地鐵工程土壓平衡盾構下穿鐵路施工工藝工法

地鐵工程土壓均衡盾構下穿鐵路施工工藝工法地鐵工程土壓均衡盾構下穿鐵路施工工藝工法地鐵工程土壓均衡盾構下穿鐵路施工工藝工法地鐵工程土壓均衡盾構下穿鐵路施工工藝工法前言1.1工藝工法大要一個城市中地鐵網絡常常由多條線路構成，跟著線路的增加，線路互訂交織及下穿各種建（構）筑物將沒法防范，城市地鐵建設中會有大批地鐵地道下穿鐵路線，用土壓均衡盾構機進行地道施工具有自動化程度高、節(jié)約人力、施工速度快、一次成洞、不受天氣影響、開挖時可控制地面沉降，保證地面建（構）筑物構造安全等優(yōu)點，成為地鐵地道施工的首選。研究好盾構法地道下穿鐵路的施工工法，擁有較強的技術經濟效益和必定的社會效益。1.2工藝原理土壓均衡盾構是在機械式盾構的前部設置隔板，在刀回旋轉的作用下，刀具切削開挖面的泥土，破碎的泥土經過刀盤的張口進入土倉，使土倉和排土用的螺旋輸送機內充滿切削下來的泥土，依靠盾構千斤頂?shù)耐屏涍^隔板給土倉內的渣土施加壓力，使土壓作用于開挖面以均衡其水土壓力。這樣就可以盡量防范修建地道對土體的擾動，保證鐵路營運安全。工藝工法特色2.1對鐵路營運影響小；2.2輔助工法少；2.3經濟性高。適用范圍適用于盾構下穿營運鐵路線、運陣營鐵線等施工。主要引用標準4.1《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘探規(guī)范》（GB50307）4.2《地下鐵道設計規(guī)范》（GB50157）4.3《鐵路地道施工技術安全規(guī)范》（GBJ404）4.4《地下鐵道工程施工及查收規(guī)范》（GB50299）4.5《盾構法地道施工與查收規(guī)范》（GB50446）施工方法5.1對既有鐵路營運線路的評估、加固依據(jù)《客運專線鐵路無碴軌道鋪設條件評估技術指南（鐵建設[2005]158號）》規(guī)定，對需要下穿的既有鐵路營運線路進行安全評估，擬定出相關的沉降控制指標，并依據(jù)詳細的地質及工況條件，擬定出無擾動加固路基線路方案，保證鐵路營運安全。5.2盾構掘進盾構機下穿既有鐵路營運線采納土壓均衡模式進行地道掘進。該模式的工作原理就是盾構機在土壓均衡狀態(tài)（作業(yè)面水土壓力與土倉中的泥土壓力均衡）下進行地道掘進。刀盤開挖下來的碴土充填滿泥土倉，并被裝在切削刀盤后邊及隔板上的攪拌臂強迫攪拌，借助盾構推動油缸的推力經過隔板進行加壓，產生泥土壓，這一壓力作用于整個作業(yè)面，使作業(yè)面穩(wěn)固，刀盤切削下來的碴土量與螺旋輸送機向外輸送量相均衡，保持泥土倉內壓力穩(wěn)固在預約的范圍內。在盾構下穿既有鐵路營運線過程中，勻速、連續(xù)、均衡施工。掘進過程中一直保證土倉壓力與作業(yè)面水土壓力的動向均衡，同時利用螺旋輸送機進行與盾構推動量相應的排土作業(yè)，掘進過程中始終保持開挖土量與排土量的均衡，以保持正面土體穩(wěn)固。別的，做好掘進、拼裝等各工序的連接以及盾構隊作業(yè)班的交接工作，盡量減少非工作時間。在掘進過程中，各重點崗位(盾構司機、管片拼裝工、電瓶車司機、龍門吊司機)采納有豐富施工經驗的人員，定崗定人。在施工過程中增強對機械設備的維修保養(yǎng)，盡量保證不因機械故障而停機，保證盾構機連續(xù)掘進。掘進速度應嚴格依據(jù)技術交底進行，禁止擅自改變，保證盾構機勻速向前掘進，減少對土體擾動。5.3監(jiān)測對既有鐵路營運線采納遠程自動化及時監(jiān)測，同時，為滿足施工時期及工后必定周期的平常維修安全監(jiān)測要求，輔以人工監(jiān)測的方法。遠程自動化及時監(jiān)測采納ADMS丈量機器人監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由五部分構成：監(jiān)測站、控制計算機房、基準點、變形點和丈量機器人。監(jiān)測站：依據(jù)現(xiàn)場條件，選擇自動變形監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測站。該站需建觀察墩，部署丈量機器人，并保證有較好的通視條件?？刂朴嬎銠C房：控制計算機房一般選設在辦公區(qū)周邊，有較好的供電等條件。機房內的計算機經過通信電纜或數(shù)據(jù)電臺和監(jiān)測站全站儀相聯(lián)。在控制機房能及時認識監(jiān)測站全站儀的運轉狀況。別的，經過埋設于機房與監(jiān)測站的專用電纜給全站儀供電并通信。基準點：在變形區(qū)之外，需建最少三個穩(wěn)固的基準點。變形點：依據(jù)實質需要，在變形體上選擇若干變形監(jiān)測點，每個監(jiān)測點上部署有對準監(jiān)測站的單棱鏡。5.4二次注漿下穿既有營運鐵路施工達成后，經過對監(jiān)測數(shù)據(jù)解析，確立二次注漿時間、注漿量。整個二次注漿全過程一定有及時監(jiān)測信息反響，保證既有鐵路線的營運安全。工藝流程及操作重點6.1施工工藝流程施工工藝流程以下所示：圖1施工工藝流程6.2操作重點施工準備包含檢查、評估、協(xié)調聯(lián)系、方案論證、監(jiān)測系統(tǒng)布設、應急準備等，各項準備工作一定充分，且獲取落實后才能進行下穿作業(yè)施工。預保護措施對既有鐵路營運線路基及兩條訂交線路之間土體提前進行加固。在盾構機進行下穿施工時期，既有鐵路營運線列車限速（小于50km/h）。盾構掘進控制土壓均衡掘進模式采納土壓均衡模式進行下穿掘進，其土倉壓力控制采納以下兩種操作模式:經過螺旋輸送機來控制排土量的模式:即經過土壓傳感器檢測，改變螺旋輸送機的轉速控制排土量，以保持開挖面土壓穩(wěn)固的控制模式。此時盾構的推動速度人工早先給定。經過推動速度控制進土量的模式:即經過土壓傳感器檢測控制盾構千斤頂推動速度，以保持開挖面土壓穩(wěn)固的控制模式。此時螺旋輸送機的轉速早先給定。在下穿掘進過程中依據(jù)需要可以不停轉變控制模式，以保證開挖面的穩(wěn)固。在盾構下穿施工中，為了保持開挖面的穩(wěn)固，依據(jù)圍巖條件合適注入增加劑，保證碴土的流動性和止水性，同時要謹慎進行土倉壓力和排土量進行管理。在硬塑或堅硬狀花崗巖殘積土層、碎屑巖全風化帶、強風化帶地層中采納土壓均衡模式掘進時，向刀盤面、土倉內和螺旋輸送機內注入泡沫，并增加對螺旋輸送機內注入的泡沫量，以增加了碴土的流動性。在粘性土地層中掘進時，采納向刀盤面和土倉內注入泡沫改良碴土。在粘性土內增加泡沫，增加了碴土的流動性，減少摩擦力，利于碴土的排出，減少泥土的擁堵。盾構姿態(tài)控制采納自動導向系統(tǒng)和人工丈量輔助進行盾構姿態(tài)監(jiān)測采納分區(qū)操作盾構機推動油缸控制盾構掘進方向推動油缸按上、下、左、右分成四個組，每組油缸都有一個帶行程丈量和推力計算的推動油缸，依據(jù)需要調理各組油缸的推動力，控制掘進方向。糾偏在盾構機穿越鐵路線過程中，如掘進方向出現(xiàn)偏差，只要線路可調，就不需要進行糾偏，待穿越達成后在進行辦理。土壓均衡狀態(tài)下的設定土壓力P＝kγH【k：土壓力的側向系數(shù)，視覆土性質和厚度而定，一般在0.5～0.7之間。γ：土的容重；H：地道中心埋深】在工程實行過程中，依據(jù)實質狀況，以及和出土量的有機結合，全部上述土壓力設定值可作合適調整。推動出土量控制理論出土量＝/4×D2×L＝/4×6.282×1.5＝46.4m3/環(huán)3考慮巖土的松懈系數(shù)，盾構掘進時的實質出土體積約為67.5m/環(huán)。因為盾構機的特別構造，使其沒法觀察掌子面狀況，我們只好經過出土量的大小來計算掌子面狀況，出土量過大，掌子面即可能出現(xiàn)了坍塌，所以一定控制好出土量。依據(jù)計算，實質每環(huán)出土量為70m3（虛方）左右，用渣車出土計量為每環(huán)4.5斗左右?，F(xiàn)場實際計量時，出土量控制可采納掘進300mm出渣1車來控制。過程中一旦有超量現(xiàn)象，一定對該區(qū)段進行辦理，包含二次補漿，以致地面注漿加固等措施。同步注漿量在盾構施工中，當管片離開盾尾后，在土體與管片之間會形成一道寬度為115～140mm的環(huán)型縫隙。為了趕忙填補環(huán)形縫隙使管片盡早支撐地層，防范地層變形過大而危及1號線安全需要進行注漿。同步注漿采納盾尾壁后注漿方式。注漿要做到“掘進、注漿同步，不注漿、不掘進”，經過控制同步注漿壓力和注漿量（注漿壓力控制在0.25Mpa左右，每環(huán)注漿量6.5m3左右）兩重標準來確立注漿時間。詳細注漿參數(shù)需經過試驗段地面沉降狀況進行確立。注漿配合比采納以下設定，并在施工過程中酌情對配合比進行調整。表1同步注漿配合比名稱水泥膨潤土粉煤灰砂水初凝時間資料用量(kg/m3)2507550400依據(jù)實質狀況調整180min選擇試驗段在正常掘進段選擇地質條件及線路條件與下穿鐵路地域相似的區(qū)段設定為試驗段，在此試驗段模擬出最正確的掘進參數(shù)，為下穿地域初始階段盾構掘進各個相關參數(shù)的確定作為參照。盾構掘進下穿鐵路線施工重點1．嚴格以土壓均衡狀態(tài)下的土壓力計算值為盾構掘進施工的土壓設定值，施工中僅可以在項目工程師認同的前提下，進行微量的調整。同時可以經過土體位移和深層沉降的監(jiān)測信息，對土壓設定值進行修正。2．嚴格以理論出土量為盾構棄土控制值，每環(huán)出土量偏差不得3超出2m。為了防范數(shù)目統(tǒng)計偏差，施工中盡可能將土箱沖洗干凈。一旦出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，一定照實反響，在后續(xù)注漿施工中，將針對性的進行超量注漿。3．防范大幅度的軸線糾偏動作。因為較大幅度的糾偏，對地層的擾動也特別大，所以在控制好土壓力和出土量的前提下，一定減小糾偏幅度。盾構糾偏原則為“勤糾、少糾”。4．同步注漿及時、足量。為了防范同步注漿跟不上，或注漿量不夠而引起對地層的擾動，過程中安排專人負責注漿工序，每環(huán)、定時、定量進行同步注漿，并做好注漿記錄。5．在此地段掘進增強地面隆降檢測，及時解析數(shù)據(jù)，調整盾構機掘進參數(shù)和注漿壓力。6．盾構機停機時期，一定觀察土倉壓力，保持土倉壓力均衡。防范長時間停機造成土倉內渣土的固結，使土倉壓力降低，造成地面沉降。7．在未到重疊地道段前和到達區(qū)間聯(lián)系通道加固地域進行刀具的檢查，保證刀具的完滿性。鐵路線及時監(jiān)測1．鐵路線可以承受的變形數(shù)值有限，在超出必定限度后可能引發(fā)嚴重安全事故。上海及廣州的工程實例證明，周邊新建工程施工或下穿正在營運的鐵路，對鐵路所造成的影響主要包含既有構造的沉降、曲折和扭曲變形、開裂，變形縫的擴展和錯動，造成構造性能指標的降落。構造變形嚴重時，可能會引起構造與道床的剝離、軌道設備幾何形位的改變：如軌道水平、軌道前后高低、直線軌向（或曲線正矢）的改變，嚴重時形成“三角坑”、“吊板”、“暗坑”等病害，使行車平順性變差，引發(fā)沖擊、搖晃甚至于造成脫軌，對行車安全造成重要威迫。所以，在新建線路施工時一定對既有線路進行及時監(jiān)測。2．險情的發(fā)生常常有忽然性，只有進行足夠密度的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，才能從監(jiān)測數(shù)據(jù)上發(fā)現(xiàn)連續(xù)的變化征兆，從而可以供應給決策人員及時采納措施，消除險情，除掉隱患。而傳統(tǒng)的水平丈量、水平位移監(jiān)測手段需要監(jiān)測人員在現(xiàn)場作業(yè)，采納及時自動化監(jiān)測系統(tǒng)可及時掌握在新建線路建設過程中對鐵路構造形狀和道床、軌道狀況的影響，供應動向監(jiān)測數(shù)據(jù)，為建設方及營運方供應及時靠譜的數(shù)據(jù)和信息，以便及時評定地鐵施工對鐵路構造和軌道的影響，及時指導施工采納必需方案措施、營運增強維修保養(yǎng)措施，對可能發(fā)生的事故供應及時、正確的預告，使相關各方有時間做出反響，防范惡性事故的發(fā)生，保證既有線安全營運。3．對鐵路線按三級預警制度進行管理，即，預警值、報警值、控制值三級。預警值取控制值的50%，報警值取控制值的80%，構造變形控制指標以下：表2構造變形控制指標項目預警值報警值控制值道床平順度2.0mm/10m3.2mm/10m4.0mm/10m左右軌道差異沉降2.0mm3.2mm4.0mm三角坑2.0mm/18m3.2mm/18m4.0mm/18m構造絕對變形量10.0mm16.0mm20.0mm地道相對變形量1/50001/31251/2500備注：監(jiān)測控制值是指既有運轉線地鐵列車正常運轉的極限值，預警值是指引起警戒措施的初步值，報警值是指需提出警告的初始值。4．自動監(jiān)測系統(tǒng)原理以以下圖監(jiān)測站基準點1丈量機器人供電基準點n及通信模塊變形點1計算機數(shù)據(jù)辦理系統(tǒng)成就輸出控制計算機房變形點n圖2自動監(jiān)測系統(tǒng)原理表示圖6.2.7二次注漿同步注漿后管片上方可能會存在通道。別的同步注漿漿液凝固后體積會產生必定程度的縮短，為有效防范既有一號線產生后期沉降，在交匯區(qū)及交匯區(qū)前后10m范圍進行洞內二次注漿，充填管片背后的空腔。從脫出盾尾50米開始，每隔2環(huán)在管片頂部注漿孔打開注雙液漿，直到管片超出二次注漿加固范圍為止。注漿的詳細方法是把管片上的注漿孔打開注雙液漿，將背后的空腔封堵住。注漿壓力暫定：0.8Mpa，注漿配比方下表。注漿過程中要依據(jù)鐵路線的自動丈量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反響，及時調整注漿參數(shù)。表

3

二次注漿配合比水泥（g）

水（ml）

水玻璃（

ml）

初凝時間

終凝時間150

60

108.4

2min40s

14min30s勞動力組織表4勞動力組織序號工種人數(shù)1施工隊長22班長23盾構機操作司機24管片拼裝工85注漿工46機電工47司索工88電瓶車司機49龍門吊司機310一般工人2011及時監(jiān)測人員412鐵路單位配合人員10小計71主要機具設備表5主要機具設備序號設備名稱數(shù)目規(guī)格型號主要工作性能指標一盾構地道施工專用設備二及時丈量、監(jiān)測設備1精美水平儀1臺DSZ-22全站儀1臺TCA11033ADMS丈量機器人監(jiān)測系統(tǒng)1套4傾斜測試儀1臺Hcx-2b5水位觀察儀1臺VW-1質量控制9.1易出現(xiàn)的質量問題9.1.1在盾構下穿掘進過程中土倉壓力泄壓過快，造成欠壓掘進，引起既有鐵路營運線下沉。9.1.2同步注漿不飽滿，同步漿液凝固過程中縮短過快形成空洞，管片裂縫，管片過分錯臺，造成既有鐵路營運線沉降。盾構地道后期下沉、上調、水平位移，引起既有營運鐵路變形。9.2保證措施9.2.1盾構機下穿掘進前，對土倉內土壓傳感器進行檢定，一定保證土壓力的顯示正確，同時掘進數(shù)據(jù)一定可以傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控室，當下穿掘進時土倉內壓力保持不住，馬上向土倉內注入提前準備好的膨潤土漿液。盾構機下穿掘進過程中，及時進行地道內二次增補注漿，其注漿量與注漿壓力控制需依據(jù)既有鐵路營運線及時監(jiān)測狀況確立。9.2.3對既有營運線、新建地鐵地道長時間進行監(jiān)測，監(jiān)測周期最少1年，防范工后沉降引起既有鐵路營運線變形。安全措施10.1主要安全風險解析10.1.1正在營運的鐵路線因沉降過大影響營運，甚至造成停運的風險,社會責任重要。10.1.2盾構機及后配套設備故障以致停機引起的安全風險。10.2保證措施10.2.1在盾構經過鐵經過程中，勻速、連續(xù)、均衡施工。掘進過程中一直保證土倉壓力與作業(yè)面水土壓力的動向均衡，同時利用螺旋輸送機進行與盾構推動量相應的排土作業(yè)，掘進過程中一直維持開挖土量與排土量的均衡，以保持正面土體穩(wěn)固。別的，做好掘進、拼裝等各工序的連接以及盾構隊作業(yè)班的交接工作，盡量減少非工作時間。在掘進過程中，各重點崗位(盾構司機、管片拼裝工、電瓶車司機、龍門吊司機)采納有豐富施工經驗的人員，定崗定人。在施工過程中增強對機械設備的維修保養(yǎng)，盡量保證不因機械故障而停機，保證盾構機連續(xù)掘進。掘進速度應嚴格依據(jù)技術交底進行，禁止擅自改變，保證盾構機勻速向前掘進，減少對土體擾動。施工現(xiàn)場成立下穿既有鐵路營運線施工指揮辦公室，鐵路營運單位、政府應急辦、以及全部參加設計、施工的相關單位現(xiàn)場24小時監(jiān)控辦公，各家單位及政府部門親近配合，形成有效的迅速應急反響體系。10.2.3盾構機經過鐵經過程中，因設備故障停機后，土倉內壓力變小，迅速經過盾殼上的徑向注漿孔向盾體四周注入Na基膨潤土，注入量及壓力經過土倉內壓力傳感器確立。環(huán)推薦措堅持“預防為主、防治結合、綜合治理、化害為利”的原則，環(huán)保留理吻合地鐵施工時期環(huán)境保護的要求。采納各種有效措施，對簡單引起環(huán)境污染的各種渠道嚴格控制，明確環(huán)珍重點。的確貫徹環(huán)保法規(guī)，嚴格執(zhí)行國家及地方政府宣布的相關環(huán)境保護，水土保持的法規(guī)、目標、政策和法律，及時提報相關環(huán)保設計。編制實行性施工組織設計時，把施工生產的環(huán)保工作作為此中一項內容。增強環(huán)保教育，采納各種方式宣傳環(huán)保法規(guī)、政策、知識。增強環(huán)保留理，健全內部