广州至佛山段地铁施工1标段土建工程盾构始发方案.doc
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1、一一、工程简介、工程简介 【魁奇路站祖庙站盾构区间】属珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段, 地处佛山市汾江南路至建新路。线路出魁奇路站后,沿汾江路一直向北行进,过季 华园站和同济路站后,线路转东下穿密集房 屋后,向东转入建新路到达祖庙站。 本标段盾构施工场地位于魁奇路站, 工程 施工交通条件便利。吊出井位于祖庙站。 本标段工程主要由两组双孔单线盾构 隧道区间组成,全长 6988.6072 延米。主要 附属工程包括联络通道 5 个, 废水泵房 3 个, 其中YDK1+305、YDK2+702.096、 YDK3+808.295 里程的联络通道与废水泵房 合建。工程范围见示意图 1. 1.1
2、【魁奇路站季华园站区间】:左右 线总长 2602.0358m,左线为直线,右线有 2 个R 2500m 的 平 面 曲 线 , 曲 线 总 长 120.722m,占区间总长度的 4.6。线路位 于城市主要交通道路汾江南路下,场地地形起伏小,地面高程为 6.98.4m,线间 距 1315m。 工程范围示意图工程范围示意图 魁 奇 路 站 左线全长1301.0358m 区 间 起 点 里 程 YCK0+602.15 季 华 园 站 同 济 路 站 祖 庙 站 YCK1+903.2 YCK2+047.8 YCK3+238.5 YCK3+388.9 YCK3+378.1 区 间 终 点 里 程 YCK
3、0+841 YCK1+305 YCK2+200 YCK2+702.096 YCK3+808.295 联 络 通 道 联络通 道与废 水泵房 合建 联 络 通 道 联络 通道 与废 水泵 房合 建 联络 通道 与废 水泵 房合 建 右线全长1301.5m右线全长1190.7m右线全长989.2m 左线全长1190.8134m左线全长1015.808m 1.2【季华园站同济路站区间】:本区间左右线长度为 2381.5134m。区间线路 平面上共有 2 个曲线段,曲线半径为 3000m。线路位于城市主要交通道路汾江中路 下,场地地形起伏小,地面高程为 6.98.4m,线间距为 13m。 1.3 【同
4、济路站祖庙站区间】:本区间左右线长度为 2005.008m。区间线路平 面上共有 2 个曲线段,曲线半径分别为 2000m 和 300m。线路一部分位于城市主要交 通道路汾江中路下,一部分穿过地面建筑物,场地地形起伏小,地面高程为 6.9 9.4m,线间距为 13.18m。 1.4 【魁奇路站季华园站区间】:隧道最大覆土厚度为 17.2m,最小为 9.2m。 隧道最大纵坡为 23.5,对应坡长为 250m。在区间最低点设区间泵房及联络通道。 【 1.5 【 季华园站同济路站区间】隧道最大纵坡为 23.2,对应坡长为 260m。 在区间最低点设区间泵房及联络通道,隧道最大覆土厚度为 17.2m,
5、最小为 9.2m。 1.6 【同济路站祖庙站区间】隧道最大纵坡为 29,对应坡长为 220m。在区 间最低点设区间泵房及联络通道,隧道最大覆土厚度为 17.2m,最小为 9.2m。区间 隧道的纵坡设计基本避开了不良地质。 二、施工总体筹划二、施工总体筹划 根据工期要求和具体的场地接口条件,采用两台三菱6260EPB 土压平衡盾构机 进行施工。盾构机由魁奇路站始发,过季华园站、同济路站,至祖庙站吊出。盾构吊 出井于 2007 年 10 月 22 日移交, 计划左线盾构机于 2007 年 11 月 10 日进场拼装, 2007 年 12 月 10 日始发;右线盾构机计划于 2007 年 11 月
6、30 日进场拼装,2007 年 12 月 30 日从右线始发。 三、三、盾构机始发方案盾构机始发方案 3.1.盾构机始发次数 3.1.1 第一次从魁奇路站始发 3.1.2 第二次过季华园站后,在季华园站北端始发 3.1.3 第三次过同济路站后,在同济路站北端始发 3.2 始发流程 盾构始发的主要内容包括:安装盾构机始发台、盾构机组装就位和调试、安装洞 门密封圈、安装反力架、拼装负环管片、拆除洞门围护结构、盾构机贯入作业面加压 和掘进等。始发流程如图所示。 四、魁奇路站始发四、魁奇路站始发 4.1 始发台的安装 始发台采用钢结构形式(具体见附图) ,主要承受盾构机的重力和推进时的摩擦力。 由于盾
7、构机重达 300 多吨,所以始发台必须具有足够的刚度、强度。此外,在始发台的 两侧每隔 1.5m 加设 200H 型钢作为横向支撑,支撑在车站结构的地梁上,提高始发台的 稳定性。在安装始发台前先由测量组在车站底板设立控制护桩,根据护桩精确定位始发 台的高程和左右位置。 然后由工班将始发台安设在预定的位置上, 并由测量组进行复核, 在完成定位之后,将始发台固定。在盾构机主机组装时,在始发台的轨道上涂硬质润滑 油以减小盾构机在始发台上向前推进时的阻力。盾构机在始发井的始发位于直线段,始 发台同车站端墙垂直。始发台的坡度(即盾构机的中心坡度)与隧道设计轴线坡度基本 保持一致。 4.24.2 盾构机的
8、下井、组装及调试 盾构机进场之后, 用 250T 履带式吊机吊运至井下始发台上进行组装, 始发之前须对 盾构机进行调试,以确保盾构掘进时能正常运转。 (详见盾构机吊装方案) 4.34.3 安装反力架 反力架提供盾构机推进时所需的反力,因此反力架具有足够的刚度和强度。反力架 支撑在底板和中板上,反力架的纵向位置保证负一环砼管片拆除后浇注洞门时满足洞门 盾构机始发流程图盾构机始发流程图 安装盾构始发台 盾构掘进机组装和调试 安装洞门密封圈 组装反力架 拆除围护结构 盾尾通过洞门、背衬回填、注浆 始 发 端 隧 道 地 层 加 固 负环安装,导轨,掘进 的结构尺寸和连接要求以及支撑的稳定性。反力架的
9、横向位置保证负环管片传递的盾构 机推力准确作用在反力架上。安装反力架时,先用经纬仪双向校正两根立柱的垂直度, 使其形成的平面与盾构机的推进轴线垂直。为了保证盾构机始发姿态,安装反力架和始 发台时,反力架左右偏差控制在10mm 之内,高程偏差控制在5mm 之内,上下偏差控 制在10mm 之内。始发台水平轴线的垂直方向与反力架的夹角2,盾构姿态与设 计轴线竖直趋势偏差2,水平偏差3。 4.44.4 洞门密封装置的安装 为了防止盾构始发掘进时泥土、地下水从盾壳和洞门的间隙处流失,以及盾尾通 过洞门后背衬注浆浆液的流失,在盾构始发时需安装洞门临时密封装置,临时密封装 置由帘布橡胶、扇形压板、垫片和螺栓
10、等组成。 为了保证在盾构机始发时快速、牢固地安装密封装置,在车站施工时在预留洞门 处预埋环状钢板,洞门预埋件的结构尺寸见图。 密封装置安装前应对帘布橡胶的整体性、硬度、老化程度等进行检查,对圆环板 的成圆螺栓孔位等进行检查,并提前把帘布橡胶的螺栓孔加工好。盾构机进入预留洞 门前在外围刀盘和帘布橡胶板外侧涂润滑油以免盾构机刀盘挂破帘布橡胶板影响密 封效果。当盾构机刀盘进入洞门后将扇形压板置于外侧并用螺栓固定;当盾构机主机 全部通过洞门后将扇形压板置于内侧靠在负环管片的外表面,起到防止泥水、浆液流 失的作用,从而减少始发时的地层损失。 预埋环板A 环形密封橡胶带 固定环板B 扇形压板 120-M2
11、085 120-20锚筋 环板装配图 12预埋连接筋 内衬墙 90 6500 6600 6800 300 25 60 25 19 16 4.5 洞门钢筋砼凿除 凿除围护结构的主要目的是割掉盾构机通过范围内的钢筋, 使盾构机顺利进入端 头加固区。根据车站施工图纸,盾构机始发时的车站围护结构为1000mm 钻孔灌注桩。 洞口凿除分两部分进行:A 部分先进行凿除。B 部分在盾构推进前再快速凿除。 750 250 6600 6600 施工时先凿除钻孔桩砼 750mm 厚,并将外层钢筋焊割掉。当盾构机推进至洞门时 将剩余的钢筋焊割掉,并进行剩余围护结构的凿除。 凿除施工时在盾构机与掌子面之间搭建脚手架,
12、采用人工用高压风镐进行凿除围 护结构砼施工,凿除按照从下往上、从中间往两边的顺序进行,凿除的范围为预留洞 门轮廓线内的围护结构。拆除工作保证围护结构钢筋全部切断,以避免盾构刀盘被围 护结构的钢筋挂住。凿除施工完毕后拆除脚手架,快速拼装负环管片,使盾构机抵拢 掌子面,避免掌子面暴露太久发生失稳坍塌。 4.6 始发前的准备工作 4.6.1 负环管片为标准环管片。 管片为 300mm 厚, 内径为 5400mm,外径为 6000mm。 在拼装负七环负环管片前, 在盾尾管片拼装区下 部 180 度范围内安设 7 根长 1.4m、 30mm 厚的钢管 (盾 尾内侧与管片间的间隙为 30mm) 。 在盾构
13、机内拼装好 整环后利用盾构机推进千斤顶将管片缓慢推出盾 尾,由于始发支座轨道与管片外侧有 130mm 的空隙, 为了避免负环管片全部推出盾尾后下沉,在始发台导 轨上架设管片托架,将负环砼管片托起。负六环以前管片将采用通缝拼装。具体具体 见附图见附图 2 2。 4.6.2 始发台要具有相当的强度、刚度和稳定性。始发台导轨必须顺直,并严格 控制其标高及中心轴线。始发时将始发台导轨抬高 20mm,并在台轨道上涂抹硬质润 滑油,以减少盾构推进阻力。 4.6.3 始发前在刀盘边缘和密封装置(帘布橡胶)上涂抹油脂,避免刀盘上刀头损坏 洞门凿除示意图洞门凿除示意图 拼装负环管片拼装负环管片 洞门密封装置。
14、4.6.4 在洞门结构底部安装导轨,防止盾构低头。 4.7 盾构机始发掘进 当盾构机的刀盘部分切入帘布橡胶板并抵达掌子面时,由于盾构机没有进洞后周 围岩土侧压力的磨擦作用, 且盾构油缸的推力和掌子面通过刀盘的反力都很小, 所以, 在试运转时应使刀盘慢速旋转,且要正、反向旋转,使盾构姿态正确。进洞后,根据 洞门岩层土体加固情况设定土压。盾构推进速度不宜过快,盾构机总推力不大于 1000T。盾构机坡度略小于设计坡度,待盾构机出加固区之后,根据土层情况调整铰 接油缸行程进行纠偏。 当盾尾进入洞门后, 及时调整扇形压板的位置将洞门封堵严实, 以防洞口漏泥水、漏浆从而减少地层的损失。在掘进过程中,根据情
15、况在盾构机正面 及混合仓内加入泡沫剂、高分子材料以改善碴土性能。在施工过程中,应根据地表的 监测信息对土压设定值以及推进速度等施工参数作及时的调整。 始发的具体步骤如下: 盾构机主机与设备桥连接,后续台车为 110#台车。根据业主协调提供始发 车站长度为 110m,后续台车可以一次性全部下井。 由于盾构出碴口位置与盾构始发井之间长度所限,始发阶段在第七号台车上 安装皮带输送机作为出碴设备。810#台车需拆除上部连接钢架,以便碴斗吊出。 电机车配置为五个碴土车,两台管片车,一台砂浆车,形成一列完整配置。 管片和碴土的吊装均通过出碴口进行起吊。 盾构机掘进 100m 后,拆除反力架和负环管片。 注
16、浆材料配比根据试验进行确定,分洞口段、一般段及补强注浆三种情况, 初凝时间控制在 310 小时,抗压强度不小于 1.2Mpa。洞口段注浆材料初凝时间相 对取小值。双液注浆一般在地质条件较差和出现较大涌水情况,初凝时间控制在 5 15 s。 4.8 4.8 测量系统及数据采集 4.8.1 隧道导向系统 采用日本演算工房隧道导向系统,自动定位,掘进程序软件及评估,PC 机共 同完成盾构掘进的立体方位和走向的最新信息, 并自动适时向转向控制机构下达调整 指令,以便将盾构机掘进方向控制在设计的线路公差范围之内。始发掘进前应正确的 输入控制点坐标、轴线、坡度等有关数据信息,并制定出如果导向系统出错时的人
17、工 测量方案和设备、人员。在始发 100m 范围内采用人工测量对自动测量系统进行校核。 4.8.2 数据采集 始发及掘进过程中,通过盾构机配置的数据采集系统获得大量的有关盾构掘进的 资料,同时对地表及建筑物特别是重要建筑物进行全天候监测,并与盾构掘进参数相 关联,从而制定一套盾构掘进参数设置与建筑物变形控制关系图表,指导施工。洞内 掘进控制与洞外建筑物监控量测及盾构机和管片姿态统一协调。 监控数据必须及时传 入洞外控制室,采用住处网络技术进行控制。在安装负环管片时,应对每环管片都采 取人工测量的方法,对管片的位置和姿态进行测量,并以最快的速度指导施工,确保盾 构机按设计线路掘进。 4.9 4.
18、9 盾构机始发推进要点 由于始发时盾构机与地层间摩擦力很小,盾构易旋转,这时可以在盾构机两 侧盾壳焊接两排钢块作为防扭装置,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。 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。 在洞口围护桩破除完毕之后,始发台的端部与洞口围岩还有一定的距离。为 保证盾构机在始发时不至于因刀盘悬空而造成盾构机“低头” ,可在始发洞口内安设 一段型钢作为始发导轨,导轨末端与洞口围岩之间
19、,预留出刀盘的位置,以保证推进 时,盾构机刀盘可以正常旋转。 在拼装负七环负环管片时,为防止两块邻接块失稳,可在管片抓取头归位之 前,在盾壳内与负环钢管片之间焊接一根槽钢以扶住邻接块。 盾构机向前推进时,在始发台两侧必须设专人进行观测、查看,当发现异常 情况时,立即通知主司机停止推进,待故障排除后,再向前推进。 4.10 4.10 盾构机始发后 100 米试掘进 本工程计划将盾构机在始发后的 100m 作为掘进试验段。通过试验段掘进及时详 细分析在不同地层中各种推进参数条件下的地层位移规律和结构受力状况, 以及施工 对地面环境的影响,并及时反馈调整施工参数,为后续施工提供详细的资料和参数, 确
20、保盾构机在全标段安全顺利施工。 在试掘进阶段,掘进模式采用土压平衡式。土压平衡模式掘进时,是将刀具切削 下来的土充满腔室, 然后利用土仓内泥土压与作业面的土压和水压相抗衡, 与此同时, 用螺旋式输送机排土机构,进行与盾构推进量相应的排土作业,掘进过程中,始终维 持开挖土量与排土量的平衡,以保持正面土体稳定,并防止地下水土的流失而引起地 表过大的沉降。 4.10.1 掘进参数的初步设定 4.10.1.1 土压的设定 土压设定的理论值可由下列公式计算得出: 正面土压力:P=K0h 其中:P:土压力(包括地下水) :土体的平均重度,取 18.6KN/m 3 h:隧道埋深,取 11 米(隧道中心埋深)
21、 K0:土的侧向静止土压力系数 代入公式后计算得出:P=1.43kg/ 2 随着隧道埋深的不断加大,土压也会越来越大,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。 4.10.1.2 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
22、育。所以必须控制好出碴量。 每循环理论出碴量/4D 2L=3.14/46.2821.5=46.44m3 盾构机每掘进一循环的出碴量应控制在理论出碴量的 95105之间,即 44.12m 348.76m3之间,根据盾构施工经验,每环出土 4.5 箱,每箱 17m3为正常,如 超出此范围,则土木工程师应立即采取相应的措施。 4.10.1.3 掘进速度 试掘进时,掘进速度不宜过大,应控制在 25 /min 为宜。 4.10.1.4 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+1030。 4.10.1.5 监测点的布置 为了能及时反映盾构机掘进时对周围环境的影
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