城市轨道交通盾构法施工工艺流程

城市轨道交通盾构法施工工艺流程1概述盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进，边防止开挖面土砂坍塌，边在机内安全的进行开挖作业和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工方法”。按照这个定义，盾构施工法是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大部分组成。初期的盾构法是用手掘式或机械开挖式盾构机，结合使用压气施工方法边保证开挖面稳定，边进行开挖，在地下水较丰富的地区，用注浆法进行止漏，而对软弱地层，则采用封闭式施工。经过多年对盾构技术的研究开发和应用，已演变成现在非常盛行的泥水式和土压式两种盾构机。这两种机型的最大优点是在开挖功能中考虑了稳定开挖面的措施，将盾构施工法中的三大要素的前两者联系融为一体，无需辅助施工措施，就能适应地质情况变化范围较广的地质条件。在隧道的一端建造竖井或基坑，将盾构安装就位盾构从竖井或基坑的墙壁开孔出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的孔壁推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已经拼装好的衬砌管片上，再传到竖井或基坑的后靠壁上。盾构机是这种施工方法中主要的施工机具。地下铁道盾构法施工是在闹市区或水底的软弱地层中进行的，是修建地下铁道较好的施工方法之一。近年来盾构机械设备和盾构法施工工艺的不断发展，适应大范围的工程地质和水文地质条件的能力大为提高。各种断面形式和具有特殊功能的盾构机械(急转变盾构、扩大盾构法、地下对接盾构等)的相继出现，其应用在不断扩大，由于盾构法施工具有作业在地下进行，不影响地面交通，减少对附近居民的噪音和振动影响；施工费用不受埋深的影响，有较高的技术经济优越性；盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，易于管理，施工人员较少；穿越江、河、海时，不影响航运；施工不受风雨等气候条件影响等有利特点，将对地下铁道的施工技术的发展起到有力的推进作用。盾构法施工开挖面稳定技术的历史，是从压气施工法的“气”演变到泥水式的“水”和土压式的“土”。“开挖面稳定”和“盾构开挖”的技术已达到较完善的地步。目前盾构一般指密封式泥水式和土压式盾构。泥水加压式盾构因其具备用地面积小、适用土质广、残土容易处理等优点，在建筑物密集的市区，使用数量在逐渐增加。盾构法作为目前最为安全有效、品质兼优的城市轨道施工工艺，已经被绝大多数市政工程所青睐，在21世纪中国社会、经济高速发展的时代，全国范围内各大中型城市都倾向于城市地铁及类似的市政工程的修建，因此盾构法施工在目前国内的市场不可估量。盾构法施工糅合了传统和现代的各项技术革新，有着固定的施工工艺流程，包含了诸多施工环节，每一个环节或工序都必须有技术含量较高的专项方案指导施工，并辅以经验丰富的管理操作人员，才能充分发挥盾构法施工的优越性，实现工程的最大收益。现将盾构法地铁施工工艺流程总结如下，各分部、分项工程施工应参考专项方案。2场地规划2.1临建设施根据项目所在地政府和业主等上级主管部门的要求，确定临建设施所需板材和样式，围挡等临建应当和项目所在地同类项目一致建设。生活区和生产区应该严格区分，并在场地内各显著位置悬挂安全生产标语。生活区应该包括办公区和住宿区，应合理规划，办公区要划分会议室和办公室，同时还要单独确定食堂和厨房位置，绝对避免安全隐患。生产区应该设置进出口，并用专用围栏和生活区隔断，在进出口位置悬挂安全生产标语。生产区内应该合理规划库房和材料堆放地等。2.2临时设施（1）碴坑碴坑设置于始发井旁边，原则是利于出渣用吊机倾倒渣土，并便于土方车外运。碴土坑采用C20砼，底板及侧墙厚不低于30cm。每个碴土场四周设置挡碴板，碴土场总存碴能力≥1500m3。（2）管片堆放场根据盾构施工龙门吊设置情况，管片堆放场设置在吊机轨道之间，原则是利于吊机吊放，同时考虑管片运输车便于进场。正式管片堆放场的管片存放能力≥210块（35环）。（3）砂浆拌合站结合盾构施工列车编组情况及盾构施工预留口位置，将拌合站设置在始发井入口区域内。拌合站包括拌合楼、砂石料场、水泥储存罐、粉煤灰储存罐及砂浆储存罐。砂浆拌合站场地全部钢筋混凝土硬化，并施作储存罐基础。（4）冷却塔及砂浆中转站冷却塔及砂浆中转站设置在始发井出口位置附近，用H型钢或工字钢搭设冷却塔放置平台。（5）通风机通风机临时设置在盾构始发井出口位置，根据掘进情况，在过站后可在车站口位置另行设置。（6）充电间充电间设置在始发井附近空荡区域，采用砖砌结构。（7）物资、机电库房主要存放小型配件和材料。（8）材料堆放场主要堆放盾构施工用的油脂、泡沫剂、轨道、轨枕、人行踏板等。（9）小型机具堆放场主要堆放盾构施工用的备用碴车、管片车等其它施工机具。堆放场地面采用C25砼硬化。（10）洗车槽在施工场地两端大门位置设洗车槽，所有进出工地施工车辆必须经过清洗干净后，方可驶出场地。洗车槽采用下沉式，洗车槽旁设置沉淀池，洗车所排水经沉淀池沉淀后排入市政污水管线。3人力资源配置项目部根据情况设置6部1室或7部1室，具体请见附表2。施工生产部负责盾构施工的组织、管理；机电设备部负责盾构法施工的各项设备保障工作；技术质量部负责施工技术方案的制定、盾构施工技术指导、量测、试验以及相关内业资料的收集整理和上报。施工生产部设四个盾构施工工班，两个地面施工工班，一个临工班，一个注浆班；机电设备部下一个维修班；技术质量部下设测量班、试验室；项目部另应设一个渣土外运队。4盾构机选定、进场4.1盾构机的选型原则（1）选择的盾构机机型和功能必须满足标段线路条件、工期、施工条件和环境等要求。（2）选用的盾构机应具有良好的性能和可靠性。（3）类似地质、施工条件下盾构选型、施工实例及其效果。（4）盾构机制造商的知名度、良好的业绩、信誉与技术服务。4.2盾构机的选型依据（1）标段招标文件、招标设计、岩土工程勘察报告等要求，区间隧道工程地质、水文地质以及线路条件、地层沉降、工期和环境保护、施工条件等。（2）根据工程特点，盾构机应配备泡沫和澎润土注入系统，进行掘进中的碴土改良，实现盾构的土压平衡掘进和止水固结掌子面能进入土仓进行各种作业的目的。（3）专家会议建议。4.3盾构机应具备的功能（1）基本功能具备开挖系统、出碴系统、碴土改良系统、管片安装系统、注浆系统、动力系统、控制系统、测量导向系统等基本功能。（2）能够在高地下水砂砾石地层长距离掘进，还需具备以下功能：①具备土压平衡模式掘进功能；②足够的刀盘驱动扭矩和盾构推力；③合理的、高耐磨性的刀盘及刀具设计，足够的刀盘开口率，开口形状及合理位置；④能承受大偏心力矩的主轴承设计，具有高的主轴承设计寿命，有效的主轴承密封及刀盘减震设计；⑤盾构机的铰接系统和盾尾密封系统在压力状态下的可靠防水密封性能；⑥优良的碴土改良系统：配备泡沫注入系统和澎润土注入系统；⑦可靠的盾构机防喷涌设施：⑧功能完善可靠的人员仓设计；（3）具备处理大粒径卵石和漂石的能力：①刀盘及刀具具有中硬岩切削能力：通过安装在刀盘上的双刃滚刀对大粒径漂石进行破碎；②刀盘和螺旋输送机能满足一定粒径的卵石和破碎后的漂石的排出能力，且具有高的耐磨性；（4）特殊地段的通过能力：①穿越砂卵石地层，盾构机应具备土压平衡掘进和保压能力。②过高水压地层，盾构机应具备防喷涌的能力。③过砂卵石地层刀盘、刀具要有抗磨损保护措施。（5）精确的方向控制盾构机必须具有高精度的导向系统，确保线路方向的正确性，盾构方向的控制包括两个方面：○1盾构机本身能够进行纠偏；○2采用先进的激光导向技术保证盾构掘进方向的正确。（6）环境保护盾构法施工的环境保护包括两个方面：○1盾构施工时对周围自然环境的保护，即地面沉降满足设计要求，无大的噪声、震动等；○2要求盾构施工时使用的辅助材料如油脂、泡沫等不能对环境造成污染。（7）掘进速度满足计划工期要求。（8）设备可靠性、技术先进性与经济性的统一。4.4盾构机进场、吊装（1）盾构机在工厂由供应商进行主要部件组装及调试后，将分成几个大的部分运往施工现场。主要包括前盾，中盾，尾盾，刀盘，管片安装机，以及后配套系统等。（2）盾构机组装采用吊装方式，吊装设备主要有1台260t的履带吊机，1台90t汽车吊，2台85t液压千斤顶以及一批钢索吊具等。（3）吊装时注意事项：①履带吊机工作区铺设20mm厚钢板，防止地层不均匀沉陷；②组装前应对始发基座(始发托架)进行精确定位；③大件组装时应对始发井端头墙进行严密的观测，掌握其变形与受力状态；④大件吊装时用汽车吊辅助空中翻转。（4）组装分为两部分：①盾构机主体及拖车的吊装；②盾构机各部件的联接及各种管线(电、液、气、水等)系统的安装。5盾构机调试、掘进5.1盾构机调试（1）空载调试盾构机组装和管线连接完毕后,即可进行空载调试。空载调试的目的主要是检查设备是否能正常运转。根据实际测得参数与供应商所提供的进行校核。主要调试内容为：配电系统、液压系统、润滑系统、冷却系统、控制系统、注浆系统、出碴系统，以及各种仪表的校正。（2）负载调试空载调试证明盾构机具有工作能力后，即可进行盾构机的负载调试。负载调试的主要目的是检查各种管线及密封设备的负载能力，对空载调试不能完成的工作进一步完善，以使盾构机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求的工作状态。试掘进时间即为负载调试时间，根据情况一般定为200m。5.2盾构机运转盾构运转包括组装后的空载运转，200m负载试运转，正常掘进段的运转等几个阶段。其中空载运转项目和测试项目按与盾构供应厂家签定的供货合同中相关条款进行，通过空载运转调试，证明盾构机组装无误后，方可进行200m带载运转。带载运转是一个盾构掘进参数优化的过程，该过程中，通过土压平衡式盾构关键施工技术—即开挖面稳定和自控技术、盾尾可靠密封和同步注浆技术及盾构掘进姿态控制技术的综合运用，为正常掘进参数的优化集累经验。正常掘进是盾构机的快速掘进阶段。5.3盾构机的始发、调头、过站、转场根据盾构区间隧道的施工特点，盾构机在分体吊装、整机组装和空载调试完成后需要进行始发，同时在盾构机施工完成单个区间后，根据既有车站的建设情况和结构情况，需要进行调头、过站和转场等工序。盾构机的首次始发是整个标段主体结构开始施工的最关键工序，在始发之前必须做好以下几项准备工作：○1盾构机托架和反力架安装，盾构机托架是盾构机的始发“基座”，必须确保位置准确无误，才能保证盾构机进入预留洞口位置的精确度。反力架为盾构机掘进提供反力支撑，反力架必须牢固安装，后侧位置必须有强有力的横撑或斜撑，一般由型钢加工而成。○2端头加固，为确保盾构机始发阶段由于刀盘对既有稳定土层的扰动，进而造成端头位置结构坍塌或漏水等意外情况，必须对始发端头进行加固，同时到达端头也必须进行加固处理，根据各始发和到达端头工程地质、水文地质、地面建筑物及管线状况和端头结构等综合分析与评价，选用不同的加固措施。具体加固措施可见专项方案。○3洞门密封，洞口密封采用帘布橡胶和折叶式压板密封。其施工分两步进行，第一步在始发端墙施工过程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作，在埋设过程中预埋件必须与端墙结构钢筋连接在一起；第二步在盾构正式始发之前，清理完洞口的碴土后及时安装洞口密封压板及橡胶帘布板。盾构机过站，过站工序相对简化，只需对主机和拖车进行解体，但是盾构机主机本身和拖车之间不再进行额外解体，除非盾构机本身需要进行大幅度的维修。一般情况下，盾构机过站时，在成型车站底板位置铺设钢轨，盾构机采用液压泵站等外力空载过站，后备拖车则用电瓶机车拖拉过站，然后准备重新始发。盾构机的调头类似于过站，但是需要对盾构机和拖车进行方向扭转，工序相对复杂，一般要在成型车站底板位置铺设曲线钢轨，仍需借助液压泵站等外力，同时需要预先租赁90T以上吊机备用。盾构机的转场是最为复杂的工序，一般是由于成型车站的结构尺寸不能够满足盾构机机身和台车通过，必须对盾构机刀盘、主机和各节台车进行拆除，然后分体调出到达端头，盾构机的解体与组装过程相反，只是注意拆卸管线要挂好标志牌为组装作好准备。其余与始发组装基本相同。6管片生产、供应管片制作由有资质的管片加工企业承担，管模6套，即标准环4套、左右转弯环各1套.6.1管片生产管片生产包括：钢筋制作、钢模准备