盾构区间加固换刀方案

0福州市轨道交通00号线工程土建施工第00合同段0~0区间盾构机加固换刀方案编制审核批准中铁0000集团有限公司福州市轨道交通00号线00标段项目经理部2014年6月5日1目录一、编制目的和原则...................................2二、编制依据.........................................2三、工程概况.........................................2四、地质情况及水文情况...............................3五、盾构机现状.......................................3六、加固方案.........................................4七、开仓换刀方案....................................10八、施工监测........................................17九、孤石处理及换刀后试推进方案......................17十、施工安全保证措施................................18十一、施工注意事项..................................21十二、换刀作业施工应急措施..........................212一、编制目的和原则1、指导盾构施工中的开仓换刀作业工作；2、保证作业人员、作业环境的安全；3、保证开仓换刀工作的安全、有序、快速进行。二、编制依据1、《地下铁道工程施工及验收规范》2、《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》。3、《盾构施工常压开仓作业人安全管理规定的通知》4、福州轨道交通一号线新-象盾构区间补勘报告。5、福州轨道交通一号线新–象盾构区间施工图。三、工程概况3.1工程范围本段施工范围为新店车辆段～象峰站盾构区间工程。工程范围及里程见下表：工程范围及里程表工程名称里程长度备注新店车辆段～象峰站盾构区间出段线CDK1+038.9～CDK1+688.000649.1m入段线RDK1+073.28～RDK1+724.288651.008m3.2区间隧道概况本区间自汤斜佳园的盾构工作井始发，向东偏北方向穿过汤斜溪、汤斜村，沿线经过的主要是村民住宅及菜地。设计变更后在出段线CDK1+064.505、入段线RDK1+100位置设置盾构吊出井。本区间线路线间距均为12m，区间隧道覆土最大厚度23m，盾构段最小覆土厚度5.0m（距汤斜溪底部）。纵断面为单向坡，出段线最大纵坡33.209‰，最小纵坡13‰；入段线最大纵坡33.56‰，最小纵3坡11‰。本区间隧道采用两台ZTE6410复合式土压平衡盾构机从新店出入段端头井始发，掘进至盾构吊出井。采用预制钢筋混凝土管片，管片宽度为1.2m，外径6.2m，内径5.5m，错缝拼装。四、地质情况及水文情况4.1地质情况本区间场地主要岩土层分布特征如下：1-0耕植土；1-1杂填土；1-3淤泥质填土；4粉质粘土；5-1淤泥质粘土；6碎卵石；7粉（砂）质粘土；13-a残积（砂）质粘性土；14全风化岩；15散体状强风化岩；16碎裂状强风化岩；17中等风化岩。盾构主要穿越13-a残积（砂）质粘性土、14全风化岩、15散体状强风化岩地层。4.2水文情况地表水：新店车辆段～象峰站盾构吊出井一次穿越汤斜溪，其水位主要受降雨和地表径流控制，本次勘察期间测得隧道穿越处汤斜溪水面标高分别约37.5m、24.0m，水深约0.2-0.3m；另外场地内局部分布有鱼塘、洼地等地表水体。地下水：场地浅部及中部地下水类型可分为上层滞水及承压水—潜水。上层滞水：主要赋存于浅部杂（素）填土层中，为孔隙水，水量不大，主要接受大气降水及地表径流的补给，以蒸发及下渗方式排泄。根据福州市地区经验，该层水位埋深一般在1.0-3.0m间，水位变化幅度约1-3n。承压水—潜水：主要赋存于浅部碎卵石层及其下的残积土、全风化、强风化岩层中，受大气降水及地表径流补给，并随季节性、降雨量变化而变化，水位变化幅度约2-6米。五、盾构机现状盾构机在掘进施工54环开始就在顶部遇到花岗岩，从54~103环为止，中间陆续出现掘进中发现岩石现象。在每次遇到岩石时，盾构机掘进速度从正常的40~60mm变为1~15mm，在这49环的掘进期间，盾构机总共在掘进中遇到岩石为7~8次。每次遇到岩石，盾构机都会发出异响和震动，有间断的响声和震动，到102环开始，响声和震动没有间断性了，而是连续的出现。出线段已经掘进103环，在掘进过程中的推力1200吨，转速1.5r/min，扭矩达到3000以上，贯入度仅0-5mm，并且在掘进时刀盘多次出现卡死现象，根4据目前参数分析，结合有关专家的意见，盾构机刀具可能已有相当程度的磨损。因此，必须尽快进行常压开仓换刀。目前盾构机停机位置具体情况如图5-1：土3.06.040.801.702.583.610.962.523.200.69图5-1盾构机停机平面图六、加固方案根据线路地面的情况，目前刀盘处在房屋地下，鉴于盾构机整个刀盘还未完全进入房屋，且推进速度始终太低，为避免刀盘损坏，采取常压就地换刀的方法，需对刀盘前面土体进行注浆加固。由于刀盘上方有一处陈旧房屋，完全在地面加固，给施工造成很大的不方便，采用三种注浆方法同时实施，一是采取地面加固，在房屋地下刀盘的前方位置，采用袖阀管进行注浆，分为两部分，在刀盘前方的钻孔深度17.4m（共15个孔），在盾构机上方的钻孔深度为10m（共14个），盾构机上方所钻的孔主要为固结地面土房土体(可适当在土房四周增设钻孔加固土房基础)；二是采取在盾构机内部进行注浆，主要是利用中盾处6道超前注浆管钻孔注浆，对盾构体上方固结确保安全以及在人仓对掌子面进行注浆二次加固。三是地面上的土房子拆除后在盾构机的周边进行三重管高压旋喷桩对土体进行加固,在内部设置两口降水井进行降水。56.1施工技术要求（1）对施工管理技术人员和施工人员进行技术交底，严格按照要求施工。（2）跟踪注浆,每两个小时进行监测,必要时加大监测频率并将信息及时反馈,根据反馈信息进行调整注浆。（3）注浆时一定按程序进行,每段注浆量要确准,注浆压力一定要严格控制并专人操作。（4）注浆过程中，若出现异常情况根据现场实际情况进行调整。值班技术人员做好施工记录,严格控制施工质量。6.2施工工艺6.2.1施工工艺流程图6-1地面注浆工艺流程图图6-2超前注浆工艺流程图6.2.2地面注浆加固钻孔至设计深度后，将注浆管从钻杆内插入进行安设，相邻两节用套箍连接，并用粘合剂粘接牢固，用封口盖盖紧管口。当封口砂浆达到强度后，下注浆头和注浆芯管进行注浆。注浆方式采用后退式分段注浆，每次首次注浆完毕后用清水冲洗注浆管，确保下次注浆时管道畅通；注浆顺序为从外向内，没排间隔一个为6检查孔其余为注浆孔。注浆采取定量和限压相结合的方法进行控制。浆液达到预定注入量，可以结束本段注浆；浆液未能达到预定注入量，但注浆压力超出预定值,预定注浆压力为2-4Mpa，可稳定10-15min后结束本段注浆。每孔注浆量：Q=Πr2*H*η*α*β式中：R浆液扩散半径0.5-1m（2-4Mpa）；H为小导管有效长度；η土体孔隙率；α注浆系数0.7-0.9；β浆液损耗系数1.1-1.4。图6-3地面钻孔注浆平面图7图6-4地面钻孔注浆剖面图6.2.3盾构机内加固施工采用矿山法风枪，用¢50mm空心钻杆（使用时送水），先用3m后用5m钻杆穿过超前注浆孔钻孔，然后利用管片拼装机将注浆花管送入土体，并将注浆花管上的法兰与超前注浆管法兰加密封垫用螺栓紧固（防止漏浆），将注浆头用快速接头锁紧，在注浆前，必需搅拌适当的膨润土，加入土仓，对土仓进行加压，压力应达到1.7bar，然后启动刀盘进行旋转，转速控制在0.6~1.0转，让膨润土充分在土仓渗透和搅拌均匀。防止在超前注浆时候浆液流入土仓，将刀盘凝固，造成刀盘无法转动，导致加固后无法转动刀盘检修和更换刀具。或采取空气加压法，对土仓进行加压，防止此问题的发生。采用小导管超前注浆，我们盾构机设置有12超前地质钻孔，其中底部2个，中部4个，顶部6个，本次加固的范围为刀盘前方1.5米的土体，小导管布置在拱顶120°范围内，所以采用顶部6个超前注浆孔进行注浆。超前小导管的参数：超前地质钻孔孔径φ100mm，插入φ42mm的自制带梅花状布置孔眼的袖阀管，长度7m，进入盾构机6.58m可以延伸至刀盘前1.5m，尾端外露0.42m并在尾部焊接止回阀。外插角13.5°，采用风枪钻出孔后再将小导管插入，小导管顶端为尖锥型以便导管插入钻好的孔内。由于注浆量无法具体计算，所以采用注浆压力控制，压力控制在1.5-1.8bar，压力过低达不到加固止水，填充缝隙的效果；压力过高容易照成地面隆起。注浆顺序为先中部再顶部，压力达到设定压力后观察30min，如压力下降就继续注浆，压力不再下降后后关闭后方的阀门，每孔注浆量约为4方。在前盾、刀盘以及刀盘前方1.5米上部形成120°范围的混凝土顶盖，护住上方土体，防止上方土体坍塌确保开仓换刀安全。超前注浆如下图：8图6-5超前注浆示意图6.3三重管高压旋喷桩施工拆除盾构机上方的土房采用三重管高压旋喷桩进行加固。考虑到此次加固的目的主要是保证盾构机的换刀安全,那么根据现场实际情况,决定此次加固范围为纵向5.44m，横向10.84m，刀盘前端加固三排高压旋喷桩（深度为18米），刀盘后端加固一排高压旋喷桩（深度为10米），刀盘两侧加固两排高压旋喷桩（深度为18米）。旋喷桩单桩尺寸为直径800mm,为保证桩咬合效果,采取孔距和排距均为600mm，桩间咬合200mm。浆液采用425#普通硅酸盐水泥和水配制,水灰比1:1,采用立式搅拌罐搅拌。注浆作业时自上而下进行喷射注浆，在施工过程中必须时刻注意检查浆液的初凝时间、注浆流量、风量和风压、水量和水压、旋喷管的提升速度及旋转速度等参数是否符合设计要求，并做好记录。注浆参数如下表:高压旋喷桩施工技术参数表项目技术参数高压水水压（MPa）30～35水量（l/min）80～90压缩空气气压（MPa）0.5～0.7气量（l/min）1500～3000水泥浆水灰比1：1浆量（l/min）35～50提升速度（cm/min）7～10喷嘴直径（mm）1.89当注浆管不能一次提升完毕而需分数次卸管时，卸管后喷射桩体的搭接长度不小于100mm，以保证固结体的整体性。每根桩作业完毕，把泥浆泵、注浆管内的浆液全部排除，防止残存水泥浆将管路堵塞。注浆加固见图7和图8:图6-6旋喷加固平面图图6-7旋喷加固剖面图10七、开仓换刀方案7.1开仓刀具检查前准备工作和作业时通风7.1.1开仓前的准备工作为确保开仓作业的连续、快速，必须做好充分的准备工作，包括开仓作业工具、洞内水电、洞内外通风、气体检测仪器、压排风机具料具、进仓人员的技术交底、安全交底等.准备工作由专人负责，完成后由技术人员确认，机电总工审核。然后出渣降压，由盾构机司机通过螺旋输送器，将土仓内的渣土输出，等土仓内渣土降至人仓门底部以下之后，停止出渣，在出渣的过程中在螺旋出土口进行气体检测。（1）获得开仓审批与作业人员体检开仓前必须进过监理单位的方案审核，获得批准后才能进行开仓作业。批准确认后，安排换刀作业人员进行体检，去正规的医疗机构进行身体检验，体检合格后方可参加换刀作业。换刀作业人员人数表岗位人数体检结果备注换刀工人6合格每班组3人刀具运输工人6合格每班组3人换刀班长2合格每班组1人（2）开仓所需工具根据刀盘刀具配置和以往换刀经验需事先准备好以下工具见开仓所需工具表。（3）换刀作业安全技术交底对进仓换刀作业人员进行安全与技术交底，做好相关知识的培训和考核，合格后安排其进仓换刀作业。（4）加固效果测定根据常压换刀加固方案，采用地表及洞内进行钻孔注浆加固，并且进行地面高压选喷桩施工，地表加固为主，洞内加固为辅，加固刀盘掌子面2.8