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盾构始发专项施工方案

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盾构始发方案 

盾构施工总体安排

盾构采用整机始发。在盾构完成试掘进后,进入正常掘进阶段。拆除盾构井内的负环管片、反力架等。在盾构始发时,管片、管线、砂浆等材料从预留出土口吊入隧道内,然后由电瓶车牵引编组列车将管片、管线、砂浆运抵工作面。泥浆管路及电缆线路均从预留口接入隧道内盾构工作面。在拆除负环管片后,盾构隧道进排泥管线均移至盾构工作井,轨线管片等材料从盾构工作井吊入,砂浆从盾构工作井放入编组列车的砂浆车内。


盾构在切入土体时,为确保利用上部千斤顶,整体向前推进,负环管片设置为全环闭口环,错缝拼装。拼装负环管片前先安装反力架和负环钢环。

渣土坑:设置两个渣土坑,存土高度4m,总存土量2789m3 出土龙门吊:两台45t龙门吊,布置位置如图,跨度26m 

出渣道路:宽度为5m,行车道为车站底板覆土回填后,采用200mm厚素C20混凝土铺设。 

料库:采用10m*5m活动板房,并设专人管理。 水泥库:采用10m*5m彩钢板房。 

砂石料场:采用15.27m*7.2m混凝土硬化场地堆放。 搅拌站场地:采用15m*9m硬化场地。 

充电房:采用12m*3m,布置于盾构吊装孔两侧,采用24砖墙砌,内部做防水处理,中部采用12砖墙进行分割成43m*3m的水池,可存水冷却。 

安全通道:采用标准梯笼,高度应根据现场实际进行设计。 

盾构人员准备情况 

主要管理人员:项目经理1名,项目总工1名,工区副经理1名,工区土建负责人1名,工区机电负责人1名,技术人员4名,施工队长2名,班长4名,材料员2名,安全员4名,质检人员2名。主要作业人员:盾构机主司机4名,盾构机副司机4名,管片拼装手4名,电瓶车司机4名,电工4名,电气焊工4名,机械维修保养工12名,线路维护工4名,地下隧道配合工20名,龙门吊司机4名,挖掘机司机4名,盾构砂浆搅拌站8名,地面配合工24名。 

盾构设备准备 

1、出土用245t龙门吊,等待场地具备条件进场安装。 

2、出土用电瓶车4列、渣车底盘8节、浆车4节、管片8节车。

3、砂浆拌和站安装调试完成。

、隧道风机和冷却循环水泵安装调试完成。

5水、电接口 

盾构施工用水采用自来水接口直接接入使用。 

盾构机用电采用10KV高压,由变压器房引至盾构机上接入使用。

端头地层加固

考虑采用放坡+搅拌桩止水并采用直径500@400搅拌桩基底加固的基坑开挖方案,盾构始发前在主体结构端墙外侧施做1.2m厚模筑C20砼墙后,再回填、反压覆土始发。 

洞门凿除流程 

钻检测孔→洞门第一次凿除→围护桩背水侧钢筋割除→第二次凿除→围护桩迎水侧钢筋割除 

洞门凿除时间 

1)盾构始发前一个月,用风钻在洞门范围内钻1.5m深的检测孔,观测端头土体加固效果,确保凿除洞门安全;2)确认端头土体加固达到效果后,进行第一次凿除洞门及背水侧钢筋割除; 310kv高压电安装后,盾构始发的前4天,进行第二次凿除洞门; 4)盾构始发的前2小时,割除洞门剩余的钢筋。 

洞门凿除方法

为保证围护结构的稳定,凿洞分两阶段进行。第一阶段在端头井土体加固检验合格后凿除;第二阶段在盾构机到达前和始发准备完成后快速进行。 

开凿前,搭设双排脚手架,由上往下分层凿除,洞门凿除的顺序见图4-3。首先将开挖面墙钢筋凿出裸露并用氧焊切割掉,然后继续凿至迎土面钢筋外露为止。当盾构机刀盘抵达混凝土桩前约0.5~1m时停止掘进,然后再将余下的钢筋割掉,并检查确定无钢筋。

洞门凿除过程的应急措施: 

洞门破除过程中发现有异常情况后,迅速用木板和型管进行临时支撑,防水洞门掌子面土体发生坍塌,支撑完后确保安全的情况下对洞门掌子面土体进行注浆加固。 

若土体压力较大时,采用临时支撑完成后迅速用预先制作好的钢筋网片与钻孔桩的钢筋焊接一起后用木板和钢管支撑稳定。然后在围护结构外围进行注浆加固,同时在洞门里面进行注浆加固。 

发现有异常情况后,迅速用木板和钢管撑住,防止土体坍塌然后尽快从围护桩外进行注浆加固。 

若土体压力较大时,迅速用预先制作好的钢筋网片与围护结构的钢筋焊接一起,用木板和钢管支撑,然后在始发端头、洞门里进行注浆加固。 

始发设施安装及调试

始发架安装 

在后配套吊入始发位置后,依据隧道设计轴线定出盾构始发姿态的空间位置,然后推算出始发架的空间位置,利用垫薄钢板调节始发架的标高,达到要求的位置。盾构始发前对始发架两侧进行必要的加固。利用预埋在车站端头混凝土平台的钢板与始发架进行焊接,并利用H型钢两边支撑保证左右稳定。 

反力架安装 

在盾构主机与后配套连接之前,开始进行反力架安装。在安装反力架时,反力架端面与始发架水平轴垂直,以便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行。 1、 安装反力架前,先将反力架位置定位,然后分节安装反力架部件并调节好位置。 2、定位反力架,利用垂线和经纬仪测量调整基准环的平整度,使其与始发架水平轴垂直。调整好后将反力架与底板混凝土平台的预埋件焊接固定。

盾构机调试 

1、空载调试 

盾构机组装和连接完毕后,即可进行空载调试。调试内容为:液压系统,润滑系统,冷却系统,配电系统,注浆系统,及各种仪表的校正。着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。 

2、 负荷调试

空载调试证明盾构机具有工作能力后即可进行负荷调试。负荷调试的主要目的是检查各种管线及密封的负载能力。使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。通常试掘进时间即为对设备负载调试时间。负荷调试时将采取严格的技术和管理措施保证工程安全、工程质量和隧道线型。 

洞门的密封 

洞门密封采用橡胶帘布和折叶式扇形压板进行密封

1)洞门防水密封施工前,先检查材料的完好性,尤其是橡胶帘布是否完好,径向尼龙线密集排列和螺栓孔是否完好。 

2)安装前清理完洞口的渣土和疏通A板预留孔并涂上黄油。

3)将螺栓旋入预先埋设在井圈周边的螺母内。

4)安装橡胶帘布及圆环B板,并用薄螺母固定在井壁上。

5)将扇形压板套在装有薄螺母等的螺栓上。

洞门处防水装置安装注意事项 

1)由于橡胶帘布和扇形压板通过它与管片的密贴防止管片背注浆时的浆液外流,所以安装时螺栓必须进行二次旋紧。 

2)防止安装扇形压板时损坏橡胶帘布。 

3)检查盾构机盾壳表面是否有凸起物,若有凸起物需清理干净,以免撕裂橡胶帘布。 

负环管片的拼装 

盾构机始发时在反力架和车站内正式管片之间安装6环负环管片(全部为闭口环)每环临时管片分块数与标准管片相同,依次安放在托架上。负环管片拼装时用整圆器和控制盾尾间隙来控制管片拼装的真圆度。在内、外侧采取钢丝拉结和三脚架支撑等加固措施,以保证在传递推力过程中管片不会旋转浮动。 

洞口始发导轨的安装 

在围护结构破除后,盾构始发架端部距离洞口围岩必然会产生一定的空隙,为保证盾构在始发时不致于因刀盘悬空而产生盾构“叩头”现象,需要在始发洞内安设洞口始发导轨。安设始发导轨时应在导轨的末端预留足够的空间,以保证盾构在始发时,不致因安设始发导轨而影响刀盘旋转。 

始发施工测量监测 

地面导线、高程测量为确保本工程施工精度,进场后会同设计和业主,进行现场交接桩,办理相关的交桩手续。及时组织测量人员对有关的导线网、水准基点进行测量复核,检查导线点的坐标和水准点高程的准确性,对测得的结果平差后报监理工程师,并将所计算的结果与原始资料进行分析对比,如果误差在规范允许的范围内,则所移交的控制点作为施工放样的基准点,如果超出误差范围,报送设计单位进行修正,直到接受的控制点准确无误后方用于施工中,作为施工测量的依据。 

1)地面平面控制测量采用精密导线网,布设附合导线、闭合导线或结点网,测角中误差≤±2.5″,最弱点的点位中误差≤±15mm,相邻点的相对点位中误差≤±8mm,导线全长闭合误差≤1/40000 

仪器采用莱卡1020+全站仪进行测角、测边,该仪器的主要技术指标为测角精度土1",测边精度2mm+2ppm 

2)地面高程控制测量采用加密网布成环线网,等级为Ⅱ等或Ⅲ等水准路线,水平误差≤±8L1/2mm。仪器采用索佳B20自动安平水准仪配测微器,精密铟瓦尺,该仪器主要技术指标为S1级,读数至0.01mm,精度为0.5mm,能满足高程贯通测量精度<25mm 

1车站定向 

车站定向分车站盾构井投点和井上井下定向。

①车站投点采用NL垂准仪进行,该仪器标称精度为1200000,投点时独立进行,每次共投三次,或按0°、90°、180°、270°四个方向投四点,边长≤2.5mm,取其重心为最后位置,投点误差≤±0.5mm 

②隧道开挖到2/3时采用陀螺经纬仪定向,井上陀螺定向边为精密导线边,井下定向边为在车站内设的导线边。仪器采用GAK1+T2陀螺经纬仪,标称精度20″。每条定向边两端点上独立定向各一次为一测回,半测回连续跟踪5个逆转点读数。先在井上定向边测定一测回,接着在井下定向边测定两测回,最后在井上定向边测定一测回。每条边的陀螺方位角采用两测回的平均值。

2)高程传递 

通过工作竖井传递高程,将井上水准点的高程传递到井下水准点,采用S1级水准仪。经竖井向下传递高程采用悬吊钢尺(检定过),井上下两台水准仪同时观测读数,读数时为避免读数误差,进行读数三次,每次错动3-5cm以便检核;高程传递独立进行三次(三次置镜),当三次所测高差较差≤3mm时取其均值作为该次高程传递的成果。整个掘进过程中进行三次高程联系测量。

盾构推进测量

 复核线路设计三维坐标: 复核区间施工设计图上的所有三维坐标,项目总工、测量技术负责人签名,若有问题及时上报待审批后方可施工; 

隧道内主控测量:按贯通测量预计方案的隧道控制测量的要求实行; 

隧道内施工控制测量:以主控点为依据,用2级全站仪测量,测角2测回(左右角各1测回,均值之和与360º的较差小于6″),测边往返各测2测回; 

控制点的延伸原则:先施工控制后主控控制,先检测后延伸; 

盾构机及反力架的安装测量,方法:矩形控制法。精度:轴线方位角误差130″,机头平面、高程的偏离值≤±5mm 

掘进过程中盾构机姿态测量。提供瞬时盾构机与线路中线的平面、高程的偏离值,与自动导向系统所测值相比较更有利指导掘进。测量方法:拟合法,用全站仪测量“间接点”三维坐标,用小钢卷尺和水平尺测量盾构机的旋转、打折、俯仰角的计算参数,可求得盾构机的旋转角、打折角、俯仰角,用拟合法的计算程序将“间接点”三维坐标转换为盾构机机头中心的三维坐标及其与线路中心的设计坐标在线路法线面上的水平偏差和竖直偏差。精度:偏离值中误差≤±15 mm。掘进前50米每天测量一次,以后每隔40环测量一次,贯通前50米每天测量一次。其结果及时与ELS的测量结果进行比较,检查ELS是否正常; 

掘进过程中环片姿态测量:按周期对环片进行检测,提供环片姿态信息有利于盾构机操作手操作,保证环片成型后的质量。方法:极坐标法:用全站仪直接测量环片的中心坐标和高程,同隧道中心设计三维坐标值比较,其差即为该环管片的平面和高程偏差值。精度:偏离值中误差≤±15 mm。掘进前50米和贯通前50米每天测量一次,中间每2030环测量一次,两次测量将重复5环。及时提供信息以便指导掘进和注浆,确保隧道施工质量; 

ELS的检核测量:施工中对自动导向系统的检核测量是保证环片和盾构机姿态的质量可靠手段; 

修改ELS的测站(station)测量参数,定向(oritation)完成后,再进行掘进测量(advance) 和方向检测(direction); 

掘进过程中随时进行方向检测,若发现问题及时校正。 

自动导向系统(SLS-T)的测量(基本原理): 通过人工测量的方法将TCA(智能型全站仪)中心位置的三维坐标以及与后视棱镜的坐标方位角输入控制电脑“station”窗口文件保存。TCA定向完成后,再在电脑上启动“advance”,TCA将照准激光标靶,并被其接受。根据激光束的照电位置可以确定激光标靶水平位置和竖直位置,根据激光标靶的双轴测斜传感器可以确定激光标靶的俯仰角和滚动角,TCA可以测得其与激光靶的距离,以上数据随推进千斤顶和中折千斤顶的伸长值及盾尾与管片的净空值(盾尾间隙值)一起经由专用掘进软件的计算和整理,盾构机的位置就以数据和图表的形式显示在控制室的屏幕上。通过对盾构机当前位置与设计位置的综合比较,盾构机操作手就可以采取相应的操作方法尽快且平缓地逼近设计线路。使之与设计线路偏差保持在工程质量容许值之内,保证隧道按设计施工。理论与实践证明SLS-T的测量精度≤±15mm 

地下控制测量 

地下控制测量包括地下导线控制测量和地下高程控制测量。

1)地下导线控制测量 

地下施工控制导线是隧道掘进的依据,直线隧道掘进大于200m时,曲线隧道掘进到直缓点时,应埋设洞内导线控制点,直线隧道施工控制点平均边长150m,特殊情况下,不短于100m。曲线隧道施工控制导线点宜埋设在曲线五大桩(或三大桩点上,一般边长不应小于60m,导线测量采用全站仪施测,左、右角各测二测回,往返观测平均值较差应小于7mm,每次延伸施工控制导线测量前,应对已有的施工控制导线前三个点进行检测。检测点如有变动,应选择另外稳定的施工控制导线点进行施工控制导线延伸测量。施工控制导线在隧道贯通前应测量三次,其测量时间与竖井定向同步。重合点重复测量的坐标值与原测量的坐标值较差小于10mm时,应采用逐次的加权平均值作为施工控制导线延伸测量的起算值。根据本标段的特点,拟在洞内布设三条地下控制导线。三条导线点间进行附合或闭合导线检测。 

2)地下高程控制测量 

地下高程控制测量起算于地下近井水准点,每200m设置一个,也可以利用地下导线点作水准点,水准测量采用往返观测,其闭合差在±20Lmm(L以千米计之内,水准测量在隧道贯通前独立进行三次,并与地面向地下传递高程同步,精度同地面精密水准测量,重复测量的高程点与原测点的高程较差应小于5mm,并应采用逐次水准测量的加权平均值作为下次控制水准测量的起算值。4.6.2 始发施工监测 

主要监测项目 

监控量测的项目主要根据工程的重要性及难易程度、监测目的、工程地质和水文地质、结构形式、施工方法、经济情况、工程周边环境等综合而定,力求技术可行,经济合理。综合本标段支护结构形式、施工方法、工程地质和水文地质及工程周边环境,确定其监测项目有。 

监测项目包含:地表沉降和管线监测,地面建筑物下沉及倾斜监测,拱顶下沉监测,净空收敛监测,衬砌环内力及应变,隧道底部隆起,土体水平位移,地下水位监测、墙体裂缝、墙体倾斜等。 

监测布置

 1、地表沉降和管线监测 

沿两个盾构隧道轴线按5m间距布设地表沉降测点。同时,按30m间距布设地表横向沉陷槽测点,每个断面约912个测点。每个联络通道在中间各布置一个断面,每个断面约9个测点,横向间距17m。在隧道开挖影响范围内(2倍洞径)的主要地下管线上方地表沿管线轴线按510m间距布设地下管线沉降测点。地表及地下管线沉降监测布点应使测点桩顶部突出地面5mm以内采用NA2002全自动电子水准仪和铟钢尺等高精度仪器进行地表和地下管线沉降监测。测试频率:一般情况下掘进面前后<20米时12/天;掘进面前后<50米时1/2天;掘进面前后>50米时1/1周;当盾构穿越重要建筑物、地段需要加强的地方可以适当加强测试次数及频率,并根据实际变形情况进行适当的调整。可根据施工条件和沉降情况增加或减少观测次数,随时将地表观测通息报告给施工人员。 

2、地面建筑物下沉及倾斜监测 

在区间盾构隧道施工影响范围内的房屋承重构件或基础角点、中部及其它构筑物特征部位布设测点。其观测频率与地表沉降观测频率相同。采用NA2002自动电子水准仪和铟钢尺进行量测。 

3、拱顶下沉监测 

沿隧道方向在左右隧道拱顶按5m间距布设拱顶下沉测点。采用苏光DSZ-2型精密水准仪监测,测试频率:开挖距量测断面前后02B12/天,23B1/天,35B1/周,>5B1/月(B为洞径)。 

4、净空收敛监测 

在左、右隧道内拱按47m间距布设水平收敛测点,与拱顶下沉测点在同一断面内。采用坑道式收敛仪进行量测。测试频率同拱顶下沉。 

5、衬砌环内力及应变在靠近构筑物或典型断面的左、右隧道内布设管片表面应力测点,每个断面沿管片圆环径向均匀布设4个测点。采用钢筋应力计、围岩土压力盒和钢弦式频率仪进行量测。测试频率同拱顶下沉。 

6、隧道底部隆起 

在靠近构筑物或典型断面的左、右隧道内布设隧道底部隆起测点,每5米布设1个测点。采用NA2002全自动电子水准仪、铟钢尺进行量测。测试频率同拱顶下沉。 

7、土体水平位移 

在靠近构筑物或典型断面处布设土体水平位移测点,土体水平位移测点距隧道边线2m左右。土体水平位移采用SINCO倾斜测试仪和PVC测斜管进行监测,土体的水平位移孔布设于盾构隧道的两侧,土体水平位移测点埋设用钻机在预定孔位上钻孔,将测斜管放入孔中,对好导槽方向,盖好顶盖,然后回填密实。 

8、基坑内外情况观察 

对开挖后工程地质与水文地质的观察,支护裂隙和拱架支护状态的观察描述、对建筑物的裂缝、墙壁的剥落等的描述。观察应在开挖及支护后立即进行。9、地下水位监测 

采用水位计及PVC水位管进行监测。安装和埋设时用钻机钻孔,在钻孔过程中避免出现塌孔。成孔后洗孔,将PVC水位管放入孔中,用砂土回填管与孔壁之间的空隙。当地下水位稳定后,就可以进行测试。 

监测量测的实施阶段 

第一阶段:施工前调查。各监测项目在盾构区间施工前应测得稳定的初始值,且不应少于两次。 

第二阶段:施工开始至工程交验。 

监测周期和注意事项 施工期间要对全过程进行观测。 

各项监测工作的监测周期根据施工进程确定,在开挖卸载急剧阶段,间隔时间不应超过3天,其余情况下可延至510天。当变形超过有关标准或场地条件变化较大时,应加密监测。当有危险事故征兆时,则需进行连续监测。 

当周边建筑物出现裂缝时,除了要增加沉降观测的次数外,应立即进行对裂缝变化加以观测,观测裂缝首先要设置观测标志。设置标志的要求:当裂缝扩大时,标志就能相应地开列或变化,正确地反映建筑物裂缝发展情况,观测方法可用千分尺量测裂缝标志的变化。 

各监测项目遇有突发性事件则加强量测,一般每12小时监测一次。个别监测项目原则上应根据其变化的大小来确定观测的频率。如收敛位移和拱顶下沉的监测频率可根据位移速度及离开挖掌子面距离而定。 

根据施工现场情况,若需特殊监测措施,施工单位应提出补充修改意见,并报监理、设计等单位共同研究确定。 

始发的其他工作 

1、盾构机在始发前对始发端头土体加固的效果进行检验,合格后开始掘进。 2、洞门水平运输,采用一列运输列车,铺设临时轨道来完成,运输列车由1节电瓶车、2节管片车、4节碴土车、1节浆车组成。3、碴土运输用运输列车运至出土口,龙门吊吊装,临时储碴坑存放,自卸汽车外运出土; 

4、盾构机已准确定位; 

5、地面监测点已布设完毕并获得初始成果; 6、确保始发端头没有降水井; 

7、当盾构机盾体脱离洞门密封圈后,开始进行同步注浆。 

8、盾构机全部进入洞门后,立即封堵洞门,紧密扇形压板,防止洞门漏浆。当盾尾离开洞门约3米时,对洞口压注聚氨脂或双液浆封堵,同时启动盾尾油脂系统及同步注浆系统。 

初期掘进

1、本工程初期掘进长度设定为100米。100米的长度考虑了下几个因素: 1)盾构机和后方台车的长度。 

2)管片与土体之间的摩擦力足以支持盾构机的正常掘进。 

2、同时将盾构区间的前100米作为掘进试验段,通过设立试验段,以达到以下的目的: 

1)掌握在不同地质地层中盾构推进的各项参数的调节控制方法。测定和统计不同地层条件下推力、扭矩的大小;盾构机姿态的控制特点;注浆参数的选择和浆液配比的优化;同步注浆中出现的问题和解决方法;各种刀具的适应性等。熟练掌握管片拼装工艺及注浆工艺。掌握施工监测与盾构机推进施工的协调方法等。 

2)及时分析在不同地层中各种推进参数条件下,地层的位移规律和结构受力情况,以及施工对地面环境的影响,并及时反馈调整施工参数,为全标段顺利施工做好参照。 

初期掘进模式的选择 

始发井口处隧道主要通过第四系黏性土、砂层及全风化岩层,选择土压平衡模式推进。 

初期掘进的参数控制管理 

初期掘进为盾构施工中技术难度最大的环节之一,不可操之过急,要稳扎稳打。在初始掘进段内,对盾构的推进速度、土仓压力、注浆压力作了相应的调整。 

通过初始推进,选定了六个施工管理的指标:①土仓压力;②推进速度;③总推力;④排土量;⑤刀盘转速和扭矩;⑥注浆压力和注浆量。其中土仓压力是主要的管理指标。

注入管 用于注液 配装减压球阀和压力表 

操作盘启、停及流量、压力等控制设置在靠近注入口处 

制浆设备 

本盾构工程中,制浆采用自动混合拌浆系统。该系统不仅仅是背后注浆材料的混拌,同时还将进行泥浆(泥土)材料的混制。 

控制系统 

背后注浆控制系统由①千斤顶速度测定装置;②注入量调节装置;③自动注入率的

控制系统 

背后注浆控制系统由①千斤顶速度测定装置;②注入量调节装置;③自动注入率的设定装置;④变速电动机;⑤压力调节装置;⑥记录装置;⑦ 报警显示装置;⑧A液、B液注入比例的设定装置;⑨雷达监测装置构成。 

9、注浆材料 

采用水泥粉煤灰砂浆作为同步注浆材料,该浆材具有结石率高、结石体强度高、耐久性好和能防止地下水浸析的特点。水泥采用P.O42.5,以提高注浆结石体的耐腐蚀性,使管片处在耐腐蚀注浆结石体的包裹内,减弱地下水对管片混凝土的腐蚀。

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