盾构段硬岩处理专项施工方案Word格式文档下载.docx
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盾构右线在DK50+945.88～DK51+258.37（约312米）下穿盐田三村居民区，盾构左线在DK50+954.42～DK51+293.57（约339米）下穿盐田三村居民区，居民区房屋为浅基础，3-4层砖混结构，修建年代久远，盾构下穿安全风险高。
盾构在到达段侧穿盐排高速高架桥，右线隧道边线与桥基最小水平距离为0.99m。
区间建构筑物平面图见图2.3-1。
图2.3-1区间建构筑物平面图
三、盾构施工情况
3.1盾构机配置及性能
1、右线盾构性能参数
右线盾构采用一台编号为125的“中铁装备”土压平衡盾构机掘进，该盾构刀盘采用4辐条+面板形式，配备4把中心双刃滚刀、31把单刃滚刀、合计39个滚刀刃。
正面滚刀的轨迹间距为100mm，边缘滚刀的轨迹最小间距为9.59mm，刀盘面板上配置4个泡沫喷口，刀盘开口率为40%。
2、左线盾构机性能参数
左线盾构采用一台编号为s-928的“海瑞克”土压平衡盾构机掘进，根据右线掘进情况，盾构下井前对刀盘进行了改进，采用6辐条面板形式，滚刀刀刃数量增加至47刃，刀刃间距为75mm，刀盘面板上配置6个泡沫喷口，刀盘开口率为33%。
盾构主要参数见表3.1-1，右线盾构刀盘配置图见图3.1-1，左线刀盘配置图见图3.1-2。
表3.1-1盾构机主要参数
序号
项目
右线盾构参数
左线盾构参数
1
刀盘结构
复合式（4辐条+面板）
复合式（6辐条+面板）
2
开口率
约40%
约33%
3
中心刀具
4把17”双联滚刀，刀间距90mm，175mm
6把17”双联滚刀，刀间距90mm，刀高187.5mm
4
正面刀具
20把18”滚刀，刀间距100mm，刀高187.5mm
23把18”滚刀，刀间距75mm，刀高187.5mm
5
边缘滚刀
11把18”滚刀
12把18”滚刀
6
切刀
36把/130mm
40把，刀间距170mm，刀高130mm
7
边缘刮刀
8把/130mm
12对，刀高130mm
8
其它刀具
焊接撕裂刀17把，刀高167.7mm
贝壳刀6把，刀高140mm
9
泡沫喷嘴
4个
6个
10
刀盘扭矩
7200kN·
m
6228kN·
11
盾构机最大推力
3991T
39914kN
12
盾尾最大铰接力
14700KN
6000kN
图3.1-1右线盾构刀盘配置图图3.1-2左线刀盘配置图
3.2盾构掘进情况
1、右线掘进功效
右线盾构2017年7月5日始发，截止到目前，共完成掘进275环（412.5米），还剩余370环（555米），完成量占右线总量的43%。
左线盾构每天进尺约1米，主要困难如下：
（1）上软下硬地层，微风化花岗岩刀具损坏严重。
先后带压开仓12次，常压开仓2次，耗时127天。
（2）限抗压强度最高地勘报告显示，微风化细粒花岗岩饱和单轴极值为128.9MPa，最低值为61.7MPa，平均值为91.4MPa。
抽芯取样的微风化细粒花岗岩饱和单轴极限抗压强度最高值为160Mpa，盾构掘进速度缓慢。
（3）受春节、会议、及下穿盐田三村前准备工作影响共计81天。
（4）前期盾构螺旋机故障、更换中心刀箱，停机维修时间91天。
右线盾构施工时间消耗分布图见图3.2—1。
图3.2-1右线盾构施工时间消耗分布图
2、施工工期情况
业主根据地铁8号线通车节点倒排工期，要求盾构双线于2019年3月30日前贯通，目前盾构右线完成43%，左线盾构2018年9月7日始发，根据右线类似地层掘进工效，右线预计于2019年5月11日贯通，左线于2019年8月9日贯通，不能满足业主节点工期。
四、总体施工安排
4.1施工总体方案
由于本区间地层属典型的上软下硬地层，盾构掘进过程中刀具磨损较快，频繁开仓检查及更换刀具。
为减少开仓次数及时间，提高有效掘进时间，在盾构前进方向提前对地层进行加固预设常压开仓点用来检查和更换刀具。
同时在硬岩凸起段采用地面深孔预爆破进行处理，加快盾构在硬岩凸起段的掘进进度。
1、素桩支护常压开仓
2、地面预爆破
针对本区间基岩凸起情况，为提高盾构在硬岩段掘进进度，对于存在的基岩凸起采取“地面深孔爆破法”进行预处理，通过潜孔钻机在地面进行钻孔，然后将安放炸药，利用炸药爆炸产生的能量将岩石破碎、解体，然后注浆固结，盾构掘进通过。
根据地质断面图及地面环境条件，盾构右线3号硬岩段DK51+693.59～DK51+791.09，对应环号495-560环，左线5号硬岩段DK514.2人员配置
人员配置计划情况见表4.2-1。
表4.2-1人员配置计划表
职务
人数
管理人员
技术主管
1人
13
地面预爆破班组
爆破工程师
专职安全员
14
爆破员
6人
技术人员
15
保管员
2人
测量人员
16
安全员
素桩施工班组
班组长
17
爆破监理
冲桩机操作人员
4人
18
测振人员
挖掘机操作员
19
钻孔人员
32人
混凝土工
20
后注浆班组
电工
21
普工
22
注浆人员
袖阀管注浆班组
23
3人
24
合计
80人
4.3机械设备配置
主要机械设备配置如下表4.3-1。
表4.3-1施工机械设备配置
名称
规格型号
单位
数量
备注
素桩施工
冲击钻机
CZ-30
台
挖掘机
220型
泥浆泵
BW—200（22KW）/（7.5KW）
空压机
139SCY
导管
3.0m/节，螺纹接头
m
28
袖阀管注浆
履带式潜孔钻机
HC420
灌浆泵
KBY-70
低速搅拌机
/
发电机
45kw
爆破施工
跟管钻
CM140
地质钻
XY-100
高能起爆器
GM-500S
五、施工措施及工艺流程
5.1素桩加固施工
5.1.1钻孔排桩桩布置
钻孔桩为Φ1000@1100mm，每个常压开仓加固点布设6根，桩底入中风化岩1.5m，桩顶距地面1m，钻孔排桩平纵断面图见图5.1-1。
钻孔桩采用商品混凝土，强度等级C15。
图5.1-1钻孔排桩平纵断面图
5.1.1.1施工工艺流程
钻孔桩施工工艺流程如图5.1-2所示。
图5.1-2钻孔桩施工工艺流程图
5.1.1.2施工方法
1、施工准备
（1）完成场地围蔽，进行场地平整、完善排水系统等临时设施，施工用电采用45Kw发电机，施工用水从附近接水点接入。
（2）探明桩位处的地下障碍物，对影响施工的管线做改移与保护，清除路面结构，确保不发生破坏管线事故。
（3）根据现场施工的需要，在灌注桩桩区外围设置轴线控制点，便于施工阶段经常复核，在现场建筑物或有保护的位置设置水准点，并在施工过程中注意保护水准点不被破坏。
（4）对进场的施工机械设备、钻头等应先验收，检验合格后开具验收合格单后进行安装调试。
（5）各项技术、资料齐备，操作手册、安全交底、规章制度建立完备。
完成原材料的进场检验与送检,水下凝混凝土的配合比审批复检通过。
2、护筒埋设
钢护筒埋置高出施工地面0.5m，四周设置沙袋围挡防止泥浆外溢。
（1）埋设护筒采用挖坑法，由吊车安放。
（2）测量班对埋设护筒的桩位进行放样，现场技术人员复核，所挖坑直径为护筒直径加40cm，深度为护筒长度。
（3）利用护桩拉线绳定出桩位中心，再用线锤将桩位中心点引至孔底。
（4）用吊车吊放护筒至坑内，用线绳连接护筒顶部，吊垂线，用吊车挪动护筒，使护筒中心基本与桩位中心重合，其偏差不大于5cm。
（5）护筒位置确定后，吊垂线，用钢卷尺量测护筒顶部、中部、底部距离垂线的距离，检查护筒的竖直度。
护筒斜度不大于1％。
（6）符合要求后在护筒周围对称填土，对称夯实。
（7）四周夯填完成后，再次检测护筒的中心位置和竖直度。
（8）测量护筒顶高程，根据桩顶设计高，计算桩孔需挖的深度。
3、泥浆制备
新配置泥浆采用优质的膨润土、Na2CO3、高浓度CMC（增稠剂、保水剂）和自来水作原材料，按试验确定的配合比配制。
施工过程中如果上述泥浆指标不能满足孔壁土体稳定，通过试验室现场采样测试后，重新对泥浆指标进行调整。
（1）泥浆的使用及管理
1）新泥浆的配制需严格按配合比进行配制，配制好的泥浆各项性能指标经自检合格后，静置24小时以上，经监理同意后方可投入使用。
2）泥浆配制池顶需搭设遮雨蓬，防止下雨破坏配制好的泥浆。
3）在成孔过程中，由于泥浆会受到各种因素的影响而降低质量，为确保护壁效果及桩混凝土质量，必须对被置换后的泥浆进行测试，及时处理不合格的泥浆，直至各项技术指标都符合质量要求后方可使用。
4）对严重遭污染及严重超比重的泥浆坚决作废浆处理，并采用全封闭式泥浆运输车外运至规定的泥浆排放点弃浆。
（2）不同地层和施工阶段泥浆选择
1）在穿越卵石层或容易坍孔土层中成孔时，泥浆比重控制在1.3～1.5。
2）在风化岩地层中，泥浆的比重控制在1.2～1.4。
3）施工中应经常测定泥浆比重，并定期测定粘度、含砂率和胶体率，其指标控制：
粘度为18～22s，含砂率为4%～8%，胶体率不小于90%。
4）当钻孔达到设计标高进行清孔后，孔底沉渣厚度不大于5cm，泥浆比重控制在1.15～1.25。
4、钻孔定位
在桩位复核正确，护筒标高已测定的基础上，钻机才能就位。
钻机定位要准确、水平、垂直、稳固。
冲击钻机安装需要一台汽车吊配合,就位时将路基垫平填实,在技术人员指导下，调整桅杆及钻杆的角度。
安装完毕后,用机械配合准确对位,钻机安装就位应确保机座平稳，并将钻机调平,以防钻进过程中发生偏斜，并确保在钻机钻进和运行中不产生位移及沉陷。
5、钻孔作业
冲击成孔注意事项：
（1）正常钻进时要注意及时松放钢丝绳的长度。
（2）不同土质采用不同的冲程和泥浆，最大冲程不超过4m。
（3）成孔过程中，经常检查孔内有无异常情况，钻架有无倾斜，各部连接是否松动。
（4）钻孔至设计标高后，对孔底岩样、孔径、孔深进行自检，合格后进行清孔，以确保孔底沉淀、泥浆指标满足设计规范要求（泥浆比重1.15-1.25）。
（5）岩层中钻进时，尽量提高孔底的泥浆比重和黏度，使孔底泥浆由一般的钻渣托浮力变为握裹力，使钻头冲击下的岩块裹于泥浆中，以减少岩石的重复破碎。
施工中反复投粘土、冲击和掏渣，以提高钻进速度。
泥浆液面标高控制高出地下水位1.5m以上，采用及时补浆、抽浆、掏渣的办法始终保持孔内水头高度，以保证孔内水压的稳定和孔壁的安全。
6、清孔
清孔分两次进行，第一次清孔在成孔完毕后立即进行。
具体方法：
当钻至设计标高后，测量沉渣厚度，如果沉渣过厚，需采用泥浆泵反循环进行换浆清孔。
为确保孔壁质量，第一次清孔泥浆进浆比重应小于1.15，返浆比重应小于1.20，手触泥浆无颗粒感觉，一次清孔即可结束。
第一次清孔后，将钻具提出孔外，测量其孔深、孔径、孔斜及孔底沉淤厚度，并做好记录。
在砼灌注前利用导管进行第二次清孔，二次清孔结束后，由现场技术人员利用测绳和垂球进行孔底沉渣的测试，沉渣厚度不大于5cm，在满足沉渣厚度控制指标后，会同监理等单位相关人员进行报验，合格后及时按监理部下达的砼浇筑令浇筑水下混凝土。
7、导管安装
采用丝扣连接的导管，其内径φ250mm，底管长度为4m，中间每节长度一般为2.5m一节，顶部用1.5m、1m、0.5m等调节管调节配管长度。
导管使用前试拼装、试压，检查导管的密封性能，即检查导管有无漏水，导管连接密封圈的好坏情况。
（1）外观检查：
检查导管有无变形、坑凹、弯曲，以及有无破损或裂缝等，并检查其内壁是否平滑，对于新导管检查其内壁是否光滑及有无焊渣，对于旧导管检查其内壁是否有混凝土粘附固结。
（2）对接检查：
导管接头丝扣保持良好。
连接后平直，同心度要好。
（3）压水试验：
在连接后导管内先加70%的清水，然后一端密封，另一端通过空压机加压到0.6MPa，维持压力不变，滚动导管观察是否漏水，时间约为15min。
经以上检验合格后方可投入使用，对于不合格导管严禁使用。
吊放导管时，应位置居中，轴线垂直，稳步沉放，防止碰撞孔壁。
采用堵头置于料斗内，在初始灌注混凝土时隔离泥浆。
当首灌混凝土放满料斗时，将堵头提起，可重复使用，简便易行。
导管下孔之前应仔细检查连接丝扣、焊点及密封槽的好坏，并编号、丈量、记录长度，导管底口距孔底高度控制在30～50cm左右，并保证初灌时埋入砼面大于1.0m。
导管安放结束后，在导管上口设闷头连接泥浆管，用3PNL泵进行泥浆循环清孔，并进行泥浆指标的调整，清孔时间控制在30分钟左右。
二次清孔应做到边循环清孔边测孔底沉渣，当孔底沉渣厚度符合设计及规范要求时，再在循环中调整泥浆各项指标，终止清孔泥浆指标一般控制在以下范围：
相对密度在1.15～1.25之间；
粘度<
28s；
含砂率为4～8％。
当测得泥浆各项指标均符合规范要求后，应立即进行水下砼的灌注工作，在等待砼过程中应继续循环清孔，直到砼到场后装料斗灌注。
8、灌注水下混凝土
按设计图纸要求，钻孔桩桩身采用C15水下砼。
砼质量及灌注应按下列要求控制：
严格按要求控制混凝土坍落度在160～220mm之间，采用商品砼，水泥用量不小于360Kg/m3，混凝土初凝时间控制在4～5小时，不合格混凝土予以退回，砼不得在现场加水搅拌。
水下混凝土的灌注应在二次清孔后30分钟内进行，若超过30分钟应重新测量孔底沉渣厚度，如不符合要求应重新进行清孔。
混凝土灌注前安放好下料漏斗后，导管提离孔底约30～50cm。
初灌量是水下砼灌注的关键指标。
导管首次埋置深度≥1m,初灌后导管埋深不应少于2m，按照导管底口距孔底30～50cm初灌。
待初灌混凝土足量后，方可提起堵头将混凝土灌至孔底。
桩径为1.0m钻孔桩的首灌量为1.36m³
，现场使用的大料斗为1.5m³
能保证首灌要求。
混凝土灌注必须连续紧凑进行，单桩混凝土浇注时间不超过4小时。
实际灌注混凝土量不得少于设计桩身体积加预留长度体积，充盈系数不小于1。
导管埋入混凝土深度控制在2～6m，导管应随提升随拆除，专人测量导管埋深及管内外混凝土面的高差，以确定提管长度，严禁导管提出混凝土面。
5.1.2袖阀管施工
加固点采用袖阀管进行桩间止水，每处换刀点设置5根袖阀管，深度约17-19m。
袖阀管进入中风化地层，在袖阀管施工前先引孔至设计深度，保证袖阀管加固深度，其平面布置如图5.1-4所示。
图5.1-4袖阀管桩位布置图
5.1.2.1袖阀管施工工艺流程
袖阀管工艺流程如图5.1-5所示。
图5.1-5袖阀管施工工艺流程图
5.1.2.2施工方法
1、放线定位
先用全站仪测放每排两边的最外边两点的坐标点，再通过这些坐标点，采用拉线和卷尺量测的方法定出两点中间其他钻孔孔位。
定出孔位后，用油漆标注。
2、钻机就位及钻孔
孔位确定后，钻机进场就位，应使钻机底部平整稳固，在开钻前利用吊锤钻头和钻孔的垂直度进行检测，并在钻进2m时及以后每加一节钻杆均需对钻机调平校正，要求钻孔的倾斜度≤1%。
3、制备、置换套壳料
套壳料采用膨润土现场配制。
成孔后立即通过钻杆将套壳料置换孔内泥浆，方法是将通过循环泥浆的管接到挤压式注浆机上，在注浆压力的作用下，通过钻杆将孔内泥浆置换成套壳料。
套壳料在压力的作用下，通过钻杆进入钻孔底部，随着套壳料的进入，泥浆从地面孔口置换出来，置换出来的泥浆通过钻孔口的泥浆沟排到泥浆循环池。
在发现排出的泥浆中含有套壳料时，停止置换。
4、安装袖阀管
袖阀管采用φ50×
5mm柔性塑胶管，分段长度4m。
在套壳料置换完成后要立即插入袖阀管。
袖阀管插入前根据深度要进行连接，在插入时相邻两节袖阀管用长度为20cm的套管连接，采用胶合剂将袖阀管和连接套管粘牢。
第一节袖阀管安装好堵头，再对管中注入清水，目的是减小袖阀管的弯曲。
袖阀管每节连接好后，依次下放到钻孔中，直到孔底，下放时尽量保证袖阀管的中心与钻孔中心重合。
根据注浆要求，将注浆管下入注浆管孔中，要确保注浆管下到孔底，上部要高出地面20cm，利用注满水的注浆管的重力作用，使注浆管不会浮起，最后在注浆管上部盖上盖，以防止杂物进入注浆管，影响注浆作业质量。
5、制浆
等到套壳料具有一定的强度后（时间不得少于24h），可进行注浆施工。
制浆材料采用32.5普通硅酸盐水泥，水灰比为1:
1。
6、注浆
注浆过程中主要通过看压力、看注浆量。
注浆中应密切注意注浆压力的变化。
每段注浆时，压力表应出现两次峰值，在注浆刚开始，出现第一次峰值，持续的时间很短；
随后压力逐渐下降在一定范围内相对平稳，持续时间在一分钟左右，压力表出现第二次峰值，当出现第二次峰值后，将注浆内管上提进行下一段注浆。
压力表出现第一次峰值是由于套壳料引起的，当套壳料被挤碎，这个峰值很快下降；
随着浆液的注入，地层中间的空隙被填充，注浆压力也逐渐增大，达到第二次峰值。
结束标准：
保持注浆压力下,注入量<
1～2L/min，并稳压20分钟，即可结束注浆。
在注浆过程中，应观察相邻注浆孔的返水、排水、冒浆情况，若周围有浆液冒出，停止注浆。
7、封孔
在压密注浆结束后，采用闷盖将孔口封闭并保护好，以便重复使用。
8、施工技术措施
①在注浆施工中应通过现场试验对注浆参数及浆液配比作进一步试验调整，并在以后注浆施工过程中根据现场实际情况进行适当调整，以确保注浆效果。
②注浆过程中要采取相应的措施来防止堵管，如多做试验选定合理的凝结时间，注意压力的变化，如压力升高要及时提升注浆管。
③水泥浆液若发生沉淀、离析现象，应进行二次搅拌。
④施工过程中做好注浆施工的各种记录，及时了解注浆压力和流量变化情况并进行综合分析，判断注浆效果是否满足设计要求。
⑤当注浆量大于30L/min或出现冒浆、漏浆时，则根据实际情况进行处理。
⑥在拆除管路及注浆操作时应戴防护眼镜，以免浆液溅入人眼，并做好劳动防护，作业人员必须佩带胶手套。
5.2地面预爆破施工
地面深孔预爆破在隧道两侧边缘范围内地面钻孔深度至隧道底部，孔内装填炸药，将硬岩爆破破碎，然后地面注浆封堵爆破造成的裂隙水通道，之后盾构掘进通过。
此方案适合在地面无建筑物及管线的硬岩地段实施，根据地质断面图和现场条件，盾构右线3号硬岩
图5.1-7盾构左线5号段平面位置及地质断面
5.2.1爆破参数设计
5.2.1.1单耗计算
1、炸药单耗
q=k·
q0
式中：
q0—水下钻孔爆破单耗，q0=0.45+（0.05~0.15）H，其中H为水深（m）；
k—地下岩体校正系数（与岩性、埋深及周边介质有关的系数），取1.0~2.0。
本工程取：
H=15m，k=1.5，水深系数0.10，所以本工程炸药单耗：
q0=1.5×
（0.45+0.10×
15）=2.93kg/m3
炸药单耗随着岩层厚度的增加和岩石夹制作用的增强应适当增大。
2、孔网参数
a=b=0.6m
式中a—孔距；
b—排距。
（a、b随岩面的厚度、强度变化和离建筑物距离远近而调整）
3、装药结构
根据岩体的厚度、强度变化及地表建筑物、管线保护的要求，分别采用连续装药结构或分段间隔装药。
在爆破作业过程可参照上述数据试爆后，针对爆破振动情况和爆破效果进行爆破参数的调整。
5.2.1.2钻孔设备选择
采用跟管钻机及地质钻机进行钻孔，跟管钻机成孔速度较快，但无法取出岩芯，无法对岩芯进行二次分析；
地质钻机可取出岩芯，能较好的指导装药参数的调整和爆破效果情况。
5.2.1.3布孔形式、起爆顺序及装药结构
（1）基岩爆破
由于突起基岩埋深较深，为了保证爆破破碎效果，应合理的选择起爆点以及对不同厚度的基岩采用不同的起爆顺序以及不同的孔排距参数。
钻孔及孔径及孔排距，采用地质钻机或跟管钻机钻孔，钻孔直径90，采用矩形布孔，钻孔达到设计孔深后，下直径75mm的PVC管护孔。
为保证爆破效果和振速要求，孔排距为0.6m×
0.6m。
钻孔平面如图5.2-1所示：
图5.2-1爆破钻孔
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