城市地鐵TBM過站施工

1、城市地鐵TBM過站施工工法城市地鐵TBM過站施工工法前言1工法特點2使用范圍3工藝原理4施工工藝流程及操作要點56材料與設(shè)備質(zhì)量控制78環(huán)保措施9效益分析10工程實例11安全措施目錄一、前言 TBM在城市地鐵施工過程中，避免不了頻繁過站，在過站過程中，既要充分考慮車站工期與總工期的相互制約關(guān)系，又要考慮車站的結(jié)構(gòu)形式，還要考慮過站對周邊環(huán)境影響等因素。因此，需根據(jù)實際情況確定不同的過站方案。 由中鐵隧道股份有限公司承建的重慶軌道交通六號線一期TBM試驗段工程，是TBM首次在國內(nèi)城市地鐵施工的一次重大嘗試。該工程采用由美國羅賓斯生產(chǎn)的2臺敞開式TBM，TBM各先后通過6個車站，過站頻繁，且過站模

2、式復雜多樣。 中鐵隧道股份有限公司聯(lián)合設(shè)計單位及國內(nèi)外專家、院士開展科技創(chuàng)新，先后確定了掘進過站、平底步進過站以及弧底步進重疊過站等三種過站方案，并在TBM過站過程中順利得以實施。本工程TBM過站為今后TBM在城市地鐵應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗和巨大的借鑒價值。 二、工法特點2.1 TBM掘進過站工法特點TBM掘進過站即在車站未施工、不具備步進過站條件的情況下，采取直接掘進通過的過站方式，工藝與區(qū)間隧道掘進一致。其特點在于可節(jié)省工期，不必停機等待車站施工，而車站施工時又可減少工作量。2.2 TBM平底步進過站工法特點TBM平底步進過站即過站時步進底板為平面，滿足步進小車、步進機架等平底步進，需在步進

3、中線位置預(yù)留420mm250mm的導向槽。通過安設(shè)步進機架及步進小車依靠步進機架與地面的摩擦力提供反力步進通過，其特點是步進速度快，對車站結(jié)構(gòu)影響小，適用于一般車站過站。 2.3 TBM弧底步進重疊過站工法特點TBM弧底步進過站即過站時步進底板為弧面，提前預(yù)埋提供步進反力的鋼套管，通過安設(shè)步進機架依靠預(yù)埋套管內(nèi)插入的插銷提供反力步進通過，其特點是減輕底部承重荷載，對車站結(jié)構(gòu)影響小，適用于上下重疊換乘車站過站。 三、使用范圍3.1 掘進過站 TBM掘進過站適用于到達時車站結(jié)構(gòu)未施做完畢或未開始施做，出于工期等因素考慮，采用直接掘進過站的方式。3.2 平底步進過站 平底步進過站適用范圍較廣，當普通

4、車站結(jié)構(gòu)完成或基本完成時，過站底板施做完畢后即可采用平底步進過站方式。3.3 弧底步進過站 弧底步進過站適用于換乘車站上下重疊車站（上層）的過站，施做預(yù)埋套管并在弧面底板預(yù)埋導向鋼軌后即可采用弧底步進過站方式。 四、工藝原理4.1 掘進過站原理 掘進過站原理與區(qū)間隧道掘進原理一致，即依靠撐靴提供作用反力，推動設(shè)備前進，主電機驅(qū)動刀盤轉(zhuǎn)動將掌子面巖石切削落下后經(jīng)由皮帶機系統(tǒng)運輸渣土至溜渣口，編組列車接渣外運，完成一循環(huán)（1.5m）換步進行下一循環(huán)掘進，掘進時同步進行初期支護。4.2 步進過站原理 步進過站原理為通過安裝步進機架提供作用反力，主推進油缸推動主機前行，推動一循環(huán)（1.5m）后換步進入

5、下一循環(huán)的步進，邊步進邊進行軌線延伸。 5.施工工藝流程及操作要點 5.1 TBM掘進過站 掘進過站工藝流程及操作要點與TBM在區(qū)間隧道掘進一致，不再贅述。 5.2 TBM平底步進過站 平底步進過站工藝流程及操作要點與類似TBM步進施工基本一致，不再贅述。 5.3 TBM弧底步進過站 弧底步進過站示意圖詳見圖5-1；步進流程圖詳見圖5-2。預(yù)埋套管后支撐步進機架撐靴推進油缸步進機架撐靴圖5-1 弧底步進示意圖 圖5-2 TBM弧底步進工藝流程圖后支撐提起，主推進油缸在步進架的反力作用下推動主機前行當主機行進一個循環(huán)后，后支撐撐緊地面，提起步進機架，主推進油缸收回，步進機架前移主推進油缸回位后，

6、放下步進機架，鳴笛拖拉后配套完成一循環(huán)步進，準備下一循環(huán)步進材料準備預(yù)埋步進導向軌及鋼套管步進斷面檢查安裝步進機架在導向軌上涂抹黃油在預(yù)埋套管內(nèi)插入插銷，準備步進5.3.2 TBM弧底步進要點1、TBM弧底步進方案要點 1)TBM從車站中板步進通過，需要對TBM荷載、車站中板、臨時鋼支撐進行詳細的受力分析和結(jié)構(gòu)檢算，特別是如何保證在確保車站中板安全的前提下實現(xiàn)車站中板與鋼支撐之間的聯(lián)合受力，必須嚴格進行設(shè)計和施工，盡量減少施工不確定因素。 2)在上洞TBM步進過站時，下洞TBM原地等待，等上洞TBM通過車站并拆除臨時鋼支撐之后，下洞TBM再過站。 3)在車站兩端，上下洞之間間距太小，上洞TBM

7、步進及在掘進期間的運輸荷載對于下洞的結(jié)構(gòu)安全存在較大影響，須對下洞初期支護進行加強并提前進行二次襯砌施工。 4)為了保證TBM掘進施工的安全，車站兩端區(qū)間隧道小間距段必須采用人工開挖，待兩洞分開一定距離后方可采用TBM掘進。初步確定采用TBM掘進的兩洞之間安全距離為5m。 2、 TBM弧底步進要點1）TBM步進前的質(zhì)量檢查由測量組負責對： 步進弧形底面輪廓進行確認復核，是否有侵入TBM步進斷面凈空； 始發(fā)洞斷面是否有侵入TBM步進斷面凈空，步進導軌間距及標高復查。由工程師負責對： 檢查步進弧面：模擬TBM輪廓用盤條制作弧形模具2個，檢查鋼軌兩側(cè)及隧道底部混凝土是否進入TBM輪廓凈空，發(fā)現(xiàn)問題及

8、時鑿除整改； 檢查預(yù)埋套管：按設(shè)計間距檢查預(yù)埋套管的位置是否符合要求，檢查預(yù)埋套管是否缺失或被堵塞，發(fā)現(xiàn)問題及時整改； 檢查步進架：檢查步進機架的零部件是否齊全，提前準備好備用。 2）步進階段軌線材料運輸 在TBM步進前將步進時需延伸的鋼軌存放在洞外備用，TBM向前步進，通過平板車向前倒運鋼軌。 步進段軌線采用43kg/m鋼軌，鋼軌長12.5m/根，軌線形式為四軌三線，外側(cè)兩軌中心距為2910mm，各股軌道中心距離均為970mm，軌排間距為80cm，軌道延伸采用人工配合軌排吊機施工作業(yè)，先用人工將軌枕倒至后配套拖車前軌道吊機下部，軌道吊機吊起軌排架，人工擺放到位，鋼軌扣件采用成品墊板、M16螺

9、栓連接，采用人工或風動扳手進行緊固。所有扣件螺栓必須緊固，不得出現(xiàn)松動現(xiàn)象，在鋼軌連接處對軌枕間距可做適當加密，防止TBM走行時剪斷鋼軌。 軌排架擺放到位后，縱向采用螺紋鋼焊接成總體，兩側(cè)設(shè)斜撐加固，TBM步進過程中，安全員、工班長加強巡視，如有發(fā)現(xiàn)軌排架側(cè)傾、扭曲的必須停止步進，并對該位置軌排架進行校正，加固處理。 3）步進準備 導軌潤滑：步進前將TBM導向軌涂抹黃油潤滑，減小摩擦力，利于主機前行； 撐靴靴板處理：在已施做二襯部位不需安裝步進架依靠撐靴支撐于二襯邊墻上提供作用反力推動主機前行，為防止靴板及防滑釘破壞二襯結(jié)構(gòu)，在步進前需用膠皮將撐靴完全包裹； 取下所有刀具，減輕機器自重。4）T

10、BM步進過程中總結(jié)的注意事項 在步進通過襯砌段時，刀盤前面安排2人指揮設(shè)備走向，用對講機與主司機及時取得聯(lián)系，為防止設(shè)備碰觸到襯砌結(jié)構(gòu)，刀盤內(nèi)外需加強聯(lián)絡(luò)，及時調(diào)向。 按設(shè)計圖紙計算所需軌線材料的數(shù)量，提前做好充分的準備，及時運輸，防止因軌線材料不足而影響正常步進。 在步進過程中，需加強對后配套部分的檢查，防止因線路轉(zhuǎn)彎半徑小或調(diào)向過猛導致后配套跳道。 準備充足的步進插銷，為提供充足的反力，插銷經(jīng)常彎曲損壞，需經(jīng)常更換。3、TBM弧底步進輔助措施 TBM弧底步進適用于上下重疊過站（上部）過站，左右線分布于車站同側(cè)，呈上下垂直分布。雙線分布示意圖詳見圖5-3。過站中板厚度僅為70cm， TBM控

11、制荷載為機頭，重約400t，計算模型為線荷載667KN/m。TBM過站時采用上層TBM先行通過，下部鋼支撐支到中板上，采用雙拼32工字鋼與中板緊貼，609鋼管作為鋼立柱，橫、縱向工字鋼聯(lián)結(jié)。經(jīng)計算，中板局部抗壓，鋼支撐體系抗壓及穩(wěn)定均滿足要求，可以滿足TBM過站安全性及工期要求。鋼支撐效果圖如圖5-4所示，鋼支撐細部圖詳見圖5-5。 圖5-3 TBM弧底過站雙線分布示意圖TBM圖5-4 TBM弧底過站下部鋼支撐效果圖 圖5-5 TBM弧底過站下部鋼支撐細部圖 4、 監(jiān)控量測要點 確保TBM弧底過站安全的關(guān)鍵是全過程監(jiān)測中板撓度、鋼支撐軸力、中板沉降、中板裂縫等情況，及時量測TBM所在位置前后引

12、起的動態(tài)監(jiān)測數(shù)值，并與分析監(jiān)測控制標準及警戒值比較，及時反饋指導施工。主要的監(jiān)測內(nèi)容參見表4-1。 監(jiān)測項目布置量測頻率監(jiān)測控制標準備注鋼支撐軸力 前1、3、5跨鋼支撐均布設(shè)一組斷面，后面每隔16m設(shè)一組應(yīng)力監(jiān)測點2次/h不大于1200KNTBM步進到相關(guān)斷面前20m、后40m進行相關(guān)監(jiān)測項目24小時監(jiān)測，當監(jiān)測數(shù)值達到控制標準的70%時，定為警戒值中板撓度每隔20m布設(shè)一個斷面1次/h不大于4mm裂縫監(jiān)測縱距20m一個斷面，一個測點TBM過站機頭、撐靴通過時連續(xù)監(jiān)測不大于0.1mm表5-1 監(jiān)測內(nèi)容匯總表 5.3.3 勞動力組織勞動力配置表詳見表5-2。 表5-2 勞動力配置表 班次人員組織

13、總?cè)藬?shù)掘進班班長1人，TBM操作司機1人，錨桿、網(wǎng)片、拱架施工9人，軌道、管線延伸4人，噴砼施工3人，施工運輸2人每班20人，共六個班維保班班長1人，換刀工6，主機保養(yǎng)9人，后配套保養(yǎng)8人。24綜合班班長1人，充電工2人，加工組18人，常規(guī)設(shè)備維保6人，拌合司機6人，材料倒運4人，軌線維護8人，門吊、裝載機、挖機司機、叉車共計12人57電工班班長1人，TBM值班電工4人，TBM保養(yǎng)班電工2人，綜合班4人116.材料與設(shè)備過站使用主要材料見表6-1。 序號過站形式材料名稱單位數(shù)量1掘進過站I14工字鋼拱架榀2222砂漿錨桿（含墊板）套20322縱向連接筋根3846.5200200鋼筋網(wǎng)Kg54.

14、0155噴射混凝土m4.395642鋼管m0.3757水泥砂漿m0.1958掘進過站平底步進過站弧底步進過站43kg/m鋼軌m69軌排架榀210軌道壓板塊1611壓板螺栓套1612風管m1.513100進水管/150排水管m1.514電纜m1.515人行踏步板m1.5表6-1 主要材料供應(yīng)表(每環(huán)用量) 6.2 設(shè)備采用的機械設(shè)備見表6-2。 表6-2 投入的機械設(shè)備表 7.質(zhì)量控制7.1工程質(zhì)量控制標準7.1.1掘進過站施工嚴格執(zhí)行鐵路隧道施工及驗收規(guī)范。掘進水平誤差為+50mm，高程誤差為+50mm。初期支護嚴格遵循新奧法施工原則，并嚴格執(zhí)行鐵路隧道施工及驗收規(guī)范中相關(guān)要求。7.1.2 T

15、BM弧底步進過程中，為確保步進過程安全可控，對全過程進行實時監(jiān)測，相控制標準及警戒值詳見表7-1。表7-1 中板過站監(jiān)測控制標準及警戒值 序號監(jiān)測項目監(jiān)測控制標準備注1鋼支撐軸力不大于1200KN當監(jiān)測數(shù)值達到控制標準的70%時，定為警戒值2中板撓度不大于4mm3裂縫監(jiān)測不大于0.1mm7.2質(zhì)量保證措施7.2.1 掘進過站過程中，須采用人工復核配合PPS導向系統(tǒng)的措施，確保TBM沿設(shè)計軸線及坡度掘進，確保貫通誤差在允許范圍內(nèi)。7.2.2掘進過站過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況積極采取加固措施，防止大面積掉塊或塌方。7.2.3根據(jù)監(jiān)測情況及時調(diào)整掘進參數(shù)，確保掘進過程安全可控。7.2.4 TBM平底步進

16、前，嚴格按規(guī)范施作步進混底面凝土，確?；炷琳駬v密實，平整度滿足規(guī)范要求，且導向槽尺寸符合設(shè)計要求。7.2.5步進過站過程中，必須保證始發(fā)洞尺寸符合設(shè)計要求，避免侵入TBM輪廓凈空影響步進。7.2.6中板弧底步進過站前，需檢查步進弧形底面及預(yù)埋鋼軌位置及標高，避免侵入TBM輪廓凈空影響步進。7.2.7中板弧底步進過站前，嚴格按設(shè)計要求進行鋼支撐的架立及加固，確保鋼支撐的整體穩(wěn)定性。8. 安全措施8.1 遵照國家頒布的建筑安裝工程安全技術(shù)規(guī)程及上級制定的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。8.2 建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業(yè)中的安全檢查，確保作業(yè)標準化、規(guī)范化。8.3 針對TBM步進特點建立安全責任制、安

17、全檢查制和安全教育制度。做到安全責任到人，人人管安全，人人保安全。6.4 特種操作人員必須持證上崗，各種作業(yè)人員作業(yè)時配帶相應(yīng)的安全防護用具及勞保用品，嚴禁操作人員違章作業(yè)，管理人員違章指揮。8.5 施工中所用機械、電器設(shè)備必須達到國家安全防護標準，一切設(shè)備應(yīng)經(jīng)過工前性能檢驗或安全性能檢查，安全合格后方可使用，并由專人負責，嚴格執(zhí)行交接班制度，并按規(guī)定定期檢修或保養(yǎng)。8.6 嚴格執(zhí)行交接班制度，堅持工前講安全、工中檢查安全、工后評比安全的“三工制”活動。8.7 加強安全教育，確保所有施工人員施工前明確施工存在的安全隱患和處理措施。8.8 加強洞內(nèi)外用電管理。切實執(zhí)行照明、高壓電力線路的架設(shè)標準

18、，保證絕緣良好。各種電動機械和電器設(shè)備均設(shè)置漏電保護器，確保用電安全。 9.環(huán)保措施9.1 嚴格執(zhí)行國家環(huán)境保護法和水土保持法和重慶市政府有關(guān)規(guī)定，堅持做到“少破壞、多保護，少擾動、多防護，少污染、多防治”，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控達標，確保環(huán)境保護、水土保持設(shè)施與主體工程“同時設(shè)計、同時施工、同時投入使用”。9.2 決不使用有害物質(zhì)的燃料、油料、化學品等。9.3 施工污水必須經(jīng)過沉淀處理后方可排入城市污水管道。9.4 將工程垃圾和生活垃圾按照規(guī)定運至有關(guān)部門認可的棄碴場地，保持好施工現(xiàn)場和臨時居住場所的環(huán)境衛(wèi)生。9.5 工地門口按照規(guī)定設(shè)置洗車槽，外出車輛必須沖洗。9.6 在施工現(xiàn)場和辦公、生活區(qū)分別設(shè)

19、置分類垃圾桶，區(qū)分可回收和不可回收垃圾，辦公危險固體廢棄物（廢電池、廢硒鼓、廢墨盒）100%回收。9.7 施工道路出入口和交叉口設(shè)置交通指令標志，夜間設(shè)置示警燈及照明燈，保證車輛和行人的安全。9.8 加強現(xiàn)場施工管理，減少對周圍環(huán)境的影響。 10.效益分析10.1 本工法提供了敞開式TBM三種不同的過站模式，在當今拓展城市地下空間的大時代，更好的適應(yīng)復雜多樣的地下車站過站，為地鐵車站設(shè)計拓寬了思路，同時也為以后城市地下工程在類似情況下的規(guī)劃建設(shè)提供了可靠的決策依據(jù)和技術(shù)指標，新穎的工法技術(shù)將促進地下工程施工技術(shù)進步，社會效益和環(huán)境效益明顯。10.2 本工法與同類地下工程的工法相比，具有靈活多樣

20、、適用性強的特點，根據(jù)不同的車站設(shè)計及施工情況，可有針對性的選擇過站模式，有利于加快工程施工進度，且對車站結(jié)構(gòu)干擾因素少，有利于文明施工，形成了較好的經(jīng)濟效益。 11.工程實例重慶軌道交通六號線TBM試驗段11.1 紅土地車站掘進過站11.1.1 工程概況 紅土地站地處五黃路與洋河東路十字路口，位于五黃路北側(cè)地下，大致成東西向布置。車站北側(cè)為多高層商住建筑。車站頂部覆土約為44.47m，鉆爆法施工，圍巖級別為級，車站全長211米（DK18+473.186DK18+684.186）,采用先拱后墻法施工，結(jié)構(gòu)形式為單拱雙層形式，下半斷面按TBM先通過后擴挖設(shè)計，車站小里程端采用TBM法施工，車站大

21、里程端采用鉆爆法施工，本站為TBM掘進過站。紅土地車站掘進過站示意圖詳見圖11-1。 紅土地車站隧道圍巖頂板中等風化巖石厚度34.138.2m，大于2.5倍壓力拱高度（24.41m），為深埋隧道。圍巖為中等風化的砂質(zhì)泥巖夾薄層砂巖，巖體完整性指數(shù)Kv=0.62，巖體較完整。砂質(zhì)泥巖單軸飽和抗壓強度15.7MP，為較軟巖。圍巖基本分級為級。地下水類型為以呈脈狀分布的基巖裂隙水為主，水量較小，呈滴狀或珠串狀。 圖11-1 紅土地車站掘進過站示意圖 11.1.2 施工情況 紅土地車站總長211m，2010年3月13日至2010年3月24日，右線TBM掘進通過紅土地車站，掘進過程安全可控，水平貫通誤差

22、僅為2mm。11.1.3 監(jiān)測情況及結(jié)果評析 在TBM掘進過站過程中對地表進行實時監(jiān)測，從地表變形來看，最大沉降變形不超過5mm，主要發(fā)生在拱頂上方，且與隧道施工掌子面位置變化存在明顯依存關(guān)系。 TBM掘進過站過程中，平均日進尺17.6m，歷時12天，快速通過了紅土地車站，為紅土地車站后續(xù)施工爭取了大量的時間，經(jīng)濟效益顯著。 11.2 黃泥滂車站平底步進過站 黃泥滂站位于黃龍路和紅黃路的交匯處，車站站位在這兩條路的十字路口下，用地現(xiàn)狀為渝北區(qū)和江北區(qū)交界處居住用地，大多為多高層商住建筑。頂部覆土20.5m，屬于特大斷面淺埋隧道。圍巖級別為級，車站全長176米（DK19+831.196DK20+

23、007.186）。先期施做車站主體雙側(cè)壁導坑，預(yù)留核心土，TBM機采用步進過站。黃泥滂車站平底步進過站示意圖詳見圖11-2。 圖11-2 黃泥滂車站平底步進圖11.2.2 施工情況 2010年5月31日至2010年6月10日，右線TBM步進通過黃泥滂車站，歷時10天。由于黃泥滂車站在TBM到達前除中隔墻外均已開挖支護完畢，故施做步進底板后TBM即可順利通過，TBM平底步進最高日進尺可達80m，過站速度快，且對車站結(jié)構(gòu)無影響。待TBM在大龍山車站轉(zhuǎn)場后施做車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少與車站施工的交叉干擾。 11.3 大龍山車站 TBM弧底過站11.3.1 工程概況 大龍山站地處渝北區(qū)，位于龍山大道和龍山路

24、的交匯處，龍山大道路中，呈南北向布置，車站東北側(cè)為武警總隊招待所，東南側(cè)為商業(yè)住宅樓，西南側(cè)為逸靜豐豪住宅小區(qū)，西北側(cè)為華渝儀表廠，建筑密度低，用地相對寬松。車站設(shè)計里程為DK24+234.961DK24+424.661,車站主體全長189.7m，寬26.26m，深約32m。本車站與規(guī)劃五號線車站形成平行換乘，為5、6號線同臺換乘站。車站為地下三層島式明挖車站，局部四層。車站端頭均為小凈距、重疊隧道。 圖5-3 TBM弧底過站雙線分布示意圖重慶軌道交通六號線左右線位于大龍山車站同側(cè)，呈垂直狀，其中右線在上，左線在下，左線軌行區(qū)架立鋼支撐，右線先行采用弧底步進通過，然后拆除鋼支撐，左線TBM再采用平底步進過站方式過站