大直径泥水盾构始发与到达专项方案

大盾构始发与到达
专项施工方案
方案分级：A级受控印章：
编制：（分部/项目总工）日期：年月日审核：（审核意见附后）日期：年月日公司审批：（公司总工程师）日期：年月日
目录
1 编制说明 (5)
1.1 编制依据 (5)
1.2 编制原则 (5)
2 工程概况 (6)
2.1 工程概况及范围 (6)
2.2 工程地质情况 (6)
2.2.1 工程自然环境 (6)
2.2.2 工程地质条件 (8)
2.2.3 水文地质 (11)
2.2.4 不良地质作用 (11)
2.2.5 气象条件 (11)
2.3 施工要求和技术保证条件 (12)
2.4 施工平面布置图 (12)
3 施工方案、工艺及方法 (12)
3.1 总体施工方案 (12)
3.2 施工重难点 (13)
3.2.1 顺利完成大盾构始发意义重大 (13)
3.2.2、安全通过下穿房屋掘进施工是重点 (14)
3.2.3 到达段软弱地层段掘进姿态控制是难点 (14)
3.3 始发端头加固施工 (16)
3.3.1 端头加固目的 (16)
3.3.2端头地层、水文情况 (16)
3.3.3端头加固方式 (16)
3.3.4土体加固效果检查方案 (17)
3.4洞门钢环预埋安装施工 (20)
3.4.1 洞门预埋钢环设计 (20)
3.4.2 洞门钢环预埋安装施工 (20)
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3.4.3始发台与反力架定位、安装及支撑 (21)
3.5始发轨线铺设 (24)
3.5.1轨线铺设概述 (24)
3.5.2始发轨线铺设流程 (25)
3.5.3始发轨线铺设 (25)
3.6盾构机组装、调试 (26)
3.7洞门密封装置安装 (32)
3.7.1洞门密封装置设计 (32)
3.7.2盾构始发洞门密封装置安装流程 (32)
3.8负环管片安装及支撑加固 (33)
3.8.1负环管片安装概述 (33)
3.8.2负环管片运输及安装工艺流程 (34)
3.8.3负环管片拼装 (34)
3.9刀具配置 (38)
3.9.1盾构始发段穿越的地层 (38)
3.9.2刀具配置方案 (38)
3.10泥浆调制及渣土处理 (39)
3.10.1计算碴土量 (39)
3.10.2碴土弃排方案 (41)
3.10.3弃浆需要用地面积 (43)
3.11盾构始发前60环掘进 (43)
3.11.1始发段掘进 (43)
3.11.2注浆 (44)
3.11.3始发段洞内运输 (45)
3.12掘进姿态的控制 (45)
3.12.1盾构掘进方向控制 (46)
3.12.2盾构掘进姿态调整与纠偏 (48)
3.12.3方向控制及纠偏注意事项 (48)
3.13建立施工监测制度 (49)
3.13.1洞内管片监测制度 (49)
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3.13.2地表沉降监测制度 (49)
3.14 负环管片拆除 (49)
3.15试掘进段剩余40环掘进 (50)
3.16到达段盾构掘进施工 (50)
3.16.1到达段施工流程 (50)
3.16.2 盾构机定位及到达端洞口位置复核测量 (51)
3.16.3 盾构到达段掘进 (51)
3.16.4 碴土清理及洞门临时密封装置安装 (51)
3.16.5 接收基座安装及盾构机步上接收基座 (52)
3.16.6 洞门圈封堵 (52)
3.16.7 盾构到达施工注意事项 (53)
4 施工进度计划 (54)
4.1 各工序的施工时间 (54)
4.2 工期安排及关键节点。

(55)
5 资源配置计划 (57)
5.1 人员配置计划 (57)
5.2 设备配置计划 (59)
6 始发掘进技术要点及注意事项 (59)
6.1始发掘进技术要点 (59)
6.2盾构始发试掘进注意事项 (60)
7 施工保证措施 (62)
7.1 安全保证措施 (62)
7.1.1建立健全安全生产组织机构 (62)
7.1.2、盾构始发、推进、注浆安全保障措施 (62)
7.2、环境保护、文明施工措施 (63)
7.2.1环保措施 (63)
7.2.2文明施工措施 (65)
7.3 职业健康 (66)
7.4 其他措施 (66)
8.应急预案 (67)
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8.1成立应急抢险领导小组 (67)
8.2小组人员职责及人员保证措施 (68)
8.3施工预案及安全措施 (68)
8.4预防事故措施和风险控制对策 (69)
8.4.1工程技术措施 (69)
8.4.2盾构施工风险分析 (69)
8.4.3预防事故措施和风险控制对策 (71)
8.4.4施工风险应对措施 (72)
8.5应急物资准备 (74)
8.6报告、处理程序 (75)
8.7应急处理程序 (77)
9.反力架受力验算 (79)
9.1计算说明 (79)
9.2受力验算 (80)
9.3结论及施工注意事项 (82)
9.3.1结论 (82)
9.3.2施工注意事项 (82)
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1 编制说明
1.1 编制依据
（1）《广州市轨道交通四号线南延段（金洲--南沙客运港站）工程施工图设计》之《资南区间线路平纵断面设计图》；
（2）《广州市轨道交通四号线南延段（金洲--南沙客运港站）工程施工图设计》之《大盾构管片结构设计图》；
（3）《广州市轨道交通四号线南延段（金洲--南沙客运港站）工程施工图设计》之《大盾构内部结构设计图（一）》；
（4）《广州市轨道交通四号线南延段（金洲--南沙客运港站）工程施工图设计》之《资南中间风井建筑施工图》；
（5）《广州市轨道交通四号线南延段（金洲--南沙客运港站）工程施工图设计》之《资南中间风井主体结构图》；
（6）《XXX段实施性施工组织设计》；
（7）国家和广州市现行设计规范、施工规范、验收标准；
（9）现场调查的相关资料；
（10）地质水文勘察资料；
1.2 编制原则
（1）贯彻执行国家的方针、政策及相关的工程施工规范、规定，当地政府的相关制度。

（2）确保满足建设单位、监理单位、设计单位的管理要求和标准。

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（3）严格按照实施性施工组织设计要求合理编制，确保施工方案经济可行。

（4）符合国家和地方关于环境保护、职业健康安全、水土资源及文物保护、节能减排的要求。

（5）对分部分项工程职业健康与安全危害的主要影响因素进行识别以及采取的安全及预防措施。

2 工程概况
2.1 工程概况及范围
中间风井-南沙客运港站区间(以下简称大盾构区间)采用一台Φ11.66m泥水平衡盾构机施工，线路出中间风井后沿海港大道和科技大道一路向北，下穿鹿颈涌后在科技大道与港前大道交叉口到达终点南沙客运港站。

沿途主要经过鹿颈村、在建优山悦海住宅小区、鱼塘及农田。

区间线路全长1491.467m，最小曲线半径为800m，线路纵断面为V形坡，最大纵坡8‰，最小纵坡2‰。

区间隧道工程采用C50抗渗等级S12的钢筋砼管片衬砌，管片采用通用楔形环，设计内径10300mm，外径11300mm，管片厚度500mm，环宽2m。

衬砌环均分为九块，一块封顶块，两块邻接块，六块标准块。

工程位置详情见图2.1。

2.2 工程地质情况
2.2.1 工程自然环境
(1)大盾构区间始发段线路地面条件：中间风井～南沙客运港区间线
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7 中铁隧道集团广州市轨道交通四号线南延段施工5标项目部 路沿线场地现状： 始发段主要为项目部驻地和道路，依次穿越办公楼展览厅、会议室、食堂后进入海港大道，之后基本沿海港大道铺设。

区间线路原貌如图2.2。

到达段主要为海港大道道路。

图2.1 工程地理位置图
图例： 小盾构区间 大盾构区间 中间风井 车站 南岗客运港站 鹿颈涌
中间风井兼轨排井 资讯园
优科晶
图2.2 区间线路原貌图
(2)地貌特征：大盾构区间区域地貌为剥蚀低丘陵与海陆交互相沉积平原相间，线路总体处于海陆交互沉积平原内，局部地段处在平原与低丘陵相接地带，整体地势较平坦。

地形起伏不大，线路沿线地面高程一般在5.15m～8.03m之间，线路基本沿已有道路敷设。

2.2.2 工程地质条件
始发段覆土厚度为11.47～17.0m，主要穿越地层为淤泥层、淤泥质土层、粉质黏土层、全风化、强风化混合花岗岩层，隧道底部主要位于全、强风化混合花岗岩层，局部位于淤泥层。

始发段200m有两一段中风化混合花岗岩地层少量侵入，为典型的软硬不均地层。

隧道轮廓范围内还存在两处孤石和其它潜在孤石。

到达段主要处于淤泥地层，最后54米为全断面淤泥地层。

区间隧道地质情况见纵断面图2.3。

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<7H>
图2.3 中间风井～南沙客运港站大盾构区间隧道地质纵断面图
详细地层地质描述：
（1）海陆交互相沉积淤泥层
深灰色、灰黑色，主要由粘粒及有机质组成，局部含粉砂及贝壳碎片，饱和，呈流塑状，具滑腻感和腥臭味。

标贯击数N=1～3击，平均1.7击。

分层代号为<2-1A>。

（2）海陆交互相沉积淤泥质土层
深灰色、灰黑色，饱和，流塑状，具腥臭味，以粘粒为主，局部含有腐植质。

标贯击数N=1～4击，平均2.3击。

分层代号为<2-1B>。

（5）海陆交互相沉积黏性土层
呈深灰色、灰色、黄褐色等，主要为粉质黏土，局部为黏土，呈可塑状为主，局部软塑状。

标贯击数N=3～13击，平均8.9击。

分层代号为<2-4>。

（4）硬塑-坚硬状砂质黏性土
呈黄褐色、棕红色、灰褐色等，硬塑-坚硬状，含风化残留石英颗粒，岩芯呈土柱状或散砂状，具有遇水崩解特点，局部夹砾质黏性土。

摇振无反应，光泽反应光滑，干强度及韧性高。

标贯击数N=13～29击，平
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均22.5击。

分层代号为<5H-2>。

（5）混合花岗岩全风化带（K2γπ）
呈浅黄褐色、灰绿色、灰白色等，原岩组织结构已风化破坏，但尚可辨认，局部夹强风化岩碎块，岩芯呈坚硬土柱状，遇水易崩解。

平均厚度5.67m，标贯击数N=30～49击，平均39.2击。

分层代号为<6H>。

（6 ）混合花岗岩强风化带（K2γπ）
呈暗黄褐色、棕黄色、浅灰白色等，原岩组织结构已大部分风化破坏，岩芯呈土柱状、半岩半土状、碎块状，风化裂隙发育，遇水易软化、崩解。

标贯击数N=50～97击，平均57.2击。

分层代号为<7H>。

（7）混合花岗岩中风化带（K2γπ）
呈浅灰红色、浅肉红色、浅黄褐色等。

中粗粒结构，块状构造，岩质较软，裂隙发育，岩芯破碎，岩芯呈碎块状、块状为主，少量短柱状。

岩体基本质量等级为Ⅳ类，分层代号为<8H>。

本层岩石质量指标（RQD）约为0%～45%。

岩石饱和单轴抗压强度及岩体基本质量等级见下表。

岩层常规物理力学指标
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2.2.3 水文地质
地下水稳定水位埋藏深为2.70～5.80m，标高为1.45～7.57m，地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切。

本地区每年4～9月为雨季，大气降雨充沛，水位会明显上升，而在冬季因降雨减少，地下水位随之下降。

2.2.4 不良地质作用
始发和到达段所在区域地貌为海陆交互相沉积平原，整体地势平坦，缺少泥石流形成条件，也无可溶岩分布，无地下采空区，未发现地面塌陷地质灾害。

场地内软土分布较广泛，在上部荷载或震动作用下易产生固结变形、震陷，引起地面沉降，导致路面、房屋开裂等地质灾害。

本区间可能发生的地质灾害主要为地基不均匀沉降。

2.2.5 气象条件
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广州市南亚热带季风气候显著，四季树木常绿。

年平均气温在21.4～21.9℃之间，年降水量在1612～1909mm之间，雨量主要集中在4～9月份。

每年5～10月是广州市的台风季节，其中7、8、9三个月是台风活动的盛期。

2.3 施工要求和技术保证条件
盾构隧道采用一台Φ11.66m平衡式泥水盾构机从中间风井始发掘进100环为盾构始发段，为此制定盾构始发前洞门钢环及密封装置安装、反力架、始发台施工方案，来规范始发操作程序，指导现场施工，确保盾构始发施工的安全顺利。

2.4 施工平面布置图
施工平面布置图见附件1
3 施工方案、工艺及方法
3.1 总体施工方案
始发井端头加固→始发前一期主体结构施工（钢环分块安装）→始发台施工→始发及组装轨线铺设→盾构机组装、调试→水平探孔检测→反力架安装固定→洞门密封装置安装→负环管片安装→盾构始发掘进60环→反力架及负环管片拆除→始发段剩余40环掘进。

图3.1 盾构始发流程图
3.2 施工重难点
3.2.1 顺利完成大盾构始发意义重大
本项目大盾构区间在开工前就深受社会各界关注，本方案的顺利实施也标志着广州地铁第一台单洞双线大盾构顺利始发，为广州地铁建设谱写下新的篇章，有着深远的社会意义。

应对措施：1、技术措施。

端头加固目前已完成，并完成抽芯检测，检测结果满足设计和规范要求；端头加固是在基坑开挖前完成的，汲取以往的经验教训，为保证盾构始发安全，在大盾构组装完成后大盾构始发前时间段内，在中风井地连墙与端头加固交接的位置，增加一排800@700双管旋喷桩加固，用来填充基坑开挖、主体结构施工期间该接缝收缩变形，避免形成突泥涌砂通道和渗水通道。

2、宣传措施。

积极配合公司和业主相关部门做好策划和媒体宣传；
3、施工组织措施。

项目部细化分工，做好材料、机具、场地布置、
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对外宣传等工作的筹划分工落实，确保有人全力落实、有人跟踪反馈、有人协调解决。

3.2.2、安全通过下穿房屋掘进施工是重点
大盾构下穿房屋段位于盾构始发后85m到120m左右范围内，大盾构下穿房屋后紧接着就到了第一段上软下硬地层段。

本段地层较软，隧道顶存在含水砂层。

经实地调查下穿房屋为条形或扩大基础，基础埋深3m，房屋结构为混合结构。

下穿房屋位置和隧道关系见平面图3.2。

处理方法：盾构在此地层掘进时应加强房屋监控量测，另外盾构在掘进过程中小推力、低转速掘进，减少对地面的扰动，掘进过程中发现
图3.2 下穿房屋和隧道关系平面图
3.2.3 到达段软弱地层段掘进姿态控制是难点
根据详勘成果显示，大盾构区间到达端存在一段54m长全断面<2-1A>海陆交互相淤泥层、<2-2>海陆交互相沉积淤泥质粉细砂层地
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层，软弱地层承载力极低，盾构机及管片所受浮力大，姿态控制及管片上浮控制困难。

处理方法：加强到达段区间软弱加固段三轴搅拌桩及双重管旋喷桩加固质量控制，确保抽芯检测满足设计和规范要求。

3.2.4、玻璃纤维筋滞排堵管风险控制是重点
盾构始发需要穿越玻璃纤维筋地连墙，切削的砼块和玻璃纤维筋断头容易在泥浆门附近堆积，堵塞泥浆门，长条的玻璃纤维筋也可能堵塞泥浆管。

处理方法及应急预案：1）盾构机始发破地连墙配置硬岩刀盘刀具，要及时、定期反循环冲洗泥浆门周围堆积的渣块、玻璃纤维筋断头和出浆泵，防止掘削的砼块、玻璃纤维筋碎屑堆积或漂浮在泥浆上方，堵塞泥浆门、出浆泵。

2）掘进参数尽可能采用低刀具贯入度、低推力、低扭矩通过，确保地连墙砼和玻璃纤维筋被彻底切断磨碎，在掘进过程中密切关注参数变化，一旦发现盾构机扭矩、推力急剧升高，应立即停机，并缓慢转动刀盘，判断是否发生刀盘卡死或刀盘损坏等。

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3.3 始发端头加固施工
3.3.1 端头加固目的
本工程的端头加固有两方面的作用，一方面是为盾构始发提供稳定的地层条件，保证安全、顺利始发，另一方面是为盾构组装提供足够的地基承载力，保证盾构组装时吊机在吊装作业过程中的安全。

3.3.2端头地层、水文情况
根据钻探揭露地层情况显示，始发端头自上而下分别为<1>工填土层、<2-2>淤泥质粉细砂层、<2-4>粉质粘土层、<5H-2>砂质黏性土、<2-3>中粗砂层、<6H>混合花岗岩全风化带、<7H>混合花岗岩强风化带。

到达端头自上而下分别为<1>工填土层、<2-1A><2-1A>淤泥层、<2-4>粉质粘土层、<2-3>中粗砂、<6H>全风化花岗岩、<7H>强风化花岗岩地层。

地下水稳定水位埋藏深为3.50～4.80m，地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切。

本地区每年4～9月为雨季，大气降雨充沛，水位会明显上升，而在冬季因降雨减少，地下水位随之下降。

3.3.3端头加固方式
始发到达端头加固采用800mm厚素混凝土连续墙外包，内部采用φ850mm密排咬合250mm三轴搅拌桩进行加固，风井（车站）与端头加固素混凝土墙结合部位采用ф600咬合150mm旋喷桩止水。

始发端头加固范围及形式见附图3.3，到达端头加固范围见3.4。

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3.3.4土体加固效果检查方案
图3.3 始发端头加固图
图3.4 到达端头加固图
土体加固后，要对土体的加固效果进行检查，检查内容包括加固土体强度、洞门处渗透性以及土体的匀质性。

各指标的检查方法和达到的要求见“表3.1 端头土体加固检查方法和标准”。

表3.1 端头土体加固检查方法和标准
加固土体达不到设计要求，采用压密注浆的方式进行补充加固，可以从地面钻孔和洞门垂直钻孔进行注浆加固。

洞门水平探孔设计详情：
为明确盾构始发前地下水位及端头加固情况，在洞门处施作水平探孔。

探孔深度2m，孔径为φ42mm，钻孔数量为11个。

水平探孔布置
洞门水平探孔平面布置图
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3.4洞门钢环预埋安装施工
3.4.1 洞门预埋钢环设计
左右线盾构隧道与工作井连接洞门处采用钢环相接，其中钢环外径为φ12.80m（内径为φ12.00m），厚为10mm，环框面板宽1.2 m。

钢环中间采用型钢网格结构支撑及连接，以保证钢环安装及盾构井施工期间的精度。

3.4.2 洞门钢环预埋安装施工
由于本隧道断面较大，根据盾构工作井洞门墙体支撑架设位置及侧墙施工时支撑换撑情况，φ12.00米洞门钢环须分六块（A、B、C、D、E、F）加工，加工完成后现场拼装检查合格后，再随明挖段盾构工作井侧墙分段施工分块（分6块）预埋安装完成，安装顺序为A、B、C→D、E→F。

分块钢环之间用型钢网格支架连接，以保证拼装后钢环整体精度、圆度，为了防止洞门钢环安装后侧墙砼浇筑不造成钢环上浮、错位等变形，在钢环分块安装、固定时，将钢环面板背侧的锚固筋与侧墙主筋及洞门环形钢筋焊接牢固、准确。

为了防止盾构刀盘进洞门后低头，在实际安装时抬高50㎜。

钢管安装及施工顺序详见“图3.5大盾构洞门钢环分块安装图”。

为了确保钢环的圆度和安装精度，钢环各分块采用型钢网格支架连接及加强。

型钢网格与钢环连为一体，来承受各个方向力及扭矩，达到各分块圆弧面板不变形，同时支撑整体钢环自稳定，不变形。

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图3.5大盾构洞门钢环分块安装图
3.4.3始发台与反力架定位、安装及支撑
3.4.3.1盾构始发姿态的设计
本次始发的始发段线路，平面处于半径为3000米的圆曲线和缓和曲线上，竖向处于坡度为4‰的下坡段，为了实现盾构整机始发，采用割线始发，即将始发段洞门里程向前12米曲线的弦线向盾构井内延长，以此割线做为始发的平面中线，始发坡度调整为2‰，并将始发洞门（预埋钢环）抬高50mm，即将盾构始发纵向轴线在2‰下坡的基础上整体抬高50mm。

3.4.3.2始发台设计及安装
由于本工程盾构井使用完成后尚需采用素混凝土回填，回填高度为4.1米，考虑施工便捷性和安全性，采用钢筋混凝土始发台。

始发台由砼
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始发基座、导轨、管片支撑三角架组成。

根据盾构机长度及反力架与洞门(车站结构内墙)距离，始发台总长为15.95m，采用C35钢筋混凝土，始发台坡度始发台坡度与盾构始发坡度一致且为2‰。

始发基座置于结构底板上部，与底板预埋钢筋连接。

由于盾构主机在组装过程中盾壳间还需要进行焊接作业，预留两个60cm 宽的前盾、中体和盾尾焊接槽。

始发台顶部导轨部位需浇筑平顺，严格按照始发坡度施工，避免起伏。

在始发台外侧施做始发基座斜撑，两侧每隔2.5m利用砼斜撑加横向的支撑，提高始发台的稳定性。

始发台两侧加3.8米高175H型钢三角斜撑，靠近始发基座侧面采用预埋钢板焊接固定，外侧在结构底板上打膨胀螺栓(Φ20、150mm)固定20mm厚钢板。

始发台加固图见图3.6。

图3.6大盾构洞门钢环分块安装图
在盾构机主机组装时，在始发台的轨道上涂硬质润滑油以减小盾构机在始发台上向前推进时的阻力。

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3.4.3.3反力架设计及安装
（1）反力架设计
根据盾构始发施工方案及需要, 始发掘进时通过反力架提供推动反力。

本项目反力架结构尺寸根据中间段负一层框梁ZKL1-8位置及管片截面尺寸设计及加工。

反力架厚为1200㎜，高12370，宽为1147㎜，支撑面宽1200㎜。

根据盾构始发时需提供3330吨的反力，反力架采用具有足够刚度和强度的组合钢结构件，同时便于组装和拆卸。

（2）反力架安装工艺流程
反力架安装工艺流程为：底板预埋钢板→反力架修整→支撑钢管准备→测量槽底高程及安装角点坐标→反力架场地上组装→整体吊装→复测角点坐标、高程及角度→焊接固定→安装支撑钢管→与-8环管片焊接固定。

（3）反力架定位及安装
反力架安装起点中线里程为YDK65+606.80，底部坡度与盾构始发坡度一致，为2‰。

反力架（背管片侧）支撑采用φ609（δ=16mm）钢管（带方头支座端）直撑到结构墙上；反力架两侧也采用H型钢支撑固定、直撑到侧墙上。

反力架底部（背管片侧）直撑7根φ609钢管，上部斜撑4根φ609钢管顶至结构底板。

反力架顶部2根钢管撑斜撑至负一层侧墙，作为反力架抗浮装置。

为防止反力架发生左右位移，在反力架左右两侧加4根
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H 型钢支撑固定。

反力架安装示意图见图3.7。

3.5始发轨线铺设 3.5.1轨线铺设概述
图3.7反力架安装示意图
侧视图
正视图
俯视图
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根据盾构掘进施工方案及运输需要, （1）掘进时后配套轨道与电瓶运输车轨道布置在一起。

（2）盾构及后配套过后，洞内水平运输采用有轨电瓶车运输,其洞内电瓶运输车轨线总体布置以“单线轨道为主,洞口段双线轨道为辅”。

单、双线电瓶运输车轨道衔接采用特定规格道岔轨铺设连接、过度。

3.5.2始发轨线铺设流程
铺轨材料进场→修正及轨枕加工→底板清理→测量放样→铺排轨枕及轨道→轨间距等调整→轨道固定→铺轨质量检测→施工期间的轨道正常检修。

3.5.3始发轨线铺设
始发段运输轨线采用43Kg/m 钢轨，后配套轨线采用50kg/m 钢轨,单根长为12.5m 、6.25m 规格的轨道。

轨枕以H 型钢和槽钢为主，根据底板结构和各型轨枕的特点，将始发轨线分为3个区域：分别为A 区、B 区和C 区，即A 区为盾构后配套及电瓶车组装铺轨段；B 区为盾构井段，为负环内铺轨段；C 区为洞内始发段铺轨。

三个区域的轨道铺设详见图3.8盾构组装及始发轨线布置图。

图3.8始发铺轨示意图
3.6盾构机参数及组装、调试
3.6.1盾构机参数
盾构机参数表
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