盾构过中间风井施工方案

一、工程概况

机场北站～福永站区间风井，位于规划地块内，周边无建（构）筑物，风井西侧约55m处有福永河，河宽约36m。风井往机场北站及福永站方向均与盾构区间连接（矿山法初支盾构空推），风井施工期间作为矿山法施工竖井，预留矿山法出土孔。区间风井主体长32米，宽26米，地下三层结构。风井中心里程为ZDK36+196.958；起点里程ZDK36+180.953；终点里程ZDK36+212.960。风井设三个风亭（一个新风亭、两个活塞风亭）和一个紧急疏散口，均设在规划地块内，预留合建条件。本方案主要讨论如何顺利使盾构机在较短时间内快速、高效通过中间风井实现再次始发掘进。

图一中间风井与盾构隧道平面位置关系图

图二盾构隧道与风井相对位置剖面图

二、洞门加固方案

盾构机在到达中风井前，为了维持隧道与风井接口处地层的稳定，避免盾构机到达时因地下水流失而导致地面塌方或塌陷，必须根据实际情况对盾构到达中风井段进行地基处理。

方案一:

1）加固方法

中间风井盾构洞门加固段采用Φ108大管棚辅助施工。

2）长管棚加固施工工艺

⑴管棚布置如管棚布置图所示。管棚孔口位置在盾构拱部120°范围内，纵向16-22m(根据岩石深度)进行管棚注浆，开挖轮廓线外放300mm位置布置，管棚环向中心间距300mm。（可根据地质情况适当调整，以保证盾构机顺利到达为准），外插角约1°。

⑵注浆管棚采用Φ108mm，壁厚6mm的无缝钢管，分节安装,两节之间用丝扣连接，注浆钢管上钻注浆孔，孔径Φ10mm，孔间距200mm，呈梅花型布置。钢管尾部（孔口段）2.0m不钻花孔作为止浆段。(图三中间风井管棚布置图)

图三中间风井管棚布置图

⑶浆液采用水泥砂浆，初拟参数：水泥浆水灰比0.8:1～1:1，注浆压力：采用0.2～0.4MPa，施工中应据实际地质情况，并通过试验确定有关施工参数。

⑷从管棚导向管按设计钻孔,钻孔时将钢管随钻头一起钻入地层内,当达到设计深度后停机。钻头用长约150mm的Φ121钢管,并在钢管一端管口焊接合金制成.钻头与钢管、钢管和钢管间用丝扣连接。

⑸向管棚内注浆.注浆顺序先下后上，全孔可采用后退式分段注浆方式。

⑹管棚导向管应严格定位，管棚钻进过程中应采用水平测斜仪经常量测管棚的偏斜度，发现偏斜值超出设计要求时，应及时纠偏。

⑺施工误差：钻孔水平容许偏距沿相邻钢管方向不应大于100mm，垂直偏距沿隧道内侧方向不应大于200mm（对管棚前端，而非管棚孔口）。

⑻施工中应加强现场监测，及时反馈信息，并及时修正设计。

补充方案二:

采用地面袖阀管注浆加固,加固的目的主要是提高洞顶以上软弱地层（硬塑状砂质粘性土、可塑状砂质粘性土）的强度和防水效果，根据地质情况以及以往对类似地层的加固经验，选取Φ52袖阀管注浆对地层进行加固，间距0.6m*0.6m，梅花形布置，加固纵向长度为9m,横向为隧道轮廓线外1m,竖直方向为隧顶往上3m。

技术要求：

1）浆液采用水泥浆水灰比1:1，使用42.5R普通硅酸盐水泥，袖阀管施工完毕，应对加固体进行检验，必须满足28d龄期无侧限抗压强度q28>0.8MPa，渗透系数小于1×10-6cm/s。若达不到要求，应及时弥补注浆；

2）注浆加固深度范围内，若遇中风化、微风化地层则该地层范围不必加固；

图四中间风井端头补充加固

三、过中风井方案比选

现代地铁的设计中，在线路较长的区间中间一般均设计有通风竖井，即中间风井。竖井与盾构法隧道相连。因此区间隧道采用盾构法施工时，存在盾构机必须经过竖井的问题，一般来说盾构过中间风井通常有三种方法：

在目前工期十分紧迫的情况下,同时考虑到安全方面的因素(风井跨度较大,纵向30m),而且经项目部多次讨论并借鉴其它项目成功实例，决定采用盾构机二次始

发过站的方式通过。

四、施工方案

1、方案简介

提前施工弧形砼导台、钢导轨。盾构机通过中间风井，采用整体平移+二次始发。盾构机到达中间风井后,利用两台油顶将盾构机整体向前平移,距离大里程洞门1m 时停止,安装并加固反力架,拼装负环进行二次始发,负环管片只贴软木衬垫，不需要贴止水条。在盾构机台车完全顺利进入隧道后，根据施工总体安排，拆除中间风井内的临时管片，恢复中间风井结构施工。

2、施工工作内容及工艺流程

盾构机过中间风井是指从盾构机顺利贯通进入中间风井（也叫进洞）到盾构经过导台进行第二次始发脱出中间风井（也叫出洞）的整个施工过程。其工作内容主要包括：施工前准备（砼导台、导轨设计施工等）、进出洞洞门位置复核测量、盾构平移推进及管片拼装、管环的加固等。盾构过中间风井施工工艺流程如下图

图五盾构过中间风井施工工艺流程图

五、施工准备

为确保盾构机顺利通过中间风井，盾构机到达前应做好以下准备工作：

1、加固两端洞门及预埋密封环板。

2、C30砼导台施工及导轨预埋。

导台里程为ZDK36+180.953～ZDK36+212.96。导台截面形状与盾构机外壳类似，半径为盾体的半径加钢轨轨头厚度，钢导轨顶面所处弧面半径同盾体半径，钢导轨预埋于导台内，导台采用C30混凝土回填，弧形导台与盾构隧道及中间风井相对关系图见图六。

图六弧形导台与盾构隧道及中间风井相对关系图

导台及导轨施工要点如下：

⑴导台及导轨严格按图设计标高及坡度进行控制；

⑵钢导轨定位要准确，导轨顶面要平顺；

⑶砼导台施工时一要保证模板的弧度，二要保证浇注混凝土时模板的稳定性

如果在拆模时发现导台不够平整，则必须对它进行修整以到达设计要求。

⑷为防止盾构机进出洞时出现“磕头”现象，盾构机进洞时导台及导轨标高比理论值降低50mm，而在出洞前导台及导轨标高则必理论值提高50mm。

六、盾构通过施工

1、盾构进洞

⑴在盾构机到达洞门之前，必须提前做好以下准备工作：

a、安装洞门密封装置（洞门密封圈及B板在盾构机刀盘露头后安装，避免盾构机破洞时的混凝土块砸坏密封板）；

b、在中间风井洞门口准备好砂袋、水泵、水管、方木、风炮等应急物质和工具；特别是作好破除围护桩的准备，保证盾构机及时进入中间风井；

c、准备好双液注浆泵及水玻璃、水泥各一批；

d、盾构机到达前，在钢轨上预先涂抹油脂，减少盾体与钢轨的摩擦力。

⑵在盾构机到达前50米对中间风井附近所有测量控制点进行一次整体、系统的控制测量复测和联测，对所有控制点的坐标进行精密、准确地平差计算，并对激光经纬仪复检和盾构机机头位置人工测量。盾构贯通前30米和10米对TCA托架三维坐标进行人工复测。破洞前30米盾构机姿态保持：机头水平偏差0～10mm，机头竖直偏差0～+10mm，俯仰角、偏转角允许范围±2mm/m；

⑶在盾构机机头进入距中风井洞门15米范围后，首先减小推力、降低推进速度和刀盘转速并控制出土量。无论在何种情况下，推进油缸压力不得大于100bar，且盾构机推进速度小于20mm/min。在抵达洞门的最后三环，须进一步减小推力、降低推进速度，掘进速度控制在5～10mm/min；

⑷中风井洞门下方堆放一定量的砂包作为缓冲层，以便保护密封装置。

⑸盾构进入洞门后，洞门密封圈必须用钢丝绳拉紧。

2、盾构管片拼装