隧道盾构掘进施工主要工艺.doc

隧道盾构掘进施工主要工艺 1、盾构始发与到达掘进技术 1.1 始发掘进 所谓始发掘进是指利用临时拼装起来的管片来承受反作用力，将盾构机推上始发台，由始发口贯入地层，开始沿所定线路掘进的一系列作业。本工程中每台盾构机都要经过两次始发掘进，第一次是盾构机组装、调试完后从三元里站始发，第二次是盾构机通过广州火车站后二次始发。 1.1.1 始发前的准备工作 （1）始发预埋件的设计、制作与安装 盾构机始发时巨大的推力通过反力架传递给车站结构，为保证盾构机顺利始发及车站结构的安全，需要在车站的某些位置预埋一些构件。同时盾构机盾尾进入区间后为减小地层变形需要立即进行回填注浆，为了防止跑浆也需要在车站侧墙上预埋构件以实现临时封堵。 三元里车站始发预埋件大样及预埋位置如图隧盾-施组-SD01、02所示。 （2）洞门端头土体加固 三元里车站隧道端头上覆2米厚〈8〉类土（岩石中等风化带），开挖后侧壁基本稳定。始发前不对端头进行加固。 （3）端头围护桩的破除 图7-7-1 凿除分块示意图 始发前需要对洞门端头围护桩予以拆除，确保盾构机顺利出站。三元里站端头围护桩厚1.1米，洞门预留孔直径6.62米。计划对围护桩进行分块拆除如图7-1-1。 环形及横向拉槽宽度50cm，竖向拉槽宽度20cm，竖向槽沿围护桩接缝凿除。 盾构机推进前割断连接钢筋，拉开钢筋砼网片，清理石碴并处理外露钢筋头，避免阻挂盾壳。围护桩拆除后，快速拼装负环管片，盾构机抵拢工作面，避免工作面暴露太久失稳坍塌。 1.2 盾构机始发流程 盾构机始发前首先将反力架连接在预埋件的位置，吊装盾构机组件在始发台上组装、调试；然后安装400宽的负环钢管片，盾构机试运转；最后拆除洞门端墙盾构机贯入开挖面加压掘进。 盾构机始发流程见下图 安装反力架、始发台 盾构机组件的吊装 组装临时钢管片、 盾构机试运转 拆除端头维护桩 盾构机贯入开挖面加压掘进（拼装临时管片） 盾尾通过入，压板加 固、壁后回填注浆 端头地层加固 检查开挖面地层 始发准备工作 拆除端头围护桩 掘 进 盾构机始发时临时封堵操作工艺流程如下 安装螺栓、橡胶帘布板及钢压板 上拉压板，置于盾构机通过位置 盾尾通过始发口 下拉压板 盾尾同步注浆 盾构机通过后临时封堵防止跑浆原理如图隧盾-施组-SD03。 1.3 盾构机始发掘进 （1）试验段掘进 1）三元里站试验段掘进 从三元里站起前100米隧道作为掘进试验段，通过试验段掘进熟练掌握在不同地层中盾构推进各项参数的调节控制方法，掌握管片拼装、环形间隙注浆等工艺。同时通过监控量测分析地表隆陷、地中位移规律，及时反馈信息调整施工参数，为下一阶段正常掘进提供参考依据。 2）掘进试验大纲 a、盾构机掘进参数设定、统计分析与结论 表7-1-1 盾构掘进施工记录表 表7-1-2 盾构管片拼装记录表 表7-1-3 不同地层中盾构掘进参数设定数值表 表7-1-4 盾构实际掘进参数统计表 表7-1-5 盾构机最佳掘进参数统计分析结果 b、地表隆陷及建筑物变形监控量测 试验段地表监测点布置，原则上沿隧道轴线每隔8米布置一个测点；横向每30米布置一个断面，每个断面布置10～13个测点。根据沉降槽特点，测点布置中间间距小，向两侧逐渐增大间距。 试验段地表监测点布置图，监测频率及监测实施方法见【越～三区间隧道】盾构工程监控量测施组。 c、各种操作工艺的熟悉、补充及完善改进 管片拼装工艺、同步注浆及辅助材料填加工艺、盾构机姿态控制纠偏防转工艺、盾构机的保养维修工艺、碴土的运输起吊、倾卸工艺等。试验段掘进中根据实际操作情况对以上各种操作工艺的作业指导书进行进一步的修订、完善，以便指导下一步的盾构施工。 表7-1-1 盾构掘进施工记录表 工程名称广州地铁二号线【越～三区间隧道】盾构工程 盾构机械类型复合式土压平衡盾构 设计每环长度1.5米 管片设计每环6片 循环节序号 循环节起至里程 施工班组别 施工日期年月日时 至 年月日时 盾构掘进 管片拼装 压浆 记 事 记录者 掘进速度 地质描述 千斤顶编组 千斤顶顶力 出土量 拼装时间 年月日时至 年月日时 拼装质量 时间 年月日时至 年月日时 材料及配比 压浆压力Pa 压浆数量m3 压浆质量 施工单位隧道局一处盾构公司 工班长 技术负责人 表7-1-2 盾构管片拼装记录表 工程名称广州地铁二号线【越～三区间隧道】盾构工程 盾构机械类型复合式土压平衡盾构 管片设计每环1.5m 管片设计每环6片 循环节序号 循环节起至里程 盾构掘进时间 年月日时 至 年月日时 循环节处地质描述 管理拼装时间 年月日时 至 年月日时 管片拼装 记事 记录者 螺栓连接数量 高程（m） 平面 相邻管片 设计 实际 设计 实际 位置偏差（mm） 平整度最大偏差（mm） 纵 环 纵 环 施工单位隧道局一处盾构公司 班组别 工程负责人 表7-1-3 盾构掘进参数设定值 工程名称广州地铁二号线【越～三区间隧道】盾构工程 盾构机械类型复合式土压平衡盾构 管片设计每环1.5m 管片设计每环6片 地层类别 地质描述 工况选择 掘进参数 其它参数 备注 刀盘转速r/min 千斤顶编组 千斤顶推力 t 螺旋输送机转速 r/min 掘进速度 cm/min 土仓压力 bar 注浆压力 MPa 注浆量 m3 膨润土填加量 m3 泡沫剂填加量 m3 排土量 m3 〈9〉 岩石微风化带 open 〈8〉 岩石中风化带 open 〈7〉 岩石强风化带 EPB 〈6〉 岩石全风化带 EPB 〈5-2〉 残积土 EPB 软硬互层，地下水丰富 semi-open 施工单位隧道局一处盾构公司 机电技术负责人 土木技术负责人 表7-1-4 盾构掘进参数统计表 工程名称广州地铁二号线【越～三区间隧道】盾构工程 盾构机械类型复合式土压平衡盾构 管片设计每环1.5m 管片设计每环6片 循环节序号 循环节起至里程 盾构掘进时间 年月日时至 年月日时 循环节处地质情况 掘进参数 其它参数 工况选择 备注 刀盘转速r/min 千斤顶编组 千斤顶推力 t 螺旋输送机转速 r/min 掘进速度 cm/min 土仓压力 bar 注浆压力 MPa 注浆量 m3 膨润土填加量 m3 泡沫剂填加量 m3 排土量 m3 地层编号 描述 施工单位隧道局一处盾构公司 班组别 值班工程师 表7-1-5 盾构机最佳掘进参数统计分析结果 工程名称广州地铁二号线【越～三区间隧道】盾构工程 盾构机械类型复合式土压平衡盾构 管片设计每环1.5m 管片设计每环6片 地层编号 地质描述 工况 掘进参数 其它参数 备注 刀盘转速r/min 千斤顶编组 千斤顶推力 t 螺旋输送机转速 r/min 掘进速度 cm/min 土仓压力 bar 注浆压力 MPa 注浆量 m3 膨润土填加量 m3 泡沫剂填加量 m3 其它材料 m3 〈9〉 岩石微风化带 〈8〉 岩石中风化带 〈7〉 岩石强风化带 〈6〉 岩石全风化带 〈5-2〉 残积土 软硬互层，地下水丰富 施工单位隧道局一处盾构公司 机电技术负责人 土木技术负责人 3）负环管片开口拼装及加固处理措施 盾构机始发时由于后配套设备未正常工作，负环管片拼装不能利用管片吊机和管片拼装机。如何拼装管片保证盾构机始发正确姿态至关重要。本工程中始发前负环管片的拼装拟采用15T吊机和人工辅助安装，负环管片采用通缝开口拼装，邻接块和封顶块不予拼装如图2-2所示 图112 负环拼装示意图 负环管片四周施作临时支撑连接在车站结构上，确保负环管片受压时的线形和稳定。对于开口的负环管片，盾构机在推进前千斤顶和管片之间要加设方木或型钢来承受和传递盾构机的推力，保证盾构机的姿态正确。 （2）火车站始发掘进 1）火车站始发预埋件 如图隧盾-施组-SD04。环板大样尺寸同三元里车站。 2）反力架和临时钢管片 反力架和临时钢管片均从三元里车站拆除下来后转移至广州火车站使用。三元里～火车站区间贯通后立即拆除负环管片、反力架及始发平台，地面运输至火车站从设备吊装孔掉入车站内安装使用。 3）车站南端头土体加固 图11-3 火车站南北端头地质情况 南端头 北端头 火车站南端头隧道处于〈8〉号土地层中，如2-3图所示，根据车站施工情况来看，地层基本稳定，二次始发前不再对车站端头进行加固。 4）围护桩的破除 同三元里车站 5）始发注意事项及应急处措施 a、盾构机始发时负环管片周围没有约束，必须在管片四周尽可能地加上各种支撑，保证盾构机向前推进时负环管片不会失稳。 b、始发前基座定位时，盾构中心坡度与隧道设计轴线坡度保持一致，考虑隧道后期沉降因素，盾构中线可比设计轴线抬高10～20mm。同时对基座加支撑防止基座移动。 c、防止盾构机旋转、上飘。由于盾构机与地层间无摩擦力，盾构易旋转，应加强盾构姿态测量，如发现盾构有较大转角可以采用大刀盘正、反转的措施进行调整，同时推进速度要慢。 11.4.2到达掘进 到达掘进是指盾构机沿所定线路推进到竖井边，然后从预先准备好的大开口处步入车站或竖井内的一系列作业。 1、到达前的准备工作 （1）洞门土体加固 本工程中两次到达前均需要对洞门端头土体进行加固。 火车站北端头隧道上部约1/3从〈5-2〉残积土中通过，且残积土层较厚见图114，为防止盾构到达时发生围岩坍塌、失稳，计划对端头地层进行加固。加固方案如下 采用自钻式注浆锚杆注浆加固，浆液采用CS双液浆，注浆压力控制在0.6～0.8Mpa。加固范围见下图 图115 越秀公园站北端头地质情况 图11-4 火车站北端头地层加固示意图 越秀公园站北端位于解放北路和流花路交汇口，北侧紧临广州市体育馆，越秀公园站盾构到达端处的隧道上半部埋置于〈6〉全风化细粒花岗岩中，下半部埋置于〈7〉强风化花岗岩中，上覆6m厚砂质粘性土和7m厚淤泥质土及细砂。洞身上半部岩层〈6〉已成风化成土柱状，岩石组织结构已基本破坏，其自稳性很差（见图115）。 并且，因受到车站工作井施工的扰动，岩层已遇水软化松弛，强度降低。为了有效地防止围岩坍塌，增强土体自稳性，防止地下水流入，确保盾构安全到达，保证建筑物广州市体育馆的安全，在盾构到达前对左右线端头隧道围岩先作加固处理。 图116 越秀公园站北端头加固方案 采用在工作井中向隧道方向水平超前静压注浆加固方案。加固范围取隧道全断面开挖轮廓线外2.5m范围内土体，加固长度为16m见图116。 采用自钻式注浆锚杆进行钻孔和注浆，注浆浆液采用CS双浆液。注浆压力按0.6～0.8MPa控制。 （2）洞门密封环的预埋与围护桩的破除 洞门密封环尺寸和形式同三元里车站和广州火车站，预埋位置如图隧盾-施组-SD05。 盾构机到达前先行安排凿除围护桩，凿除方法与始发时相同。不同的是到达时围护桩不凿穿，保留30cm厚以支挡工作面，到达后再行凿除。到达时为避免围护桩撕裂破坏，可在竖井内加设斜撑加固，如图11-7所示。 2、到达掘进 （1）到达掘进 一般到达段是指盾构机到达前15米段。 1）盾构姿态和隧道线形测量 盾构机到达前50米地段即加强盾构姿态和隧道线形测量，及时纠正偏差确保盾构顺利地从到达口进入车站。盾构机进站时其切口平面偏差允许值平面≤20mm、高程≤50 mm，盾构坡度较设计坡度略大0.2。到站所有测量数据须报测量监理单位复核验正。 2）竖井的准备及到达口导轨的安装 到达前在洞口中心处开一Φ1.0米的观察孔来检查盾构机的到达位置，同时在洞圈安装好导轨确保盾构到达姿态正确。 图117 盾构到达围护桩拆除加固示意图 3）盾构机进入到达段后，首先减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制出土量并时刻监视土仓压力值，避免较大的地表隆陷。待盾构机接近洞门端墙时从到达口观测孔探测盾构机位置，当盾构机掘进至距端墙0.5米的处时停止掘进，彻底拆除维护桩后连续掘进并拼装管片。盾壳进入到达口后施作洞圈封堵工作，盾尾脱出后下拉压板至第二螺栓孔位置，实现封堵作用如图隧盾-施组-SD06。 （2）到达掘进可能遇到的问题及应急处理措施 1）盾构机打滑上飘事故 由于竖井和车站施工影响使端头地层受到扰动，盾构机到达时容易打滑上飘。为避免发生事故，在盾构机到达前加强对端头地表隆陷的监控量测，绘制时间位移曲线。发现异常变形情况盾构机立即停止推进，可以一方面对端头地层从地表进行图118 打滑上飘事故应急处理措施示意图 反压，另一方面从竖井内对端头地层进行二次补充压浆加固，方案如图118。 2）端头围护桩彻底拆除后，土体坍塌涌水事故 端头围护桩彻底拆除后，由于隧道洞身范围内的土体未进行加固，工作面土体可能发生坍塌、涌水。为避免发生事故，拆除后立即推进盾构机，减少暴露时间，必要时对隧道洞身以上土体进行补充压浆加固。 3、围护桩彻底破除后盾构机的步进与管片拼装 （1）盾构机通过到达口步上运输小车 盾构机到达前0.5米即停止掘进，在到达口安设导轨保证盾构机以正确的姿态步上运输小车。同时通过探测孔探测盾构机位置，围护桩破除后迅速拼装管片盾构机步上过站小车。 （2）刀盘前无反力后管片的拼装 围护桩破除后为，盾构机刀盘前没有了反推力。为满足管片接缝防水要求，在管片拼装完毕后，利用设在盾构机后配套拖车上的负压油缸通过轨道向后牵扯盾构主机，从而使推进千斤顶对管片产生足够的推力，原理如图11-9。 图119 盾构机进站前挤压管片示意图