盾構過中間風井工程施工設計方案(機福區(qū)間)

可編輯版/一、工程概況機場北站～福永站區(qū)間風井,位于規(guī)劃地塊內(nèi),周邊無建〔構筑物,風井西側約55m處有福永河,河寬約36m。風井往機場北站及福永站方向均與盾構區(qū)間連接〔礦山法初支盾構空推,風井施工期間作為礦山法施工豎井,預留礦山法出土孔。區(qū)間風井主體長32米,寬26米,地下三層結構。風井中心里程為ZDK36+196.958；起點里程ZDK36+180.953；終點里程ZDK36+212.960。風井設三個風亭〔一個新風亭、兩個活塞風亭和一個緊急疏散口,均設在規(guī)劃地塊內(nèi),預留合建條件。本方案主要討論如何順利使盾構機在較短時間內(nèi)快速、高效通過中間風井實現(xiàn)再次始發(fā)掘進。圖一中間風井與盾構隧道平面位置關系圖圖二盾構隧道與風井相對位置剖面圖洞門加固方案盾構機在到達中風井前,為了維持隧道與風井接口處地層的穩(wěn)定,避免盾構機到達時因地下水流失而導致地面塌方或塌陷,必須根據(jù)實際情況對盾構到達中風井段進行地基處理。方案一:1加固方法中間風井盾構洞門加固段采用Φ108大管棚輔助施工。2長管棚加固施工工藝⑴管棚布置如管棚布置圖所示。管棚孔口位置在盾構拱部120°范圍內(nèi),縱向16-22m<根據(jù)巖石深度>進行管棚注漿,開挖輪廓線外放300mm位置布置,管棚環(huán)向中心間距300mm。〔可根據(jù)地質(zhì)情況適當調(diào)整,以保證盾構機順利到達為準,外插角約1°。⑵注漿管棚采用Φ108mm,壁厚6mm的無縫鋼管,分節(jié)安裝,兩節(jié)之間用絲扣連接,注漿鋼管上鉆注漿孔,孔徑Φ10mm,孔間距200mm,呈梅花型布置。鋼管尾部〔孔口段2.0m不鉆花孔作為止?jié){段。<圖三中間風井管棚布置圖>圖三中間風井管棚布置圖⑶漿液采用水泥砂漿,初擬參數(shù)：水泥漿水灰比0.8:1～1:1,注漿壓力：采用0.2～0.4MPa,施工中應據(jù)實際地質(zhì)情況,并通過試驗確定有關施工參數(shù)。⑷從管棚導向管按設計鉆孔,鉆孔時將鋼管隨鉆頭一起鉆入地層內(nèi),當達到設計深度后停機。鉆頭用長約150mm的Φ121鋼管,并在鋼管一端管口焊接合金制成.鉆頭與鋼管、鋼管和鋼管間用絲扣連接。⑸向管棚內(nèi)注漿.注漿順序先下后上,全孔可采用后退式分段注漿方式。⑹管棚導向管應嚴格定位,管棚鉆進過程中應采用水平測斜儀經(jīng)常量測管棚的偏斜度,發(fā)現(xiàn)偏斜值超出設計要求時,應及時糾偏。⑺施工誤差：鉆孔水平容許偏距沿相鄰鋼管方向不應大于100mm,垂直偏距沿隧道內(nèi)側方向不應大于200mm〔對管棚前端,而非管棚孔口。⑻施工中應加強現(xiàn)場監(jiān)測,及時反饋信息,并及時修正設計。補充方案二:采用地面袖閥管注漿加固,加固的目的主要是提高洞頂以上軟弱地層〔硬塑狀砂質(zhì)粘性土、可塑狀砂質(zhì)粘性土的強度和防水效果,根據(jù)地質(zhì)情況以及以往對類似地層的加固經(jīng)驗,選取Φ52袖閥管注漿對地層進行加固,間距0.6m*0.6m,梅花形布置,加固縱向長度為9m,橫向為隧道輪廓線外1m,豎直方向為隧頂往上3m。技術要求：1漿液采用水泥漿水灰比1:1,使用42.5R普通硅酸鹽水泥,袖閥管施工完畢,應對加固體進行檢驗,必須滿足28d齡期無側限抗壓強度q28>0.8MPa,滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s。若達不到要求,應及時彌補注漿；2注漿加固深度范圍內(nèi),若遇中風化、微風化地層則該地層范圍不必加固；圖四中間風井端頭補充加固三、過中風井方案比選現(xiàn)代地鐵的設計中,在線路較長的區(qū)間中間一般均設計有通風豎井,即中間風井。豎井與盾構法隧道相連。因此區(qū)間隧道采用盾構法施工時,存在盾構機必須經(jīng)過豎井的問題,一般來說盾構過中間風井通常有三種方法：方案具體內(nèi)容優(yōu)點缺點方案一盾構機二次始發(fā)過站拼裝負環(huán)較少,節(jié)約成本,風險較小反力架加固要求較高,整環(huán)負環(huán)管片拆除較麻煩;方案二拼裝整環(huán)管片通過快捷,時間較短需要負環(huán)管片較多成本較高,拆除難度較大方案三拼裝半環(huán)+整環(huán)管片通過需要時間較短,拆除較方便準備工作要求較高,施工時難度較大在目前工期十分緊迫的情況下,同時考慮到安全方面的因素<風井跨度較大,縱向30m>,而且經(jīng)項目部多次討論并借鑒其它項目成功實例,決定采用盾構機二次始發(fā)過站的方式通過。四、施工方案1、方案簡介提前施工弧形砼導臺、鋼導軌。盾構機通過中間風井,采用整體平移+二次始發(fā)。盾構機到達中間風井后,利用兩臺油頂將盾構機整體向前平移,距離大里程洞門1m時停止,安裝并加固反力架,拼裝負環(huán)進行二次始發(fā),負環(huán)管片只貼軟木襯墊,不需要貼止水條。在盾構機臺車完全順利進入隧道后,根據(jù)施工總體安排,拆除中間風井內(nèi)的臨時管片,恢復中間風井結構施工。2、施工工作內(nèi)容及工藝流程施工前準備盾構進洞前,中間風井洞門復測盾構進洞加焊防滾楔塊施工前準備盾構進洞前,中間風井洞門復測盾構進洞加焊防滾楔塊盾構平移〔頂推鋼支撐加工反力架加固管環(huán)加固負環(huán)管片拼裝〔全環(huán)盾構出洞圖五盾構過中間風井施工工藝流程圖五、施工準備為確保盾構機順利通過中間風井,盾構機到達前應做好以下準備工作：1、加固兩端洞門及預埋密封環(huán)板。2、C30砼導臺施工及導軌預埋。導臺里程為ZDK36+180.953～ZDK36+212.96。導臺截面形狀與盾構機外殼類似,半徑為盾體的半徑加鋼軌軌頭厚度,鋼導軌頂面所處弧面半徑同盾體半徑,鋼導軌預埋于導臺內(nèi),導臺采用C30混凝土回填,弧形導臺與盾構隧道及中間風井相對關系圖見圖六。圖六弧形導臺與盾構隧道及中間風井相對關系圖導臺及導軌施工要點如下：⑴導臺及導軌嚴格按圖設計標高及坡度進行控制；⑵鋼導軌定位要準確,導軌頂面要平順；⑶砼導臺施工時一要保證模板的弧度,二要保證澆注混凝土時模板的穩(wěn)定性如果在拆模時發(fā)現(xiàn)導臺不夠平整,則必須對它進行修整以到達設計要求。⑷為防止盾構機進出洞時出現(xiàn)"磕頭"現(xiàn)象,盾構機進洞時導臺及導軌標高比理論值降低50mm,而在出洞前導臺及導軌標高則必理論值提高50mm。六、盾構通過施工1、盾構進洞⑴在盾構機到達洞門之前,必須提前做好以下準備工作：a、安裝洞門密封裝置〔洞門密封圈及B板在盾構機刀盤露頭后安裝,避免盾構機破洞時的混凝土塊砸壞密封板；b、在中間風井洞門口準備好砂袋、水泵、水管、方木、風炮等應急物質(zhì)和工具；特別是作好破除圍護樁的準備,保證盾構機及時進入中間風井；c、準備好雙液注漿泵及水玻璃、水泥各一批；d、盾構機到達前,在鋼軌上預先涂抹油脂,減少盾體與鋼軌的摩擦力。⑵在盾構機到達前50米對中間風井附近所有測量控制點進行一次整體、系統(tǒng)的控制測量復測和聯(lián)測,對所有控制點的坐標進行精密、準確地平差計算,并對激光經(jīng)緯儀復檢和盾構機機頭位置人工測量。盾構貫通前30米和10米對TCA托架三維坐標進行人工復測。破洞前30米盾構機姿態(tài)保持：機頭水平偏差0～10mm,機頭豎直偏差0～+10mm,俯仰角、偏轉角允許范圍±2mm/m；⑶在盾構機機頭進入距中風井洞門15米范圍后,首先減小推力、降低推進速度和刀盤轉速并控制出土量。無論在何種情況下,推進油缸壓力不得大于100bar,且盾構機推進速度小于20mm/min。在抵達洞門的最后三環(huán),須進一步減小推力、降低推進速度,掘進速度控制在5～10mm/min；⑷中風井洞門下方堆放一定量的砂包作為緩沖層,以便保護密封裝置。⑸盾構進入洞門后,洞門密封圈必須用鋼絲繩拉緊。2、盾構管片拼裝中間風井段管片排列方式如下：盾構順利頂推至達二次始發(fā)位置后,拼裝整環(huán)負環(huán),直線前進,直到盾構完全進入洞門。3、中間風井管片支撐為了提供盾構步進和二次始發(fā)的反力,保證二次始發(fā)的第"零"環(huán)管片定位準確,有效控制二次始發(fā)時管片的錯臺量,必須做好管片支撐措施。管片支撐分為底部支撐、兩側支撐、頂部支撐三部分〔見下面中間風井管片支撐圖,圖中型鋼全部采用[18a。⑴底部支撐：當管片脫出盾尾后,導臺鋼軌與管片之間存在150mm間隙,每環(huán)墊2塊木楔,防止管片下沉。⑵兩側支撐：在風井段設置斜向支撐,管片脫出盾尾后,及時利用鋼管和木楔子固定管片與A1、A3塊管片,防止管片向兩側偏移。⑶頂部支撐〔或底部鋼絲繩：為了防止管片上浮,對整環(huán)管片用鋼絲繩進行捆綁并固定于導臺預埋件上,千斤頂反力由反力架提供。圖七中間風井管片支撐圖4、盾構在中風井內(nèi)推進⑴刀盤在推進過程不宜旋轉,推進時僅使用下部千斤頂〔C組,推進速度控制在10～20mm/min以內(nèi)。⑵為防止盾構機在中風井段推進過程中旋轉,在盾體兩側加焊防滾楔塊；⑶過站段每環(huán)管片在脫離盾尾超過一半后,及時下墊楔形方木塞緊,管片與導臺間的空隙用細砂填充；⑷盾構姿態(tài)由于導臺在澆注時已確定,則盾構姿態(tài)應與導臺一致。5、在中間風井內(nèi)進行機械維護、檢修當盾構機機頭到達中間風井位置時,組織機械、電氣專業(yè)人員對盾體部件進行維護和檢修。內(nèi)容主要包括：刀具、盾尾密封刷檢查更換。6、過中風井后再次始發(fā)段的推進盾構機從中風井再次始發(fā)所用反力由反力架提供,始發(fā)推進階段總推力按500噸進行設計,因此在始發(fā)推進過程中必須注意：⑴中風井和出洞后6環(huán)千斤頂總推力應控制在500噸以內(nèi),速度控制在20mm/min以內(nèi)。⑵推進過程中,千斤頂推力的調(diào)節(jié)應平穩(wěn),防止推力突變；⑶為防止盾構機推進過程中盾體滾動,在盾體上焊接防滾楔塊；⑷每環(huán)管片脫出盾尾超過管環(huán)寬度一半時,在管環(huán)底部及時塞楔形方木并灌砂回填管環(huán)與導臺間的空隙；⑸在管環(huán)的3、9、12點位置設置方木撐以防管環(huán)整體松動；⑹做好注漿工作,防止進入洞門后的最初幾環(huán)管片下沉,必要時注雙液漿；⑺加強出洞期間地面沉降的監(jiān)測；⑻出洞前所拼裝的管片均采用單面楔形管片。七、常見問題的預防和處理1、進洞時,盾構機"撞頭",導臺破碎盾構推進根據(jù)洞門復測時的姿態(tài),實時調(diào)整掘進姿態(tài)貫通,當導臺標高與洞門標高一致,而刀盤比盾體大,這樣容易出現(xiàn)盾構機"撞頭"、導臺破碎現(xiàn)象。為了避免類似情況出現(xiàn),本方案采取以下三條控制：⑴控制盾構機進洞前的姿態(tài),機頭豎直偏差控制在0～+10mm；⑵澆注砼導臺及預埋鋼導軌時,降低進洞位置處導臺及導軌標高,中間風井該處施工控制標高比設計標高低50mm,附圖二、三中導臺及導軌施工控制標高已對此加以考慮；⑶在進洞時導臺上方離洞門5米范圍內(nèi)鋪滿砂袋,防止貫通時洞門混凝土掉下來砸傷導臺。2、到中風井出洞時,盾構機"磕頭"始發(fā)推進過程,在盾構刀盤到達掌子面前,容易出現(xiàn)盾構機"磕頭"現(xiàn)象。對此本方案采取如下措施：⑴在澆注導臺時,出洞位置砼導臺及導軌的高程高于設計標高30mm；⑵在洞門內(nèi)底部按導臺的弧面澆注斜坡形素砼導臺。3、推進時管片出現(xiàn)左右搖擺、下沉現(xiàn)象推進時由于管片在各個面上的受力不一樣,在左右油缸的推力差較大而管環(huán)在上下、左右沒有反力支撐時則出現(xiàn)管片左右搖擺、下沉現(xiàn)象。這主要是在拼裝管片時管片螺栓沒有上緊、每一環(huán)在脫離盾尾后未采取措施所致。為了避免出現(xiàn)這種情況,中風井過站段擬采取以下措施：⑴當管片有一半脫出盾尾時,就及時在下方塞緊楔形方木；⑵對脫出盾尾的管片螺栓進行二次緊固；⑶在管片左右側及頂部加木方或槽鋼支撐,穩(wěn)定管片,防止管片推進過程中擺動錯位；⑷在管片底與導臺之間的空隙回填細砂,進一步穩(wěn)定管片。八、測量監(jiān)控1、地面沉降監(jiān)測⑴盾構機離進洞洞口前100-150米時,在左、右線地面隧道中線方向上一般每隔15米建立一個監(jiān)測斷面,在中間風井井口地面適當增加監(jiān)測斷面。⑵測量頻率：盾構機前100米初值每天測量1次,盾構機頭里程前后20米每日兩次,盾構機出洞過程中加密監(jiān)測,并及時反饋信息。2、隧道主控導線、水準測量貫通前100m及50m時,對隧道主控導線、水準進行2次復核測量,保證測量托架和盾構機姿態(tài)的精度。3、測量托架和盾構機姿態(tài)人工測量在出洞前,對測量托架儀器站和后視棱鏡平面坐標和高程進行2次精密人工復核測量,對盾構機姿態(tài)進行3次人工精密測量。4、洞門圈復核測量對中間風井洞門圈中心三維坐標進行和內(nèi)徑進行精密復核測量,確定洞門中心水平、垂直偏移值,對盾構機出洞滑行導軌中心和高程精密測量。5、盾構機出洞前姿態(tài)參數(shù)控制根據(jù)洞門圈水平、垂直偏移量調(diào)整盾構機刀盤中心姿態(tài),保證順利貫通。6、在隧道貫通后,進行隧道貫通測量,對盾構機姿態(tài)多次人工復核7、在重新始發(fā)前,對始發(fā)導軌中心和高程進行精密定位在中間風井段,盾構機與線路中心的定位關系如下圖所示。考慮到始發(fā)時盾構機機頭容易下行的特點,始發(fā)定位時,盾構機的始發(fā)中心宜比隧道設計中心高出30mm。圖八盾構始發(fā)定位九、機械人員投入過風井之前,成立盾構過風井施工領導小組,由項目經(jīng)理任組長,項目副經(jīng)理、項目總工、副總工負責部門協(xié)調(diào),在此期間的盾構機推進、管片拼裝施工作業(yè)每天分兩班進行,擬投入本工程每個作業(yè)班組勞動力組織和施工機具設備如下所示勞動力投入表序號工種名稱人數(shù)〔人1電焊工52班長13測量班24電工35管理人員206充電工27管片安裝68始發(fā)井地面司索工49井口協(xié)調(diào)610雜工611累計各班人數(shù)55主要施工設備表序號設備名稱單位數(shù)量規(guī)格型號主要工作性能指標1電動空壓機臺22潛水泵臺6QS25×30-44KW3汽車吊臺150t4電焊機臺4BX30024.5KVA5氣割設備套26全站儀臺1萊卡TC4027精密水準儀臺1蘇光DSZ28洞門低壓照明臺109液壓千斤頂臺230t十、安全文明施工措施1、對參與本項工作的施工管理技術人員和工人進行專項安全交底,管理人員和工人對盾構機過中間風井需要注意的事項必須清楚明確；2、測量人員等臨時出入施工現(xiàn)場的作業(yè)人員應正確使用勞動防護用品,遵守現(xiàn)場的安全文明施工管理規(guī)定,預防物體打擊和高處墜落事故；3、盾構機穿透中間風井南端堵頭墻時現(xiàn)場必須注意隔離足夠的范圍；4、隧道內(nèi)動火作業(yè)必須做到"八不四要一清理"；5、高處作業(yè)時必須有人員監(jiān)護,高處作業(yè)人員必須系好安全帶,使用的梯子必須牢固并將上端頭固定以防止滑動。反力架檢算書1、機場北站~福永站區(qū)間,盾構始發(fā)需使用反力架作為盾構始發(fā)反力裝置。2、反力架整體結構圖3、反力架主要由橫梁L1、L2、立柱H1、H2、八字梁、鋼環(huán)板組成,為提高整體穩(wěn)定性,將反力架分為1/4塊進行高強10.9級螺栓連接,節(jié)點為焊接而成一整體。模擬傳力路徑鋼環(huán)板-橫梁-立柱-支撐-預埋板。4、根據(jù)機場北站盾構始發(fā)階段土體性能指標,及各施工單位經(jīng)驗,擬定始發(fā)最大推力2000t。5、受力檢算：〔1鋼環(huán)板檢算：鋼環(huán)板截面特性：Ix41886*104mm4Wx2792.4*103mm3截面面積=300*30*2+290*30*2=35400mm2模擬受力2000t/3.14*6=106t=1040KN/m鋼環(huán)強度滿足要求〔2桿件檢算：假設將應力平均分配至各結構桿件即2000t/3.14*6=106t=1040KN/m橫梁L1,彎矩、剪力計算已知橫梁跨距5100,橫梁受力范圍2580根據(jù)彎矩圖已知