CN110924961A - 一种盾构机下穿既有车站始发的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构机下穿既有车站始发的施工方法，采用钢套筒施工并包括以下流程：下穿通道底板整平和钢板铺设、洞门垂直冷冻加固、钢套筒下半圆安装、盾构机下井安装、钢套筒整体下穿纵移、洞门破除、安装负环、套筒回填、压力测试、冷冻管拔除及冻结孔封孔、盾构机始发。钢套筒包括主筒体、过渡环、加强环、底部框架和反力架；主筒体由四节相同长度的筒体拼接而成；每节筒体均由上半圆筒体和下半圆筒体构成。过渡环连接在主筒体的前端；加强环连接在主筒体的后端；底部框架也分成四节底座；反力架连接在加强环的后端。本发明的施工方法，能避免对已建车站结构的损坏，降低盾构机始发掘进和后期洞门密封装置拆除施工风险和难度，加快工期。
Description
技术领域
本发明涉及一种盾构机下穿既有车站始发的施工方法。
背景技术
近年来，我国城市地下轨道交通得到了迅速发展，在进行地下隧道施工过程中，通常采用盾构机进行隧道掘进。盾构线路规划由于受到城市环境及在建施工地铁线路等相关因素的影响，新建的地铁线路不可避免地会与已建的地下轨道工程交叉下穿施工，或由于始发端场地小，交叉作业多，盾构机下井吊装地面作业区域要临时借用既有车站的场地，这样盾构机下井后需要往前顶推纵移下穿既有车站至洞门再始发，这样容易对既有车站结构造成损坏，发生沉降超限、坍塌等重大安全事故。若仍采用传统的始发方案，容易造成洞门渗漏、坍塌导致地面坍塌，始发失败；甚至造成车站结构不均匀变形、开裂及渗漏。另外，盾构机下穿既有车站始发施工时，在洞门凿除、及始发掘进磨洞门围护结构时会产生噪音、震动，对既有车站的日常运营和旅客影响较大；在盾构机掘进开挖时对既有车站底板下土体扰动大，易超挖、易形成空洞，地下水涌入。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种盾构机下穿既有车站始发的施工方法，它能减少盾构机掘进过程中对砂土地层土体扰动影响，并能有效控制盾构机的姿态，还能降低施工风险，加快工期。
本发明的目的是这样实现的：一种盾构机下穿既有车站始发的施工方法，采用钢套筒施工并包括以下流程：下穿通道底板整平和钢板铺设，端头加固，钢套筒下半圆安装，盾构机下井安装，钢套筒和盾构机整体下穿纵移，洞门破除，负环管片安装，钢套筒回填，压力测试，冷冻管拔除及冻结孔封孔，盾构机始发；
所述钢套筒包括自前至后依次拼接且长度相同的第一节至第四节主筒体、连接在第一主筒体前端的过渡环、连接在第四节主筒体后端的加强环和安装在第一节至第四节主筒体底部的底部框架；第一节至第四节主筒体构成钢套筒的主筒体；每节主筒体的外周面上沿纵向和环向均焊接筋板；每节主筒体均由上半圆主筒体和下半圆主筒体构成，每节上半圆主筒体与每节下半圆主筒体之间的接合面、相邻节上半圆主筒体之间的接合面以及相邻节下半圆主筒体之间的接合面均焊接连接法兰并均采用螺栓连接，中间加5mm厚的橡胶垫；所述过渡环的两端也均焊接连接法兰，并采用螺栓连接在所述第一节主筒体的前端；所述加强环包括面环板、底环板和安装在底环板中的门板，底环板采用螺栓与第四节主筒体的后端连接；所述底部框架对应所述第一节至第四节主筒体也分成第一节至第四节托架，每节托架与每节下半圆主筒体焊接成一体；
进行下穿通道底板整平和钢板铺设流程时，对既有车站的下穿通道底板进行平整并铺设钢板，铺设的钢板必须平整及稳固，并植筋锚固钢板；
进行端头加固流程时，采用垂直冻结法加固洞门的前方土体；冻结壁在盾构推进方向的厚度为2.3m，门洞圈上方和左右侧的厚度均为3.0m，门洞圈下方的厚度为3.5m；单个端头冻结孔40个，共三排，排距为800mm,第一排冻结孔距车站地连墙为300mm，第一、三排冻结孔的间距为800mm，第二排冻结孔的间距为1200mm；冻结壁设计的平均温度≤-10℃，与地连墙交接处的温度≤-5℃；
进行钢套筒下半圆安装流程时，包括以下步骤：
(1)首先在盾构井里测量放样钢套筒安装中心线，接着在盾构井的底板上铺设钢板，并植筋锚固，再吊装下井安装主筒体的第一节下半圆主筒体，使该节下半圆主筒体的中心线与放样中心线重合，该节下半圆主筒体的底座两边焊接滑带钢板，然后依次组装第二节下半圆主筒体至第四节下半圆主筒体，形成钢套筒下半圆主筒体；
(2)在主筒体的下半圆主筒体内表面的底部60°夹角边位置安装两根钢轨，采用压板固定，依据盾构机的始发轴线位置采用垫钢板调整钢轨的安装高度；
(3)在主筒体的下半圆主筒体的底部内表面的两根钢轨之间用中粗砂进行第一次填料并压实，第一次填料的两端位置各自比两根钢轨的高度高出15mm；
进行盾构机下井安装流程时，包括以下步骤：
(1)在第一次填料完成后，先将盾构机的中盾、前盾、刀盘、拼装机和盾尾依次下井组装并坐落在主筒体的下半圆主筒体内的两根钢轨上；
(2)在盾构机的外表面与主筒体的下半圆主筒体的内表面之间的间隙用中粗砂进行第二次填料，第二次填料的两端头为斜面并与水平面的夹角为30°，中间填料的高度不高出钢套筒下半圆主筒体的顶面；
(3)依次安装主筒体的第一节上半圆主筒体至第四节上半圆主筒体、过渡环、加强环和反力架；整体顶推至始发离洞门2m处；在盾构井搭设平台，铺设后配套和电瓶车的轨道至反力架位置，复核轨道的高度及中线位置；
(4)依次将盾构机的螺旋机、后配套吊装下井组装；同时在第一节下半圆主筒体与盾构机的切口环之间的间隙用沙袋填充；在洞门凿除、钢套筒密封、盾构机调试验收及钢轨和负9环管片至负7环管片拼装完成后，在盾构机的盾体和负环管片与钢套筒之间的间隙用中粗砂采用混凝土喷射机喷填或钢套筒顶部灌填的形式进行第三次填料，使三次填料的范围达到钢套筒300°高度处；
(5)第四次填料使用厚浆或惰性浆液通过盾构机的膨润土注入系统和同步注浆系统将盾构机盾体的外表面与主筒体的内表面之间的间隙以及土仓填满；
进行钢套筒和盾构机整体下穿纵移流程时，包括以下步骤：
(1)在钢套筒的后端安装反力架，并在过渡环的外表面的水平中线上对称布设两个监测点，在加强环的外表面的水平中线上布设一个监测点，在钢套筒下穿纵移过程中进行实时监测，保证盾构机的中心线与隧道的中线横向位置一致；
(2)第二次填料及钢套筒上半圆主筒体、过渡环、加强环和反力架安装完成后，将两个的纵向千斤顶的前端顶在钢套筒的底部框架的后端面上，两个纵向千斤顶的后座各自通过双拼工字钢传力到反力座上；反力座采用2cm厚钢板制作并焊接在底板钢板上；连接管路，开启液压油泵通过两个纵向千斤顶将钢套筒整体纵向推移；
(3)钢套筒第一次纵向推移，直至钢套筒的前端至离洞门2m处停止，进行第一次洞门破除；
(4)钢套筒第二次纵向推移，直至过渡环的前端面与洞门预埋钢环接触，通过焊接使过渡环与洞门环梁连接；
(5)钢套筒、反力架定位加固和3环负环管片拼装完成后，进行第二次洞门破除；
进行洞门破除流程时，包括以下步骤：
(1)第一次洞门人工破除采用风镐凿除地连墙，凿除至洞门围护结构迎土面侧钢筋，检查并人工修凿洞边缘；
(2)第二次洞门破除时，是在钢套筒内破除，割除洞门围护结构迎土面侧钢筋；清渣完成后，立即进行盾构机空推至刀盘靠上掌子面，封闭钢套筒并进行第三次填料及后续施工；
进行负环管片安装流程时，盾构机始发阶段共安装九环负环管片，在洞门第一次破除期间进行负9环管片、负8环管片、负7环管片的安装；先拼装负九环管片，盾构机用拼装模式将负九环管片向后顶推，接着依次拼装负八环、负七环管片，将管片顶推使负九环管片紧贴钢套筒加强环；洞门破除完成后，在盾构机空推前移和盾构机始发进洞过程中，依次拼装负六环管片至负一环管片；管片外侧与钢套筒的间隙由盾尾同步注浆注惰性浆液填充密实，必要时通过负九环管片和负八环管片上的吊装孔注浆进行密封；
进行压力测试流程时，包括渗漏检测和变形位移检测，从盾构机的泡沫注入系统向钢套筒内加水，至压力达到2.0bar时停止加水，加水过程中检查钢套筒的各个连接部位和负环管片有无漏水，直至压力稳定在2.0bar后的25min内并未发现漏水点才能确认钢套筒的密封性；在盾构机的组装过程中在钢套筒的前方左右侧对称布置两个百分表，在反力架和钢套筒的中部左右侧对称布置监测点，在加水过程中监测钢套筒有无变形，以及钢套筒环向连接位置有无位移；
进行冷冻管拔除及冻结孔封孔流程时，包括以下步骤：
(1)强制解冻：在盐水箱中安装总功率为100～150kw电热管加热盐水；热盐水的浓度为1.26，把需要拔除的冻结管去路连接至热盐水箱的分配器，回路连接至回热盐水箱的集液管，且回路温度在50℃～70℃；开始向冻结管内循环泵送热盐水，循环泵送热盐水40分钟以上；
(2)以每2～3组冻结孔为一批，在冻结孔(或测温孔)中循环热盐水；
(3)待冻结管周围冻土融化3～5cm时，开始用25T吊车试松动冻结管，起拔力控制在10t以内，冻结管松动后直接拔出冻结管；
(4)冻结管拔除后出现的孔洞用粘土球回填，近地表2m孔段采用速凝细石混凝土回填封孔；
进行盾构机始发流程时，盾构机的推进轴线高于设计轴线10mm并为2‰上坡姿态，盾构机从负五环管片掘进至负四环管片时,土仓压力为1.2～1.5bar，刀盘转速为0.8～1.0r/mm，掘进速度为10～20mm/min，油缸推力≤1200t，注浆量为2～3m3/环，注浆压力为0.1～0.2MPa；盾构机从负三环管片掘进至正六环管片时,土仓压力为1.5～1.9bar，刀盘转速为1.0～1.2r/mm，掘进速度为20～40mm/min，油缸推力为1200～1500t，注浆量为3～5m3/环，注浆压力为0.15～0.25MPa；
当盾构掘进到100环管片后，也即隧道达到能容纳盾构机的后配套设备长度和管片与围岩间摩擦力能够抵抗盾构机掘进时最大反推力时，拆除钢套筒和负环管片。
上述的盾构机下穿既有车站始发的施工方法，其中，钢套筒第二次纵向推移完成后，在钢套筒的底部框架的左右侧各配备四个千斤顶，复测盾构机的中心线位置，使用这八个千斤顶进行钢套筒的左右上下调整，直至盾构机的中心线和线路中心线重合。
上述的盾构机下穿既有车站始发的施工方法，其中，进行门洞破除流程时，第一次洞门破除和第二次洞门破除均采用分层分块、从里到外的方式进行凿除，共分成9块，按顺序破除混凝土及部分钢筋，第一次洞门破除时，破除的砼块集中于料斗中，再运至盾构井的井口采用汽车吊吊出，切割的废弃钢筋捆绑吊出；第二次洞门破除时，破除的砼块和钢筋从过渡环左右边开设的人孔运出，再集中于料斗中运至盾构井的井口吊出。
上述的盾构机下穿既有车站始发的施工方法，其中，反力架的加固方式为：使用六根钢管呈45°作用于反力架的立柱进行斜撑，钢管两端分别与反力架的立柱和底板钢板满焊焊接；反力架的上横梁使用两根H型钢进行支撑，两根H型钢的后端坐落在车站主体的结构梁上；反力架的下横梁使用四个反力牛腿进行支撑，反力牛腿焊接在底板钢板上。
上述的盾构机下穿既有车站始发的施工方法，其中，进行盾构机始发流程时，拆除钢套筒和负环管片按以下顺序进行：拉紧1～10环管片→拆除反力架和钢套筒的加固支撑→割除钢套筒的过渡环与洞门预钢环连接，弧形钢板焊接封闭洞门→拆除0环管片与负1环管片的纵向连接螺栓，将钢套筒与负环管片一起牵引至盾构井→反力架、加强环拆除→钢套筒上半主筒体、过渡环分解拆除→负环管片拆除→钢套筒下半主筒体分解拆除→底板钢板拆除吊出→场地整理。
本发明的盾构机下穿既有车站始发的施工方法具有以下特点：通过在盾构机外安装一个钢套筒，在盾体、钢套筒、负环管片、洞门预埋钢环之间形成密闭空间，并在密闭空间内填充回填物进行密封，在始发前进行保压处理，通过钢套筒这个密闭空间使盾构机在始发前创造穿越土层时的压力环境，有效减少盾构机掘进过程中对砂土地层土体扰动影响，并能有效控制盾构机的姿态，降低地面沉降影响，有效控能确保洞门凿除施工安全和盾构机始发掘进过程中土压的建立，确保盾构始发期间洞门密封有效，避免洞门渗漏及控制地表沉降，同时有效控制盾构机始发姿态和洞门封堵注浆效果，避免对已建车站结构损坏，降低盾构机始发掘进和后期洞门密封装置拆除施工风险和难度，加快工期。
附图说明
图1是本发明的盾构机下穿既有车站始发的施工方法的流程图；
图2是本发明的盾构机下穿既有车站始发的施工方法进行钢套筒下半圆安装流程时中的步骤(3)的示意图；
图3是本发明的盾构机下穿既有车站始发的施工方法进行盾构机主体安装流程时中的步骤(3)的示意图；
图3b是图3a的侧视图；
图4a是本发明的盾构机下穿既有车站始发的施工方法进行盾构机主体安装流程时中的步骤(5)的示意图；
图4b是图4a的侧视图；
图5是本发明的盾构机下穿既有车站始发的施工方法进行盾构机主体安装流程时中的步骤(6)的示意图；
图5b是图5a的侧视图；
图6是本发明的盾构机下穿既有车站始发的施工方法进行钢套筒整体下穿纵移流程的步骤(2)的示意图；
图7是本发明的盾构机下穿既有车站始发的施工方法进行洞门破除流程时洞门分块凿除的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1至图7，本发明的盾构机下穿既有车站始发的施工方法，采用钢套筒施工并包括以下流程：下穿通道底板整平和钢板铺设，端头加固、钢套筒下半圆安装，盾构机下井安装，钢套筒和盾构机整体下穿纵移，洞门破除，负环管片安装，钢套筒回填，压力测试，冷冻管拔除及冻结孔封孔，盾构机始发。
钢套筒包括自前至后依次拼接且长度相同的第一节至第四节主筒体、连接在第一主筒体前端的过渡环、连接在第四节主筒体后端的加强环和安装在第一节至第四节主筒体底部的底部框架；第一节至第四节主筒体构成钢套筒的主筒体200；每节主筒体的外周面上沿纵向和环向均焊接筋板；每节主筒体均由上半圆主筒体和下半圆主筒体构成，每节上半圆主筒体与每节下半圆主筒体之间的接合面、相邻节上半圆主筒体之间的接合面以及相邻节下半圆主筒体之间的接合面均焊接连接法兰并均采用螺栓连接，中间加5mm厚的橡胶垫；过渡环的两端也均焊接连接法兰，并采用螺栓连接在所述第一节主筒体的前端；由于洞门掌子面与隧道中心线具有4°的夹角，为补偿钢套筒与洞门环梁的间隙，将该过渡环的前端面为斜面并与过渡环的轴线成4°夹角；加强环包括面环板、底环板和安装在底环板中的门板，底环板采用螺栓与第四节主筒体的后端连接；底部框架对应所述第一节至第四节主筒体也分成第一节至第四节托架，每节托架与每节下半圆主筒体焊接成一体。
进行下穿通道底板整平和钢板铺设流程时，为保证钢套筒在纵移过程中的安全，以及满足盾构机始发时姿态的稳定，对既有车站的下穿通道底板进行平整并铺设钢板，铺设的钢板必须平整及稳固，并植筋锚固钢板。
进行端头加固流程时，采用垂直冻结法加固洞门的前方土体；冻结壁在盾构推进方向的厚度为2.3m，门洞圈上方和左右侧的厚度均为3.0m，门洞圈下方的厚度为3.5m；单个端头冻结孔40个，共三排，排距为800mm,第一排冻结孔距车站地连墙为300mm，第一、三排冻结孔的间距为800mm，第二排冻结孔的间距为1200mm；冻结壁设计的平均温度≤-10℃，与地连墙交接处的温度≤-5℃。
进行钢套筒下半圆安装流程时，包括以下步骤：
(1)首先在盾构井里测量放样钢套筒安装中心线，接着在盾构井的底板上铺设钢板，并植筋锚固，再吊装下井安装主筒体200的第一节下半圆主筒体，使该节下半圆主筒体的中心线与放样中心线重合，该节下半圆主筒体的底座两边焊接滑带钢板，然后依次组装第二节下半圆主筒体至第四节下半圆主筒体，形成钢套筒下半圆主筒体；
(2)在主筒体200的下半圆主筒体内表面的底部60°夹角边位置安装两根钢轨10，采用压板固定，依据盾构机的始发轴线位置采用垫钢板调整钢轨的安装高度；
(3)在主筒体200的下半圆主筒体的底部内表面的两根钢轨10之间用中粗砂进行第一次填料并压实，第一次填料的两端位置各自比两根钢轨10的高度高出15mm(见图2)。
进行盾构机下井安装流程时，包括以下步骤：
(1)在第一次填料完成后，先将盾构机的中盾、前盾、刀盘、拼装机和盾尾依次下井组装并坐落在主筒体200的下半圆主筒体内的两根钢轨10上；
(2)在盾构机100的外表面与主筒体200的下半圆主筒体的内表面之间的间隙用中粗砂进行第二次填料，第二次填料的两端头为斜面并与水平面的夹角为30°，中间填料的高度不高出钢套筒下半圆主筒体的顶面(见图3a和图3b)；
(3)依次安装主筒体200的第一节上半圆主筒体至第四节上半圆主筒体、过渡环201、加强环202和反力架；整体顶推至始发离洞门2m处；在盾构井搭设平台，铺设后配套和电瓶车的轨道至反力架位置，复核轨道的高度及中线位置；
(4)依次将盾构机的螺旋机、后配套吊装下井组装；同时在第一节下半圆主筒体与盾构机的切口环之间的间隙用沙袋40填充；在洞门凿除、钢套筒密封、盾构机调试验收及钢轨和负9环管片至负7环管片拼装完成后，在盾构机的盾体和负环管片与钢套筒之间的间隙用中粗砂采用混凝土喷射机喷填或钢套筒顶部灌填的形式进行第三次填料，使三次填料的范围达到钢套筒300°高度处(见图4a和图4b)；
(5)第四次填料使用厚浆或惰性浆液通过盾构机的膨润土注入系统和同步注浆系统将盾构机盾体的外表面与主筒体200的内表面之间的间隙以及土仓填满(见图5a和图5b)。
进行钢套筒和盾构机整体下穿纵移流程时，包括以下步骤：
(1)在钢套筒200的后端安装反力架，并在过渡环201的外表面的水平中线上对称布设两个监测点，在加强环202的外表面的水平中线上布设一个监测点，在钢套筒200下穿纵移过程中进行实时监测，保证盾构机的中心线与隧道的中线横向位置一致；反力架的加固方式为：使用六根Ф609钢管呈45°作用于反力架的立柱进行斜撑，钢管两端分别与反力架的立柱和底板钢板满焊焊接；反力架的上横梁使用两根H型钢进行支撑，两根H型钢的后端坐落在车站主体的结构梁上；反力架的下横梁使用四个反力牛腿进行支撑，反力牛腿焊接在底板钢板上；
(2)第二次填料及钢套筒上半圆主筒体、过渡环、加强环和反力架安装完成后，将两个的纵向千斤顶60的前端顶在钢套筒200的底部框架203的后端面上，两个纵向千斤顶60的后座各自通过双拼工字钢50传力到反力座上；反力座采用2cm厚钢板制作并焊接在底板钢板上；连接管路，开启液压油泵通过两个纵向千斤顶60将钢套筒200整体纵向推移(见图6)；
(3)钢套筒第一次纵向推移，直至钢套筒的前端至离洞门2m处停止，进行第一次洞门破除；
(4)钢套筒第二次纵向推移，直至过渡环201的前端面与洞门预埋钢环300接触，通过焊接使过渡环201与洞门钢环300连接，焊缝沿过渡环201一圈内侧点焊，并在内侧贴遇水膨胀止水条，在过渡环201与预埋的洞门钢环300焊接的外侧涂抹聚氨酯加强防水，并加焊槽钢进行补强；在过渡环201与洞门钢环300连接前要进行盾构机主体的姿态复测，即在钢套筒200的底部框架的左右侧各配备四个横向千斤顶，使用这八个横向千斤顶进行钢套筒200的左右上下调整，直至盾构机100的中心线和线路中心线重合，无误后再进行焊接；
(5)钢套筒、反力架定位加固和3环负环管片拼装完成后，进行第二次洞门破除。
进行洞门破除流程时，包括以下步骤：
(1)第一次洞门人工破除采用风镐凿除地连墙，凿除至洞门围护结构迎土面侧钢筋，检查并人工修凿洞边缘；
(2)第二次洞门破除时，是在钢套筒内破除，割除洞门围护结构迎土面侧钢筋；清渣完成后，立即进行盾构机空推至刀盘靠上掌子面，封闭钢套筒并进行第三次填料及后续施工；
第一次洞门破除和第二次洞门400破除均采用分层分块、从里到外的方式进行凿除，共分成9块(见图7)，按顺序破除混凝土及部分钢筋；第一次洞门破除时，破除的砼块集中于料斗中，再运至盾构井的井口采用汽车吊吊出，切割的废弃钢筋捆绑吊出；第二次洞门破除时，破除的砼块和钢筋从过渡环左右边开设的人孔运出，再集中于料斗中运至盾构井的井口吊出。
进行负环管片安装流程时，盾构机始发阶段共安装九环负环管片，在洞门第一次破除期间进行负9环管片、负8环管片、负7环管片的安装；先拼装负九环管片，盾构机用拼装模式将负九环管片向后顶推，接着依次拼装负八环、负七环管片，将管片顶推使负九环管片紧贴钢套筒加强环；洞门破除完成后，在盾构机空推前移和盾构机始发进洞过程中，依次拼装负六环管片至负一环管片；管片外侧与钢套筒的间隙由盾尾同步注浆注惰性浆液填充密实，必要时通过负九环管片和负八环管片上的吊装孔注浆进行密封。
进行压力测试流程时，包括渗漏检测和变形位移检测，从盾构机的泡沫注入系统向钢套筒内加水，至压力达到2.0bar时停止加水，加水过程中检查钢套筒的各个连接部位和负环管片有无漏水，直至压力稳定在2.0bar后的25min内并未发现漏水点才能确认钢套筒的密封性；在盾构机的组装过程中在钢套筒的前方左右侧对称布置两个百分表，在反力架和钢套筒的中部左右侧对称布置监测点，在加水过程中监测钢套筒有无变形，以及钢套筒环向连接位置有无位移。
进行冷冻管拔除及冻结孔封孔流程时，包括以下步骤：
(1)强制解冻：在盐水箱中安装总功率为100～150kw电热管加热盐水；热盐水的浓度为1.26，把需要拔除的冻结管去路连接至热盐水箱的分配器，回路连接至回热盐水箱的集液管，且回路温度在50℃～70℃；开始向冻结管内循环泵送热盐水，循环泵送热盐水40分钟以上；
(2)以每2～3组冻结孔为一批，在冻结孔(或测温孔)中循环热盐水；
(3)待冻结管周围冻土融化3～5cm时，开始用25T吊车试松动冻结管，起拔力控制在10t以内，冻结管松动后直接拔出冻结管；
(4)冻结管拔除后出现的孔洞用粘土球回填，近地表2m孔段采用速凝细石混凝土回填封孔。
进行盾构机始发流程时，盾构机的推进轴线高于设计轴线10mm并为2‰上坡姿态，盾构机从负五环管片掘进至负四环管片时,土仓压力为1.2～1.5bar，刀盘转速为0.8～1.0r/mm，掘进速度为10～20mm/min，油缸推力≤1200t，注浆量为2～3m3/环，注浆压力为0.1～0.2MPa；盾构机从负三环管片掘进至正六环管片时,土仓压力为1.5～1.9bar，刀盘转速为1.0～1.2r/mm，掘进速度为20～40mm/min，油缸推力为1200～1500t，注浆量为3～5m3/环，注浆压力为0.15～0.25MPa。
当盾构掘进到100环管片后，也即隧道达到能容纳盾构机的后配套设备长度和管片与围岩间摩擦力能够抵抗盾构机掘进时最大反推力时，按以下顺序拆除钢套筒和负环管片：拉紧1～10环管片→拆除反力架和钢套筒的加固支撑→割除钢套筒的过渡环与洞门预钢环连接，弧形钢板焊接封闭洞门→拆除0环管片与负1环管片的纵向连接螺栓，将钢套筒与负环管片一起牵引至盾构井→反力架、加强环拆除→钢套筒上半主筒体、过渡环分解拆除→负环管片拆除→钢套筒下半主筒体分解拆除→底板钢板拆除吊出→场地整理。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
Claims (5)
1.一种盾构机下穿既有车站始发的施工方法，采用钢套筒施工并包括以下流程：下穿通道底板整平和钢板铺设，端头加固，钢套筒下半圆安装，盾构机下井安装，钢套筒和盾构机整体下穿纵移，洞门破除，负环管片安装，钢套筒回填，压力测试，冷冻管拔除及冻结孔封孔，盾构机始发；
所述钢套筒包括自前至后依次拼接且长度相同的第一节至第四节主筒体、连接在第一主筒体前端的过渡环、连接在第四节主筒体后端的加强环和安装在第一节至第四节主筒体底部的底部框架；第一节至第四节主筒体构成钢套筒的主筒体；每节主筒体的外周面上沿纵向和环向均焊接筋板；每节主筒体均由上半圆主筒体和下半圆主筒体构成，每节上半圆主筒体与每节下半圆主筒体之间的接合面、相邻节上半圆主筒体之间的接合面以及相邻节下半圆主筒体之间的接合面均焊接连接法兰并均采用螺栓连接，中间加5mm厚的橡胶垫；所述过渡环的两端也均焊接连接法兰，并采用螺栓连接在所述第一节主筒体的前端；所述加强环包括面环板、底环板和安装在底环板中的门板，底环板采用螺栓与第四节主筒体的后端连接；所述底部框架对应所述第一节至第四节主筒体也分成第一节至第四节托架，每节托架与每节下半圆主筒体焊接成一体；其特征在于，
进行下穿通道底板整平和钢板铺设流程时，对既有车站的下穿通道底板进行平整并铺设钢板，铺设的钢板必须平整及稳固，并植筋锚固钢板；
进行端头加固流程时，采用垂直冻结法加固洞门的前方土体；冻结壁在盾构推进方向的厚度为2.3m，门洞圈上方和左右侧的厚度均为3.0m，门洞圈下方的厚度为3.5m；单个端头冻结孔40个，共三排，排距为800mm,第一排冻结孔距车站地连墙为300mm，第一、三排冻结孔的间距为800mm，第二排冻结孔的间距为1200mm；冻结壁设计的平均温度≤-10℃，与地连墙交接处的温度≤-5℃；
进行钢套筒下半圆安装流程时，包括以下步骤：
(1)首先在盾构井里测量放样钢套筒安装中心线，接着在盾构井的底板上铺设钢板，并植筋锚固，再吊装下井安装主筒体的第一节下半圆主筒体，使该节下半圆主筒体的中心线与放样中心线重合，该节下半圆主筒体的底座两边焊接滑带钢板，然后依次组装第二节下半圆主筒体至第四节下半圆主筒体，形成钢套筒下半圆主筒体；
(2)在主筒体的下半圆主筒体内表面的底部60°夹角边位置安装两根钢轨，采用压板固定，依据盾构机的始发轴线位置采用垫钢板调整钢轨的安装高度；
(3)在主筒体的下半圆主筒体的底部内表面的两根钢轨之间用中粗砂进行第一次填料并压实，第一次填料的两端位置各自比两根钢轨的高度高出15mm；
进行盾构机下井安装流程时，包括以下步骤：
(1)在第一次填料完成后，先将盾构机的中盾、前盾、刀盘、拼装机和盾尾依次下井组装并坐落在主筒体的下半圆主筒体内的两根钢轨上；
(2)在盾构机的外表面与主筒体的下半圆主筒体的内表面之间的间隙用中粗砂进行第二次填料，第二次填料的两端头为斜面并与水平面的夹角为30°，中间填料的高度不高出钢套筒下半圆主筒体的顶面；
(3)依次安装主筒体的第一节上半圆主筒体至第四节上半圆主筒体、过渡环、加强环和反力架；整体顶推至始发离洞门2m处；在盾构井搭设平台，铺设后配套和电瓶车的轨道至反力架位置，复核轨道的高度及中线位置；
(4)依次将盾构机的螺旋机、后配套吊装下井组装；同时在第一节下半圆主筒体与盾构机的切口环之间的间隙用沙袋填充；在洞门凿除、钢套筒密封、盾构机调试验收及钢轨和负9环管片至负7环管片拼装完成后，在盾构机的盾体和负环管片与钢套筒之间的间隙用中粗砂采用混凝土喷射机喷填或钢套筒顶部灌填的形式进行第三次填料，使三次填料的范围达到钢套筒300°高度处；
(5)第四次填料使用厚浆或惰性浆液通过盾构机的膨润土注入系统和同步注浆系统将盾构机盾体的外表面与主筒体的内表面之间的间隙以及土仓填满；
进行钢套筒和盾构机整体下穿纵移流程时，包括以下步骤：
(1)在钢套筒的后端安装反力架，并在过渡环的外表面的水平中线上对称布设两个监测点，在加强环的外表面的水平中线上布设一个监测点，在钢套筒下穿纵移过程中进行实时监测，保证盾构机的中心线与隧道的中线横向位置一致；
(2)第二次填料及钢套筒上半圆主筒体、过渡环、加强环和反力架安装完成后，将两个的纵向千斤顶的前端顶在钢套筒的底部框架的后端面上，两个纵向千斤顶的后座各自通过双拼工字钢传力到反力座上；反力座采用2cm厚钢板制作并焊接在底板钢板上；连接管路，开启液压油泵通过两个纵向千斤顶将钢套筒整体纵向推移；
(3)钢套筒第一次纵向推移，直至钢套筒的前端至离洞门2m处停止，进行第一次洞门破除；
(4)钢套筒第二次纵向推移，直至过渡环的前端面与洞门预埋钢环接触，通过焊接使过渡环与洞门环梁连接；
(5)钢套筒、反力架定位加固和3环负环管片拼装完成后，进行第二次洞门破除；
进行洞门破除流程时，包括以下步骤：
(1)第一次洞门人工破除采用风镐凿除地连墙，凿除至洞门围护结构迎土面侧钢筋，检查并人工修凿洞边缘；
(2)第二次洞门破除时，是在钢套筒内破除，割除洞门围护结构迎土面侧钢筋；清渣完成后，立即进行盾构机空推至刀盘靠上掌子面，封闭钢套筒并进行第三次填料及后续施工；
进行负环管片安装流程时，盾构机始发阶段共安装九环负环管片，在洞门第一次破除期间进行负9环管片、负8环管片、负7环管片的安装；先拼装负九环管片，盾构机用拼装模式将负九环管片向后顶推，接着依次拼装负八环、负七环管片，将管片顶推使负九环管片紧贴钢套筒加强环；洞门破除完成后，在盾构机空推前移和盾构机始发进洞过程中，依次拼装负六环管片至负一环管片；管片外侧与钢套筒的间隙由盾尾同步注浆注惰性浆液填充密实，必要时通过负九环管片和负八环管片上的吊装孔注浆进行密封；
进行压力测试流程时，包括渗漏检测和变形位移检测，从盾构机的泡沫注入系统向钢套筒内加水，至压力达到2.0bar时停止加水，加水过程中检查钢套筒的各个连接部位和负环管片有无漏水，直至压力稳定在2.0bar后的25min内并未发现漏水点才能确认钢套筒的密封性；在盾构机的组装过程中在钢套筒的前方左右侧对称布置两个百分表，在反力架和钢套筒的中部左右侧对称布置监测点，在加水过程中监测钢套筒有无变形，以及钢套筒环向连接位置有无位移；
进行冷冻管拔除及冻结孔封孔流程时，包括以下步骤：
(1)强制解冻：在盐水箱中安装总功率为100～150kw电热管加热盐水；热盐水的浓度为1.26，把需要拔除的冻结管去路连接至热盐水箱的分配器，回路连接至回热盐水箱的集液管，且回路温度在50℃～70℃；开始向冻结管内循环泵送热盐水，循环泵送热盐水40分钟以上；
(2)以每2～3组冻结孔为一批，在冻结孔(或测温孔)中循环热盐水；
(3)待冻结管周围冻土融化3～5cm时，开始用25T吊车试松动冻结管，起拔力控制在10t以内，冻结管松动后直接拔出冻结管；
(4)冻结管拔除后出现的孔洞用粘土球回填，近地表2m孔段采用速凝细石混凝土回填封孔；
进行盾构机始发流程时，盾构机的推进轴线高于设计轴线10mm并为2‰上坡姿态，盾构机从负五环管片掘进至负四环管片时,土仓压力为1.2～1.5bar，刀盘转速为0.8～1.0r/mm，掘进速度为10～20mm/min，油缸推力≤1200t，注浆量为2～3m3/环，注浆压力为0.1～0.2MPa；盾构机从负三环管片掘进至正六环管片时,土仓压力为1.5～1.9bar，刀盘转速为1.0～1.2r/mm，掘进速度为20～40mm/min，油缸推力为1200～1500t，注浆量为3～5m3/环，注浆压力为0.15～0.25MPa；
当盾构掘进到100环管片后，也即隧道达到能容纳盾构机的后配套设备长度和管片与围岩间摩擦力能够抵抗盾构机掘进时最大反推力时，拆除钢套筒和负环管片。
2.根据权利要求1所述的盾构机下穿既有车站始发的施工方法，其特征在于，钢套筒第二次纵向推移完成后，在钢套筒的底部框架的左右侧各配备四个千斤顶，复测盾构机的中心线位置，使用这八个千斤顶进行钢套筒的左右上下调整，直至盾构机的中心线和线路中心线重合。
3.根据权利要求1所述的盾构机下穿既有车站始发的施工方法，其特征在于，进行门洞破除流程时，第一次洞门破除和第二次洞门破除均采用分层分块、从里到外的方式进行凿除，共分成9块，按顺序破除混凝土及部分钢筋，第一次洞门破除时，破除的砼块集中于料斗中，再运至盾构井的井口采用汽车吊吊出，切割的废弃钢筋捆绑吊出；第二次洞门破除时，破除的砼块和钢筋从过渡环左右边开设的人孔运出，再集中于料斗中运至盾构井的井口吊出。
4.根据权利要求1所述的盾构机下穿既有车站始发的施工方法，其特征在于，反力架的加固方式为：使用六根钢管呈45°作用于反力架的立柱进行斜撑，钢管两端分别与反力架的立柱和底板钢板满焊焊接；反力架的上横梁使用两根H型钢进行支撑，两根H型钢的后端坐落在车站主体的结构梁上；反力架的下横梁使用四个反力牛腿进行支撑，反力牛腿焊接在底板钢板上。
5.根据权利要求1所述的盾构机下穿既有车站始发的施工方法，其特征在于，进行盾构机始发流程时，拆除钢套筒和负环管片按以下顺序进行：拉紧1～10环管片→拆除反力架和钢套筒的加固支撑→割除钢套筒的过渡环与洞门预钢环连接，弧形钢板焊接封闭洞门→拆除0环管片与负1环管片的纵向连接螺栓，将钢套筒与负环管片一起牵引至盾构井→反力架、加强环拆除→钢套筒上半主筒体、过渡环分解拆除→负环管片拆除→钢套筒下半主筒体分解拆除→底板钢板拆除吊出→场地整理。
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2019
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