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盾构机换刀、纠偏、过障碍、联络通道的施工方案

辽统监表A—12规档编号：

工程名称:沈阳地铁二号线世下区间 B标段第()号

JCT2358-2016 后张法预应力混凝土空心板梁上海上咨建设工程咨询有限公司

沈阳市振东建设工程监理公司

致：上海上咨建设工程咨询有限公司沈阳市振东建设工程监理公司

项目经理（签字）：年月日

审查结论：□合格□纠错后重报

专业监理工程师（签字）：年月日

审查结论：□合格□纠错后重报

总监理工程师（签字）：年月日

本标由施工单位填报，一式四份，经项目监理机构审批后，施工单位留存一份项目监理机构收存三分。

盾构换刀、纠偏、过障碍、联络通道施工专项方案报审表

盾构换刀、纠偏、过障碍、联络通道施工专项方案报审表

市政集团公司技质部审批意见：

沈阳地铁二号线下深沟站项目经理部

第一章专项方案编制说明

按照业主及设计单位协调配合的要求，在满足业主工期、造价、质量、职业健康安全、环境保护及文明施工要求以及设计文件中安全稳妥地维护环境稳定意图的基础上，把盾构施工过程中常见的问题进行叙述编制成专项施工方案。作为编制本专项方案的重要基础材料有以下内容：

沈阳市地铁二号线土建工程招投标文件及我单位投标文件。

业主要求的质量标准及我单位的创优规划。

工程所在地的地质、水文、气候及地理条件。

我单位现有的施工技术水准、管理水平和机械设备综合配套能力。

我单位已掌握的成熟的施工工艺及工法。

招标标文件中指定的工期及盾构调头和下井时间。

国家、辽宁省现行工程建设领域的规范、规程、标准以及有关的行业法规和法令等。

认真贯彻国家和沈阳市对工程建设的各项方针和政策，严格执行工程建设程序。

以确保安全、质量、工期为前提，具有施工的可操作性。

采用先进的监控量测及信息回馈系统指导施工。

充分利用现有施工机械和设备，充分发挥机械化施工的优势，提高施工项目机械化程度；改善劳动条件，提高劳动生产率。

采用先进施工技术，科学地制定施工方案；严格控制施工质量，确保施工安全；努力缩短工期，降低工程成本。

尽可能减少施工临时设施，合理储存物资，减少物资运输量；

科学规划施工平面图，合理布置施工场地。

线路起终点左右线间距为13米，下深沟站为岛式站台车站。线路在纵断面上采用v形坡，下坡坡度依次为15‰、5‰，上坡坡度为3‰、15‰。线路在K19+780.000里程位置达到最低点，该里程处设置联络通道兼排水泵房。

在勘探深度范围内，该场地地基土主要由第四系全新统和更新统粘性土、砂类土及碎石类土组成，其下为基岩。地层划分主要考虑成因、时代以及岩性，划分依据野外原始编录、土工试验结果，同时参照原位测试指标的变化。自上而下依次描述如下：

1.第四系全新统人工填土层（Q4ml）

粉质粘土填土（①）层：黄褐色～灰褐色，松散，稍湿。主要由粘性土构成，含少量砂砾，表层含植物根系。

该层分布较连续，层底标高43.39～45.26m。

2.第四系全新统浑河新扇冲洪积层（Q41al+pl）

该层分布连续，层底标高19.68～23.81m。

3.第四系上更新统浑河老扇冲洪积层（Q32al+pl）

该层分布连续，层底标高10.03～14.49m。

4.第四系中更新统冰积层（Q2gl）

1、地下水类型及赋存条件

拟建场地地下水类型第四系松散岩类孔隙潜水，主要含水层为砾砂圆砾④4层、砾砂圆砾⑤4层，水位埋深为10.8～15.6m，水位标高为29.44～34.03m。

2、地下水补给、径流和排泄条件

拟建场地地下水的补给来源主要为侧向迳流。主要排泄方式为人工开采和侧向径流。地下水总体流向为由北东向南西。

勘察期间水位埋深10.8～15.6m。据前人资料显示，区内地下水位一年有两次突升。一次在五月初因大伙房水库大量放水；另一次出现在七月末至八月初的主汛期，此时达到最高水位。九月下旬至次年四月末，地下水位最低，地下水位年变幅约2m。

地下水位的动态变化还受地下水开采量的控制。当开采大于补给时，就会消耗含水层的储存量，引起地下水位下降。当丰水季节或丰水年地下水补给量大于开采量时，地下水位随之上升。

勘察期间实测地下水水温约为9℃，为冷水。

第四章盾构施工换刀方案

（一）、盾构换刀的原因分析

刀具更换原则：根据盾构机推进过程中的刀盘扭矩、推力以及出土温度而定。

如果盾构机在推进过程中刀盘扭矩和推力增幅较大，且一直没有下降的趋势则可能需要更换刀具。

盾构机在出土温度一般用人的手温来感觉，如果在盾构推进的过程中，出土温度使人手感觉烫手，判断可能是刀盘与砂层摩擦所致。

从以上两个原因判断刀盘道具可能磨损严重，应及时采取无压开仓方式对盾构机刀具进行检查，检查周边的刮刀和先行刀耐磨块是否磨损严重或损坏。此外，在通过三环立交桥和高速公路匝道前要提前对试推阶段采集的数据进行分析和地质调查，并根据以上两种现象推断刀具的磨损情况，判断以现有情况能否安全通过三环桥和高速公路匝道。如无法通过，应提前换刀从而避免在三环立交桥和高速公路匝道下方更换刀具，造成较大的经济损失。

（二）、换刀方案的选择

本项目使用的是法国维尔特土压平衡盾构机，推进时在刀盘前方喷射泡沫剂改良土壤。在使用泡沫剂的同时加入适量的膨润土，起到减小盾构机机身与土体的摩擦力，改良土体和保护刀盘的作用，减小刀盘的磨损降低中途换刀的几率。刀盘的外周边刮刀和切削刀采用螺栓连接，人闸设在中部偏上，而且从个人健康角度考虑，不允许带压焊接，常规做法是地面加固后常压进仓更换或地面做竖井到刀盘前面更换。如果采取地面注浆后排土从人闸进到刀盘前进行换刀，首先盾构机停机位置所处地层如果为砂卵石，根据沈阳现有经验该地层主要以中砂为主，由于渗透系数大易造成窜浆，加固效果不佳。同时为了满足安装刀具的操作空间需要在刀盘前掌子面上掏一猫耳洞，这就严重扰动本来加固效果不佳的土体，极易造成塌方发生工程事故。同时地面注浆加固耗时过长、造价高，再考虑到钻孔注浆加固也不利于环境保护，因此采用人工挖孔施工工艺对盾构机刀具进行更换比较理想

本工程施工组织机构见【图1施工组织机构图】。

(一)、工作井技术参数

工作井开挖直径为1500mm，深度16m左右，工作井护壁厚度采用150mm，详见计算说明书。工作井护壁用C25混凝土浇注，密实早强，配合比以实验室配合比为准，必要时添加少量速凝剂，现场实际称量。

为顺利、安全、圆满完成本工程，我公司组织具有丰富施工经验的技术人员担任本工程项目负责人，并组织熟练工人进行施工，人员设置具体如下：

项目负责人：1人　技术负责人：1人

现场指挥：1人安全员：1人

根据工程需要，本工程设备配置如【表1施工机械设备表】所示。

工作井施工流程详见【图2工作井施工流程图】。

根据盾构机刀盘与工作井所在位置进行测量放线，定出井位及尺寸（具体位置见附图）。

（2）按现场实际情况，确定原材料堆场、机具棚等搭设工作。

（3）工作井井口护筒施工，详见【图3工作井井口护筒大样图】。

a.按要求确定井位线后应严格复查，无误后方能作下道工序的施工。

b.定位井位线应待井口护筒完工并复查无误后拆除。

图3工作井井口护筒大样图单位：（mm）

c.井位轴线偏差应＜20mm。

d.井口护筒应建在竖实的土层上，井口护筒高200mm，厚度为200mm。用C25混凝土浇筑，浇筑前以定位井为圆心，以0.8m为半径划圆作为井圈内径，清除此范围内浮土。

e.当井口护筒施工无误后应在圆孔内壁十字轴线大约位置范围内作四至五块面积约200mm×300mm水泥砂浆抹灰面以备作井位轴线及孔口标高标记，井位轴线及标高标记宜用红色油漆涂刷。

f.施工中应严格保护好轴线和标高标记。

（4）挖取土方施工及浇筑护壁

图4工作井护壁大样图单位：（mm）

a.护壁是关系到施工安全的关键工序，必须严格按设计要求及施工规范浇注每节护壁，保证每层护壁的壁厚、工作井尺寸及牢固性。

b.土方施工每节开挖深度为1000mm左右，开挖面上口应以井圈内沿下挖，下口护壁外型尺寸呈"八"字形。每节应按护壁下口外沿尺寸作修边处理，成型后的上面成水平状。为装模灌注护壁作好准备。井孔内挖出的土方应运至井10m以外或指定地点存放，不允许乱堆。

c.护壁模板采用拆上节、支下节重复周转使用。模板之间用卡具、扣件连接固定，必要时可以在每节模板的上下端各设一道圆弧形的用槽钢或角钢做成的内钢圈作为内侧支撑，防止内模因涨力而变形。不设水平支撑，以方便操作。

d.护壁砼每挖完一节以后要立即浇筑混凝土。混凝土采用人工现场拌制，人工浇筑，人工捣实，砼强度为C25，配合比由试验室确定，坍落度控制在80～100mm，确保孔壁的稳定性。

e.护壁混凝土所需水泥、砂石料采用袋装运输、堆放，挖出的土方堆放需铺垫铁皮，避免污染路面，注意保持环境卫生和现场文明施工。

f.每节护壁做好以后，必须将井位十字轴线和标高测设在护壁的上口，然后用十字线对中，吊线坠向井底投射，以半径尺杆检查井壁的垂直平整度。随之进行修整，井深必须以基准点为依据，逐根进行引测。保证工作井轴线位置、标高、截面尺寸满足设计要求。

第一节井孔成孔以后，即着手在井孔上口架设垂直运输支架，要求搭设稳定、牢固。

（6）安装吊桶、照明、活动盖板、水泵和通风机

a.在安装吊桶时，注意使吊桶与井孔中心位置重合，作为挖土时直观上控制井位中心和护壁支模的中心线。

b.井底照明必须用低压电源(12V、100w)、防水带罩的安全灯具。井口上设围护栏。

c.井孔口安装水平推移的活动安全盖板，当井孔内有人挖土时，要掩好安全盖板，防止杂物掉下砸人。无关人员不得靠近井孔口边。吊运土时，再打开安全盖板。

d.当地下水量不大时，随挖随将泥水用吊桶运出。地下渗水量较大时，吊桶已满足不了排水，先在井孔底挖集水坑，用高程水泵沉入抽水，边降水边挖土，水泵的规格按抽水量确定。要日夜三班抽水，使水位保持稳定。地下水位较高时，要先采用统一降水的措施，再进行开挖。当进尺接近盾构机拱顶以上两米范围内时人必须站在盾构机一侧施工，防止施工人员掉进因盾构不正常推进产生的空洞里，造成人身事故，如果发现有地下空洞而不能支模作护壁时，可下钢护筒与连接筋焊接作护壁，待焊接完成后将钢护筒取出以免影响后续推进。

e.当井孔深大于10m时，要向井下通风，加强空气对流。必要时输送氧气，防止有毒气体的危害。操作时上下人员轮换作业，井孔上人员密切注视观察井孔下人员的情况，互相呼应，切实预防安全事故的发生。

（7）开挖吊运第二节井孔土方(修边)，从第二节开始，利用提升设备运土，井孔内人员要戴好安全帽，地面人员要拴好安全带。吊桶离开孔口上方1.5m时，推动活动安全盖板，掩蔽孔口，防止卸土的土块、石块等杂物坠落孔内伤人。吊桶在小推车内卸土后，再打开活动盖板，下放吊桶装土。

（8）逐层往下循环作业，将井孔挖至设计深度，清除虚土；井孔挖至规定的深度后，用支杆检查井孔的直径及井壁圆弧度，上下要垂直平顺，修整孔壁。

（9）在工作井护壁下部2~3m范围采用钢格栅、竖向设置连接筋，形成暗梁结构，同时打设小导管（小导管长度1500mm）对地层进行加固处理，小导管注浆范围根据现场实际情况予以加大，以确保施工安全。

（10）最后四节护壁施工时必须调整长度，保证倒数第二节下沿正好骑在盾构机拱顶上，最后一节护壁只做刀盘前部，护壁与刀盘之间的间隙采用木板作为临时支撑用丝杠顶住，需要转动刀盘时拆掉临时支护，待刀盘转到下一修复位置、观察到土体稳定时再恢复临时支撑。

（11）进行盾构机刀具更换，详见后续，盾构机刀具更换施工。

（12）在更换完所有需要更换的刀具后，用级配砂石进行回填，回填时必须拆除倒数第一节护壁，以免影响盾构机后续掘进施工，回填时采用30cm一步，人工夯实，最后2m用粘土回填并夯实。然后，盾构机才可以进行掘进施工。

1、挖孔前复核测量基线、水准点及井位。

2、每挖完一节，必须根据井孔口上的轴线吊直、修边、使孔壁圆弧保持上下顺直，保证井体垂直度。

3、开挖前要掌握现场土质情况，缩短每节高度，随时观察土体松动情况，必要时可在坍塌处用砌砖，钢板桩、木板桩封堵：操作过程要紧凑，不留间隔空隙，避免塌孔。

4、孔底出现积水：当地下水渗出较快或地表水流入，抽排水不及时，就会出现积水。开挖过程中孔底要挖集水井坑，及时下泵抽水。

1、设立专门的测量放线小组，测量仪器及工具事先检查、定期校正。测量控制的重点是保证工作井定位及成孔垂直的控制。

2、挖孔的垂直度和直径尺寸应每挖一节检查一次，发现偏差及时纠正，以免误差积累不可收拾。

3、鉴于模板工程是保证护壁质量工作井尺寸好坏的重要环节，模板安装完毕后，必须经质检员对孔径尺寸、垂直度进行验收，合格后才可浇筑护壁混凝土。

（2）、执行岗前安全教育和安全交底制度，执行安全检查。

（3）、应严格按照规程施工，严格执行国家有关施工安全管理规定以及公司各项安全操作技术规程。

（4）、进入施工现场要戴安全帽，严禁酗酒及酒后作业。

（5）、井下操作人员连续工作时间不宜超过2小时，应轮换工作。

（6）、施工机械每天(班)应有检查，检查项目：钢丝绳、场地情况、电缆线路及器材，发现问题应及时排除，附配件损坏应及时更换好后方可施工。

（7）、每日开工前应检测井下有无危害气体和不安全因素，孔深大于10m以及腐殖质土层较厚时，应有专门送风设备，风量不应小于25L/s，向工作井内作业面进行15分钟换气后才可以进行作业。当井孔内土层中含有害气体及有机物质较多时除加强通风外，还应对有害气体加强监测。

（8）、机械运转时，严禁进行部件修理，更不能用手提拿钢丝靠近滑轮位置.

(9)、井孔口应严格管理。井孔口应设置高于地面200mm的护板，防止地面石子或其他杂物等被踢入井孔中。地面孔口四周必须有护栏，高度不低于800mm。无关人员不得靠近井孔口，井孔口机械操作人员不准离开岗位。口袋内不得放置物品(如钥匙、钢笔、怀表、打火机、小型工具、玩物等)，以防坠入井孔中。

(10)、井孔下作业人员必须戴好安全帽、穿好绝缘胶鞋、井孔口与下部作业人员应有可靠的联络设施。如井孔口管理混乱，井孔内应立即停止作业回到地面上。地面孔口作业人员需待井下作业人员上来后方可离岗。

(11)、井孔洞口上应设置悬挂软梯，并随井孔深度放长，以备意外情况时有关人员能顺利上下。正常情况下，操作人员上下应乘坐吊篮或专用吊桶。开机人员应专机专人，集中思想认真注意井孔内一切动态，电器开关不得离手。吊钩应有弹簧式脱钩装置，防止翻桶、翻篮、脱钩等恶性事故发生，严禁站在装渣桶边缘口上下。垂直运输机具和装置，必须配有自动卡紧保险装置。

（12)、施工现场的一切电源、电路的安装和拆卸必须由持证电工操作，电器必须严格接地、接零和使用漏电保护器。

13、机械操作工、电工、电气焊工等工种人员持证上岗，非机械操作人员严禁上机操作及玩弄各种设备及按钮。

14、采用严格的安全生产经济奖罚制度。

15、施工现场设立醒目标志牌，加强现场管理，严格出入制度，禁止非施工人员进入施工现场。

（2）、安全事故原因及应对措施

据调查,发生安全事故的原因主要有以下六类：

井孔第一节护壁高出地面20cm，防止杂物滚落孔内伤人，防止地表水流入；孔下有人作业时，孔口有人监视防护，孔口配合人员应集中精力，密切监视孔内情况，积极配合孔内人员进行工作；在孔内上下传送工具物品时，严禁抛掷；及时清理场内的土石方，孔口1.0m范围内严禁堆物；人员上下要系安全带，孔内作业人员戴安全帽。

2、地面人员失足跌入井孔

为防止地面人员和物体落入井孔内，孔口四周必须设置临时护栏(一般0.8m高)。停止施工时盖好孔口，防止人员坠落；孔口监视人员不得擅自离岗，离岗前要做好交接工作。

施工场地内一切电源、电器的安装和拆除，必须由持证电工操作；所有电器设备严格接地、接零和使用漏电保护装置；电器安装后必须经验收合格方可使用。照明电源采用12V安全电压，灯具开关和井孔内的电源线采用防水、防潮产品；水泵用防水的尼龙索作为受力绳具，严禁用电缆吊放水泵。

不得用人工拉绳子运送人员或脚踩护壁凸缘上下井孔。支架应稳定牢固，使用前必须检验其安全起吊能力。井孔内必须放置软爬梯或设置尼龙绳，并随挖孔深度增加放长至工作面,作为救急备用。

5、井孔内涌水、涌混、涌砂

每天开工前，应将井孔内的积水抽干。在井孔开挖过程中，出现局部涌水时，用钢护筒作护壁，并减短护壁高度，采取短开挖，紧护壁的方法施工；孔内抽水时，密切注意井孔四周地表变化，预防下陷和坍塌。

6、井孔内出现有毒气体致使人员窒息

当井孔开挖深度超过5m时，每天开工前应进行对孔内有毒气体的检测，并用鼓风机向孔内送新鲜空气5分钟，使孔内混浊空气排出，才准下人。孔深超过10m时，地面应配备向孔内送风的专门设备，风量不宜少于25L/s。鼓风机的进风口远离可能产生有害气体和粉尘的位置。

根据世下区间盾构隧道覆土情况最深处覆土为14米左右，再则换刀一般只需考虑更换切削刀和刮刀，因此，工作井只要开挖到隧道拱顶往下1m处就可满足施工需要，即工作井深15m。

工作井直径按照一个专业焊工所需工作空间进行设计，工作井直径设计为1500mm。

2、工作井护壁厚度计算

混凝土护壁厚度t可按下式计算：

式中N——作用在混凝土护壁截面上的压力（N/m2），N=p×D/2

K——安全系数，一般取K=1.65；

fc——混凝土轴心抗压强度（MPa）；

P——土和地下水对护壁的最大侧压力（MPa）；

式中：
——土的重度（kN/m3）；
——挖孔护壁深度（m）；

——土的内摩擦角（°）；

P=19×0.8×0.59+19.6×6.6×0.73+×19×1×0.28+19.9×3.6×0.24

用C25混凝土，fc＝10N/mm2，D＝1.5m

T=1.65×125.91×103×1.5/2×10×106«150mm

因此，工作井护壁厚度采用150mm，密实早强，配合比以实验室配合比为准，必要时添加少量速凝剂，现场实际称量。

工作井深度范围内卵石层较厚，考虑到卵石层特点是较为松散，自立性差，为加强护壁安全性，护壁按构造配筋，详见【图1工作井井口护筒大样图】、【图2工作井护壁大样图】。护壁形式采用外齿式护壁，作为施工用的衬体，以增加抗塌孔能力。

图1工作井井口护筒大样图

在工作井护壁下部2~3m范围采用钢格栅、竖向设置连接筋，形成暗梁结构，同时打设小导管（小导管长度1500mm）对地层进行加固处理，小导管注浆范围根据现场实际情况予以加大，以确保施工安全。

沈阳地铁二号线十五标段项目经理部

五、盾构机刀具更换施工

（一）施工部署及各项准备

1作业层组织机构（如图5）

在刀具更换作业层中成立指挥组1个、协调组1个、技术顾问组1个、井内作业组2个、地面监控测量组1个及应急组1个。

图5刀具检查、更换施工管理机构图

组长由工区总工担任，负责技术方案和技术交底的编制。

组长由工程组组长担任。负责施工过程中人、机、料的统一布置；负责井内外的协调组织及现场的统一指挥；负责与测量组和井内作业组的沟通及联络。

设2个作业组，组长由当班机械工程师担任。分别配备土建工程师1名和机械工人1名、焊接操作人员4名。

该组负责进入工作面对刀盘前方土体状况和刀具磨损情况做出判断。机械工程师负责与井外协调人员的联络；负责对刀具磨损情况做出判断。土建工程师负责对开挖面土体的稳定性作出判断，观察盾构机周围是否有障碍物或水泥块体。

（5）地面监控测量组：

组长由测量工程师担任。在刀具更换程中，负责对地面的沉降状况进行24小时实时监测，并将测量结果及时报告协调组组长。

负责现场紧急情况的处理，组长由安全员担任。应急组由安全员、电气工程师、盾构机操作手和电工及电瓶车司机等人员组成，对各种紧急情况进行处理。

2设备、材料及机具计划表

表2设备、材料及机具计划表

表3刀具检查、更换人员配备表

（二）、刀具检查及刀具更换施工

1刀具检查及更换施工步骤（见图6）

图6刀具检查及更换施工步骤图

1、进入竖井内检查的项目有：

（1）竖井内及作业面状态的确认

竖井施工完毕后必须由土建工程师对整个结构及施工工作面进行检查、确认，检查合格后才可进行下一步施工。

（2）照明装置检查确认

竖井及工作面内要保证足够的照明亮度，同时还要检查照明装置的安全、防水、防撞等性能。

（3）有毒有害气体的检测确认

竖井及工作面内要使用空气质量检测仪进行检测，排除有毒、有害气体的存在方可进行施工。

为了防止换刀期间大量水从盾尾涌入土仓内，需要在打开近盾尾处的3环管片注浆孔压入双液浆形成一道止水箍将后面的水挡住。

在换刀施工期间需要旋转刀盘，当刀盘每一幅条旋转到上方竖井接口处时才可检查更换，所以就需要在换刀之前进行刀盘空转操作，检查刀盘旋转时所带的土体对竖井是否造成影响，同时要注意刀盘旋转时人员及工具要及时离开工作面及竖井，以不超过0.5r/min的速度转动刀盘，待刀盘旋转结束后由土建工程师进行工作面及竖井的确认。

(3)、根据土仓内的实际情况要做好使用螺旋机排土

如果工作人员进入竖井后发现刀盘处积土太多就需要通过螺旋输送机适量排土，注意排土期间的地层观测、检查。

(1)、刀具更换、修复施工

①、在工作井内对刀具进行焊接，空间狭小，所以需要合理安排设备和器具以保证作业人员对刀盘进行焊接作业时有适当的作业空间。

②、为了保证换刀人员的安全，只有确认换刀人员和所有设备器具从护壁内撤出后才能旋转刀盘，刀盘旋转位置可从操作屏幕中超挖刀位置可推算出。

a、工具（焊接设备、起重设备等物料）的搬运。

集泰花园工程主体结构钢筋施工方案b、焊接、切割设备接线（注意防止焊接设备漏电）。

c、安装坑内起重装置（如起重葫芦等）和工作平台。

d、通风换气设备安装。

注意运送工具及物料时一定注意安全，保证井下和井上的协调配合，另外要注意时刻检查运输设备的良好性。

天津某新校区群体工程施工组织设计方案.doc（2）、刀具磨损的标准

①、根据现场实际情况来看，如果刀具的硬质合金钢片的长度小于30mm（原始状态为50mm）就需要立即更换。