盾构始发方案.doc

北京地铁八号线01标段
盾构始发方案
1. 施工方案简要说明
1.1概述
本标段盾构工程包括清河小营站～西三旗站和清河小营站～永泰盾构终点井两个区间，区间单线总长4306米。由清河小营站左线首次下井始发，掘进至西三旗站盾构终点井解体吊出。盾构机及后配套台车由沈阳陆运至施工现场。盾构主机于2009年9月下井组装。掘进顺序如下图所示：
1.2盾构机简要说明
本标段采用沈阳沈重集团制造的土压平衡盾构机(如图1）进行施工。盾构机外径为6280mm，盾体总长9500mm，盾构总重约446t，各主要部件的尺寸及重量如表1所示

盾体主机示意图1
维尔特盾构大件明细表

名称
数量
重量
尺寸(mm)
1
刀盘
1
42t
6280*1800
2
前盾
1
98t
6280*3200
3
中盾
1
88t
6280*3100
4
盾尾
1
45t
6280*4500
5
大平台
1
11t
6982*3906*5243
6
搬运大梁
1
7t
8500*4800
7
螺旋机
1
17t
12400*1100
8
拼装机
1
8t
6300*4500
9
人闸仓
1
4t
5300*2800
10
NO1A台车
1
12t
7500*4800*3800
11
NO1B台车
1
13t
7500*4800*3800
12
NO2台车
1
15t
7500*4800*3800
13
NO3台车
1
17t
7500*4800*3800
14
NO4台车
1
20t
7500*4800*3800
15
NO5台车
1
18t
7500*4800*3800
16
NO6台车
1
19t
7500*4800*3800
17
皮带机
1套
7t
10000*600
合计

446t

1.3 组织机构及人员分工分管领导
阿栎德

安全消防员
（1人）
起重工
（8人）
电工
（6人）
辅助工
（4人）

钳工
（4人）
管子工
（4人）
技术负责人
王伟
综合办公室

机电主管

土建主管

质检工程师

安全文明

2、盾构机始发
2.1 概述
盾构机始发是盾构施工的关键环节之一。其主要内容包括：进洞前土体加固、安装盾构始发基座、盾构机下井安装及调试、安装密封胶圈、组装负环管片、盾构机试运转、拆除洞门临时墙、盾构机出洞加压和掘进。

图2-1 盾构机始发流程图
2.2.1洞门的凿除
1、凿除的位置
本标段在始发或到达前将洞门端头围护结构进行凿除。洞门围护结构的型式为厚Φ800钻孔桩。凿除洞门采用人工风镐的方法。
洞门凿除顺序图2-3、2-4

图2-3 图2-4
2、洞门砼分批拆除，先凿除2/3，留1/3钢筋混凝土。
3、第一次凿除时按先上后下、先中间后两侧的顺序进行。凿除顺序见图2-3。
4、洞门凿除采用人工风镐施作，凿除大部分混凝土和钢筋，剩余部分待盾构机刀盘抵达混凝土桩前约0.3～0.5m时迅速凿除，凿除顺序见图2-4。
5、待盾构机推进时迅速割除钢筋，尽量缩短洞门土体无支撑时间。凿除的方法采用先凿除钻孔桩上下左右四周混凝土和割断钢筋，然后通过倒链把桩体拔出。
6、洞门凿除过程的应急措施：
发现有异常情况后，迅速用木板和钢管撑住，防止土体坍塌然后尽快从围护墙外进行注浆加固。
若土体压力较大时，迅速用预先制作好的钢筋网片与围护结构的钢筋焊接一起后用木板和钢管支撑稳定。然后在围护结构外围进行注浆加固，同时在洞门里面进行注浆加固。
3、始发设施的安装
本标段首次始发采用一台盾构机，2009年9月从清河小营站北端头左线下井始发掘进，至西三旗盾构终点井解体吊出
3.1始发设施加固预埋件安装
沿线路顶进方向，在车站端头盾构始发井底板上预埋500mm×500mm×10mm的钢板， 预埋件沿线路方向间距为1000mm，垂直线路方向间距3120mm。
3.2始发架安装
在后配套吊入始发安装位置后，依据隧道设计轴线定出盾构始发姿态的空间位置，然后推出始发架的空间位置,始发架示意图见图3-1（始发架详细构造图见加工技术交底）。在始发台安装位置进行抄平，利用垫薄钢板调节始发台的标高，达到要求的位置。
盾构始发之前对始发台两侧进行必要的加固，利用预埋在车站底板的钢板与始发台进行焊接，并利用H型钢两边支撑保证左右稳定。
始发台的安装高程根据端头地质条件进行抬高2cm。

始发台示意图(一)

始发台示意图(二)

始发台示意图（三） A 放大图
图3-1 始发台示意图

3.3反力架安装
在盾构主机与后配套连接之前，开始进行反力架安装。在安装反力架时，反力架端面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。反力架的结构型式见图3-2。
1、反力架加工后进行试拼装合格并检查平整度合格后方可使用。
2、安装反力架前，先将反力架位置定位，然后分节安装反力架部件并调节好位置。
3、定位反力架，利用垂线和经纬仪测量调整反力基准环平整度，使基准环与隧道中心线水平轴垂直，调整好后将反力架与中板和底板的预埋件焊接固定。

图 3-2 反力架的结构型式

3.4洞门的密封
洞口密封采用折叶式密封压板如图3-3所示，其密封原理图3-4所示。
其施工分两步进行，第一步在始发端墙施工工程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作,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，清理完洞口的碴土，完成洞口密封压板及橡胶帘布板的安装。

图3-3 折叶式密封压板

图3-4始发洞口密封原理

1、安装步骤为：
1）洞门防水密封施工前，先检查材料的完好性，尤其是帘布橡胶板是否完好，径向尼龙线密集排列和螺栓孔是否完好。
2）安装前清理完洞口的渣土和疏通预埋钢板的孔并涂上黄油。
3）将螺栓旋入预先埋设的洞门钢环板螺孔内。
4）安装帘布橡胶板及圆环板，并用薄螺母固定在钢环板上。
5）将扇形压板套在装有薄螺母等的螺栓上。
6）根据盾构穿越洞圈时及始发后的两个阶段，注意调整扇形钢的位置。
2、洞门处防水装置安装注意事项：
1）由于帘布橡胶板和扇形压板通过它与管片的密贴防止管片背注浆时的浆液外流，所以安装时螺栓必须进行二次旋紧螺栓。
2）防止安装扇形压板时损坏帘布橡胶板。
3）检查盾构机头外壳表面是否有凸起物，若有凸起物需清理干净并在机头外壳表面涂上黄油，以免撕裂帘布橡胶板和利于盾构机顶入。
3.5负环管片的拼装
盾构机始发在反力架和洞内永久管片之间安装9环负环管片（全部为闭口环），反力架与临时管片密贴，每环临时管片分块数与标准管片相同，依次安放在托架上。并在内、外侧采取钢丝拉结和钢管支撑等加固措施，以保证在传递推力过程中管片不会浮动变位。
3.6始发的其他工作
1、盾构机在始发前对洞门加固效果检查合格后开始掘进。
2、碴土运输准备工作就绪；
3、盾构已准确定位；
4、地面监测点已布设完毕并获得初始成果；
5、当盾构机壳体脱离洞门密封圈后，即开始回填注浆。
6、盾构全部进入洞门后，立即封堵洞圈，紧固扇形钢板上的钢丝绳，紧密扇形钢板，防止洞门漏浆。当盾尾离开洞门约3米时，对洞口压注聚氨脂或双液浆封堵，同时启动同步注浆系统及盾尾油脂系统，以防浆液倒灌，堵死浆管。
4 盾构机下井组装、调试
4.1组装及吊装设备
盾构机的组装场地分成三个区：后续台车存放区、主机存放区、吊机存放区；盾构机按后配套拖车、主机依次进场组装。吊装设备为：300T汽车吊一台，160T汽车吊一台， 80T液压千斤顶两台，小型泵站一台，以及相应的吊具、机具、工具。
4.2 盾构机组装调试程序

图4-1 盾构组装、调试程序图

4.3 盾构机组装顺序
1、车站站台层具备条件时的组装顺序
组装顺序见表4-1。
2、地面过渡方案
站台层不具备一次将盾构机及后配套拖车全部组装的条件时，采用地面组装分体始发方案。
（1）盾构机主机全部在井下组装。
（2）后配套拖车在地面组装。
（3）拖车与主机间用加长的电缆、液压管线连接。
（4）盾构机向前掘进一定距离，将后配套台车下井组装。
4.4 盾构组装措施
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、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160T以上的吊车辅助翻转。
4.5盾构组装安全技术措施
1、盾构机的市内运输委托给专业的大件运输公司运输。
2、盾构机吊装由具有资历的专业队伍负责起吊。
3、组建组装作业班进行盾构机组装，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，完全按相关规定执行。
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。
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。主要调试内容为：液压系统，润滑系统，配电系统，注浆系统，以及各种仪表的校正。着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。
2、负荷调试
空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负荷调试。负荷调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力；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。负荷调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和隧道线型。
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4.6盾构机始发注意事项
1、盾构密封刷涂满密封油脂。
2、盾构始发时缓慢推进。始发阶段由于设备处于磨合阶段，注意推力、扭距的控制，同时注意各部分油脂的有效使用。掘进总推力控制在反力架承受能力以下（7000KN），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扭矩。
3、始发前在刀头和密封装置上涂抹油脂，避免刀盘上刀头损害洞门密封装置。始发前在基座上涂抹油，减少盾构推进阻力。
4、始发基座导轨必须顺直，严格控制标高、间距及中心轴线，反力架端面与线路中线垂直。盾构机安装后始发前对盾构机的姿态复测，复测无误后才开始掘进。
5、防止盾构旋转、抬头。盾构出洞时，正面加固土体强度较高，由于盾构与地层间无摩擦力，盾构易旋转，加强盾构姿态控制，如发现盾构有较大转角，可采用大刀盘正反转的措施进行调整。盾构刚出洞时，掘进速度宜缓慢，大刀盘切削土体可加水降低盾构正面压力，防止盾构上漂，同时加强后盾支撑观测，尽量完善后盾钢支撑。
6、在始发阶段，由于盾构机推力小、地层较软，调整盾构机姿态，使用下侧的千斤顶加朝上的力矩的同时向前推进，防止盾构机低头。
7、始发初始掘进时，盾构机处于始发台上，在始发台及盾构机上焊接相对的防扭转装置，为盾构机初始掘进提供反扭矩。

图4-2盾构始发示意图
4.7盾构机初期掘进
4.7.1初期掘进长度的确定
（一）本工程初期掘进长度设定为100米。100米的长度考虑了下几个因素：
1、盾构机和后方台车的长度（维尔特: L=80m ）。
2、工作井内井口处布置双线道岔的需要.
3、管片与土体之间的摩擦力足以支持盾构机的正常掘进。
（二）将清河小营站～西三旗站左线的前100米作为掘进试验段，此段由盾构机生产厂家人员操作盾构机，通过设立试验段，在于以下的目的:
1、熟练掌握操作方法。
1）掌握在不同地质地层中盾构推进的各项参数的调节控制方法。
2）测定和统计不同地层条件下推力、扭矩的大小；盾构机姿态的控制特点；注浆参数的选择和浆液配比的优化；同步注浆中出现的问题和解决方法；各种刀具的适应性等。
3）熟练掌握管片拼装工艺及注浆工艺。
4）掌握施工监测与盾构推进施工的协调方法等。
2、依此及时详细分析在不同地层中各种推进参数条件下地层的位移规律和结构受力情况，以及施工对地面环境的影响，并及时反馈调整施工参数，为全标段顺利施工做好参照。
4.7.2初期掘进模式的选择
各始发口地层基本均为粘土地层，故选择土压平衡推进模式。
4.7.3初期掘进时注意事项
1、初期掘进段盾构正面中心土压初始设立根据计算确定，并根据跟踪测量数据及时调整设定压力，随时做好二次压浆的准备。
2、在初期掘进阶段，由于反力架会产生不同程度的变形，因而影响隧道成环质量，若当管片接缝发生问题时，及时用石棉橡胶楔形料纠正，以提高成环质量，并做好测量工作。或用纵向拉杆固定。
3、确定土压平衡状态下密封仓内的土压力，且密封仓被充满后，开启螺旋输送机出土，控制排土速度来保证密封仓内的土压力和开挖面土压力相平衡。
4、最初的100环管片安装保持良好的真圆度，保证盾构始发位置的准确。如最初的真圆度保持不好，则往后误差会越来越大，不但造成后续施工越来越困难，也会对管片本身产生破坏。因此最初的管片安装必须做到以下几点：
（1）按顺序及操作规范施工；
（2）装管片后及时进行回填注浆；
（3）加强管片真圆度的测量。测量办法有两种:①丈量弦长、间距控制法；②通过测量盾尾封与管片之间的间隙，如各个方向的间隙基本一致，则可说明管片的真圆度较好。
4.7.4 洞内出碴、运输及弃土外运
1、洞内水平运输
1） 隧道内轨线布置
左右线隧道洞内均采用43kg钢轨铺设单线运输轨线，钢轨中心距为900mm，钢轨枕采用10#槽钢制作而成的凹形轨枕，间距为1.2米，用压板焊接固定钢轨，在清河小营站内铺设道岔，道岔便于列车编组会车、渣车出渣、下材料等（隧道内铺单线）。
运输线路布置，本表段盾构施工均从津赤路站始发，并从津赤路站运出渣土、运送管片等材料。
2）、洞内运输列车编组
施工中单线每环开挖量为37.2m3，按1.5的虚方系数计算, 虚方量约为55.7m3 。洞内运输采用重载编组列车，由于此次盾构是分体始发，配备一列。由45T变频电机车牵引1节，1节8m3砂浆车、1节管片车和一个临时土斗组成，列车编组见图5-5。盾构掘进每循环的出碴进料运输任务可由此列车分7次完成。
图5-5 重载列车编组示意图
3、管片车
1、45T电机车
2、8立方砂浆车
4、临时土斗

3）出碴、进料方法
当盾构机掘进时，螺旋输送机把碴土卸到碴车内，同时电瓶车牵引碴车缓慢前移，将碴车装满。然后电瓶车将装满的土斗运送到45t龙门吊下面，由45t龙门吊将土方吊至地面上的存土池内，如此反复循环至一环掘完。然后将临时土斗吊出，由管片车运送管片至盾构机内，进行管片拼装。至此一环掘进拼装完成。
2、垂直运输
本标段工程的垂直运输由1台45T和1台10T的龙门吊完成，45T门吊的移动方向垂直于隧道方向，负责盾构机的进料、出碴。10T的龙门吊垂直于45T龙门吊，负责盾构的管片装卸。
3、碴土外运
渣土外运集中在夜间进行，利用挖掘机将渣坑中的渣土装入封闭式运输汽车，然后按照业主拟定路线运输至业主指定的弃碴点，在场地出渣门口设置洗车槽，运输车辆出施工场地前进行清洗，计划安排15T的带盖的密封性良好自卸汽车外运碴土，避免碴土在运输中洒、漏，以免影响城市环境。

图5-6 出碴运输、劳动力组织安排

4、隧道照明
为满足长距离供电照明的需要，在隧道每500m设一低压变压器。10KV高压电缆采用侧壁悬挂式，悬挂方式和位置严格按照国家相关规范进行。380/220V照明线路布置见图5-8。
a.照明线路在隧道井口正一环处，设置一台双电源自动切换箱。从地面变电所接入分别来自二路不同受电系统，来保证隧道照明的不间断（电力电缆采用VV223×252+2×162接入）。
b.配线方式，采用BV3×162+2×102五线制（即L1-L1，N，PE）。
c.电箱配置,每百米配置一台分段配电箱，供照明安装和动力用电使用。
d.灯具安装,每6环设置电支架1只和安装防水型40W荧光灯一只，配置10A插入式熔断器保护。分别三相电源跳接，安装位置见图11-8。
e.单条区间隧道贯通后，在该区间1/2距离处断开线路，从另一端头井接入电源，以提高线路容量。

5.4 对盾构掘进过程中突发险情的预案
5.4.1 盾构隧道过建筑物时的应急预案
1、项目部成立应急领导小组，由一名项目副经理任组长，小组成员由项目部各部门负责人参加，各部门选择有责任心的人参加应急小组。提前对可能出现的险情制定应急方案，预备应急物资，并事先和建筑物业主建立有效的联系，一旦出现险情，应急小组人员立即就位，各负其责，立即组织实施应急方案，排除险情。对出现严重险情或有其趋势的房屋，迅速将建筑物内人员疏散，设置安全警戒线，严禁其它人员进入警戒范围内，并马上组织对房屋进行加固。
2、针对建筑物自身结构情况和以往施工经验，确定表5-7为盾构通过建筑物监测主要控制标准和采取的相应措施。
5.4.2 螺旋输送机发生喷涌时的预案
盾构通过砂层、湖底时螺旋输送机易出现喷涌，应采取以下措施防止喷涌出现：
1、采用土压平衡模式掘进参数；
2、加入高浓度泥浆或泡沫，改善土体的和易性，使土体中的颗粒和泥浆成为一整体。
若盾构掘进中发生意外，出现喷涌现象后采取以下措施来处理：
（1）立即关闭螺旋输送机的后门，适当向前掘进，使土仓内建立平衡。
（2）通过刀盘的转动，将土仓内的土体搅拌均匀。
（3）然后才将螺旋输送机的后门慢慢打开，开门度为30%，边掘边出土，始终保持土仓内压力稳定。
（4）掘进过程中向土仓内注入泡沫剂、膨润土等提高碴土的流动性和止水性。同时在螺旋输送机出口栓接保压泵碴装置建立土压平衡状态。

表5-7 主要控制标准和采取相应措施
序号
项目
控制标准
采取的应急措施
备注
1
建筑物沉降
20mm
二次注浆
实际根据建筑物自身的结构情况，裂缝等情况综合判断。
20～30mm
地面跟踪注浆

30mm以上
地面跟踪及二次注浆
2
建筑物倾斜
a、混凝土结构、条形基础，基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值为：0.004；
b、框架结构、桩基础：0.002L（L为相邻桩基间的距离）。
二次注浆
a、混凝土结构、条形基础，基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值为：超过0.004；
b、框架结构、桩基础：超过0.002L（L为相邻桩基间的距离）。
地面跟踪注浆

4、安全技术措施
（1）必须严格控制土舱与人员舱的压力，一般控制在0.8～1.6bar,舱内工作时间严格控制在2～4小时。
（2）在有压状态下进入土仓内作业前，将土仓内的碴土排至仓高的1/5以下。
（3）在有压状态下进入土仓内的工作人员必须经过体检并具有相应的作业资质，在工作前要进行严格的技术交底。
5.4.4 盾构机较长时间停机的处理预案
由于一些特殊原因，需要安排盾构机较长时间停机。采取以下措施，保持停机期间的地层稳定和盾构机设备的正常运转。
1、停机前，依据具体的停机时间制定详细的停机方案与计划，安排监测组和盾构队组织专人负责停机期间的工作。
2、做好停机前的最后一环的掘进，调节停机时的土仓压力比设定压力略大于0.2～0.3bar。
3、根据同步浆液的初凝时间，安排停机5～7小时后，再掘进50～100mm。掘进过程不进行注浆和出土，防止浆液凝固盾尾密封刷。
4、如果停机时间较长，通过中盾和前盾的膨润土加入系统，在盾体周围注满泥浆，保持地层稳定，同时防止周围土体与盾体固结，避免盾构机再次掘进时土体摩擦力过大。
5、加强对盾构机土仓压力的监视和调整，根据地层情况确定土仓压力警戒值。当土仓压力低于警戒值时，通过膨润土系统加入泥浆来保持土仓压力。
6、加强对地面的监测，及时反应地层的变形情况。
7、如果停机时间超过3天，需要定期做小距离的推动。
8、停机期间，按正常保养程序对盾构机进行保养。

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57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制
58. 基于单片机的红外测油仪的研究
59. 96系列单片机仿真器研究与设计
60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造
61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现
62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制
63. 基于单片机的气体测漏仪的研究
64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器
65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究
66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计
67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计
68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统
69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统
70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究
71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践
72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现
73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统
74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究
75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统
76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究
77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用
78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究
79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究
80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发
81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究
82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究
83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现
84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究
85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现
86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统
88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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