盾構(gòu)過中間風(fēng)井工程施工設(shè)計方案(機福區(qū)間)

可編輯版/一、工程概況機場北站～福永站區(qū)間風(fēng)井,位于規(guī)劃地塊內(nèi),周邊無建〔構(gòu)筑物,風(fēng)井西側(cè)約55m處有福永河,河寬約36m。風(fēng)井往機場北站及福永站方向均與盾構(gòu)區(qū)間連接〔礦山法初支盾構(gòu)空推,風(fēng)井施工期間作為礦山法施工豎井,預(yù)留礦山法出土孔。區(qū)間風(fēng)井主體長32米,寬26米,地下三層結(jié)構(gòu)。風(fēng)井中心里程為ZDK36+196.958；起點里程ZDK36+180.953；終點里程ZDK36+212.960。風(fēng)井設(shè)三個風(fēng)亭〔一個新風(fēng)亭、兩個活塞風(fēng)亭和一個緊急疏散口,均設(shè)在規(guī)劃地塊內(nèi),預(yù)留合建條件。本方案主要討論如何順利使盾構(gòu)機在較短時間內(nèi)快速、高效通過中間風(fēng)井實現(xiàn)再次始發(fā)掘進。圖一中間風(fēng)井與盾構(gòu)隧道平面位置關(guān)系圖圖二盾構(gòu)隧道與風(fēng)井相對位置剖面圖洞門加固方案盾構(gòu)機在到達中風(fēng)井前,為了維持隧道與風(fēng)井接口處地層的穩(wěn)定,避免盾構(gòu)機到達時因地下水流失而導(dǎo)致地面塌方或塌陷,必須根據(jù)實際情況對盾構(gòu)到達中風(fēng)井段進行地基處理。方案一:1加固方法中間風(fēng)井盾構(gòu)洞門加固段采用Φ108大管棚輔助施工。2長管棚加固施工工藝⑴管棚布置如管棚布置圖所示。管棚孔口位置在盾構(gòu)拱部120°范圍內(nèi),縱向16-22m<根據(jù)巖石深度>進行管棚注漿,開挖輪廓線外放300mm位置布置,管棚環(huán)向中心間距300mm。〔可根據(jù)地質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整,以保證盾構(gòu)機順利到達為準(zhǔn),外插角約1°。⑵注漿管棚采用Φ108mm,壁厚6mm的無縫鋼管,分節(jié)安裝,兩節(jié)之間用絲扣連接,注漿鋼管上鉆注漿孔,孔徑Φ10mm,孔間距200mm,呈梅花型布置。鋼管尾部〔孔口段2.0m不鉆花孔作為止?jié){段。<圖三中間風(fēng)井管棚布置圖>圖三中間風(fēng)井管棚布置圖⑶漿液采用水泥砂漿,初擬參數(shù)：水泥漿水灰比0.8:1～1:1,注漿壓力：采用0.2～0.4MPa,施工中應(yīng)據(jù)實際地質(zhì)情況,并通過試驗確定有關(guān)施工參數(shù)。⑷從管棚導(dǎo)向管按設(shè)計鉆孔,鉆孔時將鋼管隨鉆頭一起鉆入地層內(nèi),當(dāng)達到設(shè)計深度后停機。鉆頭用長約150mm的Φ121鋼管,并在鋼管一端管口焊接合金制成.鉆頭與鋼管、鋼管和鋼管間用絲扣連接。⑸向管棚內(nèi)注漿.注漿順序先下后上,全孔可采用后退式分段注漿方式。⑹管棚導(dǎo)向管應(yīng)嚴(yán)格定位,管棚鉆進過程中應(yīng)采用水平測斜儀經(jīng)常量測管棚的偏斜度,發(fā)現(xiàn)偏斜值超出設(shè)計要求時,應(yīng)及時糾偏。⑺施工誤差：鉆孔水平容許偏距沿相鄰鋼管方向不應(yīng)大于100mm,垂直偏距沿隧道內(nèi)側(cè)方向不應(yīng)大于200mm〔對管棚前端,而非管棚孔口。⑻施工中應(yīng)加強現(xiàn)場監(jiān)測,及時反饋信息,并及時修正設(shè)計。補充方案二:采用地面袖閥管注漿加固,加固的目的主要是提高洞頂以上軟弱地層〔硬塑狀砂質(zhì)粘性土、可塑狀砂質(zhì)粘性土的強度和防水效果,根據(jù)地質(zhì)情況以及以往對類似地層的加固經(jīng)驗,選取Φ52袖閥管注漿對地層進行加固,間距0.6m*0.6m,梅花形布置,加固縱向長度為9m,橫向為隧道輪廓線外1m,豎直方向為隧頂往上3m。技術(shù)要求：1漿液采用水泥漿水灰比1:1,使用42.5R普通硅酸鹽水泥,袖閥管施工完畢,應(yīng)對加固體進行檢驗,必須滿足28d齡期無側(cè)限抗壓強度q28>0.8MPa,滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s。若達不到要求,應(yīng)及時彌補注漿；2注漿加固深度范圍內(nèi),若遇中風(fēng)化、微風(fēng)化地層則該地層范圍不必加固；圖四中間風(fēng)井端頭補充加固三、過中風(fēng)井方案比選現(xiàn)代地鐵的設(shè)計中,在線路較長的區(qū)間中間一般均設(shè)計有通風(fēng)豎井,即中間風(fēng)井。豎井與盾構(gòu)法隧道相連。因此區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工時,存在盾構(gòu)機必須經(jīng)過豎井的問題,一般來說盾構(gòu)過中間風(fēng)井通常有三種方法：方案具體內(nèi)容優(yōu)點缺點方案一盾構(gòu)機二次始發(fā)過站拼裝負(fù)環(huán)較少,節(jié)約成本,風(fēng)險較小反力架加固要求較高,整環(huán)負(fù)環(huán)管片拆除較麻煩;方案二拼裝整環(huán)管片通過快捷,時間較短需要負(fù)環(huán)管片較多成本較高,拆除難度較大方案三拼裝半環(huán)+整環(huán)管片通過需要時間較短,拆除較方便準(zhǔn)備工作要求較高,施工時難度較大在目前工期十分緊迫的情況下,同時考慮到安全方面的因素<風(fēng)井跨度較大,縱向30m>,而且經(jīng)項目部多次討論并借鑒其它項目成功實例,決定采用盾構(gòu)機二次始發(fā)過站的方式通過。四、施工方案1、方案簡介提前施工弧形砼導(dǎo)臺、鋼導(dǎo)軌。盾構(gòu)機通過中間風(fēng)井,采用整體平移+二次始發(fā)。盾構(gòu)機到達中間風(fēng)井后,利用兩臺油頂將盾構(gòu)機整體向前平移,距離大里程洞門1m時停止,安裝并加固反力架,拼裝負(fù)環(huán)進行二次始發(fā),負(fù)環(huán)管片只貼軟木襯墊,不需要貼止水條。在盾構(gòu)機臺車完全順利進入隧道后,根據(jù)施工總體安排,拆除中間風(fēng)井內(nèi)的臨時管片,恢復(fù)中間風(fēng)井結(jié)構(gòu)施工。2、施工工作內(nèi)容及工藝流程施工前準(zhǔn)備盾構(gòu)進洞前,中間風(fēng)井洞門復(fù)測盾構(gòu)進洞加焊防滾楔塊施工前準(zhǔn)備盾構(gòu)進洞前,中間風(fēng)井洞門復(fù)測盾構(gòu)進洞加焊防滾楔塊盾構(gòu)平移〔頂推鋼支撐加工反力架加固管環(huán)加固負(fù)環(huán)管片拼裝〔全環(huán)盾構(gòu)出洞圖五盾構(gòu)過中間風(fēng)井施工工藝流程圖五、施工準(zhǔn)備為確保盾構(gòu)機順利通過中間風(fēng)井,盾構(gòu)機到達前應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作：1、加固兩端洞門及預(yù)埋密封環(huán)板。2、C30砼導(dǎo)臺施工及導(dǎo)軌預(yù)埋。導(dǎo)臺里程為ZDK36+180.953～ZDK36+212.96。導(dǎo)臺截面形狀與盾構(gòu)機外殼類似,半徑為盾體的半徑加鋼軌軌頭厚度,鋼導(dǎo)軌頂面所處弧面半徑同盾體半徑,鋼導(dǎo)軌預(yù)埋于導(dǎo)臺內(nèi),導(dǎo)臺采用C30混凝土回填,弧形導(dǎo)臺與盾構(gòu)隧道及中間風(fēng)井相對關(guān)系圖見圖六。圖六弧形導(dǎo)臺與盾構(gòu)隧道及中間風(fēng)井相對關(guān)系圖導(dǎo)臺及導(dǎo)軌施工要點如下：⑴導(dǎo)臺及導(dǎo)軌嚴(yán)格按圖設(shè)計標(biāo)高及坡度進行控制；⑵鋼導(dǎo)軌定位要準(zhǔn)確,導(dǎo)軌頂面要平順；⑶砼導(dǎo)臺施工時一要保證模板的弧度,二要保證澆注混凝土?xí)r模板的穩(wěn)定性如果在拆模時發(fā)現(xiàn)導(dǎo)臺不夠平整,則必須對它進行修整以到達設(shè)計要求。⑷為防止盾構(gòu)機進出洞時出現(xiàn)"磕頭"現(xiàn)象,盾構(gòu)機進洞時導(dǎo)臺及導(dǎo)軌標(biāo)高比理論值降低50mm,而在出洞前導(dǎo)臺及導(dǎo)軌標(biāo)高則必理論值提高50mm。六、盾構(gòu)通過施工1、盾構(gòu)進洞⑴在盾構(gòu)機到達洞門之前,必須提前做好以下準(zhǔn)備工作：a、安裝洞門密封裝置〔洞門密封圈及B板在盾構(gòu)機刀盤露頭后安裝,避免盾構(gòu)機破洞時的混凝土塊砸壞密封板；b、在中間風(fēng)井洞門口準(zhǔn)備好砂袋、水泵、水管、方木、風(fēng)炮等應(yīng)急物質(zhì)和工具；特別是作好破除圍護樁的準(zhǔn)備,保證盾構(gòu)機及時進入中間風(fēng)井；c、準(zhǔn)備好雙液注漿泵及水玻璃、水泥各一批；d、盾構(gòu)機到達前,在鋼軌上預(yù)先涂抹油脂,減少盾體與鋼軌的摩擦力。⑵在盾構(gòu)機到達前50米對中間風(fēng)井附近所有測量控制點進行一次整體、系統(tǒng)的控制測量復(fù)測和聯(lián)測,對所有控制點的坐標(biāo)進行精密、準(zhǔn)確地平差計算,并對激光經(jīng)緯儀復(fù)檢和盾構(gòu)機機頭位置人工測量。盾構(gòu)貫通前30米和10米對TCA托架三維坐標(biāo)進行人工復(fù)測。破洞前30米盾構(gòu)機姿態(tài)保持：機頭水平偏差0～10mm,機頭豎直偏差0～+10mm,俯仰角、偏轉(zhuǎn)角允許范圍±2mm/m；⑶在盾構(gòu)機機頭進入距中風(fēng)井洞門15米范圍后,首先減小推力、降低推進速度和刀盤轉(zhuǎn)速并控制出土量。無論在何種情況下,推進油缸壓力不得大于100bar,且盾構(gòu)機推進速度小于20mm/min。在抵達洞門的最后三環(huán),須進一步減小推力、降低推進速度,掘進速度控制在5～10mm/min；⑷中風(fēng)井洞門下方堆放一定量的砂包作為緩沖層,以便保護密封裝置。⑸盾構(gòu)進入洞門后,洞門密封圈必須用鋼絲繩拉緊。2、盾構(gòu)管片拼裝中間風(fēng)井段管片排列方式如下：盾構(gòu)順利頂推至達二次始發(fā)位置后,拼裝整環(huán)負(fù)環(huán),直線前進,直到盾構(gòu)完全進入洞門。3、中間風(fēng)井管片支撐為了提供盾構(gòu)步進和二次始發(fā)的反力,保證二次始發(fā)的第"零"環(huán)管片定位準(zhǔn)確,有效控制二次始發(fā)時管片的錯臺量,必須做好管片支撐措施。管片支撐分為底部支撐、兩側(cè)支撐、頂部支撐三部分〔見下面中間風(fēng)井管片支撐圖,圖中型鋼全部采用[18a。⑴底部支撐：當(dāng)管片脫出盾尾后,導(dǎo)臺鋼軌與管片之間存在150mm間隙,每環(huán)墊2塊木楔,防止管片下沉。⑵兩側(cè)支撐：在風(fēng)井段設(shè)置斜向支撐,管片脫出盾尾后,及時利用鋼管和木楔子固定管片與A1、A3塊管片,防止管片向兩側(cè)偏移。⑶頂部支撐〔或底部鋼絲繩：為了防止管片上浮,對整環(huán)管片用鋼絲繩進行捆綁并固定于導(dǎo)臺預(yù)埋件上,千斤頂反力由反力架提供。圖七中間風(fēng)井管片支撐圖4、盾構(gòu)在中風(fēng)井內(nèi)推進⑴刀盤在推進過程不宜旋轉(zhuǎn),推進時僅使用下部千斤頂〔C組,推進速度控制在10～20mm/min以內(nèi)。⑵為防止盾構(gòu)機在中風(fēng)井段推進過程中旋轉(zhuǎn),在盾體兩側(cè)加焊防滾楔塊；⑶過站段每環(huán)管片在脫離盾尾超過一半后,及時下墊楔形方木塞緊,管片與導(dǎo)臺間的空隙用細(xì)砂填充；⑷盾構(gòu)姿態(tài)由于導(dǎo)臺在澆注時已確定,則盾構(gòu)姿態(tài)應(yīng)與導(dǎo)臺一致。5、在中間風(fēng)井內(nèi)進行機械維護、檢修當(dāng)盾構(gòu)機機頭到達中間風(fēng)井位置時,組織機械、電氣專業(yè)人員對盾體部件進行維護和檢修。內(nèi)容主要包括：刀具、盾尾密封刷檢查更換。6、過中風(fēng)井后再次始發(fā)段的推進盾構(gòu)機從中風(fēng)井再次始發(fā)所用反力由反力架提供,始發(fā)推進階段總推力按500噸進行設(shè)計,因此在始發(fā)推進過程中必須注意：⑴中風(fēng)井和出洞后6環(huán)千斤頂總推力應(yīng)控制在500噸以內(nèi),速度控制在20mm/min以內(nèi)。⑵推進過程中,千斤頂推力的調(diào)節(jié)應(yīng)平穩(wěn),防止推力突變；⑶為防止盾構(gòu)機推進過程中盾體滾動,在盾體上焊接防滾楔塊；⑷每環(huán)管片脫出盾尾超過管環(huán)寬度一半時,在管環(huán)底部及時塞楔形方木并灌砂回填管環(huán)與導(dǎo)臺間的空隙；⑸在管環(huán)的3、9、12點位置設(shè)置方木撐以防管環(huán)整體松動；⑹做好注漿工作,防止進入洞門后的最初幾環(huán)管片下沉,必要時注雙液漿；⑺加強出洞期間地面沉降的監(jiān)測；⑻出洞前所拼裝的管片均采用單面楔形管片。七、常見問題的預(yù)防和處理1、進洞時,盾構(gòu)機"撞頭",導(dǎo)臺破碎盾構(gòu)推進根據(jù)洞門復(fù)測時的姿態(tài),實時調(diào)整掘進姿態(tài)貫通,當(dāng)導(dǎo)臺標(biāo)高與洞門標(biāo)高一致,而刀盤比盾體大,這樣容易出現(xiàn)盾構(gòu)機"撞頭"、導(dǎo)臺破碎現(xiàn)象。為了避免類似情況出現(xiàn),本方案采取以下三條控制：⑴控制盾構(gòu)機進洞前的姿態(tài),機頭豎直偏差控制在0～+10mm；⑵澆注砼導(dǎo)臺及預(yù)埋鋼導(dǎo)軌時,降低進洞位置處導(dǎo)臺及導(dǎo)軌標(biāo)高,中間風(fēng)井該處施工控制標(biāo)高比設(shè)計標(biāo)高低50mm,附圖二、三中導(dǎo)臺及導(dǎo)軌施工控制標(biāo)高已對此加以考慮；⑶在進洞時導(dǎo)臺上方離洞門5米范圍內(nèi)鋪滿砂袋,防止貫通時洞門混凝土掉下來砸傷導(dǎo)臺。2、到中風(fēng)井出洞時,盾構(gòu)機"磕頭"始發(fā)推進過程,在盾構(gòu)刀盤到達掌子面前,容易出現(xiàn)盾構(gòu)機"磕頭"現(xiàn)象。對此本方案采取如下措施：⑴在澆注導(dǎo)臺時,出洞位置砼導(dǎo)臺及導(dǎo)軌的高程高于設(shè)計標(biāo)高30mm；⑵在洞門內(nèi)底部按導(dǎo)臺的弧面澆注斜坡形素砼導(dǎo)臺。3、推進時管片出現(xiàn)左右搖擺、下沉現(xiàn)象推進時由于管片在各個面上的受力不一樣,在左右油缸的推力差較大而管環(huán)在上下、左右沒有反力支撐時則出現(xiàn)管片左右搖擺、下沉現(xiàn)象。這主要是在拼裝管片時管片螺栓沒有上緊、每一環(huán)在脫離盾尾后未采取措施所致。為了避免出現(xiàn)這種情況,中風(fēng)井過站段擬采取以下措施：⑴當(dāng)管片有一半脫出盾尾時,就及時在下方塞緊楔形方木；⑵對脫出盾尾的管片螺栓進行二次緊固；⑶在管片左右側(cè)及頂部加木方或槽鋼支撐,穩(wěn)定管片,防止管片推進過程中擺動錯位；⑷在管片底與導(dǎo)臺之間的空隙回填細(xì)砂,進一步穩(wěn)定管片。八、測量監(jiān)控1、地面沉降監(jiān)測⑴盾構(gòu)機離進洞洞口前100-150米時,在左、右線地面隧道中線方向上一般每隔15米建立一個監(jiān)測斷面,在中間風(fēng)井井口地面適當(dāng)增加監(jiān)測斷面。⑵測量頻率：盾構(gòu)機前100米初值每天測量1次,盾構(gòu)機頭里程前后20米每日兩次,盾構(gòu)機出洞過程中加密監(jiān)測,并及時反饋信息。2、隧道主控導(dǎo)線、水準(zhǔn)測量貫通前100m及50m時,對隧道主控導(dǎo)線、水準(zhǔn)進行2次復(fù)核測量,保證測量托架和盾構(gòu)機姿態(tài)的精度。3、測量托架和盾構(gòu)機姿態(tài)人工測量在出洞前,對測量托架儀器站和后視棱鏡平面坐標(biāo)和高程進行2次精密人工復(fù)核測量,對盾構(gòu)機姿態(tài)進行3次人工精密測量。4、洞門圈復(fù)核測量對中間風(fēng)井洞門圈中心三維坐標(biāo)進行和內(nèi)徑進行精密復(fù)核測量,確定洞門中心水平、垂直偏移值,對盾構(gòu)機出洞滑行導(dǎo)軌中心和高程精密測量。5、盾構(gòu)機出洞前姿態(tài)參數(shù)控制根據(jù)洞門圈水平、垂直偏移量調(diào)整盾構(gòu)機刀盤中心姿態(tài),保證順利貫通。6、在隧道貫通后,進行隧道貫通測量,對盾構(gòu)機姿態(tài)多次人工復(fù)核7、在重新始發(fā)前,對始發(fā)導(dǎo)軌中心和高程進行精密定位在中間風(fēng)井段,盾構(gòu)機與線路中心的定位關(guān)系如下圖所示?？紤]到始發(fā)時盾構(gòu)機機頭容易下行的特點,始發(fā)定位時,盾構(gòu)機的始發(fā)中心宜比隧道設(shè)計中心高出30mm。圖八盾構(gòu)始發(fā)定位九、機械人員投入過風(fēng)井之前,成立盾構(gòu)過風(fēng)井施工領(lǐng)導(dǎo)小組,由項目經(jīng)理任組長,項目副經(jīng)理、項目總工、副總工負(fù)責(zé)部門協(xié)調(diào),在此期間的盾構(gòu)機推進、管片拼裝施工作業(yè)每天分兩班進行,擬投入本工程每個作業(yè)班組勞動力組織和施工機具設(shè)備如下所示勞動力投入表序號工種名稱人數(shù)〔人1電焊工52班長13測量班24電工35管理人員206充電工27管片安裝68始發(fā)井地面司索工49井口協(xié)調(diào)610雜工611累計各班人數(shù)55主要施工設(shè)備表序號設(shè)備名稱單位數(shù)量規(guī)格型號主要工作性能指標(biāo)1電動空壓機臺22潛水泵臺6QS25×30-44KW3汽車吊臺150t4電焊機臺4BX30024.5KVA5氣割設(shè)備套26全站儀臺1萊卡TC4027精密水準(zhǔn)儀臺1蘇光DSZ28洞門低壓照明臺109液壓千斤頂臺230t十、安全文明施工措施1、對參與本項工作的施工管理技術(shù)人員和工人進行專項安全交底,管理人員和工人對盾構(gòu)機過中間風(fēng)井需要注意的事項必須清楚明確；2、測量人員等臨時出入施工現(xiàn)場的作業(yè)人員應(yīng)正確使用勞動防護用品,遵守現(xiàn)場的安全文明施工管理規(guī)定,預(yù)防物體打擊和高處墜落事故；3、盾構(gòu)機穿透中間風(fēng)井南端堵頭墻時現(xiàn)場必須注意隔離足夠的范圍；4、隧道內(nèi)動火作業(yè)必須做到"八不四要一清理"；5、高處作業(yè)時必須有人員監(jiān)護,高處作業(yè)人員必須系好安全帶,使用的梯子必須牢固并將上端頭固定以防止滑動。反力架檢算書1、機場北站~福永站區(qū)間,盾構(gòu)始發(fā)需使用反力架作為盾構(gòu)始發(fā)反力裝置。2、反力架整體結(jié)構(gòu)圖3、反力架主要由橫梁L1、L2、立柱H1、H2、八字梁、鋼環(huán)板組成,為提高整體穩(wěn)定性,將反力架分為1/4塊進行高強10.9級螺栓連接,節(jié)點為焊接而成一整體。模擬傳力路徑鋼環(huán)板-橫梁-立柱-支撐-預(yù)埋板。4、根據(jù)機場北站盾構(gòu)始發(fā)階段土體性能指標(biāo),及各施工單位經(jīng)驗,擬定始發(fā)最大推力2000t。5、受力檢算：〔1鋼環(huán)板檢算：鋼環(huán)板截面特性：Ix41886*104mm4Wx2792.4*103mm3截面面積=300*30*2+290*30*2=35400mm2模擬受力2000t/3.14*6=106t=1040KN/m鋼環(huán)強度滿足要求〔2桿件檢算：假設(shè)將應(yīng)力平均分配至各結(jié)構(gòu)桿件即2000t/3.14*6=106t=1040KN/m橫梁L1,彎矩、剪力計算已知橫梁跨距5100,橫梁受力范圍2580根據(jù)彎矩圖已知