盾构掘进施工方案毕业设计论文
目录
第一章编制依据及原则 (2)
1.1编制说明 (2)
1.2编制依据 (2)
1.3编制原则 (3)
第二章工程概况 (3)
2.1工程概况 (3)
2.2地质概况 (4)
2.3水文概况 (4)
2.4结构设计概况 (4)
第三章盾构掘进总体部署 (5)
3.1盾构掘进施工总体方案 (5)
3.2施工总体安排 (5)
第四章盾构机设计选型 (6)
4.1盾构机选型. (6)
4.2工程特点及选型依据 (6)
4.2.1各部功能描述 (7)
第五章盾构区间掘进施工方案 (11)
5.1.1掘进工况 (11)
5.1.2盾构机下井吊装、组装及调试 (11)
5.1.3盾构始发 (15)
5.1.4盾构掘进 (20)
5.1.5泥水循环与处理系统的管理 (23)
5.1.6管片背后空隙同步注浆及管片二次注浆填充 (31)
5.1.7管片拼装 (35)
5.1.8盾构到达 (38)
5.1.9盾构机解体 (40)
5.1.10盾构带压开仓换刀作业 (45)
5.2盾构区间隧道防水及防腐蚀施工组织及方法说明 (56)
5.2.1防水原则、防水重点、防水要求 (56)
5.2.2防水构造简述 (56)
5.2.3防水材料的技术性能 (56)
5.2.4防水施工及主要技术措施 (57)
5.2.5防腐蚀措施 (64)
第六章排水防洪方案 (65)
6.1水害风险分析及排水防洪目的 (65)
6.2排水防洪施工措施 (65)
6.4应急准备 (66)
6.5应急响应 (66)
第七章施工测量 (68)
7.1.1地面控制测量 (68)
7.1.2地下控制测量 (68)
7.1.3盾构区间施工测量 (69)
7.1.4施工测量方式 (71)
7.1.5控制测量成果的检查与检测 (71)
7.1.6施工测量的组织和管理 (72)
上海轨道交通一号线软土地层盾构掘进施工方案
第一章编制依据及原则
1.1编制说明
上海轨道交通一号线又称上海地铁一号线,阅读土建工程施工项目合同文,盾构区间设计图纸、详勘、补勘资料和现场实际的基础上，针对本工程的特点，结合我部人员在城市地铁工程中的施工经验，本着“组织合理，技术先进，经济可行，优质高效，简明扼要，重点突出”的原则编制本标段工程施工组织设计。
其主要内容由以下几个主要部分组成：
1）工程概况
工程概况是在承包合同的合同条件、技术规范和施工设计图纸的基础上，结合施工现场调查情况，对于编制本部分相关的重要内容进行的综述。
2）施工管理及资源配置
针对承包合同所提出的安全、质量、文明施工和工期要求，根据施工组织中所涉及到的施工方法，从施工现场管理、劳、材、机等诸方面进行资源配置优化，提出既符合本标段工程特点，又体现我部优势的配置方案。
3）施工组织及施工方法
施工组织及施工方法是本部分的核心内容。在编制过程中，依据合同文件和施工设计图纸，结合工程特点和我部的施工能力对合同范围内涉及的各单项技术按设计、施工要求进行了细化；根据我公司的施工经验，从施工全局出发，以“技术先进、质量可靠、经济合理、安全有效”为原则，策划施工方案和工期计划，确定相应施工方法。
4）施工保证措施
根据本标段工程施工特点，结合我部人员的施工管理经验，以安全、优质、按期、经济地完成本标段工程施工为目标，提出了各项工程目标和实现工程目标所采取的施工技术、质量、安全等保证措施。
1.2编制依据
1）上海市轨道交通一号线土建工程合同文件及有关问题澄清的函。
2上海市轨道交通一号线南端闵行区莘庄站-北端宝山区福锦路站盾构区间施平纵断面图。
3）上海市轨道交通一号线盾构区间隧道与车站接口设计图。
4）闵行区莘庄站-宝区福锦路站,出入段明挖段及盾构区间周边建（构）筑物及管线调查报告。
5）《地铁盾构施工》,张冰,人民交通出版社,2011.1
6）《机械化盾构隧道掘进》,[德]B.Maidl主编，曾慎聪、郦伯贤、胡胜利编译，浙江大学出版社。
7)《盾构施工技术》，陈馈、洪开荣、吴学松主编，人民交通出版社。
8）《盾构隧道》，张凤祥、朱合华、傅德明，人民交通出版社。
1.3编制原则
1）以确保安全为前提，具有可操作性。
2）选择合理施工方案，降低工程造价。
3）采用先进、成熟、有效的施工方法。
4）积极推广应用新技术、新工艺、新材料、新设备，保工期、保安全，优质高效地完成本标段的施工任务。
5）采用ISO9002质量认证体系标准，对施工过程进行全方位质量控制。
6）采用先进科学的检测手段，利用信息反馈指导施工。
7）严格执行广东省、广州市有关文明工地的标准，做好文明施工和环境保护。第二章工程
概况
上海市轨道交通一号线土建工程闵行区莘庄站-宝山区富锦路站，盾构区间以闵行区站为起点，全长近37公里，共设28个车站及2个车辆段，（梅陇停车场，富锦路停车场），途径宝山、闸北、静安、（新）黄浦、徐家汇、闵行6个区。
2.1工程概况
南端闵行区莘庄站-北端宝山区富锦路站盾构区间隧道双延米3689.00m，一号线设计时，正线在K1+487.9处以500m半径曲线右转弯，以34‰上坡出洞，作为临时地面正线，并在隧道内预留了向上海南站延伸的接口。向北端宝山区前进，本区间线路基本沿直线前进，只有两个曲线段，在靠近附近曲线半径的左转弯曲线，线路两侧建筑较多，地下水丰富。
上海轨道交通一号线南端闵行区莘庄站-北端宝山区富锦路站盾构区间线路纵断面。
2.2地质概况
地形、地貌
南端闵行区莘庄为软弱土层，20.0m深度范围内有成层的砂质粉土。本场地此层为易液化土层、本区间属于软弱地层，北端宝山区富锦路位于长江三角洲的冲击平原，是在江流海潮共同作用下，以长江为主的河流所带的泥沙不断淤积而成，整个地势西北高、东南低属于软土地层。海拔2.8m至4.1m之间。呈缓坡壮倾斜。含水层分布较广。
2.3水文概况
本区间位于长江三角洲的冲击平原，地下水比较丰富、闵行区第II、III、IV,吴泾第II、III层含水层含水层均为咸水。宝山区一带埋藏着燕山晚期侵入花岗岩体。上海更新新世纪时期的五期河流相堆积在本区发育良好，构成五个承压含水层，主要岩性为中、粗砂石夹粉细纱层碎屑岩裂隙水主要含水层为石炭系、第三系岩层的强风化带和中风化带中，岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂。
本区间地下水对混凝土结构无腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋具微弱腐蚀性；与含水层相向的隔水层，由以湖相堆积层为主的粘性土、粉性土组成。
2.4结构设计概况
盾构法隧道采用圆形隧道限界为φ5200，管片内径φ5400，管片厚300mm，线路最小曲线半径R2000m，采用1.5m宽管片。管片拼装采用直线环与楔形环组合的方式。区间共设3个联通通道，均采用地面加固后竖井开挖。联络通道处管片采用钢管片通缝拼装，一个联络通道左右线共需4环钢管片，区间共需要12环钢管片。
三章盾构
掘进总体部署
3.1盾构掘进施工总体方案
城站区间左右线采用两台泥水盾构相隔一个月始发，由闵行区莘庄站站南端始发，宝山区富锦路站北端头吊出，到富锦路站后吊出。
3.2施工总体安排
本区间盾构隧道右线长度2258m，左线长度为2258.69m，长链0.69m双线共计4516.69m，盾构区间附属工程主要为3个联络通道（其中1#、3#联络通道不设废水泵房，2#联络通道与废水泵房合建）、盾构始发和到达端头加固施工以及四个洞门的施工。
盾构掘进始发前完成旧桥的拆除重建、建筑物保护、软弱地层处理、端头加固和联络通道地面加固工作，盾构机负环拆除后进行始发洞门施工，盾构机过联络通道加固区后进行联络通道及泵房施工，盾构机吊出后进行到达端洞门施工，同时进行隧道清理工作和预留洞口施工。
盾构区间拟采用2台泥水盾构机施工，第一台盾构机于2013年5月1日始发，第二台盾构机2013年6月1日由始发。两台盾构机都由闵行区站始发，到宝山区站吊出完成区间施工，区间掘进完工日期为2014年4月17日。
第四章盾
构机设计选型
4.1盾构机选型
本区间盾构工程施工条件：
盾构隧道长度：左线2258m，右线2258.69m；
隧道覆土厚度最小约4，最大约10m；
平面最小曲线半径为2000m；
最大坡度为5‰，；
隧道内净空：φ5400mm，管片外径φ6000mm，管片环宽为1.5m；
计划进度：左、右线平均月进度约180m。
经认真研究合同文件及地质资料，采用2台泥水加压平衡式盾构机进行本区间隧道施工，具备保压系统装置、人闸气压装置，满足盾构机在各种地层下进行开舱作业的要求。
4.2工程特点及选型依据
上海市轨道交通一号线南端闵行区站盾构区间隧道均为两条圆形隧道，内径φ5.4m，左线长度2258.69米，右线长度2258米，盾构掘进机的选型与所穿越的地层及周边环境、线路走向、曲线等关系很大，选型合适与否直接关系工程的成败。
1）工程特点和施工条件
（1）盾构穿越地层、线路及周边环境的特点详见“工程概况”
（2）地层变形要求
地表变形量不大于10mm/-30mm。隧道推进轴线与设计轴线偏差不大于50mm。
2）选型依据和设计特点
根据以上地质条件结合工期要求，用于本区段施工的盾构掘进机，必须具有稳定开挖面、平衡泥水压力、平稳穿越软硬变化较大的地层，最大限度减少地表沉陷的功能，必须具有较强的纠偏抗扭与弯道施工的能力，必须具有较好的经济性和较长的使用寿命，必须确保各项作业的安全性和可靠性。结合目前上海、广州、天津和南京地铁一号线盾构区间施工资料，选用带面板式刀盘的泥水平衡式（EPB）盾构掘进机，是目前在
软土地层中，进行隧道掘进施工的一种较好机型，可以较好的控制地表的变形。
综上所述，经过分析比较，并结合国内使用的经验，本标段选用德国海瑞克φ6280mm 铰接型泥水平衡盾构机。
4.2.1各部功能描述
1）盾体
盾体钢结构设计能够承受预测的水压和土压（较差情况预测为6 bar）。
盾体为分块设计。盾体采用螺栓连接，所有的法兰盘都进行了机加工以保证精度：分隔舱板将盾体分隔为两个舱室；前舱－即开挖舱，包含刀盘于其中，并充满了流体；该流体通过后舱－即气泡调压舱的“气垫”提供给开挖面和后舱保持“压力平衡”。两个舱室间的通道为隔板上防水门。而盾构机内部到压力舱室的通道为气闸，包括人闸和紧急气闸。工作人员通过这些通道就可以对刀盘进行维护作业。
在舱板的后部有如下装置：
（1）一个气闸
（2）安装主驱动的机加工法兰盘
（3）推进油缸前部固定装置
（4）泥浆管接头
（5）冲刷喷嘴
（6）水、压缩空气、电气设备等连接管线
（7）连接到刀盘区域的排水系统的接头
（8）应急电源接头
（9）海瑞克公司关于减少堆积和结块的理念：
（10）集成冲刷喷嘴的定子和转子
（11）工作舱壁上和搅拌器上的冲刷喷嘴
（12）90°角圆形渐变（有利于物料流动）
（13）刀盘主驱动是用机械的方式通过法兰盘与压力舱板连接的。扭矩通过驱动单元的扭矩箱直接传递到盾体上。
2）刀盘
刀盘设计成盘形结构且带有很宽阔的进料口。8根辐臂支撑的厚壁法兰连接主驱动
装置，并作为前盾的连接基座。8根幅臂由厚壁管制成。
刀具形式：
（1）软土刀具（齿刀）：64把
（2）双刃滚刀：14把
（3）双刃中心滚刀：6把
（4）边缘刮刀：16把
3）刀盘驱动系统
刀盘驱动系统用以驱动刀盘旋转，对土体进行挤压和切削。主要由大轴承、大齿圈、密封圈、减速器及马达等组成。
刀盘用高强度螺栓与大齿圈连接，大齿圈即为大轴承的回转环，马达带动减速器输出轴上的小齿轮，小齿轮与大齿圈啮合，从而驱动刀盘旋转。大轴承既承受刀盘的自重，又承受盾构掘进机的推进力，是盾构掘进机的主要组成部件。为了获得最大的主轴承寿命，设置有密封装置，由加压润滑油系统来润滑。
盾构掘进机在开挖软弱围岩时，采用高扭矩，低转速的工况；当盾构切削硬岩时，增大流量，采用低扭矩、高转速的工况。
4）铰接装置
为了使盾构掘进机适应曲线段的推进，能够灵活转向，把盾构掘进机设计成铰接式，从而易于转弯，减小曲线超挖量；并能减少顶进管片的偏压，提高隧道施工质量，也易于对掘进方向随时进行修正。
铰接装置使盾构掘进机分成前后两段，两段之间通过铰接千斤顶操作，可使盾构掘进机前后两段绕铰接中心沿圆弧面上下、左右回转，满足盾构掘进机顺利转弯和坡度的要求，使盾构掘进机转弯方便，减少曲线超挖量及对土体的扰动。
盾构掘进机铰接处设有机械限位，以保证盾构掘进机推进时前后节绝对不会脱开，并保证达到设计转角位移要求。铰接装置设内外两道密封，以防泥水进入。
5）人行闸门气压仓
在盾构掘进机密封隔板处设有一道人行闸门，闸门处有一气压仓。当在泥水平衡工况下施工需要进入泥土密封仓内排除障碍或调换切削刀具时，先将泥泥水仓内充以压缩空气，用以疏干并支护开挖面土体，然后人员再通过气压仓的加、减压过渡而出入泥泥水仓。
6）推进系统
盾构掘进机是通过沿中盾周边布置的盾构掘进机千斤顶支撑在已安装好的管片衬砌上所产生的反作用力而前进的。为了不使千斤顶端部承受管片的集中荷载，造成偏心荷重，支座设计成铰接式，并设置支板均匀地将力传递到管片的环面上。
把盾构掘进千斤顶分成若干扇区，每个扇区由一只电磁比例减压阀控制，用来调节各组扇区千斤顶的工作压力，从而纠正或控制盾构推进的方向，使符合设计轴线的要求。
7）盾尾密封
盾尾密封用以防止地层中的泥土、泥水、地下水和衬砌外围注浆材料从盾尾间隙中漏入盾构。由三道钢丝刷和一道弹簧钢板组成。在每两道密封之间注入密封材料、油脂等，作为防高压水措施，以提高密封效果，并可减少钢丝刷密封件与隧道管片外表面之间的磨擦，延长密封件的寿命。
8）背衬充填与注浆系统
采用盾构法施工的隧道，是沿着盾构掘进机的外壳进行开挖的，而作为衬砌的管片则是在盾尾内部组装起来的，所以当盾构掘进机推进时，围岩与管片间由于盾尾的抽脱及超挖等原因就形成了空隙，这一空隙如不加处理地搁置，不可避免上面的围岩要向下沉降，其结果是发生波及地表的沉陷，严重的会危及地表建筑物的安全，因此，及时地进行背衬充填与注浆可以起到压实松动的围岩，以防地表沉陷，提高隧道止水性，防止管片漏水，将管片与围岩一体化，确保管片衬砌的稳定。
9）管片拼装机构
拼装机的功能是安全且迅速地把管片组装成设计形式，它具有伸缩臂、夹具前后移动以及臂回转的功能。
拼装机回转由马达驱动；管片的轴向平移和封顶块的轴向移动，由平移千斤顶操作夹持器来完成；管片的提升由液压油缸操纵。这些液压缸和马达由一个独立的液压泵站供油，简化了管线布置，避免管线的机械运动。
10）泥水循环
泥水平衡盾构机技术是基于流体支撑和泥浆泵系统。膨润土泥浆系统把切削下来的渣土从开挖舱运输到地面上的分离设备（通过泥浆管路）。在分离厂，固体物料被从膨润土泥浆里分离出来。回收的膨润土浆泥浆经过循环管路被泵回到开挖舱和气压调节舱。
在紧急状况下，使用安装在控制室的紧急停止开关可以关闭泥水回路。
（1）TBM上的流量测量装置
流量测量装置安装在后配套上的进浆泥和排浆管，随时监测膨润土泥浆流量。流量监测装置的最大量程为850m3/h，泥浆循环工作需求能力为500~600 m3/h。
（2）液位监视
利用液位监视器气压仓液位。变化可较直观地了解气压调节仓工作情况，有助于环流的调节。
在气压调节舱有（最低液位限制开关和最高液位限制开关）两个液位限制开关，对泥浆循环自动调节，起到保护开挖舱支撑面稳定的功能。
最低液位控制点位于隔离舱板开口的上方。最高液位控制点在通道门边的下方。当液位低于最低液位控制点，排浆管球阀及排浆泵自动关闭：当液位高于最高液位控制点，进浆管球阀及进浆泵自动关闭。
（3）支撑压力监控
支撑压力传感器是专门为泥浆工作条件开发的，用来测量气压调节舱的压力和开挖舱的压力。
掘进机操作司机获取盾构机前面的支撑压力，通过这些信息来监测支撑压力从而控制工作面的稳定。
（4）碎石机
在气垫调节仓底部安装有颚式碎石机，由两个油缸运转。碎石机动作有三组：摆动、自动、手动，最大碎石粒径为450mm 。
第五章盾
构区间掘进施
工方案
5.1.1掘进工况
本区间地形呈北高南低之势，北部为丘陵地带，南部为广花盆地，形成东北向西南倾斜的地形。本区间位于广花盆地边缘，属于河流冲洪积平原，地势平坦宽广。
隧道线路穿越的地层为粉细砂层、中粗砂层、冲积——洪积粉质土层等软弱地层。
地层含水较丰富，选用泥水盾构机能够很好的控制地面的沉降，保证周边建筑物的安全。
5.1.2盾构机下井吊装、组装及调试
1）盾构机下井吊装方案
（1）将盾构机各部件运至始发井口的组装场地，用吊车将分解后的盾构部件吊入始发井，进行组装及调试。为此拟计划租用260吨吊车，80吨吊车各一台。其中，80吨吊车将配合260吨吊车完成盾构机的中盾、前盾、刀盘的空中转体，然后由260吨吊车单独将前盾、中盾、刀盘放入井中，完成组装任务。盾构机的其它部分以及后配套设备将由260吨吊车独立吊入井中，完成吊装任务。
（2）盾构机整体重量和体积均较大，为满足和吊装要求，需将盾构机刀盘系统、前盾系统、中盾系统、盾尾系统、管片拼装系统、泥浆循环输送系统以及后配套系统等部件分别吊装。见下页5.1.2—1“盾构机吊装流程图”。
（3）盾构机下井拟采用的索具是6根直径56mm，长度8.5m，抗拉强度是1670Mpa，其最小破断拉力是1540KN（钢丝绳型号6×37fc）；4根直径是32mm, 长度17.5m(对折使用)，抗拉强度是1670Mpa, 其最小破断拉力是504KN（钢丝绳型号6×37fc）；卸扣全部采用6件50吨美制弓形卸甲。
盾构机吊装流程图图5.1.2-1
（4）注意事项：
①两台吊车的配合要默契，动作要平稳，严禁速度过快，信号工要积极配合，要及时准确的发出信号。
②盾构机的起吊、组装工作由专人指挥，统一行动。
③为了保证盾构机的初始定位状态准确，要求在安装起吊点时定位要准确，否则将给后边的调整工作带来一定的麻烦。
④吊装过程中所吊部件不可出现大的晃动，如果出现要迅速消除。
2）盾构机组装方案
（1）盾构机盾体的各部件组装
①前盾与中盾的连接
②管片拼装机与中盾的连接
③盾尾与中盾的连接
④刀盘与前盾的连接
⑤泥浆循环系统与前盾的连接
⑥完成盾构机主体的组装
（2）盾构机后配套车架的组装连接详见“盾构机后配套车架组装连接流程图”。Array盾构机后配套车架组装连接流程图图5.1.2-2
（3）盾构机的全部组装连接详见“盾构机全部组装连接流程图”。
盾构机全部组装连接流程图图5.1.2-3
（4）盾构机的液压管线连接
①第2号车架与第1号车架的液压管线连接
②第1号车架与连接桥的液压管线连接
③连接桥与盾体的液压管线连接
④盾构机的电气线路连接。
3）盾构机拆卸方案
（1）拆卸顺序
盾体全部进入接收井→刀盘→前盾→中盾→盾尾→管片拼装机→桥架→车架1→车架2→车架3→车架4。
（2）盾构组装及拆卸的安全保证措施
①严格遵守起重作业安全操作规程；
②每班作业前实行技术和安全交底，指定专职安全员负责日常工作；
③盾构大件的装卸车90°翻转由专人指挥，统一行动；
④施工前向所有作业人员进行详细的技术交底，明确整个作业过程及各人职责；
⑤遵守起重作业安全操作规程及项目经理部制定的安全操作规定；
⑥现场设专职安全监督人员，负责检查安全工作的落实与改进；
⑦盾构机的分解、运输、起吊、拆卸及过站等项工作由专人指挥，统一行动；
⑧卷扬机牵引作业时，车架前方严禁站人，以防溜车，在车架尾端加装驻车器；
⑨顶升移位作业时，所有千斤顶统一编号，并由专人负责协调指挥，现场设有应急千斤顶，以备特殊情况下使用。
4）盾构机调试方案
所有的调试与验收包含了以下各个系统：
（1）推进系统
（2）刀盘驱动系统
（3）管片拼装机系统
（4）同步注浆系统
（5）集中润滑系统
（6）盾尾密封润滑系统
（7）供水系统
（8）压缩空气系统