青岛地铁2号线盾构机掘进方案

目目 录录 第一章 编制说明 1 1 1 编制目的 1 1 2 编制依据 1 1 3 编制原则 1 1 3 1 质量保证原则 1 1 3 2 工期保障原则 1 1 3 3 技术可靠性原则 2 1 3 4 经济合理性原则 2 1 3 5 风险可控的原则 2 第二章 工程概况 3 2 1 线路设计概况 3 2 2 地质概况 3 2 3 建筑物调查 3 第三章 资源配置 5 3 1 组织机构 人员安排 5 3 2 劳动力安排 5 3 3 机具设备 6 第四章 施工平面布置 8 4 1 场内道路 8 4 2 龙门吊 8 4 3 砂浆及膨润土拌合站 8 4 4 现场办公室及工人宿舍 8 4 5 施工用风 用水 用电 通讯 9 第五章 盾构掘进施工 10 5 1 盾构掘进流程及操作控制程序 10 5 1 1 盾构掘进流程 10 5 1 2 盾构掘进操作控制程序 11 5 2 掘进参数控制及优化 12 5 3 盾构掘进方向控制与调整 15 5 3 1 盾构掘进方向控制 15 5 3 2 盾构掘进姿态调整与纠偏 15 5 3 3 方向控制及纠偏注意事项 16 5 3 4 盾构小半径掘进控制 16 5 4 掘进中的碴土改良 17 5 4 1 目的 17 5 4 2 方法 17 5 4 3 本标段各种地层渣土改良措施 18 5 4 4 防结泥饼的主要技术措施 18 5 5 富水地层控制措施 19 5 6 同步注浆 19 5 6 1 作业流程 19 5 6 2 材料要求及主要性能指标 20 5 6 3 人员要求 注浆操作人员 21 5 6 4 同步注浆管理 21 5 6 5 注意事项 22 5 7 二次注浆 22 5 8 管片安装 23 5 8 1 管片安装程序 23 5 8 2 管片安装方法 24 5 8 3 安装管片质量保证措施 25 5 9 施工运输 26 5 9 1 洞内水平运输 26 5 9 2 垂直运输 28 5 9 3 地面水平运输 28 5 10 施工通风与洞内管线布置 28 5 10 1 施工通风 28 5 10 2 洞内管线布置 28 5 11 盾构设备保养 维修制度 29 5 11 1 盾构机及配套设备检查保养计划 29 5 11 2 盾构及配套设备保养检查项目 29 5 12 盾构刀具检查和更换方案 35 5 12 1 刀具失效原因分析 36 5 12 2 刀具磨损计算 37 5 12 3 刀具检查更换计划 37 5 12 4 常压进仓换刀安全专项方案 38 5 12 5 非正常刀具更换的措施 43 第六章 盾构施工控制测量与实施监测 51 6 1 盾构施工控制测量 51 6 1 1 控制测量 51 6 1 2 施工测量 54 6 1 3 钻孔投点 55 6 1 4 盾构导向系统 55 6 1 5 贯通测量 59 6 1 6 相邻标段衔接 59 6 1 7 竣工测量 59 6 1 8 施工测量技术的保障措施 61 6 2 监测实施方案 62 6 2 1 盾构掘进监测 63 6 2 2 监测点保护 65 6 2 3 监测数据管理 65 6 2 4 质量保证措施 67 6 2 5 信息反馈 68 第七章 盾构区间正常掘进段施工风险因素分析及对策 70 7 1 穿越佳世客过街通道等 70 7 2 盾构区间穿越上软下硬地层 72 7 3 盾构区间穿越断裂带 74 7 4 进仓换刀 75 7 5 高压电断电 75 7 6 带压管线破坏 76 7 7 卡机 77 7 8 主轴承故障 77 7 9 刀盘故障 77 7 10 粉尘噪音污染 77 7 11 隧道上浮 78 7 12 盾构螺旋输送机喷涌 78 7 13 盾尾刷密封失效对策 78 第八章 突发事故应急预案 80 8 1 应急指挥系统 80 8 1 1 应急救援组织机构 80 8 1 2 应急救援中心的职责 81 8 1 3 信息报告及处理 82 8 1 4 应急决策及响应 82 8 1 5 警戒 疏散及信息发布 82 8 1 6 应急救援的资源配置 82 8 1 7 恢复施工 83 8 2 事故应急处理措施 83 8 2 1 机械伤害事故应急措施 83 8 2 2 起重吊装事故应急措施 84 8 2 3 区间坍塌及拱顶下沉应急措施 84 8 2 4 管片安装事故应急措施 85 8 2 5 触电事故应急措施 85 8 2 6 火灾事故应急措施 85 8 3 应急工作制度 86 8 3 1 学习培训制度 86 8 3 2 应急值班制度 86 8 3 3 例会制度 86 8 3 4 应急设备管理制度 86 8 3 5 总结和评比制度 87 第九章 工期保证措施 88 9 1 工期组织管理措施 88 9 2 盾构掘进与管片安装施工工期保证措施 88 第十章 质量控制措施 90 10 1 施工质量保证体系 90 10 1 1 质量方针和质量目标 90 10 1 2 质量保证体系的建立原则 90 10 1 3 人员组织与安排 90 10 2 盾构掘进质量保证措施 90 10 3 管片质量保证措施 91 10 4 施工期间对隐蔽工程的质量保证措施 92 第十一章 安全保证措施 94 11 1 安全生产保证体系及安全生产责任制 94 11 2 安全管理目标和安全防范要点 96 11 3 主要施工安全技术措施 97 11 3 1 施工现场安全保证措施 97 11 3 2 起重安装作业 97 11 3 3 电瓶车操作 98 11 3 4 盾构掘进 98 11 3 5 管片拼装 98 11 3 6 用电安全防范措施 99 11 3 7 机械安全防范措施 99 第十二章 文明施工保证措施 100 12 1 组织保证与责任分工 100 12 2 文明施工管理制度 100 12 3 现场文明施工措施 100 第十三章 环境保护措施 102 第十四章 成品保护的保证措施 104 1 第一章 编制说明 1 1 编制目的 在充分理解工程设计 全面熟悉现场工况的基础上 对南京路站 燕儿岛路站区间 左右线盾构施工实施进行合理筹划 对盾构机掘进做详细施工指导和技术要求 通过制定合理的施工方案 选择适宜的施工方法 采取可靠的技术措施 建立完善 的保证体系 配置足够的施工资源 确保 安全 质量 进度和文明施工及环保 控制 目标的全面实现 1 2 编制依据 1 青岛地铁 2 号线二标 01 工区南京路站 燕儿岛路站区间地质详勘资料 2 青岛地铁 2 号线二标 01 工区南京路站 燕儿岛路站区间相关施工图纸 3 盾构掘进隧道工程施工及验收规范 GB50466 2008 4 地下铁道工程施工及验收规范 GB50299 1999 2003 版 5 地下工程防水技术规范 GB50108 2008 6 其他适用于本工程的标准 规范 规程及山东省 青岛市有关安全 质量 工 程验收等方面的标准 法规文件 7 现场踏勘所掌握的环境资料 8 我公司现有的技术水平 施工管理水平和机械设备配套能力 1 3 编制原则 以满足业主期望为目标 在深刻理解本工程的特点 重点和难点的基础上 按照 技术领先 选型可靠 施工科学 组织合理 措施得力 的指导思想 遵循下列原则 编制本标书 1 3 1 质量保证原则 建立完整的质量管理体系和控制程序 明确工程质量方针 目标 结合本工程特点 与实际情况制定切实可行 有效的工程质量保证措施 施工过程严格进行质量管理与控 制 确保工程质量在国内同类工程达到领先水平 1 3 2 工期保障原则 根据业主对本工程的工期要求 科学组织施工 合理配置资源 使各项分部工程施 工衔接有序 使本项目的资源利用充分 以确保总体施工计划和各阶段施工计划的实现 2 从而确保总工期 1 3 3 技术可靠性原则 根据本工程特点 结合以往施工经验 选择可靠性高 可操作性强的施工技术方案 进行施工 确保工程安全 优质 快速地建成 1 3 4 经济合理性原则 针对工程的实际情况 本着可靠 经济 合理的原则比选施工方案 并合理配备资 源 施工过程实施动态管理 从而使工程施工达到既经济又优质的目标 1 3 5 风险可控的原则 根据我单位施工经验和本工程的实际情况 利用类比法对工程的风险进行辨识 并 进行分析评估 对风险进行管理控制 减小风险发生的频次 对风险等级较高的制定应 急预案 减小风险发生时造成的损害 3 第二章 工程概况 2 1 线路设计概况 本工程为盾构区间 燕儿岛路站 南京路站区间 区间为左右分修的单线单洞地下 区间 左线起讫里程分别为 ZSK31 286 860 ZSK32 135 86 长度 844 769 米 右线起讫 里程分别为 YSK31 286 860 YSK32 135 86 长度 849 米 线间距为 15 米 结构底板埋 深约 16 8 22 2m 结构拱顶埋深约 10 80m 16 2m 轨顶标高为 11 49 8 55m 左右线隧道最大坡度为 2 2 左线竖曲线最小半径 3000 平曲线最小半径 500 右 线竖曲线最小半径 3000 平曲线最小半径 500 本项目设计管片数量 1133 环 本区间围岩级别为 埋深在 10 16 4m 管片类型有三种 标准环 左转环 右转 环 2 2 地质概况 根据钻孔资料分析 场区第四系厚度 8 15 米 第四系由全新统人工填土 Q4ml 全新统洪冲积层 Q4al pl 上更新统洪冲积层 Q3al pl 组成 场区内基岩以粗粒花 岗岩为主 煌斑岩 花岗斑岩岩呈脉状穿插其间 根据青岛市建委推广的 青岛市区第 四系层序划分 标准地层层序编号 本工程共揭示了 9 个标准层 划分了 9 个亚层 对于本区间工程 根据该段地质详勘报告 通过钻探揭示 区间从上到下依次为第 层素填土 第 1层杂填土 第 层粉质黏土 第层细砂 第 1层粉砂 第1 1 3 5 5 7 层粉质黏土 第 层粉质黏土 第层粗砂 第 层碎石 第 上层强风化上亚带 第 9 下层强风化下亚带 第层中等风化带 第层微风化带 第 1层强风化带 第1 17 18 16 17 层中等风化带 第 3层微风化带 第5层砂土状碎裂岩 第5层块状碎裂岩 18 16 17 2 3 建筑物调查 4 5 第三章 资源配置 3 1 组织机构 人员安排 根据盾构施工的特点及施工要求 承担本区间施工任务的工区管理层人员 由具有 类似项目管理经验的工程技术人员和管理人员组成 工区设工区经理 1 人 技术主管 1 人 机械设备主管 1 人 作业层为各施工队 工区经理代表项目部对南 燕盾构隧道施工现场进行管理 对项目部主管领导负责 工区经理部负责组织本工区的施工 编制工作计划 物资计划 负责机械设备和劳动力 的调配 组织工区工作计划的执行 协调解决生产过程中出现的问题 技术主管配合工 程部制定施工方案 工区与业主 监理工程师密切配合 作好组织和协调工作 作业层负责工程实施 实行两班人两班倒制作业 本次施工拟投入工程师 13 人 其 中土建工程师 4 人 机电工程师 2 人 安全工程师 2 人 质检工程师 2 人 测量工程师 3 人 工人 68 人 随着施工进度计划的发展 作业人员的调配实行动态管理 3 2 劳动力安排 劳动力安排如表 3 2 1 所示 表 3 2 1 劳动力安排表 序号序号岗位岗位单位单位需要数量需要数量备备 注注 机修班机修班 1 班班 6 班 长人1中船人员 井下人3中船人员 地面人2 其中 1 名充电电工 负 责地面设备的维修保养 机修班机修班 2 班班 6 班 长人1中船人员 井下人3中船人员 井上人2 其中 1 名充电电工 负 责地面设备的维修保养 掘进班掘进班 1 班班 12 班长 兼管片拼装手 人1 管片拼装辅助人3 同步注浆及油脂更换人2 电瓶车司机人2 龙门吊挂钩人2 管道工人2 井下 井下 36 人 人 掘进班掘进班 2 班班 12 6 序号序号岗位岗位单位单位需要数量需要数量备备 注注 班长 兼管片拼装手 人1 管片拼装辅助人3 同步注浆及油脂更换人2 电瓶车司机人2 龙门吊挂钩人2 管道工人2 地面地面 1 班班 13 班 长人1 龙门吊司机人1 叉车司机人1 砂浆站人3 膨润土站人2 信号工人1 司索工人2 防水条粘贴工人2 地面地面 2 班班 13 班 长人1 龙门吊司机人1 叉车司机人1 砂浆站人3 膨润土站人2 信号工人1 司索工人2 防水条粘贴工人2 综合工班综合工班人6 班长人1兼做电焊工 电焊工人2 电工人1 地面地面 32 人 轨道养护工人2 总计 68 人 注 换刀及较大型的设备维修由机械主管视情况对人员进行调配 每班共 6 人 两个工班共 12 人 3 3 机具设备 南 燕区间盾构隧道施工所需主要设备见下表 3 3 1 7 表 3 3 1 掘进设备表 序号序号设备名称设备名称规格规格 型号型号数量数量生产能力生产能力备注备注 1土压盾构机 62501 台租赁 2龙门吊45T1 台45t 3轴流风机1 台30kw 4砂浆拌合站1 套30m3 h 5膨润土拌合站1 套 6冷却塔1 套 7电机车45T2 台 8管片运输车15T4 台 9砂浆车8 方2 台 10渣土车18 方8 台 11电池充电机2 套 12叉车5T1 台 13排水泵15KW2 台 14空压机1 台 15电焊机37KW4 台 16精密水准仪 徕卡 Sprinter150M 0 7mm km 1 台 17水准尺2m 铟瓦尺1 台 18 全站仪 徕卡 TCR1201 1 1 2 PPM 2 台 19 全站仪 徕卡 TS15 2 1 1 5PP M 1 台 土压盾构参数见附表所示 中船重工公司提供 8 第四章 施工平面布置 左线始发阶段南 燕区间场地布置如图 4 1 当右线始发时 将冷却塔移动至南京路站 重新安装 其他地面设备不动 图 4 1 南 燕区间左线施工总平面布置图 4 1 场内道路 始发场地内在车站南侧及始发井西侧设置运输道路 在场地东 西两侧开有 7m 大门 道路路幅宽度 4 8m 不等 厚度 20cm 为 C30 钢筋混凝土结构 4 2 龙门吊 始发场地内设置 1 台 45t 龙门吊 设置于盾构始发井井口之上 跨度 26m 东西走向 作为盾构施工管片 材料下放及出土使用 4 3 砂浆及膨润土拌合站 在顶板右线井东侧设置 1 处砂浆拌合站及 1 处膨润土拌合站 砂浆拌合站为立轴连 续式搅拌机 生产能力 30m3 h 砂浆拌合完毕后泵入工作井井口处的 8m3 固定砂浆罐内 以备泵入移动砂浆罐 由电瓶机车运入隧道 膨润土拌合站为立轴连续式搅拌机 生产能力 20m3 h 同时设置 40m3 储浆罐 1 个 泥浆静置并发酵达到要求后 通过延伸至工作井口的管路泵送至膨润土罐中 由编组列 车运入隧道 4 4 现场办公室及工人宿舍 施工现场设置一处临时板房 位于顶板上 共 21 间房间 作为工区管理人员办公 生活用房及工人生活用房 9 4 5 施工用风 用水 用电 通讯 用风 盾构机配备有 37KW 空压机 用于风动工具 盾构机的脂润滑 气动阀等 采用盾构机自带的电动空压机 用水 从业主提供的供水管道就近接入 综合考虑到消防用水的储备 选择 DN100 主供水管进入各施工场地 并选用适当的支管引入生产 生活区域 盾构区间施工用水 由地面经工作井下转到洞内以供施工使用 用电 区间施工配备 1 台 10KV 高压环网柜 设 1250KVA 接口为盾构机提供用地 配备 1 台 630KVA 的变压器为其他设备提供临时用电 通讯 在工区安装 1 部程控电话 现场施工管理人员配备无线通信工具 以便于施 工生产 为方便实行工程建设网上办公管理 达到信息及时 高效的目的 安装宽带用 于与业主 监理进行计算机联网 并按业主相关规定进行计算机管理 10 第五章 盾构掘进施工 盾构掘进施工包括施工的组织及盾构机的操作 如何选择掘进模式 如何选定掘进 参数 如何进行方向的控制与调整 如何进行碴土改良 同步注浆和二次注浆 施工运 输 通风和洞内的管线布置等 盾构掘进顺序示意图见图 5 1 图 5 1 盾构掘进顺序示意图 5 1 盾构掘进流程及操作控制程序 5 1 1 盾构掘进流程 南 燕区间采用两列编组列车完成一个掘进循环的施工 正常掘进流程见图 5 1 1 所 示 燕儿岛路站解体吊出 区间起点里程 左线844 769m 右线849m 区间终点里程 YCK32 135 86 联络通道中心里程 YCK31 740 000 左线始发 调 头 YCK31 286 860 燕儿岛路站 南京路站 11 开始 设定管理基准 开挖掘进同步注浆 是否达到循环掘进进尺 是 1 编组列车出洞管片衬砌拼装 否 2 编组列车进洞1 列车出碴 开挖 6m 是 延伸轨道 下一个循环 图 5 1 1 掘进流程图 5 1 2 盾构掘进操作控制程序 掘进控制操作控制程序如图 5 1 2 所示 12 5 2 掘进参数控制及优化 盾构施工过程中 掘进参数的设定是盾构掘进施工进度和地面沉降控制得以保证的 前提 为确保掘进参数的准确 我部结合国内外盾构施工经验和自身施工实例 对盾构 掘进参数进行了计算和选取 具体如下 掘进参数设置 1 土压 13 根据我单位在无锡地铁中的施工经验 土仓压力我们选取常用的静止土压力公式按 水土分算进行计算 计算深度选取盾构中心位置 初步设定 水平侧向力 水压力 调整 式中 初步设定 初步确定的盾构土仓土压力 单位 MPa 水平侧向力 水平侧向力 单位 MPa 水压力 地层水压力 单位 Mpa 调整 修正施工土压力 单位 Mpa 其中 水平侧向力 ki i hi k1 1 h1 k2 2 h2 k3 3 h3 k4 n hn 式中 Ki 静止侧压力系数 i 第 i 层土的天然容重 kN m3 h i 第 i 层土的厚度 m n 从地面到深度 z 处 此处计算到刀盘中心 的土层数 水压力 q h 式中 q 根据土层渗透系数确定的经验数值 砂土 q 0 5 1 0 粘性土 q 0 1 0 5 风化岩层 q 0 0 5 水的容重 取 10KN m3 h 地下水位距刀盘顶部的高度 m 调整 一般取 调整 0 010 0 020Mpa 2 总推力 掘进总推力是掘进参数的重要指标 总推力取值是否合适 关系着盾构机能否正常 掘进 匹配的总推力还有利于刀盘的保护 我部选取的总推力计算公式为 总推力 土仓压力 盾构面积 土仓压力 盾体长度 盾体周长 摩擦系数 盾尾与管 片的摩擦力 后配套牵引力 重力沿坡度方向的分力 3 扭矩 盾构掘进扭矩是盾构掘进的另一重要指标 扭矩数据能直接反应开挖面和土仓内土 体的物理性质变化 盾构机扭矩 刀盘面积 开挖面粘滞力系数 刮刀切削扭矩 刮刀数量 支撑臂扭矩 搅拌柱扭矩 14 4 掘进速度 掘进速度是土压平衡盾构掘进施工中一个比较重要的管理值 决定了单位时间进入 土仓的渣土量 单位时间管片脱出盾尾的长度和开挖面到结构完成面的过渡时间 掘进 速度加快 可有效提高施工效率 减少土层收敛时间 从而控制地面沉降 而掘进速度 过快 又容易造成出土和注浆不及时 造成土仓压力波动和注浆不充分 反而会导致沉 降增加 为确保注浆充分 盾构始发 到达期间 掘进速度控制在 5mm 15mm min 其余地 段控制在 20mm 40mm min 5 刀盘转速 刀盘转速当掘进速度确定后 主要受刀具贯入度影响 刀具贯入度 Pe 掘进速度 V 刀盘转速 N 即刀盘转速 N 掘进速度 V 刀具贯入度 Pe 刀具贯入度大 则对地层扰动较大 盾构掘进期间 刀盘转速控制在 0 8 1rpm 之间 6 同步注浆 盾构施工引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或剪切破坏的重塑土再固结 是导 致地表沉降的重要原因 为减少和防止地表沉降 在盾构掘进过程中 要尽快在脱出盾 尾的衬砌背后环形建筑间隙中填充注浆 通过同步注浆及时填充盾构机盾尾与开挖轮廓 之间的间隙 注浆材料和配比 注浆压力 注浆量和注浆时间是同步注浆施工的四个要素 是防 止隧道坍塌 控制地表沉降的关键 考虑盾构纠偏超挖 跑浆 浆液收缩等因素 实际注浆量一般为计算量的 150 180 并通过地面变形监测数据适时调整 理论间隙为 1 5 3 142 32 4 05m3 按照 1 5 倍充填系数考虑 计 6 08m3 7 出土量控制 密封仓内土压力以螺旋输送机转速和出土门的开度控制 即以出土量控制 理论出土量 V D 2 2 L S 6 28 2 2 1 5 1 1 51m3 环 其中 D 刀盘直径 15 L 管片宽度 S 松散系数 取值 1 0 1 1 采用土压平衡模式掘进时 实际出土量控制出土量在理论的 98 100 之间 以维 持一定土压力 保证盾构正面土体的稳定 出土量多少直接影响到刀盘正面土压力和开挖面的稳定 控制排土量是控制地表变 形的重要措施 盾构在保持一定正面土压力时 其排土量取决于输送机的转速 而螺旋 输送机的转速与盾构推进千斤顶推进速度协调 较好保持土压平衡 5 3 盾构掘进方向控制与调整 5 3 1 盾构掘进方向控制 1 自动导向系统控制 区间盾构机采用中船重工自购的 RMS D 自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态 监测 该系统配置了导向 自动定位 掘进程序软件和显示器等 能够直观地全天候在 盾构机主控室动态显示盾构机当前垂直和水平位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势 据 此调整控制盾构机掘进方向 使其始终保持在允许的偏差范围内 2 通过分区操作盾构机的推进油缸控制掘进方向 在上坡段掘进时 适当加大盾构机下部油缸的推力和速度 此时千斤顶对管片存 在斜向下的反作用力 管片脱出盾尾后会有下沉趋势 因此盾构掘进线路要高于设计线 路 10 20mm 为宜 在下坡段掘进时则适当加大上部油缸的推力和速度 此时千斤顶对 管片存在斜向上的反作用力 管片脱出盾尾后会上浮 因此盾构掘进线路要低于设计线 路 10 20mm 为宜 在左转弯曲线段掘进时 则适当加大右侧油缸推力和速度 此时千斤顶对管片存 在斜向右的反作用力 管片脱出盾尾后会向右侧漂移 因此盾构掘进线路要向左侧偏离 设计线路 10 20mm 为宜 在右转弯曲线掘进时 则适当加大左侧油缸的推力和速度 此时千斤顶对管片存在斜向左的反作用力 管片脱出盾尾后会向左侧漂移 因此盾构掘 进线路要向右侧偏离设计线路 10 20mm 为宜 在直线平坡段掘进时 则应尽量使所有 油缸的推力和速度保持一致 在均匀的地质条件时 保持所有油缸推力与速度一致 在软硬不均的地层中掘进 时 则应根据不同地层在断面的具体分布情况 遵循硬地层一侧推进油缸的推力和速度 适当加大 软地层一侧油缸的推力和速度适当减小的原则来操作 5 3 2 盾构掘进姿态调整与纠偏 16 在实际施工中 由于地质突变等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管 理警戒值 在稳定地层中掘进 因地层提供的滚动阻力小 可能会产生盾体滚动偏差 在线路变坡段或急弯段掘进 有可能产生较大的偏差 因此应及时调整盾构机姿态 纠 正偏差 1 参照上述方法分区操作推进油缸来调整盾构机姿态 纠正偏差 将盾构机的方 向控制调整到符合要求的范围内 2 在急弯和变坡段 必要时可利用盾构机的仿形刀进行局部超挖来纠偏 3 采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差 避免盾构机滚动角超限 滚动限值 1 8 5 3 3 方向控制及纠偏注意事项 1 在切换刀盘转动方向时 应保留适当的时间间隔 切换速度不宜过快 切换速 度过快可能造成管片受力状态突变 而使管片损坏 2 根据掌子面地层情况应及时调整掘进参数 调整掘进方向时应设置警戒值与限 制值 达到警戒值时就应该实行纠偏程序 3 蛇行修正及纠偏时应缓慢进行 如修正过程过急 蛇行反而更加明显 在直线 推进的情况下 始终要注意到盾构前行的趋势 一般情况下 盾构低头容易 抬头难 因此 在盾构掘进中掌握好盾构趋势是很重要的 盾构趋势始终处于抬头 即坡度值为 正 这样不仅有利于控制盾构姿态 也有利于皮带运输 4 推进油缸油压的调整不宜过快 过大 否则可能造成管片局部破损甚至开裂 也会对盾构本身有一定的影响 正确进行管片选型 确保拼装质量与精度 以使管片端 面尽可能与计划的掘进方向垂直 5 盾构始发到达时方向控制极其重要 应按照始发 到达掘进的有关技术要求 做好测量定位工作 盾构始发的成功与否 直接影响着后期盾构掘进工作的正常进行 在到达段盾构姿态控制的好坏 将直接影响到盾构能否准确穿越洞门 5 3 4 盾构小半径掘进控制 区间左右线均含有 500m 半径曲线段 盾构小半径施工过程中易出现管片错台超限 推进线路中线超限 地面沉降量过大等各种施工质量问题 在小半径掘进过程中应采取 以下措施 1 进入曲线段前合理调配转弯环管片 做好管片选型工作 2 转弯期间左右两区液压千斤顶的压力差控制不得超过 1 倍 17 3 推进出现偏离线路的情况需要纠偏时 应采取缓和纠偏的方法 杜绝出现急纠 的情况发生 防止管片受力不均 出现管片破损 管片漏水的情况发生 4 转弯时左右两侧建筑间隙不同 应合理调配左右两侧注浆量 防止浆液不均造 成对管环挤压的情况发生 5 管片拼装完成后 及时对管片进行预紧和复紧工作 防止局部管片漂浮 下沉 造成管环椭变收敛 6 曲线段施工及时对测量基点进行人工复测 并及时进行测量站的换站工作 防 止测量误差造成的推进线路偏差 5 4 掘进中的碴土改良 5 4 1 目的 国内外的盾构施工经验表明 在盾构施工中尤其在复杂地层盾构施工中 进行碴土 改良是保证盾构施工安全 顺利 快速的一项不可缺少的重要技术手段 可以达到以下 目的 1 使碴土具有较好的土压平衡效果 利于稳定开挖面 控制地表沉降 2 使碴土具有较好的止水性 以控制地下水流失 3 使切削下来的碴土顺利快速进入土仓 并利于螺旋输送机顺利排土 4 可有效防止土碴粘结刀盘而产生泥饼 5 可防止或减轻螺旋输送机排土时的喷涌现象 6 可有效降低刀盘扭矩 降低对刀具和螺旋输送机的磨损 5 4 2 方法 碴土改良就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面或土仓内注入添加剂 利用刀盘 的旋转搅拌或土仓搅拌装置搅拌使添加剂与土碴混合 其主要目的就是要使盾构切削下 来的碴土具有好的流塑性 合适的稠度 较低的透水性和较小的摩阻力 以满足在不同 地质条件下采用不同掘进模式掘进时都可达到理想的工作状况 添加剂主要有泡沫 膨 润土和聚合物 其配比和注入量应根据地质条件及施工情况确定 拟用于本合同盾构掘进时的渣土改良方法包括向刀盘 土仓及螺旋输送机添加泡沫 剂或膨润土泥浆等 具体为 1 泡沫剂的使用 泡沫通过盾构机上的泡沫系统注入 泡沫的组成比例如下 一般为 18 泡沫溶液的组成 泡沫添加剂 3 水 97 泡沫组成 90 95 压缩空气和 5 10 泡沫溶液混合而成 发泡率 12 泡沫的注入 量按开挖方量及渣土实际情况计算 一般 300 600L m3 如此计算 每环的泡沫注入量 原液约为 45 90L 2 膨润土泥浆的使用 配合比为 水 膨润土 添加剂 高分子聚合物 4 1 0 1 加泥量为出土量的 5 20 注入压力比盾构的土仓压力略高 5 4 3 本标段各种地层渣土改良措施 在全断面强风化岩层掘进中 主要是要稳定开挖面 防止刀盘产生泥饼 并降低刀 盘扭矩 拟采取分别向刀盘面和土仓内注入泡沫的方法进行渣土改良 必要时可向螺旋 输送机内注入泡沫 同时 采用增大刀盘开口率等方法来防止泥饼形成 泡沫的注入量 为每立方米渣土暂定为 300 600L 在上软下硬层掘进时 工程性质差别较大 软硬不均 盾构刀盘 刀具将受到不均 匀的作用力 增加了刀盘 刀具和螺旋输送机的磨损 且为盾构姿态调整与控制增加了 难度 通过向土仓注入泡沫或添加膨润土泥浆加强渣土改良 降低岩层对刀盘 刀具的 磨损 膨润土和泡沫的添加量应据具体情况确定 在通过破碎带地层中掘进时 由于断层碎岩的摩擦力大 渗透系数高 地下水等原 因 仅掘进切削的土体提供的被动土压力 不足以抵抗开挖面的水土压力 土仓进土困 难 掘进时刀盘油压急剧增大 刀盘扭矩常不足以维持正常推进切削需要 为此需要改 善其流塑性和止水性 从而达到保持土仓内的压力平衡及开挖土的流动性 以稳定开挖 面 控制地层沉降 拟采取向刀盘面和土仓内注入高浓度的膨润土泥浆 同时进行充分 的搅拌来改善渣土 泥水 泥浆注入量根据实际情况确定 施工中遇到的问题可能是以上几种情况的组合 具体实施中要本着经济 合理 有 效的原则进行综合考虑 并在实践中摸索经验 以达到快速 安全 经济的目的 5 4 4 防结泥饼的主要技术措施 就本标段隧道所通过的地层条件 如不做碴土改良 会出现如下问题 在粉质粘土 中掘进时 碴土不易顺利从土仓中输出 易在刀盘前方形成 泥饼 另外在富水地层中掘 进时 可能会引起 喷涌 现象 采取如下技术措施 1 在盾构始发过加固区阶段应控制推进速度 不易超过 10mm min 确保渣土搅 拌均匀 19 2 及时注入足量泡沫 加强泡沫发泡效果 推进过程中观察皮带出土情况 测渣 土温度 干湿程度来判断调整泡沫参数 3 控制土仓内的渣土量 防止土仓土过满 4 详细勘察地层 合理控制土压 防止土压过高 导致切屑的螺旋机不能顺利出 土 在土仓内堆积挤压 密实度不断增加形成泥饼 5 加强盾构机维保 确保冷却水水温不过高 导致土仓内升温 导致渣土烧结结 饼 5 5 富水地层控制措施 1 适当提高正面土压力的设定值 0 1 0 2bar 使盾构正面的砂性土产生挤压疏干 效应 降低土仓内部动水压力 防止螺旋机内部的砂土液化 同时为确保土压的持续稳 定 应合理控制推进速度 不易过快过慢 控制在 20 40mm min 2 严格按照土压平衡模式推进 确保土仓内的土压平衡地层水土压力 避免刀盘 位置形成负压区 致使地下水用水刀盘区域 3 控制纠偏速率 降低掘进对土体的扰动 4 向土仓中加入泡沫 膨润土等添加剂 提高渣土的流动性和粘稠度 确保渣土 具有塑性 减小发生喷涌的机率 5 通过控制螺旋机出土速度 使螺旋机具有一定密封效果 防止喷涌发生 6 盾尾加强密封油脂注入 适当增加油脂注入压力 确保盾尾密封效果 7 优化控制同步注浆量和注浆效果 8 加强盾构设备的维保工作 避免盾构非正常停机 确保盾构连续施工 5 6 同步注浆 同步注浆是盾构施工中非常关键的施工环节 在盾构施工中 通过同步注浆施工使 管片和土体形成稳定的整体 可以抑制地层沉降 防止管片变形和上浮 防止管片间隙 盾尾的渗漏水 在盾构掘进施工过程中 对同步注浆作业中要严加管理 以保证成型隧 道的质量 同步注浆选用水泥砂浆 单液浆的选用与隧道质量有着密切的关系 要求在初选时 依据试验提供切实可行的数据 达到设计标准 要求在前期做大量的筛选试验工作 并 严格控制大样试验及注浆出口压力 为保证单液注浆的有效性及确保管片不因外来压力而产生变形和损坏 必须严格控 制注浆压力 注浆压力应大于土仓压力 1 2bar 但必须小于盾尾油脂仓压力 20 5 6 1 作业流程 在盾构掘进前 盾构机长根据掘进需要确定掘进所需砂浆量 通知调度室去砂浆拌 合站调运砂浆 地面工程师进行稠度试验和砂浆试件 并做好记录 调度室根据盾构机 长的指令协调组织运送砂浆至隧道 砂浆运送至井下 盾构机长进行外观检查 检查若 发现砂浆质量不合格通知质检工程师做相应的处理 具体流程如下图 5 6 1 图 5 6 1 同步注浆作业流程图 5 6 2 材料要求及主要性能指标 1 同步注浆实施时间及浆液性能的选择 根据公式计算和相关技术要求 注浆量应保证环形间隙理论容积的 1 0 1 3 倍左右 为了保证掘进中能按上述要求完全注入 采用自动同步注浆和人工管片壁后注浆双重手 段 当盾尾通过洞门密封后开始实施同步注浆 浆液选择水泥砂浆 胶凝时间根据地质 情况 8 13h 浆液配合比依据试验情况进行确定 单液浆初次配比如表 5 6 1 所示 表 5 6 1 单液浆浆配比表 32 5 水泥 kg 级粉煤灰 kg 膨润土 kg 砂 kg 水 kg 外加剂 增塑剂 12020010914854206 2 膨润土润滑浆液 21 配合比 按照实验室提供的配合比水 膨润土 8 1 进行配比 润滑浆液方量 拌制润滑浆液 0 5m 左右 完成掘进后注入膨润土润滑浆液进行洗管 以防砂浆管堵 管 即要求在掘进最后的 10cm 时注射完所有的砂浆 润滑液注入量以能充满注浆管道为 准 注入压力 膨润土润滑浆液注浆压力控制在注浆压力增加 0 5bar 左右 5 6 3 人员要求 注浆操作人员 根据业主下发的文件要求注浆操作人员为我公司长期签订劳务合同的工人 有着多 条隧道的注浆工作经验 能够独立完成注浆作业 能独立判断管路是否畅通并能完成管 理清洗 熟悉注浆系统的设备及管路 并根据不同的设备和土层进行新的培训 培训完 成后由盾构机长对其进行进一步指导 考核 以保证注浆操作符合规范要求 注浆操作人员要定岗 按照每班 2 人注浆操作手 其他任何人不得进行同步注浆的 操作 注浆操作手负责掘进中同步注浆作业 管路及注浆泵的清理等工作 及时的完成 盾构机长安排的其他任务 5 6 4 同步注浆管理 1 注浆压力 保证达到对环向空隙的有效充填 同时又能确保管片结构不因注浆产生过大的变形 和损坏 根据计算得出压力值 2 注浆量 根据管片壁后环形空隙与地层有效填充的经验 注浆量取盾尾建筑控制空隙理论体 积的 1 0 1 3 倍 3 注浆速度 同步注浆速度应与掘进速度相匹配 按盾构完成一环 1 5m 掘进的时间内完成当环注 浆量来确定其平均注浆速度 达到均匀的注浆目的 4 注浆结束标准 采用注浆压力和注浆量双指标控制 即当注浆压力达到设定值时 注浆量达到设计 值的 95 以上时 即可认为达到了质量要求 对本设计参数还需通过监控量测进行优化 使注浆效果达到更佳 22 5 效果检查 注浆效果检查主要采用分析法 即根据 P Q t 曲线 结合掘进速度及衬砌 地表与周 围建筑物变形量测结果进行综合分析判断 必要时采用无损探测法进行效果检查 当检 查表明注浆不足时 及时进行补充注浆 5 6 5 注意事项 1 在实际掘进过程中 同步注浆的注入压力和注入量的管理两者是同时进行的 注入压力管理采用始终维持注入压力的方法 则注入量不固定 注入量管理按注入一定 量的浆液进行 则注入压力是改变的 在地层相对稳定 透水系数小的地层对注入量的 管理通常可以达到有效填充盾尾间隙的目的 但是对于地质情况复杂的地层来说 存在 许多不确定因素如裂隙 大孔隙等 则主要以压力管理为主 压力管理是适应于绝大部 分地层的 2 在注浆过程中 盾构机长时刻关注注浆压力注浆量变化 及时的对操作人员的 操作进行检查指导 发现情况及时排除 以保证盾构隧道的成型质量 3 盾构长时间停顿或完成掘进后 需拌制润滑浆 清空管路和注浆泵中残留的浆 液 以防砂浆堵管而影响后续施工 4 施工作业人员须随时观察注浆工况 控制好注浆压力和方量 与盾构操作者保 持联系 浆液注入量应同掘进速度相适应 5 拌浆作业须与盾构推进同步进行 浆液注入量应同掘进速度相适应 每段隧道 推进前应做明确规定 6 盾构机长如实填写盾构推进过程质量控制压浆记录表 并做好每班交接班工作 7 在不停泵的情况下 不得进行任何修理 在注浆泵及管道内的压力未降至为零 时 不准拆管路或松开管路接头 以免浆体喷出伤人 5 7 二次注浆 当地面因盾构施工造成沉降过大时 需及时进行注浆 二次注浆采用水泥浆 水玻璃 组成的双液浆 浆液配比 水泥浆采用 42 5R 普通硅酸盐水泥 水灰比为 1 1 水玻璃采 用波美度 35 的溶液与水按 1 1 5 进行稀释 注浆压力控制在比该位置水土压力增加 1 2bar 使浆液具有一定的扩散能力 又不至于对周边土体和注浆体产生较大影响 若 A 液为水泥浆 B 液为水玻璃 浆液配比参照表 5 7 1 表 5 7 1 双液浆配比表 单位体积 23 编号水灰比 A 液 B 液 体积比 浆液密度 g cm3 凝结时间 秒 11 11 11 44 20 48 在注浆前先选择合适的注浆孔位 戴上注浆单向逆止阀后 用电锤钻穿该孔位后的 保护层 接上三通及水泥浆管和水玻璃管 注双液浆时 先注纯水泥浆液 1min 后 打开 水玻璃阀进行混合注入 终孔时应加大水玻璃的浓度 在一个孔注浆完结后应等待 5 10 分钟后将该注浆头打开疏通查看注入效果 如果水很大 应再次注入 至有较少水流出 时可终孔 拆除注浆头并用双快水泥砂浆对注浆孔进行封堵 二次注浆注意事项如下 1 浆前应查看管片情况并在注浆过程中进行跟踪观察 如有异常情况应立即停止 注浆 并及时向主管部门进行汇报 2 过程中应严密监视压力情况 控制注浆压力在设计范围以内 3 入过程中出现压力过高但注入效果不明显的情况时应检查注浆泵及注浆管路是 否有堵管现象 并立即进行清理 4 过程中出现任何的停机现象时均应对注浆泵及注浆管路进行清洗 在注浆完结 后应做到 工完料洁 对所有的机具均应清理干净并归于原处 5 注浆前应将注浆孔全部打开并带上注浆头 在注浆时可将注浆头全部打开放水 直至浓浆流出再关闭注浆头 6 个孔注浆完结后应等待 5 10 分钟后将该注浆头打开疏通查看注入效果 如果 水仍很大 应再次注入 至水较小时可终孔 拆除注浆头并用双快水泥砂浆对注浆孔进 行封堵 带上塑料堵头 7 开孔注浆时应备足水泥及水玻璃 严禁中途停止注入 5 8 管片安装 本标段区间衬砌环内直径 5400mm 外直径 6000mm 厚度 300mm 管片环宽 1500mm 管片设计采用标准环 左转弯环和右转弯环三种形式 每环采用 3 2 1 形 式 即三块标准块 两块邻接块和一块封顶块 错缝拼装 采用弯曲螺栓连接 拼装方 式为先搭接 3 5 径向推上 再纵向插入 混凝土强度等级 C50 抗渗等级为 P12 5 8 1 管片安装程序 本工程管片采用错缝拼装方式 有利于提高隧道总体刚度 改善管片受力状态 管 片安装时先安装底部标准块 再安装邻接块 最后安装封顶块 管片安装过程见图 5 8 24 1 5 8 1 管片安装程序框图 5 8 2 管片安装方法 1 管片选型以满足隧道线型为前提 重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一掘 进循环限值 确保有足够的盾尾间隙 以防盾尾直接接触管片 一般来说 管片选型与 安装位置是根据推进指令先决定 目标是使管片环安装后推进油缸行程差较小 2 管片安装必须从隧道底部开始 然后依次安装标准 相邻块 最后安装封顶块 具体见图 5 8 2 序号图 示施工程序及技术措施 1 1 盾构拼装机械手起吊拱底管片块 2 底部一组千斤顶回缩 3 拱底管片块拼装就位 底部一组千斤顶重新顶紧 4 上紧环与环间的连接螺栓 25 2 1 同样方法安装侧向标准块 2 两侧千斤顶重新顶紧管片块 3 上紧环与环间及块间的连接螺栓 3 1 同样方法安装邻接块 2 千斤顶重新顶紧管片块 3 上紧环与环间及块间的连接螺栓 4 1 封顶块先径向压入 调准后千斤顶再沿纵向缓慢 顶入 2 上紧环与环间及块间的连接螺栓 图 5 8 2 管片拼装施工程序图 3 封顶块安装前 应对止水条进行润滑处理 安装时先径向插入 调整位置后缓 慢纵向顶推 4 管片块安装到位后 应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片 其顶推力应大 于稳定管片所需力 然后方可移开管片安装机 5 在下一环的掘进过程中 及时对上一环管片的螺栓进行紧固 并在管片环脱离 盾尾后要对管片连接螺栓进行二次紧固 管片安装时非管片安装人员不得进入管片安装区 5 8 3 安装管片质量保证措施 1 开工前编制详细的 防水材料粘贴作业指导书 和 管片运输 安装作业指导 书 2 加强对拼装管片操作人员的培训 管片安装机操作人员为熟练工人 26 3 严格检查进场的管片 检查合格的管片方可使用 4 止水条及软木衬垫粘贴前 应将管片进行彻底清洁 以确保其粘贴稳定牢固 施工现场管片堆放区应有防雨淋设施 粘贴止水条时应对其涂缓膨剂 5 下井吊装管片和运送管片时应注意保护管片和止水条 避免损坏 6 管片安装前应对管片安装区 管片邻接面进行清理 同时还需要对所安装的管 片进行二次复检 重点对止水条 软木衬垫及管片有无运输破损进行检查 不符合要求 的禁止使用 7 封顶块安装前 应对斜边止水条进行润滑处理以减小摩擦 避免止水条拉断或 由于角部止水条严重挤压和拉伸而影响角部防水 8 严禁非管片安装位置的推进油缸与管片安装位置的推进油缸同时收缩 9 综合考虑隧道线路要求及盾尾间隙 油缸形成要求 合理进行管片选型 确保 管片错缝拼装 10 在联络通道特殊管片安装之前 预先调整好盾尾间隙与推进油缸行程差 以 确保特殊管片能按设计类型顺利安装 5 9 施工运输 5 9 1 洞内水平运输 洞内水平运输采用牵引力为 45T 的编组列车 共配备 2 套编组列车进行运输 编组 列车采用电瓶车 碴土斗 4 辆 砂浆车 1 辆 膨润土车 1 辆 管片车 2 辆 的 编组模式 电瓶车持续牵引力为 104KN 持续满载持续速度 8 8KM h 单节土斗容积 18m 砂浆车运输能力为 8m 膨润土车运输能力为 8m 单节管片车可运输三块管片 轨道 油脂 泡沫等物资可跟随编组列车一起运输进洞 渣土斗渣土斗渣土斗渣土斗砂浆车膨润土车管片车管片车 图 5 9 1 编组列车示意图 道岔布置 在盾构左线始发掘进阶段 使用一台编组列车进行物料运输 当盾构机 完全进入隧道后 拆除负环 并在燕儿岛路站左线后续段内位置布置道岔 使用两台编 组列车进行物料运输 当左线贯通进行右线掘进时 在南京路站后续段内布置双道岔用 以满足两列编组列车能同时在左右线内运行 27 表 5 9 1 正常掘进阶段燕儿岛路站运输组织表 序号图例说明 1 盾构机掘进方向 盾构机 列车一 简易转辙器 列车二 1 列车一进入盾构机 装土 卸料 2 列车二在双开道岔一侧等待 2 盾构机掘进方向 盾构机 列车一 简易转辙器 列车二 1 盾构机停止掘进 列车一装 土 卸料 完毕 扳动简易转 辙器 列车一退回始发井卸土 装料 2 列车二在双开道岔一侧等待 进入盾构机 3 盾构机掘进方向 盾构机 列车二简易转辙器 列车一 1 扳动简易转辙器 列车二通 过道岔进入盾构机装土 卸料 2 列车一在始发井卸土 装料 完毕 回到道岔一道等待 3 盾构机完成掘进一个循环 1 环 列车二退回始发井 列车一等待进入盾构机 4 重复序号 1 步骤 进入下一 掘进循环 表 5 9 2 正常掘进阶段南京路站运输组织表 序号图例说明 1 盾构机 简易转辙器 简易转辙器 盾构机掘进方向 列车二 列车一 1 列车一进入盾构机 装土 卸料 2 列车二在燕儿岛路站始发井 卸土 装料 完成后在南京路 站北侧双开道岔等待 2 盾构机 简易转辙器 简易转辙器 盾构机掘进方向 列车二 列车一 1 盾构机停止掘进 列车一装 土 卸料 完毕 扳动简易转 辙器 列车一退回燕儿岛路站 始发井卸土 装料 2 列车二在双开道岔一侧等待 进入盾构机 28 3 盾构机 简易转辙器 简易转辙器 盾构机掘进方向 列车一 列车二 1 扳动简易转辙器 列车二通 过道岔进入盾构机装土 卸料 2 列车一在燕儿岛路站始发井 卸土 装料 完毕 回到南京 路站北侧道岔等待 3 盾构机完成掘进一个循环 1 环 列车二退回燕儿岛路 站始发井 列车一等待进入盾 构机 4 重复序号 1 步骤 进入下一 掘进循环 5 9 2 垂直