隧道盾构掘进位置、姿态测量与控制工艺#隧道工艺标准

隧道施工工艺标准18 盾构掘进位置、姿态的测量与控制工艺18.1 总则18.1.1 适用范围本标准适用于盾构法施工的隧道。18.1.2 编制参考标准及规范18.1.2.1 地下铁道工程施工及验收规范 (GB502291999)18.1.2.2 盾构法隧道施工技术及应用.周文波编著.中国建筑工业出版社.2004年11月18.1.2.3 盾构隧道.张凤祥、朱合华、傅德明 编著.人民交通出版社.2004年9月18.1.2.4 地下铁道设计与施工.施仲衡主编.陕西科学出版社.1997年6月 18.1.2.5 盾构隧道施工手册.张凤祥、傅德明、杨国祥、项兆龙 编著.人民交通出版社.2005年6月18.2 术语18.2.1 盾构仪 盾构仪指盾构的测量标志，由前靶、后靶、横向坡度和纵向坡度组成(注：靶即测点)。18.2.2 盾构掘进姿态 即盾构在地层中掘进时的位置状态，由盾构的平面位置、高程位置、横向坡度及纵向坡度这四个方面来反映。18.2.3 盾构方向控制即及时纠正盾构机推进中产生的方向偏离，使推进方向与设计路线保持一致。18.3 施工准备18.3.1 技术准备(1) 接收并核实隧道路线的基准点（三角点、水准点）及隧道路线的中心点、主要控制点（曲线的始、终点、交点）等基本测量桩。(2) 对接收的各基准点、路线中心点及主要控制点作核校测量。(3) 做好测量的各种准备，在盾构推进过程中必须时刻监测盾构所处位置三维坐标）、姿态（倾角），并与计划路线时刻对比，出现偏差立刻纠正。18.3.2 主要仪器一般规定每个隧道施工区间段配备J2级经纬仪两台，S3水准仪两台，全站仪一台。18.4 工艺设计和控制要求18.4.1 技术要求18.4.1.1 地表平面测量为确保盾构的推进精度，宜选取闭合导线，以便检核导线的连接精度。考虑到路线总长、偏离允许值、盾构洞内测量误差等因素，连接精度必须确保在1/50000至1/100000。18.4.1.2 地表水准测量基本水准点应是国家的一级水准点，必须以这些点为测量原点。临时水准点应设置在坚固的地点，定期检测确认无沉降后才能使用。18.4.1.3 地下导线测量地下导线测量的目的是以必要的精度按照与地面控制测量统一的坐标系统，建立地下控制系统。根据地下导线的坐标，即可放样出隧道轴线，指导盾构掘进方向。有施工导线、基本导线和主要导线三种。(1)施工导线：当盾构由始发井出发，开始掘进时，用以进行放样而指引盾构掘进的导线，施工导线边长为2550m。(2)基本导线：当掘进100200m时，必须选择部分施工导线点敷设边长较长、精度要求较高的基本导线，用以检查隧道轴线与设计轴线是否相符。(3)主要导线：当隧道长度大于1km时，基本导线将不能保证应有的贯通精度，因而需要选择一部分基本导线点来敷设主要导线，主要导线的边长为150350m。(4)地下导线的起始点通常设在隧道衬砌的上弦位置。(5)最后一个导线点离贯通工作面的距离不应过大，一般为6080m。(6)导线点的编号应按照有关技术规范，尽量做到号码简单又能按次序排列，使用方便。18.4.1.4 地下水准测量(1)地下水准测量应以始发井地面水准点的高程作为起始依据，通过竖井将高程传递到井下，然后测定隧道内各水准点的高程，作为测定盾构在土层中的高程姿态依据。(2)地下水准线路随着盾构掘进的进展而增长。为满足施工放样要求，一般先测设精度较低的临时水准点，然后再测设较高精度的永久水准点，永久水准点间距一般以200350m为宜。18.4.2 路线中心线测量(1)在导线网的基础上设置地表路线中心线，确定从始发井至到达井的计划路线,并将中线由始发井引入隧道。(2)在直线段，通常每20m设一个路线中心点，在曲线段应设置始点、终点、交点等主要控制点。 18.5 施工工艺18.5.1 工艺流程18.5.2 操作工艺18.5.2.1 基准点和水准点的洞内导入即将盾构位置测量中要用到的基准点和临时水准点，经竖井导入盾构隧道内。导入方法参见图18.5.2.1。图18.5.2.1 基准点、水准点导入竖井 18.5.2.2 盾构推进管理测量(1)平面位置测量 通常采用导线测量法，通过观测盾构机上的两个靶来确定盾构机的位置和方向。见图18.5.2.2。测量顺序如下：图18.5.2.2 盾构平面位置测量方法 在盾构机内设置测点P1、P2,测点应设置在隔板、梁、或者螺旋输送机及作业平台等盾构机内的固定件上。用导线测量法测定洞内基准点与这两点的距离和角度，进而计算测点坐标从P1、P2的方向求出修正量及盾构机的方向。由盾构中心线与测点的位置关系计算掘削面和盾尾的坐标。与隧道计划坐标对比，从计划线形算出偏离量和方向偏离量。 (2)纵断面位置测量用水准仪直接作水准测量，或者用经纬仪作间接水准测量（三角水准测量）。(3)测量频度盾构机的重心位置受盾构机的重量、土质变化、推进速度等因素的影响，常发生偏离，所以必须提高测量频度，一般为每推进一环测量一次。18.5.2.3 盾构推进管理自动测量系统即自动检测盾构机位置和姿态的设备，可分为电子速测仪式和陀螺式两类，整个测量过程将自动化进行。18.5.2.4 盾构机的方向控制 (1)模式法选择推进千斤顶群的工作模式实现方向控制。根据测得的水平和竖直方向上的姿态偏差，让千斤顶群中的部分千斤顶工作，另一部分千斤顶停止工作，以此同时修正上述两个方向姿态偏差的方法。应注意以下问题： 当停止的千斤顶再次工作时，需要等到该千斤顶触及管片后才能重新推进，即必须间歇一段时间，所以工作效率低。 这种控制模式属于阶段性控制，且因水平和竖直方向同时纠偏，故控制精度不高。(2)压力法图18.5.2.5 倾斜管片方向的修正 将盾构机的推进千斤顶分成多组，各组千斤顶的推力为连续变化，而不是阶段性变化，而且全部千斤顶始终参加推进，靠追加给千斤顶不同的压力来纠偏，工作效率要高于模式法。18.5.2.5 管片组装管理当盾构推进完一个行程，一环管片组装完成后，必须测量管片与盾尾板之间的间隙，如果此间隙变小，甚至于消失，则会对盾构方向的修正产生不利影响，此时就需要采用楔形管片来修正管片的方向。修正示意见图18.5.2.5。18.5.2.6 盾构基座变形的预防与治理(1)现象在盾构出洞过程中，盾构基座发生变形，致使盾构掘进轴线偏离设计轴线。(2)预防基座框架结构的强度和刚度应能克服出洞时遇到的阻力。合理控制盾构姿态，尽量使盾构轴线与盾构基座中心夹角轴线保待一致。盾构基座的底面与始发井的底板之间要垫平垫实，保证接触面积满足要求。(3)治理先停止推进，对已发生变形破坏的构件进行加固。对需要调换的部件，先将盾构支撑加固牢靠，再调换被破坏构件。如盾构基座的变形确实严重，盾构在其上又无法修复和加固时，只能采取措施使盾构脱离基座，创造工作条件后对基座作修复加固。18.5.2.7 盾构后靠支撑位移及变形(1)现象在盾构出洞过程中，盾构后靠支撑体系在受盾构推进顶力的作用后发生支撑体系的局部变形或位移。(2)预防措施在推进过程中合理控制盾构的总推力，且尽量使千斤顶合理编组，使之均匀受力。采用素混凝土或水泥砂浆填充各构件连接处的缝隙，除充填密实外，还必须确保填充材料强度，使推力能均匀地传递至工作井后井壁。对后靠支撑体系的各构件进行强度、刚度校验，对受压构件一定要作稳定性验算。各构件安装要定位精确，并确保电焊质量以及螺栓连接的强度。尽快安装上部的后盾支撑构件，完善整个后盾支撑体系，以便开启盾构上部的千斤顶，使后盾支撑系统受力均匀。(3)治理凿除裂缝填充料，重新充填，并经过养护达到要求强度后再恢复推进。对变形的构件进行修补与加固，根据推进油压及千斤顶开启数量计算出发生破坏时的实际推力，对后靠体系进行校验。对于发现裂缝的接头及时进行修补。18.5.2.8 凿除钢筋混凝土封门时产生涌土(1)现象在拆除洞封门过程中，洞门前方土体从封门间隙内涌入工作井内。(2)预防根据现场土质状况，制定合理的土体加固方案，并在拆封门前设置观察孔，检查加固效果，以确保在土体加固效果良好的情况下拆封门。布置井点降水管，将地下水位降至能保证安全出洞水位。根据封门的实际尺寸，制定合理的封门拆除工艺，施工安排周详，确保拆封门时安全、快速。(3)治理 创造条件使盾构尽快进入洞口内，对洞门圈进行注浆封堵，减少土体流失。18.5.2.9 盾构出洞后发生轴线偏离(1)现像盾构出洞推进段的推进轴线上浮，偏离隧道设计轴线，待推进一段距离后盾构推进轴线才能控制在隧道轴线的偏差范围内。(2)预防正确实施合理的加固方法和加固强度，保证加固土体的强度均匀，防止产生局部的硬块、障碍物等。施工过程中正确地设定盾构正面平衡土压。及时安装上部后盾支撑，改变推力的分布状况，有利盾构推进轴线的控制。正确操作盾构，按时保养设备，保证机械设备的功能完好。(3)治理施工过程中在管片拼装时加贴楔子，调正管片环面与轴线的垂直度，便于盾构推进纠偏控制。在管片拼装时尽量利用盾壳与管片间隙作隧道轴线纠偏，改善推进后座条件。用注浆的办法对隧道作少量纠偏，便于盾构推进轴线的纠偏。18.5.2.10 盾构掘进轴线偏差 (1)现象盾构掘进过程中，盾构推进轴线过量偏离隧道设计轴线。 (2)预防正确设定平衡压力，使盾构的出土量与理论值接近，减少超挖与欠挖，控制好盾构的姿态。盾构施工过程中经常校正、复测及复核测量基站。发现盾构姿态出现偏差时应及时纠偏，使盾构正确地沿着隧道设计轴线前进。盾构处于不均匀土层中时，适当控制推进速度，多用刀盘切削土体，减少推进时的不均匀阻力。也可以采用向开挖面注入泡沫或膨润土的办法改善土体，使推进更顺利。当盾构在极其软弱的土层中施工时，应掌握推进速度与进土量的关系，控制正面土体的流失。拼装拱底块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，影响隧道轴线。在施工中按质保量做好注浆工作，保证浆液的搅拌质量和注入的数量。(3)治理调整盾构的千斤顶编组或调整各区域油压，及时纠正盾构轴线。对开挖面作局部超挖，使盾构沿被超挖的一侧前进。盾构的轴线受到管片位置的阻碍不能进行纠偏时，采用楔子环管片调整环面与隧道设计轴线的垂直度，改善盾构后座面。18.5.2.11 盾构在推进过程中发生上浮或扎头 (1)现象随着盾构的不断向前推进，成环隧道呈上浮现象(多见于泥水盾构)，或者呈扎头现象(在软土地层中尤为显著).(2)预防提高同步注浆质量，缩短浆液初凝时间。提高注浆与盾构推进的同步性，使浆液能及时充填建筑空隙，形成盾尾处的浆液压力。同时加强隧道沉降监测，当发现隧道呈上浮趋势时，立即采取对已成环隧道的补压浆措施。及时复紧已成环隧道的连接件。适时调整推进速度。(3)治理当出现上浮时，在盾尾后隧道外周压注双液浆形成环箍（必要时采用聚氨酯），隔断泥水流失路径，消除管片呈悬浮状态的条件。当出现扎头现象时，应重点使用底部千斤顶，必要时往盾构前面的底部压浆，以改良地基。采用人为超挖、上下千斤顶不同推力等手段纠偏。18.5.2.12 盾构过度自转 (1)现象 盾构推进中盾构发生过量的旋转，造成盾构与车架连接不好，影响盾构的正确姿态。 (2)预防 对盾构内各种设备的重量和位置进行验算，使盾构重心位于中线上或配置配重调整重心位置于中心线上。 经常纠正盾构转角，使盾构自转在允许范围内。 根据盾构的自转角，经常改变旋转设备的工作转向。 (3)治理 通过改变刀盘或旋转设备的转向或改变管片拼装顺序来调节盾构的自转角度。 网格盾构、挤压盾构可调节胸板的开口位置和大小、调整千斤顶的编组等来调整盾构的旋转角度。 盾构自转量较大时，可采用单侧压重的方法纠正盾构转角。18.5.2.13 盾构发生后退(1)现象盾构停止推进，尤其是拼装管片的时候，产生后退的现象，使开挖面压力下降，地面产生下沉变形。(2)预防加强盾构千斤顶的维修保养工作防止产生内泄漏。将安全溢流阀的压力调定到规定值。拼装时不多缩千斤顶，管片拼装到位及时伸出千斤顶到规定压力。(3)治理如因盾构后退而无法拼装衬砌，可进行二次推进。18.5.2.14 盾构进入接受井时姿态突变(1)现象 盾构进入接受井洞后，最后几环管片与前几环管片存在明显的高差，影响了隧道的有效净尺寸。(2)预防盾构接收基座的施作应严格满足设计要求，使盾构下落的距离不超过盾尾与管片的建筑空隙。将进洞段的最后一段管片，在上半圈的部位用槽钢相互连结，增加衬砌结构的整体刚度。在最后几环管片拼装时，注意对管片的拼装螺栓及时复紧，提高抗变形的能力。进洞前调整好盾构姿态，使盾构标高略高于接收基座标高。(3)治理 在洞门密封钢板未焊接以前，用整圆装置将下落的管片向上托起，纠正误差。18.6 质量标准18.6.1 盾构现场组装时的各项技术指标应达到工厂总装时的精度标准，配套系统应符合规定，组装完毕经检查合格后方可使用。18.6.2 盾构掘进中应严格控制中线平面位置和高程，其允许偏差均为50mm。发现偏离应逐步纠正，不得猛纠硬调。18.7 安全环保措施在控制盾构掘进方向的过程中，当采用注浆方式时应严格观察浆液的流向，如可能污染环境时，应采取必要的工程措施。18.8 质量记录18.8.1按测量要求填写盾构的相关测量记录。18.8.2盾构掘进过程中应按表18.8.2填写施工记录。盾构掘进施工记录表 表18.9.2 10