盾构机过矿山法隧道施工方案.doc

区庄站杨箕站区间盾构过矿山法隧道施工方案1 编制目的及编制依据1.1 编制目的为确保盾构机由盾构始发井顺利地进入矿山法隧道，使盾构机安全、平稳、迅速地穿越矿山法隧道，防止隧道封端处土体坍塌及漏水，尽量地减少管片的上浮，并防止管片破碎和管片间漏水，特制定此施工方案。1.2 编制依据（1）盾构机图纸，盾构机使用维护技术文件；（2）杨箕站盾构始发井主体结构设计图；（3）类似的施工经验；（4）其它相关技术文件及图纸等。2 工程概况广州市地铁5号线区杨区间隧道盾构工程分为两个盾构隧道区间，分别为区庄站动物园站区间，和动物园站杨箕站区间。按照总体规划，盾构机在杨箕站始发，推进到达动物园站，过站后继续掘进到达区庄站，然后平移吊出。由于杨箕站主体结构西端到盾构区间掘进起点之间要穿越地铁一号线的车站，故要先施工一段矿山法暗挖隧道，对侵入隧道的桩基进行凿除，然后盾构机穿越暗挖隧道后再继续掘进施工。左线矿山法隧道起止里程为ZDK13+832.969ZDK13+793.027，长度为39.942m；右线矿山法隧道起止里程为YDK13+832.969YDK13+792.069，长度为40.9m。3 盾构机过矿山法作业内容3.1 盾构机过矿山法作业流程盾构机的托架、反力架安装完成，盾构机组装调试完成后开始始发进入矿山法隧道，一边拼装负环管片一边空推进入隧道，负环管片拼装完毕后即开始正式拼装隧道内的管片。盾构机穿越隧道后即切入土体进行正式的掘进施工。盾构始发、试掘进施工作业流程见图3.1-1所示。盾构机始发前、相关设施安装后的总体布置示意图见图3.1-2。暗挖段封端加固安装盾构机始发托架盾构机组装、安装反力架，盾构机系统调试拼装负环管片、盾构机整机试运转盾构机贯入作业面、继续拼装负环管片盾构机空推前进，在始发井内安装道岔盾构机空推完成后，刀盘开始切入土体，正式进行试验段掘进施工始发准备安装洞门密封安装洞门密封空推过矿山法隧道图3.1-1 盾构始发作业流程图图3.1-2 盾构机始发相关设施布置图3.2 始发前准备工作3.2.1 导台的施工矿山法隧道施工完成后，在隧道的仰拱部位施工一导台，起支撑盾构机并为盾构前进导向的作用。导台采用C30的商品混凝土，由车站承包商负责施工。导台施工图见图3.2-1。图3.2-1 导台施工图3.2.2 始发托架的安装始发托架的安装在始发井移交之后进行。始发托架是盾构机在始发井中的支撑和定位托架。其结构图见图3.2-2，和图3.2-3。首先依据隧道在此处的设计轴心线确定始发托架中心线，通过测量放线，将托架中心线和托架支撑轨切点位置刻划于始发井底或端墙及侧墙上，以指示托架的安装位置。托架安装就位后，在井底采用型钢和利用四周井壁将托架支撑，焊接定位之后，开始在托架上组装盾体。图3.2-2 始发托架俯视图图3.2-3 始发托架侧视图3.2.2 洞口密封安装在盾构始发掘进时，为了防止洞内水和回填注浆沿着盾构机外壳向洞口方向流出，在内衬墙上的盾构机入口洞圈周围安装环行密封橡胶板止水装置，详见图3.2-4，该装置在内衬墙入口洞圈周围安装设有M20螺孔的预埋板A，用螺栓将密封橡胶板、压紧环板B和扇形压板栓连在预埋环板A上。当盾构机沿推进方向掘进时，带铰接的扇形压板被盾构机带动向顺时针方向转动，并支撑密封橡胶板，封闭在6250mm的盾体外径处，止住水向始发井内流入。当盾体通过洞门密封装置后，橡胶帘布紧缩，压住扇形压板，防止水流沿管片外径向始发井内流入，同时也防止同步注浆浆液外溢。在试掘进100m完成后、拆除负环管片后，将B压板、扇形压板、密封橡胶帘布和螺栓拆除清洁后，按同样的安装方法将密封装置安装至到达洞门，为盾构机到站的密封止水使用。图3.2-4 洞门止水装置图密封环的安装安排在盾构机下井组装调试完成后进行。洞门密封装置安装时，需注意橡胶帘布及扇形压板的安装方向。橡胶帘布端头的凸起方向与盾构掘进方向相同，如图3.2-4所示。3.2.3 反力架的安装反力架的安装在尾盾安装完成之后与连接桥连接之前进行。盾构始发反力架为拼装式全圆钢架结构，以确保足够钢性。反力架分2部分吊装下井 。图3.2-5 反力架正视图反力架安装时，首先测量在反力架位置起始里程断面的中心线，并刻划在始发井侧墙上，以便反力架中心定位，反力架中心随始发托架抬高而同时抬高。定位的关键是反力架紧靠负环管片的定位平面与此处的隧道轴线垂直。反力架底部的横梁和立柱下端，采用钢支撑块支顶在后面1000mm的底部台阶处，位置确定之后，再焊接固定后部斜撑。斜撑采用600钢管支撑。见图3.2-6。图3.2-6 反力架侧视图3.3 负环管片拼装盾构机盾体组装前在始发托架导轨上涂抹润滑脂，盾构机调试就绪之后，组装负九环管片，开始盾构机试运转。由于负环管片外径处于无约束状态，管环及管片之间的连接螺栓比较少，为了保证各环管片稳定，盾构机组装完成后向后移动盾构机，使盾尾靠近反力架。负九环管片与反力架基准环间采用特殊螺栓连接。负九环管片利用盾构机的管片拼装机在盾尾内整环拼装后，利用推力千斤顶将负九环管片推出盾尾，并与基准环连接牢固。其他负环管片安装与整洞掘进管片拼装相同。当继续拼装负环管片时，盾尾内的负环管片将陆续移出，除利用木楔将管片支垫于始发托架上，另外将三角支架按图示要求与始发托架焊接一体，如图3.3-1所示。在每环管片推出盾尾后，在管片外的支撑三角架纵向工字钢及始发台轨道上用木制楔子及时进行支垫，将管片压力均匀的传递给三角架和托架。每环管片加设两个木楔子。图3.3-1 负环管片支撑示意图为了负环管片安装稳定和承担掘进时800吨的推力，除采用三角支撑架稳定负环管片外，每环管片还采用钢丝绳，钢丝绳卡子电力工程用的紧线工具，组装成紧箍负环管片绳具，绳具两端钩在始发托架上，将管片环箍紧。在安装负环管片同时，进行盾构机试运转，准备掘进。4 盾构机始发、空推施工方法和措施4.1 盾构机始发施工方法和措施在现场及井内设备布置完成及盾构机调试完后，依靠反力架和负环管片进行盾构始发。开始安装负环管片，边安装负环管片，盾构机边向洞圈推进。为减少盾构始发时的推进阻力和避免刀盘上的刀头损坏洞口密封装置，在刀盘和洞口密封装置上涂抹润滑油以减小摩擦力。4.2 盾构机空推施工方法和措施4.2.1 盾构机空推流程盾构机始发、空推流程见图4.2-1。盾构机始发准备就绪盾构机空推管片的拼装循环盾构机步上导台推进管片的拼装暗挖段终点位置N准备正常掘进Y图4.2-1 盾构机始发、空推流程图4.2.2 施工方法始发前的准备工作完毕后，即可开始进行盾构机的进矿山法空推工作，传统的比较常用的方法是盾构机一边推进，一边拼管片，一边向管片背后喷射豆砾石，以充填管片和隧道间的空隙，并同步注入双浆液。这种方法虽然用的多，但并没有十分成功的案例，且施工速度很慢，一般为每天推进34环管片。经过和相关技术人员论证后，将尝试一种新的方法，以达到盾构机快速通过隧道，并可同时保证施工质量。方法及说明如下：1、 加工一种支顶叫“复合牙灌浆孔支顶”（材质为钢）；2、 在管片安装前把原灌浆孔打通，利用原灌浆孔安装支顶作侧支撑，在管片脱离盾尾后让其自然下落到导台上；3、 从底管片邻块和封顶块邻块的灌浆孔内安装钢制支顶，同时利用纵向螺栓的拉力共同把管片适当限制住；4、通过暗挖段后盾构机适当施加推力，把隧道内的管片压紧，紧固螺栓后再由管片吊装孔（衬砌环1点或11点）填装豆砾石，然后注入双浆液，再一次紧固螺栓；5、回收支顶（可重复使用）。盾构机过矿山法隧道，支顶安装示意图见图4.2-2，支顶大样图见图4.2-3。图4.2-2 盾构机过矿山法隧道，支顶安装示意图图4.2-3 复合牙灌浆孔支顶（钢质）结构图4.2.3 主要的技术控制及措施1、盾构推进控制在整个矿山隧道内推进，关键点在以下的四个方面加以控制。盾构机在未完全进入导台的推进盾构机在进入暗挖隧道内导台前，对接触混凝土导台刀盘刀具进行调整，避免刀具与导台接触。应对盾构各分区千斤顶进行调整，使盾构姿态符合要求。在推进时，推进速度不能过快，控制在1020mm/min范围内，每推进1环，必须进行盾构轴线的测量，必要时，每0.5环进行测量，以便使盾构以良好姿态进入导台。在推力方面，考虑到导台对盾构壳摩擦阻力（或裹实），推力控制在50150T范围内，当推进速度达到要求，则此推力就为此阶段的推力。轴线高程坡度改变推进在坡度改变（缓和曲线）上推进，关键是控制推进千斤顶的行程差及铰接千斤顶行程差，确保暗挖隧道与盾构壳间的间隙。在推进时，每一环必须进行测量工作，根据测量数据，调整千斤顶行程差（区域油压）。盾构机在暗挖隧道未完全进入正常盾构推进土体内在这一阶段推进工作中，由于盾构推力将逐步增大，对暗挖隧道内的管片将产生一定量的位移，因此盾构推力不能过大，一般控制在600800T左右，推进速度在1020mm/min范围内，刀盘转速控制在1.01.8rpm范围内，土压控制在0.10.15MPa范围。在盾构进入土体前，必须在暗挖隧道内的管片进行二次注浆施工，注浆材料为双液浆，注浆压力控制在0.10.3MPa范围内，注浆顺序为：底部推进方向右方推进方向左方顶部。暗挖隧道与盾构隧道的接口处注浆回填由于暗挖隧道与盾构隧道接口处，盾构推进时对周边土体挠动，土体较容易坍塌，因此在该处注浆回填时，在灌注豆砾石后，马上用双液浆进行压注，使回填材料能在短时间内达到一定的强度，防止水土流失。双液浆配比如下（1m3）：双液浆配比 表4.2-1A液B液水泥（Kg）膨润土（Kg）水（L）水玻璃（L）48055720130混合率：11，凝固时间812秒。2、盾构轴线控制根据轴线设计半径计算盾构铰接千斤顶的行程差，推进千斤顶行程差，确保盾构机沿暗挖隧道轴线行走，同时在盾构推进前复核暗挖隧道与盾构机轴线误差，根据误差调整铰接千斤顶、推进千斤顶行程差，保证盾构与暗挖隧道间的间隙。在推进时，盾构推进操作必须严格控制推进千斤顶各区域油压差和每推进一环后的行程差。3、管片拼装管片的拼装必须有一定的拼装模式，考虑管片外周与盾尾间隙以及按轴线走向进行排列。主要考虑间隙问题，如无间隙将导致盾构机在推进过程中轴线发生偏离，即盾构机与暗挖隧道的间隙逐渐缩小而与暗挖隧道初衬发生相碰，影响施工安全，因此管片拼装着重于管片的选形及封顶块安装的位置。由于有混凝土导台，所以在推进时，保持上下推进千斤顶油压相等则盾构机将沿导台的导向行走。在轴线高程中推进，同样关键为控制盾构盾尾与管片外围间隙的控制，原理与平面盾构推进，管片拼装模式一样。4、千斤顶推力的确定盾构机在过矿山法隧道时，很难精确地计算出盾构机的推力，只能在具体的推进过程中推力由小往大慢慢的加大，一般来说以在拼装管片过程中盾构机不向前滑行为原则。5、管片防水改良及拼装（1）由于盾构在暗挖隧道进行推进，其推力可能达不到管片止水带的压密要求，因此为保证管片嵌缝的防水效果，在管片离手孔30mm处（外侧）沿管片单边增加一道遇水膨胀止水带，止水带宽度：3013mm，根据实际情况，选取止水带的厚度。（2）在每安装一片管片后，先用人工将管片连接螺杆进行初步紧固；待安装完一环后，再用高速气扳机对螺栓进行修紧。在安装管片时，推进千斤顶的压力应设定为拼装压力（拼装压力：4MPa）。6、紧急处理措施当地表发生沉降时则进行处理。如盾构机与暗挖隧道初衬发生相碰，则马上进行盾构轴线纠偏，纠偏的原则按上述“盾构推进施工”进行。在关键点推进控制时，由于考虑到盾构隧道与暗挖隧道交接处容易发生坍塌和漏水，因此必须准备木方，快干水泥，砂包，注浆设备，以便能马上进行封堵施工，同时加强该处的地表沉降监测工作，要求每天监测4次，如地表沉降超出警戒值25mm时，则每3小时监测一次，直到沉降稳定为止。盾构向洞门土体逐渐靠拢，使盾构机头部切入土体，再经刀盘旋转切削土体，充满盾构机土仓，开始建立正面土压力以平衡盾构正面土压，确保土体的位移量降至最小值。盾构始发阶段的施工参数根据多次试验确定，当盾构机整体进入洞圈后，通过盾体注浆孔均匀地向管片外部压注水硬性浆液充填空隙，防止漏浆。为减少盾构的推进阻力，推进前，在盾构基座面上涂抹润滑油。7、防止管片上浮的技术措施根据广州地质及水文资料，结合广州地铁相似施工经验，拟采取如下措施防止空推段管片上浮：严格控制盾构机推进速度，豆砾石尽量喷射饱满，并及时采用双浆液背后注浆。盾构机进入土体以后及时进行二次注浆。5 盾构机过矿山法进度安排本工程盾构始发井及过一号线暗挖段由杨箕站车站承包商施工。盾构始发、试掘进安排在始发井主体结构和过一号线暗挖段施工完成并移交我单位、盾构机组装及调试完成后进行。始发时间根据始发井及地面施工场地移交时间具体确定。盾构机穿过整个矿山法隧道的时间预计不超过一周。6 盾构机过矿山法隧道施工的组织机构为了保证盾构机顺利地通过矿山法隧道，项目部成立了以汪茂祥副经理为组长的领导小组，专门负责盾构过矿山法隧道的施工。组织结构如下：盾构过矿山法隧道施工领导小组组长：汪茂祥副组长：阎向林副组长：樊建军副组长：赵全民保障部工程部安质部盾构司机班掘进班测量班图6-1 盾构机过矿山法隧道施工组织机构7 盾构机始发掘进阶段测量及监测7.1观测要求及精度 执行规范标准：地下铁道、轻轨交通工程测量规范（GB5038-1999）工程测量规范（GB50026-93）铁路工程测量规范 导线点的布设导线点间的垂直角小于30。 井下导线点位均埋设观测桩强制对中，以减少对中误差。 视线离障碍物的距离不小于0.3m，以减少旁折光的影响。 导线转折角用全站仪进行施测，角度用全圆测回法观测6测回。当测站上只有一个方向时，左、右角各三测回，左、右角平均值之和与360之较差小于3，导线边长均对向观测6测回取其平均值，测回间边长较差不大于2mm。 为了保证观测精度要求，选择良好的天气和时间段进行施测，以减少大气折光的影响。7.2 盾构机始发托架及反力架安装测量在盾构机始发托架安装前，利用井下控制点精确在地面标定出隧道设计中心线及盾构托架支撑导轨的中心线，利用井下高程控制点放样出导轨在盾首和盾尾处的设计高程，确定出盾构机和反力架的倾角，作为盾构托架和反力架的安装、调整的依据。7.3始发掘进阶段的测量始发掘进前，在主体结构中板适当位置安装激光测站及后视棱镜吊篮，利用井下控制点和井下高程控制点引测出激光站点和后视棱镜三维坐标，引测时仰角不大于8，高程测量独立测量三次，测得的高差较差5mm。始发掘进阶段，利用井下控制点对盾构姿态进行人工复测，及时将人工复测的数据与VMT导向系统记录的数据进行比较，当差值较大时，用全站仪对激光站和后视棱镜点坐标