盾构暗挖隧道内接收施工工艺工法.docx
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盾构暗挖隧道内接收施工工艺工法
盾构暗挖隧道内接收施工工艺工法
QB/ZTYJGYGF-DT-0206-2014
城轨公司汪远平
1前言
工艺工法概况
地裂缝是西安特有的地质灾害，盾构在地裂缝暗挖洞内接收不同于普通的接
收井内接收，盾构在地裂缝暗挖隧道内接收空间小，无法垂直起吊等特点使接收更复杂、风险更大。
西安发育的14条地裂缝严重影响地铁建设，致使西安地区黄土地层盾构暗挖隧道内接收施工越来越普遍，所以将西安盾构在暗挖隧道内接收施工技术总结形成该工艺工法，为西安地铁建设提供了重要的施工经验。
工艺原理
盾构机接收托架采用回填混凝土做成弧形导台作为接收托架使用，盾构到达后根据盾构实际平面及高程位置在导台内安置钢轨，将盾构主机及台车推进至导轨上，盾构机过完后对导台部分进行混凝土回填到设计标高。
2工艺工法特点
前期准备投入小。
施工风险小,安全可靠。
隧道通视效果差，测量工作难度大。
方法简单实用，不需要特殊的施工机械和设备。
3适用范围
适合于矿山法隧道洞内接收施工。
4主要引用标准
《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002（2011年版）
《钢筋焊接及验收规范》（JGJ18-2012）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
《国家一、二等水准测量规范》（GB/T12897-2006）
《工程测量规范》（GB50026-2007）《城市轨道交通工程测量规范》（GB50308-2008）
《城市测量规范》（CJJ/T8-2011）
5施工方法
根据既有隧道结构形式及段面尺寸,采用在隧道内安装简易钢筋混凝土结构达到盾构接收条件的一种施工法。
6工艺流程及操作要点
盾构地裂缝洞内接收施工工艺流程
洞门地层加固及辅助降水→接收导台施工及橡胶帘布安装→洞门破除→盾构掘进→盾构出洞施工→洞门施工
地层加固
在盾构接收之前，根据洞口地层的稳定情况评价地层，采取有针对性的处理措施。
如采用旋喷桩加固。
加固盾构到达端头土体6m的范围。
加固后土体强度需要达到以下指标：
无侧限抗压强度～，渗透系数K≤1×10-10米/秒。
在盾构接收前应完成端头土体加固工作，土体加固强度达到设计要求，取芯效果良好。
并在破除堵头墙之前需进行超前探孔，对盾构机前方地质情况和降水效果进行评价，确认无风险后方可进行堵头墙凿除施工，见图。
图端头土体加固取芯
辅助降水
在隧道外侧打设8口降水井,井深H=（h+5）米（其中：
埋深h为地面到隧道底部），盾构隧道接收施工前进行降水，见图。
图隧道端头降水井布置图
水平探孔
按下图示用风钻钻孔深不小于2.0m的9个观测孔，孔位见图洞门检测孔位图，并进行渗漏水观测，每孔的流水不超过30L/h（通过观测流水不成线），允许凿除洞门。
图洞门检测孔位图
接收导台施工及橡胶帘布安装
6.5.1测量准备
1盾构机定位及接收洞门位置复核测量
在盾构推进至盾构到达范围时，对盾构机的位置进行准确的测量，明确成洞隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，同时对接收洞门位置进行复核测量，确定盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划。
在考虑盾构机的贯通姿态时注意两点:
一是盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差，二是接收洞门位置的偏差。
综合这些因素在隧道设计中心轴线的基础上进行适当调整。
纠偏要逐步完成，每一环纠偏量不能过大。
2盾构机到达的轴线控制
盾构机到达前50m地段即加强盾构姿态和隧道线形测量，及时纠正偏差确保盾构顺利地从到达口进入。
并根据实测的洞门位置进行必要的调整隧道贯通时的盾构机刀盘位置。
隧道贯通时其刀盘平面偏差允许值：
平面≤±20mm、高程≤±50mm，盾构坡度较设计坡度略大%。
6.5.2接收导台施工
1利用二衬结构形式，根据盾构实际平面及高程位置隧道内安置简易钢筋混凝土结构和钢轨，将盾构主机推进至导轨上，达到接受条件，见图6.5.2-1。
图6.5.2-1混凝土弧形导台隧道内布置
2钢筋混凝土导台施工
1）埋设预埋件：
经盾构联系测量及隧道内施工测量，计算出弧形导台轨面高程及中心坐标。
现场进行放线定位预埋件位置。
预埋件采用Ф25圆钢，长度为50cm，上部套丝10cm用于压板固定钢轨，下部有90°弯钩长5cm用于锚固。
预埋件施工完成后测量人员进行符合，保证两条平行预埋件各处中心间距相等。
预埋件垂直方向用Ф25钢筋直接锚入二衬仰拱混凝土内，水平方向距二衬仰拱混凝土面5cm用Ф18钢筋进行连接加固，连接加固间距为1m，见图6.5.2-2。
图6.5.2-2预埋件埋设
2）模板支设：
待预埋件施工完成之后，该弧形导台施工段根据实测高程两侧支设模板，由于导台中部为弧形一次浇筑比较困难，在坡度较大部位增加收口网方便混凝土浇筑，加快施工进度，避免了支设模板等繁琐工序。
3）混凝土浇筑：
混凝土浇筑采用泵送混凝土，控制好塌落度是本工序的重要环节。
完成浇筑后要及时手面，尤其是在铺设钢轨位置表面一定要平整，浇筑完成混凝预埋件顶将高于混凝土面7cm，方便后期铺设钢轨。
浇筑完成待混凝土面终凝后洒水养护，保证混凝土强度达到使用要求，见图6.5.2-3。
图6.5.2-3混凝土浇筑
4）钢轨铺设：
根据预埋件埋设位置将钢轨放入预埋件中间，用轨道压板及螺母将其钢轨固定在已成型混凝土斜面上，为盾构机到达空推提供条件，见图6-6。
3橡胶帘布安装
为防止盾构机到达时推出的碴土损坏橡胶帘布，洞门防水装置在洞门第一次破除，碴土被完全清理干净后安装。
安装方法同于始发洞门。
首先,对洞圈预埋钢环上双头螺栓孔进行攻丝清理,上紧双头螺栓后,再点焊固定。
其次,洞门凿除完成后,清理渣土,一次性安装完防水密封装置,并穿好钢丝绳,暂且不拉紧。
密封装置安装顺序为:
橡胶帘布→圆环板→扇形压板→垫圈→螺母。
防水装置扇形压板上钢丝绳在盾构出洞时要拉紧一次,等到盾尾拖出之后帘布橡胶板落到管片上时,再完全拉紧翻板上的钢丝绳,以保证洞门密封效果,防止水土流失造成洞门坍塌，见图6.5.2-4。
图6.5.2-4洞门橡胶帘布安装示意图
洞门破除
洞门凿除分三次进行，为方便施工及加快施工进度细节部分作出调整，洞门凿除采用人工作业，总工期为7天，详见洞门凿除施工步序。
6.6.1第一次洞门凿除
1洞门最下部破除难度和风险均比较大，故凿除从下部开始，凿除高度为洞门环梁上约～1m范围（破处时外层钢筋需保留），然后按照从上往下的顺序进行。
凿除示意图见图6.6.1-1。
图6.6.1-1洞门立面
2下部凿除完成后，自上而下顺序进行凿除。
凿除顺序见洞门凿除顺序示意图，凿除的范围示意图见图6.6.1-2。
第一次凿除洞门的厚度为800mm。
图6.6.1-2洞门立面围护桩截面
洞门凿除顺序示意图
钻孔灌注桩钢筋
第一次凿除范围
第二次凿除范围
6.6.2第二次洞门凿除
凿除完毕后，用风镐修整洞门周圈混凝土面，使洞门周围圆顺；第二次凿除洞门的厚度为250mm。
6.6.3第三次洞门凿除
第三次洞门凿除迅速凿除外围残留钢筋混凝土，将洞门周围钢筋修整切割圆顺，尽量缩短洞门土体无支撑时间；
第三次凿除洞门的厚度为150mm。
盾构掘进
6.7.1盾构进入到达段后（最后35环），推力控制在1800t以内、推进速度控制在10～20mm/min、刀盘转速控制在以内、注浆量控制在方以上，出土量控制在38方左右，平均土压控制在左右。
6.7.2盾构机刀盘进入加固体后，在2至5号点以及8至11号点开启超挖刀，盾构机刀盘进入加固体2环后，推力控制在1800t以内、推进速度控制在15mm/min以内、刀盘转速控制在以内、注浆量控制在方以上，中部土压控制在左右。
6.7.3贯通前5～6环时，进一步降低盾构掘进推力，掘进推力维持在400t左右，推进油缸压力不大于4Mpa。
在掘进的同时，要注意维持土仓内的压力保证Mpa。
无论何种情况下，推进油缸压力均不能大于6Mpa（特别是在管片安装时）。
6.7.4在贯通前的最后3环，要求掘进速度控制在5～10mm/min,刀盘转速控制在以内并逐渐将土压减小到0。
在洞内接收洞门时要密切关注盾构推进系统的推进速度和推进压力以及掘进出土情况。
盾构出洞施工
6.8.1出洞注意事项
1盾构进入到达段10米开始，盾构操控手应注意控制好盾构掘进姿态，使盾构机尽量平缓掘进，严禁进行大幅度的纠偏动作，以保证盾构机能够平缓到达，推进速度控制在5mm左右；
2盾构机到达推进安装最后两环管片时要将管片的注浆孔也全部打穿，方便后续注浆将洞门间隙密实；
3盾构机掘进至盾尾平环板时，先不要急于脱开，要先对最后两环管片进行补充注浆；
4机电工程师要检查接收位置水泵是否正常，并要有备用水泵，以便应急。
5盾构进入到达段后，加强地表沉降监测，及时反馈信息以指导盾构机掘进。
6当管片最后一环管片拼装完成后，通过管片的二次注浆孔，注入双液浆进行封堵。
注浆的过程中要密切关注洞门的情况，一旦发现有漏浆的现象立即停止注浆并进行处理。
7当盾构前体盾壳被推出洞门时通过压板卡环上的钢丝绳调整折叶压板使其尽量压紧橡胶帘布板，以防止洞门泥土及浆液漏出。
在管片拖出盾尾时再次拉紧钢丝绳，使压板能压紧橡胶帘布，让帘布一直发挥密封作用，如图6.8.1。
图6.8.1盾构机到站示意图
6.8.2准备措施
1对洞门中心坐标进行测量确认；
2安装洞门环板及密封装置；
3洞门封堵材料等各项工作的准备；
4端头地面加固注浆孔注浆完后将孔清洗干净，留为盾构机到达时应急时使用，注意封堵管口，防止窜浆。
6.8.3盾构到达施工注意事项
1盾构到达前检查端头土体质量，确保土体含水量及稳定性满足到达要求，确认接收洞内二衬浇注混凝土强度达到100%。
2到达前，在洞口内侧准备好砂袋、水泵、水管、木楔、风炮等应急物资和工具。
3准备洞内、洞外的通讯联络工具和洞内的照明设备。
4增加地表沉降监测的频次，并及时反馈监测结果指导施工。
5橡胶帘布内侧涂抹油脂，避免刀盘刮破帘布而影响密封效果。
6在盾构机刀盘距洞门掌子面0.5m时应尽量出空土仓中的碴土，减小对洞门及端墙的挤压以保证凿除洞门混凝土施工的安全
7在盾构贯通后安装的几环管片，一定要保证注浆饱满密实，并且一定要及时拉紧，防止引起管片下沉、错台和漏水。
6.8.4到达测量监测
盾构到洞内前150m，要对洞内所有的测量控制点进行一次整体的、系统的控制测量复测，对所有控制点的座标进行精密、准确的平差计算。
在盾构到站前的最后一次测量系统搬站中，以精密测设并经过平差的地面导线点和水准点为基准，测量测站、后视点的座标和高程，每一测量点的测量不少于4个测回。
盾构到达前50米地段即加强盾构姿态和隧道线形测量，及时纠正偏差确保盾构顺利地到达高新路站。
并根据实测的洞门位置进行必要的调整隧道贯通时的盾构刀盘位置。
在盾构到达掘进期间，盾构姿态和管片姿态必须保证每环一测，并及时将人工测量的结果反馈给项目技术负责人和项目经理，并及时报送监理。
地面监测要3小时一次，监测数据要及时传达。
严格控制注浆及吊装时地面的沉降和监测围护结构的稳定性。
地表要埋设观测点，要严格观测地表变化情况，防止地表变形影响路面及基础管线、建筑物等。
6.8.5最后几环管片安装
当隧道贯通后，一般还需安装5-6环管片才能完成区间隧道的管片安装，因为刀盘前端阻力几乎为零，顾千斤顶推力将逐渐减少，千斤顶施加在管片上的力也相应减少，因此此次若干管片连接不够紧，从在较大的缝隙，影响注浆质量，从而导致掺水。
1做好在后15环管片的螺栓紧固和复拧紧工作。
安装管片完毕后用风动扳手拧紧所有纵向和横向螺栓，且在下一环掘进值1.5米左右时再次拧紧螺栓
2严格按照操作规程拼装管片，同时防止管片自己出现错很缝、台阶差。
3管片安装前保证止水条不损坏、不预膨胀，并及时清理管片上的注浆掉落的渣土和砂浆等。
4在2、5、7、11点位置处，在管片连接螺栓上加厚3m宽50mm长500mm钢板，在盾构正常推进1.5m左右时将相邻两片钢板压紧焊接，保证盾构机在无推力的情况下管片自防水密封完好，达到管片自防水要求。
6.8.6洞门封堵
待盾构机盾尾后边线处于洞门钢环环面与洞门橡胶帘布之间时，拉紧折页压板固环钢丝绳，保证橡胶帘布整环紧贴盾壳。
然后立即通过同步注浆系统四根注浆管路向洞门空隙内注浆。
注浆过程需注意观察洞门橡胶帘布四周渗漏浆情况，如出现渗漏浆情况，停止注浆，待停止渗漏浆后，恢复注浆。
洞门注浆完成后，等待12小时后，盾构机向前推进，盾构机主机整机通过洞门橡胶帘布。
经检查无渗漏水后，拆除洞门橡胶帘布。
待盾构机盾体全部脱出洞门橡胶帘布，橡胶帘布拆除完成后用砖将盾构管片与地裂缝隧道洞门之间空隙填充，打开最后一环管片二次注浆孔，进行背后二次注浆，保证盾构管片后缝隙填实二次注浆采用双液浆。
空隙封堵见图6.8.6-1，二次注浆见图，双液浆配合比见表。
图6.8.6-1洞门封堵
图6.8.6-2二次注浆效果示意图
试验编号
水灰比
A液：
B液
（体积比）
缓凝剂添加量
（水泥用量％）
浆液密度
（g/cm3）
凝结时间
（秒）
配比1
1:
1
1:
1
0～
20～48
表6.8.6双液浆配比及浆液主要性质表
7劳动力组织
盾构施工采用“两班倒”作业，每班工作12小时，具体劳动力配置见表7-1。
表7-1劳动力使用计划表
序号
工种
人数
1
盾构队长
2
2
班长
2
3
盾构机操作司机
2
4
管片拼装工
4
5
注浆工
2
6
单、双轨梁
4
7
司索工
4
8
电瓶车司机
4
9
龙门吊司机
2
10
机修、电工
4
11
养道、接导
4
12
看土
2
共计
36
接收导台施工，单班作业，总计人数为13人，具体劳动力配置见表7-2。
表7-2劳动力使用计划表
序号
工种
人数
1
钢筋工
4
2
模板工
3
3
混凝土工
6
合计
13
8主要机具设备
盾构接收施工主要设备见表8-1。
表8-1施工中用到的主要设备表
序号
设备名称
数量
规格型号
主要工作性能指标
1
盾构机及后配套设备
盾构机主机
1台
φ6140mm
1050KW
螺旋输送机
1台
233m3/h
皮带输送机
1套
500m3/h
70KW
管片拼装机
1套
管片运输机构
1台
同步注浆系统
1台
38KW
自动导向系统
1台
激光导向
控制系统
1台
数据处理传输系统
1台
盾构机后配套托车
5节
动力泵站
1台
加润滑油、脂系统
2台
变压器
1台
1000KW
高压电缆卷筒
1台
200m
水管卷筒、供排水管路
1台
20m
空压机
1台
2
运输设备
电瓶车
2台
Xk45-91540p
45t
充电机
6台
蓄电池组
12台
运碴车
10台
管片运输车
4辆
运浆车
4台
3
起吊、拆卸、安装等施工专用设备
40t龙门吊
1台
隧道通风机
1台
液压扭力板手
1套
低压配电柜
1台
箱式变压器
1台
630KVA+500KVA
排污泵
3台
双液注浆泵
1台
液压分离式千斤顶（带液压站）
4台
强制式搅拌机
1台
发电机
1台
200KW
高压清洗机
1台
散装水泥罐、粉煤灰罐
各1台
4
测量监测及勘测设备
全站仪
1台
TCR-802
±2〃
±（2+2ppm）
精密水准仪
1台
徕卡NA2
±0.4mm/km
钢卷尺
6个
5米
铝合金塔尺
1把
5米
数显收敛计
1台
JSS30A
0.06mm
摩托罗拉对讲机
4台
T5428
5
接收导台施工设备
电焊机
1台
弯曲机
1台
切断机
1台
电锤
1把
材料计划
盾构到达施工主要材料计划见表8-2。
表8-2盾构到达施工主要材料计划
序号
材料名称
规格型号
数量
备注
1
H型钢
H100
100m
最后10环管片拉紧
2
螺栓
Φ20
65套
扇形压板加固
3
钢丝绳
Φ16
50m
洞门压板拉紧
4
水泥
洞门防水用
5
水玻璃
35Be’
15t
洞门防水用
机械设备计划
盾构到达施工主要机械设备配备计划如表8-3。
表8-3盾构到达施工主要机械设备配备计划
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
空压机
3m3/min
2台
洞门凿除
2
风镐
6把
洞门凿除
3
道链
5t
2把
帘布橡胶板密封拉紧
4
丝锥
M24
3把
洞门预埋钢环螺栓孔清理
三轮车
2台
运渣
注浆机
1台
注浆
应急物资计划
盾构到达施工主要应急物资计划如表8-4。
表8-4盾构到达施工应急物资计划
序号
材料名称
规格型号
单位
数量
备注（存放位置）
1
水玻璃
35Be’
吨
现场
2
水泥
吨
5
现场
3
细砂
m3
5方
现场
4
棉纱
kg
30
现场
5
编织袋
个
300
现场
6
水溶性聚胺脂
kg
150
现场
7
钢板
10mm
m2
5
现场
8
双快水泥
kg
200
现场
9
木板
m3
现场
10
双液注浆机
台
1
现场
木楔
kg
100
现场
9质量控制
易出现的质量问题
1贯通偏差大，盾构被卡、管片错台或破损；
2洞门破除时钢筋未清除干净，盾构被卡；
3导轨未焊接或焊接不牢，到至盾构栽头；
4导台强度低，受压碎裂；
5导台施做偏高，盾构无法上到导台上；
6导台钢轨焊接不牢，盾构上导台后钢轨固定件脱落；
7洞门封堵注浆缺失，为后期洞门施工带来风险和渗漏水；
8、接收段管片松弛，渗漏水严重；
保证措施
9.2.1建立健全质量管理制度；
1建立健全各种质量管理保障体系及制度，落实岗位责任制，贯彻落实验收制度，做好技术交底，技术交底实行复核制、签字制。
对各分项工程，设一名主管工程师及一名施工员专职负责。
确保质量管理体系的正常运行，确保施工质量。
2严把材料关
所有进场材料均需具有产品合格证，且生产该材料的厂家也必须有相应资质，进场材料由物资部和质检工程师一起进行验收，其中，尤其要注意对管片的验收，务必保证所有下井管片的质量合乎要求，并在拼装前要对管片进行二次查验，如有损坏或裂纹则坚决不能使用。
3加强培训，提升技术水平
对所有技术工人及技术管理人员进行岗前培训，并根据实际的工程特点进行不定期培训，对即将进入重点施工阶段前要提前进行技术交底，保证所有的盾构作业均在可控范围内进行。
9.2.2避免贯通偏差大，盾构被卡、管片错台或破损措施：
1盾构贯通前100米进行一次联系测量，根据测量结果对盾构姿态进行调整、导台是做技术交底；
2盾构姿态调整幅度不宜过大，每环纠偏控制在5mm内；
3盾构贯通前10环（加固范围），进一步核实姿态，并按要求开启超挖刀；
4盾构贯通中心刀外露后再次测量。
9.2.3避免洞门破除时钢筋未清除干净，盾构被卡措施：
1洞门破除时先破底部-1m范围，然后自上而下破除；
2洞门破除过程中加强监督，发现问题及时整改；
3洞门破除完成后须系统的检查一次，尤其是注浆外壳部位；
9.2.4避免导轨未焊接或焊接不牢，到至盾构栽头措施；
1洞门破除前根据测量的洞门中心在洞门底部计算位置牢固焊接临时导轨；
2盾构刀盘全部外露后及时量测导轨与刀盘外沿的距离，异常时及时调整；
9.2.5避免导台强度低，受压碎裂措施：
1导台混凝土强度等级不得低于C25；
2导台混凝土浇筑时振捣须密实；
3导台混凝土浇筑完成后养护等强不得低于7天。
9.2.6避免导台施做偏高，盾构无法上到导台上措施：
1联系测量完成后根据模拟洞门中心反算导台施做高度，且比计算值低2cm为宜；
2临时导轨和导台施做完成后及时复核，异常时进行处理；
3盾构刀盘外露后及时量测刀盘外侧到临时导轨间的距离，异常时开动交接调整。
9.2.7避免导台钢轨焊接不牢，盾构上导台后钢轨固定件脱落措施：
1导台预埋件安装必牢固
2钢轨固定件焊接时，定位准确，且预埋钢板上的锈斑、油污等清理干净，牢固焊接。
9.2.8避免洞门封堵注浆缺失，为后期洞门施工带来风险和渗漏水措施：
1盾构贯通前5环需注浆饱满，浆液需加大水泥用量，缩短凝固时间；
2盾构接收后及时进行洞门封堵施工，注浆时由下往上逐孔注浆，直至注满为止。
9.2.9避免接收段管片松弛，渗漏水措施：
1盾构接收时在导台上安装反力牛腿，为管片拼装提供足够的反力；
2对拼装好的管片及时复紧，并用扁铁或槽钢采取连接、紧固措施。
10安全措施
主要安全风险分析
1触电事故；
2高空坠落；
3脚手架倒塌；
4洞门坍塌；
5盾构机侧翻；
6洞门涌水、涌沙；
7溜车事故；
8挤压、吊装事故。
保证措施
10.2.1安全施工管理
1建立健全各种安全及文明施工管理保障体系及制度，以条例的形式对工人作业行为进行约束，对违规行为进行适量的处罚，以保证制度的有效性。
2建立安全责任制，并和盾构作业人员签订安全责任协议书，把安全责任逐级进行分化，以明确的安全责任来约束施工中可能出现的不安全行为。
3建立班前安全讲话制度，并对该制度的执行情况进行每日跟踪，在井口设立重大安全危险源标识牌，通过不断重复的安全教育来提高工人的安全意识。
4设专人负责隧道施工的安全监督、管理工作，对施工中存在的安全隐患进行排查，并对野蛮施工行为进行制止，确保对盾构施工的安全及文明施工进行有效管理。
10.2.2预防触电事故发生措施
1加强临电管理，实施严格的日检，过程不间断巡视制度；
2严格实施“一机、一闸、一保、一漏”，非电工严禁电工作业，需要检修时须断开电源并悬挂明显的“电路检修，严禁合闸”标示；
3电线必须悬挂，不得挤、压、砸、侵泡。
10.2.3预防高空坠落、物措施
1洞门破除及其它高空作业时系好安全带；
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