机械法联络通道施工方案及技术措施.docx
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机械法联络通道施工方案及技术措施
机械法联络通道施工方案及技术措施
1.总体施工方案
超长联络通道由于线间距长，联络通道冻结施工难度大，冻结管施工质量不能有效保证，冻结难以达到设计效果，在此情况下施工联络通道施工风险极大。
我单位通过科学方法对联络通道T接结构受力技术研究，开展T形接头受力特性及变形机理模拟及理论计算模型试验；全环境模拟试验研究反馈验证设计模型以及参数；研究管节结构、断面形式、结构受力形式、结构防水研究进而对锥形刀盘研制及半自动化拼装系统。
再根据联络通道结构设计研发刀盘设计、快速内支撑体系和后配套台车设计等集约化一体式顶管机设备。
机械法联络通道施工概念图
通过研究形成了机械法联络通道施工“微加固、可切削、全封闭、强支护、集约化”的15字理论。
机械法联络通道施工流程图
机械法联络通道施工总体分为六个步骤：
施工准备；机械吊装；机械洞内运输；机械法联络通道施工；洞门接口安装。
2.施工前准备
2.1调整联络通道里程
在盾构始发前，会同主隧道盾构施工单位对联络通道里程进行管片预排版，并结合第一环尺寸准确定位及管片调节环，要求联络通道里程与设计里程偏差在±60cm以内，左、右线联络通道相对位置偏差在±5cm以内。
2.2隧道断面测量
联络通道施工前，需对台车吊装井口至联络通道处管片进行横向净空测量、竖向净空测量，以满足机械洞内运输要求。
2.3主隧道注浆
区间隧道移交前，监督盾构施工单位对拟建联络通道左、右线前后20环范围内进行二次注浆。
隧道断面测量部位主隧道二次注浆示意图
2.4钢管片焊接
将主隧道管片始发及接收洞门处6块复合管片的钢结构部分焊接连为整体，采用跳焊法减少变形，分多层焊接，焊接厚度每层3～5mm。
钢管片焊接参数表
母材
Q235B
结点图（钢管片）
焊接材料
焊丝
ER50-6
施焊要求
（1）焊前将坡口两侧30mm范围内的油污水分及脏物去除干净。
保护气体
80%Ar+20%CO2
清根手段
手砂轮
（2）焊缝表面及热影响区表面不得有咬边、裂纹、未融合等缺陷。
（3）焊后焊缝进行UT检测，II级合格。
预热温度
100－150℃
预热方法
乙炔
2.5洞门钢环安装
始发与接收钢套筒随3号与5号台车整体运输至进出洞门处，与洞门套筒连接操作空间小，需要施工前在洞门位置预先焊接连接法兰，即洞门钢环（钢套筒前端）。
为保障洞门钢环在焊接过程中产生的变形量不影响后期钢套筒连接，制作焊接工装。
将洞门钢环与套筒前端相连，并定位，与洞门钢管片焊接。
待自然冷却后拆除焊接工装。
洞门焊接工装图
洞门钢环焊接示意图
2.6井口平台安装
为了提供电瓶车及台车运输进隧道的条件，在左右线盾构竖井内搭设平台，竖井平台为预制钢构件，由I32、I45焊接而成。
井口平台设计断面图
2.7隧道内布置
主隧道移交前由盾构施工单位拆除隧道内所有盾构施工用构件，重新根据机械法联络通道施工需要铺设轨枕、照明，待设备进洞后按照招标文件进行通道、管路、电路等铺设。
主隧道布置图
3.机械吊装方案
机械吊装分为台车及主机吊装，主机采用整体吊装，3号台车与4号台车分2节吊装，其余台车整体吊装。
机械吊装及洞内运输流程图
机械吊装顺序表
序号
吊装顺序
吊装立面图
1
电瓶车吊装
2
1号台车吊装
3
2号台车吊装
4
3号台车下部吊装
5
主机吊装
（始发套内钢丝刷涂抹手涂油脂，并将盾构机置于套筒内吊装下井）
6
始发套筒上部及3号台车上部吊装
7
4号台车吊装
8
4号台车横梁吊装
9
5号台车吊装
4.机械洞内运输方案
机械共有5节台车，分5次采用电瓶车推入隧道，每节台车自带刹车系统，防止运输过程中溜车，1-4号台车由1#电瓶车运送至始发端隧道内，5号台车由2#电瓶车运送至接收端隧道内。
机械洞内运输流程表
运输顺序
运输立面图
1号台车运输
2号台车运输
3号台车运输
4号台车运输
5号台车运输
5.机械法联络通道施工方案
5.1顶管法施工
（1）顶进施工工艺流程
顶进施工工艺流程图
（2）顶进设备就位
1）支撑体系张开
设备运输至联络通道位置后连接各管路及构件，伸出支撑体系油缸使支撑体系紧贴管片内壁。
2）调试运转
在套筒未连接前进行设备调试。
顶进设备调试系统表
序号
名称
序号
名称
1
测量系统
7
主轴承密封油脂泵功能
2
螺旋输送机功能
8
盾尾油脂控制系统
3
顶进缸性能
9
拼装机系统
4
盾尾铰接油缸性能
10
空压机系统
5
刀盘驱动性能
11
吊机系统
6
泡沫注入性能
12
注浆泵功能
3）钢套筒定位、连接
设备调试完成后，通过辅助千斤顶将设备主机与始发套筒整体向前顶进，直至与洞门钢环合拢，连接钢环法兰螺栓，向套筒尾刷腔内注入油脂，要求保持静止压力大于5bar，并对其压力进行实时监控，完成套筒密封。
（3）出洞施工
1）土仓建压
在顶管切削至洞门混凝土破碎后，外界水土压力传递至钢套筒内，为达到平衡外界水土压力的目的，在套筒密封形成后，通过预留注入管道注入介质达到试压值（取水土压力+0.5bar）。
密封体系转换示意图
2）切削洞门混凝土
准确计算顶进行程，刀尖顶至管片后缓慢推进，开始切削洞门混凝土（管片），推进速度控制在2mm/min，顶进总力小于4000kN。
3）出泥运转
切削混凝土时，间断性开启螺旋机，保证土压平衡，此时出土方式为人力三轮车出土，待空间满足放置输土泵后转换为输土泵出土。
4）密封体系转换
主机外壳完全进入第1道尾刷后，第2道密封还在外壳位置时，停止顶进，迅速向第1、2道尾刷间注入盾尾油脂，填充密封刷空腔，建压后方可继续顶进，以同样方法通过第2、3道尾刷，并在施工过程中实时监测油脂腔压力，间歇注入油脂，保证压力。
（4）顶管推进
1）渣土改良
本工程涉及②、③、④、⑤号地层，结合XX地区软土含水量高、承压含水层水头高的地层特性，在正常段掘进时使用泡沫剂进行土体改良，要求改良后的渣土坍落度为120～140mm，便于泵送出泥。
2）顶进纠偏
顶管顶进最大偏差量不超过±50mm，确认管节拼装良好并经验收合格，所有机械运转正常的情况下即可开始顶进。
顶进过程中遇姿态出现偏差，通过调节顶管铰接调整顶管机姿态，使顶管机沿设计轴线小幅度纠偏。
3）顶进出泥
具备放置输土泵后，采用输土泵直接泵送至4号台车后方渣土车内的方式出土。
过程中保证顶进速度与出泥量匹配，严格监控土压力变化。
顶进出泥系统图
4）减阻注浆
减阻注浆采用触变泥浆，主要材料为膨润土、碱、聚丙烯酰胺、水，主要起到支撑土体及减阻的作用。
注浆量：
同步注浆填充管外壁15mm土体间隙，注浆量按建筑间隙的1.3倍计算，注浆速率与顶进速率匹配；补充注浆按0.2倍同步注浆量注入。
注浆压力：
注浆压入口压力取1.2γh，同时要避免注浆压力过大，土层受到劈裂扰动。
顶管注浆系统图
5）填充注浆
顶管终止顶进，且完成洞门接口安装后，对外壁触变泥浆进行填充、置换，保障地面建筑物安全。
采用水泥-水玻璃浆液进行填充注浆，注浆压力控制在0.35Mpa以内，注浆结束后必须对注浆孔进行封闭。
（5）物料运输
井口垂直运输采用75t汽车吊完成，隧道内水平运输采用电瓶车编组完成，编组含机头、渣土车、平板车，台车部位采用吊机系统完成物料运输。
竖井及洞内运输系统图
（6）管节拼装
1）防水材料粘贴
管节防水材料粘贴在地面完成，用粘接剂将橡胶圈牢固粘接在防水材料凹槽处并经充分风干，下井前对橡胶圈粘贴完成后逐一检查，以不翘边、不脱落为合格。
2）管节进场检验
管材进场后，逐节检查核对质量证明文件，对外观质量、橡胶圈粘贴、木衬垫粘贴质量进行逐根检查。
3）端面木衬垫的粘贴质量
木衬垫必须粘贴在快速接头公头混凝土面上，木衬垫表面应无板层剥落、翘曲、木节等外观缺陷，尺寸公差应符合设计图纸的要求，木衬垫与混凝土立面粘贴牢固。
4）管节安装
管节应缓慢吊放到导轨上，严禁冲击导轨。
利用吊机，在导轨上进行转角调整。
主千斤顶向前缓慢推进，将后面管节快速接头公头插入上一环管节的母头内。
插入过程中安排专人进行监护，防止快速接头对偏。
防水材料粘贴示意图套筒填充节制示意图
（7）顶管接收
1）接收台车就位、接收套筒安装
接收台车就位及接收套筒安装步骤及注意事项同始发台车就位与始发套筒安装。
2）套筒填充介质
接收套筒内填充泡沫混凝土，调节泡沫混凝土成分配比将无侧限抗压强度控制在1Mpa左右，由砂浆车运送至5号台车，并泵送至接收套筒内。
3）切削管片混凝土
准确计算顶进行程，刀尖顶至管片后缓慢推进，开始切削洞门混凝土（管片），推进速度控制在2mm/min，顶进总力小于4000kN，顶管进入套筒内后顶进方式同切削混凝土方式。
5.2盾构法施工
（1）盾构法施工工艺流程
盾构法施工工艺与顶管法施工工艺主要存在3个方面不同。
盾构法施工工艺流程图
（2）盾构推进施工
1）顶进纠偏
盾构掘进最大允许偏差不超过±50mm。
盾构为无铰接设计，通过调整推进油缸分区压力，实现盾构纠偏并通过调整管片拼装点位拟合盾构姿态。
油缸分区示意图盾构纠偏示意图
2）同步注浆
4号台车上设置2台双液注浆泵，同步注浆采用滞后人工注浆。
通过管片预留的注浆孔注入水泥-水玻璃浆液，注入点位为4个点，压力控制小于0.35Mpa，注入位置为当前环后4环。
同步注浆示意图
3）防水材料粘贴
防水材料为遇水膨胀聚醚聚氨酯弹性条，于地面粘贴运入隧道使用，地面管片堆放必须防潮、防雨，粘贴方式与传统粘贴方式相同。
4）管片拼装
管片由吊机系统运送至反力架后方，然后通过人力叉车运送至拼装区域。
管片运输示意图管片拼装机示意图
5）二次补浆
在盾构接收且完成洞门接口安装后，为填充浆液收缩产生的空隙及封堵渗漏点在完成掘进后应进行二次注浆，浆液采用水泥-水玻璃液浆，注入过程中压力控制小于0.35Mpa。
2.2.4.5.5.3洞口接收施工
（1）洞门封堵
通过管片或管节上预留的10个环向注浆孔及主隧道洞门周边的8个注浆孔进行洞门封堵，洞门封堵采用双液浆封堵，注浆分多次进行，注浆压力不大于0.35Mpa，并通过观测孔及注浆孔开孔检查密封效果。
洞门接口安装示意图
（2）钢套筒拆除
注浆效果检测合格后可对套筒进行拆除，拆除从套筒法兰处开始，拆至洞门接口可操作即可，负环拆除均通过辅助千斤顶整体分离，直至洞门接口焊接可操作。
（3）L型钢梁安装
洞门套筒拆除后立即进行L型钢梁焊接，分块焊接时应先将L型钢梁与主隧道管片焊接，在与洞门钢管片焊接。
6.机械法施工关键控制方案及安全质量控制措施
6.1分部组装、整机运送进洞方案及控制措施
（1）分布组装方案
联络通道掘进机由5节台车组成，其中1号、2号、4号、5号台车整体吊装下井。
3号台车属设备核心部分，由台车、主机、托架、始发套筒、反力系统、内支撑系统组成。
始发套筒与主机、反力系统（盾构）于地面组装、固定后整体吊装下井。
内支撑系统分2部分下井，下半部分与台车、托架整体下井，上半部分待主机置入托架上后下井组装。
联络通道掘进机设备组成
序号
名称
序号
名称
1
1号台车
7
反力架（顶管法：
顶推系统）
2
2号台车
8
4号台车前端
3
3号台车上部结构
9
4号台车后部
4
3号台车下部结构
10
5号台车上部结构
5
始发套筒
11
5号台车下部结构
6
掘进机主机（盾构机/顶管机头）
12
接收套筒
（2）口平台设计、安装
地面及井口设计专用钢构件为盾构机提供组装平台，始发钢套筒、主机及反力架在地面完成装配。
上述结构由井口吊装下井时，与井下台车、托架组装，然后与内支撑系统组装为一体。
地面组装平台井口组装平台
（3）偏心状态防倾覆技术控制措施
掘进机主机在组装过程中存在偏心现象，采用如下方法防止倾覆：
1）精确计算掘进机整机、钢套筒、反力架及组装后的重心位置，依据重心合理设置吊点。
2）整机、钢套筒、反力架组装后的偏心问题采用增加配重解决。
3）主机下井前，对3号台车进行加固处理，两侧采用型钢进行支撑，偏心对侧采用钢丝绳预张拉。
（4）隧道轨枕设计方案
设备在隧道内整体运输时采用有轨运输，隧道内共铺设4根钢轨，中轨用于电瓶车行走，边轨用于台车行走。
轨枕为预制钢构件，轨枕间距600mm，并采用角钢将其拉紧，防止运输过程中轨枕偏移，其中联络通道处前后3环位置轨枕必须按照快速支撑体系间隙布置，保证不与支撑体系相碰撞。
隧道内轨枕设计图
（5）狭小空间设备运输方案及技术措施
为保证设备在主隧道内运输顺利，应做如下技术措施：
1）施工测量洞口至联络通道处隧道管片的椭圆度、高程偏差、水平偏差。
2）建立二维、三维模型，模拟运输过程限界。
3）安装限位警示在台车上、左、右部距离隧道较窄部位安装常亮激光笔，调整激光笔方向沿台车纵向方向，激光笔置于台车前进方向前端，照向电瓶车方向，便于电瓶车司机观察（间隙小于80mm时激光将会被遮挡）。
隧设备运输示意图
隧设备运输示意图
6.2套筒洞门钢环定位、安设及台车精准定位方案及控制措施
（1）精准测量通道轴线
测量拼装好的特殊管片，拟合洞门圆心，结合该处管片高程偏差、水平偏差、管片自转设计联络通道计划轴线。
（2）套筒洞门钢环按轴线焊接
套筒前端依据联络通道计划轴线及洞门圆心调整其角度、自转，使套筒姿态拟合联络通道计划轴线。
（3）台车就位及套筒与洞门钢环连接
套筒后端依据已安装的套筒前端的角度、自转、高程确定其安装姿态，并在安装过程中调整好套筒后端及掘进机的姿态，避免台车进入隧道后调整其姿态。
6.3高强弧形管片切削方案及控制措施
（1）始发时管片切削
刀盘转速、贯入度、推力、刀盘扭矩、推进速度等施工参数在刀盘切削试验时采集，施工阶段按此控制，并根据不同工况差异微调，同时做好掘进机防自转措施，切削过程中向土仓内注入刀具冷却、润滑介质。
（2）接收时管片切削
接收前将高程姿态调整至±5mm以内，精确计算推进行程，刀尖接触管片前50mm推进速度应控制在2mm/min以内，缓慢推进。
接收时刀盘处于土体中切削管片，切削过程中贯入度及推进速度较小，应将减少出土量，保持土压平衡，切削管片须一次性贯穿管片，切不可中途中断油缸压力，防止主机下沉。
6.4联络通道机械法掘进施工方案及控制措施
（1）参数、姿态控制
试验段施工通过理论土压力计算确定土仓压力控制值，推力控制小于4000kN，推进速度30～50mm/min，扭矩不大于600kN·m。
掘进时姿态水平姿态控制在±20mm以内，高程姿态控制在±10mm以内。
（2）姿态纠偏
盾构法施工通过调整推进油缸分区油压进行姿态纠偏，并调整楔形环管片拼装角度拟合纠偏曲线，纠偏量不超过2mm/m。
顶管法施工通过调整主机内铰接油缸进行姿态纠偏，通过管节间角度自行张开拟合纠偏曲线，纠偏量不超过1mm/m。
（3）渣土改良
通过刀盘前方注入泡沫剂改良渣土和易性，要求改良后的渣土坍落度为120～140mm，具体泡沫掺量需试验后决定。
（4）顶管法止退
拟采用管节安装前，利用轻便型钢支撑管节，后部支撑至支撑体系，防止顶管后退。
顶管止退示意图
6.5接收及洞门接口处理
（1）钢套筒接收
接收端洞门连接钢套筒，套筒内部注入填充介质，可保证外部土压平衡状态下完成掘进机接收。
（2）洞门封堵
通过管片或管节上预留的10个环向注浆孔及主隧道洞门周边的8个注浆孔进行洞门封堵，洞门封堵采用双液浆封堵，注浆分多次进行，注浆压力不大于0.35Mpa，并通过观测孔及注浆孔开孔，检查密封效果。
（3）钢套筒拆除
注浆效果检测合格后可对套筒进行拆除，拆除从套筒法兰处开始，拆至洞门接口可操作即可，负环拆除均通过辅助千斤顶整体分离，直至洞门接口焊接可操作。
（4）L型钢梁安装
洞门套筒拆除后立即进行L型钢梁焊接，分块焊接时应先将L型钢梁与主隧道管片焊接，在与洞门钢管片焊接。
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