辽宁地铁车站风道下井盾构始发施工工法

'车站风道下井盾构始发施工工法1前言目前，国内修建地铁的城市日益增多，盾构法在城市地铁隧道施工中的应用也日益广泛。因此，在城市中心区繁华地段修建盾构区间隧道，在线路正上方预留盾构吊装口进行始发施工已不能满足环境要求。为避免干扰城市交通、减少对周围环境的影响，xx地铁xxx站-xxx站和xxx站-xx站盾构区间施工时，在xxx站（盖挖车站）采用了车站风道下井、始发的施工方式进行，成功摸索出了车站风道下井盾构始发施工工法，为国内首创,经国内外检索和相关专家鉴定，该工法技术已达到国际领先水平。2特点2.0.1首次利用车站风道进行盾构下井、组装、始发，解决了繁华街道难以设置盾构始发竖井的难题，保护了环境，扩展了盾构工法的适用范围。2.0.2与常规利用始发线路正上方的地面吊装口下井方式相比，避免了对于城市繁华地段主干道路交通的干扰。2.0.3首次采用双层双向(垂直)移动托架法实施盾构机后配套车架自风道吊装口下井后的平移，与常规采用液压泵站平移相比，缩短了施工工期，降低了施工成本。2.0.4整个施工过程提前通过AutoCAD软件精确模拟，清晰直观。2.0.5采用Y型道岔进行独特的车站风道式盾构始发施工的进料、出渣运输，解决了利用风道进行盾构始发施工、运输等难题。3适用范围本工法适用于采用盾构施工，且盾构始发车站位于城市繁华地段的主干道路或难以迁移的地下管线等构筑物下方，只能采用盖挖法或暗挖法施工，导致盾构地面吊装口只能设置在车站侧面的风道位置的情况。4工艺原理11 盾构机后配套车架遵循模拟路线，按照由后向前的顺序，逐节自风道吊装口吊至井下移动托架上。移动托架沿行驶轨道移至盾构始发轨道处，对接移动托架与车站盾构井内固定托架的后配套车架轨道，再利用卷扬机将后配套车架移至车站内始发位置。后配套车架下井完成后，主机按照前盾、中盾、刀盘、盾尾前、盾尾后下半部分、管片拼装机、后张出台、螺旋输送机、盾尾后上半部分的顺序，逐块自风道吊装口吊至井下基座上预设位置焊接，再利用液压泵站为动力，通过测量实时定位，沿模拟路线在铺设的钢板上反复旋转、平移至始发位置。最后，安装反力架，连接盾构机管线，调试盾构机，同时凿除洞门围护桩，安装洞门止水装置，开始始发。5工艺流程及操作要点5.1工艺流程施工过程模拟钢板铺设轨道铺设及托架安装后配套车架风道下井、平移、就位主机风道下井组装、平移、就位盾构基座安装反力架安装盾构机部件连接调试洞门围护桩凿除及止水装置安装盾构机始发5.2操作要点5.2.1施工过程模拟依据施工图设计和盾构设备的实际尺寸，将车站、盾构机、基座、轨道、固定托架、双向移动托架、反力架、钢板、吊车等按相应的比列在AutoCAD软件中绘制成形，模拟盾构风道下井、始发过程，并对整个模拟过程的可行性深入研究分析，确定方便、快捷且经济的最佳施工路线。5.2.2钢板铺设根据风道盾构井的平面净空尺寸和盾构施工路线，设计钢板铺设范围；在盾构井底板上铺设一层10mm厚的粗砂找平层；利用龙门吊将钢板吊至井下，通过卷扬机移至铺设位置；将相邻钢板进行间断焊接，并用角磨机打磨平整。5.2.3轨道铺设及托架安装1根据盾构机后配套车架长度和盾构井平面净空尺寸，在盾构井底板的钢板上铺设两辆管片车行驶轨道。2根据盾构机后配套车架宽度和线路中线在车站标准段内的位置，铺设后配套车架行驶轨道。3利用龙门吊将两辆管片车自风道吊装口吊至轨道上，利用其将H型钢制作的固定托架移至盾构井内靠近车站标准段的盾构始发位置，对接固定托架与车站标准段的后配套车架轨道。4利用龙门吊将H型钢制作的另一托架自风道吊装口对称放在两辆管片车上，与管片车焊接固定，制作成移动托架。5.2.4后配套车架风道下井、就位1利用龙门吊将最后一节后配套车架自风道吊装口吊至移动托架上，用手拉葫芦将后配套车架和移动托架拉紧、固定。11 2通过卷扬机将后配套车架沿移动托架行驶轨道移至固定托架位置，对接移动托架与固定托架的后配套车架轨道。见图5.2.4所示。风道口车站结构就位车架车站方柱行走轨道盾构隧道盾构车架行走轨道图5.2.4后配套车架移位图3用卷扬机将后配套车架沿行驶轨道移至车站标准段内始发位置。4依照上述方式，按由后向前的顺序，将后配套车架逐节移至始发位置。5在后配套车架自风道吊装口下井后，对于左右两侧重量不均衡的后配套车架，在重量轻的一侧加设配重，保持后配套车架平衡。5.2.5盾构基座安装1后配套车架下井、就位后，拆除后配套车架施工所用的双向移动托架、固定托架和轨道等。2根据盾构机主机各分块尺寸和下井吊装方法，通过测量放线在风道吊装口下方的底板上定出盾构基座边线和轴线的具体位置。3盾构基座利用龙门吊分体吊至风道吊装口下方的底板上用高强螺栓连接成整体。4在基座底部两侧对称焊接两道宽400mm、厚20mm的钢板，并在盾构井底板上的钢板与基座底部的钢板间涂满黄油。5利用龙门吊将基座移至盾构井底板上预先设计位置。5.2.6主机风道下井组装、就位1根据施工现场场地情况、主机各分块尺寸和重量，确定吊装方法和吊车站位。2根据主机各分块尺寸，通过测量放线定出其在基座上的具体位置。11 3将主机分块最重的前盾和中盾，利用一台300吨主吊和一台150吨的副吊，配合千斤顶自风道吊装口依次放在基座上预设位置，用定位销固定。再按照刀盘、盾尾前、盾尾后下半部分、管片拼装机、后张出台、螺旋输送机、盾尾后上半部分的顺序，利用40t/15t龙门吊、千斤顶和导链自风道吊装口依次放在盾构基座预设位置，用高强螺栓栓接或定位销固定。4根据AutoCAD软件模拟确定的最佳施工路线，通过测量放线定出盾构主机井下旋转、平移路线的关键控制点。5以焊接在盾构井底板钢板上的H型钢提供反力，利用液压泵站为动力，沿模拟路线旋转、平移至始发位置。见图5.2.6所示。风道口车站结构车站方柱就位车架盾构隧道风道吊装盾构主机盾构旋转图5.2.6盾构机主机移位图6将主机前盾、中盾、盾尾前、盾构尾后下半部分和盾尾后上半部分间焊接成一体，然后拆除定位销，切割定位块，将盾壳打磨光滑。5.2.7反力架安装1设计的反力架，需根据车站内提供反力的结构等相关条件情况，并依据盾构的最大推力要求进行加工制作，满足盾构施工的需要。2在盾构机调头完成后，通过测量放线定出反力架立柱的具体位置。3利用卷扬机、千斤顶和导链依次安装反力架右立柱、下横梁、上横梁、左立柱、水平撑、斜撑等部件，并通过法兰用高强螺栓连接成整体。4将反力架立柱、水平撑和斜撑与预先埋设在车站底板、侧墙和中板预留口侧面的钢板焊接、固定。5.2.8盾构机部件连接、调试11 1反力架安装完成后，连接盾构机主机与后配套车架及后配套车架间的机械部件、液压管线、电气线路和输送泥浆、浆液、清水、污水的管路等。2接通电源，确认各个部分电压符合要求。3调试并确认盾构机各种管路、阀门、线路及其连接处于良好状态。4确认液压油箱的油位和各个变速箱的油位处于正常状态。5调试并确认机内各液压泵、电动机等运转处于正常状态。6调试并确认活塞泵、润滑油管路和千斤顶内的空气已排除干净。7调试并确认机内各种紧急按钮和各个漏电保护开关有效。8对千斤顶进行全位伸出、回缩，确认计测千斤顶的速度和伸缩长度。9调试并确认管片拼装机的控制系统操作、旋转马达运转和伸缩、提升、支撑千斤顶动作处于正常状态。10调试并确认螺旋输送机液压马达灵活可靠。11确认排土门蓄能、蓄压处于正常状态，开启、关闭运行可靠。12调试并确认刀盘正、反方向旋转处于正常状态。13调试并确认皮带机转向和各个滚轮的转动灵活可靠。14盾构机整机联动调试，确认各部位运转正常。5.2.9洞门围护桩凿除及止水装置安装1在洞门围护桩凿除前，确认土体加固效果满足设计要求、地下水位降至车站底板以下。2在洞门前搭设三层脚手架，每层层高为1.5米，脚手架上铺设60cm宽的木板。3洞门围护桩凿除采用人工高压风镐，按照由下到上、从左到右的施工顺序进行。4凿除洞门围护桩身表面的喷射混凝土。5凿除洞门围护桩上下两端临空面半圈混凝土，直到露出钢筋，并切除钢筋。接着凿除围护桩上下两端临空面剩余部分混凝土，保留后半圆钢筋。6采用10mm×10mm的木方布满整个刀盘，用铁丝固定，避免围护桩吊装过程中损坏刀盘及刀具。7洞门止水装置安装1)确认帘布橡胶板和螺栓孔处于完好状态。2)对帘布橡胶板、圆环板和扇形板上所开螺孔位置、尺寸进行复核，确保其与洞口钢环上预留螺孔位置一致，并用螺丝攻清理螺孔内螺纹并涂上黄油。3)将不带螺帽的全丝螺栓旋入预先埋设在洞口钢环周边的螺母内。11 4)安装帘布橡胶板及圆环板，并用薄螺母固定在车站端墙上。5)将扇形板套在装有薄螺母等的螺栓上，再用螺母固定。8待盾构机调试完毕后，切割围护桩凿除部位后半圈剩余钢筋，用卷扬机吊出。9确认洞门范围内无残留围护桩桩头和钢筋头。10拆除脚手架，清理出钢筋、混凝土、残土等异物。5.2.10盾构机始发1负环管片采用通缝拼装，封顶块拼在12点位置，便于始发完毕之后拆卸。拼装第一环负环管片的A块时，在盾尾下半圈与推进千斤顶间的对称位置加焊φ20的圆钢，保证第一环负环管片拼装后具有均匀的盾尾间隙且在推出盾尾时不会拉坏盾尾密封刷。在B1块和B2块拼装完毕后，立即用事先做好的定位板将B1块和B2块固定，再拼装C块。成环之后将其推至反力架，为后续推进提供反力，最后启动油脂泵将三道盾尾密封刷之间的间隙填满。2盾构机推进前，在基座导轨外侧的盾壳上均匀焊接三道20mm厚的钢板，以防止盾构机主机在基座上产生旋转。3盾构机主机沿基座上的导轨进入洞口钢环后，刀盘与开挖面和盾壳与洞口钢环间均存在一定距离，此时盾构机主机重心前移，易产生叩头，宜在洞口钢环处安设一段导轨支撑盾构机主机顺利始发。4在盾构机接触到开挖面后，开始旋转刀盘切削土体，同时通过加泥注入口向前方加注适量泥浆，待土仓内泥土压力与刀盘前方水土压力平衡之后，启动螺旋输送机和皮带机，盾构机开始掘进。5在盾构机开始掘进后，根据洞门止水装置的使用效果，及时采取有效措施进行改进。6针对独特的车站风道始发施工方式，在车站和风道内设置Y型道岔，用于盾构始发后的进料、出渣运输。7在盾构始发施工中，根据盾构掘进土层的情况利用膨润土等改良碴土。8在盾构机主机全部进入洞门止水装置后，开始同步注浆，注浆采用注浆量与注浆压力双控的原则。6材料与设备6.1材料6.1.1钢板采用20mm和10mm厚的普通钢板；6.1.2型钢采用160槽钢、100槽钢200mm×200mm的H型钢、100mm×100mm的H型钢；6.1.3润滑油采用普通黄油。11 6.1.4轨道及配件：采用24kg轨道，配备24kg轨道压板及配套螺栓、24kg轨道夹板及配套螺栓和轨距保持器。6.1.5焊接材料采用THJ422普通焊条、TY-YJ502(Q)药芯焊丝、TY-YD55药芯焊丝和JT-D707堆焊焊条。6.2设备主要机械设备见表6.2。表6.2主要机械设备表序号名称规格型号数量（每工作面）用途1电瓶车JXK252辆井下材料运输及后配套车架牵引动力2充电器KCA-100A/300V2台电瓶车电瓶充电3管片车LJK8G2辆作为移动托架的一部分4龙门吊40t/15t/12.4m1台垂直运输5汽车吊GMT8350型300t全液压式1辆盾构机主机吊装6汽车吊KMK6200型150t全液压式1辆盾构机主机吊装7大型板车12m4辆盾构机运输8液压泵站100吨1台盾构机主机井下旋转、平移9发电机200kw1台应急供电10全站仪瑞士徕卡TCRA1202R1001套隧道及线路测量11电子水准仪瑞士徕卡DNA031套地表监测12电焊机ZX7-400sx2台焊接盾构机、刀盘耐磨堆焊13电焊机BX1—5002台焊接钢板、反力架、基座、托架等14千斤顶YCQ－404台盾构机组装15千斤顶YCQ－104台盾构机组装16倒链10t6台盾构机组装17倒链5t4台盾构机组装18角磨机GWS8-1002台打磨钢板及盾壳7质量控制7.0.1建立健全质量管理制度和质量保证体系，并认真贯彻执行。7.0.2详细调查施工中可能存在的质量隐患，有针对性地制定切实可行的保证措施。11 7.0.3对进场的物资、设备等严格进行质量检验与评定，禁止使用不合格品。7.0.4对不同时间、不同工序、不同地点、不同作业人员，进行有针对性地技术交底。7.0.5设置专职质检员和现场责任工程师，实时监督操作人员严格执行操作规范和技术交底，确保施工质量。7.0.6施工现场、施工过程中和已完工程的质量保证措施符合国家及地方相关规定。7.0.7定期对全体施工人员进行成品保护教育，提高自觉保护成品的质量意识，防止已完工程遭受任何损失或破坏。8安全措施8.1一般性安全措施8.1.1建立健全施工现场安全管理规章制度、安全监控网络和安全保证体系，并认真贯彻执行。8.1.2详细调查施工中可能存在的安全隐患，有针对性地制定切实有效的防护措施。8.1.3严格控制进场物资、设备等的质量，并对物资、设备等及时报废，杜绝安全隐患的存在。8.1.4针对现场施工所用机械设备，制作安全操作规程，并实时进行维护保养和检修，确保其处于良好的工作状态。8.1.5对临边及洞口边缘和安全用电设置牢固可靠的防护措施。8.1.6施工现场配备足够的消防器材和消防设备，做到经常检查，发现隐患及时上报处理。8.1.7在夜间或地下施工前，设置充足的照明。8.1.8易燃易爆物品如氧气、乙炔等应存放到工地指定放地点。由专人管理，有消防防火措施，配备消防器材，有警告标志。易燃易爆物品操作之后，要检查现场，消除隐患。8.1.9施工现场的安全防护措施符合国家及地方相关规定。8.1.10对新进场作业人员进行三级安全教育。8.1.11对不同时间、不同工序、不同地点、不同作业人员，进行有针对性地安全技术交底。8.1.12设置专职安全员和现场责任工程师，实时监督操作人员严格执行操作规范和安全技术交底，严禁违章指挥或违章操作。8.1.13进入施工现场的作业人员必须戴安全帽，扣好帽带，严禁酒后作业。8.1.14施工现场不准吸烟，必要时，应设有防火措施的吸烟室。8.1.15特种作业人员必须经过相关安全技术培训合格后，持证上岗。8.2针对性安全措施11 8.2.1龙门吊应通过相关部门验收，并取得准用证，在每次使用前必须检查钢丝绳等部件，合格后方可使用，龙门吊司机必须持证上岗，安排持操作证的信号工指挥吊装，并遵循国家、行业及地方的相关标准的要求。8.2.2汽车吊应通过相关报验手续，并获得准用许可，在每次使用前必须检查钢丝绳等部件，合格后方可使用，汽车吊司机必须持证上岗，安排持操作证的信号工指挥吊装，并遵循国家、行业及地方的相关标准的要求。8.2.3盾构基座、移动托架及固定托架应提前进行受力计算，托架及托架焊接焊缝应饱满，确保满足受力要求。8.2.4后配套车架吊至移动托架上后，必须用手拉葫芦将后配套车架和移动托架拉紧、固定，并对于左右两侧重量不均衡的后配套车架，在重量轻的一侧加设配重，保持后配套车架平衡，避免倾覆。8.2.5卷扬机应通过相应报验手续，并获得准用许可，在每次使用前必须检查钢丝绳等部件，合格后方可使用。8.2.6电瓶车应通过相应报验手续，并获得准用许可，在行驶前应确保刹车的有效性，并间隔性鸣笛，同时在轨道两边做好警示标志，严禁无关人员长时间逗留在轨道内，若确有需要长时间占用轨道，需提前通知电瓶车司机，令其暂停行驶，避免产生交通事故。8.2.7底板上铺设的钢板间及液压泵站的顶铁与钢板间焊接部位的焊缝应饱满，避免崩裂伤人。9环保措施9.0.1建立健全施工现场环保管理规章制度，并认真贯彻执行。9.0.2详细调查施工中可能存在的影响环境的因素，有针对性地制定切实可行的保护措施。9.0.3施工现场实行封闭式施工，除留必要的人员、车辆进出口通道外，现场四周设置连续、整齐、牢固、美观、洁净的围挡，并及时清洗。9.0.4施工前对场地平整硬化，并及时清扫，将垃圾送往指定地点，保证现场无积水，无黑臭和施工垃圾。9.0.5施工现场制定洒水降尘措施，指定专人负责现场洒水降尘和浮土清理。9.0.6禁止在施工现场烧有毒、有害和有恶臭气味的物质。9.0.7对主要噪声源如吊车等采用有效的吸音、隔音材料施作封闭隔声屏，同时，夜间施工严禁大声喧哗，装卸物料及码放时轻拿轻放，最大限度地减少噪声扰民。9.0.8在夜间施工时，夜施光源如汽车灯光及施工照明灯不直接对居民房，采取有效措施避免直接照射。9.0.9现场存放油料的库房，必须进行防渗漏处理。储存和使用都要采取措施，防止跑、冒、滴、漏，而污染水体。11 9.0.10施工现场食堂设置简易有效的隔油池，定期掏油，防止污染。10效益分析10.0.1首次利用车站风道进行盾构下井、组装、始发，解决了繁华街道难以设置盾构始发或接收竖井的难题，保护了环境，扩展了盾构工法的适用范围，取得了良好的社会效益和环境效益；10.0.2在工程施工过程中，结合工程设计要求和盾构设备的实际尺寸和重量，采用了移动托架后配套车架平移技术，缩短了后配套车架平移的施工工期，降低了施工成本，确保了施工安全，取得了良好的经济效益。10.0.3解决了利用风道进行盾构始发施工、运输等难题，加快了工程进度。10.0.4避免了对于城市繁华地段主干道路交通的干扰，确保了地面交通的正常通行，充分显示出其无可比拟的优越性。11应用实例11.1xx地铁xxx站-xxx站盾构区间始发施工11.1.1工程概况xx地铁xxx站-xxx站盾构区间，左线全长1018m，右线全长1029m，xxx站和xxx站均为盖挖法车站。区间盾构从xxx站2号风道下井始发掘进区间右线，沿中华路、十一纬路到达xxx站。11.1.2工程应用结合xx地铁xxx站-xxx站区间盾构风道下井、组装、平移、始发的实际施工情况，通过AutoCAD软件模拟，确定了最佳的施工路线；独创了双层双向移动托架后配套车架的平移技术，如图11.1.2-1、图11.1.2-2所示，加快了后配套车架平移施工的工程进度，节约后配套车架平移施工工期约83%，节约后配套车架平移施工成本约70%，并确保了施工安全。取得了车站风道下井盾构始发施工（即本工法）经验，总结出了车站风道下井盾构始发施工的工法，体现出本工法在盾构始发施工中的成功应用。图11.1.2-1后配套车架从吊装口放在双向移动托架上图11.1.2-2双向移动托架与车站标准段车架轨道对接11 11.2xx地铁xx站站-xxx站盾构区间右线始发施工11.2.1工程概况xx地铁xx站站-xxx站盾构区间右线全长778.82m，xxx站为盖挖法车站，xx站站为暗挖法车站。区间盾构从xxx站1号风道下井始发掘进区间右线，沿中华路到达xx站站，从3号风道解体吊出。11.2.2工程应用结合xx地铁xx站站-xxx站盾构区间右线盾构风道下井、组装、平移、始发的实际施工情况，采用了车站风道下井盾构始发施工的工法，利用了双层双向移动托架后配套车架的平移技术，加快了后配套车架平移的工程进度，积累了车站风道下井盾构始发施工（即本工法）经验，再次体现出本工法在盾构始发施工中的成功应用。11.3xx地铁xx站站-xxx站盾构区间左线始发施工11.3.1工程概况xx地铁xx站站-xxx站盾构区间左线全长778.836m，xxx站为盖挖法车站，xx站站为暗挖法车站。区间盾构从xxx站1号风道下井始发掘进区间左线，沿中华路到达xx站站，从3号风道解体吊出。11.3.2工程应用结合xx地铁xx站站-xxx站盾构区间左线盾构风道下井、组装、平移、始发的实际施工情况，采用了车站风道下井盾构始发施工的工法，利用了双层双向移动托架后配套车架的平移技术，加快了后配套车架平移的工程进度，积累了车站风道下井盾构始发施工（即本工法）经验，又一次体现出本工法在盾构始发施工中的成功应用。11'