盾构掘进施工方案.docx
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盾构掘进施工方案
编制说明
本方案为浙能乐清电厂循环水泵房及引水隧道建筑工程1#、2#取水隧道盾构掘进施工方案。
方案编制依据及引用的主要技术标准和规范:
1、设计图纸F4701S-S5205、F4701S-S5206、F4701S-S5207、F4701S-S5209、F4701S-S5210及图纸会审会议纪要;
2、循环水取水隧道岩土工程勘察报告
3、《混凝土结构工程验收规程》GB50204-2002
4、《地下工程防水技术规范》GB50108-2001
5、工程测量规范GB50026-93
6、上海市标准《盾构法隧道防水技术规程》DBJ08-50-96
7、上海市标准《盾构法隧道工程施工及验收规程》DBJ08-23-1999
8、我公司历年来形成的有关盾构施工工法和经验
9、其他相关标准
第一章工程概况
1.1工程概况
浙江浙能乐清电厂位于乐清市东北面的南岳镇和蒲歧镇,东濒乐清湾,与玉环县隔海相望。
本工程为循环水泵房及引水隧道(盾构)建筑工程,工程内容主要包括:
1、循泵房工程分地上结构与地下结构两部分。
地下结构为钢筋砼结构,共2座,每座平面尺寸为31.1m×47.27m×24.80m(深),采用沉井法施工,地基采用直径φ1000钻孔灌注桩处理,(2×70=140根)桩顶标高-14.90m,平均桩长35m,成桩后桩顶至地坪段钻孔采用中粗砂回填,桩顶以下5m范围内土体进行注浆加固处理。
1#、2#沉井之间为检修场地,拟采用直径φ500水泥搅拌桩地基处理,桩距1400mm,桩长15m。
泵房前池作为盾构施工工作用。
地上结构为单层钢筋混凝土排架结构,屋架采用梯形钢屋架,围护墙采用砖墙,2座泵房之间采用外挑牛腿加现浇钢筋混凝土梁板连接。
工程还包括相关的地基加固,结构埋件,防雷接地等。
2、引水隧道:
包括2条φ4840引水盾构隧道,其中1#引水隧道长1509.35m,2#引水隧道长1506.65m。
每条隧道端部设置8只进水口,采用垂直顶升工艺。
工程还包括引水隧道注浆加固、进水口水下挖泥、抛石以及阴极保护等。
3、配电间:
循泵房控制、配电间尺寸为7.74m×42.4m×6.6m(高),为单层现浇钢筋混凝土框架结构,屋面采用现浇屋面,围护墙采用砖墙,基础采用φ600钻孔灌注桩,桩顶标高2.45m,桩长25~35m。
本方案为浙能乐清电厂循环水泵房及引水隧道建筑工程1#、2#取水隧道盾构掘进施工方案。
涉及的构筑物为2条钢筋混凝土引水隧道,1#引水隧道单根长1509.35m,其中标准段长1461.6m,特殊段长47.75m。
2#引水隧道单根长1506.65m,其中标准段长1458.9m,特殊段长47.75m。
本工程隧道标准段管片宽度为0.9m,隧道外径5.5m,内径4.84m,壁厚为0.33m。
特殊段管片宽度为0.955m,隧道外径5.5m,内径4.84m。
壁厚为0.33m。
取水隧道采用盾构法施工,每条盾构端部设置8根竖向取水口,采用垂直顶升工艺,垂直顶升管为矩形断面,内尺寸1.54m×1.54m,壁厚180mm,垂直顶升管头部安装取水头进水格栅,取水头为耐海水钢结构,隧道特殊段钢结构管片及立管采用阴极保护,取水口四侧泥面采用水下抛块石保护。
1.2工程难点
1、盾构主要穿越的二层土呈含水量大、孔隙比大、重度小、承载力低的特征,工程性质差,且土体为欠固结,容易引起隧道沉降。
2、盾构与循泵房上部结构平行施工。
3、穿越海堤时须加强沉降监测,控制沉降量。
4、本工程单根隧道掘进长度均超过1500米,属于超长距离隧道。
长距离隧道产生严重的电压降,施工进、排水水头损失较大,隧道内空气置换困难,劳动卫生环境较差,盾尾钢丝刷磨损严重,易造成盾尾油脂损失,密封止水效果变差。
5、盾构施工主体存在车架转换过程,初期掘进时盾构台车都放置在地面上,盾构掘进30m后进行车架转换。
这样给盾构施工带来施工场地紧张、初期掘进速度较慢和车架转换时需要换撑等难题。
1.3工程地质条件以及水文条件
1.3.1工程地质条件
根据浙能乐清电厂工程施工图设计阶段《岩土工程勘察报告》,绘制地质剖面图,详见附图一:
《#1井取水隧道地质剖面图》。
有关地基土的物理力学性质指标详见下表:
地层特性表
层序
地层名称
层厚
(m)
层顶标高
(m)
湿度
状态
密实性
土层描述
21
淤泥
9.80~16.50
-9.21~-25.80
流塑
青灰色,灰褐色、含有机质及云母片,混少量贝壳碎片。
22
淤泥
5.00~16.70
-19.21~-40.60
流塑
灰褐色,浅灰绿色,似鳞片状结构,偶见碎石及白色贝壳碎片。
3
淤泥质粘土
0.60~13.70
-19.81~-42.00
流~软塑
灰色,具有明显的鳞片状,偶见贝壳碎屑。
5
粘土
3.90~22.60
-26.76~-51.57
可塑
灰绿色,混铁锰质结核。
52
粘土
6.20~9.70
-36.46~-41.87
软~可塑
稍~中密
绿灰色,混铁猛质斑块。
1.3.1工程水文条件
1、潮位资料
千年一遇高潮位H0.1%6.76mH99%低潮位-4.21m
二百年一遇高潮位H0.5%6.08mH98%低潮位-4.14m
百年一遇高潮位H1%5.78mH97%低潮位-4.11m
五十年一遇高潮位H2%5.49m多年平均低潮位-1.95m
二十年一遇高潮位H5%5.10m多年平均低潮位2.57m
2、波浪资料(厂址区域)
200年一遇高潮位与50年一遇的波浪遭遇:
=1.52m,H1%=3.11m,H4%=2.71m,H13%=2.27m,
=4.77s,L=31.0m波向:
SE-SSE
20年一遇高潮位与20年一遇的波浪遭遇:
=1.26m,H1%=2.59m,H4%=2.25m,H13%=1.89m,
=4.287s,L=25.3m波向:
SE-SSE
3、流速资料:
取水区域测点最大流速1.31m/s(垂直平均)
4、地下水
场地环境水为海水与地下水,地下水受海水补给,水质与海水接近,海水对混凝土结构无腐蚀性,在长期浸水条件下,海水对混凝土中的钢筋有弱腐蚀性;在干湿交替条件下,海水对混凝土中的钢筋有强腐蚀性;对钢结构具中等腐蚀性。
1.4盾构机主要技术参数
1、盾壳尺寸
外径Φ5640mm
内径Ф5560mm
拼装间隙30mm
盾构长度6790mm
灵敏度1.2
结构形式整体结构
2、网格尺寸
网格梁1200×1800
小网格400×360mm
闸门开口860×500mm
开口位置盾构中心
闸门油缸HSGH02-100/502601-560(8台)
3、推进系统
长行程千斤顶1200KN×2150mm×7
短行程千斤顶1200KN×1250mm×19
总推力31200KN(2600T)
单位面积推力1248.8KN/m2
最大推进速度60cm/min(盾构机整机推进速度3.5cm/min)
推进泵(25SCY14-1B×2)P=30MPa
4、拼装机
提升能力100KN
行程900mm
平移行程1050mm
回转范围±210°(需报警提示)
转速1.5r.p.m(可调)
回转泵63SCY14-1BP=16MPa
拼装泵10SCY14-1B×2P=16MPa
1.5隧道线性特征
1.5.1隧道平面轴线特征
1#隧道
2#隧道
曲率半径R(m)
长度(m)
曲率半径R(m)
长度(m)
直线段
314.9
直线段
584.9
左向圆曲线R1377.75
113.5
右向圆曲线R1377.75
113.5
直线段
1080.9
直线段
808.3
总计
1509.3
总计
1506.6
1.5.2隧道竖向轴线特征
#1隧道
#2隧道
曲率半径R(m)
长度(m)
曲率半径R(m)
长度(m)
直线段
780.3
直线段
775.8
凹曲线R1377.75
28.8
凹曲线R1377.75
28.8
直线段
700.25
直线段
702.05
总计
1509.35
总计
1506.65
1.5.3隧道上部覆土情况
本工程隧道中心最低标高相当于1985国家高程-25.7m,最高标高约-9.6m。
本区间隧道上部覆土厚度为10.4~16.1m。
第二章施工策划
2.1施工人员配置
二、劳动力配置
劳动力配置一览表
序号
施工工种
数量
备注
1
作业班组长
4
2
起重工
12
3
盾构司机
5
兼钳工
4
拌浆工
1
5
机工
3
6
电工
6
7
测量工
4
8
电焊冷作工
6
9
行车工
4
10
普工
80
合计
125
2.2施工机械设备配置
序号
设备名称
规格型号
数量
国别产地
额定功率KW
生产
能力
备注
1
液压反铲
WY100
1
国产
1m3
自有
2
履带吊
IPD
2
日本
150kw
50t
自有
3
电焊机
AX300
4
国产
500A
自有
4
电焊机
BX-300
1
国产
自有
5
电动空压机
20m3
2
国产
65kw
自有
6
水力机械
8
国产
自有
7
低压水泵
10SH-13
2
国产
37KW
400m3/h
自有
8
高压水泵
TSWA150X9
8
国产
180kw
180m3/h
自有
9
砂轮机
S3-350
1
国产
自有
10
载重卡车
8~15t
2
国产
自有
11
潜水泵
QY-25
10
国产
2.2kw
15m3/h
自有
12
农用泵
76NL
6
国产
3kw
15m3/h
自有
13
网格式
盾构机
Φ4930mm
4
<650kw
制造
14
盾构反力架
2
国产
自有
15
盾构发射台
2
国产
自有
16
泥浆搅拌机
0.4m3
2
国产
2.5kw
自有
17
储水箱
10m3
1
国产
自有
18
电动葫芦
5t
2
国产
22KW
5t
自有
19
电瓶车
JK14/196
4
国产
80KW
自有
20
注浆车
1.5m3
2
国产
11KW
10m3/时
自有
21
轴流风机
SDF-0.65
4
国产
44KW
700m3/min
自有
22
门吊
10t
2
国产
80KW
10t
自有
23
空气滤清器
1
国产
自有
24
卷扬机
1t快速
2
国产
11KW
1t
自有
25
卷扬机
5t慢速
2
国产
11KW
5t
自有
26
汽车吊
25t
1
美国
25t
自有
27
千斤顶
80t
6
国产
自有
28
泥浆泵
6寸
2
国产
15KW
100m3/h
自有
29
全站仪
索佳
1
国产
自有
30
经纬仪
T2
1
瑞士
自有
31
水准仪
N2
1
瑞士
自有
32
经纬仪
J2
1
国产
自有
33
水准仪
S2
1
国产
自有
34
气体检测器
AJW-2
1
日本
自有
35
振动锤
45KW
1
日本
自有
36
管片车
自制
4
国产
自有
37
注浆泵
G80
2
国产
22KW
15m3/h
自有
2.3主要工程材料、半成品计划
序
材料名称
规格
单位
数量
使用部位
备注
1
钢筋混凝土管片
φ4840
环
3255
标准段
另10环负环
2
特殊环管片
φ4840
环
100
特殊段
3
环向螺栓
12.9级
套
27444
管片拼装
4
环向螺栓
10.9级
套
11496
管片拼装
5
纵向螺栓
10.9级
套
3984
管片拼装
6
纵向螺栓
4.8级
套
34956
管片拼装
7
氯丁橡胶与水膨性硫化复合而成的弹性密封垫
米
120022
接缝防水
8
水膨性弹性密封垫
米
21862
接缝防水
9
橡胶软木传力衬垫
100×3×900
条
19470
接缝防水
10
橡胶软木传力衬垫
60×3×900
条
19470
接缝防水
11
盾尾油脂
Kg
20000
盾构机
2.4生产设施布置
⑴供水
在海堤外依靠两台6″泵接入施工现场,供盾构水力机械使用。
(详见取水平面布置示意图)
⑵供电
在整个施工现场临时用电设备中:
1、Φ5640盾构机
电压0.4KV,双电源进户,容量为2×150KW
800KVA变压器系统400/230V可供回路:
400A×2,630×2
盾构机容量250KVA电缆三相五线重型橡套电缆,经双电源切换装置输送至盾构受电柜,电压等级0.5KV。
2、其余用电设备
800KVA变压器系统400/230V可供回路:
400A×2,630×2
其中:
一级负荷:
盾构机,隧道照明
其它用电设备一般归为三级负荷
⑶拌浆系统
一个工作井附近设两套拌浆系统,供盾构推进时注浆用。
⑷井上垂直运输设备
井上设置一台跨度为10.5m、起重量为10吨的门式行车。
门式行车担负管片运输车的卸车、管片及井上井下垂直运输。
⑸隧道内水平运输
隧道内配一台牵引力为120KN电瓶车和相配套的管片车、运浆车。
⑹隧道内施工布置
a.运输钢轨布置
钢轨规格为22kg/m,钢轨中心距均为813mm,外侧钢轨为车架行走轨道。
轨枕用8号槽钢加工而成,轨道与轨枕之间用压板焊接。
b.隧道照明
隧道照明布置在隧道内侧左上方部位,照明灯具采用40W防潮型萤光灯,每10环布置一只。
每100环设一只100A专用分段开关箱。
工作井照明采用GGD—3500镝灯。
c.人行走道
人行走道位于照明灯一侧下方,走道板采用木脚手板,宽度60cm,用铁件固定。
d.隧道排水
工作井及隧道内配置足量的排水设备,以保证雨季汛期的隧道安全。
考虑到本工程隧道推进为下坡,在盾构机尾部作业面配2台2”扬程为40米的潜水泵,以排除盾构施工出现的水。
e.隧道通讯
隧道与井上通讯联络采用电话。
f.隧道通风
盾构头部局部区域采用轴流风扇通风形式,进一步改善工作面的施工环境。
⑺管片堆场
管片堆场布置工作井附近,每垛管片堆高为六块,内弧面向上叠放,上下管片间放置两条木垫板,垛与垛之间留有通道。
2.5开工前准备工作
工程正式开工前应做好以下工作:
1.图纸会审;
2.设计交底;
3.施工方案编制、审核、补正;
4.测量控制点放样、复核、确认;
5.技术交底;
6.人员到位;
7.材料、设备、设施组织完毕;
8.技术资料准备完毕。
第三章施工工艺及施工方案
3.1盾构隧道施工工艺流程
3.2盾构隧道施工总平面布置
3.3隧道洞口处理
采用压密注浆进行地基加固。
加固范围:
高度为洞圈向下延伸3m,向上延伸3m范围,宽度为洞圈向左右各延伸3m的距离,加固厚度为6m。
加固要求均匀,不留死角,加固后的土体应有很好的匀质性、自立性,无侧限抗压强度qu=0.8~1.0MPa。
并注意控制加固体强度不应过高,以免盾构出洞困难。
3.4盾构出洞及初期掘进
盾构掘进至30m长度时,暂停掘进,在隧道内安装台车轨道,拆除工作井内临时管片上半部分钢支撑,将台车逐节吊下工作井安放在台车轨道上,牵引到隧道前端,逐节连接到盾构掘进机上,使台车与盾构机成为联动装置。
在台车转换的同时进行有关设备的转换。
台车转换完成后,在临时管片(负环)后端部与工作井后座墙之间安装钢支撑后继续掘进。
8、初期掘进出泥
盾构掘进初期,由于台车无法下井,导致盾构机自身配备的卧式水力机械无法安装,因此在井内安装一套临时卧式水力机械作为临时出泥装置。
盾构掘进至30m进行台车转换后,拆除临时卧式水力机械,转而采用盾构机自身配备卧式水力机械出泥。
3.5盾构正式掘进
初期掘进100m后,拆除出洞端头井内的负环管片转入正式掘进。
1.盾构正式掘进时,加强施工监测,随时调整掘时参数,不断完善施工工艺,控制隧道实际轴线与变更设计轴线允许偏差(上、下、左、右)不超过150mm。
2.盾构推进过程中,坡度不能突变,隧道轴线和折角变化不能超0.4%。
3.施工过程中,应严格控制推进里程,在曲线段衬砌环的位置与设计中的里程偏离不得大于100mm。
4.切实做好环境保护(地下管线、海堤)工作。
上述各项工作,必须逐项、逐日做好记录。
5.施工记录内容:
(1)隧道掘进
——环号
——盾构正面土压力
——盾构推力、千斤顶开启数量及位置、油压
——盾构内壁与管片外侧环形空隙(上、下、左、右)
(2)壁后注浆
——注浆压力、数量、稠度
——注浆材料配比
(3)测量
——盾构倾斜度
——盾构旋转
——推进总距离
——隧道衬砌环轴心的确切位置(X、Y、Z)与设计轴心的偏差。
(4)每推进一百米,提交一次给监理工程师。
3.6高压旋喷桩施工
Ⅱ区的高压旋喷施工在盾构管道内进行,待盾构掘进至140环左右时停止掘进,根据事先在盾构管片B2块上所预留的高压旋喷孔进行高压旋喷加固(施工工艺详地基加固施工方案)。
本加固工程采用二重管高压喷射注浆法施工,在引水隧道内施工,以保证旋喷注浆影响半径达到500mm。
主要注浆材料为32.5普通硅酸盐水泥。
浆液配合比为:
水:
水泥=1:
1,每立方米水泥用量为450公斤。
高压喷射注浆施工技术参数详见下表
旋喷注浆
浆
压力
20Mpa
排量
80-120L/min(并且≥30L/min)
气
压力
0.7Mpa
排量
10m3/min
提升速度
15-18cm/min
旋转速度
20r/min
影响半径
500mm
3.7注浆材料的制备
1、注浆材料
本标段注浆材料采用经上海地铁1号线、2号线、4号线、6号线以及8号线施工中优化筛选的惰性浆配比,主要组成成分为磨细粉煤灰、钠基膨润土、粉煤灰渣等。
浆液稠度为7~9cm,长时间搁置不产生材料离析,具有较好的流动性、抗液化性,压注后体积变化小。
2、注浆材料的制备
注浆材料在搅拌系统成浆后,经管道溜入井内运浆车内,运浆车由电瓶车牵引至盾构尾部泵入车架注浆箱内待用。
材料
种类
水(kg)
膨润土(kg)
粉煤灰(kg)
黄砂(kg)
水泥(kg)
壁后注浆
1130
260
780
1300
二次补浆
2000
400
1200
(上述数量按2m3计算)
3.8壁后注浆和二次注浆
1、壁后注浆
由于现在盾构注浆采用壁后注浆,考虑在盾构推进中每环壁后注惰性浆量1.3~1.8m3(理论建筑空隙为1.22m3/环),注浆压力约0.3~0.6Mpa,在每掘进5环后,将惰性浆放至送浆车内利用电瓶车牵引至台车后处,通过凿除管片注浆孔对这5环管片区域内压浆,即防止地面的沉降,又起到防止隧道后期沉降,考虑注浆方量为1.5m3/环。
2、二次补浆
除去上述壁后注浆措施外,考虑到浆液体积收缩会加剧地表的后期沉降量,又由于盾构推力,衬砌和土层间会相互分离,对此还需进行二次补浆。
二次注浆不仅能有效地减少地表后期沉降,并对分离部分进行填实,使它们成为整体,以提高止水能力,也有利控制隧道本身的沉降量。
在管片出盾尾8环后,即可在沉降较大区域的范围内采用单液水泥浆对管片的建筑空隙进行二次注浆,整个区间每隔5环注浆一次。
要求浆液满足泵送要求,泌水率<3‰,浆液一天强度≥0.2Mpa,28天的强度≥3Mpa。
压浆前将衬砌管片的闷头拆除,安装上专用注浆阀门后将管片外层的素砼保护层(厚50mm)凿通,压浆时利用Φ50的胶管将转驳车与注浆阀门连接,利用转驳泵进行注浆。
注浆初期利用较高压力疏通注浆口,正常后压力维持在0.3~0.5Mpa,每次注浆量约2~2.5m3。
如发生注浆量超过3m3或注浆压力超过0.7Mpa两者其中之一种情况,注浆即停止。
3.9衬砌拼装
1、衬砌拼装形式
衬砌拼装纵缝为通缝拼装,衬砌内、外直径分别为Φ4.84m和Φ5.5m,衬砌宽度0.9m。
其中管片衬砌分为标准段和特殊段,钢筋砼衬衬砌设计强度为C50,抗渗等级为W10,其中标准段为6块预制钢筋混凝土管片拼装而成,由封顶块(F)、邻接块(L1)、(L2)、标准块(B1)、(B2)、(B3)各一构成。
衬砌自下而上对称拼装,封顶块和邻接块搭接1/3,最后纵向插入,封顶块安装时须保证两块接块间有足够的插入空间。
特殊环衬砌为钢管片和复合管片组成,其中分为开口环(KK)和闭口环(BK)两种,开口环分为KK1和KK2,闭口环分为BK1、BK2和BK3。
特殊环由复合管片三块BF1、一块BF2以及钢管片GL、GD和GF各一共七块构成。
衬砌采用通缝拼装,自GD开始由上而下逆时针拼装,最后GF纵向插入。
2、衬砌连接螺栓
钢筋砼衬砌纵向采用M30双头直螺栓连接,环向采用M30双头直螺栓连接,环向螺栓每环12套,纵向螺栓每环12套。
钢管片及复合管片纵向采用M36双头直螺栓连接,环向采用M42双头直螺栓连接,环向螺栓每环28套,纵向螺栓每环34套。
所有连接件均采用热浸锌防锈处理。
3、衬砌拼装
1、管片搬运、拼装、推进过程中应采取适当措施,严防缺角、缺边及顶裂,为此拼装要经常注意环面平整度的检查,必要时要垫片调整。
2、在盾构推好一环后必须及时性拧紧该环、纵向螺栓,并对出盾构车架的管片环、纵向螺栓进行复拧。
3、提高拼装精度,其中相邻环间拱底块环相对旋转值≤10mm,衬砌成环后(刚出盾尾时)直径允许偏差±44mm、环缝张开≤4mm,纵缝张开≤4mm,相邻环管片允许高差≤10mm,轴线偏差≤300mm。
3.10衬砌防水
1、衬砌环纵缝防水采用角部棱角分明的框形橡胶密封垫,密封垫由氯丁橡胶与遇水膨胀橡胶硫化复合而成。
2、密封垫表层遇水膨胀橡胶遇水和潮气会膨胀,故逢雨天应覆盖塑料布,在密封垫表层涂刷缓膨胀剂。
3、弹性密封垫与混凝土管片间用单组分氯丁-酚醛胶粘剂粘结。
4、封顶块、邻接块纵缝弹性密封垫内设置尼龙绳或
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