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盾构隧道施工组织设计

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第七篇 施工方法
第一章 地质描述
第一节 概述
一、 概述
三山街站~张府园站区间隧道位于南京市中山南路, 南起升州路, 北止建邺路, 线路长724.18m; 张府园站~新街口站区间隧道位于南京市中山南路, 南起张府园巷, 北止淮海路, 线路长805.23m。采用浅埋式双洞隧道, 盾构法施工, 隧道直径6.39m, 涉及宽度22m左右, 洞底板埋深约23m。
二、 线路段工程地质条件
( 一) 、 地形、 地貌
　　地貌类型属古秦淮河冲积平原。古秦淮河( 一条支流) 经武定门地带进入南京城区, 沿长乐路、 中山南路南段~长白街区间北下, 经玄武湖至金川附近入江。在第四纪气候冷暖交替等作用下, 古秦淮河携带的大量的泥砂在南京城区以河床、 边滩形式逐渐堆积, 形成10~40m厚的以砂性土为主的冲淤积物。
( 二) 、 岩土体工程地质特征
下伏岩体为白垩系砂质泥岩, 上伏土体除浅部3.40~7.0m为近期人工填土外, 其余为第四系粘性土与砂性土。线路段43.6m以浅岩土体划分为5个工程地质层。其中:
Ⅰ层为人工填土; Ⅱ层以粘性土、 粉土为主, 细分为5个亚层, 分别表示为: Ⅱ1粉土、 Ⅱ2粉砂夹粉土、 Ⅱ3粉土夹粉砂、 Ⅱ4粉砂夹粉土、 Ⅱ5粉质粘土; Ⅲ层以粘性土、 粉土夹砂为主, 细分为4个亚层, 分别表示为: Ⅲ1粘性土、 Ⅲ2粘性土、 Ⅲ3粉土夹砂、 Ⅲ4粘性土; Ⅳ层为土混卵砾石, 在南京城区分布较广, 埋藏于基岩顶面; Ⅴ1层为白垩系强风化砂质泥岩。
( 三) 、 水文地质特征
本标段地下水主要为孔隙潜水, 赋存于Ⅱ4层以浅; 其次微承压水, 仅分布于下部Ⅲ3、 Ⅳ层。孔隙潜水、 微承压水水位年变幅一般在0.2~2m, 其水位动态受丰枯降水季节影响明显, 同时亦受地下管线渗漏水影响。
地下水质类型为HCO3-Ca·Na型, 对钢筋混凝土无腐蚀性, 水对钢结构为弱腐蚀等级。
土层的透水等级: Ⅰ层孔隙大, 为透水等级; Ⅱ1、 Ⅱ2、 Ⅱ3、 Ⅱ4层为透水等级; Ⅲ3、 Ⅳ层为弱透水等级; Ⅱ5、 Ⅲ1、 Ⅲ2、 Ⅲ4层为微透水~不透水等级。实测Ⅱ2层水平渗透系数1.16m/d; Ⅱ4层渗透系数1.4~7.41m/d; Ⅱ5层水平渗透24小时基本不渗水, 垂直渗透系数1.21×10-4m/d。
Ⅱ4层以浅透水性强, 富水性好, 其单井日出水量一般为100~500方; Ⅲ3、 Ⅳ层单井日出水量一般小于100方。
第二节 区间地质描述
区间地质描述详见表7-1-1、 表7-1-2; 土体主要物理力学性质指标表7-1-3、 7-1-4。。
一、 三山街站~张府园站区间
该区间属古河道冲积平原的古河床及阶地地貌, 基岩埋藏较深, 约35~39m, 古河床中主要为沉积的粉砂、 粉细砂及粉土; 埋藏阶地主要由可塑状粉质粘土构成。地下水埋藏较浅, 一般位于地下1~2m, 主要以孔隙潜水为主。
地铁隧道底板埋深23m左右, 主要穿越Ⅱ4、 Ⅲ1层, 局部穿越Ⅱ5、 Ⅲ2; 土层均为灰色、 饱和、 软~流塑, 夹腐植屑及朽木屑。Ⅱ4层以浅主要为砂性土, 其渗透性强, 富水性好, 围岩稳定性极差, 隧道开挖时, 易产生涌水、 涌砂和坍塌现象, 为I类围岩{按《公路隧道设计规范》( JJJ026-90) 关于隧道围岩分类标准}。圬工与围岩摩擦系数f<0.25。
二、 张府园站~新街口站区间
该段属古河道冲积平原的古河床及阶地地貌, 基岩埋藏较深, 约35~39m, 古河床中主要为沉积的粉砂、 粉细砂及粉土; 埋藏阶地主要由可塑状粉质粘土构成。地下水埋藏较浅, 一般位于地下1~2m, 主要以孔隙潜水为主。
地铁隧道底板埋深23m左右, 主要穿越Ⅱ41、 Ⅱ42、 Ⅲ11、 Ⅲ12、 Ⅲ13层; Ⅱ层土为灰色、 饱和、 软~流塑, 夹腐植屑及朽木屑; Ⅲ层以粘性土、 粉土夹砂为主, Ⅲ11粉质粘土, 褐黄色, 软~可塑; Ⅲ12粉土夹粉质粘土, 灰色, 软~可塑。Ⅱ4层以浅主要为砂性土, 其渗透性强, 富水性好, 围岩稳定性极差, 隧道开挖时, 易产生涌水、 涌砂和坍塌现象, 为I、 II类围岩{按《公路隧道设计规范》( JJJ026-90) 关于隧道围岩分类标准}。I类围岩圬工与围岩摩擦系数f<0.25, II类围岩f=0.3。
第三节 补充地质勘察
根据《南京地铁三山街～张府园、 张府园～新街口工程地质勘察报告》及《施工招标文件补充通知》, 内秦淮河处盾构隧道覆土只有2.7m, 盾构经过此处的施工时, 需详细查明河道、 堤岸的现状, 制定切实可行的施工方案。针对区间隧道经过的建筑物管线部位, 以及随着技术工作的深入, 在施工图设计阶段对地质勘察的要求, 将根据国家、 江苏省有关标准规范制定补充勘察方案。
第二章 工程特点
第一节 工程主要技术难点及对策
经过对招标文件的分析和现场考察, 初步考虑本工程主要技术难点和拟采取的技术应对措施见表7-2-1。
技术难点与对策措施表 表7-2-1
序号
技术难点
对策及措施
1
三山街站主体已施工完毕, 地面交通已经恢复, 进出洞口无法进一步加固
进出洞前, 首先在原井内钻孔检查原深层搅拌桩加固效果, 如达不到推进技术要求, 则采用水平旋喷加固, 在车站内水平向外打设旋喷管, 加固墙外土体, 加强土体强度、 自立性和均匀性。
2
盾构过秦淮河时, 覆土浅, 防渗要求高, 同时要保护堤岸。
1、 根据补充详细勘察, 制定切实可行的过河方案。
2、 采用上下游围堰截断河水, 埋设φ1000钢管, 保持流水畅通。
3、 采用粘土回填、 地面旋喷法加固。
4、 必要时采用洞内超前注浆加固。
5、 河底推进时, 严格控制盾构姿态, 尽量保持同一坡度, 匀速推进, 同时加强对出土量、 同步注浆量的控制。
6、 堤岸架设横向支撑。
7、 过堤岸时及时根据条件变化调整掘进参数设置。
8、 管片外表、 螺栓加强防腐防水处理。
9、 同步注浆采用双浆液, 并及时向盾尾加注油脂。
3
盾构经过较厚的富含水粉砂层
1、 向刀盘正面加注膨润土、 泡沫, 改进土体透水性, 保证土舱压力, 防止因土体失水造成螺旋机空转, 引发流砂、 涌水现象。
2、 盾尾同步注浆采用双浆液, 并及时压注油脂, 防止盾尾渗水。
3、 严格控制纠偏量, 并保证推进施工的连续性。
4、
盾构经过多座建筑物
1、 仔细调查核实, 根据每一处的实际情况制定有针对性的详细保护方案。
2、 适当放慢推进速度, 合理设置土压力值, 防止超挖和欠挖, 特别控制挤土量。
3、 必要时超前注浆加固。
4、 保证同步注浆量, 并根据监测信息及时调整。
5、 做好二次补压浆。
6、 必要时对重点管线跟踪注浆。
5
盾构多次穿越管线群, 线路与多条管线平行。
6
联络通道开挖必须保证安全, 减少开挖过程对地面的影响。
1、 利用、 借鉴我局在浅埋暗挖法作业的成熟工艺、 工法。2、 洞内小导管注浆。
3、 管超前、 少扰动、 短进尺、 强支护、 勤量测、 早衬砌。
第二节 工程的主要特点
一、 交叉多, 干扰大
集中体现在结构交叉多、 工序交叉多、 接口界面交叉多、 专业交叉多、 前期与后期交叉多, 施工相互干扰较大。执行关键工期计划所发生的各规定部分的工期偏差, 会影响其它作业。结构的多交叉, 存在空间效应与体系转换问题。
二、 地处市区, 环境特殊
主要体现在地面建筑物密集, 施工对周围环境的影响必须严格控制, 文明施工要求严格, 环境保护标准高。
三、 任务重, 系统性强
全部工程要求在33个月内完成。其中, 盾构机需要引进, 鉴定、 安装、 调试, 前期试掘进进度会放缓, 中间加快, 出洞又会放缓, 还要调头、 转场, 工序复杂, 任务重。采用盾构机施工, 这是隧道工厂化施工的模式, 其系统性特别强, 环节与环节之间的衔接、 匹配是否合理, 直接影响施工效率, 直接影响施工的安全、 质量、 速度。
四、 地质复杂, 施工难度大
地铁隧道主要穿越Ⅱ4、 Ⅲ1层。Ⅱ4层以上主要为砂性土, 其渗透性强, 富水性好, 围岩稳定性极差。Ⅱ4、 Ⅲ1层水平分层, 盾构机易磕头; 且局部地区覆盖层过浅。施工中容易造成地面隆起或沉降。
第三章 施工准备
施工准备工作是否充分、 到位, 将直接影响施工总体安排, 影响主体工程能否按时开工, 影响到工程开工后能否顺利进行, 施工前必须做好各项准备。我局中标后, 迅速组成项目部开展各项工作。在最短的时间内完成建筑物、 管线等的调查及地质补充勘探。并组织精测人员对设计控制桩进行复测, 将测量结果上报监理及有关部门。绘制详细的线路纵断面、 横断面图, 上报监理。做好开工前的各项准备, 上报开工报告。全部技术人员经过各种途径达到岗前培训。
第一节 设备准备与人员培训
一、 设备准备
设备准备见表7-3-1
设备准备表 表7-3-1
项目
内容
时间
盾构机
供应
1、 中标通知
2、 确定商务、 技术谈判人员、 地点, 与外商联络。
3、 商务技术谈判
4、 盾构机设计、 制造、 厂内预组装、 调试
5、 运输
1、 .12.27
2、 .12.28~ .1.3
3、 .1.4~ .1.31
4、 .2.1~ .9.30
5、 .10.1~ .11.15
管片模具
设计、 制造、 运输..
.3.1~ .6.30
盾构基座
反力支架
现场制作
.10.1~ .10.31
龙门吊
设计、 制造、 运输
现场拼装
.7.15~ .10.14
.10.15~ .10.31
盾构机拼装
详见盾构机首次拼装方案
.11.15~ .12.30
二、 人员培训
人员培训计划计划见表7-2-3
人员培训计划表 表7-2-3
项目
内容
时间
国外培训
工地
培训
项目部管理人员、 土建工程师、 掘进队主要领导、 主司机等人员赴海瑞克盾构机相近工程施工现场培训。
.2.8~ .2.25
工厂
培训
组织机械、 液压、 电气工程师及专业技工在盾构机厂内预组装、 及调试期间进行工厂培训
.8.30~ .9.30
国内培训
举办
培训班
99年我局曾在同济大学举办过盾构培训班, 在明年初再办一期培训班, 全部技术人员经过岗前培训
.3. 1~ .4.15
参观
工地
海瑞克公司生产的盾构机已投入中国地铁施工, 该公司已承诺组织我局技术人员在盾构机拼装、 试掘进期间到工地参观学习。
.12.30~ .2.30

第二节 盾构施工场地平面布置与设施
本工程地处中山南路, 为南京市最繁华的街道, 路面交通繁忙, 车流、 人流较多, 因此场地布置本着”满足需要、 占地最少”的原则。施工中保护好施工场地范围内及场区外的树木、 绿地、 管线、 构筑物和其它设施, 不得任意砍伐、 拆除和损坏, 按文明施工标准与要求设置临时设施。
一、 张府园站南端头井施工场地
该场地位于中山南路西侧南京自来水总公司院内, 施工场地约3400m2, 施工期间主要在此安排管片堆放, 粘贴橡胶止水垫, 碴土堆放和运输、 注浆材料搅拌等场地, 并布置生产、 生活及办公用房。平面布置见附图6。
( 一) 、 生活设施
1、 按设计图纸要求, 测出需要围蔽的施工场地及场区, 采用业主指定的围挡材料进行围蔽, 在场地东侧和南侧各开一扇大门, 并建有门卫值班室和洗车场。
2、 场区内采用C10混凝土硬化地面, 混凝土厚20～30cm。施工场区设计临时便道, 采用C10混凝土硬化场地地面, 混凝土厚30cm。
3、 在场地北侧搭建一幢45×12m的三层楼房作为生活及办公用房, 楼前进行绿化; 西侧建有洗澡房。
( 二) 、 生产、 材料存放设施
1、 西侧布置实验室、 修理件。
2、 南侧布置有注浆材料拌和站、 材料堆放场、 变电室、 发电机室、 压风机室。
3、 东侧布置充电房、 材料配件库。
4、 始发井西侧地面设有集土坑、 集水池、 抽水机、 通风机。
( 三) 、 施工吊运设施
在盾构始发井和拆卸井上, 沿垂直隧道轴线方向布置轨距为16m的2×20t+1×10t单悬臂龙门吊一台, 作为管片、 注浆材料、 电瓶箱、 出土等材料吊运设备。平行与隧道轴线设有一台10t龙门吊倒运管片。
( 四) 、 管片堆放场地
在盾构始发井西侧布置管片堆放和粘贴橡胶止水带。
( 五) 、 临时供电、 供水设施
1、 在场地南侧布置变电室, 将业主提供一路10KV的供电电源, 引至自备变压器和相关设备上。
2、 从业主提供的一条4寸总水管引水至各施工、 生活用水点。
( 六) 、 施工通讯设施
与市电讯部门联系, 安装程控电话架设通讯线, 沟通项目部与业主、 设计、 监理、 各施工队等的联系; 同时申请一台计算机上网。
二、 张府园站北端头井施工场地
该场地位于中山南路西侧, 施工场地面积约3200m2, 施工期间主要在此安排管片堆放, 粘贴橡胶止水垫, 碴土堆放和运输、 注浆搅拌等场地。施工场地平面布置见附图7。
( 一) 、 临时生活设施
1、 按设计图纸要求, 测出需要围蔽的施工场地及场区, 采用业主指定的围挡材料进行围蔽, 在场地南侧和北侧各开一扇大门, 并建有门卫值班室和洗车场。
2、 场区内采用C10混凝土硬化地面, 混凝土厚20～30cm。施工场区设计临时便道, 采用C10混凝土硬化场地地面, 混凝土厚30cm。
3、 在场地北侧建临时现场办公室、 休息室。
( 二) 、 生产材料设施
1、 沿场地南侧布置压风机室和配电室。
2、 场地西侧布置有材料配件库、 注浆材料拌和站、 材料堆放场。
3、 场地东侧布置充电房。
( 三) 、 施工吊运设施
在盾构始发井和拆卸井上, 沿垂直隧道轴线方向布置轨距为16m的2×20t+1×10t单臂龙门吊一台, 作为管片、 注浆材料、 电瓶箱、 出土等材料吊运设备。平行与隧道轴线设有一台10t龙门吊倒运管片。
( 四) 、 管片堆放场
在始发井的南侧布置管片堆放场。
( 五) 、 临时供电、 供水设施
1、 经过架空电缆从南端头井施工场地接电到北端头井施工场地配电室。
2、 从南端头井施工场地用4寸水管将水引入北端头井施工场地。
( 六) 、 施工通讯设施
与市电讯部门联系, 安装程控电话架设通讯线, 沟通项目部与业主、 设计、 监理、 各施工队等的联系。
第三节 洞口地层加固
一、 洞口土体加固标准
洞外土体加固是将洞外侧一定范围的土体进行改良, 使土体的抗剪、 抗压强度提高、 透水性减弱, 使土体具有自身保持短期稳定的能力。洞门打开后, 加固后的土体不倒塌、 不滑移; 盾构机刀盘旋转、 直接切削加固土体, 对刀具无损伤, 加固后的各种指标如下:
无侧限抗压强度 0.5～1.0Mpa
抗渗性 ＜10-6cm/s
加固范围 出洞4m,进洞6m
加固后进行钻孔检测, 如达不到上述要求, 在端头井内采用水平旋喷进行二次加固。
二、 张府园站南北端头井、 新街口站南端头井进出洞土体加固
上述三处盾构进出洞均采用地面旋喷法加固, 洞口加固平剖面见设计图。
由于张府园站和新街口站土建工程尚未开工, 旋喷法加固施工尽可能选择在地下墙之前, 这样能使旋喷加固的土体与地下墙紧密结合, 最大限度提高土体的防渗效果, 保证加固质量。
地面旋喷法施工采用二重管喷射注浆方法, 加固宽度: 进洞6m, 出口4m; 加固深度: 隧道底部以下3m。
( 一) 、 加固孔位布置
孔位布置采用梅花形布置, 横向间距1.7m,排距1.5m, 如图7-3-1所示。
图7-3-1 旋喷加固孔位布置示意图
( 二) 、 工艺流程
工艺流程见图7-3-2
钻机就位
调整钻架角度
钻孔
插管
试喷
高位喷射注浆
旋转提升
喷射结束
拔管
器械清洗
移位施工
图7-3-2 旋喷施工工艺流程图
( 三) 、 施工注意事项
1、 二重管法使用的低压水泥浆液流压力大于1Mpa, 气流压力取0.7Mpa, 提升速度取0.1-0.25m/min。
2、 高压喷射注浆的主要材料为水泥, 采用425号普通硅酸盐水泥。
3、 水泥浆液的水灰比取1.5。
4、 喷浆量Q( L/根) 可按下式计算:
Q=Hq( 1+β) /V
式中 H—桩长( m)
V—注浆管提升速度( m/min)
q—泵的排浆量( L/min)
β—浆液的损失系数, 取0.2。
5、 当实际孔位、 孔深和每个钻孔内的地下障碍物、 涌水、 漏水及与工程地质报告不符等情况时, 需详细记录。
6、 采取复喷措施, 即先喷一遍清水再喷一遍或两遍水泥浆。
7、 施工中如实记录高压喷射注浆的各项参数和出现的异常现象。
( 四) 、 高压喷射注浆法施工常见问题与处理对策
高压喷射注浆法施工常见问题与处理对策见表7-3-1
高压喷射注浆法施工常见问题与处理对策表 表7-3-1
常见问题
产生原因
预防措施及处理方法
固结体强度不匀、 缩颈
喷射方法与机具没有根据条件进行选择; 喷浆设备出现故障中断施工; 拔管速度、 旋转速度及注浆量没能配合时, 造成桩身直径大小不匀, 浆液有多有少; 喷射浆液与切削的土粒强制拌和不匀, 直接影响加固效果; 穿过较硬的粘性土, 产生缩颈。
根据设计要求和地质条件, 选用喷浆方法和机具; 喷浆前先进行压水压浆压气试验, 一切正常后方可配浆, 准备喷射, 保证连续进行。配浆时必须用筛过滤; 根据固结体的形状及桩身匀质性, 调整喷嘴的旋转速度、 提升速度、 喷射压力和喷浆量; 对易出现缩颈部位及底部不易检查处进行定位旋转喷射或复喷的扩大桩径办法; 控制浆液的水灰比及稠度; 严格要求喷嘴的加工精度、 位置、 形状、 直径等, 保证喷浆效果。
钻孔沉管困难、 偏斜、 冒浆
遇有地下埋设物, 地面不平时, 钻杆倾斜度超过1.5%; 注浆量与实际需要量相差较多。
放桩位点时应探深, 遇有地下埋设物要清除或移桩位点; 喷射注浆前先平整场地, 钻杆要垂直, 倾斜度控制在1.5%以内; 利用侧口式喷头, 减小出浆口孔径并提高喷射能力, 使浆液量与实际需要量相当, 减少冒浆; 控制水泥浆液配合比。
三、 三山街站盾构进、 出洞土体加固
三山街车站为逆作法施工, 车站主体已经完工, 上部路面交通已经恢复, 无法在地面进行加固处理。因此首先考虑在端头井壁钻孔检测原搅拌桩的加固范围和加固效果。若未能达到加固标准, 则在端头井内采用水平旋喷法进行盾构进出洞土体加固, 加固后的土体达到加固要求。
( 一) 、 设备选型
水平注浆选用TDZ-50型水平钻孔旋喷机施工, 该设备由铁道部徐州机械厂和石家庄铁道学院联合研制, 已在多项工程中成功应用。其设备配置见下表:
设备名称
型号
数量
主要技术指标
旋喷钻机
TGD-50
1
钻孔深度: >10m
钻塔升降高度: 750~5500mm
钻塔倾斜角度: 0º~105º
钻杆直径50㎜, 功率11kw, 机重 kg
高压注浆泵
YZB-32
1

浆液搅拌机
水泥搅拌机
1
水泥浆容量1m3
储浆罐
水泥浆储罐
清水储罐
1
1
水泥浆储罐容量1.8m3
清水储罐容量1.5m3
( 二) 、 加固范围
加固范围与孔位布置见附图8。
( 三) 、 施工工艺
水平旋喷施工顺序见图7-3-3。
图7-3-3 水平注浆施工顺序示意图
1．井壁钻孔。首先在井壁旋喷孔位置预钻孔, 穿透混凝土墙壁。
2．钻机定位。先将钻机在注浆孔前就位, 钻杆正对孔心。钻机牢固固定, 以免在钻进过程中发生晃动, 自身产生位移。
3．钻孔。TDZ-50型水平钻孔旋喷机的注浆管兼作钻杆, 钻进时直接将注浆管钻入加固土体。钻孔保持平直, 为防止钻杆出现下垂现象, 钻孔时预先将钻杆上抬3~5º角。
4．旋喷注浆。兼作注浆管的钻杆钻进到预定深度后, 立即进行高压喷射注浆。注浆管由里向外边旋转边徐徐拔出。
5．注浆结束。对每个注浆孔在旋喷注浆完成后, 迅速拔出注浆管, 并立即打入一个木桩, 封闭孔口。木桩用于止浆, 是完成注浆的标志。
6．回灌补浆。全部注浆结束后, 在全部注浆孔进行双液浆二次补浆。补浆的目的是充分回填加固土体与围护结构之间的空隙, 保证进出洞施工时洞口的止水效果。
( 四) 、 施工注意事项
由于成桩条件不同, 水平旋喷的工艺要求比垂直旋喷高。与垂直旋喷相比, 水平旋喷的施工必须注意以下方面:
1．在加固深度范围内采用同一钻杆, 避免中途接卸钻杆。
2．由里向外旋喷, 保持注浆管匀速拔出。
3．采用复喷( 先喷水后喷浆) 工艺, 保证加固范围。
第四章 盾构机掘进施工
第一节 掘进施工工艺与流程
一、 施工总体方案
( 一) 、 施工进度安排
盾构机自张府园站南盾构端头井始发, 沿下行线掘进至三山街站调头再掘进回张府园站; 然后盾构机转场至北端头井, 沿上行线掘进至新街口站调头, 再掘进回到张府园站拆卸退场。其施工工艺流程见图7-4-1。
( 二) 、 推进施工的工程难点
盾构推进施工中, 地层土质的变化将直接影响到各项参数的设置, 根据地质条件和对现场的调查, 将以下地段做为施工中的重点控制部位:
1、 盾构出洞后, 由地层加固区进入原状土区;
2、 盾构进入内秦淮河下部, 覆土深度变化;
3、 盾构穿过内秦淮河堤岸和建筑物, 土层荷载变化;
4、 盾构在混合土层断面中推进;
5、 盾构在曲线段推进。
二、 盾构机进出洞
( 一) 、 盾构出洞
盾构拼装出洞的顺序见图7-4-2所示。

设置盾构支撑平台
拼装盾构机并调试就位
安装洞口密封止水装置、
反力支架和附属设备
洞口土体加固
安装临时传力管片
调试盾构机
拆除封门, 盾构机抵住土体
向开挖面注入泡沫或泥浆, 掘进
(同时安装临时传力管片)
盾尾经过洞口密封止水装置
垫圈压板补强、 注浆
加固土体检测
图7-4-2 盾构拼装出洞流程图
1、 出洞准备工作
(1)、 盾构出洞前要完善地面施工辅助措施,包括行车、 管片防水涂料制作场地等。
(2)、 盾构基座就位(见附图9): 盾构基座按隧道设计坡度放置。
(3)、 盾构、 车架吊装就位调试验收。
(4)、 井内的盾构后盾管片布置及后座砼浇捣。
盾构后盾由10环负环管片拼装而成, 在负环后部安装0.5m宽的钢圆环, 使砼管片均匀受力。钢环后部用3榀56#工字钢及细石砼嵌实, 在3榀工字钢后用钢管支撑, 盾构掘进时的轴向力由其传递至站台(见附图10), 施工时根据每一车站具体情况做出适当调整。
(5)、 洞口止水装置的安装
洞口加固圈与盾构外径存在环向建筑空隙, 为防止盾构出洞时土体从间隙流失, 在洞圈安装橡胶帘布环状止水带、 扇形板等组成的密封装置(见图7-4-3), 作为施工阶段的临时防泥水措施。
图7-4-3 洞口密封装置构造图
(6)、 洞门砼凿除
盾构出洞时, 在盾构与槽壁之间搭设脚手架, 用以割除外排钢筋, 并按照先下后上的顺序逐块吊出。
2、 盾构出洞
(1)、 后盾负环拼装、 盾构调试完成后, 拉去洞圈内钢筋砼网
片。在此过程中, 要连续施工, 尽量缩短作业时间, 确保正面土体的稳定性; 并配备专职安全员对此进行监督检查, 杜绝安全事故隐患。盾构靠上推进土体; 调整洞口止水装置。
(2)、 盾构推进前, 为减少盾构的推进阻力, 在盾构机座轨道面上涂抹牛油。为避免刀盘上的刀头损坏洞门密封装置, 在刀头和密封装置上亦涂抹油脂。在盾尾钢丝刷处填满密封油脂。
( 二) 、 盾构进洞
1、 盾构接收井的准备
盾构接收井施工完成后, 对洞门位置的方位测量确认, 安装盾构接收基座(参照出洞盾构基座安装形式)。接收井内砼洞门凿除和洞门封堵材料等各项工作准备就绪。
2、 盾构姿态的复核测量
盾构进洞前100m对隧道进行贯通测量、 进洞口中心坐标测量, 并由不同单位、 不同仪器复测两次, 确保测量数据准确。根据测量数据及时调整盾构推进姿态, 确保盾构顺利进洞。进洞时隧道中心偏差与设计洞门偏差控制在±2cm以内。
3、 盾构进洞
(1)、 洞门砼拆除
当盾构逐渐靠近洞门时, 在洞门砼上开设观察孔加强对其变形和土体的观测, 并控制好推进时的土压力值。在盾构切口距洞门20-50cm时, 停止盾构推进, 尽可能掏空密封舱内的泥土使切口正面的土压力降到最低值, 以确保砼封门拆除的施工安全。砼封门拆除的方法与出洞时基本相同。
(2)、 在砼洞门拆除后, 盾构尽快连续推进并拼装管片, 尽量缩短盾构进洞时间。
(3)、 洞圈特殊环片脱出盾尾后, 用弧形钢板与其焊成一个整体, 并用水硬性浆液将管片和洞圈的间隙进行填充, 以防止水土流失, 保护周围环境。
三、 首100m试推进
试推进是对盾构机进行负荷试验。经过试推进, 可全面检验整机性能。发现盾构机的不足并及时加以修正。盾构掘进的前100m作为试推进段, 在此阶段, 海瑞克公司派驻专家指导小组协助我方完成试推进工作, 专家指导小组包括项目主管、 土建、 液压、 机械、 电气工程师各一名, 我方组织相应的专业小组与外方专家对口合作。在这段施工中重点要求做好几项工作, 见表7-4-1。
四、 试掘进转入正常掘进
( 一) 、 拆除反力支架、 负环管片、 盾构基座, 做洞门。
( 二) 、 拆除临时出土进料轨道和道岔, 铺设正常施工的轨道和道岔,

试掘进工作内容表 表7-4-1
序号
项目
内 容
1
技术工作
1.全面熟练掌握盾构施工各作业环节的施工方法、 技术规范。特别是决定成洞质量、 控制施工速度的关键环节。如掘进、 隧道线形、 注浆、 管片拼装、 出碴运输等。经过试推进, 以上重要环节达到熟练掌握程度。
2.完善优化施工组织设计方案( 不同的盾构、 甚至相同的盾构在不同的地质情况下, 施工组织也会有所区别) 。为此, 在试推进期间不断完善施工组织方案, 以使之更加科学合理, 达到各工序衔接紧密, 劳力配置最优的程度。
3.编制有关规定、 图表。根据业主提供的有关资料、 结合本标段隧道工程的实际情况, 编制盾构施工各工序、 各岗位的操作规程、 作业工法、 质量监测卡片、 设备运行、 保养、 维修记录表等。
4.摸索出最佳掘进参数。保护好出洞口的管线, 加强对地面沉降的监测, 及时获取监测结果。沟通井下和地面的信息, 经过试推进要摸索出控制地面沉降和保证隧道质量的最佳掘进参数, 即刀盘转速、 总推进力、 密封舱压力、 注浆量及压力、 推进速度、 螺旋输送机出碴量等参数之间的关系, 最终找到控制地面沉降的方法。
2
组织工作
1.施工人员经过最初试推进能独立完成各项作业。全体施工人员必须经过理论培训合格、 持证上岗。在制造厂家技术人员的指导下, 盾构主司机、 吊机、 注浆设备、 管片安装机构、 机车司机等操作人员应尽快对新盾构机的操作方法、 机械性能进行熟悉, 达到技术规范规定的质量标准。
2.维护保养人员应对整机的润滑、 检查、 监测点有全面掌握并能进行独立作业, 还应建立详细完整的档案, 以免发生漏项。
3.首100米试推进可细分为三个区段, 第一区段14.4米(12环), 第二区段36米(30环), 第三区段50.4米(42环)。第一区段属最初掘进阶段, 日进度掌握在二环至三环。盾构正面密封土压力、 刀盘转速、 推进速度、 推进油缸顶力、 注浆压力等诸项施工参数, 分别采用三组不同参数进行试推进。经过隧道沉降、 特别是地表沉降变化, 地层沉降测量, 确定一组适用的施工参数值。第二区段采用第一区段的较佳施工参数, 日进度从三环递增至五环的试推进正常施工进度。经过施工监测, 根据地层条件、 地下管线、 房屋情况, 对施工参数作慎密细微的调整, 取得最佳施工参数。第三区段是正式推进施工的准备阶段, 在条件允许下日进度渐次提高到正常水平, 但强调服从地面沉降、 管线监护为原则。各项沉降应符合+10mm、 -30mm标准。
3
临时出土进料
1、 盾构始发出土、 进料临时使用上行线井口,
2、 在车站内铺设临时轨道和道岔, 见附图24。
3、 使用两台机车、 四节平板车, 兼顾出土、 注浆料、 管片的运输。
4
整机验收
1.由机械、 电气、 液压及施工技术人员组成的盾构验收小组, 根据建设单位要求, 以盾构各部件设备的机械性能技术指标为依据, 进行盾构验收并提出鉴定意见。
2.在地质条件允许的情况下, 在试推进期间, 可对整机进行满负荷试验, 以准确、 全面验收整机性能。
( 三) 、 调整各作业班组施工人员
经过试掘进会发现各工班技术力量是否均衡合理, 各岗位劳力安排是否匹配, 如有不妥应做适当调整。
( 四) 、 根据试掘进取得的经验完善各种工法、 操作规程、 监测卡片、 记录图表等。
( 五) 、 试掘进的第三区段已基本达到正常推进的水平, 盾构推进、 管片安装、 同步注浆及二次补压浆等作业工序的重要技术参数已摸索出最佳值, 正常掘进应严格遵照执行。地层变化
( 六) 、 交接班是施工中的重要环节, 准备接班的工班负责人应在进洞前与洞内施工负责人取得联络, 提前了解设备运行状况、 地质状况, 以便在进洞前做好设备维修专用工具、 配件和工程材料的准备, 确保工班之间衔接紧密, 施工连续进行。
五、 管片安装
管片安装是盾构法施工的重要环节。管片作为永久性衬砌, 其安装质量好坏直接关系到成洞质量。同时, 在盾构掘进施工过程中还要作为盾构推进时的支座, 承受盾构推进油缸的纵向推力。因此, 要求管片能在较短时间内高质量安装完毕, 以适应盾构推进作业循环要求。并能立即承受围岩压力防止地面沉降。
( 一) 、 管片结构
基本参数: 内径: 5500mm, 厚度: 350mm, 宽度: 1200mm。每环管片分6块, 3块普通块各67.5°; 2块邻接块各68.75°; 1块封顶块20°。
( 二) 、 拼装顺序
管片拼装顺序: 由下部开始, 先装普通块, 再对称安装邻接块, 最后装封顶块。
( 三) 、 拼装工艺
1、 管片在做防水处理之前必须对管片进行清理, 然后再进行防水橡胶条的粘贴。
2、 安装过程中要彻底清除盾壳安装部位的垃圾, 同时必须注意管片的定位精度。特别是第一组管片的定位会影响以后管片的安装质量及与盾构的相对位置, 因此第一环应尽量做到居中安装。
3、 为避免开挖面的坍塌, 盾构推进油缸不能同时收回, 要根据各段管片对应位置交替收回。即安装哪段管片收回哪段相对应的推进油缸, 其余推进油缸仍顶紧。
4、 封顶块轴向嵌入80cm, 然后再开启轴向施压推进油缸, 纵向插入。
5、 管片安装要把握好管片环面的平整度。
6、 边拼装管片边扭紧纵、 环向联接螺栓, 待整环管片安装完毕, 撑开真圆保持器固定。
7、 在整环管片脱出盾尾后, 再次按规定扭矩扭紧全部联结螺栓。环向螺栓扭矩为 -2500N·m, 纵向螺栓扭矩为 1500- N·m。
( 四) 特殊地段管片的安装
1、 曲线段管片安装
盾构在竖曲线和水平曲线地段上施工, 或施工轴线偏离理论轴线发生蛇行时, 相邻管片环之间会出现楔形间隙, 止水橡胶条不能接触, 为此必须采取特殊办法加以处理。
( 1) 、 竖曲线地段
竖曲线地段半径为3000m, 在管片背向盾构推进油缸的环面上, 分段覆贴不同厚度的低压石棉橡胶板, 以使其在施工阶段推进油缸推力作用下成为一个合适的斜面。由于覆贴料厚度小, 不会减弱弹性密封垫的止水效果。
楔形垫板见附图11。
( 2) 、 平曲线地段( 本标段最小平面曲线半径800m)
为适应圆曲线段、 缓和曲线段、 施工纠偏等需要, 设计楔形衬砌环, 其楔形量按曲线半径为800m的圆曲线段连续布置楔形环计算。衬砌排版时, 对不同的缓和曲线、 圆曲线段均以计算优选的最佳衬砌布置方案拟合( 一般拟合误差小于10mm, 局部20mm) , 以满足线路设计的要求。
2、 联络通道地段管片安装
在设置联络通道的地段, 两个区间隧道的内侧均要留出一个旁洞, 宽约2500~4000mm。为了承受旁洞顶部和底部拱圈传来的荷载, 旁洞上下均需设置过梁以及支承过梁的壁柱, 从而在旁洞四周形成一个坚固的封闭框架。
旁洞的开口部分在盾构经过时用临时填充管片堵塞, 使管片环仍为封闭的, 以改进其受力条件, 防止泥砂涌入。联络通道施工前, 再将填充管片拆除形成旁洞, 于是, 荷载完全传到框架上。
联络通道衬砌与旁洞框架连接部分的防水措施, 将联络通道的防水隔离层贴在管片凸缘上, 然后用钢板压紧, 管片与钢板间形成的缝槽用防水材料嵌填。
六、 注浆
注浆是盾构机掘进施工中的一道重要工序。该工序可分为同步注浆和衬砌壁后二次补压浆两部分。
( 一) 、 同步注浆
同步注浆的作用是经过及时填充盾构与管片圆环间的建筑空隙来减少地面沉降, 是盾构推进施工中的一道重要工序。选择具有和易性好、 渗水性小、 具有一定强度的浆液, 并及时、 均匀和足量压注, 确保建筑间隙得以及时足量地填充, 压浆参数根据压浆时的压力值和地层变形监测数据及时调整。同步注浆经过嵌于盾尾的注浆管压注。
1、 同步注浆工艺流程
同步注浆的工艺流程为: 地面拌制浆液→隧道内平板车上浆筒运输→工作面后配套车架上注浆泵控制压注。
2、 浆液配比设计
根据工程地质情况, 结合海瑞克盾构机在类似地质条件下的成功经验, 本工程同步注浆浆液主要采用惰性缓凝浆液, 需特殊处理地段视情况选用与二次补压浆相近的双浆液。
惰性浆液的配比设计, 主要考虑浆液的充填性( 流动性) 、 离析性、 初凝时间、 固结强度, 同时根据施工反馈信息和现场试验结果进行调整, 初步拟定的浆液配比如下( 重量比) :
惰性浆液配比表 ( 重量比) 表7-4-1、
黄砂
水泥
粉煤灰
膨润土
水
缓凝剂
初凝时间
59%
5%
9%
13%
14%
0.06%
20h
3、 注浆量
理论注浆量按下式计算:
V=π(D2-d2 )×L/4
D——开挖直径: 6390mm
d——管片外径: 6200mm
L——管片宽度: 1200mm
V=3.14×(6.392-6.22)×1.2/4=2.25m3
考虑到本标段的地质条件, 同步注浆量初步定为150%～200%建筑间隙的体积, 因此注浆量选择在3.38～4.51m3之间。
4、 浆液的搅拌和运输
按照浆液搅拌运输方案, 在地面注浆材料拌合站, 准确计量材料, 严格按先后顺序投放, 不能把已凝固的水泥、 膨润土等不合格材料投入使用, 连续搅拌到规定时间, 存放在具有低速搅拌功能的储浆槽内备用。
浆液在运输过程中不能出现离析沉淀, 运输浆筒装有搅拌装置。
5、 浆液