哈尔滨某地铁区间盾构始发掘进施工方案.docx
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哈尔滨某地铁区间盾构始发掘进施工方案
一.编制依据……………………………………………………………1
二.XX概况……………………………………………………………1
三.地质及水文概况……………………………………………………1
3.1场地岩土层分布…………………………………………………1
3.2场地水文地质条件………………………………………………4
四.盾构施工筹划………………………………………………………6
五.盾构始发流程………………………………………………………6
六.土体加固检测及降水井施工………………………………………7
七.盾构机的始发………………………………………………………7
7.1盾构机调试……………………………………………………7
7.2盾构始发施工工艺………………………………………7
7.3门式反力架安装………………………………………………8
7.4洞门防水装置安装……………………………………………10
7.5盾构机基座制作安装…………………………………………11
7.6管片验收、吊装、拼装…………………………………………13
7.7洞门凿除………………………………………………………15
7.8出土及管片吊运方案…………………………………………16
八.盾构初始掘进……………………………………………………16
8.1目的任务…………………………………………………16
8.2平衡压力值的设定……………………………………………16
8.3推进出土量的确定……………………………………………17
8.4推进速度值的设定……………………………………………17
8.5注浆压力与注浆量的设定……………………………………18
九.安全保证体系及措施……………………………………………19
XX站~XX站区间盾构始发施工方案
一、编制依据
1、《盾构法隧道施工与验收规范》(GB50446-2008);
2、《地下铁道XX施工及验收规范》(GB50299-19992003年版);
3、《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002);
4、哈尔滨市轨道交通X号线一期XX施工设计图纸;
5、我单位在北京、广州、深圳等地施工的相关经验。
二、XX概况
哈尔滨地铁X号线一期XX土建八标合同总造价为5.6亿元,合同工期为2008年10月15日-2011年4月15日,总工期为30个月,主要包括三站两区间及出入段线,即XX大学站、XX站、XX站、XX大学站—XX站区间、XX站—XX站区间及与XX车辆段的出入段线。
XX站—XX站盾构区间位于东直路下方,区间设计里程范围SK14+892.314~SK15+507.036,区间全长614.722m,其中:
盾构区间:
右线设计里程范围SK14+892.314~SK15+362.00,长度为469.686m,左线设计里程范围SK14+893.866~SK15+333.00,长度为439.134m,轨顶设计标高为100.789~107.937m,覆土厚度为7~14.2m,圆曲线半径300m,第一缓和曲线35m,第二缓和曲线60m,第一切线85.887m,第二切线96.916m,圆曲线长85.445m,采用盾构法施工与明挖法施工相结合。
XX站—XX站盾构区间共计908.82单延米,管片外径6.0m,内径5.4m,管片厚度0.30m,环宽1.2m,采用单层预制管片错缝拼装而成。
衬砌全环由小封顶F、两块邻接块L和三块标准块B构成,管片砼强度等级为C55,抗渗等级为S≥10。
管片纵缝采用M24弧形螺栓连接,纵向管片间设10个弧形螺栓,环向采用M27弧形螺栓连接,环向管片间设12个弧形螺栓,衬砌管片纵环向密封圈采用三元乙丙橡胶,螺栓孔和注浆孔密封垫圈采用缓膨胀橡胶。
在隧道变形缝部位弹性橡胶密封垫表面加贴一道遇水膨胀橡胶条加强防水处理。
三、地质及水文概况
3.1场地岩土层分布
(1)场地岩土层描述
根据野外勘探、现场原位测试,结合土工试验成果综合分析,场地土层自上而下详细描述为:
a、人工填土层(Q4ml)—层号①
①1杂填土:
杂色,松散,由粉质粘土、中粗砂混碎石和碎砖填积,道路段该层层顶有0.3~0.6m厚的沥青路面及垫层,层底埋深1.5~6.0m,平均层厚2.86m;
b、全新统低漫滩冲积成因土层(Q42al)—层号
1粉质粘土:
黄褐色~灰褐色~黑褐色,软塑~流塑,中—高压缩性,切面稍有光滑,干强度、韧性中等,部分孔含粉细砂夹层。
层底埋深5.3-13.7m,平均层厚3.95m;
1T粉砂:
灰色,稍密,饱和,颗粒成份为石英、长石及少量暗色矿物。
颗粒分选磨圆一般,含细砂和粘性土夹层。
层底埋深7.5-7.8m,平均层厚1.03m;
1T2淤泥质粉质粘土:
灰色~黑褐色,流塑,高压缩性,含有机质,有腥臭味,含少量粉细砂夹层。
层底埋深6.3-12.0m,平均层厚1.35m;
1T3粉质粘土:
黄褐色~褐黄色,可塑,中压缩性,切面稍有光滑,干强度、韧性中等。
层底埋深2.7-6.0m,平均层厚1.74m
2粉砂:
灰色,稍密,饱和,颗粒成份为石英、长石及少量暗色矿物。
颗粒分选磨圆一般,含细砂和粘性土夹层。
层底埋深8.4-15.5m,平均层厚3.68m;
2T淤泥质粉质粘土:
灰色~黑褐色,流塑,高压缩性,含有机质,有腥臭味,含少量粉细砂夹层。
层底埋深9.0-12.2m,平均层厚0.74m;
3中砂:
灰色,中密,饱和,颗粒成份为石英、长石及少量暗色矿物。
颗粒分选磨圆一般,含大量粗砂层及少量粘性土夹层。
层底埋10.8-25.0m,平均层厚7.58m;
3T1粉质粘土:
灰褐色,可塑-流塑,中-高压缩性。
切面稍有光滑,干强度、韧性中等。
层底埋深15.1-16.5m,平均层厚0.83m;
3T2粉砂:
灰色,中密,饱和,颗粒成份为石英、长石及少量暗色矿物。
颗粒分选磨圆一般,含少量细砂夹层及少量粘性土夹层。
层底13.5-25.0m,平均层厚2.03m;
c、下更新统东深井组冰水堆积层(Q12dfgl)—层号⑨
⑨粉质粘土:
灰色,可塑~软塑,局部含少量流塑土,中压缩性。
切面光滑,干强度、韧性中等。
层底埋深23.5-34.5m,平均层厚3.48m;
⑨T中砂:
灰色~灰绿色,中密-密实,饱和,颗粒成份为石英、长石及少量暗色矿物。
颗粒分选磨圆一般,含粗砂夹层及少量粘性土夹层。
层底埋深27.0-30.0m,平均层厚1.32m;
⑨T2粉砂:
灰色,中密,饱和,颗粒成份为石英、长石及少量暗色矿物。
颗粒分选磨圆一般,含少量细砂夹层及少量粘性土夹层。
层底25.0-30.4m,平均层厚2.11m;
d、下更新统猞猁组冰水堆积层(Q11shal)—层号⑩
⑩1中砂:
灰色~灰绿色,中密-密实,饱和,颗粒成份为石英、长石及少量暗色矿物。
颗粒分选磨圆一般,含大量粗砂夹层及少量粘性土夹层。
层底埋深31.0-37.5m,平均层厚2.57m;
⑩1T1粉质粘土:
灰色~灰绿色,可塑,中压缩性,含粉细砂及中粗砂夹层。
切面稍有光滑,干强度、韧性中等。
层底埋深36.0m,平均层厚1.5m;
⑩2粉质粘土:
灰色~灰绿色,可塑~流塑,中压缩性,含粉细砂及中粗砂夹层。
切面稍有光滑,干强度、韧性中等。
层底埋深36.0-40.9m,平均层厚3.49m。
⑩2T粉砂:
灰色,中密,饱和,颗粒成份为石英、长石及少量暗色矿物。
颗粒分选磨圆一般,含少量细砂夹层及中砂夹层。
层底34.5-38.2m,平均层厚2.63m;
图1:
XX站至XX站区间地质剖面图
3.2场地水文地质条件
哈尔滨地处松花江中游,属中温带大陆季风气候,冬季漫长寒冷干燥,多西北风,夏季短暂温热多雨,春季多风,秋季凉爽。
松花江是哈尔滨市区内主干河流,自西南向东北流经市区北部,河道蜿蜒曲折,边滩及江心洲发育。
河床宽293-1000m,水深3.80-6.00m,历史最高水位120.89m,二十五年一遇洪水位119.50m。
年迳流量153-755.5亿立方米,输砂量152-1150万吨。
最大流量12200m3/s。
最大冰厚1.25m,每年12月至第二年三月可通行汽车,其支流何家沟、马家沟、阿什河自西向东一字排开,南源北流。
其中阿什河是主要支流,河道曲折,河床宽50-100m。
水位115.303-118.952m。
本区间穿过马家沟及其西侧的污水截流干管,生活污水从污水截流干管排出,马家沟河平时干涸,由于马家沟河的景观作用,通过人为控制雨季或从松花江提水后可有存水量。
根据勘探揭示的地层结构,结合区域水文地质条件,勘探深度内场地地下水可分为上层滞水、潜水和孔隙微承压水、承压水。
(1)上层滞水:
主要存在于①层杂填土,形成的主要原因是管线漏水所致,漏水严重的地段,该层滞水也存在于
1层粉质粘土、
1T2层淤泥质粉质粘土等土层中。
(2)潜水
含水层由①层杂填土、
1层粉质粘土、
1T2层淤泥质粉质粘土构成。
①1层杂填土密实度差,孔隙大,有利于地下水的储存和渗透,雨季时含水丰富,出水量较大。
1层粉质粘土、
1T2层淤泥质粉质粘土饱含地下水,但透水性较弱,属弱透水地层,给水性较差。
1层粉质粘土、
1T2层淤泥质粉质粘土透水性微弱(根据室内试验资料,
1层平均渗透系数KV=7.6510-6cm/s和Kh=2.6910-6cm/s,最大渗透系数KV=41.910-6cm/s和Kh=5.9410-6cm/s,透水性微弱,属弱透水层;),可以作为相对隔水层。
哈尔滨市地下水水位最高一般在7~8月份,最低水位多出现在翌年的3月份至5月份。
野外勘探时间为2008年4月,根据场地范围内各钻孔的实际量测结果看,场地内潜水稳定水位埋藏较浅,在自然地面下2.8~4.6m,高程为116.53~117.27m之间(大连高程系),水位起伏和地形起伏基本一致;场地地下潜水主要接受大气降水、地下管线渗漏补给,亦和松花江、马家沟河水呈互补关系,以蒸发和侧向径流排泄为主,水位和水量随季节性变化,地下水位的年变化幅度在2.0m左右。
另外2005年初勘时稳定水位3.70-6.10m,大连高程系为115.53-116.06m。
由于2006年下半年松花江哈尔滨下游大顶子山水利枢纽XX的蓄水,抬高了上游哈尔滨段水位,造成了与松花江具有密切水力联系的哈尔滨漫滩地区地下水位升高,通过与前期勘察孔地下水位的比较,场区地下水位上升幅度约1.2~1.5m。
(3)承压水
(a)孔隙微承压水
孔隙微承压含水层由
3中砂、
2粉砂、
3T2粉砂构成。
相对隔水顶板为
1层粉质粘土、
1T2层淤泥质粉质粘土,相对隔水底板为⑨粉质粘土。
勘察期间在勘探孔Q15-ZX12号钻孔内采取下套管隔水措施后,实测承压含水层水头埋深在地面下5.07m,大连高程为115.3m左右,较潜水位低1.87m,承压水头高度3.53m。
该含水层埋藏较浅,厚度大。
其中,
2粉砂、
3中砂、
3T2粉砂层赋水性较好,透水性较强(根据室内试验,
2粉砂层平均渗透系数为K=124110-6cm/s,,最大渗透系数K=200010-6cm/s,属透水层;
3中砂层平均渗透系数为K=889310-6cm/s,最大渗透系数K=2150010-6cm/s,属强透水层),水量丰富,盾构施工在该含水层中进行,对将来地铁运营影响较大。
通过现场XX站和XX站单井稳定流抽水试验,该层微承压水单井涌水量为2290-2544m3/d,渗透系数40.269-72.74m/d,属强透水地层。
隔水底板⑨层透水性微弱(根据室内试验,⑨层平均渗透系数为KV=0.1010-6cm/s,Kh=0.4410-6cm/s,属弱透水层),是相对隔水层。
该含水层的隔水顶板分布较稳定,但厚度不大;隔水底板分布较稳定,厚度较小。
该含水层具微承压性,其年变幅较潜水小,约为0.5m左右。
(b)承压水
承压含水层由⑩1中砂、⑩2T中砂构成。
相对隔水顶板为⑨层粉质粘土,相对隔水底板为
层强风化粉砂质泥岩。
根据本次勘察在场地埋设水位观测管及在Q15-ZX12号钻孔处采取下套管隔水措施后,量测结果该承压含水层水头埋深在地面下9.27m,大连高程为111.10m,承压水头高度15.23m。
结合XX与XX站承压水头高度,XX站至XX区间的承压水头高度为15.23-22.64m。
该含水层与其上部孔隙微承压水含水层有一定的水力联系,主要补给来源为地下径流以及上层孔隙微承压水的越流补给,以地下径流为主要排泄方式,地下水位基本不随季节变化。
该含水层埋藏较深,⑩1层中砂、⑩3层中砂赋水性较好,透水性较好(⑩1层中砂平均渗透系数为KV=459010-6cm/s,属透水层),该含水层厚度较大,含水较丰富,埋藏较深,对地铁施工及运营的影响主要是突涌或隆起。
四、盾构施工筹划
XX站—XX站盾构区间筹划使用两台土压平衡盾构机从XX始大里程端头始发。
具体施工任务如下:
2011年6月1日第一台川崎盾构机始发,施工掘进XX站~XX站盾构区间下行线;2011年6月30日第二台海瑞克盾构机始发,掘进施工XX站~XX站盾构区间上行线。
五、盾构始发流程
盾构始发主要内容包括:
端头土体加固检测、设置盾构始发基座、盾构机下井安装及调试、安装密封胶圈、组装负环管片、盾构机试运转、拆除洞门临时墙、盾构机出洞加压和掘进。
六、土体加固检测及降水井施工
为确保本次洞门破除安全,加固完成后必须对掌子面全面检查。
检测方法采用垂直抽芯检测和水平钻孔两种,水平钻孔实施深度为6~8m,保证钻孔穿透地连墙后无明水涌出,检测结果必须保证能够达到设计规范要求。
根据地质勘探报告,XX站大里程端头地下水位较高,且处于微承压水层中,为降低洞门破除期间的风险,在端头处施做降水井降低地下水位。
端头降水井设置6~10口,井深控制在隧道结构底板以下6m。
七、盾构机的始发
7.1盾构机调试
7.1.1空载调试
盾构机组装和连接完毕后,即可进行空载调试,空载调试的目的主要是检查设备是否能正常运转。
主要调试内容为:
液压系统,润滑系统,冷却系统,配电系统,注浆系统,以及各种仪表的校正。
电气部分运行调试:
检查送电→检查电机→分系统参数设置与试运行→整机试运行→再次调试。
液压部分运行调试:
推进和铰接系统→螺旋输送机→管片安装机→管片吊机和拖拉小车→刀盘加水系统和注浆系统→皮带机等。
7.1.2负载调试
空载调试证明盾构机具有工作能力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;对空载调试不能完成的工作进一步完善,以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。
负载调试时将采取严格的技术和管理措施保证XX安全、XX质量和线型精度。
7.2盾构始发施工工艺
图2:
盾构始发施工工艺流程图
7.3门式反力架安装
7.3.1反力架设计与制作
盾构机掘进时应在始发井壁和负环管片之间加设一个反力架,以便将盾构推力均匀传递至始发井结构。
结合以往施工经验,反力架将采用门式反力架,采用两榀700mm×300mm型钢并行焊接支撑,上部焊接八字斜撑,以形成管片后靠。
为了提高反力架的刚度和抗变形能力,将在两榀型钢之上每30cm焊接一道筋板,且各钢体构件连接均采用满焊。
结合管片直径与台车的宽度,反力架内侧净宽为5.0米。
反力架高度制作为7.50米。
所制作门式反力架与成环管片的位置关系如图所示。
材料用量:
700mm×300mm型钢用量为60米。
图:
3:
门式反力架结构示意图
7.3.2反力架吊装就位
反力架安装时应牢固,其受力面应垂直于设计轴线,并与始发井结构尽可能多的接触,这样盾构出洞推进时千斤顶的区域油压较为均匀,便于盾构出洞施工时轴线的控制。
反力架安装就位后,与端头井结构的位置关系如图4所示。
在吊装时,将使用50t吊车吊入,结构内采用倒链及千斤顶等配合施工,首先使反力架底部首先就位,并采用钢丝绳拉住。
然后在采用倒链向里拉反力架顶部使其顶部逐步靠上结构,并拉固。
最后采用千斤顶在不同方向调整其位置,使其准确就位。
图4:
反力架安装与端头井结构位置关系图
7.3.3反力架稳固措施
反力架吊装就位后,与结构预埋板焊接,与结构物间隙用细石混凝土找平。
底部采用钢板找平,或预先施工混凝土平台保证其底部平整。
7.4洞门防水装置安装
因井壁洞口内径与盾构外径存在环形建筑空隙,为了防止盾构出洞时土体从间隙处流失,洞圈内安装由橡胶环状板、扇形合页板等组成的密封装置,作为施工阶段临时防泥水措施,现场安装时要满足设计要求。
7.4.1材料的准备
表1洞门防水装置材料表
名称
规格
材料
数量
帘布橡胶板
氯丁橡胶
1
圆环板
Q235A
1
翻板
Q235A
90
固定板
Q235A
90
开口销
GB/T91-2000-3.2-20
Q235A
90
销轴
Q235A
90
销套(短)
Q235A
180
销套(长)
Q235A
90
双头螺栓
GB899-88M20*110
Q235A
72
垫圈
GBT95-2002-20-100HV
Q235A
72
螺母
GBT41-2000-M20
Q235A
72
螺母
GBT56-1988-M20
Q235A
72
7.4.2防水板与橡胶帘布安装
将双头螺栓拧入车站结构主体预留孔,套上氯丁橡胶板,装上圆环板、垫圈后拧紧螺栓,圆环板加工、安装困难时分段制作,固定板、翻板与销套焊接成一体,然后插入销轴,焊于圆环板上。
图5:
洞门防水装置结构示意图
7.5盾构机基座制作安装
盾构机初始掘进基座为钢结构预制定型托架,它在盾构机推进过程中起到承重和导向作用,因此其结构强度和安装位置要准确无误。
托架运至现场后,由100T吊车将其吊入井下并按设计位置就位。
托架的两个导轨应平行且处在同一水平面上。
7.5.1盾构基座制作
盾构基座设计制作高度为915mm,底座宽度为4500mm,支撑盾构的轨道间距为3170米,支腿与盾构机壳体垂直,与水平面夹角为60度,盾构机就位后,壳体与基座底部距离为490mm。
钢结构主体选用25#槽钢和18#型钢制作,斜撑采用10#槽钢,滑行轨道选用43kg/m钢轨。
主体构造详见下图:
图5:
盾构始发基座结构示意图
7.5.2基座基础处理
对端头井结构、盾构托架设计尺寸的计算,盾构基座与车站底板需加高210mm方可满足盾构隧道施工的设计要求。
施工前先用细砂铺底找平,然后横向铺设铺设高210mm的型钢轨枕。
现场测量确定平台的高程,并选用铁板作为垫层材料找平,最后将盾构基座按照测量轴线位置安装就位,详见下图。
图6:
盾构始发基座结构图
7.5.3盾构基座安装与稳固
基座安装必须按设计轴线准确放样,依照测量放样的基线就位盾构托架焊接,并对基座四周用钢支撑与始发井结构顶紧稳固,稳固支撑点可选择结构侧墙或底部八字,要求基座必须牢固,在外力作用下不位移。
安装后的基座必须保证盾构基座的圆心线、基座上的盾构中心线及隧道设计轴线必须重合,符合施工坡度。
7.6管片验收、吊装、拼装
7.6.1管片进场前的验收
管片在生产及运输的过程中必须符合《预制混凝土衬砌管片》(GB-T22082-2008)、《地下铁道XX施工及验收规范》(GB50299-19992003年版)及《盾构法隧道施工与验收规范》(GB50446-2008)的要求,在进场前必须进行检验验收:
7.6.1.1管片进场前每片管片应在内弧面角部进行标识,标示内容应包括:
管片型号、管片编号、模具编号、生产日期、生产厂家。
7.6.1.2管片内径尺寸为φ5400mm,壁厚为300mm,各部尺寸均应满足规范规定。
7.6.1.3管片的抗渗等级≥S10,管片检漏标准为0.8MPa水压维持3小时的条件下,管片外背渗水高度≤5cm。
7.6.1.4吊装预埋件首次使用前应进行抗拉拔试验,试验结果应符合设计要求。
7.6.1.5管片不应存在漏筋、孔洞、疏松、夹渣、有害裂缝、缺棱掉角,飞边等缺陷,麻面面积不得大于管片面积的5%,并保证止水槽、注浆孔等构件位置、尺寸等均符合计要求。
7.6.1.6日生产每15环应抽取1块管片进行检验,允许偏差和检验方法应符合下表规定:
表2管片允许偏差和检验方法
项目
允许偏差(mm)
检验工具
检验数量
宽度
±1
卡尺
3点
弧、弦长
±1
样板、塞尺
3点
厚度
+3、-1
钢卷尺
3点
7.6.1.7每生产200环管片后应进行水平拼装检验1次,其允许偏差和检验方法应符合下表规定:
表3管片水平拼装检验允许偏差和检验方法
项目
允许偏差(mm)
检验频率
检验工具
环向缝间距
2
每缝测6点
塞尺
纵向缝间距
2
每缝测2点
塞尺
成环后内径
±2
测4条(不放衬垫)
钢卷尺
成环后外径
+6、-2
测4条(不放衬垫)
钢卷尺
7.6.2管片储存与运输
7.6.2.1管片存储场地必须坚实平整。
7.6.2.2管片可采用内弧面向上或单片侧立的方式码放,每层管片之间应正确设置垫木码放高度应经计算确定。
7.6.2.3管片运输过程中,管片边角及与硬物接触处需加设垫木等缓冲设施。
7.6.3管片的防水材料粘贴及吊装
7.6.4负环管片排列(含0环)
根据施工图纸,始发井内净尺寸为长12.3m×宽7.5m,即端头井纵向长度为12.3m。
在安装反力架后(反力架宽度0.7m),端头井须拼装负环管片的长度为11.6m。
而设计要求0环管片应进入结构洞圈400mm~800mm,故临时管片的实际拼装长度为11.2m~10.8m。
经过计算,临时环管片拟选用10环1.2米管片,其总长度为10×1.2m=12m
为便于负环拆除,管片拼装时,将在反力架与负环管片之间填充100mm砂袋。
那么,0环管片进入结构层长度为700mm。
其所对应的管片排列图如下:
图7:
负环管片拼装示意图
7.6.5负环管片拼装
7.6.5.1在拼装负环管片前,首先应在盾构机盾尾壳体上焊接3~4道厚度为25~30mm的钢板,以保证盾构管片基本位于盾构壳体中心位置。
7.6.5.2所有负环管片均采用通缝拼装,螺栓连接应牢固。
7.6.5.3在负环拼装和掘进过程中,应在负环管片外侧对负环进行顶撑,以防止变形。
7.6.5.4负环管片均采用闭合环拼装,不留缺口。
7.7洞门凿除
7.7.1凿除的位置
本区间上下行线各有1个洞门需要在始发前将洞门端头围护结构进行凿除。
洞门围护结构型式均为厚800地下连续墙。
凿除洞门采用人工风镐的方法。
7.7.2洞门凿除方法
洞门砼分批拆除,先凿除2/3,留1/3钢筋混凝土。
洞门凿除采用人工风镐施作,凿除大部分混凝土和钢筋,剩余部分待盾构机刀盘抵达混凝土桩前约0.3~0.5m时迅速凿除,凿除顺序见下图。
待盾构机推进时迅速割除钢筋,尽量缩短洞门土体无支撑时间。
凿除的方法采用先凿除上下左右四周混凝土和割断钢筋,然后通过倒链把墙体拔出。
图7:
洞门分块及凿除顺序示意图
7.7.3洞门凿除顺序
第一次凿除时按先上后下、先中间后两侧的顺序进行。
7.7.4洞门凿除过程的应急措施:
发现有异常情况后,迅速用木板和钢管打孔穿插土体加固,不出现漏水为止,防止土体坍塌然后尽快从围护墙外进行注浆加固。
若土体压力较大时,