小半徑曲線隧道盾構(gòu)施工工藝匯編

1、小半徑曲線隧道盾構(gòu)施工工藝1 前言1.1工藝工法概況小半徑曲線盾構(gòu)隧道是指曲線半徑在250400米的曲線隧道，由于施工采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)機的設(shè)計轉(zhuǎn)彎能力直接影響到隧道的施工難易程度，目前使用較多的德國海瑞克6280mm的土壓平衡盾構(gòu)機的最小水平轉(zhuǎn)彎半徑為200米、日本小松TM625PMD盾構(gòu)機最小水平轉(zhuǎn)彎半徑為150米，可以滿足小半徑曲線的施工要求。但施工過程中需采用相應(yīng)的輔助措施及加強施工各個方面的控制才能有力確保小半徑曲線隧道施工質(zhì)量。1.2工藝原理盾構(gòu)掘進過程中通過刀盤的超挖刀，推進油缸的壓力、行程差、鉸接油缸的行程差使盾構(gòu)機根據(jù)隧道的設(shè)計曲線前行以完成曲線段的隧道施工通過增大每環(huán)管片

2、的楔型量、減少環(huán)寬以增大管片轉(zhuǎn)彎的能力來擬合隧道較小的設(shè)計曲線。2 工藝工法特點 有效減小了建筑物密集區(qū)等特殊條件下隧道選線的難度，適用于較小半徑曲線盾構(gòu)隧道的施工，施工具有安全、經(jīng)濟、高效的特點。3 適用范圍 適用于小半徑曲線盾構(gòu)隧道。4 主要引用標(biāo)準(zhǔn)4.1地鐵設(shè)計規(guī)范(GB50157)4.2地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范(GB50299)4.3混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010)4.4混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范(GB50204)4.5地下防水工程質(zhì)量驗收規(guī)范(GB50208)4.6建筑防腐蝕工程施工及驗收規(guī)范(GB50212)5 施工方法小半徑曲線盾構(gòu)隧道施工是在土壓平衡的前提下，采用VM

3、T導(dǎo)向系統(tǒng)控制掘進方向、通過刀盤的超挖刀擴挖掌子面、推進油缸壓力差使盾構(gòu)機沿曲線方向前行、盾構(gòu)鉸接油缸行程差使盾體與盾尾有效的擬合曲線，最后通過楔型量較大的管片拼裝來擬合盾構(gòu)機開挖的曲線形成小半徑曲線隧道。6 工藝流程及操作要點6.1施工工藝流程盾構(gòu)機選型特殊管片的準(zhǔn)備盾構(gòu)掘進管片拼裝管片姿態(tài)復(fù)測糾偏同步注漿二次注漿圖1 施工工藝流程圖6.2操作要點施工準(zhǔn)備工程開工前了解隧道地質(zhì)情況、地面建筑物情況，做好盾構(gòu)機的選型工作，確保使用盾構(gòu)機滿足小半徑曲線的施工能力。進入小半徑曲線掘進前2個月前做好施工的各項準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備工作的重點為小半徑曲線使用管片的生產(chǎn)。6.2.2掘進控制1進入小半徑曲線啟用超

4、挖刀、仿形刀，使開挖空間滿足盾構(gòu)機轉(zhuǎn)彎的能力。掘進過程中根據(jù)掘進參數(shù)選擇合適的超挖量，一般超挖量2050mm。裝有超挖刀的刀盤如圖2所示:2在小半徑曲線隧道中盾構(gòu)機每推進一環(huán)，由于推進油缸與管片受力面不垂直，在油缸的推力作用下產(chǎn)生一個水平分力，使管片拖出盾尾后，受到側(cè)向分力的影響向曲線外側(cè)偏移，因此盾構(gòu)機提前進入小半徑曲線掘進，盾構(gòu)機水平姿態(tài)向曲線內(nèi)側(cè)偏2040mm，如圖3管片受力分析圖所示：刮刀超挖刀單刃齒刀雙刃齒刀雙刃滾刀邊緣刮刀圖2 裝有超挖刀適應(yīng)于軟土地層的刀盤布置圖3 管片受力分析圖3采用VMT自動導(dǎo)向系統(tǒng)和人工測量輔助進行盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)測，采用分區(qū)操作盾構(gòu)機推進油缸控制盾構(gòu)掘進方向，被

5、動鉸接裝置在曲線掘進過程中形成油缸行程差，使盾構(gòu)機有效擬合曲線，小半徑（250400米）曲線段主要控制參數(shù)如下：表1 小半徑曲線段掘進控制參數(shù)序號項目單位控制數(shù)值備注1掘進速度mm/min2040根據(jù)地層相應(yīng)調(diào)整2總推力T10001500根據(jù)地層相應(yīng)調(diào)整3推進油缸行程差mm0604推進油缸壓力bar452005推進油缸壓力差bar501006鉸接壓力bar302007鉸接行程差mm5080油缸總行程140mm8刀盤轉(zhuǎn)速r/min1.61.89刀盤超挖量mm205010水平姿態(tài)mm2030偏向曲線外側(cè)11垂直姿態(tài)mm020抬頭掘進12盾尾間隙mm5595曲線內(nèi)側(cè)較小4小半徑曲線段掘進嚴(yán)格做好渣土

6、改良，采用加注水、泡沫劑、膨脹土等混合物增加渣土的和易性、降低渣溫、減少盾體與地層的摩擦力使盾構(gòu)掘進平穩(wěn)、順暢的進行。6.2.3管片選型與拼裝1管片選型根據(jù)小半徑曲線線路選擇合適的管片寬度和管片楔形量，管片的環(huán)寬越小、楔形量越大管片所適用的曲線半徑也就越小。以通用管片為例可以計算管片理論上能實現(xiàn)的最小轉(zhuǎn)彎半徑：管片每環(huán)寬度為B，管片外徑為D，單面楔形量為，縱向螺栓的分組數(shù)，即拼裝點位總數(shù)n。采用錯逢拼裝，按照下列公式可計算出理論管片可滿足的最小轉(zhuǎn)彎半徑R:R=B*D/(2(1-sin（n*）) 由上公式可知：環(huán)寬B越大、R越大，單面楔形量為越大、R越小。根據(jù)目前國內(nèi)小半徑曲線的施工情況一般半徑

7、為250400米可采用環(huán)寬1.2米、楔形量為41mm的管片。2管片拼裝1)作業(yè)班組嚴(yán)格按照管片拼裝操作規(guī)程執(zhí)行，從管片的進場驗收、下井、運輸、吊運、拼裝過程中嚴(yán)格要求。2)拼裝前沖洗管片、檢查止水條粘貼密實、盾尾清理干凈后方可進行拼裝。3)拼裝過程中嚴(yán)格控制管片環(huán)縫、縱縫5mm。4)油缸收縮與拼裝管片同步，禁止油缸過多收縮影響管片成環(huán)質(zhì)量。5)K塊止水條涂抹黃油，插入K塊拼裝機與推進油缸同時使用，嚴(yán)禁用力過大造成K塊破損。同步注漿及二次注漿曲線段提高同步注漿漿液強度，確保成型管片能夠快速的穩(wěn)固防止成型管片受不均勻推力側(cè)移。在全斷面硬巖、較軟地層中同步注漿很難達(dá)到飽滿、穩(wěn)固成環(huán)管片的效果，及時采

8、用二次注漿加固。表2 同步注漿漿液配比配合比水泥（kg）膨潤土（kg）粉煤灰（kg）砂子（kg）250225170800注漿壓力控制在（1.53.5）bar。根據(jù)開挖直徑和管片外徑計算：每環(huán)注漿量V=/4*K*L*（D1-D2）2=3.14/4×1.5×1.5×(6.282-6.02)2=6.1m3，因此確保注漿量大于6.1m3。施工測量小半徑曲線掘進重點做好地面沉降監(jiān)測、管片姿態(tài)復(fù)測，主要監(jiān)測項目見下表：表3 施工監(jiān)測項目監(jiān)測項目量測儀器測點布置量測頻率地面沉降電子水準(zhǔn)儀、銦鋼尺每10米布一個斷面，每段面7個測點開挖掌子面10米范圍內(nèi)4次/天； 50米范圍內(nèi)2次

9、/天；50米范圍外1次/天直到穩(wěn)定。盾構(gòu)機、管片姿態(tài)復(fù)測全站儀盾尾后50環(huán)2天/次激光靶前移全站儀30米/次7 勞動力組織盾構(gòu)施工技術(shù)要求高，專業(yè)性較強，要求工種多，且施工環(huán)境特殊，現(xiàn)場需配備專業(yè)技術(shù)人員。作業(yè)班組24小時白、夜班作業(yè)，人員配備見表4。表4 盾構(gòu)掘進所需勞動力序號作業(yè)組主要作業(yè)內(nèi)容人 數(shù)技術(shù)員技工普工1技術(shù)組施工、技術(shù)指導(dǎo)33 2試驗組各種材料試驗21 3盾構(gòu)隊盾構(gòu)現(xiàn)場施工830 104機修班設(shè)備維護、保養(yǎng)110 5地面隊盾構(gòu)施工輔助工作1208 主要機具設(shè)備表5 主要機械設(shè)備序號設(shè)備名稱單位數(shù)量規(guī)格型號主要工作性能指標(biāo)備注盾構(gòu)隧道施工專用設(shè)備1盾構(gòu)機及后配套臺1 EPB625

10、0P:1764KW,Tmax:5300KNm,F:34200KN2交直變頻電力機車臺2 JXK-45軌距：900mm，牽引力：98KN3電瓶車蓄電池組組12 540V電池D-700，480V4碴車節(jié)20 17 m3軌距：900mm，容量17m35砂漿運輸車臺6 8 m3軌距：900mm，容量8 m36管片車節(jié)8 15T軌距：900mm，載重：15T7充電機臺10 KCA-150/380V調(diào)壓：0380V，輸出功率：57KW8門式起重機臺2 45T額定起重量45T，p：100KW9汽車吊臺2 25T額定起重量25T，p：90KW10冷卻系統(tǒng)套2 SRM-8022KW11砂漿攪拌站套1 TS-50

11、0攪拌機:TS-50012通風(fēng)機臺2 SFD60-4-N010p：37×2KW13水泵臺10 65LS16×4揚程：60m，p：9.8KW14潛水泵臺8 Q4型揚程：60m，p：5.5KW15濾油機臺1 16小型泵站臺1 P：2.2KW17內(nèi)燃空壓機臺2 BH-12/7Q：12m3/min，p：86KW18二次注漿機臺2F1BY50/70P:6.5 kw19沖擊鉆臺6TE159 質(zhì)量控制9.1易出現(xiàn)的質(zhì)量問題9.1.1管片易錯臺、開裂和破損管片存在一個水平方向的受力，不但會使整段隧道管片發(fā)生水平偏移，還會導(dǎo)致管片之間發(fā)生相對位移，形成錯臺。由于管片的特殊受力狀態(tài)。管片與管片

12、之間存在著斜向應(yīng)力，使得前方管片內(nèi)側(cè)角和后方管片外側(cè)角形成兩個薄弱點如圖4 管片斜向應(yīng)力分析示意圖所示，同時相鄰兩環(huán)管片產(chǎn)生了相對位移，使得管片螺栓對其附近處混凝土產(chǎn)生前傾作用，使該處的混凝土破裂。圖4 管片斜向應(yīng)力分析示意圖9.1.2管片滲漏水1管片錯臺導(dǎo)致止水膠條銜接不緊密；2管片外側(cè)的混凝土開裂，裂縫繞過止水膠條，具體見圖5 管片裂縫破損示意圖所示：圖5 管片裂縫破損示意圖盾構(gòu)機姿態(tài)控制困難 在小半徑掘進過程中易出現(xiàn)盾構(gòu)機姿態(tài)向曲線外側(cè)偏離線路設(shè)計軸線，導(dǎo)致成型隧道與設(shè)計軸線偏差較大。9.2保證措施針對小半徑曲線掘進易出現(xiàn)的管片錯臺、破損、滲漏水等問題，主要從盾構(gòu)機掘進參數(shù)，盾構(gòu)設(shè)備（鉸

13、接裝置）、管片選型與拼裝等施工方面考慮、解決。9.2.1避免管片錯臺和破損1做好管片點位的選擇管片姿態(tài)與盾構(gòu)機、盾尾姿態(tài)相符，保證盾尾間隙>55mm。2由于曲線外側(cè)的油缸推力大，滿足盾構(gòu)機轉(zhuǎn)彎的同時減少左右油缸壓力差，一般左右油缸壓力差<100bar。3控制好鉸接油缸確保盾構(gòu)機與地層、盾尾與管片姿態(tài)相符，鉸接壓力<150bar、鉸接油缸行程差<100mm。4管片螺栓嚴(yán)格執(zhí)行三次復(fù)緊，確保管片連接緊密。5加強施工人員教育培訓(xùn)、提高管片拼裝質(zhì)量，避免因拼裝不到位產(chǎn)生的錯臺。9.2.2管片滲漏水1每環(huán)拼裝前做好止水條的檢查、沖洗，確保粘貼質(zhì)量合格。2減少錯臺、擰緊螺栓，確保止

14、水膠條對接緊密，達(dá)到良好的止水效果。3嚴(yán)格控制盾構(gòu)機的姿態(tài)，確保盾尾間隙均勻，避免盾尾擠裂管片，使裂縫繞過止水條形成漏水。4如有滲漏水出現(xiàn)及時采用二次注漿封堵處理。管片姿態(tài)控制措施1提高盾構(gòu)機操作司機操作水平，掘進過程中通過參數(shù)、渣土分析及時進行盾構(gòu)機掘進參數(shù)調(diào)整、控制。2盾構(gòu)施工技術(shù)管理人員及時了解前方掘進地層控制土艙壓力、優(yōu)化掘進參數(shù)，達(dá)到精確控制盾構(gòu)機姿態(tài)的目標(biāo)。 10 安全措施10.1主要安全風(fēng)險分析根據(jù)隧道工程施工特點，安全風(fēng)險防范重點有以幾個方面：10.1.1防觸電雷擊事故；10.1.2水平、垂直運輸事故；10.1.3管片吊運、拼裝撞擊。10.2保證措施針對盾構(gòu)法施工在特定的地質(zhì)條

15、件和作業(yè)條件下可能遇到的風(fēng)險問題，施工前必須仔細(xì)研究并制定防止發(fā)生災(zāi)害的安全措施，主要包括以下幾個方面：10.2.1施工前應(yīng)作全面的安全技術(shù)交底。10.2.2堅持一機、一閘、一漏保原則，加強臨時用電管理，做好觸電防范、應(yīng)急措施。10.2.3運輸設(shè)施的運輸能力應(yīng)與盾構(gòu)施工所需的材料、設(shè)備供應(yīng)量相適應(yīng)。所有的起重機械、機具要按安全規(guī)程要求定期檢查維修與保養(yǎng)。10.2.4管片拼裝落實專人負(fù)責(zé)指揮，盾構(gòu)機司機按照指揮人員的指令操作，嚴(yán)禁擅自轉(zhuǎn)動拼裝機，以免發(fā)生傷亡事故。11 環(huán)保措施11.1施工場界噪聲按建筑施工場界噪聲限值（GB12923-90）的要求控制。保證在各施工階段盡量選用低噪聲的機械設(shè)備和工法。并且在滿足施工要求的條件下，盡量選擇低噪聲的機具。11.2在施工前做好各類市政管線調(diào)查，施工中做好保護，防止施工破壞管線。市政管線的遷移和保護按法規(guī)要求進行，履行報批手續(xù)付