隧道盾构推进工程施工方案培训资料.doc

隧道盾构推进工程施工方案培训资料

88
2020年4月19日
文档仅供参考
江苏常熟发电有限公司
2×1000MW机组扩建取水工程
进水隧道盾构推进工程
施
工
方
案
编制:
审核:
批准:
福建四海工程公司
8月

目录
编制说明 1
第一章 工程概况 2
1工程内容 2
第二章 地质和水文条件 3
1 工程地质与水文地质条件 3
2 工程环境 5
3 工程特点、难点分析 6
第三章 施工准备 8
1 施工进度计划 8
2 施工人员组织 9
3 机械设备组织 11
4 工程、施工材料组织 14
5 施工场地布置 16
6 生产设施布置 17
7 开工前的质量准备工作 17
第四章 盾构施工方案 19
1测量方案 19
2.盾构施工 21
3 隧道防水 37
4风险管理预案 41
5隧道施工质量标准 43
第五章 质量保证措施 44
1工程质量目标 44
2质量保证体系 44
3质量保证措施 45
第六章 安全保证措施 60
1安全管理目标 60
2安全生产保证体系 60
3安全生产规范性文件 61
4专项安全生产措施 61
5文明施工保证措施 66
6工地卫生制度 67

编制说明
1 编制依据
本施工方案的编制依据为:
<工程测量规范> GB50026-93
<地下工程防水技术规范> GB 50108-
<建筑变形测量规程> JGJ/T 8-97
上海市标准<地基基础设计规范> DGJ08-11-1999
上海市标准<盾构法隧道防水技术规程> DBJ08-50-96
<上海市市政工程质量检验评定标准>第五分册隧道工程
江苏常熟发电有限公司2×1000MW机组扩建进水隧道平面布置图 F213902S－S5210
江苏常熟发电有限公司2×1000MW机组扩建进水隧道标准段衬砌土建施工图 F213902S－S5212
江苏常熟发电有限公司2×1000MW机组扩建进水隧道特殊段衬砌土建施工图 F213902S－S5214
2 适用范围
本施工方案适用范围包括江苏常熟发电有限公司2×1000MW机组扩建进水隧道的盾构推进、管片拼装;隧道防水等工程的施工组织、 质量管理以及安全和文明施工等方面。

第一章 工程概况
1工程内容
江苏常熟发电有限公司2×1000MW机组扩建取水工程主要包括一座联体取水泵房、2条进水隧道及14根垂直顶升立管。
取水泵房井位于长江防洪大堤内侧,距大堤外坡脚约12m。与进水隧道相连,同时进水间兼作进水隧道施工的工作井。
本工程共2条钢筋混凝土进水隧道,进水隧道分别从取水泵房出发穿越长江大堤向长江延伸,采用盾构法施工。2×1000MW机组扩建工程进水隧道内径为φ4.2m,单根进水隧道投影长度长943.08m。在隧道端部分别设进水口, 共计14只垂直顶升立管进水,立管内径1.43×1.43m,高11m。立管周围采用抛石稳管保护。隧道穿越长江大堤时需采取相应的保护措施,大堤沉降量应控制在2cm以内。大堤防浪墙顶设计标高7.3m,堤外长江潮水位:P0.1％=5.711m;P1％=4.891m;P97％=-1.631 m;P99％=-1.741m

第二章 地质和水文条件
1 工程地质与水文地质条件
本工程的水文地质情况大致如下。
1.1水文条件
(1)潮汐
本工程位于长江入海口,本河段的潮位变化具有典型的长江河口段的特征,其潮汐特征如下:
历年最高潮位:4.50m(1997.8.19)
历年最低潮位:-1.53m(1990.12.1t)
历年平均高潮位:1.71m
历年平均低潮位:-0.56m
历年平均潮差:2.19m
历年最大潮差:4.90m
历年最小潮差:0.01m
(2)潮流
本河段的感潮强度,全年内均为涨落潮双向流,据实测和计算,本河段平均潮流流量,在汛期约二倍于大通站的数值,流量可达10~11×104m3/s,在枯水期约五、六倍于大通站,流量可达5~6×104m3/s。
平均落潮流速为:0.98m/s
涨潮最大流速为:3.12 m/s
涨潮最小流速为:0.32 m/s
落潮最大流速为:2.78 m/s
落潮最小流速为:0.62 m/s
1.2 气象资料
各气象要素如下:
(1)历年平均气压:101650Pa
(2)气温(℃)
历年平均气温:15.5
历年极端最高气温:38.0(1998年8月11日,15日)
历年极端最低气温:-11.5(1977年1月31日)
历年平均最高气温:19.9
历年平均最低气温:11.9
(3)相对湿度(％)
历年年平均相对湿度:81
历年最小相对湿度:10(1986年3月2日)
历年平均绝对湿度:1640
历年最大绝对湿度:4350(1993年1月7日)
历年最小绝对湿度:80(1968年3月2日)
(4)历年平均蒸发量12440mm
历年平均降水量:1082.8
历年最大年降水量:1506.8(1991年)
历年最大月降水量:601.3(1993年8月)
历年最大一次连续降水量:193.7(1992年3月13-28日)
(5)风
历年平均风速:3.3m/s
历年实测十分钟平均最大风速:20.0m/s NW(1997年9月11日、1993年6月2日)
历年全年主导风向: SSE、NNE(频率8％)
历年夏季主导风向: SSE(频率14％)
历年冬季主导风向: NW(频率11％)
(6)日照
历年平均日照时数:1939.gh
历年平均日照百分率:43.70‰
(7)历年最大积雪深度:16cm(1984年1月19日)
(8)雷暴
历年平均雷暴日数31.2d
(9)历年最大冻土深度:8cm(1973-1979年共7天)
1.3 工程地质条件
1、土层描述
2粉砂夹粉土
灰色,饱和,粉砂,稍密～中密,以石英为主,长石、云母次之;粉土呈稍密,有时粉砂和粉土以互层形式出现。水域一般分布在距大堤380m范围内,后向江心渐灭。厚度一般为3.8米。锥尖阻力qc一般4.3Mpa,侧壁摩阻力一般50Kpa。
淤泥质粉质粘土
灰色,软塑,土质不均匀,可见水平层理,夹薄层粉土、粉砂,具有较强的触变性能,是场地典型的软土,土层厚度平均为7.0米。锥尖阻力qc一般0.7Mpa,侧壁摩阻力一般10Kpa。
粉质粘土夹粉砂
灰色,土质不均匀,很湿,可塑夹粉细砂薄层,含腐植物残骸,含泥质结核,具气孔,粉砂薄层一般稍密,多以透镜体产出,土层厚度平均为7.0米。锥尖阻力qc一般0.7Mpa,侧壁摩阻力一般10Kpa。
2、厂区基本地震烈度为7度
3、不良地质现象
勘探结果表明:勘探区域的表、浅部分布淤泥质粉质粘土,淤泥质粘土,其累计厚度达9~12米,这些软弱土层的蠕动和流变性对于构筑隧道施工,会有一定的影响,另外长江大堤外坡有大量抛石护岸,其泥下的深度尚不明确。根据相关施工经验,⑤粉质粘土夹粉砂土层中,可能有少量沼气存在,可闻到臭味,这些现象在施工时应予以注意。
2 工程环境
江苏常熟发电有限公司2×1000MW机组扩建取水工程地处常熟市碧溪镇,位于长江大堤南侧。电厂一期、二期工程已建成投产,厂区道路已与外部公路网连通,且长江大堤堤顶已铺成混凝土路面,可经过现有临时道路直接进入工程现场,因此工程现场交通条件较好。
工程现场位于长江下游江边,水位受潮汐影响较大,全年内均为涨落潮双向流,据实测和计算,本河段平均潮流流量,在汛期约二倍于大通站的数值,流量可达10~11×104m3/s,在枯水期约五、六倍于大通站,流量可达5~6×104m3/s。
3 工程特点、难点分析
本工程盾构掘进施工长度共约1.9km,根据业主要求和整个取排水工程的施工进度安排,盾构施工总工期仅5个月左右,工期十分紧张。盾构从2粉砂夹粉土、④淤泥质粉质粘土、⑤粉质粘土夹粉砂中穿越,该三层土体砂粒含量高,土体自立能力差,且容易由于受到扰动而发生液化,对地面变形控制不利,由于盾构施工工作井位于长江内侧,因此盾构施工需穿越长江大堤,在如此复杂的地质条件下穿越长江大堤,必须采取有效的施工组织、技术措施,控制盾构施工引起的地层变形,确保长江大堤的安全,同时本工程两根进水隧道推进长度均超过900m,属于长距离盾构工程,盾构长距离推进给盾尾防渗漏、出土泥浆输送、隧道内水平运输和设备维护保养等均带来较大难度。因此本工程的主要特点是工期紧、地质条件复杂,技术难度大。
3.1盾构穿越复杂地层施工
盾构在复杂地层中推进施工时要引起充分注意,充分估计该区间土层的特性对盾构推进造成的不利影响,并采取相应有效措施确保推进质量以及对地表变形的有效控制。强化信息施工,不断优化盾构施工参数,优选合适的注浆浆液,加强同步注浆以及必要时的补压浆,注意后部加强止水措施,封堵盾尾,并加强隧道监测。
盾构在穿越不同土层时,推进时还应注意以下事项:
(1)合理控制推进速度,保证连续均衡施工,避免较长时间的搁置。
(2)盾构姿态变化不可过大、过频,每次纵坡变化小于0.2%。
(3)同步注浆要求做到及时、适量,部分区段考虑使用缓凝浆。
(4)如沉降量超过报警值时,及时采取跟踪注浆等措施控制构筑物的变形量。
(5)盾尾油脂压注应定期、定量、定位压注,当发现盾尾有少量漏浆时,应对漏浆部位及时进行补压盾尾油脂。
3.2 盾构穿越长江大堤
盾构在如此复杂的条件下穿越长江大堤,施工难度较大,因此必须精心组织施工,加强管理,制定切实可行的技术、组织措施指导穿越长江大堤的施工。同时应加强沉降监测,以并对监测结果采取及时有效的措施。
为保证盾构穿越施工时长江大堤的安全,应注意以下注意事项:
盾构内坡脚向工作井方向50m范围内设置沉降监测点,盾构穿越长江大堤前对该区域进行沉降监测,用以掌握盾构施工的各种参数,以指导穿越施工。
盾构穿越时加强长江大堤的沉降监测,监测数据及时反馈到盾构施工班组,盾构施工班组根据监测数据调整盾构施工参数。
盾构穿越时应注意控制盾构推进速度、土压力和出泥平衡量的平衡。
盾构穿越前和穿越过程中应注意及时补充盾尾油脂,防止盾尾处发生渗漏现象。
穿越时应根据监测结果及时调整浆液压注量,以控制地面变形的幅度。
盾构施工前对穿越大堤段进行旋喷桩加固,以降低盾构推进过程中引起的大堤下地层变形。
3.3 长距离盾构施工保证措施
2×1000MW机组扩建工程进水隧道内径为φ4.2m,单根进水隧道投影长度长943.08m,均属于长距离盾构推进,在以往的盾构工程中不多见,如此长距离的盾构推进给动力电源输送、出土泥浆输送、盾尾防渗漏、设备维护保养及隧道内水平运输带来较大难度,因此为保证盾构推进的正常进行,采取如下技术组织措施:
盾构机设计采用三道盾尾钢刷,增加盾尾密封性,其中最前端一道钢刷可在磨损后更换,以防止盾尾钢刷磨损而导致盾尾渗漏浆。
及时压注盾尾油脂,确保盾尾密封的可靠性。
在盾构推进至600m处,设置泥浆接力平台,泥浆平台上安装一台渣浆泵作为接力之用,保证泥浆输送的出口压力。
隧道内采用3300V10KV高压供电,减小电力输送过程中的电压降。
第三章 施工准备
1 施工进度计划
本工程预计于 1月进场进行施工准备工作,预计在7月份完成全部施工任务并撤场。隧道施工各主要节点时间如下:
一号取水隧道:预计 1月28日完成盾构安装调试并移交使用, 2月5日盾构出洞, 2月25日完成100m试验性掘进, 3月1日开始正常掘进, 7月1日掘进完成, 9月1日完成隧道防水施工。
四期取水隧道:预计 2月8日完成盾构安装调试并移交使用, 2月19日盾构出洞, 3月9日完成100m试验性掘进, 3月15日开始正常掘进, 7月15日掘进完成, 9月15日完成隧道防水施工。

2 施工人员组织
2.1 项目经理部现场管理网络

项目经理

项目工程师

生产经理

工程技术

生产管理

设备材料管理

经济管理

质量监督

机电工程师

计量监督

文件资料

施工员

消防员

安全员

设备管理员

材料管理员

成本控制员

劳动工资员

行政管理员

2.2 项目经理部现场劳动力计划

管理人员及生产工人
序
工种
人数
使用时间段
备注
1
起重
20人

2
电工
6人

3
钳工
8人

4
机工
8人

5
冷焊工
6人

6
测量工
6人

7
料工
6人

8
吊车、汽车司机
8人

9
头部配合
36人

10
泥浆工
12人

11
电瓶车工
4人

12
地面
9人

13
地面配合起重装卸工
3人

14
隧道清理保洁及管片修补
6人

15
警卫及区域保洁
5人

16
食堂辅助配合
3人

17
料库整理配合
2人

18
管理人员
20人

3 机械设备组织
序
设备名称
规格
单位
数量
进场日期
设备来源
1
盾构机
φ4800
台
1

加工制造
2
龙门吊(轨距7.4m)
10t
台
2

加工制造
3
电瓶车
5~14t
台
2

自有设备
4
多节离心水泵
TSW150×9
台
3

自有设备
5
电动空压机
10m3
台
2

自有设备
6
储气包
6m3
台
2

自有设备
7
渣浆泵(排污接力)
100ZGB(75KW)
台
4

外采购
8
泥浆转驳车

台
4

加工制造
9
干式变压器
250KVA
台
4

采购
10
潜水泵
100
台
4

采购
11
水力机械
卧式
套
2

加工制造
12
单梁电动葫芦
5t行走
套
2

采购
13
单节离心水泵
8sh－6
台
3

自有设备
14
发射架
φ4800
套
1

加工
15
后座反力架
φ4200
套
1

加工
16
后座反力架
φ4840
套
1

加工
17
闸阀
φ150×25kg
件
18

采购
18
闸阀
φ150×10kg
件
18

采购
19
闸阀
φ50×25kg
件
8

采购
20
莲蓬头
φ150
件
2

采购
21
止回阀
φ150
件
6

采购
22
千斤顶

台
12

自有设备
23
泥浆搅拌机

台
2

自有设备
24
管片车

台
4

自有设备
25
卷扬机
1t
台
2

自有设备
26
履带吊
1004
台
1

自有
27
振动锤
45KW
台
1

租借
30
生产用车

辆
1

租借
31
电烘箱

台
1

自有
32
管片车

台
2

自有
33
卷扬机
3t
台
2

自有
34
轴流通风机
22KW
套
2

自有
35
龙门吊(轨距10.35m)
10t
台
2

加工制造
36
干式变压器
250KVA
台
4

外购
37
潜水泵
50
台
4

自有
38
潜水平底污水泵
50(扬程34m)
台
8

自有
39
潜水平底污水泵
50(扬程15m)
台
6

自有
40
农用泵
75
台
8

自有
41
螺杆泵
2″
台
4

自有
42
螺杆泵
3″
台
3

自有
43
卧式水力机械
6″
套
2

加工制造
44
配电屏
600A
只
2

自有
45
配电箱
600A
只
4

自有
46
配电箱
400A
只
10

自有
47
分配电箱
250A
只
11

自有
48
分配电箱
200A
只
7

自有
49
管内照明分段箱
DF-100
只
25

自有
50
动力拖线箱
40A/380V
只
40

自有
51
照明拖线箱
15A/220V
只
25

自有
52
减压起动箱
28KVA
台
21

外购
53
减压起动箱
75KVA
台
13

外购

4 工程、施工材料组织
4.1主要工程材料、半成品计划
序
材料名称
规格
单位
数量
使用部位
备注
1
钢筋混凝土管片
φ4800
环
约1988
管片拼装

2
符合型管片
φ4800
环
约98
管片拼装

3
环向螺栓
M30
套
约25152
管片拼装
包括附件
4
纵向螺栓
M30
套
约31440
管片拼装
包括附件
5
止水橡胶带

套
约2100
隧道防水

6
丁基腻子

片
约7992
隧道防水

7
胶粘剂

kg
约5000
隧道防水

8
石棉橡胶板

环
约2100
隧道防水

9

10

11

12

4.2主要施工材料计划
序
材料名称
规格
单位
数量
备注
1
高压电缆
3×25＋3×10
m
3000
采购
2
橡胶电缆
3×120＋2×50
m
800
采购
3
橡胶电缆
3×95＋2×35
m
500
采购
4
橡胶电缆
3×70＋2×25
m
500
采购
5
橡胶电缆
3×50＋2×16
m
400
采购
6
橡胶电缆
3×35＋2×10
m
600
采购
7
橡胶电缆
3×25＋2×10
m
2500
采购
8
橡胶电缆
3×16+2×6
m
300
采购
9
走道板(木)
200mm×4m
块
1000
加工
10
轻轨
24kg
m
4000
采购
11
重轨
43kg
m
300
采购
12
鱼尾板
43kg
块
80
采购
13
路基钢板
28～30mm
m2
10
自有
14
法兰钢管
φ159×6.5
m
5000
加工
15
高压橡胶管
φ150
根
18
采购
16
低压橡胶管
φ150×7m
根
25
采购
17
橡胶排水管
φ150×8P×7m
根
10
采购
18
高压橡胶管
φ50×20m
根
10
采购
19
轻轨连接板

付
800
加工
20
压板

块
14800
加工
21
脚手管
φ48×3.5
m
3000
采购
22
通风管

m
2200
采购
23
铸铁压块
25kg
块
600
自有
24
闸阀
150×25kg
只
30
采购
25
闸阀
150×10kg
只
30
采购
26
闸阀
150×25kg
只
10
采购
27
莲蓬头
150
只
4
采购
28
逆止阀
150
只
4
采购
29
扣件
各种规格
只
1800
自有
30
弯头
159×45°
只
15
采购
31
弯头
159×90°
只
15
采购

5 施工场地布置
施工场地包括办公区和施工区两部分,办公区位于施工场地东南侧,面积约800m2,包括职工宿舍、办公设施、厕所及材料仓库。
施工区包括管片堆场、井上垂直运输、临时水泵房、进水、出泥场地,泥浆搅拌房、施工用电及安全设施布置等方面。
办公区与施工区域应界限分明。
6 生产设施布置
6.1施工水源和出泥场地
施工过程需要大量的施工用水,井点降水水量无法满足施工需要,因此需要在长江中引水作为施工用水。盾构掘进施工过程中需要排出大量土体泥水总量十分巨大,因此排泥场地是盾构掘进施工中的一个重要问题。为此在长江中距大堤约100m位置设取水平台和出泥平台,平台上安装4台8sh－6型(35KW、流量240m3/h)单节离心水泵取水,经过φ159法兰钢管送至大堤内现场临时水泵房内,接入水泵房内的高压水泵内作为施工用水。
6.2井上垂直运输
本工程采用龙门吊作为垂直运输设备,进水隧道工作井(循环水泵房沉井)顶部设置两台10t龙门吊,龙门吊跨度10.5m,由井上龙门吊负担管片及各种施工材料下井运输任务。
6.3管片堆场
管片堆场布置于循环水泵房后方,管片堆场区域大小应保证两天盾构施工所需管片的储备量,每垛管片堆高为两块,内弧面向上叠放,安放于专用托架上,上下管片间放置两条木垫板。垛与垛之间留有通道。场地内配备25吨汽车吊作卸车和场地内驳运管片之用。
6.4临时水泵房
由于盾构施工水力机械用水要求为高压水,因此长江取水输送至施工现场后需采用高压泵增压,因此在施工现场设置一个临时水泵房,临时水泵房内安装四台TSW150×9型多节离心水泵向隧道内,并安装两台10m3的空气压缩机备用,空气压缩机配置两只6m3储气包,储气包安放于岸边实地上。
7 开工前的质量准备工作
1会同业主、监理对施工图进行会审并听取设计方的设计交底,清楚详细的了解设计意图。
1 根据施工图、设计交底的要求编制详细的质量计划。
2 根据施工合同、施工设计图的要求,收集相应的规范、规程及有关文件,准备好工程中使用的质量记录。
3 根据业主提供的测量控制点,结合施工现场的实际情况及要求,建立施工现场测量控制网并请监理复核认可后投入使用。
4 施工场地平整。
5 对单位工程、质量计划进行技术交底,使每个施工人员对工程的特点、施工方法及施工方案的安排有一个较清晰的了解。
6 材料的采购。
7 设备进场。
8 施工现场环境、地下管线、建筑物情况调查。

第四章 盾构施工方案
1测量方案
1.1技术依据
<工程测量规范> GB50026-93
<建筑变形测量规程> JGJ/T 8-97
1.2施工现场测量控制网建立
根据主提供测量控制导线网,在通视条件好且施工活动和测量行驶不易影响的位置,利用两台T2经纬仪和测距仪采用方位角距离法测放测量导线点,建立能够通视且不易被施工破坏的现场测量控制网,经监理复核签证后投入使用,并采取必要的保护措施。
1.3井下及隧道内控制导线点测放
1.3.1盾构初期控制导线点建立
盾构初期控制点指在盾构出洞前和盾构出洞初期对隧道平面和高程进行测量所使用的平面和水准高程点。
平面控制点
首先利用T2经纬仪和测距仪从现场平面控制网采用小三角测量方法将控制点引测至盾构工作井前后墙井顶的设计隧道轴线上,前后墙井顶上各引测一个轴线点;然后分别在两个轴线点上架设经纬仪,互为后视点确定视线,锁定转盘后上下转动望远镜,将轴线控制点引测至井下,在工作井井壁上做好控制点标记,以此作为后座及发射架安装的控制线。

在井下盾构设计轴线上不影响设备安装的位置设置一个平面控制点作为盾构初期推进的仪器架设点,用井壁上的轴线控制点作为后视点,以此控制盾构推进的方向。
水准控制点
首先利用S3经纬仪和测距仪从现场平面控制网采用小三角测量方法将控制点引测至盾构工作井后墙井顶上;然后使用钢卷尺和垂球,将水准控制点引测至井下,在工作井井壁上做好控制点标记,以此作为盾构推进轴线高程控制的测量基准。
1.3.2隧道内测量导线点测放
在隧道推进过程中,由于隧道距离较长且隧道平面线性部分为圆弧曲线段,因此无法在井内进行整个隧道的轴线控制测量,故在隧道推进过程中,轴线控制点采用跟踪传递的方法跟踪至隧道前端,隧道轴线平面和高程偏差测量利用隧道前端的控制导线点进行测量。
1.4隧道盾构推进轴线控制测量
盾构推进时测量盾构机和隧道管片拼装水平和高程偏差,并及时掌握盾构机及隧道最前端一环管片姿态作为盾构纠偏的依据。
盾构机及隧道最前端轴线水平和高程偏差测量
隧道平面偏差:用一根长度与隧道内径相同的标尺水平放置于隧道最前端和盾构机内,利用传递到隧道内的控制导线点用J2经纬仪读出隧道和盾构机相对于设计轴线的偏离值。
隧道高程偏差:利用传递到隧道内的水准控制点,采用S3水准仪,经过在置放于隧道最前端底部和盾构机底部的标尺,测出隧道和盾构机管内低高程,将数值与相对应位置的设计值相比较求得隧道和盾构机的高程偏差值。
盾构机及隧道最前端轴线与设计轴线水平夹角和倾角测量
平面夹角:经过比较前后两个测点的偏差值求得。
倾角:盾构机的倾角可经过安装与盾构机内的垂球式倾角仪直接读出,隧道最前端倾角经过在隧道最前端顶部悬挂垂球后测量垂球与隧道最前端底部的水平距离后计算得出。

1.5大堤沉降监测
1、监测内容
①.长江大堤和盾构掘进轴线的沉降监测及位移监测
②.盾构掘进所影响到的大堤下各层土体的沉降、位移监测
③.盾构掘进所影响到的大堤坡脚下层土体的压应力监测
2、测试方法
①采用引进标准水准点,用水准仪测出地表测点的高程,经纬仪测出地表测点的位置,经过与测点的初始高程及初始位置比较,得到测点的沉降和位移变化情况。
②对于大堤下因盾构掘进而影响到的各层土体,经过钻孔后分别安装分层沉降管、测斜导管,用沉降仪测量土体内部的分层沉降情况;用测斜仪测量土体内部的水平移动和变形情况。
③在大堤坡脚下经过钻机钻孔埋设土压力计,用振弦读数仪测出土体的压应力。
测试精度,要求按中华人民共和国<工程测量规范>(GB50026-93)执行。
详见专项大堤监测方案
2.盾构施工
2.1盾构掘进机选型
工程地质勘探资料显示,进水隧道在淤泥质粉质粘土、粉质粘土夹粉砂中推进。同时隧道主要在长江中推进,除盾构穿越大堤外,其余位置对地面沉降控制的要求较小,而穿越大堤的距离很短,一方面经过预先对大堤进行加固,另一方面可经过控制盾构正面土压力、加强管片背后注浆、控制盾构推进速度等措施控制地面沉降,保证大堤的安全。
根据以上的工程实际特点,根据经济适用的原则,本工程进水两根隧道全部采用国产网格式盾构机进行施工,盾构机主要技术参数如下:
推进系统:
长行程千斤顶 1200KN×2150mm×7
短行程千斤顶 1200KN×1250mm×19
总推力 31200KN
单位面积推力 1248.8KN/m2
最大推进速度 3.5cm/min
推进泵 25SCY14-1B
P=31.5MPa Q=34.6L/min
N=30KW 380V 50HZ
拼装机
提升能力 34.5KN
提升行程 1150mm
平移行程 1050mm
钳口行程 100mm
回转范围 ±185°
回转速度 1.5rpm
回转泵 25SCY14-1B
P=16MPa Q=34.6L/min
N=18.5KW 380V 50HZ
拼装泵 25SCY14-1B
P=16MPa Q=34.6L/min
N=18.5KW 380V 50HZ
搅拌机泵 25SCY14-1B
P=19.6MPa Q=34.6L/min
N=18.5KW 380V 50HZ

2.2 盾构施工工艺流程图 接管道
接轨道

管片背后注浆
螺栓二次复拧
上部防水处理
管内拆除
掘进至设计长度
下部防水处理
质量检验
结束
推进至100环
拆除钢支撑
拆除临时管片
拆除后座反力架
推进至50m
盾构机控制台转换
盾构机出洞
油压千斤顶推进
柱塞伸至规定长度
拼装机安装管片
舱外土体挤压进入舱
水枪冲刷破碎舱内土
同步注浆
水力机械出泥
千斤顶停止推进
拼装机拼装管片
进水、排泥管道影施工?
轨道影响施工
准备工作结束

2.3施工准备
2.3.1施工水源
由于采用水力机械出泥,施工过程需要大量的施工用水,大堤内侧小河中水量无法满足施工需要,因此需要在长江中引水作为施工用水。
2.3.2施工临时水泵房
临时水泵房平面尺寸暂定5m×9m,因施工场地狭小,交叉施工较多因此施工时根据场地特征做灵活调整。
临时水泵房内安装四台TSW150×9型多节离心水泵向隧道内供应高压水作为施工用水。并安装两台10 m3的空气压缩机备用,空气压缩机配置两只6 m3储气包,储气包安放于岸边实地上。
2.3.3发射架加工、安装、就位
发射架在工厂加工完成后运送至施工现场,利用吊车吊入井内,按照预先测放好的设计轴线调整发射架的轴线,并用水准仪校正好发射架的顶面标高后,采用电焊方式固定于预先埋设于工作井底板上的预埋件上,为防止盾构机在出洞后初期阶段纠偏产生的水平推力引起发射架偏移而影响隧道施工质量,发射架就位固定后,应对其加设斜撑加固。
2.3.4穿墙洞挡土密封装置安装
根据设计,盾构出洞口用钢制穿墙管预埋在井墙中,洞口采用拉森Ⅲ型钢板桩作为挡土钢封门,钢封门在沉井下沉前安装于沉井外侧,随沉井一起下沉。为防止穿墙洞地下水经过钢板桩拼缝向井内渗流造成洞外土体流失从而影响洞外土体的稳定性,采用如下方法对钢封门进行止水并对洞口加固:
沉井下沉前钢封门内侧用样板铁、平板橡胶、螺栓连接进行止水处理,为防止在沉井下沉过程中钢封门滑移,用加强筋板将钢板桩与预埋穿墙管连接。沉井下沉至设计标高后,对钢封门外土体进行加固处理,确保土体在盾构出洞施工时不会出现坍方现象。
2.3.5洞门临时密封止水装置安装及洞口加固
由于工作井穿墙洞与盾构外沿之间存在较大空隙,为防止盾构出洞以及掘进过程中地下水、土体、浆液从空隙中涌入井内,给环境造成破坏且引起施工安全问题,盾构出洞前应在穿墙洞周边安装由帘布橡胶板、圆环压板、翻板以及连接销等组成的出洞密封止水装置,作为洞口防水的预防性措施。盾构出洞时,盾构机往前推进,将帘布橡胶板及翻板往穿墙洞内翻卷,利用帘布橡胶板的弹性使帘布橡胶板与盾构机外壳以及后续的＋1环管片外壁密贴,从而起到防水、防砂作用。
2.3.6盾构机制造、安装、调试、就位
盾构机在制造厂制造、安装、调试完成后运至施工现场,利用300t起重机起吊后吊入工作井内,搁置于发射架上。
2.3.7后座系统安装
后座系统包括钢管支撑、临时管片(负环管片)、天窗式反力架组成,安装完成后应保证第一环永久管片(＋1环)后端部与工作井内壁平。
由于后座系统制约着盾构机出洞姿态,因此,安装时应在测放出的轴线基础上进行安装,确保后座系统轴线与设计轴线一致。因工作井采用沉井法施工,在下沉过程中沉井不可避免地会发生偏差,因此安装时应调整钢管支撑,使临时管片(负环)端面与设计轴线垂直,同时应保证＋1环管片安装后其后端部伸出工作井内井壁400mm。
2.3.8临时管片(负环)拼装
在盾构初期掘进阶段,隧道管片与土体间摩阻力无法满足盾构掘进反力要求,为此需将盾构推力传递到工作井后墙以提供掘进反力,在隧道永久管片由后端至后座反力架之间需安装临时管片。
进水隧道工作井空间9.5m,临时管片拼装10环,其中封闭环4环,上部开口环6环,临时管片与后墙之间为钢管反力架,开口环上部、封闭环后端部与反力架之间空缺处用φ508钢管支撑传递。
盾构推进至30m时进行台车转换,为保证台车吊放进入隧道内的空间,转换前应先将顶部钢支撑拆除,并将－3、－4、环管片上半部分管片拆除,待台车全部下井并安装于隧道内后,在－2环临时管片于后座墙之间安装钢支撑。
2.4钢板桩拔除
在盾构机切口进入帘布橡胶板85cm左右时,即可进行穿墙洞口临时止水钢板桩的拔桩施工,拔桩时按照先中间后两侧的顺序进行。
钢板桩拔除采用45KW振动锤进行,拔桩时采用定型夹距将钢板桩夹住,夹具上端连接振动锤,用25t履带式自行起重机吊紧振动锤,开启振动锤马达,利用振动锤的振动破坏桩侧摩阻力,收紧吊车索具,将钢板桩缓缓拔出。
2.5 盾构出洞
盾构出洞是盾构利用在沉井内临时设置的钢构件和临时管片作后背,向前推进。从穿墙洞口向洞外的土体中贯入,沿着设计轴线方向,向前推进的一系列作业。盾构出洞是整个隧道施工中技术难度大,工序较复杂,又有一定风险的施工阶段。
当盾构机进入洞圈后马上进行洞圈橡胶帘布的整理工作,固定铰链挡板。出洞时盾尾钢刷中必须充满盾尾油脂。
钢板桩拔除后盾构机迅速上靠,经过格栅对土体的挤压,使土体进入冲泥舱内,使用水枪冲刷破碎土体后,利用水力机械形成的真空压力将泥浆排出。
当盾尾脱出工作井壁后,调整洞圈止水装置中的圆环板,并与洞门特殊环管片焊接成一体,若洞口漏水现象严重则由预设压浆管向洞圈周围内压注化学浆液,以防止土体从间隙中流失而造成地面的坍陷。
盾构机穿墙前,先做以下工作:在洞口内侧装帘布橡胶圈、装止回翻板、钢封门内侧止水拆除、盾构机头部吸泥舱充填砂土。
盾构机推至钢封门处停止推进,在盾构机处及帘布橡胶圈处充填压浆,直至全部拔除钢封门推进盾构机使之嵌入土体并开始盾构初期掘进。
2.6 盾构掘进初期阶段
盾构出洞口至大堤内坡脚约100m阶段称之为盾构初期初期掘进阶段,这一阶段由于盾构工作井空间的限制,前期盾构机台车无法安装到隧道内,只能临时安装于工作井上部的地面上,待盾构推进至一定长度后进行台车转换。同时由于在盾构掘进初期阶段,盾构机后部已掘进、拼装隧道长度短,管片与土壁摩阻力不足以提供盾构推进所需反力,因此盾构工作井内需设置临时管片和反力架将盾构施工的推进反力传递到工作井后靠墙。
盾构掘进初期阶段可视为盾构掘进的试验阶段,应在这一阶段的掘进施工中掌握施工区域的地质条件对掘进参数的影响,并掌握盾构施工的各种参数,用以指导盾构掘进的施工。
2.6.1台车转换
盾构掘进至30m长度时,暂停掘进,在隧道内安装台车轨道,拆除工作井内临时管片上半部分钢支撑,并拆除满环临时管片后二环管片的上半部分,将台车逐节吊下工作井安放在台车轨道上,牵引到隧道前端,逐节连接到盾构掘进机上,使台车与盾构机成为联动装置。在台车转换的同时进行有关设备的转换。
台车转换完成后,在临时管片(负环)后端部与工作井后座墙之间安装钢支撑后继续掘进。
2.6.2临时泥水输送系统
盾构掘进初期,由于台车无法下井,导致盾构机自身配备的卧式水力机械无法安装,因此在井内安装一套临时卧式水力机械作为临时出泥装置。盾构掘进至30m进行台车转换后,拆除临时卧式水力机械,转而采用盾构机自身配备卧式水力机械出泥。
2.6.3后座系统拆除
盾构掘进至100m长度时,暂停掘进,将盾构工作井内的反力架和临时管片全部拆除吊出,拆除后在工作井内重新铺设电瓶车轨道,使之与隧道内原有轨道连接后再掘进。
工作井内拆除按照以下流程进行:暂停掘进→临时水力机械拆除吊出→临时管片段电瓶车轨道拆除→临时管片拆除吊出→反力架拆除吊出→井内轨枕铺设→