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盾構鋼套筒內(nèi)曲線始發(fā)糾偏施工技術

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中國建筑一局（集團）有限公司科技創(chuàng)效推廣應用技術名錄
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（一四五）盾構鋼套筒內(nèi)曲線始發(fā)糾偏施工技術
1. 技術背景
目前，在城市地鐵隧道施工中主要應用盾構法施工。采用鋼套筒始發(fā)對周邊環(huán)境的影響更小，
能大幅降低始發(fā)風險，因此，地鐵建設中盾構鋼套筒始發(fā)施工技術被廣泛應用。在盾構始發(fā)過程中
由于洞門鋼環(huán)偏差、盾體變形、盾構基座變形和基座測量擬合盾構姿態(tài)誤差等原因，非常容易出現(xiàn)
盾構始發(fā)姿態(tài)差進而導致正環(huán)管片錯臺、滲漏、超限等諸多問題。常規(guī)始發(fā)不能糾偏只能直線掘進，
當盾構機初始姿態(tài)（安裝時盾構機和設計軸線的差值）偏差較大時，采取對盾構托架進行局部頂升、
單側平推，乃至吊出盾構重新安裝，造成工期延誤和經(jīng)濟損失。因此，如何在鋼套筒工藝、盾構掘
進控制本身上采取控制措施，在始發(fā)姿態(tài)差的情況下，將盾構進入土體后糾偏的風險前置，在鋼套
筒內(nèi)糾偏成為保證成型隧道始發(fā)質量安全的關鍵性問題。
依托于深圳地鐵13 號線北延土建工程項目，以泥水盾構鋼套筒曲線始發(fā)為實例，進行了鋼套筒
內(nèi)姿態(tài)調(diào)整的探索，形成盾構鋼套筒內(nèi)曲線始發(fā)盾構姿態(tài)調(diào)整施工技術。
2. 技術簡介
2.1 技術原理
利用楔形盾體設計、浮力創(chuàng)造糾偏條件，利用杠桿原理實現(xiàn)糾偏。填充物在鋼套筒和盾體之間
的密封空間內(nèi)對盾體形成浮力，減輕待糾偏抗力。前盾、中盾、尾盾采用楔形設計且D 前盾＞D 中盾＞
D 尾盾。在前盾外設置沙袋形成虛擬支點，不同部位千斤頂推進力差使盾體偏轉，刀盤切削圍護結構
時，結構對盾體的抗力使盾體偏轉實現(xiàn)對盾體的糾偏。
圖4-1 泥水盾構曲線始發(fā)姿態(tài)糾偏原理圖
2.2 技術要點
工藝先進：首次在盾構始發(fā)基座上進行糾偏控制，盾體組裝后其垂直姿態(tài)、水平姿態(tài)偏差在40mm
時可進行糾偏調(diào)整到正常狀態(tài)。
風險前置：常規(guī)始發(fā)只能當盾構完全進入土體才能糾偏，本施工技術在盾構井的鋼套筒內(nèi)糾偏，
將始發(fā)風險前置到鋼套筒內(nèi)解決。保證了成型隧道的質量，有利于始發(fā)安全。
操作簡便：鋼套筒采用鋼環(huán)拼裝工藝，糾偏采用常規(guī)盾構糾偏工藝，僅需要采用型鋼對鋼套筒、
反力架加固以抵御糾偏反力。
3. 適用范圍
本施工技術適應于盾構在鋼套筒內(nèi)糾偏控制，可實現(xiàn)盾構始發(fā)姿態(tài)偏差＜40mm 時的糾偏，尤其
適應鋼套筒曲線始發(fā)姿態(tài)調(diào)整。
4. 施工工藝流程及操作要點
4.1. 施工工藝流程
泥水盾構鋼套筒內(nèi)盾構初始姿態(tài)調(diào)整流程圖如所示。
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圖4.1-1 泥水盾構鋼套筒曲線始發(fā)盾構姿態(tài)調(diào)整流程圖
4.2. 施工操作要點
4.2.1. 盾構初始姿態(tài)設定
根據(jù)擬始發(fā)軸線，按照盾構從始發(fā)到完全進入土體前均采用直線掘進（L 略大于盾體長度，一
般取10m），當盾體完全進入土體時切口姿態(tài)為0mm，且擬掘進的曲線偏差d3max≤±50mm。設定盾
構始發(fā)鋼套筒基座的坐標使盾構機切口姿態(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)軸線設計圖
4.2.2. 基座加固、盾構下井
根據(jù)擬始發(fā)軸線盾尾中心O1 和切口中心O2 坐標反算支座坐標，現(xiàn)場測量放線，調(diào)整并加固鋼
套筒，調(diào)整、焊接加固支座軌道，中盾、前盾、刀盤和盾尾依次吊裝下井并組裝。盾構組裝完成后
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 盾構基座與盾構吊裝
4.2.3. 人工復核盾構姿態(tài)
測量中盾上的特征點，根據(jù)盾構參數(shù)，計算盾構姿態(tài)。對比與擬始發(fā)姿態(tài)差別，重新評估始發(fā)
軸線。若L’≥L，且d3max≤±50mm，正常始發(fā)。當L’小于L，或d3max≥±50mm 時，在可調(diào)整偏差
（Δd1’-d2’-Δd1-d2≤30mm）范圍內(nèi)且趨向一致時，則無需返工或停工調(diào)整。
圖4.2.3-1 人工復核盾構姿態(tài)后的實測始發(fā)軸線
4.2.4. 調(diào)整反力架
調(diào)整反力架，使鋼套筒基準環(huán)朝著糾偏方向扭轉一定角度，使扭轉的角度：β=L 盾體長度×α/D 管
片直徑。定位后對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)負環(huán)管片，使管片和鋼套筒基準環(huán)貼緊，打開頂部端蓋，向頭部端蓋內(nèi)填碼3 圈沙袋，
碼放位置距離刀盤頭部約1.2m。打開中部、尾部端蓋填充滿中粗砂。向盾尾注入油脂使管片、盾構、
鋼套筒內(nèi)形成密封空間。通過氣墊倉向鋼套筒內(nèi)加氣進行密閉性試驗，鋼套筒密閉性試驗達到設定
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、填充砂示意圖
4.2.6. 增設支撐
在鋼套筒三處接口位置，設置雙拼型鋼支撐，型鋼支撐一端支撐在盾構始發(fā)井結構的預埋鋼板
上，一端頭垂直支撐在鋼套筒上。
圖4.2.6-1 增設支撐示意圖
4.2.7. 注入泥漿
通過造漿系統(tǒng)使泥漿的粘度、比重等符合設定要求，開啟泥水平衡盾構進漿泵，緩慢向鋼套筒
內(nèi)添加泥漿，待泥漿滲滿整個盾體。再繼續(xù)逐步加壓到設定壓力，使設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
時封堵。
圖4.2.7-1 泥漿注入示意圖
4.2.8. 掘進調(diào)整控制
操作盾構油缸，以向下糾偏為例，加大頂部千斤頂推進力Fai，減小底部千斤頂推進力Fdi，形成
壓力差ΔF，盾體前移的同時，沿著沙袋形成的虛擬支點轉動角度αi（實時偏航角）。當盾體轉動角
度αi＜α（設定偏航角）時，繼續(xù)頂進，切削圍護結構時，圍護結構混凝土的F 抗力形成對盾體的偏轉
分力，盾體在分組油缸推進力和圍護結構抗力作用下進一步轉動，直到偏轉角度達到設定的α，至此，
盾體實現(xiàn)鋼套筒內(nèi)糾偏。
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圖4.2.8-1 掘進調(diào)整控制示意圖
4.2.9. 正常掘進
偏轉角度達到設定的α后，盾體達到預設的割線始發(fā)軸線姿態(tài)，見圖5.2.1-1。控制千斤頂壓力，
使Fai≈Fdi 即千斤頂壓力相同，這樣盾構機沿著設定的軸線直線掘進。直到盾體完全進入土體后再沿
著設計軸線掘進。
5. 材料與設備
表5-1 主要材料表
序號名稱規(guī)格/型號用途
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 盾構支座
4 管片及螺栓/ 負環(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
9 肥皂水/ 密封性能檢測
10 沙袋/ 形成封堵墻和虛擬支點
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 固定鋼結構
15 反力架Q235鋼推進反力支座
16 膨潤土鈉基造泥漿
表5-2 機械設備表
序號名稱規(guī)格/型號用途
1 盾構機/ /
2 全站儀2″ 姿態(tài)測定
3 起重機25t 鋼套筒吊裝
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序號名稱規(guī)格/型號用途
4 起重機360t 盾構吊裝
5 電焊機ZX7-160 焊接固定
6 空壓機10m³ 加壓測試
7 氣動扳手/ 鋼套筒緊固
8 千斤頂50t 反力架調(diào)整
9 注漿機/ 堵漏
10 調(diào)制漿系統(tǒng)設備/ 造泥漿
6. 效益計算分析
6.1.1建設單位經(jīng)濟效益
以單臺6m 級盾構，隧道埋深12m 為例，對比化學漿液端頭加固和鋼套筒始發(fā)，單臺盾構始發(fā)
節(jié)約投資約92.3 萬元。
表6-1 單臺盾構（6m 級）始發(fā)方案投資估算對比表
序號項目及主要項目特征數(shù)量綜合單價合價(元)
1 化學漿加固方案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 兩方案對比=1-2 923030
6.1.2施工單位經(jīng)濟效益
以單臺6m 級盾構，隧道埋深12m 為例，當始發(fā)盾構姿態(tài)超出預期20mm~30mm 且始發(fā)進入土
體后永久襯砌有超限風險時，需要進行糾偏，常規(guī)采用吊出盾體重新組裝糾偏。采用本施工技術在
鋼套筒內(nèi)糾偏，則無須返工處理，對比兩種方法。鋼套筒內(nèi)糾偏方法比常規(guī)糾偏方法節(jié)約成本約19
萬元。
表6-2 盾構始發(fā)（6m 級）糾偏方案成本對比表
序號項目及主要項目特征數(shù)量綜合單價合價(元)
1 吊出重新組裝206000
1.1 吊拆、吊裝1 臺·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 兩方案對比=1-2 190000
7. 應用實例（典型照片）
圖7-1 按照初始姿態(tài)對支座放線圖7-2 盾構下井
圖7-3 人工復核盾構姿態(tài)圖7-4 調(diào)整反力架
圖7-5 鋼套筒內(nèi)填砂圖7-6 增設支撐
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圖7-7 注入泥漿圖7-8 掘進調(diào)整控制（-4 環(huán)）
圖7-9 正常掘進控制（+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)）糾偏結果圖7-12 盾構完全進入土體（+3 環(huán)）姿態(tài)
8. 技術咨詢服務單位聯(lián)系方式
技術提供單位中國建筑一局（集團）有限公司華南區(qū)域公司
中國建筑一局（集團）有限公司
主要完成人曹太波
技術咨詢聯(lián)系人曹太波聯(lián)系電話15675184666

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