土压平衡式盾构专项施工方案培训资料doc 50页Word下载.docx
《土压平衡式盾构专项施工方案培训资料doc 50页Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土压平衡式盾构专项施工方案培训资料doc 50页Word下载.docx（70页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
中华人民共和国安全生产法；
中华人民共和国劳动法；
中华人民共和国建筑法；
中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法；
中华人民共和国环境保护法；
中华人民共和噪声污染防治法；
中华人民共和国水污染防治法；
中华人民共和国职业病防治法。
特种设备安全监察条例；
压力容器安全技术监察规程；
起重机械安全监察规定；
劳动防护用品配备标准。
（3）工程所在地地方行政法规、规定等；
（4）现场施工环境所涉及的相关行业的标准、规范、要求；
（5）安全防护设施标准；
（6）施工技术规范、规程主要有：
《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）；
《城市轨道交通技术规范》（GB50490-2009）；
《盾构隧道管片质量检测技术标准》（CJJ-T164-2011）；
《预制混凝土衬砌管片》（GB/T22082—2008）；
《地下防水工程质量验收规范》（GB50208-2011）；
《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）；
《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2012）；
《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-2011）；
《建筑施工工程安全生产管理条例》。
（7）安全操作技术规程主要有：
电工安全技术操作规程；
电焊工安全技术操作规程；
机动车安全技术操作规程；
挖掘机安全技术操作规程；
装载机安全技术操作规程；
空压机安全技术操作规程；
门式起重机安全技术操作规程；
电瓶车安全技术操作规程；
土压平衡盾构机安全技术操作规程；
各项目部根据工程实际情况选用。
（8）施工组织设计文件。
项目部在提供编制依据时要注意所依据的图纸、法律法规、规范、标准等文件具有适用性、有效性。
3施工计划
1）土压平衡盾构法施工安全专项方案中的施工计划为专项计划，采用横道图或网络图表达，在编制施工计划时应考虑以下问题：
（1）根据设计提供及项目部对沿线地质加密补堪资料合理安排计划；
（2）结合项目情况，综合考虑工序衔接、试验检测等对施工计划的影响；
（3）结合项目所在地气象条件，考虑雨季施工计划的影响；
（4）结合项目所在地气象条件，考虑冬季施工计划的影响；
（5）结合项目所在地风俗民情情况，考虑农忙季节或节假日对施工计划的影响；
2）需要提出与施工计划相匹配的材料计划，一般包括以下内容：
（1）设计图纸规定的通用管片数量；
（2）按照设计图纸规定的强度等级，经监理工程师批准的配合比设计提出需要的水泥、粉煤灰、膨润土等材料数量；
（3）根据隧道长度所需轨道、轨枕、人行走道板的数量；
（4）根据临时用电施工组织设计提出10kv高压线缆，照明线的数量；
（5）根据施工方案提出水管、污水管、通风管的用量。
（6）根据施工方案提出反力架、始发基座的用量。
（7）根据施工方案提出防护网、防护棚、交通盘梯、安全带、安全帽等安全防护项目及安全防护用品材料计划。
（8）测量仪器及监控量测设备和材料计划。
（9）试验仪器、设备计划。
3）需要提出与施工计划相匹配的设备计划，一般包括以下内容：
（1）根据土压平衡盾构法施工配置盾构机后配套设备（包括电瓶机车、渣土车、砂浆车、管片车）、门式起重机、冷却塔、拌合站、轴流风机、挖掘机、装载机、自卸车等配套设备。
（2）根据盾构机吊入、吊出工序配备履带吊、汽车吊等配套设备计划。
（3）根据地基加固配备工程钻机、旋喷钻机、高压注浆泵等配套设备计划。
4施工工艺技术
4.1盾构机的主要参数及性能简介
4.1.1工作原理
盾构是一个具备多种功能于一体的综合性设备，它集合了盾构施工过程中的开挖、排土、支护、注浆、导向等全部的功能。
不同形式的盾构其主机结构特点及配套设施也是不同的，
图4-1-2盾构机主体结构示意图
4.1.3盾构机主要参数
结合各项目部实际情况详细介绍本项目所用土压平衡盾构机的主要尺寸、技术性能等参数。
4.2盾构掘进前施工准备
4.2.1端头加固处理
盾构进、出洞是盾构施工中的难点和关键，为防止盾构出现“下沉”、“抬头”，掌子面失稳、涌泥、突水等现象，保证盾构始发、到达的安全，需对盾构进出洞处端头一定范围内的土体进行加固。
1）加固范围
端头加固范围按设计要求。
2）加固时间安排
盾构始发或接收端头加固施工，安排在盾构始发或接收到达前一个月完成。
3）盾构进出洞端头旋喷桩施工工艺流程详见下图4-2-1。
图4-2-1盾构端头旋喷桩加固施工工艺流程图
4）施工方法
双重管法是使用双通道的二重注浆管。
把二重注浆管放至设计的土层深度后，通过在管底侧面的一个同轴双重喷嘴，同时喷射出高压浆液和空气两种介质的喷射流冲击破坏土体。
即以高压泥浆泵等高压发生装置喷射出20Mpa以上压力的浆液，从喷嘴中高速喷出。
并用0.5Mpa左右压力把压缩空气从外喷嘴中喷出。
在高压浆液流和它外圈环绕气流的共同作用下，喷嘴一面喷射一面旋转和提升，最后在土中形成圆柱状固结体。
5）土体加固强度与地下水渗透性（K值）的要求
加固后的地层应具有良好的的均匀性和自稳性，加固体应达到无侧限抗压强度（28天后）qu28≥1.0Mpa，渗透系数≤1.0×
10-6cm/s的要求。
6）加固效果检测方法
旋喷桩应在成桩后28d通过钻孔取芯试验得到28d无侧限抗压强度。
检验桩的数量应不少于已完成桩数的1%，且不少于3根。
4.2.2盾构机进场吊运
1）盾构机运输
盾构运输委托有资质的专业大件运输单位进行，严格审查运输单位的资质与运输车辆的技术参数及车况，采用与盾构各构件重量、长宽高尺寸相适应的重载平板运输车进行盾构运输。
运输实施前编制详细的方案，提前调查盾构运输起点至工地的运输线路，实施过程中严格按照实施方案做好盾构设备的装车、绑扎，运输过程严格遵守交通规则。
运输时提前与当地交警协商，尽量在夜间车辆较少的时段运输。
2）盾构机组装
盾构机下井组装方案为：
先完成盾构始发基座的下井安装，铺设临时轨道。
设备安装顺序为先后配套拖车，后盾构主机。
即由5号拖车开始，到1号拖车结束；
然后，再吊连接桥、前盾、中盾、刀盘和尾盾等，完成主机安装。
盾构下井组装总体施工顺序如表4-2-1所示。
表4-2-1盾构下井组装总体施工顺序
工序
步骤
施工顺序
说明
1
组装始发基座、托架
组装后配套拖车，临时托架吊入井内。
2
组装后配套拖车
后配套拖车从第五节至第一节依次吊入井内。
3
吊装连接桥
连接桥吊入井内。
4
吊装前盾
前盾吊入井内。
5
组装中盾
中盾吊入井内。
6
组装刀盘
刀盘吊入井内并与前盾连接。
7
组装螺旋输送机
螺旋输送机吊入井内并组装。
8
组装管片安装机和尾盾
主机连接及前移；
管片安装机及尾盾吊入井内并连接。
9
盾体和桥架连接、安装反力架
盾构机设备的连接；
反力架吊入井内并安装。
10
完成组装、准备始发
盾构机调试，准备始发。
3）盾构调试
盾构机调试总体方案为：
盾构机组装和连接完毕并确定无误后，即可进行盾构机调试，调试分空载调试和负载调试。
空载调试主要内容为：
电气系统、液压系统、润滑系统、冷却系统、注浆系统、以及各种仪表与传感器的校正。
空载调试盾构机各系统运转后即可进行负载调试。
负载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。
4.2.3始发前准备
1）盾构机托架安装
在盾构机下井前，根据隧道设计的轴线，定出盾构始发姿态的空间位置，然后反推出托架的空间位置，按设计将托架安装就位：
在始发井的底板上先预埋好钢板，把托架吊下井后，将其正中对准隧道的中轴线，令托架导轨的标高和方位调准后，再把托架与底板面的预埋钢板焊牢，以固定托架。
2）反力架安装
安装好始发托架后，开始安装反力架，反力架端面应与发射台水平轴垂直，以便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行。
反力架应具有足够的刚度和强度，盾构初始掘进推进千斤顶的力通过负环片由反力架传递到车站结构。
3）负环管片安装
按设计要求经精确测量定位后拼装负环管片，用木枋垫好负环管片与发射架间的空隙，负环管片将盾构初始掘进推进千斤顶的力传递到反力架上，负环管片间采用通缝拼装，并且相互之间不用安装密封止水条，环片与反力架之间垫好6mm的钢板，为方便将来拆除负环片。
4）洞门密封
洞门密封是对洞口起始推进段与盾构机或管片之间的间隙采取的防渗措施，防止地层的地下水和背后注浆砂浆外泄，确保施工可靠和安全，即在盾构机开始推进后不久，尾部通过之后，立即进行壁后注浆，尽早稳定洞口。
其施工分两步进行，第一步在始发端墙施工过程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作。
在埋设过程中预埋件必须与端墙结构钢筋连接在一起；
第二步在盾构正式始发之前，清理完洞口的杂物、支撑等，完成洞口密封固定板、折叶压板及洞门帘布橡胶板的安装。
4.3盾构始发
4.3.1始发技术要点
1）在进行始发托架、反力架和首环负环管片的定位时，要严格控制始发托架、反力架和负环的安装精度，确保盾构机穿越洞门的中心，即掘进轴线与洞门止水布帘的中心重合。
2）第一块负环管片定位时，管片的后端面应与线路中线垂直。
负环管片轴线应与线路的轴线重合。
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。
3）始发前基座定位时，盾构机轴线与隧道设计轴线保持平行，盾构中线可比设计轴线适当抬高。
向前推进时，通过控制推进油缸行程使盾构机基本沿始发台向前推进。
4）严格按照设计要求安装洞门止水装置。
5）当刀盘离洞门密封环板10cm时，对压板的位置进行第一次调整；
等盾构机筒体整体过了密封环板后，再根据管片的位置，对压板进行第二次调整。
6）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，以抵抗盾构机掘进时由刀盘旋转产生的反扭矩。
7）在始发阶段，由于设备处于磨合阶段，要注意推力、扭矩的控制，同时也要注意各部位油脂的有效作用。
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在防扭转支座承受范围内。
4.3.2始发工艺流程
盾构始发工艺流程详见下图4-3-1。
图4-3-1盾构始发工艺流程图
4.3.3洞内通风设施与管线的布置
1）隧道通风
盾构始发阶段隧道通风主要利用盾构机拖车上的二次通风设备，由二次风机送风至盾体前部，回风经由隧道排至地表。
在拖车全部进入隧道后，启用始发井内布置的的轴流式风机，送风方式为压入式。
采用直径φ1000mm拉链式软风管，接到盾构机的二次通风设备上。
2）管线布置
根据盾构施工特点，在隧道内布置“三管、三线、一走道”，三管为φ89冷却进水管，φ89出水管，φ114排污管。
三线为10KV高压电缆线、220V照明线和43kg/m的运输轨道线。
4.4盾构空推断掘进施工
4.4.1空推前准备工作
1）矿山法隧道完成验收；
2）混凝土倒台施工完成；
3）空推断豆粒石回填完成。
4.4.2管片拼装控制
管片安装是矿山法隧道盾构施工的重要环节，施工的好坏直接关系到隧道成洞的质量和防水效果。
在管片拼装前再次详细检查，确认管片种类是否正确、质量完好，无裂纹等缺陷，防水材料与管片黏结紧密，无脱落现象，方可正式安装。
管片具体拼装要求如下：
1）管片拼装时，一般情况应先拼装底部管片，然后自下而上左右交叉拼装，每环相邻管片应均匀拼装并控制环面平整度和封口尺寸，最后纵向插入封顶块成环。
2）安装管片时，应先清理干净相邻管片侧面泥渣，并检查止水是否黏贴牢固。
逐块拼装管片时，应根据管片对中标记，及时调整管片拼装机，确保相邻两管片接头的环面平整、内弧面平整、纵缝紧贴。
封顶块插入前，检查已拼管片的开口尺寸，要求略大于封顶块尺寸，拼装机把封顶块送到径向搭接2/3位置，伸出相应的千斤顶,再径向推上，将封顶块管片纵向插入成环。
3）每块管片安装时，先人工将管片螺栓进行紧固，待安装完一环后，用风动扳手对螺栓进行进一步紧固，每环管片安装时需紧固一次，安装第二环时紧固一次，拖出盾尾时进行再次紧固。
4）拼装过程中，遇有管片损坏，及时使用规定材料修补。
管片损坏超过标准时，应调换。
在拼装过程中应保持成环管片的清洁。
如后期发现损坏的管片也必须修补。
管片修补方案需经监理工程师认可。
4.4.3注浆施工
1）注浆回填施工
管片脱出盾尾后，利用盾构机自身的注浆机同步注入水泥浆，使衬砌管片与初衬间紧密接触，以提高支护效果。
2）补充注浆
盾构每推进4～5环通过隧道上部的管片注浆孔进行洞内二次注浆，浆液类型采用水泥浆，注浆压力控制在0.1～0.2Mpa；
在盾构通过后，根据洞内渗漏水情况，通过管片注浆孔再次进行洞内注浆，浆液采用1:
1水泥+水玻璃双液浆，注浆压力控制在0.2～0.3MPa。
盾构机通过矿山法段后，对管片的姿态、渗水、碎裂、错台进行检查，管片垂直偏差、水平偏差符合设计要求。
4.4.4管片上浮控制措施
盾构过矿山法隧道采用前方堆土工况下进行管片拼装，且矿山法隧道超挖量过大，管片周边填充不饱满，管片受到的约束力不足，地下水位上升后，管片的自重远小于管片所排开地下水所形成的浮力，因此会导致管片上浮，这个问题是盾构过矿山法隧道所面临的又一难题，处理不好会导致矿山法隧道超限、管片错台、漏水，因此在实际施工过程中可采用以下措施相结合的方法，控制管片的上浮。
1）对矿山法成形的隧道每10m一个断面进行断面测量，根据测量结果，设置限位。
限位是采用长条木方笼，固定在隧道顶端45°
范围内，共设置3排，限位底部距盾壳5cm，以限制管片的过大上浮量；
2）在推进过程中，当管片脱出盾尾后，每隔2环在管片腰部及底部注浆孔处交叉开口放水，降低地下水位；
3）当管片脱出车架后，对车架后的管片进行二次补充注浆。
首先每隔10环采用水泥、水玻璃双液浆打一道环箍以稳定管片，然后再在这10环中间采用纯水泥浆液进行注浆。
注浆时采用分批多次压注的方式，防止由于一次浆液压注过多，管片所受到的浮力过大造成上浮，同时在注浆部位的前后各打开一个管片注浆孔进行放水；
4）在注浆过程中要加强对管片稳定性的监测，发现上浮应立即停止压注，然后采取多点同时放水，待水位下降、管片稳定后再行压注。
5）每天跟踪测量管片姿态，及时反馈监测数据，分析管片姿态每日变化趋势，研究管片是否存在上浮，以及上浮速度及上浮量。
6）加强管片注浆管理，保证管片上部及圆曲线外侧的管片空隙也被浆液填充密实。
一旦出现管片上浮，可在管片上浮或侧移处，通过打穿吊装孔，打入注浆管进行二次补充注浆，浆液可选择使用双浆液使其凝固速度加快，迅速填充管片背后上部间隙，阻止管片上浮和侧移。
7）必要时在管片脱出盾尾后，立即打穿吊装孔，安装约45cm长φ32的螺纹钢，螺纹钢一端紧顶在矿山法隧道初支上，将其另一端焊接固定在管片吊装孔上（吊装孔提前安装套丝），通过此措施可有效限制管片上浮及侧移。
4.5盾构初始试验段掘进
4.5.1试验段目的
初始掘进是相对于正常掘进而言，随着初始掘进的进行，逐步进入隧道内部，一般范围为50～100m，其目的是：
1）结合本工程的地质条件，对盾构机的操作方法、机械性能进行熟悉，掌握土压盾构在本标段的施工特性，尽快摸索出各种参数的正确设定方法。
2）在初始掘进段采取多种监测手段（地面沉降、分层沉降监测和孔隙水压力监测等），广泛采集信息以指导盾构施工。
3）通过对各种监测信息的分析，掌握盾构掘进参数和合适的同步注浆量。
摸索出控制盾构轴线的规律，熟练使用铰接千斤顶。
4）通过初始掘进，完善施工组织设计方案；
完善盾构施工各个工种工序岗位的操作规程、作业工法。
4.5.2空推与负载转换
由于盾体与隧道初期衬砌之间有一定的空隙，盾体四周没有土体包裹，盾体旋转仅受导台的阻力，因导台阻力很小，导致刀盘切削端墙时盾体旋转角度很大。
因此需要保持刀盘低速旋转，并不停地改变刀盘转动方向，让其慢慢地切入端墙，防止盾体旋转角度过大。
当盾体全部进入土体后，因盾体被四周土体完全包裹，土体对盾体旋转产生较大的摩擦阻力，盾体转角明显减小，盾构机即处于试掘进状态。
在盾体全部进入土体后，转动刀盘，减小推进速度或停止推进，加大所有推进油缸的油压，增加盾构机总推力，控制在1000t以下，压紧矿山法隧道内已拼装的管片，保持这个总推力再一次紧固所有的管片螺栓。
在压紧过程中要注重观察每环管片受压情况，防止因盾构机总推力过大而将管片压损压裂。
4.5.3初始掘进方法
1）负环管片拆除
盾构机初始掘进的距离主要取决于平衡盾构机推力的管片外表面与土体之间摩擦力，考虑到空推段施工，拟定为100m提供足够的推进反力，估算如下：
F=S×
f=3.14×
6×
100×
2.0=3768t＞掘进时的推进力约1000t～2000t
其中：
S为100m长的管片外表面面积；
f为管片与衬背压浆形成的水泥土间的综合摩擦系数，取2.0t/m2。
此时可以拆除负环，为正常掘进通风和材料吊装运输方便。
2）初始段掘进施工方法
（1）盾构施工工艺流程如图4-5-1
图4-5-1盾构施工工艺流程图
（2）掘进循环时间计划
盾构掘进施工时，将按照连续施工的原则组织施工，每天安排2个班掘进，每班作业时间12小时；
机械维修保养以跟机保养为主。
计算方法如下表：
表4-5-1盾构始发掘进各工序循环时间表
工序
作业时间（min）
备注
施工准备
20
掘进1.5m/环为基准，单组列车运输
盾构掘进
120～180
管片安装
40
出碴、进料运输
渣土吊出
管片、注浆材料供应
盾构机跟机保养
60
理论循环时间（每环）
200～260
注：
实际时间根据相应地质情况适当调整。
3）掘进参数控制
（1）土仓压力P1
始发段地层主要为硬塑残积土，透水性弱，水土压力按水土和算取值，按下式计算：
P1=k0×
γ×
h
式中：
P1——土仓压力
k0——侧压力系数
γ——水土的容重
h——刀盘中心点处的埋深
根据盾构机的掘进位置及相应的地质情况，可取γ=20KN/m3，h=10.1～12.2m，k0=0.4，代入上式得：
P1=80.8～97.6KN/㎡（P1=0.81～0.98bar）。
始发后，土仓压力逐渐从P1=0.81bar加大至始发段结束P1=0.98bar，并根据地面监测情况进行及时调整。
（2）千斤顶推力F
盾构机千斤顶最大推力Fmax=39914KN（30个千斤顶），始发段开始千斤顶推力主要考虑拖车阻力、破岩推力、正面土压及盾构尾刷磨擦力，其中拖车阻力为680KN、破岩推力约为2000KN、正面土压力为3160KN、盾构尾刷磨擦力为250KN，需要总推力为6100KN。
始发阶段确定推力尚应考虑管片及反力架的承受力，故在始发开始的20环左右最大推力不应大于800t。
（3）刀盘转速n1，n2
满足转速和扭矩曲线，且无级可调n1=0～4.4rpm，n2=0～1.6rpm，扭矩水平较高时，使用n2段，扭矩水平较低时使用n1段。
（4）刀盘扭矩T
正常掘进时，扭矩应低于最大扭矩（一般情况下刀盘的扭矩T=350t.m），当工作扭矩达到最大扭矩时，刀盘将停止转动，如反复启动未果，即可启动专门开关（此时可采用脱困扭矩），使刀盘重新启动。
（5）螺旋器转速n3
n3=0～22.7rpm，根据维持土仓压力的需要而调整。
（6）掘进速度v
根据土质、扭矩、推力和土仓压力等综合确定，受土质影响最大，盾构设计Vmax=80mm/min，试验段掘进速度一般v=10～40mm/min。
（7）注浆压力P2
取静水土压力的1.1～1.2倍，最大不超过3.0～4.0bar，且使浆液不会进入土仓和压坏管片，并保证地面的隆陷值在允许范围内（+10，-30mm）。
根据始发段水土压力的计算，初步确定注浆压力为1bar（平均压力）。
（8）注浆量V1
V1是在管片与土体之间的空隙体积的基础上，再考虑地层变化条件要求，1.3～1.8m扩大系数确定的。
一般每环的理论注浆量V1≈4.05m3，实际每环注浆量为5.27～7.29m3。
（9）发泡剂的掺量V2
V2值主要根据土质确定，经验公式为；
V2=（20～60%）V土
V土——掘进土方的体积（实方）
V2值将根据实际的出渣情况和有关掘进参数（如扭矩等）不断调整。
（10）左右前进千斤顶行程差S
S主要根据线路特点和盾构机在水平方向偏离设计轴线的程度来确定的。
S的大小确定了盾构机方向改变的急缓程度，S的达到和保持依靠合理使用左边和右边的推进千斤顶。
（11）盾构机俯仰角α
α根据线路特点和盾构机在竖直方向偏离设计轴线的程度来确定的。
α的保持靠合理使用上部和下部的推进千斤顶，一般情况下，α值不应超过±
3mm/m。
（12）盾构机滚转角β
β和刀盘转动方向及扭矩大小有关，可以通过改变刀盘转动方向和使用稳定器来控制，一般情况下，β值不应超过±
10mm/m。
（13）管片与盾尾的空隙δ1～δ4
反映了管片和盾构机的相对位置关系。
对确立下一环的管片类型和掘进参数有指导意义，盾尾间隙
升级会员 