盾构出洞施工方案.docx

盾构出洞施工方案.docx

《盾构出洞施工方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《盾构出洞施工方案.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

盾构出洞施工方案

盾构出洞施工方案

1.工程概况4

2．区间环境4

2.1地表交通及建筑物4

2.2地下构筑物及管线5

2.3地质描述和补充勘察5

3.盾构出洞施工准备7

3.1地面准备7

3.2技术准备7

3.3施工物资及设备准备8

3.4出洞地基加固9

4.盾构机出洞施工方案10

4.1始发基座安装10

4.2出洞降水方案11

4.3洞口混凝土凿除11

4.4洞口止水帘布安装12

4.5后盾反力系统布置及安装12

4.6盾构机安装、调试13

4.7掘进阶段的参数确定15

4.8试掘进施工16

4.9试掘进阶段的施工监测17

4.10同步注浆施工18

1.工程概况

站～站区间自站南端出发后即以450m半径沿青唐路向南，直线下穿高架路后沿奉贤路向南，以500m半径下穿雀诗桥后以直线继续向南，然后以350m半径转弯至站西端。

区间隧道线路长度为：

左线长1287.312m（含短链20.138m）,右线长1322.450m。

平面线路间距13.0m～16.2m,隧道埋深约为9.2m～17.7m。

最大纵坡为22‰,纵坡走向呈“V”型坡,区间内设有联络通道及泵房。

本区间隧道采用二台Φ6340土压平衡盾构机从站南端头井相继出发，推进至长站。

管片宽度为1.2m，外径6.2m，内径5.5m，管片拼装采用错缝拼装。

区间具体设计情况见表1-1。

表1-1区间设计情况一览表

工程名称

站～站

区间隧道

线路走向

由南向东

起始里程

19+668.321～右20+953.771

联络通道

中心里程

右20+3311.250（左20+324.069）

单线长

1287.312m（左）/1322.450m（右）

沿线

构筑物

居民小区7F，桥，见汪河

平曲线

500m半径及350m半径

坡度

“V”型坡，最大坡度22‰

线路间距

15.0m～16.2m

2．区间环境

2.1地表交通及建筑物

2.2地下构筑物及管线

根据目前的管线资料显示，区间管线主要集中在道路的绿化带和人行道下方，计有给水、雨水、污水、路灯、通信、燃气等管线。

2.3地质描述和补充勘察

2.3.1地质情况

隧道主要穿越④2粉质粘土层（灰色，流塑，局部软塑，干强度、韧性中等，无摇振反应，压缩性中等偏高）、④3粉砂夹粉土层（灰色，中密，局部密实，干强度、韧性低，摇振反应迅速，压缩性中等偏低，为微承压含水层，透水性较好）、④4粉土夹粉砂层（灰色，中密，干强度、韧性低，摇振反应迅速，压缩性中等偏低，为微承压含水层，透水性中等）、④5粉质粘土层（灰色，流塑，干强度、韧性中等，无摇振反应，压缩性中等偏高）。

土层物理力学性质指标表

层号

土层名称

含水量ω（%）

孔隙比

e

重度

γ（3）

渗透系数

垂直

（）

水平

（）

④2

粉质粘土

33.5

0.929

18.8

3.705

8.805

④3

粉砂夹粉土

27.12

0.778

19.2

3.2803

④4

粉土夹粉砂

30.6

0.888

18.9

④5

粉质粘土

32.5

0.902

18.9

3.705

6.505

2.3.2水文情况

潜水含水层主要由全新统Q4冲湖积相沉积粘性填土层组成，勘察区域内均有分布，填土层由粘性土夹碎石组成，由于其颗粒级配不均匀，固结时间短，往往存在架空现象而形成孔隙，成为地下水的赋存空间，其透水性不均匀。

主要接受大气降水的入渗补给，同时接受沿线污水、自来水的渗漏补给。

其下为②、③粘性土层，其中②1粘土层属不透水土层，②2粉质粘土层属微透水土层，③1粘土层属不透水土层，③2粉质粘土层属微透水土层。

勘察期间，潜水初见水位标高1.96～2.20m,稳定水位标高2.09～2.30m。

据区域水文资料，苏州市历史最高潜水位为2.63m，近3～5年最高潜水位2.50m（1985国家高程基准），最低潜水位标高为0.21m,潜水位年变幅一般为1-2m。

微承压水含水层由晚更新统沉积成因的④1粉土夹粉砂、④3粉砂夹粉土、④4粉土夹粉砂层组成，其隔水顶板为②、③粘性土层，该土层为不透水～微透水层，隔水层底板为④5粉质粘土层属弱透水层，因此，具微承压性。

该含水层的补给来源主要为潜水和地表水。

勘察期间，测得微承压水埋深20米左右，其水头标高1.151.01米。

据区域资料，苏州市历年最高微承压水头标高为1.74m，年变幅1m左右。

承压水含水层由晚更新统沉积成因的土层组成，主要为④6粉土夹粉砂、⑥2粉土、⑥4粉土层。

该含水层的补给来源主要为承压水的越流补给及地下迳流补给，以地下迳流及人工抽吸为主要排汇方式。

勘察期间测得承压水头埋深在5.0m左右，水头标高-2.01～-1.83m。

据区域资料，年变幅1m左右。

3.盾构出洞施工准备

3.1地面准备

在盾构出洞施工前，首先进行施工用电、用水、通风、排水、照明、大小行车等设施的安装工作。

施工必需材料、设备、机具备齐，管片、连接件储量充足。

井上、井下建立测量控制网并经监理复核、认可。

车架安置到位，电缆、管路等接至井下。

对隧道沿线的建筑物，以及盾构将要穿越的需要保护的管线进行调查、取证，布置沉降监测点。

对某些困难地层的隧道线段或工程现场上可能发生的复杂工程问题，有针对性地补充钻探和土工试验或进行原地测试。

3.2技术准备

尽快办理测量桩点的交接，对所交桩点进行复测，测量成果上报业主和施工监理审定。

在施工前熟悉并复核设计图纸、资料，熟悉项目合同有关技术标准、规范的要求，在此基础上编制实施性施工组织设计，并对施工方案进行充分论证和优化。

重要建筑物及管线要制定专项保护方案。

制定现场施工的技术管理办法以及有关质量、安全、进度、文明施工管理办法，编制关键工序的作业指导书。

施工前对所有人员进行技术培训、操作规程培训，以提高作业人员技术和操作水平。

制定季节性施工措施，做好技术交底，安排好检验和试验工作。

3.3施工物资及设备准备

（1）施工物资准备

施工物资准备工作要做到充分、及时、充足，符合施工进度的要求。

主要内容包括有管片、螺栓、止水带等，并作好材料的检验工作.我们将根据工程进展，事先编制施工需用量计划，报业主及监理工程师审核批准，并派专人负责安排有关事宜。

施工用常规物资，如各类施工工具、测量定位仪器，消防器材、临时办公桌椅等，合理分类堆放，派专人看护。

（2）施工设备准备

本工程主要设备为盾构机及其附属设备。

根据本工程特点，公司设备部门提前对盾构机的个别辅助设备进行设计和制造，从而满足盾构施工工艺要求。

盾构进出洞之前，对行车等辅助设备进行调试、验收，并备齐验收资料。

（3）龙门吊安装与检验

场内安装一台32t龙门吊负责出土、安装一台20t龙门吊负责装卸管片。

龙门吊安装前要向主管部门报装，并邀请其对安装调试过程进行监督，以利于及时通过检验，投入使用。

（4）集土坑

集土坑根据场地布置图布置在端头井边缘，方便龙门吊以最短时间内倒土，根据场地环境设立的集土坑大小约为300方，满足日出土量的需要。

3.4出洞地基加固

根据站南端头井地层情况可知，本区间隧道穿越的地层为由④2粉质粘土层、④3粉砂夹粉土层、④4粉土夹粉砂层所构成的微承压含水层。

由于该三层工程特性有一定的差异，隧道周围地层经盾构掘进扰动后，引起的固结变形和次固结变形速率不一致，可能产生隧道的纵向沉降，其中④2粉质粘土层、④3粉砂夹粉土层、④4粉土夹粉砂层均为微承压含水层，水量较丰富，是对地铁施工影响较大的含水层，在刀盘对土体的扰动作用下易产生涌水、涌砂。

此不利的地层条件造成出洞施工具有一定的风险。

本标段对出洞口地层加固选用旋喷桩配合搅拌桩。

在靠近车站地下连续墙部位30内采用单排φ800双管旋喷桩，其余采用φ1000@700三轴搅拌桩加固，为确保盾构进出洞安全，靠近端头井前三排采用φ1000@700三轴搅拌桩加固，桩心间距1900，排距为500，其余10排采用φ1000@700三轴搅拌桩加固，桩心距为2100，排距为700。

车站盾构始发端和到达端的地基加固长度均为9m，加固宽度为隧道结构每侧3米，竖向加固范围为盾构隧道结构上下各3m，搅拌桩加固体沿隧道线路方向分A、B区，经加固的土体应有很好的均质性、自立性。

加固土体经取芯试验、A区达到28天无侧限抗压强度不小于1.0，B区达到28天无侧限抗压强度不小于0.5，A区渗透系数不大于1×10-8，B区渗透系数不大于1×10-7。

加固土体经取芯试验，强度已达要求可进行盾构出洞施工。

若加固土体不满足28天无侧限抗压1.0要求，将增设降水井施工，确保盾构进、出洞安全。

4.盾构机出洞施工方案

盾构出洞主要内容包括：

端头井盾构机调试运转，洞门处理、盾构机加压驶入作业面和掘进等，出洞流程如图所示。

出洞流程框图

4.1始发基座安装

盾构机组装前，依据隧道设计轴线与洞圈预埋钢环中心位置，定出盾构出洞姿态的空间位置，然后反推出始发基座的空间位置。

始发基座的安装要结合始发段所处的线路平、纵面条件。

由于始发基座在盾构始发时要承受纵向、横向的推力并要约束盾构旋转的扭矩，所以在盾构始发前，必须对始发基座两侧与车站预埋件及钢支撑进行连接固定。

考虑到盾构机可能叩头的影响，始发基座的安装高程可根据端头地质情况进行适当抬高10-20。

盾构始发基座具有足够的刚度和强度，导轨必须顺直。

4.2出洞降水方案

由于本标段出洞均在微承压含水层中，为确保盾构出洞安全，在出洞前及时降低微承压水水头高度，将其降至安全的范围，以防止出洞时发生涌水、涌砂等情况。

根据计算，在加固土体范围内布设6口降水井，兼盾构进出洞降水、观测井，降水井分别位于端头井两侧及中间，井深35米，降压井打好后必须进行试降水试验，根据试验数据确定降水时间。

4.3洞口混凝土凿除

①首先复核洞门中心坐标及高程，保证满足盾构机出洞的要求；

②洞口槽壁混凝土凿除前对加固的洞门土体进行取芯和打观察孔检测。

③合理搭设脚手架及井型梯，方便人员在盾构机出洞后封堵洞门。

④采用高压风镐凿除。

地墙厚度为800,凿除工作分二层进行，先凿除外层约600厚砼，并割除外层钢筋及预埋件。

外层凿除工作先上部后下部。

钢筋及预埋件割除须彻底，以保证预留门洞的直径。

4.4洞口止水帘布安装

由于洞口与盾构（或衬砌）存在建筑空隙，易造成泥水流失，从而引起地表沉降，因此，须在洞口安装出洞装置，出洞装置包括帘布橡胶板、圆环板、扇形板及相应的连接螺栓和垫圈，见图4.1-3。

安装前须对帘布橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核，确保其与洞圈上预留螺孔位置一致，并清理螺孔内螺纹。

安装顺序为帘布橡胶板→圆形板→扇形板，自上而下进行。

安装时圆形板的压板螺栓应可靠拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止盾构出洞后同步注浆浆液泄漏。

图4.1-2洞门出洞防水装置

4.5后盾反力系统布置及安装

4.5.1后盾系统由钢发射架、钢反力架、钢弧形环、钢支撑及负环组成。

4.5.2发射架定位安置

根据工作井的平面尺寸及首环管片的里程决定发射架的平面位置，要求发射架的中心线与隧道轴线重合。

4.5.3反力架安装

根据首环管片的里程，决定反力架的平面位置。

反力架安装时，用经纬仪双向校正两根立柱的垂直度，使其形成的平面与推进轴线垂直。

4.5.4负环安装

本次出洞负环共设置了10环，

4.6盾构机安装、调试

4.6.1盾构机的安装

盾构机转场时，已被解体为刀盘、切口环、中间环、盾尾、中心横梁、螺旋机、台车（即后续设备）等部分。

先将螺旋机吊入井底，通过车站内的轨道上的平板车推入站台内临时固定，接着将切口环和中间环吊入井底，并将切口环与中间环就位，在预定的位置上拼装，后将刀盘吊入与切口节拼装。

最后将盾尾吊放至机架上与中间节拼接。

完毕后将螺旋机、管片拼装机及中间横梁在井下安装。

主要部件安装完毕后，进行各种管道、皮带及电缆的安装，注意不要错接、漏接。

4.6.2盾构机的调试

管道及电缆的安装完毕后，检查油箱、齿轮箱、减速箱内的液压油、齿轮油是否够，不够的话按标准进行加注。

值得注意的是对水箱也要加水因为同步注浆调试时用水代替浆液。

一切准备就绪后,技术人员进行管道连接和电缆连接的检查,确认无误后方可进行调试。

首先检查电机的转向，确定无误后对各个系统进行调试。

先做简单动作，后做复杂工作；先做单个工作，再做联合工作。

调试工作按《盾构调试大纲》的规定进行，保证各系统的技术性能达到规定的指标。

调试过程中，及时做好调试记录。

4.6.3盾构机出洞掘进

盾构机切口进入帘布出洞前，为避免刀盘上的刀头损坏洞口密封装置，在刀头和密封装置上涂抹黄油以减少摩擦。

盾尾钢丝刷需用专门的装置安装牢固，盾尾钢丝刷中须充满盾尾油脂。

当盾尾脱出工作井壁后，检查洞圈止水装置与管片的紧密程度，以防止水、土、砂从间隙中流失而造成地面沉降，对周围环境产生不利影响。

出洞时盾构应迅速上靠，在油压显示约等于静止土压力时，用刀盘切削加固土体，并开始穿越加固区。

在这段区域施工时，土压力设定值应略低于理论值，推进速度不宜过快，盾构坡度可略大于设计坡度，待盾构出加固区时，为防止由于正面土压变化而造成盾构突然“磕头”，必需将土压力的值设定成略高于理论值，并在推进时按工况条件在盾构正面加入发泡剂，以改良正面的土体，施工过程中根据地层变形量等信息反馈，对土压力设定值、推进速度等施工参数作及时调整。

盾构出洞时，应密切观察盾构机推力与后盾结构受力情况，要保证后盾结构安全，如发现结构变形，应立即停止推进，采取必要措施后，方可恢复推进。

由于洞门外侧土体已加固，盾构在加固层推进时，应由丰富经验的盾构司机进行操作，并根据推力、扭矩等参数适当加水慢速推进，加固土层力学性质复杂，加水量、大刀盘转速及油压和推进速度应随时调整。

4.7掘进阶段的参数确定

盾构初始掘进是从理论和经验上选取各项施工参数，施工过程中根据测量数据及反馈信息调整施工参数。

盾构机出洞后，初始掘进为试推进阶段。

根据以往施工经验试推进可分为三个阶段。

第一阶段35环，第二阶段30环，第三阶段35环。

密切注意大刀盘扭矩和前仓压力的变化情况，一旦发现突然降低，可以认为切口已出加固区域，由于盾尾仍在加固区内，因此仍不宜对盾构姿态做较大的调动，待盾构继续推进9米，确信盾尾也已脱出后，方可对盾构姿态做调整。

第一阶段一般为35环。

日进度可控制在2-3环，对密封仓土压力刀盘转速及压力，推进速度，千斤顶顶力，注浆压力及注浆量等诸项，分别采用三组不同施工参数进行试验掘进。

通过对隧道沉降、地表沉降的测量和数据反馈，确定一组适用的施工参数。

第二阶段一般为30环。

视地表、地层变化情况，在可能条件下日进度从三环逐步增加至5环。

采用已掌握、适用的各项参数值，通过施工监测，根据地层条件、地表管线、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。

第三阶段为正式掘进施工的准备阶段，此阶段一般为35环。

是正式掘进施工的准备阶段，日进度掌握在5环，但强调应以服从地面沉降，房屋管线保护为原则。

通过此阶段的试掘进，对隧道的轴线控制，衬砌安装质量均有了各项具体的保证措施，施工参数已进一步被掌握，已能根据地下隧道上覆土厚度、地质条件变化、地面附加荷载等变化情况，适时调整盾构掘进参数，就为整个区间隧道施工进度、质量管理奠定了良好的基础。

对掘进沿线房屋、管线的监护也掌握了初步的规律，并以此指导全过程施工。

4.8试掘进施工

（1）盾构机出洞前，切口进入帘布后，防止出洞后端头井外侧地表坍陷。

同时为避免刀盘上的刀头损坏洞口密封装置，在刀头和密封装置上涂抹黄油以减少摩擦力。

盾尾钢丝刷中必需充满盾尾油脂。

（2）当盾尾脱出工作井壁后，调整洞圈止水装置中的弧形板，并与洞门特殊环管片焊接成一体，以防止土体从间隙中流失而造成地面的塌落。

（3）出洞时盾构应迅速上靠，在油压显示约等于静止土压力时，用刀盘切削加固区土体，并穿越加固区。

在此区域施工时，土压力设定值应略低于理论值，推进速度不宜过快，盾构坡度可略大于设计坡度，待盾构出加固区时，为防止由于正面土压变化而造成盾构突然“磕头”，必需将土压力的值设定成略高于理论值，并在推进时按工况条件在盾构正面加入发泡剂或泥，以改良正面的土体，施工过程中根据地层变形量等信息反馈，对土压力设定值、推进速度等施工参数作及时调整。

（4）根据设计要求，初始的十环管片必须做好纵向拉紧的措施。

4.9试掘进阶段的施工监测

根据要求，盾构在推进阶段，要重视做好盾构出洞后地表面、地下管线、地面建筑物的施工监测，以便对施工中可能产生的各类隆起沉降、变形及时采取相应的措施及保护手段。

试推进阶段是全过程的前奏，所以施工监测显得尤为重要，是一项重中之重的工作。

对地表变形监测，拟采用沿轴线方向布设沉降监测点，包括深层沉降点，并加设横断面监测点；对地下管线，按要求距离布设沉降点；对建筑物在调查研究的基础上，凡轴线两侧15m范围的建筑物都布设沉降监测点，并布设相应的倾斜、裂缝监测点。

上述测点的监测，每天不少于2次，并根据需要，适时加密监测频度。

由于上述各类变形往往不是即时出现的，也就是说待到变形时，盾构已越过原本造成变形的地下对应作业区，故而需及时地进行分类监测，掌握盾构机掘进作业与地下土层变形、地表变形和地下管线、建筑物沉降等的内在规律，及时反馈信息数据，指导盾构掘进作业。

监测工作应在盾构作业即将进入影响区开始，直至盾构作业脱离影响区，且地表滞后变形渐趋稳定的整个期间内跟踪测量与量测。

4.10同步注浆施工

4.10.1同步注浆量计算

盾构掘进注浆采用盾尾同步注浆，随着盾构推进，脱出盾尾的管片与土体间出现“建筑空隙”，该空隙用浆液通过设在盾尾的压浆管予以充填。

由于压入衬砌背面的浆液会发生失水收缩固结、部分浆液会劈裂到周围地层中、曲线推进、纠偏或盾构机抬头等原因，使得实际注浆量要超过理论建筑空隙体积。

每推进一环的建筑空隙为（取1.2m环计算）：

π（63402—62002）×1/4×1.2=1.65m3

盾构外径：

Φ6340；管片外径：

Φ6200

理论上每环的压浆量一般为建筑空隙的140%～180%，即每推进一环同步注浆：

浆量为2.31m3～2.97m3，考虑到在砂层内推进，同步注浆的浆量将不少于3m3/每环。

在盾构穿越房屋段，每环注浆控制量不少于4m3。

依据地层特点及监控量测结果及时调整各种参数，确保注浆质量和安全。

4.10.2同步注浆的浆液的配合比

为提高隧道工程施工中更好地控制地面沉降、保持隧道稳定、满足环境保护的更高要求，我公司按苏州轨道交通公司有关要求，对原有盾构法施工用的同步注浆系统及配套设备进行了改造，选用“厚浆”进行同步注浆。

在正式施工前，对浆液配合比进行不同的试调配及性能测定比较，优化出满足使用要求的配方，同时在100环试推进施工过程中对浆液的配合比核对推进后地表沉降监测情况进行相应的优化及调整。

4.10.3浆液的拌制

配置设备：

在高位槽、运浆车、拌浆机处均设有冲洗水管，盾构作业面处配置一台疏通器。

拌浆区域位于桐泾公园站南端头井，拌浆采用山东建科500拌浆站。

浆液拌制后先进入储浆箱，随后通过溜槽溜至井底运浆车内。

注浆材料由15T电瓶车牵引至盾构车架前，泵入车内待用。

浆液的拌制，须对其稠度、含水量、流动性、和易性、析水性及抗液化指标进行测试，测试合格后方可使用。

4.10.4注浆时间

注浆压入的时间应控制在盾尾脱离管片时为宜。

注浆时间滞后，起不到管片脱开盾尾后控制上部土体突沉的目的，只是控制了上部土体沉降的速度，因此浆液压入时间应与管片脱开同步为宜，采用手控操作时，可按每环注浆量算出手按的次数，再根据掘进速度算出每按一次的间隔时间，这样就保证了掘进和注浆的同时开始和同时结束。

4.10.5注浆压力控制

注浆压力取决于地质情况和地下水压力，注浆压力和注浆量的控制以确保充填全部建筑空隙。

注浆作业操作的熟练取决于丰富的经验，过高的压力将导致浆液从盾尾窜入，影响盾构机的正常掘进。

压注时要根据实际施工情况、地质情况对压浆数量和压浆压力二者兼顾。

一般情况下，每环压入量在3立方米左右，注浆压力约0.5。

压浆速度和掘进保持同步，即在盾构掘进的同时进行注浆，掘进停止后，注浆也相应停止。

遇以下情况为例外：

（1）遇松散地层，注浆压力很小而注浆量却很大时，应考虑增大注浆量，直到注浆压力超过控制压力下限。

（2）已经注过浆的管片上部土体发生较大沉降或管片间有较大渗漏时，需进行二次注浆，此时注浆量不受上述限制，只受注浆压力控制。

（3）盾构机出洞或进洞时，洞口部位有较大间隙，此时注浆量要根据实际需要量确定。

4.10.6衬砌壁后补压浆

在盾构穿越重要管线、建筑保护区、特殊地层时，二次补压降也是必不可少的。

二次注浆采用水玻璃、水泥浆混合双液浆，注入量≥1.2m3。

管片脱出盾尾5环开始注入，第七环管片脱出盾尾前注完。

水玻璃用水稀释1:

3，水泥浆水灰比1:

1，水泥浆与水玻璃体积比1:

1。

最终具体配比根据现场设备和材料情况而定。

4.10.7压浆施工注意事项

（1）注浆作业人员须经专门培训，并熟悉有关操作注意事项；

（2）注浆作业须与盾构推进同步进行，浆液注入量应同掘进速度相适应，每段隧道推进前应作出明确规定严格执行；

（3）作业人员须随时观察注浆工况，控制好注浆压力和方量，并应与盾构操作者保持联系；

（4）一旦发生意外故障，应立即通知当班队长，要求暂停盾构掘进，排故后方可复工；

（5）注浆量应根据盾壳间隙及地面情况而定，确保工程环保要求，严格控制地面沉降；

（6）浆液压运过程中不应离析和沉淀，浆液凝结时间、结硬强度等均应符合特定工程中的技术要求；

（7）首次注浆前，所有管道均须经润滑浆液循环后方可压注；

（8）每班工作结束后，压浆管道均须先用水循环泵洗、清空，再注润滑浆液充满压浆管道以便下次注浆；地面拌浆机、井下运浆车及高位槽贮浆桶等设备均须除浆洗刷、清空，防止堵塞、板结；

（9）如实填写盾构施工过程质量控制压浆记录表，并做好每班落收清和交接工作。