2014年省级工法范本

山西省省级工法申报材料
工法名称：在超长矿山法隧道盾构空推施工工法
申报单位：中铁三局集团有限公司
中铁三局集团广东建设工程有限公司申报时间：二〇一五年一月二十日
山西省住房和城乡建设厅制
目录
一、山西省省级工法申报书 (1)
二、工法关键技术鉴定证书 (7)
三、企业级工法证明 (16)
四、工法文本 (19)
五、经济、社会（环保、节能）效益证明 (40)
六、工程应用证明 (43)
七、工法要点照片 (45)
八、山西省省级工法评审意见表 (52)
山西省省级工法申报书
工法名称：在超长矿山法隧道盾构空推施工工法
申报单位：中铁三局集团有限公司
中铁三局集团广东建设工程有限公司申报时间：二〇一五年一月二十日
工法关键技术鉴定证书
鉴定意见
2013年11月23日山西省住建厅聘请同行专家组成鉴定委员会对中铁三局集团有限公司、中铁三局集团广东建设工程有限公司完成的“城际轨道双连拱大断面隧道偏洞法开挖工法施工技术”进行了鉴定。

鉴定委员会听取了课题组所做的技术、经济和社会效益分析报告，经认真质疑、讨论后提出如下鉴定意见：
一、所提供的鉴定资料齐全、完整，符合鉴定要求。

二、隧道偏洞法开挖工法施工技术不仅能够适用于复杂地质情况，保证沉降控制，从而保证施工安全，更能适应城市软弱围岩大断面暗挖隧道的特点，与各工序间相协调。

三、偏洞法开挖工法施工效率高，工期短，适应大面积的机械施工，能较快的使隧道封闭成环，二衬紧跟掌子面，适用于多工序间的转换连续作业。

偏洞法开挖施工工法的运用所形成的大断面隧道施工工艺，为同类型城市轨道交通建设提供了实践经验。

四、利用偏洞法开挖工法施工技术，安全质量控制容易，施工周期短，施工工序干扰小，降低施工成本，对周围环境影响小。

五、该技术经实践检验，既可行又可靠，具有良好的应用前景。

综上所述，该项技术达到国内领先水平。

鉴定委员会主任：
主要研制人员名单
15
中铁三技〔2013〕491号
关于公布中铁三局集团有限公司
2013年度企业级工法的通知
集团公司各单位:
集团公司2013年度企业级工法的评选工作已经结束。

经集团公司各专业人员初评和山西省住房和城乡建设厅组织鉴定，“多孔大跨度连续梁悬臂施工线性控制施工工法”等76部工法的关键技术达到国内先进及以上水平，被评为2013年度企业级工法，现予以公布。

希望各单位进一步加强工法的开发和管理，并积极组织上报，为企业的科技进步做出贡献。

附件：中铁三局集团有限公司2013年度企业级工法名单
中铁三局集团有限公司
2013年12月10日
抄送：集团公司本部各部门，社管中心。

中铁三局集团有限公司办公室2013年12月10日印发
附件：
中铁三局集团有限公司2013年度企业级工法名单
工法文本
在超长矿山法隧道盾构空推施工工法
1.前言
东莞市城市快速轨道交通R2线2306标包括一个明挖换乘车站（鸿福路站）和一个盾构区间，线路总长约2.5公里。

其中鸿-西区间单线隧道总长约1811m，采用海瑞克土压平衡盾构进行施工，局部采用矿山法开挖、初支，盾构空推拼装管片（以下简称盾构空推）施工。

区间左线里程为ZDK15+825.062～ZDK17+635.892，全长1810.830m，其中ZDK16+218.0～+670.0、ZDK17+198.0～+269.0，两段隧道地层主要为<10-3>中风化混合片麻岩、<10-4>微风化混合片麻岩；ZDK17+587～+635.892段，地层主要为<6-5>可塑状砂质粘性土、<10-1>全风化混合片麻岩、<10-2>强风化混合片麻岩、<10-4>微风化混合片麻岩，均采用矿山法开挖初支盾构拼装管片施工，分别长452m、71m、48.892m。

右线里程为YDK15+825.062～YDK17+635.892，全长1810.830m，其中YDK16+210.0～+542、YDK17+195.0～+296，该两段隧道地层主要为<10-3>中风化混合片麻岩、<10-4>微风化混合片麻岩，也采用矿山法开挖初支盾构拼装管片施工，分别长332m和101m。

左右线矿山法隧道总长为1004.892m,1号竖井处隧道纵断面线路以11.4‰上坡掘进，2号竖井处的隧道纵断面线路以7.9‰下坡掘进，始发端的隧道纵断面线路以6.25‰下坡掘进。

具体平面如下图所示：
图1 鸿～西盾构区间平面示意图
2.工法特点
2.1盾构空推段距离长，左右线总长为1004.892m，其中单段最长距离为452m。

2.2通过优化施工方案在导台上铺设导轨，加快施工速度。

2.3利用数值仿真计算方法，预测盾构施工效果及时调整优化施工方案，把计算机科学引入到施工方案制定与优化中，提高了施工的科技水平。

2.4根据盾构空推特点，采用刀盘前豆粒石喷射和管片背后同步注厚浆相结合的施工方法，提高掘进的效率。

2.5采用优化管片预制方案，空推段管片螺栓孔增大直径，有利于豆粒石补喷，预防管片错台或上浮。

2.6通过在管片1点和11点位置安放支撑，有效预防管片上浮。

2.7运用加密监测方法，达到了动态施工的效果。

3.适用范围
此工法适用于盾构机过圆形矿山法初支隧道，空推拼装管片施工，其他相类似的条件下盾构施工可以作为参考。

4.工艺原理
在超长矿山法隧道盾构空推施工工法原理是海瑞克土压平衡盾构机在优化后的强度和精度满足设计规范要求的导台上采用推进模式进行推进，边推进边喷射豆粒石，推进完成后拼装管片，在盾构机前导台范围内提前堆放规定数量的豆粒石，利用盾构机面板推动豆粒石，填满盾构机底部，然后利用喷射设备进行喷射；豆粒石喷射管（直径5cm）支架与刀盘连为一体，喷射管通过支架穿入盾构机盾尾向管片背后喷射豆粒石，豆粒石通过管片圆形外径下滑至管片底部，达到约束管片的目的，然后在盾构1点和11点位置管片螺栓孔里安放长55cm支撑，利用与矿山法初支的顶力防止管片上浮。

然后在推进下一环管片时对倒数10环的管片进行注厚浆对管片进行二次固定。

整个过程连续、高效、安全、可靠。

5.施工工艺
5.1 工艺流程（见图5.1）。

是
图5.1盾构空推施工工艺流程图
5.2操作要点
5.2.1 导台施工及导轨布设
在盾构空推拼装管片之前，已先完成矿山法开挖及初期支护。

盾构空推时，需要提前施做导向平台，使盾构机沿着隧道设计轴线前进，同时为了更好的控制盾构机及管片姿态，在导向平台的两侧及底部布设3根导轨（采用16#工字钢）。

因此，导台施做及导轨布设的精度是保证盾构及管片姿态的关键。

混凝土导台位于隧道底部60º范围内（见图2-5），导台表面与盾构机刀盘外轮廓有10mm间隙，导台半径3150mm，采用HPB235钢筋、C30混凝土，导台厚度150mm，矿山法隧道初期支护应尽量保证其设计净空，以确保导台上表面的高程符合设计要求，并能保证混凝土导台的设计厚度，以达到足够的强度。

导台
两侧及底部布设3根导轨，导轨采用16#工字钢，表面高出导台表面20mm。

5.2.1 导台施工断面图
5.2.2掘进模式的选择及掘进参数的确定
1、掘进模式的选择
盾构在过空推段施工时，一般采用敞开式模式。

由于矿山法初支已经完成了土体的开挖，在掘进过程中盾构不切削土体，不需克服土体的压力，只需要克服盾构机与导台导轨之间的摩擦力即可往前掘进。

此摩擦力主要通过推进油缸提供的力来克服，故盾构掘进时油缸移动有两种模式，一种是推进模式，一种是管拼模式。

推进模式是通
过所有推进油缸的推力来使盾构前进，单个油缸提供的力较小，盾构前进比较平稳；管拼模式是通过人工使用管拼遥控器来控制油缸的伸缩使盾构前进，个别油缸提供的力较大，受力不均匀，不容易控制盾构姿态。

为了控制盾构机的姿态，一般采用推进模式。

2、掘进参数的确定
盾构施工中，选择合理地掘进参数对控制地面沉降及成型隧道线型，保证施工质量，提高施工的效率至关重要。

在盾构过超长空推段施工时，悬着合理地掘进速度及推力对控制盾构机姿态至关重要。

1）千斤顶推力F
确定推力需考虑以下因素：
①盾构机推进需克服的摩擦力
②克服刀盘前的水土压力
③掘进速度
④管片的承受能力
⑤控制掘进方向
⑥最大扭矩
根据计算及施工经验，确定空推阶段是F=300～500t。

2）掘进速度
根据土质、扭矩、推力和土仓压力等综合确定，受土质影响最大。

空推段一般v=50mm/min。

5.2.3 盾构掘进施工、管片选型及拼装
在确定了盾构掘进模式及参数后，专业工程师及时下达掘进指
令。

盾构操作手在接到指令后，严格按照指令进行操作，及时反馈相关信息。

专业工程师根据反馈信息进行分析，对掘进参数进行微调整，确保掘进参数设置最合理，从而保证施工质量，提高施工效率。

在确保盾构机沿着隧道设计轴线掘进的前提下，选择合适的管片类型和正确地安装管片将是保证隧道质量的主要措施。

选择正确的管片必须综合考虑以下因素：
1、线路特点
2、推进千斤顶的行程差（左右和上下）
3、盾尾间隙（上、下、左、右）
4、铰接油缸的行程差
5、盾构机掘进方向与设计轴线的相对关系
6、错缝拼装
根据上述因素，可以在一环掘进前预先确定该环的管片类型，完成该环掘进后，再根据最新的数据进行微调（一般情况下，管片类型不变，封顶块位置可能有变）。

管片拼装一般均按照先下后上、先纵后环、左右交错、纵向插入、封顶成环的工艺进行。

5.2.4 豆石喷射
根据设计量计算，每环管片背后至少喷射2m3豆粒石充填缝隙，由于矿山法隧道开挖的不规整，每环豆粒石的用量不尽相同。

豆石喷射前，在刀盘前面焊接好支架，在其上面放两台喷射机，随着盾构往前掘进同步前进。

在刀盘2点及10点位，布设两根108mm的镀锌钢
管，长度为7.5m，往盾尾管片外侧喷射豆石。

为防止豆石和浆液向盾构机刀盘前方流窜，每隔6m在盾构机切口四（不小于300º）周用袋装砂石料围成围堰，利用混凝土喷射机从刀盘前方向盾构后方吹填豆石，当盾壳顶部与沙袋顶部形成自然坡度时停止喷射。

吹填豆石是否密实可以从管片吊装孔进行检查。

当豆粒石喷填完毕，从管片吊装孔打入顶撑，顶撑的一端加工成同吊装孔同距的螺丝并固定在螺栓孔内，另一端顶在矿山法隧道初支面上，可以通过调整顶撑的支顶长度来调节管片中心与隧道中心的偏差。

每环管片按照3点、9点、12点位置布设，待管片背后注浆完成后，卸除顶撑，做好防水封堵。

5.2.4豆石喷射填充示意图
5.2.5充填注浆
1、充填注浆方式
充填注浆方式，根据其实施时期可进行如下分类：
1）同步注浆方式
同步注浆与盾构掘进同时进行，通过同步注浆系统及盾尾的内置注浆管，在盾构向前推进盾尾形成空隙的同时，采用双活塞泵二管路
（四注入点）同时注浆。

注浆可根据需要采用自动控制或手动控制方式。

2）即时注浆方式
即时注浆是在每一环掘进完成后，从盾尾的管片注浆孔实施背填注浆的，以尽量缩短尾部空隙的发生和尾部填充时间的延迟。

3）补充注浆方式
根据工程实际情况（如管片渗漏、隧道沉降等），可采取在盾尾数环后的管片注浆孔进行二次（或多次）背填注浆，控制滞后沉降，减轻隧道防水压力。

盾构空推时，刀盘前无压力，盾尾同步注浆注入的浆液由于自重会自动的往前流动，若同步注浆量按照理论计算量注入，将会产生浆液大量流到刀盘前面，造成浆液浪费，同时造成豆石喷射作业不便。

因此，在盾构空推时，我们采取减少同步注浆的量（每环注2方），同时在盾尾10环后的管片注浆孔进行二次补注浆，即采取同步注浆加二次补注浆的方式。

2、充填注浆的目的
矿山法初支直径为6300mm，管片外径为6000mm，因此，当管片脱出盾尾后，在土体与管片之间将形成一道宽度为15cm的空隙。

应立即注浆充填，注浆的目的有三个方面：
1）充填管片与矿山法初支的空隙；
2）限制管片位移和变形，提高结构的稳定性；
3）作为隧道第一道防水层。

3、注浆的材料及配比
在正常段掘进中，一般采用水泥砂浆。

盾构在过空推段时，刀盘前无压力，盾尾同步注浆注入的浆液由于自重会自动的往前流动，因此，采用惰性浆液，减少浆液的流动性及凝结时间。

水泥砂浆和惰性浆液的材料配比见下表：
表5.2.5-1 水泥砂浆配合比表单位：kg/m3
浆液的初凝时间约为10h，24h抗压强度为0.5MPa，3天抗压强度为2MPa，28天抗压强度为6MPa。

表5.2.5-2 惰性浆液配合比表单位：kg/m3
浆液的初凝时间约为2h，24h抗压强度为0.5MPa，3天抗压强度为1MPa，28天抗压强度为3MPa。

4、注浆技术参数
1）注浆压力
注浆压力一般指注入口处的压力，是由地基条件、水泥强度及盾构形式和使用材料特性综合决定出其适当值。

根据施工经验，多采用0.1～0.3Mpa的压力，但考虑空推的特殊情况，对注浆压力不严格要求，约0.05Mpa。

2）注浆量
注浆量一般基本上是采用几何学上规定的尾部空隙量的观点，但由于注浆材料与围岩的渗透性、加压导致向围岩内的压入、排水固结、超挖等原因，注浆量往往达到理论计算空隙量（从盾构外径面积扣除管片外径面积计算的量）的120～150%。

根据刀盘开挖直径和管片外径，可以按下式计算出一环管片的注浆量。

V=π/4×K×L×（D12-D22）（5.2.5.4-1）
式中：
V ——一环注浆量（m3）；
L ——环宽（m）；
D1——开挖直径（m），考虑矿山法超挖的因素，取6.4m；
D2——管片外径（m）；
K——扩大系数取1.2。

代入相关数据，可得：
V=π/4×1.2×1.5×（6.42-62）
=7m3/环
考虑到每环充填2 m3的豆石以及浆液的流失，选择每环的注浆量为6 m3。

其中同步注浆2 m3，二次补注浆4 m3。

3）注浆速度
同步注浆速度应与掘进速度相匹配，按盾构每完成1环1.5m掘进的时间内完成该环注浆量来确定其平均注浆速度。

4）注浆结束标准
采用注浆量指标控制标准，即当注浆量达到设计值的85%以上时，即可认为达到了质量要求。

5、注浆设备
充填注浆设备因施工规模、注浆方式等呈现出各种各样的形式。

在正常段掘进施工时，所需要的主要设备如下：
1）注浆控制系统：在注浆系统旁，由专业操作人员控制，根据盾构机掘进状况决定注浆量。

2）搅拌站：自行设计建造水泥浆搅拌站一座，搅拌能力35m3/h。

3）同步注浆系统：配备6m3砂浆旋转搅动罐1个、2台用于砂浆的双活塞泵， 4个盾尾注入管口及其配套线路。

4）运输系统：采用管道输送方式及电瓶车运输。

在盾构空推施工时，由于采用惰性浆液，需要对设备进行改造，具体如下：
1）搅拌站下浆泵及电频车上抽浆泵需要更换为螺杆泵；
2）盾构机台车上的砂浆罐的下浆口的位置要改变，注浆泵的其中1台双活塞泵更换放置的方向。

5.2.6 现场施工监测
在矿山法初支，盾构空推拼装管片施工时，盾构机沿着导台及导轨往前掘进，不切削土体，不对周围的土体产生扰动，不影响地表沉降，在此对地表沉降不做分析。

在盾构空推拼装管片施工时，测量监测的重点是盾构机及管片姿态监测。

根据相关规范及要求，盾构机姿态应控制在正负50mm范围内，对成形隧道线型控制要求如下：水平
及高程实际偏差不超过正负100mm，即管片姿态不能超过正负100mm。

1、盾构机方向控制（VMT自动导向系统）
隧道掘进中的方向控制是确保隧道施工质量的关键因素。

根据规范，线路中线平面位置和高程的允许偏差均为±50mm。

本区间盾构隧道选用的海瑞克土压平衡式盾构机配备了一套SLS-T自动导向系统。

该系统由德国VMT公司设计、生产，由硬件和软件两部分组成，硬件部分主要由LEICA R1202激光全站仪、ELS电子激光标靶、黄盒子、控制箱、计算机及数据传输系统组成（参见下图5.2.6所示），系统正常工作时，就可以让盾构机操作手在盾构掘进过程中实时了解盾构机与隧道设计中心线（DTA）之间的偏差值。

5.2.6盾构机自动导向系统工作示意图
2、成型管片姿态测量
对拼装成型的管片水平和垂直中心姿态进行测量，以确定管片是否符合设计限界的要求，通常每掘进30环须测量一次，每次重复测
量几环，在盾构掘进姿态和注浆不理想以及在容易引起环片上浮的地层，必须加密测量次数。

在本地段施工中，人工对管片姿态测量结果显示，管片姿态控制在规范允许范围内。

具体见下表所示：
表5.2.6-1 环片姿态人工测量报表
5.2.7 劳动组织
根据本工程的特点及施工要求，管理及施工生产人员配备如下：
表5.2.7管理人员配置
序号工种（岗位名称）人员配备
1 生产副经理 1
2 安全主任 1
3 技术主管 1
4 技术 4
5 安全员 2
注：根据施工现场生产的需要，随时增加人员，保证施工进度，确保工期。

施工生产人员40人，其中管拼操作手2名，喷浆手2人，电瓶车司机2名，电工2名，机修2名，其它人员30名。

6．材料与设备
本工法用到的主要材料有钢筋、水泥、砂子、膨润土、粉煤灰、管片、工字钢、豆石等，采用的主要机具设备见下表6-1。

表6-1机械设备配备表
7.质量控制
在施工的整个过程中，将全面推行施工质量过程控制，切实抓好每道施工工序的质量，以工作质量来保证工程质量，用科学的管理、严格的制度来创造优质工程，把人为的因素对工程所造成的隐患降到最低。

建立了完善的质量保证体系和管理机构，配备了高素质的项目管理和质量管理人员，强化“项目管理，以人为本”的指导原则，对隧道初期支护分部工程进行统一管理，并随时受到业主，监理的监督管理，确保施工工程质量主要从人员组织与安排、材料与设备管理、施工技术控制、测量等方面入手。

具体质量控制要求：
7.1成立以项目经理为组长的现场文明施工领导小组，负责本项目施工现场的文明施工管理工作，并结合本项目实际制定文明施工管理细则，报监理工程师批准后实施。

7.2项目经理部制定施工现场场地管理、施工秩序管理、施工卫生管理、环境保护管理、交通安全管理、成品保护管理实施细则，并上墙广泛宣传，认真落实。

7.3定目标、抓管理、抓考核，争树文明施工工地，树立地铁建设的良好形象。

对业主下发的有关文明施工的文件，认真学习，对存在的问题及时整理到位。

8.安全措施
本工程盾构掘进工程属于危险性较大分部分项工程，严格执行安全管理制度及操作规程，贯彻地方政府环保法规及ISO14001、OHSAS18001的有关规定，明确本标段的环保要求，增加投入，制定相应措施，处理好施工与安全的关系，并保护好工人身体健康。

8.1工程开工前编制有安全技术的施工组织设计及技术复杂的专题方案，严格审核、批准程序。

8.2建立健全项目安全生产保证体系，建立和实施安全生产责任制。

项目经理是安全生产第一责任人，主管施工生产的副经理是安全生产责任人，各作业点设安全监督岗，建立具体的安全责任制，将安全生产责任制层层落实。

8.3编制安全计划、安全技术方案和安全措施，组织项目施工的安全教育和技术培训考核，建立安全生产奖惩制度，认真贯彻落实。

8.4确保必需的安全投入，购置必备的劳动保护用品，安全设备及设施齐全，满足安全生产的需要。

8.5坚决贯彻“安全第一，预防为主”的方针。

8.6施工现场设置安全宣传标语牌，危险地点按《安全色》（GB22893-82）和《安全标志》（GB2894-82）要求悬挂标牌，有人经过的坑洞夜间设红灯示警。

8.7施工现场临时用电按《施工现场临时用电安全技术规范》（JBJ46-88）执行，防止误触带电体。

8.8氧气瓶与乙炔瓶要隔离存放，使用时隔开至少5米，并配备防止回火的安全装置。

8.9电焊机要安装二次降压保护器。

8.10盾构机、电瓶车、龙门吊等机械严格按照操作规程进行操作，所有特殊设备操作人员持证上岗。

8.11进行压气作业的人员要进行健康体检并进行专业培训，合格后方能进行还到作业，作业前对土仓内气体进行检测。

8.12编制现场危险源动态分析表，对现场安全风险进行动态管理。

8.13针对风险较大的危险源编制应急预案并定期进行演练。

9.环保措施
在建设施工的全过程中，根据客观存在的粉尘、污水、噪音和固体废弃物等环境因素，实施全过程污染预防控制，尽可能的减少和防止不利的环境影响。

我们对施工中产生的固体废弃物进行分类处理，噪音控制满足GB12523-90要求，实现废水排放浓度指标100%达标。

9.1防止大气污染
9.1.1采用的水泥和细颗粒散体材料，要在库房内存放或现场遮盖，运输时车辆要封闭，防止飞扬。

9.1.2易产生粉尘的施工现场经常撒水，减少扬尘。

9.2 防止水污染
9.2.1设置沉淀池，使施工废水经沉淀后再排入市政污水管线，废泥浆和淤泥使用专门的车辆运输，防止遗洒，污染路面，做到现场无积水，排水不外溢，不堵塞，水质达标。

9.2.2 各种机械油存储和使用时都要采取措施，防止污染环境。

9.3 防止噪声污染
在施工现场严格遵照《中华人民共和国建筑施工场界噪声限制》来控制噪声，选用低噪音设备，采取消音措施降低施工过程中的施工噪音。

9.4防止施工周围场地污染
9.4.1施工现场进行封闭围蔽，建筑垃圾及时进行清理；
9.4.2施工场地内进行硬化，设置专门排水设施。

10.效益分析
10.1经济效益
运用本工法整个施工过程的成本约为盾构直接空推方法的80%，即节约成本在50万左右，本工法施工工期短，总体工期节约30天左右，经济效益显著。

10.2社会效益
运用本工法进行超长矿山法隧道盾构空推方法，施工粉尘少、进度快、效果好，在豆粒石喷射、注厚浆和盾构掘进交替施工，节约工期；同时此种方法有效控制管片错台和破损，隧道线型控制符合设计规范要求，受到东莞市政府部门、业主及市民的一致好评，社会效益明显，在国内类似施工项目中推广前景广阔。

11、应用实例
本工法成功应用于东莞轨道交通R2线超长矿山法隧道盾构空推施工，在运用过程中主要解决了以下问题：在空推施工过程中，通过采用豆石喷射和注惰性浆液相结合施工方法，大大减少管片破损和错台，同时采用了导台加导轨施工方法，提高了盾构空推施工进度，比一般盾构空推施工方法安全、效果好、效率高，经济和社会效益显，得到建设单位、监理单位及同行兄弟单位的一致好评。