城市地铁TBM过站施工

1、城市地铁TBM过站施工工法城市地铁TBM过站施工工法前言1工法特点2使用范围3工艺原理4施工工艺流程及操作要点56材料与设备质量控制78环保措施9效益分析10工程实例11安全措施目录一、前言 TBM在城市地铁施工过程中，避免不了频繁过站，在过站过程中，既要充分考虑车站工期与总工期的相互制约关系，又要考虑车站的结构形式，还要考虑过站对周边环境影响等因素。因此，需根据实际情况确定不同的过站方案。 由中铁隧道股份有限公司承建的重庆轨道交通六号线一期TBM试验段工程，是TBM首次在国内城市地铁施工的一次重大尝试。该工程采用由美国罗宾斯生产的2台敞开式TBM，TBM各先后通过6个车站，过站频繁，且过站模

2、式复杂多样。 中铁隧道股份有限公司联合设计单位及国内外专家、院士开展科技创新，先后确定了掘进过站、平底步进过站以及弧底步进重叠过站等三种过站方案，并在TBM过站过程中顺利得以实施。本工程TBM过站为今后TBM在城市地铁应用提供了宝贵的经验和巨大的借鉴价值。 二、工法特点2.1 TBM掘进过站工法特点TBM掘进过站即在车站未施工、不具备步进过站条件的情况下，采取直接掘进通过的过站方式，工艺与区间隧道掘进一致。其特点在于可节省工期，不必停机等待车站施工，而车站施工时又可减少工作量。2.2 TBM平底步进过站工法特点TBM平底步进过站即过站时步进底板为平面，满足步进小车、步进机架等平底步进，需在步进

3、中线位置预留420mm250mm的导向槽。通过安设步进机架及步进小车依靠步进机架与地面的摩擦力提供反力步进通过，其特点是步进速度快，对车站结构影响小，适用于一般车站过站。 2.3 TBM弧底步进重叠过站工法特点TBM弧底步进过站即过站时步进底板为弧面，提前预埋提供步进反力的钢套管，通过安设步进机架依靠预埋套管内插入的插销提供反力步进通过，其特点是减轻底部承重荷载，对车站结构影响小，适用于上下重叠换乘车站过站。 三、使用范围3.1 掘进过站 TBM掘进过站适用于到达时车站结构未施做完毕或未开始施做，出于工期等因素考虑，采用直接掘进过站的方式。3.2 平底步进过站 平底步进过站适用范围较广，当普通

4、车站结构完成或基本完成时，过站底板施做完毕后即可采用平底步进过站方式。3.3 弧底步进过站 弧底步进过站适用于换乘车站上下重叠车站（上层）的过站，施做预埋套管并在弧面底板预埋导向钢轨后即可采用弧底步进过站方式。 四、工艺原理4.1 掘进过站原理 掘进过站原理与区间隧道掘进原理一致，即依靠撑靴提供作用反力，推动设备前进，主电机驱动刀盘转动将掌子面岩石切削落下后经由皮带机系统运输渣土至溜渣口，编组列车接渣外运，完成一循环（1.5m）换步进行下一循环掘进，掘进时同步进行初期支护。4.2 步进过站原理 步进过站原理为通过安装步进机架提供作用反力，主推进油缸推动主机前行，推动一循环（1.5m）后换步进入

5、下一循环的步进，边步进边进行轨线延伸。 5.施工工艺流程及操作要点 5.1 TBM掘进过站 掘进过站工艺流程及操作要点与TBM在区间隧道掘进一致，不再赘述。 5.2 TBM平底步进过站 平底步进过站工艺流程及操作要点与类似TBM步进施工基本一致，不再赘述。 5.3 TBM弧底步进过站 弧底步进过站示意图详见图5-1；步进流程图详见图5-2。预埋套管后支撑步进机架撑靴推进油缸步进机架撑靴图5-1 弧底步进示意图 图5-2 TBM弧底步进工艺流程图后支撑提起，主推进油缸在步进架的反力作用下推动主机前行当主机行进一个循环后，后支撑撑紧地面，提起步进机架，主推进油缸收回，步进机架前移主推进油缸回位后，

6、放下步进机架，鸣笛拖拉后配套完成一循环步进，准备下一循环步进材料准备预埋步进导向轨及钢套管步进断面检查安装步进机架在导向轨上涂抹黄油在预埋套管内插入插销，准备步进5.3.2 TBM弧底步进要点1、TBM弧底步进方案要点 1)TBM从车站中板步进通过，需要对TBM荷载、车站中板、临时钢支撑进行详细的受力分析和结构检算，特别是如何保证在确保车站中板安全的前提下实现车站中板与钢支撑之间的联合受力，必须严格进行设计和施工，尽量减少施工不确定因素。 2)在上洞TBM步进过站时，下洞TBM原地等待，等上洞TBM通过车站并拆除临时钢支撑之后，下洞TBM再过站。 3)在车站两端，上下洞之间间距太小，上洞TBM

7、步进及在掘进期间的运输荷载对于下洞的结构安全存在较大影响，须对下洞初期支护进行加强并提前进行二次衬砌施工。 4)为了保证TBM掘进施工的安全，车站两端区间隧道小间距段必须采用人工开挖，待两洞分开一定距离后方可采用TBM掘进。初步确定采用TBM掘进的两洞之间安全距离为5m。 2、 TBM弧底步进要点1）TBM步进前的质量检查由测量组负责对： 步进弧形底面轮廓进行确认复核，是否有侵入TBM步进断面净空； 始发洞断面是否有侵入TBM步进断面净空，步进导轨间距及标高复查。由工程师负责对： 检查步进弧面：模拟TBM轮廓用盘条制作弧形模具2个，检查钢轨两侧及隧道底部混凝土是否进入TBM轮廓净空，发现问题及

8、时凿除整改； 检查预埋套管：按设计间距检查预埋套管的位置是否符合要求，检查预埋套管是否缺失或被堵塞，发现问题及时整改； 检查步进架：检查步进机架的零部件是否齐全，提前准备好备用。 2）步进阶段轨线材料运输 在TBM步进前将步进时需延伸的钢轨存放在洞外备用，TBM向前步进，通过平板车向前倒运钢轨。 步进段轨线采用43kg/m钢轨，钢轨长12.5m/根，轨线形式为四轨三线，外侧两轨中心距为2910mm，各股轨道中心距离均为970mm，轨排间距为80cm，轨道延伸采用人工配合轨排吊机施工作业，先用人工将轨枕倒至后配套拖车前轨道吊机下部，轨道吊机吊起轨排架，人工摆放到位，钢轨扣件采用成品垫板、M16螺

9、栓连接，采用人工或风动扳手进行紧固。所有扣件螺栓必须紧固，不得出现松动现象，在钢轨连接处对轨枕间距可做适当加密，防止TBM走行时剪断钢轨。 轨排架摆放到位后，纵向采用螺纹钢焊接成总体，两侧设斜撑加固，TBM步进过程中，安全员、工班长加强巡视，如有发现轨排架侧倾、扭曲的必须停止步进，并对该位置轨排架进行校正，加固处理。 3）步进准备 导轨润滑：步进前将TBM导向轨涂抹黄油润滑，减小摩擦力，利于主机前行； 撑靴靴板处理：在已施做二衬部位不需安装步进架依靠撑靴支撑于二衬边墙上提供作用反力推动主机前行，为防止靴板及防滑钉破坏二衬结构，在步进前需用胶皮将撑靴完全包裹； 取下所有刀具，减轻机器自重。4）T

10、BM步进过程中总结的注意事项 在步进通过衬砌段时，刀盘前面安排2人指挥设备走向，用对讲机与主司机及时取得联系，为防止设备碰触到衬砌结构，刀盘内外需加强联络，及时调向。 按设计图纸计算所需轨线材料的数量，提前做好充分的准备，及时运输，防止因轨线材料不足而影响正常步进。 在步进过程中，需加强对后配套部分的检查，防止因线路转弯半径小或调向过猛导致后配套跳道。 准备充足的步进插销，为提供充足的反力，插销经常弯曲损坏，需经常更换。3、TBM弧底步进辅助措施 TBM弧底步进适用于上下重叠过站（上部）过站，左右线分布于车站同侧，呈上下垂直分布。双线分布示意图详见图5-3。过站中板厚度仅为70cm， TBM控

11、制荷载为机头，重约400t，计算模型为线荷载667KN/m。TBM过站时采用上层TBM先行通过，下部钢支撑支到中板上，采用双拼32工字钢与中板紧贴，609钢管作为钢立柱，横、纵向工字钢联结。经计算，中板局部抗压，钢支撑体系抗压及稳定均满足要求，可以满足TBM过站安全性及工期要求。钢支撑效果图如图5-4所示，钢支撑细部图详见图5-5。 图5-3 TBM弧底过站双线分布示意图TBM图5-4 TBM弧底过站下部钢支撑效果图 图5-5 TBM弧底过站下部钢支撑细部图 4、 监控量测要点 确保TBM弧底过站安全的关键是全过程监测中板挠度、钢支撑轴力、中板沉降、中板裂缝等情况，及时量测TBM所在位置前后引

12、起的动态监测数值，并与分析监测控制标准及警戒值比较，及时反馈指导施工。主要的监测内容参见表4-1。 监测项目布置量测频率监测控制标准备注钢支撑轴力 前1、3、5跨钢支撑均布设一组断面，后面每隔16m设一组应力监测点2次/h不大于1200KNTBM步进到相关断面前20m、后40m进行相关监测项目24小时监测，当监测数值达到控制标准的70%时，定为警戒值中板挠度每隔20m布设一个断面1次/h不大于4mm裂缝监测纵距20m一个断面，一个测点TBM过站机头、撑靴通过时连续监测不大于0.1mm表5-1 监测内容汇总表 5.3.3 劳动力组织劳动力配置表详见表5-2。 表5-2 劳动力配置表 班次人员组织

13、总人数掘进班班长1人，TBM操作司机1人，锚杆、网片、拱架施工9人，轨道、管线延伸4人，喷砼施工3人，施工运输2人每班20人，共六个班维保班班长1人，换刀工6，主机保养9人，后配套保养8人。24综合班班长1人，充电工2人，加工组18人，常规设备维保6人，拌合司机6人，材料倒运4人，轨线维护8人，门吊、装载机、挖机司机、叉车共计12人57电工班班长1人，TBM值班电工4人，TBM保养班电工2人，综合班4人116.材料与设备过站使用主要材料见表6-1。 序号过站形式材料名称单位数量1掘进过站I14工字钢拱架榀2222砂浆锚杆（含垫板）套20322纵向连接筋根3846.5200200钢筋网Kg54.

14、0155喷射混凝土m4.395642钢管m0.3757水泥砂浆m0.1958掘进过站平底步进过站弧底步进过站43kg/m钢轨m69轨排架榀210轨道压板块1611压板螺栓套1612风管m1.513100进水管/150排水管m1.514电缆m1.515人行踏步板m1.5表6-1 主要材料供应表(每环用量) 6.2 设备采用的机械设备见表6-2。 表6-2 投入的机械设备表 7.质量控制7.1工程质量控制标准7.1.1掘进过站施工严格执行铁路隧道施工及验收规范。掘进水平误差为+50mm，高程误差为+50mm。初期支护严格遵循新奥法施工原则，并严格执行铁路隧道施工及验收规范中相关要求。7.1.2 T

15、BM弧底步进过程中，为确保步进过程安全可控，对全过程进行实时监测，相控制标准及警戒值详见表7-1。表7-1 中板过站监测控制标准及警戒值 序号监测项目监测控制标准备注1钢支撑轴力不大于1200KN当监测数值达到控制标准的70%时，定为警戒值2中板挠度不大于4mm3裂缝监测不大于0.1mm7.2质量保证措施7.2.1 掘进过站过程中，须采用人工复核配合PPS导向系统的措施，确保TBM沿设计轴线及坡度掘进，确保贯通误差在允许范围内。7.2.2掘进过站过程中，应根据现场情况积极采取加固措施，防止大面积掉块或塌方。7.2.3根据监测情况及时调整掘进参数，确保掘进过程安全可控。7.2.4 TBM平底步进

16、前，严格按规范施作步进混底面凝土，确保混凝土振捣密实，平整度满足规范要求，且导向槽尺寸符合设计要求。7.2.5步进过站过程中，必须保证始发洞尺寸符合设计要求，避免侵入TBM轮廓净空影响步进。7.2.6中板弧底步进过站前，需检查步进弧形底面及预埋钢轨位置及标高，避免侵入TBM轮廓净空影响步进。7.2.7中板弧底步进过站前，严格按设计要求进行钢支撑的架立及加固，确保钢支撑的整体稳定性。8. 安全措施8.1 遵照国家颁布的建筑安装工程安全技术规程及上级制定的有关规定执行。8.2 建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。8.3 针对TBM步进特点建立安全责任制、安

17、全检查制和安全教育制度。做到安全责任到人，人人管安全，人人保安全。6.4 特种操作人员必须持证上岗，各种作业人员作业时配带相应的安全防护用具及劳保用品，严禁操作人员违章作业，管理人员违章指挥。8.5 施工中所用机械、电器设备必须达到国家安全防护标准，一切设备应经过工前性能检验或安全性能检查，安全合格后方可使用，并由专人负责，严格执行交接班制度，并按规定定期检修或保养。8.6 严格执行交接班制度，坚持工前讲安全、工中检查安全、工后评比安全的“三工制”活动。8.7 加强安全教育，确保所有施工人员施工前明确施工存在的安全隐患和处理措施。8.8 加强洞内外用电管理。切实执行照明、高压电力线路的架设标准

18、，保证绝缘良好。各种电动机械和电器设备均设置漏电保护器，确保用电安全。 9.环保措施9.1 严格执行国家环境保护法和水土保持法和重庆市政府有关规定，坚持做到“少破坏、多保护，少扰动、多防护，少污染、多防治”，实现环境监控达标，确保环境保护、水土保持设施与主体工程“同时设计、同时施工、同时投入使用”。9.2 决不使用有害物质的燃料、油料、化学品等。9.3 施工污水必须经过沉淀处理后方可排入城市污水管道。9.4 将工程垃圾和生活垃圾按照规定运至有关部门认可的弃碴场地，保持好施工现场和临时居住场所的环境卫生。9.5 工地门口按照规定设置洗车槽，外出车辆必须冲洗。9.6 在施工现场和办公、生活区分别设

19、置分类垃圾桶，区分可回收和不可回收垃圾，办公危险固体废弃物（废电池、废硒鼓、废墨盒）100%回收。9.7 施工道路出入口和交叉口设置交通指令标志，夜间设置示警灯及照明灯，保证车辆和行人的安全。9.8 加强现场施工管理，减少对周围环境的影响。 10.效益分析10.1 本工法提供了敞开式TBM三种不同的过站模式，在当今拓展城市地下空间的大时代，更好的适应复杂多样的地下车站过站，为地铁车站设计拓宽了思路，同时也为以后城市地下工程在类似情况下的规划建设提供了可靠的决策依据和技术指标，新颖的工法技术将促进地下工程施工技术进步，社会效益和环境效益明显。10.2 本工法与同类地下工程的工法相比，具有灵活多样

20、、适用性强的特点，根据不同的车站设计及施工情况，可有针对性的选择过站模式，有利于加快工程施工进度，且对车站结构干扰因素少，有利于文明施工，形成了较好的经济效益。 11.工程实例重庆轨道交通六号线TBM试验段11.1 红土地车站掘进过站11.1.1 工程概况 红土地站地处五黄路与洋河东路十字路口，位于五黄路北侧地下，大致成东西向布置。车站北侧为多高层商住建筑。车站顶部覆土约为44.47m，钻爆法施工，围岩级别为级，车站全长211米（DK18+473.186DK18+684.186）,采用先拱后墙法施工，结构形式为单拱双层形式，下半断面按TBM先通过后扩挖设计，车站小里程端采用TBM法施工，车站大

21、里程端采用钻爆法施工，本站为TBM掘进过站。红土地车站掘进过站示意图详见图11-1。 红土地车站隧道围岩顶板中等风化岩石厚度34.138.2m，大于2.5倍压力拱高度（24.41m），为深埋隧道。围岩为中等风化的砂质泥岩夹薄层砂岩，岩体完整性指数Kv=0.62，岩体较完整。砂质泥岩单轴饱和抗压强度15.7MP，为较软岩。围岩基本分级为级。地下水类型为以呈脉状分布的基岩裂隙水为主，水量较小，呈滴状或珠串状。 图11-1 红土地车站掘进过站示意图 11.1.2 施工情况 红土地车站总长211m，2010年3月13日至2010年3月24日，右线TBM掘进通过红土地车站，掘进过程安全可控，水平贯通误差

22、仅为2mm。11.1.3 监测情况及结果评析 在TBM掘进过站过程中对地表进行实时监测，从地表变形来看，最大沉降变形不超过5mm，主要发生在拱顶上方，且与隧道施工掌子面位置变化存在明显依存关系。 TBM掘进过站过程中，平均日进尺17.6m，历时12天，快速通过了红土地车站，为红土地车站后续施工争取了大量的时间，经济效益显著。 11.2 黄泥滂车站平底步进过站 黄泥滂站位于黄龙路和红黄路的交汇处，车站站位在这两条路的十字路口下，用地现状为渝北区和江北区交界处居住用地，大多为多高层商住建筑。顶部覆土20.5m，属于特大断面浅埋隧道。围岩级别为级，车站全长176米（DK19+831.196DK20+

23、007.186）。先期施做车站主体双侧壁导坑，预留核心土，TBM机采用步进过站。黄泥滂车站平底步进过站示意图详见图11-2。 图11-2 黄泥滂车站平底步进图11.2.2 施工情况 2010年5月31日至2010年6月10日，右线TBM步进通过黄泥滂车站，历时10天。由于黄泥滂车站在TBM到达前除中隔墙外均已开挖支护完毕，故施做步进底板后TBM即可顺利通过，TBM平底步进最高日进尺可达80m，过站速度快，且对车站结构无影响。待TBM在大龙山车站转场后施做车站内部结构，减少与车站施工的交叉干扰。 11.3 大龙山车站 TBM弧底过站11.3.1 工程概况 大龙山站地处渝北区，位于龙山大道和龙山路

24、的交汇处，龙山大道路中，呈南北向布置，车站东北侧为武警总队招待所，东南侧为商业住宅楼，西南侧为逸静丰豪住宅小区，西北侧为华渝仪表厂，建筑密度低，用地相对宽松。车站设计里程为DK24+234.961DK24+424.661,车站主体全长189.7m，宽26.26m，深约32m。本车站与规划五号线车站形成平行换乘，为5、6号线同台换乘站。车站为地下三层岛式明挖车站，局部四层。车站端头均为小净距、重叠隧道。 图5-3 TBM弧底过站双线分布示意图重庆轨道交通六号线左右线位于大龙山车站同侧，呈垂直状，其中右线在上，左线在下，左线轨行区架立钢支撑，右线先行采用弧底步进通过，然后拆除钢支撑，左线TBM再采用平底步进过站方式过站