盾构近距离下穿铁路系杆拱桥施工关键技术.doc

1、中国电力建设股份科技项目盾构近距离下穿铁路系杆拱桥施工关键技术研 究 成 果 报 告 中国水利水电第五工程局有限公司2016年08月项目名称： 盾构近距离下穿铁路系杆拱桥施工关键技术负责单位： 中国水利水电第五工程局有限公司项目负责人:赵云飞 主要完成人：赵云飞、颜其才、李元坤、尹根平、赵志民、袁幸朝报告编写: 赵志民、尹根平、袁幸朝报告审核：孙林智、梁涛 报告批准：吴高见 11内容提要盾构穿越危险源是一项安全风险高的施工工作，安全顺利地穿过风险源是保证隧道贯通的第一保障，做好穿越前的准备工作，落实现场加固保护措施，地面监控等，能为盾构穿越提供有效保障，它关系到周围居民的切身利益，具有重大的社

2、会经济意义。通过对掘进参数的优化，对危险源范围内的地质条件、水文条件、隧道覆土厚度、地面状况等进行分析，确立合理的掘进参数，控制地面沉降。提前做好加固工作，对近距离下穿铁路系杆拱桥提供保障，有针对性的进行处理，有利于工作面的开拓。依托此科研总结相关施工经验及实验数据，为后续同类工程施工奠定基础。盾构法施工在国外已经处于领先水平，随着近几年来在国内各大城市内地铁的发展，国内盾构法施工较国外还有一定的差距，随着我国经济的增长以及城市发展的需要，国内地铁将会慢慢增多，成为未来的一个发展趋势。盾构法施工及近距离下穿铁路系杆拱桥技术的研究总结，进而积累经验，为后续工程提供借鉴依据。本次通过对盾构近距离下

3、穿铁路系杆拱桥技术研究、效果的分析、总结，为以后类似铁路工程中的应用提供了指导与借鉴。关键词：盾构、近距离、下穿、铁路、系杆拱桥目 录1 概述41.1 立项的背景和目的41.1.1 课题立项背景41.1.2 课题研究的主要技术难点51.1.3 课题立项51.2 研究内容及目标51.2.1 主要研究内容51.2.2 主要研究目标61.3 技术路线和研究方法61.3.1 研究方法61.3.2 研究思路和技术路线61.4 主要成果及创新点71.4.2 主要创新点71.5 总体经济社会环境效益82 研究内容及成果92.1 地面对承台、桩基周边及洞内采用钢花管注浆加固的研究92.2 地面监测研究92.3

4、 穿越时盾构掘进各种参数的研究103 主要结论114 参考文献121 概述1.1 立项的背景和目的1.1.1 课题立项背景成都地铁4号线二期工程东延线起于一期工程终点沙河站（不含），沿成洛路由西向东敷设，在建材路西侧设置万年场站(与地铁7号线换乘)；出站后继续沿成洛路向东敷设，在东洪路与成洛路交叉口东侧设东三环站（与远期9号线换乘）；在成洛路与蜀王大道交叉口设蜀王大道站；下穿东风渠后在成都大学西南侧设十陵站，均为地下线。线路出十陵站后由成洛路路中转到南侧地块以高架桥型式行进，过十陵东站（高架站）后下穿绕城高速主线桥，继续沿路侧行进并下穿绕城高速货运绕城高速高架桥及下穿成安渝匝道桥，接西河停车场

5、出入场线到达4号线二期工程东延线设计终点。成都地铁4号线二期工程土建5标十陵东站西河镇站盾构区间位于成都市龙泉驿区十陵镇，线路由西向东方向敷设。盾构区间隧道：隧道起于十陵东站2#明挖区间东端，止于西河镇站3#明挖区间西端。沿成洛大道南侧绿化带行进，先后穿成都绕城高速、成安渝高速成洛互通立交、成花铁路等建筑（构）物至西河镇站西端3#明挖区间穿出。区间起讫里程为YDK44+000YDK44+900.700，左线长898.865m，右线长900.7m。区间隧道拱顶最大覆土埋深19m，最小埋深4.1m，最大曲线半径2000m，最小曲线半经800m，最大坡度28，最小坡度16。区间隧道采用盾构法施工，内

6、衬为钢筋混凝土管片，管片外径为6000mm，内径为5400mm，厚度为300mm，采用1.5m的幅宽。采用六分块方案，三块标准块，两块邻接块，一块封顶块。管片组合方式为直线环+左右转弯环，拼接方式为错缝拼装，管片接头采用弯螺栓。盾构穿越危险源是一项安全风险高的施工工作，安全顺利地穿过风险源是保证隧道贯通的第一保障，做好穿越前的准备工作，落实现场加固保护措施，地面监控等，能为盾构穿越提供有效保障，它关系到周围居民的切身利益，具有重大的社会经济意义。通过对掘进参数的优化，对危险源范围内的地质条件、水文条件、隧道覆土厚度、地面状况等进行分析，确立合理的掘进参数，控制地面沉降。提前做好加固工作，对近距

7、离下穿铁路系杆拱桥提供保障，有针对性的进行处理，有利于工作面的开拓。依托此科研总结相关施工经验及实验数据，为后续同类工程施工奠定基础。盾构法施工在国外已经处于领先水平，随着近几年来在国内各大城市内地铁的发展，国内盾构法施工较国外还有一定的差距，随着我国经济的增长以及城市发展的需要，国内地铁将会慢慢增多，成为未来的一个发展趋势。盾构法施工及近距离下穿铁路系杆拱桥技术的研究，对我单位此施工还属陌生，需要进行总结研究，进而积累经验，为后续工程提供借鉴依据。本次通过对盾构近距离下穿铁路系杆拱桥技术研究、效果的分析、总结，为以后类似铁路工程中的应用提供了指导与借鉴。1.1.2 课题研究的主要技术难点（1

8、）盾构穿越铁路系杆拱桥掘进参数关键技术研究；（2）地面注浆加固关键技术研究。1.1.3 课题立项2015年11月，中国水利水电第五工程局中标承建成都地铁4号线二期工程盾构穿越铁路系杆拱桥科研项目，该盾构穿越铁路系杆拱桥掘进参数关键技术工程特别复杂的特点，施工期存在重大的安全隐患和工程风险。为解决施工中的关键技术难题，中国水利水电第五工程局上报中国水利水电集团公司向国家电力公司申报2015年科学技术课题。2015年11月，通过可行性研究和专家论证，国家电力公司于2015年12月批准立项。课题由中国水利水电建设集团公司主持，中国水利水电第五工程局承担，四川大学等单位参与研究。1.2 研究内容及目标

9、1.2.1 主要研究内容针对项目存在的技术难点，课题主要研究内容如下：（1） 盾构穿越危险源是一项安全风险高的施工工作，安全顺利地穿过风险源是保证隧道贯通的第一保障， （2）通过对掘进参数的优化，对危险源范围内的地质条件、水文条件、隧道覆土厚度、地面状况等进行分析，确立合理的掘进参数，控制地面沉降。提前做好加固工作，对近距离下穿铁路系杆拱桥提供保障，有针对性的进行处理，有利于工作面的开拓。（3）通过对盾构近距离下穿铁路系杆拱桥技术研究、效果的分析、总结，为以后我局相关类似工程中的应用提供指导与借鉴。大型调压井混凝土衬砌滑模施工的混凝土入仓方法；1.2.2 主要研究目标（1）研究的施工工艺操作性

10、强，能保证施工质量及施工安全。（2）研究的技术方法和施工技术，实用性强，推广应用价值较高。（3）课题成果技术经济优势明显，在以后类似工程中值得推广应用。1.3 技术路线和研究方法1.3.1 研究方法根据工程设计图纸要求及施工现场情况，通过对成熟传统的施工工艺进行对比分析，在原有基础上进行改进、创新，并根据既定成果目标设计制定出合理的盾构近距离下穿铁路系杆拱桥施工方案，在实施过程中进行改进、总结，获取数据资料，并对研究成果进行专门的分析整理，形成成果报告；1.3.2 研究思路和技术路线课题围绕“盾构近距离下穿铁路系杆拱桥施工关键技术”开展研究，研究思路和技术路线如下：1、技术准备项目部成立研究小

11、组，根据盾构近距离下穿铁路系杆拱桥的施工特点并结合施工现场实际情况，对施工方案、施工措施的确定，设备的选型、参数的确定。然后编制施工方案，项目部进行讨论，并聘请专家对施工方案进行审查、论证，根据论证结果修改完善施工方案。项目部根据已确定的各项技术参数进行施工方案的编制、合理安排施工，配备机械设备。2、施工控制在施工生产过程中，从地面加固、盾构穿越掘进参数、过程中监测等施工工艺进行摸索、分析、总结，确定该施工工艺的控制要点和控制方法。3、主要仪器设备、技术人员：主要仪器设备：盾构机、地面注浆机、水准仪、测斜仪、全站仪主要技术人员：项目部技术人员、测量员以及其他技术工种。4、安装调试各加工件加工完

12、成后，进行现场安装及调试，并根据安装调试情况进一步进行结构优化和完善相关参数。5、运行控制液压弹性滑模正式用于现场施工，现场施工根据调压室竖井滑模施工工艺，进一步完成现场施工工艺、方法，提高施工质量和进度。6、技术总结课题通过理论结合工程实践进行研究，通过对盾构近距离下穿铁路系杆拱桥施工工艺进行摸索、分析，改进创新研究出盾构近距离下穿铁路系杆拱桥施工技术，同时在现场操作实施中对其实施效果进行评估，并根据实施效果进行改进，对其技术性指标进行总结，形成专项技术总结报告。1.4 主要成果及创新点1.4.2 主要创新点本课题通过借鉴目前已有的相关施工工艺，并在既有基础上进行改进细化，研究盾构穿越建（构

13、）筑物及对周边的加固措施，主要创新性如下：（1）通过在承台、墩柱旁边采用钢花管注浆加固新技术，保证盾构机掘进时对铁路系杆拱桥不产生影响；（2）采用管片预先设置注浆孔，在掘进中同步注浆创新技术，保证掘进机通过系杆拱桥时地质不发生较大改变；（3）采用静力水准系统、测斜仪联合进行实时动态监测，准确判断盾构掘进对上方铁路的影响程度和范围。1.5 总体经济社会环境效益通过对施工工艺的技术研究，成都地铁4号线二期工程土建5标盾构施工过程中，通过对掘进参数的优化，对危险源范围内的地质条件、水文条件、隧道覆土厚度、地面状况等进行分析，确定合理的掘进参数，控制地面沉降。通过地面加固，穿越过程中的监控量测等技术研

14、究，对盾构近距离下穿铁路系杆拱桥提供安全保障，有针对性的进行处理，在提高功效、降低成本、创造效益的同时，也满足了施工质量、施工工期及文明施工等方面的要求。通过该工程的应用，确保了盾构工程施工工期，使盾构穿越建（构）筑物施工更加安全可控，有效节省了50万元，取得了较好的经济效益。盾构近距离下穿铁路系杆拱桥的技术研究，对所需要的设备、人员进行优化、总结，对类似穿越建（构）筑物工程总结归纳，为今后完成类似工程提供可借鉴的施工经验和技术参数。通过对穿越铁路系杆拱桥施工的技术研究和总结，预加固措施，施工中的监控量测，过程中的参数总结，在课题研究过程中形成关键技术研究及总结报告，对将来类似的工程提供可借鉴

15、的经验和相关技术参数，能够更好的促进本课题的研究和发展。2 研究内容及成果2.1 地面对承台、桩基周边及洞内采用钢花管注浆加固的研究在穿越前采用直径108钢花管进行地面预注浆加固，加固范围为隧道断面拱顶以上3m及隧道底部一下3m，以及在穿越过程中采用1.5mC型管片，通过增设的注浆孔处进行注浆处理，注浆范围为隧道以外3m。该施工方法既节约了施工成本，又能加快施工进度，满足施工工期要求；采取该施工方法不但施工安全可靠，也能保证施工工期；降低了施工安全系数。 地面钢花管加固处理2.2 地面监测研究采用静力水准系统、测斜仪进行实时监测。在静力水准仪的系统中，不但可以观测两测点间的相对垂直位移，也可在

16、建筑物及其它地基内布置多个测点并连成系统，并选一稳定不动的测点做为基准点，来观测各测点相对基准点的垂直位移(沉降量)。 现场监控量测2.3 穿越时盾构掘进各种参数的研究在盾构穿越时，主要通过盾构机姿态、掘进参数、渣土改良、土压监控、出渣量、同步注浆及二次注浆等综合控制。根据地质情况、覆土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果调整土仓压力，推进速度保持相对平稳，控制好每次的纠偏量，减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好的条件。同步注浆量要根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整。根据盾构所在位置的埋深、土层状况及地表监测结果进行调整土仓压力。每环理论出碴量（实方）约为46.5m3/环，考虑1.

17、2倍松散系数，故出渣量控制在56.5m3/环。掘进速度及推力的选定以保持土仓压力为目的，根据施工的实际情况确定并调整掘进速度及推力。正常情况下为2040mm/min。在掘进时，严格控制盾构机的各组油缸压力不大于70bar，盾构机总推力小于1000t，刀盘扭矩小于200bar。碴土改良就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓或螺旋输送机内注入泡沫或膨润土，利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加剂与土碴混合，其主要目的就是要使盾构切削下来的碴土具有好的流塑性、合适的稠度、较低的透水性和较小的摩阻力，以满足在不同地质条件下采用不同掘进模式掘进时都可达到理想的工作状况。保证盾

18、构机顺利通过铁路系杆拱桥，不对其造成任何影响。3 主要结论盾构近距离下穿铁路系杆拱桥施工工艺在成都地铁4号线二期工程土建5标的应用，是进入盾构施工领域的突破，通过在施工技术的归纳及总结，取得了巨大的经济效益和社会效益。区间起讫里程为YDK44+000YDK44+900.700，左线长898.865m，右线长900.7m。区间隧道拱顶最大覆土埋深19m，最小埋深4.1m，最大曲线半径2000m，最小曲线半经800m，最大坡度28，最小坡度16。在施工中整体把控，明确施工总体思路，预先与产权单位沟通协商，及时进入场地进行地面加固施工，同时进行监控量测工作，掘进过程中不断研究更加合理的掘进参数，有针

19、对性的进行处理，在提高功效、降低成本、创造效益的同时，也满足了施工质量、施工工期及文明施工等方面的要求。通过该工程的应用，确保了盾构工程施工工期，使盾构穿越建（构）筑物施工更加安全可控，有效节省了50万元，取得了较好的经济效益。随着以后地铁工程及轨道工程的日益增多，通过对该项施工工艺的立项及推广，为今后类似工程的施工提供了技术指导与帮助，在地铁工程及轨道工程等相关行业的发展具有深远的意义。4 参考文献1 王体广,. 盾构区间近距离下穿铁路桥梁影响分析城市轨道交究,2016(3)2 张增，张庆,. 地铁盾构隧道下穿铁路桥结构安全分析J.第五届中日盾构隧道技术交流会,2013. 3周朋,.盾构隧道近距离下穿建筑桩基影响分析及结构设计J铁道勘测与设计,2015(4)1212