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盾构始发施工设计

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1编写说明

1.1 编制依据

1)设计施工图纸;

2)以往盾构工程施工经验;

3勘查报告;

4)国家、省市、行业及业主现行相关规范、规程、标准、规定等;

5)《基建工程项目验收作业标准》

6)《电网建设安全施工作业票》

7)《电网建设施工作业指导书》

8)《南方电网工程施工工艺控制标准》(第3部分 变电土建工程)

9)《基建工程质量控制作业标准》(WHSQ/CSG 411002-2014

10)《盾构法隧道施工与验收规范》(GB 50446-2008

11)《地下防水工程质量验收规范》(GB 50208-2011

12)《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204-2015

13)《地下铁道工程施工及验收规范》(GB 50299-1999)(2003年版)

1.2 编制目的

1)规范操作程序,指导现场施工;

2)确保盾构始发施工的安全、顺利。

1.3 适用范围

盾构始发施工。

1.4 定义

1)反力架、始发台

反力架是为盾构始发提供推进反力的钢架结构;始发台是支撑盾构机并使盾构机沿其轨道向前推进的钢架结构,包括两侧支撑盾构(或管片)的三角支撑架。

2)洞门防水装置

指安装于洞门圈上,在盾构始发时起到止浆、止水作用的帘布橡胶板等。

3)负环管片/0环管片

安装在盾构井内,支撑于反力架上的钢筋混凝土管片,为盾构始发掘进提供反推力,其中部分位于盾构井内部分位于洞门圈内的管片称为0环管片。


2、工程概况

2.1 线路情况


2.2 始发场地情况


本标段16A #工作井为盾构始发井,工作井位盾构始发井16A#井位于拟建南大干线市新路口道路红线南侧,现状为五羊三轮车制造厂西侧绿化空地。作为盾构始发井,其内尺寸为23.6×9.0m,结构总埋深17.99m

16A#工作井施工场地共8856㎡,场地包括办公生活区及施工区,其中施工区场地面积5033㎡。施工场地共设置两处进出大门。场地内设置有试验室、仓库、搅拌站、材料加工场、管片堆放场、沉淀池、机械设备堆放场,场地布置可满足盾构始发及掘进要求,同时在始发过程场区内有足够场地满足盾构机停放及吊装。


2.3 始发端头地质情况

根据地质情况,16A #始发端头地层为素填土(1-1可塑状砂性黏土(5-1全风化花岗岩(7-1强风化花岗岩(7-2地层中,隧道埋深约13.3m,地质条件较好。16A #工作井支撑体系为800mm厚的连续墙+2钢筋钢筋混凝土支撑,。盾构始发洞门位置采用玻璃纤维筋,方便盾构机掘进通过。

地下含水量检查:在洞门范围内钻9个水平孔,孔径8cm,钻深为1.5m。根据9个孔的出水量判别,如果出水量超过限值,采用前进式注浆加固,保证盾构始发安全。


2.4 盾构机情况

根据本工程的设计、地质条件和招标文件的各项要求,在充分掌握本工程特点和难点的基础上,结合本公司人才储备和技术储备,我们决定选用1中铁华隧装备土压平衡盾构机用于本工程的隧道掘进。

盾构机整机长度113.54m,主机部分直径4.36m,主机总长10.95m,后配套拖车共17节(包含设备桥)。


 2.5 始发条件

根据现场施工进度情况及楚庭(东段)施工进度计划,16A#始发井具备盾构下井条件计划在11月上旬左右,根据盾构及始发井情况,计划主体结构施工至洞门圈的侧墙后具备盾构下井始发条件

2-4 始发结构示意图

3、盾构始发策划

16A#工作井内尺寸为23.6×9.0×14.44m,总长度远小于盾构机整体长度,因此盾构始发都需要分体。

分体始发方式:因本工程工作井小,一次组装时对主机下井组装,其余台车将拆解放入工作井东侧,待盾体掘进足够距离后再依次连接进入隧道内。

盾构在始发托架安装完成,工作井内轨道铺设完成后进行,首先将反力架地梁放到盾构底板反力架安装位置,井内设备下井顺序为:前体下井→中盾下井组装→刀盘下井与前体链接→盾尾底部下井→螺旋机下井安装→盾尾上部下井组装焊接→反力架下井组装→链接盾构机和台车;后续设备连接桥、1#台车吊入工作井内东侧放好,2~16#台车依工作井地面东侧并排放好,台车就位后,进行管路的连接。

盾构机分体始发需对盾构机原设备进行必要的改造和增加部分设备。

1) 后配套设备布置及设备改造。盾构机的改造直接影响到盾构机始发的安全、效率、功能,故对盾构机改造应根据以下原则 :

1)最大限度利用盾构机原有设备,减少对原有设备的改造和取消不必要的设备 ;

2)满足始发工作井的空间和材料垂直运输通道的要求 ;

3)有利于盾构机的下井安装及始发阶段掘进完成后其余台车的下井;

4)从经济及能耗的角度考虑尽量减少井下台车与台车之间连接管线长度 ;

5)能够快速完成始发阶段掘进 ;

6)不占用地面必要的工作面;

7)尽量利用现有龙门吊作为垂直运输设备。

根据以上原则和始发井空间,在本次始发时,连接桥和1#台车放在工作井内,2#16#台车下井放于始发井东侧,将桥架和1#台车利用原有旧皮带连接,延长连接 盾体与1#台车之间管线,将6#台车上皮带出土系统的主动轮和电机改到1#台车上,加工一个1.2米宽2m³的土斗放在管片车上出渣。前20米掘进采用卷扬机作为水平运输的牵引动力,待掘进20米后,可使用吊机吊卸管片,使用1个渣斗出渣。

2) 增加的设备。根据实际的需要增加必要的设备 ,所增加的设备见下表。

3-1 增加设备一览表

设备名称

规格

数量

设备作用

驱动油管

与原设备同

驱动刀盘、螺旋输送机

卷扬机

5T

2

牵引运输

控制电缆

与原设备同

控制盾构机各种设备

小土斗

2m³

出土

水管

与原设备同

冷却、隧道内用水

气管

与原设备同

泡沫、气动阀

从上表可知,增加设备不多就可满足盾构机分体始发的需要。所增加的管线考虑到工作井的宽度、始发阶段掘进距离、台车在井下的摆放方式,增加单条管的长度约30米 。

3) 盾构机的安装。分体始发的盾构机安装与完整始发安装基本一样 ,只是在安装的过程中应根据短工作井的空间来考虑设备安装步骤,避免由于设备安装空间不够而造成安装困难。另外增加的连接管线应与原设备同一规格型号。

4)将电缆和管路分开放置,在掘进过程中及时延放 l#2#台车之间的连接管线,防止拉断管线。利用卷扬机牵引管片车时要采取有效的防溜车措施。

分体始发阶段由于电瓶车无法投入使用,初始掘进无法连续出土,按常规的方法采用2m³土斗螺旋机间断出土。

3-1 盾构初始掘进阶段1平面示意图

当掘进21m:设备桥-1#拖车组装。1#拖车设置皮带机驱动总成接口,将6#拖车的皮带机驱动移到1#拖车上。可使用吊机吊卸管片,使用1个渣斗出渣。

3-2 盾构初始掘进阶段2平面示意图

掘进30m2#拖车下井。1#拖车与地面后配套的管线连接不变。使用同步注浆泵注浆。向管片车上装管片时,需先将渣车暂放一边。

3-3 盾构初始掘进阶段3平面示意图

掘进55m,做好设备桥临时支撑,将1-2#拖车拖至井口,3-6#拖车下井组装,将皮带机驱动恢复至6#拖车。

3-4 盾构初始掘进阶段4平面示意图

五次组装(掘进113m):拆除负环,7-16#拖车下井。铺设道岔,在隧道中间设置会车点,停机进行负环及反力架拆除作业。若没有导洞,后期正常掘进将投入两列电瓶车组,一列电拼车拉2节土斗+1节平板;一列电瓶车拉1节土斗+浆斗+1节平板。若有导洞,将投入一列电瓶车+3节土斗+2节平板+1节浆斗;电瓶车投入将视现场实际情况确定。

3-8 盾构法施工工艺流程图

4、盾构始发准备

4.1 始发流程

盾构始发的主要内容包括:始发井复测、安装盾构机托架、盾构机分体组装就位和调试、安装洞门密封圈、安装反力架、拼装负环管片、始发掘进、盾构台车连接进洞及负环拆除等。

4.2 始发井主体复测

始发前项目部应组织测量人员对主体进行复测,测定实际偏差量,为盾构始发提供数据支持。主要复测项目包括:盾构井底板标高、侧墙和端墙位置及倾斜度、侧墙净空等。

施工前需做好高程、平面复测及联系测量工作,建立定位依据的坐标控制点与场地平面控制网和标高控制网及平面设计图之间的对应关系测量复核实行三级测量复核制度,盾构机下井前需由第三方测量队进行复测审核,现场做好控制桩并明显标记,妥善保护。

方案中提及参数主要依靠理论数据进行确定,待复测结果提供后,可进行适量调整。

4.3 盾构机托架安装

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2030mm,所以盾构始发时设置姿态为水平状态。

由于16A #始发井底板距离隧道边界底存在1160mm高差,托架高度只有466mm,所以结合后期盾构施工需在井口设置沉淀池,预先浇筑沉淀池壁作为托架基础,池壁高度为584mm,根据托架底部H型钢布置沉淀池隔壁,沉淀池壁采用C25混凝土浇筑,内部按设计规范进行构造配筋

4-2 盾构托架安装平面示意图

4-3 盾构托架安装立面图

4-4 盾构托架安装正面图

托架由型钢加工而成,现场拼装,加工精度要求为±1mm拼装精度要求为±2mm;托架安装精度要求为水平方向±5mm,垂直方向±2mm,在托架施工前应预先由测量组测定盾构始发井底板原始标高,在盾构安装过程中基座必须处水平支撑状态,安装位置按照测量放样的基线,吊入井下就位焊接,采用钢板垫块进行高度调节,基座上的轨道按实测洞门中心居中放置,并设置支撑加固。托架前后左右均采用型钢与盾构井主体结构锲紧。在盾构机主机组装时,在始发托架的轨道上涂硬质润滑油以减小盾构机在始发台架上向前推进时的阻力。

 

4.4 反力架、支撑安装

1)反力架受力分析

盾构后盾由钢环、反力架框及钢支撑组成,钢环宽50cm,钢环精度要求:环面平整度5mm,使砼管片受力均匀,反力架框平剖面如图所示。

4-5 反力架安装示意图

2)受力模型

4360盾构机始发时推力一般控制在500T以下,现以5000kN检算,盾构推力通过管片传递到反力架上,假设推力平均作用在反力架上,再由反力架把力传递到斜撑、底板上,支撑主要承受轴力,监理和弯矩都很小,将反力架和斜撑体系简化为简单链杆体系,受力模型如图所示。

4-6 受力分析模型                 

根据结构力学计算结果两根斜撑所受到的弯矩和剪力很小,轴力很大,所以以斜撑所受到的轴力计算斜撑的强度与稳定性。轴力计算分析如图所示,倾斜角41度,计算结果:

斜撑的轴压力:FN=F/cosа =6625.065KN

FN1=FN/6 =1104.177KN

FN2= FN/6=1104.177KN

FN1= FN/9=736.118KN

FT=F.tanа =4346.434KN

2)斜撑强度与刚度验算

按照《建筑结构可靠度设计统一标准》的规定,可变荷载分项系数,根据钢结构的相应设计规范,抗力分项系数,结构重要性系数按二级安全结构构件。钢管斜撑截面面积:,截面惯性矩:。依上述条件分别对Ø500长斜撑进行强度与刚度验算。

①斜撑强度与刚度验算:

A.强度验算:取FN1=FN/6 =1104.177KN最大值验算

所以Ø500钢管长斜撑强度满足要求。

B.刚度验算:

首先计算长细比:按最长l= 7.12

所以,直撑属于中长-粗短杆,按Q235钢的中长-粗短杆公式计算其临界应力。钢管轴心受压稳定系数,临界应力:

所以Ø500钢管直撑刚度满足要求。

3)预埋铁焊缝强度验算

Ø500钢管通过预埋铁传力至盾构井底板,预埋铁的厚度为20mm,尺寸为1200mm×800mm。预埋铁与焊缝之间采用T形围焊,外加四块肋形钢板,前后两块焊缝长度为30cm,左右两块焊缝长度为10cm。焊缝高度为10mm,有效高度。焊缝应力按照轴力较大的4.25m短斜撑计算。

椭圆形焊缝长度:

肋型钢板焊缝长度:

焊缝应力:

所以预埋铁焊缝强度满足要求。

综合上述,反力架的设计安装符合工程的要求

4.5 三角架安装

为防止管片脱离盾尾后出现下沉变形等现象,在盾构机两侧采用三角架和槽钢组合对管片进行支撑,在槽钢和管片之间打入三角楔木,确保管片与三角架之间受力传递良好,避免管片产生椭圆变形或下沉,三角架沿掘进方向每1m布置一个,共计3个。

4.6 钢平台搭设

在始发阶段,于始发井底全面铺设钢平台,使场地平整,以保证始发材设摆放及人员作业。钢平台与轨枕底面齐平,施工中控制好标高,并保证安装质量。钢平台搭设于场地移交后及时进行,并铺设台车轨道、电瓶车轨道,然后台车尽快吊装下井布置,保证盾构机正常调试。

钢平台采用H型钢(125mm)搭设,地面标高为-14.440,钢平台顶面标高为-12.455m,即离地面1.985m高。平台搭设支腿以1.0m1.0m间距布设,支腿相互间间以钢筋焊接联结,保证整体稳定,受力均匀。H型钢搭设完成后,在其上方合理布置走道板,供工作人员行走使用。


4-8钢平台搭设示意图

钢平台搭设分阶段进行,盾构机进洞始发前,需保留盾构机、至反力架所在位置的钢平台暂不搭设;盾构正常掘进,拆除负环及反力架后,始发井井底全面搭设钢平台。搭设过程中现场管理人员需结合现场实际情况,灵活控制其标高、施工顺序等。

4.7 轨道铺设

在始发阶段盾构机台车未进入隧道之前,先铺设临时轨道,供电瓶车和台车使用。

1)因盾构井主体结构空间狭窄,轨道中线定位需考虑盾构机台车边限是否与侧墙冲突。

2)电瓶车轨道(762mm)和台车轨道(2250mm)均采用43Kg/m轨道。

3)轨枕严格按图纸加工制作,特别是固定钢轨用的螺栓孔定位加工精确。

4)轨枕的铺设位置要准确,固定钢轨的压板、螺栓要坚固,定期检查并复紧。

5)作业人员要服从指挥人员的指挥。

6)在负环拆除后需重新布置井口处轨道,并铺设岔道,供电瓶车调度使用。

4-9 轨道铺设示意图

4.8 地面系统调试

地面系统主要包括起吊装运输系统、搅拌站系统、充电系统、通风系统、通信系统等。

吊装运输系统:一台32T龙门吊,一台叉车,一台勾机,渣土运载车辆,主要负责管片水平转场、吊运及渣土吊装及装载运输。

搅拌站系统:操控室、搅拌系统、自动送料系统及水泥罐、粉煤灰罐,送浆泵及送浆管路,在始发之前必须组装调试完成。

充电系统:负责为电瓶车充电,始发之前必须调试完毕。

通风系统:包括轴流风机和通风管,可先完成调试,待需要时进行安装。

通信系统:包括内线电话和监控系统,内线电话将直接安装于盾构机内和各办公室之间,监控系统则装于经理办公室,盾构机各参数可实时传递到办公室电脑上,便于项目管理。

4.9 盾构机组装和调试


4-11 盾构机组装与调试程序

1)空载调试

盾构机拼装和连接完毕后,即可进行空载调试,空载调试主要是检查设备是否正常运转。主要调试内容为:液压系统、润滑系统、冷却系统、配电系统、变速系统、管片拼装机以及各种仪表的校正。

调试过程必须有业主、监理、设计、施工单位、盾构机生产厂家等各方参与,调试完成各方签字认可后,确认盾构机满足始发要求时,方可进行下一步负载调试。

2)负载调试

通常试掘进时间即为对设备负载调试。负载调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和线型精度。负载调试待安装好负环片和洞门密封环板完成后进行。

5、盾构始发

5.1 前两环管片安装

本次始发,采用9环负环加1环零环,共计10环。负环管片尽量采用通缝1点或11点进行拼装,便于后期负环拆除。

在盾构机向前推进之前,先使用管片拼装机进行-9环和-8环负环管片安装,为保证管片环面安装精度,负环管片采用闭口通缝环安装方式,随后的8环负环管片在盾构机向前推进的过程中拼装。管片环向和纵向螺栓均需连接牢固。负环拼装时-9环负环的定位相当重要,对后面的管片拼装起着基准面的作用。同时为了确保盾构机进洞以后,盾构机和管片姿态一致,需根据隧道轴线走向对-9环进行定位,尽量保证-9环和盾构姿态保持相对平衡。

-9环管片拼装:由测量组测定管片轮廓线后,在盾壳上明确标示,然后在壳体两侧和下部焊接5条约1m长的4cm高的槽钢,确保落底块外弧面与壳体留有4cm的建筑空隙,落底块精确定位后再拼装其余5块管片。拼装时应注意环面平整度及拧紧全部环向螺栓,同时应注意用型钢支撑上部管片,以防掉落,在-9环负环拼装完成后,用千斤顶将管片整体后推,然后即可在-9环的基础上拼装-8环。

两环负环拼装完成后,用千斤顶将两环管片整体后推至距离反力架约10cm距离时,再次确认反力架上预留螺栓孔是否与管片螺栓孔一致,然后将管片推至反力架位置,确保负环端面与反力架立面平行,上下左右无缝接触,均匀受力,并将第一环管片与钢环用纵向螺丝连接,对可能存在的缝隙要用钢片填塞。

5.2 盾构机进入洞门

调试完成后,在确认洞门环板、活动压板和橡胶帘板与盾构机刀盘不冲突,盾构机即可向前推进,使用推进千斤顶使盾构机进入洞门,并注意活动压板和橡胶帘板的安全。

5.3 调整洞口止水装置

洞门止水装置包括洞门环板、橡胶帘板和活动压板,当盾构机刀盘进入洞门后,调整止水装置的活动压板位置并固定。此时托架和洞门之间预留的约300mm沟槽可供人员进入洞门底部观察洞门情况及调整。

当盾构机的中心刀碰壁后,及时调整活动压板与盾构筒体的间隙,一般为510mm

5.4 盾构掘进,安装0-3环负环管片

活动压板调整及紧固螺栓后,即可进行掘进。另外,橡胶帘板内层与盾构的筒体之间封闭也需要在掘进中产生的小颗粒物填充压实空间,使密封更为牢固。进行0~-3环的管片拼装。负环管片脱出盾尾后,在托架、托架三角撑和管片之间的空隙用方木楔紧,管片用钢丝绳和倒链拉紧箍住,防止管片失圆。

5.5 盾尾通过洞门密封后进行回填注浆

当盾尾通过洞门密封后,立即调整压板,尽量减少压板和管片之间的间隙,并进行回填注浆,以避免洞门间隙处产生水土流失。在始发掘进过程中,当盾尾完全进入洞门后,橡胶止水布帘及压板和管片外壁接触时,间隙落差瞬时扩大至126mm,(管片外径为4100mm,盾构后筒外径为4360mm),所以为了保证舱内土压的稳定(如在这个时候,不能保证土体的稳定,盾构掘进将会有一个新的风险点,因为机头已进入)。

此时回填注浆可通过盾构的同步注浆系统注入双液浆,在注浆过程中,洞门外侧必须安排人员注意观察,如发现漏浆现象需马上采取有效措施处理。

5.6 盾构掘进及永久管片安装

至此,盾构始发基本完成,可进行盾构掘进及永久管片安装。

5.7 土压力控制

1)地层土压力计算

对于深埋隧道,一般根据隧道围岩分类和隧道结构参数,按照《铁路隧道设计规范》的计算公式计算围岩竖直分布松动压力和水平松动压力。

地层的水平侧向力为:

σ水平侧向力= q×0.41×1.79Sω

       =0.43×0.41×1.792×0.88 kg/cm2=0.049 Mpa

式中,

S—围岩别,如围岩,则S=3

ω—宽度影响系数,且ω=1+iB-5=1+0.2×(4.4-5=0.86

B—隧道净宽度,单位以m

i—B=5m为基准,B<5m时,取i=0.2B>5mi=0.1

q根据围岩级别确定的水平侧压力系数,取值0.43

2)地下水压力计算

地下水位高于隧道顶部时,由于地层孔隙、裂隙的存在,形成侧向地下水压。地下水压力的大小与水力梯度、地层渗透系数、管片背后的砂浆凝结时间、渗透系数及渗透时间有关。由于地下水流经土体时受到土体的阻力产生水头损失,因此作用在刀盘上的水压力一般小于该地层处的理论水头压力。

掘进过程中,随着刀盘的不断向前推进,土仓内的压力处于原始土压力值附近,考虑水在土中流动时的阻力,掘进时地层中的水压力可以根据地层的渗透系数酌情考虑。

盾构因故停机时,由于地层中压力水头差的存在,地下水必然会不断向土仓内流动,直至将地层中压力水头差消除为止。此时土仓的水压力为:

σw刀盘前=q ×γh

式中,

q-根据土层渗透系数确定的经验数值,砂土q=0.51.0,粘性土q=0.10.5,风化岩层q=00.5

γ-水的容重;

h-地下水位距刀盘顶部的高度。

由于黏土透水性较差,在考虑地层水压力时q 0.1

σw刀盘前=q×γh=0.1×1×34=0.34 kg/cm2=0.034 Mpa

3)土压平衡盾构施工土压力的设置方法

考虑0.0100.020Mpa的压力值作为调整值来修正施工土压力,即σ调整=0.0100.020Mpa

σ初步设定=σ水平侧向力σ水压力σ调整

=0.1080.118 Mpa=1.08~1.18 bar

随着隧道埋深的减小或增大,土压也会随之减小和增大,因此应每掘进10环计算一次土压设定值。加大土压时,首先关闭螺旋输送机,停止出碴,同时通过压力传感器观察土仓内土压的变化,当土仓内的土压达到土压的设定值时,打开螺旋输送机,根据压力传感器所反映的土压的变化调节螺旋输送机的速度,直到土压保持在土压设定值上不变为止。

5.8 出碴量的控制

由于盾构机的特殊构造,使其无法观察掌子面的情况,我们只能通过出碴量的大小来推算掌子面的情况,出碴量过大,掌子面就有可能出现了坍塌,出碴量过小,则掌子面就可能有空洞或裂隙比较发育。所以必须控制好出碴量。土的松散系数按1.5考虑,则:

每循环理论出碴量=π/4×D²×L×k=3.14/4×4.36×1.2×1.2=26.86m³

盾构机每掘进一循环的出碴量应控制在理论出碴量的95%~110%之间,即24.8m³~29.55m³之间,出土量因碴土的性质不同而有所变化,如超出此范围,值班工程师则应查明原因,必要时应立即停机查明原因,并采取相应的措施。

5.9 掘进速度及扭矩控制

1)掘进速度控制

1为控制推进轴线、保护刀盘,推进速度不宜过快,使盾构缓慢稳步前进,在通过筒体未出洞门前,推进速度控制在10mm/min,盾尾通过洞门后,速度可逐步提升至20mm/min,同时应控制千斤顶总推力在初始推进阶段不大于1000吨。

2盾构启动时,盾构司机必需检查千斤顶是否全部靠紧管片,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。

3一环掘进过程中,掘进速度值应尽量保持衡定,减少波动,以保证舱内土压的稳定。

4 推进速度的快慢必须满足每环掘进注浆量的要求,保证注浆系统始终处于良好工作状态。

5在调整掘进速度的过程中,应保持开挖面稳定。

2)刀盘转速及扭矩

盾构初始掘进刀盘转速控制在1.0r/min,随掘进深度增加可逐步增加至1.5r/min,正常掘进控制在1.5~1.7r/min范围,扭矩不大于2000kNm

5.10 同步注浆技术参数

1注浆压力

为保证施工空隙的有效充填,同时又能确保管片结构不因注浆产生变形和损坏,根据计算和经验,注浆采取压力控制为主、注浆量控制为辅的方法。注浆压力大于地下水压力20%左右,注浆压力取值为:0.20.5MPa(根据裂隙水压力调整)。

2注浆量

注浆量一般基本上是采用几何学上规定的尾部空隙量的观点,但还要考虑注浆材料与黏土的渗透性、加压导致向黏土内的压入、排水固结、超挖等因素。始发时粉质粘土,超挖量和渗透性均很小,根据经验公式计算和盾构区间的施工经验,本次始发注浆量取环形间隙理论体积的130150%,即2.683.09m³。

3注浆速度

同步注浆速度应与掘进速度相匹配,按盾构每完成11.2m掘进的时间内完成该环注浆量来确定其平均注浆速度。

4注浆结束标准

采用注浆压力和注浆量双指标控制标准,即当注浆压力达到设定值,注浆量达到设定值的85%以上时,即可认为达到了质量要求。

5)同步注浆配比及注浆参数选择

一般来说,对于围岩稳定性好的土质,往往没有必要在推进的同时进行背填注浆,所以用单液注浆施工的较多。但是对于围岩难以稳定的粘土层或易坍塌的砂层,则需要在推进的同时,把背填注浆材料及时注入盾尾空隙,根据本标段的工程地质条件,选定适合的同步注浆单液配比及壁后补浆双液配比,施工配比如下:

单液浆

4-1 单液浆配比表

单液浆

水泥

细河砂

膨润土

粉煤灰

m3配比用量

90-100kg

750-800kg

50-60kg

240-380

550kg

②双液浆配比:

在单液浆混入水玻璃,量比为:AB=101,此配比要根据实际的施工时进行试配,要求初凝时间在30s左右。

注:实际胶凝时间根据现场试验确定。

5.11 盾构机轴线及地面沉降控制

盾构机轴线控制偏离设计轴线不得大于±50;地面沉降量控制在+10㎜~-30㎜。

5.12 渣土改良

碴土改良就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓或螺旋输送机内注入泡沫或膨润土,利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土碴混合,其主要目的就是要使盾构切削下来的碴土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力,以满足在不同地质条件下采用不同掘进模式掘进时都可达到理想的工作状况。

始发端头隧道范围为中风化泥质、泥灰岩,拟采取分别向刀盘面和土仓内注入泡沫的方法进行碴土改良,必要时可向螺旋输送机内注入泡沫。同时,采用滚刀与齿刀混合破岩削土来防止泥饼形成。泡沫注入量根据具体情况确定。

5.13隧道内施工断面布置

1) 洞内照明布置在隧道左侧,采用26W防潮节能灯,间距9

2) 隧道左侧设50㎝宽的人行踏板,走道边设立隔离护栏。

3) 为保持洞内外的联络,盾构机操作室配电话分机一部。

4) 通风方式采用压入式通风,利用洞口外的风机将新鲜空气通过通风管直接送至盾构机头部。

5.14 始发阶段的质量要求

隧道轴线偏差±100mm;衬砌环直径椭圆度±0.6%D;相邻管片环向错台量≤15mm, 相邻管片径向错台量≤10mm;结构表面无裂缝,裂纹的宽度≤0.2mm,无缺棱掉角,达到二级防水要求。

5.15 负环管片、反力架及始发托架的拆除

盾构机掘进113米后,便可以进行反力架、负环管片及始发托架的拆除,以形成正常的掘进状态。(同时组装盾构机)。

首先进行反力架支撑的拆除,然后拆除反力架框架体,再按照-9~-1环顺序开始拆除管片,最后拆除始发托架。-1环拆除前须确认洞门注浆密实。反力架及负环管片的拆除利用32t龙门吊。负环管片拆除先从顶块拆起,具体是先用100#角钢把所有的负环管片的邻接块连在一起,以防拆除顶块后邻接块失稳;然后拆除顶块的连接螺栓,使用龙门吊吊起顶块;再用龙门吊吊住邻接块,拆除邻接块连接螺栓,割断角钢,吊走邻接块,最后同样方法拆除标准块,从而完成负环管片的拆除。

始发托架拆除后恢复始发井运输轨道。

6、施工测量与监测

6.1 施工测量

井上、井下测量控制网建立,并经业主监理复核、认可。详见盾构施工测量方案。

6.2 施工监测

从洞门开始50m范围内,沿隧道轴线每3m布一个沉降监测点,每9m布设一个横断面,每个横断面共设7个监测点,测点间隔为3m。监测频率始发阶段每天4~5次,正常掘进为每天12次,或根据工况条件和实际沉降情况再进行调整。

始发时需注意施工影响范围内的建(构)筑物的监测工作,必要时全天24小时不间断监测,如有异常,尽快反馈信息,然后根据反馈信息调整操控参数,确保地表建(构)筑物安全。

7、始发掘进技术要点

盾构在井中始发时,主要技术要点有:

1)技术交底、岗位培训。在盾构施工前,对参加施工的全体人员分阶段进行详细的技术交底,按工作进行岗位培训,考核合格后方可上岗操作。

2)在进行盾构机托架反力架第一环负环管片的定位时,要严格控制盾构机托架反力架第一环负环管片的安装精度,确保管片姿态与盾构始发姿态符合。

3)第一负环管片定位时,管片的后端面应尽量与线路中线垂直。负环管片轴线应与线路的切线重合。负环管片采用通缝拼装方式。

4)始发前托架定位时,盾构机纵向应根据坡度进行适当调整,盾构中线可比设计轴线适当抬高。

5)盾构在盾构机托架上向前推进时,通过控制推进千斤顶行程使盾构机沿导向轨道向前推进。

6)始发初始掘进时,盾构机处在托架上,因此需在托架及盾构机上焊接相对的防扭转支座,为盾构机始发掘进提供反扭矩,防扭转支座每推进一段必须进行移位,以免破坏洞门环板和橡胶帘板

7)盾构刀盘完全通过橡胶帘板之前,不得转动刀盘,以免破坏橡胶帘板和活动压板。

8)负环脱离盾尾后,应使用钢丝绳束紧管片,同时用木塞填充密实管片和托架之间的间隙,确保管片的稳定性。

9)盾构在托架上向前推进时,各组推进油缸保持同步,可适当加大底部油缸推力。

10)初始掘进时,盾构机处于托架上,盾构易旋转,这时可以在盾构机两侧盾壳焊接两排钢作为防扭装置,用来卡住始发台,防止盾构机旋转。同时应加强盾构机姿态的测量,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。如果由于负环管片转动或松动而且盾构推进油缸推力过大,致使负环管片变形、破损或破裂,应立即停止推进,及时更换或加固破损管片,同时对管片环的临时支撑进行加固。

11)始发阶段,设备处于磨合期和校核期,必须设置各施工参数的警戒值,确保不出现较大偏差或导致不良后果,一旦施工参数接近或达到警戒值或系统显示的相关施工参数不一致,必须查明原因后方可继续推进。须设置警戒值的施工参数包括:最大推力、最大扭矩(包括刀盘和螺旋输送机)、推进千斤顶最大压力差、推进千斤顶最大行程差、盾尾间隙最大值最小值、土舱压力最大值最小值、最大注浆压力、最小注浆量、最大排碴量、最大推进速度、最大滚动角、最大俯仰角等。

12)要注意推力、扭矩的控制,同时也要注意各部位油脂的有效使用。掘进总推力应控制在反力架承受能力以下,同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于基座提供的反扭矩。

13始发过程中,盾构机两侧必须安排专人进行观察,如有异常,随时通知值班工程师进行处理。

14)始发前必须采取人工测量对自动测量导向系统进行多次复核,确保该系统工作正常、数据可靠;始发阶段,每环必须进行人工测量复核,即使盾构自动测量导向系统处于正常工作状态。

15)始发阶段应加强地表沉降监测和建(构)筑物监测,根据需要加密监测,如有异常,尽快反馈,并根据反馈信息调整操控参数。

16)为确保洞门环注浆密实,0环管片增加注浆孔数量,每片管片增加两个注浆孔(除K块),分别设置在吊装孔两侧,增加后0环管片共有16个注浆孔洞。

8、始发段掘进目的及相关记录要求

1)盾构机掘进的前113m作为试掘进段(始发段),通过试掘进段拟达到以下目的:

1)用最短的时间对盾构机进行施工调试、熟悉机械性能。

2)熟悉本工程的地质条件,掌握各地质条件下该复合式盾构的具体施工方法。

3)收集、整理、分析及归纳总结各地层的掘进参数,制定正常掘进各地层操作规程,为实现快速、连续、高效的正常掘进提供依据。

4)熟练管片拼装的操作工序,提高拼装质量,加快施工进度。

5)通过本段施工,加强对地面变形情况的监测分析,反映盾构机始发时以及试推进时对周围环境的影响,掌握盾构推进参数及同步注浆量。

2)盾构机在完成前113m的试掘进后,将对掘进参数进行必要的调整,为后续的正常掘进提供条件。并做好施工记录,记录内容有:

1)隧道掘进

——施工进度

——油缸行程、掘进速度

——盾构推力、土压力

——刀盘、螺旋机转速

——盾构内壁与管片外侧环形空隙(上、下、左、右)

2)同步注浆

——注浆压力、数量、稠度

——注浆材料配比、注浆试块强度(每天取样试验)

3)测量

——盾构倾斜度

——隧道椭圆度

——推进总距离

——隧道每环衬砌环轴心的确切位置(XYZ

9、劳动力配置计划

在盾构隧道内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的劳动积极性,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。施工实行三个班两班轮转,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:


9-1  单线施工人员配备

隧道人员

序号

岗位

人数

序号

岗位

人数

1

1

2

隧道值班工程师

1

3

机修工

1

4

电工

1

5

测量

2

6

电瓶车司机

1

7

井下挂钩

2

8

掘进配合

8

9

轨道维护

1

10

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

7

2

地面值班工程师

1

3

搅拌人员

2

4

龙门吊司机

1

5

司索

1

6

管片装卸

2

7

焊工

3

8

机修工

2

10、工期计划

 

11、盾构始发安全文明施工措施

11.1 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它材料设备,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。

11.2 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它施工材料时,吊环和索具的安全系数K8

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。

11.3 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二侧间距较小,进入此区域严禁电瓶车司机的手、头超出机车外。

12、应急处理措施

12.1 地表发生大的沉降时的处理措施

盾构施工引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结,是地面沉降的基本原因。在施工过程中我们要做到精心操作,严格控制浆液的质量和注浆压力,紧密监测,力保把沉降量控制在范围之内。一旦发生大沉降,马上疏散受沉降影响区域内的人员,与此同时恢复掘进、注浆,填充土仓,减少地层的进一步沉降,然后会同参建单位及专家商量处理办法。确定处理办法,待地层稳定后再进行正常施工。

12.2 坍塌处理措施

在盾构始发过程中地面或建(构)筑物出现严重沉降甚至坍塌等事故时,应立即上报情况,并组织人员到现场处理,处理措施如下:

1)在事故现场拉上警戒线,派专人现场看守;

2)若始发过程中造成周围建(构)筑物出现沉降或开裂超限时,立即对建筑物内人员进行疏散;

3)派测量人员24小时对事故现场进行加密监测;

4)成立抢修小组,研究制定抢修方案,采取措施防止坍塌范围扩大;对地面沉陷区域回填加固抢修,对建(构)筑物进行专家评估,若需加固方能继续施工时立即进行加固处理,比如桩基托换、建(构)筑物地基注浆加固等,同时在隧道内进行管片补充注浆;

5)视情况可以恢复生产后,施工方面应严格控制各项技术参数,满仓或气压辅助模式掘进,提高注浆量,严格控制盾构机和管片的姿态。

12.3 其它措施

1)为避免下坡段隧道内积水流向盾构机头,影响盾构施工,必须在隧道内利用沙袋筑坝,减少流向盾构机头的积水,并用真空泵及时将废水抽走;

2)在盾构机头部设置一台真空泵,随时抽水。并配备一台备用真空泵,保证不因为盾构机头积水过多而影响盾构施工。

3)备用一台200KW的发电机,以备停电时使用。

4)若始发推进发生盾构机姿态超限时,将进一步减小推力、降低转速,加固始发台和反力架,加强防滑挡块,防止盾构机旋转,确保盾构的始发姿态的正确。

12.4 应急物资、机械设备储备

应急物资、机械设备储备见下表。

 

 

12-1 应急物资、机械设备表

序号

材料、设备名称

单位

数量

规格型号

主要工作性能指标

现在何处

备注

机械设备

1

注浆泵

2

BW-250

项目部

2

空压机

3

SA-5150W

项目部

3

钻机

1

XY-100

项目部

4

砂浆机

1

项目部

5

装载机

2

ZL40

2 m3

项目部

6

风镐

6

G10

26L/S

项目部

7

机动翻斗车

6

FC-1

0.75 m3

项目部

8

东风车

3

8t

项目部

9

千斤顶

3

120t

项目部

10

电焊机

5

BX500

项目部

11

对讲机

8

项目部

12

发电机

1

200KW

项目部

13

污水泵

2

BW250/50

项目部

主要材料

14

沙袋

100

项目部

15

编制袋

500

项目部

16

m3

20

项目部

17

水泥

t

20

项目部

18

注浆管

m

80

Ø42钢花管

项目部

12.5 应急组织架构、联系方式

13、安全文明保证措施

13.1 安全保证措施

施工时必须遵循安全第一的原则,严格执行有关法规及相应操作规程的规定。定期组织法规学习,对全体管理、施工人员要进行教育,要建立起安全管理体制和安全责任制,全面贯彻安全法规。在施工过程中,随工作的开展要进行定期和不定期的安全检查,认真填写检查记录。当确认有异常现象时,必须立即采取适当措施,以确保施工安全。

1)安全防护

1)施工人员必须认真贯彻执行“安全第一,预防为主”的方针。

2)项目经理部领导(包括民工队领导)应执行建筑施工企业安全生产责任制中各项规定,施工人员不得无证上岗,各种作业人员应配带相应的安全防护用具和劳保用品,各类操作人员在上班期间不得喝酒。工长负责本班的安全生产工作,施工人员必须是受过安全生产培训的人员,施工前必须按施工组织和施工方案的要求进行安全技术交底,并有书面记录,双方签认。严禁违章指挥,违章作业,进入施工现场必须戴好安全帽、绝缘鞋。项目部人员须穿戴工作服(荧光)。

3)施工中所用机械、,自制设备、设施通过安全检验及性能检验合格后方可使用。

4)现场、隧道照明设施齐全,配置合理,经常检修,保证正常的生产、生活;清理维修各种机械时,必须切断电源,取下保险,锁好配电箱或设专人看守,方可进行清理维修。电葫芦检修时要停放在维修平台上方,挂好保险。

5)用土车上下运料时,必须装稳,绑扎牢固,不得超载吊运。严禁载人上下基坑,禁止往井下扔物。工作时及时清理基坑周围土块、杂物。

6)电工、龙门吊司机必须持证上岗,操作过程中,上下联系要有信号。

7)加强施工的监控测量,及时反馈量测信息,依照量测结果,及时调整,确保施工安全及地面建筑物安全;

8)现场常备应急车辆,以利伤病人员迅速转移救治,与附近医院保持联系,出现问题及时处理。

9)基坑周围设置高不低于1.2m的防护栏杆,涂刷警戒色。

2)临时用电

1)施工人员应掌握安全用电的基本知识和所用设备性能,用电人员各自保护好设备的负荷线、地线和开关,发现问题及时找电工解决,严禁非专业电气操作人员乱动电器设备。

2)高压设备需高压电工操作,其它各类人员不得随便进入及操作,高压室钥匙由专人保管。

3)配电系统分级配电,配电箱、开关箱外观完整、牢固、防雨防尘、外涂安全色、统一编号。其安装形式必须符合有关规定,箱内电器可靠、完好,选型、定值符合规定,并标明用途。

4)所有电器设备及其金属外壳或构架均应按规定设置可靠的接零及接地保护,隧道周围地层和邻近管片应无任何电器连通。

5)施工现场及隧道所有用电设备,必须按规定设置漏电保护装置,要定期检查,发现问题及时处理解决。

6)现场内各用电设备,其装设使用应符合规范要求,维修保管专人负责。

3)机械及运输安全

1)机械设备布置应符合平面图要求。

2)各种机械要有专人负责维修、保养,并经常对机械的关键部位进行检查,预防机械故障及机械伤害的发生。

3)各种机械设备视其工作性质、性能的不同搭设防尘、防雨、防砸、防噪音工棚等装置,机械设备附近设标志牌、规则牌。

4)运输车辆服从指挥,信号要齐全,不得超速,过岔口、遇障碍物时减速鸣笛,制动器齐全,功能良好。

5)运输通道不得堆放杂物及各种材料、机具等。

6)材料、机具等在运输车上要按要求安放平稳,且不得超长、超重、超宽。

7)运输通道上应设必要的信号标志。

8)水平运输时运输车辆严禁在运行中摘、挂钩作业。

9)运输车辆、吊运设备等作业人员必须经过培训、持证上岗;严禁任何人搭乘非载人运输设备。

10)工作基坑内必须规定垂直运输的作业范围,在该范围内严禁任何非作业人员进入。

12)每班运输作业前必须检查吊具及车辆连接装置等确保安全可靠方可运行。

4)其它注意事项

1)始发期间工序繁多,施工时尽量避免不同施工工序在施工场地上产生相互干涉。施工人员注意防止滑倒摔跌,施工过程中做好自防、互防与协防;

2)反力架、洞门防水装置可能会在高空作业,作业人员应佩戴安全带;

3)反力架安装过程中进行吊装时,必须由专人进行指挥,施工人员相互协调作业,临时固定必须牢固可靠;

4)第一环负环管片安装尤其是邻接块安装时必须做好支撑,第一环安装成环后也应做好与负钢环的连接。在负环管片推出盾尾时及时在始发台、支撑架横梁处以楔形块进行支垫;

5)在负环管片安装过程中注意对管片安装机等设备的保护,尽量规范操作;

6)始发掘进前对盾构机各系统进行全面的调试与检查,确保设备能正常工作。

13.2 文明施工及环保措施

公司领导重视,齐抓共管,成立以公司总工、项目常务副经理任组长的文明施工领导小组及公司经理助理、项目总调度任组长的检查落实小组。

1)安全监控网络

详见安全监控网络图。


2)综合管理

1)严格按施工组织设计施工部署,并经常检查实施情况,若遇施组与实际施工矛盾,及时做出调整方案,报原审批部门审批后实施。

2)施工区域及职责严格划分,设立责任区,不留死角,立标志牌分片包干到人;施工中要求每个劳务队务必落实所施工段的安全卫生工作,派专人负责,并对施工周围一切有碍市容的现象、行为有权利和义务加以制止和清理。

3)在施工场地明显处设置统一样式的施工标牌,并有“五图一板”,内容详细、字迹工整。

4)施工场地和道路平整畅通,现场内土方、零散碎料、垃圾及时清理。所有物料及设备摆放整齐;土方挖出后在规定时间及时清运。运土车上所外运的土必须拍实,淤泥状的土需经处理后再使用经专门改装的带密封车斗的自卸卡车装运,以保证外运过程中道路的清洁。并应对大街派人专门负责打扫卫生,注意洒水,保证凌晨5点后是一个整洁干净的街道。

5)施工隧道应有专人打扫清理,并由专人清理泵送管道,以保持隧道清洁。

6)施工中工人操作要求达到标准化、规范化、制度化,做到工完料清,场地上无淤泥积水,施工道路平整畅通,实现文明施工。

7)施工现场应有施工日志和施工管理各方面专业资料。

8)加强宣传、教育,提高全员文明施工的意识,层层落实,树立起每个人的责任心,力争做到齐抓共管,并制定相应的责任制。

9)雨季要确实做好防汛工作,落实人员责任,设备配备齐全,措施得力。

10)施工现场环境保护管理资料应及时、准确、真实。内容包括以下几点:

① 施工现场环境保护组织机构和自保体系及人员分工;

② 施工现场环保工作制度和措施;

③ 施工现场污染源记录;

④ 施工现场烟尘、噪声自检记录(每周一次);

⑤ 污染源台帐;

⑥ 环保检查工作记录。

11)加强施工队伍的全面管理,坚持岗前培训和持证上岗。施工现场的管理人员和作业应当在胸前佩戴个人身份标卡。标卡统一制作,标明个人照片、姓名、工种或职务、所属单位。







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