盾构始发与掘进施工方案.doc
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1、昆明轨道交通首期工程土建施工13标 盾构始发与掘进施工方案 昆明市轨道交通首期土建工程施工13标【昆明北站至北辰小区项目】盾构始发与掘进施工方案 中铁十五局集团有限公司昆明轨道交通首期工程土建施工13标项目经理部 2011年3月30日2目 录1.工程概况11.1.盾构工筹11.2.区间隧道线路平剖面11.3.区间隧道周边地下管线及邻近建(构)筑物情况31.4.工程地质51.4.水文地质82.工程重难点及措施92.1.圆砾层盾构长距离掘进刀具配置92.2.在圆砾层中盾构掘进渣土改良112.3.控制地表沉降对建筑物及管线保护123.施工总部署143.1.盾构始发场地平面布置143.2.开仓换刀位置
2、选择143.3.工期安排154.盾构始发前的准备164.1.洞门预埋件布置164.2.洞门水平探孔174.3.洞门围护结构凿除184.4.始发台安装184.5.反力架安装194.6.洞门密封安装204.7.负环管片安装204.8盾构机初期向前推进的技术措施215.盾构机下井调试225.1.盾构机吊装225.2.盾构机调试226.盾构始发及试掘进256.1.盾构始发参数选择256.2.盾构始发施工措施256.3.试掘段进参数选择266.4.试掘进参数分析297.盾构机正常掘进317.1.土压平衡模式的实现317.2.碴土改良和管理337.3掘进过程中姿态控制337.4.管片拼装357.5.同步注
3、浆377.6.二次注浆427.7.刀具的更换427.8.洞内出碴、运输及弃土外运497.9.隧道通风、循环水、照明508.盾构机到达掘进538.1.盾构到达施工流程538.2.盾构到达的准备工作538.3.盾构到达施工548.4.盾构机到达前的预防措施569.建筑物和地下管线的保护措施589.1.掘进参数控制589.2.碴土改良599.3.注浆管理599.4.加强设备保障609.5.优化工序609.6.地面监测609.7.应急措施6110.施工监测6210.1.测点布置6210.2.监测的数据分析与信息反馈6710.3.监测的质量控制6711.施工测量6911.1、盾构机形态的控制测量6910
4、.2、管片安装测量7012.安全保证体系和保证措施7112.1.安全管理组织机构7112.2.安全管理组织机构主要人员职责7112.3.施工安全技术措施7313.质量保证措施7913.1.建立健全质量机构,落实质量责任制7913.2.盾构隧道施工质量保证措施8014.环境保护措施8314.1.加强施工管理,强化环境保护意识8314.2.实施封闭、半封闭管理,减少对周边环境的影响8314.3.加强废水、废气、废碴的管理8414.4.加强运输车辆的管理8414.5.加强监测量测,确保环境安全8415危险源分析及对策8615.1应急处理组织措施8815.2应急处理组织机构8915.3应急处理工作流程
5、8915.4应急设备清单90盾构始发与掘进施工方案1.工程概况1.1.盾构工筹本标段三个区间均采用盾构法施工,投入4台6480复合式土压平衡盾构机用于本标段盾构区间施工,1、2号小松盾构机从金星站北端始发,到达北辰小区站后吊出到金星站南端头始发到白云路站北端,3、4号沈重盾构机从白云路站南端头始发至昆明北站,隧道管片采用通用型管片,楔形量37.2mm,管片内径5.5m,外径6.2m,厚度为0.35m,宽度为1.2m,分 块 数:6块(1F+2L+3B)。图1-1 盾构工筹图1.2.区间隧道线路平剖面北辰小区站金星站区间区间设计里程为左DK6+309.014左DK6+883.151,右DK6+3
6、09.014左DK6+883.151,右线全长574.137m,左线全长572.866m(其中短链1.271m),本区间不设置联络通道。线路自北辰小区站出站后沿北京路延长线中间直进,穿过金菊路路口,以R=1000m的半径左拐至路侧进入金星站。线路左右线线间距为14.0m14.1m。线路右线自北辰小区站以-2下坡至变坡点后,接3坡度上坡280m至区间隧道中间最高点,然后以-3.410的坡度下坡250m,接-2.00的坡度下坡至金星站,区间隧道纵坡呈“人”型坡。线路在出站和进站处竖曲线采用3000m半径,其它地方竖曲线采用5000m半径。区间最大坡度3.410,最小坡度2.0,覆土厚度8.62m9
7、.93m,主要穿越圆砾层。金星站白云路站区间设计里程右线为右DK7+054.651右DK8+101.766,左线为左DK7+054.651左DK8+101.766。右线全长为1047.923m(其中长链为0.808m),左线全长为1044.786m(其中短链为2.329m)。区间设置2座联络通道(与废水泵房合建)。本区间线路自金星站出站后沿北京路延长线左、右线分别以R=350m、R=400m的半径右拐进入金星立交桥段,然后左线以R=1000m的半径左拐、右线以R=1500m的径右拐穿过金星立交桥,出金星立交桥后左、右两线分别以R=1200m的半径右拐、左拐后过渡至平行段,以直线段进入白云路站。
8、白云路站昆明北站站区间设计里程为:左DK8+362.966左DK9+209.027,右DK8+362.966右DK9+210.135,其中左线长847.447m(其中长链1.386m),右线长847.169m,设置联络横通道1处,与废水泵房合建。线路出自白云路站后沿北京路展布,以直线段出白云路站,经过金洲北路路口,左右线均以半径R=600m左拐至路侧,经过联盟路,右线以半径R=500m避开北延工程挡土墙下桩基,左右线再分别以半径为R=1017m、R=1000m右拐穿过昆明北站战场股道及站房,以圆弧段进入昆明北站站。线路左右线线间距为9.3m17.1m。线路左右线均以25的坡度下坡280m,再分
9、别接7.43、6.58的坡度下坡210m、207m至区间隧道中间最低点,然后分别以27.996、26.733的坡度上坡250m、254.386m至昆明北站站段。区间隧道纵坡呈“V”型坡,线路在进出站处竖曲线半径采用3000m,其他竖曲线半径为5000m。区间最大坡度27.996,最小坡度6.58,覆土厚度8.66m17.14m,主要穿越圆砾层。1.3.区间隧道周边地下管线及邻近建(构)筑物情况北辰小区站金星站区间区间范围内的地下管线均位于北京路延长线下方,地下管线密集,但埋深较浅,管线最小埋深0.20m,最大埋深4.70m,盾构段施工对地下管线影响较小。区间位于北京路延长线下方,沿线无控制性建
10、(构)筑物,但道路两旁各类建筑物密集,根据已收集资料,部分高层建筑(欣都龙城、领域时代等)的桩基中存在锚杆(索),最长达25m,据资料分析与区间隧道尚有一定距离。金星站白云路站区间区间范围内的地下管线均位于北京路延长线下方,地下管线密集,但埋深较浅,管线最小埋深0.17m,最大埋深4.330m,盾构段施工对地下管线影响较小。区间大部分位于北京路延长线下方,侧穿金星立交桩基,区间右线盾构隧道结构外轮廓与桩基外缘平面内最小净距为3.108m,左线盾构隧道结构外轮廓与桩基外缘平面内最小净距为2.257m;右 DK07+856.625处侧穿人行天桥桩基,区间右线盾构隧道结构外轮廓与桩基外缘平面内最小净
11、距为2.063m,左线盾构隧道结构外轮廓与桩基外缘平面内最小净距为2.164m;区间沿线道路两旁各类建筑物密集。白云路站昆明北站区间本段区间地下管线上侧沿北京路走向的主要管线有:输配水管/灰口铸铁管/ 200300(北京路两侧);雨水沟/砼/700(北京路西侧);原水管/砼管/1200(北京路东侧);污水管/砼管/1200(北京路东侧);污水管/砼管/400(北京路西侧);煤气管/钢/325(北京路东侧);供电/PVC/600x600(北京路西侧);供电/砖/2000x2000(北京路西侧);供电/PVC/450x150/t1(北京路西侧)。以上管线埋深均较浅无需改迁。区间线路在北京路下穿越,
12、将下穿或侧穿联盟路口人行天桥、星雅俊园基坑锚杆、世纪俊园期基础、世纪俊园期基坑锚杆、北延工程排水泵井及泵站房屋、北延工程铁路桥及挡土墙桩基、铁路路基及昆明北站房。1) 联盟路口人行天桥为钢结构,主梁和楼梯下桩基均采用800钻孔灌注桩,桩长11m.轨道交通首期工程下穿联盟路口人行天桥,区间左线盾构隧道结构中心线与桩基水平最小净距1.031m,竖向最小净距为3.322m,区间右线盾构隧道结构中心线与桩基水平最小净距0.132m,竖向最小净距为3.444m。2) 星雅俊园为新建项目,20层以上高层建筑物,目前刚建成无住户入住,在原凤凰新村处的位置。星雅俊园基坑北京路一侧采用五排锚杆,角度在1530之
13、间,最长锚杆为18m.轨道交通首期工程区间左线隧道外轮廓位于锚杆下方,但无冲突,最小竖向净距为5.002m。区间隧道左线拱顶埋深15.909m。3) 世纪俊园期为20层以上高层住宅楼,其中A、B、C、D、E幢采用墙下梁板式筏片基础,裙楼商场、车库采用柱、墙下柔性基础.轨道交通首期工程临近世纪俊园基础,区间左线盾构隧道结构外轮廓与世纪俊园A幢基础外缘平面内最小净距为7.686m,竖向最小净距为4.610m;与裙楼商场(砼3层)基础外缘平面内最小净距为1.210m,竖向最小净距为4.065m。4)世纪俊园期为20层以上高层建筑物,世纪俊园期基坑北京路一侧的锚杆采用56道锚杆,角度在1530之间,最
14、长锚杆为12m,锚杆的水平间距为1.5m.轨道交通首期工程隧道结构外轮廓与世纪俊园期基坑锚杆水平上有重合,但无冲突,隧道结构外轮廓与锚杆最小净距为872mm。5)北延工程排水泵站是专为北京路延长线下穿昆明火车北站工程排水而设计, 包括泵井及泵站房屋。泵井为内径7m、深度12m的钢筋混凝土结构;泵站房屋现有为1层砖混结构,后期又自主加盖了第二层,现未能收集到房屋二层的相关资料基础采用M5砂浆砌MU50毛石砌筑。轨道交通首期工程下穿北延工程排水泵站。区间左线盾构隧道结构外轮廓与泵井最小水平净距为2.935m,最小竖向净距为1.942m,最小净距为4.767m;区间右线中心线平面内进入泵井2.948
15、m,最小竖向净距为2.090m,最小净距为2.728m;区间右线盾构隧道下穿泵站房屋最小竖向净距为8.786m.6)北京路北延工程下穿昆明火车北站工程铁路桥段长80.06m,铁路桥桩基为双排,直径0.8m桩长27m的25号钢筋混凝土钻孔桩;挡土墙段长39m,挡土墙桩基为两排,直径为0.8m桩长25m的25号钢筋混凝土钻孔桩。右线隧道结构外轮廓与桩基的水平间距2.3545.329m;区;区间隧道埋深1113m左右,位于桩身的中部。7) 轨道交通首期工程下穿铁路路基,区间右线盾构隧道结构外轮廓覆土厚度10.643 11.861m,区间左线盾构隧道结构外轮廓覆土厚度10.647 11.858m。8)
16、 昆明火车北站站房为框架结构,并设有一层地下室。结构基础采用人工挖孔桩基础,桩长812m,桩径R=1.6m、2m、2.5m;轨道交通首期工程下穿昆明火车北站,区间盾构隧道结构外轮廓与昆明火车北站桩基冲突;鉴于该站房目前已用作铁路博物馆,不作为火车站站房使用,火车站站房按拆除考虑,此外盾构施工前应拔除与盾构相冲突的桩基。1.4.工程地质按照沉积年代,成因类型及岩性名称,区间深度范围内自上而下可分为第四系人工活动层(Qml4),第四系全新世冲洪积层(Qal+pl4)及第四系上更新世冲洪积层(Qal+pl3)三大类。场区各岩土层分布及特征分述如下:(1) 第四系人工活动层(Qml4)杂填土(1)1:
17、杂色,稍密、稍湿,表层为沥青混凝土,下含碎石,局部为路基结构层。连续分布。厚度1.401.60m,平均厚度1.55m。分布在盾构顶板以上。(2)第四系全新世冲洪积层(Qal+pl4)粉质粘土(2)1:褐黄,可硬塑,湿,中压缩性,无摇振反应,稍有光泽,干强度高,中等韧性,含云母、氧化铁及风化碎石。局部为粘土。连续分布。层顶埋深1.401.60m,厚度0.901.80m,平均厚度1.23m。分布在盾构顶板以上。粘土(2)2:褐灰、深灰,软塑,饱和,高超高压缩性,无摇振反应,有光泽,干强度中等,中等韧性,含有机质。局部夹未完全分解腐殖物。连续分布。层顶埋深2.504.70m,厚度0.503.90m,
18、平均厚度1.55m。分布在盾构顶板以上。粉质粘土(2)3:褐灰、深灰,可塑,湿,中压缩性,无摇振反应,稍有光泽,干强度高,中等韧性,含少量有机质。局部为粘土。较连续分布。层顶埋深3.507.00m,厚度0.401.50m,平均厚度0.93m,主要分布于盾构顶板以上。粉土(2)4:褐灰、灰,稍密,饱和,中压缩性,摇振反应迅速,无光泽,干强度低,韧性低,夹粉砂薄层。局部含未分解植物根茎、叶。较连续分布。层顶埋深2.606.90m,厚度0.401.40m,平均厚度0.76m。主要分布于盾构顶板以上。泥炭质土(2)5:黑灰、黑,软塑流塑,饱和,高压缩性,有机质含量约1550%,局部有机质含量大于60%
19、,相变为泥炭。不连续。层顶埋深2.703.40m,厚度0.401.60m,平均厚度0.98m。主要分布于盾构顶板以上。(3)第四系上更新世冲洪积层(Qal+pl3)圆砾(3)1:深灰、兰灰、褐黄,中密密实,饱和,低压缩性,砾石成分为砂岩、玄武岩、灰岩为主,中微风化。磨圆度较好。大于20mm的卵石含量在1040%。最大粒径150mm。以粉土、粉砂、粉质粘土填充,填充无规律,界线不清。连续分布,且厚度大,各孔段均未揭穿。层顶埋深4.4034.9m,厚度1.226.1m,平均厚度12.01m,圆砾层中不均匀地分布有胶结层。盾构主要穿越土层。粉质粘土(3)1-1:褐黄、灰,可塑软塑,湿,高压缩性,无摇
20、振反应,稍有光泽,干强度高,中等韧性,局部含少量有机质。为圆砾层中的夹层及透镜体。在盾构线路中及顶、底板附近有分布。层顶埋深10.2031.50m,厚度0.502.80m,平均厚度1.14m。粉质粘土(3)1-2:褐黄、兰灰、灰,可硬塑,湿,中压缩性,无摇振反应,稍有光泽,干强度高,韧性高,间夹粉土团块。为圆砾层中的薄夹层及透镜体。在盾构线路中及顶、底板附近有分布。层顶埋深14.034.70m,厚度0.502.10m,平均厚度1.32m。粉土(3)1-3:褐灰、灰、深灰,中密,饱和,中压缩性,摇振反应中速,无光泽,干强度低,韧性低,局部地段相变为粉砂层,局部夹腐木。为圆砾层中的薄夹层及透镜体。
21、在盾构线路中及顶、底板附近少量分布。层顶埋深10.9013.20m,厚度0.601.10m,平均厚度0.85m。盾构穿越主要是圆砾层,其岩性特征、岩土承载力及变形指标见表1-1。表1-1 圆砾层岩性特征、岩土承载力及变形指标土层编号土层名称承载力标准值压缩模量变形模量基床系数泊松比垂直水平fakEs1-2E0KVKXkPaMPa(MPa)MPa/mMPa/m1圆砾3503040600.20从金星站基坑开挖地层1圆砾土中夹杂有钙质胶体,分部无规律,其厚度不均,厚的有2m左右,最大抗压强度达40mpa左右。三个盾构区间地质剖面见附图1.4.水文地质区间段处盘龙江与金汁河之间,两河流均与本场区地下水
22、位有联系,金汁河河水往本区间段排泄,盘龙江则当河水水位高时,补给本场区,当河水位较低时,场区地下水往河内排泄。勘察揭露地下水为潜水,主要含水层为圆砾(3)1层,水量大,受地形及层面起伏影响,局部地段微具承压性。对本工程施工有较大影响,在掘进过程中易产生坍塌、流砂及喷涌现象。932.工程重难点及措施2.1.圆砾层盾构长距离掘进刀具配置针对昆明圆砾层及夹杂胶结体,且面临立体交叉的结构物和非常靠近建筑物的掘进情况,且掘进隧道的上部有下水和上水、电力的管线埋设,无法在地面进行土质改良,刀具配置要求现实长距离隧道掘进的工况下不换刀的理念和思路。北辰小区站金星站区间和金星站白云路站区间采用小松盾构机,刀盘
23、刀具配置见2-1图。北辰小区站金星站区间本区间掘进距离较短,在始发后约300位置设有加固区,故可将第一个区间的刀具实际使用作为金星站白云路站区间的(可尽量减少刀具更换)刀具选择试验区间,将预测以外的刀具更换风险也考虑在内选择刀具。刀具配置:在承受负载较大的刀盘外周附近布置双刃滚刀(8套),相对承受负载低的内侧不安装滚刀而安装可更换式先行刀。并在刀盘面板上焊接较可更换式先行刀低30mm的焊接式先行刀。焊接式先行刀同一轨迹上(除中心部)配置2把刀,单个的切削深度减半以减轻砾岩掘进时的负载。此外,在比焊接先行刀更低30mm处配置主切削刀,其他最外周附近的刮刀和超挖刀。这样配置3段结构的刀具选择安装可
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