盾构过站施工方案.doc

盾构过站施工方案1 编制目的为保证盾构机在纬一街站推进时的施工质量和安全，确保盾构机顺利空推通过纬一街车站并二次始发。2 编制依据 西安地铁二号线铁路北客站会展中心站段施工图设计第五篇区间第十七册【会展中心站纬一街站】第四分册区间隧道设计图； 西安地铁二号线铁路北客站会展中心站段施工图设计第五篇区间第十六册【纬一街站小寨站】第四分册区间隧道设计图； 西安城市快速轨道交通二号线一期工程详细勘察阶段【会展中心站纬一街站小寨站】区间岩土工程勘察报告（第一次补充勘察）2008年1月；纬一街车站结构图；现场调查情况；国家现行技术规范、标准及西安市现行相关规范、标准及文件；3 方案概述本工程盾构到达纬一街站后需要平移后空推通过纬一街站，之后在始发端平移后进行二次始发向小寨站方向掘进。总体施工步骤为：车站砼导台施工盾构机到达掘进车站接收、始发端清理安装并定位盾构接收架砼导台安装导轨盾构主机与车架断开利用油缸平移接收架接收架上安装牛腿拼装负环将主机推进至砼导台上导台内安装牛腿拼装负环管片空推过站铺设站台轨道始发端接收架安装定位并接收主机反力架运输与安装千斤顶平移始发架（主机）主机测量定位后配套过站后配套与主机连接反力架加固拼装负环管片二次始发掘进。4 工程地质与水文地质描述4.1 盾构到达端地质及水文情况纬一街站盾构到达端地层至上而下依次为1-1杂填土、1-2素填土、3-1-1新黄土、3-2-1古土壤、4-1-2老黄土和4-4粉质粘土，盾构穿越范围内为3-2-1古土壤和4-1-2老黄土地层，3-2-1古土壤具针状孔隙，含多量白色钙质条纹及结核，团粒结构，底部结核富集成30cm左右硬层，坚硬可塑状态。4-1-2老黄土中含少量钙质结核，见蜗牛壳碎片，可塑状态为主，地下水位附近呈软流塑状，属中压缩性土。地下水类型主要为潜水，局部地段分布有上层滞水。地下水主要接受大气降水、地表水、灌溉水入渗补给。径流方向与地形基本一致，自东南向西北径流，盾构接收端地下水位线位于隧道中下部（轨面线位置），水位线较低。4.2 盾构始发端地质及水文情况纬一街站盾构二次始发端地层至上而下依次为1-1杂填土、3-1-1新黄土、3-2-1古土壤、3-2-2古土壤和4-4粉质粘土，盾构穿越范围内为3-2-1古土壤和3-2-2古土壤地层， 3-2-1古土壤具针状孔隙，含多量白色钙质条纹及结核，团粒结构，底部结核富集成30cm左右硬层，坚硬可塑状态。地下水类型主要为潜水，局部地段分布有上层滞水。地下水主要接受大气降水、地表水、灌溉水入渗补给。径流方向与地形基本一致，自东南向西北径流，盾构始发端地下水位线位于隧道中下部（轨面线位置），水位线较低。5 盾构过站方案5.1 盾构到达与接收5.1.1 前期准备5.1.1.1 端头土体加固纬一街站盾构接收端头及盾构始发端头加固工作已经完成，目前掌子面无地下水渗流可以满足盾构机出洞和始发要求。5.1.1.2 车站砼弧形导台施工现目前纬一街车站单位已将盾构空推过站的弧形导台施做完毕，能够满足盾构通过使用。5.1.1.3 贯通前测量与盾构姿态的调整盾构到达前，在车站内投入测量控制点，并对车站洞门位置进行测量，贯通前还需对隧道内的测量控制点进行一次整体的、系统的控制测量复测，对所有控制点的坐标进行精密、准确的平差计算。在盾构到站前的最后一次测量系统搬站中，以精密测设并经过平差的地面导线点和水准点为基准，用测量二等控制点的办法精确测量测站、后视点的坐标和高程（测量全站仪和后视棱镜的坐标和高程），每一测量点的测量不少于4个测回。盾构到达前50米地段即加强盾构姿态和管片测量，根据复测结果并结合车站实测洞门钢环的实际位置适当调整隧道贯通时的盾构姿态；确保盾构机按设计线路进入车站。盾构到车站段时其刀盘平面偏差允许值：平面15mm、高程010mm。为了便于盾构机的接收出洞时要求盾构机水平出洞，出洞时注意调整盾构机姿态与管片拼装姿态。5.1.1.4 盾构掘进参数的总结盾构推进最后50环之前把盾构机姿态高程、水平均调整在合理范围内,总结出盾构穿越该土层最合理的施工参数和同步注浆量等参数。5.1.1.5 到达前洞门凿除在盾构到达纬一街车站前7天开始破除预留洞门围护桩砼的凿除，整个施工一次进行，将洞门围护桩砼至上而下依次凿除，预留出围护桩3分之1的钢筋。当盾构机刀盘抵拢钢筋后，出空土仓内渣土，迅速割除钢筋，根据刀盘的实际位置检查到站洞口的净空尺寸，确保没有钢筋侵入刀盘出洞轮廓范围之内，根据洞门出洞时的实际姿态对接收架进行定位和加固。5.1.1.6 接收架、始发架、导轨安装盾构到达前对将盾构接收架及始发架分别下放至车站的接收、始发井内，并安装大致定位。为了便于盾构过站时能在砼弧形导台上顺利推进，需要在导台两侧安装导轨。5.1.2 盾构到达段的掘进 在最后20环盾构机应当以均衡匀速的推进施工，且推进速度不宜过快，速度约以2cm/min为宜。盾构姿态变化不可过大、过频，控制单次纠偏量不大于10mm（高程、平面），控制盾构每次变坡不大于1。盾构刀盘距离贯通里程小于10米时，在掘进过程中，要派专人在暗挖隧道内负责时刻观察洞口的变化情况。如发现洞门土体有较大的震动或者出现开裂时，应立即通知主司机进一步降低盾构推力、刀盘转速以及推进速度，避免由于推力过大造成洞门坍塌或者地表沉陷。在到达阶段要密切关注盾构推进系统的推进速度和推进压力以及出土情况，当发现推力突然降低，推进速度过快等异常情况时必须立即停机。在对现场进行确认和检查之后，再进行掘进施工。5.1.2.1 推力与土压力控制盾构进入到达段后首先减小推力在500t左右，维持土仓内的压力值0.050.1Mpa之间，降低推进速度和刀盘转速，控制出土量并时刻监视土仓压力值，避免较大的地表隆陷。掘进至距贯通面约4米时，根据量测结果进一步减小推力。最后1-2环掘进时应尽量不加或少加水，以防止盾尾漏浆和周围土体松动较大而造成贯通后洞口涌浆等不良后果。刀盘抵拢车站围护结构的钢筋时，尽量出空土仓渣土，开始进行钢筋的割除工作。5.1.2.2 同步注浆注浆压力控制在0.30.35 Mpa，注浆量由注浆压力进行控制。掘进过程中如出现故障停机应及时清洗注浆管路防止堵管。5.1.2.3 管片安装纬一街车站盾构出洞段线路纵断面为2的下坡，水平为直线段，现场值班工程师应提前按做好管片的选型保证管片姿态、盾尾间隙良好。当隧道贯通后，还需要安装4环管片才能完成区间隧道的管片安装。此段盾构阻力很小，管片安装司机在安装管片时应时刻注意推进油缸的变化，防止在安装时盾构机前移而影响管片安装质量。5.1.2.4 最后15环管片的连接隧道贯通后盾构前方没有反力，油缸推力较小，为防止管片环缝张开出现渗漏水，在盾构推进的最后15环每拼装一环管片就采用槽钢将安装好的管片与上一环管片进行连接，推进一环连接一环，没环槽钢之间的连接处应焊接牢固，保证有足够的强度，纵向连接槽钢布置位置见下图。管片纵向连接装置布置图5.1.2.5 二次注浆盾尾推出盾构隧道与暗挖隧道连接处后，及时用砖块填充隧道与土体之间的间隙，封堵完成后利用管片上的二次注浆孔对最后4环管片进行补浆，浆液采用同步注浆浆液，注浆速度不可过快，可间歇性的压注，压注过程中时刻观察洞口封堵情况，如有异常应立即停止注浆作业。 5.1.3 盾构到达纬一街站的接收盾构掘进进入车站在隧道贯通时，要发生少量坍塌。坍塌后的碴土无法采用盾构出碴系统出碴，只有采用人工清理。清理后的碴土可堆放在车站的接收井内，待盾构空推过站后用电瓶车将碴土运至会展中心站。盾构出洞后根据盾构机水平、高程偏差，对接收架进行精确定位，并采用20A工钢将对接收架四周进行加固，使盾构主机能顺利推进至接收架上。5.1.4 主机与车架断开盾构主机完全推上接收台之后，由于车站结构尺寸限制，盾构主机需要在接收架上向车站西侧平移1米，由于主机平移后后配套设备无法移动且变形量较大，盾构主机平移前需要将主机与车架之间断开，断开处选择在连接桥前后端的连接处（如下图所示），连接桥断开前通过在管片小车上特制的门框支撑架对连接桥前端进行支撑，支撑稳固后即可将连接桥与盾构主机分离，并将各种管线同时与主机拆开分离，之后进行盾构主机平移工作。连接桥前端门框支撑架5.2 盾构主机接收端平移为保证盾构机能顺利快速平移，接收架定位时需要在接收架下方铺设45道10mm厚规格为1500*5000mm的钢板，并在钢板上涂抹黄油便于接收架水平移动，在主机右侧的预埋钢板上焊接反力牛腿，利用100T的液压千斤顶对主机实施平移，主机平移的长度根据车站砼弧形导台的位置确定，使接收架与砼导台呈一条直线即可。平移到位后对接收架进行加固处理，利用接收架上方的预留孔，通过M2280mm的高强螺栓将反力牛腿连接在接收架上，依靠外接泵站为盾构主机推进油缸提供动力，接收架上方反力牛腿提供反力，并安装负环管片使盾构前移，将主机推进至砼导台上。主机与接收架平移前 主机与接收架平移后主机在接收架上推进5.3 盾构机主机及后配套设备过站5.3.1 主机空推过站纬一街站盾构空推段长157.6米，此段在车站底板上浇注宽2.5米，高0.6米的砼弧形导台，弧形导台两侧安装38kg/m的钢轨，沿导台方向满铺，导台内纵向每隔3.5米为设置预留孔洞，预留空洞结构尺寸为长*宽*高=150*250*500mm，待盾构尾部通过导台上的预留孔后，在导台预留孔内安装顶推装置，并在盾尾内安装拱底块管片，将管片推至反力装置处使盾构沿导台面进行推进，由于预留孔纵向间距为3.5米需要拼装3块拱底块管片，盾构步进过程中，派专人在盾构机前方检查盾构机步进情况，并及时在导轨上涂抹黄油，以减小主机与导轨之间的摩擦力，刀盘前方的查看人员与液压油缸操作手紧密联系，出现异常立即停止推进。盾构空推过站示意图5.3.2 后配套设备过站盾构机在前进的同时，可在接收井和砼弧形导台上铺设轨道，轨道铺设完毕车架过站之前，需要拆除1-6#车架右侧的行走平台，然后利用电瓶机车牵引车架，使后配套车架整体一次通过车站至主机位置，车架过站完毕，将车架与主机进行机械、电器及风、水、油等管线连接。5.4 主机始发端平移及定位主机到达盾构始发端后，根据导台实际平面位置及高度对始发架进行定位加固，将主机推进至接收架上，在始发井西侧的预埋件上焊接顶伸牛腿采用接收端平移的方法将主机平移至始发井东侧。盾构始发端定位图由于始发段线路为左转的缓和曲线，考虑到盾构主机（9米长）完全进入隧道前无法调整姿态，故盾构始发时，距离洞门1米处进行定位，将盾构切口中心与线路中心线重合，将盾尾中心偏离线路中心右侧（+60mm），使盾构主机前、后形成一定的夹角始发掘进，主机完全进入隧道后前后均在允许误差范围内。5.5 盾构机二次始发盾构空推过站到达始发端头后对盾构姿态从新进行测量，并精确定位，并对反力架的平面及高程位置进行精确定位，利用车站地板及边墙的预埋件对反力架进行加固，为盾构提供反力使其正常始发掘进。5.5.1 端头地层加固纬一街站盾构始发端头已经采用直径800，间距600mm的旋喷桩加固，加固范围为：沿隧道纵向8m,横向为隧道轮廓线外3m（详细情况见端头加固方案）。加固工作已经完成，固能够满足盾构始发要求。5.5.2 洞门砼凿除盾构主机平移完成后即可在刀盘与掌子面之间搭设脚手架对车站围护结构砼进行破除，砼破除施工一次进行，将洞门围护桩砼至上而下依次凿除，预留出围护桩3分之1的钢筋。当反力架加固完毕并拼装好负环管片后割除剩余部分钢筋，刀盘迅速抵拢开挖面始发掘进。车站围护结构砼凿除（始发前预留钢筋）5.5.3 反力架及负环管片的安装5.5.3.1 反力架、负环管片位置的确定盾构主机到达始发端头平移前需要将反力拼装完成，待主机平移到位后在进行反力架的定位与加固，反力架定位根据车站洞门与导台之间间距以及考虑到洞门制作长度，反力架固定在距离洞门10米处，平面位置根据盾构主机定位姿态确定，反力架左侧立柱支撑采用两根299*30mm的无法钢管进行支撑，底部直接作用在砼弧形导台上，右侧立柱采用两排20a的工钢直接作用于车站端墙上，顶部横梁利用车站中板及边墙的预埋件焊接工钢支撑进行加固。反力架加固时型钢与预埋件和反力架等接头处采用满焊，确保反力支撑的刚度，反力支撑焊接时应保持每一根支撑均在同一个断面上，反力支撑的纵向及水平偏差不大于10mm，垂直度控制在1，根据洞门制作要求及反力架位置，确定负环管片安装的数量为7环，此始发端负环采用全环通缝拼装。5.5.3.2 反力架支撑形式及计算5.5.3.2.1 反力支撑的布置反力支撑加固图如下。反力架支撑平面图 反力架支撑剖面图 反力架支撑断面图 5.5.3.2.2 反力支撑受力计算实际始发掘进正常推力一般不超过1000t，且加设钢环对应力起均衡作用，考虑不均匀受力和安全系数，总推力按2000t计算。P按2000t平均分配在反力架的4个区计算，每个受力区平均分配得500t。按反力钢环本身刚度可达到要求，不会因推力而变形考虑，若图中所示4个受力区域可满足推力要求,则反力钢环支撑稳定,先计算四个角的钢支撑受力面积。一区：20a工钢6根截面积为21330mm2，299*30无缝钢管截面积为25353mm2。故S钢=46683mm2*215 N/ mm2（钢设计强度）=1004T500T,满足要求。二区：299*30无缝钢管截面积为25353mm2，砼受力面积1500cm2。故S钢=25353mm2*215 N/ mm2（钢设计强度）=545T, S砼=1500cm2/100cm2*28.5mpa=427.5mpa*10.2=4360.5kgf/cm2*9.8N=4.3T其中：砼100cm2的设计强度为28.5mpa，1mpa=10.2kgf/cm2，1kgf/cm2=9.8N。T总=545T+4.3T=549.3T500T,满足要求。三区：20a工钢16根截面积为56880mm2。故S钢=56880mm2*215 N/ mm2（钢设计强度）=1223T500T,满足要求。四区：20a工钢12根截面积为42660mm2。故S钢=42660mm2*215 N/ mm2（钢设计强度）=917T。S砼=6000cm2/100cm2*28.5mpa=1710mpa*10.2=17442kgf/cm2*9.8N=17TT总=917T+17T=934T500T,满足要求。通过以上计算反力架4个区域支撑均满足盾构始发要求,即反力支撑稳定。5.5.4 负环管片的安装在安装第一环负环管片时，首先在盾壳上安设厚度25mm，宽度100mm，长度1500mm的硬质方钢（或角铁夹方木），等待盾构机完全进入洞内，洞口开始进行同步注浆时，将方钢拆除。第一环负环环管片的安装负环管片采用全环通缝拼装，首先安装拱底块，再依次安装两侧的标准块及邻接块，最后安装封顶块。在安装邻接块时，在管片安装机的抓取头归位之前，用槽钢将这两块管片固定在盾壳的固定位置，槽钢一边焊在盾壳内表面，安装好封顶块拧紧连接螺栓后拆除槽钢，进行下一环掘进。其他注意事项第一环负环管片在向后推进时，注意控制推进油缸行程，尽量使所有推进油缸的行程保持一致。在管片推进完成之后，将管片与反力架之间的空隙用钢板楔实。负环管片的安装全部采用通缝拼装，所有负环管片安装不安装软木衬垫与止水条，只要安装时保证管片安装的成圆度即可。软木衬垫与止水条自零环管片开始安装。负环管片与接收架钢轨之间及时用方木楔楔紧。5.5.5 辅助设施的安装5.5.5.1 安装盾构机防扭装置盾构机刀盘进洞切削掌子面时会产生巨大的扭矩，为了防止这时盾构机壳体在导台上发生偏转，可以在盾构机壳体上焊接防扭装置，防扭装置每隔1.5米在盾构机两侧各焊接一个。随着盾构机的前行，当防扭装置靠近洞门密封时，将之割除。5.5.5.2 管片支撑在拼装负环管片前，在始发架两侧面安装工钢三角支撑，防止负环管片变形，推进过程中应及时在负环管片和三角撑之间打入木楔。5.5.5.3 洞口始发导轨的安装盾构机进入洞门时，由于前方还有将近1米的空隙，可以在洞门密封内侧焊接长约30两根导轨，因为盾构始发端线路为2的下坡，坡度较小考虑盾构机水平出洞，导轨高度与始发台高度相同。5.5.5.4 洞门密封安装盾构正式始发之前，清理完洞口的碴土，完成洞口密封固定板、折叶压板及洞门帘布橡胶板等临时密封装置的安装，见下图。盾构出洞临时密封装置示意图5.6 盾构试推进5.6.1 参数的确定盾构推进过程中，根据不同地质、覆土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果调整土仓压力，推进速度保持相对平稳，控制好每次的纠偏量，减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好的条件。同步注浆量要根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整，将施工轴线与设计轴线的偏差及地层变形控制在允许的范围内。（1） 土仓压力值P的选定P值与地层土压力和静水压力相平衡，始发段地下水位位于隧道底部以下，无需考虑水压，不考虑土层粘结力，刀盘中心土压力为P0，P0h（土体的平均重度，h刀盘中心至地表的垂直距离），设定土压力PKP0，K土的侧向静止土压力系数。根据会展中心站地质图及车站结构图，可得：=1.9K=0.6h =11故P =0.125MPa在始发阶段60米，盾构中心土压值为0.120.15MPa，具体施工时，根据盾构所在位置的埋深、土层状况及地表监测结果进行调整。（2） 推力控制盾构始发阶段总推进力控制在700800T之间。（3） 出碴量的控制每环理论出碴量（实方）为44.8 m3/环，盾构推进出碴量控制在98%102%之间，即43.9 m3/环45.7 m3/环。松散系数按1.5考虑，即为65.85 m368.6 m3/环（4） 推进速度掘进速度及推力的选定以保持土仓压力为目的，根据施工的实际情况确定并调整掘进速度及推力。正常情况下为2040mm/min。（5） 盾构轴线地面沉降及推力控制盾构轴线偏离设计轴线不大于50mm，地面隆陷控制在+10mm-30mm。在始发掘进，严格控制盾构机的各组油缸压力使盾构机总推力小于900T。5.6.2 始发时掘进姿态的控制盾构机始发时，保持水平趋势。盾构机在导台上往前掘进时，必须严格控制盾构机的各组油缸的推进行程，确保盾构机能严格按照设计轴线往前推进。盾构在始发时，为了确保反力装置合理受力，要求自零环管片开始推进时，就要严格控制推进油缸的行程，确保盾构机沿始发台导台向前推进。同时要求盾构在向前推进时，盾构合理的纠偏趋势，原则上盾构机趋势不大于2。5.6.3 同步注浆5.6.3.1 注浆配比参数（1） 注浆材料采用水泥、粉煤灰、砂子、膨润土按一定比例配成浆液作为同步注浆材料，该浆液具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和良好的防止地下水浸析的特点。注浆浆液配比及主要物理力学指标本标段工程同步注浆拟采用表1所示的初步配比。同步注浆材料初步配比表水泥（kg）粉煤灰（kg）膨润土（kg）砂（kg）水（kg）外加剂16526164830490在施工中，根据地层条件、地下水情况及周边条件等，通过现场试验不断优化注浆配合比，以使同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标：胶凝时间：一般为410h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。固结体强度：一天无侧限抗压强度不小于0.1MPa，28天抗压强度不小于1.0MPa。浆液结石率：95%，即固结收缩率5%。浆液稳定性：泌水率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于3%。同步注浆方法盾构主机进入隧道后，通过同步注浆系统及盾尾的内置4根注浆管，在盾构向前推进盾尾空隙形成的同时进行，采用双泵四管路（四注入点）对称同时注浆，注浆完后，拆除注浆管，进行下一循环注浆。待注浆料初凝后，拆除球阀，用塑料堵头将预留注浆孔塞紧。注浆可根据需要采用自动控制或手动控制方式，自动控制方式即预先设定注浆压力，由控制程序自动调整注浆速度，当注浆压力达到设定值时，自行停止注浆。手动控制方式则由人工根据掘进情况随时调整注浆流量，以防注浆速度过快，而影响注浆效果。（2） 设备配置搅拌站：临时砂浆搅拌站两座，搅拌能力25m3/h。同步注浆系统：配备液压注浆泵1台，个盾尾注入管口及其配套管路。运输系统：砂浆输送泵一台。5.6.3.2 注浆控制措施（1） 注浆压力同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压及土压力之和，做到尽量填补同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不充足，会使地表变形增大，根据会展中心站F9暗挖隧道段275环的掘进总结出注浆压力应控制在0.30.35Mpa之间，二次注浆压力为0.30.5Mpa。（2） 注浆量注浆量根据注浆压力进行控制。5.7 始发阶段出渣及材料运输始发阶段的碴土均运至会展中心站出碴，管片等材料也在会展中心站通过门吊下放通过管片车运至隧道内。5.8 始发时的注意事项盾构机始发时负环管片周围没有约束，必须在管片四周尽可能地加上各种支撑，保证盾构机向前推进时负环管片失。在盾构机往前推进时，管片露出盾尾时，立即用木楔将管片与始发导台两侧的缝隙填密实。盾构机往前推进时，在始发台两侧必须设专人进行观测与查看，当发现有异常情况时，立即通知主控室停止推进，待故障排除后，再往前推进。在盾构机始发之前，为防止盾构机在始发台掘进时发生旋转，需要在盾构机两侧盾壳焊接两排防扭装置，防止盾构机发生旋转。在始发阶段由于推力较小，过加固区后地层较软，要使盾构处于上坡趋势，防止盾构机低头。加强施工监测工作，根据监测结果指导施工，保证地面设施和地下管线的安全。6 盾构过站施工组织6.1 人员组织盾构通过暗挖段期间人员分两班进行，每个作业班的劳动力组织如下表所示：盾构过站人员配置表序号岗位名称计划人数（人）备 注1班长12管片司机13管片安装44管片供应25注浆司机16机车司机27搅拌站38门吊司机29充电工110洞内刀盘前方检查111盾构机维保112电工113盾构主司机1合计：21人6.2 主要材料及机具组织过站主要材料、机具表序号名 称规格型号单位数量备 注1编制袋个2002反力牛腿20mm钢板自制个43铁 锹把204气割工具套25工钢20a米7506电焊机台47折页压板套808帘幕橡胶密封套19钢板10mm平方3510钢板20mm平方311烧结砖块80012始发架套213液压千斤顶100T套214液压千泵站套115反力架套116钢轨38kg/m米31417膨胀螺栓M18套6