深圳地铁布吉站百鸽笼站暗挖盾构空推段隧道施工方案建筑工程测量建筑施工.docx
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深圳地铁布吉站百鸽笼站暗挖盾构空推段隧道施工方案建筑工程测量建筑施工
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布吉站～百鸽笼站区间
暗挖盾构空推段隧道施工方案
1工程概况
1.1设计里程
布吉站～百鸽笼站区间左线设计里程范围为左DK31+571.2～左DK32+605.169，及左DK32+688.364～DK32+825.558（含24.312m长链），全长1195.475m。
其中左DK31+571.2～DK31+740、左DK32+325～DK32+605.169为纯盾构法施工，长448.969m；左DK31+740～左DK32+325为暗挖空推盾构法施工，长585m；左DK32+687.6～左DK32+825.558为矿山法施工，长161.506m（含24.312m长链）。
右线设计里程范围为右DK31+571.2～左DK32+584.791，及右DK32+665.529～DK32+840.227（含1.477m长链）,全长1189.766m。
其中右DK31+571.2～右DK31+745；右DK32+215～右DK32+584.791为纯盾构法施工，长543.591m；右DK31+745～右DK32+215为暗挖空推盾构法施工，长470m；右DK32+665.529～右DK32+840.227为矿山法施工，长176.175m（含1.477m长链）。
本区间在中心里程DK31+946.5处设置1座矿山法施工竖井，在该处左右线间设置一座施工联络通道兼泵房，并分别在暗挖空推盾构区间DK32+090处、盾构始发井内各设置一座联络通道。
布吉站～百鸽笼站区间平面图见附图一：
《布吉站～百鸽笼站区间平面图》。
布吉站～百鸽笼站区间盾构掘进示意图见附图二：
《布吉站～百鸽笼站区间盾构掘进示意图》。
1.2主要工程数量
布吉站～百鸽笼站区间隧道矿山法暗挖单线总长1055m，锚喷支护单线总长1055m，空推拼装管片703环，纯盾构掘进总长992.56m，纯盾构掘进拼装管片661环，土方总量67071.44m3，豆砾石总量2109m3，纯水泥浆总量703m3，同步注浆总量7087.5m3。
2施工组织安排
2.1总体部署
本区段（暗挖盾构空推段）由工区直接组织施工，以隧道掘进为施工主线。
计划安排4个作业队承担本区段的全部工程，配置两台复合式土压平衡盾构机，其中安排2个掘进队分别负责左右线盾构空推施工，每个掘进队分白班和夜班不间断作业，左线盾构机进入暗挖空推段比右线盾构机进入暗挖空推段提前约15天，两队按掘进、轨道运输、机修、地面备料等工序组成班组。
防水作业队承担全部防水作业的施工，附属作业队在盾构机空推前，及时进行盾构与暗挖段分界端头墙、砼导台、暗挖段堆土等的施工。
经理部成立监测组，负责地表沉降和建筑物的监测、管片姿态的测量，及时调整掘进参数，优化施工。
2.2施工进度计划
施工进度计划表
施工任务名称
里程位置
施工进度安排
左线
右线
布百竖井往布吉站方向盾构与矿山分界端头墙施工
ZDK31+740，YDK31+571.2
2009年3月16日～2009年3月20日（共5天）
2009年3月16日～2009年3月20日（共5天）
布百竖井往布吉站方向暗挖段导向槽施工
ZDK31+740～ZDK31+941.47，YDK31+745～YDK31+946.5
2009年3月21日～2009年3月30日（共10天）
2009年3月21日～2009年3月30日（共10天）
布百竖井往盾构始发井方向盾构与矿山分界端头墙施工
ZDK32+325，YDK32+215
2009年5月29日～2009年6月2日（共5天）
2009年4月11日～2009年4月15日（共5天）
布百竖井往盾构始发井方向暗挖段导向槽施工
ZDK31+941.47～ZDK32+325，YDK31+946.5～YDK32+215
2009年6月3日～2009年6月21日（共19天）
2009年4月16日～2009年4月29日（共14天）
盾构过暗挖矿山段
ZDK31+740～ZDK32+325，YDK31+745～YDK32+215
2009年6月22日～2009年8月9日（共49天）
2009年7月7日～2009年8月14日（共39天）
3资源配置
3.1人员配置
掘进队每班人员配置表（单线）
序号
施工工序
配置人数
1
拌合站
3人
2
地面挂钩
2人
3
中板放浆
1人
4
井口挂钩
2人
5
电瓶车司机
2人
6
水平运输指挥
1人
7
同步注浆
2人
8
拼装管片
3人
9
吊运管片、清渣
3人
10
机器维修
2人
11
电工
1人
12
焊工
1人
13
盾构操作手
1人
14
土木技术员
1人
15
其他
3人
16
龙门吊司机
2人
17
合计
30人
注：
（1）由于二次注浆和豆砾石回填灌浆均在盾构停止推进时施工，所以其施工任务由掘进队完成；
（2）双线同时掘进时每班施工人数为60人，掘进队总人数120人。
3.2机械设备配置
盾构空推施工机械设备表
序号
机械设备名称
型号规格
数量
国别产地
制造年份
额定功率（KW）
生产能力
1
注浆泵
XPZ-50
2
陕西
2004
2
电动空压机
V-12/7
4
陕西
2004
37
30m3/h
3
钻孔机
SPJ-300
2
陕西
2004
4
高压水泵
3×B
2
中国
2005
3500kg/cm2
5
挖掘机
PC200
6
日本
2003
0.7m3
6
龙门吊
16T/32T/40T
4
韶关
2008
7
小型挖掘机
6
0.3m3
8
吊斗
4
自制
6m3
9
潜水泵
WQ15-28-3
16
湖南
2004
3
扬程28m
10
装渣机
ZLC
3
11
自卸汽车
NJT3090
4
湖北
2002
5t
12
自卸汽车
红岩
16
湖北
2003
15t
13
钢筋弯曲机
GJ7-40
2
陕西
2004
3
φ4～φ40
14
钢筋调直机
GT4-10
2
陕西
2004
φ4～φ40
15
钢筋切断机
GQ40A
2
陕西
2004
φ4～φ40
16
平板振捣器
ZB300
2
陕西
2003
1.5
17
变压器
500KVA
4
山西
2005
500KVA
18
发电机
30KW
2
江苏
2005
200
19
干粉灭火器
20
深圳
20
盾构机
土压平衡
2
德国
2008
21
盾构机后配套
2
2008
22
拌合机及相关配套设备
1
韶关
2008
30m3/h
23
轴流式通风机
SDDY-1N07A
2
湖北
2008
24
矿渣运输车
SZT15
8
陕西
2008
15m3
25
蓄电池电机车
JXKB型
4
陕西
2008
26
管片车
SGP15
4
陕西
2008
1.5T
27
砂浆搅拌运输车
SJG7
6
陕西
2008
7m3
28
连续供料搅拌器
SJB-300*2
4
镇江
2008
29
豆砾石喷射机
3
3.3材料保证措施
1、成立物资部，专职从事材料的调查、采购、管理、发放及监控工作。
2、成立专项资金用于材料采购工作，确保材料供应，任何时候不得擅自挪用该资金。
3、由有丰富的市场调查、采购、管理、发放的专职人员从事材料的管理工作。
4、建立、健全材料采购程序及质量把关程序，所有材料必须质量合格，且各种手续齐全。
5、加强材料的进场试验工作。
每一批材料进场必须由监理工程师检查，除非经抽检试验合格，否则不能使用。
6、加强材料的实地考察及市场询价工作，做到货比三家，选择有相应资质，有良好信誉的厂家供应材料，争取以最低的价格买到最好的产品。
7、所有材料的采购必须签定合法的采购合同，材料的质量应具有可追踪性。
8、加强材料的管理工作，材料的库存量合理，确保材料的质量在库存阶段不发生变化，所有已变质达不到设计要求的材料均不能用于本工程，并立即清退出场。
9、现场材料建立专项档案，并建立现场铭牌，材料的种类、规格、时间、使用部位等应标识清楚。
10、现场材料专人管理，且须经质检工程师的现场确认后方可使用。
11、材料采购计划具有超前性，并经工程技术人员确认，防止材料采购的种类、型号出现错误或采购的时间不对，避免出现采购不及时或库存时间过长等现象。
12、加强材料采购的过程控制，完善物资管理制度，实行层层监控，防止不法现象发生。
13、大宗材料采购采用公开招标的方式，引入竞争机制，确保材料采购的质量及价格最优。
14、掌握和追踪目前的材料动向和发展状况，追踪新材料、新技术、新工艺的信息，材料的管理水平不断提高。
15、材料的采购应有计划、有组织地进行，根据施工的实际进度及相应的施工进度计划进行材料的采购工作。
16、合理进行材料库及材料堆放场的布置，材料分批进场，分期库存，库存量合理。
17、特殊材料的采购应提前进行，考虑充足的时间富余量，加强与材料供应单位的联系，确保材料的正常供应。
4施工方案
布吉站～百鸽笼站区间盾构法＋矿山法结合施工工法，即先采用矿山法施工隧道初支，然后再利用盾构拼装管片空推通过本段区间隧道，通过的同时由盾构拼装管片形成矿山法隧道的二衬，二衬和初支之间的孔隙采用粒径小于10mm的碎石（细石）填充，然后注浆填充碎石间的空隙，最终由注浆体和管片共同构成矿山法隧道的二衬。
由于矿山法施工完成后，盾构过境采用空推工况下进行管片拼装，盾构正面无土压力作用，易造成环管片环缝间隙较大，粘贴在管片上的三元乙丙橡胶止水条达不到一定的压缩量，隧道防水效果不佳。
为确保盾构管片防水质量，拟在矿山法隧道施工完成后在隧道内堆放土体，以提供盾构推进时的反力。
盾构前方堆土作用力计算
由于隧道是矿山法先行开挖支护后，在刀盘前方回填渣土以提供反力，所以按全部松土压力作用于刀盘面板上，并且在矿山法开挖支护后基本上无水作用于盾体。
刀盘前方依次全断面填土15m，下半断面填土10m，则盾构机的反作用力计算如下：
（1）推进时砼导台对盾构机的摩擦阻力
F1=μ摩·Wg=0.3×3430=1029KN
Wg-盾构及附属物总重=3430KN
μ摩-摩擦系数取0.3
（2）回填土受到的摩擦阻力
F1=μ摩·（πD2/4）·L·γ土·K=0.3×（3.14×6.252/4）×15×1.86×9.8×0.83=2087.66KN
L-回填渣土的长度，m
K-土的松散系数
γ土取1.86t/m3
（3）盾构支撑土体所受的轴向阻力
F2=S盾构面积·P盾构中心土压=（πD2/4）·L·γ土·Kg=（3.14×6.252/4）×1.86×6.25/2×9.8×0.39=681.21KN
Kg-土的侧压力系数
（4）盾尾刷与管片之间的摩擦阻力（以2环管片计算）
F3=μ磨·2W管=0.5×2×200=200kN
每环管片W管取200KN
（5）后部拖车的牵引阻力
F4=μ磨·W拖=0.5×1700=850kN
因此，土压平衡掘进时提供盾构反作用力总计为：
F=F1+F2+F3+F4+F5=1029+2515.25+681.21+200+850=4847.87KN＞止水条挤压力3000KN.
故前方堆土满足止水效果要求.
4.1盾构空推施工
4.1.1施工准备
盾构和暗挖空推段的分界在深圳金鑫实业有限公司内，所以盾构机尽可能平稳、安全进入暗挖空推段，保证地表安全。
因此要提前做好空推准备工作。
（1）矿山段开挖完成后，及时施工盾构与矿山分界墙及导台施工，复测矿山段断面情况，监测暗挖段拱顶沉降量，检查端头墙洞门尺寸，确保净空，待混凝土强度达到设计的90%时，在隧道内依次从盾构与矿山分界墙往竖井方向填土，在靠近分界墙端15m范围内采用全断面隧道填土且前5m的渣土要夯实。
15m至竖井地段采用半断面隧道填土。
（2）盾构机进入暗挖空推前50m，测定管片姿态，人工测量检查盾构机姿态，校正VMT测量导向系统，测定盾构推进姿态偏差，开始纠偏。
在此段进行二次注浆，保证二次注浆效果，稳定管片姿态，确保VMT导向系统能精确、高效工作，保证盾构机能准确安全进入暗挖空推段隧道。
（3）准备好豆粒石、水泥、砂、水玻璃等原材料。
4.1.2施工流程图
盾构机空推通过暗挖段的主要工序为：
盾构机步进，拼装管片、管片背衬回填（喷射豆砾石）、管片背填注浆。
其工序流程如下图所示。
盾构机空推过暗挖段施工流程图
4.1.3盾构与暗挖空推段接口处理
1）端头墙施工
盾构与矿山段接口左右线各2个，共4个端头墙，隧道开挖完成后，在端头墙位置水平放置玻璃纤维筋格栅，玻璃纤维筋格栅随隧道端头最后两榀密排格栅钢架同步架设，且玻璃纤维筋格栅与钢格栅搭接部分至少采用12＃铅丝绑扎牢固，并采取适当辅助连接措施，确保玻璃纤维筋格栅伸入钢格栅长度不小于300mm，绑扎牢固的同时喷砼密实。
掌子面开挖后立即初喷40mm厚C20砼，防止局部坍塌，且要求喷射砼与隧道最后三榀密排格栅的喷射砼同步施工，水平格栅及纤维筋网绑扎好后及时喷射砼。
在端头设置三榀密排格珊，如下图所示：
断面玻璃纤维网示意图
端头墙加固平面图
喷射砼紧跟开挖工作面，砼终凝到下一循环作业时间，不应小于3h。
钢筋网：
全断面设置单层玻璃纤维筋网，初喷40mm厚C20砼，挂φ6玻璃纤维筋网。
端头处玻璃纤维筋格栅间距300mm，喷射C20砼，厚度800mm，保护层厚度40mm。
在端头墙处做好洞门预埋件，洞门预埋件必须符合设计要求，且要适当加强，严格控制预埋件尺寸，尤其要控制洞门钢环的曲率，确保盾构机顺利进入暗挖空推段。
附图三：
《盾构与暗挖空推段接口处理示意图》。
4.1.4盾构与暗挖空推段地表处理
根据详勘资料显示，在四个盾构与暗挖段接口处，隧道均位于全断面微风化角岩层中，微风化角岩属极硬岩，岩体较破碎，呈块状砌体结构，开挖后侧壁稳定，地表基本稳定，因此接口处地表不需进行加固处理。
在盾构与暗挖段接口地表处设置监测点，随时监测地表情况，如发现地表有异常情况发生及时采取加固措施。
4.1.5砼导台施工
矿山法开挖完成初期支护后，在隧道底部60°范围内施工钢筋砼导台。
C-2、C-3型衬砌断面钢筋砼导台的内径R=3150mm，外径R=3300mm；C-4型衬砌断面钢筋砼导台的内径R=3150mm，外径R=3450mm。
钢筋砼导台的中心线与隧道中心线重合，且钢筋砼导台对称于隧道中心线。
钢筋砼导台示意图如下图。
盾构机空推过矿山钢筋砼导台施工详见附图四：
《盾构机导台施工示意图》。
C-2、C-3型衬砌断面钢筋砼导台示意图
C-4型衬砌断面钢筋砼导台示意图
1）钢筋砼导台施工的目的
深圳地铁5305标布吉站～百鸽笼站区间左线盾构（S-462）刀盘直径6280mm，盾体直径6250mm，而矿山法初期支护内径6400mm（C-2、C-3型衬砌断面）和6700mm（C-4衬砌断面）。
为了保证盾构安全、快速、高效、优质通过矿山段，在矿山开挖段设置钢筋砼导台为盾构机提供精确导向，确保盾构机保持良好的推进姿态（不叩头、不扭转、不卡刀盘、盾尾间隙良好、不侵限等），确保管片拼装质量、管片姿态良好，达到预期的防水效果。
2）钢筋砼导台施工方法
钢筋砼导台采用大块定型钢模施工。
大块定型钢模可以现场加工制作。
见附图03。
（1）定型钢模的制作和安装
由于矿山法开挖的隧道断面C-1、C-2、C-3型断面对应的砼导台厚150mm，C-4型断面对应的砼导台厚300mm，所以施工前要制作2套砼导台定型钢模。
①尺寸定位
根据砼导台的结构尺寸，每个导台横断面设置4个控制标高点，沿隧道纵向每2m设置一个控制标高断面，安装模板过程中应挂线安设。
②钢模材料选择
定型钢模面板采用3mm厚的钢板，弧度采用冷弯法加工。
③定型钢模的安装
a、根据钢筋砼导台为1/6圆筒体结构，故钢筋砼导台定型选用的钢模采用定型钢模，定型钢模在现场组拼、加固。
b、钢钢模在运输过程中要采取一定的保护措施，避免碰撞，防止钢模扭曲、凹凸等变形。
c、钢模在使用前，应将钢模表面清理干净并涂刷脱模剂，严禁在钢模上涂刷废机油或不涂脱模剂。
d、由于制作的定型钢模较重、较长，在进行定型钢模安装时，采用合适的吊装设备进行配合安装，防止在吊装过程中钢模挠曲、扭转变形。
e、为提高砼导台内表面的光滑平整度，沿钢模的长度方向在两侧每隔1m各设置一个300mm×300mm振捣口。
f、钢模接缝处要粘贴双面海绵胶条做嵌缝材料，双面海绵胶条的粘贴要平整、严密，防止漏浆。
g、导台钢模在砼强度达到75%后拆除，拆模时间应适当延长，以砼表面不缺棱掉角为宜，严禁猛撬、硬砸，避免砼因拆除钢模而损坏，加强对成品的保护。
h、注意事项
Ⅰ、支设前，应对钢模及配件的规格、数量逐项清点检查，未经修复的部件不得使用。
Ⅱ、钢模在使用前，应将钢模表面清理干净并涂刷脱模剂，严禁在钢模上涂刷废机油或不涂脱模剂。
Ⅲ、钢模接缝处要粘贴双面海绵胶条做嵌缝材料，双面海绵胶条的粘贴要平整、严密。
Ⅳ、钢模在安装过程中，必须设置防上浮、左右偏移的临时固定设施。
（2）导台施工
①导台施工工艺流程图
②导台施工控制要点
a、在施工前首先将隧道内钢筋砼导台范围内的浮渣清理干净，保证钢模安装稳固。
b、钢模安装前，应进行中线放样和标高控制；模板安装后，复核模板中线位置和模板标高。
钢模中线与隧道中线重合，允许偏差50mm；导台面的标高误差应满足（+10/-5）的要求。
c、钢模要固定牢靠，防止钢模在捣固时上浮、中线偏移等。
d、采用附着式振捣器，工作时捣固器底板附着在模板上，振捣器产生的振动波通过底板与模板间接地传给混凝土，捣固时从钢模预留加料口添加足够砼，捣固时间要足够，保证砼充填密实。
e、砼强度达到75%后方可拆除钢模，拆模时间应适当延长，以砼表面不缺棱掉角为宜，严禁猛撬、硬砸，避免砼因拆除钢模而损坏，加强对成品的保护。
4.1.6盾构与暗挖空推段接头处渣土回填
盾构机导台施工完成并达到设计强度的90%后，暗挖空推段隧道下半断面要进行渣土回填。
1）渣土回填目的
（1）给盾构机提供足够反力，推进千斤顶顶推管片，管片止水条密贴，达到良好止水效果。
（2）在刀盘前方形成密闭土体，让盾构机形成正常推进的土压平衡模式。
2）渣土回填施工
导台施工完成后，待砼强度达到设计强度的90%后，方可在隧道内进行渣土回填施工，所需渣土从布吉站～百鸽笼站区间竖井吊下后，通过汽车运输到预定施工地段，采用ZLC40装渣机进行堆填，从盾构与暗挖分界点开始往竖井方向回填。
由于在盾构机上导台前要拆除39、40号滚刀，必须要开仓拆刀施工，为了确保安全，在端头墙靠暗挖段一侧堆砌一道砂袋墙，砂袋尽可能采用容积较大的袋子，增加砂袋墙的稳定性，砂袋墙之间的空隙用渣土充填密实。
3）渣土回填厚度
盾构推进前，刀盘前方依次全断面填土15m，下半断面填土10m；盾构推进过程中可根据需要再回填渣土。
隧道渣土回填示意图如下：
隧道下断面渣土回填示意图
说明：
图上2道2m厚的砂袋墙均是为了保证渣土回填厚的稳定性，在砂袋墙施工时要保证堆码的砂袋要稳定。
4.1.7盾构空推施工
当导台砼强度达到设计强度，暗挖段渣土回填到位，方可进行盾构推进施工。
盾构到达端头墙，推断端头墙玻璃纤维筋，端头墙完全破除后盾构机停机（注意盾构机尽量不要推动端头墙处的砂袋，保持砂袋的稳定性）。
停机后方可拆除39#、40#滚刀，根据需要也可以拆除其他刀具。
盾构盾构机推动回填的渣土，渣土在刀盘前逐渐形成密实的土柱，封闭刀盘位置隧道横断面，盾构机达到正常推进模式。
管片与已开挖成型隧道间由回填土充填，同时开启同步注浆进行止水、土仓内全部填满土，当土压（1号位置达到0.8）和推力（达到800t）较大，开启螺旋输送机进行出土。
如果上部渣土不能完全填满隧道，则只开下部（2、3号注浆管）同步注浆系统，上部用豆砾石回填及注水泥浆。
暗挖空推段隧道支护结构示意图如下：
暗挖空推段隧道支护结构示意图
1）堆土施工
渣土回填密封刀盘前方断面，渣土充填盾体与暗挖初期支护间的间隙，同步注浆正常开启，管片止水条密封良好，此条件下的两种工况示意如下：
（1）工况一
盾构机到达渣土回填断面，未向前推进。
示意图如下：
工况一示意图
（2）工况二
盾构机向前推进，管片拼装和同步注浆与正常掘进下一样。
示意图如下图所示。
工况二示意图
2）盾构掘进
在盾构机破除盾构与矿山分界墙完成后，停止掘进，拆除周边刀具后继续掘进，掘进模式为敞开模式，空推地段第1环～第5环掘进推力控制在300t以内，掘进速度控制在15mm/min，停止出土和关闭出土口闸阀，停止注入泡沫和水，为增加土体的反作用力，开始刀盘不转动，直到总推力达到600t以上方且土仓压力（最顶部感应器）达到0.8bar后可转动刀盘且根据情况可适当出土，盾构机姿态控制：
水平和垂直方向偏差在20mm范围内。
3）拼装管片
管片拼装工艺与正常掘进时相同，同样采用错缝拼装。
4）管片背衬回填
管片背后回填由喷射豆砾石（喷射小碎石）、盾尾注浆组成。
通过喷射小碎石在管片脱离盾尾时对管片进行支撑，以防管片下沉而产生错台。
利用盾构机自身的同步注浆系统压注水泥砂浆，使管片与初支及地层间紧密接触，以提高支护效果。
根据注浆后的检查结果，从管片注浆孔注浆固结管片。
在管片拼装后，及时对管片外围与地层间的间隙喷以小碎石进行背后回填，回填材料为小碎石，粒径5～10mm，以对管片形成支撑，并增大盾构往前推进的摩擦力。
用高压风将豆砾石从吊装孔喷入，填充管片与围岩间的空间，然后进行灌浆，凝结豆砾石，使管片得到稳定，同时承受围岩压力和水压力。
为了不影响施工进度，要将豆砾石准备充分。
喷射豆砾石施工可以在二次注浆、测量搬站、开仓换刀和空推结束进行，而不影响正常推进施工。
进行管片背衬回填是在盾构机里，将导管插入管片吊装孔进行，在背衬回填时盾构机可以正常步进。
由于隧道开挖得不规整，每环管片回填的豆砾石量不完全相等。
管片背后喷射豆砾石回填后，即通过盾构机自身的同步注浆系统注浆。
注浆采用水泥砂浆，控制注浆压力既保证达到对环形空隙的有效填充，又确保管片结构不因注浆产生位移、变形和损坏，同时又要防止砂浆前窜至盾构刀盘前方。
该注浆液采用水泥砂浆，水泥、膨润土、粉煤灰、砂、水的配合比为：
150：
40：
440：
720：
470。
下部注浆（2、3号注浆管）为同步注浆，当上部回填渣土能在刀盘前密封，上部注浆（1、4号注浆管）也为同步注浆。
如果上部达不到同步注浆条件，上部注浆在每环管片豆砾石骨料回填后进行，通过盾构机自身的同步注浆系统采用手控方式进行注浆。
当注浆压力达到设定值（0.8～1.2MPa）或注浆量达到小碎石理论孔隙率的80%以上时，即可暂停注浆。
由于在管片安装10环后，间隔6m在管片吊装口开口检查注浆效果，若注浆效果不理想，则进行补充注浆。
补充注浆浆液采用
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