第六章 盾构隧道施工

广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 1 第六章 施工方法与技术措施 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 2 目 录 1盾构隧道的施工 177 1 1掘进循环时间安排 177 1 2端头加固 178 1 2 1 端头地层及稳定性 178 1 2 2 端头地层加固方案 179 1 2 3 搅拌桩施工方法和措施 180 1 2 4 旋喷桩施工方法和措施 182 1 3盾构始发 184 1 3 1 始发流程 184 1 3 2 洞门凿除 184 1 3 3 始发设施的安装 185 1 3 4 始发掘进技术要点 186 1 4盾构机组装与调试 186 1 4 1 组装场地的布置及吊装设备 186 1 4 2 组装与调试程序 188 1 4 3 组装顺序 188 1 4 4 组装技术措施 188 1 4 5 盾构组装安全保护措施 188 1 4 6 盾构机调试 190 1 5盾构掘进流程及操作控制程序 190 1 5 1 盾构掘进作业工序流程 190 1 5 2 掘进控制程序 191 1 6掘进模式的选择及操作控制 191 1 6 1 不同掘进模式的特点及适用条件 191 1 6 2 盾构隧道的掘进模式分段 192 1 6 3 各掘进模式的主要掘进参数及技术措施 195 1 7盾构掘进方向控制与调整 196 1 7 1 盾构掘进方向控制 196 1 7 2 盾构掘进姿态调整与纠偏 197 1 7 3 方向控制及纠偏注意事项 197 1 8掘进中的碴土改良 198 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 3 1 8 1 概述 198 1 8 2 碴土改良的方法与添加剂 198 1 8 3 碴土改良的主要技术措施 199 1 9环形间隙同步注浆 200 1 9 1 注浆材料及配比设计 200 1 9 2 同步注浆主要技术参数 201 1 9 3 同步注浆方法 工艺与设备 201 1 9 4 注浆效果检查 203 1 9 5 同步注浆质量保证措施 203 1 10 管片安装 203 1 10 1管片安装程序 204 1 10 2管片安装方法 204 1 10 3安装管片质量保证措施 204 1 11 区间盾构施工管片防水 205 1 11 1隧道结构防水施工措施 205 1 11 2隧道结构防腐蚀施工措施 207 1 11 3质量保证措施 207 1 12 暗挖隧道段的通过 208 1 12 1通过方案 208 1 12 2主要技术措施及要点 208 1 13 盾构通过汉溪站 210 1 13 1过站方案与程序 210 1 13 2技术措施与要点 211 1 14 盾构的到达施工 211 1 14 1盾构到达施工流程 211 1 14 2主要技术要点与措施 212 1 15 盾构机拆卸 212 1 15 1拆卸场地布置及吊装设备 212 1 15 2拆卸顺序 212 1 15 3拆卸程序 214 1 15 4拆卸技术措施 214 1 15 5盾构拆卸安全保护措施 214 1 16 施工运输 216 1 16 1洞内水平运输 216 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 4 1 16 2垂直运输 216 1 16 3碴土外运 217 1 17 施工通风与洞内管线布置 217 1 17 1施工通风 217 1 17 2洞内管线布置 217 1 18 压力状态下土仓内的工作 218 1 18 1进出土仓的程序 218 1 18 2安全技术措施 219 1 19 地表变形预测 控制及监测反馈 219 1 19 1变形预测 219 1 19 2掘进过程中的变形控制 219 1 19 3施工监控量测和信息反馈 220 1 20 隐蔽工程质量保证措施 220 1 21 工期保证措施 220 1 21 1确保各接口工程的工期 221 1 21 2保证盾构隧道的施工速度 221 1 21 3加强计划组织管理 222 2特殊地段的盾构施工技术措施 222 2 1硬岩 fc 80Mpa 地段 222 2 2礼村断裂带 223 2 3盾构通过砂层 224 2 4水塘回填浅埋段 225 2 5混合岩球状风化体 225 2 6号泥质粉砂岩段的掘进 226 2 7小线间距地段的施工 227 3明挖隧道及盾构始发井施工 227 3 1施工安排与计划 227 3 1 1 施工区段划分 228 3 1 2 施工计划 228 3 2围护结构施工 230 3 2 1 钻孔桩施工 230 3 2 2 高压摆喷桩施工要点与技术措施 233 3 2 3 冠梁施工要点及术措施 235 3 3基坑开挖与基底垫层施工 235 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 5 3 3 1 土石方开挖施工要点及技术措施 235 3 3 2 钢管支撑施工要点及措施 239 3 3 3 基底检查及处理 240 3 3 4 垫层混凝土施工 240 3 4明挖隧道衬砌施工 240 3 4 1 主体结构施工阶段安排 240 3 4 2 底板施工方法及技术措施 243 3 4 3 钢筋混凝土墙 顶板施工方法及技术措施 244 3 4 4 混凝土浇注强度 245 3 5盾构始发井结构施工 246 3 6防水工程施工方法及技术措施 246 3 6 1 防水标准及一般要求 246 3 6 2 混凝土自防水 247 3 6 3 施工缝 变形缝防水施工 247 3 6 4 防水层施工方法及措施 248 3 7基坑回填 249 3 7 1 回填施工方案及流程 249 3 7 2 回填施工方法要点与措施 250 3 8工期保证措施 251 3 9隐蔽工程的质量保证措施 251 3 9 1 隐蔽工程管理实施流程 251 3 9 2 隐蔽工程质量保证措施 251 4暗挖隧道及风井 风机房施工 252 4 1施工方案及施工计划 252 4 2风机房施工 253 4 3风井施工 253 4 3 1 结构施工 253 4 3 2 结构防水 254 4 4暗挖隧道施工 254 4 4 1 垂直运输 256 4 4 2 开挖 256 4 4 3 超前支护和初期支护施工 257 4 4 4 初期支护背后回填注浆 259 4 4 5 二次衬砌和人防门施工 259 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 6 4 4 6 隧道结构防水 260 4 5不同工程部位防水接口处理措施 261 4 6工期保证措施 262 4 7隐蔽工程的质量保证措施 262 4 7 1 隐蔽工程管理流程施实施流程 262 4 7 2 隐蔽工程质量保证措施 263 5泵房 联络通道施工 263 5 1工程概况 263 5 2施工安排 264 5 3施工技术要点 265 5 3 1 开挖 265 5 3 2 初期支护 265 5 3 3 联络通道及泵站结构防水施工 265 5 3 4 二次衬砌 267 6施工测量与量测 267 6 1施工测量 267 6 1 1 施工测量程序 267 6 1 2 主要测量项目及方法 268 6 2施工监测 271 6 2 1 监测目的 271 6 2 2 监测内容与方案 272 6 2 3 监测控制标准及监测频率 273 6 2 4 监测反馈程序 279 6 2 5 监测管理体系 279 7洞门施工 281 7 1概述 281 7 2施工部署 281 7 3洞门预埋件的制作与安装 282 7 3 1 洞门预埋件的制作 282 7 3 2 洞门预埋件的安装 282 7 4洞门衬砌施工 283 7 4 1 洞门施工工艺 283 7 4 2 施工技术要点 283 7 4 3 洞门保圆措施 285 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 7 7 4 4 洞门施工注意事项 286 8管片生产 286 8 1管片生产及供应计划 286 8 2管片生产厂的布置 287 8 2 1 管片厂的生产能力 287 8 2 2 管片生产车间和钢筋加工车间平面布置图 287 8 2 3 设备配置 290 8 3管片混凝土原材料 290 8 4管片生产工艺流程及技术要点 291 8 4 1 钢筋制作技术要点 291 8 4 2 混凝土浇注的施工技术要点 293 8 4 3 脱模及养护施工技术要点 293 8 4 4 管片存储及运输 294 8 5管片生产质量保证措施 294 8 5 1 管片的精度 294 8 5 2 管片的强度 295 8 5 3 管片抗渗能力试验 296 8 5 4 管片的外观质量 296 8 5 5 检验测量和试验控制 296 8 6管片生产管理 297 9地面构筑物及地下管线的保护 297 9 1管线及建筑物描述 297 9 2重要地下管线及构筑物的保护措施 298 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 177 1 1 1 盾构隧道的施工盾构隧道的施工盾构隧道的施工 1 11 11 1 掘进循环时间安排掘进循环时间安排掘进循环时间安排 为了满足合同工期要求 采用连续生产的施工组织原则 每周七个工作日 左右线两台盾构作业循环均采用 2 1 班制 即每天 2 个班掘进 1 个班维修保 养 掘进班每天工作 10 小时 保养班每天强制保养 4 小时 其余时间为跟机保养 根据我单位地铁二号线 越 三 区间的作业循环时间统计结果和大汉区间的地质 情况 初步确定盾构掘进各工序循环时间如表 6 1 1 表 6 1 1盾构掘进各工序循环时间表 作业时间 序号工序名称fc 80MPa 地段 min fc 80MPa 地段 min 备注 1施工准备1010 2盾构掘进90 10060 801 5m 环 3管片安装4040 4 出碴 进料运输 单程 2525 5碴土垂直运输6060 6管片及注浆材料供应6060 7盾构机跟机保养4040 理论循环时间 min 150 160120 130 表中的出碴时间按照最远运输距离的四分之三考虑 机车速度 8Km h 硬岩段盾构施工循环作业关系如图 6 1 1 图图 6 1 1 硬岩段盾构掘进循环示意图硬岩段盾构掘进循环示意图 盾构掘进 90 100min 1 碴车运 输25min 1 碴车垂直运输 60min 1 碴车进 洞 25min 1 碴车准备注浆料及管片 60min 管片安装 40min 施工准备 10min 2 碴车进 洞25min 2 碴车出 洞25min 盾构掘进 90 100min 盾构机跟机保养40min 施工准备 10min 施工准备 10min 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 178 1 21 21 2 端头加固端头加固端头加固 1 2 1端头地层及稳定性 表 6 1 2各洞门端头地基相关因素一览表 隧道端头情况描述 序 号 端头 位置地质情况 上覆 土厚 m 地表状况端头结构 稳定性 评价 右 线 洞身为 7 强风化泥质粉砂岩地层 盾 构隧道拱顶上部为 3 2 冲洪积砂层 4 2 淤泥质粘土层 弱富水 12 1 始 发 井左 线 洞身主要地层为全风化泥质粉砂岩 6 和强风化泥质粉砂岩 7 地层 盾构隧 道拱部地层为 4 2 淤泥质粘土层 弱 富水 11 地表为回 填平地 明挖基坑 围护钻孔 桩 隧道拱 部稳定 差 存 在坍塌 和地下 水和泥 砂涌出 的危险 右 线 洞身主要为全风化混合岩 6z 2 地层和 强风化混合岩 7z 2 地层 弱至中等富 水 洞顶上部为 6z 2 地层 32 2 暗 挖 段 北 端 左 线 洞身主要为强风化混合岩 7z 2 地层 弱富水性 洞顶上部主要为 7z 2 地层 31 右 线 同上 34 3 暗 挖 段 南 端 左 线 同上 32 地表为水 塘和丘陵 暗挖矿山 法 端头 洞门内采 用喷砼 洞门外钢 筋混凝土 稳定性 较好 右 线 洞身主要为全风化混合岩 6z 2 和强风 化混合岩 7z 2 弱至中等富水 风化裂 隙发育 17 4 汉 溪 站 北 端 左 线 同上18 地表为水 塘和丘陵 稳定性 较好 右 线 隧道洞身主要地层为硬塑残积土地层 5z 2 6z 1 全风化地层 隧道拱部 以上地层以 5z 2 为主 13 地表为坡 地 有多 栋低矮建 筑 5 汉 溪 站 南 端 左 线 同上13同上 稳定性 较好 6 到 达 右 线 洞身主要地层为硬塑或中密状残积土 5z 2 地层 隧道拱顶以上以 5z 2 10 地表为坡 地 附近 线间距 小 稳 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 179 地层为主 有水塘 井左 线 同上 10同上 定性较 差 本标段两台盾构施工始发和到达共计 12 次 为了确保盾构始发和到达时施工安 全 确保地层稳定 以防端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况 应根据各始发和 到达端头工程地质 水文地质 地面建筑物及管线状况和端头结构等综合分析与评 价 决定是否对洞门端头地层进行加固处理 本项目工程的各始发和到达端头地层 情况如上页表 6 1 2 根据广州地铁一 二号线的施工经验及各端头地质条件 地表环境和端头地层 受其它因素的影响 要对本标段工程稳定性较差的大石南盾构始发井端头 光明北 盾构到达井端头地层进行加固 1 2 2端头地层加固方案 1 大石南盾构始发端头 该端头隧道上部以 4 2 地层为主 并且端头要作为盾构机组装场地 因此考 虑采用水泥搅拌桩进行加固 根据盾构机的长度及开挖直径 加固范围为纵向 9 0m 隧道两侧外 2 5m 隧 道拱顶以下 2 0m 至地表 搅拌桩直径 600mm 间距 450mm 520mm 梅花型布 置 如图 6 1 2 所示 搅拌施工见 1 2 3 完成搅拌加固后 在搅拌桩与围护结构连 接面再进行深孔注浆补强 图图 6 1 2 盾构始发井端头加固示意图盾构始发井端头加固示意图 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 180 2 光明北盾构到达井端头地层加固方案 由于该端头左 右线隧道净距为 2 7m 为了减小左线隧道对右线隧道的影响 考虑地层条件和加固深度 采用旋喷桩进行加固 根据盾构机的长度及开挖直径 加固范围纵向为 9 0m 隧道洞圈外侧 2 5m 隧道拱底以下 2 0m 至拱顶以上 2 5m 旋喷桩直径 1000mm 间距 866mm 750mm 梅花型布置 如图 6 1 3 旋喷桩施工见 1 2 4 节 完成旋喷加固 后 在旋喷桩与到达井端墙 间采用深孔注浆进行补强 1 2 3搅拌桩施工方法和措施 1 搅拌桩施工程序 搅拌桩施工程序见图 6 1 4 图图 6 1 3 盾构到达井端头加固示意图盾构到达井端头加固示意图 制备水泥浆 测量放线 就位对中 预搅下沉 喷浆 搅拌 提升 重复搅拌 清洗机具管线 清洗机具管线 移至下一桩位 结束施工 循 环 图图 6 1 4 搅拌桩施工程序图搅拌桩施工程序图 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 181 2 机械设备 水泥搅拌桩采用 2 台 GZB 600 深层搅拌机进行施工 配备相应的导向架 灰浆 泵 拌浆机 电子监测表等 3 深层搅拌桩施工工艺流程 施工工艺流程见图 6 1 5 4 深层搅拌施工注意事项 搅拌桩的垂直偏差不超过 1 桩位偏差不大于 50mm 桩径偏差不大于 4 施工前确定搅拌机械的灰浆泵输浆量 灰浆经输浆管达到搅拌机喷浆口的时间 和起吊设备提升速度等施工参数 并根据设计通过成桩试验 确定搅拌桩的配比等 各项参数和施工工艺 用流量泵控制输浆速度 使注浆泵出口压力保持在 0 4 0 6MPa 并使搅拌提升速度与输浆速度同步 为保证桩端施工质量 当浆液到达出浆口后 喷浆座底 30 秒 使浆液完全到达 桩端 通过复喷的方法达到提高桩身强度的目的 搅拌次数以一次喷浆两次搅拌和两 次喷浆三次搅拌为宜 当喷浆口到达桩顶标高时 停止提升搅拌数秒 保证桩头均 匀密实 施工时因故停浆 宜将搅拌机下沉至停浆点以下 0 5m 待恢复供浆时再喷浆提 升 若停机超过 3 小时 为防止浆液硬结堵管 先拆卸输浆管路 并进行清洗 定 位 预 搅 下 沉 喷 浆 搅 拌 上 升 重 复 搅 拌 下 沉 重 复 搅 拌 上 升 完 毕 图图 6 1 5 搅拌施工工艺流程图搅拌施工工艺流程图 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 182 1 2 4旋喷桩施工方法和措施 1 旋喷桩施工方法 喷浆采用三重管法 单喷觜喷浆 由于本工程高压旋喷桩工程量较小 计划配 备 2 套旋喷设备进行施工 喷浆导孔直径 100mm 成孔采用 XY 100 型地质钻机 成套设备配备如表 6 1 3 表 6 1 3高压旋喷桩施工成套设备配备表 序号设备名称规格型号单位数量 1地质钻机XY 100台2 2高喷台车PG 1500台2 3高压泵3D2 5Z 栓塞泵台2 4灌浆泵HB 80台2 4空压机P 0 8MPa Q 6m3 min台1 5泥浆泵BW 150台2 6拌浆机WJG 80台2 2 旋喷桩施工工艺流程 旋喷桩施工工艺流程见图 6 1 6 3 旋喷桩施工方法说明及技术措施 1 开始施工时 首先进行现场试验性施工 进一步确定喷射参数及施工工艺 2 根据加固端头范围内地层的特点 拟采用施工参数见表 6 1 4 3 钻导孔 由于本工程范围有砂层 钻孔时采用膨润土配制泥浆护壁 泥浆的主要性能 指标控制为 比重 1 2 1 3 粘度 25 30s 含砂率小于 5 为准确取得地质资料 合理优化施工技术参数 选取钻孔按地质钻探孔要求 对不同地层取样分析 导孔施工质量标准 孔位偏差 50mm 垂直度 1 钻孔完成后经检查验收合格后高喷台车就位 进行喷浆作业 4 浆液配制 浆液采用 425 普通硅酸盐水泥和自来水配制 水灰比 1 1 采用立式搅拌罐搅 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 183 拌 表 6 1 4三重管法高压旋喷桩施工技术参数表 项目技术参数 水压 MPa 30 35 高压水 水量 l min 80 90 气压 MPa 0 5 0 7 压缩空气 气量 l min 1500 3000 浆比重 kg l 1 5 水泥浆 浆量 l min 60 70 提升速度 cm min 10 15 喷嘴直径 mm 1 8 加浆比重 g cm3 1 2 图图 6 1 6 高压旋喷桩施工工艺流程图高压旋喷桩施工工艺流程图 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 184 5 旋喷注浆 台车就位安装调试完成后 将旋喷管插至孔底 先启动灰浆泵送浆 待孔口 返浆后按方案设计的技术参数进行旋喷 提升 在旋喷过程中 随时注意各设备的工作情况 以及水 气 浆的压力与流量 作好详实的施工记录 旋喷提升过程中如中途发生故障 立即停止施工 等检查排除故障后再继续 施工 冒出浆液由泥浆泵抽至沉淀池沉淀处理 6 回灌 当喷射结束后 随即在喷射孔内进行自然水压力静压填充灌浆 直到浆面不再 下沉为止 1 31 31 3 盾构始发盾构始发盾构始发 1 3 1始发流程 盾构始发按图 6 1 7 流程进行 1 3 2洞门凿除 共有八座洞门需要在始发或到达前将洞门端头围护桩进行凿除 为了避免洞门 凿除对车站结构产生扰动 围护桩钢筋砼的凿除分两步进行 如图 6 1 8 示 先 沿洞周凿除 A 部分 采用人工手持风镐施作 再采用静态爆破的方式凿除 B 部分 始发端地层加固 安装始发基座 盾构机组装 空载调试 安装反力架 洞口洞口密封 安装负环管片与盾构机负载调试 盾尾通过洞口密封后进行注浆回填 盾构掘进与管片安装 端头凿除 图图 6 1 7 始发流程框图始发流程框图 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 185 凿除时围护桩内层钢筋先不予割除 待盾构推进或出洞时再迅速割除 1 3 3始发设施的安装 始发台安装 在洞门凿除完成之后 依据隧道设计轴线定出盾构始发姿态的空间位置 然后 反推出始发台的空间位置 由于始发台在盾构始发时要承受纵向 横向的推力以及 约束盾构旋转的扭矩 所以在盾构始发之前 必须对始发台两侧进行必要的加固 加固的方式见图 6 1 9 始发台的安装高程可根据端头地质情况适当进行抬高 反力架安装 在盾构主机与后配套连接之前 开始进行反力架的安装 由于反力架为盾构始发时提供 反推力 在安装反力架时 反力架端面应与始发 台水平轴垂直 以便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行 安装时反力架与车站结构 车 站 边 墙 盾构主机 始发台 盾构防扭装置 三角支撑 支撑管片横梁 图图 6 1 9 始发台加固示意图始发台加固示意图 图图 6 1 8 洞门凿除示意图洞门凿除示意图 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 186 图图 6 1 10 连接部位的间隙要垫实 以保证反力架脚板有足够的抗压强度 洞门密封 根据二号线的施工经验 洞口密封采用图 6 1 10 所示 的折叶式密封压板 其施工分两步进行施工 第一步在 始发端墙施工过程 中 应做好始发洞门预埋件的埋设工作 在埋设过程中预 埋件必须与端墙结构钢筋连接在一起 第二步在盾构正式 始发之前 应清理完洞口的碴土后及时安装洞口密封压板 及橡胶帘布板 1 3 4始发掘进技术要点 1 在进行始发台 反力架和首环负环管片的定位时 要严格控制始发台 反力架和负环的安装精度 确保盾构始发姿态与 隧道设计线形符合 2 第一环负环管片定位时 管片的后端面应与线路中线垂直 负环管片轴 线应与线路的切线重合 负环管片采用错缝拼装方式 3 始发前基座定位时 盾构机轴线与隧道设计轴线保持平行 盾构中线可 比设计轴线适当抬高 4 在始发阶段由于推力较小 地层较软要特别注意防止盾构低头 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 盾构机处于始发台上 因此需在始发台及盾构机上焊 接相对的防扭转支座 为盾构机初始掘进提供反扭矩 7 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始发台提供的反扭矩 1 41 41 4 盾构机组装与调试盾构机组装与调试盾构机组装与调试 1 4 1组装场地的布置及吊装设备 盾构机的组装场地按业主提供的 5000m2 场地分成三个区 后配套拖车存放区 主机及后配套存放区 吊机存放区 其布置见组装场地布置 图 6 1 11 吊装设 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 187 备为 250T 履带吊一台 90T 汽车吊一台 50T 液压千斤顶两台 以及相应的吊具 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 188 图图 6 1 11 组装场地示意图组装场地示意图 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 189 1 4 2组装与调试程序 组装调试程序见图 6 1 12 1 4 3组装顺序 盾构组装顺序如图 6 1 13 1 4 4组装技术措施 1 盾构组装前必须制定详细的组装方案与计划 同时组织有经验的经过技 术培训的人员组成组装班组 2 组装前应对始发基座进行精确定位 3 履带吊机工作区应铺设钢板 防止地层不均匀沉陷 4 大件组装时应对始发井端头墙进行严密的观测 掌握其变形与受力状态 5 大件吊装时必须有 90 吨以上的吊车辅助翻转 1 4 5盾构组装安全保护措施 1 盾构机的市内运输委托给专业的大件运输公司运输 组装场 地的准备 井下轨道及始 发基座的准备 吊机组装就位 后配套拖车吊装与管线连接 主机吊装与连接 主机定位及与后配套连接 安装反力架 空载调试 负载调试 安装负环管片 图图 6 1 12 盾构组装 调试程序框图盾构组装 调试程序框图 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 190 2 盾构机吊装由具有资历的专业队伍负责起吊 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 191 图图 6 1 13 组装顺序示意图组装顺序示意图 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 192 开始 设置管理基准 开挖掘进同步注浆 是否达到掘进循环进尺 1 编组列车出洞管片衬砌拼装 2 编组列车进洞1 列车装料 开挖6m 延伸轨道 下一个循环 否 是 是 否 图图 6 1 14 盾构掘进作业工序流程图盾构掘进作业工序流程图 3 组建组装作业班承担盾构机组装工作 指定生产副经理负责组织 协调 盾构机组装工作 4 每班作业前按起重作业安全操作规程及盾构机制造商的组装技术要求进 行班前交底 完全按有关规定执行 5 项目部安质部 工地派出所具体负责大件运输和现场吊装 组装的秩序 维护 确保安全 1 4 6盾构机调试 1 空载调试 盾构机组装和连接完毕后 即可进行空载调试 空载调试的目的主要是检查设 备是否能正常运转 主要调试内容为 液压系统 润滑系统 冷却系统 配电系统 注浆系统 以及各种仪表的校正 2 负载调试 空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负载调试 负载调试的主要目的 是检查各种管线及密封的负载能力 对空载调试不能完成的工作进一步完善 以使 盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态 通常试掘进 时间即为对设备负载调试时间 负载调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程 安全 工程质量和线型精度 1 51 51 5 盾构掘进流程及操作控制程序盾构掘进流程及操作控制程序盾构掘进流程及操作控制程序 1 5 1盾构掘进作业工序流程 盾构掘进作业工序流程参见图 6 1 14 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 193 1 5 2掘进控制程序 掘进控制流程如图所示 1 61 61 6 掘进模式的选择掘进模式的选择掘进模式的选择及操作控制及操作控制及操作控制 1 6 1不同掘进模式的特点及适用条件 本标段选用的盾构机为复合式盾构机 具有敞开式 OPEN 半敞开式 SEMI OPEN 和土压平衡式 EPB 三种掘进模式 每一种掘进模式具有不同的 特点和适用条件 1 敞开式 该掘进模式类似于 TBM 掘进 盾构机切削下来的碴土进入土仓内即刻被螺旋输 送机排出 土仓内仅有极少量的碴土 土仓基本处于清空状态 掘进中刀盘和螺旋 输送机所受反扭力较小 由于 土仓内压力为大气压 故不能支撑开挖面地层 和防止 启动 设定土仓压力值P0 设定刀盘扭矩 转速 设定千斤顶速度 设定螺旋输送机转速 刀盘扭矩为上限 土压力P1 P0与P1 碴土流动性与止水性 地层沉降控制与反馈 继续 调整掘进参数或进 行二次补强注浆 调整 泡沫 及膨 润土 注入 参数 调整 螺旋 输送 机转 速及 出料 口仓 门 设定泡沫 膨润土注入参数 是 不符 相符 不好 好 不等于 盾构机姿态 好 调整千斤顶 推力参数 不好 好 图图 6 1 15 盾构掘进控制程序图盾构掘进控制程序图 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 194 地下水渗入 该模式适用于能够自稳 地下水少的地层 2 半敞开式 半敞开式有的又称为局部气压模式 掘进中土仓内的碴土未充满土仓 尚有一 定的空间 通过向土仓内输入压缩空气与碴土共同支撑开挖面 和防止地下水渗入 该掘进模式适用于具有一定自稳能力和地下水压力不太高的地层 其防止地下 水渗入的效果主要取决于压缩空气的压力 3 土压平衡模式 土压平衡模式就是将刀盘切削下来的碴土充满土仓 并 通过推进操作产生与土 压力和水压力相平衡的土仓压力来稳定开挖面地层和防止地下水的 渗入 该掘进模 式主要通过控制盾构推进速度和螺旋输送机的排土量来产生压力 并通过测量土仓 内的土压力来随时调整 控制盾构推进速度和螺旋输送机的转速 在该掘进模式下 刀盘和螺旋输送机所受的反扭力较大 该掘进模式适用于不能稳定的软土和富水地 层 三种掘进模式下的掘进原理见 图 6 1 16 敞开式 1 6 2盾构隧道的掘进模式分段 根据本标段的隧道地质情况及周边环境条件 盾构掘进拟采用三种模式掘进 具体分段见表 6 1 5 水 土压力 水 土压力 压缩空气 图图 6 1 16 三种掘进模式原理示意图三种掘进模式原理示意图 水 土压力 土压平衡式 半敞开式敞开式 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 195 表 6 1 5右线掘进模式选择表 序 号 里 程地层条件环境条件掘进模式 1YCK15 700 5 YCK15 850 5 1 6 7 地 层 洞顶为粉质粘土 粉土 洞身主要为全 强风化泥 质粉砂岩 地形平坦 空 旷 土压平衡 模式 2YCK15 850 YCK16 170 8 9 地层 洞顶为全 强风化泥质粉 砂岩局部为中风化 洞身 为中 微风化泥质粉砂岩 地形平坦 建 筑物较少 鱼 塘 2 座 敞开模式 3YCK16 170 YCK16 690 礼村断裂带及其次生断裂 洞身及洞顶主要为构造角 砾岩 硅化角砾岩及断层 泥 地形起伏较大 建筑物较密集 土压平衡 模式 4YCK16 690 YCK17 120 8z 2 9z 2 地层 洞顶为中风化混合岩 洞 身为中 微风化混合岩 残丘台地 建 筑物稀少 鱼 塘散布 敞开模式 5YCK17 120 YCK17 600 7z 2 地层 洞身为强风化混合岩 局 部为中风化 残丘台地 建 筑物稀少 鱼 塘散布 半敞开模 式 6YCK17 600 YCK17 700 6z 2 7z 2 地层 洞身为全 强风化混合岩 残丘台地 建 筑物稀少 鱼 塘散布 土压平衡 模式 7YCK17 700 YCK18 015 7z 2 地层 洞身为强风化混合岩 残丘台地 建 筑物稀少 水 塘散布 半敞开模 式 8YCK18 015 YCK18 400 5 6z 2 7z 2 地层 洞身为全 强风化混合岩 残丘台地 建 筑物稀少 水 塘散布 土压平衡 模式 9YCK18 562 5 YCK19 330 3 2 4 1 5z 1 5z 2 6z 2 地层 洞身主要穿过全风化混合 岩 残丘台地 建 筑物稀少 水 塘散布 土压平衡 模式 10YCK19 330 YCK19 390 7z 2 地层 洞身主要穿过强风化混合 岩 残丘台地 建 筑物稀少 水 塘散布 半敞开模 式 11YCK19 390 YCK19 600 5z 2 6z 2 地层 洞身主要穿过全风化混合 岩 残丘台地 建 筑物稀少 水 塘散布 土压平衡 模式 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 196 表 6 1 6左线掘进模式选择表 序号里 程地层条件环境条件掘进模式 1ZCK15 700 5 ZCK15 850 5 1 6 7 地层 洞顶为粉质粘土 粉土 洞 身为全 强风化泥质砂岩 地形平坦 空旷土压平衡模式 2 ZCK15 850 ZCK16 2 70 8 9 地层 洞顶为全 强风化泥质粉砂 岩局部为中风化 洞身为中 微风化泥质粉砂岩 地形平坦 建筑 物较少 鱼塘 2 座 敞开模式 3 ZCK16 270 ZCK16 6 05 礼村断裂带及其次生断裂 洞身及洞顶主要为构造角砾 岩 硅化角砾岩及断层泥 地形起伏较大 建筑物较密集 土压平衡式 4 ZCK16 605 ZCK16 6 58 8z 2 9z 2 地层 洞顶为中风化混合岩 洞身 为中 微风化混合岩 残丘台地 建筑 物稀少 鱼塘散 布 敞开模式 5 ZCK16 658 ZCK16 7 42 7z 2 地层 洞身为强风化混合岩 残丘台地 建筑 物稀少 鱼塘散 布 半敞开模式 6 ZCK16 742 ZCK16 9 30 8z 2 9z 2 地层 洞顶为中风化混合岩 洞身 为中 微风化混合岩 残丘台地 建筑 物稀少 鱼塘散 布 敞开模式 7 ZCK16 930 ZCK17 6 50 7z 2 地层 洞身为强风化混合岩 残丘台地 建筑 物稀少 鱼塘散 布 半敞开模式 8 ZCK17 650 ZCK17 7 70 6z 2 地层 洞身主要穿过全风化混合岩 残丘台地 建筑 物稀少 鱼塘散 布 土压平衡模式 9 ZCK17 770 ZCK17 9 50 7z 2 地层 洞身为强风化混合岩 残丘台地 建筑 物稀少 鱼塘散 布 半敞开模式 10 ZCK17 950 ZCK18 0 50 6z 2 7z 2 地层 洞身为全 强风化混合岩 残丘台地 建筑 物稀少 鱼塘散 布 土压平衡模式 11 ZCK18 050 ZCK18 1 80 7z 2 地层 洞身为强风化混合岩 残丘台地 建筑 物稀少 鱼塘散 布 半敞开模式 12 ZCK18 180 ZCK18 2 80 3z 2 5z 2 6z 2 地层洞 身主要穿过全风化混合岩 洞顶为砂层 残丘台地 建筑 物稀少 鱼塘散 布 土压平衡模式 13 ZCK18 280 ZCK18 4 00 7z 2 地层 洞身为强风化混合岩 残丘台地 建筑 物稀少 鱼塘散 布 半敞开模式 14 ZCK18 562 ZCK19 2 70 3 2 4 1 4 3 5z 1 5z 2 6z 2 地层洞身穿过 全风化混合岩 残丘台地 建筑 物稀少 水塘散 布 土压平衡模式 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 197 15 ZCK19 270 ZCK19 3 90 7z 2 地层 洞身主要穿过强风化混合岩 残丘台地 建筑 物稀少 水塘散 布 半敞开模式 16 ZCK19 390 ZCK19 6 00 5z 2 6z 2 地层 洞身主要穿过全风化混合岩 残丘台地 建筑 物稀少 水塘散 布 土压平衡模式 1 6 3各掘进模式的主要掘进参数及技术措施 1 各掘进模式掘进参数的选择 根据地铁二号线 越 三 盾构区间施工经验和本标段地质情况及本标书第二章 的参数计算结果 主要掘进参数在表 6 1 7 范围内选取 并应在施工中不断优化调 整 表 6 1 7三种掘进模式的主要工作参数 参数 模式 推 力 t 扭 矩 t m 刀盘转速 rpm 土仓压力 bar 螺旋机转速 rpm 备注 开敞式 800 1 500 110 2103 5无4 12 半敞开式 1000 1800 210 3801 30 8 1 66 12 土压平衡式 1200 2100 300 4201 21 6 3 56 12 1 敞开式掘进的技术措施 a 采用滚刀破岩为主 采用高转速 低扭矩 和适宜的螺旋输送机转速推进 b 采用敞开模式掘进时 易产生掘进中的盾构机滚动和较大震动现象 对此采 用设于盾构机上的稳定器顶撑于岩壁上以防滚和减震 施工中如不慎引起盾构机滚 动 则可使刀盘反转来纠正 c 同步注浆时浆液可能渗流到盾壳与周围岩体间的空隙甚至刀盘处 为避免此 现象发生可采取适当增大浆液粘度 缩短浆液凝结时间 适当减低注浆压力等方法 来解决 d 在硬岩敞开式掘进时 刀具磨损较大 温度高 岩碴不具软塑性 因此 应 注意观察 检查 及时换刀 注入泡沫和膨润土冷却 润滑 以降磨 2 半敞开式掘进技术措施 a 半敞开式掘进模式介于土压平衡和开敞式之间 采用滚刀 齿刀混合破岩 切削 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 198 b 为既能稳定开挖面和防止地下水渗入 又能避免出碴时螺旋输送机发生喷涌 压缩空气压力应控制在 1 1 5bar 以内 c 在该模式下掘进时 应注入泡沫对碴土进行改良 遇地层变换 涌水较大时 及时转换模式掘进 3 土压平衡模式掘进的技术措施 a 采用以齿刀 刮刀为主切削土层 以低转速 大扭矩推进 b 土仓内土压力值 P 应略大于静水压力和地层土压力之和 P0 即 P K P0 K 介于 1 0 1 3 并在掘进中不断调整优化 c 土仓压力通过采取设定掘进速度 调整排土量或设定排土量 调整掘进速度两 种方法建立 并应维持切削土量与排土量的平衡 以使土仓内的压力稳定平衡 d 盾构机的掘进速度主要通过调整盾构推进力 转速 扭矩 来控制 排土量 则主要通过调整螺旋输送机的转速来调节 在实际掘进施工中 应根据地质条件 排出的碴土状态 以及盾构机的各项工作状态参数等动态地调整优化 此模式掘进 时应采取碴土改良措施增加碴土的流动性 和止水性 1 71 71 7 盾构掘进方向控制盾构掘进方向控制盾构掘进方向控制与调整与调整与调整 由于地层软硬不均 隧道曲线和坡度变化以及操作等因素的影响 盾构推进不 可能完全按照设计的隧道轴线前进 而会产生 一定的偏差 当这种偏差超过一定限 界时就会使隧道衬砌侵限 盾尾间隙变小使管片局部受力恶化 并造成地层损失增 大而使地表沉降加大 因此盾构施工中必须采取有效技术措施控制掘进方向 及时 有效纠正掘进偏差 1 7 1盾构掘进方向控制 根据我集团公司 TBM 施工经验及广州地铁二号线 越 三 区间盾构施工经验 结合大石南 汉光区间的具体情况 采取以下方法控制盾构掘进方向 1 采用 SLS T 隧道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 能够全天候在盾构 机主控室动态显示盾构机当前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 该系统的配置及导向原理见 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 199 本投标书 施工测量与量测 随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移 必须通过人工测量来进行精确定 位 为保证推进方向的准确可靠 拟每周进行两次人工测量 以校核自动导向系统 的测量数据并复核盾构机的位置 姿态 确保盾构掘进方向的正确 2 采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向 根据线路条件所做的分段轴线拟合控制计划 导向系统反映的盾构姿态信息 结合隧道地层情况 通过分区操作盾构机的推进油缸来控制掘进方向 1 在上坡段掘进时 适当加大盾构机下部油缸的推力和速度 在下坡段掘进时 则适当加大上部油缸的推力和速度 在左转弯曲线段掘进时 则适当加大右侧油缸 推力和速度 在右转弯曲线掘进时 则适当加大左侧油缸的推力和速度 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 2 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 3 在 8 9 号稳定的硬岩段掘进时 可采用盾体上的两个稳定器伸出撑 紧岩壁 减小推进时盾构震动 防止发生盾构机滚动偏差 1 7 2盾构掘进姿态调整与纠偏 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超挖刀进行局部超挖来纠偏 3 当滚动超限时 盾构机会自动报警 此时应采用盾构刀盘反转的方法纠正 滚动偏差 1 7 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 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 200 图图 6 1 17 泡沫添加效果泡沫添加效果 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 应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线 然后再以这条线为新的基准进行线形管理 在曲线推进的情况下 应使盾构当前所 在位置点与远方点的连线同设计曲线相切 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 5 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 6 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 1 81 81 8 掘进中的碴土改良掘进中的碴土改良掘进中的碴土改良 1 8 1概述 国内外的盾构施工经验 特别是广州地铁二号线盾构施工的经验表明 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 具有如下作用 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 1 8 2碴土改良的方法与添加剂 碴土改良就是通过盾构机配置的专用装置向 刀盘面 土仓 或螺旋输送机内注 入添加剂 广州地铁三号线 大石南 汉光区间 盾构工程投标书 中铁隧道集团有限公司 201 见图 6 1 17 利用刀盘的旋转搅拌 土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使 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 添加剂主要有泡沫和膨润土 其配比和注入 量应根据地质条件及施工情况确定 1 8 3碴土改良的主要技术措施 就本标段隧道所通过的地层条件 如不作碴土改良 会出现如下问题 在泥质 粉砂岩中和粘土层中 盾构掘进会因碴土的流动性不好和掘进切削时的摩擦发热 在刀盘面板上形成泥饼 并造成掘进效率降低 刀盘扭矩迅速增加 甚至无法掘进 当地下水比较丰富时 又可能会因碴土的止水性差而导致地层失水而引起地层变形 加大 或产生环境问题 而当采用土压平衡模式 和半敞开式掘进时会因碴土止水性 差而产生喷涌现象 当地层软弱时 会达不到土压平衡效果而引起开挖面坍塌 造 成地面变形难以控制 而在岩石强度高的地层掘进则会造成刀具磨损快 出碴效率 低 螺旋输送机叶片磨耗严重 为有效防止或避免这些问题 确保本标段盾构施工 的顺利进行 根据本标段的地质条件和地铁二号线越三区间盾构施工的经验 采取 如下主要技术措施 1 在砂质粘性土和全 强 中风化泥质粉砂岩的掘进中 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 沫的方法进行碴土改良 必要时可向螺旋输送机内注入泡沫 同时 采用滚刀与齿 刀混合破岩削土或全齿刀削土 增大刀盘开口率等方法来防止泥饼形成 泡沫的注 入量为每立方米碴土 300 600 升 2 在