地鐵工程土壓平衡盾構(gòu)下穿鐵路施工工藝工法

地鐵工程土壓均衡盾構(gòu)下穿鐵路施工工藝工法地鐵工程土壓均衡盾構(gòu)下穿鐵路施工工藝工法地鐵工程土壓均衡盾構(gòu)下穿鐵路施工工藝工法地鐵工程土壓均衡盾構(gòu)下穿鐵路施工工藝工法前言1.1工藝工法大要一個城市中地鐵網(wǎng)絡(luò)常常由多條線路構(gòu)成，跟著線路的增加，線路互訂交織及下穿各種建（構(gòu)）筑物將沒法防范，城市地鐵建設(shè)中會有大批地鐵地道下穿鐵路線，用土壓均衡盾構(gòu)機進(jìn)行地道施工具有自動化程度高、節(jié)約人力、施工速度快、一次成洞、不受天氣影響、開挖時可控制地面沉降，保證地面建（構(gòu)）筑物構(gòu)造安全等優(yōu)點，成為地鐵地道施工的首選。研究好盾構(gòu)法地道下穿鐵路的施工工法，擁有較強的技術(shù)經(jīng)濟效益和必定的社會效益。1.2工藝原理土壓均衡盾構(gòu)是在機械式盾構(gòu)的前部設(shè)置隔板，在刀回旋轉(zhuǎn)的作用下，刀具切削開挖面的泥土，破碎的泥土經(jīng)過刀盤的張口進(jìn)入土倉，使土倉和排土用的螺旋輸送機內(nèi)充滿切削下來的泥土，依靠盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏?jīng)過隔板給土倉內(nèi)的渣土施加壓力，使土壓作用于開挖面以均衡其水土壓力。這樣就可以盡量防范修建地道對土體的擾動，保證鐵路營運安全。工藝工法特色2.1對鐵路營運影響小；2.2輔助工法少；2.3經(jīng)濟性高。適用范圍適用于盾構(gòu)下穿營運鐵路線、運陣營鐵線等施工。主要引用標(biāo)準(zhǔn)4.1《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘探規(guī)范》（GB50307）4.2《地下鐵道設(shè)計規(guī)范》（GB50157）4.3《鐵路地道施工技術(shù)安全規(guī)范》（GBJ404）4.4《地下鐵道工程施工及查收規(guī)范》（GB50299）4.5《盾構(gòu)法地道施工與查收規(guī)范》（GB50446）施工方法5.1對既有鐵路營運線路的評估、加固依據(jù)《客運專線鐵路無碴軌道鋪設(shè)條件評估技術(shù)指南（鐵建設(shè)[2005]158號）》規(guī)定，對需要下穿的既有鐵路營運線路進(jìn)行安全評估，擬定出相關(guān)的沉降控制指標(biāo)，并依據(jù)詳細(xì)的地質(zhì)及工況條件，擬定出無擾動加固路基線路方案，保證鐵路營運安全。5.2盾構(gòu)掘進(jìn)盾構(gòu)機下穿既有鐵路營運線采納土壓均衡模式進(jìn)行地道掘進(jìn)。該模式的工作原理就是盾構(gòu)機在土壓均衡狀態(tài)（作業(yè)面水土壓力與土倉中的泥土壓力均衡）下進(jìn)行地道掘進(jìn)。刀盤開挖下來的碴土充填滿泥土倉，并被裝在切削刀盤后邊及隔板上的攪拌臂強迫攪拌，借助盾構(gòu)推動油缸的推力經(jīng)過隔板進(jìn)行加壓，產(chǎn)生泥土壓，這一壓力作用于整個作業(yè)面，使作業(yè)面穩(wěn)固，刀盤切削下來的碴土量與螺旋輸送機向外輸送量相均衡，保持泥土倉內(nèi)壓力穩(wěn)固在預(yù)約的范圍內(nèi)。在盾構(gòu)下穿既有鐵路營運線過程中，勻速、連續(xù)、均衡施工。掘進(jìn)過程中一直保證土倉壓力與作業(yè)面水土壓力的動向均衡，同時利用螺旋輸送機進(jìn)行與盾構(gòu)推動量相應(yīng)的排土作業(yè)，掘進(jìn)過程中始終保持開挖土量與排土量的均衡，以保持正面土體穩(wěn)固。別的，做好掘進(jìn)、拼裝等各工序的連接以及盾構(gòu)隊作業(yè)班的交接工作，盡量減少非工作時間。在掘進(jìn)過程中，各重點崗位(盾構(gòu)司機、管片拼裝工、電瓶車司機、龍門吊司機)采納有豐富施工經(jīng)驗的人員，定崗定人。在施工過程中增強對機械設(shè)備的維修保養(yǎng)，盡量保證不因機械故障而停機，保證盾構(gòu)機連續(xù)掘進(jìn)。掘進(jìn)速度應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)技術(shù)交底進(jìn)行，禁止擅自改變，保證盾構(gòu)機勻速向前掘進(jìn)，減少對土體擾動。5.3監(jiān)測對既有鐵路營運線采納遠(yuǎn)程自動化及時監(jiān)測，同時，為滿足施工時期及工后必定周期的平常維修安全監(jiān)測要求，輔以人工監(jiān)測的方法。遠(yuǎn)程自動化及時監(jiān)測采納ADMS丈量機器人監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由五部分構(gòu)成：監(jiān)測站、控制計算機房、基準(zhǔn)點、變形點和丈量機器人。監(jiān)測站：依據(jù)現(xiàn)場條件，選擇自動變形監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測站。該站需建觀察墩，部署丈量機器人，并保證有較好的通視條件。控制計算機房：控制計算機房一般選設(shè)在辦公區(qū)周邊，有較好的供電等條件。機房內(nèi)的計算機經(jīng)過通信電纜或數(shù)據(jù)電臺和監(jiān)測站全站儀相聯(lián)。在控制機房能及時認(rèn)識監(jiān)測站全站儀的運轉(zhuǎn)狀況。別的，經(jīng)過埋設(shè)于機房與監(jiān)測站的專用電纜給全站儀供電并通信?；鶞?zhǔn)點：在變形區(qū)之外，需建最少三個穩(wěn)固的基準(zhǔn)點。變形點：依據(jù)實質(zhì)需要，在變形體上選擇若干變形監(jiān)測點，每個監(jiān)測點上部署有對準(zhǔn)監(jiān)測站的單棱鏡。5.4二次注漿下穿既有營運鐵路施工達(dá)成后，經(jīng)過對監(jiān)測數(shù)據(jù)解析，確立二次注漿時間、注漿量。整個二次注漿全過程一定有及時監(jiān)測信息反響，保證既有鐵路線的營運安全。工藝流程及操作重點6.1施工工藝流程施工工藝流程以下所示：圖1施工工藝流程6.2操作重點施工準(zhǔn)備包含檢查、評估、協(xié)調(diào)聯(lián)系、方案論證、監(jiān)測系統(tǒng)布設(shè)、應(yīng)急準(zhǔn)備等，各項準(zhǔn)備工作一定充分，且獲取落實后才能進(jìn)行下穿作業(yè)施工。預(yù)保護(hù)措施對既有鐵路營運線路基及兩條訂交線路之間土體提前進(jìn)行加固。在盾構(gòu)機進(jìn)行下穿施工時期，既有鐵路營運線列車限速（小于50km/h）。盾構(gòu)掘進(jìn)控制土壓均衡掘進(jìn)模式采納土壓均衡模式進(jìn)行下穿掘進(jìn)，其土倉壓力控制采納以下兩種操作模式:經(jīng)過螺旋輸送機來控制排土量的模式:即經(jīng)過土壓傳感器檢測，改變螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速控制排土量，以保持開挖面土壓穩(wěn)固的控制模式。此時盾構(gòu)的推動速度人工早先給定。經(jīng)過推動速度控制進(jìn)土量的模式:即經(jīng)過土壓傳感器檢測控制盾構(gòu)千斤頂推動速度，以保持開挖面土壓穩(wěn)固的控制模式。此時螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速早先給定。在下穿掘進(jìn)過程中依據(jù)需要可以不停轉(zhuǎn)變控制模式，以保證開挖面的穩(wěn)固。在盾構(gòu)下穿施工中，為了保持開挖面的穩(wěn)固，依據(jù)圍巖條件合適注入增加劑，保證碴土的流動性和止水性，同時要謹(jǐn)慎進(jìn)行土倉壓力和排土量進(jìn)行管理。在硬塑或堅硬狀花崗巖殘積土層、碎屑巖全風(fēng)化帶、強風(fēng)化帶地層中采納土壓均衡模式掘進(jìn)時，向刀盤面、土倉內(nèi)和螺旋輸送機內(nèi)注入泡沫，并增加對螺旋輸送機內(nèi)注入的泡沫量，以增加了碴土的流動性。在粘性土地層中掘進(jìn)時，采納向刀盤面和土倉內(nèi)注入泡沫改良碴土。在粘性土內(nèi)增加泡沫，增加了碴土的流動性，減少摩擦力，利于碴土的排出，減少泥土的擁堵。盾構(gòu)姿態(tài)控制采納自動導(dǎo)向系統(tǒng)和人工丈量輔助進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)測采納分區(qū)操作盾構(gòu)機推動油缸控制盾構(gòu)掘進(jìn)方向推動油缸按上、下、左、右分成四個組，每組油缸都有一個帶行程丈量和推力計算的推動油缸，依據(jù)需要調(diào)理各組油缸的推動力，控制掘進(jìn)方向。糾偏在盾構(gòu)機穿越鐵路線過程中，如掘進(jìn)方向出現(xiàn)偏差，只要線路可調(diào)，就不需要進(jìn)行糾偏，待穿越達(dá)成后在進(jìn)行辦理。土壓均衡狀態(tài)下的設(shè)定土壓力P＝kγH【k：土壓力的側(cè)向系數(shù)，視覆土性質(zhì)和厚度而定，一般在0.5～0.7之間。γ：土的容重；H：地道中心埋深】在工程實行過程中，依據(jù)實質(zhì)狀況，以及和出土量的有機結(jié)合，全部上述土壓力設(shè)定值可作合適調(diào)整。推動出土量控制理論出土量＝/4×D2×L＝/4×6.282×1.5＝46.4m3/環(huán)3考慮巖土的松懈系數(shù)，盾構(gòu)掘進(jìn)時的實質(zhì)出土體積約為67.5m/環(huán)。因為盾構(gòu)機的特別構(gòu)造，使其沒法觀察掌子面狀況，我們只好經(jīng)過出土量的大小來計算掌子面狀況，出土量過大，掌子面即可能出現(xiàn)了坍塌，所以一定控制好出土量。依據(jù)計算，實質(zhì)每環(huán)出土量為70m3（虛方）左右，用渣車出土計量為每環(huán)4.5斗左右?，F(xiàn)場實際計量時，出土量控制可采納掘進(jìn)300mm出渣1車來控制。過程中一旦有超量現(xiàn)象，一定對該區(qū)段進(jìn)行辦理，包含二次補漿，以致地面注漿加固等措施。同步注漿量在盾構(gòu)施工中，當(dāng)管片離開盾尾后，在土體與管片之間會形成一道寬度為115～140mm的環(huán)型縫隙。為了趕忙填補環(huán)形縫隙使管片盡早支撐地層，防范地層變形過大而危及1號線安全需要進(jìn)行注漿。同步注漿采納盾尾壁后注漿方式。注漿要做到“掘進(jìn)、注漿同步，不注漿、不掘進(jìn)”，經(jīng)過控制同步注漿壓力和注漿量（注漿壓力控制在0.25Mpa左右，每環(huán)注漿量6.5m3左右）兩重標(biāo)準(zhǔn)來確立注漿時間。詳細(xì)注漿參數(shù)需經(jīng)過試驗段地面沉降狀況進(jìn)行確立。注漿配合比采納以下設(shè)定，并在施工過程中酌情對配合比進(jìn)行調(diào)整。表1同步注漿配合比名稱水泥膨潤土粉煤灰砂水初凝時間資料用量(kg/m3)2507550400依據(jù)實質(zhì)狀況調(diào)整180min選擇試驗段在正常掘進(jìn)段選擇地質(zhì)條件及線路條件與下穿鐵路地域相似的區(qū)段設(shè)定為試驗段，在此試驗段模擬出最正確的掘進(jìn)參數(shù)，為下穿地域初始階段盾構(gòu)掘進(jìn)各個相關(guān)參數(shù)的確定作為參照。盾構(gòu)掘進(jìn)下穿鐵路線施工重點1．嚴(yán)格以土壓均衡狀態(tài)下的土壓力計算值為盾構(gòu)掘進(jìn)施工的土壓設(shè)定值，施工中僅可以在項目工程師認(rèn)同的前提下，進(jìn)行微量的調(diào)整。同時可以經(jīng)過土體位移和深層沉降的監(jiān)測信息，對土壓設(shè)定值進(jìn)行修正。2．嚴(yán)格以理論出土量為盾構(gòu)棄土控制值，每環(huán)出土量偏差不得3超出2m。為了防范數(shù)目統(tǒng)計偏差，施工中盡可能將土箱沖洗干凈。一旦出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，一定照實反響，在后續(xù)注漿施工中，將針對性的進(jìn)行超量注漿。3．防范大幅度的軸線糾偏動作。因為較大幅度的糾偏，對地層的擾動也特別大，所以在控制好土壓力和出土量的前提下，一定減小糾偏幅度。盾構(gòu)糾偏原則為“勤糾、少糾”。4．同步注漿及時、足量。為了防范同步注漿跟不上，或注漿量不夠而引起對地層的擾動，過程中安排專人負(fù)責(zé)注漿工序，每環(huán)、定時、定量進(jìn)行同步注漿，并做好注漿記錄。5．在此地段掘進(jìn)增強地面隆降檢測，及時解析數(shù)據(jù)，調(diào)整盾構(gòu)機掘進(jìn)參數(shù)和注漿壓力。6．盾構(gòu)機停機時期，一定觀察土倉壓力，保持土倉壓力均衡。防范長時間停機造成土倉內(nèi)渣土的固結(jié)，使土倉壓力降低，造成地面沉降。7．在未到重疊地道段前和到達(dá)區(qū)間聯(lián)系通道加固地域進(jìn)行刀具的檢查，保證刀具的完滿性。鐵路線及時監(jiān)測1．鐵路線可以承受的變形數(shù)值有限，在超出必定限度后可能引發(fā)嚴(yán)重安全事故。上海及廣州的工程實例證明，周邊新建工程施工或下穿正在營運的鐵路，對鐵路所造成的影響主要包含既有構(gòu)造的沉降、曲折和扭曲變形、開裂，變形縫的擴展和錯動，造成構(gòu)造性能指標(biāo)的降落。構(gòu)造變形嚴(yán)重時，可能會引起構(gòu)造與道床的剝離、軌道設(shè)備幾何形位的改變：如軌道水平、軌道前后高低、直線軌向（或曲線正矢）的改變，嚴(yán)重時形成“三角坑”、“吊板”、“暗坑”等病害，使行車平順性變差，引發(fā)沖擊、搖晃甚至于造成脫軌，對行車安全造成重要威迫。所以，在新建線路施工時一定對既有線路進(jìn)行及時監(jiān)測。2．險情的發(fā)生常常有忽然性，只有進(jìn)行足夠密度的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，才能從監(jiān)測數(shù)據(jù)上發(fā)現(xiàn)連續(xù)的變化征兆，從而可以供應(yīng)給決策人員及時采納措施，消除險情，除掉隱患。而傳統(tǒng)的水平丈量、水平位移監(jiān)測手段需要監(jiān)測人員在現(xiàn)場作業(yè)，采納及時自動化監(jiān)測系統(tǒng)可及時掌握在新建線路建設(shè)過程中對鐵路構(gòu)造形狀和道床、軌道狀況的影響，供應(yīng)動向監(jiān)測數(shù)據(jù)，為建設(shè)方及營運方供應(yīng)及時靠譜的數(shù)據(jù)和信息，以便及時評定地鐵施工對鐵路構(gòu)造和軌道的影響，及時指導(dǎo)施工采納必需方案措施、營運增強維修保養(yǎng)措施，對可能發(fā)生的事故供應(yīng)及時、正確的預(yù)告，使相關(guān)各方有時間做出反響，防范惡性事故的發(fā)生，保證既有線安全營運。3．對鐵路線按三級預(yù)警制度進(jìn)行管理，即，預(yù)警值、報警值、控制值三級。預(yù)警值取控制值的50%，報警值取控制值的80%，構(gòu)造變形控制指標(biāo)以下：表2構(gòu)造變形控制指標(biāo)項目預(yù)警值報警值控制值道床平順度2.0mm/10m3.2mm/10m4.0mm/10m左右軌道差異沉降2.0mm3.2mm4.0mm三角坑2.0mm/18m3.2mm/18m4.0mm/18m構(gòu)造絕對變形量10.0mm16.0mm20.0mm地道相對變形量1/50001/31251/2500備注：監(jiān)測控制值是指既有運轉(zhuǎn)線地鐵列車正常運轉(zhuǎn)的極限值，預(yù)警值是指引起警戒措施的初步值，報警值是指需提出警告的初始值。4．自動監(jiān)測系統(tǒng)原理以以下圖監(jiān)測站基準(zhǔn)點1丈量機器人供電基準(zhǔn)點n及通信模塊變形點1計算機數(shù)據(jù)辦理系統(tǒng)成就輸出控制計算機房變形點n圖2自動監(jiān)測系統(tǒng)原理表示圖6.2.7二次注漿同步注漿后管片上方可能會存在通道。別的同步注漿漿液凝固后體積會產(chǎn)生必定程度的縮短，為有效防范既有一號線產(chǎn)生后期沉降，在交匯區(qū)及交匯區(qū)前后10m范圍進(jìn)行洞內(nèi)二次注漿，充填管片背后的空腔。從脫出盾尾50米開始，每隔2環(huán)在管片頂部注漿孔打開注雙液漿，直到管片超出二次注漿加固范圍為止。注漿的詳細(xì)方法是把管片上的注漿孔打開注雙液漿，將背后的空腔封堵住。注漿壓力暫定：0.8Mpa，注漿配比方下表。注漿過程中要依據(jù)鐵路線的自動丈量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反響，及時調(diào)整注漿參數(shù)。表

3

二次注漿配合比水泥（g）

水（ml）

水玻璃（

ml）

初凝時間

終凝時間150

60

108.4

2min40s

14min30s勞動力組織表4勞動力組織序號工種人數(shù)1施工隊長22班長23盾構(gòu)機操作司機24管片拼裝工85注漿工46機電工47司索工88電瓶車司機49龍門吊司機310一般工人2011及時監(jiān)測人員412鐵路單位配合人員10小計71主要機具設(shè)備表5主要機具設(shè)備序號設(shè)備名稱數(shù)目規(guī)格型號主要工作性能指標(biāo)一盾構(gòu)地道施工專用設(shè)備二及時丈量、監(jiān)測設(shè)備1精美水平儀1臺DSZ-22全站儀1臺TCA11033ADMS丈量機器人監(jiān)測系統(tǒng)1套4傾斜測試儀1臺Hcx-2b5水位觀察儀1臺VW-1質(zhì)量控制9.1易出現(xiàn)的質(zhì)量問題9.1.1在盾構(gòu)下穿掘進(jìn)過程中土倉壓力泄壓過快，造成欠壓掘進(jìn)，引起既有鐵路營運線下沉。9.1.2同步注漿不飽滿，同步漿液凝固過程中縮短過快形成空洞，管片裂縫，管片過分錯臺，造成既有鐵路營運線沉降。盾構(gòu)地道后期下沉、上調(diào)、水平位移，引起既有營運鐵路變形。9.2保證措施9.2.1盾構(gòu)機下穿掘進(jìn)前，對土倉內(nèi)土壓傳感器進(jìn)行檢定，一定保證土壓力的顯示正確，同時掘進(jìn)數(shù)據(jù)一定可以傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控室，當(dāng)下穿掘進(jìn)時土倉內(nèi)壓力保持不住，馬上向土倉內(nèi)注入提前準(zhǔn)備好的膨潤土漿液。盾構(gòu)機下穿掘進(jìn)過程中，及時進(jìn)行地道內(nèi)二次增補注漿，其注漿量與注漿壓力控制需依據(jù)既有鐵路營運線及時監(jiān)測狀況確立。9.2.3對既有營運線、新建地鐵地道長時間進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測周期最少1年，防范工后沉降引起既有鐵路營運線變形。安全措施10.1主要安全風(fēng)險解析10.1.1正在營運的鐵路線因沉降過大影響營運，甚至造成停運的風(fēng)險,社會責(zé)任重要。10.1.2盾構(gòu)機及后配套設(shè)備故障以致停機引起的安全風(fēng)險。10.2保證措施10.2.1在盾構(gòu)經(jīng)過鐵經(jīng)過程中，勻速、連續(xù)、均衡施工。掘進(jìn)過程中一直保證土倉壓力與作業(yè)面水土壓力的動向均衡，同時利用螺旋輸送機進(jìn)行與盾構(gòu)推動量相應(yīng)的排土作業(yè)，掘進(jìn)過程中一直維持開挖土量與排土量的均衡，以保持正面土體穩(wěn)固。別的，做好掘進(jìn)、拼裝等各工序的連接以及盾構(gòu)隊作業(yè)班的交接工作，盡量減少非工作時間。在掘進(jìn)過程中，各重點崗位(盾構(gòu)司機、管片拼裝工、電瓶車司機、龍門吊司機)采納有豐富施工經(jīng)驗的人員，定崗定人。在施工過程中增強對機械設(shè)備的維修保養(yǎng)，盡量保證不因機械故障而停機，保證盾構(gòu)機連續(xù)掘進(jìn)。掘進(jìn)速度應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)技術(shù)交底進(jìn)行，禁止擅自改變，保證盾構(gòu)機勻速向前掘進(jìn)，減少對土體擾動。施工現(xiàn)場成立下穿既有鐵路營運線施工指揮辦公室，鐵路營運單位、政府應(yīng)急辦、以及全部參加設(shè)計、施工的相關(guān)單位現(xiàn)場24小時監(jiān)控辦公，各家單位及政府部門親近配合，形成有效的迅速應(yīng)急反響體系。10.2.3盾構(gòu)機經(jīng)過鐵經(jīng)過程中，因設(shè)備故障停機后，土倉內(nèi)壓力變小，迅速經(jīng)過盾殼上的徑向注漿孔向盾體四周注入Na基膨潤土，注入量及壓力經(jīng)過土倉內(nèi)壓力傳感器確立。環(huán)推薦措堅持“預(yù)防為主、防治結(jié)合、綜合治理、化害為利”的原則，環(huán)保留理吻合地鐵施工時期環(huán)境保護(hù)的要求。采納各種有效措施，對簡單引起環(huán)境污染的各種渠道嚴(yán)格控制，明確環(huán)珍重點。的確貫徹環(huán)保法規(guī)，嚴(yán)格執(zhí)行國家及地方政府宣布的相關(guān)環(huán)境保護(hù)，水土保持的法規(guī)、目標(biāo)、政策和法律，及時提報相關(guān)環(huán)保設(shè)計。編制實行性施工組織設(shè)計時，把施工生產(chǎn)的環(huán)保工作作為此中一項內(nèi)容。增強環(huán)保教育，采納各種方式宣傳環(huán)保法規(guī)、政策、知識。增強環(huán)保留理，健全內(nèi)部