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盾構(gòu)鋼套筒內(nèi)曲線始發(fā)糾偏施工技術(shù)

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中國(guó)建筑一局（集團(tuán)）有限公司科技創(chuàng)效推廣應(yīng)用技術(shù)名錄
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（一四五）盾構(gòu)鋼套筒內(nèi)曲線始發(fā)糾偏施工技術(shù)
1. 技術(shù)背景
目前，在城市地鐵隧道施工中主要應(yīng)用盾構(gòu)法施工。采用鋼套筒始發(fā)對(duì)周邊環(huán)境的影響更小，
能大幅降低始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，因此，地鐵建設(shè)中盾構(gòu)鋼套筒始發(fā)施工技術(shù)被廣泛應(yīng)用。在盾構(gòu)始發(fā)過(guò)程中
由于洞門(mén)鋼環(huán)偏差、盾體變形、盾構(gòu)基座變形和基座測(cè)量擬合盾構(gòu)姿態(tài)誤差等原因，非常容易出現(xiàn)
盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)差進(jìn)而導(dǎo)致正環(huán)管片錯(cuò)臺(tái)、滲漏、超限等諸多問(wèn)題。常規(guī)始發(fā)不能糾偏只能直線掘進(jìn)，
當(dāng)盾構(gòu)機(jī)初始姿態(tài)（安裝時(shí)盾構(gòu)機(jī)和設(shè)計(jì)軸線的差值）偏差較大時(shí)，采取對(duì)盾構(gòu)托架進(jìn)行局部頂升、
單側(cè)平推，乃至吊出盾構(gòu)重新安裝，造成工期延誤和經(jīng)濟(jì)損失。因此，如何在鋼套筒工藝、盾構(gòu)掘
進(jìn)控制本身上采取控制措施，在始發(fā)姿態(tài)差的情況下，將盾構(gòu)進(jìn)入土體后糾偏的風(fēng)險(xiǎn)前置，在鋼套
筒內(nèi)糾偏成為保證成型隧道始發(fā)質(zhì)量安全的關(guān)鍵性問(wèn)題。
依托于深圳地鐵13 號(hào)線北延土建工程項(xiàng)目，以泥水盾構(gòu)鋼套筒曲線始發(fā)為實(shí)例，進(jìn)行了鋼套筒
內(nèi)姿態(tài)調(diào)整的探索，形成盾構(gòu)鋼套筒內(nèi)曲線始發(fā)盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整施工技術(shù)。
2. 技術(shù)簡(jiǎn)介
2.1 技術(shù)原理
利用楔形盾體設(shè)計(jì)、浮力創(chuàng)造糾偏條件，利用杠桿原理實(shí)現(xiàn)糾偏。填充物在鋼套筒和盾體之間
的密封空間內(nèi)對(duì)盾體形成浮力，減輕待糾偏抗力。前盾、中盾、尾盾采用楔形設(shè)計(jì)且D 前盾＞D 中盾＞
D 尾盾。在前盾外設(shè)置沙袋形成虛擬支點(diǎn)，不同部位千斤頂推進(jìn)力差使盾體偏轉(zhuǎn)，刀盤(pán)切削圍護(hù)結(jié)構(gòu)
時(shí)，結(jié)構(gòu)對(duì)盾體的抗力使盾體偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)盾體的糾偏。
圖4-1 泥水盾構(gòu)曲線始發(fā)姿態(tài)糾偏原理圖
2.2 技術(shù)要點(diǎn)
工藝先進(jìn)：首次在盾構(gòu)始發(fā)基座上進(jìn)行糾偏控制，盾體組裝后其垂直姿態(tài)、水平姿態(tài)偏差在40mm
時(shí)可進(jìn)行糾偏調(diào)整到正常狀態(tài)。
風(fēng)險(xiǎn)前置：常規(guī)始發(fā)只能當(dāng)盾構(gòu)完全進(jìn)入土體才能糾偏，本施工技術(shù)在盾構(gòu)井的鋼套筒內(nèi)糾偏，
將始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)前置到鋼套筒內(nèi)解決。保證了成型隧道的質(zhì)量，有利于始發(fā)安全。
操作簡(jiǎn)便：鋼套筒采用鋼環(huán)拼裝工藝，糾偏采用常規(guī)盾構(gòu)糾偏工藝，僅需要采用型鋼對(duì)鋼套筒、
反力架加固以抵御糾偏反力。
3. 適用范圍
本施工技術(shù)適應(yīng)于盾構(gòu)在鋼套筒內(nèi)糾偏控制，可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)偏差＜40mm 時(shí)的糾偏，尤其
適應(yīng)鋼套筒曲線始發(fā)姿態(tài)調(diào)整。
4. 施工工藝流程及操作要點(diǎn)
4.1. 施工工藝流程
泥水盾構(gòu)鋼套筒內(nèi)盾構(gòu)初始姿態(tài)調(diào)整流程圖如所示。
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圖4.1-1 泥水盾構(gòu)鋼套筒曲線始發(fā)盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整流程圖
4.2. 施工操作要點(diǎn)
4.2.1. 盾構(gòu)初始姿態(tài)設(shè)定
根據(jù)擬始發(fā)軸線，按照盾構(gòu)從始發(fā)到完全進(jìn)入土體前均采用直線掘進(jìn)（L 略大于盾體長(zhǎng)度，一
般取10m），當(dāng)盾體完全進(jìn)入土體時(shí)切口姿態(tài)為0mm，且擬掘進(jìn)的曲線偏差d3max≤±50mm。設(shè)定盾
構(gòu)始發(fā)鋼套筒基座的坐標(biāo)使盾構(gòu)機(jī)切口姿態(tài)（切口中心與隧道中線偏差）為d2，盾尾鉸接姿態(tài)（盾
尾中心與隧道中線偏差）為d1。如下圖所示。
圖4.2.1-1 曲線始發(fā)軸線設(shè)計(jì)圖
4.2.2. 基座加固、盾構(gòu)下井
根據(jù)擬始發(fā)軸線盾尾中心O1 和切口中心O2 坐標(biāo)反算支座坐標(biāo)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線，調(diào)整并加固鋼
套筒，調(diào)整、焊接加固支座軌道，中盾、前盾、刀盤(pán)和盾尾依次吊裝下井并組裝。盾構(gòu)組裝完成后
吊裝鋼套筒上半部分，擰緊鋼套筒連接螺栓，使鋼套筒形成密閉的整體。
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圖4.2.2-1 盾構(gòu)基座與盾構(gòu)吊裝
4.2.3. 人工復(fù)核盾構(gòu)姿態(tài)
測(cè)量中盾上的特征點(diǎn)，根據(jù)盾構(gòu)參數(shù)，計(jì)算盾構(gòu)姿態(tài)。對(duì)比與擬始發(fā)姿態(tài)差別，重新評(píng)估始發(fā)
軸線。若L’≥L，且d3max≤±50mm，正常始發(fā)。當(dāng)L’小于L，或d3max≥±50mm 時(shí)，在可調(diào)整偏差
（Δd1’-d2’-Δd1-d2≤30mm）范圍內(nèi)且趨向一致時(shí)，則無(wú)需返工或停工調(diào)整。
圖4.2.3-1 人工復(fù)核盾構(gòu)姿態(tài)后的實(shí)測(cè)始發(fā)軸線
4.2.4. 調(diào)整反力架
調(diào)整反力架，使鋼套筒基準(zhǔn)環(huán)朝著糾偏方向扭轉(zhuǎn)一定角度，使扭轉(zhuǎn)的角度：β=L 盾體長(zhǎng)度×α/D 管
片直徑。定位后對(duì)反力架底部焊接固定，安裝反力架上半部分，并安裝支撐。
圖4.2.4-1 調(diào)整反力架方向示意圖
4.2.5. 鋼套筒內(nèi)填砂
拼裝2 環(huán)負(fù)環(huán)管片，使管片和鋼套筒基準(zhǔn)環(huán)貼緊，打開(kāi)頂部端蓋，向頭部端蓋內(nèi)填碼3 圈沙袋，
碼放位置距離刀盤(pán)頭部約1.2m。打開(kāi)中部、尾部端蓋填充滿中粗砂。向盾尾注入油脂使管片、盾構(gòu)、
鋼套筒內(nèi)形成密封空間。通過(guò)氣墊倉(cāng)向鋼套筒內(nèi)加氣進(jìn)行密閉性試驗(yàn)，鋼套筒密閉性試驗(yàn)達(dá)到設(shè)定
壓力并穩(wěn)定24h 后卸壓。
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圖4.2.5-1 鋼套筒內(nèi)加壓試驗(yàn)、填充砂示意圖
4.2.6. 增設(shè)支撐
在鋼套筒三處接口位置，設(shè)置雙拼型鋼支撐，型鋼支撐一端支撐在盾構(gòu)始發(fā)井結(jié)構(gòu)的預(yù)埋鋼板
上，一端頭垂直支撐在鋼套筒上。
圖4.2.6-1 增設(shè)支撐示意圖
4.2.7. 注入泥漿
通過(guò)造漿系統(tǒng)使泥漿的粘度、比重等符合設(shè)定要求，開(kāi)啟泥水平衡盾構(gòu)進(jìn)漿泵，緩慢向鋼套筒
內(nèi)添加泥漿，待泥漿滲滿整個(gè)盾體。再繼續(xù)逐步加壓到設(shè)定壓力，使設(shè)定壓力和掌子面水土壓力一
致。注入泥漿期間檢查鋼套筒與洞門(mén)鋼環(huán)接縫、鋼套筒各節(jié)段接縫、管片接縫、盾尾滲漏情況，及
時(shí)封堵。
圖4.2.7-1 泥漿注入示意圖
4.2.8. 掘進(jìn)調(diào)整控制
操作盾構(gòu)油缸，以向下糾偏為例，加大頂部千斤頂推進(jìn)力Fai，減小底部千斤頂推進(jìn)力Fdi，形成
壓力差ΔF，盾體前移的同時(shí)，沿著沙袋形成的虛擬支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)角度αi（實(shí)時(shí)偏航角）。當(dāng)盾體轉(zhuǎn)動(dòng)角
度αi＜α（設(shè)定偏航角）時(shí)，繼續(xù)頂進(jìn)，切削圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土的F 抗力形成對(duì)盾體的偏轉(zhuǎn)
分力，盾體在分組油缸推進(jìn)力和圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗力作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)動(dòng)，直到偏轉(zhuǎn)角度達(dá)到設(shè)定的α，至此，
盾體實(shí)現(xiàn)鋼套筒內(nèi)糾偏。
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圖4.2.8-1 掘進(jìn)調(diào)整控制示意圖
4.2.9. 正常掘進(jìn)
偏轉(zhuǎn)角度達(dá)到設(shè)定的α后，盾體達(dá)到預(yù)設(shè)的割線始發(fā)軸線姿態(tài)，見(jiàn)圖5.2.1-1。控制千斤頂壓力，
使Fai≈Fdi 即千斤頂壓力相同，這樣盾構(gòu)機(jī)沿著設(shè)定的軸線直線掘進(jìn)。直到盾體完全進(jìn)入土體后再沿
著設(shè)計(jì)軸線掘進(jìn)。
5. 材料與設(shè)備
表5-1 主要材料表
序號(hào)名稱規(guī)格/型號(hào)用途
1 鋼套筒Q235鋼
2 鋼套筒密封條、密封膠/ 鋼套筒密封
3 鋼軌50kg/m 盾構(gòu)支座
4 管片及螺栓/ 負(fù)環(huán)拼裝
5 管片密封膠條三元乙丙橡膠管片解封密封
6 盾尾油脂DW-01 盾體與管片密封
7 鉸接密封油脂EP2 盾體接口密封
8 壓力表精度0.01MPa 保壓試驗(yàn)
9 肥皂水/ 密封性能檢測(cè)
10 沙袋/ 形成封堵墻和虛擬支點(diǎn)
11 砂中粗砂穩(wěn)定盾體
12 氧氣、乙炔/ 切割型鋼
13 型鋼H200 支撐加固
14 焊條502 固定鋼結(jié)構(gòu)
15 反力架Q235鋼推進(jìn)反力支座
16 膨潤(rùn)土鈉基造泥漿
表5-2 機(jī)械設(shè)備表
序號(hào)名稱規(guī)格/型號(hào)用途
1 盾構(gòu)機(jī)/ /
2 全站儀2″ 姿態(tài)測(cè)定
3 起重機(jī)25t 鋼套筒吊裝
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序號(hào)名稱規(guī)格/型號(hào)用途
4 起重機(jī)360t 盾構(gòu)吊裝
5 電焊機(jī)ZX7-160 焊接固定
6 空壓機(jī)10m³ 加壓測(cè)試
7 氣動(dòng)扳手/ 鋼套筒緊固
8 千斤頂50t 反力架調(diào)整
9 注漿機(jī)/ 堵漏
10 調(diào)制漿系統(tǒng)設(shè)備/ 造泥漿
6. 效益計(jì)算分析
6.1.1建設(shè)單位經(jīng)濟(jì)效益
以單臺(tái)6m 級(jí)盾構(gòu)，隧道埋深12m 為例，對(duì)比化學(xué)漿液端頭加固和鋼套筒始發(fā)，單臺(tái)盾構(gòu)始發(fā)
節(jié)約投資約92.3 萬(wàn)元。
表6-1 單臺(tái)盾構(gòu)（6m 級(jí)）始發(fā)方案投資估算對(duì)比表
序號(hào)項(xiàng)目及主要項(xiàng)目特征數(shù)量綜合單價(jià)合價(jià)(元)
1 化學(xué)漿加固方案1939020
1.1 地下連續(xù)墻600mm 素墻260m3 1977 514020
1.2 高壓旋噴水泥樁鉆孔7500m 46 345000
1.3 高壓旋噴水泥樁噴漿雙重管4500m 240 1080000
2 鋼套筒方案1016000
2.1 鋼套筒制安、拆除、運(yùn)輸、存放等綜合考慮70t 13800 966000
2.2 鋼套筒內(nèi)填充材料與拆除50m³ 1000 50000
3 兩方案對(duì)比=1-2 923030
6.1.2施工單位經(jīng)濟(jì)效益
以單臺(tái)6m 級(jí)盾構(gòu)，隧道埋深12m 為例，當(dāng)始發(fā)盾構(gòu)姿態(tài)超出預(yù)期20mm~30mm 且始發(fā)進(jìn)入土
體后永久襯砌有超限風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，需要進(jìn)行糾偏，常規(guī)采用吊出盾體重新組裝糾偏。采用本施工技術(shù)在
鋼套筒內(nèi)糾偏，則無(wú)須返工處理，對(duì)比兩種方法。鋼套筒內(nèi)糾偏方法比常規(guī)糾偏方法節(jié)約成本約19
萬(wàn)元。
表6-2 盾構(gòu)始發(fā)（6m 級(jí)）糾偏方案成本對(duì)比表
序號(hào)項(xiàng)目及主要項(xiàng)目特征數(shù)量綜合單價(jià)合價(jià)(元)
1 吊出重新組裝206000
1.1 吊拆、吊裝1 臺(tái)·套150000 150000
1.2 鋼套筒重新調(diào)整安裝70t 800 56000
2 鋼套筒內(nèi)糾偏16000
2.1 鋼套筒及反力架型鋼加固2t 8000 16000
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3 兩方案對(duì)比=1-2 190000
7. 應(yīng)用實(shí)例（典型照片）
圖7-1 按照初始姿態(tài)對(duì)支座放線圖7-2 盾構(gòu)下井
圖7-3 人工復(fù)核盾構(gòu)姿態(tài)圖7-4 調(diào)整反力架
圖7-5 鋼套筒內(nèi)填砂圖7-6 增設(shè)支撐
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圖7-7 注入泥漿圖7-8 掘進(jìn)調(diào)整控制（-4 環(huán)）
圖7-9 正常掘進(jìn)控制（+3 環(huán)） 圖7-10 初始姿態(tài)-4 環(huán)偏差情況
圖7-11 鋼套筒內(nèi)（-2 環(huán)）糾偏結(jié)果圖7-12 盾構(gòu)完全進(jìn)入土體（+3 環(huán)）姿態(tài)
8. 技術(shù)咨詢服務(wù)單位聯(lián)系方式
技術(shù)提供單位中國(guó)建筑一局（集團(tuán)）有限公司華南區(qū)域公司
中國(guó)建筑一局（集團(tuán)）有限公司
主要完成人曹太波
技術(shù)咨詢聯(lián)系人曹太波聯(lián)系電話15675184666

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