φ4310土压平衡盾构机分体始发掘进施工工法

φ4310土压平衡盾构机分体始发掘进施工工法1.前言随着全球经济快速发展，时代的进步，城市也在不断发展和繁荣，在城市的建设过程中，电力隧道工程对于城市的现代化建设有着重要意义。在现阶段，电力隧道工程的施工逐渐采用小直径盾构施工，通过小型盾构施工使得工期大幅度地缩短，工程建设成本也得到普遍降低。但是电力隧道始发井长度通常较小，无法满足整机始发，无法满足始发阶段渣土运输和材料运输，施工效率低下；同时采用常规拼装负环管片提供盾构推力，施工风险大。通过提出土压平衡盾构机分体始发、采用一体式移动反力架、增加暗挖后导洞的综合技术进行土压平衡盾构始发掘进，能够满足土压平衡盾构机在电力隧道始发掘进和常规掘进要求，能够极大提高土压平衡盾构机分体始发掘进施工效率，降低盾构机始发负环拼装风险，解决土压平衡盾构机渣土和管片水平运输难题，极大节约了成本，缩短工期，同时保证了施工安全。2.工法特点该工法主要包括以下几点：（1）该技术通过将土压平衡盾构机主体结构和台车后配套有效调配分体进行始发满足了始发场地盾构施工需要，取代了传统盾构始发对场地面积的要求，极大地节约了成本。（2）该技术采用一体式移动反力架提供盾构推力，取代了传统盾构机始发阶段管片拼装负环提供反力的要求，极大地提高了盾构始发施工掘进效率，减少始发阶段盾构拼装负环施工风险。（3）结合增加后导洞暗挖施工，解决了土压平衡盾构机始发阶段渣土和管片水平运输难题，提高始发掘进效率，缩短工期，取代了始发阶段传统用卷扬机运输渣土和管片运输，大大提高了盾构机分体始发掘进效率，缩短工期。3.适用范围该技术适用于各种狭小场地的盾构始发施工；能够有效降低盾构施工的风险；同时极大提高土压平衡盾构机始发掘进效率，缩短施工工期，减少投入，保证施工安全。4.工艺原理在盾构始发过程中，根据土压平衡盾构机配套措施的特点，增加暗挖导洞满足电瓶车运输材料的要求，暗挖导洞完成后进行始发台架固定在始发井底板上，完成后盾构机主体（前盾、中盾、盾尾）结构、螺旋机、拼装机、连接桥进行井下组装，在组装的主体时候同时在地面组装后配套台车及延长管路，然后进行电瓶车下放进暗挖导洞，安装反力架水平支撑和基准环，使反力架、水平支撑和基准环之间形成一个整体。盾构机每掘进一环，反力架随盾构机前移一环，降低了拼装负环管片、拆除负环管片的风险，节省施工成本和工期，且能够在狭小空间中能够为土压盾构材料及出土提供足够的作业空间，提高了施工效率。5.施工工艺流程5.1施工流程后导洞施工安装始发基座 电瓶车及配套下放盾构机主体安装盾构机后配套安装安装反力架安装洞门密封洞门凿除盾构切削围护结构↓盾尾通过洞口、背衬注浆前8m每掘进前8m每掘进1环，反力架向前移动一环1~8#台车进洞掘进掘进55m9~16#台车进洞掘进9~16#台车进洞反力架拆除，正常掘进图5-1土压盾构始发流程图5.2施工步骤5.2.1后导洞施工由于电力隧道工作井小的特点，土压平衡盾构机分体始发掘进效果的高低关键是解决渣土、管片的运输，工作井净空长度只有23.6m，电瓶车一列完整编组长度为35m（包括电机头、3节渣土车、2节管片车，1节浆斗），为了提高土压平衡盾构机始发掘进施工效率，在工作井后面增加一个长15m的后导洞暗挖，增加电瓶车编组的空间，提高施工效率，解决渣土水平运输问题。新增暗挖导洞长15m，开挖尺寸为4.3*3.65m，结构采用复合式衬砌结构，初衬厚250mm，采用C25喷射早强砼，抗渗强度等级P6；二衬为钢筋砼结构，厚250mm，采用C35模筑防水砼，抗渗强度等级P10。图5-2后导洞初支断面图图5-3后导洞结构断面图序号程序图说明11、施工小导管预注浆；钢格栅；3、施工拱部锚杆和锁脚锚管；4、挂网喷射混凝土。21、开挖二台阶土方，架设钢格栅；2、施工侧臂锚杆；3、挂网喷射混凝土。31、进行基面清理；2、施工底板结构。41、架设二衬拱架、模板，施工拱墙结构；2、施工衬砌背后注浆回填。后导洞施工完成后结合工作井长度电瓶车整列编组如下。图5-4电瓶车整列编组平面图图5-5电瓶车整列编组剖面图5.2.2安装始发基座根据设计图，考虑到盾构在始发掘进过程中，由于盾构机自身的重心靠前，始发掘进时容易产生向下的“磕头”现象，故盾构轴线需比设计轴线适当抬高20～30mm，所以盾构始发时设置姿态为水平状态。图5-6始发基座平面示意图5.2.3盾构机主体和后配套安装在狭小的空间里，尽量放下始发必须用的后配套设备，满足掘进的要求。考虑到剩余区域狭小，故采用单边台车来摆放。土压平衡盾构机分体始发主要讲主体（前盾、中盾、盾尾）结构、螺旋机、拼装机、连接桥进行井下组装，其他1~16号台车在工作井地面组装。图5-7盾构机分体始发示意图5.2.4反力架安装始发台架固定在始发井底板上，始发台架的两侧分别固定有侧纵梁，两侧的侧纵梁上各设有至少一列定位螺孔，反力架通过螺栓分别与两侧的侧纵梁上任意的定位螺孔连接，使反力架垂直地可拆卸地固定在两侧的侧纵梁上，反力架上固定有异形环板，基准环留有间距地设在反力架的前方，水平支撑环均布在反力架和基准环之间，且水平支撑环的两端分别固定在异形环板和基准环上，使反力架、水平支撑和基准环之间形成一个整体。本工法运用无需拼装负环管片，盾构机每掘进一环，反力架随盾构机前移一环，降低了拼装负环管片、拆除负环管片的风险，节省施工成本和工期，且能够在狭小空间中能够为土压盾构材料及出土提供足够的作业空间。图5-8反力架总装主视图图5-9反力架总装侧视图图5-10移动反力架始发示意图图5-11移动反力盾体进洞示意图5.2.5盾构掘进55m当盾构调试完成和反力架安装完成后，进行盾构始发。综合考虑设备延长管线后的性能参数及方便施工的原则，将分二次进行始发，第一次的掘进距离55m，第二次为60m，每完成一个步骤的始发后，将相应的台车组装并出洞。以盾构4310mm土压盾构机参数要求及台车长度为依据设定分体始发初次掘进距离：分体始发初始阶段管路依靠延长管路的长度以及盾构皮带机及出土口的长度决定盾构机掘进距离，各种液压延长管线长80m，且土压平衡盾构机皮带机出土口在7号台车上，综合考虑后第一盾构掘近距离为55m。图5-12盾构分体始发第一阶段图第一始发阶段无需拼装负环管片，盾构机每掘进一环，反力架构机前移一环，降低了拼装负环管片、拆除负环管片的风险，节省施工成本和工期，且能够在狭小空间中能够为土压盾构材料及出土提供足够的作业空间。图5-13盾构分体始发状态1图5-14盾构分体始发状态2图5-15盾构分体始发状态3图5-16盾构分体始发状态45.2.5盾构掘进60m以盾构掘进时的依据电瓶车编组满足管片、渣土运输为末次掘进距离：因本工程始发井场地狭小，4310mm土压平衡盾构机渣土运输为关键，为了提高施工掘进效率，将电瓶车进行编制，一列电瓶车编组要求满足管片、渣土、砂浆运输；若渣土车安装2节不能满足每掘进一环出土一次的要求，若安装3节渣土车井口空间不够，因此综合考虑始发井长度后导洞的长度，满足渣土运输和管片运输为条件，盾构掘进距离长度为60m。图5-17盾构分体始发第二阶段图5.3.劳动力组织（1）隧道人员配置：掘进管理人员、盾构操控手、环流操作手、机修工、电工、电瓶车司机及其他配合人员；（2）地面人员配置：地面管理人员、地面指挥、司索、龙门吊司机、叉车司机、挖掘机司机、铲车司机、汽车司机、电工、电焊工、机修工、其他配合人员。隧道人员序号岗位人数序号岗位人数1中央控制室12隧道值班工程师13机修工14电工15测量26电瓶车司机17井下挂钩28掘进配合89轨道维护1隧道清理3地面施工人员序号岗位人数序号岗位人数1地面起重班72地面值班工程师13搅拌人员24龙门吊司机15司索16管片装卸27焊工38机修工26。材料与设备该工法施工过程所需的主要设备见下表。序号设备名称用途序号设备名称用途1土压平衡盾构机（1台）隧道施工平板车（2台）井下水平运输2同步注浆系统（2套）同步注浆地面及井下垂直运输3冷却台（1套）冷却循环水压浆泵（2套）管道补压浆用4清水泵（3台）井口及沉淀池电焊机（4台）焊接5机车（2台）井下水平运输排污泵（4台）隧道内排污6挖掘机（1台）沉淀池挖土风管（4.3km）隧道通风7风机（2台）隧道通风电话（16台）施工通讯8砂浆搅拌站（1套）拌制砂浆碴车（3台）渣土运输序号设备名称用途序号设备名称用途9充电机（2套）电瓶充电吊装盾构机7。质量控制本工法实施过程中执行以下主要技术标准规范有：（1）《盾构法隧道施工与验收规范》GB50446-2017；（2）《地下铁道工程施工及验收规范》GB50299-1999；（3）《城市轨道交通工程测量规范》GB50308-2008；（4）《工程测量规范》GB50026-2007；（5）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086—2001（6）《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001；（7）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）。8.安全措施8.1施工机械（1）车辆驾驶员和各类机械操作员，必须持证上岗，严禁无证操作，对驾驶员、机械操作员定期进行安全管理规定的教育。（2）严禁酒后驾驶车辆和操作机械，车辆严禁超载、超高、超速驾驶，禁止使用带病的车辆、机械和超负荷运转。（3）机械设备在施工现场应集中停放，严禁对运转中的机械设备进行检修、保养。（4）指挥机械作业的指挥人员，指挥信号必须准确，操作人员必须听从指挥，严禁蛮干作业。（5）起重作业应严格执行《建筑机械使用安全技术规程》和《建筑安装工人安全技术操作规程》中的有关规定和要求。（6）使用钢丝绳的机械，必须定期进行保养，发现问题及时更换，在运行中禁止工作人员跨越钢丝绳，用钢丝绳起吊、拖拉重物时，现场人员应远离钢丝绳。（7）设专人对机械设备、各种车辆定期检查、维修和保养，对查出的隐患要及时进行处理，并制定防范措施，防止发生机械伤害事故。（8）现场地面使用叉车转运管片和其他材料设备，应严格执行叉车操作规定。（9）现场垂直运输主要依靠32T龙门吊一台，应严格执行龙门吊操作规定。（10）隧道内水平运输主要依靠电瓶车进行，应严格执行电瓶车操作规定。8.2垂直运输施工材料及管片的吊运主要通过叉车在现场进行转场，然后通过32T龙门吊吊入隧道中，摆放在平板车上。（1）应对起重设备的操作人员、电瓶车操作人员和指挥人员进行安全技术交底。（2）行车司机必须经过培训、考核后合格者方能上岗。（3）重点强调重物下严禁站人，并落实措施及管理工作，专职设备检查人员定期检查并做好记录（每周检查）。（4）对起重设备的索具、钢丝绳、卸克、土箱、管片吊钩做到定期检查，安全使用各种安全装置，督促落实维修、整改工作。在吊装预制构件或其他施工材料时，吊环和索具的安全系数K≥8。（5）同步施工由于起重高度的限制，务必要注意起吊夹角和上下人员的安全，吊装预制构件时，必须固定牢靠后方可脱钩。8.3水平运输（1）电瓶车司机必须经过培训，考试合格后方可上岗作业。（2）做好对电瓶车司机安全教育，并做好安全交底工作，防止电瓶车伤人，严格控制电瓶车速度。（3）井下电瓶车司机兼职挂钩，同样必须经考核合格后持证上岗。（4）严格执行电瓶车安全操作规程，加强对电瓶车“连接”部位检查。（5）督促电瓶车司机做好交接班及运行情况记录工作。（6）电瓶车运行过程中严禁搭乘电瓶车，做好检查、监督工作。（7）做好每日巡视检查工作，检查电瓶车运行速度、进入车架段限速及轨道端头限位装置安放情况。（8）电瓶车的警铃和信号必须齐全，进入同步施工区域必须鸣（响）信号，警告施工人员；电瓶车上的运输材料必须堆放整齐并固定牢靠，以防在运输过程中滑移，撞击台车和伤害施工人员；由于后配套台车区域两侧间距较小，进入此区域严禁电瓶车司机的手、头伸出机车外。9.环保措施该工法的施工对周边环境影响较小，在市区内需注意夜间施工对居民影响，对于噪声较大的作业夜间将不进行施工。施工需用到大量的砂及水，施工完后对使用后的砂、水、砼块及其他渣土需运输到专门处理点进行处理，若可继续用于现场其他部位施工可回收至场内指定地点存放。1）噪声控制（1）施工期间主要的噪声来源是施工机械、施工活动和运输车辆。采取的控制措施为：（2）施工现场的高噪声主要来源于冻结机组，如噪声超标，需配备和安装相应的消声和屏蔽设施。（3）采取措施，尽量选用低噪声的机械设备和工法。并且在满足土层施工要求的条件下，尽量选择低噪声的施工机具，避免使用高噪声的机械和工法。2）水污染控制施工期间的水污染来源主要是盾构掘进的泥浆水，泥浆水运输至地面，在处理区内经过处理后才能进行排放。3）大气污染控制（1）大气的主要污染来源有：喷锚、运输、开挖、燃油机械等。采取的控制措施：（2）对易产生粉尘、扬尘的作业面和装卸、运输过程，在条件允许的情况下设置防尘棚，制定操作规程和洒水降尘制度，在旱季和大风天气适当洒水，保持湿度；（3）严禁在施工现场焚烧任何废弃物和会产生有毒有害气体、烟尘、臭气等有毒有害物质要使用封闭和带有烟气处理装置的设备；（4）水泥等易飞扬细颗粒散体物料应尽量安排库内存放，堆土场、散状物料露天堆放场要压实、覆盖；（5）加强渣土运输管理，做到运输过程不洒落；车辆出场冲洗车轮，减少车轮携土。10.效益分析该工法为盾构隧道施工工序安排提供了新的思路和技术，可以解决狭小场地盾构始发施工中的一些问题，减少了投入，缩短了工期，其中分体始发用的23.6m基坑造价为590万，增加15m后导洞暗挖80万，比常规φ4310整机始发113m的基坑节省了约1100万元的建设费，比常规的始发需要时间节省2个月，为工程创造巨大效益。11.工程实例本工法应用于500kV楚庭（穗西）输变电工程电缆隧道（东段）位于广州市，盾构始发井位于拟建南大干