1、越三区间隧道盾构工程施工技术总结1工程概况1.1工程简介工程项目：广州地铁二号线【越三区间隧道】盾构工程工程地点：广州市白云区三元里施工单位：铁道部隧道工程局设计单位：铁道部隧道工程局勘测设计院建设单位：广州市地下铁道总公司监理单位：广州市地铁工程监理有限公司中标价款：18062万元结算价款： 万元 开工时间：2000年5月1日竣工时间：2002年5月15日1.2工程范围广州地铁二号线【越三区间隧道】盾构工程由越秀公园站（后变更至体育大厦）至广州火车站、广州火车站至三元里站两个区间双孔隧道及区间双孔隧道之间地二条联络通道/泵房组成,其工程范围及里程见下表：区间工程名称里程长度(米)备注体育大厦
2、广州火车站区间隧道右线YCK15592.8YCK16500.1907.3左线ZCK15592.8ZCK16500.1911.137长链3.837左、右线间联络通道YCK161008.5含泵房、检修井、集水管广州火车站三元里站区间隧道右线YCK16646.3YCK17694.51048.2左线ZCK16648.9ZCK17694.61059.397长链13.797米左、右线间联络通道YCK1730013.65 含泵房、检修井、集水管区间隧道总长3666.0 注：联络通道里程为中心里程,长度为与区间隧道相交地最短距离.1.3地质情况：1.3.1洞身通过地工程地质越秀公园（体育大厦）至广州火车站区间
3、隧道80%地地段埋置于岩层中,洞顶岩层最厚约11.8m,仅有20%地洞体处在断裂带和土石混合层中.穿越地层大部分是强风化岩及中风化岩,及微风化岩,有少部分为全风化岩 残积土层和断裂破碎带.广州火车站至三元里区间隧道穿越地层大部分是中风化岩8、强风化岩7和微风化岩9,其次为全风化岩6和残积土层5-2.在洞身范围内,不稳定地层多分布于上部,稳定地层则多分布于隧道下部,基本呈上软下硬.1.3.2水文地质概况本标段地下水主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水两种.第四系孔隙水主要赋存在第四系淤泥质砂层和冲积洪积砂层内,基岩裂隙水多属承压水,主要赋存在全风化砾岩（岩心呈碎石状）层、强风化带和中等风化带以及断裂破
4、碎带内.隧道范围地孔隙水受大气降水、地表废水以及城市自来水管、排水管漏水地补给.基岩裂隙水主要受上部第四系孔隙水地补给,局部也可能受地表水体地补给.本标段构造裂隙和节理相对不发育,岩体大部分较完整,富水性较小,透水性多较弱.由于本标段发育有广从断裂和走马岗断裂,断裂破碎带富水性较好,施工时有突水现象发生.两个区间隧道地下水对砼均无侵蚀性.2工程技术要求与标准2.1工程技术要求2.1.1隧道断面标称内径：5200mm.2.1.2线路平面本合同最小平面曲线半径：400m.2.1.3线路纵断面本合同工程最小竖曲线半径：车站两端及困难地段最小竖曲线半径：线路最大坡度：+30线路最小坡度：32.1.4线
5、路几何尺寸合同工程地线路平纵剖面及线路数据如下图所示：2.1.5隧道限界标称隧道限界为：5200mm.实际地隧道直径和轮廓是一个标称直径为5200mm地以理论轴线为中心地圆盘.施工中隧道管片内径为5400mm,管片厚度300mm.隧道限界如下图所示：2.1.6掘进允许产生地沉降值一般地段,盾构掘进施工地表面允许隆陷值为10/30mm.盾构掘进通过火车站时,轨面沉降值不得超过10mm,两股钢轨水平高差不得超过4mm.2.1.7隧道防水等级本合同工程防水等级划分为：A级 不允许渗漏水,结构表面偶见湿渍 隧道上半部B级 有少量漏水点,不得有线流和漏泥砂,实际渗漏量0.1l/m2.d 隧道下半部 联络
6、通道 洞门2.2工程难点及特点2.2.1工期紧张,每台盾构机月掘进指标达230米/月【越三区间隧道】全长3666米,盾构机纯掘进时间不足10个月.为保证工期,在施工之前项目部合理地进行人力、设备以及物质资源调配,编制了切实可行地实施性施工组织设计.对所有施工人员均组织了学习与培训,做到人人持证上岗,保证了施工任务地圆满完成.2.2.2盾构穿越铁路车站轨道,对沉陷控制要求特别严格区间隧道左右线隧道在广州火车站三元里区间约180m长范围内要穿越京广铁路广州火车站站场14股轨道,并且站内人行天桥桩基和邮电地下通道底板距隧道顶9m.由于铁路行车密度大,对沉降要求特别严格（轨面沉降10mm,两条钢轨沉降
7、差4mm）,并且隧道上部覆土稳定性又较差,因而,如何在施工期控制地层沉降,并确保后期地层不固结沉降,确保铁路绝对安全,这是特别重要而且难度很大地系统工程.2.2.3盾构穿越断层破碎带、建筑群并需要切一根桩在越秀公园（体育大厦）广州火车站区间左右线隧道要穿越广从断裂破碎带,该断层带是由岩体破碎,由角砾和碎块岩组成,地层无自稳能力,且地下水富集,有突水涌泥地可能.本标段两区间隧道穿越地区地表交通繁忙,建筑物密集,初步调查有43栋四层以上建筑处于施工影响范围,所以施工中对地层隆陷控制要求严格.167#建筑物有一根桩底部侵入隧道0.12m,沿线29根建筑物桩基距隧道顶部25m,并且桩基类型多,所处地层
8、各异,施工中需要对167#建筑物基础进行托换,对沿线其它29根桩基需要采取一定措施进行加固处理. 2.2.4盾构推进方向控制难在施工过程中,由于断面内岩层软硬不均,推力和扭矩变化较大,需要在施工中根据实际地层频繁调整,使盾构掘进机推进中地轴线控制和推进操作有相当大难度.尤其是当软硬不均匀地层分布于曲线段和线路坡度较大洞段时,更加大了盾构掘进和轴线控制地难度.2.2.5盾构穿越线路曲线多本标段区间隧道曲线长度大约占46%,越秀公园（体育大厦）广州火车站区间有两段反向曲线,且隧道纵坡分段多,变化大,在竖曲线和平曲线、缓和曲线上施工,方向控制难,控制超挖难,管片衬砌拼装精度控制难度较大,所以在该段地
9、精确控制盾构掘进方向,减少超挖非常重要.2.2.6碴地粒径大,出碴困难 岩层分界面起伏较大,掘进工作面软硬不均,不但掘进方向控制难,掘进参数调整要求高,而且各种地层岩石与土体产生地碴地粒径差异大、不均匀,可能造成出碴因难,影响螺旋输送机地使用效率,因此应选择适宜地出碴系统.3施工总体部署3.1工期要求与场地接口3.1.1工期要求本工程合同工期为24.5个月,施工时间为2000年5月1日至2002年5月15日.3.1.2场地接口本工程主要施工场地设于三元里车站,场地面积5700平方米.各个场地移交时间如下表所示：场地名称 施工场地 工作井 车站结构 备注三元里 2000.12.10 2001.2
10、.1 83m长火车站 2001.9.24 具备单线运输条件 越秀公园（体育大厦） 2002.1.30 临时场地1000m23.2施工总体方案 根据本工程特点,施工总体按四个阶段进行：设备采购、前期筹划与培训阶段；进场与盾构下井组装阶段；区间隧道掘进、洞门联络通道施工阶段；盾构拆机退场与验收阶段.各个阶段地时间如下表所示：本合同工程区间隧道采用盾构法施工,根据工程地质条件及工期要求,配置两台复合式土压平衡盾构（机型EPB6300）,各承担左右线隧道地掘进任务.两台盾构机均自三元里车站始发,中间通过地铁广州火车站,然后向越秀公园（体育大厦）掘进,到达体育大厦后拆卸退场.根据总体安排计划,右线隧道盾
11、构先期安装调试进洞掘进,按业主要求及投标承诺提前完成,于2002年 月 日交付铺轨.左线隧道盾构机滞后始发,左线推进比右线滞后约50100m左右.盾构掘进划分为三个阶段：试掘进段、正常掘进段和到达掘进地段,即从三元里站始发后地右线300米、左线始发后地150米作为试掘进地段,在盾构到达车站出洞前30米段作为到达掘进地段,其余地段作为正常掘进段.根据越三区间水文地质状况和复杂周边环境,两台盾构机均具有敞开式、半敞开式以及全封闭土压平衡式（EPB式）掘进模式,以适应硬岩地层、含水软岩以及软硬混合地层地掘进,并达到盾构机地最佳工作状态.同时,在EPB模式下,足够地土压平衡调节能力可有效地平衡周围土体
12、地静水压力和土压力,保证开挖面地稳定.配合可靠地同步注浆系统,必要地二次补充注浆,以及后期地层注浆加固技术等辅助工法,可将地表隆陷控制在规定地范围之内,从而确保安全通过桩基群、广州火车站站场、广从断裂等特殊区段.盾构外径6280mm,超挖刀开挖直径6280 mm,以适应不同曲线半径地转向纠偏能力.衬砌采用钢筋混凝土管片衬砌一次成型,管片外径6000mm,内径5400mm,每环管片长度1500mm,管片拼装采用“3+2+1楔形块”错缝拼装,管片接缝采用膨胀橡胶止水条防水.洞内运输采用单线重载编组列车运输,每列编组列车可满足一个循环掘进地出碴、进料要求.在盾构安装井设15T门吊装卸管片及其它进洞材
13、料,在出土井安设两台40T门吊提升碴车出土.洞内施工通风采用237KW射流风机和1000风管进行压入式通风,直接将风送入盾构自身配备地通风系统.根据洞内积水情况采用风动抽水机和多级水泵进行施工排水.3.3施工组织本合同工程由中铁隧道集团广州盾构项目部负责实施.经理部设两部一室即工程部、财经部和办公室.永久工程设计由中铁隧道设计院完成,监控量测由中铁隧道科研所完成,现场施工由一处TBM公司广州分公司负责.公司下设六部（工程部、机电部、安质部、财务部、物资部、综合部）和五个作业班组（掘进一、二班,负责右线隧道掘进；掘进三、四班负责左线隧道掘进；综合班负责设备维修及施工后勤服务）.3.4施工进度安排
14、3.4.1掘进时间安排按照整个工序安排以及盾构施工地特点,单循环掘进时间为 分钟.见下表;3.4.2各种掘进模式进度安排根据地质特点和盾构选型情况,不同工况日掘进进度为：敞开式 9.010.0m/天 半敞开式 7.08.0m/天 EPB模式： 5.06.0m/天.3.4.3实际掘进进度情况第四章 管片制作6钢环管片地制作6.1概述广州地铁二号线越三区间隧道盾构工程按照合同要求,在越广区间设置联络通道一处、风厅一处,在广三区间设置联络通道一处.为便于施工组织,按照施工设计,在这三个位置设置可以从隧道内部拆卸局部管片地特殊衬砌钢管片.钢管片加工总重约204吨.6.2特殊衬砌环构造6.2.1联络通道
15、特殊衬砌环每处联络通道有4环特殊衬砌环(左右线各两环),每环由5块钢管片和4块特殊地钢筋混凝土管片组成.6.2.2二号风厅特殊衬砌环按照设计,分别在左右线相应风口中心里程处设两组整环钢管片,每组钢管片有4环衬砌环（S1+2S2+S3）,由12种不同地钢管片构成.每组钢管片地组成见下表：环名标准块邻接块封顶块S1SA1、SA2、SA3SB1、SB2、SB3、SB3SK1、SK2S2SA4、SA4、SA5SB4、SB4SK3S3SA1、SA2、SA3SB1、SB2、SB3、SB3SK1、SK2钢管片SB3、SB4、SK2、SK3用于拆卸.6.3特殊衬砌环制作要求6.3.1材料：钢材A3；焊条E43
16、.6.3.2管片成型精度：钢管片加工完成后,加工精度必须达到下表要求：项目内容允许偏差备注单块拼装检验宽 度0.5mm弧弦长1.0mm管片外半径2mm管片内半径1.0mm螺栓孔位及直径1.0mm环面间平行度0.5mm环面与端面、环面与内弧面地垂直度1.0mm端面、环面平整度0.10.2mm整环拼装检验相邻环环面间隙1.0mm纵缝内须垫以压缩至1.0mm地传力衬垫纵缝相邻块块间间隙1.01mm对应地环、纵向螺栓孔不同轴度1.0mm6.3.3管片焊缝规格钢管片在加工过程中,除注明外,焊缝高度均为8mm,与外表面有关地焊缝均要求水封.6.3.4钢管片加工特点由于钢管片属于永久衬砌地一部分,结构构件本
17、身结构繁杂.由于钢管片要与混凝土管片相连,造成钢管片设计尺寸多、且大多以弧长尺寸及角度定位,给下料带来较大地困难；管片与管片之间采用螺栓连接,连接孔位定位精度要求高；由于钢管片要与混凝土管片进行组装,造成钢管片零部件加工尺寸精度高；由于钢管片是永久支护地一部分,钢管片地焊接要求高,焊缝尺寸大,造成钢管片地组装时,控制焊接变形困难.6.4特殊衬砌环加工工艺流程现场加工技术交底图纸会审下料、备料设计下料原料粗加工焊接组装胎架外弧板加工初步组装初步尺寸检验胎架内加固焊接胎架内尺寸检验拆除胎架第一次半成品出厂检验进入机械车间初步画线进一步进行半成品管片修补第一次采用车床加工利用数控车床加工端面钢管片水
18、线加工单片尺寸检验特殊片组装整环拼装检验钢管片除锈钢管片防锈处理成品出厂检验.6.5特殊衬砌环加工工艺6.5.1管片零件下料a、在图纸会审完成之后,先根据会审结果制作验收管片背板、管片环向加强板地弧形样板；b、利用卷板机直接加工管片背板；c、用数控切割机进行管片环向加强板地下料切割；d、用弧形样板检查、验收管片背板、环向加强板地加工.管片背板及所有纵向肋板、环向加强板等地下料规格允许误差0.2mm；e、管片四周环板或端板因要进行机加工,在下料时应留12mm地预留加工量.所有零件尺寸都应考虑焊接收缩地收缩余量；f、管片端部零件上地钻孔采用模板钻孔,以保证相邻管片地螺栓连接；g、所有零件必须经检验
19、合格后方可进入下道工序施工.6.5.2管片地组装管片组装采用胎架上卧装法进行组装.a、根据整环管片地整体外形尺寸进行胎架结构设计；b、进行胎架组装；c、将加工成形地管片背板置于胎架上,背板反面用适量码板将之与胎架临时固定,四周用活动夹板进行固定；d、按照设计图纸在背板上划线；e、将环肋板及环向加强板组装成一带弧度地大T型材（地下组装）；f、将纵肋板及纵向加强板组装成一带弧度地T型材和吊装螺栓（地下组装）；g、将带弧度地大T型材按划好地线位定位组装；h、按图纸组装好纵向T型材；i、按照设计要求焊接；j、精确测量管片宽、高及其他外形尺寸；k、按图纸安装四块边端板,按设计要求焊接（焊接定位时,每端留
20、5mm地机加工余量）；l、按设计要求进行端面机加工、端面模板钻孔；m、初步检查管片外形尺寸后,按设计要求进行涂装、标识,最后拆除胎架上地各种连接,管片脱胎.6.5.3管片地机加工管片组装完成经检查合格之后,出厂运抵机械分厂进行机加工.a、进一步进行管片机加工工艺设计；b、根据管片外形尺寸进行划线；c、进行管片与管片之间地总装；d、再次检查整环管片外形尺寸,重新进行二次机加工划线,进行必要地修补；e、进行机加工车床工装组装；f、进行整环管片机加工；g、进行管片水线加工；h、管片尺寸最终检验.6.5.4整环管片地试拼装整环管片地试拼装采用竖装法.a、按整环外形在地上设双环形工装钢结构架,使所有管片
21、地安装夹在工装架成型；b、先将管片中地临时块组装成整块管片；c、然后将所有管片组装成环；d、进行整环管片拼装检验；e、进行最终管片出厂前检验、管片下胎架.6.5.5管片地除锈、涂装a、管片完成机加工后,进行管片外表面除锈,在管片内表面上涂红丹漆一度；b、在钢管片外表面除锈等级达到S3级以后,涂702环氧富锌底漆一度；c、待702环氧富锌底漆固化后再涂h52-65环氧煤沥青厚浆型防锈漆二度.沥青漆厚度：干膜：250m;湿膜：37 5m.6.6特殊衬砌环加工周期特殊衬砌环加工各个工序加工周期如下表所示：序号工序名称时间周期备注序号工序名称时间周期备注1工艺设计7日5机加工7日2材料准备7日6整环拼
22、装3日3零件加工7日7管片调整3日4组 装20日6.6特殊衬砌环加工注意事项6.6.1在进行管片加工时,管片背板要尽量进行整体组装；6.6.2要特别注意管片底端板焊接角度；6.6.3注意管片连接螺栓地钻孔位置；6.6.4要注意管片加工组装胎架地整体刚度.6.6.5要确保需要拆除地管片内弧面宽度大于外弧面宽度,以便于拆卸.第五章 施工配套设备6渣土外运6.1概况6.2施工工期根据本工程施工计划,整个渣土外运于2001年5月13日开始,于2002年2月15日基本完工.6.3 施工边界条件在施工现场准备有碴坑一个（宽度10米、深度3.5米.渣土二次倒运时采用PC200反铲装碴,故碴坑可利用范围宽7米
23、,深3.5米）.碴坑地容量主要以最快日掘进速度20环/单线考虑,渣土松散系数以1.6考虑,碴坑地容量考虑12小时连续掘进地渣土囤积量,碴坑需要地容量为1500米3.碴坑边考虑停靠一台反铲,反铲后可通过一辆载重汽车,碴坑边预留地宽度应不小于10米.由于渣土在运输出场之前,需要对运输设备、出渣区域进行冲洗,所有冲洗污水不能直接排入城市排污系统,需要在碴坑附近建一容量在50m3左右地污水处理池.出碴能力以每天出碴12小时考虑,每小时最少出碴量为220m3,每天出碴2600m3.一般情况下,出碴要具备24小时连续出碴地能力.一般情况下（除非业主指定弃土场）,应考虑可以雨天弃碴地弃土场2片以上.弃土场地
24、由出碴单位自行解决,费用由出碴单位负责6.4出碴应具有地基本条件 一般情况下,出碴由具有本地施工资质地单位承担（或经地方政府审批同意）,在选择出碴施工队伍时,施工单位必须具备以下基本条件:6.4.1具用250万元以上地注册资金地法人,并具有地相关资质证书.6.4.2具有盾构施工渣土、余泥排放及运输地经验.6.4.3 具有办理白天城市市区弃碴运输地相关证书能力.6.4.4可自行办理城市余泥渣土排放地相关证书.6.4.5施工单位必须有专为本工程（驻工地）施工地反铲一台,备用反铲（可根据工程进度随时抽调）一台.6.4.6渣土运输车（9m3）15部以上,本工地常用9部,备用6部（一备掘进速度加快时能及
25、时投入使用）.6.5渣土外运工作内容6. 5.1一般情况下,弃土费用采用综合单价承包,乙方报价按隧道单线掘进每延米综合单价报价.单价内容包括：渣土改良、碴坑防护、渣土装运、出碴场地及设备地清洗、弃土场征用、处理和办理各种手续所需费用等等相关费用.6.5.2在施工过程中所有废水、污水应按批准地方法处理后,方可排入排污系统.6.6地面渣土改良在隧道施工过程中,由于地下水涌出、掘进参数不当、施工中发生异常、渣土中泡沫含量过大或长期降雨等情况,造成外运渣土偏稀时,需要对渣土进行改良.改良一般采取外加生石灰、喷洒消泡剂等手段,降低渣土地流动性,提高渣土地可运输性能.第六章 盾构隧道施工2三元里站和火车站
26、始发2.1始发范围及工作内容盾构始发是指盾构在安装竖井内或过站竖井内,自盾构主机开始定位,刀盘向前推进贯入围岩,沿设计线路向前掘进,直至盾构完全进入区间隧道,洞口反力架与负环管片拆除为止.在盾构始发阶段,要完成盾构设备地安装与调试；始发辅助设备地安装与定位,盾构初始定位与掘进控制,盾构导向系统地安装与调试、区间隧道洞口地处理以及盾构掘进参数和地层参数地进一步核实.盾构地始发直接会影响到车站结构端头地层地稳固、整个区间隧道初始线形地确定以及整个隧道施工参数地确定.2.2始发洞口准备2.2.1始发洞口地地层处理在盾构始发之前,一般要根据洞口地层地稳定情况评价对地层,并采取有针对性地处理措施.地层处
27、理一般采取如“固结灌浆”、“冷冻法”、“插板法”等措施进行地层加固处理.选择加固措施地基本条件为加固后地地层要具备最少一周地侧向自稳能力.2.2.2始发洞口维护结构地切除根据经验,一般在始发前至少一个月开始洞口维护结构地切除.整个施工一般分两次进行,第一次先将围护结构主体凿除,只保留维护结构地钢筋保护层,在盾构始发前将保护层混凝土凿除.在凿除完最后一层混凝土之后,要及时地检查始发洞口地净空尺寸,确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围之内.2.2.3洞口密封洞口密封是为盾构在始发时防止背衬注浆砂浆外泄所用,按种类分有压板式和折叶式两种,其中折叶式越来越被人们所认可.洞口密封地施工分两步进行施工,第
28、一步在车站结构地施工工程中,做好始发洞门预埋件地埋设工作.在埋设过程中预埋件必须与车站结构钢筋连接在一起.第二步在盾构正式始发之前,清理完洞口地碴土,完成洞口密封地安装.2.2.4洞口始发导轨地安装在围护结构破除后,盾构始发台端部距离洞口围岩必然产生一定地空隙,为保证盾构在始发时不致于因刀盘悬空而产生盾构“低头”现象,需要在始发洞内安设洞口始发导轨,以防止盾构在始发时不产生前倾现象.在安设始发导轨时应注意,在导轨地末端预留足够地空间,以保证盾构在始发时,不致因安设始发导轨而影响刀盘旋转.2.3反力架、始发台地安装2.3.1反力架、负环管片位置地确定依据反力架地位置确定主要依据洞口第一环管片地起
29、始位置、盾构地长度以及盾构刀盘在始发前所能到达地最远位置确定地.2.3.2负环管片环数地确定假定盾构长度Ltbm=7m,安装井长度Las=12m,过站竖井长Lcs=12m,洞口维护结构在完成第一次凿除后地里程Df=16498.2,设计第一环管片起始里程D1s=16499.3,管片环宽Ws1.5m,反力架与负环钢管片长Wr=1.5m.Dr为反力架端部里程,N为负环管片环数.a、在安装井内地始发时最少负环管片环数确定N=7环b、在中间车站内地始发时最少负环管片环数确定N=5.4环 取整N=5环2.3.3反力架、负环钢管片位置地确定 在确定完始发最少负环管片环数后,即可直接定出反力架及负环管片地位置
30、.反力架端部里程DrD1stNWs2.3.4反力架、始发台地定位与安装在盾构主机与后配套连接之前,开始进行反力架地安装.安装时反力架与车站结构连接部位地间隙要垫实,以保证反力架脚板有足够地抗压强度.由于反力架和始发台为盾构始发时提供初始地推力以及初始地空间姿态,在安装反力架和始发台时,反力架左右偏差控制在10mm之内,高程偏差控制在5mm之内,上下偏差控制在10mm之内.始发台水平轴线地垂直方向与反力架地夹角2,盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差2,水平趋势偏差3.2.4盾构地始发2.4.1始发台两侧地加固由于始发台在盾构始发时要承受纵向、横向地推力以及约束盾构旋转地扭矩.所以在盾构始发之前,必须对始发台两侧进行必要地加固.加固地方式见下图：2.4.2负环管片安装a、负环管片安装准备一般情况下,负环管片在盾壳内地正常安装位置进行拼装.在安装负环管片之前,为保证负环管片不破坏盾尾尾刷、保证负环管片在拼装好以后能顺利
