φ4310土壓平衡盾構機分體始發(fā)掘進施工工法

φ4310土壓平衡盾構機分體始發(fā)掘進施工工法1.前言隨著全球經濟快速發(fā)展，時代的進步，城市也在不斷發(fā)展和繁榮，在城市的建設過程中，電力隧道工程對于城市的現(xiàn)代化建設有著重要意義。在現(xiàn)階段，電力隧道工程的施工逐漸采用小直徑盾構施工，通過小型盾構施工使得工期大幅度地縮短，工程建設成本也得到普遍降低。但是電力隧道始發(fā)井長度通常較小，無法滿足整機始發(fā)，無法滿足始發(fā)階段渣土運輸和材料運輸，施工效率低下；同時采用常規(guī)拼裝負環(huán)管片提供盾構推力，施工風險大。通過提出土壓平衡盾構機分體始發(fā)、采用一體式移動反力架、增加暗挖后導洞的綜合技術進行土壓平衡盾構始發(fā)掘進，能夠滿足土壓平衡盾構機在電力隧道始發(fā)掘進和常規(guī)掘進要求，能夠極大提高土壓平衡盾構機分體始發(fā)掘進施工效率，降低盾構機始發(fā)負環(huán)拼裝風險，解決土壓平衡盾構機渣土和管片水平運輸難題，極大節(jié)約了成本，縮短工期，同時保證了施工安全。2.工法特點該工法主要包括以下幾點：（1）該技術通過將土壓平衡盾構機主體結構和臺車后配套有效調配分體進行始發(fā)滿足了始發(fā)場地盾構施工需要，取代了傳統(tǒng)盾構始發(fā)對場地面積的要求，極大地節(jié)約了成本。（2）該技術采用一體式移動反力架提供盾構推力，取代了傳統(tǒng)盾構機始發(fā)階段管片拼裝負環(huán)提供反力的要求，極大地提高了盾構始發(fā)施工掘進效率，減少始發(fā)階段盾構拼裝負環(huán)施工風險。（3）結合增加后導洞暗挖施工，解決了土壓平衡盾構機始發(fā)階段渣土和管片水平運輸難題，提高始發(fā)掘進效率，縮短工期，取代了始發(fā)階段傳統(tǒng)用卷揚機運輸渣土和管片運輸，大大提高了盾構機分體始發(fā)掘進效率，縮短工期。3.適用范圍該技術適用于各種狹小場地的盾構始發(fā)施工；能夠有效降低盾構施工的風險；同時極大提高土壓平衡盾構機始發(fā)掘進效率，縮短施工工期，減少投入，保證施工安全。4.工藝原理在盾構始發(fā)過程中，根據(jù)土壓平衡盾構機配套措施的特點，增加暗挖導洞滿足電瓶車運輸材料的要求，暗挖導洞完成后進行始發(fā)臺架固定在始發(fā)井底板上，完成后盾構機主體（前盾、中盾、盾尾）結構、螺旋機、拼裝機、連接橋進行井下組裝，在組裝的主體時候同時在地面組裝后配套臺車及延長管路，然后進行電瓶車下放進暗挖導洞，安裝反力架水平支撐和基準環(huán)，使反力架、水平支撐和基準環(huán)之間形成一個整體。盾構機每掘進一環(huán)，反力架隨盾構機前移一環(huán)，降低了拼裝負環(huán)管片、拆除負環(huán)管片的風險，節(jié)省施工成本和工期，且能夠在狹小空間中能夠為土壓盾構材料及出土提供足夠的作業(yè)空間，提高了施工效率。5.施工工藝流程5.1施工流程后導洞施工安裝始發(fā)基座 電瓶車及配套下放盾構機主體安裝盾構機后配套安裝安裝反力架安裝洞門密封洞門鑿除盾構切削圍護結構↓盾尾通過洞口、背襯注漿前8m每掘進前8m每掘進1環(huán)，反力架向前移動一環(huán)1~8#臺車進洞掘進掘進55m9~16#臺車進洞掘進9~16#臺車進洞反力架拆除，正常掘進圖5-1土壓盾構始發(fā)流程圖5.2施工步驟5.2.1后導洞施工由于電力隧道工作井小的特點，土壓平衡盾構機分體始發(fā)掘進效果的高低關鍵是解決渣土、管片的運輸，工作井凈空長度只有23.6m，電瓶車一列完整編組長度為35m（包括電機頭、3節(jié)渣土車、2節(jié)管片車，1節(jié)漿斗），為了提高土壓平衡盾構機始發(fā)掘進施工效率，在工作井后面增加一個長15m的后導洞暗挖，增加電瓶車編組的空間，提高施工效率，解決渣土水平運輸問題。新增暗挖導洞長15m，開挖尺寸為4.3*3.65m，結構采用復合式襯砌結構，初襯厚250mm，采用C25噴射早強砼，抗?jié)B強度等級P6；二襯為鋼筋砼結構，厚250mm，采用C35模筑防水砼，抗?jié)B強度等級P10。圖5-2后導洞初支斷面圖圖5-3后導洞結構斷面圖序號程序圖說明11、施工小導管預注漿；鋼格柵；3、施工拱部錨桿和鎖腳錨管；4、掛網噴射混凝土。21、開挖二臺階土方，架設鋼格柵；2、施工側臂錨桿；3、掛網噴射混凝土。31、進行基面清理；2、施工底板結構。41、架設二襯拱架、模板，施工拱墻結構；2、施工襯砌背后注漿回填。后導洞施工完成后結合工作井長度電瓶車整列編組如下。圖5-4電瓶車整列編組平面圖圖5-5電瓶車整列編組剖面圖5.2.2安裝始發(fā)基座根據(jù)設計圖，考慮到盾構在始發(fā)掘進過程中，由于盾構機自身的重心靠前，始發(fā)掘進時容易產生向下的“磕頭”現(xiàn)象，故盾構軸線需比設計軸線適當抬高20～30mm，所以盾構始發(fā)時設置姿態(tài)為水平狀態(tài)。圖5-6始發(fā)基座平面示意圖5.2.3盾構機主體和后配套安裝在狹小的空間里，盡量放下始發(fā)必須用的后配套設備，滿足掘進的要求?？紤]到剩余區(qū)域狹小，故采用單邊臺車來擺放。土壓平衡盾構機分體始發(fā)主要講主體（前盾、中盾、盾尾）結構、螺旋機、拼裝機、連接橋進行井下組裝，其他1~16號臺車在工作井地面組裝。圖5-7盾構機分體始發(fā)示意圖5.2.4反力架安裝始發(fā)臺架固定在始發(fā)井底板上，始發(fā)臺架的兩側分別固定有側縱梁，兩側的側縱梁上各設有至少一列定位螺孔，反力架通過螺栓分別與兩側的側縱梁上任意的定位螺孔連接，使反力架垂直地可拆卸地固定在兩側的側縱梁上，反力架上固定有異形環(huán)板，基準環(huán)留有間距地設在反力架的前方，水平支撐環(huán)均布在反力架和基準環(huán)之間，且水平支撐環(huán)的兩端分別固定在異形環(huán)板和基準環(huán)上，使反力架、水平支撐和基準環(huán)之間形成一個整體。本工法運用無需拼裝負環(huán)管片，盾構機每掘進一環(huán)，反力架隨盾構機前移一環(huán)，降低了拼裝負環(huán)管片、拆除負環(huán)管片的風險，節(jié)省施工成本和工期，且能夠在狹小空間中能夠為土壓盾構材料及出土提供足夠的作業(yè)空間。圖5-8反力架總裝主視圖圖5-9反力架總裝側視圖圖5-10移動反力架始發(fā)示意圖圖5-11移動反力盾體進洞示意圖5.2.5盾構掘進55m當盾構調試完成和反力架安裝完成后，進行盾構始發(fā)。綜合考慮設備延長管線后的性能參數(shù)及方便施工的原則，將分二次進行始發(fā)，第一次的掘進距離55m，第二次為60m，每完成一個步驟的始發(fā)后，將相應的臺車組裝并出洞。以盾構4310mm土壓盾構機參數(shù)要求及臺車長度為依據(jù)設定分體始發(fā)初次掘進距離：分體始發(fā)初始階段管路依靠延長管路的長度以及盾構皮帶機及出土口的長度決定盾構機掘進距離，各種液壓延長管線長80m，且土壓平衡盾構機皮帶機出土口在7號臺車上，綜合考慮后第一盾構掘近距離為55m。圖5-12盾構分體始發(fā)第一階段圖第一始發(fā)階段無需拼裝負環(huán)管片，盾構機每掘進一環(huán)，反力架構機前移一環(huán)，降低了拼裝負環(huán)管片、拆除負環(huán)管片的風險，節(jié)省施工成本和工期，且能夠在狹小空間中能夠為土壓盾構材料及出土提供足夠的作業(yè)空間。圖5-13盾構分體始發(fā)狀態(tài)1圖5-14盾構分體始發(fā)狀態(tài)2圖5-15盾構分體始發(fā)狀態(tài)3圖5-16盾構分體始發(fā)狀態(tài)45.2.5盾構掘進60m以盾構掘進時的依據(jù)電瓶車編組滿足管片、渣土運輸為末次掘進距離：因本工程始發(fā)井場地狹小，4310mm土壓平衡盾構機渣土運輸為關鍵，為了提高施工掘進效率，將電瓶車進行編制，一列電瓶車編組要求滿足管片、渣土、砂漿運輸；若渣土車安裝2節(jié)不能滿足每掘進一環(huán)出土一次的要求，若安裝3節(jié)渣土車井口空間不夠，因此綜合考慮始發(fā)井長度后導洞的長度，滿足渣土運輸和管片運輸為條件，盾構掘進距離長度為60m。圖5-17盾構分體始發(fā)第二階段圖5.3.勞動力組織（1）隧道人員配置：掘進管理人員、盾構操控手、環(huán)流操作手、機修工、電工、電瓶車司機及其他配合人員；（2）地面人員配置：地面管理人員、地面指揮、司索、龍門吊司機、叉車司機、挖掘機司機、鏟車司機、汽車司機、電工、電焊工、機修工、其他配合人員。隧道人員序號崗位人數(shù)序號崗位人數(shù)1中央控制室12隧道值班工程師13機修工14電工15測量26電瓶車司機17井下掛鉤28掘進配合89軌道維護1隧道清理3地面施工人員序號崗位人數(shù)序號崗位人數(shù)1地面起重班72地面值班工程師13攪拌人員24龍門吊司機15司索16管片裝卸27焊工38機修工26。材料與設備該工法施工過程所需的主要設備見下表。序號設備名稱用途序號設備名稱用途1土壓平衡盾構機（1臺）隧道施工平板車（2臺）井下水平運輸2同步注漿系統(tǒng)（2套）同步注漿地面及井下垂直運輸3冷卻臺（1套）冷卻循環(huán)水壓漿泵（2套）管道補壓漿用4清水泵（3臺）井口及沉淀池電焊機（4臺）焊接5機車（2臺）井下水平運輸排污泵（4臺）隧道內排污6挖掘機（1臺）沉淀池挖土風管（4.3km）隧道通風7風機（2臺）隧道通風電話（16臺）施工通訊8砂漿攪拌站（1套）拌制砂漿碴車（3臺）渣土運輸序號設備名稱用途序號設備名稱用途9充電機（2套）電瓶充電吊裝盾構機7。質量控制本工法實施過程中執(zhí)行以下主要技術標準規(guī)范有：（1）《盾構法隧道施工與驗收規(guī)范》GB50446-2017；（2）《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》GB50299-1999；（3）《城市軌道交通工程測量規(guī)范》GB50308-2008；（4）《工程測量規(guī)范》GB50026-2007；（5）《錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范》（GB50086—2001（6）《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB50205-2001；（7）《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》（GB50204-2015）。8.安全措施8.1施工機械（1）車輛駕駛員和各類機械操作員，必須持證上崗，嚴禁無證操作，對駕駛員、機械操作員定期進行安全管理規(guī)定的教育。（2）嚴禁酒后駕駛車輛和操作機械，車輛嚴禁超載、超高、超速駕駛，禁止使用帶病的車輛、機械和超負荷運轉。（3）機械設備在施工現(xiàn)場應集中停放，嚴禁對運轉中的機械設備進行檢修、保養(yǎng)。（4）指揮機械作業(yè)的指揮人員，指揮信號必須準確，操作人員必須聽從指揮，嚴禁蠻干作業(yè)。（5）起重作業(yè)應嚴格執(zhí)行《建筑機械使用安全技術規(guī)程》和《建筑安裝工人安全技術操作規(guī)程》中的有關規(guī)定和要求。（6）使用鋼絲繩的機械，必須定期進行保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)問題及時更換，在運行中禁止工作人員跨越鋼絲繩，用鋼絲繩起吊、拖拉重物時，現(xiàn)場人員應遠離鋼絲繩。（7）設專人對機械設備、各種車輛定期檢查、維修和保養(yǎng)，對查出的隱患要及時進行處理，并制定防范措施，防止發(fā)生機械傷害事故。（8）現(xiàn)場地面使用叉車轉運管片和其他材料設備，應嚴格執(zhí)行叉車操作規(guī)定。（9）現(xiàn)場垂直運輸主要依靠32T龍門吊一臺，應嚴格執(zhí)行龍門吊操作規(guī)定。（10）隧道內水平運輸主要依靠電瓶車進行，應嚴格執(zhí)行電瓶車操作規(guī)定。8.2垂直運輸施工材料及管片的吊運主要通過叉車在現(xiàn)場進行轉場，然后通過32T龍門吊吊入隧道中，擺放在平板車上。（1）應對起重設備的操作人員、電瓶車操作人員和指揮人員進行安全技術交底。（2）行車司機必須經過培訓、考核后合格者方能上崗。（3）重點強調重物下嚴禁站人，并落實措施及管理工作，專職設備檢查人員定期檢查并做好記錄（每周檢查）。（4）對起重設備的索具、鋼絲繩、卸克、土箱、管片吊鉤做到定期檢查，安全使用各種安全裝置，督促落實維修、整改工作。在吊裝預制構件或其他施工材料時，吊環(huán)和索具的安全系數(shù)K≥8。（5）同步施工由于起重高度的限制，務必要注意起吊夾角和上下人員的安全，吊裝預制構件時，必須固定牢靠后方可脫鉤。8.3水平運輸（1）電瓶車司機必須經過培訓，考試合格后方可上崗作業(yè)。（2）做好對電瓶車司機安全教育，并做好安全交底工作，防止電瓶車傷人，嚴格控制電瓶車速度。（3）井下電瓶車司機兼職掛鉤，同樣必須經考核合格后持證上崗。（4）嚴格執(zhí)行電瓶車安全操作規(guī)程，加強對電瓶車“連接”部位檢查。（5）督促電瓶車司機做好交接班及運行情況記錄工作。（6）電瓶車運行過程中嚴禁搭乘電瓶車，做好檢查、監(jiān)督工作。（7）做好每日巡視檢查工作，檢查電瓶車運行速度、進入車架段限速及軌道端頭限位裝置安放情況。（8）電瓶車的警鈴和信號必須齊全，進入同步施工區(qū)域必須鳴（響）信號，警告施工人員；電瓶車上的運輸材料必須堆放整齊并固定牢靠，以防在運輸過程中滑移，撞擊臺車和傷害施工人員；由于后配套臺車區(qū)域兩側間距較小，進入此區(qū)域嚴禁電瓶車司機的手、頭伸出機車外。9.環(huán)保措施該工法的施工對周邊環(huán)境影響較小，在市區(qū)內需注意夜間施工對居民影響，對于噪聲較大的作業(yè)夜間將不進行施工。施工需用到大量的砂及水，施工完后對使用后的砂、水、砼塊及其他渣土需運輸?shù)綄ｉT處理點進行處理，若可繼續(xù)用于現(xiàn)場其他部位施工可回收至場內指定地點存放。1）噪聲控制（1）施工期間主要的噪聲來源是施工機械、施工活動和運輸車輛。采取的控制措施為：（2）施工現(xiàn)場的高噪聲主要來源于凍結機組，如噪聲超標，需配備和安裝相應的消聲和屏蔽設施。（3）采取措施，盡量選用低噪聲的機械設備和工法。并且在滿足土層施工要求的條件下，盡量選擇低噪聲的施工機具，避免使用高噪聲的機械和工法。2）水污染控制施工期間的水污染來源主要是盾構掘進的泥漿水，泥漿水運輸至地面，在處理區(qū)內經過處理后才能進行排放。3）大氣污染控制（1）大氣的主要污染來源有：噴錨、運輸、開挖、燃油機械等。采取的控制措施：（2）對易產生粉塵、揚塵的作業(yè)面和裝卸、運輸過程，在條件允許的情況下設置防塵棚，制定操作規(guī)程和灑水降塵制度，在旱季和大風天氣適當灑水，保持濕度；（3）嚴禁在施工現(xiàn)場焚燒任何廢棄物和會產生有毒有害氣體、煙塵、臭氣等有毒有害物質要使用封閉和帶有煙氣處理裝置的設備；（4）水泥等易飛揚細顆粒散體物料應盡量安排庫內存放，堆土場、散狀物料露天堆放場要壓實、覆蓋；（5）加強渣土運輸管理，做到運輸過程不灑落；車輛出場沖洗車輪，減少車輪攜土。10.效益分析該工法為盾構隧道施工工序安排提供了新的思路和技術，可以解決狹小場地盾構始發(fā)施工中的一些問題，減少了投入，縮短了工期，其中分體始發(fā)用的23.6m基坑造價為590萬，增加15m后導洞暗挖80萬，比常規(guī)φ4310整機始發(fā)113m的基坑節(jié)省了約1100萬元的建設費，比常規(guī)的始發(fā)需要時間節(jié)省2個月，為工程創(chuàng)造巨大效益。11.工程實例本工法應用于500kV楚庭（穗西）輸變電工程電纜隧道（東段）位于廣州市，盾構始發(fā)井位于擬建南大干