8、土压平衡盾构到达施工工艺工法

土压平衡盾构到达施工工艺工法1 前言1.1 工艺工法概况盾构隧道施工即为从一个车站（始发站）掘进至另外一个车站（到达站）的施工，盾构机即将进入到达站的施工即为盾构到达施工。在盾构进入到达车站前9米的土体进行三轴搅拌加固，加固范围为盾构隧道竖向上下3m，盾构隧道横向左右3m，冷缝已采用旋喷桩进行补缝处理。1.2工艺原理 加强盾构机进站土体稳定性，调整盾构机进站姿态，加强管片拼装质量，确保盾构机安全出洞。2 工艺工法特点2.1 质量控制 对接收盾构井前土体进行预加固，并结合降水施工对端头进行降水，确保盾构机进洞时洞门无渗漏水发生；盾构机进洞前，对掘进参数进行控制，确保盾构精确贯通，防止盾构机进洞时发生栽头。2.2 安全控制 洞门凿除分3步进行，确定凿除时间，防止洞门出现坍塌。3 适用范围盾构接收安全风险大，是盾构施工的关键环节之一。盾构施工中加强隧道线型，盾构参数和姿态控制，以及地面沉降控制，以确保盾构准确、安全、顺利接收，防止出现坍塌、涌水涌砂等险情。本工艺工法适用于盾构从距到达接收井50m至盾构全部进入接收井的作业过程。4 主要引用标准4.1地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范（GB50307）；4.2地下铁道工程施工及验收规范（GB50299）；4.3盾构法隧道施工与验收规范（GB 50446）。5 施工方法接收端土体加固及降水、接收托架的安装与固定、接收井的准备、洞门凿除施工、渣土外运及橡胶帘布的安装及盾构机贯通后上接收托架等，以此提高盾构机接收的安全系数。6 工艺流程及操作要点6.1 施工工艺流程施工工艺流程见图1。图1 盾构接收施工工艺流程图6.2 操作要点6.2.1 洞门凿除在凿除洞门前，在洞门范围内采用水平钻孔的方法进行超前检查，水平钻孔的长度需进入加固地层33.5m，在水平钻孔中安装注浆管以备二次注浆，确认洞门外侧的地下泥水和流沙情况，防止洞门凿开后大量泥水或流沙涌进车站接收井；若出现钻孔流水、流沙的情况，可利用水平注浆管进行注浆补充加固，加固效果直到洞门完全密封即可。洞门凿除根据洞门的稳定性，决定洞门凿除的时间，应尽早进行洞门破除，但应避免破除后暴露时间过长产生坍塌。进行洞门破除，采用“分层分块”的方式从上往下进行凿除施工，可预先凿除洞门桩（墙）内侧2/3厚度，保留1/3墙厚度，待盾构机刀盘顶在桩（墙）上时，再通过人工凿除砼并切断钢筋，割除剩余钢筋时按照从下往上的顺序进行割除。 图2 洞门凿除示意图6.2.2 混凝土导台施工或接收托架安装1混凝土导台的中心线应与隧道设计中心线一致，同时还要兼顾盾构机进洞姿态，混凝土导台的标高除要适应于线路情况外，适当降低20mm，根据洞门钢环的实测变形情况，准确定位混凝土导台的方向和高程，确保盾构机准确的爬上导台。2依据隧道设计轴线及复测洞门中心情况定位安装接收托架。考虑接收托架在盾构接收时要承受纵向、横向的推力在盾构接收之前，对接收托架两侧用H型钢进行加固，托架中间型钢法兰盘部位进行焊接加固。盾构托架安装控制水平±10mm，高程控制-15mm，为保证盾构刀盘进洞后及时上架，需在洞门钢环上设置两道导轨引导盾构机上架（见图3、图4、图5、图6）。图3 托架平面示意图图4 托架断面示意图图5 托架安装照片一 图6 托架安装照片二 6.2.3 密封安装洞口密封采用折页式密封压板见下图。图7 折页式密封压板其施工分两步进行：第一步在接收端墙施工过程中，做好接收洞门预埋件的埋设工作，预埋件必须与端墙结构钢筋连接在一起；第二步在盾构接收之前，完成洞口密封压板、橡胶帘布及钢丝绳倒链紧固装置的安装。在盾构机接收时，很有可能因为刀盘旋转损坏帘布橡胶板或使压板发生位移。所以，盾构机接收时，要注意对帘布橡胶板的防护，并及时调整洞口压板。图8 盾构接收时压板密封图6.2.4 应急准备在接收井内准备好沙袋、水泵、水管、方木、风镐等应急材料和工具，为洞门出现涌水、涌砂等情况的应急准备。6.3 盾构接收段掘进6.3.1 方向控制做好接收的测量工作。在接收段掘进前，要对隧道基线进行测量，并对测量结果进行复测，确认盾构机的位置。在盾构机进洞前100m即加强盾构姿态和隧道线形的测量，人工测量盾构机姿态和自动测量系统对照，及时纠偏，确保盾构准确接收。6.3.2 姿态控制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，同时应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。最后50米掘进时测量人员跟班测量，根据洞内导线测量数据人工复核盾构机姿态、实测成型管片姿态和自动测量系统测量姿态进行比较，及时进行纠偏，每环纠偏在15mm以内。破洞门前，有意将盾构机调整成抬头姿态，确保盾构机仰角允许偏差控制在2mm/m以内，垂直姿态+15+20mm，防止进洞时栽头，水平姿态控制±10mm。6.3.3 参数控制盾构进入接收阶段后，首先减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制出土量并时刻监视密封土仓压力值，避免较大的地表隆陷。根据地质条件，可采用土压平衡的掘进模式，当洞门漏水、漏砂严重时，可将切削下来的渣土替换泥水，使密封土舱成为一个较致密的土柱，防止洞门上方塌陷。贯通前56环，降低盾构机掘进推力，使之维持在4000KN左右，密切关注盾构机推进速度和推进压力以及掘进出土情况。在贯通前的最后2环，总推力降至20002500KN，掘进速度控制在510mm/min之间，在最后掘进的过程中逐步降低土仓压力，直至离洞门破除还有1m的时候将土仓清空，最后1m的掘进完全是空仓掘进。6.3.4 管片拼装控制在最后100环加强管片姿态的监测频率，并及时告知土建工程师，以便及时做出判断，保证盾构机显示屏上的姿态更接近实际管片姿态。由于盾构到站时推力较小，致洞门附近的管片环与环之间连接不够紧密，因此作好后30环管片的螺栓紧固和复紧工作。特别在最后20环时应及时加强拧紧和复紧螺栓。螺栓复紧后，用扁钢沿隧道纵向拉紧后20环管片，使后20环管片连成整体，防止管片松弛而影响密封防水效果。6.3.5 注浆控制1盾构接收段，同步注浆应尽量饱满，在开启超挖刀状态下的同步注浆量应考虑超挖量。2为防止盾尾后方及盾体外的水土通过盾壳与土体之间的间隙进入刀盘前方，可利用中盾径向孔或盾尾后方管片注浆孔注入聚氨酯或双液浆，以形成止水环箍以封堵后方来水，防止出现开挖面涌水、涌砂。3在盾构接收段，应选用粘性较好的油脂，减少盾尾漏浆或漏水漏砂的可能。4及时根据地表监测数据，控制同步注浆及二次注浆量，确保地表隆起及沉降值控制在10mm以内。6.4 盾构到达施工6.4.1在接收前，计算好贯通里程、各阶段注浆里程，并计算好进洞零环的位置。6.4.2当盾构机刀盘进入加固体以后可安排盾构机在此处停机。对盾构机各个系统包括后配套设备系统，水平、垂直运输系统，轨道等进行维修和保养，确保所有设备在最后接收阶段处于完好状态。6.4.3在盾构机进入加固体后，预留环箍进行封水：在盾构机进入加固土体的初始掘进中，超挖刀伸出量为125mm，超挖范围为除上部15点1点及下部7点9点之外的其他范围。超挖刀的全伸能最大范围地对周围的土体进行开挖，减少土体对盾体的摩擦阻力，从而减轻盾构机工作负荷。待中盾进入加固体后利用中盾上的10个聚氨酯注入孔在侧墙附近注入水溶性聚氨酯，形成环箍防水密封，聚氨酯的用量为2030kg/孔（如图9所示）。图9 加固体设置止水环箍示意图在盾尾完全进入加固体后（即第三道盾尾刷进入加固体约500mm）制造第一道环箍。第一道环箍的宽度可适当加大，在该段加固体中设置为800mm。在盾构机刀盘进入加固体约4m后，控制超挖刀伸缩，形成第二道环箍，该环箍的长度为500mm。对第二道环箍的施工处理与第一道环箍相同。第三道环箍位于加固体内离车站侧墙1m处，环箍的长度约500mm，待中盾上的聚氨酯孔推进到该位置时，同样用聚氨酯进行封堵水，并利用管片上的预留注浆孔（即管片吊装孔）进行封环注浆，注浆液采用水泥浆-水玻璃混合浆液，对封环注浆的施工在后面有详尽的论述。三道环箍的施工参数和材料用量的统计见表1。表1 三道环箍的施工参数和材料用量6.4.4洞门凿除完后，盾构缓慢推进，逐步出空土仓内的渣土，并开始降低土压。6.4.5根据推进情况，若需拼装管片，需将盾构机模式调整至调试模式，保持刀盘连续转动，螺旋机同时进行转动，可进行正、反转，将螺旋机内的土完全出完。注意保护好密封压板和橡胶帘布，防止推进过程中大块的土体倒塌时砸伤橡胶帘布、密封压板及托架。6.4.6盾构机空仓推进，直至推穿加固体，刀盘顶出帘布密封圈，推进过程中，超挖刀在推穿加固体前1.21.5m关闭。洞外及时清理推出的土体，确保盾构机能尽快上接收托架。6.4.7清理工作完成后，盾构机刀盘停止旋转，盾构上接收托架。此时盾尾还未脱出橡胶帘布，应及时进行洞门处二次注浆封环，可注聚氨酯封水。（与6.5盾构上托架合并）6.4.8盾构机完全进洞，完成吊装之后，对最后5环进行二次注浆，防止过后洞门漏水。6.5 盾构上接收托架6.5.1在刀盘露出后，停止刀盘旋转，尽快将盾构机推上接收托架，根据实际进洞姿态，可适当打开铰接，确保盾构机顺利上接收托架。图10 盾构上接收托架图6.5.2对加固体与原状土之间的管片，及时进行封环，并根据开孔时的情况，判断后部来水的情况，确保后部来水封死。6.5.3盾构机完全上接收托架后，及时进行洞门的封堵，可对最后2环注入聚氨酯进行封水。7 劳动力组织表2 盾构接收劳动力组织表序号工 种人数1施工队长22班长23盾构机操作司机24管片拼装工125注浆工66机电工27司索工48电瓶车司机29龙门吊司机210防水工611普通工人10总计508 主要机具设备表3 盾构接收主要机具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1.1盾构机主机及后配套1套海瑞克6140mm1369KW2运输设备2.1电瓶车2台Xk45-91540p45t2.2充电机4台KCA-150/380V2.3蓄电池组2组540V2.4运碴车10台2.5管片运输车4辆15T2.6运浆车6台8m33起吊、拆卸、安装等施工专用设备3.1龙门吊1台45t3.2隧道通风机1台SFD60-4-N0103.3液压扭力板手1套3.4低压配电柜1台3.5箱式变压器1台630KVA+500 KVA3.6排污泵3台3.7双液注浆泵1台3.8液压分离式千斤顶(带液压站)4台3.9强制式搅拌机1台3.10发电机1台500KW3.11高压清洗机1台3.12散装水泥罐、粉煤灰罐各1台4检验、试验设备