盾构始发掘进施工方案.docx
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盾构始发掘进施工方案
施工组织设计(专项方案)审批表
版/次:
A/0GYT-B10D2
工程名称
广州市轨道交通五号线
[潭村站~员村站盾构区间]土建工程
合同(预算)造价
1.38亿
编制单位
广东省源天工程公司
编制人
刘永生
工程特点或技术难点:
始发掘进方案:
通过始发掘进,对盾构机进行负载调试,解决存在的问题并取得经验数据,为正式掘进做好基础。
1、严格盾构机的推力,避免引起始发架的变形及管片破损。
2、控制盾构机的掘进方向,保证顺利进洞及隧道轴线的控制。
3、加强监测,及时反馈数据,调整掘进参数及注浆参数及数据的收集和分析。
4、加强施工班组的配合及各部门之间的协同作业。
签名:
年月日
审核意见:
签名:
年月日
审批意见:
签名:
年月日
备注:
盾构始发掘进方案
工程名称:
广州市轨道交通五号线
【潭村站~员村站盾构区间】土建工程
地铁里程:
YCK18+331.2~20+075.7
施工单位:
广东省源天工程公司
编制单位:
广东省源天工程公司
部门:
工程技术部
项目总工程师:
编制人:
编制日期:
2006年07月12日
目录
第一章编制说明2
一、编制对象2
二、编制依据2
第二章工程概况3
一、工程概述3
二、线路平面及纵断面4
三、工程地质及水文地质5
四、沿线地面环境及建(构)筑物概况5
第三章施工总体计划5
一、总体部署5
二、资源配置5
第四章隧道初始掘进施工方法及技术措施7
一、隧道施工工艺流程7
二、掘进参数控制及掘进模式选择8
三、初始掘进技术措施10
四、洞内通风设施与管线的布置14
五、中粗砂层段掘进措施14
六、施工测量及沉降控制15
第五章质量及工期保证措施15
一、掘进质量控制15
二、管片安装质量控制15
三、监测质量控制16
四、工期保证措施16
第六章安全文明施工17
二、安全管理内容17
三、文明施工管理内容19
第一章编制说明
一、编制对象
广州市轨道交通五号线〖潭村站~员村站盾构区间〗土建工程,该工程由盾构法隧道工程和矿山法隧道工程(三个联络通道和废水泵房)两个单位工程组成。
本方案为盾构始发阶段的掘进方案。
二、编制依据
本施工方案依据以下文件、规范和相关规定编制。
1、广州市轨道交通五号线〖潭村站~员村站盾构区间〗盾构工程的招标文件及业主提供的相关资料。
2、广州市轨道交通五号线〖潭村站~员村站盾构区间〗盾构工程的投标文件。
3、下列规范和规定
1)国标GB/T19000族标准;
2)《地下铁道施工及验收规范》(GB50299-1999);
3)《地铁限界标准》(CJJ96-2003);
4)《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001);
5)《建筑安装工程质量检验评定统一标准》(GBJ300-88);
6)《铁路隧道质量评定验收标准》(TBJ417-87);
7)《广州地铁工程“质量验收标准(办法)”》;
8)《广州地铁工程测量管理办法》;
9)《广州地铁工程测量技术规定》;
10《地铁工程质量检验评定标准》(车站、隧道结构);
11)相关国家、部委颁发的其它规范和标准。
第二章工程概况
一、工程概述
广州市轨道交通五号线〖潭村站~员村站盾构区间〗隧道由两条区间隧道、三座联络通道/泵房设施和4个洞门构成。
盾构机从潭村站东端头始发,沿花城大道向东延伸,然后沿着规划花城大道向员村站前行,沿途穿过谭村、广州市第二棉纺厂、员村支线、华南大桥北引桥,最后在规划花城大道与员村二横路交叉口处到达员村站,盾构机吊出。
隧道设计为圆形,采用盾构法施工,两条隧道总长3486.583m。
区间隧道采用两台盾构机进行平行施工,始发场地设在潭村站东端头,两台盾构一前一后(右线先行)从潭村站始发。
根据潭员区间隧道的地质情况及副环拆除的要求,始发段长度确定为90m。
即里程为Y(Z)DK18+331.2~Y(Z)DK18+421.2。
本区间始发段的洞身地质基本情况和线路情况如图2-1、图2-2所示:
图2-1:
右线始发段地质、线路图
图2-2:
左线始发段地质、线路图
从上面两图可看出,始发段左右两线隧道洞身大致在(5-2)号地层穿过,洞顶覆盖层为(5-1)、(5-2)号地层,该土层相对较为稳定,渗透性差,对盾构施工较为有利。
二、线路平面及纵断面
(1)线路平面设计
始发段线路平面中心线间距为13m;有1处曲线段,转弯为半径为1000m。
〖潭~员盾构区间〗始发段平面线路表表2—1
线路
名称
起止里程
曲线要素
转向角α
(左转为负)
转弯半径R(m)
缓直曲线ls
曲(直)线长
L(m)
一、右线
直线段
YDK18+331.200~YDK18+363.581
32.381
曲线段
JDY35
YDK18+363.581~YDK18+507.336
4º47′56″
1000
60
143.755
二、左线
直线段
ZDK18+331.2~ZDK18+364.125
32.925
曲线段
JDZ35
ZDK18+364.125~ZDK18+507.880
4º47′56″
1000
60
143.755
(2)线路纵断面
始发段线路出洞段为2‰,接着以-30‰的坡度下坡掘进。
隧道洞身主要在<5-2>地层中穿过;隧道顶板埋深9.8~21.3m。
三、工程地质及水文地质
从区间隧道工程地质剖面图中可以看出,始发区间隧道洞身通过的岩层主要为Ⅲ围岩,围岩自稳性为一般~较好。
区间的稳定地下水位埋深总体变化不大,处于0.2~4.0m之间。
该区间位于珠江北岸,距离珠江较近,其涌水量和水位除了与季节性降雨量有关外,还受珠江的潮汐作用明显。
地下水对地铁构筑物中的混凝土结构无腐蚀性,对钢筋混凝聚土结构中的钢筋无腐蚀性,由于局部地段地下水含有较高腐蚀介质C1,其对钢结构有弱~中等腐蚀性。
四、沿线地面环境及建(构)筑物概况
潭村始发始发段地表为花城大道路面,无建筑物。
沿线地下管线的详细情况参见《潭村站~员村站区间建(构)筑物调查报告》。
第三章施工总体计划
一、总体部署
根据工程的实际情况,右线盾构机先始发,在右线始发一个月后,左线再始发。
潭村站的初始掘进长度定为90m。
掘进速度初始阶段为2.5环/天。
在始发阶段,根据井下场地的实际情况,施工时安排一列车进行渣土及材料的运输。
在始发完成并拆除副环后,安装道岔,两列车运输。
考虑在右线始发初期,盾构出土井位置场地长度仅30m左右(车站承包商尚未提供),运输列车的配置为一辆土斗车、一辆台砂浆车、两辆管片车,一台电瓶车牵引。
出土在出土井由45t龙门吊出土。
管片及其它施工用材料由45t龙门吊吊运。
砂浆材料在地面制备,在2号拖车进洞前,由地面直接送进拖车砂浆罐内,超过5m左右后,由地面转存中板砂浆罐,再经砂浆车运输到盾构机拖车砂浆罐内。
二、资源配置
1、人员安排
盾构始发阶段掘进人员安排77人(单线),详见下表。
序号
工种
人员
1
盾构机操作手
3人
2
盾构机维护工程师
6人
3
盾构施工地面工程师
3人
4
45吨龙门吊司机
3人
5
16吨龙门吊司机
3人(双线共用)
6
司索员
6人
7
井口指挥
3人
8
井下吊装员
6人
9
电瓶车司机
3人
10
看土员
3人
11
掘进班组
18人
12
洞内电工、机修工
3人(双线共用)
13
洞内电气、机修工
9人(双线共用)
14
砂浆搅拌站工作人员
4人(双线共用)
15
二次注浆人员
4
2、施工设备
序号
设备名称
数量
规格型号
主要工作
出厂日期
使用时间
现在何处
预计何
性能指标
(年月)
(年)
时进场
一、盾构隧道施工专用设备
1
盾构掘进机
1台
Φ6280
1320kw
广州
2006.6
2
龙门吊
1套
EGC45T
45吨
2003.9
3
广州
2006.7
3
龙门吊
1套
MH12.5T
12.5吨
2003.9
3
广州
2006.7
4
搅拌站
1套
35m3/h
2003.9
3
广州
2006.7
5
储浆灌
1
8m3
2003.9
3
广州
2006.7
6
冷却塔
1
KT-125
4KW
2003.9
3
广州
2006.7
7
轴流风机
2
2SZ-S100A
PF60SW30
2003.9
3
广州
2006.7
8
交流电焊机
3
ZX5-500
2003.10
3
广州
2006.7
9
二次注浆设备
1套
新购
广州
2006.7
二、碴土及材料运输设备
10
电瓶车
1辆
45t
2003.9
3
广州
2006.7
11
机车蓄电池
2套
2003.9
3
广州
2006.7
12
蓄电池充电器
2套
KCA01-100
120kw
2003.10
3
广州
2006.7
13
轨道土碴车
5辆
2003.9
3
广州
2006.7
14
管片运输车
2辆
2003.9
3
广州
2006.7
15
浆液车
1辆
2003.9
3
广州
2006.7
16
材料运输车
1辆
2003.9
3
广州
2006.7
17
装载机
1辆
ZL40
2m3
1996.1
8
广州
2006.7
2、工期安排
根据总体施工计划,盾构的始发施工工期为:
右线盾构始发掘进:
2006年7月20日~2006年8月13日;
左线盾构始发掘进:
2006年8月14日~2006年9月6日。
第四章隧道初始掘进施工方法及技术措施
一、隧道施工工艺流程
1、盾构施工工艺流程
盾构施工工艺流程见图4—1。
图4—1盾构施工工艺流程图
2、掘进循环时间安排
盾构掘进施工时,我司将按照连续的原则组织施工,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。
盾构始发掘进各工序循环时间表表4—1
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
60~90
管片安装
40
出碴、进料运输
40
碴土吊出
40
管片、注浆材料供应
20
盾构机跟机保养
60
理论循环时间(每环)
140~180
二、掘进参数控制及掘进模式选择
1、掘进参数的确定方法
(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=12.8~14.3m,k0=0.4,代入上式得:
P1=102.4~114.4KN/㎡(P1=1.02~1.14bar)。
始发后,土仓压力逐渐从P1=1.02加大至始发段结束P1=1.14bar,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=34210KN(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、正面土压及盾构围刷磨擦力,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=0~6rpm,n2=0~3rpm,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=150t.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(此时可达脱困扭矩),使刀盘重新启动。
(5)螺旋器转速n3
n3=0~22rpm,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。
vmax=8cm/min,一般v=2~4cm/min。
(7)注浆压力P2
取静水土压力的1.1~1.2倍,最大不超过3.0~4.0kg/cm2,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1.2~1.4bar(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1.1~1.8m扩大系数确定的。
一般每环的理论注浆量V1≈4.1m3,实际每环注浆量为5.25~6m3。
(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(pitch)
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±4mm/m。
(12)盾构机滚转角β(roll)
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,盾尾间隙应控制在75mm左右。
(14)铰接千斤顶的使用状态
铰接千斤顶有三种使用状态:
完全伸长,自由伸缩,伸长一定角度。
铰接千斤顶行程不能超过设定值(10mm~130mm),应控制在40~80mm。
2、掘进模式选择
根据始发段的地质情况,选择土压平衡掘进模式。
该模式的核心是保持合理的土仓压力,从而维持开挖面的稳定和控制地面沉降,控制土仓压力的方法主要有两种:
1)在保持推进速度不变的情况下,调节螺旋输送机的转速或闸门开度;(螺旋机转速减小或闸门开度减小均能达到增大土仓压力的效果)
2)在保持螺旋输送机的转速或闸门开度不变的情况下,增大盾构机的推进速度,亦可达到增大土仓压力的目的。
上述两种控制方法可根据实际情况灵活选用。
三、初始掘进技术措施
盾构机在初始掘进前必须完成盾构机调试、地面设备材料准备、监测点布置等工作,盾构机始发掘进距离初定为90m,计划初始掘进90m安排24天完成。
初始90m也是摸索掘进规律、优化掘进参数的试掘进阶段。
为此,我们在始发90m的地面布置了较密的观测点(详见《施工监测方案》),根据不同的掘进参数所对应的地面降沉值,可以总结和优化出相应的盾构掘进参数(土仓压力,推进速度,总推力,排土量,刀盘扭矩,注浆压力和注浆量等),为加快正常掘进打下基础。
1、管片选型及拼装
(1)管片选型
在确保盾构机沿着隧道设计轴线掘进的前提下,选择合适的管片类型和正确的管片安装将是保证隧道质量的主要措施。
管片选型正确主要体现在以下几个方面:
1)隧道轴线偏差很小,管片拼装的外观质量很好。
2)上下左右的盾尾间隙比较均匀。
(均控制在75mm左右)
3)推进千斤顶的行程差较小。
始发阶段最主要是根据联络通道的位置倒推出0环的安装点位。
右线0环及-6环的安装点位为时钟11:
00位置,联络通道第一环为267环,安装点位为1:
00位置;左线0环及-6环的安装点位为时钟11:
00位置,联络通道第一环为266环,安装点位为11:
00位置。
根据线路条件,副环管片均为标准环。
(2)管片拼装的质量保证措施
1)严格进场管片的检查,破损、裂缝的管片不用。
下井吊装管片和运送管片时应注意保护管片和止水条,以免损坏。
2)止水条及软木衬垫粘贴前,应将管片进行彻底清洁,以确保其粘贴稳定牢固。
施工现场管片堆放区应有防雨淋设施。
3)管片安装前应对管片安装区进行清理,清除如污泥、污水,保证安装区及管片相接面的清洁。
4)严禁非管片安装位置的推进油缸同时收缩。
5)管片安装时必须运用管片安装的微调装置将待装的管片与已安装管片块的内弧面纵面调整到平顺相接以减小错台。
调整时动作要平稳,避免管片碰撞破损。
2、回填注浆
(1)砂浆配合比
回填浆液采用单液砂浆,主要成分及配比如下:
单位:
kg
名称
砂
水泥
膨润土
粉煤灰
水
外加剂
含量
779
120~260
50~60
241~381
460~470
按试验确定
浆液的初凝时间约为10h。
上述砂浆配比仅是一个基础的参考配比,实际运用中将根据地质特点和注浆效果进行相应调整。
(3)、注浆压力
注浆压力略大于各砂浆点位置的静止水土压力,并避免浆液进入盾构机的土仓中。
由于是从盾尾圆周上的四个点同时注浆,考虑到水土压力的差别和防止管片大幅度下沉和浮起的需要,各点的注浆压力将不同,并保持合适的压差,以达到最佳效果。
在最初的压力设定时,上部每孔的压力比下部每孔的压力略大0.5~1.0bar。
始发阶段注浆压力的确定尚需考虑洞门密封能够成承受的大小,以保证浆液不穿透密封为限。
(4)初次注浆时间
在拼装完第一环后,掘进第二环的过程中,开始进行同步注浆。
(5)二次注浆
若盾构机通过后,地面沉降仍在发展,则需从相应位置的管片注浆孔进行二次补充注浆。
二次注浆一般采用手动控制。
注浆范围根据连接管长度可达盾构机后部50m。
3、发泡系统
(1)使用目的
为改善土体的和易性,保证土仓内土压力的稳定性和出土的顺畅,在盾构机掘进过程中,将根据土层情况使用发泡剂。
(2)用量
按照生产厂家的推荐意见,并参考其它类似工程经验,结合本工程的具体地质情况,发泡剂的掺入量及配合比按下式确定:
1)发泡剂与溶液的比例为0.5~2%。
2)空气与溶液的体积比为(6~32):
1,一般为12:
1。
假设发泡剂的比例为2%,溶液与空气的比例为1:
12。
泡沫与掘进土体的体积比为30%,则每m3掘进土体使用的发泡剂数量如下图所示:
由上可以得到每m3掘进土中使用的发泡剂数量为:
2L/3.9m3=0.5L/m3
水、发泡剂、空气的混合比例及向土体中的掺入比例都将根据实际的土仓压力状况和出土状况不断调整,直至达到最佳效果。
发泡系统的控制有三种模式:
人工手动、半自动和全自动。
5、掘进中的方向控制
确保盾构机沿着设计线路掘进是隧道施工的一个主要目标。
因此,掘进中的方向控制十分重要,线路中线平面位置和高程的允许偏差宜控制在±20mm。
(1)控制方法及基本原则
盾构机的测量导向采用德国VMT公司的SLS-T隧道掘进自动导向系统。
根据VMT系统的电脑屏幕上显示的数据,盾构机操作手通过合理调整各分区千斤顶的压力及刀盘转向来调整盾构机的姿态,具体操作原则如下:
a.如果盾构滚角过大,则通过反转刀盘来减小滚角值。
b.如果盾构机水平向右偏,则提高右侧分区的千斤顶压力,反之,则提高左侧分区的千斤顶压力;如果盾构机竖直下偏,则提高下部千斤顶的压力,反之亦然:
(2)盾构机竖直方向操作原则
①一般情况下,盾构机的竖向偏差宜控制在±20mm以内,倾角可控制在±5mm/m以内。
特殊情况下,倾角亦不宜超过±10mm/m,否则会因盾构机转弯过急引起盾尾间隙过小和管片的错台破裂等问题
②当盾构机下部土体较软(5以下)或上硬下软时,为防止盾构机机头下垂,适当保持上仰姿态。
③当开挖面上软下硬时,为防止机头偏上,盾构机则适当保持下俯姿态。
④操作盾构机时,注意上部千斤顶和下部千斤顶的行程差,两者不能相差过大,一般控制在±20mm内,特殊情况下也不能超过60mm。
(3)盾构机水平方向的控制原则
①在直线段,盾构机的水平轴线偏差控制在±20mm以内,水平偏角控制在±3mm/m以内,否则会因盾构机急转引起盾尾间隙过小和管片错台破裂等问题;
②在缓和曲线段及圆曲线段,盾构机的水平偏差应控制在±30mm以内,水平偏角应控制在±5mm/m内,曲线半径越小控制难度越大;
③当开挖面内的地层左右软硬相差很大而且又是处在曲线段时,盾构机的方向控制将比较困难,此时可降低掘进速度,合理调节各分区的千斤顶压力,必要时可将水平偏角放宽到±10mm/m,以加大盾构机的调向力度。
(通过该段后立即恢复水平偏角到5mm/m以内)。
(4)盾体脱离始发架前的方向控制
在盾体脱离始发架前,盾构机的方向受始发架的限制,沿始发架的方向直线掘进,主要需注意盾体的旋转及保证各组推力油缸的推力平衡。
四、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,启用潭村站始发井内布置的37×2KW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φ150冷却水管,φ125排污管,φ150回水管。
三线为10KV高压电缆线、380/220V照明线和43kg/m的运输轨道线。
五、中粗砂层段掘进措施
本区间洞顶地层在左线始发段有将近9m左右穿过中粗砂层或洞顶覆土距砂层厚度较小。
该砂层无自稳性,透水性强,在盾构掘进过程中,易形成流沙和喷涌;同时,因地层失水较快,引起地层扰动,极易造成地表沉陷或塌方。
掘进过程中采取的主要措施有:
(1)采取土压平衡模式掘进,提高土仓压力,减少土仓进水量;在刀盘扭矩允许的条件下,增大推进速度,快速通过。
(2)在土仓中增加泡沫注入量,使水土充分混合,减少水的流动性,避免流沙的发生。
(3)对螺旋输送机进行改装,增加出口两侧的密闭性;在保证土仓压力的前提下,控制出土,避免喷碴,减少隧道内的清理工作量。
(4)对同步注浆的浆液配比进行调整,并加大注浆量;配合二次双液注浆,加快管片周围土体的固结,减小管片的沉降量,减小盾体后部管片外的流动水量。
(5)注意对盾构机姿态的控制,盾构机掘进轴线提前下调,防止盾构机上漂。
六、施工测量及沉降控制
详见施工测量及监测专项的方案。
第五章质量及工期保证措施
一、掘进质量控制
掘进质量是指盾构机能按设计方向掘进,保证隧道线路的准确性,主要的控制措施有:
1、掘进前要明确设计线路的各项参数;
2、掘进前要通过测量,判断出盾构机的当前位置;
3、根据掘进前的各项监测成果,确定下次掘进的各项参数;
4、在确认各项准备工作完成后,才能根据指令开始掘进;
5、要严
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