土壓平衡盾構(gòu)下穿鐵路施工工藝工法

1、土壓平衡盾構(gòu)下穿鐵路施工工藝工法1前言1.1工藝工法概況一個(gè)城市中地鐵網(wǎng)絡(luò)往往由多條線路組成，隨著線路的 增多，線路相互交叉及下穿各種建（構(gòu)）筑物將無法避免， 城市地鐵建設(shè)中會有大量地鐵隧道下穿鐵路線，用土壓平衡 盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行隧道施工具有自動(dòng)化程度高、節(jié)省人力、施工速 度快、一次成洞、不受氣候影響、開挖時(shí)可控制地面沉降， 確保地面建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)安全等優(yōu)點(diǎn)，成為地鐵隧道施工 的首選。研究好盾構(gòu)法隧道下穿鐵路的施工工法，具有較強(qiáng) 的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和一定的社會效益。1.2工藝原理土壓平衡盾構(gòu)是在機(jī)械式盾構(gòu)的前部設(shè)置隔板，在刀盤 旋轉(zhuǎn)的作用下，刀具切削開挖面的泥土，破碎的泥土通過刀 盤的開口進(jìn)入土倉，使

2、土倉和排土用的螺旋輸送機(jī)內(nèi)充滿切 削下來的泥土，依靠盾構(gòu)千斤頂?shù)耐屏νㄟ^隔板給土倉內(nèi)的 渣土施加壓力，使土壓作用于開挖面以平衡其水土壓力。這 樣就可以盡量避免修建隧道對土體的擾動(dòng)，確保鐵路運(yùn)營安 全。2工藝工法特點(diǎn)2.1對鐵路運(yùn)營影響??；2.2輔助工法少；2.3經(jīng)濟(jì)性高。3適用范圍適用于盾構(gòu)下穿運(yùn)營鐵路線、運(yùn)營地鐵線等施工。4主要引用標(biāo)準(zhǔn)4.1地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范（GB50307）4.2地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范（GB501574.3鐵路隧道施工技術(shù)安全規(guī)范（GBJ4044.4地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50299）4.5盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范（GB504465施工方法5.1對既有鐵

3、路運(yùn)營線路的評估、加固根據(jù)客運(yùn)專線鐵路無碴軌道鋪設(shè)條件評估技術(shù)指南（鐵建設(shè)2005158號）規(guī)定，對需要下穿的既有鐵路運(yùn)營 線路進(jìn)行安全評估，制定出相關(guān)的沉降控制指標(biāo)，并根據(jù)詳 細(xì)的地質(zhì)及工況條件，制定出無擾動(dòng)加固路基線路方案，確 保鐵路運(yùn)營安全。5.2盾構(gòu)掘進(jìn)盾構(gòu)機(jī)下穿既有鐵路運(yùn)營線采用土壓平衡模式進(jìn)行隧 道掘進(jìn)。該模式的工作原理就是盾構(gòu)機(jī)在土壓平衡狀態(tài)（作 業(yè)面水土壓力與土倉中的泥土壓力平衡）下進(jìn)行隧道掘進(jìn)。刀盤開挖下來的碴土充填滿泥土倉，并被裝在切削刀盤后面 及隔板上的攪拌臂強(qiáng)制攪拌，借助盾構(gòu)推進(jìn)油缸的推力通過 隔板進(jìn)行加壓，產(chǎn)生泥土壓，這一壓力作用于整個(gè)作業(yè)面， 使作業(yè)面穩(wěn)定，刀盤切削

4、下來的碴土量與螺旋輸送機(jī)向外輸 送量相平衡，維持泥土倉內(nèi)壓力穩(wěn)定在預(yù)定的范圍內(nèi)。在盾構(gòu)下穿既有鐵路運(yùn)營線過程中，勻速、連續(xù)、均衡 施工。掘進(jìn)過程中始終保證土倉壓力與作業(yè)面水土壓力的動(dòng) 態(tài)平衡，同時(shí)利用螺旋輸送機(jī)進(jìn)行與盾構(gòu)推進(jìn)量相應(yīng)的排土 作業(yè)，掘進(jìn)過程中始終維持開挖土量與排土量的平衡，以保 持正面土體穩(wěn)定。另外，做好掘進(jìn)、拼裝等各工序的銜接以 及盾構(gòu)隊(duì)作業(yè)班的交接工作，盡量減少非工作時(shí)間。在掘進(jìn) 過程中，各關(guān)鍵崗位（盾構(gòu)司機(jī)、管片拼裝工、電瓶車司機(jī)、 龍門吊司機(jī)）選用有豐富施工經(jīng)驗(yàn)的人員，定崗定人。在施 工過程中加強(qiáng)對機(jī)械設(shè)備的維修保養(yǎng)，盡量保證不因機(jī)械故 障而停機(jī)，保證盾構(gòu)機(jī)連續(xù)掘進(jìn)。掘進(jìn)速

5、度應(yīng)嚴(yán)格按照技術(shù) 交底進(jìn)行，嚴(yán)禁擅自改變，確保盾構(gòu)機(jī)勻速向前掘進(jìn)，減少 對土體擾動(dòng)。5.3監(jiān)測對既有鐵路運(yùn)營線采用遠(yuǎn)程自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)，為 滿足施工期間及工后一定周期的日常維修安全監(jiān)測要求，輔 以人工監(jiān)測的方法。遠(yuǎn)程自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測采用ADMS測量機(jī)器人監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由五部分組成：監(jiān)測站、控制計(jì)算機(jī) 房、基準(zhǔn)點(diǎn)、變形點(diǎn)和測量機(jī)器人。監(jiān)測站：根據(jù)現(xiàn)場條件，選擇自動(dòng)變形監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測站 該站需建觀測墩，安置測量機(jī)器人，并保證有較好的通視條 件?？刂朴?jì)算機(jī)房：控制計(jì)算機(jī)房一般選設(shè)在辦公區(qū)附近， 有較好的供電等條件。機(jī)房內(nèi)的計(jì)算機(jī)通過通訊電纜或數(shù)據(jù) 電臺和監(jiān)測站全站儀相聯(lián)。在控制機(jī)房能實(shí)時(shí)了解監(jiān)測站

6、全 站儀的運(yùn)行情況。另外，通過埋設(shè)于機(jī)房與監(jiān)測站的專用電 纜給全站儀供電并通訊?；鶞?zhǔn)點(diǎn)：在變形區(qū)以外，需建至少三個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)。變形點(diǎn)：根據(jù)實(shí)際需要，在變形體上選擇若干變形監(jiān)測 點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)上安置有對準(zhǔn)監(jiān)測站的單棱鏡。5.4二次注漿下穿既有運(yùn)營鐵路施工完畢后，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析， 確定二次注漿時(shí)間、注漿量。整個(gè)二次注漿全過程必須有實(shí) 時(shí)監(jiān)測信息反饋，保證既有鐵路線的運(yùn)營安全。6工藝流程及操作要點(diǎn)6.1施工工藝流程施工工藝流程如下所示:圖1施工工藝流程6.2操作要點(diǎn)6.2.1 施工準(zhǔn)備包括調(diào)查、評估、協(xié)調(diào)聯(lián)系、方案論證、監(jiān)測系統(tǒng)布設(shè)、 應(yīng)急準(zhǔn)備等，各項(xiàng)準(zhǔn)備工作必須充分，且得到落實(shí)后才能進(jìn) 行下

7、穿作業(yè)施工。預(yù)保護(hù)措施1對既有鐵路運(yùn)營線路基及兩條相交線路之間土體提前 進(jìn)行加固。2在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行下穿施工期間，既有鐵路運(yùn)營線列車限 速（小于50km/h ）。6.2.3 盾構(gòu)掘進(jìn)控制6.2.3.1土壓平衡掘進(jìn)模式1采用土壓平衡模式進(jìn)行下穿掘進(jìn)，其土倉壓力控制采 取以下兩種操作模式：1）通過螺旋輸送機(jī)來控制排土量的模式：即通過土壓傳感器檢測，改變螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速控制排土量，以維持開挖面土壓穩(wěn)定的控制模式。此時(shí)盾構(gòu)的推進(jìn)速度人工事先給定。2）通過推進(jìn)速度控制進(jìn)土量的模式：即通過土壓傳感器 檢測控制盾構(gòu)千斤頂推進(jìn)速度，以維持開挖面土壓穩(wěn)定的控 制模式。此時(shí)螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速事先給定。在下穿掘進(jìn)過程中根

8、據(jù)需要可以不斷轉(zhuǎn)化控制模式，以 保證開挖面的穩(wěn)定。2在盾構(gòu)下穿施工中，為了保持開挖面的穩(wěn)定，根據(jù)圍 巖條件適當(dāng)注入添加劑，確保碴土的流動(dòng)性和止水性，同時(shí) 要慎重進(jìn)行土倉壓力和排土量進(jìn)行管理。1）在硬塑或堅(jiān)硬狀花崗巖殘積土層、碎屑巖全風(fēng)化帶、 強(qiáng)風(fēng)化帶地層中采用土壓平衡模式掘進(jìn)時(shí)，向刀盤面、土倉 內(nèi)和螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入泡沫，并增加對螺旋輸送機(jī)內(nèi)注入的泡沫量，以增加了碴土的流動(dòng)性。2）在粘性土地層中掘進(jìn)時(shí)，采取向刀盤面和土倉內(nèi)注入 泡沫改良碴土。3）在粘性土內(nèi)添加泡沫，增加了碴土的流動(dòng)性，減少摩 擦力，利于碴土的排出，減少泥土的堵塞。623.2盾構(gòu)姿態(tài)控制1采用自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)和人工測量輔助進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)測2采用分區(qū)操作盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸控制盾構(gòu)掘進(jìn)方向推進(jìn)油缸按上、下、左、右分成四個(gè)組，每組油缸都有 一個(gè)帶行程測量和推力計(jì)算的推進(jìn)油缸，