地铁工程土压平衡盾构下穿铁路施工工艺工法

地铁工程土压均衡盾构下穿铁路施工工艺工法地铁工程土压均衡盾构下穿铁路施工工艺工法地铁工程土压均衡盾构下穿铁路施工工艺工法地铁工程土压均衡盾构下穿铁路施工工艺工法前言1.1工艺工法大要一个城市中地铁网络常常由多条线路构成，跟着线路的增加，线路互订交织及下穿各种建（构）筑物将没法防范，城市地铁建设中会有大批地铁地道下穿铁路线，用土压均衡盾构机进行地道施工具有自动化程度高、节约人力、施工速度快、一次成洞、不受天气影响、开挖时可控制地面沉降，保证地面建（构）筑物构造安全等优点，成为地铁地道施工的首选。研究好盾构法地道下穿铁路的施工工法，拥有较强的技术经济效益和必定的社会效益。1.2工艺原理土压均衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，在刀回旋转的作用下，刀具切削开挖面的泥土，破碎的泥土经过刀盘的张口进入土仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构千斤顶的推力经过隔板给土仓内的渣土施加压力，使土压作用于开挖面以均衡其水土压力。这样就可以尽量防范修建地道对土体的扰动，保证铁路营运安全。工艺工法特色2.1对铁路营运影响小；2.2辅助工法少；2.3经济性高。适用范围适用于盾构下穿营运铁路线、运阵营铁线等施工。主要引用标准4.1《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘探规范》（GB50307）4.2《地下铁道设计规范》（GB50157）4.3《铁路地道施工技术安全规范》（GBJ404）4.4《地下铁道工程施工及查收规范》（GB50299）4.5《盾构法地道施工与查收规范》（GB50446）施工方法5.1对既有铁路营运线路的评估、加固依据《客运专线铁路无碴轨道铺设条件评估技术指南（铁建设[2005]158号）》规定，对需要下穿的既有铁路营运线路进行安全评估，拟定出相关的沉降控制指标，并依据详细的地质及工况条件，拟定出无扰动加固路基线路方案，保证铁路营运安全。5.2盾构掘进盾构机下穿既有铁路营运线采纳土压均衡模式进行地道掘进。该模式的工作原理就是盾构机在土压均衡状态（作业面水土压力与土仓中的泥土压力均衡）下进行地道掘进。刀盘开挖下来的碴土充填满泥土仓，并被装在切削刀盘后边及隔板上的搅拌臂强迫搅拌，借助盾构推动油缸的推力经过隔板进行加压，产生泥土压，这一压力作用于整个作业面，使作业面稳固，刀盘切削下来的碴土量与螺旋输送机向外输送量相均衡，保持泥土仓内压力稳固在预约的范围内。在盾构下穿既有铁路营运线过程中，匀速、连续、均衡施工。掘进过程中一直保证土仓压力与作业面水土压力的动向均衡，同时利用螺旋输送机进行与盾构推动量相应的排土作业，掘进过程中始终保持开挖土量与排土量的均衡，以保持正面土体稳固。别的，做好掘进、拼装等各工序的连接以及盾构队作业班的交接工作，尽量减少非工作时间。在掘进过程中，各重点岗位(盾构司机、管片拼装工、电瓶车司机、龙门吊司机)采纳有丰富施工经验的人员，定岗定人。在施工过程中增强对机械设备的维修保养，尽量保证不因机械故障而停机，保证盾构机连续掘进。掘进速度应严格依据技术交底进行，禁止擅自改变，保证盾构机匀速向前掘进，减少对土体扰动。5.3监测对既有铁路营运线采纳远程自动化及时监测，同时，为满足施工时期及工后必定周期的平常维修安全监测要求，辅以人工监测的方法。远程自动化及时监测采纳ADMS丈量机器人监测系统，该系统由五部分构成：监测站、控制计算机房、基准点、变形点和丈量机器人。监测站：依据现场条件，选择自动变形监测系统监测站。该站需建观察墩，部署丈量机器人，并保证有较好的通视条件。控制计算机房：控制计算机房一般选设在办公区周边，有较好的供电等条件。机房内的计算机经过通信电缆或数据电台和监测站全站仪相联。在控制机房能及时认识监测站全站仪的运转状况。别的，经过埋设于机房与监测站的专用电缆给全站仪供电并通信。基准点：在变形区之外，需建最少三个稳固的基准点。变形点：依据实质需要，在变形体上选择若干变形监测点，每个监测点上部署有对准监测站的单棱镜。5.4二次注浆下穿既有营运铁路施工达成后，经过对监测数据解析，确立二次注浆时间、注浆量。整个二次注浆全过程一定有及时监测信息反响，保证既有铁路线的营运安全。工艺流程及操作重点6.1施工工艺流程施工工艺流程以下所示：图1施工工艺流程6.2操作重点施工准备包含检查、评估、协调联系、方案论证、监测系统布设、应急准备等，各项准备工作一定充分，且获取落实后才能进行下穿作业施工。预保护措施对既有铁路营运线路基及两条订交线路之间土体提前进行加固。在盾构机进行下穿施工时期，既有铁路营运线列车限速（小于50km/h）。盾构掘进控制土压均衡掘进模式采纳土压均衡模式进行下穿掘进，其土仓压力控制采纳以下两种操作模式:经过螺旋输送机来控制排土量的模式:即经过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以保持开挖面土压稳固的控制模式。此时盾构的推动速度人工早先给定。经过推动速度控制进土量的模式:即经过土压传感器检测控制盾构千斤顶推动速度，以保持开挖面土压稳固的控制模式。此时螺旋输送机的转速早先给定。在下穿掘进过程中依据需要可以不停转变控制模式，以保证开挖面的稳固。在盾构下穿施工中，为了保持开挖面的稳固，依据围岩条件合适注入增加剂，保证碴土的流动性和止水性，同时要谨慎进行土仓压力和排土量进行管理。在硬塑或坚硬状花岗岩残积土层、碎屑岩全风化带、强风化带地层中采纳土压均衡模式掘进时，向刀盘面、土仓内和螺旋输送机内注入泡沫，并增加对螺旋输送机内注入的泡沫量，以增加了碴土的流动性。在粘性土地层中掘进时，采纳向刀盘面和土仓内注入泡沫改良碴土。在粘性土内增加泡沫，增加了碴土的流动性，减少摩擦力，利于碴土的排出，减少泥土的拥堵。盾构姿态控制采纳自动导向系统和人工丈量辅助进行盾构姿态监测采纳分区操作盾构机推动油缸控制盾构掘进方向推动油缸按上、下、左、右分成四个组，每组油缸都有一个带行程丈量和推力计算的推动油缸，依据需要调理各组油缸的推动力，控制掘进方向。纠偏在盾构机穿越铁路线过程中，如掘进方向出现偏差，只要线路可调，就不需要进行纠偏，待穿越达成后在进行办理。土压均衡状态下的设定土压力P＝kγH【k：土压力的侧向系数，视覆土性质和厚度而定，一般在0.5～0.7之间。γ：土的容重；H：地道中心埋深】在工程实行过程中，依据实质状况，以及和出土量的有机结合，全部上述土压力设定值可作合适调整。推动出土量控制理论出土量＝/4×D2×L＝/4×6.282×1.5＝46.4m3/环3考虑岩土的松懈系数，盾构掘进时的实质出土体积约为67.5m/环。因为盾构机的特别构造，使其没法观察掌子面状况，我们只好经过出土量的大小来计算掌子面状况，出土量过大，掌子面即可能出现了坍塌，所以一定控制好出土量。依据计算，实质每环出土量为70m3（虚方）左右，用渣车出土计量为每环4.5斗左右。现场实际计量时，出土量控制可采纳掘进300mm出渣1车来控制。过程中一旦有超量现象，一定对该区段进行办理，包含二次补浆，以致地面注浆加固等措施。同步注浆量在盾构施工中，当管片离开盾尾后，在土体与管片之间会形成一道宽度为115～140mm的环型缝隙。为了赶忙填补环形缝隙使管片尽早支撑地层，防范地层变形过大而危及1号线安全需要进行注浆。同步注浆采纳盾尾壁后注浆方式。注浆要做到“掘进、注浆同步，不注浆、不掘进”，经过控制同步注浆压力和注浆量（注浆压力控制在0.25Mpa左右，每环注浆量6.5m3左右）两重标准来确立注浆时间。详细注浆参数需经过试验段地面沉降状况进行确立。注浆配合比采纳以下设定，并在施工过程中酌情对配合比进行调整。表1同步注浆配合比名称水泥膨润土粉煤灰砂水初凝时间资料用量(kg/m3)2507550400依据实质状况调整180min选择试验段在正常掘进段选择地质条件及线路条件与下穿铁路地域相似的区段设定为试验段，在此试验段模拟出最正确的掘进参数，为下穿地域初始阶段盾构掘进各个相关参数的确定作为参照。盾构掘进下穿铁路线施工重点1．严格以土压均衡状态下的土压力计算值为盾构掘进施工的土压设定值，施工中仅可以在项目工程师认同的前提下，进行微量的调整。同时可以经过土体位移和深层沉降的监测信息，对土压设定值进行修正。2．严格以理论出土量为盾构弃土控制值，每环出土量偏差不得3超出2m。为了防范数目统计偏差，施工中尽可能将土箱冲洗干净。一旦出现超挖现象，一定照实反响，在后续注浆施工中，将针对性的进行超量注浆。3．防范大幅度的轴线纠偏动作。因为较大幅度的纠偏，对地层的扰动也特别大，所以在控制好土压力和出土量的前提下，一定减小纠偏幅度。盾构纠偏原则为“勤纠、少纠”。4．同步注浆及时、足量。为了防范同步注浆跟不上，或注浆量不够而引起对地层的扰动，过程中安排专人负责注浆工序，每环、定时、定量进行同步注浆，并做好注浆记录。5．在此地段掘进增强地面隆降检测，及时解析数据，调整盾构机掘进参数和注浆压力。6．盾构机停机时期，一定观察土仓压力，保持土仓压力均衡。防范长时间停机造成土仓内渣土的固结，使土仓压力降低，造成地面沉降。7．在未到重叠地道段前和到达区间联系通道加固地域进行刀具的检查，保证刀具的完满性。铁路线及时监测1．铁路线可以承受的变形数值有限，在超出必定限度后可能引发严重安全事故。上海及广州的工程实例证明，周边新建工程施工或下穿正在营运的铁路，对铁路所造成的影响主要包含既有构造的沉降、曲折和扭曲变形、开裂，变形缝的扩展和错动，造成构造性能指标的降落。构造变形严重时，可能会引起构造与道床的剥离、轨道设备几何形位的改变：如轨道水平、轨道前后高低、直线轨向（或曲线正矢）的改变，严重时形成“三角坑”、“吊板”、“暗坑”等病害，使行车平顺性变差，引发冲击、摇晃甚至于造成脱轨，对行车安全造成重要威迫。所以，在新建线路施工时一定对既有线路进行及时监测。2．险情的发生常常有忽然性，只有进行足够密度的监测数据采集，才能从监测数据上发现连续的变化征兆，从而可以供应给决策人员及时采纳措施，消除险情，除掉隐患。而传统的水平丈量、水平位移监测手段需要监测人员在现场作业，采纳及时自动化监测系统可及时掌握在新建线路建设过程中对铁路构造形状和道床、轨道状况的影响，供应动向监测数据，为建设方及营运方供应及时靠谱的数据和信息，以便及时评定地铁施工对铁路构造和轨道的影响，及时指导施工采纳必需方案措施、营运增强维修保养措施，对可能发生的事故供应及时、正确的预告，使相关各方有时间做出反响，防范恶性事故的发生，保证既有线安全营运。3．对铁路线按三级预警制度进行管理，即，预警值、报警值、控制值三级。预警值取控制值的50%，报警值取控制值的80%，构造变形控制指标以下：表2构造变形控制指标项目预警值报警值控制值道床平顺度2.0mm/10m3.2mm/10m4.0mm/10m左右轨道差异沉降2.0mm3.2mm4.0mm三角坑2.0mm/18m3.2mm/18m4.0mm/18m构造绝对变形量10.0mm16.0mm20.0mm地道相对变形量1/50001/31251/2500备注：监测控制值是指既有运转线地铁列车正常运转的极限值，预警值是指引起警戒措施的初步值，报警值是指需提出警告的初始值。4．自动监测系统原理以以下图监测站基准点1丈量机器人供电基准点n及通信模块变形点1计算机数据办理系统成就输出控制计算机房变形点n图2自动监测系统原理表示图6.2.7二次注浆同步注浆后管片上方可能会存在通道。别的同步注浆浆液凝固后体积会产生必定程度的缩短，为有效防范既有一号线产生后期沉降，在交汇区及交汇区前后10m范围进行洞内二次注浆，充填管片背后的空腔。从脱出盾尾50米开始，每隔2环在管片顶部注浆孔打开注双液浆，直到管片超出二次注浆加固范围为止。注浆的详细方法是把管片上的注浆孔打开注双液浆，将背后的空腔封堵住。注浆压力暂定：0.8Mpa，注浆配比方下表。注浆过程中要依据铁路线的自动丈量系统的数据反响，及时调整注浆参数。表

3

二次注浆配合比水泥（g）

水（ml）

水玻璃（

ml）

初凝时间

终凝时间150

60

108.4

2min40s

14min30s劳动力组织表4劳动力组织序号工种人数1施工队长22班长23盾构机操作司机24管片拼装工85注浆工46机电工47司索工88电瓶车司机49龙门吊司机310一般工人2011及时监测人员412铁路单位配合人员10小计71主要机具设备表5主要机具设备序号设备名称数目规格型号主要工作性能指标一盾构地道施工专用设备二及时丈量、监测设备1精美水平仪1台DSZ-22全站仪1台TCA11033ADMS丈量机器人监测系统1套4倾斜测试仪1台Hcx-2b5水位观察仪1台VW-1质量控制9.1易出现的质量问题9.1.1在盾构下穿掘进过程中土仓压力泄压过快，造成欠压掘进，引起既有铁路营运线下沉。9.1.2同步注浆不饱满，同步浆液凝固过程中缩短过快形成空洞，管片裂缝，管片过分错台，造成既有铁路营运线沉降。盾构地道后期下沉、上调、水平位移，引起既有营运铁路变形。9.2保证措施9.2.1盾构机下穿掘进前，对土仓内土压传感器进行检定，一定保证土压力的显示正确，同时掘进数据一定可以传输到地面监控室，当下穿掘进时土仓内压力保持不住，马上向土仓内注入提前准备好的膨润土浆液。盾构机下穿掘进过程中，及时进行地道内二次增补注浆，其注浆量与注浆压力控制需依据既有铁路营运线及时监测状况确立。9.2.3对既有营运线、新建地铁地道长时间进行监测，监测周期最少1年，防范工后沉降引起既有铁路营运线变形。安全措施10.1主要安全风险解析10.1.1正在营运的铁路线因沉降过大影响营运，甚至造成停运的风险,社会责任重要。10.1.2盾构机及后配套设备故障以致停机引起的安全风险。10.2保证措施10.2.1在盾构经过铁经过程中，匀速、连续、均衡施工。掘进过程中一直保证土仓压力与作业面水土压力的动向均衡，同时利用螺旋输送机进行与盾构推动量相应的排土作业，掘进过程中一直维持开挖土量与排土量的均衡，以保持正面土体稳固。别的，做好掘进、拼装等各工序的连接以及盾构队作业班的交接工作，尽量减少非工作时间。在掘进过程中，各重点岗位(盾构司机、管片拼装工、电瓶车司机、龙门吊司机)采纳有丰富施工经验的人员，定岗定人。在施工过程中增强对机械设备的维修保养，尽量保证不因机械故障而停机，保证盾构机连续掘进。掘进速度应严格依据技术交底进行，禁止擅自改变，保证盾构机匀速向前掘进，减少对土体扰动。施工现场成立下穿既有铁路营运线施工指挥办公室，铁路营运单位、政府应急办、以及全部参加设计、施工的相关单位现场24小时监控办公，各家单位及政府部门亲近配合，形成有效的迅速应急反响体系。10.2.3盾构机经过铁经过程中，因设备故障停机后，土仓内压力变小，迅速经过盾壳上的径向注浆孔向盾体四周注入Na基膨润土，注入量及压力经过土仓内压力传感器确立。环推荐措坚持“预防为主、防治结合、综合治理、化害为利”的原则，环保留理吻合地铁施工时期环境保护的要求。采纳各种有效措施，对简单引起环境污染的各种渠道严格控制，明确环珍重点。的确贯彻环保法规，严格执行国家及地方政府宣布的相关环境保护，水土保持的法规、目标、政策和法律，及时提报相关环保设计。编制实行性施工组织设计时，把施工生产的环保工作作为此中一项内容。增强环保教育，采纳各种方式宣传环保法规、政策、知识。增强环保留理，健全内部