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1、地铁一号线铁云区刀具更换施工专项方案报审表申报内容地铁一号线铁云区间刀具更换施工专项方案总监办审批意见：（总）监理工程师（签字）： 年 月 日沈阳地铁一号线九标段铁云区间刀具更换专项方案编制：审核：审批：中国建筑工程总公司沈阳地铁一号线第九标段项目经理部二零零八年二月二十六日1 编制依据及编制原则1.1 编制依据（1）沈阳地铁一号线铁西广场站至云峰北街站区间工程盾构施工组织设计（2）盾构机操作手册（3）沈阳地铁一号线铁西广场站至云峰北街站段线路工程岩土工程勘察报告（4）海瑞克公司提供的技术文件及传真资料（5）建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB 50202-2002）（6）建筑工程施工质量验
2、收统一标准（GB 50300-2001）（7）建筑桩基技术规范JGJ 94-94（8）实用桩基工程手册（9）专家会讨论意见（10）其他相关规范及规定1.2 编制原则（1）严格执行国家和沈阳市有关工程建设的各项方针、政策、规定和要求；（2）遵守、执行招标文件各条款的具体要求，确保实现业主要求的工期、质量、安全、环境保护、文明施工和职业健康等各方面的工程目标。（3）在认真、全面理解设计文件的基础上，结合工程情况，应用新技术成果，使施工方案具有技术先进、经济合理的特点。（4）充分研究现场施工环境，妥善处理施工组织与周边接口问题，周密安排交通疏导和管线保护，使施工对周边环境的影响最小化。1.3 编制目
3、的沈阳地铁一号线第九标段铁云区间隧道里程为DK9551.396DK10+426.795。整个盾构区间地质情况均为全断面中、粗砂及砾石层，截至2月24日盾构机已推至238.37米，但从近段盾构机的推进状况看，盾构机刀盘扭矩增幅较大，土仓排出渣土温度过高，上述参数的变化都是刀盘刀具磨损严重的迹象，为了确保盾构顺利掘进，保证在合理的推进位置进行刀具更换，在右线盾构机掘进至238.37m进行了开仓刀具检查作业（对应环号为193环），检查结果发现周边刀磨损严重，部分耐磨块已经磨掉，已经达到了换刀的标准，为了保证盾构连续顺利通过东环国际小区，所以必须进行更换刀具作业，特制定此方案。换刀位置平面图如图1所示
4、。图1 换刀位置平面图另外根据盾构掘进193环时刀具磨损情况推断在穿过东环国际小区后即盾构机推进至576环左右时，需对盾构机进行开仓刀具检查，根据检查情况确定是否需要开仓换刀，如果需要进行开仓换刀作业，按此方案进行施工，在实际施工过程中，适当的调整各设计参数即可。2 工程概况本工程为铁西广场站至云峰北街站区间，起止里程DK9+551.396DK10+426.795，左线区间长847.404m，右线区间长为875.399m，隧道覆土深10.9218.40m，施工方法为盾构法，盾构机采用海瑞克土压平衡盾构机，刀盘形式为面板式。目前盾构右线已推至193环，根据盾构机推进参数变化情况，在DK10+18
5、9.807处进行了开仓刀具检查作业，进而确定是否更换刀具。2.1 地表环境条件盾构机刀具更换位置地面对应位置为云峰北街主路中间。附近最近处建筑物为沈阳油漆厂办公楼，距离楼房基础最近水平距离为15m左右。刀具更换位置断面附近4米内无管井，西侧有一南北走向污水管沟，管沟埋深在2.5米左右，管沟断面为直径700mm混凝土管，开仓位置隧道覆土埋深为14.625m。2.2 工程地质概况更换刀具处DK10+188.425右线土层如图2所示，自上而下依次描述如下：图2 刀盘位置地质剖面图（1）杂填土，主要由碎石类土、砂类土、粘性土、建筑垃圾及生活垃圾组成，稍湿,松散稍密。厚度1.84m。（2）中、粗砂-3：
6、黄褐色，级配不良，石英长石质，含1.024.0砾石，偶见卵石，可见最大粒径约30mm，稍湿，稍密密实，以中密状态为主。厚度为5.160m。（3）砾砂-4：黄褐色，级配一般良好，石英长石质，卵、砾石占2550，其中含2.017.0卵石，一般粒径210mm，可见最大粒径约50mm，湿饱和，中密很密，以密实状态为主。厚度为4.947m。（4）圆砾-5：黄褐色，级配良好，次棱角状亚圆形，母岩主要由中、微风化花岗岩及脉岩砾屑等组成，岩质坚硬，卵、砾石占5065，其中含520卵石，一般粒径220mm，可见最大粒径约50mm，中、粗砂充填，饱和，中密很密，以密实状态为主。厚度为2.34m。（5）中、粗砂-5
7、-3：黄褐色，级配不良，石英长石质，含砾石约5-20，偶见卵石，可见最大粒径约50mm，饱和，中密密实。厚度为2.93m（6）中、粗砂-3：黄褐色，级配不良，石英长石质，含2-20砾石，偶见卵石，可见最大粒径约30mm，饱和，稍密密实，以中密状态为主。厚度为5.922m。2.3 水文地质在DK9+807.40DK10+400.00段，由于上更新统浑河老扇粉质粘土层（-1）分布不连续，地下水主要赋存于第四系浑河新扇冲洪积砾砂层（-4）和上更新统浑河老扇冲洪积砾砂、园砾层（-4、-5）中，属孔隙潜水含水层，其初见水位埋深为7.809.70m，稳定水位埋深为7.4010.00m。但由于在换刀位置四周
8、开挖了四口降水井进行降水，所以换刀位置稳定水位为地表以下22m左右。2.4 地下管线的分布区间从应昌街偏离建设东路斜穿云峰北街，爱工北街，地下管线主要为高压电缆线，地表相间地段有数根电柱。地下管线多为向工厂区、住宅区延伸，下水、上水、煤气、供暖、通讯、电缆等往往迭置交错，打结。埋深一般在地下-3m深范围内，在换刀位置里程主要地下管线主要涉及到一条污水管线，具体位置如图1所示，其距离人工成孔边缘为1.0m。次污水管线埋深为2.5m，管径700mm，为混凝土管。2.5 降水概况为了保证开仓检查时盾构机前上方土体的稳定，对盾构前方土体进行降水处理，在开仓位置周围开四口降水井，井深33m，钻孔直径为8
9、00mm，井管直径为400mm，选择无砂水泥管，滤网数为80目，滤料为24mm。降水周期7天，水位降至地面以下22m，保证了开仓无水作业的要求，具体详见无压开仓方案。3 刀具更换方案3.1 刀具更换的原因分析刀具更换原则：根据盾构机推进过程中的刀盘扭矩，出土温度以及开仓检查后对刀具的磨损状况而定（1）刀盘扭矩海瑞克土压平衡盾构施工在推进过程中，正常扭矩在150180bar之间，但本区间在170环以后，盾构机推进过程中刀盘扭矩增幅较大，通常刀盘扭矩达到200bar以上。（2）出土的温度盾构机在出土温度一般用人的手温来感觉，在前段时间的盾构推进的过程中，出土温度使人受感觉烫手，判断可能是刀盘与砂层
10、摩擦所致。从以上两个原因判断刀盘道具可能磨损严重，为此在盾构推进至193环时采取了无压开仓方式对盾构机刀具进行了检查，检查结果发现边刀的耐磨块磨损很严重，部分边刀的耐磨块已经磨掉，为了保证盾构机下步的顺利推进，必须对现有刀具进行更换。刀盘磨损图如图3所示。图3 刀盘磨损图3.2 换刀地点此次盾构开仓位置选择在DK10+188.607处，开仓后，为了建立土压和保持盾构刀盘前方的土体稳定，盾构继续向前推进至DK10+188.425处，离始发238.37m，进行刀具更换。3.3 换刀方案的选择本项目使用的是德国海瑞克6260土压平衡盾构机，外周边刀和齿刀采用螺栓连接，人闸设在中部偏上，排土量大，而且
11、从个人健康角度考虑，不允许带压焊接，常规做法是地面加固后常压进仓更换或地面做竖井到刀盘前面更换。如采取地面注浆后排土从人闸进到刀盘前进行换刀，首先盾构机停机位置所处地层为砂卵石，附近管线较多，根据沈阳现有经验该地层主要以中砂为主，由于渗透系数大易造成窜浆，加固效果不佳。同时为了满足安装刀具的操作空间需要在刀盘前掌子面上掏一猫耳洞，这就严重扰动本来加固效果不佳的土体，极易造成塌方发生工程事故。而且加固区域管线较多，注浆加固需要避让管线，加固效果必然减弱，同时地面注浆加固耗时过长、造价高，再考虑到盾构机停机地点处在云峰北街主路上，钻孔注浆加固也不利于环境保护，经过项目部技术部门反复研究，结合已有的
12、工程经验，决定采用人工挖孔施工工艺对盾构机刀具进行更换。 4 人工挖孔施工4.1 人工挖孔技术参数（1）工作井尺寸根据对刀具磨损的检测分析，确定本次需要更换的刀具为周边刀以及外周齿刀，因此，工作井原则上开挖到隧道拱顶往下1m，即工作井深15.7m，继续向下开挖的深度根据齿刀的磨损状况而定。更换过程中可以通过转动刀盘来更换所需要的刀具。工作井直径按照一个专业换刀工所需工作空间进行设计，本次工作井直径设计为1800mm，工作井护壁厚度采用150mm，工作井护壁用C30混凝土和8钢筋浇注，密实早强，配合比以实验室配合比为准，必要时添加少量速凝剂，现场实际称量。（2）工作井护壁厚度验算混凝土护壁厚度t
13、可按下式计算：式中：作用在混凝土护壁截面上的压力（N/m2），N=pD/2安全系数，一般取K=1.65；混凝土轴心抗压强度（MPa）；土和地下水对护壁的最大侧压力（MPa）；此次人工挖孔的计算参数分别取值为：，工作井开挖直径为1800mm，深度15.7m，土层为杂填土，中、粗砂，砾砂，圆砾，中、粗砂，。式中：土的重度（kN/m3）；挖孔护壁深度（m）；土的内摩擦角（）；用C30混凝土，fc14.3N/mm2，D1.8m.t=1.65101.961031.8/2/14.3106=1cm150mm因此，工作井护壁厚度采用150mm，密实早强，配合比以实验室配合比为准，必要时添加少量速凝剂，现场实际
14、称量。（3）护壁配筋工作井深度范围内中粗砂层较厚，考虑到砂层特点是较为松散，自立性差，为加强护壁安全性，护壁按构造配筋，护壁形式采用外齿式护壁，作为施工用的衬体，以增加抗塌孔能力，护壁主筋8200，圆形箍筋8200，主筋握成弯钩上下钩结形成整体。详见图4工作井井口护筒大样图，图5工作井护壁大样图。 图4 工作井井口护筒大样图 图5 工作井护壁大样图（4）护壁模板设计参数：模板采用4mm厚钢板弯弧而成，内侧加肋板，肋板高40mm，厚3mm，间距30mm。每一套模板由七块组成，模板间用卡口连接紧固。4.2 人工挖孔施工（1）工艺流程人工挖孔施工流程见图6所示。测量放线定井位井口护筒土方开挖架设垂直
15、提升系统注浆小导管施工换刀完毕后凿除及回填施工检查验收井口护筒模板支护井口护筒混凝土浇筑检查井位（中心）轴线土方开挖护壁模板安装护壁混凝土浇筑逐层进行施工检查（中心）轴线图6 人工挖孔施工流程图（2）工作井施工步骤1）放线定井位。根据盾构机刀盘与工作井所在位置进行测量放线，定出井位及尺寸如图7和图8所示。2）按现场实际情况，确定原材料堆场、机具棚等搭设工作。3）工作井井口护筒施工，详见图4所示。按要求确定井位线后应严格复查，无误后方能作下道工序的施工。图7 刀盘前方工作井剖面图图8 刀盘前方工作井立面图定位井位线应待井口护筒完工并复查无误后拆除。井位轴线偏差应20mm。井口护筒应建在竖实的土层上，井口护筒高200mm，厚度为200mm。用C30混凝土浇筑，浇筑前以定位井为圆心，以0.8m为半径划圆作为井圈内径，清除此范围内浮土。当井口护筒施工无误后应在圆孔内壁十字轴
