1、3）地面冒浆或地表沉陷；4）压力不当，地表变形大。针对以上风险，确定采用相应的处理方法, 以旋喷或搅拌加固改善盾构掘进地层土的力学性质，增强其自稳能力；降低地下水位，减小掌子面内外水头差，确保始发洞门密封安全有效，井内回填灌水接收，在工作内营造与正常掘进相似的工况环境以实现安全接收。5、施工工艺流程及操作要点5.1总体施工顺序5.1.1始发施工顺序在始发井主体结构施工完成以后，首先进行始发基座与反力架施工；盾构机运至工地后，进行整机下井组装，在组装过程中进行端头冻结加固、洞门密封安装及泥水设备联机测试；组装完成后进行盾构机空载调试，同步进行洞门破除、反力架钢支撑制安以及泥水投料试车等工作；盾构
2、机空载调试完成后进行负载调试、拼装负环管片；然后盾构机向前推进，刀盘接触土体，进行洞门密封二次注浆、开始盾构机试掘进施工等。盾构始发施工主要流程见图1。盾构始发过程中端头冻结加固、地下连续墙破除、洞门密封以及泥水平衡的建立是保证开挖面土体稳定、减少对周边土体扰动、确保盾构一次始发成功的关键技术。5.1.2接收施工顺序在梅子洲明挖段完成主体结构施工后，首先进行接收井端头土体加固和接收基座的施工；盾构机接收段施工的同时开展接收井端头冷冻加固、贯通测量、洞门前井点降水；在上述施工达到设计要求的条件下，盾构机步入加固土体，并同步开展洞门破除施工；洞门破除完成后，向工作井内接收基座上部堆填粘土，粘土堆填
3、高度34m，在确保接收措施全部到位后，向接收井内灌水；拔除冻结管，盾构机破碎冻土墙，在维持内外泥水平衡的前提下逐步步入接收竖井；在盾尾完全进洞门预埋钢环后，抽掉竖井内泥水，对盾构洞门周圈进行密封注浆加固，同时开展盾构机拆解工作。接收施工流程见图2。5.2基座施工5.1.1始发基座与反力架施工始发基座采用现浇钢筋砼弧形结构，底部长15m，宽15.5m，结构纵向两道预留沟槽，横向一道预留沟槽，沟槽为盾构组装焊接预留操作空间。反力架为内圈为圆环形，内径13.30m，前侧面上预埋28块6060cm钢板，主要为盾构始发提供牢固的受力点，使盾构千斤顶有足够的反向力推动盾构机前进。5.1.2接收基座施工盾构
4、到达采取水中接收时基座采用水泥砂浆结构。接收基座长宽与竖井尺寸相同，根据不同阶段施工要求，在竖井内采用两种断面形式（图3）：在距离大里程端13.5m范围内基座为全断面矩形结构，为保证接收阶段管片拼装有足够的反力支持，盾构底端向上2.3m范围内全部由M7.5水泥砂浆砌筑；在距离小里程端4.5m范围内基座为弧形结构，即盾构开挖轨迹线范围内基座采用黄砂塞填。结构纵向预留两道，横向一道沟槽，沟槽为盾构拆解切割预留操作空间，沟槽在接收前采用黄砂堆填。5.3三轴搅拌加固盾构始发段与接收段土层为淤泥质粉质粘土和粉细砂，设计洞门前方土体采用1000mm三轴搅拌桩进行加固。其中始发段洞门前方18m范围内采用满堂
5、加固，单线加固宽度和深度均为21.1m；洞门前方1855m为顶棚加固，单线加固宽度21.1m，顶棚加固深度范围为隧道结构顶以上3.3m至隧道中轴线下2m，加固深度为12.55m。接收段全断面加固区全长共17m，加固深度为盾构底部以下2.5m,深度在25.526m，加固宽度46.5m。图3 接收基座断面图5.4端头冻结加固5.4.1冷冻加固设计鉴于大型泥水平衡盾构始发和接收对加固体强度及密封性要求很高，为增加泥水平衡盾构始发和接收工作的可靠性,设计采用整体板块全深冻结方案：在加固土体和连续墙结合处，即在地下连续墙外围0.51.3米布置二排冻结孔，并通过人工制冷工艺形成一个冻土壁，将三轴搅拌加固土
6、体和地下连续墙胶结，以隔绝地下水，在冻土壁（封水）与地下连续墙（抗地压）的联合支护下洞门凿除。冻结孔梅花形布置，始发端冻结深度23m，接收端冻结深度26.5m（穿过洞口下沿3米），冻结壁与连续墙胶结宽度20米（超过洞门直径范围外2.325m），孔距0.8m，排距0.8m，内排孔距槽壁0.4m，洞口处冻结板块厚1.6m，冷冻法加固布置见图4。图4冷冻法加固平面图5.4.2盾构进出洞的条件盾构在进出洞之前，冻结加固土体必须达到一定条件方可，具体条件见表1：表1 冷冻加固指标序号内容指标1冻土墙厚度设计厚度1.6m；2冻土的平均温度；低于-103洞门内周边水平探孔温度低于-24盐水去回路温度差25.
7、4.3冻结要求及效果根据隧道盾构冷冻加固实测并结合该工程，群孔冻结内部冻土平均发展速度均为30mm/d以上，外部（向外）冻土平均发展速度为30mm/d。冻结板块交圈时间为16天，冻土墙与连续墙完全胶结时间为25天,冻结30天后冻土墙达到设计厚度和强度可完全凿除洞门。根据测温情况，积极冻结15天盐水温度达到-30。在冻结一个月后，各测温孔测点温度计算出冻土平均温度-16以下，最小冻结壁厚度1.88米，测温孔内无泥水流出，温度全部低于-2。5.4.4冻结与盾构始发和接收的协调冻结孔钻孔施工、冻结管安放、冻结时间安排等要与洞门破除、盾构机安装调试或盾构接收掘进相协调，保证洞门破除安全以及盾构机始发与
8、接收工期要求。在冷冻墙达到要求后根据盾构机安装调试或接收掘进进度安排洞门破除施工时间，防止洞门破除后盾构机不能及时始发或到达，使得冷冻墙长时间过长暴露，造成安全隐患。原则上在盾构始发前一天完成洞门破除施工。在盾构推进之前，利用热盐水循环人工局部解冻拔除冻结管，首先将所有位于隧道推进范围内的冻结管拔离隧道顶部0.5m，并尽快恢复冻结。在盾构完全穿越冻结区域后，拔除冻结管，冻结孔采用粘土回填压实，顶部1m高度采用素混凝土填实。5.5 洞门破除在冻结墙体满足设计强度要求、确保盾构机具备始发出洞或接收进洞的条件下，方可开展洞门区域连续墙破除工作。为尽量减少洞门破除对洞圈范围内的土体影响，确保盾构机安全
9、进出洞，洞门连续墙分三次进行凿出。第一次破除外侧混凝土10cm，剥除地下连续墙内层钢筋；第二次破除安排在冻结完成交圈后进行，破除混凝土50cm，破除完成后将混凝土碴清理干净，在洞门上打探温孔（共计30个）检测温度是否完成冻结；第三次破除分两阶段实施，一阶段在洞门前探测孔温度（-2）满足设计要求后，破除混凝土厚度30cm，并将破除混凝土碴清理吊运出基坑；二阶段在两天内完成地下连续墙剩余10cm混凝土及外侧钢筋破除，并将混凝土碴清理完，保证盾构机进出洞时连续墙破除及清理工作，且冻结掌子面裸露时间不超过2天。破除过程中对洞门范围墙体位移变化密切观测，一旦发现洞门圈内墙体或土体有较大变形或有渗漏水现象
10、，立即停止洞门连续墙破除，对渗水部位进行注浆封堵，以防水土流失，影响冻土墙交圈；如未发现异常情况,可直接进入下一层破除。破除时不能一次完成，要分层剥离，第二次破除后洞门连续墙保留厚度不小于400mm，并保留钢筋，以保护冻土墙。洞门破除是个较大的风险点，为此要进行跟踪监控和量测，量测布点包括端头沉降观测点，洞门破除水平观测点，测斜观测点。5.6洞门端头井点降水为进一步保证盾构的顺利始发或接收，防止洞门口发生流砂、管涌等灾害事故，设计采用井点降水，在盾构始发或到达加固区之前将洞门口附近的地下水位降至盾构掘进面以下1m。此次降水集中在洞门附近，考虑到保护加固体的整体性，在加固体中不布置降水井。降水井
11、的布置原则是：尽量靠近洞门口，同时注意避让已有的建（构）筑物。降水施工应避免在冷冻加固体积极冻结阶段开展，防止水流造成冷冻体无法交圈。在盾构完全脱离加固土体，洞门密封注浆加固完成后，方可停止降水运行。5.7始发洞门密封始发洞门密封由预埋钢环、密封钢环及两道帘布橡胶密封组成。依靠预埋钢环和密封钢环作为圆形钢圈，并在密封钢环内安装两道橡胶帘布包括盾体以达到封闭泥水的目的。预埋钢环设计为宽度0.8m的圆环板结构，竖直埋设于主体结构内，钢环内侧面直径15.35m。钢环外侧预埋32注浆管，沿圆环均匀布置。注浆管穿过预埋钢环，与钢环内侧面连通。洞门钢环安装时其中心要和隧道轴线重合,钢环要具有足够的刚度,以
12、防在盾构井内衬墙施工中钢环变形。密封钢环与预埋钢环沿圆周对焊，端面与盾构轴线垂直，在密封环内圈设置两道压板，压板与密封环通过销轴连接，可内外转动。压板径向宽度40cm，主要作为帘布橡胶密封的刚性支撑。始发洞门密封装置见图5。橡胶帘布采用径向尼龙线和环向棉纱绳制成，沿圆环径向宽度72cm，厚度2cm。其固定在绕密封环内一周的螺栓孔内。在盾构机开始掘进后，两道帘部密封及压板内翻，分别在开挖仓和帘布橡胶之间注入泥浆后，两道帘布密封在泥浆的压力作用下向外扩张，压板作为帘布的刚性支撑使帘布压紧包裹在盾体上。为了增强橡胶帘布对盾体的包裹里，在两道橡胶帘布内侧安装弹性钢板，保证橡胶帘布、压板与盾体密贴。使洞
13、门无泥水外溢，达到密封建压的作用。图5 始发洞门密封装置图5.8始发泥水平衡建立盾构机刀盘穿过两道洞门密封，刀盘上部接触土体后，在开挖仓内注入膨润土泥浆，通过预埋在钢环上的注浆管判断液位，当一个高度上的注浆管有泥水外溢时则关闭此注浆管，继续注入泥浆，依次上升，直至开挖仓及第二道帘布橡胶密封内充满膨润土泥浆。在开挖仓内注入泥水的同时通过密封环上的油脂注入孔在两道帘布密封之间注入经一定配比的新型高分子材料，即HS-2型和HS-3型制浆剂，来封堵帘布橡胶与盾体之间的空隙。经实践证明，这种最新配比的高分子材料具有良好的封堵效果。帘布橡胶之间注入泥浆过程中也从底部向上注入，上部的注浆孔用于排出两道帘布橡
14、胶空腔内气体。根据从下至上的注浆孔判断液位，每当一个高度的注浆孔有泥浆溢出时，则关闭该注浆孔，依次向上进行直至顶部注浆孔有泥浆溢出，保证帘布之间充满添加高分子材料的泥浆，以封堵帘布与盾体之间的空隙，建立盾构掘进泥水压力平衡。5.9 贯通测量在盾构推进至盾构到达施工范围时，应对盾构机的位置和盾构隧道的测量控制点进行准确的测量，明确实际隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，同时应对盾构接收井的洞门进行复核测量，确定盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划。在考虑盾构机的贯通姿态时须注意两点：一是盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差，二是接收洞门位置的偏差。综合这些因素在隧道设计中心轴线的基础上进行适当
15、调整，纠偏要逐步完成。为保证接收的精度，安排在隧道贯通前150m进行贯通测量，贯通测量工作包括地面控制网联测（平面和高程）及接收井洞门测定（平面与高程）等测量工作。贯通测量后应及时确认测量成果正确或是采用新成果，保障贯通精度。根据南京长江隧道工程盾构隧道施工质量检查与评定标准规定，高程贯通测量精度土25mm，导线贯通测量误差土20mm。经多次测量,得出洞门圆心坐标（表2）及盾构机外壳与洞门环间距（图6）如下:表2 洞门圆心坐标 设计里程圆心坐标_m半径_m 实测里程偏 差 mmXYZ水平垂直LK6+624.025121773.6212146246.9762-9.16247.6970 6+623
16、.966512.1-7.4LK6+623.225121773.1382146247.5127-9.14937.7084 6+623.24481.7+7.2图5 设计轴线上盾构机外壳与洞门钢环间距根据测量结果，无需对轴线进行调整，即可保证盾构机顺利步入接收竖井。在进行上述工作的同时，盾构接收阶段，应当加强隧道内的水准及导线控制测量。通过增加控制测量的频率及减小换站距离来减小测量误差带来的影响，最终确保盾构顺利、准确到达接收。5.10接收井内堆填粘土和灌水为了盾构接收时地层稳固，降低大直径盾构与洞门圈间隙涌泥涌砂及地表沉降风险，设计在洞门混凝土破除完成后，向竖井内回填粘土，使盾构机在通过洞门圈后下
17、部有土体支撑，回填粘土厚度为盾构底部以上4m，回填粘土应进行压实。为了确保接收时内外压力平衡，回填粘土后向工作井内灌入清水，水源可采用降水井内抽水，灌水深度为盾构顶部向下3m。在盾构进入工作井向前推进过程中可以继续进行泥水循环及同步注浆，确保近洞门段管片环能够注浆密实，控制管片变形及沉降。5.11洞门注浆加固在盾构机完成始发出洞或完全进入接收井后，应对洞门圈与管片之间间隙进行注浆加固，将暴露土体完全隔离，以确保工程安全。通过预埋钢环上注浆孔对首末几环管片进行注浆加固。注浆的过程中要密切关注洞门的情况，一旦发现有漏浆的现象应立即停止注浆并进行封堵处理。确保洞口注浆密实，洞门圈封堵严密。通过二次注
18、浆孔对靠近洞门的十环管片进行注浆填充。待注浆凝固后，根据设计要求施做洞门结构。5.12劳动力组织施工过程控制由总工程师全面负责，技术、质检、测量人员跟班作业，劳动组织见表3。表3 劳动组织序号 岗位 工作内容 人数 工具配备1 现场指挥 负责技术、人员调度 2 对讲机、电脑 2 加固工人 三轴搅拌加固 20 3 电工 负责临时用电 4 电工工具 4 修理工 维修机械设备 4 维修工具 5 电焊工 焊接 5 电焊、氧割设备 6 机动人员 配合临时工作 6 7 监控量测 观测中心线、高程 8 对讲机、测量仪器 8 降水工 降水井成孔、降水运营等 10人 9 安装工 洞门密封安装 8人 10 注浆工
19、 始发接收洞门注浆加固 5人 11 凿除工 洞门凿除 15人12 钢筋工 制作绑扎钢筋 12人13 混凝土工 浇筑砼 10人1 模板架子工 支架搭设，模板制作加固 15人2 钻机司机 冷冻钻孔 10人14 冷冻工 冷冻运营、下拔冻结管 10人 15 安全员 负责安全工作 2人 16 技术人员 检查各工序的施工情况 12人 6、材料与设备表4 材料与机具设备序号 机械设备名称 规格 数量1 钻机 8QZJ-130 4台2 潜水泵 WQ40-30-7.5 50台3 发电机 300KW 1台4 三轴搅拌桩机机 PAS-120VAR 4台5 灰浆泵 HB6-3 4台6 冷冻机组 YSLGF300 2台
20、7 注浆泵 3SNS 5台8 液压注浆泵 PH250 2台 9 空压机 XAHS376、V13/7 3台 10 水泵 2.5 5台 11 排污泵 3PNL 3台 12 装载机 Z30 1台 13 汽车吊 1台 14 管床等金加工、修理设备 1套 15 电焊机 15kVA 6台 16 手风枪 Y28 12把 17 莱卡全站仪 TPS1200 1台 18 水准仪 DSZ2 1台19 收敛计 GY-85 1台20 出碴车辆 斯太尔王 2台 7、质量控制7.1洞门加固质量控制1、后冻结壁和搅拌加固体的强度及厚度应满足盾构进出洞时的安全性，同时确保冻土墙与连续墙胶结，防止涌砂、涌水；2、冷冻站安装完毕后
21、要认真进行系统打压、试漏及抽真空密封性能试验，试验合格后，要进行系统排污。3、为减少冻胀使连续墙产生位移，合理调整冻结孔的供冷方式及冻结速度，减少冻胀力对连续墙的危害；4、尽量缩短盾构出洞前的冻结时间，在选择大直径冻结管的同时，应保证冻结孔的垂直度，尤其是靠近连续墙处一排冻结孔；5、选择能力较大的钻机，进行冻结孔施工，以保证钻孔施工进度和质量；6、冻结管是否安全顺利拔除，是影响盾构顺利推进的关键，应确保隧道区域内的冻结管完全拔除；7、加强和密切配合各项检测工作，及时掌握和分析检测资料，以便指导施工。7.2洞门密封质量控制措施1、严格按照设计文件进行洞门钢环的制作、加工、安装，保证施工精度满足要
22、求；2、严格检查橡胶帘布质量，安装时螺栓两侧加垫橡胶垫圈达到更好的密封效果。确保所有螺栓上紧，无遗漏现象。3、加强盾构始发时的姿态控制，避免盾构姿态不好造成洞门密封的局部失效。4、盾构始发时，派专人对洞门密封情况进行观察，发现问题，及时处理。5、适当调整铰接压板，保证帘布橡胶与盾构筒体的密贴。8、安全措施8.1 颁布落实安全生产手册根据超大直径盾构始发和接收工程的特点和业主、公司的安全生产管理规定，颁布实施适合本工程需要的安全生产手册，其内容遵守国家颁布的各种安全规程。工人上岗前进行培训和考核，合格者准予上岗。8.2 坚持持证上岗制度对于机械操作手、电工、电焊工、凿除工等特殊工种工作人员，严格
23、持证上岗，确保按安全操作规程施工，保证施工安全。8.3 落实安全教育培训制度通过加强全员的安全教育和技术培训考核，使各级领导和广大职工深刻认识安全生产的重要性、必要性，并懂得安全生产的科学知识，牢固树立“安全第一，综合治理”的思想，克服麻痹思想，自觉遵守各项安全生产法令和规章制度。采取三级安全教育、特种作业人员岗位培训、经常性安全教育等方法，使安全教育培训工作形成制度化、经常化、群众化。8.4洞门破除安全控制措施1、为防止破除时出现土体失稳或涌水、涌砂现象，在现场准备急救用的一定数量的草袋、编织袋、方木、钢支撑等材料及水泵、混凝土湿喷机等设备，包括担架在内的急救设备。草袋及编织袋内预先装入粘土
24、，方木及型钢加工成框架形状，一旦发生险情可以直接贴上掌子面。水泵安装到位，管线接好，一旦涌水可以立即外排。现场通讯、照明、排水、通风、消防等设备要配置到位，防止险情发生时现场一片混乱。另外要求所有破除及清碴人员佩戴安全带、安全帽等劳动保护用品，保护作业人员生命安全。破除时，有土体失稳或涌水、涌砂现象，施工人员应立即撤离工作面，使用现场储备足够的装粘土编织袋封堵涌水涌砂点，使用方木及型钢对土体失稳部位进行支护，阻止土体变形发展。如发生大量涌水时，立即开动水泵进行强排，防止涌水浸泡使土体失稳加剧，并防止盾构机上各种零部件被水浸泡造成难以弥补的损失。在进行排水的同时采用喷射混凝土封闭作业面，避免大量
25、涌水造成掌子面土体坍塌，并在涌水点插打压浆管压浆堵水。在洞门全面破除后，盾构机应抓紧始发，刀盘迅速靠上洞口掘进工作面，并调整洞门密封止水装置。盾构机进入工作面靠上开挖土体后，拔除盾构推进区域所有冻结管，以防冻结管受挤压变形，不能拔出。在冻结管拔除后立即在开挖仓内注入泥水，进行加压掘进，缩短洞门土体无支撑暴露时间，防止冷冻土体受热融化。盾构在穿越冻结区时，不宜停留，在拼装管片时，每隔1015分钟将刀盘转动35分钟，以防刀盘被冻住。8.5盾构通过冷冻墙体盾构井端头采取1.6m冷冻墙，盾构通过冷冻墙时易发生刀盘冻结事故，低温冷冻墙体与室温泥浆接触，还会带来泥浆性质变化和墙体失稳现象。施工中需确保冷冻
26、墙土体不因热量散失造成失稳，冷冻管拔除时保留盾构掘进范围外的冷冻管，必要时可对土体进行补充冷冻。8.6灌水接收安全控制抽排基坑内泥水的过程，同时也是端头加固土体卸载的过程。在此阶段土体所受侧压力呈逐渐减小趋势，未凝结的同步注浆浆液容易产生流失。同时，承压水沿管片周圈因同步注浆不饱满而产生的空隙进入，一旦形成通路，会产生严重的涌水涌砂事故。对此，采取以下措施保证施工安全：积极维持井点降水，确保地下水位低于开挖面以下3m。采取措施保证同步注浆的密实充填。一方面，在最后20环采用凝结时间更短的同步注浆浆液，保证其迅速凝结成整体，不会被降水范围之外的承压水击穿，在管片四周形成通路；另一方面，采取二次注
27、浆的方式，对顶部进行补强，防止产生因浆液流失导致的空洞形成。泥水抽排的速度不宜过快，控制每小时水位降低不超过1m。同时，在洞门位置加派人手对暴露出的土体进行观察。一出现土砂渗流，立即停止抽排泥水，将水位恢复到初始值，并立即采取注浆等措施加固管片周圈。泥砂清理完毕后，盾构继续前进，并逐步脱离末环管片，此过程中，管片逐渐失去盾尾的握裹力。若同步注浆不能及时有效的填充，并具备一定强度，则管片极易产生变形和错位。同时，盾尾脱出管片之后，密封体系破坏，产生的涌水涌砂可以直接进入隧道内，产生致命危险。在最后5环管片环间及管片间采用刚性连接，使管片整体受力，避免产生大的变形和错位；向前推进过程中维持同步注浆，同时通过二次注浆孔注入双液浆，以确保浆液填充密实并具备一定强度；推进中一旦产生大的浆液渗漏，应停止推进及注浆。采取水平注双液
