盾构法地铁施工工艺流程
袁存防
1 前言盾构法作为目前最为安全有效、品质兼优的城市轨道施工工艺，已经被绝大多数市政工程所青睐，在21 世纪中国社会、经济高速发展的时代，全国范围内各大中型城市都倾向于城市地铁及类似的市政工程的修建，因此盾构法施工在目前国内的市场不可估量。
盾构法施工糅合了传统和现代的各项技术革新，有着固定的施工工艺流程，包含了诸多施工环节，每一个环节或工序都必须有技术含量较高的专项方案指导施工，并辅以经验丰富的管理操作人员，才能充分发挥盾构法施工的优越性，实现工程的最大收益。现将盾构法地铁施工工艺流程总结如下，各分部、分项工程施工应参考专项方案。
2 场地规划
2.1 临建设施根据项目所在地政府和业主等上级主管部门的要求，确定临建设施所需板材和样式，围挡等临建应当和项目所在地同类项目一致建设。
生活区和生产区应该严格区分，并在场地内各显著位置悬挂安全生产标语。生活区应该包括办公区和住宿区，应合理规划，办公区要划分会议室和办公室，同时还要单独确定食堂和厨房位置，绝对避免安全隐患。
生产区应该设置进出口，并用专用围栏和生活区隔断，在进出口位置悬挂安全生产标语。生产区内应该合理规划库房和材料堆放地等。
2.2 临时设施（1）碴坑碴坑设置于始发井旁边，原则是利于出渣用吊机倾倒渣土，并便于土方车外运。碴土坑
采用
C20砼，底板及侧墙厚不低于30cm。每个碴土场四周设置挡碴板，碴土场总存碴能力》1500m3。
（2）管片堆放场根据盾构施工龙门吊设置情况，管片堆放场设置在吊机轨道之间，原则是利于吊机吊放，同
时考虑管片运输车便于进场。正式管片堆放场的管片存放能力》210块（35环）。
（3）砂浆拌合站结合盾构施工列车编组情况及盾构施工预留口位置，将拌合站设置在始发井入口区域内。拌
合站包括拌合楼、砂石料场、水泥储存罐、粉煤灰储存罐及砂浆储存罐。
砂浆拌合站场地全部钢筋混凝土硬化，并施作储存罐基础。
（4）冷却塔及砂浆中转站冷却塔及砂浆中转站设置在始发井出口位置附近，用H 型钢或工字钢搭设冷却塔放置平台。
（5）通风机通风机临时设置在盾构始发井出口位置，根据掘进情况，在过站后可在车站口位置另行设置。
（6）充电间充电间设置在始发井附近空荡区域，采用砖砌结构。
（7）物资、机电库房主要存放小型配件和材料。
（8）材料堆放场主要堆放盾构施工用的油脂、泡沫剂、轨道、轨枕、人行踏板等。
（9）小型机具堆放场主要堆放盾构施工用的备用碴车、管片车等其它施工机具。堆放场地面采用C25 砼硬化。
（10）洗车槽在施工场地两端大门位置设洗车槽，所有进出工地施工车辆必须经过清洗干净后，方可驶出
场地。洗车槽采用下沉式，洗车槽旁设置沉淀池，洗车所排水经沉淀池沉淀后排入市政污水管线。3 人力资源配置
项目部根据情况设置6部1室或7部1室，具体请见附表2。施工生产部负责盾构施工的组织、管理；机电设备部负责盾构法施工的各项设备保障工作；技术质量部负责施工技术方案的制定、盾构施工技术指导、量测、试验以及相关内业资料的收集整理和上报。施工生产部设四个盾构施工工班，两个地面施工工班，一个临工班，一
个注浆班；机电设备部下一个维修班；技术质量部下设测量班、试验室；项目部另应设一个渣土外运队。4 盾构机选定、进场
4.1 盾构机的选型原则
（1）选择的盾构机机型和功能必须满足标段线路条件、工期、施工条件和环境等要求。
（2）选用的盾构机应具有良好的性能和可靠性。
（3）类似地质、施工条件下盾构选型、施工实例及其效果。
（4）盾构机制造商的知名度、良好的业绩、信誉与技术服务。
4.2 盾构机的选型依据
（1）标段招标文件、招标设计、岩土工程勘察报告等要求，区间隧道工程地质、水文地质以及线路条件、地层沉降、工期和环境保护、施工条件等。
（2）根据工程特点，盾构机应配备泡沫和澎润土注入系统，进行掘进中的碴土改良，实现盾构的土压平衡掘进和止水固结掌子面能进入土仓进行各种作业的目的。
（3）专家会议建议。
4.3 盾构机应具备的功能
（1）基本功能具备开挖系统、出碴系统、碴土改良系统、管片安装系统、注浆系统、动力系统、控制系统、测量导向系统等基本功能。
（2）能够在高地下水砂砾石地层长距离掘进，还需具备以下功能：
①具备土压平衡模式掘进功能；② 足够的刀盘驱动扭矩和盾构推力；③ 合理的、高耐磨性的刀盘及刀具设计，足够的刀盘开口率，开口形状及合理位置；④ 能承受大偏心力矩的主轴承设计，具有高的主轴承设计寿
命，有效的主轴承密封及刀盘减震设计；⑤ 盾构机的铰接系统和盾尾密封系统在压力状态下的可靠防水密封性能；⑥优良的碴土改良系统：配备泡沫注入系统和澎润土注入系统；⑦可靠的盾构机防喷涌设施：⑧功能完善可靠的人员仓设计；
（3）具备处理大粒径卵石和漂石的能力：
①刀盘及刀具具有中硬岩切削能力：通过安装在刀盘上的双刃滚刀对大粒径漂石进行破碎；
②刀盘和螺旋输送机能满足一定粒径的卵石和破碎后的漂石的排出能力，且具有高的耐磨性；
（4）特殊地段的通过能力：
①穿越砂卵石地层，盾构机应具备土压平衡掘进和保压能力。②过高水压地层，盾构机应
具备防喷涌的能力。③ 过砂卵石地层刀盘、刀具要有抗磨损保护措施。
（5）精确的方向控制
盾构机必须具有高精度的导向系统，确保线路方向的正确性，盾构方向的控制包括两个方面：
①盾构机本身能够进行纠偏；O 2采用先进的激光导向技术保证盾构掘进方向的正确。
（6）环境保护
盾构法施工的环境保护包括两个方面：
①盾构施工时对周围自然环境的保护，即地面沉降满足设计要求，无大的噪声、震动等；②要
求盾构施工时使用的辅助材料如油脂、泡沫等不能对环境造成污染。
（7）掘进速度满足计划工期要求。
（8）设备可靠性、技术先进性与经济性的统一。
4.4 盾构机进场、吊装
（1）盾构机在工厂由供应商进行主要部件组装及调试后，将分成几个大的部分运往施工现场。
主要包括前盾，中盾，尾盾，刀盘，管片安装机，以及后配套系统等。
2）盾构机组装采用吊装方式，吊装设备主要有1台260t的履带吊机，1台90t汽车吊，2
台85t 液压千斤顶以及一批钢索吊具等。
（3）吊装时注意事项：
① 履带吊机工作区铺设20mm 厚钢板，防止地层不均匀沉陷；② 组装前应对始发基座（始发托架）进行精确定位；③ 大件组装时应对始发井端头墙进行严密的观测，掌握其变形与受力状态；
④ 大件吊装时用汽车吊辅助空中翻转。
（4）组装分为两部分：
①盾构机主体及拖车的吊装；② 盾构机各部件的联接及各种管线（电、液、气、水等）系统的安装。
5 盾构机调试、掘进
5.1 盾构机调试
（1）空载调试
盾构机组装和管线连接完毕后, 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。根据实际测得参数与供应商所提供的进行校核。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、出碴系统，以及各种仪表的校正。
（2）负载调试
空载调试证明盾构机具有工作能力后，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工作进一步完善，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。试掘进时间即为负载调试时间，根据情况一般定为200m 。
5.2 盾构机运转
盾构运转包括组装后的空载运转，200m 负载试运转，正常掘进段的运转等几个阶段。其中空载运转项目和测试项目按与盾构供应厂家签定的供货合同中相关条款进行，通过空载运转调试，
证明盾构机组装无误后，方可进行200m 带载运转。带载运转是一个盾构掘进参数优化的过程，该过程中，通过土压平衡式盾构关键施工技术—即开挖面稳定和自控技术、盾尾可靠密封和同步注浆技术及盾构掘进姿态控制技术的综合运用，为正常掘进参数的优化集累经验。正常掘进是盾构机的快速掘进阶段。
5.3 盾构机的始发、调头、过站、转场
根据盾构区间隧道的施工特点，盾构机在分体吊装、整机组装和空载调试完成后需要进行始发，同时在盾构
机施工完成单个区间后，根据既有车站的建设情况和结构情况，需要进行调头、过站和转场等工序。
盾构机的首次始发是整个标段主体结构开始施工的最关键工序，在始发之前必须做好以下几项准备工作：
①盾构机托架和反力架安装，盾构机托架是盾构机的始发“基座”，必须确保位置准确无误，
才能保证盾构机进入预留洞口位置的精确度。反力架为盾构机掘进提供反力支撑，反力架必须牢固安装，后侧位置必须有强有力的横撑或斜撑，一般由型钢加工而成。
②端头加固，为确保盾构机始发阶段由于刀盘对既有稳定土层的扰动，进而造成端头位置结构坍塌或漏水等
意外情况，必须对始发端头进行加固，同时到达端头也必须进行加固处理，根据各始发和到达端头工程地质、水文地质、地面建筑物及管线状况和端头结构等综合分析与评价，选用不同的加固措施。具体加固措施可见专项方案。
③洞门密封，洞口密封采用帘布橡胶和折叶式压板密封。其施工分两步进行，第一步在始发端墙施工过程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作，在埋设过程中预埋件必须与端墙结构钢筋连接在一起；第二步在盾构正式始发之前，清理完洞口的碴土后及时安装洞口密封压板及橡胶帘布板。
盾构机过站，过站工序相对简化，只需对主机和拖车进行解体，但是盾构机主机本身和拖车之间不再进行额外解体，除非盾构机本身需要进行大幅度的维修。
一般情况下，盾构机过站时，在成型车站底板位置铺设钢轨，盾构机采用液压泵站等外力空载过站，后备拖车则用电瓶机车拖拉过站，然后准备重新始发。
盾构机的调头类似于过站，但是需要对盾构机和拖车进行方向扭转，工序相对复杂，一般要在成型车站底板位置铺设曲线钢轨，仍需借助液压泵站等外力，同时需要预先租赁90T 以上吊机
备用。
盾构机的转场是最为复杂的工序，一般是由于成型车站的结构尺寸不能够满足盾构机机身和台车通过，必须对盾构机刀盘、主机和各节台车进行拆除，然后分体调出到达端头，盾构机的解体与组装过程相反，只是注意拆卸管线要挂好标志牌为组装作好准备。其余与始发组装基本相同。
6 管片生产、供应
管片制作由有资质的管片加工企业承担，管模6套，即标准环4 套、左右转弯环各1套.
6.1 管片生产管片生产包括：钢筋制作、钢模准备、砼浇注、脱模、养护、储存。管片质量控制的几个关键为：
管片模具定期检查，保证管片尺寸精度；钢筋绑扎合格，保证保护层厚度均匀，以免产生有力开裂现象；吊装孔材质优良，连接牢固，保证起吊安全；橡胶止水条安装均匀、牢固，保证止水效果；成品严格按照规范养护。
各种主要材料的选用标准如下：
CD水泥：选用普通硅酸盐水泥，生产龄期不小于7天。
②砂：选用质地坚硬的中粗砂，细度模数为 2.3?3.0,粉细物质含量不大于2%,含水率小于
2%,氯离子含量不超过0.04%，可溶性硫酸盐按重量计不超过0.4%。
③碎石：粒径为5?20mm，质地坚硬，粉细物质含量不大于2%,压碎性指标不超过30%,
氯离子含量不超过0.03%，可溶性硫酸盐按重量计不超过0.4%。
C水：采用清洁不含有害物质的自来水，注意严格控制水灰比，水胶比w 0.45。
⑤钢筋：钢筋表面应清洁，不得有易脱落的锈皮、油漆等污垢；钢筋必须顺直，调直后表面的伤痕及锈蚀不应使钢筋截面积减少。
6.2管片存储、运输
管片存储在预制厂内，按生产日期和类型分三层堆放，以便查找，中间用方木垫隔，以免破
损；吊装时用一台龙门吊和一台叉车将管片吊在平板车上，运输至工地，工地设有临时管片存储场。
7盾构机正常掘进施工工艺
7.1掘进作业工序流程和操作控制程序
(1)参数选取
表
盾
(2)技术措施
C敞开式掘进的技术措施：
A :采用刮刀、切刀切削为主，采用高转速、低扭矩和适宜的螺旋输送机转速推进。
B :采用敞开模式掘进时，易产生掘进中的盾构机滚动和较大震动现象，施工中如不慎引起盾构机滚动，可使刀盘反转来纠正。
C:同步注浆时浆液可能渗流到盾壳与周围岩体间的空隙甚至刀盘处，为避免此现象发生可采取适当增大浆液粘度、缩短浆液凝结时间、适当减低注浆压力等方法来解决。
D :在砂卵层岩敞开式掘进时，刀具磨损较大，温度高，因此，应注意观察、检查，及时换刀，注入泡沫和膨润土冷却、润滑，以降磨。
②半敞开式掘进技术措施：
A :半敞开式掘进模式介于土压平衡和开敞式之间，采用滚刀、刮刀混合破坏、切削砂卵层。
B :为既能稳定开挖面和防止地下水渗入，又能避免出碴时螺旋输送机发生喷涌，压缩空气压力应控制在1?
1.5bar以内。
C:在该模式下掘进时，应注入泡沫对碴土进行改良。遇地层变换、涌水较大时，及时转换模式掘进。
③土压平衡模式掘进的技术措施：
A :采用以切刀、刮刀为主切削土层，以低转速、大扭矩推进。
B :土仓内土压力值P应略大于静水压力和地层土压力之和P0,即P=K?PO（K介于1.0?1.3）, 并在掘进中不断调整优化。
C: 土仓压力通过采取设定掘进速度、调整排土量或设定排土量、调整掘进速度两种方法建立，并应维持切削土量与排土量的平衡，以使土仓内的压力稳定平衡。
D :盾构机的掘进速度主要通过调整盾构推进力、转速（扭矩）来控制，排土量则主要通过调整
螺旋输送机的转速来调节。在实际掘进施工中，应根据地质条件、排出的碴土状态，以及盾构机的各项工作状态参
数等动态地调整优化，此模式掘进时应采取碴土改良措施增加碴土的流动性和止水性。
（3）掘进方向的控制与调整由于砂卵地层中掘进、隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响，盾构推进不可能完全按照设计的隧道轴线前进，而会产生一定的偏差。当这种偏差超过一定限界时就会使隧道衬砌侵限、盾尾间隙变小使管片局部受力恶化，并造成地层损失增大而使地表沉降加大，因此盾构施工中必须采取有效技术措施控制掘进方向，及时有效纠正掘进偏差。
CD盾构掘进方向控制
A: 采用VMT 隧道自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测。
B：采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向。
C2 盾构姿态调整及纠偏
在实际施工中，由于地质突变等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值。在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或急弯段掘进，有可能产生较大的偏差。因此应及时调整盾构机姿态、纠正偏差。
A :分区操作推进油缸来调整盾构机姿态，纠正偏差，将盾构机的方向控制调整到符合要求的范围内。
B :在急弯和变坡段，必要时可利用盾构机的超挖刀进行局部超挖来纠偏。
C:当滚动超限时，盾构机会自动报警，此时采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。
D :在切换刀盘转动方向时，保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快，切换速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏。
E:根据掌子面地层情况及时调整掘进参数，调整掘进方向时应设置警戒值与限制值，达到警戒值时就应该实行纠偏程序。
F:蛇行修正及纠偏时应缓慢进行，如修正过程过急，蛇行反而更加明显。在直线推进的情况下，选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。在曲线推进的情况下，使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计曲线相切。
G:推进油缸油压的调整不宜过快、过大，否则可能造成管片局部破损甚至开裂。
H ;正确进行管片选型，确保拼装质量与精度，以使管片端面尽可能与计划的掘进方向垂直。
I: 盾构始发、到达时方向控制极其重要，应按照始发、到达掘进的有关技术要求，做好测量定位工作。
（4）掘进中的碴土改良在盾构施工中尤其在复杂地层盾构施工中，进行碴土改良是保证盾构施工安全、顺利、快速的一项不可缺少的重要技术手段，具有如下作用:
※ 使碴土具有较好的土压平衡效果，利于稳定开挖面，控制地表沉降;
※ 使碴土具有较好的止水性，以控制地下水流失;
※ 使切削下来的碴土顺利进入土仓，并利于螺旋输送机顺利排土;
※ 可防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象;