盾构机快速过井施工工法

1、盾构快速过井施工工法中铁二局股份有限公司城通公司1. 前言城市轨道交通在城市交通中的作用越来越明显。盾构法作为常规施工方法，在地铁隧道施工中占的比例也越来越高，特别是全国新一轮城市轨道交通的发展，长距离隧道和盾构法施工将成为常态，而在长距离隧道施工中，盾构机过风井等短距离构筑物的工况也将越来越多，如何确保盾构机安全顺利的通过将是一个施工难点。中铁二局东莞市城市快速轨道交通R2线2303B标榴花公园站下桥站区间单线长约2857.121m，采用盾构法施工，在区间799米处设有一座28.8m长中间风井。通过浇筑混凝土导台安装导轨，全/半环管片拼装、钢管支撑等措施，使盾构快速安全准确的穿越风井，很好的

2、解决了盾构机短距离过站的施工难点。2. 工法特点2.1 适用性强：适用于盾构机快速通过风井等构筑物。2.2 操作性强：工序简单，操作方便。2.3 安全可靠：与常规盾构拆卸吊装组装再始发过井相比，盾构空推及二次始发时安全性得到了极大提高。2.4 经济性高：与常规盾构拆卸吊装组装再始发过井相比，工期短，经济节约。3. 适用范适用于盾构机快速通过中间风井等构筑物。4. 工艺原理根据工况，盾构机通过中间风井采用空推过站方式进行，即先行在中间风井底板上施工混凝土导台（一般情况下，底板距离轨面较低，需回填素砼），盾构机到达时通过空推并拼装管片方式过站。管片拼装采用通缝拼装方式，为确保后续管片拆除时安全，管

3、片拼装点位选择在12点，采用全环拼装+半环拼装方式，其中管片半环拼装即仅拼装A1、A2、A3块。为保证管片稳定在半环拼装处采用3根C325mm,=14mm钢管支撑进行支撑，钢管支撑在两端全环拼装的管片B1、B2、K块中部。为保证盾构在中间风井的二次始发正常，盾构机出洞时的9环管片采用全环拼装，其余采用半环拼装。5. 施工工艺流程及操作要点5.1施工流程盾构机过中间风井是指从盾构机顺利贯通进入中间风井（进洞）到盾构从风井二次始发脱出风井（出洞）的整个施工过程。其间工作内容包括：施工前准备（洞门检查、洞门环板安装、导台施工、洞门破除等）、进出洞洞门位置复核测量、盾构推进进洞、盾构维修、临时管片拼装

4、及加固、盾构风井二次始发等内容。施工顺序如下图示：洞门环安装洞门破除施工准备1导台施工|盾构进洞临时管片拼装一管片加固盾构出洞支撑管片拆除图5.1-1施工顺序流程图5.2施工准备5.2.1 洞门环板安装根据设计要求,中间风井在主体结构施工时,已完成洞门钢环安装。目前，仅需安装止水帘布橡胶圈及折页压板。盾构机掘进方向（出洞）盾构机掘进方向（进洞）图5.2.1-1盾构机进、出洞时洞门止水装置示意图在盾构进出洞前，人工对洞门钢板进行清理，按设计图纸要求安装帘布橡胶圈及折页压板，采用M20螺栓对其进行固定。5.2.2 钻孔取芯为确保洞门凿除施工安全和盾构出洞施工安全，洞门破除前需对洞门范围内的加固体进

5、行抽芯检测，确保洞门加固质量和洞门破除后结构安全。在凿除围护结构外层钢筋前，应进行水平探孔，以判断加固体内渗水情况，若加固体内渗水较大，可采用地面或水平注浆重新加固封水。5.2.3 洞门破除为提高盾构机进出洞效率，盾构井端头连续墙在洞门7.5m范围内采用玻璃纤维筋代替普通钢筋，与普通钢筋相比，玻璃纤维筋具有抗拉、抗腐蚀、质量轻等优点，可切割性好，是典型的脆性材料。为保证盾构机顺利二次始发，需对中间风井洞门进行破除。洞门凿除前首先用钢管搭设一3层简易平台，钢管伸入到洞门内，简易平台搭设保证人工手持风镐能凿除洞门范围内的砼利于人工手持风镐能凿除洞内连续墙的砼。通过测量定位出隧道洞门中心线，对洞口进

6、行放样开凿。采用人工凿除，洞门凿除时对洞门进行井字形分格破除厚度为500mm，采用凿岩机对洞门圈内的连续墙进行凿孔，凿孔后人工手持风镐将连续墙一格一格的凿除，需凿除混凝土和靠近风井一边的钢筋。洞门凿除分块详见下图：图5.2.3-1洞门破除示意图5.2.4 混凝土导台施工为保证盾构机按照设计线路进行掘进，需在中间风井底板上施工混凝土导台,导台上设置双排43轨作为盾构机轨道。示意图如下：图5.2.4-1导台示意图由上图可知,盾体以下范围导台为圆弧形，其半径为3500mm,43钢轨按每侧30°角度布置，其半径为3475mm。轨道底焊接30mm厚、250mm宽钢板，钢板下采用20a工字钢20

7、00锚入导台混凝土内（20a工字钢底焊接一300*400mm大小，20mm厚钢板，并将其用膨胀螺栓固定在底板上），为防止轨道断裂，在43轨两侧设置20500钢板牛腿进行加强。导台采用C30素砼回填（设计中该范围砼为回填至上翻梁顶）。同时在倒台圆弧最低点安装一块500mm宽、20mm厚通长钢板，在盾构机过中间风井时在钢板上焊接挡板以防止拼装管片过程中盾构机向前移动，钢板下采用20a工字钢2000锚入导台混凝土内。为方便关模及砼浇筑施工,需在倒台弧形面下方5cm处增加20弧型钢筋与两侧钢轨下钢板相连（弧长：5400mm、对应圆半径为：3650mm。间距1500mm），并采用申14钢筋600*500

8、与底板主筋焊接固定模板。导台及导轨施工要点如下：1、导台及导轨严格按图设计标高及坡度进行控制；2、钢导轨定位要准确，导轨顶面要平顺；3、砼导台施工时一要保证模板的弧度，二要保证浇筑混凝土时模板的稳定性。如果在拆模时发现导台不够平整，则必须对它进行修整（打磨处理）以到达设计要求。4、为防止盾构机进出洞时出现“磕头”现象，盾构机进洞时导台及导轨标高比理论值降低20mm，而在出洞前导台及导轨标高则比理论值提高20mm。图5.2.4-243轨施工示意图图5.2.4-343轨施工效果图图5.2.4-4导台施工效果图5.3盾构机进洞盾构机进洞前100米时需进行贯通前测量，并根据实测姿态对盾构机进行纠偏，进

9、洞前需对导台标高及盾构机姿态进行复核。在盾构机机头进入距中间风井围护桩15米范围后，首先减小推力、降低推进速度和刀盘转速并控制出土量。推进油缸压力不得大于lOObar,且盾构机推进速度小于20mm/min。在抵达围护桩的最后三环，须进一步减小推力、降低推进速度，掘进速度控制在510mm/min;同时中间风井洞门下方堆放一定量的砂包作为缓冲层，以便保护密封装置。待刀盘穿过洞门后，即停止推进，及时清理刀盘前方的碎石和从土仓流出的渣土，以便于盾构机无阻碍的平稳进入倒台托架，同时要准备好水泵及时抽水。5.4.1 管片拼装盾构机盾体进入中间风井后，及时在盾构机下垫设钢板，以减少盾构机与轨道间摩擦力。为降

10、低管片拆除过程中存在的安全隐患，故在中间风井内管片拼装尽量采用半环拼装方式，其上部采用3根钢支撑进行支撑，采用手拉葫芦从中板预留孔洞进行钢支撑起吊安装。中间风井范围管片拼装详见图5.4.1-1，图5.4.1-2。图5.4.1-1管片拼装示意图E2_AMAH图5.4.1-2负环管片钢支撑加固示意图同时为保证钢支撑稳定性,可通过中间风井中板上预留孔洞对钢支撑进行悬吊,吊点选择在每道钢支撑1/3跨处。钢支撑稳定性计算：根据正常段掘进参数，盾构始发时按12000KN推力进行计算，半环拼装中，钢支撑所承受范围为K块、B1、B2三块角度之和(68.5°+68.5°+20.5°

11、=157.5°)。则3根钢支撑承受总推力为12000KNx157.5°/360°=5250KN;每根支撑承受推力为(按平均分配)5250/3=1750KN；每根支撑受力面积为(不考虑圆环板分压)3.14*162.52-(162.5-14)2=13671.5mm2每根支撑受压强度为1750KN/13671.5mm2=128N/mm2C325t=14钢支撑理论受压强度为215N/mm2>128N/mm2，故钢支撑稳定性满足要求。盾构机通过中间风井时，当半环拼装长度满足钢支撑安装要求后，即通过顶板与中板预留孔洞将钢支撑运输至中间风井内，然后通过中间风井中板上孔洞采

12、用手拉葫芦对钢支撑进行吊装。为方便后续钢支撑拆除，每段钢支撑需采用0.5mx3根+6mx1根进行拼接。盾构通过中间风井后，进行管片拆除时，先将3段0.5m长钢支撑拆除再将中段6m长钢支撑吊出即可。为保证钢支撑悬吊时的安全及方便性，需在结构中板上安装手葫芦支架，手拉葫芦支架采用两根0.8m长22a工字钢为立柱，一根0.5m长22a工字钢吊梁的形式对钢支撑进行悬吊。详见下图：图5.4.1-3手拉葫芦支架效果图5.4.2 管片加固为了提供盾构二次始发的反力，有效控制二次始发时管片的错台量，必须做好管片支撑措施。管片固定主要为两侧固定和环管片间的固定两部分，管片支撑分为底部支撑、两侧支撑、两环管片间的

13、固定、整环管片固定四部分（见下面风井管片支撑图）。1底部支撑：当管片脱出盾尾后，导台钢轨与管片之间存在150mm间隙，每环垫4-6块木楔，防止管片下沉。2、两侧支撑：在风井段设置斜向支撑（325mm钢管），管片脱出盾尾后，及时利用钢管和木楔子固定管片与A1、A3块管片，防止管片向两侧偏移。3、两环管片间的固定：及时拧紧管片与管片间的螺丝。4、管片脱出盾尾一半后，立即用钢丝绳环向拉紧管片，防止管片向上偏移。图5.4.2-1负环管片钢支撑加固示意图5.5盾构机出洞盾构机出洞相当于在中间风井处进行二次始发，其施工参数及其他注意事项可参照榴花公园站下桥站区间盾构始发方案执行。5.6支撑及管片拆除5.6

14、.1支撑及负环管片的拆除条件根据以往施工经验，当盾构二次始发掘进达到60环时，即可拆除反力架及负环管片。计算公式如下：F=卩兀.D-L-P>T式中：F管片提供的摩阻力M管片与土体的磨擦系数；取0.3D管片外径；取6.7mL已安装的管片长度；取90米P作用于管片背面的平均土压力，取100Kpa。T盾构机额定最大推力，取4800tF=0.3x3.14x6.7x90x100=56802KN>48000KN满足要求5.6.2 支撑安装及拆除支撑安装时先将6m支撑和3个0.5m支撑在底板上拼接完毕，并在管片对应安装点位置安装固定支托，之后通过手拉葫芦将支撑吊放至安装点位固定。支撑拆除时采用四

15、个手拉葫芦配合施工，保持原有两个手拉葫芦对6m段支撑悬吊保护，另采用两个手拉葫芦固定1.5m段支撑（3个0.5m支撑拼接）,之后卸除6m与1.5m段支撑连接螺栓,通过控制手拉葫芦将1.5m及6m支撑先后吊放至电瓶车托车上运走。支撑安拆时注意事项：1、起吊钢支撑必须有专人指挥，平稳起吊，在吊装下一道钢支撑时，严禁碰撞，损伤已安装好的支撑。2、钢支撑安装时，应先在管片对应位置标出支撑点位置，使支撑端点与管片面垂直紧密，受力均匀。除悬吊保护外需在端部采取固定支托措施，进一步防止支撑滑落3、钢支撑不可再做辅助脚手架等他用，且不容许人行走。5.6.3 管片拆除将加固负环管片的钢丝绳、木楔逐环拆除，最先拆

16、除管片的K块，用电钻把吊装孔打通，将其用钢丝绳固定好，固定好后将钢丝绳上部挂在手拉葫芦上。起吊钢丝绳，使钢丝绳处于拉直但K块不受拉力状态，卸除纵向连接螺栓，并用特制管片螺栓作为顶出工具，用锤击特制管片螺栓顶出连接螺栓；再分别卸除两侧环向螺栓，用同样的方法取出环向螺栓。最后一根（或两根）环向螺栓不宜全部人工取出，可在剩余1/41/3处时，提升吊钩后将其拉出，拉出方向应由掘进方向朝后拉，由下往上拉，K块拆除后，再拆除B1块。把钢丝绳穿进A1块管片螺栓孔进行吊出。连接螺栓取出办法和拆除K块时相同。最后拆除B2-A1-A3-A2.5.7劳动力组织表5.7-1劳动力计划表序号i-L-l1亠冈位职责分工人

17、数备注1盾构工区长负责盾构区间现场管理12盾构副工区长协助工区长进行区间掘进管理13土木工程师跟机、负责土木技术24盾构操作手盾构掘进45维修班维修保养盾构机及后备套46电工班盾构用电47推进班管片拼装、轨道安装、吊运管片408电瓶车司机开电瓶车89龙门吊司机调运渣土、管片、钢轨等610挂钩工协助调运管片、钢轨等1611充电工电瓶车电瓶充电212拌浆工拌制同步注浆浆液813清洁工打扫盾构内及地面清洁1214养道工养护轨道46. 材料与设备6.1施工机械设备表6.1-1施工机械设备表序号设备名称型号规格单位数量生产能力1注浆泵XPZ-50台22钻孔机SPJ-300台23高压水泵3xB台23500

18、kg/cm24挖掘机PC200台20.7m35龙门吊16T/40T台36潜水泵WQ15-28-3台6扬程28m7装渣机ZLC台28自卸汽车NJT3090台205t和15t9盾构机及后配套土压平衡台210拌合机及相关配套设备台130m3/h11轴流式通风机SDDY-1N07A台212矿渣运输车SZT15台415m313畜电池电机车JXKB型台414管片车SGP15台41.5T15砂浆搅拌运输车SJG7台67m316连续供料搅拌器SJB-300*2台217手拉胡户3t台166.2施工材料表6.2-1施工材料表序号设备名称型号规格单位数量生产能力1工字钢22at1.52钢轨43m603钢支撑C325

19、t=14t4.84钢板2cmt11.9895混凝土C20m33947. 质量措施7.1混凝土倒台施工质量控制1、22a工字钢支撑、导轨施工时应以隧道轨顶标高控制制作精度，盾构机进洞处导台及导轨标高比理论值降低20mm，而在出洞处导台及导轨标高则比理论值提高20mm。，砼浇筑前及砼浇筑后均应进行复核。2、砼导台关模时应注意圆弧对应半径为3500mm（盾体外径为3475mm）,可适度放大，以保证盾体与砼导台留有足够空隙，减少砼倒台对盾体的摩擦及损害。7.2盾构机出洞质量控制1、在盾构推进至盾构到达范围时，对盾构机的位置进行准确的测量，明确成洞隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，同时对接收洞门位置

20、进行复核测量，确定盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划。在考虑盾构机的贯通姿态时注意两点:一是盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差，二是接收洞门位置的偏差。综合这些因素在隧道设计中心轴线的基础上进行适当调整。纠偏要逐步完成，每一环纠偏量不能过大，每环纠偏应在57mm之间。2、在盾构贯通后安装的4环管片，一定要保证注浆饱满密实，并进行二次注浆，防止引起管片下沉、错台和漏水。3、当盾构前体盾壳被推出洞门时通过压板卡环上的钢丝绳调整折叶压板使其尽量压紧帘布橡胶板，以防止洞门泥土及浆液漏出。在管片拖出盾尾时再次拉紧钢丝绳，使压板能压紧橡胶帘布，让帘布一直发挥密封作用。7.3盾构机空推过站质量控制1、盾

21、构机空推过站时应先检查盾构机刀盘刀具与导台砼面的关系，如有必要可考虑拆除部分刀具。2、全/半环管片拼装时要严格控制拼装质量，确保二次始发时管片受力均匀。3、钢管支撑安装时需确保与管片轴向平行，以免二次始发时钢管偏心受力。7.4盾构机的二次始发质量控制1、始发掘进前人工复核盾构机在导台上的位置，并与盾构机系统测量的位置相互校准后方可始发掘进，在始发阶段应进行多次反复校准测量。2、复核托架导轨延伸到掌子面，防止出现始发进洞栽头。表7.4-1质量控制检查表序号项目控制标准1进洞处导轨标高-20mm2出洞处导轨标高+20mm3砼导台圆弧对应半径3500mm3520mm4盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计

22、轴线的偏差水平±100mm，垂直0+20mm5洞门环位置水平±20mm，垂直士20mm6盾构始发时中心轴线与设计轴线偏差水平±100mm，垂直0+50mm8. 安全措施8.1施工安全保证措施1、树立“安全第一，预防为主”的思想。建立安全学习制度，做好安全宣传教育工作，提高全员施工安全意识。2、各工序开工前要做好安全技术交底工作，所有作业人员必须按建筑工程操作规程的有关规定进行施工操作，杜绝一切违章指挥和违章操作。3、做好个人防护，进入施工现场人员戴好安全帽，当班人员穿工作服，戴工作手套。从事2米以上高空作业，系好安全带。设专职安全员负责各种设备和施工过程中的安全隐

23、患检查工作。4、安全领导小组定期对各施工项目进行安全大检查，不符合要求的坚决要求整改，专职安全员负责日常安全工作与各分项主管配合，对不安全生产有权制止。8.2施工机械安全保证措施1、各种机械要有专人负责维修、保养，并经常对机械的关键部位进行检查，预防机械故障及机械伤害的发生。2、各种机械设备视其工作性质，性能的不同搭设防尘、防雨、防砸、防噪音工棚等装置，机械设备附近设标志牌、规则牌。3、特种设备各种机械操作人员和车辆驾驶员，必须取得操作合格证，不操作与操作证不相符的机械；不将机械设备交给无本机操作证的人员操作，对机械操作人员要建立档案，专人管理。8.3施工用电安全保证措施1、所有施工人员均掌握

24、安全用电的基本知识和所用设备性能，用电人员各自保护好设备的负荷线、地线和开关，发现问题及时找电工解决，严禁非专业电气操作人员乱动电器设备。2、配电系统分级配电，配电箱、开关箱外观完整、牢固、防雨防尘、外涂安全色、统一编号。其安装形式符合有关规定，箱内电器可靠、完好，造型、定值符合规定，并标明用途。3、所有电器设备及其金属外壳或构架均按规定设置可靠的接零及接地保护。4、施工现场所有用电设备，按规定设置漏电保护装置，要定期检查，发现问题及时处理解决。5、现场内各用电设备，尤其是电焊、电热设备、电动工具，其装设使用应符合规范要求，维修保管专人负责。9. 环保措施9.1严格按IS014001环境管理体

25、系的要求成立环保领导小组建立环保的相关规章制度。9.2 严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规。9.3 施工场地噪音控制标准按建筑施工场界噪声限值要求执行，确保离开施工作业区边界30m处噪音小于70dB，撞击噪音最大不超过90dB。9.4 在开工前完成工地排水和废水处理设施的建设，并保证工地排水和废水处理设施在整个施工过程中的有效性，做到现场无积水、排水不堵塞、水质达到排放标准。9.5 盾构正常掘进施工时制定泥浆和废渣的处理、处置方案，及时清运施工余泥渣土。9.6 场地出口设洗车槽，并设专人对所有出场地的车辆进行冲洗，运碴车辆采用专用有盖的自卸汽车运输，防止落土掉碴污染道路，影响

26、环境。10. 效益分析10.1施工工期方面采用盾构空推过站时无需进行盾构拆卸吊装重组再始发，相比可以节省较多工期。10.2 施工安全方面拼装管片模式的空推过站只需在后期进行全/半环负环管片拆除，且拆除方便，相对于盾构拆卸吊装重组再始发而言风险性大大降低。10.3 经济效益方面盾构空推过站时因设计中间风井处底板均需砼回填至上翻梁顶，回填砼可不计成本；全/半环管片拼装、钢管支撑模式下可调节性较强、管片拼装质量较高，且后期管片拆除时不会对管片造成实质性损伤，管片可重复使用。实际所需材料为：砼导台施工时需22a工字钢式钢轨、钢板、型钢，管片拼装时所需钢支撑；盾构拆卸吊装重组再始发过程中，盾构需拆卸、吊装、组装；相比较而言盾构空推过站可节约90