城市地鐵土壓平衡盾構施工工藝(廣東、佛山)

1、讓 世 界 更 暢 通佛山軌道交通2號線一期工程TJ-3標中交第二公路工程局有限公司佛山軌道交通2號線工程項目經理部2016年1月Contents目 錄一、工程概況二、盾構機主要組成部分三、盾構始發(fā)施工工藝四、盾構掘進施工工藝一、工程概況 佛山軌道交通2號線一期工程（南莊廣州南站）線路全長32.3km，共設17座車站，其中換乘站7座；地下車站12座；高架車站5座，地下區(qū)間22.9km,高架8.3km，過渡段1.1km。 本工程包含本工程包含2 2站站3 3區(qū)間，主要有登洲車站（區(qū)間，主要有登洲車站（217m217m）、花卉世界車站（）、花卉世界車站（482m482m）、登洲）、登洲 灣華站區(qū)間

2、（灣華站區(qū)間（2.42km)2.42km)、登洲、登洲 花卉世界花卉世界 仙涌段盾構區(qū)間仙涌段盾構區(qū)間(3.03km)(3.03km)，另外包含，另外包含124124米明挖區(qū)間和米明挖區(qū)間和436436米米U U型槽路基，車站采用明挖法施工，區(qū)間采型槽路基，車站采用明挖法施工，區(qū)間采用盾構法施工，本標段采用用盾構法施工，本標段采用4 4臺直徑臺直徑6280mm6280mm土壓平衡盾構機施工土壓平衡盾構機施工, ,由中交二公局三公司和鐵路公司共同負責施工。由中交二公局三公司和鐵路公司共同負責施工。一、工程概況灣華站中間風井地下5層登洲車站地下2層工法長度盾構法1334m明挖法31m（盾構空推掘進

3、）盾構法1095m左線右線左線右線明挖法203m花卉世界站地下2層工法長度盾構法1311m明挖法482m（盾構拆機二次組裝始發(fā)）盾構法1714m左線右線左線右線登洲車站地下2層明挖段U型槽及路基明挖法124m 436m二、盾構機主要組成部分土壓平衡盾構機盾構機主機設備橋后配套拖車刀盤前盾中盾尾盾主要包含：操作室、注漿罐、油泵、配電設施、電纜、空氣壓縮系統(tǒng)。（每節(jié)拖車約1535t）開挖土體，配置各類刀具（約58t)含刀盤驅動（約115t）油缸推進系統(tǒng)、人倉等（約95t）同步注漿管理、盾尾密封刷（約32t）連接盾構機主機與后配套（約11t）二、盾構機主要組成部分三、盾構始發(fā)施工工藝 盾構始發(fā)是盾構

4、施工很關鍵、很重要的環(huán)節(jié)，盾構始發(fā)前主要工作有：端頭加固、始發(fā)臺定位安裝、始發(fā)井底軌線布置、盾構機組裝調試、反力架定位安裝、洞門密封裝置安裝、洞門鑿除以及施工場地布置。各項工作完成后才能進行盾構機始發(fā)掘進施工。三、盾構始發(fā)施工工藝1、端頭加固端頭加固平面布置圖端頭加固剖面布置圖 為確保盾構機能夠順利進出洞，需要對盾構始發(fā)（到達）前段土體進行加固，防止盾構機進出洞出現涌砂、涌水現象。本工程端頭加固采用素砼地下連續(xù)+攪拌樁形式。洞門旋噴樁三、盾構始發(fā)施工工藝1、端頭加固端頭加固形式主要有：攪拌樁加固、旋噴樁加固、冷凍法加固，另外當地下水非常豐富的中粗砂（粉細砂）地層中，需要在端頭增設降水井輔助降水

5、的措施，確保盾構機順利正常始發(fā)。盾構始發(fā)（接收）前需要對端頭加固效果進行檢測，一般檢測方法在洞門上采用水平鉆孔抽芯的方式，一是檢測加固土體強度；二是檢測探孔內地下水情況。端頭加固效果直接影響盾構始發(fā)（接收）的安全。三、盾構始發(fā)施工工藝2、始發(fā)臺安裝定位及井底軌線布置始發(fā)臺洞門始發(fā)臺（接收臺）分鋼結構和鋼筋混凝土結構兩種形式，鋼結構始發(fā)臺可重復利用，始發(fā)臺定位一般要求（曲線始發(fā)除外）始發(fā)架中心線與隧道中心線重合，高程方向盾構機中心高出洞門中心2cm，避免盾構機在始發(fā)時出現栽頭現象。始發(fā)臺定位完成后必須進行固定，避免盾構機下井組裝過程中發(fā)生偏移。井底軌線包含盾構行走軌線和電瓶車行走軌線，在盾構下井

6、組裝前均需要布置完成。三、盾構始發(fā)施工工藝3、盾構機下井組裝 圖圖 11-2-8 組裝后配套拖車組裝后配套拖車 拖 車 拖 車 拖 車 拖 車 拖 車 后配套拖車下井后配套拖車下井：首先應將電瓶車下井，然后將各節(jié)拖車從后至前依次下井，利用電瓶車將每節(jié)拖車牽引至設計位置，并進行各拖車之間管路連接組裝。后配套拖車下井拖車拖車拖車拖車 設備橋下井：設備橋下井：下井前首先下一節(jié)管片小車，用于臨時固定設備橋，待盾構機主機下井后開始主機與后配套設備的連接。設備橋下井三、盾構始發(fā)施工工藝3、盾構機下井組裝拖 車 拖 車 拖 車 螺 旋 輸 送 機吊 裝 螺 旋 輸 送 機 螺旋輸送機下井螺旋輸送機下井：螺旋

7、輸送機下井前同樣需要臨時固定在管片小車上，然后將管片安裝機下井，待盾構機主機下井后進行螺旋輸送機的組裝連接。三、盾構始發(fā)施工工藝3、盾構機下井組裝 螺旋輸送機拖車拖車拖車圖圖 11-2-11 吊吊裝裝前前體體 前體中體拖車拖車拖車螺旋輸送機 圖圖 11-2-13 刀刀盤盤組組裝裝 前體中體螺旋輸送機拖車拖車拖車 盾尾前體中體螺旋輸送機拖車拖車拖車主機主機下井下井前盾中盾刀盤尾盾三、盾構始發(fā)施工工藝3、盾構機下井組裝 盾構機下井組裝：針對城市地鐵6280mm盾構機組裝，一般采用1臺300t汽車吊（或1臺履帶吊）和1臺100t汽車吊聯合配合下井組裝，在吊裝盾構機主機過程中需要兩臺吊車配合翻轉下井，

8、下井完成后開始進行各管路連接，并進行空載調試。三、盾構始發(fā)施工工藝3、盾構機下井組裝1號臺車：號臺車：操作控制室、同步注漿系統(tǒng)操作控制室、同步注漿系統(tǒng)2號臺車：號臺車：電機、液壓泵站電機、液壓泵站3號臺車：號臺車：電氣控制柜、各類油脂注入泵電氣控制柜、各類油脂注入泵4號臺車：號臺車：變壓器、壓縮空氣系統(tǒng)變壓器、壓縮空氣系統(tǒng)5號臺車：號臺車：電纜、冷卻水卷盤等電纜、冷卻水卷盤等連接橋架連接橋架 盾構主機與后拖臺盾構主機與后拖臺車連接、皮帶輸送機車連接、皮帶輸送機三、盾構始發(fā)施工工藝4、反力架定位安裝 反力架下井組裝刀盤刀盤前、中、尾盾前、中、尾盾反力架反力架后配套拖車后配套拖車連接橋連接橋反力架

9、是為盾構機始發(fā)掘進提供反力的裝置。盾構機主機下井完成后，在主機與后配套連接之前需要進行反力架底座安裝，始發(fā)架固定完成后要進行反力架底座安裝，反力架位置可根據始發(fā)井長度、管片寬度及后期施做洞門進行計算確定。三、盾構始發(fā)施工工藝4、反力架定位安裝反力架寬度按照0.7m計算，始發(fā)井長度12.7m，后澆洞門寬度按照0.8m計算，則負環(huán)管片數量確定則負環(huán)管片數量確定公式為：公式為：1.5*N+L1(反力架寬度)+L2(零環(huán)管片外露寬度0.7m)L(始發(fā)井長度)。按照上述公式推算負環(huán)管片數量為7環(huán)，反力架距離車站底板邊緣寬度為0.8m（即反力架支撐體系長度0.8m）。反力架支撐體系需要計算強度和穩(wěn)定性，盾

10、構始發(fā)反力一般按照1500t計算。三、盾構始發(fā)施工工藝5、洞門鑿除圍護結構主體結構 本工程盾構始發(fā)井為800厚鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，為確保盾構機能夠正常始發(fā)，需要對洞門鋼環(huán)范圍內地下連續(xù)墻鋼筋混凝土進行破除。破除采用人工破除方式，破除前必須確保盾構機調試完成，具備始發(fā)掘進條件，防止提前破除導致洞門土體坍塌等風險。端頭加固區(qū)域三、盾構始發(fā)施工工藝6、洞門密封裝置安裝 盾構 預埋鋼環(huán)板 簾布橡膠密封板 折葉壓板 固定螺栓 固定螺栓 預埋鋼環(huán)板 預埋鋼環(huán)板 固定螺栓 管片 折葉壓板 折葉壓板 管片 注漿漿液 始發(fā)前狀態(tài) 盾構進入隧道時狀態(tài) 管片拼裝后的狀態(tài) 為防止盾構始發(fā)時盾殼與洞門鋼環(huán)之間出現涌水

11、、涌砂情況，確保盾構機始發(fā)過程中能夠正常建立土壓，在洞門鋼環(huán)外需要設置密封裝置。 常見的洞門密封裝置有簾布橡膠板和折頁壓板，洞門密封裝置安裝完成后可進行盾構始發(fā)掘進。折頁壓板簾布橡膠板三、盾構始發(fā)施工工藝7、盾構始發(fā)負環(huán)管片拼裝 負環(huán)管片管片定位墊塊盾尾殼體負環(huán)管片盾構機調試完成后開始安裝第一環(huán)負環(huán)管片（即-7環(huán)管片），第一環(huán)負環(huán)管片安裝位置必須準確進行定位，根據本工程設計情況，管片相鄰兩個螺栓夾角36度，管片拼裝要求采用錯縫拼裝的方式，管片環(huán)寬1.5米，第一環(huán)負環(huán)管片采用標準環(huán)管片，封頂塊位置安裝在1點（11點）位置的單組油缸上，封頂塊中心線與油缸中心線重合，保證受力均勻。管片底部與盾殼之間

12、需要采用墊塊，確保管片中心線與盾構中心線重合。三、盾構始發(fā)施工工藝8、盾構機試掘進及負環(huán)管片拆除盾構開始掘進的90m稱為試掘進段。掘進完成90米后開始拆除負環(huán)管片，通過試掘進段擬達到以下目的：實現盾構機負載調試；探索土壓實現盾構機負載調試；探索土壓力、地表沉降、出土量、同步注漿力、地表沉降、出土量、同步注漿量之間的關系，總結經驗掘進參數量之間的關系，總結經驗掘進參數，為后期快速掘進提供技術參數。，為后期快速掘進提供技術參數。根據經驗，試掘進90米完成后，管片與地層間摩阻力能構為盾構掘進提供反力，可拆除負環(huán)管片及反力架。并鋪設雙組編組列車，實現快速掘進，提高施工效率。拆除負環(huán)管片四、盾構掘進施工

13、工藝1、盾構掘進施工流程 增加螺旋輸送機轉速 刀盤扭矩 設定速度 總推力 周邊土壓 更改 改良效果 更改設定值 更改設定值 排土量 繼續(xù)掘進 掘進控制 添加材料注入參數設定 碴土狀態(tài) 增加注入量 減少注入量 土壓設定 開挖倉土壓 減少螺旋輸送機轉速 降低速度 土壓力控制 渣土改良控制 掘進速度控制 監(jiān) 視 合適 較好 較差 異常 不合適 過低 過高 過軟 過硬 不合適 異常 合適 較好 合適 較好 合適 四、盾構掘進施工工藝1、盾構掘進施工流程 盾構機盾尾完全通過洞門密封裝置后，開始進行同步注漿，并進入正常掘進施工階段，盾構機掘進出土采用皮帶輸送機輸送至電瓶車礦車內，每掘進完成1個循環(huán)后停止掘

14、進，洞內開始拼裝管片，電瓶車將土運輸至洞外，并準備下一循環(huán)所需材料。四、盾構掘進施工工藝2、盾構掘進施工流程 洞內運輸編組列車洞內運輸編組列車龍門吊吊裝管片龍門吊吊裝管片砂漿拌料機砂漿拌料機成型隧道成型隧道四、盾構掘進施工工藝2、土壓平衡盾構機掘進模式敞開式模式土壓平衡模式加氣模式適用于地層自穩(wěn)性好，地下水量少的地層，如強、中風化地層；適用于有一定的自穩(wěn)性、地下水不高的地層，如粘土、全風化巖；適用于地層自穩(wěn)性差、地下水大地層；如砂層、淤泥土層；四、盾構掘進施工工藝3、土壓力設定 盾構土壓力設定非常關鍵，設置的基本原則為： 1、土壓力上限：在淺覆土中為控制地表沉降為目的，可采用靜止土壓力靜止土壓

15、力； 2、土壓力下限：可以允許有一定的沉降，但可確保掌子面的穩(wěn)定，可采用主動土壓力主動土壓力。 四、盾構掘進施工工藝主動土壓力計算朗肯主動土壓力（簡便、應用多、庫倫公式）（1）填土為粘性土時（2）填土為無粘性土（砂土）時 式中：h、c、分別為隧道埋深、土層密度、粘聚力及內摩擦角度。四、盾構掘進施工工藝靜止土壓力計算 式中：P0土倉壓力；h隧道埋深； 土的容重； 土體側壓力系數（砂性土可取0.350.45，粘性土0.50.7，也可利用經驗公式：=1-sin()， 為土的有效內摩擦角度，一般為1225度）。 土壓力設定比較復雜，一般情況，土壓力設定應介于靜止土壓力和主動土壓力之間進行設定，具體應結

16、合地表沉降情況、以及盾構機掘進參數進行設定。根據經驗值，對于富水軟土地層，若地層埋深12米，土壓力可設1.4bar左右。四、盾構掘進施工工藝4、出渣量控制V=/4D2L=3.14/46.286.281.5=46.46m3；其中：D盾構機刀盤直徑(6.28m） L每循環(huán)掘進距離（1.5m）盾構隧道每環(huán)理論出碴量（實方）盾構隧道每環(huán)理論出碴量（實方） 盾構出碴量必須嚴格把控，是控制地表沉降的關鍵，每環(huán)掘進必須嚴格把盾構出碴量必須嚴格把控，是控制地表沉降的關鍵，每環(huán)掘進必須嚴格把控出渣量。不同地區(qū)地層，松散系數不同，因此配備的礦車數量也不同。根據控出渣量。不同地區(qū)地層，松散系數不同，因此配備的礦車數

17、量也不同。根據施工經驗，在華南片區(qū)，地層松散系數較大（一般在施工經驗，在華南片區(qū)，地層松散系數較大（一般在1.5），需要配置），需要配置5節(jié)礦車節(jié)礦車；而在中原片區(qū)（如鄭州），松散系數較小，配置；而在中原片區(qū)（如鄭州），松散系數較小，配置4節(jié)礦車即可。節(jié)礦車即可。四、盾構掘進施工工藝5、同步注漿 同步注漿：同步注漿是指盾構掘進的同時利用盾構機上的同步注漿泵，通過盾尾注漿管路，對盾構盾殼與管片之間的間隙進行及時填充，避免發(fā)生較大沉降；注漿必須與盾構掘進速度相互匹配。同步注漿原理地層四、盾構掘進施工工藝5、同步注漿 注漿量按照：注漿量按照：Q=VQ=V 式中：注漿率（取1.52.5，根據以往類似經

18、驗，注漿率取值1.5，具體取值需要結合本工程地質情況、地表沉降監(jiān)測值進行反饋調整，V盾尾建筑空隙（m3）V=（6.282-62）41.5=4.05m3；則：Q=5.310.1 m3/環(huán)；注漿壓力一般大于出口壓力0.10.2MPa。對于重要地段，可采用二次補強注漿，二次補強注漿量根據地質情況及注漿記錄情況，分析注漿效果，結合監(jiān)測情況，由注漿壓力控制。四、盾構掘進施工工藝6、管片拼裝 本工程管片外徑6000mm，內徑5400,管片厚度為300mm；每環(huán)管片分6塊組成，其中標準塊3塊（A1、A2、A3），鄰接塊2塊（B1、B2），封頂快1塊。管片類型分標準環(huán)、左右轉彎環(huán)，轉彎環(huán)管片楔形量為38mm，

19、轉彎環(huán)管片用于調整盾尾間隙及擬合盾構機當前姿態(tài)而設置。管片拼裝采用錯縫拼裝的模式（相鄰環(huán)管片縱縫不重合），管片之間采用M30螺栓連接，根據封頂塊位置不同，可分10個點位，管片具體點位選擇應考慮盾尾間隙、盾構機目前姿態(tài)以及錯縫拼裝的影響，合理選擇管片點位。 管片拼裝一般從底部往頂部拼裝，繞順時針或逆時針方向，首先拼裝鄰接塊或標準塊，最后拼接封頂塊。四、盾構掘進施工工藝6、管片拼裝A1A2A3BCA1A2A3BCKA1A2A3BCKA1A2A3BCK1點2點3點4點四、盾構掘進施工工藝6、管片拼裝KA1A2A3BCKKA1A2A3BCKKA1A2A3BCKKA1A2A3BCK5點7點8點9點四、盾