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1、地铁结构与设计课程报告 标题 盾构机接收施工技术研究姓名 学号 班级 2016年7月8日盾构机接收施工技术研究154811030 乐永飞1 盾构机接收施工技术1.1工程概况长沙市地铁1号线一期工程5标段包括一站（侯家塘站）四区间（五一广场站黄兴广场站 、黄兴广场站南门口站 、南门口站侯家塘站 、侯家塘站南湖路站。侯家塘站主体沿劳动西路东西向布置，位于贺龙体育馆广场前方，车站大小里程两端均为盾构始发井，车站主体采用明挖顺作法施工。区间均采用加泥式土压平衡盾构机施工。盾构由侯家塘站东端始发向东沿劳动西路至侯家塘，再右转向南沿芙蓉路进入南湖路站，区间施工完成后在南湖路站东端接收后吊出转场至侯家塘车站
2、西端重新始发，沿劳动西路向西至劳动广场再右转沿黄兴南路到南门口站，站内过南门口站，然后从南门口站北段始发井始发，向北沿黄兴南路步行街进入黄兴广场站，在黄兴广场站南端通过钢套筒实现接收。见图1黄南区间盾构掘进平面图。图1黄南区间盾构掘进平面图1.2钢套筒接收施工方案黄兴广场站南部端头结构为盾构机接收的工作井，由于南端头接收段地质条件复杂，上部为砂卵石地层，地面管线较多且迁改困难，无法进行地面加固，先期在接收井内采用水平加固也因为地下水充沛且压过大，导致无法达到加固要求，水平加固的方式也宣告失败。始发井地质情及地面管线情况与接收井相同，同样面临无法加固的难题。后经过多次的论证，接收井采用玻璃纤维筋
3、混凝土墙结合钢套筒接收方案。通过此方案，可以在未进行端头加固的情况下，保证接收过程中土体的稳定及周边管线的安全；同时收集钢套筒接收盾构机的相应参数，为今后钢套筒接收提供更多的技术支持。盾构机常规接收为对前方土体进行注浆或旋喷加固，使其达到始发强度及止水作用。采用的方法通常为两种，地表垂直加固和掌子面水平加固。见图2。图2 盾构始发端头土体加固示意图在黄兴广场站南端头接收端采用地表旋喷加固必须将地表的管线改移完毕后方可进行；由于该处为12局施工场地，比较狭小，无法进行地面施工；同时管线改移数量极多，工期较长的同时增加成本。为此采用掌子面水平注浆加固，在实施过程中，由于长沙地下水随着湘江水系产生季
4、节性流动，日流速达到20米，注浆加固效果不明显，达不到盾构机始发条件。为此采用钢套筒模拟原始地层实现盾构接收。（1）钢套筒总体设计盾构机到达时土舱压力约为0.15-0.2MPa，钢套筒设计耐压0.5Mpa，。钢板选择：Q235B，板厚=16mm。整个钢套筒结构由过渡环、筒体、环梁等部分组成。钢套筒由专业制作厂家按专利图纸设计制作，并提供相应合格证书。钢套筒主体部分，总长9600mm，直径（内径）6500mm，外径6840mm。共分成三段，每段3200mm，每段又分为上下两个半圆。筒体采用钢板卷制而成。每段筒体的外周焊接纵、环向筋板以保证筒体刚度，纵向筋板与环向筋板形成的块状分隔形状。如照片所示
5、。每段筒体的端头和上下两半圆接合面均焊接圆法兰，筒体纵向及上下均采用法兰连接，用高强度螺栓连接紧固。另外，每节钢套筒分别于顶部设置4个起吊用吊耳，1个直径600mm的加料口，底部设置3个3寸的排浆管，2组顶推托轮组。见图3钢套筒照片。图3钢套筒照片（2）钢套筒支撑钢套筒横向支撑安装平面图见图4，钢套筒横向支撑安装立面图见图5。图4 钢套筒横向支撑安装平面图图5钢套筒横向支撑安装立面图钢套筒横向支撑在车站侧墙需埋设钢板。钢板埋设高度为500mm。车站中部侧可改成斜撑形式。并成车站底部相应位置焊接钢板。（3）钢套筒与洞门钢环连接反力架与后端盖板的关系图见图6图6反力架与后端盖板的关系图洞门钢环是预
6、埋在车站主体结构上，通过已经焊接好的锚固筋与主体结构钢筋连接。钢套筒后端连接法兰与过渡连接板通过螺栓连接，然后将过渡连接板与洞门钢环进行焊接。见图7 钢套筒与洞门钢环的关系图：图7 钢套筒与洞门钢环的关系图（4）钢套筒接收流程（图8）图8 钢套筒接收施工流程图右线盾构机钢套筒接收后可直接吊出，左线需平移至右线盾构吊出口吊出。2 盾构机接收数值计算2.1计算模型及参数根据长沙市地铁1号线黄兴广场南端盾构接收的地质剖面图显示的地质情况和计算需要，经过一定的简化建立的钢套筒模拟原始地层进行盾构机接收的模型如图9所示，隧道模型截面图如图10。图9三维计算模型网格划分图10隧道模型截面图模型尺寸为宽60
7、m长45m高15m。共划分网格域（zone）25500个、节点（grid-points）28030个。盾构隧道围岩、注浆加固区及钢套筒单元本构模型（见图11）均采用Mohr-Coulomb理想弹塑性模型。渗流模型采用各向同性流体，孔隙水压力是根据水平面位置自动计算得到。图11注浆加固区及钢套筒模型横截面图在参考长沙市地铁1号线黄兴广场南端盾构接收地段有关地质资料并结合相关工程经验的基础上，计算区域内岩土体材料参数参考地质勘察报告中试验结果及参考同类工程经验选取，主要有钢筋混凝土、素混凝土和钢三种材料，计算参数参考同类工程经验。拟定各模拟单元所采用的力学计算参数如表1所示：表1计算力学参数材料名
8、称重度/(kN/m-3)体积模量/MPa剪切模量/MPa粘聚力/kPa摩擦角()杂填土1700084.81516粉质粘土1900018.949.772025强风化泥质粉砂岩2000010.676.42830钢筋混凝土250002233013400/素混凝土24000133908040/钢7900013300080000/2.2边界条件位移边界条件:模型X方向左右两侧边界约束X方向位移;模型Y方向前后两侧边界约束Y方向位移;模型底面约束Z方向位移，顶面为自由边界。初始地应力:Z方向总应力计算公式方向和Y方向总应力取Z方向总应力值一半即。孔隙水压力由计算软件根据水平面位置及土层渗透系数计算得出。2
9、.3模拟计算步骤结合长沙市地铁1号线黄兴广场南端盾构接收地段隧道施工设计资料及土压平衡盾构法施工技术，经简化调整后，模拟开挖的计算步骤如下表2所示：表2 Flac3D计算步骤计算步骤施工内容Step 1生成自重应力场Step 2地表注装加固地层9mStep 3施加盾构土仓压力Step 4土压平衡盾构掘进3mStep 5加装管片，形成衬硕支护Step 6二次注浆填满管片后空隙Step 7右洞掘进完成后进行左洞掘进通过以上计算分析可以得出，隧道的开挖导致地表及隧道本身均出现一定程度的变形，但总体来看，变形量不大符合施工规范。在盾构接收处使用钢套筒和土体注浆加固的效果非常理想，隧道结构在盾构到达的情
10、况下处于安全状态，减少隧道轴线与钢套筒安装轴线的偏差，保障盾构顺利接收。3 盾构机接收施工措施3.1盾构机接收施工方法（1）洞门破除和检查玻璃纤维筋混凝土连续墙施作完成后检查合格后；分段凿除洞门，并用水泥砂浆及时回填。洞门凿除时分三块从下往上依次进行，每次凿除高度为2m，首先用炮机凿除洞门下半部2m范围位置的围护结构，凿除厚度为60cm，剩下20cm人工凿除，并及时在已经凿除完毕的2m范围内回填M75水泥砂浆。依此方法从下往上一直凿完整个洞门并回填完毕。对洞门预埋环板进行检查，必要时须进行植筋加固。（2）安装过渡环过渡环与A板通过焊接连接，焊缝沿过渡环一圈内侧点焊，并在内侧贴止水条。如出现过渡
11、环与A板有些地方出现较大空隙，需在这些空隙处填充钢板并连接牢固，务必将空隙尽可能地堵住。（3）安装钢套筒下半圆和反力架在开始安装钢套筒之前，首先在基坑里确定出井口盾体中心线，也就是钢套筒的安装位置，使从地面上吊下来的钢套筒力求一次性放到位，不用再左右移动。吊下第一节钢套筒的下半段，使钢套筒的中心与事先确定好的井口盾体中心线重合。钢套筒与过渡环采用螺栓连接。反力架的安装与常规盾构始发反力架安装一致。安装反力架时，应根据始发井大小、钢套筒长度、洞门标高等确定水平位置和标高。反力架的支撑：反力架上下位均布4根工字钢与中板和底板顶紧，两侧分别均布4根钢管与洞口墙体顶紧。支撑斜撑与底板预埋件焊接要牢固，
12、焊缝位置要检查，确保无夹渣、虚焊等隐患。（4）安装钢套筒上半圆钢套筒上半圆安装好以后，需进行压紧螺栓的调整。检查各部连接处，对每一处联结安装的地方进行检验，确保其连接的完好性，尤其是对于钢套筒的上下半圆和节与节部分之间联结的检查，还要检查过渡连接板与洞门环板之间的连接情况，看是否存在脱开的现象，发现有隐患，要及时处理。（5）预加反力上半圆安装完成后，需进行环梁预加压力千斤顶的调整，每个千斤顶的预压力为30t，总计反力架的预加压力约为600t。预压的过程中注意检查反力架各支撑是否松动，钢套筒连接螺栓是否松动，出现异常及时采用处理措施。（6）钢套筒内填料向钢套筒内进行填砂，填料在钢套筒与盾构之间的
13、间隙内填充砂。在填充的过程中适当加水，保证砂的密实。（7）钢套筒压力测试渗漏检测：从加水孔向钢套筒内加水，至加满水后，检查压力，如果压力能够达到3bar。则停止加水，并维持压力稳定，对各个连接部分进行检查，包括洞门连接板、钢套筒环向与纵向连接位置、钢套筒与反力架的连接处有无漏水。加压检测过程中一旦发现有漏水或焊缝脱焊情况，必须马上进行卸压，并及时处理，上紧螺栓或重新焊接。完成后再进行加压，直至压力稳定在3bar并未发现有漏点时方可确认钢套筒的密封性。钢套筒位移检测：在盾构机组装过程中要安装各种测量用具，主要是测试钢套筒有无变形，以及钢套筒环向和纵向连接位置的位移等。在试水、加压测试前，在钢套筒
14、与洞门环板连接的部位和在钢套筒表面安装百分表，量程在35mm左右，可控制变形量或位移量精度在0.01mm左右。在加压过程中，始终专人监测百分表数值，通过调整反力架前架设的预应力千斤顶始终使百分表测量值为正值保证钢套筒与洞门钢环间存在预应力，从而减小钢套筒位移。见图12钢套筒监测示意图。图12 钢套筒监测示意图3.2盾构机接收监控量测（1）盾构区间监测点布设（见图13）图13盾构区间监测布点示意图（2）地表沉降监测监测实施方法A基点埋设：基点应埋设在沉降影响范围以外的稳定区域，并且应埋设在视野开阔、通视条件较好的地方；基点数量根据需要设置，基点要牢固可靠。B沉降测点埋设：用冲击钻在地表钻孔，然后
15、放入长200mm300mm，直径20mm30mm的圆头钢筋，四周用水泥砂浆填实。基点埋设方法见图14基点埋设方法示意图。图14 基点埋设方法示意图C测量方法：观测方法采用精密水准测量方法。基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，超过时应重读后视点读数，以作核对。首次观测应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于1.0mm，取平均值作为初始值。D沉降值计算：在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度，然后按照测站进行平差，求得各点高程。施工前，由基点通过水准测量测出隆陷观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差HnH0即为沉降值。数据分析与处理地表沉降量测随施工进度进行，根据开挖部位、步骤及时监测
