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始发方案
天津地铁二号线十四标段
津赤路站~李明庄站区间盾构始发方案
第一章施工方案编制依据、原则
1.1编制依据
1天津地铁二号线工程博山道站~津赤路站~李明庄站区间平、纵断面及管片模板图、管片图、区间隧道排版图;
2天津地铁二号线十四标段盾构区间实施性施工组织设计;
3地下铁道工程施工及验收规范、天津地区在安全文明施工、环境保护、交通组织等方面的规定;
4现场考察所获取的构筑物管线等调查资料;
5《地下铁路、轻轨交通测量规范》(GB5038-1999);
6《建筑变形测量规范》(JGJ/T8-97);
7《天津地铁二期工程施工监测技术规定》。
1.2编制原则
1、确保工程与环境安全
2、确保工期实现
3、以人为本
第二章工程概况
博山道站~津赤路站区间设计起讫里程为:
右线:
DK20+132.002~DK21+135.667,右线区间全长1000.672m(短链2.993m),左线DK20+194.502~DK21+135.667,左线全长938.703m(短链2.462m),在DK20+650处设一联络通道;津赤路站~李明庄盾构终点井区间起讫里程为:
DK21+333.967~DK22+190,区间左线长958.135米(长链98.918米),右线长954.951米(长链102.102米);在DK21+750处设一联络通道;线路最大纵坡为25‰,最小纵坡2‰;线间距为13m,最小曲线半径为1500m,区间隧道覆土厚度8.5~12.6米。
区间隧道为外径6.2m,内径5.5m,管片拼装衬砌为单洞圆形隧道,采用错缝拼装,使用M30弯螺栓连接管片,环宽1.2m,管片混凝土为C50,S10。
2.1地质情况
2.1工程地质
本工程主要为冲积平原,地形较平坦,局部略有起伏。
地表覆盖杂填土,局部为素填土,其下为海陆交互相沉积层,主要岩性为粉质粘土、粘土、粉土及粉细砂层,新近沉积层、第I陆相层及第I海相层中局部为淤泥质土,土质松软。
南运河、海河两侧新近沉积层中粉土为地震可液化层。
围岩分类为Ⅰ类。
津~李区间:
起点~DK21+755段穿越软土,洞顶位于④3 层淤泥质粉质粘土,DK21+755~DK22+035段洞顶交替位于④3 层淤泥质粉质粘土和④1 层粉质粘土,都属高含水量、高灵敏度、中~高压缩性、低强度、低渗透性的饱和软弱粘性土,蠕变量大,易引起地面较大变形。
DK22+035~DK22+190段隧道穿过⑤1 、④1 层淤泥质粉质粘土,均匀性很差,基本位于软土上,为非均质地基,应考虑其不均匀沉降及软土层的高含水量、高灵敏度、压缩性、低强度、低渗透性等特点对本工程的影响。
博~津区间:
DK20+900以前上部由可塑~流塑状粉质粘土组成,局部夹淤泥质粉质粘土透镜体,分布规律性差,局部夹粉土为地震液化土,工程性质差;中部主要有粉土组成,呈松散~密实状,且DK20+900以后上部主要为湿~很湿、中密~密实的粉土组成,且为地震液化土,对于整个第Ⅰ海相层来说,下部主要为淤泥质粉质粘土组成,含水量高,压缩性高,灵敏度高,强度低,渗透性弱,局部为可塑~流塑状粉质粘土及中密~密实状粉土,分布规律性差。
2.2水文地质
本场地内表层地下水类型为第四系孔隙潜水,赋存第Ⅱ陆相层中及其以下粉沙及粉土层中的地下水具有微承压性,为微承压水。
孔隙潜水主要赋存于人工填土层及第Ⅰ陆相层、第Ⅰ海相层的粘性土和粉土中,以⑤1层粉质粘土为相对隔水底板。
含水层基本有粉质粘土与粉土互层状组成,其储水量较高,但出水量不大,水平、垂直向渗透性差异较大。
当局部地段夹有粉沙薄层时,其富水性相应增大。
地下水埋藏较浅,勘测期间地下水埋深0.5~3.7m(高程-0.04~3.45m)。
潜水主要接受大气降水和地表水补给,排泄以蒸发为主,水位受季节影响较大,其水位变幅多年平均值约为0.8m。
第三章盾构始发
盾构机始发是盾构施工的关键环节之一。
其主要内容包括:
盾构始发前土体加固、安装盾构始发架并检查报验合格、盾构机下井安装及调试及报验合格、安装密封胶圈、安装反力架、拼装负环管片、盾构机试运转、洞门地连墙凿除、等相关设备报验和技术方案准备齐全,盾构机始发掘进。
3、1施工组织机构
3.1.1施工组织机构框图
盾构始发施工组织机构图
3.1.2人员的工作时间安排和管理
盾构机施工采用两班制,每班配备1名机械工程师、1名电气工程师、1名土建工程师、1个盾构施工队、1个机修班、1个综合班。
所有参施人员必须挂牌上岗,下井后将胸牌插在井口下井登记牌上,以表明下井。
3.2始发流程:
盾构机始发流程图
3.3洞门土体加固
津赤路站始发端头土体加固的施工措施和验收办法,详见津赤路站端头加固施工方案。
3.4洞门的凿除
3.4.1洞门凿除流程图:
钻检测孔洞门第一次凿除地连墙背水侧钢筋割除第二次凿除迎水侧钢筋割除
3.4.2洞门凿除的时间
1)2007年7月15日,用风钻在洞门地连墙钻1.2m深的检测孔,观测端头土体加固效果,确保凿除洞门安全;
2)确认端头土体加固达到效果后,进行第一次凿除洞门及背水侧钢筋割除;
3)10kv高压电安装后,盾构始发的前4天,进行第二次凿除洞门;
4)盾构始发的前2小时,割除洞门剩余的钢筋。
3.4.3钻检测孔
用风钻钻9个观测孔,孔位如洞门检测孔位图,每孔的流水不超过30L/时(通过观测流水不成线),允许凿除洞门。
3.4.4洞门凿除
1)第一次凿除洞门
凿前对洞门处的防水毯进行安全处理,用刀子分成12大块,用膨胀螺栓固定在洞门壁上,确保后期做洞门时防水毯的连接质量。
洞门采用人工凿,凿时按先上后下、先中间后两侧的顺序进行。
洞门凿顺序如洞门凿顺序图,第一次凿的范围见一次凿示意图。
2)第二次凿除洞门
凿除剩余混凝土,凿除完毕后,用风镐修整洞门周圈混凝土面,使洞门周围圆顺。
3)迎水侧割除钢筋
割除钢筋后将洞门周围钢筋修整圆顺。
3.4.5洞门凿除过程的应急措施:
发现有异常情况后,迅速用木板和钢管撑住,防止土体坍塌然后尽快从围护桩外进行注浆加固。
若土体压力较大时,迅速用预先制作好的钢筋网片与围护结构的钢筋焊接一起,用木板和钢管支撑,然后在始发端头、洞门里进行注浆加固。
3.5始发设施的安装
3.5.1盾构始发井处理
(1)车站标准段底板与盾构始发井底板高差为1600mm,根据始发托架及反力架的结构尺寸,此高差应为980mm,故需在左线盾构始发井处底板浇注620mm厚的C25混凝土(见下图)。
(2)为方便固定始发托架和反力架固定,浇注混凝土时需预埋钢板(结构位置见下图)。
(3)技术要求:
1)预埋件位置准确,误差<10mm。
2)混凝土面平整,高程准确(与车站标准段高差980mm,误差控制在0~-10mm之内)。
盾构始发井处理示意图
3.5.2始发架安装
在后配套吊入始发位置后,依据隧道设计轴线定出盾构始发姿态的空间位置,然后推算出始发架的空间位置,利用垫薄钢板调节始发架的标高,达到要求的位置。
盾构始发前对始发架两侧进行必要的加固。
利用预埋在车站端头
混凝土平台的钢板与始发架进行焊接,并利用H型钢两边支撑保证左右稳定。
为了防止盾构机栽头,将始发架的安装高程进行抬高2cm。
始发架示意图
(一)
始发架示意图
(二)
3.6盾构机调试
盾构机组装和连接完毕后,即可进行空载调试。
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、超挖刀伸缩,以及各种仪表的校正。
着重观测刀盘转动和端面跳动是否符合要求。
3.7反力架安装
在盾构主机与后配套连接之前,开始进行反力架安装。
在安装反力架时,反力架端面与始发架水平轴垂直,以便盾构轴线与隧道设计轴线保持平行。
1、安装反力架前,先将反力架位置定位,然后分节安装反力架部件并调节好位置。
2、定位反力架,利用垂线和经纬仪测量调整基准环的平整度,使其与始发架水平轴垂直。
调整好后将反力架与底板混凝土平台的预埋件焊接固定。
3.8洞门的密封
洞门密封采用橡胶帘布和折叶式扇形压板进行密封,见下图。
3.8.1安装步骤为:
1)洞门防水密封施工前,先检查材料的完好性,尤其是橡胶帘布是否完好,径向尼龙线密集排列和螺栓孔是否完好。
2)安装前清理完洞口的渣土和疏通A板预留孔并涂上黄油。
3)将螺栓旋入预先埋设在井圈周边的螺母内。
4)安装橡胶帘布及圆环B板,并用薄螺母固定在井壁上。
5)将扇形压板套在装有薄螺母等的螺栓上。
3.8.2洞门处防水装置安装注意事项:
1)由于橡胶帘布和扇形压板通过它与管片的密贴防止管片背注浆时的浆液外流,所以安装时螺栓必须进行二次旋紧。
2)防止安装扇形压板时损坏橡胶帘布。
3)检查盾构机盾壳表面是否有凸起物,若有凸起物需清理干净,以免撕裂橡胶帘布。
3.9负环管片的拼装
盾构机始发时在反力架和车站内正式管片之间安装9环负环管片(全部为闭口环),每环临时管片分块数与标准管片相同,依次安放在托架上。
负环管片拼装时用整圆器和控制盾尾间隙来控制管片拼装的真圆度。
在内、外侧采取钢丝拉结和三脚架支撑等加固措施,以保证在传递推力过程中管片不会旋转浮动。
第四章、始发施工测量监测
盾构机始发测量监测详见《天津地铁二号线十四标段盾构监测方案》。
4.1始发的其他工作
1、盾构机在始发前对始发端头土体加固的效果进行检验,合格后开始掘进。
2、洞门水平运输,采用一列运输列车,铺设临时轨道来完成,运输列车由1节电瓶车、2节管片车、4节碴土车、1节浆车组成。
3、碴土运输用运输列车运至出土口,龙门吊吊装,临时储碴坑存放,自卸汽车外运出土;
3、盾构机已准确定位;
4、地面监测点已布设完毕并获得初始成果;
5、确保始发端头没有降水井;
6、当盾构机盾体脱离洞门密封圈后,开始进行同步注浆。
7、盾构机全部进入洞门后,立即封堵洞门,紧密扇形压板,防止洞门漏浆。
当盾尾离开洞门约3米时,对洞口压注聚氨脂或双液浆封堵,同时启动盾尾油脂系统及同步注浆系统。
4.2初期掘进
4.2.1初期掘进长度的确定
1、本工程初期掘进长度设定为100米。
100米的长度考虑了下几个因素:
1)盾构机和后方台车的长度(L=67m)。
2)管片与土体之间的摩擦力足以支持盾构机的正常掘进。
2、同时将津赤路~李明庄区间左线的前100米作为掘进试验段,此段由盾构机生产厂家人员操作盾构机,通过设立试验段,以达到以下的目的:
1)掌握在不同地质地层中盾构推进的各项参数的调节控制方法。
测定和统计不同地层条件下推力、扭矩的大小;盾构机姿态的控制特点;注浆参数的选择和浆液配比的优化;同步注浆中出现的问题和解决方法;各种刀具的适应性等。
熟练掌握管片拼装工艺及注浆工艺。
掌握施工监测与盾构机推进施工的协调方法等。
2)及时分析在不同地层中各种推进参数条件下,地层的位移规律和结构受力情况,以及施工对地面环境的影响,并及时反馈调整施工参数,为全标段顺利施工做好参照。
4、2.2初期掘进模式的选择
津赤路站始发井口处隧道主要通过粉质粘土、粉土层,选择土压平衡模式推进。
4.2.3初期掘进的参数控制管理
初期掘进为盾构施工中技术难度最大的环节之一,不可操之过急,要稳扎稳打。
在初始掘进段内,对盾构的推进速度、土仓压力、注浆压力作了相应的调整,指标为:
推进速度20~30mm/min,土仓压力:
0.16~0.24Mpa,注浆压力:
0.15~0.3Mpa。
通过初始推进,选定了六个施工管理的指标:
①土仓压力;②推进速度;③总推力;④排土量;⑤刀盘转速和扭矩;⑥注浆压力和注浆量。
其中土仓压力是主要的管理指标。
4.2.4负环管片、始发托架和反力架的拆除
盾构完成100m初期掘进以后开始对负环管片、始发托架和反力架进行拆除,准备正常掘进。
拆除负环管片之前,将洞门附近的管片用6根[18槽钢沿隧道纵向拉紧,并拧紧螺栓,防止管片松弛。
1、将反力架后座与车站结构分离,采用切割反力架后撑的型钢,并用千斤顶顶开后,将反力架和车站结构分离100mm左右;
2、将反力架与负环分离约100mm左右;
3、用两条钢丝绳各绕首负环一圈,在横向另加一条钢丝绳作保险绳,整环吊出井口;
4、拆除其它负环各连接螺栓,分别吊出井口;
5、分块拆除始发托架和反力架并调出井口。
第五章盾构机始发质量保证措施
5.1盾构机始发质量保证措施
1、盾构机密封刷处已涂满密封油脂。
2、盾构机始发时应缓慢推进。
始发阶段由于设备处于磨合阶段,注意推力、扭距的控制,同时注意各部分油脂的有效使用。
掘进总推力控制在反力架承受能力以下,同时确保在此推力下刀具切入地层所产生的扭矩小于始发架提供的扭矩。
3、始发前在刀头和密封装置上涂抹油脂,避免刀盘上刀头损害洞门密封装置。
始发前在始发架上涂抹油,减少盾构机推进阻力。
4、始发架导轨必须顺直,严格控制标高,间距及中心轴线,基准环的端面与线路中线垂直。
盾构机安装后对盾构机的姿态复测,复测无误后才开始掘进。
5、防止盾构旋转,盾构机进入洞门时,正面加固土体强度较高,由于盾构机与地层间无摩擦力,盾构机易旋转,加强盾构姿态控制,如发现盾构有较大转角,可采用刀盘正反转的措施进行调整。
盾构刚出车站时,掘进速度宜缓慢,同时加强后盾支撑观测,尽量完善后盾钢支撑。
6、在始发阶段,由于盾构机推力小、地层较软,调整盾构机姿态,使用下侧的千斤顶加朝上的力的同时一边向前推进,防止盾构机磕头。
7、始发初始掘进时,盾构机位于始发架上,在始发架及盾构机上焊接相对的防扭转装置,为盾构机初始掘进提供反扭矩。
8、盾构机始发在反力架和洞内正式管片之间安装负环管片在外侧采取钢丝拉结和木楔加固措施,以保证在传递推力过程中管片不会浮动变位。
5.2初期掘进质量保证措施
1、初期掘进前,对前方地层的地质情况充分了解,不能一概而论,要根据土质情况选择恰当的模式。
2、盾构机正面中心土压力根据计算确定,并根据跟踪测量数据及时调整设定压力,随时做好二次压浆的准备。
3、在初期掘进阶段,由于反力架会产生不同程度的变形,因而影响隧道成环质量,若当管片接缝发生问题时,及时用纠正,以提高成环质量,并做好测量工作。
4、确定土压平衡状态下密封仓内的土压力,且密封仓被充满后,开启螺旋输送机出土,以控制排土速度,来保证密封仓内的土压力和开挖面土压力相平衡。
5、最初的100环管片安装保持良好的真圆度,保证盾构始发位置的准确。
如最初的真圆度保持不好,则往后误差会越来越大,不但造成后续施工越来越困难,也会对管片本身产生破坏。
因此最初的管片安装必须做到以下几点:
1)按顺序及操作规范施工;
2)拼装管片后及时进行同步注浆;
3)加强管片真圆度的测量。
测量办法有两种:
丈量弦长、间距控制法;
通过测量盾尾间隙,如各个方向的间隙基本一致,则可说明管片的真圆度较好。
第六章盾构机始发安全保证措施
6.1洞门凿除施工安全要求
1、电焊工、架子工等所有特殊工种必须持证上岗;
2、距洞口2m处,设立安全警戒线;
3、在剔除洞门上不稳定的混凝土块时,注意有无大块下滑,如有大块滑移迹象,及时通知值班技术人员,现场分析有无安全隐患;
4、对检测孔24小时现场观测,如果有泥沙或大水流出,用事先准备好的棉纱和木屑封堵检测孔;
5、作业人员佩带好安全帽、安全带、绝缘鞋、防护罩等;
6、二次凿除后,如果盾构机不能及时始发,派专人观测洞门土体变形情况,同时作好地面沉降监测,如果地面沉降超过30mm,启动应急措施;
7、在洞门凿除前5天至盾构始发通过端头区的时间内,加强始发端头降水。
8、始发端头地面的沉降不得超过30mm。
6.2盾构机始发掘进安全保证措施
1、在始发洞门处安装导轨,将导轨与洞门钢筋焊接在一起,防止盾构机栽头;
2、负环管片拼装后,用木楔将管片固定在始发架上,防止管片旋转;
3、洞门水平运输列车按照规范操作,设专职人员指挥。
6.3盾构机始发时前方土体塌方应急预案
盾构机始发时,前方土体发生塌方,项目部成立应急领导小组,由一名项目副经理任组长,小组成员由项目部各部门负责人参加,各部门选择有责任心的人参加应急小组。
提前对可能出现的险情制定应急方案,预备应急物资,一旦出现险情,应急小组人员立即就位,各负其责,立即组织实施应急方案,排除险情。
迅速将建筑物内人员疏散,设置安全警戒线,严禁其它人员进入警戒范围内,并马上组织对土体进行加固。
中国中铁一局集团有限公司
天津地铁二号线十四标段项目经理部
2007年10月16日
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