盾构隧道施工组织设计.docx
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盾构隧道施工组织设计
第一章地质描述
第一节概述
一、概述
二、线路段工程地质条件
（一）、地形、地貌
。
（二）、岩土体工程地质特征
（三）、水文地质特征
区间地质描述
区间地质描述详见表7-1-1、表7-1-2；土体主要物理力学性质指标表7-1-3、7-1-4。
。
一、科技路站
第三节补充地质勘察
第二章工程特点
第一节工程主要技术难点及对策
第二节工程的主要特点
一、交叉多，干扰大
集中体现在结构交叉多、工序交叉多、接口界面交叉多、专业交叉多、前期与后期交叉多，施工相互干扰较大。
执行关键工期计划所发生的各规定部分的工期偏差，会影响其它作业。
结构的多交叉，存在空间效应与体系转换问题。
二、地处市区，环境特殊
主要体现在地面建筑物密集，施工对周围环境的影响必须严格控制，文明施工要求严格，环境保护标准高。
三、任务重，系统性强
全部工程要求在33个月内完成。
其中，盾构机需要引进，鉴定、安装、调试，前期试掘进进度会放缓，中间加快，出洞又会放缓，还要调头、转场，工序复杂，任务重。
采用盾构机施工，这是隧道工厂化施工的模式，其系统性特别强，环节与环节之间的衔接、匹配是否合理，直接影响施工效率，直接影响施工的安全、质量、速度。
四、地质复杂，施工难度大
地铁隧道主要穿越Ⅱ4、Ⅲ1层。
Ⅱ4层以上主要为砂性土，其渗透性强，富水性好，围岩稳定性极差。
Ⅱ4、Ⅲ1层水平分层，盾构机易磕头；且局部地区覆盖层过浅。
施工中容易造成地面隆起或沉降。
第三章施工准备
施工准备工作是否充分、到位，将直接影响施工总体安排，影响主体工程能否按时开工，影响到工程开工后能否顺利进行，施工前必须做好各项准备。
我局中标后，迅速组成项目部开展各项工作。
在最短的时间内完成建筑物、管线等的调查及地质补充勘探。
并组织精测人员对设计控制桩进行复测，将测量结果上报监理及有关部门。
绘制详细的线路纵断面、横断面图，上报监理。
做好开工前的各项准备，上报开工报告。
全部技术人员通过各种途径达到岗前培训。
第二节盾构施工场地平面布置与设施
第三节洞口地层加固
一、洞口土体加固标准
洞外土体加固是将洞外侧一定范围的土体进行改良，使土体的抗剪、抗压强度提高、透水性减弱，使土体具有自身保持短期稳定的能力。
洞门打开后，加固后的土体不倒塌、不滑移；盾构机刀盘旋转、直接切削加固土体，对刀具无损伤，加固后的各种指标如下：
无侧限抗压强度～
抗渗性＜10-6cm/s
加固范围出洞4m,进洞6m
加固后进行钻孔检测，如达不到上述要求，在端头井内采用水平旋喷进行二次加固。
孔位布置采用梅花形布置，横向间距,排距，如图7-3-1所示。
图7-3-1旋喷加固孔位布置示意图
（二）、工艺流程
工艺流程见图7-3-2
图7-3-2旋喷施工工艺流程图
（三）、施工注意事项
1、二重管法使用的低压水泥浆液流压力大于1Mpa，气流压力取，提升速度取。
2、高压喷射注浆的主要材料为水泥，采用425号普通硅酸盐水泥。
3、水泥浆液的水灰比取。
4、喷浆量Q（L/根）可按下式计算：
Q=Hq（1+β）/V
式中H—桩长（m）
V—注浆管提升速度（m/min）
q—泵的排浆量（L/min）
β—浆液的损失系数，取。
5、当实际孔位、孔深和每个钻孔内的地下障碍物、涌水、漏水及与工程地质报告不符等情况时，需详细记录。
6、采取复喷措施，即先喷一遍清水再喷一遍或两遍水泥浆。
7、施工中如实记录高压喷射注浆的各项参数和出现的异常现象。
（四）、高压喷射注浆法施工常见问题与处理对策
高压喷射注浆法施工常见问题与处理对策见表7-3-1
高压喷射注浆法施工常见问题与处理对策表表7-3-1
常见问题
产生原因
预防措施及处理方法
固结体强度不匀、缩颈
喷射方法与机具没有根据条件进行选择；喷浆设备出现故障中断施工；拔管速度、旋转速度及注浆量没能配合时，造成桩身直径大小不匀，浆液有多有少；喷射浆液与切削的土粒强制拌和不匀，直接影响加固效果；穿过较硬的粘性土，产生缩颈。
根据设计要求和地质条件，选用喷浆方法和机具；喷浆前先进行压水压浆压气试验，一切正常后方可配浆，准备喷射，保证连续进行。
配浆时必须用筛过滤；根据固结体的形状及桩身匀质性，调整喷嘴的旋转速度、提升速度、喷射压力和喷浆量；对易出现缩颈部位及底部不易检查处进行定位旋转喷射或复喷的扩大桩径办法；控制浆液的水灰比及稠度；严格要求喷嘴的加工精度、位置、形状、直径等，保证喷浆效果。
钻孔沉管困难、偏斜、冒浆
遇有地下埋设物，地面不平时，钻杆倾斜度超过%；注浆量与实际需要量相差较多。
放桩位点时应探深，遇有地下埋设物要清除或移桩位点；喷射注浆前先平整场地，钻杆要垂直，倾斜度控制在%以内；利用侧口式喷头，减小出浆口孔径并提高喷射能力，使浆液量与实际需要量相当，减少冒浆；控制水泥浆液配合比。
三、科技路站盾构进、出洞土体加固
科技路车站为逆作法施工，车站主体已经完工，上部路面交通已经恢复，无法在地面进行加固处理。
因此首先考虑在端头井壁钻孔检测原搅拌桩的加固范围和加固效果。
若未能达到加固标准，则在端头井内采用水平旋喷法进行盾构进出洞土体加固，加固后的土体达到加固要求。
（一）、设备选型
水平注浆选用TDZ-50型水平钻孔旋喷机施工，该设备由铁道部徐州机械厂和石家庄铁道学院联合研制，已在多项工程中成功应用。
其设备配置见下表：
设备名称
型号
数量
主要技术指标
旋喷钻机
TGD-50
1
钻孔深度：
>10m
钻塔升降高度：
750~5500mm
钻塔倾斜角度：
0o~105o
钻杆直径50㎜，功率11kw，机重2000kg
高压注浆泵
YZB-32
1
浆液搅拌机
水泥搅拌机
1
水泥浆容量1m3
储浆罐
水泥浆储罐
清水储罐
1
1
水泥浆储罐容量
清水储罐容量
（二）、加固范围
加固范围与孔位布置见附图8。
（三）、施工工艺
水平旋喷施工顺序见图7-3-3。
图7-3-3水平注浆施工顺序示意图
1．井壁钻孔。
首先在井壁旋喷孔位置预钻孔，穿透混凝土墙壁。
2．钻机定位。
先将钻机在注浆孔前就位，钻杆正对孔心。
钻机牢固固定，以免在钻进过程中发生晃动，自身产生位移。
3．钻孔。
TDZ-50型水平钻孔旋喷机的注浆管兼作钻杆，钻进时直接将注浆管钻入加固土体。
钻孔保持平直，为防止钻杆出现下垂现象，钻孔时预先将钻杆上抬3~5o角。
4．旋喷注浆。
兼作注浆管的钻杆钻进到预定深度后，立即进行高压喷射注浆。
注浆管由里向外边旋转边徐徐拔出。
5．注浆结束。
对每个注浆孔在旋喷注浆完成后，迅速拔出注浆管，并立即打入一个木桩，封闭孔口。
木桩用于止浆，是完成注浆的标志。
6．回灌补浆。
全部注浆结束后，在全部注浆孔进行双液浆二次补浆。
补浆的目的是充分回填加固土体与围护结构之间的空隙，保证进出洞施工时洞口的止水效果。
（四）、施工注意事项
由于成桩条件不同，水平旋喷的工艺要求比垂直旋喷高。
与垂直旋喷相比，水平旋喷的施工必须注意以下方面：
1．在加固深度范围内采用同一钻杆，避免中途接卸钻杆。
2．由里向外旋喷，保持注浆管匀速拔出。
3．采用复喷（先喷水后喷浆）工艺，保证加固范围。
第四章盾构机掘进施工
第一节掘进施工工艺与流程
一、施工总体方案
二、盾构机进出洞
（一）、盾构出洞
盾构拼装出洞的顺序见图7-4-2所示。
图7-4-2盾构拼装出洞流程图
1、出洞准备工作
（1）、盾构出洞前要完善地面施工辅助措施,包括行车、管片防水涂料制作场地等。
（2）、盾构基座就位（见附图9）：
盾构基座按隧道设计坡度放置。
（3）、盾构、车架吊装就位调试验收。
（4）、井内的盾构后盾管片布置及后座砼浇捣。
盾构后盾由10环负环管片拼装而成，在负环后部安装宽的钢圆环，使砼管片均匀受力。
钢环后部用3榀56#工字钢及细石砼嵌实，在3榀工字钢后用钢管支撑，盾构掘进时的轴向力由其传递至站台（见附图10），施工时根据每一车站具体情况做出适当调整。
（5）、洞口止水装置的安装
洞口加固圈与盾构外径存在环向建筑空隙，为防止盾构出洞时土体从间隙流失，在洞圈安装橡胶帘布环状止水带、扇形板等组成的密
封装置（见图7-4-3），作为施工阶段的临时防泥水措施。
图7-4-3洞口密封装置构造图
（6）、洞门砼凿除
盾构出洞时，在盾构与槽壁之间搭设脚手架，用以割除外排钢筋，并按照先下后上的顺序逐块吊出。
2、盾构出洞
（1）、后盾负环拼装、盾构调试完成后，拉去洞圈内钢筋砼网
片。
在此过程中，要连续施工，尽量缩短作业时间，确保正面土体的稳定性；并配备专职安全员对此进行监督检查，杜绝安全事故隐患。
盾构靠上推进土体；调整洞口止水装置。
（2）、盾构推进前，为减少盾构的推进阻力，在盾构机座轨道面上涂抹牛油。
为避免刀盘上的刀头损坏洞门密封装置，在刀头和密封装置上亦涂抹油脂。
在盾尾钢丝刷处填满密封油脂。
（二）、盾构进洞
1、盾构接收井的准备
盾构接收井施工完成后，对洞门位置的方位测量确认，安装盾构接收基座（参照出洞盾构基座安装形式）。
接收井内砼洞门凿除和洞门封堵材料等各项工作准备就绪。
2、盾构姿态的复核测量
盾构进洞前100m对隧道进行贯通测量、进洞口中心坐标测量，并由不同单位、不同仪器复测两次，确保测量数据准确。
根据测量数据及时调整盾构推进姿态，确保盾构顺利进洞。
进洞时隧道中心偏差与设计洞门偏差控制在±2cm以内。
3、盾构进洞
（1）、洞门砼拆除
当盾构逐渐靠近洞门时，在洞门砼上开设观察孔加强对其变形和土体的观测，并控制好推进时的土压力值。
在盾构切口距洞门20-50cm时，停止盾构推进，尽可能掏空密封舱内的泥土使切口正面的土压力降到最低值，以确保砼封门拆除的施工安全。
砼封门拆除的方法与出洞时基本相同。
（2）、在砼洞门拆除后，盾构尽快连续推进并拼装管片，尽量缩短盾构进洞时间。
（3）、洞圈特殊环片脱出盾尾后，用弧形钢板与其焊成一个整体，并用水硬性浆液将管片和洞圈的间隙进行填充，以防止水土流失，保护周围环境。
三、首100m试推进
试推进是对盾构机进行负荷试验。
通过试推进，可全面检验整机性能。
发现盾构机的不足并及时加以修正。
盾构掘进的前100m作为试推进段，在此阶段，海瑞克公司派驻专家指导小组协助我方完成试推进工作，专家指导小组包括项目主管、土建、液压、机械、电气工程师各一名，我方组织相应的专业小组与外方专家对口合作。
在这段施工中重点要求做好几项工作，见表7-4-1。
四、试掘进转入正常掘进
（一）、拆除反力支架、负环管片、盾构基座,做洞门。
（二）、拆除临时出土进料轨道和道岔，铺设正常施工的轨道和道岔，
试掘进工作内容表表7-4-1
序号
项目
内容
1
技术工作
1.全面熟练掌握盾构施工各作业环节的施工方法、技术规范。
特别是决定成洞质量、控制施工速度的关键环节。
如掘进、隧道线形、注浆、管片拼装、出碴运输等。
通过试推进，以上重要环节达到熟练掌握程度。
2.完善优化施工组织设计方案（不同的盾构、甚至相同的盾构在不同的地质情况下，施工组织也会有所区别）。
为此，在试推进期间不断完善施工组织方案，以使之更加科学合理，达到各工序衔接紧密，劳力配置最优的程度。
3.编制有关规定、图表。
根据业主提供的有关资料、结合本标段隧道工程的实际情况，编制盾构施工各工序、各岗位的操作规程、作业工法、质量监测卡片、设备运行、保养、维修记录表等。
4.摸索出最佳掘进参数。
保护好出洞口的管线，加强对地面沉降的监测，及时获取监测结果。
沟通井下和地面的信息，通过试推进要摸索出控制地面沉降和保证隧道质量的最佳掘进参数，即刀盘转速、总推进力、密封舱压力、注浆量及压力、推进速度、螺旋输送机出碴量等参数之间的关系，最终找到控制地面沉降的方法。
2
组织工作
1.施工人员通过最初试推进能独立完成各项作业。
全体施工人员必须经过理论培训合格、持证上岗。
在制造厂家技术人员的指导下，盾构主司机、吊机、注浆设备、管片安装机构、机车司机等操作人员应尽快对新盾构机的操作方法、机械性能进行熟悉，达到技术规范规定的质量标准。
2.维护保养人员应对整机的润滑、检查、监测点有全面掌握并能进行独立作业，还应建立详细完整的档案，以免发生漏项。
3.首100米试推进可细分为三个区段，第一区段米（12环），第二区段36米（30环），第三区段米（42环）。
第一区段属最初掘进阶段，日进度掌握在二环至三环。
盾构正面密封土压力、刀盘转速、推进速度、推进油缸顶力、注浆压力等诸项施工参数，分别采用三组不同参数进行试推进。
通过隧道沉降、特别是地表沉降变化，地层沉降测量，确定一组适用的施工参数值。
第二区段采用第一区段的较佳施工参数，日进度从三环递增至五环的试推进正常施工进度。
通过施工监测，根据地层条件、地下管线、房屋情况，对施工参数作慎密细微的调整，取得最佳施工参数。
第三区段是正式推进施工的准备阶段，在条件允许下日进度渐次提高到正常水平，但强调服从地面沉降、管线监护为原则。
各项沉降应符合+10mm、-30mm标准。
3
临时出土进料
1、盾构始发出土、进料临时使用上行线井口，
2、在车站内铺设临时轨道和道岔，见附图24。
3、使用两台机车、四节平板车，兼顾出土、注浆料、管片的运输。
4
整机验收
1.由机械、电气、液压及施工技术人员组成的盾构验收小组，根据建设单位要求，以盾构各部件设备的机械性能技术指标为依据，进行盾构验收并提出鉴定意见。
2.在地质条件允许的情况下，在试推进期间，可对整机进行满负荷试验，以准确、全面验收整机性能。
（三）、调整各作业班组施工人员
经过试掘进会发现各工班技术力量是否均衡合理，各岗位劳力安排是否匹配，如有不妥应做适当调整。
（四）、根据试掘进取得的经验完善各种工法、操作规程、监测卡片、记录图表等。
（五）、试掘进的第三区段已基本达到正常推进的水平，盾构推进、管片安装、同步注浆及二次补压浆等作业工序的重要技术参数已摸索出最佳值，正常掘进应严格遵照执行。
地层变化
（六）、交接班是施工中的重要环节，准备接班的工班负责人应在进洞前与洞内施工负责人取得联络，提前了解设备运行状况、地质状况，以便在进洞前做好设备维修专用工具、配件和工程材料的准备，确保工班之间衔接紧密，施工连续进行。
五、管片安装
管片安装是盾构法施工的重要环节。
管片作为永久性衬砌，其安装质量好坏直接关系到成洞质量。
同时，在盾构掘进施工过程中还要作为盾构推进时的支座，承受盾构推进油缸的纵向推力。
因此，要求管片能在较短时间内高质量安装完毕，以适应盾构推进作业循环要求。
并能立即承受围岩压力防止地面沉降。
（一）、管片结构
基本参数：
内径：
5500mm，厚度：
350mm，宽度：
1200mm。
每环管片分6块，3块普通块各°；2块邻接块各°；1块封顶块20°。
（二）、拼装顺序
管片拼装顺序：
由下部开始，先装普通块，再对称安装邻接块，最后装封顶块。
（三）、拼装工艺
1、管片在做防水处理之前必须对管片进行清理，然后再进行防水橡胶条的粘贴。
2、安装过程中要彻底清除盾壳安装部位的垃圾，同时必须注意管片的定位精度。
尤其是第一组管片的定位会影响以后管片的安装质量及与盾构的相对位置，因此第一环应尽量做到居中安装。
3、为避免开挖面的坍塌，盾构推进油缸不能同时收回，要根据各段管片对应位置交替收回。
即安装哪段管片收回哪段相对应的推进油缸，其余推进油缸仍顶紧。
4、封顶块轴向嵌入80cm，然后再开启轴向施压推进油缸，纵向插入。
5、管片安装要把握好管片环面的平整度。
6、边拼装管片边扭紧纵、环向联接螺栓，待整环管片安装完毕，撑开真圆保持器固定。
7、在整环管片脱出盾尾后，再次按规定扭矩扭紧全部联结螺栓。
环向螺栓扭矩为2000-2500N·m，纵向螺栓扭矩为1500-2000N·m。
（四）特殊地段管片的安装
1、曲线段管片安装
盾构在竖曲线和水平曲线地段上施工，或施工轴线偏离理论轴线发生蛇行时，相邻管片环之间会出现楔形间隙，止水橡胶条不能接触，为此必须采取特殊办法加以处理。
（1）、竖曲线地段
竖曲线地段半径为3000m，在管片背向盾构推进油缸的环面上，分段覆贴不同厚度的低压石棉橡胶板，以使其在施工阶段推进油缸推力作用下成为一个合适的斜面。
由于覆贴料厚度小，不会减弱弹性密封垫的止水效果。
楔形垫板见附图11。
（2）、平曲线地段（本标段最小平面曲线半径800m）
为适应圆曲线段、缓和曲线段、施工纠偏等需要，设计楔形衬砌环，其楔形量按曲线半径为800m的圆曲线段连续布置楔形环计算。
衬砌排版时，对不同的缓和曲线、圆曲线段均以计算优选的最佳衬砌布置方案拟合（一般拟合误差小于10mm，局部20mm），以满足线路设计的要求。
2、联络通道地段管片安装
在设置联络通道的地段，两个区间隧道的内侧均要留出一个旁洞，宽约2500~4000mm。
为了承受旁洞顶部和底部拱圈传来的荷载，旁洞上下均需设置过梁以及支承过梁的壁柱，从而在旁洞四周形成一个坚固的封闭框架。
旁洞的开口部分在盾构通过时用临时填充管片堵塞，使管片环仍为封闭的，以改善其受力条件，防止泥砂涌入。
联络通道施工前，再将填充管片拆除形成旁洞，于是，荷载完全传到框架上。
联络通道衬砌与旁洞框架连接部分的防水措施，将联络通道的防水隔离层贴在管片凸缘上，然后用钢板压紧，管片与钢板间形成的缝槽用防水材料嵌填。
六、注浆
注浆是盾构机掘进施工中的一道重要工序。
该工序可分为同步注浆和衬砌壁后二次补压浆两部分。
（一）、同步注浆
同步注浆的作用是通过及时填充盾构与管片圆环间的建筑空隙来减少地面沉降，是盾构推进施工中的一道重要工序。
选择具有和易性好、渗水性小、具有一定强度的浆液，并及时、均匀和足量压注，确保建筑间隙得以及时足量地填充，压浆参数根据压浆时的压力值和地层变形监测数据及时调整。
同步注浆通过嵌于盾尾的注浆管压注。
1、同步注浆工艺流程
同步注浆的工艺流程为：
地面拌制浆液→隧道内平板车上浆筒运输→工作面后配套车架上注浆泵控制压注。
2、浆液配比设计
根据工程地质情况，结合海瑞克盾构机在类似地质条件下的成功经验，本工程同步注浆浆液主要采用惰性缓凝浆液，需特殊处理地段视情况选用与二次补压浆相近的双浆液。
惰性浆液的配比设计，主要考虑浆液的充填性（流动性）、离析性、初凝时间、固结强度，同时根据施工反馈信息和现场试验结果进行调整，初步拟定的浆液配比如下（重量比）：
惰性浆液配比表（重量比）表7-4-1、
黄砂
水泥
粉煤灰
膨润土
水
缓凝剂
初凝时间
59%
5%
9%
13%
14%
%
20h
3、注浆量
理论注浆量按下式计算：
V=π（D2-d2?
）×L/4
D——开挖直径：
6390mm
d——管片外径：
6200mm
L——管片宽度：
1200mm
V=×考虑到本标段的地质条件，同步注浆量初步定为150%～200%建筑间隙的体积，因此注浆量选择在～之间。
4、浆液的搅拌和运输
按照浆液搅拌运输方案，在地面注浆材料拌合站，准确计量材料，严格按先后顺序投放，不能把已凝固的水泥、膨润土等不合格材料投入使用，连续搅拌到规定时间，存放在具有低速搅拌功能的储浆槽内备用。
浆液在运输过程中不能出现离析沉淀，运输浆筒装有搅拌装置。
5、浆液压注
注浆压力设定为，压浆与推进同步进行。
在盾构推进过程中，工作面压浆要有专人负责，对压入位置、压入量、压力值均应详细记录，并根据地层变形监测信息及时调整。
6、整理与清洗
注浆完成后，定时对工作面注浆系统、隧道内运输车以及地面拌浆系统进行清洗，清洗时间每班一次。
同时妥善处理废弃浆液。
（二）、盾尾油脂压注
为了保证盾构机盾尾密封功能，顺利完成区间隧道的掘进任务，必须切实做好盾尾油脂的压注工作。
盾构推进正常施工阶段，基本每隔一环进行一次盾尾油脂的压注，如遇特殊情况，可按实际情况加大盾尾油脂的压注量。
盾尾油脂压注的操作工序为：
准备压注施工→连接压注管路→油脂泵压注→达到要求后结束→继续推进。
每一环的压注量为35升（可根据实际情况进行调整），压注压力为~5bar。
（三）、衬砌壁后二次补压浆
二次补压浆的作用是减少盾构过后土体的后期沉降量，特别是盾构在穿越地下管线及地面构筑物\涌水及软土地段时补压注浆尤为重要。
二次补压浆的浆液为双液浆，地面拌制浆液，通过管片上预留压浆孔压注。
每环1～，依实际情况调整。
其配比见表7-4-2。
双液浆配比表（重量比）表7-4-2、
水玻璃
水泥
膨润土
水
6%
30%
4%
60%
二次补压浆注浆压力为～。
压浆需派专人负责，对压入位置、压入量、压力值均详细记录，并根据地层变形监测信息及时调整，确保压浆工序的施工质量。
七、与开挖面土体改良
本标段地质上砂土含量大，为保护地面建筑与地下管线，保证推进施工的顺利进行。
采取超前注浆和压注泡沫或膨润土的方法改良开挖面土体。
（一）、超前注浆
盾构在通过断层、破碎带、上覆土层薄、地面有要保护的建筑物、管线时，可利用机器上特别装备的超前注浆系统实施超前注浆。
盾构机上地质勘测超前钻孔系统可穿过护盾预留孔，以10°夹角超前钻孔20m，在护盾圆周开有12个预留孔，钻孔直径为50mm。
超前注浆浆液为双液浆，配比与二次补压浆大致相同。
注浆压力一般为，在施工中可根据实际情况做适当调整。
实施超前作业时，应加强地面监测，严格控制地面隆起量不超过10mm。
（二）、泡沫剂或膨润土的压注
本隧道工程主要处于粉砂、粉细砂、粉土的地质中，为了改良土体、保护刀盘以及保证盾构螺旋输送机的正常出土，推进过程中可根据螺旋输送机出土情况和刀盘油压变化，在盾构前方压注泡沫剂或膨润土。
压注膨润土浆液的同时要观察螺旋输送机的排土状态及正面土体的沉降情况，确保正面土体稳定。
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