尚哈区间盾构下穿哈尔滨站站场铁路专项方案.docx
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尚哈区间盾构下穿哈尔滨站站场铁路专项方案
哈尔滨市轨道交通2号线一期工程土建工程
尚志大街站~哈尔滨站站区间盾构
下穿哈尔滨站站场铁路专项方案
编制:
______________
审核:
______________
批准:
______________
中国水利水电第四工程局有限公司
哈尔滨市轨道交通2号线一期工程土建施工七标项目部
2017年6月
一、编制依据与编制原则
1.1编制依据
(1)《哈尔滨市轨道交通2号线一期工程尚志大街站~哈尔滨站站区间设计》
(2)《哈尔滨市轨道交通2号线一期工程施工图设计及施工图技术要求》
(3)《哈尔滨市轨道交通2号线一期工程项目勘察第Ⅲ标段岩土工程勘察报告》
(4)《城市轨道交通工程安全管理暂行办法》
(5)《哈尔滨地铁工程安全风险等级划分及分类标准(暂行)规定》
(6)《地铁设计规范》(GB50157-2013)
(7)《地下工程防水技术规范》(GB50108-2011)
(8)《铁路隧道设计规范》(TB10003-2016)
(9)《铁路轨道工程质量验收标准》(TB10413-2003)
(10)《铁路路基设计规范》(TB10001-2015)
(11)《铁路线路修理规则》(铁运【2006】146号)
(12)《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299-1999(2003版))
(13)地铁线路相关设计图纸、文件、现场调查资料
(14)盾构机设计加工图纸,说明书等技术文件
(15)国家、黑龙江省及哈尔滨市现行有关规定、规程和技术规定
1.2编制原则
(1)确保技术方案针对性强、操作性强;施工方案经济、合理。
坚持技术先进性、科学合理性、经济适用性与实事求是相结合。
(2)盾构机施工下穿铁路运营线确保安全放在首位,坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的原则,建设、设计、施工、监理、行车组织、设备管理等单位和部门必须严格执行相关管理办法及规定。
(3)遵守铁路安全运营管理条例,在施工过程中严格服从铁路单位管理的原则。
(4)建立质量管理体系,严格按设计文件、施工规范和技术标准施工,实行全面质量管理,确保工程质量合格。
(5)建立职业健康安全管理体系,关注安全,关爱生命,以人为本。
(6)坚持“文明施工,做好环境保护”的原则。
建立环境管理体系,并制定详细的监控量测方案,确保周围环境、建(构)筑物和管线不受破坏。
(7)坚持“因地制宜、技术可靠、经济合理”的原则。
结合施工环境,合理配置资源,不断优化施工技术,积极应用新技术、新材料、新工艺、新设备。
二、工程概况
2.1下穿铁路段区间概述
尚志大街站~哈尔滨站站区间右线起讫里程SK17+873.800~CSK18+525.205,区间长度651.405m。
左线起讫里程XK17+873.800~XK18+525.205,长链1.26m,区间长度652.665m,区间采用盾构法施工。
地铁区间线间距为14.0~16.4m,区间覆土约为11.2m~14.0m。
区间下穿站场右线里程范围:
SK18+315.101~SK18+435.154,下穿段区间长120.053m,共计100环(368环~468环);区间下穿左线里程范围:
XK18+318.897~XK18+434.405,下穿段区间长115.148m,共计97环(372环~469环)。
哈牡客专铁路
图2-1尚哈区间下穿哈牡客专铁路示意图
2.2隧道结构设计
本区间盾构隧道设计为双线圆形隧道,隧道衬砌采用预制钢筋砼管片错缝拼装,隧道内径为5400mm,外径6000mm,管片环宽1200mm,厚300mm,每环由6块组成,采用C55防水混凝土,抗渗等级大于等于P10。
管片类型为标准环加左、右转弯环,环向以12个M27螺旋连接,纵向以10个M24螺栓连接。
2.3地铁与铁路关系
区间于国铁哈尔滨站东北侧下穿哈尔滨站新建及改造线路,下穿范围为哈牡客专HMDK0+291.384~HMDK0+313.515,下穿股道包括正线、到发线、渡线,共下穿20股道,10处岔道,均为有砟道床,隧道的下穿处位于隧道轴线直线段上。
图2-2尚哈区间下穿铁路平面位置关系图
图2-3下穿哈尔滨站站场铁路横断面图
2.4既有铁路概况
国铁哈尔滨站站场改造工程已启动,站场改造分北场、南场两期进行,地铁区间隧道下穿哈尔滨站站场新建及改造铁路线,下穿站场范围为哈牡客专HMDK0+293.513~HMDK0+315.513,下穿股道包含正线、到发线、渡线,其中到发线、渡线设计时速不大于80km/h,正线设计时速不大于120km/h,轨面标高128.081~128.138,均为砟道床。
下穿范围各股道及道岔详细参数如下表。
股道表表2-1
编号
名称
轨型(kg/m)
起迄道岔
有效长
附注
1
到发线
60
1123
经由
1074
693
电化
2
正线
60
1003,1025,1100,1117,1123,1072,1074,1036,1038
669
电化
3
正线
60
1027,1033,1079,1087,1103,1111,1115,1070,1028,1034,1040,1046
704
电化
4
到发线
60
1111
1113,1119,1078
1076
676
电化
5
到发线
60
1121
1078
674
电化
6
正线
60
1119
1121、1082、1076、1060、1048、1054、1020、1026
677
电化
7
正线
60
1127
1080、1062、1068、1086、1056、1058、1018
667
电化
8
到发线
60
1125
1127、1084、1062~1068
1060
673
电化
9
到发线
60
1107
1109、1125
1084
683
电化
10
正线
60
1131
1188、1090、1012、1014
663
电化
11
到发线
60
1129
1131、1092
1094
683
电化
12
正线
60
1133
1135、1094、1016、1010
688
电化
13
正线
60
1015~1021、1063~1069、1051~1057、1091、1133、1096、1004、1006
688
电化
14
正线
60
1061、1023、1089、1059、1037、1098、1100、1006
686
电化
15
到发线
60
1139~1145
1061、1023、1089、1059、1137、1098、1100、1008、1102
1102
692
电化
16
到发线
60
1137
1139~1145、1102
1100
696
电化
道岔表表2-2
轨型
道岔类型
道岔编号
组数
备注
60kg/m
12
右开
1078、1084、1088、1092、1098
23
GLC(08)01
60kg/m
12
左开
1072、1074、1080、1082、1102
22
GLC(08)01
2.5区间水文地质情况
(1)水文、地质特征
尚志大街站~哈尔滨站站区间位于松花江漫滩向松花江阶地过渡地带。
区间范围内地层主要为:
全新统人工堆积层(Q4ml);上更新统顾乡屯组冲积层(Q33gal),下更新统东深井组冰水堆积层(Q12dfgl)。
场地地下水可分为上层滞水、孔隙潜水、孔隙承压水,主要穿越地层为杂填土、11a粉质黏土、10-2a粉质黏土、12-1含泥粉细砂、粉砂、中砂。
盾构机在中砂、粉砂地层中下穿哈尔滨站站场铁路,水位线整体位于隧道轴线上方。
图2-4下穿哈尔滨站站场铁路横断面图
(2)气象特征
哈尔滨市气候的特点是四季分明,冬季漫长而寒冷,夏季短暂而炎热,而春、秋季气温升降变化快,属于过渡季节,时间较短。
受地理环境、海陆气团和季风的交替影响,全市各季气候差异显著,变化很大。
冬季在极地大陆气团控制下,气候寒冷干燥;夏季受副热带海洋气团影响,降水充沛,气候温热;春、秋两季因冬、夏季风交替影响,气候多变,春季多大风,降水少,易干旱;秋季降温剧烈,常有霜冻危害。
三、本工程特点及重难点分析
3.1工程特点、重难点分析
3.1.1工程特点
(1)区间地质水文条件较差
下穿节点处盾构隧道主要位于粉质黏土、粉砂、中砂中,隧道上部分布有不同深度的杂填土、粉质黏土,杂填土及粉质黏土,覆土厚度约8.6m左右。
(2)隧道轴线相对平缓
盾构隧道顶顶部埋深约12m左右,距离铁路路基距离较大,减小了地铁与铁路之间的相互影响,同时隧道轴线相对平缓,对工程有利。
3.1.2工程重难点
1)盾构下穿路基易产生不均匀沉降
区间施工采用盾构法,盾构机掘进期间,一方面由于盾构机外壳与土体、管片与土体存在间隙,以及注浆时效性和浆液自身存在收缩性,导致土体产生地层损失,引起地层产生沉降;另一方面,盾构机对掌子面的预压力和土层的水土压力存在差异,引起相应土体受拉、受压,出现沉降或隆起;同时,施工扰动、渗漏水、盾构机低头和抬头、超挖等亦可能引起地层的沉降或隆起。
上述情况将不同程度的引起土体的隆起或沉降,从而引起周围土体的变形,进而导致铁路路基的沉降或隆起,变形过大时,将影响铁路正常运营和安全。
2)下穿股道量大
下穿区域位于哈尔滨火车站咽喉区,股道众多,其中包括正线、到发线和渡线等共计20股道,对盾构掘进控制要求较高。
3)富水砂层掘进
盾构机在粉砂、中砂地层中下穿铁路,本区间位于松花江漫滩到松花江阶地过度地带,地下水可分为上层滞水、孔隙潜水、孔隙微承压水,地下水位较高,地下水位线均位于隧道上方,下铁路范围内地质主要为富水砂层,地质条件较差。
3.2本工程重难点的应对措施
(1)下穿铁路线,地质较差。
针对盾构机下穿铁路线情况,对铁路线下部区域进行水泥搅拌桩预加固处理。
(2)为了进一步防止盾构下穿铁路时对地层的影响,拟采用二次注浆方法以确保下穿铁路沉降控制;具体在盾构机下穿哈尔滨铁路站场时,管片拖出盾尾5环后,在2点位、10点位压注双液浆,在4点位、8点位压注单液浆,以保证管片脱出盾尾时隧道开挖面顶部快速成拱控制沉降。
图3-1注浆点位分布图
(3)合理组织,确保盾构下穿铁路施工的顺利完成
抽调类似工程施工经验丰富的管理人员及操作人员负责此区域下穿铁路施工任务。
在施工过程中加大周转材料的储备量,抓好各工序的衔接工作,积极协调内、外部关系,确保工程的顺利实施及铁路运营安全。
(4)加强协调、明确责任,确保盾构下穿铁路施工的有序进行
施工前编制有针对性、操作性的专项施工方案,并邀请专家进行论证。
施工过程中严格按审批的施工专项方案实施,与有关铁路管理单位加强协调,明确各自的职责、义务。
(5)加强线路、路基监控,做好线路应急养护措施
对盾构机下穿全过程实时动态监测,监测内容有轨道下沉、轨道横移、轨距变化和道床纵向沉降等,测量结果安排专人跟踪分析并提出相应改进措施、施工参数,并将其分析成果及时反馈给盾构机机长,全过程做到信息化动态施工管理。
(6)提前计划,落实施工把关要求,制定安全防护措施
所有作业人员上岗前进行营业线施工安全教育及技术交底,明确施工技术要求及安全风险,并制定风险应对措施。
(7)良好的渣土改良方法能使渣土不黏结刀具、刀盘、顺利出仓,取得较快掘进速度,从而减少对软弱土层的扰动,有利于稳定地层、顺利通过。
因此,必须制定有效的渣土改良措施,合理的注入优质膨润土是成为改良效果好坏的关键因素。
在富水砂层掘进过时向开挖面注入优质膨润土,理论膨润土注入量817kg/环。
使搅拌后的切削土体具有止水性和流动性,既可使渣土顺利排出,减小喷涌,又能稳定开挖面的压力。
(8)盾构在施工或停机时需采用土压平衡模式,并且使土仓内的渣土密度尽可能与隧道开挖面上的土壤密度接近,土仓内的压力通过掘进速度或螺旋机转速来调节,在停机前在掌子面注入膨润土,使土仓中的塑流性渣土的土压力能始终与开挖面上的水土保持平衡,保持开挖面的稳定以保证掌子面压力稳定,同时保证土仓渣土满仓。
四、施工筹划
4.1施工方法
本工程施工选用1台铁建重工公司生产土压平衡盾构机和1台海瑞克S-816土压平衡式盾构机进行施工;在盾构到达距下穿铁路段100m时,做好下穿铁路应急物资储备工作(盾构机及后配套的易损件、施工消耗材料等);在盾构到达距下穿铁路段50m时,安排电气工程师、测量工程师及维保人员对盾构机、后配套、检测系统等进行全面系统检查维护保养,对盾构机姿态、刀具性能、同步注浆状态、隧道轴线情况等进行系统全面检查、复核、评估,确保下穿铁路时盾构平稳、均匀通过,下穿前后30m做三道止水环,下穿中加强二次补浆,以确保下穿铁路安全。
止水环施工方法:
凿穿注浆孔,采用注浆机依次在每块管片的注浆孔进行全断面注浆,浆液采用双液浆,注浆压力不得高于4bar,等双液浆凝固后形成一道止水环,每3环做一道止水环,一共3道止水环,注浆材料在不影响正常掘进注浆的情况下利用电瓶车进行倒运。
4.2施工进度计划
盾构下穿铁路计划左、右线各为10天,根据我项目目前现有的施工准备、施工技术力量及对类似工程的施工经验的实际情况,合理安排人员、设备、材料、资金确保下穿铁路施工顺利。
节点时间表表4-1
序号
项目
节点时间
1
右线始发时间
2017.7.20
2
左线始发时间
2017.8.5
3
右线盾构下穿哈牡客专计划时间
2017.8.30-2017.9.10
4
左线盾构下穿哈牡客专计划时间
2017.9.20-2017.9.30
4.3主要工程数量
盾构下穿铁路表4-2
项目名称
单位
数量
左线
盾构隧道下穿段掘进
延米
115.148
管片拼装
环
97
右线
盾构隧道下穿段掘进
延米
120.053
管片拼装
环
100
4.4劳动力需求
盾构施工共需140人。
其中:
管理人员20人,盾构作业人员120人,劳动力配备以单台盾构机两班作业为例,劳动力配备表见下表。
单台盾构机施工劳动力配备表表4-3
序号
工种
人数(单位:
人)
备注
1
单机两班施工队长
2(正、副各1人)
管理人员
2
盾构机操作司机
4
3
土建工程师
2
4
管片拼装工
2
拼装手兼班长
5
注浆工
4
6
电工
4
7
修理工
10
8
司索工
4
9
电瓶车司机
2
10
龙门吊司机
4
11
挂钩
8
12
地面配合
8
13
地面机修
8
合计
60人
五、施工方案
5.1施工技术准备工作
5.1.1严格管理制度,做好详细的技术交底
(1)严格执行各项施工生产管理制度,精心准备,精心施工,进行详细的安全技术交底,确保在穿越施工过程安全、顺利。
(2)根据此下穿段的水文地质情况,计算出下穿铁路的理论掘进参数;在过铁路区域时严格按照技术交底内容进行施工。
盾构机参数表表5-1
序号
掘进参数
下穿铁路参数
1
总推力(KN)
10000~12000
2
刀盘扭矩(KN·m)
2000~2500
3
刀盘转速(rpm)
1.3
4
掘进速度(mm/min)
40~50
5
土仓压力(bar)
1.4~1.6
6
同步注浆量(m3)
4.8~6.5
7
同步注浆压力(bar)
2.7~3.0
8
发泡剂比例
30%~50%
9
发泡剂注入速度(l/min)
200~400
10
油脂消耗量(kg/环)
35~50
11
单环出土量(m3)
37~38
12
二次注浆压力(bar)
2.5~3
5.1.2施工准备和管理
严格保证施工的连续性,在过铁路之前应做好各项物资准备,防止因为物资准备不足而造成停机,导致出现险情,从而影响铁路列车运行安全。
(1)现场管片准备:
现场每天需保证有足量的管片并及时根据用量进行补充。
(2)盾构施工耗材及周转材料准备:
盾尾油脂30桶、润滑油脂5桶、泡沫剂5000升、充足的轨道、轨枕,同时地面能保证有足够的存货。
(3)管片螺栓,止水橡胶条,抽水水泵等其他日用配件及常用现场设备应准备充分。
注浆材料的水泥、粉煤灰、水玻璃、膨润土等应准备充足。
渣池内渣土及时组织外运,保证隧道内能及时出土。
(4)设备准备包括:
盾构设备本身的良好状态,施工现场的龙门吊、电瓶车、充电机等设备的完好性与良好工作状态,电闸箱等供电设施的安全与稳定。
(5)人员准备包括:
穿越铁路段在公司范围内选择优秀设备操作手,包括盾构司机、设备维修与保养人员、管片拼装手、测量人员等,在人员准备方面保证盾构穿越顺利实施。
(6)实行领导带班制度,编制领导值班表。
5.2盾构推进施工
为了保证盾构机下穿铁路顺利完成,定时保养盾构机,保持盾构机各部分的正常运转,洞内安排跟班机修负责洞内设备维修,同时地面安排值班电工和机修负责地面设备维修,做到随叫随到,有问题及时解决。
取始发后前100米作为下穿铁路实验距离,以取得下穿铁路施工理论参考值;土压力、注浆压力、注浆方量、泡沫剂用量、推进速度、刀盘扭矩和转速等技术参数在始发100米后总结、优化出最佳的控制指标和参考值,同时再结合现场的施工状况和测量反馈回来的数据指导穿越铁路阶段的施工。
(始发后前100米掘进参数详见附件六)
5.2.1掘进参数的优化
(1)盾构推进通过设定推进速度,调整盾构机的排土量来实现土压平衡,控制地层压力与土仓压力的差值在一定范围,将土仓压力波动控制在最小幅度,以控制地面沉降。
(2)在推进到达铁路影响范围前10米左右时,按照穿越铁路的各种推进参数进行推进,根据地面沉降等各种反映出的变化,不断地调整推进参数,达到推进的理想参数配置,为真正穿越铁路取得试验数据。
(3)盾构推进通过对土压传感器检测的数据来控制千斤顶的推进速度,推进速度控制在4.0~5.0cm/min,并在推进过程中保持稳定;排土量为理论值的98%,施工中保持推进速度与出土速度相匹配。
(4)盾构推进过程中,保持好盾构机姿态,使实际施工隧道轴线与设计轴线尽量一致,减少纠偏。
为防止盾构掘进时地下水及同步注浆浆液从盾尾窜入隧道,需在盾尾钢丝刷位置加强盾尾油脂注入,确保施工过程中盾尾与管片的间歇内充满盾尾油脂,达到盾构的密封功能。
(5)在盾构机下穿铁路前后30米处加强同步注浆量,同时做三道止水环,防止在下穿铁路时地下水回流,进一步防止铁路路基沉降。
5.2.2同步注浆与二次注浆
①同步注浆配比及注浆方法
盾构施工引起的建筑空隙、地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结,是导致地表沉降的主要因素。
盾构隧道主要通过均布在盾壳体外的同步注浆管来控制地表沉降。
同步注浆液采用单液浆,水泥砂浆基准配合比如下表所示。
该浆液凝胶时间短,以便在填充地层的同时能尽早获得浆液固结体强度,保证开挖面安全并防止漏浆;并确保在列车振动和7级地震下不液化。
水泥砂浆材料用量表(kg/m3)表5-2
水泥(Kg)
砂(Kg)
粉煤灰(Kg)
水(Kg)
膨润土(Kg)
200
600
400
400
35
注浆压力为2.5~3bar左右,并根据盾构推进速度控制注浆量,实际注浆量采用理论值的150%~200%。
同步注浆速度和推进保持同步,即在盾构机推进的同时进行注浆,推进停止后,注浆也相应停止,如果注浆压力较低,可停机后适当补浆。
壁后注浆装置由注浆泵、清洗泵、储浆罐、管路、阀件等组成。
当盾构掘进时,注浆泵将储浆罐中的浆液泵出,通过四条独立的输浆管道,通到盾尾壳体内的4根同步注浆管,对管片外表面的环行空隙中进行同步注浆,在每条输浆管道上都有一个压力传感器,在每个注浆点都有监控设备监视每环的注浆量和注浆压力;而且每条注浆管道上设有两个调整阀,当压力达到最大时,其中一个阀就会使注浆泵关闭,而当压力达到最小时,另外一个阀就会使注浆泵打开,继续注浆。
盾尾密封采用三道钢丝刷加注盾尾油脂密封,确保周边地基的土砂和地下注浆量和注浆压力的大小可以实现自动控制和手动控制,手动控制可对每一条管道进行单个控制,而自动控制可实现对所有管道的同时控制。
①二次注浆
根据地面沉降的变化,进行二次注浆,以弥补同步注浆的不足,二次压浆在管片出盾尾2环后进行,采用水泥浆掺粉煤灰,注浆压力为不大于0.4Mpa。
施工中对压浆位置、压入量、压力值做详细记录,并根据地层变形监测信息及时调整,在确保压浆质量的前提下,方能进行下一环的推进施工。
二次注浆采用水泥浆和水玻璃双液浆,二次注浆的配比为:
水泥浆(单液浆):
膨润土:
粉煤灰:
砂:
水:
水泥=200kg:
500kg:
700kg:
430kg:
200kg
水玻璃双液浆:
水泥浆水灰比0.5,水泥浆和水玻璃比例1∶1。
经过试验得出凝结时间45~60秒。
5.2.3盾构施工轴线控制
在盾构机进入穿越区之前,尽量将盾构机的姿态调整至最佳,减少盾构纠偏。
盾构施工过程中,工程技术人员根据地质变化、隧道埋深、地面荷载、地表沉降、盾构机姿态、刀盘扭矩、千斤顶推力等各种勘探、测量数据信息,正确下达每班掘进指令,并即时跟踪调整。
盾构机操作人员须严格执行指令,谨慎操作,盾构机在施工时保持压力值不要过大,并控制每次纠偏的量,一次纠偏量不宜过大,以减少对地层的扰动,并为管片良好拼装创造良好的条件。
(1)严格控制盾构机的姿态
①推进中加强测量,将测量数据反馈到轴线控制上。
②及时按测量信息进行调整。
③控制盾构机的推进速度。
(2)严格控制盾构纠偏量
对因轴线走偏,须予以纠正时,采用调整盾构千斤顶组合的措施进行纠偏:
在偏离方向相反处,调低该区域千斤顶工作压力,造成两区域千斤顶的行程差,从而达到纠偏的效果。
对于盾构机蛇形运动的修正,应以长距离慢慢修正为原则,一次纠偏量不宜超过5mm。
5.2.4严格控制管片拼装质量
管片拼装采用错缝拼装,管片在安装前仍要进行一次检查,再确认管片种类正确、质量完好无缺和密封垫粘结无脱落,管片的吊装孔预埋位置正确,管片接头使用的螺栓、螺母、垫圈、螺栓防水用密封垫等附件准备齐全后,才允许安装。
每环管片安装结束后要及时拧紧各个方向的螺栓,且在该环脱出盾尾后再次拧紧,每环管片要严格遵守“紧三遍原则”即拼完管片紧第一遍,推进过程紧第二遍,管片脱出盾尾紧第三遍。
5.2.5严格控制注浆程序
每环推进时根据施工中的变形监测情况,随时调整同步注浆量及参数,考虑是否进行二次注浆,从而有效的控制地表沉降。
5.3铁路预加固措施
我单位已委托相关单位对下穿铁路区域进行了水泥搅拌桩预加固处理,铁路预加固工程同步进行分为两期施工,一期北场施工,二期南场施工,加固范围为平行铁路线路方向约35m,垂直铁路线路方向约135m,桩径600mm,桩间距400mm,桩体平均深度为7.8m。
水泥浆采用P.O32.5普通硅酸盐水泥,水泥掺量不少于18%,搅拌桩施工前应平整场地(按标高控制)并压实,再进行搅拌桩施工。
土体强度取样检测方法:
桩身强度检测应在成桩28d后,用双管单动取样器取芯样作搅拌均匀性和水泥土抗压强
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