中铁二局股份有限公司城通分公司
1 前言
盾构施工过程中， 盾构始发与到达是最易产生事故的工序， 直接影响盾构隧道的顺利贯 通。当盾构始发端头地质条件复杂， 端头加固龄期长无法满足施工节点要求或由于盾构始发 端头存在较多较大地下管线且管线迁改难度大、 时间长、 费用高时， 如何确保盾构机安全始 发成为一个工程难点。
广州市轨道交通六号线二期工程 【施工三标】 土建施工项目高塘石站～黄陂站区间隧道 计划从高塘石站始发 2台盾构机向高黄中间风井方向掘进。 因端头 11根 10KVA电缆未迁改， 且迁改周期较长， 为满足工期节点要求， 尽早完成该区间洞通节点目标， 减少管线迁改及端 头地基加固的周期影响， 依据平衡始发原理， 在盾构始发井内安装钢套筒， 并在钢套筒内安 装盾构机，盾构在钢套筒内实现安全始发掘进，解决了盾构始发的难题。
2 工法特点
1、施工占用场地小，在盾构始发井内安装钢套筒，并在钢套筒内安装盾构，盾构机在 密闭钢套筒内实
现始发。
2、工期短，能够解决始发端头加固龄期长，影响施工工期的问题。
3、无需端头加固，依靠钢套筒这个密闭空间，提供平衡掌子面的水土压力，解决了管 线迁改周期长，
费用高的难题。
3 适用范围
土压平衡盾构在施工场地受限、 工期短、 端头加固困难且加固期龄太长、 管线迁改困难 等施工条件下始发。
4 工艺原理
密闭钢套筒平衡始发依据平衡始发原理， 通过钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的 水土压力， 使盾构机破除洞门前即已建立了水土平衡的环境， 始发等同于常规掘进， 从而避 免了盾构机始发过程中因为欠压或渗漏而出现塌方的情况。 从直径和长度进行设计， 通过把 直径与长度设计成比盾构略长的钢套筒与洞口密闭连接， 盾构机安装在钢套筒内， 然后在钢 套筒内填充回填物， 通过钢套筒这个密闭的空间提供平衡掌子面的水土压力， 盾构在钢套筒 内实现安全始发掘进进入前方土体，最终使盾构能够正常掘进施工。
5 施工工艺流程及操作要点
施工工艺流程 盾构密闭套筒始发流程图如所示。
图 5-1 盾构密闭套筒始发流程图
操作要点
1、洞门检查
钢套筒安装前需对洞门预埋环板进行检查。 为防止盾构始发时刀盘切削到连续墙钢筋或 工字钢接头， 造成刀盘损坏， 对洞门圆周一周凿除连续墙的混凝土保护层， 露出玻璃纤维筋， 确认洞门范围不存在钢筋。 若发现凿除混凝土保护层后有存在钢筋的现象， 则应对侵入洞门 范围的钢筋进行割除，确保盾构始发的安全、顺利。
2、安装过渡环
过渡环与预埋环板通过焊接连接，如图 5-2 ，焊缝沿过渡环一圈内侧点焊，并在内侧贴 遇水膨胀止水条， 在过渡环与预埋环板焊接的外侧涂抹聚氨酯加强防水， 并加焊槽钢进行补 强。如出现过渡环与预埋环板有些地方出现较大空隙， 需在这些空隙处填充钢板并连接牢固， 务必将空隙尽可能地堵住。
图 5-2 安装过渡环照片
3、安装钢套筒下半圆和反力架
（1）在开始安装钢套筒之前，首先在基坑里确定出井口盾体中心线，也就是钢套筒的 安装位置，使从地面上吊下来的钢套筒力求一次性放到位，不用再左右移动。
（2）吊下第一节钢套筒的下半段，使钢套筒的中心与事先确定好的井口盾体中心线重 合，如图 5-3 。 （ 3）钢套筒与过渡环采用螺栓连接。
（4）反力架的安装与常规盾构始发反力架安装一致，如图
5-4 。
图 5-3 安装钢套筒下半圆照片
图 5-4 安装始发反力架照片
4、安装定位钢轨、洞门导轨，并填料
在钢套筒下方 60°圆弧内平均分布安装 2根43公斤钢轨， 钢轨从钢套筒后端铺设至洞 门围护结构
2m位置，钢轨采用压板固定，压板焊接在钢套筒筒体上。根据盾构机标高，在 洞门下部安装 2 根导轨，靠
近盾构机端制作成斜坡，如图 5-5 。
图 5-5 钢套筒内定位钢轨照片 为确保底部砂层提供充足的防盾构机
扭转摩擦反力， 在钢套筒底部 2 根钢轨之间铺砂并 压实，每个位置的铺砂高度高出相应钢轨的高度
如图 5-6 。
15mm，待盾构机放去上后，进一步压实，
图 5-6 钢套筒内第一次填料
5、钢套筒内安装盾构机
在钢套筒内安装盾构机主体，并与连接桥和后配套台车连接，如图 5-7 。
图 5-7 钢套筒内安装盾构机照片
6、安装钢套筒上半圆
钢套筒上半圆安装好以后，调整压紧螺栓，检验连接安装部位，确保其连接完好性，尤 其是钢套筒的上下半圆、 节与节部分之间连接， 还要检查过渡连接板与洞门环板之间的连接 情况，看是否存在脱开的现象，发现有隐患，要及时处理，如图 5-8 所示。
图 5-8 安装钢套筒上半圆照片
7、预加反力
上半圆安装完成后，调整环梁预加压力千斤顶，每个千斤顶的预压力为 30t ，总计反力 架的预加压力约为 600t 。预压的过程中注意检查反力架各支撑是否松动，钢套筒连接螺栓 是否松动，出现异常及时采用处理措施，如图 5-9 所示。
图 5-9 预加反力照片
8、安装负环、盾构机刀盘推进至洞门掌子面 钢套筒、反力架安装完毕，盾构机调试完成后，安装负
环、盾构机向前推进至刀盘面板 贴近洞门掌子面但不切削掌子面。 第一环负环在盾尾内拼装成型后， 通过
千斤顶整体向后顶 推至紧贴反力架，管片与反力架之间采用螺栓连接。
9、第二次钢套筒内填料
盾构机向前推进至刀盘面板贴近洞门掌子面后， 向钢套筒内进行第二次填砂， 本次填料 在钢套筒与盾构之间的间隙内填充砂。 在填充的过程中适当加水， 并通过钢套筒下部的排水 孔排出，保证砂的密实，如图 5-10 。
图 5-10 钢套筒内第二次填料
10、负环管片壁后注浆
为保证负环管片与钢套筒之前的密封效果， 在盾构机刀盘贴近洞门掌子面后， 通过靠近 反力架两环管片的吊装孔进行壁后注浆， 注浆材料采用可硬性浆液， 在管片后面形成一道密 封防渗环，如图 5-11 。
图 5-11 负环管片壁后注浆
11、盾构始发掘进
洞门连续墙为 800mm厚的 C30 玻璃纤维筋连续墙， 盾构机在切削连续墙时： 推进速度控 制在
5～ 10mm/min，扭矩不大于 2000kN· m，千斤顶总推力不大于 800t 。通过洞门后，速度 可逐步提升至 20 ～ 25mm/min，千斤顶总推力逐步调整到 1000～ 1500t 。
12、盾构始发土舱压力设定 1）、土舱压力的设定
根据高塘石站大里程端头地勘资料可知， 盾构穿越的主要地层为 <4N-3>粉质粘土层， 其 土舱压力设定如下：
刀盘中心处水土压力：
P1=K0 ·γ· h
P1：土压力（包括地下水） （ KN/m2）； K0：静止土压力系数；
γ：土的平均容重 （kN/m3） ； h：隧道埋深（算至隧道中心） （m） 。 根据详勘报告，端头隧道
中心线以上地层土工参数如表 5-1 所示：
表 5-1 盾构端头中心先以上地层土工参数一览表 参数 覆土厚度( m) <1>素填土 ( 标高范围～ <4-2A>淤泥质土 ( 标高范围～ <4N-3>粉质粘土层 ( 标高范围～ γ：土的容重 (kN/m3) 18 K0：静止土压力系数 注：地下水位标高为。 刀盘中心处水土压力：
P1=×× =，取土舱压力为 =。 2)、土舱压力控制
盾构机和钢套筒安装好后， 向钢套筒内回填砂土并加水， 回填好后， 盾构机在钢套筒内 始发，时土舱压力控制与常规盾构始发相同， 土舱压力逐步提高到。实际施工时， 采用
信息法施工、根据地面监测情况进行及时调整。
劳动力组织
表 5-2 劳动力组织表 序号 施工工序 配置人数 1 龙门吊司机 2人 2 挖掘机司机 2人 3 管片服务工 2人 4 砂浆搅合工 2人 5 盾构机操作手 1人 6 电瓶车司机 2人 7 机械维修工 2人 8 掘进工 6人 9 技术员 2人 10 安全员 1人 11 普工 2人 12 司索工 2人 13 电工 2人 14 其它 2人 15 合计 30 注：上表为每班人员配置表 6 材料与设备
始发 材料说明
本施工工法所用的钢套筒的设计参数为： 盾构机始发时土舱压力约为， 钢套筒设计耐压， 满足要求。 钢板材料的选择规格为： Q235B，板厚δ =30mm。整个钢套筒结构由过渡环、 筒体、 环梁等部分组成。
机械设备
表 6-1 机械设备表 序号 设备名称 盾构机及后配套 设备 型号规格 中铁建 DZ002 海瑞克 台单位 数量 生产能力 1 240 KCA 推力 1500t 套 套 台2 φ6250 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 硅整流充电机 钢套筒 隧道轴流风机 砂浆搅拌站 潜水泵 挖掘机 8 2 4 1 6 3 15 2 2 6 12 8 4 4 1 1500t 2×55KW 35m3/h 5KW m3 m3 5Mpa 250L/min 500L 5KVA380/36V 18m3 20t 7m3 20t 40t VDT225M JS750 XQY-25 PC025 套 台 台机动翻斗车 注浆泵 强制式拌和机 照明变压器 碴土运输车 管片运输车 浆液运输车 材料运输车 双梁门式起重机 辆 SYB-3型 JZC500A XDB-5 KC15 GP15 SJ70 KCC20 16t-16m-12(35m)A6 台 台 台 台 台台 台 台 7 质量控制 始发钢套筒变形控制
1、钢套筒安装前需对洞门预埋环板进行检查，必要时须进行植筋加固。
2、在反力架和环梁之间设置预压力螺栓，通过预压千斤顶对钢套筒施加预压力，使钢 套筒顶紧洞门环
板。
3、钢套筒、反力架制造前进行严格的受力计算；钢套筒靠近反力架端设置加强环梁； 盾构始发掘进前进
行对安装好的成套装置进行压力测试， 压力测试合格后方能进行盾构始发 掘进。
4、在进行始发钢套筒、反力架和首环负环管片的定位时，要严格控制钢套筒、反力架 和负环的安装精
度，确保盾构始发姿态与设计线路基本重合。
5、在始发阶段由于设备处于磨合阶段，要注意推力、扭矩的控制，同时也要注意各部 位油脂的有效使
用。 掘进总推力应控制在反力架承受能力以下， 同时确保在此推力下刀具切 入地层所产生的扭矩小于钢套筒提供的反扭矩。
6、对钢套筒与洞门环板连接处和反力架进行监测，对钢套筒本体的连接处、筒体进行 观测，根据可能出
现的不同情况采取针对性措施：
（1）如果出现钢套筒与洞门环板位置出现变形量过大时，要加大钢套筒与反力架之间 的预加反力，然后将洞门环板与钢套筒连接端面变形量稍大的地方进行补焊。
（2）如果出现钢套筒本体连接端面法兰处出现变形量较大时，要立即采取加强措施， 在变形量较大处补加加强肋板，加强肋板可利用现场钢板制作。
（3）如果反力架斜撑任何位置出现位移量过大时，要分析可能出现的原因，并增加斜 撑的数量，同时在另一侧要增加直撑的数量。
通过以上应对措施， 能够有效防止钢套筒与洞门预埋环板连续处开裂， 钢套筒变形过大、 反力架变形过大引起结构破坏现象。
盾构机及设备扭转控制
盾构机在破除洞门连续墙后， 洞门外水土压力传递至钢套筒内， 盾构机在钢套筒内掘进 相当于中间隧道的常规掘进， 钢套筒内填充物和盾构机自重足以提供防扭转的反力。 但在洞 门连续墙除前， 盾构机切削连续墙时产生较大扭矩， 此时钢套筒是一个独立的封闭空间， 防 扭转的扭矩主要来自于盾构机自重与钢套筒下部砂之间的摩擦反力， 因些在掘进过程中需严 格控制扭矩不超过控制值。 同时由于刀盘切削扭矩发生较大波动， 可能造成盾构机盾体和钢 套筒整体发生扭转、倾覆。
因而本工法采用以下应对措施对盾构机及设备扭转进行控制：
1、盾构始发前，在盾构机与钢套筒之间填充砂料，使之产生足够的防止盾构机扭转的 扭矩。 2、为防止盾构机和钢套筒整体发生扭转、
倾覆， 在钢套筒基座两侧每间隔 2m安装一根
工字钢横撑。
3、始发前基座定位时，盾构机轴线与隧道设计轴线基本保持平行，盾构中线可比设计 轴线适当抬高。 4、在始发阶段，由于盾构机推力较小、地层较软，要特别注意防止盾构机低头。 5、盾构在始发台上向前推进时，通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发台向前推
进。
6、始发初始掘进时，盾构机处于钢套筒上，因此需在钢套筒及盾构机上焊接相对的防 扭转支座，为盾构
机初始掘进提供反扭矩。
盾构机防渗漏控制
钢套筒环向、纵向接缝， 钢套筒与洞门环板连接处，钢套筒环梁与管片连接处，负管片 接缝处，钢套筒与环梁连接处可能出现泄漏， 导致土舱无法维持需要的压力引起掌子面塌陷。
在该施工工法中采用如下应对措施控制盾构机渗漏：
1、为确保钢套筒环向、 纵向接缝不渗漏， 钢套筒分块连接处均设置两道嵌入式密封圈， 并在分块连接
处内侧涂抹聚氨酯，确保钢套筒环向、纵向的接缝不渗漏，如图 7-1 所示。
图 7-1 钢套筒密封装置
2、钢套筒与洞门环板连接处采用焊接，并在内侧贴止水条，外侧涂抹聚氨酯防渗漏。 3、钢套筒环梁与管片连接处， 负管片接缝处采用三元乙丙橡胶密封垫
防水，压力测试合格后，盾构机方能在钢套筒内进行始发掘进。
+遇水膨胀止水条
4、钢套筒与环梁采用 M24×240 螺栓连接， 连接处均设置两道嵌入式密封圈， 并在连接 处内外侧涂
抹聚氨酯防渗漏，如图 7-2 。
图 7-2 钢套筒连接处内外侧涂抹聚氨酯防渗漏
8 安全措施
施工安全保障措施
1、建立健全各项安全生产制度及预防措施
2、深化安全教育，强化安全意识。工作人员上岗前进行技术培训和“三级”安全教育， 特殊工种的作业
人员持有广州市特殊工种操作证或临时操作证。
3、作好现场管理，搞好文明施工，建成安全标准工地，在施工现场入口的显著位置设 立广州市建设行政
主管部门规定：现场施工平面图、总平面管理、安全生产、文明施工、环 境保护、质量控制、材料管理； “四口五临边”的防护网、防护栏等安全设施齐全，易燃易 爆妥善保管，工程材料合理堆放，各种交通、施工、安全信号标示明晰，正确使用风水管路 及供电线路，施工工序有条不紊，现场管理井然有序；
4、全面落实安全生产责任制，做到责权利相统一，层层签订安全生产包保责任状，使 安全生产职责落实
到每一级管理者、每一施工工点、每一道工序、每一职工。严格考核，奖 罚分明。
5、项目经理部和作业队均成立安全生产领导小组，由各级第一管理者任组长，定期召 开安全生产会，
分析安全生产形势， 总结和部署安全生产工作，组织安全培训教育，开展安 全生产检查活动等。
6、加强班组建设，执行“三工、三检”和“每周安全活动” ，集思广益，找隐患、查问
题，杜绝“三违” ，使事故隐患消灭在萌芽状态。
7、认真实施标准化作业，严格遵守施工程序和劳动纪律，杜绝违章指挥与违章操作， 保证防护设施的投
入，使安全生产建立在管理科学、技术先进、防护可靠的基础上。
8、重点部位和技术难度复杂的工序，不良气候条件下危险性大的作业项目，在结合现 场实际情况， 编
制专门的实施细则和安全措施， 进行技术交底， 由施工技术负责人和专职安 全管理人员监督实施。
施工场地安全及用电安全保证措施
1、我公司在施工生产过程中，完全按照安全监督部门的要求切实做好工程、车辆机械 和施工人员的安全
工作。
2、施工现场的布置符合防火、防雷击、防洪、防触电等安全规定的要求，施工现场的 生产、仓库、材料
堆放场、修理间、停车场等按业主批准的总平面布置图进行布置。
3、现场道路平整、坚实、畅通，危险地点悬挂按规定的标牌，夜间有人经过的坑、洞 设红灯示警，现场
道路符合相关规定，施工现场设置大幅安全宣传标语。
4、施工现场临时用电，严格按《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规定执行。
5、临时用电线路的安装、维修、拆除，均由经过培训并取得上岗证的电工完成，非电 工不准进行电工作
业。
6、施工前，根据设计文件复查地下构造物如地下电缆、给排水管道等的埋设位置及走 向，并采取防护措
施。施工中如发现危及到地下构造物、地面建筑物或有危险品、文物时， 立即停止施工，待处理完毕后施工。
施工机械安全质量保证措施
1、各种机械操作人员和车辆驾驶员，取得操作合格证。不准操作与证不相符的机械，
不准将机械设备交给无本机操作证的人员操作。对机械操作人员建立档案，专人管理。
2、指挥施工机械作业人员，站在可让人了望的安全地点并明确规定指挥联络信号。
3、使用钢丝绳的机械，在运行中严禁用手套或其他物件接触钢丝绳。用钢丝绳拖拉机 械或重物时，人员
远离钢丝绳。
4、起重作业严格按照《建筑机械使用安全技术规程》和《建筑安装工人安全技术操作 规程》规定的要求
执行。
5、定期组织机电设备、车辆安全大检查，对检查中查出的安全问题，按照“三不放过” 的原则进行调查
处理，制定防范措施，防止机械事故的发生。
9 环保措施
1、施工场地噪音控制标准按《建筑施工场界噪声限值》要求执行，确保离开施工作业 区边界 30m处噪
音小于 70dB，撞击噪音最大不超过 90dB。
2、施工现场对土、砂、水泥等材料运输和堆放进行遮盖，同时施工场地及道路进行硬 化，适时洒水，减
轻扬尘污染。
3、在工程开工前完成工地排水和废水处理设施的建设，并保证工地排水和废水处理设 施在整个施工过程
中的有效性，做到现场无积水、排水不堵塞、水质达到排放标准。
4、在施工范围内严格按照法规执行城市生态环境控制措施。 合理布置施工场地， 生产、
办公设施布置在征地红线内，尽量不破坏原有的植被，场地边角部位种花、种草、植树，保 护自然环境。
5、施工时制定泥浆和废渣的处理、处置方案，及时清运施工弃土和余泥渣土，建立登 记制度，防止中途
倾倒事件发生并做到运输途中不撒落。
10 效益分析
通过对密闭钢套筒的应用，减少管线迁改费用和工期，减少地面端头加固费用和工期， 增加密闭钢套筒始发费用和工期。减少费
110 万元，减少工期 80 天。
11 应用实例
施工情况
该工法已取得成功应用的部分工程实例如下表所示。
表 11-1 工法应用实例
工程名称
工程规模 施工情况
左线长度为； 采用密闭钢
广州地铁六号线二期工程
套筒始发； 始发掘进段
密闭钢套筒始 发完成；始发掘进 段完成；正处于正 常掘进阶段。
1 【施工三标】高塘石站～中
间风井区间左线盾构掘进
100m； 正常掘进段 到达
掘进段 100m 右线长度为； 采用密闭钢套筒始发； 始发掘进段 100m；
广州地铁六号线二期工程 正常掘进段 到达掘进段
2 【施工三标】高塘石站～中
间风井区间右线盾构掘进
100m
6 个洞门始发及区间掘进
全部完成
南宁市轨道交通一号线一期
3 工程【陈村站～广西大学站】
全部完成
一站三区间）土建施工标
实际结果及评价
高塘石站左线及右线安全， 顺利的完成始发。 始发掘进过程安全高效， 无异常情况发生。 为项目部减少了资金投入，缩短了盾构掘进工期，为项目部创造了价值。
通过密闭钢套筒始发的应用， 发现密闭钢套筒始发有一定缺陷， 若盾构管片每环， 通过 7 环负环后，洞门接头有效长度为 700mm，符合要求；若盾构管片每环为，通过
6 环负环管
片后，洞门接头有效长度为 100mm，不符合要求，后续需对管片进行处理后方可进行车站与 隧道的接头施工。可以通过定制一个
1m的始发基准环进行解决，若隧道管片为的管片，不
1m 的基准环后再拼装负环。
拼装 1m的基准环；若隧道管片为管片，先拼装
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