隧道盾构对接及拆机施工技术方案.docx

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隧道盾构对接及拆机施工技术方案

广深港客运专线狮子洋隧道工程

狮子洋隧道盾构对接及拆机

施工方案

编制：

审核：

审批：

日期：

2010年5月20日

广深港客运专线狮子洋隧道SDⅢ标项目部

一.编制目的

为了保证江中对接和拆机的施工质量和安全，确保安全、优质、有序、按期完成江中对接和拆机施工。

二.编制依据

⑴国家和铁道部现行设计规范、施工规范、验收标准；新颁发的客运专线验收暂行标准与配套的相关设计规范及施工技术指南；

⑵地质水文勘察资料；

⑶设计文件；

⑷已施工同类地层的施工参数记录；

⑸广深港客运专线工程的指导性施工组织设计；

⑹设备制造商提供的相关技术资料；

⑺其它相关依据（项目部施工组织设计）；

⑻《特种设备安全监察条列》；

⑼《轨道车管理规则》；

⑽《施工现场临时用电JGJ46-2005安全技术规范》；

⑾《GB50017-2003钢结构设计规范》；

⑿《HGT21574-2008化工设备吊耳及工程技术要求》；

⒀施工现场实际条件。

三.工程概况

狮子洋隧道位于广深港铁路客运专线东涌站－虎门站区间，全长10.8km。

该隧道是世界上速度目标值最高的水下隧道，是全路第一条水下隧道，是铁路客运专线水下大直径泥水盾构圆形隧道，是广深港客运专线全线的控制性工程。

隧道分为进出口两个标段，投入四台直径Φ11.18m气压调节式泥水平衡盾构机，采用“相向掘进，地下对接，洞内解体”方式组织施工。

本标段位于狮子洋隧道的东莞侧，起点处与SDⅡ标相接，左线起始点DIK38+099.2，右线起始点DIK38+196.4，终点为DIK43+800。

包括了隧道土建工程（不含轨道工程）及其配套工程的施工、竣工和缺陷修复。

四.水下隧道盾构对接拆机总体方案

对接施工考虑直接土木对接方式，当两台盾构临近预定对接点之前、相距30环左右时，两台盾构都进行开仓，进行地质确认，在满足对接施工的条件下，选择一个地层更好的一台停止掘进，进行停机保压注浆作业，并可先进行后面其它同步施工工作。

另一台盾构进行姿态调整掘进，直至与先停的一台盾构刀盘完全相接，然后，对第二台盾构进行注浆作业，最后开仓确认，完成对接工作。

对接工作完成后，开始拆机工作，后配套拆运采用整体拆运、局部拆除或内移的方式拆运出洞，盾构主机及刀盘采用分块拆运，运输方式采用有轨运输及汽车运输相结合。

拆机工作完成后，施做对接段铺底、二衬及沟槽施工。

五.对接及拆机施工

5.1对接及拆机施工流程

对接及拆机施工流程见“图5.1.1对接及拆机施工流程图”。

图5.1.1对接及拆机施工流程图”

5.2对接施工

5.2.1盾构对接区域选择及地层稳定性分析

图5.2.1Jz-Ⅲ05-珠隧53号钻孔芯样图

1．对接区域地质水文评价

江中对接范围的地层处于弱风化砂岩中，地质勘探资料显示，弱风化岩石的抗压强度为6.54～82.80Mpa；弱风化岩层的渗透系数在一般地段:

0.033～1.475m/d;强透水（大于10-4m/s）地段：

10.02～30.84m/d；个别段：

55.2m/d。

因此对接面应选择弱风化地层岩石单轴抗压强度较高，而渗透系数较小的地段。

2．对接区域选择

根据设计工作联系单《关于狮子洋隧道盾构对接点位置选择注意事项》中对接点选择应注意以下事项：

①DK38+020～DK37+920（2490环～2540环）、DK38+250～+150（2375环～2425环）段隧道周边地层较破碎，不宜在该段对接施工；②DK37+780～+720（2560环～2590环）、DK38+150～+020（2425环～2490环）、DK38+480～+420（2260环～2290环）段隧道顶部局部存在破碎地层，在该段对接施工时应进行周边地层注浆加固；③在其余地段选择对接时应提前探测前方地层情况，并开仓检测，根据不同地质情况选择不同的施工方案。

结合设计文件中地质水文条件及目前施工进度等综合评价，左线对接位置选择在DIK38+099.2（2450环）左右，右线对接位置选择在DIK38+096.4段（2450环）左右。

3．对接区域地层稳定性分析

2450环对应地质钻孔Jz-Ⅲ05-珠隧53号孔芯样图（见图5.2.1），上覆土层为42.335米，洞顶及洞身主要为（5）3地层，地质纵断面图见图5.2.2所示。

岩石弱风化层（5）3：

本层分布广泛，呈褐红色、灰色等，主要由泥质粉砂岩、泥质细砂岩组成。

陆源碎屑结构，中厚层状，泥质、钙质胶结，局部铁质胶结，局部裂隙发育，岩芯呈短柱状、柱状及碎块状，岩质稍碎，揭露层厚1～53.3m，平均层厚17.91m。

从地质钻孔图片中可以看出此位置洞顶稍破碎，通过超前注浆加固等措施，可以满足长时间停机。

5.2.2对接测量方案及误差评估

1．对接测量方案

水下隧道盾构对接测量方案计划平面控制采用GPS跨江联测，洞内导线采用单洞双导线，以满足施工所需精度。

两台盾构机距离300环时，施工双方精测队分别利用设计院所交桩点，地面桩点进行GPS联测，洞内桩点采取主辅导线对控制点进行精度控制，分别对己方及对方控制点进行复核，双方互相检查，互相复核，测量成果两家各进行独立处理分析，形成成果。

最终两家进行成果对比，研究确定现场实用控制点采用结果，形成测量成果和调整方案。

最后测量成果和调整方案聘请测量专家进行评估，以保证尽量小的贯通误差。

评估后，双方盾构机按照对比结果调整姿态进行掘进。

（1）GPS跨江联测

基于设计院所交之精密水准点和控制桩。

按照国家二等水准测量规范标准分别进行光电测距跨河水准测量，GPS法跨河水准测量。

布测时尽量保证点间网型结构合理，严格按照规范施测。

使用GPS法跨河水准观测前，先进行选点埋桩，保证观测点位布置附合规范要求。

采用天宝GPS5800双频接收机5台进行观测，测前作星历预报。

每点位观测6时段，每时段测2小时，GPS观测前作好测量计划，保证锁定GPS卫星均≥6颗，PDOP值＜6，各项技术指标满足规范规定要求。

精密水准引测：

两岸分别用DNA03（S0.5级标称精度）各一台由GPS-C18,BM1设计基点引测至海堤跨河大坝固定桩上，同时亦引测出两岸架设GPS接收机的观测点高程（各岸采用本岸侧的高程基准起算），水准观测均往返观测，观测质量需符合国家二等水准精度。

（2）仪器等级和施测方法：

①使用仪器：

瑞士徕卡TC2003一台，标称测角精度为0.5秒，测距精度为1mm+1ppm×D，TCA1800一台，标称测角精度为1秒，测距精度为1mm+2ppm×D。

Trimble5800GPS双频接收机五台，标称精度静态定位5+1ppm，。

②导线水平角观测：

隧道导线引测采用导线左右角各观测三测回，共六测回。

③导线距离观测：

每条边均往返观测，各测两测回，每测回读数四次。

并测定温度和气压，现场输入全站仪进行气象改正。

仪器的加、乘常数也同时自动加以改正。

④跨河光电测距高程采用观测测点斜距及竖直角方式进行，观测斜距时分别读取仪站与镜站的温度、气压，取平均值后输入全站仪，观测值直接进行气象温度及加乘常数改正。

竖直角采用中丝法照准读数，仪器及觇标均采用遮阳。

要求：

每边均双向往返观测。

斜距测6测回，测回间同向较差小于6mm。

竖直角测12测回，测回间同向互差小于3秒。

（3）平差方法：

GPS控制网成果计算采用制造商随机提供的基线解算软件和网平差软件TrimbleTGO1.63版本于计算机上解算基线，基线解算合格后先在WGS-84坐标基准下进行无约束自由网平差，对不符合要求的基线剔除，剔除率小于10％。

无约束自由网平差数据的大地高用作GPS跨河法观测计算。

要求：

无约束平差经过x方检测通过，网整体精度合格良好。

网3D最高精度1/338万，最低相对精度1/2.7万，平均相对精度1/169万,满足规范要求。

边长改正：

复测内业坐标计算时，光电测距各边长实测值已投影改正至－16米正常高施工高程面上，同时另附加高斯面改正（注：

施工放样测量可不考虑高斯面改正，仅考虑高程投影改正）。

2．贯通测量误差评估

狮子洋隧道左线长度10.8KM，右线长度10.8KM，根据相关规范规定和隧道控制测量的经验，高程贯通误差对于本隧道来说，相邻开挖洞口之间最大距离只有十多公里，按照目前的水准测量技术，也比较容易满足；对于本隧道来说，最关键的就是如何保证横向贯通误差的精度，因此，在此只对本隧道的横向贯通误差进行估算。

⑴洞外控制测量误差对隧道横向贯通中误差的影响值估算

因狮子洋隧道洞外控制测量采用GPS进行，故洞外控制测量对贯通中误差的影响值取控制边点位误差引起的方位角误差反映在贯通面上的投影长度。

①隧道进口端进洞边测量误差对横向贯通误差的影响值

狮子洋隧道进口进洞控制边选为CPI009-1~CPI010-1，预计贯通面里程（取右线）YDK38+196.4。

CPI009-1、CPI010-1两控制点点位误差长轴分别为0.0019、0.0017，控制边边长为792.1510米，控制边点位误差对方位角的影响值为：

θ=tan-1〔√（0.00192+0.00172）/792.151〕=0.66秒

进洞点CPI009-1距贯通面的距离为5814.43米，那么0.66秒的方位角误差在贯通面上的影响值为：

my外1=5814.43×tanθ=0.0186米

②隧道出口端进洞边测量误差对横向贯通误差的影响值

狮子洋隧道出口进洞控制边选为CPII050-1~J2，预计贯通面里程（取右线）YDK38+196.4。

CPII050、J2两控制点点位误差长轴分别为0.0019、0.0020，控制边边长为513.2552米，控制边点位误差对方位角的影响值为：

θ=tan-1〔√（0.00192+0.00202）/513.2552〕=1.11秒

进洞点CPI009-1距贯通面的距离为5916.73米，那么1.1秒的方位角误差在贯通面上的总影响值为：

My外2=5916.73×tanθ=0.0318米

③隧道洞外控制测量误差对横向贯通误差的总影响值

隧道进、出口端洞外控制测量误差对横向贯通误差的总影响值:

My外=√（my外12+my外22）=0.0368米

⑵洞内控制测量误差对隧道横向贯通中误差的影响值估算

因洞内部份根据实际导线布设进行计算横向贯通误差影响值时，左、右线计算结果非常接近，所以只对右线进行估算。

因缺少进口端的相关资料，在这里将出口端左线的估算结果当作是进口端右线的估算结果进行计算。

精度估算时洞内测角中误差均按二等导线1.0秒计；洞内导线已衬砌段按导线实际布设边长计，剩余未掘进段平均边长按500米计，测距中误差均按1/100000计，测量组数按一组计算。

预计贯通面里程（取右线）YDK38+196.4。

隧道进口~贯通面（以出口端左线估算值代替）

见隧道贯通误差估算表（出口端左线洞内）

（二）。

洞内测距误差影响值：

∑dy內2=2942

ML内=1/100000*

=1/100000*294=0.0029m

洞内测角误差的影响值:

∑dx内=119232

Mβ内=mβ内/206265*

=1/206265*11923=±0.0578m

测距、测角误差引起的总影响值:

M内1=

=±0.0579m

出口端~贯通面

见隧道贯通误差估算表（出口端右线洞内）（三）。

洞内测距误差影响值：

∑dy內2=2952

ML内=1/100000*

=1/100000*295=0.0029m

洞内测角误差的影响值:

∑dx内=117812

Mβ内=mβ内/206265*

=1/206265*11781=±0.0571m

测距、测角误差引起的总影响值:

M内2=

=±0.0572m

洞内相向开挖两工作面对隧道贯通中误差的总影响值

MY内=

=0.0814m

⑶洞内、外控制测量误差对隧道横向贯通中误差的总影响值

MY=

=±0.0894m

即预计隧道贯通中误差为±0.0894米左右，小于《客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定》和《新建铁路工程测量规范》（TB10101-99）中对10~＜13公里长相向开挖隧道的贯通限差0.30米的规定。

5.2.3对接施工方案

1．对接施工步骤

进出口隧道先行到达的一台，在到达前30环提前开仓，进行地质检查，目的为选择一个较好地层，进行对接作业，在地层满足对接施工条件较好一方，进行停机保压进行注浆作业。

利用多次平差GPS联测，导线测量平均保证在100mm以内，后掘进至此位置的一台盾构机进行掘进姿态调整，在两台盾构机距离20cm位置停机，循环出碴后，第二台盾构机也进行与第一台到达的停机注浆作业。

贯通之后，先割除辐条与方形们正对的部分辐条，保证通视进行CPⅡ布点，提供进出口隧道贯通测量条件。

对接施工步骤见“图5.2.3对接施工步骤图”。

第一台机器到位后，进行超前注浆和管片背后注浆

两台机器均到位后情况，距离约200mm

刀盘拆除后情况

为减小人工清渣量，接近停机点时，需降低到刀盘贯入度及刀盘转速；

图5.2.3对接施工步骤图

2．对接位置最终选择

根据对接区域地层选择，在两台盾构机刀盘皆进入里程DK38+150～+020段，相距30环时，双方进行开仓检查地层，由双方施工单位、监理、设计及建设单位地质专家进仓进行确认，共同选择对比地层较好一方作为对接施工位置。

对接位置选择以地层稳定性及涌水量综合评判。

3．后30环掘进施工

对接位置确定后，地层较好一方进行保压停机注浆作业，仓内压力设定为保证大于自然静水压力，保证仓内液位不上涨。

另一方进行掘进施工，掘进一方在双方刀盘相距3米时，调整参数，降低刀盘转速和贯入度。

相距30cm时，并逐渐降低贯入度进行掘进，尽量保证掌子面不掉大块，以免堵塞泥浆环流，直到与第一台盾构机接触，然后利用仓内压力，后退刀盘一定距离，连续循环出渣，尽量减少人工出渣量。

开仓后将刀盘旋转至合理位置，仓内渣土需进行人工装编织袋，用电瓶车运至洞外。

4．对接地层加固止水

对接地层加固止水施工包括管片背后二次注浆封堵仓内盾尾后部来水施工及盾构机超前注浆对对接地层加固止水施工。

（1）管片背后二次注浆封堵仓内盾尾后部来水

最后100环的掘进中，相向施工两台盾构二次注浆需紧跟掘进施工，对接位置确定后，先停机盾构对盾尾后20环管片进行注双液浆处理。

两台盾构机对接上后，后停机盾构也同样对盾尾后20环管片进行注双液浆处理。

双液浆注浆参数为：

双液浆拌浆材料为普通硅酸盐水泥和水玻璃。

水泥浆：

水玻璃=1：

1；水泥浆比重为1.5g/cm3；水玻璃浓度为浓度35Be。

注浆采用双液注浆机从管片注浆孔注入。

图5.2.4超前钻机钻孔施工图

（2）超前注浆地层加固

先停机盾构利用盾构机超前注浆孔对对接区域地层进行加固。

两台盾构机对接上后，后停机盾构也同样对利用盾构机上超前注浆孔对对接区域地层进行加固。

盾构机沿圆周方向匀布设置22个超前注浆孔，倾角13°，孔径110mm。

该孔洞可用于超前注浆，同时利用注浆管作为超前支护。

使用盾构配备的自身钻注设备进行注浆。

钻孔深度为15米，注浆管采用φ65mm钢花管进行注浆。

钢花管同时做为超前支护管棚。

（3）注浆加固标准及检查

注浆加固作业完成后，进行开仓检查，检查内容为：

地层加固后稳定性及涌水量。

先停机一台在对接前应先检查仓内涌水量，要求小于20m3/h，对接后检查总涌水量要求小于30m3/h，并要掌子面稳定，则可进行下步施工。

若先停盾构涌水量大于20m3/h、总涌水量大于30m3/h，则应根据地下水来源再次进行封堵。

（4）注浆量控制标准

隧道内管片背后二次注浆为每环5m3，为保证对接段止水效果，对接段20环管片二次注浆量保证每环8m3。

根据地质资料及本标段已施工盾构地层加固施工参数，对接区域地层水泥掺量为10％左右，扩散半径8米，超前注浆钻孔长度15米，则每个孔注浆量应控制在300m3以上。

5．管片加固措施

为防止对接拆机时因管片无油缸推压引起管片环向及纵向松动，造成管片环、纵缝漏水，盾构机到达对接位置后，需立即进行管片加固。

管片加固方式为对到达段最后20环用［14槽钢将管片沿隧道纵向拉紧。

同时采用H20型钢拱架支撑后10环管片，以防止其纵环向松动变形。

6．CPⅡ通视条件

贯通之后，先割除辐条与方形们正对的部分刀盘辐条，保证通视进行CPⅡ布点，提供进出口隧道贯通测量条件。

部分刀盘辐条割除后应立即用30mm厚止水钢板将两台盾构的盾壳焊接，确保隧道安全。

7．对接施工机具材料

对接段施工机具见“表5.2.1对接段施工主要机具表”，对接段主要施工材料见“表5.2.1对接段施工主要材料表”。

表6.2.1对接施工主要设备机具表（单线）

作业内容

设备名称

数量

规格参数

来源

管片背后二次注浆

双液注浆机

2台

30KW

自有

搅拌桶

2个

超前注浆

超前钻机

1台

盾构机自带

双液注浆机

1套

30KW

自有

搅拌桶

1个

排水系统

变压器

2台

300KVA

调转/租赁/购买

发电机

2台

250KW

租赁

污水泵

8台

37KW

自有+购买

表6.2.2对接施工主要材料表（单线）

作业内容

材料名称

数量

规格参数

来源

超前注浆

钢花管

22根

φ65mm，每根15m

购买

对接区域两盾壳钢板连接

钢板

95m2

30mm厚,宽2.7m

购买

管片加固

型钢拱架

32.6T

H20型钢拱架，1m一榀

购买

槽钢

3.5T

［14

购买

5.3拆机施工方案

5.3.1概述

1．边界条件

（1）盾构停机状态

两台对接盾构刀盘抵拢，考虑到主机部件吊装移动，盾尾最后一环管片不安装，隧道铺底至盾尾。

（2）隧道内水平运输

拆机开始48天后，铺轨单位进场施工，需要特制一台水平运输车辆进行隧道内的水平运输。

2．作业流程

隧道内拆机主流程见“图5.3.1洞内拆机流程图”。

3．隧道内拆机方式选择

机拆卸处于主线地位，其准备工作需要10~15天，为了保证主线工作的顺利进行，同时减少后期施工工序干扰，采用后配套整体拖出，主机隧道内解体倒运出隧道方式作业。

4．工期安排

拆机作业计划75天完成。

5.3.2外部设备资源需求

1．隧道内运输设备

（1）与专业大件运输公司协作，租用5台60吨平板车、1台120T平板车运输洞内拆下设备。

另租用3台60吨带自卸吊平板车用于隧道内设备、轨线、管路运出。

（2）与专业制造公司协作，制作一台120吨内燃机--液压驱动自行（有轨）平板车，用于拆卸部件外运。

2．洞外吊装及运输设备

（1）洞外吊装设备：

与专业大件起重单位联系，租用专业设备及人员。

整个吊装过程配置250吨起重机1台，90吨轮式起重机一台。

（2）场地运输设备：

与专业大件运输公司协作，租用60吨平板车5台，120吨平板车1台进行场地上设备倒运。

5.3.3隧道内临水临电配置

1．临水

左右线共用一套供水管路，保留左线DN150循环供水系统，通过联络通道向右线提供施工用水。

2．临电

左右线共用一套高压供电系统，保留右线高压供电系统，通过12#联络通道向左线提供施工用电。

（1）拆机作业面用电

最大用电负荷出现在焊机与空压机同时持续使用上，变压器容量不小于500KVA，同时配1台250KW发电机备用。

（2）排水用电

用两台300KVA变压器为隧道内排污泵供电，变压器放在已施工好14#（13#）、17号联通道中，同时配备250KW发电机做应急电源。

5.3.4隧道内管路、轨道拆卸（水平运输处理）

1．工作内容

隧道内泥浆管路、轨道、接力泵站、变压器、风管的拆除运输。

高压电缆及分接箱、循环水管调整好位置后做为左线盾构机拆机备用。

以长度4800米计，泥浆管考虑总重800吨，单管长8米；钢轨考虑总重500吨，6米和12米两种长度。

2．作业关系

由盾构机向隧道进口方向进行作业。

图5。

3。

2管线拆运作业关系示意图

作业关系见“图5.3.2管线拆运作业关系示意图”。

3．拆卸工作

（1）泥浆系统

接力泵站：

断开泵站管线，要拆卸的接力站管片上安装两套10T导链，将泵站、变压器移动到管片车上，5台泥浆接力站同时拆卸，一起运输。

管路：

分8区域进行管路的拆除工作，单天单小组拆卸管路24根，每区域分3小组，每组3人，单天拆管能力大于320根。

4天拆完。

（2）轨道

由C2-2拖车后向洞口进行轨道的拆卸。

拆卸好的轨道垫好方木后分区域堆放，最少保证3.5米路面。

4．设备资源

（1）泥浆系统

接力泵站拆除：

45吨电平车3辆，管片小车15节。

泥浆管路外运：

45吨电平车4辆，管片小车16节（其中8节带起吊设备，两边各加宽450mm，焊接1.2米护栏）。

每车装16根8米泥浆管，单天运输能力大于200吨，4天运完。

（2）轨道

自带吊机60吨平板车3台，单天运输能力180吨。

5.3.5隧道内水平运输方式

1．后配套拖出前

隧道内泥浆接力站、泥浆管、高压电缆等拆运；联络通道、沟槽施工的材料及设备运输等由轨道运输车辆来完成。

2．后配套拖出与主轴承拖出期间

隧道内轨道已拆除。

采用公路行使平板拖车（轮胎中心距离1800mm）进行隧道内水平运输。

3．主轴承运出后

采用宽轨距有轨运输，轨距为3600mm。

由定制平轨道平板车进行隧道内水平运输。

见“图5.3.3宽轨矩运输示意图”。

图5.3.3宽轨矩运输示意图

5.3.5后配套隧道内拆卸

1．作业关系

作业关系见“图5.3.4后配套拆运作业关系示意图”。

图5.3.4后配套拆运作业关系示意图

2．后配套清理工作

后配套拖车线缆停高压后由G0拖车与连接桥连接处拖出，各线缆编码标识并做好记录。

液压管路做好标识后断开，用钢制堵头封堵。

将主油箱中的液压油在停机后放出装入油桶倒运出隧道外。

3．后配套拖车外运

（1）进平板托车

在完成所有隧底填充后，拆除后配套内轨道，割除轨枕，一次性把5辆平板托车退进后配套内。

（2）改移后配套支撑

一层：

内侧超过框架的人行踏板割除、上下楼梯拆除；泥浆管小车与延长管断开，拆下放在一层左侧拖车架上，作为右侧一层发电机配重；管线断开，拖车内侧与二层框架之间三角支撑位置进行提高，以方便平板拖车进入。

二层：

风筒、风筒支架拆除；平台两侧三角支架拆除；电缆卷筒、高压柜移动到拖车中部，管线断开（揭开2层面板后断开泥浆软管）。

拖车整体抬高后焊接门字结构放在运输车辆（平板托车）上，后配套拖车轮对拆除。

图5.3.5处理后拖车示意图

处理过后拖车见“图5.3.5处理后拖车示意图”。

（3）后配套隧道内外运

在所有后配套改移完成后，考虑与同步施工的隧底填充及沟槽的相互空间影响，采用一次性外运。

5.3.6主机大件拆除

1．钢丝绳，吊具、吊点选择

本次隧道内拆机吊装作业选用抗拉强度为1770σb/MPa纤维芯钢丝绳。

根据钢丝绳供应商提供的的各规格钢丝绳最小破断力及K值（P=最小破断力/K，K选取4.5），吊装时根据实际负载选用适合钢丝绳。

盾构主机盾壳内空间狭小，不一定有合适的吊点可供选择，且吊耳在现场临时焊接，受力状况较差，故选择导链吊装重物时（>=20T），尽量考虑多吊点吊装，使单个吊耳和单根导链负载减小，即使单个吊点出现问题后，剩余吊点吊具也能承受重物负载。

2．管片