泥水平衡盾构法区间工程主要施工方法和施工工

泥水平衡盾构法区间工程主要施工方法和施工工艺8.3.6.1工程概况穿越面存在渗透系数50-150m/d的卵石层，且场地地下水与海水连通，区间设计为单洞单线隧道，采用标准直径泥水平衡盾构法施工。跨海段隧道穿越岩体主要为中风化钙质板岩和中风化白云质灰岩，以软岩、较硬岩为主，RQD值约60~90%，局部存在较破碎强风化岩体，隧道所穿岩体均呈中强透水性，地下水与海水呈连通状态，单洞双线隧道，采用大直径泥水平衡盾构法施工。8.3.6.2端头加固泥水盾构区间均采用旋喷桩工法进行端头加固。8.3.6.3盾构始发1）盾构井始发（1）施工工艺流程盾构始发施工工艺流程见图8.3.6-1。图8.3.6-1泥水盾构始发施工流程（2）施工要点及方法泥水盾构始发施工要点及方法见表8.3.6-1。表8.3.6-1泥水盾构始发施工要点及方法序号施工工序施工要点及方法示意图1泥浆处理设备的调试1）在掘进前必须组装好泥水处理设备，安装好泥水输送泵，再根据场地情况布置泥浆管的走向。2）在盾构机掘进前，必须对泥浆处理设备进行调试，调试的内容主要是各个系统的机械设备方面是够正常，且各个系统之间的通信是否正常。3）根据始发端头的地质及水文情况对帘幕板的密封情况进行检查，并以此为依据对泥浆的比重和缓冲气压室内的气体压力进行调整。4）检验环流输送系统的泵及管路是否有漏浆现象，泥水流量、密度计的校正以及筛分系统各个振动电机、各台泵、各旋流器是否工作正常。5）泥浆处理设备的出土及泥浆回收是否顺畅，筛板是否能适合始发地层的土质。2始发基座的定位、安装与加固1）为避免基座偏移，在盾构井底板施工时，预埋一定数量的钢板；2）基座下井前，依据盾构始发隧道设计轴线确定盾构始发姿态的空间位置，然后确定基座的空间位置；3）基座下井前，应由专业测量工程师按照设计高程和水平位置，测放始发基座位置；4）安装时，按测量放样的基线，吊装就位；5）在盾构始发之前，经再次复核在误差范围内后对始发基座前后端及两侧加设钢支撑加固，防止基座移动；6）盾构机推进前，在基座导轨外侧的盾壳上均匀焊接四道20mm厚的钢板，以防止盾构机主机在基座上产生旋转。3后配套台车及电瓶车行驶轨道铺设1）轨道铺设间距按照后配套台车及电瓶车轨距确定；2）轨枕采用10#槽钢加工，轨枕两端每隔1根进行固定，在轨枕位置采用竖向压板将轨道与轨枕固定；3）台车下井之前，在基座上铺工字钢，工字钢上放置枕木和导轨，与站内导轨连接。4后配套台车下井组装参见表8.3.5-4。/5盾构机主机下井组装1）盾构机主机下井组装前，应由专业测量工程师按照盾构机各部件的尺寸，标注其在始发基座上的拟定位置；2）盾构机主机按照合理的顺序吊装下井，移至始发基座拟定位置；3）吊装下井时，在盾构机部件上设置牵引绳，缓慢起钩、下井，防止碰撞；4）盾构机主机吊装可以采用一台履带吊主副钩或两台汽车吊等配合进行；5）按前盾→中盾→刀盘→盾尾→的顺序吊装下井、组装。6主机与后配套连接盾构机主机下井组装完成后，连接盾构机主体内及其与后配套台车之间的液压管线、其它油管、电缆、信号线、注浆管路及连接件。7盾构机调试1）空载调试：盾构机组装和连接完毕后，即可进行空载调试。主要调试内容为：液压系统，润滑系统，冷却系统，配电系统，注浆系统，以及各种仪表的校正；2）负载调试：空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负荷调试。负荷调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力。8反力架定位与安装1）根据盾构井、盾构预留口、洞口后浇环梁及反力架自身尺寸，负环管片设置情况，确定反力架的安装位置；2）反力架预制成形后，由吊车吊入竖井，由测量给出轴线位置及高程，进行安装加固。安装完毕后要对反力架的垂直度进行测量，保证反力架和盾构推进轴线垂直。9洞门帘布及翻板安装1）盾构井施工时预埋洞门钢环，且必须与结构钢筋牢固连接；2）盾构正式始发前，将洞口渣土清理干净，检查橡胶帘布的整体性、硬度、老化程度及洞门钢环上的螺栓孔是否完好并清理干净，然后按照橡胶帘布安装→螺栓安装→折页压板安装→螺帽安装的顺序自上而下进行施工，并确保折页压板螺栓紧固；3）盾构始发前为防止刀盘进入洞门时刀盘损坏橡胶帘布，可在橡胶帘布外侧涂抹一层油脂。10始发条件验收盾构机在始发施工前应进行盾构始发前的条件验收工作，始发条件经自检，检查结果全部达到要求，报监理初审，再组织条件验收，条件验收完成后方可进行始发施工。11洞门内导轨安装1）盾构始发穿越洞门钢环时，盾体与洞门外圈有一定的空隙，为保证盾构在始发时不至于因悬空而产生“叩头”现象，需要在始发洞门内安设一段导轨；2）安设导轨时应预留足够的空间，以保证洞门密封完好；3）导轨采用43Kg/m钢轨制作，长度根据情况进行确定，安装位置对应于始发架上的钢轨位置12负环管片拼装1）根据本工程盾构始发井结构尺寸、盾构机长度等，确定负环管片的数量，采用整环错缝形式拼装；2）首环负环管片作为整个隧道的基准环，拼装精度要求较严格。3）首环负环管片安装之前，先在盾壳内四到八点位置安放4根厚度不小于盾尾间隙、长度为1.2m的圆钢，使管片背部与盾尾内壁之间形成均匀的盾尾间隙，保证管片与盾尾同心，同时，可保证负环管片在拼装好以后能顺利向后推进，并防止管片破坏盾尾刷。在首环管片封顶块两侧管片块拼装完成后，采用与盾壳焊接的L型钢板固定；4）首环管片拼装完成，检测其标高、轴线及椭圆度符合要求后，用4～5组推进油缸缓慢的将其向后推，过程中应严格控制每组推进油缸的行程差不大于10mm，以保证环面超前量符合要求，直至管片与反力架紧贴；5）由于盾构本体外径比管片外径大，在管片拼装完成出盾尾后，必须在盾构始发基座轨面与管片之间设置具有足够强度和刚度的垫块，支撑管片；6）由于负环管片是盾构施工材料和出土的运输通道，为防止管片失稳，在管片的两侧设置支撑。13洞门封堵在盾构机始发拼装2~3环正环管片后，通过管片预留孔对加固区进行补充注浆，避免地面沉降过大。14始发段掘进1）泥水压力的设定是泥水平衡盾构施工的关键，维持和调整压力值又是盾构推进操作中的重要环节，其中包括推力、推进速度和排泥量三者的相互关系，以及对盾构施工轴线和地层变形量的控制也比较重要。2）盾构试掘进过程中，要根据不同地质条件、覆土厚度、地面情况设定泥水压力，选定泥水性能指标，并根据地表隆陷监测结果及时调整泥水压力和性能。3）在试掘进段的掘进速度要保持相对平稳，并逐步增大，按操作规程控制好掘进纠偏量，减少对土体的扰动。在卵石土地层中选择多组不同的泥水压力和泥水性能指标试掘进，并加强地表隆陷观测，得出泥水压力设定与地表隆陷的关系。4）同步注浆量和注浆压力要根据推进速度、排泥量适当调整，并通过加强盾构通过后地表隆陷监测确定同步注浆和盾构通过后地表隆陷的关系。试掘进段加强盾构隧道的轴线控制，掌握盾构机纠偏的主要施工参数。8.3.6.4盾构掘进1）施工工艺流程盾构掘进施工工艺流程见图8.3.6-2。图8.3.6-2泥水平衡盾构掘进施工流程2）施工要点及方法泥水盾构掘进施工要点及方法见表8.3.6-2。表8.3.6-2泥水盾构掘进施工要点及方法序号施工工序施工要点及方法示意图1掘进参数设定盾构机掘进时的切口泥水压力应根据地质条件、覆土厚度等确定。在逆洗过程中，由于泥水仓或盾构机内的排泥管处于堵塞状态，因此逆洗时应提高排泥流量，但不能降低切口水压。盾构机推进、逆洗和旁路三状态切换时的切口水压偏差值均控制在：－40~＋40kPa。2掘进速度设定正常掘进条件下，掘进速度应设定为20~40mm/min；在盾构机通过软硬不均地层时，掘进速度应控制在10~20mm/min。盾构掘进速度设定时，注意以下几点：①盾构启动时，盾构司机需检查千斤顶是否顶实，开始推进和结束推进之前速度不宜过快。每环掘进开始时，防止启动速度过大冲击扰动地层，应逐步提高掘进速度。②每环正常掘进过程中，掘进速度值应尽量保持稳定，减少波动，以保证切口水压稳定和送、排泥管的稳定畅通。在调整掘进速度时，应逐步调整，避免速度突变对地层造成冲击扰动和造成切口水压摆动过大。③推进速度的快慢必须满足每环掘进注浆量的要求，保证同步注浆系统始终处于良好工作状态。④掘进速度选取时，必须注意与地质条件和地表建筑物条件匹配，避免速度选择不合适对盾构机刀盘、刀具造成非正常损坏和造成隧道周边土体扰动过大。3掘削量的控制管理当发现掘削量过大时，应立即检查泥水密度、粘度和切口水压。此外，也可以利用探查装置，调查土体坍塌情况，在查明原因后应及时调整有关参数，确保开挖面稳定。4泥水指标控制管理（1）浓度ρ=1.04~1.25g/cm3；（2）粘度ν=15~25sec；（3）脱水量<15ml（100kpa，30min）；（4）pH值：7~8；（5）流量：1200m3/h；5管片拼装1）管片的储存及运输严格遵守检测验收规范规定。严禁不合格品进入现场；2）管片洞内运输采用管片车通过电瓶车牵引运输，运输过程中遵循安全技术规范；3）管片按设计要求采用错缝拼装方式，并按照“自下而上、从左向右”的顺序对称、逐块拼装，最后拼装封顶块；4）封顶块拼装点位的选择由盾尾间隙、环面超前量、推进油缸行程差及设计线路综合决定，并考虑推进完成后盾尾间隙均匀；5）拼装封顶块时，先对止水条进行润滑处理，然后以搭接2/3的位置径向推上，最后再纵向插入；6）管片拼装应满足规范规定的偏差。6同步注浆注浆量和注浆压力由技术人员确定。注浆工应及时做好拌浆记录和注浆压力、注浆量的记录，并按期检查浆液质量。尤其是，应控制和记录每一环的实际注浆量以及与环状间隙理论容积的比较值，注浆量一般控制在理论空隙值的1.5~2.5倍。7二次注浆（1）浆液材料二次注浆采用水泥—水玻璃双液、超细水泥，二者比例为3：1。（2）注浆量注浆量为平均4.5m3/环。（3）注浆时机二次注浆应结合盾构掘进参数、周边地质环境、施工监测等确定注浆时机，注浆时机选在同步注浆3~7天后实施，先注水泥——水玻璃双液浆，再注超细水泥浆。8盾尾刷管理（1）施工前利用管片注浆孔对两个盾尾油脂进行彻底检查，以后定期检查，平均每10环全面检查一次。（2）正常状态掘进中（在没有发生水漏窜浆状态下），每2环后正常补脂一圈。（3）在发生漏窜浆状态下，补充油脂时间由平常的6秒／孔改为1分钟／孔。（4）油脂仓压力保持在0.5MPa以上。（5）每次管片拼装前必须把盾壳内的杂物清理干净，以防对盾尾刷造成损坏。（6）在整个施工过程中，盾尾密封须一直保持完好状态。9泥水分离1）随着盾构机的掘进、切削土砂随着泥浆被运送到地面泥水处理厂，在隧道外的施工场地内用泥水处理设备将排出的泥浆（污浆）进行分离处理。2）处理后的泥水，经过沉淀、调整后，再送入调节槽调制后作为新鲜泥水循环使用，分离出的砂、碴石和泥块装入碴车运出。8.3.6.5盾构到达另需注意以下两点：（1）当盾构切口靠近盾构工作井围护结构约2～3米时，在确定洞口土体稳定条件下，可逐渐降低泥水粘度及比重指标，直至用清水代替。（2）当刀盘掘穿盾构工作井围护壁后，应立即停止推进，并用清水置换切口泥仓内的泥浆，同时清洗泥水管路。8.3.6.6盾构机解体吊装1）施工工艺流程盾构机解体吊装施工工艺流程见图8.3.6-3。图8.3.6-3盾构机解体吊装施工工艺流程2）施工要点及方法盾构机解体吊装施工要点及方法见表8.3.6-3。表8.3.6-3盾构机解体、吊装施工要点及方法序号项目施工要点及方法示意图1解体原则1）盾构拆卸前必须制定详细的拆卸方案与计划，同时组织有经验的经过技术培训的人员组成拆卸班组；2）汽车吊机工作区铺设钢板，防止地层不均匀沉陷；3）大件拆卸时对竖井端头墙进行严密的观测，掌握其变形与受力状态；4）拆卸前必须对所有的管线接口进行标识（机、液、电）；5）所有管线接头必须做好相应密封和保护，特别是液压系统管路、传感器；6）盾构机主机吊耳的布置必须使得吊装时的受力平衡，吊耳的焊接必须由专业技术工人操作，同时必须有专业技术人员进行检查监督。2解体吊出顺序1）安装接收架；2）盾构机推出至接收架上；3）盾构机主机与后配套脱离；4）将主机电器、液压系统进行拆卸；5）将主机各大件连接螺栓进行拆卸；6）利用250t履带吊吊卸盾构机的大件，同时用汽车吊辅助翻身并运出退场；7）将后配套依次顺序拆卸并同时吊装，用汽车运输退场。清理现场，完成盾构机的拆卸工作。8.3.6.7盾构机刀具更换根据泥水盾构区间实际施工情况，若必须进行刀具更换时，尽量利用预先设定的主动换刀点进行常压换刀，当主动换刀点无法满足盾构施工需要时采用带压换刀。8.3.6.8联络通道兼泵房施工虎滩新区站～虎滩公园站区间于K2+113设置一座联络通道兼废水泵房，采用矿山法施工，8.3.6.9洞门环梁施工8.3.6.10区间防水施工火车站站-梭鱼湾南站泥水盾构区间管片砼采用高抗渗高强度（C60）等级的混凝土，抗渗等级P12。8.3.6.11大直径隧道内部结构施工内径10.2m，隧道分为上中下三层，其中上层作为防灾送风排烟通道，中间设置隔离墙和疏散通道，并通过两线之间的安全门进行平面疏散。同时，在轨道的两侧布置照明灯具、消火栓管、排水管、电缆以及信号机等设备。隧道下层为排水沟，并在最低处设置废水泵房，排除隧道渗漏水和消防废水。1）施工工艺流程大盾构内部结构施工工艺流程见图8.3.6-4。图8.3.6-4大盾构内部结构施工流程2）施工要点及方法大盾构内部结构施工要点及方法见表8.3.6-4。表8.3.6-4隧道内部结构施工要点及方法序号项目施工要点及方法示意图1施工准备与清理1）圆隧道内部主要的准备工作为管片清理修整：先将施工区段处管片用高压水枪冲洗干净