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区间暗挖隧道悬臂式掘进机掘进施工方案

归档日期:07-07       文本归类:暗挖式通道      文章编辑:爱尚语录

  区间暗挖隧道悬臂式掘进机掘进施工方案_建筑/土木_工程科技_专业资料。方案

  贵阳市轨道交通1号线第七工作段 火沙区间暗挖隧道 悬臂式掘进机掘进施工方案 编制: 审核: 批准: 中铁十五局集团贵阳轨道交通1号线第七工作段项目经理部 年 月 日 暗挖隧道悬臂式掘进机掘进施工方案 一、工程简介 1.1 工程概况 火车站站~沙冲路站区间位于南明区, 线路出火车站站后先下穿 火车站售票厅(3 层) 、行包房(2 层) 、客运站台、铁路股道及行包 地道、于 YDK26+324.116 左偏下穿玉厂路后,下穿茶花、博泰等小区 数幢 7~9 层居民楼、茶花广场地下一层停车场、沁苑商务公寓(7 层)之后,再下穿朝阳洞路南明区人民法院(5 层) ,进入朝阳洞路 下后至沙冲路站。本区间右隧起讫里程 YDK26+143.2~YDK27+073.8 ( YDK26+294.811=YDK26+300 , 短 链 5.189m ) ,左隧起讫里程为 ZDK26+143.2 ~ ZDK27+073.8 ( ZDK26+272.779=ZDK26+300 , 短 链 27.221m) 。本区间为双洞单线.1 线路平面 火车站站~沙冲路站区间 YDK26+143.2~YDK27+073.8 段左、右 线m,全隧为双洞单线结构形式。 进口端 右洞 平面 左洞 平面 YDK26+143.2~+324.116 段为 直线 段为 R=400m 左偏曲线m 左偏曲线 段 为直线 段 为直线 线路纵断面 火车站站~沙冲路站区间轨面最小埋深约 16m,轨面最大埋深约 为 29.3m。 右洞坡度 左洞坡度 2‰上坡 26.8m 2‰上坡 26.8m -8.671‰下坡 374.811m -9.212‰下坡 352.779m 26.427‰上坡 480m 26.427‰上坡 480m 2‰上坡 43.8m 2‰上坡 43.8m 1.1.3 特殊段落 下穿贵阳火车站站房地段 基础形式 及埋深情 况 桩基础,拱顶距桩底 2~6m 拱顶埋深 16.5m,基础形式为群 隧 道拱 顶距车 站行包 地道 16m 深约 16~22m, 拱顶以上强~ 中风化白云岩层约 8~16m 拱部 180°范围采用一环φ159 大管棚预支护 (管棚内设 4 根φ 超前支护 18 钢筋笼) ;拱部 120°范围采 用 φ 42 注 浆 小 导 管 , 壁 厚 拱部 120°范围采用φ42 超 前注浆小导管,小导管 L=3.5m,环向间距 0.35m, 拱部 120°范围采用φ42 超 前注浆小导管,小导管 L=3.5m ,环向间距 0.35m , 纵向间距 1.5m 下穿贵阳火车站股道段 隧道拱顶距火车股道 22m, 下穿居民楼段 居民楼一般为条基和桩基, 上覆土层 4~6m, 隧道拱顶埋 4.0mm, L=3.5m, 环向间距 0.35m, 纵向间距 1.5m 纵向间距 1.4m 初喷混凝 土 36cm 厚 C30 喷射混凝土,全环 设置 拱部采用φ32 注浆锚管,角度 60°,L=3.5m,对拱顶部位围岩 进行注浆加固;边墙采用φ 22 系统锚杆 砂浆锚杆,L=3.0m;锚杆间距: 1.0×1.0m(环×纵) ,梅花形布 置 采用φ6 钢筋,构成 20×20cm 钢筋网 网格,全环双层设置;钢筋网应 与锚杆尾端连接牢固 牢固 加强支护 纵向间距 0.35m/榀; 二次衬砌 仰拱填充 二衬钢筋 为φ14,箍筋为φ10 钢筋 筋为φ12,箍筋为φ8 钢筋 采用 65cm 厚 C35 防水钢筋混凝 土,其抗渗等级为 P10 采用 C20 混凝土 主筋采用 10 根φ22,纵向钢筋 设置,纵向间距 0.5m/榀 采用 50cm 厚 C35 防水钢筋 混凝土,其抗渗等级为 P10 采用 C20 混凝土 主筋采用 5 根φ20,纵向钢 采用 I28b 型钢钢架, 全环设置, 采用 I20b 型钢钢架,全环 采用φ 6 钢筋,构成 20 × 20cm 网格,全环双层设置; 钢 筋网 应与锚 杆尾端 连接 形布置 锚杆,L=3.0m;锚杆间距: 1.0×1.0m(环×纵) ,梅花 28cm 厚 C25 喷射混凝土, 全 环设置 28cm 厚 C25 喷射混凝土,全 环设置 拱部采用φ32 注浆钢花管, 拱部采用φ32 注浆钢花管, L=3.5m; 边墙采用φ22 砂浆 L=3.5m;边墙采用φ22 砂浆 锚杆, L=3.0m ;锚杆间距: 1.0 × 1.0m (环×纵) ,梅花 形布置 采用φ6 钢筋, 构成 20×20cm 网格,全环单层设置;钢筋 网应与锚杆尾端连接牢固 采用 I20b 型钢钢架,全环设 置,纵向间距 0.5m/榀 采用 50cm 厚 C35 防水钢筋混 凝土,其抗渗等级为 P10 采用 C20 混凝土 主筋采用 5 根φ20,纵向钢 筋为φ12,箍筋为φ8 钢筋 地表最大沉降值为 20mm,隧 地表最大沉降值为 20mm,隧道 拱顶最大沉降值为 30mm,水平 监控量测 收敛最大值为 20mm(警戒值: 监测控制值的 0.75 倍) , 建筑物 倾斜警戒值一般取 i<0.002 轨面沉降值不得超过 10mm; 相 邻两 股钢轨 水平高 差不 得超过 6mm;相邻两股钢轨 三角坑不得超过 6mm;前后 高低(纵向水平)6mm 取 i<0.002 戒 值:监测 控制值的 0.75 倍) ,建筑物倾斜警戒值一般 道拱顶最大沉降值为 30mm, 水平收敛最大值为 20mm(警 1.2 工程地质及水文情况 本区间隧道处于贵阳市主城区核心区内, 线路通过范围为民用建 筑密集区,地形高差 7.4m,上覆盖层为块石层与红粘土,下伏基岩 为松坎子二段白云岩,根据地勘结果为岩溶弱发育区,地下水主要补 给来源为大气降水,地下水标高为 1051.78-1064.32。 线 隧道周边环境影响 本区间隧道位于贵阳市主城区范围内,其下穿火车站、玉厂路、 朝阳洞路,周边管网密集,上空有架空电线,地下管网多。区间隧道 范围内地面建筑物较多,其中多为 1~9 层民用建筑。其中位于区间 隧道路线m 内的主要建筑有玉田坝新一栋小区 1#、2#、3#及 4#,该四栋建筑基础采用条基,对隧道修建影响微小; 桂花园小区 2#、3#、4#及 5#,该四栋建筑基础采用条基,对隧道修 建影响微小;博泰小区 3#、4#及 5#,该三栋建筑基础采用条基,对 隧道修建影响微小;茶花新村小区 1#、2#、3#及 4#,其中 1#和 2# 采用桩基,最大埋深 7.6m,桩底距离隧道顶板约 8.4m。茶花新村 1# 和 2#建筑基础下隧道顶板稳定基岩厚度大于隧道单幅洞宽(6.49m) , 1#和 2#桩基对隧道开挖稳定影响较小。司法厅职工宿舍紧邻区间隧 道 ZDK26+714 的左侧,基础形式采用桩基,最大埋深约 10m,桩端距 离隧道顶板约 4 米,该职工宿舍对隧道的开挖稳定影响很大;茶山广 场紧邻 13Z (K26+143/27+069) 20 与 13Z (K26+143/27+069) 21 钻孔, 广场下修建一层地下停车场,停车场基础采用桩基。桩端与隧道洞顶 之间围岩厚度大于 8m,地下停车场对隧道修建影响微小。 上述建筑与区间隧道的位置关系及影响大小见下表: 1.4 设计支护类型及施工方法 本区间暗挖隧道设计全部采用冷挖,各里程段设计衬砌类型、施 工方案及支护参数如下: 左线各里程段设计衬砌类型及施工方法 起止里程 ZDK26+143.2-ZDK26+152 ZDK26+152-ZDK26+192 ZDK26+192-ZDK26+340(短链 27.221m) ZDK26+340-ZDK26+365 ZDK26+365-ZDK26+416.5 ZDK26+416.5-ZDK26+434.5 ZDK26+434.5-ZDK26+467 ZDK26+467-ZDK26+510 ZDK26+510-ZDK26+550.27 ZDK26+550.27-ZDK26+920 ZDK26+920-ZDK27+073.8 长度(m) 8.8 40 120.779 25 51.5 18 32.5 43 40.27 369.73 153.8 衬砌类型 大管棚工作室复合式衬砌 Ive 型复合式衬砌 Ⅳd 型复合式衬砌 IVc 型复合式衬砌 Ⅳd 型复合式衬砌 交叉扣加强型衬砌 IVc 型复合式衬砌 Ⅳd 型复合式衬砌 交叉口加强型衬砌 Ⅳd 型复合式衬砌 Vc 型复合式衬砌 施工方法 台阶法 全断面法 台阶法 台阶法 台阶法 台阶法 台阶法 台阶法 台阶法 台阶法 台阶法 右线各里程段设计衬砌类型及施工方法 起止里程 YDK26+143.2-YDK26+149 YDK26+149-YDK26+157 YDK26+157-YDK26+197 YDK26+197-YDK26+323(短链 5.189 米) YDK26+323-YDK26+396.4 YDK26+396.4-YDK26+414.4 YDK26+414.4-YDK+473 YDK26+473-YDK26+493 YDK26+493-YDK26+534.5 YDK26+534.5-YDK26+862 YDK26+862-YDK27+073.8 长度(m) 5.8 8 40 120.811 73.4 18 58.6 20 41.5 327.5 211.8 衬砌类型 Ⅳd 型复合式衬砌 大管棚工作室复合式衬砌 IVe 型复合式衬砌 Ⅳd 型复合式衬砌 IVc 型复合式衬砌 交叉扣加强型衬砌 IVc 型复合式衬砌 Ⅳd 型复合式衬砌 交叉扣加强型衬砌 Ⅳd 型复合式衬砌 Vc 复合型衬砌 施工方法 台阶法 台阶法 全断面法 台阶法 台阶法 台阶法 台阶法 台阶法 台阶法 台阶法 台阶法 隧道衬砌支护技术参数表 衬砌类型 初期支护参数 系统锚杆 钢筋网 喷射砼 加强支护 型钢钢架 超前支护 二次衬砌 拱部: φ25 中空注浆锚 φ6 钢筋网, φ42 超前小导管 P10、 C35 防 杆L=2.5m@1*1.2m C25 喷射砼 I18 型钢@0.8m 单线IVc型 全环布置 环向间距:0.4m, 水钢筋砼、 边墙:φ22 砂浆锚杆 厚26cm 全环 @0.2*0.2m L=3.5m 拱部布置 厚40cm L=2.5m@1.0*1.2m 拱部: φ32 中空注浆锚 φ6 钢筋网, φ42 超前小导管 P10、 C35 防 杆L=3.5m@1.0*1.0m C25 喷射砼 I18 型钢@0.5m 单线Vc 型 全环布置 环向间距: 0.35m, 水钢筋砼、 边墙:φ22 砂浆锚杆 厚26cm 全环 @0.2*0.2m L=3.5m 拱部布置 厚45cm L=3.0m@1.0*1.0m 拱部: φ25 中空注浆锚 φ6 钢筋网, 大管棚工 杆L=3.0m@1.0*1.0m C25 喷射砼 全环布置 作室衬砌 边墙:φ22 砂浆锚杆 厚28cm @0.2*0.2m L=3.0m@1.0*1.0m 拱部: φ32 中空注浆锚 φ6 钢筋网, 杆L=3.5m@1.0*1.0m C25 喷射砼 全环布置 厚28cm 交叉口加 边墙:φ22 砂浆锚杆 @0.2*0.2m L=3.0m@1.0*1.0m 强型衬砌 单线IVe 型 拱部: φ32 中空注浆锚 φ6 钢筋网, 杆L=3.5m@1.0*1.0m C25 喷射砼 全环布置 边墙:φ22 砂浆锚杆 厚36cm @0.2*0.2m L=3.0m@1.0*1.0m 单线 超前小导管环 向间距:0.35m, L=3.5m 拱部布置 P10、 C35 防 水钢筋砼、 厚50cm I20b 型钢 @0.4/0.5m φ42 超前小导管 P10、 C35 防 环向间距: 0.35m, 水钢筋砼、 L=3.5m 拱部布置 厚50cm φ42 超前小导管 P10、 C35 防 环向间距: 0.35m, 水钢筋砼、 L=3.5m 拱部布置 厚65cm I28 型钢 @0.35m 全环 二、目前施工进展及掘进机选用背景 火沙区间竖井、横通道:竖井总深度 30.581 米,初支已全部完 成,横通道全长 26.322 米,初支全部完成。 火沙区间隧道:区间左线m; 区间右线m。 掘进机选用背景:本区间竖井、横通道自 2014 年 3 月开始开挖, 至 2014 年 10 月底才完成全部开挖及初支。因设计为冷挖施工,前期 竖井、 横通道全部使用 70 型挖掘机+劈裂机进行破碎开挖, 进展缓慢, 再加上竖井口紧邻居民楼,周边居民时常因施工噪音阻工。虽我部及 业主方与所属居委会几经沟通、协调,仍造成该工点因居民多次阻工 停工长达 1 个月之久,且施工时间仅限 07:00-22:00 之间,其余时 间段无法进行任何施工生产活动。 在上述因素制约下,本区间隧道施工进度严重滞后,根本无法满 足业主方对总体工期进度目标。经我部领导慎重研究、并到大连地铁 项目进行参观学习后决定选用 EBZ260 悬臂式掘进机进行隧道掘进施 工,不仅能够加快施工进度,满足业主既定工期目标,还能保证隧道 掘进施工中地表机构建(构)筑物的安全稳定。 三、悬臂式掘进机施工工艺、方法 因本区间暗挖隧道设计为冷挖施工, 采用普通冷挖机械每循环掘 进施工长达 30~48 小时,每循环完成约为 3 天,按业主既定工期要 求根本不可能完成任务,而采用悬臂式掘进机每循环掘进施工仅需 8~9 小时, 每循环约为 24 小时,为保证总体工期目标, 经多方考察, 参照大连地铁、四川绵阳悬臂式掘进机施工情况,我部拟选定火沙区 间 YDK26+300 ~YDK26+862、ZDK26+300 ~ZDK26+880 里程段暗挖隧 道作为试验段,采用型号为 EBZ260 的悬臂式掘进机进行隧道冷挖施 工。 3.1 施工准备 1、配套设施准备 因掘进机使用 1140V 高压,一台掘进机需架设一台特变(其输出 电压为 1140V) ,准备高压电 1000KVA 相变及准备相应长度电缆(从 箱变至掘进机工作处) 、风、水管、配套挖掘机及运输车出渣,该准 备工作为悬臂式掘进机施工的前提。 2、超前物探配合 采用地质超前预报技术,减少或避免施工中可能遇到的诸如塌 方、涌水、流砂、涌土等地质灾害。采用地球物理探测技术有弹性波 法、电磁波法(探地雷达探测技术) 、声波探测法和红外探水法、超 前水平钻探等超前预报系统等措施将前方岩层地质情况探明, 以保证 设备及人员的安全作业。 根据区间本隧道实际开采出的岩石试验结果,饱和抗压强度 Rc 最高达为 85 MPa, 根据地层情况采用型号 EBZ260 的掘进机进行施工, 可一次完成隧道断面开挖(不含仰拱部分) ,掘进方量约为 34 方。 3.2 掘进机掘进施工人员、机械配置 为保证隧道作业 24 小时不间断施工,掘进工班实行两班制,每 台掘进机配套施工人员每班 6 小时轮流上班,具体人员、机械配置如 下:人员配置每班 18 人,其中包括掘进机操作主副手 2 人,配合 2 人,掌子面观测 1 人,清理渣土 3 人,电缆转运 2 人,维修工 1 人, 电工 1 人,焊工 1 人,挖掘机操作手 2 人,渣土车司机 2 人,协调指 挥 1 人;机械配置 5 台,其中掘进机 1 台,挖掘机 2 台(因本区间施 工场地限制,其中 1 台挖掘机用于临时存渣区平整渣土) ,渣土运输 车 2 辆。 3.3 悬臂式掘进机截割方式 悬臂式掘进机就位后,开始从掌子面底部水平切削出一条槽,向 前移动掘进机再一次就位,就位后截割头采取自下而上、左右循环切 削。在切削同时铲板部耙爪将切削下来的碴装入第一运输机,第一运 输机转运至第二运输机,第二运输机直接装入出碴车运出洞外。从底 部开挖到顶部完成后,进行二次修整以达到准确的设计断面。当局部 遇有硬岩时(≥100MPa) ,可先掘周围软岩,使大块硬岩坠落,采用 改炮方式另行处理,以降低掘进难度及截齿消耗量。 悬臂式掘进机的截割方式是从扫底开始截割, 再按 S 型或 Z 型左 右循环向上的截割路线逐级截割以上部分。 选用右旋截割头截割硬岩,先由右向左从扫底开始截割,再按从 左至右、自下往上的方式或从右往左、自上而下逐步进行截割。如遇 节理发育较好岩石, 则应选择沿岩石节理方向逐步切割。 如下图所示: 掘进机切割方式示意图 针对不同硬度的岩石可定制不同的截齿, 科学合理的截齿螺旋线 排布,确保机器有更好的掘削能力,并具有自洁功能,可根据实际工 况条件为用户选择最佳截割头,提高施工效率。当局部遇有硬岩时, 可以选用小直径切割头,切割力大,破岩能力强,以降低掘进难度及 截齿消耗量。 切割头 截 齿 掘进机切割头及截齿实物图 3.4 悬臂式掘进机出料运输方式 通过切割头旋转切削,由耙爪、第一运输机实现落碴的装运与转 载,第一运输机转运至第二运输机,第二运输机直接装入出碴车运出 洞外,或由第二运输机将料碴转运到料车中,运到提升井一次除碴完 毕。在本工程小断面隧道施工中,为改善洞内施工环境,降低工人劳 动强度,经我部研究决定拆除第二运输机,采用挖掘机出渣替代第二 运输机功用。 采用第二运输机现场图 拆除第二运输机后现场图 3.5 悬臂式掘进机施工方案 掘进施工时掘进机先驶入隧道一头, 利用切割部在隧道掌子面进 行切削掘进,切削下来的渣土直接由“第一运输机”输送至掘进机后 方,再用挖掘机装入运渣车运至竖井后垂直提升至场内临时存渣区, 掘进完成后利用掘进机切割头将初支台车运至掌子面进行初期支护 (钢拱架架设、喷射砼)施做,掘进机则后退至不影响后续工序施工 位置等待下一掘进工序。仰拱部分采用挖掘机开挖,整个隧道掘进过 程实现全机械开挖,不仅对围岩扰动小,也避免对周围建筑的影响。 施工方式如下图所示: 掘进机掘进施工示意图 悬臂式掘进机在隧道施工中对围岩扰动小,适应能力强,开挖 质量高,洞室开挖断面圆顺度高,便于喷砼支护,缩短工期,安全有 保障。 掘进机掘进施工现场图 3.6 掘进施工后支护方案 掘进机在掌子面掘进完成后, 支护工班按照设计支护方式进行初 期支护的施做,如此循环施工。待初支封闭成环一定长度后,衬砌工 班按照设计衬砌类型进行仰拱填充并施做二衬。 四、悬臂式掘进机施工优点及缺陷 4.1 悬臂式掘进机施工优点 (1)安全性方面 1)采用掘进机进行掘进施工,可以提高隧道机械化施工程度及 其配套施工技术并降低施工安全风险。 2)掘进机采用切削方式进行掘进,震动小,对围岩的扰动极小。 3)掘进机开挖功效高,支护能够及早跟进,极大的缩短了开挖 面的凌空时间。 (2)保证质量方面 掘进机施工对围岩的扰动小, 提高了下穿高层建筑及车站的安全 指数,提高了隧道的开挖质量,洞室开挖断面圆顺度高,便于喷砼支 护,同时也提高了初期支护的质量。 (3)施工进度方面 1)悬臂式掘进机是一种部分断面掘进机。集切削、装碴、转运 和自行于一身,可以做到切削、装运同步进行。具有连续掘进、地质 适应性强等优点,是理想的冷挖掘进设备。 2)悬臂式掘进机具有多功能性及机动性,当遇到意外情况,便 于及时调整施工方案,而不影响施工进度。 3)悬臂式掘进机施工进度由支护工序时间控制,由于开挖断面 规范,钢架、网片拼装快捷,喷射砼可节省大量时间。 (4)作业环境方面 1)掘进机切割部带有自动喷水及吸尘设备,可减小因切割岩面 产生的大量粉尘,良好的净化掘进操作现场的环境。 4.2 悬臂式掘进机施工缺陷 (1) 由于掘进机切割头较长, 每次掘进施工掌子面需预留约 0.8m 的开挖面,以避免下次开挖损坏已施做的初支,导致掌子面位置凌空 面过大。 (2)由于掘进机切割部受自身长度制约,无法满足分台阶掘进 施工。 (3)由于本区间隧道为小断面隧道,掘进机机身尺寸相对较大 (长×宽×高:11.7×3.6×2m) ,无法正常通过二衬台车,一旦开始 施做二衬,掘进机将只能单线单方向掘进。 针对以上缺陷我部正积极与厂家技术专家进行沟通, 以期能够通 过优化设备结构, 更加便利的满足本工程小断面隧道掘进施工的各项 要求。

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