汪曹区间盾构始发掘进专项施工方案专家论证修改版Word下载.docx
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12、现场考察资料。
2工程简介
2.1工程概况
汪河路站～曹仲站区间自浑河北岸汪河路站起，向南下穿大堤路、浑河以及浑河南岸规划地块至浑南西路后东转，沿浑南西路道路下方走行至曹仲站，结合线路及地质条件，本区间采用盾构法施工，盾构机选用泥水平衡盾构。
汪河路站始发，曹仲站接收。
本工程起点里程DK12+145.180，终点里程DK14+386.056，在左14+094.232设置短链5.768米，右线长2240.876米，左线长2235.108米。
纵断采用V字坡，顶板覆土9.3～24.1m，区间分别在右DK12+740.00、右DK13+320.00、右DK13+609.00、右DK14+105.0设4个联络通道。
其中，1号、2号联络通道与泵房结合设计，3号联络通道结合区间风井设置。
1号、2号、4号联络通道采用冻结法施工，3号联络通道及区间风井采用明挖施工，钻孔灌注桩加内支撑方案，坑外降水。
区间走向线如图2-1所示：
图2-1区间走向线
2.2工程环境调查情况
1、工程地质条件
汪河路站～曹仲站区间隧道范围主要为圆砾层③-9、粗砂层④-7、中砂层④-6，砾砂层③-8，局部为粉质粘土④-1层，围岩土体的自稳能力差。
盾构施工穿过的主要是砂性地层，盾构该地层中施工，易出现刀盘的磨损及刀盘前方砂性地层塌方的问题。
图2-2区间地层比例图
2、岩土的分层和特征
根据本区间《岩土工程勘察报告》，勘察场地位于沈阳市于洪区大通湖街至和平区前赛村之间，地形起伏不大，地面标高介于37.2～38.2m之间。
浑河以南范围内主要为耕地、新建浑南大道延伸段及南阳湖大桥建筑工地。
根据钻探揭示，本工点勘察深度范围内的地层结构由第四系全新统人工填筑层（Q/4ml/）、第四系全新统浑河低漫滩（Q/42al+pl/）、第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层（Q/42al/）、第四系全新统浑河新扇冲洪积层（Q/41al+pl/）、第四系上更新统浑河老扇冲洪积层（Q/32al+pl/）、第四系中更新统冰水沉积层组成（Q/2pl+fgl/）。
各地层描述如下：
⑴第四系全新统人工填筑层（Q/4ml/）①
①填土：
主要由黏性土、碎石及砂类土组成，局部含少量建筑垃圾、生活垃圾（个别地段为垃圾填埋场），马路地段表层为沥青路面，沥青路面下为碎石垫层，稍湿，松散。
⑵第四系全新统浑河低漫滩（Q/42al+pl/）②
②-1-1淤泥：
腥臭，含有大量腐质物，流塑。
②-1-33粉质黏土：
黄褐色，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，摇震反应无，可塑。
②-3-2细砂：
褐色，混粒结构，矿物成分以石英、长石为主，稍湿～饱和，松散～稍密。
⑵第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层（Q/42al/）③
③-8-3砾砂：
黄褐色，石英-长石质，亚圆形，混粒结构，颗粒级配较好，局部为圆砾薄层，湿，水下饱和，稍密～中密，局部密实。
③-9-3圆砾：
粗颗粒主要由变质岩组成，颗粒呈微风化状，亚圆形，混粒结构，坚硬，颗粒级配好，一般粒径2-20mm，约占总质量的70%，最大粒径80mm，充填约20%的混粒砂和黏性土，局部为卵石层，稍密～中密，局部密实。
⑷第四系全新统浑河新扇冲洪积层（Q/41al+pl/）④
④-6-4中砂：
黄褐色，石英-长石质，亚圆形，均粒结构，颗粒级配差，含少量黏性土，湿，水下饱和，中密～密实。
④-7-4粗砂：
3、始发端头地质情况
盾构始发端头从上自下地层为：
杂填土、中粗砂层、圆砾层，围岩土体的自稳能力差。
见图2-3端头地质纵断面图。
图2-3端头地质纵断面图
3、岩土物理力学参数
表2-1岩土物理力学参数值表
地层编号
岩土名称
重力密度
γ（kN/m3）
黏聚力C（kPa）
内摩擦角Φ（°
）
垂直基床
系数Kv（MPa/m）
水平基床
系数Kx（MPa/m）
静止侧
压力系数Ko
③-5-2
细砂
19.0
3.0
30.0
17
15
0.38
③-7-3
粗砂
19.2
31
30
0.37
③-8-3
砾砂
20.1
0.0
35.0
33
35
0.35
③-9-3
圆砾
20.3
43
40
0.30
④-1-33
粉质黏土
19.5
30.1
15.0
20
0.42
④-5-4
19.3
5.0
22
④-6-4
中砂
19.1
32.0
36
④-7-4
19.8
④-8-4
19.7
47
45
④-9-4
20.0
55
50
⑤-7-4
33.0
44
⑤-9-4
65
60
4、水文地质
本标段位于冲洪积扇尾部，沉积的地层颗粒不均，局部沉积有黏性土层，分布不连续。
因此本标段沿线路仅存在一层地下水，赋存于圆砾、砾砂等强透水性层中，按埋藏条件划分，属第四系孔隙潜水。
局部地段存在由地下管道、工业及生活用水入渗形成的上层滞水。
本标段第四系含水层分布连续稳定，由北向南随着含水层厚度逐渐增加，富水性也逐渐增大。
勘察期间，本工点个勘探孔在勘察深度内均遇到地下水，地下水类型为孔隙潜水。
勘察期间地下水水位埋深为7.10～9.40m，标高29.62～30.31m，水位、水量随季节变化。
该场区地下水补给主要是浑河侧向补给及大气降水垂直渗入补给。
主要排泄方式为径流排泄和地下水的人工开采。
地下水水位季节性变幅在为0～2.00m。
根据岩土工程勘察报告，含水层渗透性强，渗透系数一般在28～80m/d之间，水力坡度约1%左右。
地下水、地表水及环境土，根据在ZC-116勘探孔所取水样的水质分析结果以及取土易溶盐渗出液的分析结果，判定地下水、环境土对混凝土结构有弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋有弱腐蚀性。
5、周边建筑物及地下管线
汪河路站始发段无影响的建构筑物。
根据管线调查，在始发端头西侧有铸铁DN800自来水管距右线隧道边缘6m，埋深1.5m；
新改移的铸铁DN800、塑料DN400自来水管距端头18m横穿右线隧道断面，埋深1.4m。
见图2-4端头管线布置图。
图2-3端头管线布置图
3施工进度计划
3.1编制原则
以安全生产、创优为目标，在保证总工期进度的前提下，做到合理利用资源投入，力求均衡生产。
3.2始发顺序
根据施工现场情况，本区间先始发左线，待左线掘进超过800米后，再准备始发右线，确保左线穿越浑河后，右线再开始穿越浑河，确保施工安全。
3.3施工进度计划
根据汪河路站～曹仲站区间目前施工进度，以及总的工期计划，左线计划于2014年4月1日从汪河路站左线始发往曹仲站方向掘进，于2014年12月30日完成掘进，到达曹仲站后盾构机解体。
右线于2014年7月1日二次始发，2015年4月30日完成掘进。
4人员、机械设备、材料计划
4.1人员组织计划
4.1.1人员组织架构
图4-1人员组织架构
管理结构说明：
（一）领导层：
项目经理、书记、项目副经理、总工程师、安全副经理、盾构副经理；
（二）管理层：
工程部长、盾构部长、设备部长、安质部长。
4.1.2主要劳动力计划安排
在盾构隧道内结合本工程专业特点和现代科学管理理论，充分发挥和调动每个人劳动积极性，精心策划，科学安排，进行动态管理，弹性编组，灵活组织，实施平行、流水、交叉作业。
施工人员执行每天10～10～4工作制，早班，夜班各一个，每天保证4小时的维修保养时间，保障盾构设备的正常运转，做到均衡施工，具体安排如下：
表4-1盾构机单线每班次施工人员配备
单线盾构推进施工人员
序号
岗位
人数
人数
1
中央控制室
2
7
电器维修
井下负责人
8
龙门吊司机
3
盾构司机
9
测量
4
管片拼装
10
同步注浆
5
机械维修
11
普工
6
电机车司机
12
地面指挥
小计
18人
泥水系统处理施工人员
值班长
保洁员
检验员
普工（新浆配制）
修理工
（保修员）
5人
机电维修人员
机修工
电焊工
电工
4.2设备计划
本区间配备两台泥水盾构机，左线盾构机计划于2013年12月27日组装调试完成。
主要配备一套泥浆处理系统，二台电机车（包括浆液运输车、管片拖车），一台龙门吊等盾构配套设备。
表4-2盾构施工使用设备表
设备名称
数量
单位
用途
同步注浆系统
套
泥浆处理系统
泥浆处理
泥水输送系统进泥管300mm
排泥管300mm
泥水输送
电机车（砂浆运输车、管片拖车）
井下水平运输
充电机
台
电瓶充电
16t龙门吊
地面及井下垂直运输
浆液站
浆液拌制
压浆泵
管道补压浆用
电焊机
焊接
挖掘机
沉淀池挖土
轴流风机
隧道通风
风管
2240
m
4.3材料计划
管片采用预制钢筋混凝土管片，使用计划为直线环3445环，右转弯环96环，左转弯环188环，其它常用材料类型如表4-3所示。
表4-3常用施工材料类型表
编号
名称
型号
工字钢
I16a
螺栓、螺母
M24
槽钢
水泥
42.5
钢板
10mm厚
水玻璃
20mm厚
轨道
43型
5盾构施工流程
盾构施工分为始发、掘进、到达三个流程，施工流程图见图5-1所示：
图5-1盾构施工流程图
6盾构始发前准备工作
6.1始发流程图
盾构始发施工流程图见图6-1所示：
图6-1盾构始发施工流程图
首先，对已加固的端头土体进行检查；
其次，组装盾构后配套拖车，并将其吊入车站内；
再次，组装盾构主机并将主机和后配套拖车连接，完成盾构机整机调试，同时完成垂直运输系统和水平运输系统、泥浆处理系统、制浆系统等安装调试。
在上述工作期间可交叉作业，完成洞门密封、洞门破除，最后完成反力支撑并开始拼装负环管片后形成盾构始发状态，始发掘进时应逐步建立切口水压，控制地表沉降。
6.2场地总体平面布置及说明
6.2.1盾构组装施工场地布置
1、总体布置原则
（1）综合盾构机全套设备的零部件，全面考虑现有的可供盾构机安装及部件堆放场地，尽量做到不漏件，不浪费场地空间；
（2）充分利用场地现有的起吊、运输设备，发挥其最大化起吊、运输效率；
（3）充分考虑现有场地的运输条件，保证盾构部件运输大型车辆的畅通运行；
（4）以安全生产为先，确保在吊卸、运输过程中的安全。
2、场地具体布置
（1）装配区
车站主体结构的南端头及吊装孔的东侧为汪河路站～曹仲站区间盾构机台车的组装区。
（2）盾构机材料库
在原来车站施工材料库内划分出100㎡的区域，用来放置盾构机上的小型零部件，例如：
电气化元件、电缆、小零件及常用工具等。
6.2.2盾构掘进施工场地平面布置
1）施工场地布置的原则
在满足施工生产需要的前提下，充分考虑市容与环境保护，尽量减少扰民；
临时房屋及其它设施布置安全、经济、合理、实用，生活、生产设施尽量分离；
严格遵照招标文件给定的场地位置和占地面积。
2）施工场地平面布置
（1）施工场地
从车站顶板回填后120m及车站东侧2128㎡范围为区间盾构施工所需材料及设备的布置区域，场地平面布置图如附图。
（2）施工场地布置及说明
①在盾构始发施工前，必须完成盾构施工场地布置，为盾构始发做好准备。
②施工用水用电
盾构机始发时直接使用市政供水管作为盾构机内施工用水的水源。
业主提供2套20KV开闭所，接入场区的高压电缆拟从东北角引入，沿东侧围墙下现有的预留管道延至始发井口接入盾构机；
另外，位于东侧围挡边两台630KVA的箱变、一台315KVA变压器用于地面泥水处理系统及配套施工区供电。
③成品、半成品及原材料的堆放
严格按场地平面布置图划定的位置堆放整齐。
管片、油脂、发泡剂、轨道等材料堆场设在车站回填后顶板上，并处在16吨龙门吊主、副钩覆盖范围内。
④排水沟
沿场地的周边设连通的排水沟，排水沟宽0.4m深0.5m，并便于清理，排水沟上盖有铁排栅，以保证车辆和人员安全跨越。
排水沟汇集的雨水、生产废水流入沉淀池，经过沉淀过滤，确保达标后排入市政排污管道。
⑤基坑护栏
在基坑外侧设高约1.2m的护栏，采用φ42钢管，管间采用焊接连接，并涂刷成红白相间的警戒色。
⑥现场照明
在预留洞口周边间隔设置探照灯，作为夜间施工的照明，另外，沿场内道路及各加工点均设置灯具，保证夜间有足够的亮度。
6.3始发形式
本区间始发均采取整机始发方案，即在托架、反力架、盾构机就位以及洞门破除后直接始发。
始发示意图如图所示：
图6-2区间左右线盾构始发示意图
左右线始发轴线在纵向为R=3000的竖曲线上，呈4‰（始发段10m）下坡趋势。
为防止盾构在始发的过程中出现“磕头”的现象，盾构始发中线比设计轴线抬高了2cm；
水平方向处于直线段上，左右线始发沿隧道轴线方向前进。
6.4端头地层加固
6.4.1端头地层加固方案
为保证盾构始发、接收施工安全，需对盾构端头进行加固。
始发端头加固长度8m，盾构端头加固有效范围为区间结构上、下、左、右线外侧各3米。
图6-3汪河路站端头加固图
端头土体采用从地面进行双重管旋喷加固的方式，隧道衬砌轮廓线外左右两侧3m范围内采用Ф550间距400旋喷桩加固，其余部位采用Ф550间距600旋喷桩，加固后的土体满足：
土体有良好的均匀性和自立性，掌子面不得有明显的渗水，其无侧限抗压强度为不小于1MPa，渗透系数不大于1.0×
10-8cm/s。
在车站施工降水设计时，综合考虑了盾构始发降水需要，在盾构端头布置了7眼降水井，用于盾构始发端头降水，保证地下水位降到结构底板以下1m，确保盾构始发安全。
6.4.2加固效果检查
端头加固效果检查采用抽芯检验是否满足要求。
盾构每个端头抽芯抽10个垂直孔，检查桩体强度。
在桩体取样完成后用素混凝土进行回填并振捣密实防止盾构机推进时压力过大导致浆液从取样孔中冒出。
始发前进行水平抽芯检测，检测合格后，进行水平观察孔观测。
洞门破除前，对洞门区域的加固效果进行观察孔试验，即通过打水平观察孔来检测盾构端头的加固效果，主要是观察正面土体的含水量及土体的加固强度等。
一般深度为2m左右，直径φ100mm全隧道断面共设7个，如图所示：
图6-4始发洞门水平观察孔布置图
6.5轨道铺设
6.5.1盾构始发的场地准备
盾构始发前，须将盾构始发掘进所需的场地准备完善，准备材料堆放区、材料加工区、仓库、沉淀池、搅拌站、管片存放区等场地。
6.5.2后配套轨道及电瓶车轨道布置
后配套轨距2080mm，电瓶车轨距900mm，轨道规格为43kg/m。
后配套轨道中心线向两侧偏移1040mm即为后配套轨道中心，后配套轨道中心线向两侧偏移450mm为电瓶车轨道中心线。
6.6盾构工作井主体复测
盾构工作井主体具备始发条件后，组织测量人员对盾构井主体进行复测，测定实际偏差量，为盾构始发提供数据支持。
主要复测项目包括：
盾构洞门圆心、盾构工作井底板标高、侧墙和端墙位置及倾斜度、正常段底板标高、正常段侧墙净空、顶板底标高、中隔墙位置等。
方案中提及的参数主要依靠理论数据进行确定，待复测结果提供后，可进行适量调整。
6.7始发托架
6.7.1始发托架结构设计
始发托架采用钢结构形式，主要承受盾构机的重力与及推进时盾构机产生的摩擦力和扭转力。
结构设计考虑盾构前移施工的便捷和结构受力，以满足盾构在组装时对主机进行向前移动的需要。
盾构机主机总重达315吨，始发托架必须具有足够的强度、刚度和稳定性。
图6-5托架示意图
6.7.2始发托架安装
始发托架安装前，按照测量放样的基线在盾构始发位置搭设平台，在平台上安装托架。
始发托架安装时依据盾构机设计始发姿态对始发托架进行精确定位。
按照测量放样的位置，将始发托架吊入井下就位焊接，并组装始发托架，始发托架安装完成后测量班进行复核，如有偏差进行微调，最后进行焊接。
1、始发托架定位
始发托架的中线要与隧道的中线平行，因此在始发托架定位时首先由测量班放出托架的中线。
⑴始发托架长9.6m，共有10道横梁，每道横梁长为3.584米，宽0.2米。
⑵始发托架的横梁中线要与隧道的中线平行，因此在始发托架的横梁定位时首先由测量班放出托架横梁的中线，托架的中线为隧道中线相同断面上垂直平行，根据实测洞门中心点位,托架安装标高：
22.139，盾构中线比设计轴线高20mm。
⑶在始发托架的横梁定位好后开始调整横梁的标高，在调整标高时由测量班在旁辅助进行测量。
由于始发井底板标高设计已经考虑始发标高需求，始发托架放置于底板预埋件上后，盾构中线比设计轴线抬高了20mm，防止盾构在始发的过程中出现“磕头”的现象。
⑷横梁定位好后进行加固连接，将始发托架的横梁与混凝土承台上预埋的钢板进行焊接，焊接过程中最好对横梁进行监测防止焊接时不小心碰触导致横梁的标高发生改变。
3、安装始发托架的注意事项
（1）进行始发托架安装时需要用到焊工、电工、吊车司机等特种作业人员，特种作业人员施工必须有操作证。
进行电焊、气割作业前要有安全员批准的动火证明。
气割作业时氧气瓶与乙炔瓶的间距要在5米以上，明火与气瓶保持10米以上的距离。
（2）吊车吊装托架时，必须遵循吊车操作规范，进行作业时安全员、信号工要同时在场。
（3）始发托架安装完成后，由测量班检测始发托架的位置及标高，符合要求后开始组装
图6-6盾构始发托架图
盾构机。
盾构机主机组装时，在始发托架的轨道上涂硬质润滑油以减小盾构机始发推进时的阻力；
始发掘进时，托架两侧加三角支撑，以固定支撑负环。
盾构水平始发，始发托架并没有直接与洞门钢环连接，因此当盾构始发时，托架的轨道必须延伸，安装导向轨道，防止机头过帘布时因支撑不足产生低头，同时保护橡胶止水帘布。
考虑到盾构在始发掘进过程中，由于盾构机自身的重心靠前，始发掘进时容易产生向下的“磕头”现象，故盾构机托架安装时只需使盾构机轴线与隧道设计轴线保持平行，盾构中线比设计轴线抬高20mm。
4、始发托架的受力
始发托架受到盾构机的重力、掘进扭矩和管片固定及管片重力。
6.8反力架及支撑系统
6.8.1准备工作
依据结构设计图纸及现场测量盾构井底板标高，在反力支撑安装前要进行如下准备工作：
根据盾构井底板标高计算出反力架立柱需要加高或是割除。
6.8.2反力架及支撑系统设计及安装
始发反力架的结构如图6-7所示：
图6-7反力架结构示意图
1、反力架结构设计及斜撑受力验算
反力架采用组合钢结构件，上下两部分组成，便于组装和拆卸。
反力架厚度600mm，钢环精度要求：
环面平整度5mm，使砼管片受力均匀；
钢环后部用工字钢制作后盾框，钢环与后盾框之间焊接固定并用Φ400mm钢支撑；
盾构掘进时的后座反向力由其传递至站台，钢支撑需焊接在地面预埋钢板上，钢板预埋需凿除底板混凝土保护层，将钢板焊接在底板钢筋（或采用植筋方式）。
后盾支撑按照受力
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