新地铁区间土压平衡盾构施工方案

本工程为城市轨道交通双线盾构区间，左线设计全长1280m,右线设计全长1265m,隧道线间距14~16m,隧道埋深10~22m。区间采用土压平衡盾构法施工，盾构从始发井始发，沿规划道路下方敷设，至接收井接收解体。区间设置1处联络通道兼泵房，采用水平冻结加固+矿山法施工。隧道设计使用年限100年，结构安全等级一级，防水区间沿城市主干道下方敷设，沿线穿越2处十字交叉路口，道路两侧分布商业建筑与居民小区。区间左线距离3栋6层砖混结构居民楼最小水平距离8.0m,建筑基础为条DN800污水管、10kV电力管沟、通信管线，其中DN1200给水管埋深2.8m,与隧道竖盾构开挖直径6.28m,成型隧道外径6.0m,内径5.4m。管片采用预制钢筋混凝土管片，强度等级C50,抗渗等级P12,环宽1.5m,每环分6块，采用错缝拼装方式。管片连接采用M30弯螺栓，环向12根，纵向10根，螺栓设计紧固扭矩350N·m。隧道建筑空隙140mm,同步注浆填充，设计注浆量为建筑空隙的130%~180%。隧道成立盾构施工项目部，实行项目经理负责制，设置项目经理1名，项目总工程师1名，生产副经理1名。下设工程技术部、安全质量部、物资设备部、计划合同部、综合办公室、试验室6个职能部门，配套盾构作业队、土建作业队、维保作业队、运输作业队4个专业作业队伍，实行扁平化管理，指令直达作业班组。全面负责项目施工生产、安全质量、进度成本管控，统筹内外全面负责技术管理工作，组织编制施工方案与专项技术措施，下设掘进班、拼装班、注浆班，负责盾构掘进建立每日盾构施工例会制度，每班召开15分钟班前交底会，明确当班作业任务、参数工程技术部每班向作业队下达书面掘进参数指令，盾构司参数调整需履行审批手续。各工序交接实行签字确认制度开工前对接市政、交管、管线产权单位，办理占道施工、夜对接周边社区与物业，公示施工计划与投诉联系方式，重要工序本区间盾构施工总工期210日历天，含盾构始发准备、双线掘进、盾构到达解体、联络通道主体施工全流程，不含前期端头加固与始发井主体结构施工工期。工期20天，完成盾构机组装调试、始发基座与反力架安装、洞门密封装置安装、负环工期70天，平均日掘进进度18m,单日最高掘进不超过24m。每掘进100m设置1次设备全面检修点，每次检修时长8小时，同步完成刀具检查与更换。工期15天，完成盾构到达接收、洞门封堵、盾构机解体吊装转场至右线始发井，完成工期75天，平均日掘进进度17m,掘进至联络通道位置时，穿插开展冻结孔施工与积工期30天，完成盾构接收、洞门封堵、设备拆除退场、区间验收整改、联络通道二衬建立盾构机日常维保制度，每班配置2名专职维保人员，班前检查刀盘驱动、螺旋输送机、主驱动密封、注浆系统状态，及时补充油脂与耗材。每周开展1次全面维保，每月开展1次设备性能检测。储备常用易损件，刀盘刀具、密封件、液压元件备货量不低于总用量的15%,关键部件设置备用件，确保设备故障停机率控制在5%以内。提前与管片生产厂签订供应协议，明确日供应量与质量标准区，储备不少于3环合格管片。注浆原材料储备量满足3天施工需求，油脂、泡沫等耗材储备量满足7天施工需求。设置专人跟踪物资运输，建立物资预警机制，库存低优化掘进、拼装、注浆工序衔接流程，单环作业时间控制在45分钟以内，其中掘进30分钟、拼装12分钟、收尾检查3分钟。洞内水平运输采用双电瓶车编组，设置专用错车巷道，错车避让时间控制在2分钟以实行四班三倒作业制度，每班配置完整作业班组，证上岗，储备2名备用操作人员，避免人员缺勤影响施工。4施工准备与资源配置计划开工前组织技术人员完成施工图纸会审，核对隧道轴线坐标置，排查图纸矛盾与错漏。编制本施工方案及端头加固、起重吊装依据业主提供的平面与高程控制点，布设盾构施工专用控控制网按二等导线、二等水准精度施测，定期进行复测，每月复测1次洞内导线，每3个月复测1次地面控制网，确保测量精度满足规范要求。实行三级技术交底制度，项目总工程师向管理人员交底，工程技班组长向作业人员交底。交底内容涵盖掘进参数、管片拼装标准在区间沿线加密地质钻孔，每200m布设1个补勘孔，取原状土进行土工试验，测定土始发井场地划分为盾构组装区、管片堆放区、注浆搅拌区、储区、办公生活区，各区域设置明显标识牌。场地全部采用C20混凝土硬化，厚度配备混凝土试模、压力试验机、坍落度筒等试验检测设备。沿施工用水接入市政自来水管网，在地面设置200m³蓄水池，配套加压泵，保障注浆与始发、接收端头采用中800@600三轴搅拌桩加固，加固范围为隧道轮廓外3m,纵向长配置1台土压平衡盾构机，刀盘直径6.28m,开口率35%,配置中心滚刀17把、切刀68把、边缘刮刀12把。主驱动采用4台变频电机驱动，最大推力42000kN,额定扭矩6300kN·m,脱困扭矩8200kN·m。螺旋输送机采用中心轴式，最大出土能力350m³/h,设置双道闸门，具备保压出渣功配置15节后配套台车，集成同步注浆系统、泡沫系统、膨润土系统、液压系统、电气系统、通风系统，设置操作室、配电室、材料室、工配置2台45t门式起重机，负责管片、渣土、材料的垂直吊装，跨度24m,起升高度18m。配套1台25t汽车吊辅助设备组装与材料倒运。所有起重设备经法定检验机构检4.3.4水平运输设备配置2列25t蓄电池电瓶车编组，每列配备3节6m³渣土车、2节管片车、1节8m³砂浆车。洞内铺设43kg/m钢轨，轨距900mm,设置2处错车巷道，保障双向运输效率。配置1套50m³/h强制式砂浆搅拌站、1套30m³/h膨润土制浆站、2台55kW轴流通风机、1台0.5”全站仪、1套自动导向测量系统、1套地面自动监测系统、4台22kW潜污采用预制钢筋混凝土管片，强度等级C50,抗渗等级P12,每环由3块标准块、2块邻接块、1块封顶块组成。管片出厂附带合格证与强度报告，进场后进行外观、尺寸、止同步注浆采用单液惰性砂浆，原材料包括P.O42.5水泥、□级粉煤灰、中砂、钠基膨润土、饮用水。配合比经试验确定，初凝时间控制在6~8小时，28天抗压强度不小于二次补浆采用水泥-水玻璃双液浆，水泥浆水灰比1:1,水玻璃浓度35Be',体积比1:1,初凝时间控制在30~60秒。配置复合型泡沫剂、钠基膨润土。泡沫剂稀释比例2%~5%,发泡倍率10~15倍，半消散时间≥8分钟。膨润土泥浆浓度20%~30%,黏度60~90s,根据地层情况调整注入包括主驱动密封油脂、盾尾油脂、EP2润滑脂、液压油、配置项目经理1人、总工程师1人、生产副经理1人、技术工程师5人、安全员3人、质量员2人、物资设备员3人、试验员2人、测量员3人、资料员2人，合计23人。配置盾构司机4人、管片拼装手4人、注浆工4人、电瓶车司机6人、龙门吊司机4人、司索指挥6人、维保工6人、土建普工12人，合计46人。所有特种作业人员全5施工方法(工艺)要求始发基座采用焊接钢结构，由型钢与钢板拼装而成。根据隧基座与井底板预埋钢板满焊固定，两侧设置横向支撑，后端设过程中基座位移、变形。安装完成后复核轨距、高程、轴线反力架采用门式钢结构，由立柱、横梁、斜撑组成，材质为Q355B型钢。反力架后端支撑在始发井后壁上，接触面铺设20mm厚钢板分散应力，前端与负环管片接触位置反力架安装轴线与隧道轴线重合，立柱垂直度偏差不大于1/1焊，焊脚高度不小于16mm,焊接完成后进行焊缝探伤检测。安装完成后按最大始发推力1.2倍进行受力验算，满足要求后方可投入使用。洞门密封采用帘布橡胶板+折叶式压板组合结构，沿洞门预埋安装时帘布橡胶板内侧朝向隧道内，折叶压板压紧橡力均匀。在帘布橡胶板内侧均匀涂抹锂基脂，减少盾端头加固检测合格后，采用人工配合风镐分层破除洞门连续度300mm。先破除外层钢筋混凝土，保留内层200mm混凝土与钢筋网，防止提前渗破除过程中实时监测洞门渗漏水情况，出现渗漏立即注入双液浆门前2小时内完成最后一层混凝土与钢筋割除，清理洞门内杂物，快速推进盾构刀盘偏差不大于5mm。共设置7环负环管片，管片间螺栓按设计扭矩紧固。片破损。负环管片脱出盾尾后，在管片底部与两盾构始发段长度50m,采用低速、低压、小扭矩掘进模式。初始推力控制在8000~12000kN,掘进速度控制在10~15mm/min,土仓压力从0开始逐步提升至设计渣土改良采用泡沫剂注入，注入率15%~20%,确保渣土具有良好塑性流动性。每环人工测量盾构姿态，及时微调纠偏，千斤顶行程差控制在30mm以内，严禁大幅度调整。盾尾完全进入洞门密封后，检查帘布密封效果，无明显每班作业前开展班前安全技术交底，检查设备状态与物资准备开启泡沫、膨润土、注浆、通风系统→设定土仓压力与掘进通过控制刀盘切削渣土量与螺旋输送机排出量的动态平衡，维P=\gammah+K_0\gamma'(H-h)+式中：\gamma为地下水位以上土层加权平均重度；h为地下水位埋深；K_0为静止土压力系数，粉质黏土取0.5,砂层取0.4;\gamma'为地下水位以下土层有效重度；施工中根据地面监测数据动态调整土压，单次调整幅度不超过0.01MPa,保持土仓压正常粉质黏土段：推力12000~18000kN,刀盘转速1.2~1.5r/min,掘进速度25~40mm/min,刀盘扭矩2000~3500kN·m。正常砂层段：推力15000~20000kN,刀盘转速1.0~1.2r/min,掘进速度20~30mm/min,刀盘扭矩2500~4000kN·m。螺旋输送机转速与掘进速度匹配，根据土仓压力实时调节，出土量与理论出土量偏差5.2.4渣土改良工艺粉质黏土层以泡沫改良为主，通过刀盘正面注入口注入泡沫，注入率10%~15%。改良后渣土坍落度控制在120~160mm,降低土体黏性，防止刀盘结泥饼。砂层采用泡沫+膨润土组合改良，泡沫注入率15%~20%,膨润土通过土仓侧壁注入口注入，注入率5%~10%。改良后渣土坍落度控制在140~180mm,提高渣土止水性与塑采用自动导向测量系统实时监测盾构俯仰角、滚动角、平面与高程偏差，数据每5分出现偏差时逐步纠偏，每环纠偏量不超过10mm,采用分区调整千斤顶推力方式纠管片由地面龙门吊吊装至井下管片车，电瓶车运输至盾构后配套台车，通过管片吊机拼装前检查管片外观质量，无缺角、裂缝、破损，止水条与落、移位，止水条表面涂抹润滑脂。清理盾尾内部渣土与积水，检查盾尾刷状态，补采用错缝拼装方式，相邻环管片接缝错开1/3管片宽度。每环从底部标准块开始拼装，封顶块先行径向插入2/3深度，调整相邻管片位置，对准螺栓孔后纵向顶推就位。拼装过程中逐块对准螺栓孔，穿入螺栓并初步紧固，管片拼装环向错台量控制在5mm以内，纵向错台量控制在8mm以内，环缝间隙均匀，偏差不大于2mm。管片与盾尾四周间隙均匀，最小间隙不小于20mm。螺栓紧固分三次进行：拼装时初紧，扭矩200N·m;整环拼装完成后复紧，扭矩300N·m;管片脱出盾尾3环后再次终紧，扭矩350N·m。螺栓紧固采用定扭矩扳手，拼装过程中轻拿轻放，管片接触面设置缓冲垫，避免碰撞破损。千斤顶顶推时受力均发现管片微小裂缝时标记记录，影响防水性能的破损过程中设置柔性垫，避免棱角磕碰。每50环抽检一次管片拼装质量，不合格环返工处采用4点同步注浆方式，沿盾尾四周均匀布置注浆孔，实行对称注浆。注浆压力控制每环理论注浆量为建筑空隙的130%~180%,本工程每环理论注浆量为2.1~2.9m³。实砂浆在地面搅拌站集中拌制，严格按试验配合比配料，搅拌时间不小于120秒，保证浆液均匀。每班测定砂浆坍落度、稠度、初凝时间，坍落度控制在100~140mm,不符砂浆通过砂浆罐车运输至洞内，存放于注浆罐内，存放时间不超过2小时，超过初凝时间的浆液废弃处理。每班制作2组砂浆试块，标准养护后检测7天、28天抗压强补浆孔利用管片吊装孔，安装专用注浆嘴与球阀后采用双液浆补浆按跳孔、间隔方式进行，避免单点注浆压力过大造成管片每环记录注浆压力、注浆量、注浆时间，建立注浆台账。定期每50环取芯检测一次注浆体饱满度与强度，不合格区段补充注浆。定期检查管片背后距离洞门20m时，加密地面与洞内监测频率，每2小时监测1次，每环人工测量盾构距离洞门5m时，逐步降低土仓压力，降至0.05MPa以下，同时增加同步注浆量至180%,防止端头沉降。刀盘贴近洞门连续墙时停止推进，准备破除洞门。接收基座安装在接收井底板上，安装高程与平面位置根据隧道设态确定，基座轨道坡度与隧道一致，高程略低于设计轴线10~20mm,便于盾构顺利上盾构刀盘距离洞门连续墙1m时停机，人工破除洞门剩余混凝土与钢筋，清理洞门内杂破除完成后启动盾构低速推进，刀盘切入洞门时观察帘布密封状盾构接收后立即进行洞门封堵。先在洞圈与管片间隙注入双液扎洞门圈钢筋，支设模板，浇筑C40防水混凝土。封堵过程中观察洞门渗漏水情况，出现渗漏及时补充注浆。洞门强度70%后，方可进行盾构解体作业。渣土改良采用泡沫+膨润土组合方案，总注入率提高至20%~25%,改良后渣土具有良掘进速度控制在15~25mm/min,刀盘转速1.0r/min,减少对地层扰动。螺旋输送机采用保压出渣模式，控制出土量，避免超挖。同150%~180%,及时填充建筑空隙，控制地面沉降。掘进过程中密切关注螺旋输送机出渣状态，出现喷涌迹象时立即软塑黏性土掘进时易结泥饼，采用泡沫+分散剂改良渣土，降低土体黏性。刀盘转速提掘进推力控制在15000kN以内，避免推力过大造成土体固结。每20环进行一次刀盘高定期检查刀盘扭矩与推力比值，比值异常升高时掘进速度10~20mm/min,刀盘转速0.8~1.0r/min。下部硬岩段适当增加滚刀数量，提高破岩能力；持开挖面稳定。采用分区千斤顶控制姿态，下部千斤顶每10环检查一次刀具磨损情况，磨损超标及时停机换刀。掘进过程中加强地面监测，施工准备→水平冻结孔施工→积极冻结→冻结壁检测验收→隧道上台阶开挖与初期支护→下台阶开挖与初期支护→防水层在隧道内打设水平冻结孔，冻结孔沿联络通道轮廓外1.5m布置置冻结孔45个，测温孔8个。积极冻结期30天，冻结壁设计厚度不小于2m,平均温度不高于-10□,强度不小于冻结壁验收合格后，采用台阶法开挖，上台阶高度2.5m,下台阶高度2.0m,每循环进每循环开挖完成后及时架设钢格栅拱架，间距0.5m,挂Φ6@150×150钢筋网，喷射C25混凝土初期支护，厚度250mm。开挖过程中观察冻结壁融化情况，出现渗漏水及开挖贯通后，铺设EVA防水卷材，绑扎钢筋，支设模板，浇筑C35防水混凝土二衬结构，厚度300mm。二衬达到设计强度后，停止冻结，进行封孔处理。建立掘进参数三级管控机制。常规参数范围内，由盾构过10%;参数调整幅度超过10%,由工程技术部出具参数调整通知单，现场执行；参数调整超过30%或遇特殊地层、风险区段，由总工程师审批，制定专项参数方案后执掘进中出现扭矩骤增、推力异常增大、土压剧烈波动、出渣量异异常情况处置过程记录详细，包括异常现象、原因分析建立以项目经理为第一责任人、总工程师牵头负责、安体系，覆盖施工全工序、全岗位，落实质量终身责任制。各执行技术交底制度、三检制度、样板引路制度、质量奖罚制度。每道工序实行班组自首环管片拼装、首次同步注浆、首段特殊地层掘进实委托第三方检测单位开展管片进场检测、注浆体取芯检测、隧道隧道轴线平面与高程偏差允许值为±100mm,超限区段及时纠偏调整。每10环进行一次人工复核测量，每100环进行一次洞内导线复测，确保测量精度。管片错台量环向不大于5mm、纵向不大于8mm。防水密封条粘贴牢固，无断裂、空同步注浆饱满度不低于90%,二次补浆后管片背后无大的空隙。注浆体28天抗压强度每50环取芯检测一次注浆质量，不合格区段返工补浆。注浆压力与注浆量双控，严禁6.2.4防水质量控制隧道防水等级为二级，漏水点每10m不超过1处，漏水量不大于0.15L/(m²·d),不得有每10环为一个检验批，主控项目包括隧道轴线偏差、土压控制、同步注浆量，全部合格；一般项目包括掘进参数稳定性、出渣量偏差，合格率不低于90%。每环为一个检验批，主控项目包括管片质量、螺栓紧固、防水般项目包括错台量、接缝间隙、外观质量，合格率不低于90%。6.4.1管片裂缝与破损优化拼装工艺，管片轻拿轻放，减少碰撞。控制千斤顶受力均匀管片生产过程加强质量管控，出厂严格检验，不合格管片严禁进场。出现轻微非贯穿加强测量复测，定期校准测量仪器，提高测量精度。加强盾构轴线超限区段制定专项纠偏方案，经总工程师审批后实施，纠加强管片止水条粘贴质量检查，粘贴前清理管片表面，涂刷专用胶，粘贴后辊压密同步注浆保证饱满度，管片背后无连续空隙。螺栓孔、吊装孔安装密封圈，逐个检查封堵质量。出现渗漏水点定位后注入聚氨酯或环氧树脂封堵，渗建立项目经理为安全第一责任人、专职安全员全程管控配备3名专职安全员，其中洞内2名、地面1名，实行跟班作业，每日巡查安全隐患，建立隐患台账，实行闭环整改，整改率100%。制定安全教育培训、安全检查、特种作业管理、设备安全管理等制度，每月开展1次安全大检查，每周开展1次专项检查。证书在有效期内。每月开展1次安全培训与事故案例学习，提高作业人员安全意识。起重作业实行吊装令制度，吊装前检查吊具、钢丝绳、索具，磨损超标严禁使用。吊龙门吊司机与司索工持证上岗，指挥信号统一规范。管片稳起吊，严禁超载、斜吊。大风、暴雨等恶劣天气停止露天电瓶车司机持证上岗，行驶速度洞内正常区段不超过5km/h,道岔、转弯区段不超过运输轨道铺设平直，轨距偏差符合要求，定期检查轨道固定情禁电瓶车超载、超速，严禁人员搭乘渣土车、管片车。设置专盾构操作室专人操作，严禁无证人员操作盾构机。掘进过程中先通风、检测气体，氧含量19.5%~23.5%、有害气体达标后方可进入，安排专人监拼装区域设置防护栏杆，拼装时下方严禁站人。拼装机械手操螺栓紧固作业人员站位稳妥，使用专用工具，防止扳手龙门吊、电瓶车、盾构机等特种设备建立管理台账，定期严格执行三级配电两级保护制度，配电箱上锁，专人管理。洞内照明采用36V安全电压，动力设备采用380V,开关箱设置漏电保护器，漏电动作电流不大于30mA,动作电缆线路架空或穿管敷设，严禁拖地、浸泡水中。电工持采用压入式通风，风机设置在地面新鲜空气处，风筒延伸至盾构定期检测洞内粉尘、有害气体浓度，超标时加强渣土运输过程中覆盖，场地内洒水降尘。凿除、注浆作业人员选用低噪声设备，设备加装减震垫，场地设置隔声围挡。作业人8应急预案成立应急救援领导小组，组长由项目经理担任，副组长任，成员为各部门负责人。下设应急抢险队、医疗救护组、后应急抢险队由20名作业人员组成，配备抢险物资，负责现场抢险处置，控制事态扩医疗救护组负责伤员初步救治，对接120转运，掌握基本急救技能。洞门涌水涌砂、盾构开挖面失稳坍塌、地面沉降超限造成周涌水量增大、出现喷砂时，立即在洞门处堆砌沙袋围事态无法控制时，立即下达撤离指令，组织洞内人员沿逃生通险情控制后，排查涌水通道，采用深孔注浆加固端头地层，验收合格后方可恢复施监测发现地面沉降达到预警值时，立即降低掘进0.02~0.03MPa,同步增加注浆量至180%,加密监测频次。沉降达到控制值时，立即停止掘进，在沉降区段对应管片进行快速填充背后空隙。安排专人巡查周边建筑与管线，出沉降稳定后，组织分析沉降原因，优化施工参数，制定专项防盾构掘进中出现扭矩骤增、推力达到最大值仍无法推进时，立判