CN108386202A - 城市地铁区间隧道单护盾tbm施工工法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种城市地铁区间隧道单护盾TBM施工工法，单护盾TBM设备在洞外场地上组装调试完毕后，开始用步进小车进行步进施工，步进到暗挖隧道掌子面后进行反力环施工，再进行始发、掘进、到达、过站施工；所述步进小车包括弧形步进架、设置在弧形步进架上的推进油缸、举升架、举升油缸，所述弧形步进架设置在主机的下方，所述举升架上设有用于举升主机的举升油缸，所述举升架设置在主机的两侧，本工法大大提高了步进速度，有效解决了长距离步进难题。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工领域，涉及一种城市地铁区间隧道单护盾TBM施工工法。
背景技术
随着铁路、水电、交通、矿山、市政等隧道工程迅猛发展，越来越多的隧道掘进设备用于长大隧道的掘进施工，单护盾TBM以掘进速度快、围岩扰动小、结构一次成型、施工安全环保可靠的高效性被铁路、水利隧道工程广泛使用。但在环境复杂的城市轨道交通工程中采用单护盾TBM工法还不多见。现有的单护盾TBM施工，仍然存在始发时间长，长距离步进难等难题，工艺还不是很完善。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种城市地铁区间隧道单护盾TBM施工工法，大大提高了步进速度，有效解决了长距离步进难题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
城市地铁区间隧道单护盾TBM施工工法，单护盾TBM设备在洞外场地上组装调试完毕后，开始用步进小车进行步进施工，步进到暗挖隧道掌子面后进行反力环施工，再进行始发、掘进、到达、过站施工；所述步进小车包括弧形步进架、设置在弧形步进架上的推进油缸、举升架、举升油缸，所述弧形步进架设置在主机的下方，所述举升架上设有用于举升主机的举升油缸，所述举升架设置在主机的两侧，步进过程具体如下：
F，推进油缸推进一个行程1.5m；
G，举升架将主机举升；
H，推进油缸和弧形步进架向前移动一个行程；
I，举升架缩回，将主机放在弧形步进架上；没有到达指定距离，则回到步骤A；
J，步进至始发掌子面。
进一步，暗挖隧道开挖支护施工时在初支外轮廓上顶部138°范围内焊接钢板，为反力环顶部三角撑提供固定点，底板砼浇筑前在底板上预留钢板与底板主筋锚固，提供反力环底部三角撑固定点，所有三角撑固定在同一垂直的平面上，在拱部三角撑焊接位置初支拱架设置双拼加强，预埋钢板焊接位置增设3m长锚杆加强，反力环定位及加固完成后，采用素砼回填，将底部构件连接成整体。
进一步，始发时，在设计纵坡的基础上，把始发段预埋钢轨抬高50mm，按抬头的趋势进行始发。
进一步，始发段掘进的总推力不大于6000KN，掘进速度控制在20～30mm/min，刀盘扭矩控制在800～1000kN·m，贯入度控制在3～6mm/rev。
进一步，零环管片安装完毕后，盾尾进入隧道，停止掘进，采用喷浆方式对洞门进行快速封堵。
进一步，在砂岩、砂质泥岩地层掘进过程中，总推力控制在6000～8000KN，掘进速度控制在25～40mm/min，刀盘扭矩控制在1000～1200kN·m，贯入度控制在5～10mm/rev，遇软弱地层时采取高压旋喷桩或搅拌桩或降水措施提前进行加固处理。
进一步，掘进过程严格控制掘进姿态，水平姿态控制在±50mm以内，垂直姿态控制在+40～+60mm，小转弯半径段，提前将TBM姿态调整至曲线内侧，同时安装转弯环管片，在44‰上坡掘进段，调整上下分区油缸压力差，避免出现主机栽头现象。
进一步，管片脱出盾尾后，提前预制高强度水泥砂浆垫块，管片拼装前将垫块垫设在90°开口区域。
进一步，管片背后填充，采用豆砾石回填，先吹填管片底部90°范围，然后吹填管片两侧、顶部的顺序进行，豆砾石吹填的压力控制在0.2～0.4Mpa，豆砾石的粒径为5～10mm，每环管片选用三个点位，3点、8点、12点，下一环则选用4点、9点、12点，所述点位为对应的时钟点位。
进一步，管片背后注浆采用一次注浆+二次注浆的组合方式，一次注浆在盾尾后方第15环位置开始进行，同时每隔10环施做封闭环确保注浆均匀回填密实，二次注浆设置在盾尾后方第70环位置，主要填充一次注浆固结收缩空腔，水泥净浆配合比控制在水灰比1:0.8～1:1，不低于1:0.8，注浆压力控制在1～1.5Mpa。
本发明的有益效果在于：
1、采用步进小车工艺，实现了主机与拖车同时步进，日步进长度达200m，大大提高了步进速度，有效解决了长距离步进难题。
2、暗挖隧道始发，采用型钢制作成简易反力环，解决了成品反力架无法在暗挖隧道使用的难题，同时加快了反力系统施工速度，缩短了始发时间。
3、掘进后及时支护，隧道结构采用预制钢筋混凝土管片拼装方式，较敞开式TBM施工更加快捷、方便。
4、衬砌背后注浆方式采用喷射豆砾石+一次水泥净浆+二次补偿注浆的工艺简单、灵活。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为单护盾TBM施工工艺流程图；
图2为单护盾TBM施工工序流程图；
图3为单护盾TBM步进(过站)纵断面图；
图4为单护盾TBM步进(过站)剖面图；
图5为单护盾TBM步进(过站)工艺流程图；
图6和图7为反力环安装固定分布图；
图8为盾尾开口处垫块设置图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
1.1施工工艺流程
单护盾TBM设备在洞外场地上组装调试完毕后，开始进行步进施工，步进到暗挖隧道掌子面后进行反力环施工，而后进行始发、掘进、到达、过站等施工。单护盾TBM施工工艺流程及工序流程见图1、图2。
1.2操作要点
1.2.1单护盾TBM步进(过站)
采用步进小车步进(小车宽3322mm，长10600mm)，结构由弧形步进架1和举升架2两部分组成，步进推力主要利用主机底部的4根推进油缸，反力利用步进架1与地面的摩擦力，步进纵断面、剖面见图3、图4，步进(过站)工艺流程见图5。其中3为推进油缸，4为举升油缸，5为主机。图5为单护盾TBM步进(过站)工艺流程图。
(1)步进(过站)前需做好以下工作
①主机基座到掌子面的混凝土仰拱基座完成浇筑，在基座内预埋好步进滑行用的钢轨，精确定位基座及钢轨空间尺寸，满足步进需要。
②清理明挖和钻爆法施工段，确保没有干涉TBM通过的设施和杂物。
③准备编组车辆，满足步进期间钢轨、电缆、风水管延伸等需要。
④在步进小车钢轨上涂抹润滑油脂，减少步进的阻力。
⑤在护盾后部两侧盾壳与预埋钢轨接触部位各焊接一块止转块，防止护盾在步进过程中扭转。
(2)步进(过站)过程中需要注意的事项
①步进过程中，需对主机及后配套加强巡视，确保TBM各部位与洞壁没有干涉，特别是刀盘前方，必须派专人负责观察。
②用TBM自带的导向系统加强TBM姿态。
③控制步进速度。
④步进过程中，相关部位的人员之间以对讲机相互联系，确保信息畅通。
⑤步进过程中，刀盘前方负责观察的人员与TBM主司机密切联系。
⑥观察步进区域基座和步进小车清理，如果出现变形，及时处理。
1.2.2单护盾TBM始发
(1)始发前准备工作
①始发基座的位置要使TBM轴线与隧道设计轴线保持一致，保证始发阶段隧道内衬不超限。基座在始发前做好，结构为混凝土仰拱内预埋钢轨，始发前混凝土基座要达到足够的强度。
②反力环安装位置要准确，在洞壁内预埋足够数量的预埋件，预埋件与反力环连接后的强度要能够承受TBM始发时的反力，并且预埋位置能保证反力环精确定位。
③调整TBM主机的姿态，使TBM主机的轴线和隧道轴线的误差在要求范围之内。
④刀盘切削岩体时产生巨大的扭矩，为了防止掘进机壳体在始发基座上发生偏转，必须在两侧的壳体上焊接止转块，在基座上铺设钢板条。随着掘进机的前行，止转块在钢板上滑动，当止转块靠近洞门时将之拆除。
⑤安装好洞门的密封橡胶装置。
(2)始发注意事项
①TBM始发时要根据反力环和负环管片的承载能力，制定掘进参数，避免掘进扭矩超过反力环和负环管片承受的扭矩，通过目视和监测反馈数据及时调整掘进参数。
②严格控制掘进机姿态，防止旋转、上飘。
③起始环管片应准确定位，连接牢靠，不变形，上下左右对称，误差不大于1mm。
(3)反力环施工工艺
暗挖隧道开挖支护施工时在初支拱架上顶部138°范围内焊接钢板10一共18块，为反力环顶部三角撑提供固定点，底板砼浇筑前在底板上预留30块钢板10与底板主筋锚固，提供反力环底部三角撑固定点，反力环安装固定分布详见图6和图7，其中6为初支外轮廓，7为主机外轮廓，8为管片，9为预埋钢板。
(4)施工要点
①为保证始发阶段能够提供足够反力，在拱部三角撑焊接位置初支拱架设置双拼加强，预埋钢板焊接位置增设6根3m长锚杆加强。
②所有预埋件必须准确定位，以确保后续三角撑固定在同一垂直的平面上，确保管片整环受力均匀。
③单护盾TBM始发掘进时推力以底部油缸为主，为确保底部三角撑的强度及整体性，反力环定位及加固完成后，采用素砼回填，将底部构件连接成整体。
(5)始发段施工控制
①始发时凿除掌子面前1m范围内的砼导台及预埋钢轨，待TBM步进到掌子面后，刀盘(刀盘宽960mm)悬于道床外，以便能够顺利转动刀盘并始发掘进。
②因单护盾TBM刀盘自重大，为了避免始发阶段垂直姿态因为低头而超限，在设计纵坡的基础上，把始发段预埋钢轨抬高50mm，按抬头的趋势进行始发。
③始发段掘进遵循低推力、低扭矩原则，总推力不大于6000KN，掘进速度控制在20～30mm/min，刀盘扭矩控制在800～1000kN·m，贯入度控制在3～6mm/rev。
(6)洞门封堵
零环管片安装完毕后，盾尾进入隧道，停止掘进，采用喷浆方式对洞门进行快速封堵，以增大管片与地层的摩擦力，为后续能够正常快速掘进创造条件。
1.2.3单护盾TBM掘进
(1)掘进参数控制
在砂岩、砂质泥岩地层中，掘进参数的控制对于能否顺利掘进至关重要，尤其在富水地层中，易糊刀盘，则要求小推力，低贯入度，低速度进行掘进，总推力控制在6000～8000KN，掘进速度控制在25～40mm/min，刀盘扭矩控制在1000～1200kN·m，贯入度控制在5～10mm/rev。遇软弱地层时需采取措施提前进行加固处理，如采用高压旋喷桩、搅拌桩、降水等措施。
(2)掘进控制要点
①根据详勘报告提前预判地层情况，掘进过程中及时核实地层的变化，根据地层变化及时调整掘进参数。
②严格控制掘进姿态，水平姿态控制在±50mm以内，垂直姿态控制在+40～+60mm，以防止管片下沉，姿态超限。
③在小转弯半径段，提前将TBM姿态调整至曲线内侧，同时安装转弯环管片保证盾尾间隙良好，避免因管片安装轴线与盾尾姿态不一致造成卡机、管片错台、无法安装现象。将每一循环掘进后的测量结果中与设计曲线相对照，确定是否修正下次掘进的偏转量与方位角。
④在44‰上坡掘进段，隧道穿越富水层，施工难度极大，稍有不慎，易出现主机栽头现象。按照制定的掘进参数要求低速度，小贯入度，低推力，通过调整上下分区油缸压力差，避免出现主机栽头现象。
(3)盾尾开口处管片拼装
管片脱出盾尾后，底部豆砾石未有效填充前，易造成管片下沉错台现象。根据开口盾尾空隙尺寸，提前预制高强度水泥砂浆垫块，管片拼装前将垫块垫设在90°开口区域，以防止管片脱出盾尾后因背后回填不密实发生管片下沉、错台现象。垫块材料为C35混凝土，垫块尺寸为300mm长，90mm高，100mm宽的长方体结构，垫块在开口区设置详见图8，其中11为开挖轮廓，12为垫块。
(4)管片背后填充
①豆砾石吹填
豆砾石回填按照先吹填管片底部90°范围，然后吹填管片两侧、顶部的顺序进行。
采用普通型+多孔管片(2+1)组合方式，最大限度提供注浆点位，提高回填的密实性和施工效率。
豆砾石吹填的压力控制在0.2～0.4Mpa，压力过大容易爆管伤人，压力过小易堵管，豆砾石机操作人员必须严格按照技术交底进行作业。豆砾石选料宜选用粒径为5～10mm，粒料强度坚硬，不易被压碎。
豆砾石吹填管片开孔选择，每环管片选用三个点位，3点、8点、12点(对应时钟点位)，下一环则选用4点、9点、12点(对应时钟点位)，在遵循同步回填的原则，保证进度的情况下，相关点位的管片孔可提前开孔，方便安装豆砾石管接头，豆砾石机系统应经常检修，避免因设备故障造成停机。
②管片背后注浆
管片背后注浆采用一次注浆+二次注浆的组合方式。一次注浆在盾尾后方第15环位置开始进行，同时每隔10环施做封闭环确保注浆均匀回填密实。二次注浆设置在盾尾后方第70环位置，主要填充一次注浆固结收缩空腔。
水泥净浆配合比控制在水灰比1:0.8～1:1，不得低于1:0.8，注浆压力控制在1～1.5Mpa。
(5)施工运输
单护盾TBM施工运输主要包括垂直运输和水平运输，垂直运输主要是将掘进施工所需的材料吊运至列车编组上、将掘进渣土吊运至临时存渣场；水平运输主要是电瓶机车通过水平运输系统(有轨运输)将垂直运输的施工材料(管片、轨道、轨枕、油脂等)运输到工作面。
①垂直运输
垂直运输系统通过两台45t门吊进行出渣、管片、材料下放。
②洞内水平运输
轨线布设：钢轨采用43Kg/m轨，轨距970mm，轨枕采用160mm槽钢间距0.8m布设。在洞外、及车站处设置双轨及叉车道，洞内设置单轨。
列车编组：单护盾TBM每循环进尺1.5m，出渣量100m3，每节渣车容量约18m3，每台设备配置3列编组，每列编组为：1节55t变频电机车+6节18m3矿车+1节8m3水泥浆车+1节豆粒石车+2节管片车组成。
(6)刀具检查与更换
在砂质泥岩地层掘进过程中，由于岩层遇水软化，易造成刀盘被糊现象，每班掘进过程中都存在清仓及刀具更换作业，通过成立专门清仓换刀班组和调整换刀作业工序与管片安装同步进行等措施，极大减少清仓及换刀作业耽误时间，提高了掘进效率。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.城市地铁区间隧道单护盾TBM施工工法，其特征在于：单护盾TBM设备在洞外场地上组装调试完毕后，开始用步进小车进行步进施工，步进到暗挖隧道掌子面后进行反力环施工，再进行始发、掘进、到达、过站施工；所述步进小车包括弧形步进架、设置在弧形步进架上的推进油缸、举升架、举升油缸，所述弧形步进架设置在主机的下方，所述举升架上设有用于举升主机的举升油缸，所述举升架设置在主机的两侧，步进过程具体如下：
A，推进油缸推进一个行程1.5m；
B，举升架将主机举升；
C，推进油缸和弧形步进架向前移动一个行程；
D，举升架缩回，将主机放在弧形步进架上；没有到达指定距离，则回到步骤A；
E，步进至始发掌子面。
2.根据权利要求1所述的城市地铁区间隧道单护盾TBM施工工法，其特征在于：暗挖隧道开挖支护施工时在初支外轮廓上顶部138°范围内焊接钢板，为反力环顶部三角撑提供固定点，底板砼浇筑前在底板上预留钢板与底板主筋锚固，提供反力环底部三角撑固定点，所有三角撑固定在同一垂直的平面上，在拱部三角撑焊接位置初支拱架设置双拼加强，预埋钢板焊接位置增设3m长锚杆加强，反力环定位及加固完成后，采用素砼回填，将底部构件连接成整体。
3.根据权利要求2所述的城市地铁区间隧道单护盾TBM施工工法，其特征在于：始发时，在设计纵坡的基础上，把始发段预埋钢轨抬高50mm，按抬头的趋势进行始发。
4.根据权利要求3所述的城市地铁区间隧道单护盾TBM施工工法，其特征在于：始发段掘进的总推力不大于6000KN，掘进速度控制在20～30mm/min，刀盘扭矩控制在800～1000kN·m，贯入度控制在3～6mm/rev。
5.根据权利要求4所述的城市地铁区间隧道单护盾TBM施工工法，其特征在于：零环管片安装完毕后，盾尾进入隧道，停止掘进，采用喷浆方式对洞门进行快速封堵。
6.根据权利要求1所述的城市地铁区间隧道单护盾TBM施工工法，其特征在于：在砂岩、砂质泥岩地层掘进过程中，总推力控制在6000～8000KN，掘进速度控制在25～40mm/min，刀盘扭矩控制在1000～1200kN·m，贯入度控制在5～10mm/rev，遇软弱地层时采取高压旋喷桩或搅拌桩或降水措施提前进行加固处理。
7.根据权利要求6所述的城市地铁区间隧道单护盾TBM施工工法，其特征在于：掘进过程严格控制掘进姿态，水平姿态控制在±50mm以内，垂直姿态控制在+40～+60mm，小转弯半径段，提前将TBM姿态调整至曲线内侧，同时安装转弯环管片，在44‰上坡掘进段，调整上下分区油缸压力差，避免出现主机栽头现象。
8.根据权利要求1所述的城市地铁区间隧道单护盾TBM施工工法，其特征在于：管片脱出盾尾后，提前预制高强度水泥砂浆垫块，管片拼装前将垫块垫设在90°开口区域。
9.根据权利要求8所述的城市地铁区间隧道单护盾TBM施工工法，其特征在于：管片背后填充，采用豆砾石回填，先吹填管片底部90°范围，然后吹填管片两侧、顶部的顺序进行，豆砾石吹填的压力控制在0.2～0.4Mpa，豆砾石的粒径为5～10mm，每环管片选用三个点位，3点、8点、12点，下一环则选用4点、9点、12点，所述点位为对应的时钟点位。
10.根据权利要求9所述的城市地铁区间隧道单护盾TBM施工工法，其特征在于：管片背后注浆采用一次注浆+二次注浆的组合方式，一次注浆在盾尾后方第15环位置开始进行，同时每隔10环施做封闭环确保注浆均匀回填密实，二次注浆设置在盾尾后方第70环位置，主要填充一次注浆固结收缩空腔，水泥净浆配合比控制在水灰比1:0.8～1:1，不低于1:0.8，注浆压力控制在1～1.5Mpa。
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