地铁区间盾构始发掘进方案.docx
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地铁区间盾构始发掘进方案
轨道交通X号线XX标土建工程
XX站～XX站区间
盾构始发掘进施工方案
编制：
复核：
审批：
编号：
中铁XX有限公司
XX标项目经理部
2011年7月
XX站～XX站区间盾构始发掘进施工方案
一、工程概况
本区间线路始于XX站南端。
线路自XX站出站后，沿1234向西南延伸，侧穿汀州会馆（控保）、新民桥，下穿山塘河，之后依次下穿玉涵堂（市保）、众安弄、宝德里、求笺弄等大片1~6层建筑群到达广济路，经过锦江之星大酒店、留园路6层居民楼后下穿上塘河，最后到达XX站。
线路总体为西南走向。
区间共采用2段半径分别为400m、450m的曲线。
区间设计分界详见表1-1，左右线总长1406.750m。
区间处设置联络通道与废水泵房。
本区间采用盾构法施工，在右DK15+296.118（左DK15+298.659）联络通道（与泵房合建）1处。
联络通道采用矿山法施工。
区间隧道设计范围表1-1
线别
区间隧道起讫里程（m）
长短链（m）
隧道长度（m）
联络通道（处）
联络通道兼泵房（处）
左线
左K14+810.749～左DK15+518.544
短链8.84
698.955
-
1
右线
右K14+810.749～右DK15+518.544
-
707.795
本区间线路主要下穿山塘河、玉涵堂保护性建筑、大片1~6层建筑群、广济桥等。
沿线建筑物较多，其中汀州会馆为市控制性保护建筑物，玉涵堂为市级保护文物。
区间管线较多，根据目前的管线资料显示，管线主要集中在众安弄及广济路上方，计有给水、雨水、污水、路灯、通信、燃气等多条管线。
XX站～XX站区间线路走向图
二、编制依据及编制原则
1、编制依据
（1）《XX轨道交通2号线工程XX站～XX站区间施工图设计》
（2）《XX轨道交通2号线工程XX站车站结构施工图设计》
（3）《XX轨道交通2号线工程XX站车站结构施工图设计》
（4）《XX轨道交通2号线工程施工设计文件编制统一规定》
（5）《XX轨道交通二号线工程123标段XX站～XX站区间工程地质勘察报告》详勘
（6）盾构机图纸，盾构机使用维护技术文件；
（7）国家和地区现行规范与规程
《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）
《地铁设计规范》（GB50157-2003）
《地铁限界标准》（CJJ96-2003）
《地下铁道工程施工及验收规范》（2003年版）（GB50299-1999）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
《建筑地基处理技术规范》（JGJ179-2002）
《建筑变形测量规程》（JGJ/T8-97）
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）
《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）
《建筑地基与基础工程施工及验收规范》（GBJ202-83）
2、编制原则
根据相关资料，在认真学习、领会各项指标要求及现场详细调查资料的基础上，充分应用类似工程的成功经验和相关的新技术，编制施工方案、施工计划及各项保证体系，合理配置资源。
（1）以详勘地质资料为依据，制定符合施工现场的施工体系。
（2）始发方案要有足够的安全性，能确保盾构机始发时安全、平稳、迅速地由盾构始发井进入隧道，同时保证施工现场安全和地铁开挖的安全。
（3）方案能够有效地指导现场始发期间的工作和试推进期间的施工，有效地解决和控制由于盾构推进所造成的不均匀沉降问题。
（4）方案力求简单、易行，同时能够快速施工，减少施工周期。
（5）方案不仅要考虑施工方便，还应尽量减少对周边环境的影响。
三、始发洞口地质条件
根据区间线路纵断面图显示，区间隧道覆土层依次为人工填土、粘土、粉质粘土、粉土、粉质粘土、粉砂、粉质粘土、粉土夹粉质粘土。
区间隧道主要穿越：
④1粉质粘土层（灰色，含云母、贝壳碎屑，夹薄层粉土；可塑~软塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等）
④2粉砂层（灰色，尚均匀，含云母、贝壳碎屑，夹少量薄层粘性土；饱和，稍密~中密）
⑤1粉质粘土层（灰色，欠均匀，夹粉土、粉砂薄层，含云母、有机质，局部为粘土；软塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等）
隧道部分穿越：
③2粉质粘土层（草黄～灰黄色，尚均匀，含铁锰质结核，夹有少量粉土；可塑，偶呈软塑状，稍有光泽，无摇振反应，干强度、韧性中等。
⑤1ａ粉土夹粉质粘土层（灰色，欠均匀，夹较多薄层粉质粘土，含云母、有机质；湿～很湿，稍密～中密，有光泽，摇震反应中等～迅速，干强度低，韧性低，稍密～中密，缩性中等）。
场区地表水、地下水和地基土对混凝土具有微腐蚀性、在长期浸水条件下对钢筋混凝土中的钢筋具有微腐蚀性。
主要土层物理力学性质
层
号
地层
名称
含水量W（％）
重度
（KN/cm3）
孔隙比ｅ
固快峰值
压缩模量Es（MPa）
粘聚力C（Kpa）
内摩擦角φ（°）
1
粘土
25.5
19.3
0.744
44.8
14.6
6.81
2
粉质粘土
27.7
19.2
0.775
26.8
13.5
6.08
3
粉土
29
18.8
0.823
7.5
25.1
12.45
1
粉质粘土
28.5
18.9
0.812
16.4
12.5
6.08
2
粉砂
26.8
19.1
0.761
3.2
27.1
9.84
⑤1
粉质粘土
31.4
18.7
0.883
14.5
15.1
5.48
⑤1a
粉土夹粉质粘土
28.2
18.7
0.822
12.9
13
8.64
1
粘土
24.6
19.8
0.69
41.9
14
6.82
2
粉质粘土
26
19.3
0.747
27
15
7.13
始发洞门地基土分布有以下特点：
③2粉质粘土层（草黄～灰黄色，尚均匀，含铁锰质结核，夹有少量粉土；可塑，偶呈软塑状，稍有光泽，无摇振反应，干强度、韧性中等），标高为-2.29m~-6.5m，分布较均匀。
④1粉质粘土层（灰色，含云母、贝壳碎屑，夹薄层粉土；可塑~软塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等），底标高为-8.62m~-9.29m，顶标高为-6.5m，分布较均匀。
④2粉砂层（灰色，尚均匀，含云母、贝壳碎屑，夹少量薄层粘性土；饱和，稍密~中密），左、右线始发洞门段无该层分布，仅区间有少部分，对盾构出洞无影响。
⑤1粉质粘土层（灰色，欠均匀，夹粉土、粉砂薄层，含云母、有机质，局部为粘土；软塑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等），顶标高为-8.62m~-9.29m，此层分布较深、较厚，且区间只有底部侵入少部分。
其中③2层主要分布在出洞段上方，根据土质特性，有利于盾构出洞，④1、⑤1对盾构出洞都有利，能较好地控制土层开挖面，减少水土流失带来的各种对外界环境的影响。
XX站～XX站区间左线盾构隧道纵断面图
XX站～XX站区间右线盾构隧道纵断面图
四、施工总体策划安排
本区间隧道，计划于2011年8月13日盾构机开始下井拼装,2011年9月20日从XX站南端头井左线始发。
第一台盾构始发各流程施工时间安排如下：
1、盾构基座放置：
2009.6.1-2009.6.2
2、盾构安装、调试：
2009.6.19-2009.6.19
3、后靠支撑安装：
2009.6.28-2009.6.29
4、负环管片拼装：
2009.6.1-2009.6.27
5、
6、凿除并吊出洞门混凝土：
2009.6.17-2009.6.23
7、洞口止水装置安装：
2009.6.23-2009.6.24
8、盾构靠上洞圈内加固土体：
2009.6.24-2009.6.25
9、开始推进：
2009.6.24-2009.6.25
五、盾构始发、试推进的施工工艺流程
六、盾构始发前的施工准备
1、技术交底、岗前培训
在盾构施工前，对参加施工的全体人员按阶段进行详细的技术交底，按工种进行岗位培训，考核合格后方可上岗操作。
2、盾构端头井地基加固
盾构始发前，必须对端头井外地基加固进行验收，当加固强度及渗透系数达到设计要求后，方能进行始发施工。
XX站围护结构采用地下连续墙，为保证XX站盾构出洞的安全，对出洞处端头井外土体采用了深层搅拌桩和高压旋喷桩进行加固。
出洞处端头井加固范围为纵向由端头井外井壁向外9m，横向加固宽度为盾构隧道结构两侧各3m，深度为隧道结构上下各3m。
其中在车站地下连续墙与深层搅拌桩之间夹层设置一排高压旋喷桩进行复合加固。
（详见XX站端头井加固施工方案）
3、始发端头降水
根据工程地质及水文地质条件，结合以往的降水经验，采用真空深井井点降水。
降水井布设在始发端头及端头加固区域中间及两侧，为便于后期对降水井点的维护，管井井点距围护结构边2.5m左右，沿基坑纵向按间距10布置。
始发井基坑范围内设6口降水井。
深井井点采用钻机成孔，钻孔孔径600mm，降水管管径外径380mm、内径250mm，钻孔至基底开挖面以下5m，保证盾构始发施工阶段的无水作业条件。
图3.1降水井点布置示意图
图3.2降水井点施工工艺流程图
4、盾构机组装前的工作
4.1行走轨线铺设
行走轨的铺设在车站底板砼浇筑完成之后进行,因为计轨面线标高为-10.1m，站内底板标高为-10.89m，站内底板到轨面线的距离为791mm,计划用20a的工字钢垫高，工字钢上面叠加20a工字钢做的钢枕，钢枕上面铺钢轨；始发井区域的底板标高为-12.607m，设计轨面线标高为-10.1m，底板到轨面线的距离为2508mm，始发阶段：
用一片管片直接铺到托架上，在管片上铺轨采用20a工字钢作为钢枕，上面铺设钢轨；掘进阶段：
制作高度为1616mm的钢枕支架，焊接到托架上。
用38Kg钢轨铺设外侧两钢轨，用22kg钢轨铺设中间两条钢轨，最外侧轨道走行后配套台车，中间两轨走行运输列车，中间两轨道铺到车站东端头井。
为了始发出渣的顺畅，计划在底梁下翻处铺设单开道岔连接南线轨道，在南线始发端出渣。
详见图
小松：
台车轨距2200mm，电瓶车轨距813mm
上海863：
台车轨距2439mm,电瓶车轨距813mm
图4.1863轨道铺设图
4.2始发托架的安装
始发托架的安装在始发井底板砼浇筑完成之后进行。
始发托架是盾构机在始发井中的支撑和定位托架。
其安装位置示意图参见始发井托架反力架布置图。
始发托架的安装首先依据隧道在此处的设计中心线确定始发托架中心线，通过测量放线，将托架中心线和托架支撑轨切点位置标注于始发井底或端墙及侧墙上，以指示托架的安装位置；始发井底板设计标高距离隧道设计中心线为4308mm，因此始发时盾构机的中心线距设计底板距离应为：
4008mm。
由于始发托架的底面设计距盾体中心线为3860mm,所以始发托架一共需抬高190mm，安装位置精度由测量班控制。
采用井底浇筑两道8150mm×900mm×180mm梁，并且预埋2块（8000×400×10）的钢板,要求钢板面与梁上表面一平；余下的10mm将用8块（1000×350×10）的钢板找平后焊接到预埋钢板上，并通过测量做精确调整，使这8块（1000×350×10）钢板面距盾构中心线的距离为3860mm，托架安装就位后,将托架底板与8块钢板焊接定位,然后在托架上组装盾体。
根据车站主体结构尺寸13500mm、盾构机长度8680mm、托架长度9028mm，结合始发时的安全条件（反力架尽量靠近始发井东侧）；计划拼装8环负环和1环零环，则始发托架需加长2000mm.参见始发井盾构始发设施布置结构图。
1234路站南端头井数据
底板标高（A）
-12.607m
盾构中心线标高（B）
-8.299m
盾构中心距底板高度（C=B-A）
4.308m
反力架中心高度（D）
4.2
托架中心高度（E）
3.86
托架底距底板高度（F=C-E）
0.19
反力架底距底板高度（G=C-D）
-0.15
说明
（1）、直线段始发时按纵曲线坡度直接安放托架；
（2）、盾构机上下左右的安放误差为±5mm；
（3）、最重要要保持始发托架的两个承压梁的中心线在同一个水平面上；
4.3反力架的安装
盾构始发反力架为钢性的拼装式钢架结构。
安装位置示意图见盾构机始发设施布置结构图。
具体安装步骤如下：
（1）反力架的安装位置：
根据盾构机主机的长度再结合盾构机吊装的要求，需在始发架上拼装8环管片及零环管片进入洞门内450mm，反力架距离洞门的长度为10350mm，距离后面台阶为2350mm。
（2）反力架的安装定位：
首先测量出反力架安装位置的中心线，标注在始发井底板前后两端墙上；反力架中心线要与始发时盾构机的中心线重合（并随托架定位的盾构机中心线变化而同变化）。
定位的关键是反力架与紧靠负环管片的定位平面与此处的隧道轴线垂直。
（3）支撑：
反力架安装时，在始发井内预留两个1200×1000深150的凹槽，并在坑内预埋1000×800的钢板。
安装时，将反力架下部坐落在坑内钢板上，并与钢板相连。
始发时，反力架的反力是由3根双拼I40a工字钢斜撑在始发井的底板上，长度分别为10米、7米、4米；8根长度为2.31米的双拼I40a工字钢支撑在始发井的端墙、台阶面上；2根长950mm的I40a工字钢支撑在中板上来提供。
这就需要在底板上预埋3块1500×900×20的钢板、端墙上预埋4块1000×1000×10的钢板、台阶面上预埋4块1000×800×10的钢板、中板上预埋2块1000×500×10的钢板，钢管一端焊接在预埋钢板上，另一端焊接到反力架上。
为保证反力架提供足够的反力，要求反力架所有提供反力的支撑点必须全部焊牢（满焊），为防止反力架有向上的力，反力架的底板要与预埋件焊牢。
拼装好-8环、-7环、-6环、-5环共3环半环的负环和一环整环负环后，做好安装π梁的准备工作，一切准备好后开始推进-4环（注：
-4环推进只能用下部油缸），-4环推进0.6米后停止推进，开始安装π梁，计划π梁使用4根∮400X12mm的钢管进行支撑，每根长3200mm，前端支撑在π梁上，后端支撑在反力架立柱上。
防反力架变形的技术措施：
反力架在工厂加工制成，各部件连接满足强度要求，受力经检算满足要求。
为防止反力架变形，从以下几点加强控制：
安装时，定位准确；反力架与结构接触面平整；反力架的各支撑件受力分布均匀，支撑焊接牢固可靠。
4.4反力架结构验算
（1）概况
盾构机始发时，将给∏型梁上的四道Ф400（壁厚12mm）钢支撑以及负环处的三道管片一个推力，以提供盾构机前进的动力。
本计算书主要对此钢结构框架进行计算复合，以满足工程需要。
图4.4.1反力架布置图
（2）反力架上荷载分布
本工程中盾构始发推力为20000KN。
考虑到盾构机在始发时向前直行，未发生偏转，且推进速度缓慢，现考虑钢支撑与管片整体均匀受力，即盾构机的推力由4道钢支撑、和下部管片共同承担并传递至反力架上。
为简化计算，将下部管片按角度分为5个区，每个区的管片推力简化为均布荷载作用在反力架上，分区详图如图所示，由此求得各部分承受的推力如表所示。
图4.4.2反力架受力分区示意图
反力架上各位置处承担的荷载
项目
单道钢支撑
管片
1区
2区
3区
4区
5区
结构受力（KN）（角度）
2013
2722.2
1888.9
2722.2
1888.9
2722.2
（3）有限元模拟
根据钢结构体系的实际情况，将原有的工字钢和钢结构框架按照实际尺寸进行建模。
建模时未有考虑钢结构框架的加劲肋，将其作为安全储备。
将第2节计算得到的各部分的推力作用在反力架上进行计算。
建立的有限元模型如下：
图4.4.3反力架的有限元模型
（4）反力架结构受力及位移
①反力架结构受力
根据有限元计算结果，反力架结构最不利位置处内力为：
最大弯矩为1114KN.M；最大剪力为1552KN
依据上述结构，计算结构最大拉应力为17.4MPa。
满足强度要求。
最大剪力位置
最大弯矩位置
图4.4.4反力架结构弯矩图4.4.5反力架结构剪力
②反力架结构位移
由计算结果可知，反力架结构位移如下图所示，最大位移为3mm。
最大位移位置
图4.4.6反力架结构位移
（5）支撑钢管及工字钢受力
①支撑钢管
为便于模型计算，按照荷载分配，每个φ400（壁厚12mm）钢支撑上受到压力为2013kN。
对其进行强度验算。
F=2013kN
A=（D2-d2）/4=（402-37.62）/4=146.3cm2
=N/A=2013kN/146.3cm2=137Mpa[]=210Mpa
使用φ400（壁厚12mm）支撑满足强度要求
②工字钢验算
（a）强度验算
在本体系中，反力架的反力由3根双拼I40a工字钢斜撑在始发井的底板上，长度分别为10m、7m、4m；8根长度为2.31m的双拼I40a工字钢支撑在始发井的端墙、台阶面上；2根长0.95m的I40a工字钢支撑在中板来提供。
在计算结果中，单根I40a工字钢承受的最大压力1640kN，截面积为0.0137m2,因此最大压应力为137MPa[]=210Mpa，满足强度要求。
三根斜撑中每根工字钢承受压力分别为1307.4kN（4m）、990kN（7m）、654kN（10m），满足强度要求。
（b）稳定性验算
λ=μL/i
λ:
杆件长细比；λ≥λp属细长杆；λp>λ>λs属中长杆；λ≤λs属短粗杆；μ：
长度系数，此处取0.7；
L：
杆件长度；
i:
截面惯性半径。
对于最长的10m工字钢，有：
λ=μL/i=0.7*10/0.169=41.42≤λs=61.4
所以，此工字钢支撑属短粗杆，杆件稳定性满足要求。
（6）结构受力验算
①结构端墙受力情况
由于条件限制，一侧的工字钢直接支撑在车站结构上，对结构承受的最大压力进行验算。
工字钢传递到结构上的最大压力为3280kN
压力通过钢板传递，A为0.75m2
σ为4.4MPa，小于14.3MPa的抗压强度限制，满足使用要求。
②车站结构中板受力情况
由计算结果可知，支撑在中板上的两组工字钢承受的压力分别为2497kN，1789kN。
压力通过钢板传递，A为0.5m2
σ为5.0MPa，小于混凝土14.3MPa的抗压强度，满足使用要求。
（7）备注：
①从已有工程的使用情况来看，Π梁强度和稳定无问题；
②在计算中发现，由于两侧的后支撑体系不同，在反力架和工字钢支撑体系计算中，两侧并不对称，反力架的弯矩和剪力以及工字钢的内力最大位置处均在下图标注的位置，反力架安装时应尤其注意此位置的施工质量。
4.5其它设备的安装或设施的施作
①.进水管线的布置；
②.龙门吊的安装。
③.碴坑在盾构机下井之后再施作，长25ｍ，宽5ｍ，深5ｍ。
④.施作洗车槽及沉淀池，污水经沉淀池三级沉淀后，排入市政污水管道。
在端头地面另设置一个沉淀池，用于井底施工污水抽至地面后的沉淀。
⑤安装搅拌站及粉煤灰仓。
5、盾构机吊装、组装、调试
在盾构机的吊装上必须严格组织好每一个部件的吊装顺序，盾构机用利勃海尔350吨全路面液压汽车吊和徐工全液压130吨汽车吊进行吊装，并由专业公司进行盾构的运输和现场吊装。
5.1盾构机运输及进场
盾构机运输由专人进行负责。
由于受场地的限制，盾构机要按照组装的顺序边进场边组装，具体详见《盾构机运输方案》。
运进和下井的顺序如下：
1、先运进后配套拖车：
按从5#、4#、3#、2#、1#拖车的顺序运进后配套拖车，并用350吨吊机依次把后配套拖车吊至井下并用电瓶车拉到始发井的北端头，并连接后配套台车之间的联接管线。
2、再运进双梁：
双梁单个吊装，双梁下井后先与1#拖车进行连接上，另一侧用管片车通过焊接槽钢支架进行支撑，然后吊安另一部分双梁，联好后在双梁的前部进行焊接型钢支架进行支撑（200#槽钢即可）。
3、主机部分：
由于受施工场地的限制主机运进要按照如下的顺序运进：
中体、前体、管片拼装机、螺旋输送机、刀盘、尾盾。
在始发现场要准备必要的枕木。
4、运输车辆：
（1）140t全挂式液压平板拖车2辆，用于运送前体和中体；
（2）70t半挂式平板拖车1辆，用于运送刀盘；
（3）60t挖型矮拖板1辆，用于运送尾盾；
（4）40t半挂式平板拖车6辆，用于运送螺旋输送机、拼装机、双梁和后配套台车。
5.2盾构机吊装、组装
组装调试前，项目部整个过程进行周密的筹划，对所用设备材料进行详细的准备，对人员进行精心的组织。
组装时按照既定的方案，结合现场的情况进行高质、高效、安全的组装工作。
鉴于场地有限，在盾构机的吊装上必须严格组织好每一个部件的吊装顺序，大件采取边运输边吊装的方案，盾构机运输进场即开始进行地面拼装，各分部构件在地面组装好后整体吊运下井，下井后再作部件与部件之间的连接与组装。
盾构机由专业公司进行盾构的运输和现场吊装。
吊装设备为：
350T汽车吊机1台，130T汽车吊机1～2台，85T液压千斤顶2台，小型泵站一台，以及相应的吊具、机具、工具等。
始发井底板放置的始发托架精确定位后、在始发托架上铺设后配套台车轨道完成后，再按顺序先下台车，后下盾构主机。
各节台车下井顺序为：
第一步：
两节电瓶车→一节管片车→5号台车→4号台车→3号台车→2号台车→1台车
第二步：
管片车→双梁后段→双梁前段
第三步：
前盾→中盾→管片拼装机→螺旋输送机→刀盘→盾尾
5.3后配套组装
为了在组装时拖动后配套、运输组装用工具材料及出渣的方便，准备先下井电瓶车两辆及管片车一辆，在地面上准备好两台空压机，为盾构机组装提供风源。
五号台车
五号台车上部的四个吊耳穿挂好钢丝绳，用吊机提起在地面上组装两对行走轮，用风动扳手按要求拧紧螺栓。
吊到事先铺设好的轨道上然后用电瓶车拖至下料口，在下料口位置使用16吨龙门吊安装拖车顶部皮带机架、风管等配套设施。
固定好拖车后割除拖车底部平台支撑梁。
定位尺寸：
下井后向东拽至井内下料口；
人员安排:
工程师3名、焊工2名、维修工2名、掘进工班工人10名；
使用工具：
撬棍，倒链。
四号台车～一号台车
按照上述5#拖车的安装方法，依次安装其余四节拖车，并安装每两节拖车之间的拉杆和连接拖车之间的各种管路（水管、气管和油管等管路）。
安装单梁装置。
双梁
由于双梁长度13.78m，因此双梁必须进行解体吊安，先吊装与一号台车相连的第二节双梁、再吊与拼装机相连的第一节双梁。
在始发竖井中的管片车上用20#槽钢焊接支撑架，用于支撑分体的第二节双梁，要求焊接支撑架必须牢固。
第二节双梁上部穿挂好钢丝绳，吊放到井下。
吊机吊着第二节双梁与1#拖车进行连接，穿好连接销，前端焊在管片车的支撑架上。
安装双梁上的皮带机架，用电瓶车把1#拖车、第二节双梁和焊有支撑架的管片车拖进始发井东侧。
下一节管片车，管片车上用20#槽钢焊接支撑架，用于支撑分体的第一节双梁，要求焊接支撑架必须牢固。
双梁上部穿挂好钢丝绳，吊放到井下。
吊机吊着第一节双梁与第二节双梁进行连接，用风动搬手拧紧连接螺栓，去除后双梁的钢支持架，前端焊在管片车的支撑架上。
安装双梁上的皮带机架。
用电瓶车把1#拖车、双梁和管片车拖到始发
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