铁路学院毕业总结.doc

装订线目 录第一章 概 述31.1我国城市轨道交通发展的历程31.1.1起步阶段31.1.2开始建设阶段31.1.3建设高潮开始阶段41.1.4调整阶段41.1.5建设高潮阶段41.2当前我国城市轨道交通发展的主要特点41.2.1 城市轨道的投资41.2.2 采用先进技术,多种制式和系统并存51.2.3 国产化政策实施成果显著51.2.4 探索各种投融资方式,资金瓶颈有所突破51.2.5 轨道交通的安全问题得到高度重视6第二章 盾构机的原理及分类62.1概念62.2盾构机的工作原理72.2.1 盾构机的掘进72.2.2 掘进中控制排土量与排土速度72.2.3管片拼装72.2.4 盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用72.2.5盾构选型主要应考虑以下几个因素：72.3分类82.4盾构的型式82.4.1敞开式型盾构82.4.2部分敞开式型盾构82.4.3封闭型盾构92.4.3.1泥水加压盾构92.4.3.2土压平衡式盾构92.4.3.3复合型盾构（盾构掘进机）112.5盾构开挖122.5.1 敞开式122.5.2 机械切削式122.5.3网格式122.5.4挤压式122.6 项目背景13第三章 盾构机的施工133.1盾构机的组成133.1.1盾壳133.1.2刀盘143.1.3刀盘驱动系统143.1.4铰接装置143.1.5人行闸门143.1.6推进系统143.1.7撑靴153.1.8泥浆及添加剂的注入机构153.1.9螺旋输送机153.1.10密封盾尾163.1.11背衬充填与注浆系统163.1.12管片拼装机构163.2沿线工程地质及水文地质163.2.1地形地貌163.2.2地层岩性173.2.3水文地质173.2.4地震条件及评价173.3车站施工方法比选173.3.1施工难度173.3.2施工对环境的影响183.3.3施工工期的影响183.3.4其它183.4区间隧道施工方法比选193.4.1明挖法193.4.2矿山法193.4.3盾构法203.5 小结20第四章 盾构施工214.1 盾构机组装方案214.2组装流程224.2.1后配套组装224.2.2盾构主机下井组装就位234.2.3液压管线、电气线路连接及调试264.3始发竖井施工274.3.1始发竖井的施工274.4盾构始发施工294.5盾构掘进304.5.1盾构施工工艺流程304.5.2初始掘进技术措施304.6运输和衬砌拼装施工314.7壁后注浆324.8盾构机进、出洞姿态控制334.9控制测量344.10盾构吊拆、转场施工方案354.10.1施工流程354.10.2盾构到达车站（吊出井）施工方案354.10.3盾构进站注意事项364.10.4盾构拆解、转场374.10.5 拆卸工作注意事项384.10.6盾构转场施工准备及施工要点385.1工期保证措施395.1.1 从组织管理上保证工期395.1.2 从资源调配上保证工期395.1.3从综合保障上保证工期405.1.4 从经济措施上保证工期。415.2质量保证措施415.2.1贯彻质量方针,确定质量奋斗目标,提高全员质量意识415.2.2建立健全的质量体系，从组织上确保质量计划目标的实现425.2.3抓住关键工序施工，确保质量目标的实现43第六章 文明施工措施44目标：确保文明 施工工地44第一章 概 述1.1我国城市轨道交通发展的历程我国的城市轨道交通，经历了40多年的发展历程。总结发展过程,大致经历以下几个阶段:1.1.1起步阶段从20世纪50年代,我国开始筹备地铁建设,规划了北京地铁网络。19651976年建设了北京地铁一期工程(54km)。当时地铁建设的指导思想更注重人防功能。随后建设了天津地铁(7.1km,现已拆除重建)、哈尔滨人防隧道等工程。1.1.2开始建设阶段20世纪80年代末至90年代初,由于城市规模限制及道路等基础设施比较薄弱,北京、上海、广州等特大城市的交通问题非常突出。以上海轨道交通1号线(21km)、北京地铁复八线(13.6km)和地铁一期工程改造、广州地铁1号线(18.5km)等建设项目为标志,我国内地真正以城市交通为目的的地铁项目开始建设。台湾省台北市也于1997年3月开通了第一条地铁线路。1.1.3建设高潮开始阶段进入20世纪90年代,随着上海、广州地铁项目的建设,一批城市包括沈阳、天津、南京、重庆、武汉、深圳、成都、青岛等开始计划建设轨道交通项目,并进行了大量的前期工作。1.1.4调整阶段由于各大城市要求建设的地铁项目较多,且在建地铁项目的工程造价较高,1995年12月国务院发布国办60号文,暂停了地铁项目的审批,并要求做好发展规划和国产化工作。同时,国家计委开始研究制定城市轨道交通设备国产化政策。至1997年底,提出以深圳地铁1号线(19.5km)、上海轨道交通3号线(24.5km)和广州地铁2号线(23km)作为国产化依托项目,并于1998年批复了上述三个项目的立项,从此城市轨道交通建设项目重新开始启动。1.1.5建设高潮阶段随着实施积极的财政政策以进一步扩大内需,国家于1999年开始陆续批准一批城市轨道交通项目开工建设。1999年以后,国家先后审批了深圳、上海、广州、重庆、武汉等10个城市的轨道交通项目开工建设,并投入40亿元国债资金予以支持,目前包括北京、上海、广州在内,全国已建和在建轨道交通项目的城市有10个,新申请立项准备建设的城市有8个,建设速度大大超过前30年。1.2当前我国城市轨道交通发展的主要特点1.2.1 城市轨道的投资项目建设进展顺利，施工水平不断提高,工程造价有所控制自1998年以来,我国先后开工建设的21个轨道交通项目,线路里程约500km，投资规模1700亿元。目前已有13条线路建成通车，完成里程约300km，完成投资770亿元。加上北京、上海、广州已运营的线路，我国目前已经开通运营的轨道交通线路里程已达420km(未含香港和台湾)。由于施工技术水平不断提高,市场竞争比较充分,建设中采取规范的招投标程序,轨道交通工程造价水平基本得到控制。目前在建项目中,一般以地下线路为主的地铁工程,平均每公里造价在45亿元,高架线路工程的平均每公里造价在1.52.5亿元左右。1.2.2 采用先进技术,多种制式和系统并存从已建和规划建设项目的情况看,根据轨道交通技术发展趋势和不同的运能需求,我国将形成类型众多的轨道交通系统来满足城市交通需求;并引入现代控制、现代通信和现代网络等技术,使轨道交通在城市交通中发挥更大的作用,安全更有保证,服务水平不断提高。我国轨道交通已拥有大运量的地铁系统、城市高架轨道交通系统、高架跨座式单轨系统和中低运量的地面轻轨系统,另外还有高速磁浮系统、快速市郊铁路系统等。现有6个城市(北京、上海、广州、天津、深圳、南京)拥有和正在建设地铁,4个城市(北京、上海、武汉、重庆)已建设高架轨道交通系统,天津、大连两城市建设了市郊铁路,长春市建设了地面轻轨,上海市建成了高速磁浮系统,北京和广州正在规划建设直线电机系统。1.2.3 国产化政策实施成果显著1999年国务院办公厅转发国家计委关于城市轨道交通设备国产化实施意见,提出城市轨道交通全部车辆和机电设备的平均国产化率要确保不低于70%。国产化政策实施以来,我国城市轨道交通车辆等设备的生产能力有了显著提高,总体上能达到70%的国产化率要求。国家先后拿出约5亿元国债资金投入20多个项目,用于加强轨道交通成套和零部件生产的装备,并定点了车辆生产企业;信号系统集成企业参与轨道交通市场竞争,在国内逐步形成轨道交通工业生产体系。在国产化政策带动下,一批国外企业已在国内合资设厂,设备采购价格比全进口产品大幅下降。1.2.4 探索各种投融资方式,资金瓶颈有所突破当前我国轨道交通建设的投融资主要是一种政府行为,城市政府起着主导的作用。正因为有城市政府的财政信用,目前国内银行对轨道交通项目贷款的积极性较高,对项目建设中所需的资金,国内银行积极予以支持,银行贷款占总投资的60%左右。以国家开发银行为例,自1997年来,先后承诺轨道交通项目资金360亿元,已执行294亿元。其他商业银行也有较大的投入。银行主要对城市政府财政增长和土地收益进行考察,银行投资城市轨道交通项目的风险相对工业项目要小,因此放贷积极性较高。特别是财力状况比较好的上海、广州、深圳、杭州等城市,项目本身建设资本金比例也较高,多家银行都积极争取给这些地铁项目贷款。正是由于各地政府的大力支持和国内银行的积极投入,推动了轨道交通的快速发展。同时各城市在积极探索新的投融资方式,探讨采用(建造-运营-移交)、(公共部门与私人企业合作)等方式进行轨道交通建设的可行性。北京、上海、深圳等城市轨道交通建设体制和运营体制也在进行改革探索。1.2.5 轨道交通的安全问题得到高度重视针对普遍关注的轨道交通建设和运营的安全问题(包括应对各种突发事件),中央领导多次就地铁的安全管理工作作出了重要批示,国家和地方也相应出台了相关文件,对建设和运营中的安全问题予以高度重视。建设部等九部委联合颁发了关于进一步加强地铁安全管理工作的意见,建设部颁发了城市轨道交通运营管理办法,提出要加强轨道交通的安全管理工作,建立城市轨道交通安全评价制度,督促落实安全责任机制。在轨道交通项目的规划、设计、施工环节上,都要求严格执行国家颁布的强制性标准,确保安全设施同步规划、设计和建设。在项目的前期研究阶段要求进行安全、地质环境和地质灾害的评估,防止地质灾害等事故的发生。要保证安全投入,建立处理突发事件的应急机制,提高灾害防御和应急救助能力。北京、上海、重庆等城市也颁布了有关地方法规,加强了对轨道交通安全的管理。 第二章 盾构机的原理及分类2.1概述盾构机，全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。 2.2盾构机的工作原理2.2.1 盾构机的掘进液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。2.2.2 掘进中控制排土量与排土速度当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。2.2.3管片拼装盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道次成型。2.2.4 盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用盾构机的最大直径为6.28m，总长65m，其中盾体长8.5m，后配套设备长56.5m，总重量约406t，总配置功率1577kW，最大掘进扭矩5300kN/m，最大推进力为36400kN，最陕掘进速度可达8cm/min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备2.2.5盾构选型主要应考虑以下几个因素：1）工程地质、水文条件及施工场地大小。2）业主招标文件中的要求。3）管片设计尺寸与分块角度。4）盾构的先进性、适应性与经济性。5）盾构机厂家的信誉与业绩。6）盾构机能否按期到达现场。 2.3分类盾构机根据工作原理一般分为手掘式盾构，挤压式盾构，半机械式盾构（局部气压、全局气压），机械式盾构（开胸式切削盾构，气压式盾构，泥水加压盾构，土压平衡盾构，混合型盾构，异型盾构）。 泥水式盾构机是通过加压泥水或泥浆(通常为膨润土悬浮液)来稳定开挖面，其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，里面充满了泥浆，开挖土料与泥浆混合由泥浆泵输送到洞外分离厂，经分离后泥浆重复使用。土压平衡式盾构机是把土料(必要时添加泡沫等对土壤进行改良)作为稳定开挖面的介质，刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，再由螺旋输料器旋转将土料运出，泥土室内土压可由刀盘旋转开挖速度和螺旋输出料器出土量(旋转速度)进行调节。 2.4盾构的型式2.4.1敞开式型盾构 敞开式型盾构是指盾构内施工人员可以直接和开挖面土层接触，对开挖面工况进行观察，直接排除开挖面发生的故障。这种盾构适用于能自立和较稳定的土层施工，对不稳定的土层一般要辅以气压或降水，使土层保持稳定，以防止开挖面坍塌 。有人工开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构。2.4.2部分敞开式型盾构部分敞开式型盾构是在盾构切口环在正面安装挤压胸板或网格切削装置，支护开挖面土层，即形成挤压盾构或网格盾构，施工人员可以直接观察开挖面土层工况，开挖土体通过网格孔或挤压胸板闸门进入盾构。根据以往大量工程经验，通常都将挤压胸板和网格切削装置组合在一起安装在盾构上，形成网格挤压盾构。这种盾构适用于不能自立、流动性在的松软粘性土层、尤其是对隧道沿线地面变形无严格 要求的工程。当盾构采用网格开挖时，应将安装在网格后面的挤压胸板部分或大部分拆除，利用网格孔对土层的摩擦力或粘结力对开挖面土层进行支护，当盾构向前推进时（一般是盾构穿越江湖、海底或沼泽地区），应将挤压胸板装上，盾构向前推进时，可将土体全部排挤在外面，不进入盾构；另外也可根据具体情况和盾构推力在大小和方向控制要求，选择和操纵挤压闸门控制一定的进土量，以使盾构顺利掘进。有时在网格装置和挤压板后面加装一道隔舱板形成一道泥土舱，然后向泥土舱注水并与弃土搅拌形成泥浆，再通过管道将弃土泥浆排往地面，可进一步提高施工效率，改善隧道内施工环境。2.4.3封闭型盾构封闭型是在盾构切口环和支承环之间增设一道密封隔舱板，在开挖面的土层和密封隔舱板之间形成密封泥土舱，盾构施工时，通过对密封泥土舱中的压力进行控制，使其与开挖面土层水、土压力保持平衡，从而使开挖面土层保持稳定。施工人员不能直接观察开挖面土层工况，而是通过各种检测传感装置进行显示自动控制。封闭型盾构主要有泥水加压式和土压平衡式两大类型。2.4.3.1泥水加压盾构在盾构内设一道密封隔舱板，在隔舱板与开挖面土层之间形成密封泥水舱，在泥水舱内充以压力泥浆支护开挖面土层，利用泥浆压力平衡开挖面土层水、土压力，并在土的表面形成一层不透水的泥膜，同时泥浆中的细微粘粒在极短时间内渗入土层，有利于增强土层自立能力。由刀盘开挖下的泥土经刀盘切削搅拌和搅拌机搅拌后，形成浓稠泥浆，用管道排送到地面处理场，再通过分离处理排除土碴，余下浆液经浓度、比重调整后又重新送入盾构循环使用。泥水加压盾构适用于土层范围很广，从软弱粘土、砂土到砂砾都可适用。对一些特定条件下的工程，如大量含水砂砾，无粘聚力、极不稳定土层和覆土浅的工程，尤其是超大直径和对地表变形要求高的工程都能显示其优越性。另外对有些场地较宽、有丰富水源和较好排放条件或泥浆仅需作简单沉淀处理排放的工程，这种方法可较大地降低施工成本。泥水加压盾构刀盘，多使用面板式结构，进土槽口宽度应按土质而定，一般槽口宽应小于排泥管口径，以免大块石堵塞管道，刀盘开口率一般在8%10%左右。采用泥水加压盾构施工，不需辅以其它（气压、降水）工艺来稳定开挖面土层，其施工质量好、效率高、安全可靠。然而它需要一套技术较复杂的泥水分离处理设备，投资较高，占地面积大，尤其是在城市施工困难较大。2.4.3.2土压平衡式盾构在盾构密封泥土舱内利用开挖下的泥土直接支护开挖面土层，既具有泥土加压盾构的优点，又消除了复杂的泥水分离处理设施，受到工程界的普遍重视。土压平衡式盾构可根据不同的地质条件采取不同的技术措施，设计成不同的类型，能适应从松软粘性土到砂砾土层范围各种土层内各种土层施工。a）普通型的土压平衡式盾构普通型的土压平衡式盾构适用于松软粘性土，由刀盘切削下的泥土进入泥土舱，再通过螺旋输送机向后排出。由于经过刀盘切削和扰动，会增加泥土的塑流性，在受到刀盘切削和螺旋输送机传送后也会变得更为松软，使泥土舱内的土压力能均匀传递。通过调节螺旋输送机转速或调节盾构推进速度，调节密封泥土舱内的土压力，并使其接近开挖面静止土压，保持开挖面土层的稳定。普通型土压平衡式盾构一般使用面板式刀盘，进土槽口宽在200500左右，刀盘开口率约为20%40%。另外在螺旋输送机排土口装有排土闸门，有利于控制泥土舱内土压和控制排土量。b）加泥型的土压平式衡盾构当泥土含砂量超过一定限度时，土和砂的流动性就差，靠刀盘切削扰动，难以使泥土达到足够的塑流状态，有时会压密固结，产生拱效应。当地下水量丰富时，通过螺旋输送机的泥土，就不能起到止水作用，无法进行施工。此时，应在普通型土压平衡式盾构基础上增加特殊泥浆压注系统，即形成加泥型的土压式平衡盾构。对刀盘面板、泥土舱和螺旋输送机注入特殊粘土泥浆材料，再通过刀盘开挖搅拌作用，使之与开挖下来的泥土混合，使其转变为流动性好和不透水性泥土，符合土压平衡式盾构施工要求，符合土压平衡式盾构施工要求。 为了降低刀盘传动功率和减小泥土移动阻力，加泥型土压平衡式盾构刀盘为有幅条的开放式结构，开口面积接近100%，并在刀盘背面安装能伸出来若干能对土砂搅拌的叶片 ，以便对土砂进行强力搅拌，使其变成具有塑流性和不透水性的泥土。另外，要求注入浓度、粘性更高的泥浆材料才能改变土砂的功能时，往往难以用刀盘搅拌达到目的，这将大大增加刀盘和螺旋输送机的机械负荷，造成盾构施工困难。此时应注入发泡剂代替泥浆材料，因为发泡剂材料比重小、搅拌负荷轻，可使刀盘扭矩降低50%左右。盾构排出土砂中的泡沫会随时时间自然消失 ，有时在泥土中加入消泡剂，可加速泡沫的消失，保持良好的作业环境。c）加水型土压平衡式盾构在砂层、砂砾层透水性较大的土层中，还可以采用加水型土压平衡盾构。这种盾构是在普通型土压平衡式盾构基础上，在螺旋输送机的排土口接上一个排土调整箱，在排土调整箱中注入压力水，并使其与开挖面土层地下水压保持平衡。经过螺旋输送机将弃土排入调整箱内与压力水混合后形成泥浆，再通过管道向地面排送。开挖面的土压，仍由密封的泥土舱内土压来平衡。盾构掘进时，刀盘不停地对土层进行开挖和搅拌，使密封的泥土舱内的土砂处于均匀状态，土砂颗粒之间的空隙被水填满，减少了土砂颗粒之间有效应力，增加了流动性，从而能顺畅地通过螺旋输送机送入排土调整箱。在调整箱内通过搅拌混合，向地面处理场排放。加水型土压平衡盾构的泥水排放系统与泥水加压盾构相似，但注入的主要是清水，无粘粒材料，无需对注入的水进行浓度、比重控制，泥水分离处理设备和工艺也大为简化。这种盾构刀盘一般使用面板式结构，进土槽口尺寸可根据土体中砾石最大尺寸来决定，刀盘开口率一般在20%60%左右。d）泥浆型土压平衡式盾构这种盾构适用于土质松软、透水性、易于崩塌的积水砂砾层覆土较浅、泥水易喷出地面和易产生地表变形的极差地层的施工。这种盾构具有土压平衡盾构和泥水加压盾构的纺织系统双重特征。盾构掘进时，应向盾构内注入高浓度泥浆，通过搅拌，使土砂混合成泥土，并充满泥土舱，支护开挖面。由于从螺旋输送机的排土口装上一个旋转排土器既可保持泥土舱内土压的稳定，又可不断地从压力区无压区内顺利排出。但从排土器排出的泥土呈泥浆状，不能用排送干土方式，排送向地面，同时泥浆浓度较高，无法通过管道排出，从螺旋输送机排出的泥土，是在泥浆槽中经水稀释后再以流体形式通过管道排往地面。这种泥浆型土压平衡盾构机的泥土舱的泥浆供入系统和排出系统是两个回路，所以从泥浆排出系统操作所造成的压力波动，对泥土舱内支护压力无大影响，使盾构操作控制更为简便。这种泥浆型土压平衡盾构机通常采用面板结构，进土槽宽度可按土层中最大砾石尺寸决定。刀盘开口率一般在40%60%左右。由于泥浆型土压平衡盾构多用于巨砾土层，因此排土多采用带式螺旋输送机，可比同样大小中心轴式螺旋输送机排出的石块粒径大一倍左右。2.4.3.3复合型盾构（盾构掘进机）采用盾构掘进长距离隧道，会遇到复杂多变的地质条件，往往用一种类型的盾构难以完成施工任务，因此出现了复合型盾构。所谓复合型盾构，就是在软土盾构的刀盘上安装切削岩层的各式刀具，有的还在盾构内安装碎石机，这种硬岩开挖工具与软土隧道盾构机械相结合，能在硬岩和软土地层交替作业。复合型盾构刀盘上安装的刀具，应根据不同岩层条件而定。软土地层：主要采用割刀。安装在刀盘进土槽口两侧。硬岩地层：主要采用盘式滚刀，对于更坚硬的地层，应安装牙轮形和镶嵌碳化钨珠形的滚轮刀。软硬混合交替夹层：应采用不同形式的刮刀取代滚刀，其开挖方法是刮下块状石块，使其对软塑土层更有效地进行开挖。上述各种刀具，应能相互调换，以便随岩层的变化进行有效选择。2.5盾构开挖根据盾构机不同的分类，盾构开挖方法可分为：敞开式、机械切削式、网格式和挤压式等。为了减少盾构施工对地层的扰动，可先借助千斤顶驱动盾构使其切口贯入土层，然后在切口内进行土体开挖与运输。 2.5.1 敞开式手掘式及半机械式盾构均为半敞开式开挖，这种方法适于地地质条件较好，开挖面在掘进中能维持稳定或在有辅助措施是能维持稳定的情况，其开挖一般是从顶部开始逐层向下挖掘。若土层较差，还可借用千斤顶加撑板对开挖面进行临时支撑。采用敞开式开挖，处理孤立障碍物、纠偏、超挖均为其它方式容易。为尽量减少对地层的扰动，要适当控制超挖量与暴露时间。 2.5.2 机械切削式指与盾构直径相仿的全断面旋转切削刀盘开挖方式。根据地质条件的好坏，大刀盘可分为刀架间无封板及有封板两种。刀架间无封板适用于土质较好的条件。大刀盘开挖方式，在弯道施工或纠偏是不如敞开式开挖便于超挖。此外，清除障碍物也不如敞开式开挖。使用大刀盘的盾构，机械构造复杂，消耗动力较大。目前国内外较先进的泥水加压盾构、土压平衡盾构，均采用这种开挖方式。 2.5.3网格式采用网格式开挖，开挖面由网格梁与格板分成许多格子。开挖面的支撑作用是由土的粘聚力和网格厚度范围内的阻力而产生的。当盾构推进是，土体就从格子里挤出来。根据土的性质，调节网格的开孔面积。采用网格式开挖时，在所有千斤顶缩回后，会产生较大的盾构后退现象，导致地表沉降，因此，在施工务必采取有效措施，防止盾构后退。 2.5.4挤压式全挤压式和局部挤压式开挖，由于不出土或只部分出土，对地层有较大的扰动，在施工轴线时，应尽量避开地面建筑物。局部挤压时施工时，要精心控制出土量，以减少和控制地表变形。全挤压式施工时，盾构把四周一定范围内的土体挤密实。2.6 项目背景西安是世界著名的历史文化名城，是欧亚大陆桥中国段和中西部的重要城市。是我国重要的科研、教育、装备制造业及高新技术产业基地。是全国中西部地区交通枢纽中心。西安有3100多年的建城史和1100多年的建都史，历史上有13个王朝在此建都，与雅典、罗马、开罗同被誉为世界四大著名古都。西安市从20世纪90年代初开始筹划、研究发展城市快速轨道交通。目前西安市城市快速轨道交通建设规划已经报国家批复，近期计划建设二号线和一号线。西安市城市快速轨道交通二号线（以下简称二号线）是西安市首条开工建设的轨道交通工程，为西安市轨道交通线网南北向骨干线。线路北起待建的郑西铁路客运专线西安北客站，向南至终点韦曲站。二号线近期建设线路全长26.302km，其中地下线20.919km、敞开段0.45km、高架线4.933km。全线共设21座车站，其中4座高架站，17座地下站，5座车站分别与其它轨道交通线换乘。一期工程为铁路北客站至长延堡站，除城运村以北至北客站为高架段以外，其余均为地下线。第三章 盾构机的施工3.1盾构机的组成盾构掘进机，主要由盾壳、刀盘、推进系统、螺旋输送机、盾尾密封、铰接装置、管片拼装机、撑靴、后配套设备等机构组成。1)盾壳盾壳是一个用厚钢板焊接的圆柱形筒体，是盾构受力支撑的主体结构。其作用：（1）承受地下水、土压力，盾构千斤顶的推力及各种施工荷载；（2）支承和安装各类机电设备及管片；（3）保护操作人员的安全。盾壳沿长度方向分切口环、支承环、盾尾三部分。盾尾后端安装有盾尾密封。2）刀盘刀盘用来开挖土体，同时具有搅拌泥土的功能。刀盘是幅条式结构，几十把盘形滚刀以螺旋线布置在幅条上，能够全断面的破碎围岩。滚刀设计成背装式，实现在泥土仓内对损坏的滚刀进行更换，消除了在盾构掘进机刀盘前端维修保养刀具的危险。切割刀对称安装在幅条的两侧，刀盘用螺栓、螺母固定，可以更换。装在泥土仓内的压力传感器，可以使操作人员随时察看舱内的土压力，以便及时并准确地调整开挖参数。3）刀盘驱动系统刀盘驱动系统用以驱动刀盘旋转，对土体进行挤压和切削。主要由大轴承、大齿圈、密封圈、减速器及马达等组成。刀盘用高强度螺栓与大齿圈连接，大齿圈即为大轴承的回转环，马达带动减速器输出轴上的小齿轮，小齿轮与大齿圈啮合，从而驱动刀盘旋转。大轴承既承受刀盘的自重，又承受盾构掘进机的推进力，是盾构掘进机的主要组成部件。为了获得最大的主轴承寿命，设置有密封装置，密封由加压润滑油系统来润滑。盾构掘进机在开挖软弱围岩时，采用高扭矩，低转速的工况；当盾构切削硬岩时，增大流量，采用低扭矩、高转速的工况。4）铰接装置铰接装置使盾构掘进机分成前后两段，两段之间通过铰接千斤顶操作，可使盾构掘进机前后两段绕铰接中心沿圆弧面上下、左右回转，满足盾构掘进机顺利转弯和坡度的要求，使盾构掘进机转弯方便，减少曲线超挖量及对土体的扰动。盾构掘进机铰接处设有机械限位，以保证盾构掘进机推进时前后节绝对不会脱开，并保证达到设计转角位移要求。铰接装置设内外两道密封，以防泥水进入。5）人行闸门在盾构掘进机密封隔板处设有一道人行闸门，闸门处有一气压仓。在土压平衡工况下施工需要进入泥土密封仓内排除障碍或调换切削刀具时，先将泥土仓内充以压缩空气，用以疏干并支护开挖面土体，然后人员再通过气压仓的加、减压过渡而出入泥土仓。6）推进系统盾构掘进机是通过沿支承环周边布置的盾构掘进机千斤顶支撑在已安装好的管片衬砌上所产生的反作用力而前进的。为了不使千斤顶端部承受管片的集中荷载，造成偏心荷重，支座设计成铰接式，并设置支板均匀地将力传递到管片的环面上。把盾构千斤顶分成掘进机若干扇区，每个扇区由一只电磁比例减压阀控制，用来调节各组扇区千斤顶的工作压力，从而纠正或控制盾构推进的方向，使符合设计轴线的要求。7）撑靴撑靴的主要作用是防止盾构掘进机的滚动。当切削刀盘旋转对硬岩切削开挖时，机器有一个滚向相反的方向自然趋势，尤其是在硬岩地层中，盾壳构的外壳与洞壁之间的摩擦力较小，这种滚动更加明显，在盾构掘进机前部设有一对撑靴，可能出现较大滚动时将撑靴伸出，撑在隧道壁上，它能产生抵抗这种滚动的反力矩。撑靴主要是由支撑靴板、支撑油缸和支撑座组成。不需要时可以收回撑靴。8）泥浆及添加剂的注入机构为了改善开挖下来的碴土的塑性化流动，注入设备必须将足够数量的泥浆及添加剂注到适当的位置。泥浆及添加剂的注入机构主要由搅拌土箱、压注泵组、输送管路、注入口组成。穿越软土时，在泥土仓内加注泥浆或发泡剂等添加剂，可以改善碴土的和易性，确保螺旋输送机的出土顺畅，有效地调节土仓内的压力。当盾构掘进机穿越较硬的岩层时，泥水可降低刀盘面板与岩土摩擦力，减小刀盘扭矩，同时起到冷却滚刀，延长刀头的寿命和辅助破岩的作用。9）螺旋输送机螺旋输送机的主要功能是：一是排土；二是通过调节转速控制出土量，保持密封仓内土压稳定；三是螺旋输送机为密闭式的输送装置，可防止水渗漏到盾构内。螺旋输送机由螺旋叶片、外壳、排土闸门等部件组成。螺旋输送机变速可逆转。泥土入口端装在盾构泥土舱底部，穿过密封隔板固定，倾斜安装。螺旋输送机出碴口安装滑动式闸门，用以防水。螺旋输送机为可伸缩式，当在土压平衡状态时，泥土具有可塑性，螺旋输送机的叶片和集料斗缩回，泥土可顺利排出；在非土压平衡状态时为便于集料，螺旋输送机叶片和集料斗向前伸出。由于螺旋输送机能排出岩碴的最大粒径是有限的，为防止螺旋输送机被卡死，采用二次破碎的方式，对进入泥土舱内大的石块进行破碎，以适应裂隙发育的硬岩地层。10）密封盾尾密封盾尾，用以防止地层中的泥土、泥水、地下水和衬砌外围注浆材料从盾尾的间隙中漏入盾构。由三道钢丝刷和一道弹簧钢板组成。在每两道密封之间注入密封材料、油脂等，作为防高压水措施，以提高密封效果，并可减少钢丝刷密封件与隧道管片外表面之间的磨擦，延长密封件的寿命。11）背衬充填与注浆系统采用盾构法施工的隧道，是沿着盾构掘进机的外壳进行开挖的，而作为衬砌的管片则是在盾尾组装起来的，所以当盾构掘进机推进时，围岩与管片间由于盾尾的抽脱及超挖等原因就形成了空隙，这一空隙如不加处理地搁置，不可避免的上面的围岩要向下沉降，其结果是发生波及地表的地面沉陷，严重的会危及地表建筑物的安全，因此，及时地进行背衬充填与注浆可以起到压实松动的围岩,以防地表沉陷，提高隧道防水性，防止管片漏水，将管片与围岩一体化，确保管片衬砌的稳定。12）管片拼装机构拼装机的功能是安全且迅速地把管片组装成所定形式，它具有伸缩臂、夹具前后移动以及臂回转的功能。拼装机回转由马达驱动；管片的轴向平移和封顶块的轴向移动，由平移千斤顶操作夹持器来完成；管片的提升由液压油泵操纵。这些液压缸和马达由一个独立的液压泵站供油，简化了管线布置，避免了管线的机械运动。由于管片的自重造成管片安装位置不准确，严重影响下一环管片的安装和管片环的受力状态，为此，在组装管片时，可用真圆度保持器对管片进行位置矫正，保持管片的真圆度。真圆度保持器具有前后移动和径向顶压的功能。3.2沿线工程地质及水文地质3.2.1地形地貌西安市位于渭河冲积平原关中平原的中部，二号线呈南北向展布，贯穿城区，沿线地势平坦开阔，东高西低，中间高南北两侧低，平均坡降约25，局部黄土梁洼区，坡降较大。自北而南依次通过渭河冲洪积平原、黄土梁洼、潏河冲积平原三个次级地貌单元。3.2.2地层岩性西安市位于关中平原中部，其内沉积了巨厚的第四系地层，二号线线路通过不同的地貌单元，岩性及岩土组合也有较大差异。各车站、区间隧道主要修筑于第四系全新统、上中更新统风积及冲积土层中，其横波速率为170350m/s，属中硬场地土和中软场地土两类，前者主要分布渭河、潏河河床及阶地区、后者主要分布于黄土梁洼区。沿线地层以人工填土、黄土、黄土状土、砂层、粉质黏土为主。对二号线影响较大的地质问题有地裂缝、饱和软黄土、湿陷性黄土、液化砂层。此外西安市的人工填土不仅分布广、厚度大，土层的产状和厚度在平面上变化迅速，而且性质十分复杂，人工填土在二号线广泛分布最厚处大于10m。3.2.3水文地质二号线主要行径于潜水含水层系统中，渭河河漫滩及一、二级阶地一带水文地质条件差，含水层厚，渗透系数大，其它地段均较好。环城墙护城河因渠道挖深大，也可能对其下通过的区间隧道产生渗漏。水质对混凝土建筑材料不具腐蚀性，仅局部地段对混凝土中的钢筋有一定腐蚀性。3.2.4地震条件及评价西安市位于高地震烈度区，抗震设防烈度为八度。二号线期工程地震动峰值加速度值为0.20g，地震动反应谱特征周期为0.35s。3.3车站施工方法比选地下车站施工方法的选择，不仅受沿线工程地质和水文地质条件、周边环境条件、埋置深度和城市规划等因素的制约，而且对线路的平纵断面、工程的实施难度、工期、造价及施工期间的城市居民生活、经济活动和周围环境等都会产生直接影响。因此必须通过对技术、环境影响和使用效果等综合评价，依据下述几方面的综合比选确定：3.3.1施工难度选择施工方法时应考虑工程本身施工难度、施工前期准备工作实施的难易程度、施工安全等方面。具体应从施工技术的成熟性、地面沉降控制、工期、工程造价、房屋拆迁、管线改移及处理措施等方面考虑。3.3.2施工对环境的影响施工对环境的影响着重体现在对城市交通的影响、城市居民生活的影响、商业经济活动的影响以及环境污染等方面。特别是在交通繁忙地段的地铁车站，如采用明挖法施工，其地面交通组织的成败是关系到施工方案能否成立的关键。3.3.3施工工期的影响车站的土建施工工期不仅受全线总工期的制约，同时也直接影响到机电设备安装及装修的工期。对于有盾构始发、过站及终到要求的车站，车站土建工期还将影响区间的贯通工期。因此，根据相关工期要求，合理选择车站结构型式和施工方法十分重要。3.3.4其它根据国内外在土层中修建地铁的经验，地下车站应优先采用常规的明挖法施工；当不允许长期占用既有道路施工时，可采用盖挖顺筑法、盖挖逆筑法；仅当不具备明挖条件或当车站埋置过深，采用明挖法施工很不经济时，方可考虑采用暗挖法施工。此外，对于枢纽车站或具有综合功能要求的车站，一般也不宜采用暗挖法施工。根据上述原则结合西安地铁二号线一期工程沿线工程地质及水文地质条件、周围环境等情况，经综合分析比较在地下车站埋置较浅，场地相对开阔且具备明挖施工条件的车站采用明挖法或盖挖法施工。对位于明城墙内中心城区核心地段的钟楼站，由于站位地面商业繁华、交通饱和、人流密集，不具备明挖条件，考虑采用暗挖法施工。另外，基坑工程是个风险相对较大的系统工程，具有工程量大，技术难度高，不可遇见因素多等特点。二号线是西安市修建的首条地铁线，西安市具备类似地铁的深基坑基本没有先例，因此在调查西安市大量深基坑现状的基础上，结合地铁工程的基坑特点，二号线地下车站围护结构采用混凝土钻孔灌注桩、SMW工法、土钉墙、锚杆等支护型式。钻孔灌注桩是既经济，施工进度快，又是技术成熟的围护结构型式，也是在目前我国修建地铁城市地下基坑支护常用的型式，二号线绝大部分车站围护结构均采用此种形式。SMW工法在西安地区尚无使用的先例，需使用专用设备三轴型钻掘搅拌机，掌握型钢回收技术，对施工质量要求较高，基坑较深时风险较大，因此在出入口风道等较浅基坑无土钉墙施做条件时考虑采用。在车站基坑较浅，地面环境开阔，地面和地下建(构)筑物少的地段，基坑围护结构采用土钉墙或放坡喷锚支护型式。3.4区间隧道施工方法比选区间隧道的施工方法一般有明挖法及暗挖法，暗挖法又可分为浅埋暗挖法（矿山法）及盾构法。3.4.1明挖法明挖法施工工艺简单、技术成熟、进度快、质量可靠、防水效果好、风险小，适用各种不同的地质条件。但明挖法对周边环境、市政管线和道路交通有较大影响，适用于隧道埋深较浅，且地面有足够施工场地地段。明挖法施工，根据基坑开挖深度及场地条件可采用放坡开挖、土钉墙、排桩等围护结构型式。依据西安地铁二号线沿线地面交通、配线布置、地裂缝分布、沿线建筑物分布等情况，在线路平纵断面设计中进行统筹规划。一期工程在线路北端出地面的过渡段及张家堡城运村区间，拟采用明挖法施工。因西安地区采用土钉墙作为基坑开挖的围护结构在技术上已比较成熟，所以推荐采用造价低、施工进度快、用料省的土钉墙作为主要的围护结构。由于此段区间已接近城市郊区，场地开阔，周边建筑物较少，降水方案可采用在基坑开挖前先进行管井井点降水。3.4.2矿山法矿山法目前在我国轨道交通区间隧道建设中已广泛采用。矿山法施工近年来在西安地区主要用于过街通道的施工，如钟楼盘道、大雁塔地下通道等。二号线区间隧道穿过的地层属于典型的第四系黄土地层，隧道埋深位于地下水位以下，钻孔资料显示，隧道埋深范围内的土层饱和度大多为85%以上，液性指数基本大于0.30，隧道结构范围内的地层多处于可塑到软塑状态，加上地下水位附近有软塑带，而且地层的渗透系数较大，区间施工降水困难。由于围岩自身承载能力很差，为避免隧道施工过程中对地面和周围建筑物造成破坏，需要严格控制地面沉降量。因此，要求初期支护刚度要大，支护要及时。针对西安地层特点，在二号线部分区间有条件设置工作井，浅埋暗挖法是可以应用的。对普通的单线隧道从施工的简便性方面可以采用双排小导管注浆，并采用初期承载力强的钢支撑支护，并应加厚喷混凝土的厚度。对双线隧道应采用长管棚压注双液浆，并加强初期支护刚度，支护要及时。3.4.3盾构法盾构法是暗挖隧道施工中一种先进的工法，近年来在轨道交通建设中也被广泛采用。盾构法施工具有良好的隐蔽性，控制地层变形能力强、能够应用于含水地层、结构防水质量好、施工引起的噪声、振动的危害小，机械化程度高等优点，对城市居民的生活影响小。盾构法可适用于埋深较大，不宜采用明挖或暗挖法施工的地段。随着盾构技术近年来的大量应用，从广州地区的微风化岩层到上海地区的淤泥质地层均能够适用，且近年来盾构技术发展迅速，各种先进的盾构机的出现，如盾构电子自动控制技术，各种辅助施工措施(如各种添加材料)、盾尾同步注浆技术及地面监测信息反馈技术的应用，使盾构隧道的施工已经能够非常有效的控制地面沉降或隆起，从量值上来讲，已经大大小于采用矿山法施工所引起的地面沉降值。二号线区间要通过国家级文物保护单位西安古城墙及钟楼，施工中地面沉降和隆起的控制比一般地段更要严格，此因素也是采用盾构法的重要原因之一，在盾构机的选型中必须考虑到这样的特殊要求。3.5 小结依据二号线沿线地质和交通现状，在线路平纵断面设计和配线布置时对全线工法进行统筹，由于部分区间结构基本位于地下水位以下的软塑层中，若采用浅埋暗挖施工，第一施工安全方面存在一定的风险，第二存在地面沉降不易控制，地面建筑和地下管线会受影响的问题，第三存在浅埋暗挖法的通病，防水效果差的问题。由于浅埋暗挖法在西安的地层状况中存在以上的缺点以及二号线工期非常之紧张，所以在区间工法的选择上在有条件时首选盾构法施工。二号线区间隧道主要穿过黄土及黄土状土、上更新统饱和软黄土（局部含有砂层），地层中地下水位较高，地铁穿行于潜水含水层中，根据盾构掘进穿越的地层土质特点，特别是土质饱和性、流塑性、可塑状，同时兼顾到经济和安全两大方面的考虑，选用封闭式盾构较为合适。盾构机的选择重点解决盾构在饱和粘土中掘进时形成泥饼的问题，注重在刀盘形式、开口率、刀具、加泥或泡沫系统等方面解决。第四章 盾构施工4.1 盾构机组装方案因为场地狭小，把盾构机的全部部件先摆放到组装场地后再开始组装是很困难的，所以整体方案上必须严格组织好每一个部件的吊装顺序，大件采取边运输边吊装的方案，原则上大件不在场内停留，运到场地后立即下井。吊机使用450T和160T吊机配合进行作业。由专业公司进行盾构的运输和现场吊装。 4.2组装流程 4.2.1后配套组装（1）五号拖车在拖车上部的四个吊耳穿挂好钢丝绳，吊机提升拖车到适当位置，清洁轮对安装面，安装轮对，用风动扳手按要求拧紧螺栓，然后吊起放到组装井拖车轨道上。割除拖车两侧平台支撑梁，电瓶车牵引把五号台车拖至指定区域。（2）四号拖车一号拖车。按照上述五号拖车的安装方法，依次安装其余四节拖车图4-1 拖车下井（3）连接桥（双吊梁）吊一节管片车放在工作竖井内的轨道上，用来支撑连接桥。连接桥上部穿挂好钢丝绳，根据提升连接桥需要的倾斜角度来定钢丝绳的长短，吊放到井下。安装连接桥与一号拖车的连接销。在管片车焊接支撑架，用于支撑连接桥，要求焊接支撑架必须牢固。图4-2 双梁下井（4）采用电瓶机车或卷扬机牵引后配套拖车拖至指定区域。（5）吊两节管片车放在工作竖井内的轨道上，用来安放螺旋机。吊机提升螺旋机放到工作井内的管片车上固定。拖至指定区域。（6）后配套下井完毕后，拆除始发台上的行走轨线，对始发台进行定位，在始发台滑轨上涂抹黄油，然后进行主机组装4.2.2盾构主机下井组装就位（1）中盾（支撑环）拆除中体上包装，用一台450T吊机与一台160T汽车吊机将中体翻转后。再用450T吊机将中体吊至竖井，吊机吊臂向井口右侧偏摆，将中体置于始发台上。中体在下井前将两根软绳系在其两侧，向下吊运时，由人工缓慢拖着，防止中体扭动。中体停放在始发台后，由测量人员进行旋转角度的测量及调整。图4-3 前盾（支撑环）吊装 （2）前盾（切口环）拆除前体上的包装，用一台450T吊机与一台160T汽车吊机将中体翻转后。因长途运输原因而从前盾组件上拆人行闸（后段）重新安装到前盾组件上。清洗干净连接面上防锈油脂；用一台450T吊机至竖井，吊臂向井口右侧偏摆，将前体置于始发台上。450T吊机稍微将前体提起，用2 个10T手拉葫芦将前体往后平移与中体连接，连接面的密封条、定位销需安装上，连接螺栓安装到位并按扭矩要求紧固螺栓。（密封条1根。定位销M36、垫片、螺母各4个。螺母M30、190个，垫片M30、380个，螺栓M30X130、190个。）图4-4 前盾（切口环）组件下井（3）刀盘拆除刀盘上的包装，清洗干净连接面上防锈油脂；用一台450T吊机与一台160T汽车吊机将刀盘翻转后；450T吊机将刀盘吊至竖