隧道盾構(gòu)掘進(jìn)位置、姿態(tài)測(cè)量與控制工藝#隧道工藝標(biāo)準(zhǔn)

1、隧道施工工藝標(biāo)準(zhǔn)18 盾構(gòu)掘進(jìn)位置、姿態(tài)的測(cè)量與控制工藝18.1 總則18.1.1 適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)適用于盾構(gòu)法施工的隧道。18.1.2 編制參考標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范18.1.2.1 地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范 (gb502291999)18.1.2.2 盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用.周文波編著.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2004年11月18.1.2.3 盾構(gòu)隧道.張鳳祥、朱合華、傅德明 編著.人民交通出版社.2004年9月18.1.2.4 地下鐵道設(shè)計(jì)與施工.施仲衡主編.陜西科學(xué)出版社.1997年6月 18.1.2.5 盾構(gòu)隧道施工手冊(cè).張鳳祥、傅德明、楊國(guó)祥、項(xiàng)兆龍 編著.人民交通出版社.2005年6月18.2

2、 術(shù)語(yǔ)18.2.1 盾構(gòu)儀 盾構(gòu)儀指盾構(gòu)的測(cè)量標(biāo)志，由前靶、后靶、橫向坡度和縱向坡度組成(注：靶即測(cè)點(diǎn))。18.2.2 盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài) 即盾構(gòu)在地層中掘進(jìn)時(shí)的位置狀態(tài)，由盾構(gòu)的平面位置、高程位置、橫向坡度及縱向坡度這四個(gè)方面來(lái)反映。18.2.3 盾構(gòu)方向控制即及時(shí)糾正盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)中產(chǎn)生的方向偏離，使推進(jìn)方向與設(shè)計(jì)路線保持一致。18.3 施工準(zhǔn)備18.3.1 技術(shù)準(zhǔn)備(1) 接收并核實(shí)隧道路線的基準(zhǔn)點(diǎn)（三角點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)）及隧道路線的中心點(diǎn)、主要控制點(diǎn)（曲線的始、終點(diǎn)、交點(diǎn)）等基本測(cè)量樁。(2) 對(duì)接收的各基準(zhǔn)點(diǎn)、路線中心點(diǎn)及主要控制點(diǎn)作核校測(cè)量。(3) 做好測(cè)量的各種準(zhǔn)備，在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中必須時(shí)刻監(jiān)測(cè)

3、盾構(gòu)所處位置三維坐標(biāo)）、姿態(tài)（傾角），并與計(jì)劃路線時(shí)刻對(duì)比，出現(xiàn)偏差立刻糾正。18.3.2 主要儀器一般規(guī)定每個(gè)隧道施工區(qū)間段配備j2級(jí)經(jīng)緯儀兩臺(tái)，s3水準(zhǔn)儀兩臺(tái)，全站儀一臺(tái)。18.4 工藝設(shè)計(jì)和控制要求18.4.1 技術(shù)要求18.4.1.1 地表平面測(cè)量為確保盾構(gòu)的推進(jìn)精度，宜選取閉合導(dǎo)線，以便檢核導(dǎo)線的連接精度?？紤]到路線總長(zhǎng)、偏離允許值、盾構(gòu)洞內(nèi)測(cè)量誤差等因素，連接精度必須確保在1/50000至1/100000。18.4.1.2 地表水準(zhǔn)測(cè)量基本水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)是國(guó)家的一級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)，必須以這些點(diǎn)為測(cè)量原點(diǎn)。臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在堅(jiān)固的地點(diǎn)，定期檢測(cè)確認(rèn)無(wú)沉降后才能使用。18.4.1.3 地下導(dǎo)線測(cè)量地

4、下導(dǎo)線測(cè)量的目的是以必要的精度按照與地面控制測(cè)量統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)，建立地下控制系統(tǒng)。根據(jù)地下導(dǎo)線的坐標(biāo)，即可放樣出隧道軸線，指導(dǎo)盾構(gòu)掘進(jìn)方向。有施工導(dǎo)線、基本導(dǎo)線和主要導(dǎo)線三種。(1)施工導(dǎo)線：當(dāng)盾構(gòu)由始發(fā)井出發(fā)，開(kāi)始掘進(jìn)時(shí)，用以進(jìn)行放樣而指引盾構(gòu)掘進(jìn)的導(dǎo)線，施工導(dǎo)線邊長(zhǎng)為2550m。(2)基本導(dǎo)線：當(dāng)掘進(jìn)100200m時(shí)，必須選擇部分施工導(dǎo)線點(diǎn)敷設(shè)邊長(zhǎng)較長(zhǎng)、精度要求較高的基本導(dǎo)線，用以檢查隧道軸線與設(shè)計(jì)軸線是否相符。(3)主要導(dǎo)線：當(dāng)隧道長(zhǎng)度大于1km時(shí)，基本導(dǎo)線將不能保證應(yīng)有的貫通精度，因而需要選擇一部分基本導(dǎo)線點(diǎn)來(lái)敷設(shè)主要導(dǎo)線，主要導(dǎo)線的邊長(zhǎng)為150350m。(4)地下導(dǎo)線的起始點(diǎn)通常設(shè)在

5、隧道襯砌的上弦位置。(5)最后一個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)離貫通工作面的距離不應(yīng)過(guò)大，一般為6080m。(6)導(dǎo)線點(diǎn)的編號(hào)應(yīng)按照有關(guān)技術(shù)規(guī)范，盡量做到號(hào)碼簡(jiǎn)單又能按次序排列，使用方便。18.4.1.4 地下水準(zhǔn)測(cè)量(1)地下水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)以始發(fā)井地面水準(zhǔn)點(diǎn)的高程作為起始依據(jù)，通過(guò)豎井將高程傳遞到井下，然后測(cè)定隧道內(nèi)各水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，作為測(cè)定盾構(gòu)在土層中的高程姿態(tài)依據(jù)。(2)地下水準(zhǔn)線路隨著盾構(gòu)掘進(jìn)的進(jìn)展而增長(zhǎng)。為滿足施工放樣要求，一般先測(cè)設(shè)精度較低的臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，然后再測(cè)設(shè)較高精度的永久水準(zhǔn)點(diǎn)，永久水準(zhǔn)點(diǎn)間距一般以200350m為宜。18.4.2 路線中心線測(cè)量(1)在導(dǎo)線網(wǎng)的基礎(chǔ)上設(shè)置地表路線中心線，確定從始發(fā)井至到

6、達(dá)井的計(jì)劃路線,并將中線由始發(fā)井引入隧道。(2)在直線段，通常每20m設(shè)一個(gè)路線中心點(diǎn)，在曲線段應(yīng)設(shè)置始點(diǎn)、終點(diǎn)、交點(diǎn)等主要控制點(diǎn)。 18.5 施工工藝18.5.1 工藝流程18.5.2 操作工藝18.5.2.1 基準(zhǔn)點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)的洞內(nèi)導(dǎo)入即將盾構(gòu)位置測(cè)量中要用到的基準(zhǔn)點(diǎn)和臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，經(jīng)豎井導(dǎo)入盾構(gòu)隧道內(nèi)。導(dǎo)入方法參見(jiàn)圖18.5.2.1。圖18.5.2.1 基準(zhǔn)點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)導(dǎo)入豎井 18.5.2.2 盾構(gòu)推進(jìn)管理測(cè)量(1)平面位置測(cè)量 通常采用導(dǎo)線測(cè)量法，通過(guò)觀測(cè)盾構(gòu)機(jī)上的兩個(gè)靶來(lái)確定盾構(gòu)機(jī)的位置和方向。見(jiàn)圖18.5.2.2。測(cè)量順序如下：圖18.5.2.2 盾構(gòu)平面位置測(cè)量方法 在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)設(shè)置測(cè)

7、點(diǎn)p1、p2,測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在隔板、梁、或者螺旋輸送機(jī)及作業(yè)平臺(tái)等盾構(gòu)機(jī)內(nèi)的固定件上。用導(dǎo)線測(cè)量法測(cè)定洞內(nèi)基準(zhǔn)點(diǎn)與這兩點(diǎn)的距離和角度，進(jìn)而計(jì)算測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)從p1、p2的方向求出修正量及盾構(gòu)機(jī)的方向。由盾構(gòu)中心線與測(cè)點(diǎn)的位置關(guān)系計(jì)算掘削面和盾尾的坐標(biāo)。與隧道計(jì)劃坐標(biāo)對(duì)比，從計(jì)劃線形算出偏離量和方向偏離量。 (2)縱斷面位置測(cè)量用水準(zhǔn)儀直接作水準(zhǔn)測(cè)量，或者用經(jīng)緯儀作間接水準(zhǔn)測(cè)量（三角水準(zhǔn)測(cè)量）。(3)測(cè)量頻度盾構(gòu)機(jī)的重心位置受盾構(gòu)機(jī)的重量、土質(zhì)變化、推進(jìn)速度等因素的影響，常發(fā)生偏離，所以必須提高測(cè)量頻度，一般為每推進(jìn)一環(huán)測(cè)量一次。18.5.2.3 盾構(gòu)推進(jìn)管理自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)即自動(dòng)檢測(cè)盾構(gòu)機(jī)位置和姿態(tài)的設(shè)備，

8、可分為電子速測(cè)儀式和陀螺式兩類，整個(gè)測(cè)量過(guò)程將自動(dòng)化進(jìn)行。18.5.2.4 盾構(gòu)機(jī)的方向控制 (1)模式法選擇推進(jìn)千斤頂群的工作模式實(shí)現(xiàn)方向控制。根據(jù)測(cè)得的水平和豎直方向上的姿態(tài)偏差，讓千斤頂群中的部分千斤頂工作，另一部分千斤頂停止工作，以此同時(shí)修正上述兩個(gè)方向姿態(tài)偏差的方法。應(yīng)注意以下問(wèn)題： 當(dāng)停止的千斤頂再次工作時(shí)，需要等到該千斤頂觸及管片后才能重新推進(jìn)，即必須間歇一段時(shí)間，所以工作效率低。 這種控制模式屬于階段性控制，且因水平和豎直方向同時(shí)糾偏，故控制精度不高。(2)壓力法圖18.5.2.5 傾斜管片方向的修正 將盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)千斤頂分成多組，各組千斤頂?shù)耐屏檫B續(xù)變化，而不是階段性變化，

9、而且全部千斤頂始終參加推進(jìn)，靠追加給千斤頂不同的壓力來(lái)糾偏，工作效率要高于模式法。18.5.2.5 管片組裝管理當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)完一個(gè)行程，一環(huán)管片組裝完成后，必須測(cè)量管片與盾尾板之間的間隙，如果此間隙變小，甚至于消失，則會(huì)對(duì)盾構(gòu)方向的修正產(chǎn)生不利影響，此時(shí)就需要采用楔形管片來(lái)修正管片的方向。修正示意見(jiàn)圖18.5.2.5。18.5.2.6 盾構(gòu)基座變形的預(yù)防與治理(1)現(xiàn)象在盾構(gòu)出洞過(guò)程中，盾構(gòu)基座發(fā)生變形，致使盾構(gòu)掘進(jìn)軸線偏離設(shè)計(jì)軸線。(2)預(yù)防基座框架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度應(yīng)能克服出洞時(shí)遇到的阻力。合理控制盾構(gòu)姿態(tài)，盡量使盾構(gòu)軸線與盾構(gòu)基座中心夾角軸線保待一致。盾構(gòu)基座的底面與始發(fā)井的底板之間要墊平墊

10、實(shí)，保證接觸面積滿足要求。(3)治理先停止推進(jìn)，對(duì)已發(fā)生變形破壞的構(gòu)件進(jìn)行加固。對(duì)需要調(diào)換的部件，先將盾構(gòu)支撐加固牢靠，再調(diào)換被破壞構(gòu)件。如盾構(gòu)基座的變形確實(shí)嚴(yán)重，盾構(gòu)在其上又無(wú)法修復(fù)和加固時(shí)，只能采取措施使盾構(gòu)脫離基座，創(chuàng)造工作條件后對(duì)基座作修復(fù)加固。18.5.2.7 盾構(gòu)后靠支撐位移及變形(1)現(xiàn)象在盾構(gòu)出洞過(guò)程中，盾構(gòu)后靠支撐體系在受盾構(gòu)推進(jìn)頂力的作用后發(fā)生支撐體系的局部變形或位移。(2)預(yù)防措施在推進(jìn)過(guò)程中合理控制盾構(gòu)的總推力，且盡量使千斤頂合理編組，使之均勻受力。采用素混凝土或水泥砂漿填充各構(gòu)件連接處的縫隙，除充填密實(shí)外，還必須確保填充材料強(qiáng)度，使推力能均勻地傳遞至工作井后井壁。對(duì)后

11、靠支撐體系的各構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度校驗(yàn)，對(duì)受壓構(gòu)件一定要作穩(wěn)定性驗(yàn)算。各構(gòu)件安裝要定位精確，并確保電焊質(zhì)量以及螺栓連接的強(qiáng)度。盡快安裝上部的后盾支撐構(gòu)件，完善整個(gè)后盾支撐體系，以便開(kāi)啟盾構(gòu)上部的千斤頂，使后盾支撐系統(tǒng)受力均勻。(3)治理鑿除裂縫填充料，重新充填，并經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)達(dá)到要求強(qiáng)度后再恢復(fù)推進(jìn)。對(duì)變形的構(gòu)件進(jìn)行修補(bǔ)與加固，根據(jù)推進(jìn)油壓及千斤頂開(kāi)啟數(shù)量計(jì)算出發(fā)生破壞時(shí)的實(shí)際推力，對(duì)后靠體系進(jìn)行校驗(yàn)。對(duì)于發(fā)現(xiàn)裂縫的接頭及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。18.5.2.8 鑿除鋼筋混凝土封門時(shí)產(chǎn)生涌土(1)現(xiàn)象在拆除洞封門過(guò)程中，洞門前方土體從封門間隙內(nèi)涌入工作井內(nèi)。(2)預(yù)防根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)狀況，制定合理的土體加固方案，并

12、在拆封門前設(shè)置觀察孔，檢查加固效果，以確保在土體加固效果良好的情況下拆封門。布置井點(diǎn)降水管，將地下水位降至能保證安全出洞水位。根據(jù)封門的實(shí)際尺寸，制定合理的封門拆除工藝，施工安排周詳，確保拆封門時(shí)安全、快速。(3)治理 創(chuàng)造條件使盾構(gòu)盡快進(jìn)入洞口內(nèi)，對(duì)洞門圈進(jìn)行注漿封堵，減少土體流失。18.5.2.9 盾構(gòu)出洞后發(fā)生軸線偏離(1)現(xiàn)像盾構(gòu)出洞推進(jìn)段的推進(jìn)軸線上浮，偏離隧道設(shè)計(jì)軸線，待推進(jìn)一段距離后盾構(gòu)推進(jìn)軸線才能控制在隧道軸線的偏差范圍內(nèi)。(2)預(yù)防正確實(shí)施合理的加固方法和加固強(qiáng)度，保證加固土體的強(qiáng)度均勻，防止產(chǎn)生局部的硬塊、障礙物等。施工過(guò)程中正確地設(shè)定盾構(gòu)正面平衡土壓。及時(shí)安裝上部后盾支撐

13、，改變推力的分布狀況，有利盾構(gòu)推進(jìn)軸線的控制。正確操作盾構(gòu)，按時(shí)保養(yǎng)設(shè)備，保證機(jī)械設(shè)備的功能完好。(3)治理施工過(guò)程中在管片拼裝時(shí)加貼楔子，調(diào)正管片環(huán)面與軸線的垂直度，便于盾構(gòu)推進(jìn)糾偏控制。在管片拼裝時(shí)盡量利用盾殼與管片間隙作隧道軸線糾偏，改善推進(jìn)后座條件。用注漿的辦法對(duì)隧道作少量糾偏，便于盾構(gòu)推進(jìn)軸線的糾偏。18.5.2.10 盾構(gòu)掘進(jìn)軸線偏差 (1)現(xiàn)象盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，盾構(gòu)推進(jìn)軸線過(guò)量偏離隧道設(shè)計(jì)軸線。 (2)預(yù)防正確設(shè)定平衡壓力，使盾構(gòu)的出土量與理論值接近，減少超挖與欠挖，控制好盾構(gòu)的姿態(tài)。盾構(gòu)施工過(guò)程中經(jīng)常校正、復(fù)測(cè)及復(fù)核測(cè)量基站。發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)姿態(tài)出現(xiàn)偏差時(shí)應(yīng)及時(shí)糾偏，使盾構(gòu)正確地沿著隧道

14、設(shè)計(jì)軸線前進(jìn)。盾構(gòu)處于不均勻土層中時(shí)，適當(dāng)控制推進(jìn)速度，多用刀盤切削土體，減少推進(jìn)時(shí)的不均勻阻力。也可以采用向開(kāi)挖面注入泡沫或膨潤(rùn)土的辦法改善土體，使推進(jìn)更順利。當(dāng)盾構(gòu)在極其軟弱的土層中施工時(shí)，應(yīng)掌握推進(jìn)速度與進(jìn)土量的關(guān)系，控制正面土體的流失。拼裝拱底塊管片前應(yīng)對(duì)盾殼底部的垃圾進(jìn)行清理，防止雜質(zhì)夾雜在管片間，影響隧道軸線。在施工中按質(zhì)保量做好注漿工作，保證漿液的攪拌質(zhì)量和注入的數(shù)量。(3)治理調(diào)整盾構(gòu)的千斤頂編組或調(diào)整各區(qū)域油壓，及時(shí)糾正盾構(gòu)軸線。對(duì)開(kāi)挖面作局部超挖，使盾構(gòu)沿被超挖的一側(cè)前進(jìn)。盾構(gòu)的軸線受到管片位置的阻礙不能進(jìn)行糾偏時(shí)，采用楔子環(huán)管片調(diào)整環(huán)面與隧道設(shè)計(jì)軸線的垂直度，改善盾構(gòu)后座

15、面。18.5.2.11 盾構(gòu)在推進(jìn)過(guò)程中發(fā)生上浮或扎頭 (1)現(xiàn)象隨著盾構(gòu)的不斷向前推進(jìn)，成環(huán)隧道呈上浮現(xiàn)象(多見(jiàn)于泥水盾構(gòu))，或者呈扎頭現(xiàn)象(在軟土地層中尤為顯著).(2)預(yù)防提高同步注漿質(zhì)量，縮短漿液初凝時(shí)間。提高注漿與盾構(gòu)推進(jìn)的同步性，使?jié){液能及時(shí)充填建筑空隙，形成盾尾處的漿液壓力。同時(shí)加強(qiáng)隧道沉降監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)隧道呈上浮趨勢(shì)時(shí)，立即采取對(duì)已成環(huán)隧道的補(bǔ)壓漿措施。及時(shí)復(fù)緊已成環(huán)隧道的連接件。適時(shí)調(diào)整推進(jìn)速度。(3)治理當(dāng)出現(xiàn)上浮時(shí)，在盾尾后隧道外周壓注雙液漿形成環(huán)箍（必要時(shí)采用聚氨酯），隔斷泥水流失路徑，消除管片呈懸浮狀態(tài)的條件。當(dāng)出現(xiàn)扎頭現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)使用底部千斤頂，必要時(shí)往盾構(gòu)前面的底

16、部壓漿，以改良地基。采用人為超挖、上下千斤頂不同推力等手段糾偏。18.5.2.12 盾構(gòu)過(guò)度自轉(zhuǎn) (1)現(xiàn)象 盾構(gòu)推進(jìn)中盾構(gòu)發(fā)生過(guò)量的旋轉(zhuǎn)，造成盾構(gòu)與車架連接不好，影響盾構(gòu)的正確姿態(tài)。 (2)預(yù)防 對(duì)盾構(gòu)內(nèi)各種設(shè)備的重量和位置進(jìn)行驗(yàn)算，使盾構(gòu)重心位于中線上或配置配重調(diào)整重心位置于中心線上。 經(jīng)常糾正盾構(gòu)轉(zhuǎn)角，使盾構(gòu)自轉(zhuǎn)在允許范圍內(nèi)。 根據(jù)盾構(gòu)的自轉(zhuǎn)角，經(jīng)常改變旋轉(zhuǎn)設(shè)備的工作轉(zhuǎn)向。 (3)治理 通過(guò)改變刀盤或旋轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)向或改變管片拼裝順序來(lái)調(diào)節(jié)盾構(gòu)的自轉(zhuǎn)角度。 網(wǎng)格盾構(gòu)、擠壓盾構(gòu)可調(diào)節(jié)胸板的開(kāi)口位置和大小、調(diào)整千斤頂?shù)木幗M等來(lái)調(diào)整盾構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度。 盾構(gòu)自轉(zhuǎn)量較大時(shí)，可采用單側(cè)壓重的方法糾正盾構(gòu)

17、轉(zhuǎn)角。18.5.2.13 盾構(gòu)發(fā)生后退(1)現(xiàn)象盾構(gòu)停止推進(jìn)，尤其是拼裝管片的時(shí)候，產(chǎn)生后退的現(xiàn)象，使開(kāi)挖面壓力下降，地面產(chǎn)生下沉變形。(2)預(yù)防加強(qiáng)盾構(gòu)千斤頂?shù)木S修保養(yǎng)工作防止產(chǎn)生內(nèi)泄漏。將安全溢流閥的壓力調(diào)定到規(guī)定值。拼裝時(shí)不多縮千斤頂，管片拼裝到位及時(shí)伸出千斤頂?shù)揭?guī)定壓力。(3)治理如因盾構(gòu)后退而無(wú)法拼裝襯砌，可進(jìn)行二次推進(jìn)。18.5.2.14 盾構(gòu)進(jìn)入接受井時(shí)姿態(tài)突變(1)現(xiàn)象 盾構(gòu)進(jìn)入接受井洞后，最后幾環(huán)管片與前幾環(huán)管片存在明顯的高差，影響了隧道的有效凈尺寸。(2)預(yù)防盾構(gòu)接收基座的施作應(yīng)嚴(yán)格滿足設(shè)計(jì)要求，使盾構(gòu)下落的距離不超過(guò)盾尾與管片的建筑空隙。將進(jìn)洞段的最后一段管片，在上半圈的部位用槽鋼相互連結(jié)，增加襯砌結(jié)構(gòu)的整體剛度。在最后幾環(huán)管片拼裝時(shí)，注意對(duì)管片的拼裝螺栓及時(shí)復(fù)緊，提高抗變形的能力。進(jìn)洞前調(diào)整好盾構(gòu)姿態(tài)，使盾構(gòu)標(biāo)高略高于接收基座標(biāo)高。(3)治理 在洞門密封鋼板未焊接以前，用整圓裝置將下落的管片向上托起，糾正誤差。18