030612盾构过暗挖段方案Word文档格式.docx
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暗挖段施工→盾构机到达掘进→碴土清理→盾构机防护与刀盘处理→施工盾构机接收段与暗挖隧道段的衔接→盾构机步进、拼装管片通过暗挖隧道段→盾构机到达风机房扩大段→盾构机通过风机房扩大段→盾构机二次始发。
四、工程地质与水文地质描述
1、盾构到达段
a、工程地质
右线全断面为9Z-2混合岩微风化带，岩石裂隙发育未见断裂，围岩强度高，自稳性好，RQD=56~62%。
抗压强度fr=88.8~95.0Mpa。
。
左线全断面为8Z-2混合岩中风化带，岩石裂隙发育未见断裂，围岩强度高，自稳性较好，RQD=10~26%。
抗压强度fr=73.3Mpa，fd=82.3Mpa。
地质剖面见图4-1-1、4-1-2所示。
b、
图4-1-1
图4-1-2
水文地质
地下水主要有两种类型，第四系孔隙水和风化带的基岩裂隙水。
第四系孔隙水为弱富水性和透水性地层，风化岩层为弱～中等富水性和透水性地层。
右线富水性弱，左线富水性弱～中等。
2、盾构二次始发段
图4-1-4
右线洞顶、洞身岩性为全风化（6Z-2）、强风化（7Z-2）混合岩，遇水极易软化、崩解，未见断裂。
左线洞顶、洞身岩性为强风化混合岩（7Z-2），遇水极易软化、崩解，未见断裂。
地质剖面见图4-1-3、4-1-4所示。
图4-1-3
五、施工的重点、难点
1、本工程的重点
a、保证盾构机安全到达
在完成第一个区间盾构掘进时，必须按正常的到达方式进行施工，以保证盾构的安全到达，保证盾构贯通面的稳定，保证隧道的贯通误差符合规范要求，同时也要尽可能的减少到达时贯通面的堆碴量。
b、保证管片安装质量
盾构在往前步进时，遇到的阻力较小，这将导致管片环之间的连接不能像正常掘进时那样紧密，容易造成管片环之间漏水。
同时因为管片背衬注浆的原因，容易使管片之间产生较大的错台。
因此，在施工过程中，加强管片环的防水效果和管片安装质量将是本工程的一个重点。
c、保证隧道轴线符合设计
在过暗挖段时，盾构是沿着已经施做好的混凝土导台向前推进，综合考虑注浆与外界其他环境的影响，保证隧道轴线复核设计将是本段施工的一个重点。
d、保证盾构二次始发顺利
暗挖段南端端头地层为7Z-2地层，而且富水，在进行暗挖段施工时，是采用CRD工法进行开挖。
因此，在完成暗挖隧道的步进之后，盾构二次始发时确保盾构始发的顺利进行将是本段施工的另一个重点。
2、本工程难点
a、工作面多、工程子项目多、工期紧
根据施工计划，在盾构通过暗挖段的过程之中，要完成端头地层加固、暗挖处理、盾构推进、管片拼装、管片背衬注浆等多个施工项目，工作面多、工程子项目多、工期紧是本段施工的一大难点。
b、管片背衬注浆困难
盾构在通过暗挖段时，不能按照正常的施工方法进行注浆，采用管片背后吹豆砾石结合多次注浆的方法可以代替正常的管片背衬注浆，管片背衬注浆将是施工的另一个难点。
c、盾构二次始发作业空间小、盾构姿态定位难
盾构在已经成形的暗挖扩大段进行始发二次始发。
始发空间小，盾构定位也是施工的一个难点。
六、各步具体施工方法和要求
1、暗挖段施工
根据总体计划，将暗挖段划分为盾构接收段、暗挖隧道盾构通过段和风机房扩大段。
暗挖段采用矿山法施工，在盾构机到达前完成。
a、盾构接收段
图6-1-1
接收段长3m，分别为YDK16+790~YDK16+793、ZDK16+730~16+733。
为了保证盾构机出洞时的空间，盾构机接收段开挖支护后的断面直径为6800mm。
为便于在盾构机到达后对盾构机进行底部处理，底部70°
范围内的半径加大到3700mm。
见图6-1-1所示。
b、暗挖段
图6-1-2
暗挖隧道段：
右线长147m，里程为YDK16+793~+937；
左线长196m,里程为ZDK16+733~16+929。
盾构机通过段的断面直径为6400mm，比盾构机直径大100mm。
为保证盾构机按设计姿态通过，断面底部60°
范围内设置半径为3150mm厚度为150mm的砼导台。
见图6-1-2所示。
为保证盾构机的顺利通过，在盾构步进通过之前，应对混凝土导台进行精确的测量检查，对该段隧道的开挖断面进行断面实测，计划每米测设一个断面，有欠挖及时处理。
c、风机房扩大段
风机房扩大段长为30m，左右线里程为YDK16+937~+967和ZDK16+929~+959，二次衬砌后的断面直径为7800mm。
为了满足风机房扩大段两端洞门与盾构隧道间防水、管片背衬注浆需要，浇筑洞门端墙砼时，要预埋洞门钢圆环板。
为便于安装洞门帘布橡胶板、圆环板、扇形压板，在风机房扩大段两端洞门各设一预留槽，见图6-1-3所示。
为顺利安装和拆除盾构始发的负环管片、反力架和相关构件，需在风机房扩大段二次衬砌时安设相关的预埋件。
见图6-1-4所示。
2、盾构机到达掘进
靠近接收段的25m为盾构机到达段。
到达段围岩强度高，稳定性较好。
盾构掘进采用敞开式模式进行掘进。
盾构机进入到达段时，首先逐步减小推力、降低推进速度，加强每一环掘进的出土量的监控频次。
在贯通前的最后3环，进一步减小推力、降低推进速度，掘进速度控制在5～10mm/min。
盾构机采用小推力、低速度掘进完到达段，进入接收段。
为确保隧道贯通后的管片接缝防水要求，在到达段安装每一环管片时，每环管片用∠60×
60×
6的角钢或φ22钢筋与上一环管片相连，并点焊连接牢固。
盾构机在到达段掘进过程中，要派专人负责时刻观察暗挖段北端端墙的岩面变化情况。
如发现端墙围岩和混凝土有较大震动时，立即通知洞内主司机加强盾构掘进参数控制，必要时进一步降低盾构推力、推进速度，避免由于刀盘前部土体受推力较大，造成刀盘前部较长距离形成坍塌。
盾构进入到达段前50m，对盾构施工段和暗挖段的洞内所有测量控制点进行一次整体的、系统的控制测量复测和联测，对所有控制点的座标进行精密、准确的平差计算。
在盾构到站前的最后一次测量系统搬站时，精密测设并以经过平差的地面导线点和水准点为基准，测量测站、后视点的座标和高程（测量经纬仪和后视棱镜的座标和高程），每一测量点测量不少于4个测回。
加强盾构姿态和隧道线形测量，及时纠正偏差，确保盾构机顺利地进入接收段。
3、盾构机进入接收段后的施工
盾构掘进进入接收段，在隧道贯通时，要发生少量坍塌。
坍塌后的碴土无法采用盾构出碴系统出碴，只有采用人工清理。
清理后的碴土用平板运输车自暗挖段竖井运出洞外。
碴土清理完后，为确保盾构的顺利推进，在盾构推进前要对盾构机进行处理。
主要处理的工作项目有：
拆除刀盘边刀；
割除刀盘底部65°
范围内的耐磨条；
在前体上设置盾构顶推支架，便于盾构机推进时提供反力。
支架图的设计见下图6-3-1：
图6-3-1反向顶推盾构支架图
在碴土清理和盾构底部处理完成后，施工接收段与盾构通过段底部衔接。
用C30早强混凝土将盾构前体下部至盾构通过段的导向平台进行顺接，并在前体下部与导向平台之间埋设钢导轨，确保盾构机能顺利过渡。
4、盾构机步进、拼装管片通过暗挖隧道段
盾构机通过段里程范围为YDK16+793~16+937、ZDK16+733~16+929，盾构机通过段的施工工作主要分为以下几部分：
⑴、导向平台上安设提供反力的油缸
为增加盾构机向前推进的阻力，增强管片防水效果，在导向平台每隔6m提前对称预埋两块钢板，与平台钢筋进行连接，在盾构向前推进时，通过在导向平台上的安设牛腿，利用液压千斤顶向盾构提供反作用力。
见图6-4-1、6-4-2所示。
图6-4-2反向顶推示意图
⑵、现场材料、机具准备
在刀盘前方的碴土清理完后，将盾构机步进、安装管片通过暗挖隧道段所需的材料与机具，通过暗挖段的施工竖井运至刀盘前方。
⑶、盾构机步进
暗挖段的准备工作完成后，根据刀盘与导向平台之间的关系，调整各组推进油缸的行程，使盾构姿态沿线路方向进行推进。
然后开始进行管片拼装、管片背衬回填工作。
推进时，推进速度不能过快，控制在10~25mm/min之间。
盾构步进时，派专人在盾构机前方检查、监测盾构机步进情况，主要检查暗挖隧道的开挖是否有侵入盾构刀盘轮廓的岩石存在、盾构前体下部与导台的结合情况、盾构机两侧回填豆砾石是否泄露等。
盾构步进时，刀盘前方的监测人员与盾构主司机要紧密配合，使盾构机沿导台或导轨的中心进行前移，也进一步保证盾构前移时管片的受力均匀。
根据轴线设计半径R＝1800米，计算盾构每推进一环所发生的偏转角与铰接油缸行程差和推进油缸行程差，经计算每推进一环的管片所发生的偏转角α＝0.04775°
，则油缸产生的行程差为4mm。
在盾构推进前复核矿山隧道与盾构机轴线误差，根据误差调整铰接油缸、推进油缸的行程差，保证盾构与矿山隧道间的间隙，保证盾构按隧道设计轴线进行推进。
⑷、管片拼装
盾构在推进时，保持上下推进油缸油压相等，使盾构机在导台的导向下往前推进。
在轴线高程中推进。
通过控制盾构盾尾与管片外围间隙的控制，控制管片符合设计轴线要求。
管片拼装工艺与正常掘进时的工艺相同。
管片选型时要根据盾尾间隙与油缸行程差结合盾构姿态选择合适的管片。
在安装每一片管片时，先用人工将每片管片连接螺栓进行初步紧固；
待安装完一环后，用风动扳手对螺栓进行进一步的紧固；
待管片出盾尾之后，重新用风动扳手进行紧固。
在安装管片时，推进油缸的压力设定为60bar。
在完成管片拼装之后，用∠60×
⑸、背衬回填
管片背衬回填由喷射豆砾石、盾尾注浆、回填灌浆等组成。
通过喷射豆砾石在管片脱离盾尾时对管片进行支撑，以防管片下沉产生错台。
利用盾构机自身的同步注浆系统压注水泥砂浆，使衬砌管片与地层间紧密接触，以提高支护效果。
根据注浆后的检查结果，从管片注浆孔注浆固结管片。
A．喷射豆砾石进行背衬注浆
管片拼装完成后，及时进行管片外围与地层间的间隙的背衬回填工作，喷豆砾石分两步进行：
第一步，每隔4.5m（小于盾构机前体和中体的长度），在盾构机的切口四周用袋装砂石料、泥土围成一个围堰，围堰高度不小于3m，以防注入管片背后的豆砾石、砂浆前窜。
然后自刀盘前方向盾构后方吹入粒径5~10mm的豆砾石骨料，喷射压力为0.25~0.3MPa，以对管片形成支撑，并增加盾构往前推进的摩擦力；
第二步，在盾构机管片拼装完成后，管片脱出盾尾之后，从管片注浆孔向管片背后吹入粒径5~10mm的豆砾石骨料，喷射压力为0.25~0.3MPa。
见图6-4-3所示。
图6-4-3喷射豆砾石回填示意图
回填材料：
主要为豆砾石，豆砾石由河床泵砾石料场筛分，粒径为5~10mm，喷射前撒水进行湿润，防止喷射时产生灰尘。
充填标准：
考虑暗挖隧道平均超挖15cm，管片与暗挖隧道的孔隙6.98m3，喷射豆砾石可以填充孔隙的60~70%，则在喷豆砾石回填时，数量基本达到4.5～5m3。
施工前做喷射豆砾石试验，进一步确定喷射压力，喷射可达到的密实度等，便于施工时控制。
B、盾尾注浆
a、注浆浆液应满足下列指标：
注浆采用水泥砂浆。
浆液配比为水泥：
膨润土：
粉煤灰：
砂：
水＝120：
60：
381：
779：
460
浆液胶凝时间：
初凝时间8h，终凝时间10.5h，同时根据推进过程浆液的流动情况，进一步缩短胶凝时间。
b、注浆方法
注浆在每环管片喷射豆砾石回填后进行，通过盾构机自身的同步注浆系统注浆，注浆采用手动控制方式，由人工根据情况随时调整注浆流量、速度、压力。
为防止管片上浮，注浆从管片大跨以上的注浆孔进行压注。
注浆压力：
既要保证达到对环向空隙的有效填充，又能确保管片结构不因注浆产生位移、变形和损坏，同时又要防止砂浆前窜至盾构刀盘前方。
注浆压力初步考虑取值为0.1~0.2MPa。
注浆结束标准：
在注浆过程随时监控注浆压力、注浆量等指标，当注浆压力达到设定值、注浆量达到豆砾石理论空隙率的80%（还需在施工过程中，通过试验进行调整）以上时，即可认为达到了质量要求。
同时在注浆过程加强对盾构机四周以及盾壳外部的围堰变形的观测，发现有浆液外泄，也要停止注浆。
c、注浆设备
搅拌站：
利用地表的砂浆搅拌站一座，搅拌能力20m3/h。
注浆系统：
利用盾构机自身配备的SWINGKSP12液压注浆泵2台，注浆能力2×
12m3/h。
利用自制砂浆罐车进行注浆浆液的水平运输。
d、注浆的效果检查
在盾构机管片安装10环后，间隔6m在管片注浆孔处开口检查注浆效果，根据检查效果，决定是否进行进一步回填注浆，是否安设安设单向阀。
C、回填灌浆
a、前部回填灌浆
将盾构机膨润土罐加以改造，用以储存水泥浆。
在盾构机1号拖车前准备两台普通注浆机。
如需要进行回填灌浆，通过人工操作注浆机，从管片注浆孔处向管片背后进行回填注浆。
浆液采用水泥浆。
浆液配比为：
水泥：
水为1：
0.2：
1。
浆液拌制和运输设备同回填注浆的拌制和运输设备。
注浆压力取值为0.1~0.2MPa。
采用注浆压力单指标控制标准，即当注浆压力达到设定值时，即可认为达到了质量要求。
b、后期回填灌浆注浆
在盾构通过暗挖段之后，根据管片环之间渗漏水情况，在暗挖段专门准备一台普通注浆机和一台小型手压注浆机，进行后期回填、堵水灌浆。
注浆参数如下表所示：
参数名称
参数值
备注
浆液配合比
水＝1：
1
重量比
注浆压力（MPa）
0.25～0.30
注浆速度
≤10（l/min）
根据现场施工具体调整
注浆施工所需主要机械设备如下表所示：
名称
规格及型号
单位
数量
注浆泵
KBY-50/70
台
1
搅拌机
QV－500/50
手压注浆机
5、盾构机到达风机房扩大段
风机房扩大段里程范围为YDK16+937~16+967、ZDK16+929~16+959。
当盾构刀盘通过风机房扩大段北端端墙密封（端墙密封使用的圆环板、扇形压板和帘布橡胶板在盾构机到达洞门前安装完成），还需要安装5～6环管片才能完成区间隧道第一施工段的管片安装。
在最后几环管片安装时，根据现场实际情况，在刀盘前方的预定位置，设置支挡，以防盾构刀盘向前滑动。
待盾尾即将从区间最后一环管片拖出之前，再次检查洞口端墙密封情况，从管片注浆孔向管片背后注入双液水泥净浆。
为确保浆液的饱满程度，水泥浆的水灰比为1：
1，水泥净浆凝结时间不少于2min，具体注浆过程可考虑添加2.6%的缓凝剂以增长浆液凝固时间。
注浆所用材料规格如下：
普通R.O.32.5#硅酸盐水泥
缓凝剂：
膨润土、磷酸氢二钠
水玻璃：
35Be
初步考虑浆液配比如下：
A液
B液
水泥（kg）
膨润土（kg）
水（l）
水玻璃（l）
0.5
1.5
2
6、盾构机通过风机房扩大段
在风机房扩大段，隧道的断面较大，为了防止盾构机低头，在暗挖隧道施工时在隧道底部预先施作了导向平台，埋设了导轨。
根据盾构机在风机房扩大段南端二次始发方案的不同，有两种方案通过风机房扩大段。
分别叙述如下：
⑴、设计方案
盾构机到达风机房扩大段南端后，安设反力架、负环等，实现盾构机始发掘进。
盾构通过风机房扩大段时，只拼装底部管片，盾构机底部的5组油缸推在管片上，为盾构机的推进提供反力。
在盾构往前推进时，要注意防止单片管片的失稳、上浮、上漂。
如图6-5-3所示。
⑵、推荐方案
推荐方案的盾构机二次始发不采用反力架提供反力，利用连续拼装的开环管片设置钢管撑提供反力。
盾构机通过风机房扩大段时，需连续安装管片。
管片采用错缝拼装，每隔两环拼装一环全圆管片，中间两环管片只拼装底部3块A型管片，管片间采用3m和1.5m长的钢管做纵撑，给盾构机推进和始发掘进提供反力，采用该种方式拼装管片9环。
靠南端剩余需拼装的管片均采用全圆管片。
如图6-5-1所示。
防止管片水平和竖向位移措施
在具体施工过程中，在管片两侧用型钢将管片进行水平固定，在管片外围捆扎φ16钢丝绳同时在管片底部打入木楔，以防管片发生上浮或下沉等位移。
具体如图6-5-3。
图6-5-3
为保证盾构机在风机房扩大段南端始发里程符合设计要求，提前测量，推算出需调节的长度，加工好钢环管片，安装在风机房扩大段内，调整管片排版，使其满足设计要求。
钢环管片内外径和内外弧长与砼管片相同，各边和面采用3cm钢板，中间加设H200的型钢做内撑。
与砼管片采用纵向螺栓连接。
7、盾构机二次始发
A、盾构始发姿态
在盾构到达风机房扩大段南端之前，再次对盾构始发导轨进行复测，确保盾构按照设计进行始发。
盾构机到达风机房扩大段南端之后，利用竖井测量投点和盾构隧道内测量导线点，组成闭合测量导线网，进行平差后的控制点进行盾构机二次始发定位。
盾构二次始发位于半径为1800m圆曲线上，盾构始发姿态采取沿圆曲线割线方向进行始发，同时盾构始发按照设计高程进行定位，不考虑抬高。
B、端头地层加固
由于风机房扩大段南端地质较差，为7Z-2号地层，需进行端头地层加固。
端头采用注浆加固。
首先在洞门环施工完成之后，沿洞门圈以40cm的间距打设一圈长5m的超前钢插管，对洞门圈进行超前注浆加固。
然后凿除洞门喷砼之前，在盾构开挖轮廓，以50×
50cm的间距钻Φ50的孔，孔深2m，埋入特殊加工的外径40mmPVC塑料管，注入1：
1的水泥浆加固地层并堵水。
端头注浆加固的参数如下表：
0.3～0.5
≤15（l/min）
注浆量
≥80l/0.5m
图6-6-1盾构二次始发超前加固示意图
加固范围与方法如下图6-6-1所示。
C、洞口准备
盾构机到达由于风机房扩大段南端前，人工凿除洞门钢筋砼，做好洞门防水施工。
人工安装帘布橡胶板、圆环板和扇形压板。
盾构机二次始发定位：
二次始发不设始发台，利用风机房扩大段预设导向平台和预埋导轨作为盾构机推进时的下部支撑。
为确保盾构机进洞姿态，在导台上预埋导轨，导轨用43kg/m的钢轨，具体布置见图6-1-4所示。
二次始发推进到风机房扩大段南端端头时，安装盾构机边刀，将底部耐磨条焊上。
D、盾构机二次始发
a、反力架
盾构二次始发反力架有如下两方案：
⑴、原设计方案
由于风机房扩大段隧道断面空间所限，需根据暗挖隧道轮廓尺寸设计新的反力架。
反力架左、右腿的底部位置各预埋1块钢板，反力架左右腿底部面积为600mm×
1100mm，预埋钢板设为20mm厚、面积为1000mm×
1500mm，预埋钢板中心距隧道中心线水平距离为3000mm。
底板混凝土铺成平底之后，底板较高，反力架的中下部分无法安放，事先预留1个孔，使得反力架的中下部分能安放到位。
该预留孔尺寸为1800mm×
1500mm×
700mm。
该孔中轴线与隧道中轴线重合。
反力架安放后的位置、预留孔位置及预埋钢板位置如图6-1-4所示。
盾构机二次始发利用连续拼装的开环管片设置钢管撑提供反力，盾构始发。
两方案比较表
序号
项目
推荐方案
原设计方案
备注
施工速度
不许特殊处理，速度快
需安装反力架，速度慢
所用材料
多用12环管片；
多用钢管撑36m。
需加工新反力架
3
可靠性
低，我单位无类似施工经验，但别的单位采用过此方案
高，有施工经验。
4
施工难度
小
大，反力架和负环钢管片安装困难，必要时需将盾构机设备桥与主机拆开
5
负环拆除
工作量大
工作量小
6
经济比较
费用高
费用低
根据方案比较，拟在施工时采用推荐方案。
b、盾构防扭方案
为防止盾构始发时发生旋转，在盾构盾壳两侧焊接防扭桩。
c、负环管片防浮方案
为防止负环管片在盾构始发时发生上浮，在管片四周用钢丝绳进行固定，钢丝绳直接固定在预先埋设的混凝土底板上。
七、过暗挖段施工的施工组织
盾构通过暗挖之前，成立盾构过暗挖段施工领导小组，由项目常务副经理任组长，项目副经理、项目总工、暗挖工区经理、盾构工区经理任副组长，对盾构通过暗挖段时背衬回填、盾构机推进时的平行作业及其其它施工进行总体协调组织施工。
在此期间盾构机的推进、管片拼装和回填注浆的施工作业分两班进行，每个作业班的劳动力组织如下所示：
岗位名称
计划人数（人）
班长
管片司机
管片安装
管片供应
注浆司机
机车司机
7
轨排加工
8
管线工
9
搅拌站
10
门吊司机
11
充电工
12
洞内刀盘前方检查
13
混凝土喷射机司机
14
洞内普工
16
15
小型翻斗车司机
常规设备保养
17
盾构机维保
18
空压机司机
19
竖直提升司机
20
合计：
61
八、主要材料、机具表
过暗挖段主要材料、机具表
规格型号
单位
数量
米石
5～10mm
m3
800
水泥袋
个
1000
防滑牛腿
δ=8mm钢板自制
与之配套的螺栓
铁锹
把
串筒
节
30
每节0.75m
洞内照明
m
200
气割工具
套
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