φ4310土壓平衡盾構(gòu)機分體始發(fā)掘進施工工法

φ4310土壓平衡盾構(gòu)機分體始發(fā)掘進施工工法1.前言隨著全球經(jīng)濟快速發(fā)展，時代的進步，城市也在不斷發(fā)展和繁榮，在城市的建設(shè)過程中，電力隧道工程對于城市的現(xiàn)代化建設(shè)有著重要意義。在現(xiàn)階段，電力隧道工程的施工逐漸采用小直徑盾構(gòu)施工，通過小型盾構(gòu)施工使得工期大幅度地縮短，工程建設(shè)成本也得到普遍降低。但是電力隧道始發(fā)井長度通常較小，無法滿足整機始發(fā)，無法滿足始發(fā)階段渣土運輸和材料運輸，施工效率低下；同時采用常規(guī)拼裝負(fù)環(huán)管片提供盾構(gòu)推力，施工風(fēng)險大。通過提出土壓平衡盾構(gòu)機分體始發(fā)、采用一體式移動反力架、增加暗挖后導(dǎo)洞的綜合技術(shù)進行土壓平衡盾構(gòu)始發(fā)掘進，能夠滿足土壓平衡盾構(gòu)機在電力隧道始發(fā)掘進和常規(guī)掘進要求，能夠極大提高土壓平衡盾構(gòu)機分體始發(fā)掘進施工效率，降低盾構(gòu)機始發(fā)負(fù)環(huán)拼裝風(fēng)險，解決土壓平衡盾構(gòu)機渣土和管片水平運輸難題，極大節(jié)約了成本，縮短工期，同時保證了施工安全。2.工法特點該工法主要包括以下幾點：（1）該技術(shù)通過將土壓平衡盾構(gòu)機主體結(jié)構(gòu)和臺車后配套有效調(diào)配分體進行始發(fā)滿足了始發(fā)場地盾構(gòu)施工需要，取代了傳統(tǒng)盾構(gòu)始發(fā)對場地面積的要求，極大地節(jié)約了成本。（2）該技術(shù)采用一體式移動反力架提供盾構(gòu)推力，取代了傳統(tǒng)盾構(gòu)機始發(fā)階段管片拼裝負(fù)環(huán)提供反力的要求，極大地提高了盾構(gòu)始發(fā)施工掘進效率，減少始發(fā)階段盾構(gòu)拼裝負(fù)環(huán)施工風(fēng)險。（3）結(jié)合增加后導(dǎo)洞暗挖施工，解決了土壓平衡盾構(gòu)機始發(fā)階段渣土和管片水平運輸難題，提高始發(fā)掘進效率，縮短工期，取代了始發(fā)階段傳統(tǒng)用卷揚機運輸渣土和管片運輸，大大提高了盾構(gòu)機分體始發(fā)掘進效率，縮短工期。3.適用范圍該技術(shù)適用于各種狹小場地的盾構(gòu)始發(fā)施工；能夠有效降低盾構(gòu)施工的風(fēng)險；同時極大提高土壓平衡盾構(gòu)機始發(fā)掘進效率，縮短施工工期，減少投入，保證施工安全。4.工藝原理在盾構(gòu)始發(fā)過程中，根據(jù)土壓平衡盾構(gòu)機配套措施的特點，增加暗挖導(dǎo)洞滿足電瓶車運輸材料的要求，暗挖導(dǎo)洞完成后進行始發(fā)臺架固定在始發(fā)井底板上，完成后盾構(gòu)機主體（前盾、中盾、盾尾）結(jié)構(gòu)、螺旋機、拼裝機、連接橋進行井下組裝，在組裝的主體時候同時在地面組裝后配套臺車及延長管路，然后進行電瓶車下放進暗挖導(dǎo)洞，安裝反力架水平支撐和基準(zhǔn)環(huán)，使反力架、水平支撐和基準(zhǔn)環(huán)之間形成一個整體。盾構(gòu)機每掘進一環(huán)，反力架隨盾構(gòu)機前移一環(huán)，降低了拼裝負(fù)環(huán)管片、拆除負(fù)環(huán)管片的風(fēng)險，節(jié)省施工成本和工期，且能夠在狹小空間中能夠為土壓盾構(gòu)材料及出土提供足夠的作業(yè)空間，提高了施工效率。5.施工工藝流程5.1施工流程后導(dǎo)洞施工安裝始發(fā)基座 電瓶車及配套下放盾構(gòu)機主體安裝盾構(gòu)機后配套安裝安裝反力架安裝洞門密封洞門鑿除盾構(gòu)切削圍護結(jié)構(gòu)↓盾尾通過洞口、背襯注漿前8m每掘進前8m每掘進1環(huán)，反力架向前移動一環(huán)1~8#臺車進洞掘進掘進55m9~16#臺車進洞掘進9~16#臺車進洞反力架拆除，正常掘進圖5-1土壓盾構(gòu)始發(fā)流程圖5.2施工步驟5.2.1后導(dǎo)洞施工由于電力隧道工作井小的特點，土壓平衡盾構(gòu)機分體始發(fā)掘進效果的高低關(guān)鍵是解決渣土、管片的運輸，工作井凈空長度只有23.6m，電瓶車一列完整編組長度為35m（包括電機頭、3節(jié)渣土車、2節(jié)管片車，1節(jié)漿斗），為了提高土壓平衡盾構(gòu)機始發(fā)掘進施工效率，在工作井后面增加一個長15m的后導(dǎo)洞暗挖，增加電瓶車編組的空間，提高施工效率，解決渣土水平運輸問題。新增暗挖導(dǎo)洞長15m，開挖尺寸為4.3*3.65m，結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，初襯厚250mm，采用C25噴射早強砼，抗?jié)B強度等級P6；二襯為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，厚250mm，采用C35模筑防水砼，抗?jié)B強度等級P10。圖5-2后導(dǎo)洞初支斷面圖圖5-3后導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)斷面圖序號程序圖說明11、施工小導(dǎo)管預(yù)注漿；鋼格柵；3、施工拱部錨桿和鎖腳錨管；4、掛網(wǎng)噴射混凝土。21、開挖二臺階土方，架設(shè)鋼格柵；2、施工側(cè)臂錨桿；3、掛網(wǎng)噴射混凝土。31、進行基面清理；2、施工底板結(jié)構(gòu)。41、架設(shè)二襯拱架、模板，施工拱墻結(jié)構(gòu)；2、施工襯砌背后注漿回填。后導(dǎo)洞施工完成后結(jié)合工作井長度電瓶車整列編組如下。圖5-4電瓶車整列編組平面圖圖5-5電瓶車整列編組剖面圖5.2.2安裝始發(fā)基座根據(jù)設(shè)計圖，考慮到盾構(gòu)在始發(fā)掘進過程中，由于盾構(gòu)機自身的重心靠前，始發(fā)掘進時容易產(chǎn)生向下的“磕頭”現(xiàn)象，故盾構(gòu)軸線需比設(shè)計軸線適當(dāng)抬高20～30mm，所以盾構(gòu)始發(fā)時設(shè)置姿態(tài)為水平狀態(tài)。圖5-6始發(fā)基座平面示意圖5.2.3盾構(gòu)機主體和后配套安裝在狹小的空間里，盡量放下始發(fā)必須用的后配套設(shè)備，滿足掘進的要求?？紤]到剩余區(qū)域狹小，故采用單邊臺車來擺放。土壓平衡盾構(gòu)機分體始發(fā)主要講主體（前盾、中盾、盾尾）結(jié)構(gòu)、螺旋機、拼裝機、連接橋進行井下組裝，其他1~16號臺車在工作井地面組裝。圖5-7盾構(gòu)機分體始發(fā)示意圖5.2.4反力架安裝始發(fā)臺架固定在始發(fā)井底板上，始發(fā)臺架的兩側(cè)分別固定有側(cè)縱梁，兩側(cè)的側(cè)縱梁上各設(shè)有至少一列定位螺孔，反力架通過螺栓分別與兩側(cè)的側(cè)縱梁上任意的定位螺孔連接，使反力架垂直地可拆卸地固定在兩側(cè)的側(cè)縱梁上，反力架上固定有異形環(huán)板，基準(zhǔn)環(huán)留有間距地設(shè)在反力架的前方，水平支撐環(huán)均布在反力架和基準(zhǔn)環(huán)之間，且水平支撐環(huán)的兩端分別固定在異形環(huán)板和基準(zhǔn)環(huán)上，使反力架、水平支撐和基準(zhǔn)環(huán)之間形成一個整體。本工法運用無需拼裝負(fù)環(huán)管片，盾構(gòu)機每掘進一環(huán)，反力架隨盾構(gòu)機前移一環(huán)，降低了拼裝負(fù)環(huán)管片、拆除負(fù)環(huán)管片的風(fēng)險，節(jié)省施工成本和工期，且能夠在狹小空間中能夠為土壓盾構(gòu)材料及出土提供足夠的作業(yè)空間。圖5-8反力架總裝主視圖圖5-9反力架總裝側(cè)視圖圖5-10移動反力架始發(fā)示意圖圖5-11移動反力盾體進洞示意圖5.2.5盾構(gòu)掘進55m當(dāng)盾構(gòu)調(diào)試完成和反力架安裝完成后，進行盾構(gòu)始發(fā)。綜合考慮設(shè)備延長管線后的性能參數(shù)及方便施工的原則，將分二次進行始發(fā)，第一次的掘進距離55m，第二次為60m，每完成一個步驟的始發(fā)后，將相應(yīng)的臺車組裝并出洞。以盾構(gòu)4310mm土壓盾構(gòu)機參數(shù)要求及臺車長度為依據(jù)設(shè)定分體始發(fā)初次掘進距離：分體始發(fā)初始階段管路依靠延長管路的長度以及盾構(gòu)皮帶機及出土口的長度決定盾構(gòu)機掘進距離，各種液壓延長管線長80m，且土壓平衡盾構(gòu)機皮帶機出土口在7號臺車上，綜合考慮后第一盾構(gòu)掘近距離為55m。圖5-12盾構(gòu)分體始發(fā)第一階段圖第一始發(fā)階段無需拼裝負(fù)環(huán)管片，盾構(gòu)機每掘進一環(huán)，反力架構(gòu)機前移一環(huán)，降低了拼裝負(fù)環(huán)管片、拆除負(fù)環(huán)管片的風(fēng)險，節(jié)省施工成本和工期，且能夠在狹小空間中能夠為土壓盾構(gòu)材料及出土提供足夠的作業(yè)空間。圖5-13盾構(gòu)分體始發(fā)狀態(tài)1圖5-14盾構(gòu)分體始發(fā)狀態(tài)2圖5-15盾構(gòu)分體始發(fā)狀態(tài)3圖5-16盾構(gòu)分體始發(fā)狀態(tài)45.2.5盾構(gòu)掘進60m以盾構(gòu)掘進時的依據(jù)電瓶車編組滿足管片、渣土運輸為末次掘進距離：因本工程始發(fā)井場地狹小，4310mm土壓平衡盾構(gòu)機渣土運輸為關(guān)鍵，為了提高施工掘進效率，將電瓶車進行編制，一列電瓶車編組要求滿足管片、渣土、砂漿運輸；若渣土車安裝2節(jié)不能滿足每掘進一環(huán)出土一次的要求，若安裝3節(jié)渣土車井口空間不夠，因此綜合考慮始發(fā)井長度后導(dǎo)洞的長度，滿足渣土運輸和管片運輸為條件，盾構(gòu)掘進距離長度為60m。圖5-17盾構(gòu)分體始發(fā)第二階段圖5.3.勞動力組織（1）隧道人員配置：掘進管理人員、盾構(gòu)操控手、環(huán)流操作手、機修工、電工、電瓶車司機及其他配合人員；（2）地面人員配置：地面管理人員、地面指揮、司索、龍門吊司機、叉車司機、挖掘機司機、鏟車司機、汽車司機、電工、電焊工、機修工、其他配合人員。隧道人員序號崗位人數(shù)序號崗位人數(shù)1中央控制室12隧道值班工程師13機修工14電工15測量26電瓶車司機17井下掛鉤28掘進配合89軌道維護1隧道清理3地面施工人員序號崗位人數(shù)序號崗位人數(shù)1地面起重班72地面值班工程師13攪拌人員24龍門吊司機15司索16管片裝卸27焊工38機修工26。材料與設(shè)備該工法施工過程所需的主要設(shè)備見下表。序號設(shè)備名稱用途序號設(shè)備名稱用途1土壓平衡盾構(gòu)機（1臺）隧道施工平板車（2臺）井下水平運輸2同步注漿系統(tǒng)（2套）同步注漿地面及井下垂直運輸3冷卻臺（1套）冷卻循環(huán)水壓漿泵（2套）管道補壓漿用4清水泵（3臺）井口及沉淀池電焊機（4臺）焊接5機車（2臺）井下水平運輸排污泵（4臺）隧道內(nèi)排污6挖掘機（1臺）沉淀池挖土風(fēng)管（4.3km）隧道通風(fēng)7風(fēng)機（2臺）隧道通風(fēng)電話（16臺）施工通訊8砂漿攪拌站（1套）拌制砂漿碴車（3臺）渣土運輸序號設(shè)備名稱用途序號設(shè)備名稱用途9充電機（2套）電瓶充電吊裝盾構(gòu)機7。質(zhì)量控制本工法實施過程中執(zhí)行以下主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范有：（1）《盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范》GB50446-2017；（2）《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》GB50299-1999；（3）《城市軌道交通工程測量規(guī)范》GB50308-2008；（4）《工程測量規(guī)范》GB50026-2007；（5）《錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范》（GB50086—2001（6）《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205-2001；（7）《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50204-2015）。8.安全措施8.1施工機械（1）車輛駕駛員和各類機械操作員，必須持證上崗，嚴(yán)禁無證操作，對駕駛員、機械操作員定期進行安全管理規(guī)定的教育。（2）嚴(yán)禁酒后駕駛車輛和操作機械，車輛嚴(yán)禁超載、超高、超速駕駛，禁止使用帶病的車輛、機械和超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。（3）機械設(shè)備在施工現(xiàn)場應(yīng)集中停放，嚴(yán)禁對運轉(zhuǎn)中的機械設(shè)備進行檢修、保養(yǎng)。（4）指揮機械作業(yè)的指揮人員，指揮信號必須準(zhǔn)確，操作人員必須聽從指揮，嚴(yán)禁蠻干作業(yè)。（5）起重作業(yè)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《建筑機械使用安全技術(shù)規(guī)程》和《建筑安裝工人安全技術(shù)操作規(guī)程》中的有關(guān)規(guī)定和要求。（6）使用鋼絲繩的機械，必須定期進行保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)問題及時更換，在運行中禁止工作人員跨越鋼絲繩，用鋼絲繩起吊、拖拉重物時，現(xiàn)場人員應(yīng)遠(yuǎn)離鋼絲繩。（7）設(shè)專人對機械設(shè)備、各種車輛定期檢查、維修和保養(yǎng)，對查出的隱患要及時進行處理，并制定防范措施，防止發(fā)生機械傷害事故。（8）現(xiàn)場地面使用叉車轉(zhuǎn)運管片和其他材料設(shè)備，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行叉車操作規(guī)定。（9）現(xiàn)場垂直運輸主要依靠32T龍門吊一臺，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行龍門吊操作規(guī)定。（10）隧道內(nèi)水平運輸主要依靠電瓶車進行，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行電瓶車操作規(guī)定。8.2垂直運輸施工材料及管片的吊運主要通過叉車在現(xiàn)場進行轉(zhuǎn)場，然后通過32T龍門吊吊入隧道中，擺放在平板車上。（1）應(yīng)對起重設(shè)備的操作人員、電瓶車操作人員和指揮人員進行安全技術(shù)交底。（2）行車司機必須經(jīng)過培訓(xùn)、考核后合格者方能上崗。（3）重點強調(diào)重物下嚴(yán)禁站人，并落實措施及管理工作，專職設(shè)備檢查人員定期檢查并做好記錄（每周檢查）。（4）對起重設(shè)備的索具、鋼絲繩、卸克、土箱、管片吊鉤做到定期檢查，安全使用各種安全裝置，督促落實維修、整改工作。在吊裝預(yù)制構(gòu)件或其他施工材料時，吊環(huán)和索具的安全系數(shù)K≥8。（5）同步施工由于起重高度的限制，務(wù)必要注意起吊夾角和上下人員的安全，吊裝預(yù)制構(gòu)件時，必須固定牢靠后方可脫鉤。8.3水平運輸（1）電瓶車司機必須經(jīng)過培訓(xùn)，考試合格后方可上崗作業(yè)。（2）做好對電瓶車司機安全教育，并做好安全交底工作，防止電瓶車傷人，嚴(yán)格控制電瓶車速度。（3）井下電瓶車司機兼職掛鉤，同樣必須經(jīng)考核合格后持證上崗。（4）嚴(yán)格執(zhí)行電瓶車安全操作規(guī)程，加強對電瓶車“連接”部位檢查。（5）督促電瓶車司機做好交接班及運行情況記錄工作。（6）電瓶車運行過程中嚴(yán)禁搭乘電瓶車，做好檢查、監(jiān)督工作。（7）做好每日巡視檢查工作，檢查電瓶車運行速度、進入車架段限速及軌道端頭限位裝置安放情況。（8）電瓶車的警鈴和信號必須齊全，進入同步施工區(qū)域必須鳴（響）信號，警告施工人員；電瓶車上的運輸材料必須堆放整齊并固定牢靠，以防在運輸過程中滑移，撞擊臺車和傷害施工人員；由于后配套臺車區(qū)域兩側(cè)間距較小，進入此區(qū)域嚴(yán)禁電瓶車司機的手、頭伸出機車外。9.環(huán)保措施該工法的施工對周邊環(huán)境影響較小，在市區(qū)內(nèi)需注意夜間施工對居民影響，對于噪聲較大的作業(yè)夜間將不進行施工。施工需用到大量的砂及水，施工完后對使用后的砂、水、砼塊及其他渣土需運輸?shù)綄ｉT處理點進行處理，若可繼續(xù)用于現(xiàn)場其他部位施工可回收至場內(nèi)指定地點存放。1）噪聲控制（1）施工期間主要的噪聲來源是施工機械、施工活動和運輸車輛。采取的控制措施為：（2）施工現(xiàn)場的高噪聲主要來源于凍結(jié)機組，如噪聲超標(biāo)，需配備和安裝相應(yīng)的消聲和屏蔽設(shè)施。（3）采取措施，盡量選用低噪聲的機械設(shè)備和工法。并且在滿足土層施工要求的條件下，盡量選擇低噪聲的施工機具，避免使用高噪聲的機械和工法。2）水污染控制施工期間的水污染來源主要是盾構(gòu)掘進的泥漿水，泥漿水運輸至地面，在處理區(qū)內(nèi)經(jīng)過處理后才能進行排放。3）大氣污染控制（1）大氣的主要污染來源有：噴錨、運輸、開挖、燃油機械等。采取的控制措施：（2）對易產(chǎn)生粉塵、揚塵的作業(yè)面和裝卸、運輸過程，在條件允許的情況下設(shè)置防塵棚，制定操作規(guī)程和灑水降塵制度，在旱季和大風(fēng)天氣適當(dāng)灑水，保持濕度；（3）嚴(yán)禁在施工現(xiàn)場焚燒任何廢棄物和會產(chǎn)生有毒有害氣體、煙塵、臭氣等有毒有害物質(zhì)要使用封閉和帶有煙氣處理裝置的設(shè)備；（4）水泥等易飛揚細(xì)顆粒散體物料應(yīng)盡量安排庫內(nèi)存放，堆土場、散狀物料露天堆放場要壓實、覆蓋；（5）加強渣土運輸管理，做到運輸過程不灑落；車輛出場沖洗車輪，減少車輪攜土。10.效益分析該工法為盾構(gòu)隧道施工工序安排提供了新的思路和技術(shù)，可以解決狹小場地盾構(gòu)始發(fā)施工中的一些問題，減少了投入，縮短了工期，其中分體始發(fā)用的23.6m基坑造價為590萬，增加15m后導(dǎo)洞暗挖80萬，比常規(guī)φ4310整機始發(fā)113m的基坑節(jié)省了約1100萬元的建設(shè)費，比常規(guī)的始發(fā)需要時間節(jié)省2個月，為工程創(chuàng)造巨大效益。11.工程實例本工法應(yīng)用于500kV楚庭（穗西）輸變電工程電纜隧道（東段）位于廣州市，盾構(gòu)始發(fā)井位于擬建南大干