盾构区间施工方案

xxxx 市地铁市地铁 1 1 号线工程土建施工号线工程土建施工 1515 标标 盾构区间专项施工方案盾构区间专项施工方案盾构区间专项施工方案盾构区间专项施工方案 xxxx 集团 xx 市地铁 1 号线工程土建施工 15 标 xxxxx 部 2010 年 11 月 15 日 1 第一第一章章 工程概况工程概况 第第一一节节 工程位置 范围及主要工程量工程位置 范围及主要工程量 一一 工程位置工程位置 xx 市地铁 1 号线 15 标位于 xx 市滨湖区 包括一站三区间 即高浪路站以及 市 苏 区间 苏 高 区间以及 高 落 区间 具体位置见图 1 所示 市民广场站 苏锡路站 高浪路站 落霞路站 南湖大道 南湖大道 立德路 立德路 立信大道 立信大道 大通路 高浪路 观山路 大通路 高浪路 观山路 南霞路 贡湖大道 贡湖大道贡湖大道 12 3 12 3 9号盾构 9号盾构 9号盾构 8号盾构8号盾构 8号盾构 金匮公园 市民中心 尚锦城 图图 1 11 1 工程位置示意图工程位置示意图 二 二 工程范围及规模工程范围及规模 本标段共包含三区间分别是 落霞路站 高浪路站区间 高浪路站 苏锡路站 区间和苏锡路站 市民广场站区间 区间线路设计见下图 落 高盾构区间 高 苏盾构区间苏 市盾构区间 右线823 655m CK21 392 216 盾构区间起点里程 CK22 215 870 区间与车站分界里程 CK22 398 270 区间与车站分界里程 CK23 430 950 区间与车站分界里程 CK23 580 950 区间与车站分界里程 CK24 710 330 盾构区间终点里程 左线823 654m 右线1129 383m 左线1127 777m 右线1032 680m 左线1055 872m 落霞路站高浪路站苏锡路站市民广场站 图图 1 21 2 盾构区间施工内容图盾构区间施工内容图 2 表表 1 11 1 区间线路设计表区间线路设计表 区间名称落霞路站 高浪路站高浪路站 苏锡路站苏锡路站 市民广场站 区间里程 SK21 391 016 SK22 216 568 SK22 399 068 SK23 4 31 750 SK23 580 150 CK24 71 1 034 线路长度 左线长 825 552m 右线长 825 552m 左线长 1055 8740m 左线长 1032 682m 短链 23 192m 左线长 1129 277m 右线长 1130 884m 短链 1 607m 联络通道兼泵 房所处的位置 SK2 802 500 YSK22 947 500 ZSK22 960 821 YSK23 150 000 ZSK23 1 54 493 最小曲线半径本区间为直线段 350m650m 最大坡度 24 25 24 线间距 13m13m 15m13m 15m 随顶埋深 9 45 14 5m9 2 15 65m9 71 16 35m 第二第二节节 设计概况设计概况 一一 结构设计结构设计 本标段盾构隧道设计为双线圆形隧道 隧道内径为 5500mm 二 管片设计二 管片设计 本标段盾构区间衬砌采用预制钢筋砼管片错缝拼装 管片环宽 1200mm 厚 350mm 每环由 6 块组成 采用 C50 防水混凝土 抗渗等级大于 P10 管片类型为标准 环加左 右转弯环 环与环间以 16 根 M30 纵向螺栓相连 块与块之间以 2 根 M30 环向 螺栓紧密相连 每环管片共 16 根纵向连接螺杆和 12 根环向连接螺杆 图图 1 31 3 盾构管片示意图盾构管片示意图 3 三 盾构到达及始发端头地基加固三 盾构到达及始发端头地基加固 盾构施工前对工作井端头一定范围内土体进行加固 加固措施采用旋喷桩配合搅 拌桩 加固区域间图 1 4 始发端加固长度为 9m 到达端加固长度为 8m 端头地下连 续墙接缝处采用单排 800 600 双管旋喷桩进行止水及补强 搅拌桩加固区采用 850 600 三轴搅拌桩 其中 A 区水泥掺入量为 20 B 区水泥掺入量为 15 加固宽 度为管片外径两侧 3 米 加固深度为隧道顶部以上 3 米至底部以下 3 米 图图 1 41 4 盾构端头加固图盾构端头加固图 四 联络通道四 联络通道 本标段共设置有 3 个联络通道与泵站合建 分别位于三个盾构区间中部 联络通 道尺寸 2 5 2 9m 废水泵站有效容积按 22 15m3 联络通道及泵站采用水平冷冻法施工 冻结法的设计和施工专门委托具有相应资 质的单位进行 地层加固范围为区间上下行线隧道中心线以内 隧道顶以上 3m 泵站 底下 3m 或隧道底下 3m 通道与泵站不合建 以内 联络通道初期支护采用 钢拱架 钢 筋网 250mm 厚 C25 喷射混凝土 二次衬砌采用 350mm 厚的 C35 模筑防水混凝土 五 洞门设计五 洞门设计 区间隧道与车站 盾构井的接口处需要设置洞门环梁 其内径为 5500mm 外径 6700mm 沿隧道方向的长度根据管片排版和实际掘进情况确定 一般控制在 400mm 800mm 洞门结构设计为钢筋混凝土 混凝土的强度等级为 C40 抗渗等级为 4 P10 六 防水设计要求六 防水设计要求 区间隧道防水等级为二级 顶板不允许滴漏 结构表面不允许漏水 结构表面可 有少量湿渍 第三第三节节 工程条件工程条件 一一 施工环境施工环境 标段内共包含三个盾构区间 其中落霞路站 高浪路站盾构区间基本沿南湖大道走 向苏锡路 市民广场站盾构区间基本沿大观路走向 高浪路 苏锡路站盾构区间连接南 湖大道与苏锡路 南湖大道与苏锡路均为双向四车道城市主干道 车流量较大 图图 1 41 4 南湖大道图南湖大道图 1 51 5 苏锡路苏锡路 2 2 周边建 构 筑物 周边建 构 筑物 本标段盾构区间主要沿观山路及南湖大道布置 其中落霞路 高浪路区间位于观 山路下 苏锡路站 市民广场站位于南湖大道下 高浪路站 苏锡路站盾构区间连接南 湖大道与观水路 沿线见构筑物较少 区间主要穿越沿线跨路构筑物 其中落霞路站 高浪路站盾构区间下穿在建中高浪路高架桥及 DN2200 供水管 盾构区间距离高浪路高 架桥桥墩基础最近为 3 7m 苏锡路站 市民广场站盾构区间北侧为新建金匮公园 内有 55m 高的人工堆土山 区间下穿尚贤桥及 DN1200 深埋污水管 高浪路站 苏锡路站盾构 区间下穿丽观桥 二二 地质条件 地质条件 1 工程地质 高浪路站位于南湖大道路面下 场地地形平坦 地面标高一般在 3 25 3 83m 之 5 间 整个场地地貌单元属长江三角洲太湖冲湖积平原 图图 1 71 7 尚贤桥尚贤桥 图图 1 81 8 丽观桥丽观桥 本站岩土分层特征由上至下依次为 1 2 层素填土 灰 灰黄色 该层土为路基土及绿化带内素填土 路面下 0 3 0 4m 为沥青路面 其下为三合土 以粘性土为主 混石灰 密实 路基两侧绿化 带中为素填土 含大量植物根茎及虫孔 土层结构松散 该层土全场分布 工程特性 差 3 1 层粘土 第一硬土层 第四系全新统上段河湖相沉积物 黄褐色 灰黄色 可塑 硬塑 含铁锰质结核 夹青灰色条纹 有光泽 干强度高 韧性高 3 2 层粉质粘土夹粉土 第四系全新统上段河湖相沉积物 灰黄色 可塑 局部 软塑 含氧化铁斑点 夹青灰色条纹 稍有光泽 干强度中等 韧性中等 下部以粉 质粘土为主 夹粉土博层 局部粉土含量较高 厚度 1 20 3 50m 平均 2 30m 层面 标高 3 00 0 990m 平均 1 83m 层面埋深 4 70 6 50m 平均 5 59m 3 3 层粉土夹粉质粘土 第四系全新统上段河湖相沉积物 灰色 很湿 稍密 中密 夹薄层粉质粘土 含云母碎屑 切面粗糙无光泽 韧性低 干强度低 摇振反 应 4 层粉砂 第四系全新统中段河湖相沉积物 灰色 饱和 中密 含云母碎屑 韧性低 干强度低 摇振反应迅速 6 1 1 层粉质粘土 第四系上更新统上段河湖相沉积物 灰色 灰褐色 可塑 硬塑 含钙质结核 团块状结构 切面光滑 有光泽 韧性高 干强度高 6 1 层粘土 第二硬壳层 第四系上更新统上段河湖相沉积物 灰黄色 硬塑 局部可塑 含铁锰质结核 切面光滑 有光泽 韧性高 干强度高 6 6 2 1 层粉质粘土夹粉土 第四系上更新统上段河湖相沉积物 黄灰色 灰色 可塑 夹薄层粉土 含铁锰质氧化物 稍有光泽 干强度中等 韧性中等 6 2 层粉质粘土 第四系上更新统上段河湖相沉积物 黄灰色 青灰色 可塑 含铁锰质氧化物 切面较光滑 稍有光泽 韧性中等 干强度中等 7 1 层粉质粘土 第四系上更新统上段滨湖 河口相沉积物 灰色 软塑 夹粉土 团块 含少量云母碎屑 切面光滑 稍有光泽 韧性中等 干强度中等 7 2 层粉砂 粉土 第四系上更新统上段滨海 河口相沉积物 该层土在本站点 为粉土 灰色 流塑 局部软塑 含少量贝壳碎屑 切面光滑 稍有光泽 韧性中等 干强度中等 8 1 层粉质粘土 第四系上更新统下段河湖相沉积物 黄灰色 可塑 硬塑 含 钙质结核 切面光滑 稍有光泽 韧性中等 干强度中等 8 2 2 层粉土夹粉质粘土 第四系上更新统下段滨海 河口相沉积物 灰色 很 湿 中密 夹少量粉质粘土 含云母碎屑 韧性低 干强度低 摇振反应迅速 8 3 层粉质粘土 第四系上更新统下段滨海 河口相沉积物 灰色 灰黄色 可 塑 含钙质结核 切面光滑 稍有光泽 韧性中等 干强度中等 8 4 层粉砂 粉土 第四系上更新统下段滨海 河口相沉积物 该层土在本站 点相变为粉土 灰色 很湿 中密 含云母碎屑 韧性低 干强度低 摇振反应迅速 盾构始发及到达位置地层详见图 1 9 1 21 7 图 1 9 落 高区间右线始发地层 图 1 10 落 高右线达到地层 图图 1 111 11 落落 高区间左线始发地层高区间左线始发地层 图图 1 121 12 落落 高浪左线达到地层高浪左线达到地层 8 图图 1 131 13 高高 苏区间右线始发地层苏区间右线始发地层 图图 1 141 14 高高 苏区间右线达到地层苏区间右线达到地层 图图 1 151 15 高高 苏区间左线始发地层苏区间左线始发地层 图图 1 161 16 高高 苏区间左线达到地层苏区间左线达到地层 9 图图 1 171 17 苏苏 市区间右线始发地层市区间右线始发地层 图图 1 181 18 苏苏 市区间右线达到地层市区间右线达到地层 图图 1 191 19 苏苏 市区间右线始发地层市区间右线始发地层 图图 1 201 20 苏苏 市区间右线达到地层市区间右线达到地层 盾构区间洞身主要位于 6 1 1 层粉质粘土 6 1 层粘土 局部位于 3 3 层粉土夹 粉质粘土 5 1 淤泥质粉质粘土 4 层粉砂 盾构上部覆土主要为 3 2 层粉质粘土 夹粉土 3 3 层粉土夹粉质粘土中 5 1 淤泥质粉质粘土 盾构下部覆土主要为 6 1 层粘土 6 2 层粉质粘土 区间洞身各土层所占比例见下图 10 图图 1 211 21 盾构区间地层比例图盾构区间地层比例图 2 水文地质 xx 地处江南水网区 属长江流域太湖水系 区内地表水系极其发育 内河水位主 要受大气降水和太湖排水影响 并受人为控制 常年水位 黄海标高 1 40 1 70m 其 年变幅 1 0m 左右 xx 地区历史最高洪水位为 3 05m 拟建场地在勘察深度范围内地下水主要为赋存于第四系全新统及上更新统中的潜 层含水层 浅层弱承压水层 深层承压水层 3 个 对本工程施工有影响的含水层特征 如下 表表 1 21 2 地下水作用评价表地下水作用评价表 序号名称位置含水层描述备注 1 潜水主要埋藏在表填土层 水位埋深约 0 60 1 00m 左 右 相应标高 2 85 2 92m 左右 2 微承压水 主要分布于 3 3层粉土 夹粉质粘土及 4 层粉砂 层中 层面埋深 8 30 9 90m 厚 度 4 73 4 83m 3 第 承压 含水岩组 位于 7 2层灰色粉砂 粉 土 中 水量较大 稳定水位标高为 4 68m 层 面埋深 29 80 35 90m 层 厚 1 10 2 00m 根据水文地质资料 本工程施工范围内地下水对混凝土结构无腐蚀性 在长期浸 水条件下 地下水土对钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀 在干湿交替条件下 对钢筋混 凝土结构中钢筋无腐蚀性 对钢结构具有弱腐蚀性 场地微承压水对砼无腐蚀性 对 钢结构有弱腐蚀性 对砼结构中钢筋无腐蚀性 3 工程地质及水文地质对施工影响的分析 根据地质勘探资料 本场地在勘探深度范围内无地裂隙 岩溶 土洞 河岸滑坡 及浅层活动断裂等不良地质作用存在 11 三 施工条件三 施工条件 1 1 施工用电施工用电 业主在本标段提供 630KVA 变压器 2 台 2000KVA 开关柜 2 台 可满足施工用电要 求 2 2 施工用水 施工用水 业主在本标段提供 DN80 自来水接口 2 处 可满足本标段施工用水要求 本标段所处位置污水管路 雨水管路畅通 场地内排水可经三级沉淀后排放至就 近的市政排水管网系统中 12 第二第二章章 盾构区间施工重难点分析及对策盾构区间施工重难点分析及对策 一一 如何如何科学组织盾构始发到达是本工程的一大重点科学组织盾构始发到达是本工程的一大重点 原因分析 本工程盾构区间共包含 3 个区间 分别为落霞路站 高浪路站盾构区间 高 浪路站 苏锡路站盾构区间 苏锡路站 市民广场站盾构区间 盾构始发及到达次 数频繁 共需 6 次始发 6 次到达 盾构始发端头主要位于 3 3 4 及 5 1 等软弱地层中 地层稳定性差 含水丰富 如何科学的组织盾构始发及到达的安 全及技术管理是本工程施工的一大重点及难点 主要对策 对端头地层进行加固 针对端头地层性质 盾构端头井加固措施采用 800mm 600mm 双重管高压旋喷桩配合 850mm 600mm 三轴搅拌桩 加固后的土 体应具有良好的均匀性 自立性 止水性 且无侧限抗压强度及渗透系数满足设 计要求 在端头地层加固施工完毕之后 对加固区域进行垂直取芯以及在洞门处 均匀布置九个水平探孔 用以检测加固效果 如有问题及时进行补充加固 确保 盾构进 出洞的安全 做好洞口防水密封 盾构进出洞时 预先安装洞门圈预埋钢环 帘布橡 胶板以及折叶式压板等洞门密封装置并确保其能有效使用 盾构出洞时 在出洞前从刀盘的开口向盾构土仓内填塞土坯 基本充填 满土仓 可使盾构机在切入掌子面时就可建立一定的土压 防止出洞时掌子面 发生大面积坍塌 出洞段应根据洞门圈深度 盾构机尺寸等正确计算出盾构开始 旋转刀盘以及开始同步注浆的里程 并通过同步注浆将洞门圈回填密实 采用二次或三次到达方案 在刀盘脱出洞门前 采用水泥 水玻璃双液 浆对盾尾空隙进行回填 对进洞口的 10 环管片采用 14 槽钢通过管片吊装孔进行拉紧 确保在盾 构反推力较小的情况下 管片环间的缝隙不至于加大 造成管片间因密封失效而 13 发生渗漏 加强盾构在出洞 进洞段的掘进控制 控制好盾构姿态 在保证出碴量 正常 同步注浆回填密实的前提下 尽量快速完成盾构的出洞与进洞 同时 充 分考虑到由于对端头地层进行了加固处理 地层物理力学性质所发生的改变 掘 进时防止盾构姿态突然变化 进出洞洞门钢圈在施工时内径有意识放大适当尺寸 确保盾构机顺利进 出洞 施工前制定详尽应急预案 提前做好资源储备 二 严格二 严格控制地表沉降 确保沿线建 构 筑物安全是本工程的重点控制地表沉降 确保沿线建 构 筑物安全是本工程的重点 原因分析 本标段区间隧道大部分敷设于观山路和南湖大道路面下 路面较宽 路两侧 建筑物较少 区间隧道施工影响范围内的建筑 河流 桥梁主要有 规划高浪路 高架桥 永昌桥 丽观桥 尚贤河桥和贡湖大道污水管道 其中区间盾构距离高 浪路高架桥桩基最近净距仅 3 75m 距离永昌桥桩基最小净距仅 7 31m 距离丽观 桥桩基最小净距仅 3 99m 距离尚贤桥桩基最小净距仅 8 46m 距离贡湖大道污 水管道最小净距仅 3 29m 因此 区间隧道盾构法施工变形控制要求高 对沿线 建筑物的保护是本工程的重点和难点 主要对策 提前沟通 掌握沿线建构筑物参数 盾构掘进前与各建构筑物所有单位沟通 了解各建构筑物具体位置里程 及设计情况 掌握建构筑物设计标准及各种性能指标 为盾构掘进速度及各种控 制参数的确定提供基础资料 控制推进速度 穿越建 构 筑物前对穿越里程进行准确量测 提前 20 环改变掘进参数 控制盾构机基本推进速度保持在 2cm min 推进过程速度保持稳定 确保盾构均 衡 匀速地穿越 减少盾构推进对前方土体造成的扰动 减少对周边环境的影响 14 控制正面土体压力 在盾构机机头距离桩基 15m 时 盾构机正面土压力设定适当减小 尽可 能减小盾构机掘进过程中盾构推力对桩基础的影响 控制出土量 盾构的挖掘断面每环理论出土量 D2 L 4 6 42 1 2 4 38 58m3 环 在盾构穿越建筑物过程中 应将 出土量控制在理论值的 98 即 37 8m3 环左右 保证盾构切口上方土体能有微量 的隆起 盾构姿态控制 在盾构穿越过程中 必须认真复核 确保盾构方向及姿态的准确 防止 由于纠偏过于频繁对土体扰动过大 使得土体结构发生改变 使得沉降及变形超 标 控制同步注浆量及注浆压力 盾构机盾尾穿越钻孔桩后 开始同步注浆 此时同步注浆压力及同步注 浆量均适当减小 在确保填充完全的通知 尽可能较小对桩基础的扰动 盾尾油脂注入 在穿越桩基础时 加大盾尾油脂的注入量 防止在穿越过程中出现漏水 漏砂 穿越建筑物期间加强建筑物沉降变形观测 尤其是津桥和国家发展银行 穿越前增设水平位移观测点及沉降观测点 穿越时加强检测频率 对检测信息及 时进行动态分析 第一时间内反馈指导施工 15 第三第三章章 施工总体部署施工总体部署 第第一一节节 总体总体施工方案施工方案 本标段盾构区间采用 2 台 8 号盾构及 9 号盾构 6340 土压式盾构机由高 浪路站向两侧始发 其中 8 号盾构由高浪路站北端头右线始发 掘进至落霞路站 后调头完成落霞路站 高浪路站区间左线 然后盾构站外过站由高浪路站南端头 左线始发掘进至苏锡路站吊出 9 号盾构由高浪路站南端头右线始发 掘进至苏 锡路后站外过站后由苏锡路站西端头右线始发 掘进至市民广场站调头完成市民 广场路站 苏锡路站区间左线后由苏锡路站吊 施工程序间下图 3 1 图图 3 13 1 盾构掘进顺序图盾构掘进顺序图 盾构隧道采用装配式钢筋混凝土管片衬砌 管片外径 6200mm 内径 5500mm 厚 350mm 环宽 1 2m 为 3 2 1 型 3 块标准块 2 块邻接块和 1 块封顶块 拼装时采用错缝拼装 弯曲螺栓连接 管片接缝粘贴三元乙丙橡胶 弹性密封垫 管片与围岩之间的环形间隙采用水泥砂浆同步注浆回填 盾构隧道 水平运输采用 38Kg m 钢轨铺设单线 35T 变频电机车牵引重载编组列车运输 由 2 列编组列车完成材料和碴土的水平运输 垂直运输由二台 45 15T 门吊下料 提 升与翻卸碴土 盾构始发 到达端头加固采用搅拌桩加固 搅拌桩与围护之间采用旋喷桩的 施工填充方法 搅拌桩桩直径 850mm 环向间距 600mm 平面加固为隧道轮廓 外 3m 剖面加固范围隧道轮廓外 3m 进出洞加固区长度分别为 9 8m 16 联络通道施工待盾构左右线均穿越通道后进行 采取冷冻法施工 施工前上 报专项施工方案 洞门施工均安排在隧道掘进完成之后进行 利用调头 拆卸 吊出时安排施 工 避免交叉作业 洞门施工前拆除零环管片 并凿除管片背后砂浆 人工铺设 防水层 安装钢模板 泵送混凝土入模 第二第二节节 施工总体平面布置施工总体平面布置 一一 施工总平面布置原则及说明施工总平面布置原则及说明 本标段施工场地布置主要集中于高浪路站 由于高浪路站东侧紧邻正在开发 的 尚锦城 大型物业开发区 车站位于南湖大道路面下 为把本项目施工对 周边的影响降至最低 合理利用现有施工场地 场地规划主要按以下原则布置 1 施工场地作为施工组织的重要资源 严格按照合同文件和设计图纸提供 的施工条件和施工要点进行布置 做到合理可行 2 根据现场施工总体安排及交通运输的需要 施工临时用地以满足施工生 产和现场管理为主 尽量少占用周边地块 同时 满足合同文件中的交通疏解要 求 3 充分考虑市容及环境保护 施工设施布置在满足生产规模和施工工艺的 要求下 做到整齐美观 安全防火 二 二 施工总平面布置图施工总平面布置图 本期场地布置主要为满足高浪路站 2 台盾构的始发及掘进 场地平面布置见 图 第三节第三节 施工进度计划施工进度计划 一 盾构掘进进度指标一 盾构掘进进度指标 盾构机组装机调试 25 天 盾构掘进 8 环 天 二 施工进度计划二 施工进度计划 17 见图 3 3 三 关键线路三 关键线路 图 3 2 18 图 3 3 19 第四第四章章 盾构区间施工方法及技术措施盾构区间施工方法及技术措施 第第一一节节 区间隧道施工方案概述区间隧道施工方案概述 一一 本标段盾构工程施工条件本标段盾构工程施工条件 标段盾构隧道长度 在本工程中需进行盾构施工的长度约为 5993 单线延米 隧道覆土厚度最小约 9m 最大约 17m 平面最大纵坡度为 25 最小坡度为 2 隧道最小转弯半径 350m 掘进方向误差 不超过 100mm 隧道内净空 5 5m 管片外径 6 2m 计划进度 全断面皆为较地层弱底层计划掘进速度 30 40mm min 平均日进 度 6 8 环 单线 二 环境条件二 环境条件 本区间主要在南湖大道和观山路下穿越 盾构沿线主要穿越高浪路高架桥 永昌桥 丽观桥 尚贤河桥及贡湖大道污水管道 地表沉降量控制 盾构掘进施 工地表面允许隆陷值为 10 30mm 三三 区间地质特点 区间地质特点 盾构穿越的地层主要位于 6 1 1 层粉质粘土 6 1 层粘土 局部位于 3 3 层粉土夹粉质粘土 5 1 淤泥质粉质粘土 4 层粉砂 四 复杂周边环境及环保要求四 复杂周边环境及环保要求 本标段施工时使用的辅助材料如油脂 泡沫等废物和弃碴运输不能对环境造 成污染 对粉尘 噪声 排污 交通疏解等可能与周边环境产生干扰的问题进行 控制 减少对周边环境的影响 第二节第二节 盾构机的选型及设备配置盾构机的选型及设备配置 20 本标段盾构穿越的地层主要位于 6 1 1 层粉质粘土 6 1 层粘土 局部位 于 3 3 层粉土夹粉质粘土 5 1 淤泥质粉质粘土 4 层粉砂 根据以上分析我 们拟选用小松土压平衡盾构进行本标段区间工程施工 一 盾构机主要功能及和技术性能指标一 盾构机主要功能及和技术性能指标 1 1 土压平衡盾构机工作原理 土压平衡盾构机工作原理 土压平衡盾构机工作原理见下图 图图 4 14 1 土压平衡盾构机的工作原理土压平衡盾构机的工作原理 2 2 盾构机主要部件的几何尺寸 盾构机主要部件的几何尺寸 盾构机主要部件尺寸见下表 表表 5 15 1 盾构机主要部件尺寸表盾构机主要部件尺寸表 序号结构直径长度 1 刀盘 6360mm 3 前盾 6340 mm3500mm 4 中盾 6340 mm2240mm 5 盾尾 6340 mm2435mm 6 整机 含设备桥及拖车 58 4m 3 3 推进系统 推进系统 盾构机一共有 22 根推进油缸分成四组 油缸的具体位置及分组情况见下图 4 2 所示 22 根推进油缸的最大行程都是 2150mm 最大总推力为 37730kN 盾构 机掘进方向控制就是通过调节四组油缸推力大小来实现 21 4 4 铰接系统 铰接系统 盾构机配置有前置式铰接油缸 铰接油缸分布和分组如下图 4 3 所示 通过 控制四组铰接油缸伸出长度能够实现盾构机转弯和上下坡 方便盾构机的姿态控 制 通过使用铰接油缸盾构机能够通过的最小曲线半径为 150m 图图 4 24 2 盾构机推进油缸分布图盾构机推进油缸分布图 图图 4 34 3 盾构铰接油缸分布和分组示意图盾构铰接油缸分布和分组示意图 5 5 管片拼装机 管片拼装机 新型小松盾构机的管片拼装机含有 6 个自由度 能够实现管片左右旋转 上 下伸缩 前后移动 前后摇摆 左右摇摆和左右偏转等动作 能够更灵活的控制 22 管片姿态 提高管片拼装质量 管片拼装机的结构如图 4 4 所示 6 6 盾构机刀盘 盾构机刀盘 刀盘为辐条面板型 6 根辐条加封板 中间支持方式 如图 4 5 所示 在各 辐条及面板上设置了切削刀具 可以顺时针或逆时针回转对开挖面进行掘削 刀 盘开口度 40 保障碴土顺利进入土仓 对本工程中的粉土 粘土等土质都能很好 地适应 图图 4 44 4 管片拼装机结构示意图管片拼装机结构示意图 图图 4 54 5 刀盘面板示意图刀盘面板示意图 23 在刀盘上配置安装边刮刀 12 把 中心刀 1 把 主切削刀 78 把 先行刀 66 把 周边先行刀 4 把 仿形刀 2 把及 5 个注入口 刀具如表 4 3 所示 表表 4 34 3 刀具形式刀具形式 主切削刀周边先行刀中心刀 7 7 密封系统 密封系统 包括主轴承密封和盾尾密封 主轴承密封主要由唇形密封和 MY 密封组成 分为内外两道 盾尾密封为三道钢丝密封刷 在钢丝密封刷间 有 12 道油脂管 路向盾尾密封注入专用密封油脂 以提高密封效果及可靠性 唇形密封和 MY 密 封如图 4 6 所示 盾尾密封如图 4 7 所示 图图 4 64 6 唇形密封和唇形密封和 MYMY 型密封型密封 盾尾前腔油脂 盾尾后腔油脂 同步注浆 管片 注浆 密封刷 密封刷 密封刷 盾尾壳体 24 图图 4 74 7 盾尾密封示意图盾尾密封示意图 8 8 碴土改良系统 碴土改良系统 盾构机配置有加泥系统和泡沫系统两种碴土改良系统 碴土改良系统的选用 主要根据地质情况确定 加泥系统适用于改良砂质土而泡沫系统适用于改良粘性 土 向土仓内加泥能够增加土仓碴土中细小颗粒的含量 在砂性土层的开挖面形 成泥膜增加碴土的止水性 防止涌水 涌砂的发生 向土仓加入泡沫起到润滑碴 土的作用 增加粘性土的流动性 防止螺旋机堵塞和刀盘结泥饼 碴土改良系统 如下图 4 8 所示 图图 4 84 8 碴土改良系统碴土改良系统 9 9 同步注浆系统 同步注浆系统 如图 4 9 所示 盾构机配置有四路注浆管路 每路管路含三根管 这三根管 分别是 A 夜管 B 液管和清水管 通过控制三根管路通断状态能实现 A B 浆液注 入和 A B 注浆管清洗等功能 如图 4 10 所示 1010 信息采集及监控系统 信息采集及监控系统 盾构机上安装有大量压力传感器 行程传感器 温度传感器 流量传感器等 元件 这些元件检测到的信息输入到盾构机 PLC 进行集中处理 盾构操作人员根 据盾构 PLC 的反馈信息进行操作 同时 PLC 还能将信息处理结果传输给监控单元 监控单元能够显示 PLC 采集和处理后的信息并且储存这些信息 盾构信息采集和 25 监控系统如下图 4 11 所示 图图 4 94 9 盾构机注浆管路分布图盾构机注浆管路分布图 图图 4 104 10 盾构机注浆管路工作图盾构机注浆管路工作图 图图 4 114 11 盾构信息采集及监控系统盾构信息采集及监控系统 二 二 盾构施工配套设备选型盾构施工配套设备选型 1 1 轨道运输设备 轨道运输设备 盾构掘进时所需要运输的主要为碴土 管片 砂浆料及其它辅助材料 每循 26 环掘进出碴材料运输由 1 列列车完成 1 列列车由 1 辆牵引机车 3 节碴车 1 节 砂浆车 2 节管片车组成 如图 4 12 所示 1 台盾构机配置 2 列编组列车循环使 用 图图 4 124 12 列车编组示意图列车编组示意图 根据计算每掘进一环需要出碴土约为 38 m3 需要同步注浆的浆液量为 3 5 m3 需要一环 6 块管片 需要使用一台 35t 电机车来运输 每辆碴车的容积设计 14 m3 三辆碴车就能装 42 m3 碴土 浆车的容积设计为 6 m3 两辆管片车 每 辆管片车装三块管片 所以 一组列车能够满足掘进一环的需要 具备快速施工 的能力 35t 电机车碴量参数见下表 5 4 碴车 浆车和管片车的参数见下表 5 5 表表 4 44 4 电瓶车电瓶车 35t 35t 主要技术参数表主要技术参数表 项目技术参数项目技术参数 机车型号 JXK 35 持续牵引力 72kN 粘着重量 35t 持续速度 10 5km h 变频器额定 容量 250kVA 最高速度 25 km h 传动方式交流传动轨距 900 mm 电池容量 620AH 最小曲线半径 25 m 额定功率 220 KW 外型尺寸 8 2m 1 55m 2 4 m 起动牵引力 91 kN 电瓶连续工作时 间 10h 表表 4 54 5 碴车 浆车和管片参数表碴车 浆车和管片参数表 项目碴车浆车管片车 外形尺寸 mm 3570 1500 251 0 4880 1500 226 0 3400 1500 550 工作容量 14 m36 m315T 27 轨距 900mm900mm900mm 2 2 充电机 充电机 充电机的选择应根据机车电瓶容量确定 每台机车有 2 组电瓶 本标段隧道 工程共配置 4 台机车共有 8 组电瓶 电瓶充电时间为 8 小时 充电电流最大 100A 因此需要充电机的数量为 4 台 充电机规格型号为 KCA100A 380V 3 3 垂直提升设备 垂直提升设备 每台盾构机配置一台 45 15t 门吊 碴箱装满土的重量约为 30t 三块管片的 重量约为 12t 所以门吊能满足使用要求 门吊布置情况请参照本施组 3 2 施 工现场平面布置及说明 相关内容 38t 门吊参数见表 4 6 门吊施工过程见图 4 13 表表 4 64 6 门吊主要技术参数表门吊主要技术参数表 项目技术参数项目技术参数 型号 45t 15t 副钩起升速度 1 08 10 8m min 起重量 主钩 45t 副钩 15t 小车运行速度 2 21m min 工作级别 M6 大车运行速度 5 37 8m min 跨度 25 2m 轴距 9500mm 主钩起升速度 15m min 满载 20m min 空载 总功率 140kW 主钩起升高度 26m 长 宽 高 30 5 15 12 5 m 卸料高度 2 5m 总重量 114T 28 图图 5 135 13 门吊工作示意图门吊工作示意图 4 4 砂浆搅拌设备 砂浆搅拌设备 砂浆搅拌设备采用 JS500 双卧轴搅拌机及 PLD1000 配料机组成搅拌站 为盾 构机施工提供砂浆 每台盾构机配用一座搅拌站 生产能力为 25 30m3 h 每循 环最大需要砂浆量为 3 5m3 则生产 3 5m3 砂浆所需时间为 T 3 5m3 25m3 h 60min 8 4min 故在碴车卸碴的同时进行砂浆的生产 就能 保证盾构掘进所需的砂浆量 5 5 通风设备 通风设备 通风方式根据地铁隧道盾构施工情况选用机械压入式通风方式 风管采用 1m 的拉链式软风管 通过盾构风管储存箱进行延伸 将新鲜空气压入盾构机后 配套设备末端 再由后配套上的二次通风设备将新鲜空气压入盾构机前端和各作 业空间 选用 SDF N10 对旋轴流式通风机 通风机主要参数 风量 1100m3 h 风压 3140Pa 功率 37 2 kw 按照每班工作人员 12 人 每人每小时新鲜空气需要量 30m3 计 则该风机远远满足施工的需要 6 6 碴土二次运输设备 碴土二次运输设备 碴土外置运输采用挖掘机和自卸汽车进行装运 根据车站提供的场地条件 合理科学的在门吊出渣口附近集土坑储碴 为不影响交通 夜间再把碴土经自卸 汽车外运到弃碴场 挖掘机斗容量选用 0 8m3 规格为 PC200 2 台 自卸汽车 15 辆 汽车数量根据施工进度及运输距离及时调节 每辆载重 15t 根据环境保 护和文明施工的要求 碴车采用全封闭结构以避免碴土沿线外漏 7 7 其它主要设备 其它主要设备 盾构施工还需要配置其它设备 如地层处理设备 盾构组装及调头设备 供 水及排水设备 运输设备 注浆设备 维修保养设备等 第三节第三节 端头加固施工方案端头加固施工方案 盾构施工前对工作井端头一定范围内土体进行加固 加固措施采用旋喷桩配 合搅拌桩 始发端加固长度为 9m 到达端加固长度为 8m 端头地下连续墙接缝 处采用单排 800 600 双管旋喷桩进行止水及补强 搅拌桩加固区采用 850 600 三轴搅拌桩 其中 A 区水泥掺入量为 20 B 区水泥掺入量为 15 加 29 固宽度为管片外径两侧 3 米 加固深度为隧道顶部以上 3 米至底部以下 3 米 为 防止始发或到达位置加固效果不理想产生渗漏水 在端头位置设置 3 口备用降水 井 盾构端头加固已编制专项施工方案 现已施工完成并检测合格 在此不再详 细论述 第四第四节节 盾构始发施工盾构始发施工方案及工艺方案及工艺 一 一 相关定义说明相关定义说明 1 反力架 始发台 反力架是为盾构始发提供推进反力的钢架结构 始发台是支撑盾构机并使盾 构机沿其轨道向前推进的钢架结构 包括两侧支撑盾构 或管片 的三角支撑架 2 洞门防水装置 指安装于洞门圈上 在盾构始发时起到止浆 止水作用的帘布橡胶板 折叶 压板 钢丝刷 第二道密封 注脂管等辅助施工设备 3 负环管片 0 环管片 安装在盾构井内 支撑于负环钢管片及反力架上的钢筋混凝土管片 为盾构 始发掘进提供反推力的管片 其中部分位于盾构始发井内称为负环管片 部分位 于洞门圈内的管片称为 0 环管片 二 二 始发条件始发条件 盾构始发时要求具备下列条件 1 始发井的主体结构完成 并具备足够的强度 2 车站结构底板完成 具备安装轨道的条件 3 地面各种管线架设完成 4 反力架 始发台 轨道 人行踏板等加工完成 数量足够始发使用 5 电瓶车 砂浆车 管片车等运输设备安装调试完成 6 盾构机主机安装调试完成 同步注浆系统安装调试完成 7 各种材料 机具准备充分 到位 各种方案 预案制定并完善 8 端头加固完成并经过检验 9 洞门密封安装完成 30 三 三 始发端头工程地质及水文情况始发端头工程地质及水文情况 1 始发端头工程地质情况 盾构始发掘进范围内存在 3 3 粉土夹粉质粘土层 4 粉砂 5 1 淤泥 质粉质粘土 6 1 1 粉质粘土 6 1 粘土 地层较软 含水量丰富 2 始发端头水文地质情况 拟建场地在勘察深度范围内地下水主要为赋存于第四系全新统及上更新统中 的浅层含水层 浅层弱承压水层各 深层承压水层 3 个 四 四 盾构始发施工步骤及技术措施盾构始发施工步骤及技术措施 盾构始发主要内容包括 洞门凿除 始发台定位安装 洞门密封安装 洞内 轨线铺设 电瓶车下井 盾构机下井拼装 反力架下井安装 负环管片拼装 开 始始发等工作内容 始发流程见图 4 14 始发流程图 图图 4 144 14 始发流程图始发流程图 五 始发台的定位与安装五 始发台的定位与安装 盾构始发台底部采用钢结构 主要承受盾构机的重力和推进时的摩擦力 盾 构在组装时需对主机进行前后移动 结构设计还需考虑盾构前后移动施工的便捷 和结构受力 本标段盾构始发台与负环管片支撑同时连接在一起组成整体结构 在钢梁上设置钢轨作为盾构机导向轨道 基座就位后通过横向和斜向进行加固 两边使用横梁与始发洞口的预埋件进行焊接加固 盾构始发台详见图 4 15 盾构 始发台示意图 六 洞门防水装置安装六 洞门防水装置安装 始发台定位安装 轨道铺设 电瓶 电瓶车下井 洞内轨线铺设五号拖车下井 四号拖车下井三号拖车下井 二号拖车下井 一号拖车下井 双梁及螺旋输送机下井 盾构主机下井反力架下井安装 负环管片拼装 洞门密封安装 洞门凿除 开始始发 31 洞门密封安装顺序为 洞门圈预埋钢环 车站主体结构施工时已经预埋 安装双头螺栓 帘布橡胶板 圆环板 扇形折页压板 垫圈 螺母 如图 4 16 所示 安装前需检查确认的相关事项 1 检查钢环与洞内预留钢筋之间焊接是否牢固 2 仔细检查预埋钢环螺栓孔内是否清洁 如有杂物堵塞需进行清理 3 双头螺栓丝扣是否完整 确保螺栓与钢环间连接牢固 图 4 15 32 盾构 预埋钢环板 帘布橡胶密封板 折叶压板 固定螺栓固定螺栓 预埋钢环板 预埋钢环板 固定螺栓 管片 折叶压板 折叶压板 管片 注浆浆液 进洞前状态 盾构进洞时状态 管片拼装后的状态 图图 4 164 16 洞门密封安装图洞门密封安装图 待确认完毕后 首先安装双头螺栓 安装结束后应保证其栓结牢固 随后进 行帘布橡胶板的安装铺设及圆环板的安装 结束后安装扇形折页压板 在折页压 板的安装过程中应使其沿洞门圆周均匀分布 最后配以垫片 螺母进行栓结固定 并保证其足够牢固 在始发掘进过程中 为避免刀盘在推进时损坏帘布橡胶板 可以在帘布橡胶板外侧及刀盘外边沿涂抹黄油以起到润滑作用 七 七 洞内轨线铺设洞内轨线铺设 盾构井前部负环部分 约 9 6m 内侧采用掘进段标准轨枕 盾构井后半部分通 过加工型钢轨枕 与设计钢轨底表面平 后配套拖车采用 I38 轨为临时轨道 10 槽钢为临时轨枕 待负环拆除后重新配置轨道及道岔 八 反力架安装八 反力架安装 盾构始发架为钢结构预制成榀 盾构始发架位置按设计轴线准确放样 安装 时按照测量放样的基线 吊入井下就位 并设置支撑加固 盾构始发架加工图见 图 4 17 盾构始发架下采用钢板调平坡度 33 反力架受力计算 1 设计条件 盾构推力计算 盾构断面积 S 32m2 单位面积推力 t 取 42T m2 安全系数取 1 4 盾构推力 T S t 32 42 1 4 1880T 2 作用于钢后靠的荷载计算 负环管片作用于钢后靠上荷载总周长 L D 19 5m 作用于钢后靠的均布荷载为 q T L 1880T 19 5m 96T m 与钢后靠接触的是开口环管片 由 3 块 B 块组成 另外 3 块管片受力由 形 支撑及 609 钢支撑传递到钢后靠上 因此 钢后靠受力情况如下图 4 18 所示 A P1P1 B q 96T m P1 190T C P2 220T 27002000图图 4 4 1818 钢后靠受力示意图钢后靠受力示意图 3 梁 A C 梁 A C 为 800mm 800mm 20mm 矩形管 管片对后靠的荷载最终全部传递到 梁 A C 上 取顶部斜撑至下部第一道钢支撑之间型钢支撑进行验算 上图为后靠受力模型图 求得支座反力 求得 Ra 178 07T Rb 105 08T Rc 547 24T 34 最大弯矩为 见下图 4 19 后靠弯矩示意图所示 y x 12345 1 2 3 4 21 48 61 87 21 48 24 27 61 87 24 27 56 98 图图 4 4 1919 后靠弯矩示意图后靠弯矩示意图 Mmax 61 87T m 800 800 20 矩形管的抗弯截面模数 W 为 15828 8 cm3 M W 61 87 T m 15828 8cm3 39 1MPa 210Mpa 所以梁 A C 梁满足要求 即本工程后靠体系满足要求 4 刚度计算 ymax 5ql4 384EI E 弹性模量 210Gpa I 800 800 20 矩形管惯性距 633152cm4 ymax 5ql4 384EI 5 96 2704 384 210 103 633152 0 05cm 0 5mm 5 56c 工字钢双榀支撑验算 A 强度验算 Ra 178 07 吨 截面面积 A 157 78cm2 56c 工字钢双榀支撑所受推力 N Ra COS45 178 07 0 707 251 86T N A 251 86T 157 78 cm2 160Mpa 210Mpa 所以 56c 工字钢双榀支撑满足要求 B 稳定性验算 L i 杆件长细比 p 属细长杆 p s 属中长杆 s 属短粗 杆 35 长度系数 此处取 0 7 L 杆件长度 9m i 截面惯性半径为 0 2128m L i 0 7 9 0 2128 29 6 s 61 4 所以 此 56c 工字钢双榀支撑属粗短杆 杆件稳定性满足要求 C 变形量计算 变形量 L E 160 9 103 210 103 6 8mm 九 负环拼装九 负环拼装 本标段洞内管片拼装采用直径 6200mm 宽 1200mm 的混凝土预制管片 由直 线环和转弯环构成 同时为防止管片失圆和拆卸方便 采用错缝拼装 要求如下 1 根据洞门里程 联络通道里程确认所需负环数量及拼装点位 拼装时需 利用水平尺对 8 环第一块弧底位置进行确定 2 因盾尾内壳与管片外径之间有 3 厘米间隙 为了保证负环管片拼装完成 后向后推动过程中 不损坏盾尾刷 在拼装负环管片时 需要在盾尾下部盾壳内 避开千斤顶撑靴位置焊接 1 2 米长的 30 圆钢 4 根 沿盾构方向放置 尾部靠 在盾尾刷附近 圆钢前部与盾壳点焊 以方便负环管片安装完成后将其移除 3 注意控制油缸的行程及推进速度 尽量保证过程中始终处于匀速推进 并使其行程保持一致 4 对拼装结果做出充分估计 力求较高的组装精度 为洞内管片拼装成型 质量打下良好的基础 十 洞门凿除十 洞门凿除 洞门凿除采用分层分台阶法进行凿除 施工过程中首先凿除表层混凝土 待 露出一层钢筋网时利用气焊将钢筋网逐层 逐根 逐条进行切割 确保洞门净空 内无钢筋残留 保证盾构的顺利始发 待钢筋网完全割除后依次进行二层混凝土及钢筋网的凿除 凿除至二层钢筋 网时须在洞门范围内上 中 下三路打探水孔 观察地层赋水情况 钻机引孔 36 2 5 米左右 根据现场情况可做适当的调整 探孔布置在直径为 5 米左右的圆中 直径为 50mm 水平探孔分布情况见图 4 20 水平探孔孔位示意图 完成洞门凿除 后现场值班工程师需对凿除效果进行检查 在一定时间内用容器接收所渗透的水 量 满足渗透小于 1 10 8m3 s 视为合格 合格后拆除脚手架 清理混凝土残渣 将刀盘迅速抵至掌子面 凿除过程中 必须技术人员现场值班 如遇涌水 涌沙 钢筋网大面积脱落等突发状况 应通知作业人员迅速撤离并及时采取喷射混凝土 进行支护 9 81 7 2 36 5 4 图图 4 204 20 水平探孔孔位示意图水平探孔孔位示意图 十一十一 始发掘进及技术参数的选定 始发掘进及技术参数的选定 本标段均采用土压平衡模式掘进 平衡压力的设定是土压平衡盾构施工的关 键 维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节 其中包括推力 推进速度和出土量三者的相互关系 对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导 作用 因此 盾构推进过程中 要根据前期地质勘查和地层取样结构 根据不同 地质 覆土厚度 地面建筑情况 并结合地表隆陷监测结果以及盾构机自身的机 械性能及时调整设定土仓压力 确保推进速度保持相对平稳 控制好每次的纠偏 量 减少对土体的扰动 为管片拼装创造良好的条件 同步注浆量要根据推进速 度 出碴量和地表监测数据及时调整 将施工轴线与设计轴线的偏差及地层变形 控制在允许的范围内 1 土仓压力值 P 的选定 P 值与地层土压力和静水压力相平衡 设刀盘中心地层静水压力 土压力之 37 和为 P0 P0 h 土体的平均重度 h 刀盘中心至地表的垂直距离 则 P K P0 K 土的侧向静止土压力系数 K 取 0 7 盾构在掘进