地铁盾构施工总结

地铁盾构管理及建议报告

一、公司盾构基本情况

公司现有盾构机三台，均为土压平衡盾构机，大连地铁（中铁15号）：规格型号为CTE6250，2010年5月购置，在石家庄掘进完成后现闲置；福州地铁（中铁101号）：规格型号为CTE6440，2012年12月购置，在福州地铁掘进完成后现闲置；成都地铁（中铁121号）：规格型号为CTE6250，2013年3月购置，现在成都地铁在用。生产厂家均为中铁隧道装备制造有限公司。

二、劳动组织模式及各种组织模式的优缺点

（一）、项目部自主管理盾构施工操作+劳务分包

1、基本内容：项目部内部设置盾构施工组织机构，成立盾构分部。盾构施工管理人员、盾构司机操作、土木工程师、盾构机修维保、地面调度、测量作业为项目部自主配置人员；盾构施工管片防水粘贴、龙门吊操作、盾构管片运输与拼装及洞内文明施工进行劳务分包等。济铁公司在建的福州地铁1号线6标、石家庄地铁1号线8标、成都地铁7号线9标均采取此劳动组织模式。

2、组织模式优点：

1）管理体系健全，能够直接有效的对现场进行管理，能够最直接掌握盾构施工信息并及时处置。

2）对于公司盾构技术人员的培养和提高有极大的帮助，有助于形成专业系统的盾构施工经验，有利于提高公司在盾构施工市场的竞争力。

3）可以有效的控制施工耗材的使用量。

3、组织模式缺点：

1）项目部前期需要投入大量的培训时间，同时需要投入施工的人员较多，增加管理成本和人员投入。

2）对于施工经验欠缺的项目部，需要大量的时间去摸索施工经验，存在较大的安全、质量风险。

（二）、项目部综合管理+技术分包+劳务分包

1、基本内容：项目部组建盾构施工管理管理机构，配置质量安全管理人员；技术分包+劳务分包队伍配置盾构施工管理人员、盾构司机、土木工程师、盾构机修维保人员、地面调度、盾构施工管片防水粘贴、龙门吊操作、盾构管片运输与拼装及盾构文明施工等。

2、组织模式优点：

1）劳务分包队伍主要技术、管理人员工作经历和经验丰富，熟练的盾构司机操作手和维保人员。

2）人员投入少，管理成本小。

3、组织模式缺优点：

1）项目部管理人员对下层作业人员缺乏约束力，表现为最下层劳务作业人员只服从直接雇佣人的指挥而不全部服从项目部管理人员的直接管理，致使施工的制度、措施以及新工艺、新标准难以第一时间贯彻和实施。

2）项目部人员无法畅通的获得施工的信息和核心技术，企业的长久发展不利。

3）分包成本高，使项目部效益压缩。

三、日常维保方式及优缺点 盾构施工设备是关键，盾构施工的正常进行，离不开盾构及相关配套设备的正常运行，要想维持设备的良好的运行状态，使设备能够及时满足盾构施工的需要，则少不了机电技术人员对机械设备的维修保养工作。

（一）、维保方式

项目部成立机电部负责机械设备的日常管理工作，项目部根据施工要求配置盾构机操作及维护保养人员，盾构机操作以自有员工和少

量外聘人员结合的方式组成，盾构机维保全部为自有员工，掘进过程中由项目部领导带班负责，及时发现隐患及时进行处理。

盾构施工过程中盾构机维保以“养修并重，预防为主”为主要原则，设备在使用过程中既要注重平时的保养维护，又要及时维修处理，这样才能保证盾构施工的顺利进行。盾构机及相关配套设备的日常保养分为日检、周检、月检等，具体内容根据机电部的设备保养计划，由机电技术人员按时进行保养，机电负责人负责督促检查。设备保养计划实施前必须做好准备工作，如保养的内容、所需工具、配件、人员等，按照“清洁、紧固、润滑、调整、防腐”的方式进行，保养完成后如实填写保养记录。机械设备出现故障时，操作人员会及时通知当班维保人员，同维保人员一起做好设备的维修工作；故障难以排除时，由机电负责人组织进行设备维修工作。盾构机完成一个区间的施工后，需要对盾构机状况进行全面检测评估，并对洞内处理困难大的故障，利用转场时间进行专项维保。

（二）、优缺点

项目部机电技术人员多数为刚毕业的学生，工作经验少，形式较单一，相对地铁施工综合性较高，大部分年轻人达不到独挡一面的程度，仍需要大量经验的积累。对于盾构机来说，若得不到机电技术人员的合理养护，随着盾构机使用年限的增加会加速盾构机可靠性降低，加快盾构机机械的部件磨损、电气系统的老化、液压系统的污染及泄露、流体系统管道的堵塞等一系列问题，这不仅影响盾构机的使用寿命，严重则直接影响盾构的施工的进展造成极大的损失。

四、施工测量

（一）施工控制测量

1、地面控制测量：维护施工期间地面的平面、高程主控制网完整，维持其可靠、可用；为施工方便加密地面控制点并维持其可靠、可用。

2、联系测量：明挖工程投点、定向，暗挖工程竖井投点、定向,向地下传递高程。

3、地下控制测量：明、暗挖工程地下主导线（中桩）控制测量、主水准网控制测量，分段贯通测量，贯通后联测平差确定地下主控制网的坐标、高程，确保各段工程间的平顺衔接。

（二）细部放样

1、盾构法中为施工导向，盾构机定位、纠偏和装配式衬砌的拼装等要求而进行的测量作业。

2、精确铺轨要求的测量作业。重点是控制铺轨基标测设来保证轨道的设计位置和线路参数，同时亦保证行车隧道的限界要求。

（三）竣工测量

竣工测量主要包括与线路相关的线路结构竣工测量、线路轨道竣工测量、沿线设备竣工测量以及地下管线竣工测量等。

（四）分阶段具体测量内容

1、盾构始发验收前

2、盾构法隧道施工阶段

（五）测量工作要求

1、地上导线点的坐标互差≤ ±12mm；

2、地下导线点的坐标互差：在近井点附近≤ ± 16mm、在贯通

面附近≤±25mm；矿山法区间隧道单向掘进超过1km时，过600m后≤ ± 20mm，盾构法区间隧道单向掘进超过1.5km时，过1000m后≤ ±20mm；

3、地上高程点高程的互差≤ ± 3mm；

4、盾构始发井、接收井：地下高程点高程的互差≤ ± 5mm；

5、区间隧道较长时，各地下高程点的高程较差：盾构法区间隧

道单向掘进超过1.5km时，过1000m后≤ ± 10mm；贯通前，高程较差≤ ± 10mm；

6、地下导线起始边（基线边）方位角的互差≤ ± 12″；

7、相邻高程点高差的互差≤ ± 3mm；

8、导线边的边长互差≤ ± 8mm；

9、经竖井悬吊钢尺传递高程的互差≤ ± 3mm；

10、洞门钢环三围坐标较差，平面坐标较差≤ ± 20mm，高程较差≤ ± 15mm。

11、对于盾构施工，须配备标称精度不低于1″的全站仪用于竖井联系测量及主控导线测量。

（六）、盾构测量小结

1 导向系统使用过程中出现的主要问题、解决方法

（1）ZED导向系统

a 连接激光靶的数据线、连接红盒子和黑盒子的数据线以及电源线问题

导线系统连接线路的问题，盾构机掘进过程中总会出现线路压断、拉断、接触不良等情况。

为有效解决连接线路断路问题，加强对各个线路的检查与保护，并对线路连接进行优化，同时备份各个连接线。以电源线为例，由插线板代替外接线盘，将插线板固定在全站仪支架上，避免电源线被拉断的问题。

b 主控室导向系统电脑不工作

导致导向系统电脑不工作的原因是PSU连接盒断电，不能给电脑供电，检查后发现是PSU连接盒中的熔断器俗名保险丝烧断，造成保险丝烧断的原因主要是设备电流电压不稳、短路、过载等，及时排除电流电压不稳因素、降低荷载后更换保险丝。保险丝市场上可以买到，不必去厂家采购。

c 导向系统通讯中断、数据变红

盾构机向前推进过程中，导向系统通讯信号中断，主要是导向系

统接收天线的问题，可能天线损坏、折断或者接触不良。解决办法就是及时更换，因此要多备几根天线，在市场上可以买到，导向系统厂家的造价高。另外导致通讯中断，也可能是连接红盒子和蓝盒子的数据线接触不良，及时调整或者更换，因此多备一条数据线。

d 导向系统数据变红

导向系统数据变红，主要就是因为通讯问题，通讯出现问题，主控室控制盒接收不到全站仪发来的数据；或者是后视棱镜被遮挡，导致全站仪短时间内捕捉不到后视棱镜，数据变红；或者是数据线连接线出现问题。出现以上问题要排除外界干扰，对全站仪重新进行定向，恢复通讯。

e 全站仪黑屏、白屏、死机

隧道施工掘进中全站仪出现白屏、黑屏、死机等问题，原因很多，包括隧道内频繁断电对全站仪的影响、全站仪存储数据过多、隧道内灰尘侵入造成仪器部件老化反应迟钝等。

在盾构机掘进使用过程中，全站仪重启才能使用，在隧道内要注意保养除尘等，尽量降低对仪器的损害，防止造成仪器轴系、密封圈、马达污染和磨损以及水平直流电机的短路等情况。盾构贯通后，将全站仪送到售后服务公司进行轴系校准、光电同轴检查、马达和密封圈等擦拭清洗、内基线测试等维修保养工作。

f 换站、移站过程中出现的问题

换站移站过程中定向时前后视高程相差较大，在高程方向上无法为盾构机掘进提供准确的数据，针对这个问题，愿意主要有以下两点：一是受隧道内温差影响，盾构机上站点所在位置与后视距离较远；二是站点位置与隧道中控制点所在位置高差较大，导致观测时仰俯角大，造成高程上误差较大。针对这种情况，在测量过程中定向设置时使用均值，以消除部分误差。事实证明这种方法是正确的。

（2）演算工坊导向系统

a 倾斜仪的问题

演算工坊导向系统的数据采集工作主要靠固定在前盾中心回转轴附近的倾斜仪来采集，倾斜仪精度高、灵敏，由于倾斜仪固定在前盾上，前段受刀盘切削土体的影响震动比较大，因此倾斜仪震动也比较大，造成导向系统数据不稳定，盾构机姿态变动比较大，给盾构推进施工中管片选型、姿态调整带来不必要的麻烦。为避免掘进过程中倾斜仪损坏，盾构始发前在盾构机主体上自制坡度板，实时反应盾构机的俯仰角、回转角，及时对盾构机姿态进行调整。

b接收棱镜的问题

推进过程中棱镜出现信号接收灯常亮和信号接收灯不亮等问题，造成全站仪捕捉不到棱镜所在位置，无法计算，导向系统司机。出现这种问题的原因是棱镜的数据线与主控制控制盒连接出现问题并且信号转换出现混乱，出现这个问题没有很好地解决办法，除了人工开启关闭信号接收灯以外，就是更换导向系统的棱镜搜索接收一整套，造价比较高，因此不推荐使用演算工坊导向系统。

c 盾构机主控室与监控室数据不对应问题

主控室显示器显示的盾构机数据与监控室显示的数据不对应或者出现传输延迟，无法根据监控室中显示屏上数据做出正确的决定指导推进。原因是上下传输线路接触不良或者是上下两套导向系统从设备PLC处接收数据存在偏差，解决办法就是线路排查后，调整接收数据参数，使上下显示数据一致。

2 测量过程中好的做法

在盾构施工过程中，盾构测量队群策群力，保证盾构测量的规范性、测量控制点的准确性、管片姿态和盾构机姿态的稳定性，为盾构施工提供及时、准确、有效的测量数据。

（1）盾构机逐桩坐标计算、录入

根据设计提供的线路数据来确定盾构机掘进线路，其中设计提供

数据包括区间曲线要素、线路在曲线上的偏移量等，以此来计算盾构机前进的路线即隧道中心线。

在计算的过程中，分别采用盾构机导向系统厂家提供的计算软件DTADesigner和睿智测量软件ESDPS，2名盾构测量人员通过两种软件的计算，对计算结果进行对比分析，确保隧道中心数据无误。

在线路数据录入盾构机导向系统之前，复核对要录入的线路数据，看看计算数据拟合的线路是否与设计线路相对应，确保输入数据准确无误。

（2）控制测量

盾构施工开始之前，通过联系测量将地面控制点引测到井下，测量方法为双井定向联系测量，测量过程要比单井定向联系测量简便，并且点位布设位置及间距要求比单井定向低，控制点测量成果比单井定向精度高。

盾构始发之前，复测始发洞门断面及中心位置，确定盾构机始发中心线，从而保证盾构机顺利始发。

在盾构掘进过程中，控制测量线路采用双支导+附合导线线路，一条强制对中点支导线，一条车站底板点和隧道底板点支导线，并将这两条支导线连起来，通过对三条控制线路的平差结果，对所有控制点的平差数据求取平均值后使用。

（3）盾构施工测量

盾构施工过程中，坚持勤量测、勤复测，及时适时的将所测管片姿态、盾构机姿态数据反应给现场管理人员和盾构机操作人员。管片姿态10环一次，盾构机姿态20环一次。

在每次测量成型管片姿态时，复测最少5环以上，这样能及时掌握前次测量与本次测量后成型管片姿态的变化，根据成型管片在掘进完成刚拼装时与成型稳定后的姿态差异，确定成型管片在不同地质情况下、注浆量影响下的姿态与推进时的变化，从而及时对盾构机姿态

进行调整。

对盾构机姿态的复核，根据当前实测盾构机数据与导向系统显示的数据对比偏差，从而对盾构机姿态进行调整，保证成型管片姿态在可控范围内。

（4）换站、移站

由于换站、移站工作强度大、时间长，并且作业环境狭小，项目部测量队自制换站、移站的导向系统操作平台，节省换站、移站时间，在最短时间内完成并能保证换站、移站并保证换站遗憾前后盾构机姿态数据控制在2cm以内。

3 导向系统ZED、演算工坊的优缺点

ZED导向系统是无线连接，无线连接系统易于安装，安装过程省去全站仪与工业 PC 间的需布线排线工作，但是缺点比较明显，使用过程中无线调制解调器天线松动、折断导致通讯失败，两个调制解调器距离大于60m后通讯不稳定，受通讯信号强度制约换站较频繁。但是优点非常大：

（1）系统稳定，不收盾构机机体的振动影响，整个导向系统是完全独立的，不与PLC系统相连，盾构机姿态数据显示稳定；

（2）对始发盾构机初始姿态的确定非常准确，人工测量所得的盾构机姿态能与导向系统显示的盾构机姿态双向校核，在盾构施工过程中能及时有效的反应当前的盾构机姿态，便于管片选型和盾构机掘进姿态调整。

（3）ZED系统盾构姿态显示配置较多的图形，图形比较形象直观，右边有数字图像进行补充，很容易理解其界面显示的信息。

相对于ZED导向系统，演算工坊导向系统虽然换站移站简便但是存在问题也比较明显：

（1）有线连接系统安装时，必须进行全站仪与工业 PC 间的排线布线工作，排布线复杂，容易出现问题。

（2）受与前盾连接的倾斜仪振动、前视棱镜数据信号接收问题等影响，盾构机姿态不稳定，跳动比较大，给施工过程中带来不必要的麻烦。

（3）在盾构机始发前的盾构机姿态初始数据采集过程中，导向系统没有准确的数据显示，完全依靠人工测量来确定，得出的盾构机姿态不能与导向系统中显示的数据检核。

（4）使用过程中，棱镜极易出现问题，经常出现短路烧毁必须更换，棱镜开关故障不能及时熄灭等问题。

（5）演算工坊界面数字信息显示太多，重要信息不容易直接获取，盾构机位置姿态不能直观显示。

4 在盾构设计中导向系统的建议（数据传输、换站移站空间） 在下一步的盾构设计中，不建议采用演算工坊导向系统或者带有倾斜仪的类似导向系统，建议使用ZED或者VMT导向系统，可靠稳定。

在盾构机换站移站过程中，台车右上部工作面狭小，建议适量将空间加大，同时增加台车右上侧的平整度，为盾构工程技术测量人员换站移站提供更大的操作空间。

五、建议

1、前期对场地布置和施工安排进行详细筹划，合理的场地布置能够大大提高施工效率，渣土池、管片存放场地和其它需要下井材料场地尽量靠近洞口布置。

2、外循环水尽量采用自来水，虽然成本有一定增加，但是若使用净化后的地下水，容易造成设备管路堵塞，会浪费大量的时间、人力、物力，因此而造成的停机还会影响盾构施工的安全和质量。

3、在盾构施工中，盾构机一类专业技术性较强的设备，则需要掌握其相应的原理才能保证设备有效利用率。在施工过程中部分非机

械专业的盾构机司机在操作时，由于不了解盾构机的工作原理经常会忽视盾构机各辅助设备，长时间违规使用辅助设备极易导致盾构机发生故障，因此盾构机的司机应尽可能的是机电专业人员。

4、机电技术人员的工作不仅维护了盾构施工中各类机械设备的正常运作，而且保证了盾构施工的顺利进行。随着机械设备在工程施工中的大量应用，机电技术工程人员在工程施工中的重要性也更为突出，我们应该摒弃之前将机电技术人员视为服务后勤人员的错误观念，忽视机电技术人员技术能力的重要性，是机电技术人员为盾构施工中不可缺少的重要组成部分。

5、配足测量人员，洞内测量人员每台盾构机4人为宜，地面配2人专门配合第三方的监测单位进行数据分析、传阅和处理。

6、盾构穿越后地面建筑物和地表的沉降是不可避免的，有时会很大，甚至达到预警值，因此施工前做好防范工作，如提前沟通街道办人员、建筑物的提前加固、重要路段铺设钢板等；同时，应尽快摸清地表和房屋的沉降规律，发现异常沉降时，一定要提高警惕，此时地下一定会有空洞，要坚持钻孔探测和注浆作业，防止地面塌陷，造成不良影响

7、盾构耗材用好的，例如膨润土、泡沫、油脂等材料，好的材料价格高了，但是带来的效果是省下的钱无法弥补的。

8、重视渣土改良工作，可以说渣土改良是盾构施工的核心，改良好的话，盾构参数和地层损失都能得到有效的控制。

9、盾构始发前地质摸排

（1）在始发前根据设计文件对区间的范围进行地质补堪，根据取出的芯样对照设计是否相符和有无特殊地质，提前制定应对措施。

（2）查看盾构区间内的管线数量、类型、走向、埋深和周边建筑与隧道的距离。

（3）为全面对地层进行了解，除进行地质补堪外，另外增加地

质雷达扫描探测，更加直观的了解地层情况，对有特殊曲线的部位，再推进过程中加强监控 六、石家庄盾构施工管理总结

在掘进朝晖桥-白佛区间右线时（即首次始发线），由于经验的欠缺，发生过盾构机“叩头”，通过采取措施纠正并调线调坡恢复掘进，从中进行了管理总结。

1、停机注浆：地表沉降黄色预警停机进行盾尾注浆，注浆注浆量达到12m³，注浆压力较大，至再次恢复掘进时间较长，致使停机时浆液前窜并凝固，导致盾体被浆液包裹，在推进过程中，推力较大。经分析盾体被浆液包裹是造成后续盾构施工不正常的主要原因。

2、盾构机中心线跟管片中心线不在同一轴线，上部盾尾间隙过小，管片卡住盾尾，致使盾尾阻力过大，盾构机推进及调向的有效作用力过小，不利于盾构调向及土压建立。

3、始发前地质摸排

（1）在始发前根据设计文件对区间的范围进行地质补堪，根据取出的芯样对照设计是否相符和有无特殊地质，提前制定应对措施。

（2）查看盾构区间内的管线数量、类型、走向、埋深和周边建筑与隧道的距离。

（3）为全面对地层进行了解，除进行地质补堪外，我们还专门对整个区间进行了地质雷达扫描探测，更加直观的了解地层情况，对有特殊曲线的部位，再推进过程中加强监控。

4、施工队伍管理

地铁盾构施工采用劳务分包形式，一方面作业人员缺乏系统的培训，综合能力和素质偏低，各地方和各单位对施工的要求也不尽相同，难以接受和理解管理系统的实质。另一方面，项目部对作业人员缺乏约束力。作业人员只服从他的直接负责人的指挥而不服从

项目管理人员的管理，致使项目部的各项制度制度、措施以及新标准难以贯彻和实施。

5、施工监控及交接班

施工现场设置了监控室和会议室，监控室内共有三个监控界面，一界面显示主要施工部位实时摄像；二界面显示盾构掘进参数，三界面显示导向系统盾构机轴线偏差姿态。监控室两班设置值班工程师，24小时把控施工动态，结合当前施工地质情况、管片姿态测量成果、地表沉降测量成果等对各项施工参数进行及时调整，对施工过程进行合理控制。

6、施工过程管理

（1）掘进过程控制

A 在掘进过程中监控盾构机参数变化，每环查看渣样有无变化，填写掘进记录，使每一环的各种数据均有据可查。

B 机电人员每班对设备进行巡检，填写日常维保记录，发现问题、潜在故障及时处理，避免因设备故障造成的停机，保证盾构能够正常连续掘进。

C 石家庄地层为粉质粘土和砂层，采用泡沫剂和膨润土进行渣土改良，改良剂注入量随地层变化及时调整，使进入土舱的渣土具有良好的流塑性，掘进土压控制在1bar左右，同步注浆量根据地层的不同控制在每环5-6m³，此参数下，基本无地表沉降预警。

D 掘进中设置盾构姿态偏差30mm为预警值，姿态一旦超过30mm即及时进行纠偏，纠偏过程中严格遵循“勤纠、缓纠、慢纠”的纠偏原则，每环纠偏量控制在5mm以内。在实际姿态控制中，盾构姿态均控制在了20mm以内。

E 每环进行盾尾间隙测量，一般测量8个点，米字分布。根据盾尾间隙变化情况及时进行管片选型，保证盾尾间隙在20mm以上，为盾构正常掘进提供前提，避免由于管片与盾壳磕碰造成的管片错台、

破损及影响姿态。

F 每班进行管片姿态测量，通过测量成果控制盾构掘进姿态，保证了管片姿态满足成型隧道规范要求。

（2）管片拼装控制

A 严格控制管片防水胶条粘贴质量，避免拼装时防水胶条松动外翻，夹在块管片中间，造成管片错台；

B 管片拼装前，监督管片冲洗干净，盾尾清理干净，避免杂物进入管片间缝隙造成管片错台，或杂物被拖入盾尾密封，造成密封损坏；

C 拼装管片时环缝、纵缝不允许有错台，在脱出盾尾后的成型管片环缝错台控制在5mm以内，纵缝错台控制在10mm以内，标准高于规范要求。

D 现场严格把控每环管片螺栓紧固不少于3次，即拼装时预紧，推进过程中复紧，再推进下一环脱出盾尾后复紧。

E 每环的管片拼装情况填写管片拼装记录存档。

（3）管片上浮的控制措施

管片的上浮在盾构掘进中是比较普遍的现象，针对于石家庄的情况主要有：同步浆液的配合比、注浆量、盾构机姿态几个方面原因，针对这几个原因，我们制定了相应的措施进行控制，并取得了一定效果。

A 最初采用的同步注浆配合比初凝时间大于12h，在此时间内未初凝的浆液无法对管片提供填充约束作用，随着后续浆液的不断注入必然会产生管片上浮，对此种情况我们对配合比进行调整，将浆液的初凝时间缩短到小于10小时，并针对土层的变化增减注浆量。

B 在注浆孔位及注浆量上，根据管片上浮规律，推进时盾构上部两个注浆孔的注浆压力和注浆量明显大于下部两个孔位，甚至于下部注浆孔不注浆以减小管片的上浮量；同时，注浆流量根据盾构推进速度确定，总注浆量在推进时均匀注入。

C 盾构推进中，尽量控制好盾构机的姿态，纠偏时逐步纠正，不得过急过猛地纠正偏差，控制油压差不宜过大。也可根据管片拼装后上浮经验值，将盾构机推进轴线高程降至设计轴线下一定数值，以此来抵消管片衬砌后期的上浮量，但此方法能控制管片姿态，对管片上浮起到的作用不大。

（4）、区间变坡点的姿态预调整

盾构机在掘至变坡点前15环即开始对盾构姿态逐步进行调整，由于最低点联络通道处管片有特定排列，均为直线环，如果在刀盘到达最低点前调整好姿态更利于变坡点的平稳过渡。

（5）、注浆量实际检测

在掘进过程中每50环进行注浆量的实际检测，即在距离拼装管片后12环的管片的1点或11点位打通吊装孔，看是否有浆液流出，实时进行注浆量的调整。

中铁十局济铁工程公司工程管理部

二〇一五年十一月二日