
8.5.1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。另外，同步注浆压力应考虑盾尾油脂腔内的压力。根据本工程始发地段的地质水文情况，同步注浆压力控制在0.15～0.3MPa左右。二次补充注浆主要考虑管片的最大承受力，根据计算，二次补充注浆的压力不大于0.5MPa。
8.5.2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