盾构出洞方案

-1-杭州地铁1号线工程红普路站21号盾构机拟定于2009年2月下旬在红普路站西端头井出洞，将承担建华站～红普路站区间隧道的推进工作。为此，特制定盾构出洞方案，包括如下内容：1、洞口槽壁砼凿除及处理；2、后盾反力系统布置及安装；3、盾构机出洞及加固层推进的有关技术措施；4、盾构机出洞应急预案；5、反力系统验算。1、洞口槽壁砼凿除及处理1.1洞口槽壁凿除前，盾构出洞口加固的土体，须达到设计所要求的强度、渗透性、自立性等技术指标后，方可开始洞口凿除工作。1.2本次洞门凿除前先打设探孔，若探孔无明显的渗漏水、漏沙情况，则迅速凿除咬合桩砼，厚度为1米。一次性凿除洞圈内所有砼，再割除所有钢筋，砼凿除顺序为由上而下，钢筋割断顺序为由下而上。砼及钢筋清理掉后，盾构机方可出洞。洞门探孔孔位示意见下图：-2-125634洞门洞门探孔示意图1.5拟搭设脚手架采用Ф48钢管，高度6.8m（含顶部1.2m护栏），设置5道竖撑，4道横撑，间距均为1.8m，宽度1.0m。脚手架需下部垫实，脚手架侧面须用斜撑将其撑实，正面与盾构机撑实。3道横撑上面均铺设木板，并与横撑固定。脚手架具体搭设如下图所示：1.6由于洞门与盾构（或衬砌）存在建筑空隙，易造成泥水流失，从而引起地表沉降。须在洞门安装出洞装置。出洞装置包括帘布橡胶板、圆环-3-板、扇形板以及连接螺栓和垫圈。1.7安装前须对帘布橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核，确保其与洞圈上预留螺孔位置一致。安装顺序为帘布橡胶板→圆环板→扇形板。安装时，圆环板的压板螺栓应可靠拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止盾构出洞后同步注浆浆液泄漏。2、后盾反力系统布置及安装2.1后盾系统由钢发射架、钢反力架、146°钢弧形环、钢支撑及负环组成。负环由10环组成，其中6环开口环，4环闭口环。具体见附图1。2.2发射架定位安装根据工作井的平面尺寸及首环管片的里程决定发射架的平面位置，要求发射架定位好后，盾构机的中心线与隧道轴线重合。2.3反力架安装根据首环管片的里程，决定反力架的平面位置。反力架安装时，用经纬仪双向校正两根立柱的垂直度，使其形成的平面与推进轴线垂直。反力架固定牢靠后，用铁墩将其与车站结构抄实。2.4负环安装2.4.1安装-10环管片之前，必须先涂好盾尾钢丝刷油脂。2.4.2-10环管片靠近反力架前，必须在反力架上弹好管片边线及纵向螺栓位置，并预先把纵向螺栓焊接在反力架上，以保证负环管片的整体稳定。2.4.3负环安装时必须控制好管片的法面及相邻两环的高差，必要时需粘贴纠偏材料。-4-3、盾构机出洞及加固区推进的施工技术及安全技术措施3.1为了摸清管线位置、埋深及走向，我们已经走访有关管线单位并在管线协调会上彻底查清管线布置情况。3.2盾构机出洞前对加固区进行取芯抽样试验，无侧限抗压强度须达到0.5～0.8Mpa，并经四方验收后方可施工。3.3若探孔有明显的渗漏水、泥现象，为防止盾构出洞后端头井外侧地表沉陷，盾构土仓内需充填约30m3泡沫塑料。3.4盾构机出洞时，应严格控制推进速度，密切观察盾构机推力与盾构结构受力情况，保证后盾系统的安全，如发现结构变形，应立即采取加固措施。3.5盾构在加固层推进时，应由经验丰富的盾构司机进行操作，刀盘切削时加水量、大刀盘转速、油压及推进速度等应及时调整。5.3盾构机初始掘进（100环试掘进与穿越管线模拟掘进）由于此次出洞后80米就将穿越￠1000上水管线，因此初始掘进的盾构平衡压力的设定变的尤其重要，维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节，这里面包含着推力、推进速度和出土量的三者相互关系，对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用。（1）盾构掘进参数初步设定土压力平衡压力设定值以推进第10环为例，按水土合算原则计算所得土压力为：正面土压力：P=k0γh-5-P：土压力（包括地下水）γ：土体的平均重度——取19kN/m3h：隧道埋深，取12.75米k0：土的侧向静止土压力系数，取0.7代入公式得：P=0.169Mpa=1.69kg/cm2本次施工中，盾构在推进第10环时，平衡压力值取1.69kg/cm2，同时根据实际情况作及时调整。盾构在掘进工程中可参照以上方法来取得平衡压力的设定值。具体施工根据盾构埋深、所在位置的土层状况以及监测数据进行调整。A．推进出土量控制：每环理论出土量=π/4×D2×L=π/4×6.342×1.2=37.88m3/环。盾构推进出土量控制在98%～100%之间。即37.12m3/环～37.88m3/环。B．推进速度：正常推进时速度宜控制在2～4cm/min之间，与盾构机设备能力相配。C．盾构轴线及地面沉降量控制：盾构轴线控制偏离设计轴线不得大于±50mm；盾构掘进引起的地层损失应小于1%，相应管片脱出盾尾15天以后不同盾构覆土厚度处的地面沉降槽最大沉降量Δ及盾构前方的最大隆起量δ不得大于下表中规定的数值：盾构顶部覆土深度（m）Δ（mm）δ（mm）备注43010其他不同-6-8196.3深度处的Δ、δ值用内插法计算确定12144.716113.72093（2）试掘进阶段的参数确定盾构初始掘进是从理论和经验上选取各项施工参数，施工过程中根据测量数据及反馈信息调整施工参数。盾构机出洞后，初始掘进为试推进阶段。根据以往施工经验试推进100环，可分为三个阶段：第一阶段35环，第二阶段30环，第三阶段35环。盾构出洞后，必须穿过约6m宽的加固区。根据取芯试验报告，加固区土体强度为0.5～0.8Mpa。第一阶段一般为35环。日进度可控制在2-3环。主要调整推进刀盘扭矩、土压力与刀盘切削的撑子面稳定性。第二阶段一般为30环。视地表、地层变化情况，在可能条件下日进度从三环逐步增加至六环，主要调整出土量、注浆量与推进速度关系。第三阶段为正式掘进施工的准备阶段，此阶段一般为35环，是正式掘进施工的准备阶段，但此范围将开始穿越￠1000上水管线，强调应以服从地面沉降、房屋管线保护为原则。日进度应该控制在2-3环，并在之前模拟推进过程中优化多个参数，形成适应此段区间的最优化参数设定。（3）盾构模拟推进由于盾构在初始推进过程中就将下穿管线，因此在初使阶段参数的调整就显的格外重要。此段施工时应注意对推进参数的设定，地面沉降与施-7-工参数之间的关系，并对推进时的各项技术数据进行采集、统计、分析，争取在较短时间内掌握盾构机械设备的操作性能，确定盾构推进的施工参数设定范围。此阶段施工重点要求做好以下的几项工作：(1)对设备的问题进行排除、故障进行检修，使盾构机处于最佳姿态。(2)了解和认识隧道穿越的土层的地质条件，掌握这种地质下的土压平衡式盾构的施工方法。(3)通过本段施工，加强对地面变形情况的监测分析，掌握盾构推进参数及同步注浆的量。4、左线盾构出洞应急预案4.1出洞设备准备出洞前须再次全面检查盾构机状态，包括电气设备和液压设备，使得在出洞时，盾构机能根据指令以最快速度前进，最终将大刀盘紧贴加固土体。4.2出洞应急材料准备A、在井下准备好2台大口径潜水平底水泵，型号为80QW，配备足够长度的皮管。并在盾构推进前安装调试，确保有效。防止意外时泥水淹没盾构机。B、场外准备20t左右黄砂，200个草袋，普通水泥约3t，快硬水泥15包、水玻璃3t。在最不利状态下，万一漏浆严重，地面塌陷，迅速组织人员用以上材料进行封堵。4.3出洞工序及人员准备A、盾构出洞时，拼装工班，包括起重工、电工、修理工和盾构司机等-8-在井下待命。待洞门混凝土清理后，立即启动盾构机，并迅速拼装后盾负环管片，使盾构在发射架上前进，直至将盾构机刀盘顶住加固区。B、组织约15人的队伍在井下待命，当洞门打开时，迅速清理底部可能掉落的垃圾，使盾构能尽快出洞。C、出洞前组织本公司、监理单位、施工单位、监测单位等相关单位组成网络通讯小组，有异常情况发生时进行联合办公，妥善解决问题。D、盾构出洞与推进期间确保设备完好，使工序连续进行。施工机电负责人及修理人员24小时跟班值班，确保盾构推进正常施工。5、反力系统验算盾构出洞的后盾反力系统采用混凝土管片和钢支撑结合的方法，混凝土管片和钢支撑将盾构反力传递到组合钢门架上，由钢门架再传递到车站结构上。如图所示：（1）验算钢支撑负环管片共10环，负环混凝土管片与正环工况相同，不用验算。钢支-9-撑与前部满环管片连接为146°钢半环，厚度为30cm，将钢支撑传过来的力均匀的分布在满环钢管片上。仅需要验算单根钢支撑的受力。钢支撑为Φ508mm，壁厚16mm，按轴心受力计算Pmax’=σA=200N/mm2*π（5082-（508-32）2）/4≈4900KN反力钢支撑的最大角度为13°，即Pmax=Pmax’*cos（13°）=4770KN盾构机最大推力为35000KN，上部146°的分力为14200KN，每根支撑的最大承受力为3550KN≤4770KN=Pmax即钢支撑满足盾构始发要求。（2）验算反力门架如图所示：反力门架的组成为2根800*650的箱型钢立柱和2根上、下横梁，上横梁整体靠在车站中板上，不用验算。下横梁的受力简图为：-10-管片块传力钢支撑传力钢支撑撑在车站底板反梁上。拱底块为84°，分担得盾构反力为8200KN，平均每根支撑为2050KN，而每根钢支撑均能承受4900KN的反力，满足要求。门架立柱为3点支撑，受力简图为：钢支撑传力管片块传力中板传力钢支撑传力底板钢支撑传力管片B\L传力为65°，即6300KN，管片支撑传力考虑分别为3550KN。经计算，考虑中部支撑传力和底板钢支撑传力相同，则N1+N2+N3=13400N1*3.5=3550*（2.2+1.4）+N3*3.5中板传力N1=6900KN，由门架立柱和上横梁共同承受，混凝土局部受压满足要求。底板钢支撑传力N3=3250KN＜4900KN，也满足要求。-11-中部一根斜支撑N2=3250KN＜4900*0.707=3464KN，也满足要求。门架钢立柱在制作时已考虑变形要求，且相同工况下经实际检验满足盾构始发要求，不作验算。