小半径曲线盾构施工技术

PAGE目录第一章编制依据 4第二章工程概况 52.1小半径曲线段概况 52.2施工风险分析 7第三章盾构小半径曲线施工方法分析 73.1工艺流程 73.2盾构机适用性 83.31.2m宽与1.5m宽管片混合拼装方法 83.3.1混拼适用性分析 83.3.2混拼管片施工过渡步骤 10第四章盾构小半径曲线施工措施 114.1推进轴线预偏设置 114.2盾构施工参数选择 124.3土体损失及二次注浆 124.4严格控制盾构纠偏量 134.5盾尾与管片间的间隙控制 134.6盾构纠偏 134.7加强螺栓复紧 144.8盾构测量 14第五章质量保证体系 155.1质量保证组织 155.2质量报证措施 15第六章安全保证体系 166.1安全组织架构 166.2安全措施 176.2.1洞内运输 176.2.2垂直运输 176.2.3管片拼装 17八、应急预案 188.1应急抢险领导小组及职责 188.2事故类型和危害程度分析 198.3应急处置基本原则 208.4应急指挥机构及职责 208.5应急物资 208.6应急处置 218.7附近医院地图及电话 22PAGE21第一章编制依据序号内容一、设计图纸1深圳市城市轨道交通9号线工程区间施工图设计二、施工合同1深圳地铁9号线工程土建9105标段施工承包合同三、施工规范及法规1《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）2《工程测量规范》（GB50026-2007）3《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-2003）4《建筑工程质量检验与验收统一标准》（GB50300-2001）5《建筑变形测量规程》（JGJ8-2007）6《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）7《铁路隧道施工质量验收标准》（TB10417-2003/J287-2004）8《铁路隧道施工技术安全规则》（TBJ404-87）9《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2012）10《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）11《盾构法隧道施工及验收规范》（GB50446-2008）12《地下工程防水技术规程》（GB50108-2008）13《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)14《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)四、质量保证手册、程序文件及项目管理手册1、中建一局集团项目质量管理手册2、中国建筑一局集团公司《质量环境职业健康安全管理手册》(第二版)及相关程序文件3、中建一局集团有限公司项目管理手册五、其他依据1、建设单位可提供的施工用地,临时房屋、水、电等条件及施工现场的具体情况2、盾构区间现场踏勘及调查所取得的第一手资料3、我单位现有的技术水平，施工管理水平和机械设备配套能力以及在盾构工程施工中已经积累的宝贵经验和教训4、国家现行的其他有关法律法规、行业规范、行业标准及深圳市现行的文件、规定5、我公司投入本工程的技术力量、管理机构、机械设备、财务实力6、相关的人、材、机定额第二章工程概况2.1小半径曲线段概况深圳市地铁9号线入场线起讫里程RDK0+172.868～RDK0+862.526，长689.658m，最大纵坡33.8‰。入场线中部设置一处废水泵房。入场线全里程采用盾构法施工。入场线盾构机在停车场始发，于孖岭站吊出。入场线最小平曲线半径R=250m，里程RDK0+210.460～RDK0+516.052，其他里程盾构区间使用1.5m宽管片。图2-1入场线线路平面图小半径平曲线的施工段纵断面为224m直线（33.8‰的坡度上坡）+64m半径为2000m的竖曲线+18m直线（2‰的坡度上坡），主要穿越<6-2>硬塑状粉质粘土、<11-1>全风化混合岩、<11-2>强风化混合岩，且有35m穿越上软下硬地层（<11-1>全风化混合岩、<11-2>强风化混合岩）。图2-2入场线地质图2.2施工风险分析小半径曲线盾构施工时盾构对外侧地层是挤压的状态，因盾尾空隙的发生会使地层向隧道内侧位移，回填压注压力也会使隧道产生位移，同时由于在小曲线地段的盾构，是用管片和地层反力掘进的，因此推进力的反力会使隧道向曲线外侧位移，如果隧道的纵向刚度和地层的刚度过小，可能引起管片和其外地层的过大位移，以及使土压超过土体的被动压力而过大扰动。另小半径施工易造成盾构管片间止水条接缝接触不紧密，防水效果差，使成型隧道的漏水增多；盾构掘进时，纠偏量较大，对土体扰动的增加，易发生较大沉降量第三章盾构小半径曲线施工方法分析3.1工艺流程图3-1小半径曲线施工工艺流程图3.2盾构机适用性入场线使用盾构机型号：卡特Dtbm6400盾构机，盾构机外径为6280mm，盾体总长85000mm，盾构总重518t。1、适当的超挖量盾构刀盘边缘上安装有两把撕裂刀形式超挖刀，超挖直径为6364mm，盾构机掘进小半径曲线时，在曲线内侧使用超挖刀有助于控制线型。2、铰接角度满足要求盾构机铰接角度最大为1.5°，能满足半径为250m的曲线施工。铰接部分使盾构切口至支撑环，支撑环至盾尾都形成活体，增加了盾构的灵敏度，可以在推进时减少超挖量的同时产生推进分力,确保曲线施工的推进轴线控制。管片外弧碎裂和管片渗水等情况得以大大改善。3.31.2m宽与1.5m宽管片混合拼装方法3.3.1混拼适用性分析由于管片供应量不足，考虑小半径曲线段用1.2m和1.5m管片以1:1比例相间拼装。（1）1.2m管片与1.5m管片能通过管片螺栓正常拼装根据施工图设计，1.2m管片与1.5m管片螺栓孔位置及螺栓规格等均一致，故可采用正常组合拼装。图3-21.2m宽与1.5m宽管片螺栓孔剖面图（2）组合后的楔形量能满足250m小半径隧道线型要求。楔形量计算采用公式如下：曲线半径R、隧道线路中线曲线弧长L、隧道外弧长L1，隧道内弧长L1；楔形量t=L1-L2L1=（R+3）L/RL2=（R-3）L/Rt=L1-L2=6L/R图3-3曲线线路示意图1.2m管片楔形量为双面楔形量41mm，1.5m管片楔形量为双面楔形量38mm。图3-4楔形量示意图为使楔形量达到最大值，拼装点位选择循环方式如下（每2环一个周期）：1.2m（9点）～1.5m（10点或8点）～继续循环t=L1-L2=6L/RL=1.5+1.2=2.7mR=250mt=6×2.7/250=0.0648m所以此段平曲线每一个周期外侧弧长与内侧的弧长差值需大于等于64.8mm。一个周期左右总楔形量：41+30.8=71.8mm＞64.8mm1.5m管片和1.2m管片按1:1的比例搭配使用能拟合的半径为6×2.7/0.0718=225.6m。实际施工半径为250m的曲线时，每一周期（2环）将有7mm楔形量富余，306m小半径全长将有791mm富余。此791mm楔形量富余考虑作为盾构机纠偏需拼其他点位、管片宽度误差（每环允许±0.3mm）等。故1环1.5m宽管片+1环1.2m宽管片的排版方式很好的拟合R=250m小半径圆曲线。图3-58点、9点、10点楔形量示意图3.3.2混拼管片施工过渡步骤1、由于小半径曲线向左拐弯，混拼管片的线型较难控制，故首先在小半径曲线段全部拼装1.2m管片，将盾构机的预偏量按40mm考虑，即盾构机姿态为-40mm。2、盾构机姿态调整为-40mm以后，按2环1.2m管片+1环1.5m管片作为试验拼装段。3、若试验拼装段线路轴线偏差控制在±10mm以内，且管片拼装质量良好，即按2环1m管片+1环1.5m管片拼装。第四章盾构小半径曲线施工措施4.1推进轴线预偏设置在盾构掘进过程中，要加强对推进轴线的控制。曲线推进时盾构实际上应处于曲线的切线上，因此推进的关键是确保对盾构机姿态的控制。由于盾构掘进过程的同步注浆及跟踪补注的双液浆效果不能根本上保证管片后土体的承载强度，管片在承受侧向压力后，将向弧线外侧偏移。为了确保隧道轴线最终偏差控制在规范允许的范围内，盾构掘进时给隧道预留一定的偏移量。根据理论计算和相关施工实践经验的综合分析，同时需考虑掘进区域所处的地层情况，在小半经曲线隧道掘进过程中，将设置预偏量20～40mm。如图4-1所示，施工中通过对小半径段隧道偏移监测，适当调整预偏量。曲线设计中线曲线设计中线盾构机盾构推进中心线向曲线内侧预偏20～40mm图4-1小半径曲线段盾构推进轴线预偏示意图4.2盾构施工参数选择1、严格控制盾构的推进速度推进时速度应控制在1～2cm/min。即避免因推力过大而引起的侧向压力的增大，又减小盾构推进过程中对周围土体的扰动。2、严格控制盾构正面平衡压力盾构在穿越过程中须严格控制切口平衡土压力，使得盾构切口处的地层有微小的隆起量（0.5～1mm）来平衡盾构背土时的地层沉降量。同时也必须严格控制与切口平衡压力有关的施工参数，如出土量、推进速度、总推力、实际土压力围绕设定土压力波动的差值等。防止过量超挖、欠挖，尽量减少平衡压力的波动。其波动值控制在0.02MPa以内。设计土压：1.5bar~2.0bar出土量：64m³/环（1.5m管片），52m³/环（1.2m管片）推力≤2000t;扭矩≤1500KN·m推进速度：1～2cm/min3、严格控制同步注浆量和浆液质量由于曲线段推进增加了曲线推进引起的地层损失量及纠偏次数的增加导致了对土体的扰动的增加，因此在曲线段推进时应严格控制同步注浆量和浆液质量，在施工过程中采用推进和注浆联动的方式，确保每环注浆总量到位，确保盾构推进每一箱土的过程中，浆液均匀合理地压注，确保浆液的配比符合质量标准。通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形。注浆未达到要求时盾构暂停推进，以防止土体变形。4.3土体损失及二次注浆由于设计轴线为小半径的圆滑曲线，而盾构是一条直线，故在实际推进过程中，实际掘进轴线必然为一段段折线，且曲线外侧出土量又大。这样必然造成曲线外侧土体的损失，并存在施工空隙。因此在曲线段推进过程中在进行同步注浆的工程中须加强对曲线段外侧的压浆量，以填补施工空隙。每拼装两环即对后面两环管片进行复合早凝浆液二次压注，以加固隧道外侧土体，保证盾构顺利沿设计轴线推进。浆液配比采用：水泥:氯化钙:水玻璃＝30:1:1，水灰比为0.6。二次注浆压力控制在0.3Mpa以下；注浆流量控制在10～15L/min。4.4严格控制盾构纠偏量盾构的曲线推进实际上是处于曲线的切线上，推进的关键是确保对盾构的头部的控制，由于曲线推进盾构环环都在纠偏，须做到勤测勤纠，而每次的纠偏量应尽量小，确保楔形块的环面始终处于曲率半径的径向竖直面内。除了采用楔型管片，为控制管片的位移量，管片纠偏在适当时候采用楔形低压棉胶板，从而达到有效地控制轴线和地层变形的目的。盾构推进的纠偏量控制在2～3mm/m。针对每环的纠偏量，通过计算得出盾构机左右千斤顶的行程差，通过利用盾构机千斤顶的行程差来控制其纠偏量。同时，分析管片的选型，针对不同的管片需有不同的千斤顶行程差。4.5盾尾与管片间的间隙控制小曲率半径段内的管片拼装至关重要，而影响管片拼装质量的一个关键问题是管片与盾尾间的间隙。合理的周边间隙可以便于管片拼装，也便于盾构进行纠偏。1）施工中随时关注盾尾与管片间的间隙，一旦发现单边间隙偏小时，及时通过盾构推进方向进行调整，使得四周间隙基本相同。2）在管片拼装时，应根据盾尾与管片间的间隙进行合理调整，使管片与盾尾间隙得以调整，便于下环管片的拼装，也便于在下环管片推进过程中盾构能够有足够的间隙进行纠偏。4.6盾构纠偏盾构掘进中，由下述方法保证盾构推进轨迹和隧道设计中心线的偏差在设计允许范围内。如盾构偏离设计轴线，而需纠偏时，可在偏离方向相反处，调低该区域千斤顶工作压力，造成两千斤顶的行程差，也可采用停开部分千斤顶获得行程差。但这样易造成衬砌部分区域受力不匀，使管片损坏。盾构纠偏时要使千斤顶各区域压力分布呈线性状态，如盾构要向右纠，除左区要较右区有一个较大的压力差外，上、下区域的压力也要适当，一般可取左、右区域压力的平均值。同理，如需上、下纠偏时，可造成上、下区域千斤顶的压力差。4.7加强螺栓复紧每环推进结束后，须拧紧当前环管片的连接螺栓，并在下环推进时进行复紧，克服作用于管片推力产生的垂直分力，减少成环隧道浮动。每掘进完成3环，对10环以内的管片连接螺栓复拧一次。4.8盾构测量盾构机的测量是确保隧道轴线的根本，在小曲率半径段是盾构机的测量极为重要。在小曲率段推进时，应适当增加隧道测量的频率，通过多次测量来确保盾构测量数据的准确性。同时，可以通过测量数据来反馈盾构机的推进和纠偏。在施工时，如有必要可以实施跟踪测量，促使盾构机形成良好的姿态。由于隧道转弯曲率半径小，隧道内的通视条件相对较差，因此必须多次设置新的测量点和后视点。在设置新的测量点后，应严格加以复测，确保测量点的准确性，防止造成误测。同时，由于盾构机转弯的侧向分力较大，可能造成成环隧道的水平位移，所以必须定期复测后视点，保证其准确性。由于线路的急转弯，间距20～30环布置测量吊篮，每推进5环复测一次导线点。盾构机推进采用自动测量系统，推进时每2-3min自动测量一次盾构姿态。盾构机拼装后，应进行盾构纵向轴线和径向轴线测量，其主要测量内容包括刀口、机头与机尾连接中心、盾尾之间的长度测量；盾构外壳长度测量；盾构刀口、盾尾和支承环的直径测量。盾构机掘进时姿态测量应包括其与线路中线的平面偏离、高程偏离、纵向坡度、横向旋转和切口里程的测量，各项测量误差满足下表4-1要求：表4-1测量误差表测量项目测量误差测量项目测量误差平面、高程偏离值（mm）±5纵向坡度（‰）±1里程偏离值（mm）±5切口里程（mm）±10横向旋转角（"）±3第五章质量保证体系5.1质量保证组织建立由总部质量管理部宏观控制，项目经理领导，项目总工程师策划、组织实施，执行经理中间控制，各专业责任工程师检查和监控的质量保证体系，形成从项目经理部到各施工队、各专业分包和作业班组的质量管理网络。在质量管理过程中采用“目标管理、创优策划、过程监控、阶段考核、持续改进”五大方面及具体的内容与措施。质量保证体系框图如下：质量管理体系图5.2质量报证措施1、在曲线段推进过程中，为确保盾构沿设计轴线推进，必要时使用仿形超挖刀，使内侧的出土量要大于外侧的出土量。此时同步注浆量要及时跟上。2、在曲线推进过程中，为确保盾构沿设计轴线推进，严格控制盾构出土量。并在掘进过程中开启仿形超挖刀，使曲线内侧的出土量要大于外侧的出土量。3、在盾构推进过程中，加强对轴线的控制，推进时必须做到勤测勤纠，而每次的纠偏量应尽量小，确保管片环面始终处于曲线半径的径向竖直面内。4、由于曲线段推进增加了曲线推进引起的地层损失及纠偏次数，加大了对土体的扰动。在曲线段推进时应严格控制同步注浆量。每环推进时根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆量。注浆过程中，必须严格控制浆液的质量及注浆量和注浆压力，注浆未达到要求时盾构暂停推进。5、拼装完成发现环面严重不平的管片，拆下重拼；通过传力衬垫调整管片受力，对产生碎裂的管片进行修补等。6、每环相邻管片允许高差10mm，纵向相邻环管片允许高差15mm。第六章安全保证体系6.1安全组织架构6.2安全措施6.2.1洞内运输（1）对运输机具、轨道必须定期进行安全运行检查和维护。（2）电瓶车辆在隧道内曲线段行驶以及进出台车，必须缓慢通过。（3）隧道内工作人员必须在人行走道板上通行，走道板必须绑扎牢固。（4）电瓶车、平板车严禁载人运输。（5）做好例行保养，刹车片及时更换。（6）长距离大坡度地段：电瓶车增设电动制动刹车装置及配置行车闪光示警灯具，定期及时检查刹车装置，保证其良好性；将钢轨轨枕可靠固定连接，不允许松动；工作面钢轨末端设置行驶止动装置，6.2.2垂直运输（1）盾构工作井四周设立安全栏杆及安全挡板，防止发生井边物体堕落打击事故。（2）起吊设备必须有限位保险装置，不得带病或超负荷作业。（3）起重专职指挥，加强责任心，预防发生碰撞事故。（4）管片配专用吊具及钢丝绳，要定期检查，发现缺陷，及时调换。（5）满载土斗起吊前，必须进行处理，防止泥块堕落伤人。（6）夜间施工井口必须有足够的光照度。（7）起重指挥持证上岗。（8）起重用索具、夹具须有产品合格证和质保书。6.2.3管片拼装1、机械手操作人员在机械手转动前须告知上下作业人员，在确保无人的情况下才可转动机械手。2、机械手举起管片后，严禁该断面区域站人，以防吊耳脱落，引起管片坠落伤人。3、机械手转动前小脚应撑住管片，不得晃动。4、小脚调定油压≤6Upa，以免吊耳、预埋件受损伤。5、机械手的声、光警报装置齐全。6、机械手由专人操作。7、吊耳丝扣拧到底。八、应急预案8.1应急抢险领导小组及职责针对盾构吊装作业，成立应急抢险领导小组，负责起重吊装事故应急救援的指挥、布置、实施和监督。贯彻执行国家、行业和上级的指示精神，及时向上级汇报事故情况，指挥、协调应急抢险工作及善后处理。按照国家、行业和上级有关规定参与对事故的调查处理。组长：鲁号副组长：石小军、屈小坡成员：各部室及协作队伍人员(1)应急部门应急抢险领导小组下设应急通讯组、事故救援组、医疗救护组、救援保障组、技术及检测组、事故调查组、善后处理组。各小组负责人及主要职责如下：(2)应急通讯组负责人：马滢电话要职责：负责重大事故的报告，通知领导小组全体成员立即赶赴事故现场。在实施应急救援任务时与其他小组协调工作，保证通讯的畅通。(3)事故救援组负责人：赵江电话要职责：事故发生后，根据技术组的建议和事故现场情况制定方案，按照方案迅速组织抢险，缩小事故范围、降低事故损失。(4)警戒疏散组负责人：李鹏电话要职责：在事故现场建立警戒区域，维护治安秩序，疏散事故区域的人员保障车辆顺利通行。(5)医疗救护组负责人：刘利成电话要职责：组织车辆迅速展开对伤员的急救，先送到附近医院（见附件2）进行急救，同时应立即与急救中心联系，请求增援。(6)救援保障组负责人：高健电话要职责：提供抢险设备及物资，保障抢险工作顺利开展。(7)事故调查组负责人：石小军电话要职责：负责对事故现场勘察取证，查清事故原因和事故责任，总结经验教训，制定防范措施，提出对事故及责任人的处理意见，配合相关部门调查工作。(8)技术及监测组负责人：于秀山电话要职责：及时将监测数据上报，根据现场情况制定有效技术保证方案，使事故处于可控状态，防止其进一步发展。(9)善后处理组负责人：鲁号电话要职责：根据国家及相关规定，负责对伤亡人员的医疗、抚恤、安置等工作，并于保险公司协调理赔事宜。8.2事故类型和危害程度分析（1）事故类型：盾构机开仓作业安全事故该类事故发生在盾构机开仓作业的施工过程中。（2）原因分析：发生盾构机开仓作业安全事故原因主要有：1）刀盘前方地质出现变化，发生坍塌事件。2）施工人员未按要求佩带安全防护用品和未按操作规程进行作业等。（3）危害程度：盾构机开仓作业安全事故是盾构机开仓作业过程中的最大危害，极易造成施工人员伤亡。8.3应急处置基本原则坚持统一领导，统一指挥，紧急处置，快速反应，分级负责，协调一致的原则，做到局部利益服从整体利益，关爱生命高于一切，确保施工过程中一旦出现重大事故，能够迅速、快捷、有效启动应急预案事发后已抢救事故人员为主的原则。8.4应急指挥机构及职责盾构机开仓作业安全事故应急救援指挥领