汪曹区间盾构掘进工程施工设计方案

目 录1编制依据12工程简介22.1 工程概况22.2 工程环境调查情况33 施工总部署53.1 施工顺序53.2 施工进度计划53.3 盾构掘进施工场地平面布置64 人员、机械设备、材料计划74.1人员组织计划74.2设备计划84.3材料计划95 工程重难点及对策分析105.1 密封的风险105.2盾构下穿浑河河道115.3在软弱地层中掘进125.4过建构筑物136 盾构掘进156.1 掘进流程及操作控制程序156.2 施工运输156.3 洞通风及管线布置166.4 环流系统管理176.5 盾构常规掘进216.6设备保养、维修276.7余泥外运287施工测量、监测287.1盾构施工测量287.2盾构施工监测308 工程试验318.1试验特点及要求318.2 试验资源配置318.3 工地常规试验项目319 防水工程339.1 防水设计原则及标准339.2 洞门防水349.3 管片防水3410 施工质量保证措施3510.1 质量保证体系3510.2 反力架安装质量控制措施3610.3 盾构始发质量控制措施3610.4 盾构掘进质量保证措施3610.5 壁后注浆质量控制措施3710.6 盾构施工沉降控制措施3710.7 管片拼装质量保证措施3810.8 试验质量保证措施3811 盾构冬雨季施工3911.1 盾构冬雨季施工目标3911.2 盾构冬雨季施工措施3912 安全施工4112.1 安全生产管理目标4112.2 建立完善的安全管理制度4112.3安全生产保证措施4213 文明环保施工4613.1 文明施工管理体系及措施4613.2 环境保护体系及措施4913.3 消防保护措施5113.4 井下工作人员的管理5314 盾构施工专项应急预案5314.1 盾构始发突发风险事件5314.2 隧道进水风险事件5514.3 盾构进水风险事件5614.4 管线变形过大风险事件5714.5 电瓶车溜车事故5814.6 盾构掘进安全事故5914.7盾尾刷更换应急预案6114.8 盾构较长时间停机应急预案6214.9 地面塌陷风险6314.10 中毒应急救援措施6414.11 触电事故应急预案6414.12 火灾事故应急预案6514.13 机械伤害应急预案6614.14 应急组织机构6783 / 861编制依据1、地铁九号线土建施工第七合段招、投标文件；2、省交通规划设计的地铁九号线汪河路站仲站区间正线结构与防水施工图；3、地铁九号线汪河路站仲站区间区间岩土工程勘察报告；4、现场施工及验收规和相关技术标准： 地铁设计规GB50157-2003； 地下铁道工程施工及验收规； 盾构法隧道施工与验收规； 建筑结构荷载规； 混凝土结构设计规； 混凝土结构工程施工质量验收规； 钢结构设计规； 地下工程防水技术规GB50108-2008； 铁路隧道设计规 ； 铁路工程抗震设计规； 建筑抗震设计规 ； 建筑地基基础设计规； 地铁工程监控量测技术规程； 混凝土结构耐久性规； 地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规GB50307-1999； 建筑钢结构焊接技术规程上、下JGJ812002； 钢结构高强度螺栓连接设计、施工及验收规程JGJ82-91； 建筑工程施工质量验收统一标准GB50300-2001； 建筑电气工程施工质量验收规GB50303-2002； 砌筑砂浆配合比设计规程JGJ98-2000； 建筑施工安全检查标准JGJ59-99； 建筑机械使用安全技术规程JGJ33-2001； 施工现场临时用电安全技术规程JGJ46-2005； 建设工程施工现场供用电安全规； 建筑施工高处作业安全技术规JGJ80-91； 建筑工程资料管理规程DB11/T695-2009； 混凝土质量控制标准GB50164-2011； 盾构掘进隧道工程施工及验收规GB502991999；市地铁土建工程施工质量验收实施细则试行 地铁制度汇编5、其他由甲方或监理工程师指定的工程规和技术说明 ；6、本公司在地铁及地下工程施工中的施工技术及管理经验；7、ISO9001质量管理和质量保证体系；8、ISO14001环境管理体系标准文件；9、OHSMS18001职业安全卫生管理体系标准文件；10、中国铁建重工DZ063泥水盾构机设计图纸及相关技术文件；11、现场考察资料。2工程简介2.1 工程概况汪河路站仲站区间自浑岸汪河路站起,向南下穿大堤路、浑河以及浑岸规划地块至浑南西路后东转,沿浑南西路道路下方走行至仲站,结合线路及地质条件,本区间采用盾构法施工,盾构机选用泥水平衡盾构。汪河路站始发,仲站接收。本工程起点里程DK12+145.180,终点里程DK14+386.056,在左14+094.232设置短链5.768米,右线长2240.876米,左线长2235.108米。纵断采用V字坡,顶板覆土9.324.1m,区间分别在右DK12+740.00、右DK13+320.00、右DK13+609.00、右DK14+105.0设4个联络通道。其中,1号、2号联络通道与泵房结合设计,3号联络通道结合区间风井设置。1号、2号、4号联络通道采用冻结法施工,3号联络通道及区间风井采用明挖施工,钻孔灌注桩加支撑方案,坑外降水。区间走向线如图2-1所示：图2-1 区间走向线2.2 工程环境调查情况1、工程地质条件汪河路站仲站区间隧道围主要为圆砾层-9、粗砂层-7、中砂层-6,砾砂层-8,局部为粉质粘土-1层,围岩土体的自稳能力差。盾构施工穿过的主要是砂性地层,盾构该地层中施工,易出现刀盘的磨损及刀盘前方砂性地层塌方的问题。图2-2 区间地层比例图2、岩土的分层和特征根据本区间岩土工程勘察报告,勘察场地位于市于洪区大通湖街至和平区前赛村之间,地形起伏不大,地面标高介于37.238.2m之间。浑河以南围主要为耕地、新建浑南大道延伸段及湖大桥建筑工地。根据钻探揭示,本工点勘察深度围的地层结构由第四系全新统人工填筑层Q/4ml/、第四系全新统浑河低漫滩Q/42al+pl/、第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层Q/42al/、第四系全新统浑河新扇冲洪积层Q/41al+pl/、第四系上更新统浑河老扇冲洪积层Q/32al+pl/、第四系中更新统冰水沉积层组成Q/2pl+fgl/。各地层描述如下：第四系全新统人工填筑层Q/4ml/填土：主要由黏性土、碎石及砂类土组成,局部含少量建筑垃圾、生活垃圾个别地段为垃圾填埋场,马路地段表层为沥青路面,沥青路面下为碎石垫层,稍湿,松散。第四系全新统浑河低漫滩Q/42al+pl/-1-1淤泥：腥臭,含有大量腐质物,流塑。-1-33粉质黏土：黄褐色,稍有光泽,干强度中等,韧性中等,摇震反应无,可塑。-3-2细砂：褐色,混粒结构,矿物成分以石英、长石为主,稍湿饱和,松散稍密。第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层Q/42al/-8-3砾砂：黄褐色,石英-长石质,亚圆形,混粒结构,颗粒级配较好,局部为圆砾薄层,湿,水下饱和,稍密中密,局部密实。-9-3圆砾：粗颗粒主要由变质岩组成,颗粒呈微风化状,亚圆形,混粒结构,坚硬,颗粒级配好,一般粒径2-20mm,约占总质量的70%,最大粒径80mm,充填约20%的混粒砂和黏性土,局部为卵石层,稍密中密,局部密实。第四系全新统浑河新扇冲洪积层Q/41al+pl/-6-4中砂：黄褐色,石英-长石质,亚圆形,均粒结构,颗粒级配差,含少量黏性土,湿,水下饱和,中密密实。-7-4粗砂：黄褐色,石英-长石质,亚圆形,均粒结构,颗粒级配差,含少量黏性土,湿,水下饱和,中密密实。3、岩土物理力学参数表2-1 岩土物理力学参数值表地层编号岩土名称重力密度kN/m3黏聚力C摩擦角垂直基床系数Kv 水平基床系数Kx 静止侧压力系数Ko-5-2细砂19.03.030.017150.38-7-3粗砂19.23.030.031300.37-8-3砾砂20.10.035.033350.35-9-3圆砾20.30.035.043400.30-1-33粉质黏土19.530.115.020200.42-5-4细砂19.35.035.022200.38-6-4中砂19.13.032.036350.37-7-4粗砂19.83.030.035350.37-8-4砾砂19.70.035.047450.35-9-4圆砾20.00.035.055500.30-7-4粗砂19.83.033.044400.37-9-4圆砾20.10.035.065600.304、水文地质本标段位于冲洪积扇尾部,沉积的地层颗粒不均,局部沉积有黏性土层,分布不连续。因此本标段沿线路仅存在一层地下水,赋存于圆砾、砾砂等强透水性层中,按埋藏条件划分,属第四系孔隙潜水。局部地段存在由地下管道、工业及生活用水入渗形成的上层滞水。本标段第四系含水层分布连续稳定,由北向南随着含水层厚度逐渐增加,富水性也逐渐增大。勘察期间,本工点个勘探孔在勘察深度均遇到地下水,地下水类型为孔隙潜水。勘察期间地下水水位埋深为7.109.40m,标高29.6230.31m,水位、水量随季节变化。该场区地下水补给主要是浑河侧向补给及大气降水垂直渗入补给。主要排泄方式为径流排泄和地下水的人工开采。地下水水位季节性变幅在为02.00m。根据岩土工程勘察报告,含水层渗透性强,渗透系数一般在2880m/d之间,水力坡度约1%左右。地下水、地表水及环境土,根据在ZC-116勘探孔所取水样的水质分析结果以及取土易溶盐渗出液的分析结果,判定地下水、环境土对混凝土结构有弱腐蚀性,对钢筋混凝土结构中钢筋有弱腐蚀性。5、周边建构筑物及地下管线区间沿线建筑物及地下管线,详见区间沿线建构筑物、地下管线调查报告。3 施工总部署3.1 施工顺序根据施工现场情况,本区间先始发左线,待左线掘进超过800米后,再准备始发右线,确保左线穿越浑河后,右线再开始穿越浑河,确保施工安全。3.2 施工进度计划根据汪河路站仲站区间目前施工进度,以及总的工期计划,左线计划于20XX4月1日从汪河路站左线始发往仲站方向掘进,于20XX12月30日完成掘进,到达仲站后盾构机解体。右线于20XX7月1日二次始发,2015年4月30日完成掘进。3.3 盾构掘进施工场地平面布置1施工场地布置的原则在满足施工生产需要的前提下,充分考虑市容与环境保护,尽量减少扰民；临时房屋及其它设施布置安全、经济、合理、实用,生活、生产设施尽量分离；严格遵照招标文件给定的场地位置和占地面积。2施工场地平面布置1施工场地从车站顶板回填后120m及车站东侧2128围为区间盾构施工所需材料及设备的布置区域,场地平面布置图如附图。2施工场地布置及说明在盾构始发施工前,必须完成盾构施工场地布置,为盾构始发做好准备。施工用水用电盾构机始发时直接使用市政供水管作为盾构机施工用水的水源。业主提供2套20KV开闭所,接入场区的高压电缆拟从东北角引入,沿东侧围墙下现有的预留管道延至始发井口接入盾构机；另外,位于东侧围挡边两台630KVA的箱变、一台315KVA变压器用于地面泥水处理系统及配套施工区供电。成品、半成品及原材料的堆放严格按场地平面布置图划定的位置堆放整齐。管片、油脂、发泡剂、轨道等材料堆场设在车站回填后顶板上,并处在16吨龙门吊主、副钩覆盖围。排水沟沿场地的周边设连通的排水沟,排水沟宽0.4m深0.5m,并便于清理,排水沟上盖有铁排栅,以保证车辆和人员安全跨越。排水沟汇集的雨水、生产废水流入沉淀池,经过沉淀过滤,确保达标后排入市政排污管道。 基坑护栏在基坑外侧设高约1.2m的护栏,采用42钢管,管间采用焊接连接,并涂刷成红白相间的警戒色。现场照明在预留洞口周边间隔设置探照灯,作为夜间施工的照明,另外,沿场道路及各加工点均设置灯具,保证夜间有足够的亮度。4 人员、机械设备、材料计划4.1人员组织计划4.1.1 人员组织架构图4-1 人员组织架构管理结构说明：一领导层：项目经理、书记、项目副经理、总工程师、安全副经理、盾构副经理；二管理层：工程部长、盾构部长、设备部长、安质部长。4.1.2 主要劳动力计划安排在盾构隧道结合本工程专业特点和现代科学管理理论,充分发挥和调动每个人劳动积极性,精心策划,科学安排,进行动态管理,弹性编组,灵活组织,实施平行、流水、交叉作业。施工人员执行每天10104工作制,早班,夜班各一个,每天保证4小时的维修保养时间,保障盾构设备的正常运转,做到均衡施工,具体安排如下：表4-1盾构机单线每班次施工人员配备单线盾构推进施工人员序号岗 位人数序号岗 位人 数1中央控制室27电器维修12井下负责人18龙门吊司机13盾构司机19测量24管片拼装310同步注浆25机械维修111普工26电机车司机112地面指挥1小计18人泥水系统处理施工人员序号岗 位人数序号岗 位人 数1值班长14保洁员12检验员15普工新浆配制13修理工保修员16小计5人机电维修人员序号岗 位人 数序号岗 位人 数1机 修 工23电 焊 工12电 工2小计5人4.2设备计划本区间配备两台泥水盾构机,左线盾构机计划于20XX4月1日始发掘进。主要配备一套泥浆处理系统,二台电机车包括浆液运输车、管片拖车,一台龙门吊等盾构配套设备。表4-2 盾构施工使用设备表设备名称数量单位用途同步注浆系统1套同步注浆泥浆处理系统1套泥浆处理泥水输送系统进泥管300mm排泥管300mm1套泥水输送电机车砂浆运输车、管片拖车2套井下水平运输充电机1台电瓶充电16t龙门吊1台地面及井下垂直运输浆液站1套浆液拌制压浆泵1台管道补压浆用电焊机3台焊接挖掘机1台沉淀池挖土轴流风机2台隧道通风风管2240m隧道通风4.3材料计划管片采用预制钢筋混凝土管片,使用计划为直线环3445环,右转弯环96环,左转弯环188环,其它常用材料类型如表4-3所示。表4-3 常用施工材料类型表编号名称型号编号名称型号1工字钢I16a6螺栓、螺母M242槽钢I16a7水泥42.53钢板10mm厚8水玻璃4钢板20mm厚95轨道43型105 工程重难点及对策分析5.1 密封的风险5.1.1风险分析本区间隧道穿越主要为圆砾层-9、粗砂层-7、中砂层-6,围岩土体的自稳能力差,再加上潜水的影响,容易发生涌水涌砂等不良现象,极易发生隧道坍塌。施工影响围地下水水位埋深为7.109.40m,标高29.6230.31m,地下水位较高,在富水饱和地层中掘进,做好盾构封的管理,防止泥砂、水泄入隧道是施工的重点。5.1.2风险对策1、盾尾刷由四道钢丝密封刷及两个油脂注入管道构成,采用复合型盾尾刷,提高盾尾密封性能。尾刷钢丝和保护板能够与筒体呈现面接触,盾尾承压能力明显提高,有效防止盾尾漏水漏砂。图5-1 第四道盾尾刷2、主轴承密封主轴承密封材料均由耐磨聚合物制成。外密封系统是通过带有永久性失脂润滑油脂润滑和渗漏控制三重唇形密封系统进行来实现的。密封支撑直接和轴承通过螺纹连接固定在一起,并且作为主轴承结构的一部分从而充分保证同心度；密封系统将小齿轮区和空气之间进行密封。最外侧采用专用HBW脂密封保护外侧唇形密封；第二道密封脂以润滑脂保护唇形密封；第三道密封采用润滑油保护密封；第四道密封为空腔设计,可以随时在盾构机壳体检查主轴承密封状况。所有密封都可以在洞更换。3、密封管理在盾构掘进过程中,由专人监视盾尾密封情况。主轴承密封管理主轴承密封的寿命可以达到5000h,在区间隧道掘进过程中不需要更换,只要做好保养即可。铰结密封管理若盾尾密封泄漏,由值班工程师对泄漏情况做好详细的记录。如果泄漏不太严重,调整盾尾间隙以及铰接油缸行程,及时向密封处注入油脂。如果铰接部位泄漏较为严重,则应立即停止掘进,反复打开紧急充气密封,然后反调节并紧固铰接油缸压板,同时打开管片的注浆孔进行双液注浆。4、盾尾密封管理在盾尾的钢板中预埋了盾尾密封油脂注入管,盾尾油脂的注入可使盾尾密封刷和密封刷间的油脂与管片外弧面紧密结合,能阻止地下水及同步注浆浆液进入盾构机部,防止地下水和同步注浆浆液的损失。必须确保盾尾油脂的供应量,盾尾油脂注入不满时严禁盾构掘进。盾尾油脂一般采用自动注入方式,在盾尾漏浆时可采用手动控制系统操作。主司机应平稳操作盾构机,避免急剧转弯,造成盾尾刷的损坏。5、双液注浆封水为了防止管片露出尾刷后,地下水从盾尾进入筒体,要进行管片背后注浆,盾构机配备有二次补充注浆系统,可进行单液浆、双液浆的压注,及时封堵管片壁后水流通道。5.2盾构下穿浑河河道5.2.1掘进难点分析盾构区间在CK12+800CK13+300段下穿越浑河河床,河床最低处距隧道顶仅14.9m左右,在这种情况下,隧道轴线、地面沉降及河床稳定控制难度很大,施工中仍必须予以高度重视,确保施工安全。5.2.2掘进对策1、盾构推进技术措施切口水压：开挖面泥水平衡是一种动态的平衡,由于某些原因变化时,平衡就可能被打破,故无论是在推进阶段还是停止推进阶段都应注意泥水压力的变化,采取相应措施使泥水压力尽可能地接近设定值。原则上根据切口水压的计算值考虑到隧道上部覆土厚度和荷载变化,需计算每环切口水压值,实际施工中按照地面沉降结果进行调整。掘削干砂量管理及控制根据送排泥的流量计和密度计测定的各种数据,对送排泥浆中包含的掘削干砂量的体积进行计算,来反映盾构每环掘削下来的土体量。同时可根据中央控制室监视盘所显示的掘削干砂量管理值即理论掘削干砂量作比较,如果两者之间有差距,就可以判断开挖面的欠挖量、超挖量及地质变化等情况。当干砂量过大时,应使用土层探测装置,以便及时掌握切口正面土体坍方情况,并及时反映。要求根据具体施工情况及时调整参数,使干砂量的数据接近理论值,从而减小正面土体坍方的可能。泥水质量指标： 在施工期间采用高质量的泥水输送到切口,使其能很好地支护正面土体,泥水密度控制在1.2g/cm3 左右,粘度控制在22s以上。推进速度：此阶段推进速度不宜太快,控制在1015mm/min。采用中低速推进,可以使土体的应力充分释放,避免由于推进应力过大或过于集中而造成破坏,这样也有利于盾构纠偏。同步注浆控制:加强同步注浆注降量、注浆压力控制。密切注意偏差流量的变化,充分压注盾尾油脂。确保压浆闷头的紧密和牢靠,防止压浆孔产生漏浆。2、水底监测措施盾构进入浑河河道前20天和10天,分别对隧道轴线沿线的河底水深情况各进行一次全面扫描背景测量,复核隧道覆土层厚度。在盾构推进到河道后即开始进行河道高精度水深监测,并充分利用监测结果指导施工,如河底发生较大的隆沉须及时采取措施。3、沉降控制地面沉降控制分为两个方面：盾构切口前的沉降,由切口泥水压力和推进速度控制,为使切口泥水能更好地支护正面土体,必须严格控制泥水指标；盾尾后的沉降由同步注浆和壁后二次注浆进行控制。在盾构实际推进过程中,同样要根据地面沉降情况,由当班技术人员分析判断后对压浆量、压浆部位和注浆压力进行调整。在施工中,必要时进行补注浆,有效控制后期沉降。加强河底土体沉降观察,及时了解沉降情况,推进过程中跟踪观察土砂量、干砂量计算曲线。为便于信息反馈和沉降资料整理,应在每天安排2次河中段沉降测量。推进过程中,提高土层探测装置使用频率,及时掌握正面土体扰动情况。具体施工措施详见汪区间盾构穿越浑河河道专项施工方案。5.3在软弱地层中掘进5.3.1掘进难点分析区间大部分地层为圆砾、砂层,地层软弱,且厚度较大,地层中富水性较强,稳定性相对比较差,易受扰动。只有充分发挥泥水盾构的作用,才能保证安全、快速掘进。5.3.2掘进对策针对软弱地层,施工中主要采取措施如下：切削方式以刮刀为主,确封仓压力平衡,设定切口压力大于自然水土压力15Kpa以上,采取一切可能的措施使切口压力的波动不超过3。严格控制排泥干沙量,保证切削面稳定和地表沉降在允许围。严格控制盾构姿态,防止盾构磕头现象。在盾构施工过程中,加强对地面和隧道的监测,坚持信息反馈法施工,通过信息反馈优化掘进参数。即时掌控地层沉降发展的趋势并及时采取有效措施。选定双液注浆材料,控制初凝时间在15秒以,启动两套注浆系统,掘进时同时进行盾尾同步背填注浆和管片补充注浆,保证注浆量。采用优质泥浆掘进,比重控制在1.201.25,粘度大于26秒。保证泥浆具备良好的泥模形成能力,其泥浆性能指标必须符合规定。5.4过建构筑物5.4.1风险分析1区间左线中线里程DK12+412.652,右线中线里程DK12+426.377下穿彩钢房水厂加工车间,为筏板基础标高平地面。2区间在里程右DK12+436侧穿66KV高压电塔,电塔直径1.1米,承台尺寸3米3米3米,埋深8.5米。区间侧穿高压电塔,距离桩基水平距离约为6.6m。3区间在里程右DK12+618侧穿高压电塔电塔直径1.4米,承台尺寸3米3米4米,埋深12米。区间侧穿高压电塔,距离桩基水平距离约为5.8m。4区间在里程左DK13+678侧穿高压电塔,电塔承台尺寸3.6米3.6米3.2米。区间侧穿高压电塔,距离电塔水平距离约为6.6m。盾构施工过程中存在以下风险：1开挖面地层及上覆地层均有砂层存在,盾构掘进容易造成超挖塌方等事故。2盾构推力对地层挤压,可能引起地层侧向变形,电塔基础容易在侧向力作用下产生侧向位移。3盾构通过后,后期地层变形可能导致电塔基础变形。5.4.2风险对策1对地面建构筑物进行详细调查、布设监测点在盾构掘进到达建构筑物之前对建筑物现状进行详细调查,以确定其安全状态,同时制定出变形预测及施工管理标准值。监测人员布置好测量控制点,并测量建构筑物地面控制点数据初始值,以作为对比数值。2盾构机全面检查侧穿建构筑物之前需对盾构机进行全面的检修,加强盾构机和常规设备维修保养,包括液压系统、电气系统、主轴承密封系统、注脂系统、注浆系统、泥水循环系统及压缩空气供应系统等,确保机况良好,为顺利穿越建构筑物创造有利的条件。3掘进姿态控制严格控制好盾构机姿态,在到达建构筑物前10环盾构机姿态水平方向控制在10mm以,测量组人员加强姿态复核,增加复核频率,至少每班对盾构机姿态和管片姿态进行测量一次,并把数据及时反映到中控室,操作人员根据测量结果进行姿态的调整控制,确保盾构机尽量保持沿设计轴线推进。4切口水压的控制在盾构掘进的过程中,保持切口水压平稳,其波动值控制在设定值的5%围,以保证地层的稳定,避免出现地面冒浆的情况,保护好地表建筑物。在拼装管片的时候,启动自动保压系统保证切口水压的稳定。停电时启动大功率的备用发电机保证自动保压系统的正常运行。在盾构过桩掘进过程中,一旦出现排泥口堵塞的情况马上切换到逆循环掘进,就可以防止切口压力波动。5掘进速度盾构机通过建构筑物时,掘进速度应设定为不大于20mmmin。根据建构筑物的里程推算盾构机掘进位置,当盾构机掘进至建构筑物底下时,逐渐减慢掘进速度至不大于10mm/min,并边推进边密切注意盾构推力与掘进速度的变化。6干砂量的控制开挖干砂量的严密控制是判断开挖面稳定、保证建构筑物安全的重要措施。当发现干砂量发生突变时,应立即检查泥水密度、粘度和切口水压。同时调查土体是否有坍塌情况,加强地面观测,在查明原因后及时调整有关参数,确保开挖面及地面建筑物的安全。7注浆量盾构机在过建构筑物掘进时,为保证注浆质量是减少后续沉降的有效手段,为此,特别增加一套管片注浆设备并与原有的同步注浆系统同时运行。在注浆压力小于0.5Mpa的情况下尽量多注浆。同时每隔45环管片注双液浆。另外,采用壁后深层注浆,多次补偿注浆,以减小对地表主体结构的影响。8提前做好施工应急预案。6盾构掘进6.1 掘进流程及操作控制程序盾构掘进是一个系统的工程,包括很多环节,例如盾构掘进、管片拼装、材料运输、掘进注浆、泥浆处理、管线的延长等工作,各个环节循环往复进行,并相互制约,一旦其中某个环节出现问题,整个施工将会受到影响。盾构掘进流程及循环见图6-1所示。管片拼装,复拧螺栓列车装管片,进洞开挖6m,延伸轨道开挖6m,接送排泥管是否盾构掘进设置管理标准地面监测调整掘进施工参数同步注浆是否到达掘进循环进尺盾构机姿态控制人工补测继续下1环的掘进盾构机始发图6-1 盾构机掘进总体流程图6.2施工运输6.2.1 水平运输洞水平均采用43Kg/m钢轨铺设单线。本工程单线线路最长为2240m,由于线路相对较长,盾构掘进时,每条隧道只需投入二组列车,即可满足施工需要。列车均由45t变频机车牵引1节砂浆车、2节管片车。车型如图8-2所示：图6-2 列车车型示意图6.2.2 垂直运输本工程的垂直运输主要由1台16t龙门吊完成,其移动方向为沿基坑长度方向。轨料、泥浆管、管片及其它材料均由预留的吊装孔进行起吊。6.3洞通风及管线布置6.3.1洞通风根据盾构施工特点,在施工过程中隧道采用压入式通风来解决防尘、降温及人员、设备所需要的新鲜空气。故拟在区间设1台轴流风机压入式通风,采用直径为1000mm拉链式软风管,风机设在汪河路站。由于受本区间污染土壤可能释放出有害气体的影响,盾构施工过程中要加强隧道通风,拟增加一台二级风机,通过建立隧道大风量强制通风系统,保持良好的通风条件,稀释挖掘过程中散发的有害气体,达到国家标准的要求。6.3.2洞管线布置根据泥水盾构的施工特点,在隧道布置五管、三线、一走道,五管即为300的送浆管、300的排泥管、供水管、排污管和1000的通风管；三线即为10KV的高压电缆、380/220V照明线和运输轨线。其具体布置形式如图6-3所示：风管进泥管排泥管高压电缆照明电缆轨道行走道图6-3隧道管线布置图6.4 环流系统管理6.4.1 泥水性能管理1、泥水的功能通常所谓的泥水,是将分散在水中的、具有吸水后明显地呈膨润性质的粘土矿物质的悬浮液作为主要成分,根据需要调节比重、粘度、塑变值、胶凝强度、润滑性,使其成为一种可塑流体。泥水盾构使用泥水的目的也就是用泥水来谋求开挖面稳定,在防止塌方的同时,将切削下来的土形成泥水并通过管道运往地面。2、泥水的作用1容易将切削下来的土砂输送到地面需适当流速、比重、粘度、塑变值；2能抑制地下水油、气体等喷出需要适当的泥水比重；3形成泥壁或渗透壁,防止开挖面塌方泥壁形成性好；4对刀盘、刀头等切削设备有冷却和润滑作用泥水特性良好；5在泥水输送中使泥水循环暂时停止,切削土砂仍能保持在泥水中而不致沉淀需要有良好的粘度和触变性；6在泥水分离处理阶段,切削的土砂能按规定的要求分离需要略低的粘度和胶凝强度。此外,泥水还具有对其它地层影响小、对地层易判定并能利用浮力等性质。3、泥水材料1水：清水；2膨润土：主要成分是蒙脱土,它具有形成泥壁等多方面的优越性,但这种土的分离困难和经济成本上的问题,很难说是最好的材料,仅局限于部分使用；3粘性土：是易采集的粉砂土、粘土和胶状现场土,虽比蒙脱土质量差,但含有伊利土和高岭土等成分,容易分离和弃土,并具有形成泥壁等性能,受到广泛使用；4CMC：能增加粘度和提高泥壁形成性能；烧碱：作为分散剂,防止粘粒聚合成絮状。拌制泥浆前,应进行泥浆配合比的设计,膨润土泥浆常规配比如表6-1所示：表6-1 膨润土造浆配比表水粘土CMC膨润土烧碱1按比重要求加入0.03%0.05%80.40.5%新制备的泥浆必须在泥浆池存放一定时间后才能使用。其性能指标应符合表6-2的规定：表6-2 制备泥浆的性能指标项次项目性能指标检验方法1比重1.11.25泥浆比重计2粘度2025s500ml/700ml漏斗法3含砂率95%量杯法5失水量15ml/30min失水量仪6泥皮厚度13mm/30min失水量仪7PH值810PH试纸在施工中,每推进一环对泥水进行测定,一旦发现泥浆劣化,要及时进行调整。另外,根据不同的土质,也要及时对泥浆进行调整。盾构施工各地层泥水性能指标见表6-3。表6-3 盾构施工各地层泥水性能指标部位地层泥浆比重酸碱度粘度失水率胶体率端头加固段1.5-1.208到102515mL/30min96%圆砾1.1-1.208到1025-3015mL/30min96%中、粗砂1.1-1.208到1025-3015mL/30min96%粗砂1.1-1.208到1035-4015mL/30min96%中粗砂1.1-1.208到101815mL/30min96%6.4.2 泥水压力管理1切口水压设定在泥水加压式盾构施工中,加在开挖面上的力,即用泥水使开挖面保持稳定的力,通常应与作用在开挖面上的土压在对抗中保持平衡,水压与开挖面上含水土体的垂直作用的重力和土的摩擦角大小有关。切口水压的设定如下：切口水压 = P + 0.01MPa 0.02MPaP：土压含水压,自然状态下盾构机头部2/3高度处的压力。2设定切口水压的管理切口水压的上、下限设定值通过计算静止土压力和主动土压力进行控制。每个地点切口水压设定值可通过施工经验公式计算。切口水压上限值切口水压下限值 无粘性土主动土压力：粘性土主动土压力：水压力：、式中,各层土的容重,KN/m3；各层土的厚度算至隧道2/3高度处,m；静止侧压力系数按经验确定：中粗砂k=0.34、圆砾k=0.30；主动土压力系数,为土的摩擦角,c为土的粘聚力；为水的容重,KN/m3；为地下水高度地下水位至隧道2/3高度处,m。3设定切口水压的修正每一环掘进后对地面沉降量进行分析,对切口水压值进行修正。除了修正每一调查点的设定切口水压值外,对设定的切口水压值尚需周密地考虑对开挖面状态的适应情况,进行推测并跟踪修正是至关重要的。6.4.3 泥浆循环系统管理泥水盾构是用泥水加压密闭的开挖面,不能直观目视开挖面状态及掘削状况。为此,采用综合管理送排泥状态、开挖面泥水压力以及泥水处理设备等运转状况来进行推测,以便及时处理突如其来的异常情况。1通过对盾构掘进速度、切口水压、泥水密度、排泥流量等数据采集、分析来监视开挖面稳定状况,并通过调整泥水各项性能指标确保开挖面的稳定。2泥水加压和循环系统中央管理控制容：送排泥泵的起动、停止；送排泥流量,送排泥泵的转速；盾构掘进状态和旁通状态送排泥管水压；盾构机掘进时,为保持切口水压对送泥水压的控制等。管沉淀临界流速的维持是采取用电磁流量仪测定实际流量,将它和预先由管径计算的沉淀临界流量的差值,通过改变泵转速进行校正,并自动控制在沉淀临界流速以上的方法。此外,对于最关键的切口压力的控制,送泥泵要使用可变速泵,若使用定速泵,那么在送泥管中途和返回调整槽途中就要设有自动控制阀,随着掘进、排泥及其它变化,由泥水压力仪来检测开挖面水压的变动,自动演算与开挖面设定的水压差。使用可变速泵,由转速、自动控制阀自动控制开度,通过调节送入开挖面的泥水量来控制切口水压,达到开挖面稳定。同时也能测定各泵的转速、电流值以及确认排泥泵的增设时间。此外,根据上述状况还可以推测管路堵塞位置。为了保持开挖面泥水压力,阀类操作采取自动控制,由转换程序装置控制进行自动管理。在节假日以及故障等停止掘削期间的开挖面水压,同样也由开挖面泥水压力仪、自动控制阀和自动保压泵的联合运转装置,自动进行控制。3泥水平衡控制泥水平衡控制的目的是使泥水加压式盾构开挖面的土体压力达到平衡,保持开挖面的稳定。在盾构施工中要使盾构开挖面压力绝对平衡是不可能的,因为受到盾构掘进速度、地层变化、掘进深度及掘进长度等多种因素干扰,必须通过监控手段去达到动态上的相对平衡,以求开挖面的稳定。4泥水输送控制当开挖面水压高于上限值时,则暂停掘进,通过旁路调节。此时压力从逸流阀卸掉,开挖面水压恢复正常,逸流阀自动关闭。再把泥水送进土仓,如果开挖面水压还高于上限值时,如果引起即发生土仓或排泥管道口阻塞,则进入逆洗状态,必要时调整切口水压设定值。当排泥流量低于下限值时,暂停掘进,通过旁路调节。如果引起管道阻塞,则进入逆洗状态,必要时调整排泥流量设定值。管道阻塞时,通过进入逆洗状态清理管道,再进行正常循环,如此反复,使管道保持畅通。泥水输送的控制通过可编程逻辑控制器对分布在地面、隧道、盾构台车上泥水输送系统的各类泥浆泵和阀进行控制。中央控制盘根据泥水输送监控系统主控程序要求,协调泥水循环控制系统正常运行。5停歇时的管理停止掘削时,泥浆循环系统继续循环35分钟,确保排泥管里的泥渣被循环出地面泥浆池,留在泥浆管里的泥浆液性能较好,不容易发生沉淀和堵塞。本工程按照设计提供的送泥流量为800m3/h为标准,排浆临界沉淀排泥流速2.42m/s,临界流速需要的流量616m3/h ,使切削土层颗粒悬浮于泥浆中不沉淀。6掘削排土量的检查掘削出来的土通过排泥管排出,由仪器测定送泥水和排泥水的差,通过计算求出实际土粒子量干砂量。将电磁流量仪和差压密度计或射线仪等仪器安装在送泥竖管和排泥竖管途中,测量管的流量和密度。根据土粒子比重值算出土粒子量,从排泥流量和送泥流量的差值上计算出土粒子量原则上是计算每一环的掘削出土量。掘进过程中必须严格控制掘削量,发现超挖和负挖现象及时调整。理论掘削量W干砂量可由下式计算得到：G= =32.135m。实际掘削量W可由下式计算得到：W：实际掘削量rs：土的比重；Q1：排泥流量；1：排泥密度；Q0：送泥流量；0：送泥密度；t：掘削时间。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,也可以通过地面监测,调查地面沉降情况,在查明原因后应及时调整有关参数,确保开挖面稳定。6.5 盾构常规掘进6.5.1盾构掘进方向控制1采用自动导向系统和人工测量辅助进行姿态监测在本区间中盾构机采用的测量系统是力信RMS-D盾构自动导线系统,能够全天候的动态显示盾构机当前位置相对于隧道设计轴线的位置偏差,主司机可根据显示的偏差及时调整盾构机的掘进状态,使得盾构机能够沿着正确的方向掘进。可较好调整与控制盾构机掘进方向,使其始终保持在允许的偏差围。但由于盾构推进导向系统后视基准点的前移,必须通过人工测量来进行精确定位,以保证推进方向的准确可靠。并校核自动导向系统的测量数据及复核盾构机的位置、姿态,确保盾构掘进方向的准确性。2采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向。在上坡段掘进时,适当加大盾构机下部油缸的推力与速度；在下坡段掘进时,则适当加大盾构机上部油缸的推力与速度；在左转弯曲线段掘进时,则适当加大盾构机右侧油缸的推力与速度；在右转弯曲线段掘进时,则适当加大盾构机左侧油缸的推力与速度；在直线平坡段掘进时,则应尽量使所有油缸的推力和速度保持一致。在均匀的地质条件时,保持所有油缸的推力和速度一致。6.5.2 掘进速度的控制正常掘进条件下,掘进速度应设定为2040mm/min。正常掘进阶段掘进参数见表6-4。表6-4 正常掘进阶段掘进参数表盾构推力刀盘转速推进速度扭矩切口水压50007000KN1.01.5rpm2040mm/min15002500KNm理论计算值P切=P压0.2bar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,应逐步提高掘进速度,防止启动速度过大冲击扰动地层。2每环正常掘进过程中,掘进速度值应尽量保持衡定,减少波动,以保证切口水压稳定和送、排泥管的畅通。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隧道周边土体扰动过大。6.5.3 掘进姿态的调整与纠偏在掘进施工中,由于地质突变等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值。在稳定地层中掘进,因地层提供的滚动阻力小,可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或曲线段掘进,有可能产生一定的偏差。因此应及时调整盾构机姿态、纠正偏差。1参照上述方法分区操作推进油缸来调整盾构姿态,纠正偏差,将盾构机的方向控制调整到符合要求的围。2在曲线和变坡段,必要时可利用盾构机的超挖刀进行局部超挖来纠偏。3当滚动角超限时,盾构机会自动报警,此时应采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。6.5.4 方向控制与姿态调整注意事项1在切换刀盘转动方向时,应保留适当的时间间隔,切换速度不宜过快,切换速度过快可能造成管片受力状态突变,而使管片损坏。2根据工作面地层情况应及时调整掘进参数,调整掘进方向时应设置警戒值与限制值。达到警戒值时就应该调整程序。3蛇行纠偏时应缓慢进行,若纠偏过急蛇行反而更明显。直线推进时应取盾构当前位置点与设计线上远方的一点作一直线,然后以这条线为新基准进行线形管理。曲线推进时应使盾构当前位置点与远方点的连线同设计曲线相切。4推进千斤顶油压调整不宜过快、过大,否则会造成管片局部破损甚至开裂。正确的管片选型,确保拼装质量与精度,使端面尽可能与计划掘进方向垂直。5盾构始发到达时方向控制极其重要,应按照始发、到达掘进的有关技术要求,做好测量定位工作。6.5.5 管片拼装管片的拼装流程见下图：管片环成型整圆管片选型、下井和运输组织管片就位管片安装区的清理管片安装与连接管片环脱离盾尾后的二次紧固车外运盾构掘进掘进1.2m安装位置千斤顶收缩伸出图6-5 管片拼装流程图1、 拼装前准备1隧道管片在地面上按拼装顺序排列堆放,并粘贴好管片接缝密封衬垫等防水材料,管片接缝的连接件和配件、防水垫圈等的数量规格准备齐全,并随第一块管片运送至工作面。2盾构推进后现状姿态应符合拼装要求,主要检查盾构姿态以下三方面：1距离：盾构千斤顶顶块与前一环管片环面的净距必须大于管片宽度。2管片与盾壳四周空隙：检查前一环管片与盾壳四周间隙情况,结合前一环成果报表决定本环拼装的纠偏量及纠偏措施。3盾构纵坡及举重臂中心在平面和高程的偏离值,决定管片拼装位置的调整措施和纠偏值。3清除前一环环面和盾尾间隙杂物,检查前一环环面防水材料是否完好,如有损坏应及时采取修补措施,发现有环面质量问题,必要时在新一环管片拼装时采用纠正措施。4全面检查管片拼装机的动力及液压设备是否正常,举重钳子是否灵活、安全可靠。2、 拼装作业管片是在盾壳保护下,并在其空间进行拼装的。管片拼装后直接形成隧道,所以拼装质量好否也就奠定了工程的质量等级。管片拼装一般均按照先下后上、先纵后环、左右交错、纵向插入、封顶成环的工艺进行。1拼装过程中按各块管片位置,须缩回相应位置的千斤顶,形成管片拼装空间使管片到位,然后伸出千斤顶完成一块管片的拼装作业,千斤顶操作人员在反复伸缩千斤顶时必须做到保持盾构不后退、不变坡、不变向的要求,并要与拼装操作人员密切配合。2逐块拼装管片时要注意确保相邻两块管片接头的环面平正,弧面平正,纵缝的管片端面密贴。3最后封口块插入拼装前必须做好下列各项工作：当采用纵向全插入成环工艺时,检查千斤顶顶块到前一环环面净距要足够；检查已拼装管片的开口尺寸,要求略大于封口块管片尺寸。拼装机把封口块管片送到位,伸出对应的盾构千斤顶将封口块管片插入成环,并全面检查所有纵向螺栓。4在管片环脱离盾尾后对管片连接螺栓进行二次紧固,并随时紧固。拼装过程中遇有管片损坏,应及时用规定材料修补。在拼装全过程必须保持已成环管片环面及拼装管片各个面清洁。3、管片拼装时对盾尾刷的保护盾构掘进必须加强盾尾密封的保护,建立盾尾油脂加注计划,并严格按照计划进行盾尾油脂加注。在盾构推进完成后,必须对管片拼装位置工作面进行清理检查,杜绝有颗粒性的杂物遗留在工作面。在管片拼装过程中,特别要注意不能有管片连接螺丝、安装工具等遗留在工作面。遗留在工作面的螺丝等杂物在盾构推进过程中容易进入盾尾位置,将对盾尾密封造成致命的伤害。4、曲线段拼装曲线段隧道是依靠设置楔形环管片使拼装后管片环轴线纵向形成一曲线,并符合设计曲率半径,而每环管片的拼法与直线段施工相同。要保证隧道曲轴线的精度,主要控制好楔形块的成环精度,并要求第一块管片定位要准,使楔形块的左右两腰管片宽度的最大差值,在水平中心断面线的位置上。5、 拼装成环验收标准1管片无贯穿裂缝。2管片拼装质量应以满足设计要求的隧道轴线偏差和有关规要求的椭圆度及环、纵缝错台标准进行控制。6.5.6 背填注浆1、 背填注浆的方式背填注浆方式,根据其实施时期可进行如下分类：1同步注浆方式同步注浆与盾构掘进同时进行,通过同步注浆系统及盾尾的置注浆管,在盾构向前推进盾尾形成空隙的同时,进行注浆,如图6-6所示：图8-6 注浆示意图2即时注浆方式即时注浆是在每一环掘进完成后,从盾尾的管片注浆孔实施背填注浆的,以尽量缩短尾部空隙的发生和尾部填充时间的延迟。在特殊地段,如软弱土层和急转弯段,采用两套注浆系统同时进行盾尾同步注浆和管片即时注浆。3补充注浆方式根据工程实际情况如管片渗漏、隧道沉降等,可采取在盾尾数环后的管片注浆孔进行二次或多次背填注浆,控制滞后沉降,减轻隧道防水压力。2、背填注浆的目的盾构法施工的关键在于盾构机尾部脱离后管片背面发生的尾部空隙的填充处理技术,可见背填注浆技术的重要性。盾构施工中背填注浆的目的：1将盾尾空隙而引起的地层变形控制到最小；2提高隧道的止水性；3确保管片衬砌的早期稳定性,保证作用在管片上的外力均匀化。防止管片上浮、侧移和错台。3、 注浆的材料及配比当盾构机开始推进+4环时,立即启动同步注浆系统进行管片壁后同步注浆。在的同步注浆选用双液浆水泥浆+水玻璃,主要目的时保障洞门的密封性。因为刀盘在击穿加固区的同时会形成对洞门的冲击水压,双液浆的注入会加快浆液的凝固时间,减少风险。但是双液浆的注入,如果不控制好双液浆注入的出口压力,可能会对盾尾造成致命的伤害。 本工程采用双液注浆,其性能指标见表6-3,A液为水泥浆液,B液为水玻璃,A、B液的比例为4：1,初凝时间稳定在1315秒。 表6-3 双液注浆液的性能指标项目指标凝结时间1315秒1小时