武汉地铁3号线3标区间盾构施工质量控制总结

PAGE1武汉地铁3号线3标区间盾构施工质量控制总结中铁七局三公司武汉地铁3号线3标项目部2014年10月一、工程概况武汉市轨道交通三号线一期工程体育中心北站～三角湖站区间整体呈南北走向，沿东风大道路敷设，总长度1206.8m，区间采用中铁装备生产的CTE6250盾构机由体育中心北站北端头始发，三角湖站南端头井接收，结构形式为圆形隧道，管片外径6.0m，内径5.4m，厚度0.3m区间隧道地质情况主要以粘土、粘土夹碎石为主，该土层以硬塑状态为主，局部呈坚硬状态或可塑状态，干强度高，韧性高。区间盾构隧道由体育中心站北端头始发。始发后沿东风大道向北掘进至三角湖站南端头，吊出转场至三角湖站北端头进行二次始发，至汉阳客运中心站进行接收。1.1工程地质本区间隧道断面范围内主要以（10—1）粘土(Q2al+pl)、（l0-2)粘土夹碎石(Q2al+pl)、（l0-3)粘土(Q2al+pl)为主，其间有部分基岩突起，主要包含（15a-1）强风化泥质粉砂岩(K-E)、（15a-2）中风化泥质粉砂岩（K一E）和(15a—a)泥质粗砂岩(K—E)。1.2盾构机概况盾构机开挖尺寸6280mm；刀盘开口率33%；最大推力34000kN；最大掘进速度80mm/min；盾尾间隙：60mm；配有中心双联撕裂刀4把，正面更换撕裂刀31把，切刀44把，边刮刀8把，焊接撕裂刀28把，保径刀8把，液压式超挖刀1把。1.2-1盾构机刀盘示意图1.3施工重难点（1）工期紧，为确保地铁公司规划的总工期目标，本区间只有5个月的工期。且中间需要跨年，人员难以组织。（2）穿越建、构筑物，本区间需下穿新民河、新民河渡槽以及万达广场售楼中心。盾构区间始发后700m后到达新民河，里程为YDK3+381河面宽度约50m，枯水期常年水位标高17.5-19m之间；丰水期常年水位标高介于19m~20.9m之间，中心河底标高介于15.0-16.0m之间，水深2.5-4m。新民河渡槽桥边距隧道中心线最近距离为9.2m，最远距离为11.99m。河底距隧道拱顶约7.2m，拱顶以上土层主要为粘土和粘土夹碎石隧道与新民河渡槽位置关系见附图1.3-1。1.3-1新民河及渡槽与隧道位置关系图新民河管线渡槽，桥台为明挖基础U型桥台，中间为明挖基础实体式悬臂桥墩，桥面距隧道边线最近6.2m，最远为8.9m。该桥离隧道范围较近，且该处隧道拱顶埋深较浅，只有7.2m，桥面上有一根Φ600供水管及四根10KV高压电力管线；隧道掘进过程中可能会对桥梁稳定性造成一定影响。经过调查发现该桥已经处于危桥状态，北侧桥台已经垮塌，现利用砖砌进行支撑，桥台北侧房屋也有较大裂缝，每个桥墩处梁板均有不同程度裂缝，尤其以北端1、2号桥墩最为严重，南侧桥台有较大裂缝，桥面明显处于弯曲状态，桥面管线也同桥面一样弯曲，北端桥台西侧利用方木进行支撑。区间右线从万达售楼中心西南角下穿，该楼为4层钢筋砼框架结构，采用扩大墩基础，基础埋深3.6m，整体为玻璃幕墙，对沉降要求较高。该段隧道拱顶距离地面约17m，拱顶以上土层主要为粘土和粘土夹碎石。二、日常掘进管片质量控制公司派遣经验丰富的施工人员和管理人员进行本区间的掘进施工，项目部充分总结粘土底层盾构掘进的施工经验，提高成型管片质量控制标准，力争做到成型管片质量达到设计及规范要求。1、首先从源头上把好质量关项目部派遣专业技术人员进入管片厂驻厂，严格控制管片生产质量，确保管片出厂后为合格的管片，管片进入施工场地前由技术员进行再一次质量验收，管片质量及防水材料粘贴质量符合要求后方可进入管片场地。2、加强过程控制，防止事后返工盾构掘进过程中，由项目总工定期组织人员进行质量教育培训，提高盾构施工人员的质量意识。同时每个班组安排一名土建工程师和一名机电工程师负责现场掘进、管片点位选择等工作，严格控制管片拼装质量，保证每一块管片环缝、纵缝拼装时是平整的、符合设计要求的。制定了专门的管片安装技术交底、盾构掘进技术交底及安全交底，保证每环管片螺栓紧固三次，防止后续掘进中发生二次质量问题。严格控制掘进参数，根据不同的地质情况及隧道埋深，同时结合地表监测情况及时对掘进参数进行调整，避免掘进过程中油缸对上一环管片造成损坏或出现地表沉降过大的情况。3、定期总结施工经验，指导后续施工。每掘进50环，由项目总工及生产副经理组织盾构施工人员开展施工总结会议，盾构司机、土建工程师及测量工程师全程参与，总结50环掘进的经验以及施工参数控制，同时对比下一个50环的地质情况、隧道埋深以及地表建筑物情况，初步定出后50环掘进参数，后续施工过程中再根据地表监测进行适当调整。根据本区间的掘进，项目部盾构施工管理人员通过现场调查及测试归纳以下几点为影响成型管片质量的主要因素。序号影响因素确认内容确认方法确认标准1人员技能达不到要求通过管片现场拼装样板比较，检验人员技能是否达到要求。现场测量测试管片错台小于5mm，拼装完成后无破损2地铁盾构施工人员质量意识淡薄通过现场调查交流了解施工人员的质量意识，派专人对施工过程进行抽查盯控，检查施工人员是否按要求操作现场调查人员质量意识及重视程度具备盾构施工要求3螺栓紧固不到位检查螺栓紧固是否牢靠和满足要求现场调查保证每环螺栓紧固3次，确保管片不会因螺栓松动而错台4管片拼装点位选择不适合现场检查管片选型情况，是否因点位选择不适导致盾尾间隙不均，油缸行程差较大，最终使下一环掘进过程中出现管片错台或破损现场调查培训使盾构机司机可对管片进行正确选型5盾构机姿态控制是否符合要求及时测量盾构机姿态及导线情况，分析盾构机姿态与管片成型姿态的关系现场测量导线精度符合要求，盾构机姿态符合设计要求，管片成型后姿态符合设计要求针对以上问题项目制定了相应的措施进行规避管片出现质量问题的风险，确保拼装成型的管片质量符合设计及规范要求。实施一：1、由项目总工牵头，定期组织所有盾构施工人员及管理人员进行质量及技能培训，通过培训会议，大家互相探讨、总结盾构施工经验，提高所有盾构施工人员的质量意识以及操作技能水平，确保各个岗位施工人员的操作水平都能达到施工要求。2、同时对容易出现问题的质量控制点进行了明确，制定、公布了盾构施工质量考核办法及严格的奖罚措施，从经济上加强施工人员对施工质量的重视程度。实施二：1.由主管工程师召集盾构机司机及管片拼装手进行培训，使盾构司机及拼装手均对管片点位选择所需注意的事项有充分的了解。2、结合施工现场，会同司机与拼装手探讨管片点位选择问题，理论与实际相结合，汲取更多施工经验，使操作人员对管片点位选择的重要性及标准有了更深层的认识，确定了管片点位选择与盾尾间隙、油缸行程的关系，同时明确了K块拼装在盾尾间隙最大的点位，每组油缸行程差不得大于10cm，压力差不得大于50bar，以减小管片错台和破损的几率。实施三：由质检工程师负责落实现场管片螺栓的紧固抽查及指导，安排2个专职人员负责螺栓的紧固，加强跟班人员现场检查力度，并制定将每环螺栓紧固次数增加到3次，管片拼装时紧固第一次，第二环推至1.2m时紧固第二次，第二环掘进完成后紧固第三次。确保管片不会因螺栓松动而错台。实施四：由测量主管工程师对盾构机司机进行再次培训，测量主管工程师充分总结了已完成部分隧道的盾构机姿态与管片姿态的关系，提供了每一环管片姿态的相关数据，对盾构司机进行讲解，使盾构机司机对管片姿态的重要性了解、掌握，更加有利于施工。同时明确了每环纠偏量不得大于5mm，要求严格执行。三、重难点施工控制3.1工期紧针对本区间掘进需要跨年的特点，所有关键岗位人员均由公司安排有丰富经验的正式职工，可以确保春节期间的正常施工，均可为项目的正常运转在工地过年，保证了本区间掘进的施工工期符合业主下达的目标工期。3.2穿越建、构筑物盾构在下穿新民河时，盾构机的掘进过程中刀盘转动及推进对土体的扰动可能会影响新民河渡槽的稳定，土仓压力、注浆压力及注浆量控制不当会导致地面及河床底部沉降超标，在充分总结本盾构区间前半段掘进参数的经验基础上，采取如下措施确保盾构下穿时新民河及万达售楼中心和地铁工程的安全。3.2.1盾构机机况保养提前对盾构机进行保养，主要包括注浆设备的保养，是否能正常进行同步注浆，保证注浆的及时性，确保注浆压力及注浆量，将沉降控制在允许范围内；检查泡沫系统及膨润土注入系统是否正常工作，保证掘进过程中对渣土及时改良，严禁出现多出土的情况发生；检查土仓土压传感器是否正常工作，确保推进过程中能体现正确的土仓压力，根据监测情况及时调整土仓压力；盾尾密封油脂系统是否正常工作，需保证注浆过程不出现漏浆的情况；以及其他常规设备保养检查。确保穿越期间盾构机可连续稳步推进，顺利通过新民河及万达售楼中心。3.2.2盾构机姿态调整提前调整好盾构机的姿态，将盾构机姿态控制在±30mm以内，减少蛇行及超挖对地层的扰动；如果出现蛇形线路掘进，经常调整盾构机姿态，将会增大刀盘对土体扰动，会对掌子面产生不利影响。且经常调整姿态时，会导致盾尾间隙不均匀，对管片拼装平整度造成不利影响，进一步导致隧道线型较差，使盾构通过后导致管片整体下沉或上浮，增大隧道外侧土体的扰动，亦可能导致新民河渡槽扰动过大。3.2.3同步注浆及二次注浆(1)同步注浆加大盾尾同步注浆量，及时回填管片周围空隙，减少地层沉降变形。根据计算每环理论注浆量为3.142×3.14×1.5-3.14×3×3×1.5=4.05m3，根据该区间盾构通过相同地层的经验及设计要求，同步注浆量不少于理论计算的150%。所以每环注浆量不少于6m3。充分总结在本区间前半段盾构法施工成功掘进的经验，(2)二次注浆利用管片预留的压浆孔进行二次回填压浆，根据以往下穿建筑物时掘进经验，每6环进行一次二次注浆，确保将地面沉降降至最低，二次注浆采用水泥浆水玻璃双液浆，体积比为1:1，水泥浆水灰比为1.0，利用水玻璃的浓度调整浆液凝固时间，将凝固时间调整至约50s凝固，即可保证注浆机不堵管，又可确保浆液进入管片后迅速凝固。减少地层沉降变形。3.2.4推进参数的确定为了保证区间盾构顺利通过新民河及万达售楼中心的安全，充分借鉴兄弟单位在类似区间盾构法施工的经验，指导本段隧道的掘进施工。(1)土仓压力的确定根据地质情况及隧道埋深计算土仓通过新民河时上部压力约0.8bar，下穿万达售楼中心时上部土压力约1.75bar；鉴于过新民河前后地层分布较为连续。在盾构穿越新民河前50m范围内各设置了两组分层沉降观测点。通过第一组数据得到盾构通过后的地层沉降变化情况，初步确定盾构掘进各项参数；通过第二组数据来验证盾构掘进各项参数，以便进一步调整和修正参数。下穿新民河时土压力初步选择在0.7bar~1.0bar之间，下穿万达售楼中心时上部土仓压力控制在1.7bar-2.0bar之间，并根据监测情况适时调整。(2)掘进速度的确定通过新民河及万达售楼中心时适当降低推进速度，严格控制盾构推进方向，减少纠偏。提前进行试验段掘进，试验段穿越时的推进速度控制在20～30mm/min，穿越过程中必须确保盾构机连续稳定掘进，中间不能停机过长，以减少盾构机通过的风险。(3)注浆参数的确定合理选用注浆材料：根据盾构法隧道工程施工及验收规范（GB50446-2008）以及体育中心北站~三角湖站区间隧道图设计要求同步注浆浆液28天强度需达到0.5MP以上。为保下穿过程中盾构机通过后管片背后迅速回填密实，总结盾构机始发段的掘进经验，项目部决定下穿期间采用7小时初凝的浆液进行同步注浆，并确保注浆量。选用此种浆液的原因主要是考虑到隧道埋深较浅的特点，加快管片背后回填材料的凝结速度，减小地表沉降。同步注浆量控制在7m3，注浆压力控制在2.5bar~3bar。合理确定配合比，保证浆液在进入间隙后7h内初凝。经过试验确定每立方浆液配合比如下表所示：同步注浆浆液配合比水泥（kg）粉煤灰（kg）膨润土（kg）砂子（kg）水（kg）1302202108304613.2.5监控量测充分总结在本区间前半段盾构法的掘进施工经验，各个监测点累计沉降值不超过10mm，且在通过后3~4天趋于稳定。在盾构掘进至新民河前50m里程YDK3+331时按下表在新民河相应的河床及地面上布置直接监测点，监测点沿大里程方向10m一个断面，开始记录沉降值，并随时观察附近地面的变形情况，同步记录盾构机密封舱土压力、盾构掘进速度、刀盘转速、同步注浆等数据反馈以优化穿越段的土压、掘进速度、同步注浆等关键参数的初始设置，在盾构穿越期间，地面加密监测的频率，利用监测的数据指导施工。同时在盾构下穿新民河期间，增加路面巡视人员，24h不间断巡视，保证反馈的信息及时，指定专人负责信息反馈工作。现场监控量测项目表序号量测项目方法及工具量测频率备注1现场观察观察新民河水位是否变化，新民河渡槽是否产生新的裂纹。穿越期间24小时不间断巡视派专人进行巡视，并及时与盾构司机沟通2新民河河床底沉降精密水准仪、水准尺、铟钢尺2小时一次按下图所示在地表布置监测点图3.2.5-1新民河监控量测测点布置纵断面图图3.2.5-2新民河隧道上部地面监测点布置横断面图3.2.6质量保证控制要点（1）盾构在新民河及万达售楼中心下方穿越时，要避免土仓压力及同步注浆压力不足引起沉陷，又要防止土仓压力及注浆压力过高导致地层扰动过大或地面冒浆。同时还应注