隧道盾构工程施工技术总结.doc
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1、1工程概况1.1工程简介工程项目:广州地铁二号线【越三区间隧道】盾构工程工程地点:广州市白云区三元里施工单位:铁道部隧道工程局设计单位:铁道部隧道工程局勘测设计院建设单位:广州市地下铁道总公司监理单位:广州市地铁工程监理有限公司中标价款:18062万元结算价款: 万元开工时间:2000年5月1日竣工时间:2002年5月15日1.2工程范围广州地铁二号线【越三区间隧道】盾构工程由越秀公园站(后变更至体育大厦)至广州火车站、广州火车站至三元里站两个区间双孔隧道及区间双孔隧道之间的二条联络通道/泵房组成,其工程范围及里程见下表:区间工程名称里程长度(米)备注体育大厦广州火车站区间隧道右线YCK155
2、92.8YCK16500.1907.3左线ZCK15592.8ZCK16500.1911.137长链3.837左、右线间联络通道YCK161008.5含泵房、检修井、集水管广州火车站三元里站区间隧道右线YCK16646.3YCK17694.51048.2左线ZCK16648.9ZCK17694.61059.397长链13.797米左、右线间联络通道YCK1730013.65含泵房、检修井、集水管区间隧道总长3666.0 注:联络通道里程为中心里程,长度为与区间隧道相交的最短距离。1.3地质情况:1.3.1洞身通过的工程地质越秀公园(体育大厦)至广州火车站区间隧道80%的地段埋置于岩层中,洞顶岩
3、层最厚约11.8m,仅有20%的洞体处在断裂带和土石混合层中。穿越地层大部分是强风化岩及中风化岩,及微风化岩,有少部分为全风化岩残积土层和断裂破碎带。广州火车站至三元里区间隧道穿越地层大部分是中风化岩8、强风化岩7和微风化岩9,其次为全风化岩6和残积土层5-2。在洞身范围内,不稳定地层多分布于上部,稳定地层则多分布于隧道下部,基本呈上软下硬。1.3.2水文地质概况本标段地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水两种。第四系孔隙水主要赋存在第四系淤泥质砂层和冲积洪积砂层内,基岩裂隙水多属承压水,主要赋存在全风化砾岩(岩心呈碎石状)层、强风化带和中等风化带以及断裂破碎带内。隧道范围的孔隙水受大气降水、地
4、表废水以及城市自来水管、排水管漏水的补给。基岩裂隙水主要受上部第四系孔隙水的补给,局部也可能受地表水体的补给。本标段构造裂隙和节理相对不发育,岩体大部分较完整,富水性较小,透水性多较弱。由于本标段发育有广从断裂和走马岗断裂,断裂破碎带富水性较好,施工时有突水现象发生。两个区间隧道地下水对砼均无侵蚀性。2工程技术要求与标准2.1工程技术要求2.1.1隧道断面标称内径:5200mm。2.1.2线路平面本合同最小平面曲线半径:400m。2.1.3线路纵断面本合同工程最小竖曲线半径:车站两端及困难地段最小竖曲线半径:线路最大坡度:+30线路最小坡度:32.1.4线路几何尺寸合同工程的线路平纵剖面及线路
5、数据如下图所示:2.1.5隧道限界标称隧道限界为:5200mm。实际的隧道直径和轮廓是一个标称直径为5200mm的以理论轴线为中心的圆盘。施工中隧道管片内径为5400mm,管片厚度300mm。隧道限界如下图所示:2.1.6掘进允许产生的沉降值一般地段,盾构掘进施工地表面允许隆陷值为10/30mm。盾构掘进通过火车站时,轨面沉降值不得超过10mm,两股钢轨水平高差不得超过4mm。2.1.7隧道防水等级本合同工程防水等级划分为:A级 不允许渗漏水,结构表面偶见湿渍 隧道上半部B级 有少量漏水点,不得有线流和漏泥砂,实际渗漏量0.1l/m2.d 隧道下半部 联络通道 洞门2.2工程难点及特点2.2.
6、1工期紧张,每台盾构机月掘进指标达230米/月【越三区间隧道】全长3666米,盾构机纯掘进时间不足10个月。为保证工期,在施工之前项目部合理地进行人力、设备以及物质资源调配,编制了切实可行的实施性施工组织设计。对所有施工人员均组织了学习与培训,做到人人持证上岗,保证了施工任务的圆满完成。2.2.2盾构穿越铁路车站轨道,对沉陷控制要求特别严格区间隧道左右线隧道在广州火车站三元里区间约180m长范围内要穿越京广铁路广州火车站站场14股轨道,并且站内人行天桥桩基和邮电地下通道底板距隧道顶9m。由于铁路行车密度大,对沉降要求特别严格(轨面沉降10mm,两条钢轨沉降差4mm),并且隧道上部覆土稳定性又较
7、差,因而,如何在施工期控制地层沉降,并确保后期地层不固结沉降,确保铁路绝对安全,这是特别重要而且难度很大的系统工程。2.2.3盾构穿越断层破碎带、建筑群并需要切一根桩在越秀公园(体育大厦)广州火车站区间左右线隧道要穿越广从断裂破碎带,该断层带是由岩体破碎,由角砾和碎块岩组成,地层无自稳能力,且地下水富集,有突水涌泥的可能。本标段两区间隧道穿越地区地表交通繁忙,建筑物密集,初步调查有43栋四层以上建筑处于施工影响范围,所以施工中对地层隆陷控制要求严格。167#建筑物有一根桩底部侵入隧道0.12m,沿线29根建筑物桩基距隧道顶部25m,并且桩基类型多,所处地层各异,施工中需要对167#建筑物基础进
8、行托换,对沿线其它29根桩基需要采取一定措施进行加固处理。 2.2.4盾构推进方向控制难在施工过程中,由于断面内岩层软硬不均,推力和扭矩变化较大,需要在施工中根据实际地层频繁调整,使盾构掘进机推进中的轴线控制和推进操作有相当大难度。尤其是当软硬不均匀地层分布于曲线段和线路坡度较大洞段时,更加大了盾构掘进和轴线控制的难度。2.2.5盾构穿越线路曲线多本标段区间隧道曲线长度大约占46%,越秀公园(体育大厦)广州火车站区间有两段反向曲线,且隧道纵坡分段多,变化大,在竖曲线和平曲线、缓和曲线上施工,方向控制难,控制超挖难,管片衬砌拼装精度控制难度较大,所以在该段的精确控制盾构掘进方向,减少超挖非常重要
9、。2.2.6碴的粒径大,出碴困难 岩层分界面起伏较大,掘进工作面软硬不均,不但掘进方向控制难,掘进参数调整要求高,而且各种地层岩石与土体产生的碴的粒径差异大、不均匀,可能造成出碴因难,影响螺旋输送机的使用效率,因此应选择适宜的出碴系统。3施工总体部署3.1工期要求与场地接口3.1.1工期要求本工程合同工期为24.5个月,施工时间为2000年5月1日至2002年5月15日。3.1.2场地接口本工程主要施工场地设于三元里车站,场地面积5700平方米。各个场地移交时间如下表所示:场地名称 施工场地 工作井 车站结构 备注三元里 2000.12.10 2001.2.1 83m长火车站 2001.9.2
10、4 具备单线运输条件 越秀公园(体育大厦) 2002.1.30 临时场地1000m23.2施工总体方案 根据本工程特点,施工总体按四个阶段进行:设备采购、前期筹划与培训阶段;进场与盾构下井组装阶段;区间隧道掘进、洞门联络通道施工阶段;盾构拆机退场与验收阶段。各个阶段的时间如下表所示:本合同工程区间隧道采用盾构法施工,根据工程地质条件及工期要求,配置两台复合式土压平衡盾构(机型EPB6300),各承担左右线隧道的掘进任务。两台盾构机均自三元里车站始发,中间通过地铁广州火车站,然后向越秀公园(体育大厦)掘进,到达体育大厦后拆卸退场。根据总体安排计划,右线隧道盾构先期安装调试进洞掘进,按业主要求及投
11、标承诺提前完成,于2002年 月 日交付铺轨。左线隧道盾构机滞后始发,左线推进比右线滞后约50100m左右。盾构掘进划分为三个阶段:试掘进段、正常掘进段和到达掘进地段,即从三元里站始发后的右线300米、左线始发后的150米作为试掘进地段,在盾构到达车站出洞前30米段作为到达掘进地段,其余地段作为正常掘进段。根据越三区间水文地质状况和复杂周边环境,两台盾构机均具有敞开式、半敞开式以及全封闭土压平衡式(EPB式)掘进模式,以适应硬岩地层、含水软岩以及软硬混合地层的掘进,并达到盾构机的最佳工作状态。同时,在EPB模式下,足够的土压平衡调节能力可有效的平衡周围土体的静水压力和土压力,保证开挖面的稳定。
12、配合可靠的同步注浆系统,必要的二次补充注浆,以及后期地层注浆加固技术等辅助工法,可将地表隆陷控制在规定的范围之内,从而确保安全通过桩基群、广州火车站站场、广从断裂等特殊区段。盾构外径6280mm,超挖刀开挖直径6280 mm,以适应不同曲线半径的转向纠偏能力。衬砌采用钢筋混凝土管片衬砌一次成型,管片外径6000mm,内径5400mm,每环管片长度1500mm,管片拼装采用“3+2+1楔形块”错缝拼装,管片接缝采用膨胀橡胶止水条防水。洞内运输采用单线重载编组列车运输,每列编组列车可满足一个循环掘进的出碴、进料要求。在盾构安装井设15T门吊装卸管片及其它进洞材料,在出土井安设两台40T门吊提升碴车
13、出土。洞内施工通风采用237KW射流风机和1000风管进行压入式通风,直接将风送入盾构自身配备的通风系统。根据洞内积水情况采用风动抽水机和多级水泵进行施工排水。3.3施工组织本合同工程由中铁隧道集团广州盾构项目部负责实施。经理部设两部一室即工程部、财经部和办公室。永久工程设计由中铁隧道设计院完成,监控量测由中铁隧道科研所完成,现场施工由一处TBM公司广州分公司负责。公司下设六部(工程部、机电部、安质部、财务部、物资部、综合部)和五个作业班组(掘进一、二班,负责右线隧道掘进;掘进三、四班负责左线隧道掘进;综合班负责设备维修及施工后勤服务)。3.4施工进度安排3.4.1掘进时间安排按照整个工序安排
14、以及盾构施工的特点,单循环掘进时间为 分钟。见下表;3.4.2各种掘进模式进度安排根据地质特点和盾构选型情况,不同工况日掘进进度为:敞开式 9.010.0m/天 半敞开式 7.08.0m/天 EPB模式: 5.06.0m/天。3.4.3实际掘进进度情况第四章 管片制作6钢环管片的制作6.1概述广州地铁二号线越三区间隧道盾构工程按照合同要求,在越广区间设置联络通道一处、风厅一处,在广三区间设置联络通道一处。为便于施工组织,按照施工设计,在这三个位置设置可以从隧道内部拆卸局部管片的特殊衬砌钢管片。钢管片加工总重约204吨。6.2特殊衬砌环构造6.2.1联络通道特殊衬砌环每处联络通道有4环特殊衬砌环
15、(左右线各两环),每环由5块钢管片和4块特殊的钢筋混凝土管片组成。6.2.2二号风厅特殊衬砌环按照设计,分别在左右线相应风口中心里程处设两组整环钢管片,每组钢管片有4环衬砌环(S1+2S2+S3),由12种不同的钢管片构成。每组钢管片的组成见下表:环名标准块邻接块封顶块S1SA1、SA2、SA3SB1、SB2、SB3、SB3SK1、SK2S2SA4、SA4、SA5SB4、SB4SK3S3SA1、SA2、SA3SB1、SB2、SB3、SB3SK1、SK2钢管片SB3、SB4、SK2、SK3用于拆卸。6.3特殊衬砌环制作要求6.3.1材料:钢材A3;焊条E43。6.3.2管片成型精度:钢管片加工完
16、成后,加工精度必须达到下表要求:项目内容允许偏差备注单块拼装检验宽 度0.5mm弧弦长1.0mm管片外半径2mm管片内半径1.0mm螺栓孔位及直径1.0mm环面间平行度0.5mm环面与端面、环面与内弧面的垂直度1.0mm端面、环面平整度0.10.2mm整环拼装检验相邻环环面间隙1.0mm纵缝内须垫以压缩至1.0mm的传力衬垫纵缝相邻块块间间隙1.01mm对应的环、纵向螺栓孔不同轴度1.0mm6.3.3管片焊缝规格钢管片在加工过程中,除注明外,焊缝高度均为8mm,与外表面有关的焊缝均要求水封。6.3.4钢管片加工特点由于钢管片属于永久衬砌的一部分,结构构件本身结构繁杂。由于钢管片要与混凝土管片相
17、连,造成钢管片设计尺寸多、且大多以弧长尺寸及角度定位,给下料带来较大的困难;管片与管片之间采用螺栓连接,连接孔位定位精度要求高;由于钢管片要与混凝土管片进行组装,造成钢管片零部件加工尺寸精度高;由于钢管片是永久支护的一部分,钢管片的焊接要求高,焊缝尺寸大,造成钢管片的组装时,控制焊接变形困难。6.4特殊衬砌环加工工艺流程现场加工技术交底图纸会审下料、备料设计下料原料粗加工焊接组装胎架外弧板加工初步组装初步尺寸检验胎架内加固焊接胎架内尺寸检验拆除胎架第一次半成品出厂检验进入机械车间初步画线进一步进行半成品管片修补第一次采用车床加工利用数控车床加工端面钢管片水线加工单片尺寸检验特殊片组装整环拼装检
18、验钢管片除锈钢管片防锈处理成品出厂检验。6.5特殊衬砌环加工工艺6.5.1管片零件下料a、在图纸会审完成之后,先根据会审结果制作验收管片背板、管片环向加强板的弧形样板;b、利用卷板机直接加工管片背板;c、用数控切割机进行管片环向加强板的下料切割;d、用弧形样板检查、验收管片背板、环向加强板的加工。管片背板及所有纵向肋板、环向加强板等的下料规格允许误差0.2mm;e、管片四周环板或端板因要进行机加工,在下料时应留12mm的预留加工量。所有零件尺寸都应考虑焊接收缩的收缩余量;f、管片端部零件上的钻孔采用模板钻孔,以保证相邻管片的螺栓连接;g、所有零件必须经检验合格后方可进入下道工序施工。6.5.2
19、管片的组装管片组装采用胎架上卧装法进行组装。a、根据整环管片的整体外形尺寸进行胎架结构设计;b、进行胎架组装;c、将加工成形的管片背板置于胎架上,背板反面用适量码板将之与胎架临时固定,四周用活动夹板进行固定;d、按照设计图纸在背板上划线;e、将环肋板及环向加强板组装成一带弧度的大T型材(地下组装);f、将纵肋板及纵向加强板组装成一带弧度的T型材和吊装螺栓(地下组装);g、将带弧度的大T型材按划好的线位定位组装;h、按图纸组装好纵向T型材;i、按照设计要求焊接;j、精确测量管片宽、高及其他外形尺寸;k、按图纸安装四块边端板,按设计要求焊接(焊接定位时,每端留5mm的机加工余量);l、按设计要求进
20、行端面机加工、端面模板钻孔;m、初步检查管片外形尺寸后,按设计要求进行涂装、标识,最后拆除胎架上的各种连接,管片脱胎。6.5.3管片的机加工管片组装完成经检查合格之后,出厂运抵机械分厂进行机加工。a、进一步进行管片机加工工艺设计;b、根据管片外形尺寸进行划线;c、进行管片与管片之间的总装;d、再次检查整环管片外形尺寸,重新进行二次机加工划线,进行必要的修补;e、进行机加工车床工装组装;f、进行整环管片机加工;g、进行管片水线加工;h、管片尺寸最终检验。6.5.4整环管片的试拼装整环管片的试拼装采用竖装法。a、按整环外形在地上设双环形工装钢结构架,使所有管片的安装夹在工装架成型;b、先将管片中的
21、临时块组装成整块管片;c、然后将所有管片组装成环;d、进行整环管片拼装检验;e、进行最终管片出厂前检验、管片下胎架。6.5.5管片的除锈、涂装a、管片完成机加工后,进行管片外表面除锈,在管片内表面上涂红丹漆一度;b、在钢管片外表面除锈等级达到S3级以后,涂702环氧富锌底漆一度;c、待702环氧富锌底漆固化后再涂h52-65环氧煤沥青厚浆型防锈漆二度。沥青漆厚度:干膜:250m;湿膜:37 5m。6.6特殊衬砌环加工周期特殊衬砌环加工各个工序加工周期如下表所示:序号工序名称时间周期备注序号工序名称时间周期备注1工艺设计7日5机加工7日2材料准备7日6整环拼装3日3零件加工7日7管片调整3日4组
22、 装20日6.6特殊衬砌环加工注意事项6.6.1在进行管片加工时,管片背板要尽量进行整体组装;6.6.2要特别注意管片底端板焊接角度;6.6.3注意管片连接螺栓的钻孔位置;6.6.4要注意管片加工组装胎架的整体刚度。6.6.5要确保需要拆除的管片内弧面宽度大于外弧面宽度,以便于拆卸。第五章 施工配套设备6渣土外运6.1概况6.2施工工期根据本工程施工计划,整个渣土外运于2001年5月13日开始,于2002年2月15日基本完工。6.3 施工边界条件在施工现场准备有碴坑一个(宽度10米、深度3.5米。渣土二次倒运时采用PC200反铲装碴,故碴坑可利用范围宽7米,深3.5米)。碴坑的容量主要以最快日
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