土压平衡盾构机掘进方案Word格式文档下载.docx
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配备拥有丰富盾构掘进经验的盾构班组人员操控穿越玲珑街一号桥冲桩区后并对道具进行检修;
下穿金鸡湖掘进过程中关注中间风井施工进度,距中间风井300m处应结合中间风井施工进度控制掘进速度,并做好过中间风井的盾构检修等相关点的准备工作;
通过中间风井后保证安全质量的前提下快速掘进,并开始协调星港街的接收准备工作;
盾构快速掘进穿越城市广场到达星港街进行检修完毕后解体吊装至会展中心站东端头;
接着掘进会展中心站~华池街站(会~华)区间从会展中心站东端头始发,下穿国际博览中心预留的地铁通道及玲珑街二号桥北侧水乡长廊至华池街站。
盾构掘进总体施工部署详见下图3.1-1。
图3.1-1盾构掘进总体部署示意图
3.2施工组织机构总体要求
项目经理对掘进工作全面负责;
项目总工、安全总监、副总工负责掘进工作安排,督促各个部门工作落实情况;
物设部负责始发物资设备进场;
工程部负责盾构现场实施工作;
安质部控制现场安全、质量。
各部门各司其职,责任落实到个人。
3.3施工管理组织机构、管理措施及施工过程管理与责任
3.3.1施工管理机构及项目管理措施
实施项目法施工管理,从技术、计划、合同、质量、安全、文明施工及成本和信息管理上严格按照建立的规章制度进行科学的管理,确保工程验收合格率100%,优良率95%以上。
3.3.2项目经理部组织结构图及部门职责
3.3.2.1项目经理部组织结构图
根据本工程的特点及管理跨度,本着“精干高效,功能完备”。
现场管理采用一级管理,项目经理部由上至下分为管理层和作业层。
(1)管理层管“面”,即进行生产、质量、安全、文明施工的综合管理。
本工程管理层由项目经理、项目副经理、项目总工以及各职能部门(施工技术部、质量安全部、物资设备部、财务部、综合办公室)组成。
(2)作业层管“线”,各尽其职,各负其责,进行专业化作业,实行专业化管理。
本工程作业层由施工项目队组成。
投入本工程的组织机构见下图。
项目经理部组织结构图
3.3.2.2部门职责
管理层负责组织管理、协调控制,负责与业主、设计、监理及其它相关单位的联系;
作业层负责现场施工,按照计划完成施工任务。
其具体管理职责见下表
序号
管理层及作业层
主要职责
1
项目经理
主持全面工作,全面履行项目合同,对工程质量、安全、工期和成本控制全面负责;
负责项目经理部部行政管理工作,包括人员调配、财务管理和对外协调等。
2
项目副经理
主抓生产进度、安全、文明施工、资源配置和队伍管理,负责组织指挥施工生产、各生产单位的接口界面协调和部考核。
3
项目总工程师
项目副总工程师
主抓技术管理工作和质量控制,并负责与监理单位、设计单位、质检站和业主的协调工作,分管施工技术部。
4
施工技术部
①组织设计文件会审,编制实施性施工组织设计和技术交底。
②负责工程测量、量测和反馈、试验、隐蔽工程的检查评定、安全质量和文明施工管理,配合设计、监理工作。
按照质量体系文件,全面开展各项质量活动。
③制订技术、安全、质量等管理细则和保证措施,组织处理安全质量事故。
④管理变更洽商,建立技术及质量管理日志,做好项目技术档案管理工作。
⑤掌握项目各生产单位的工程进展情况,归纳分析影响进度的因素,并提出改进措施。
⑥组织重点技术难题攻关,检查指导作业工区的技术工作。
⑦编制年、季、月施工计划,监督计划执行情况。
⑧编制竣工文件,参加工程竣工验收。
办理验工计价和部承包核算。
负责合同管理、清算积累等事宜。
5
财务部
①编制成本计划和资金使用计划,确定、分解成本控制目标。
②负责向业主提供按合同文件规定的、必须递交的证明文件,办理与业主间工程款的收付。
6
物资设备部
①负责材料和设备订货、租赁,为项目施工提供保障。
②编制材料、设备供应计划,经主管经理批准后负责实施。
③分类保管好一切材料、机电设备的资料和报告证件等,建立管理台帐,做好各项材料消耗和库存统计工作。
④制定物资设备管理标准和实施办法,对工程使用的材料、机电设备的质量和管理负全责。
⑤控制项目成本,制定定(限)额发料标准和机械台班部租赁收费标准,办理材料、机械成本核算和费用结算。
7
质量安全部
①根据工程质量总目标,制定质量监督管理网络;
评定原材料和设备;
进行施工质量检查,使工程能按合同、设计、规的要求施工;
进行隐蔽工程的检查评定;
参与业主、监理部门进行质量的抽查和质量监测质检。
对工程产品的最终施工质量负责。
②从事施工安全检查、安全培训教育、文明施工、环境保护等工作;
对施工安全和文明施工负责。
8
综合部
办公室是项目经理部的综合协调部门,主要负责项目的对外联络、文秘、人事劳资、治安保卫以及部行政事务。
9
作业管理组
作业班
作为主要生产单位,承担本项目按照施工区和任务划分的工程,负责按施工图、技术交底要求组织生产,保质、保量地完成工程施工任务。
3.4项目管理措施
3.4.1技术管理
工程开工前,在总工程师的直接领导下,技术人员认真编制施工方案,确定先进合理、经济可行的施工方法和技术措施。
认真审核图纸,作好复测与测量工作,为按期开工作好一切必要的施工技术准备工作。
施工过程中,严格执行技术交底制度及各施工工序的三检制,做好试验检测、工程监控和测量放线的工作,确保各个施工环节处于质量受控状态。
3.4.2计划管理
以总网络计划为依据,编制月、周施工进度计划,并根据实施过程的实际完成情况及时同原进度计划对比、修正与调整,实行动态管理。
对实际过程中出现进度滞后的工序,提出补救措施,确保总网络计划的实现。
每周定期举行计划协调会,分析上周计划落实情况,下达下周的施工任务,切实保证计划实施的严肃性。
3.4.3合同管理
做为实施合同的一方,充分重视合同的管理工作。
根据合同的每一个细节,严格执行合同的每一条款。
以项目经理为主的合同管理人员,具体处理各种与合同有关的事宜,以保证合同双方的利益得以实现,确保工程合同的顺利履行。
3.4.4成本管理
加强材料物资管理,严把采购、运输、发放等各个环节,降低消耗,杜绝浪费,降低成本。
按网络计划精心组织施工,搞好劳动力调配,科学的安排施工程序,尽量避免停、窝工现象。
做好设备机具的维修和保养,努力提高施工机械的利用率,机具设备设专人负责保管,采取有效措施节约原料消耗。
3.4.5资料管理
对图纸、文件、技术交底、会议记要、监理指示、试验资料、检查证、评定表等各项资料设专人分类整理,妥善保存,以保证竣工资料及时完整移交。
3.5施工过程管理与责任
施工过程中,各工序技术负责人负责现场工序的技术指导、技术监督,并及时处理施工中遇到的技术问题,及时反馈信息。
质量监察工程师根据质量总目标,进行施工质量检查,使工程能按合同、设计、规的要求施工;
进行隐蔽工程的检查评定。
安全负责人负责施工安全检查、安全培训教育、文明施工、环境保护等工作。
物资设备部门负责人根据工程进度情况,合理组织原材料的采购、验收和保管;
负责各种原材料、机具、设备的合理调配,对工程所用的材料、机电设备的质量和管理负责。
为了确保质量、加强组织管理及工序技术衔接,施工过程中在落实部门岗位责任制的基础上实行行政领导和主要管理人员工地值班制度和工序技术负责制度。
3.6工期安排
会展中心站~星港街站左线拟定于2009年3月27日开始正常掘进,工期为180个工作日。
3.7工程特点及难点
⑴隧道穿越玲珑街1号桥拔桩区,原桥进行拔桩时残余钢筋使掘进施工存在一定的风险性。
⑵隧道穿越金鸡湖,各种不确定因素较多,如出现非计划性的长时间停机等,使得盾构掘进风险性较大。
⑶隧道主要穿越④2粉砂层及⑤粉质粘土层,给盾构的减压(土建平衡模式)带来困难,施工时的防水措施也尤为重要。
(4)工期紧,该工程为轨道交通一号线重点工程,湖底掘进完成后方可施工会~华区间,工期紧、工程量大,因此必须做好合理的施工组织安排。
3.8盾构掘进设备配备
设备名称
数量
规格型号
一
盾构隧道施工专用设备
盾构机及后配套
2台
EPBTM6340PMX
交直变频电力机车
4台
JXK-45
电瓶车蓄电池组
24组
540V
碴车
10节
17m3
砂浆运输车
8m3
管片车
6节
15t
充电机
10台
KCA-150/380V
门式起重机
45t
25t
10
冷却系统
1套
SRM-80
11
砂浆搅拌站
TS-500
12
通风机
SFD60-4-N010
13
水泵
5台
65LS16×
14
潜水泵
Q4型
15
滤油机
1台
16
小型泵站
二
管片制造及运输专用设备
管片模具
7套
6200×
5500×
350×
1200
ELBA60m3/h混泥土搅拌系统
ELBAEMC45拌和系统
ELBAEMC45
10t双梁桥吊(5+5)
3台
5×
19.5m
7t叉车
CPCD7T
2t油炉
1个
吊具
1宗
帆布蒸养罩
84个
翻片机
空压机
3L10/8
焊接台座
12台
普通电焊机
11台
BX3-300-2A
CO2半自动电焊机
18台
DW-450
管片运输车
剪断机(钢筋)
TFO-M
无级调整弯曲机
B-25-ED
17
钢筋弯弧机
R-32-U
18
实验室仪器、设备
19
抗渗试验机
20
外载荷(抗弯)检验机
21
弯曲机
6台
GWB-40
22
三
测量、监测设备
精密水准仪
DSZ-2
光学对中器
2个
全站仪
TCA1103
全自动测量系统
2套
激光断面测量仪
AMT4000
铟钢板尺
2把
TSG5-3
小型发电机
经纬仪
SD-1
数显收敛计
NC-50
分层沉降仪
SINCO
倾斜测试仪
水位观测仪
VW-1
频率接收仪
TC1800
水准仪
SY-1
地质超前预报仪
TSP202
声波探测仪
400型
管线探测仪
四、盾构掘进施工方法
4.1盾构掘进流程及操作控制程序
4.1.1盾构掘进作业工序流程
4.1.2盾构掘进操作控制程序
4.2盾构掘进工况模式
盾构机对隧道工程的适应性除了表现在刀盘与刀具的适应性、碴土的流动性和止水性之外,掘进模式的适应性是非常关键的。
为了获得理想的掘进效果、保证开挖面稳定、有效控制地表沉降及确保地面建筑物安全,必须根据不同的地质条件选择不同的掘进工况。
本工程根据水文地质情况选择土压平衡掘进模式。
4.2.1土压平衡工况实现和技术措施
4.2.1.1土压平衡工况的实现
土压平衡工况掘进时,是将被刀具切削下来的土体充满土仓,利用这种土压与作业面的土压与水压平衡,同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业,掘进过程中始终维持开挖土量与排土量的平衡,以保持正面土体稳定。
4.2.1.2、土压平衡模式技术措施
⑴采用以齿刀、刮刀为主切削土层,以低转速、大扭矩推进。
⑵土仓土压力值略大于静水压力和土压力之和,并在掘进中不断调整优化。
3土仓压力通过采取设定掘进速度、调整排土量或设定排土量、调整掘进速度两种方法的建立,维持切削土量与排土量的平衡,以使土仓的压力平衡。
4盾构机的掘进速度主要通过调整盾构推进力、转速来控制,排土量则主要通过调整螺旋输送机的转速来调节。
在实际掘进施工中,根据地质条件、排出的碴土状态,以及盾构机的各项工作状态参数等动态地调整优化,掘进采取碴土改良措施增加碴土的流动性和止水性。
4.2.2土压平衡模式下土压力控制
土压力控制采取以下两种操作模式:
1控制排土量的排土操作控制模式,即通过土压传感器检测,改变螺旋输送机的转速控制排土量,以维持开挖面土压稳定的控制模式。
此时盾构的推进速度人工事先给定。
2控制进土量的推进操作控制模式,即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度,以维持开挖面土压稳定的控制模式。
此时螺旋输送机的转速人工事先给定。
4.2.3土压平衡模式下排土量的控制
排土量的控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一。
理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的,千斤顶的速度和P值设定后,盾构机可自动设置理论转速N。
QS=VS×
N
VS-设定的每转一周的理论排土量。
QS应与掘进速度决定的理论碴土量Q0相当,即:
Q0=A×
V×
n0
A-切削断面面积
n0-松散系数
V-推进速度
通常理论排土率用K=QS/Q0表示。
理论上K值应取1或接近1,这时碴土具有低的透水性且处于好的塑流状态。
事实上,地层的土质不一定都具有这种性质,这时螺旋输送机的实际出土量与理论出土量不符,当碴土处于干硬状态时,因摩擦力大,碴土在螺旋输送机中输送遇到的阻力也大,同时容易造成固结堵塞现象,实际排土量将小于理论排土量,则必须依靠增大转速来增大实际排土量,以使之接近Q0,这时Q0<QS,K>1。
当碴土柔软而富有流动性时,在土仓高压力作用下,碴土自身有有一个向外流动的能力,从而碴土的实际排土量大于螺旋输送机转速决定的的理论排土量,这时Q0>QS,K<1。
此时必须依靠降低螺旋输送机转速来降低实际出土量。
当碴土的流动性非常好时,由于螺旋输送机对碴土的摩阻力减少,有时回产生碴土喷涌现象,这时转速很小就能满足出土要求。
碴土的出土量必须与掘进的挖掘量相匹配,以获得稳定而合适的支撑压力值,使掘进机的工作处于最佳状态。
当通过调节螺旋输送机转速仍达不到理想的出土状态时,可以通过改良碴土的塑流状态来调整。
4.2.4操作塑流控制
当切削土为粘结性泥土时,这类土只要通过切盘切削搅拌和螺旋输送机传动,就能具有很大的塑流性,能满足土压平衡盾构的工作要求。
而当切削土为含砂量超过一定限度的砂和砂粘土时,单靠刀盘搅拌和螺旋输送机传动,很难达到应有的塑流化状态,这时,一方面会造成出土困难,另一方面密封舱可能会因之有空腔存在,这将直接影响开挖面土体的稳定,在这种地质条件下,采取借助设在刀盘上的注浆管向前方土体注入泡沫剂或膨润土泥浆的办法加以处理。
推进时,刀盘扭矩是随泥土塑流化状态以及盾构推力的变化而变化的,所以盾构掘进时,通过泥土塑流化控制,把刀盘扭矩和盾构推力始终控制在设定的基准值以下,然后进行正常的操作控制。
4.2.5土压平衡模式下保持掘进面稳定的措施
通过压力传感器来控制压力,掘进过程中要始终看着压力传感器,当其显示比设定值大时,调高输送机出土速度,降低土仓压力,相反则调低出土速度。
调压的实现途径
1)人工调节
2)自动调节
除了调节压力以外,还要看泥浆或化学泡沫剂的添加,周围环境的沉陷等,即土压力稳定的判定是一个综合复杂的过程,需要有熟练的盾构机司机。
一般盾构的推力在最大设计推力的40%左右为正常,当推力值超过最大推力的70%—80%时,则应检查是否已出现了刀盘磨损等异常情况。
3)拼装管片时,严防盾构机后退,确保正面土体稳定。
4)利用监测信息化施工技术指导掘进管理。
4.3掘进施工工艺
星~会、会~华区间盾构隧道穿越的地层粉砂层和粉质粘土层,因此盾构机在全程推进过程中主要采用加泥式土压平衡模式,局部若发现有岩层通过,将根据具体地质情况采用半敞开式或敞开式掘进。
掘进控制管理主要有六个方面:
a、土仓压力;
b、推进速度;
c、总推力;
d、排土量;
e、刀盘转速和扭矩;
f、注浆压力和注浆量。
其中土仓压力是主要的管理指标。
4.4掘进技术措施
盾构掘进技术措施表
地层情况
盾构掘进技术措施
粉质粘土
1、采用土压平衡模式。
2、以齿刀、刮刀为主切削土层,以低转速、大扭矩推进。
3、土仓土压力值P略大于静水压力和地层土压力之和P0,即P=1.3P0
4、向土仓和刀盘注入泡沫和水改善土体的流动性,防止泥土在土仓粘结。
5、向螺旋输送机注入水或泥浆改善土体的流动性,利于出土。
粉土
2、进行开挖面稳定设计,控制土压力,严格控制出土量,确保土仓压力以稳定开挖面来控制地表沉降。
3、向土仓和刀盘面注入高浓度的泥浆,形成隔水泥膜,防止水从地层中渗出,提高土仓渣土的稠度来改善碴土的止水性以及在螺旋输送机上安装止水保压装置,以使土仓的压力稳定平衡。
4、选择合理的掘进参数,确保快速通过,将施工对地层的影响减到最小。
5、适当缩短浆液胶凝时间,保证注浆质量。
6、当含水量较大,加入高浓度的泥浆充分搅拌和及时调整螺旋输送机的开门度来防止因地下水压力过大而发生喷涌。
7、若盾尾发生漏水,则在盾尾漏水部位集中压注盾尾油脂,并在距离盾尾15环管片的位置压注聚氨酯进行堵水。
4.5盾构及姿态控制
4.5.1盾构掘进方向控制
⑴盾构机上配有由Trimble公司生产的5603光波自动全站仪:
该全站仪能实时反映盾构机的当前位置和理论位置,并提供调整指示。
能够全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。
据此调整控制盾构机掘进方向,使其始终保持在允许的偏差围。
随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移,须通过人工测量来进行精确定位。
为保证推进方向的准确可靠,每周进行两次人工测量,以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态,确保盾构掘进方向的正确。
⑵分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向:
推进油缸按上、下、左、右分成四个组,每组油缸都有一个带行程测量和推力计算的推进油缸,根据需要调节各组油缸的推进力,控制掘进方向。
在上坡段掘进时,适当加大盾构机下部油缸的推力;
在下坡段掘进时则适当加大上部油缸的推力;
在左转弯曲线段掘进时,则适当加大右侧油缸推力;
在右转弯曲线掘进时,则适当加大左侧油缸的推力;
在直线平坡段掘进时,则应尽量使所有油缸的推力保持一致。
4.5.2盾构掘进姿态调整与纠偏
在实际施工中,由于管片选型错误、盾构机司机操作失误等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值;
在稳定地层中掘进,因地层提供的滚动阻力小,可能会产生盾体滚动偏差;
在线路变坡段或急弯段掘进过程中,有可能产生较大的偏差,这时就要及时调整盾构机姿态、纠正偏差。
⑴参照上述方法分区操作推进油缸来调整盾构机姿态,纠正偏差,将盾构机的方向控制调整到符合要求的围。
⑵在急弯和变坡段,必要时可利用盾构机的超挖刀进行局部超挖和在轴线允许偏差围提前进入曲线段掘进来纠偏。
⑶当滚动超限时,就及时采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。
4.6掘进中的碴土改良与防泥饼措施
在粘性大及复杂地层的盾构施工中,根据围岩条件适当注入添加剂,确保碴土的流动性和止水性,同时要慎重进行土仓压力和排土量进行管理。
4.6.1碴土改良的目的
1使碴土具有良好的土压平衡效果,利于稳定开挖面,控制地表沉降;
2提高碴土的不透水性,使碴土具有较好的止水性,从而控制地下水流失;
3提高碴土的流动性,利于螺旋输送机排土;
4防止开挖的碴土粘结刀盘而产生泥饼;
5防止螺旋输送机排土时出现喷涌现象;
6降低刀盘扭矩和螺旋输送机的扭矩,同时减少对刀具和螺旋输送机的磨损,从而提高盾构机的掘进效率。
4.6.2改良的方法与添加剂
碴土改良就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓或螺旋输送机注入泡沫或膨润土,利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土碴混合,其主要目的就是要使盾构切削下来的碴土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力,以满足在不同地质条件下盾构掘进可达到理想的工作状况。
4.6.3碴土改良的主要技术措施
根据本工程的地质条件和盾构施工的经验,采取如下主要技术措施。
1在含水地层采用土压平衡模式掘进时,拟向刀盘面、土仓和螺旋输送机注入泡沫或膨润土,并增加对螺旋输送机注入的泡沫量,以利于螺旋输送机形成土塞效应,防止喷涌。
2在砂性土地层中掘进时,拟采取向刀盘面和土仓注入泡沫来改良碴土。
泡沫注入量根据具体情况确定。
3在块状结构中掘进时,由于掘进对地层的扰动,不易形成连续的土压,为此采取向刀盘面、土仓和螺旋
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