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1、一、工程概況 機場北站福永站區間風井，位于規劃地塊內，周邊無建（構）筑物，風井西側約55m處有福永河，河寬約36m。風井往機場北站及福永站方向均與盾構區間連接（礦山法初支盾構空推），風井施工期間作為礦山法施工豎井，預留礦山法出土孔。區間風井主體長32米，寬26米，地下三層結構。風井中心里程為ZDK36+196.958；起點里程ZDK36+180.953；終點里程ZDK36+212.960。風井設三個風亭（一個新風亭、兩個活塞風亭）和一個緊急疏散口，均設在規劃地塊內，預留合建條件。本方案主要討論如何順利使盾構機在較短時間內快速、高效通過中間風井實現再次始發掘進。 圖一 中間風井與盾構隧道平面位置2、關系圖 圖二 盾構隧道與風井相對位置剖面圖二、 洞門加固方案盾構機在到達中風井前，為了維持隧道與風井接口處地層的穩定，避免盾構機到達時因地下水流失而導致地面塌方或塌陷，必須根據實際情況對盾構到達中風井段進行地基處理。方案一:1）加固方法中間風井盾構洞門加固段采用108大管棚輔助施工。2）長管棚加固施工工藝管棚布置如管棚布置圖所示。管棚孔口位置在盾構拱部120范圍內，縱向16-22m(根據巖石深度)進行管棚注漿，開挖輪廓線外放300mm位置布置，管棚環向中心間距300mm。（可根據地質情況適當調整，以保證盾構機順利到達為準），外插角約1。注漿管棚采用108mm，壁厚6mm的無縫鋼管，分節安裝,兩3、節之間用絲扣連接，注漿鋼管上鉆注漿孔，孔徑10mm，孔間距200mm，呈梅花型布置。鋼管尾部（孔口段）2.0m不鉆花孔作為止漿段。(圖三 中間風井管棚布置圖) 圖三 中間風井管棚布置圖漿液采用水泥砂漿，初擬參數：水泥漿水灰比0.8:11:1，注漿壓力：采用0.20.4MPa，施工中應據實際地質情況，并通過試驗確定有關施工參數。從管棚導向管按設計鉆孔,鉆孔時將鋼管隨鉆頭一起鉆入地層內,當達到設計深度后停機。鉆頭用長約150mm的121鋼管,并在鋼管一端管口焊接合金制成.鉆頭與鋼管、鋼管和鋼管間用絲扣連接。向管棚內注漿.注漿順序先下后上，全孔可采用后退式分段注漿方式。管棚導向管應嚴格定位，管棚鉆進4、過程中應采用水平測斜儀經常量測管棚的偏斜度，發現偏斜值超出設計要求時，應及時糾偏。施工誤差：鉆孔水平容許偏距沿相鄰鋼管方向不應大于100mm，垂直偏距沿隧道內側方向不應大于200mm（對管棚前端，而非管棚孔口）。施工中應加強現場監測，及時反饋信息，并及時修正設計。補充方案二:采用地面袖閥管注漿加固,加固的目的主要是提高洞頂以上軟弱地層（硬塑狀砂質粘性土、可塑狀砂質粘性土）的強度和防水效果，根據地質情況以及以往對類似地層的加固經驗，選取52袖閥管注漿對地層進行加固，間距0.6m*0.6m，梅花形布置，加固縱向長度為9m,橫向為隧道輪廓線外1m,豎直方向為隧頂往上3m。技術要求： 1）漿液采用水泥5、漿水灰比1:1，使用42.5R普通硅酸鹽水泥，袖閥管施工完畢，應對加固體進行檢驗，必須滿足28d齡期無側限抗壓強度q280.8MPa，滲透系數小于110-6cm/s。若達不到要求，應及時彌補注漿； 2）注漿加固深度范圍內，若遇中風化、微風化地層則該地層范圍不必加固； 圖四 中間風井端頭補充加固三、過中風井方案比選 現代地鐵的設計中，在線路較長的區間中間一般均設計有通風豎井，即中間風井。豎井與盾構法隧道相連。因此區間隧道采用盾構法施工時，存在盾構機必須經過豎井的問題，一般來說盾構過中間風井通常有三種方法：方案具體內容優點缺點方案一盾構機二次始發過站拼裝負環較少,節約成本,風險較小反力架加固要求較6、高,整環負環管片拆除較麻煩;方案二拼裝整環管片通過快捷,時間較短需要負環管片較多成本較高,拆除難度較大方案三拼裝半環+整環管片通過需要時間較短,拆除較方便準備工作要求較高,施工時難度較大 在目前工期十分緊迫的情況下,同時考慮到安全方面的因素(風井跨度較大,縱向30m),而且經項目部多次討論并借鑒其它項目成功實例，決定采用盾構機二次始發過站的方式通過。 四、施工方案1、方案簡介 提前施工弧形砼導臺、鋼導軌。盾構機通過中間風井，采用整體平移+二次始發。盾構機到達中間風井后,利用兩臺油頂將盾構機整體向前平移,距離大里程洞門1m時停止,安裝并加固反力架,拼裝負環進行二次始發,負環管片只貼軟木襯墊，不需7、要貼止水條。在盾構機臺車完全順利進入隧道后，根據施工總體安排，拆除中間風井內的臨時管片，恢復中間風井結構施工。2、施工工作內容及工藝流程施工前準備盾構進洞前，中間風井洞門復測盾構進洞加焊防滾楔塊盾構平移（頂推）鋼支撐加工反力架加固管環加固負環管片拼裝（全環）盾構出洞 盾構機過中間風井是指從盾構機順利貫通進入中間風井（也叫進洞）到盾構經過導臺進行第二次始發脫出中間風井（也叫出洞）的整個施工過程。其工作內容主要包括：施工前準備（砼導臺、導軌設計施工等）、進出洞洞門位置復核測量、盾構平移推進及管片拼裝、管環的加固等。盾構過中間風井施工工藝流程如下圖所示。圖五 盾構過中間風井施工工藝流程圖五、施工準備8、 為確保盾構機順利通過中間風井，盾構機到達前應做好以下準備工作： 1、加固兩端洞門及預埋密封環板。 2、C30砼導臺施工及導軌預埋。 導臺里程為ZDK36+180.953ZDK36+212.96。導臺截面形狀與盾構機外殼類似，半徑為盾體的半徑加鋼軌軌頭厚度，鋼導軌頂面所處弧面半徑同盾體半徑，鋼導軌預埋于導臺內，導臺采用C30混凝土回填，弧形導臺與盾構隧道及中間風井相對關系圖見圖六。 圖六 弧形導臺與盾構隧道及中間風井相對關系圖 導臺及導軌施工要點如下： 導臺及導軌嚴格按圖設計標高及坡度進行控制； 鋼導軌定位要準確，導軌頂面要平順； 砼導臺施工時一要保證模板的弧度，二要保證澆注混凝土時模板的穩定9、性 如果在拆模時發現導臺不夠平整，則必須對它進行修整以到達設計要求。 為防止盾構機進出洞時出現“磕頭”現象，盾構機進洞時導臺及導軌標高比理論值降低50mm，而在出洞前導臺及導軌標高則必理論值提高50mm。六、盾構通過施工1、盾構進洞 在盾構機到達洞門之前，必須提前做好以下準備工作： a、安裝洞門密封裝置（洞門密封圈及B板在盾構機刀盤露頭后安裝，避免盾構機破洞時的混凝土塊砸壞密封板）； b、在中間風井洞門口準備好砂袋、水泵、水管、方木、風炮等應急物質和工具；特別是作好破除圍護樁的準備，保證盾構機及時進入中間風井； c、準備好雙液注漿泵及水玻璃、水泥各一批； d、盾構機到達前，在鋼軌上預先涂抹油脂10、，減少盾體與鋼軌的摩擦力。 在盾構機到達前50米對中間風井附近所有測量控制點進行一次整體、系統的控制測量復測和聯測，對所有控制點的坐標進行精密、準確地平差計算，并對激光經緯儀復檢和盾構機機頭位置人工測量。盾構貫通前30米和10米對TCA托架三維坐標進行人工復測。破洞前30米盾構機姿態保持：機頭水平偏差010mm，機頭豎直偏差0+10mm，俯仰角、偏轉角允許范圍2mm/m； 在盾構機機頭進入距中風井洞門15米范圍后，首先減小推力、降低推進速度和刀盤轉速并控制出土量。無論在何種情況下，推進油缸壓力不得大于100bar，且盾構機推進速度小于20mm/min。在抵達洞門的最后三環，須進一步減小推力、降11、低推進速度，掘進速度控制在510mm/min； 中風井洞門下方堆放一定量的砂包作為緩沖層，以便保護密封裝置。 盾構進入洞門后，洞門密封圈必須用鋼絲繩拉緊。2、盾構管片拼裝 中間風井段管片排列方式如下： 盾構順利頂推至達二次始發位置后,拼裝整環負環,直線前進,直到盾構完全進入洞門。3、中間風井管片支撐 為了提供盾構步進和二次始發的反力，保證二次始發的第“零”環管片定位準確，有效控制二次始發時管片的錯臺量，必須做好管片支撐措施。管片支撐分為底部支撐、兩側支撐、頂部支撐三部分（見下面中間風井管片支撐圖），圖中型鋼全部采用18a。 底部支撐：當管片脫出盾尾后，導臺鋼軌與管片之間存在150mm間隙，每環12、墊2塊木楔，防止管片下沉。 兩側支撐：在風井段設置斜向支撐，管片脫出盾尾后，及時利用鋼管和木楔子固定管片與A1、A3塊管片，防止管片向兩側偏移。 頂部支撐（或底部鋼絲繩）：為了防止管片上浮，對整環管片用鋼絲繩進行捆綁并固定于導臺預埋件上，千斤頂反力由反力架提供。圖七 中間風井管片支撐圖4、盾構在中風井內推進 刀盤在推進過程不宜旋轉，推進時僅使用下部千斤頂（C組），推進速度控制在1020mm/min以內。 為防止盾構機在中風井段推進過程中旋轉，在盾體兩側加焊防滾楔塊； 過站段每環管片在脫離盾尾超過一半后，及時下墊楔形方木塞緊，管片與導臺間的空隙用細砂填充； 盾構姿態由于導臺在澆注時已確定，則盾構13、姿態應與導臺一致。5、在中間風井內進行機械維護、檢修 當盾構機機頭到達中間風井位置時，組織機械、電氣專業人員對盾體部件進行維護和檢修。內容主要包括：刀具、盾尾密封刷檢查更換。6、過中風井后再次始發段的推進 盾構機從中風井再次始發所用反力由反力架提供，始發推進階段總推力按500噸進行設計，因此在始發推進過程中必須注意： 中風井和出洞后6環千斤頂總推力應控制在500噸以內，速度控制在20mm/min以內。 推進過程中，千斤頂推力的調節應平穩，防止推力突變； 為防止盾構機推進過程中盾體滾動，在盾體上焊接防滾楔塊； 每環管片脫出盾尾超過管環寬度一半時，在管環底部及時塞楔形方木并灌砂回填管環與導臺間的空14、隙； 在管環的3、9、12點位置設置方木撐以防管環整體松動； 做好注漿工作，防止進入洞門后的最初幾環管片下沉，必要時注雙液漿； 加強出洞期間地面沉降的監測； 出洞前所拼裝的管片均采用單面楔形管片。七、常見問題的預防和處理1、 進洞時，盾構機“撞頭”,導臺破碎 盾構推進根據洞門復測時的姿態，實時調整掘進姿態貫通，當導臺標高與洞門標高一致，而刀盤比盾體大，這樣容易出現盾構機“撞頭” 、導臺破碎現象。為了避免類似情況出現，本方案采取以下三條控制： 控制盾構機進洞前的姿態，機頭豎直偏差控制在0+10mm； 澆注砼導臺及預埋鋼導軌時，降低進洞位置處導臺及導軌標高，中間風井該處施工控制標高比設計標高低5015、mm，附圖二、三中導臺及導軌施工控制標高已對此加以考慮； 在進洞時導臺上方離洞門5米范圍內鋪滿砂袋，防止貫通時洞門混凝土掉下來砸傷導臺。2、到中風井出洞時，盾構機“磕頭” 始發推進過程，在盾構刀盤到達掌子面前，容易出現盾構機“磕頭”現象。對此本方案采取如下措施： 在澆注導臺時，出洞位置砼導臺及導軌的高程高于設計標高30mm； 在洞門內底部按導臺的弧面澆注斜坡形素砼導臺。3、推進時管片出現左右搖擺、下沉現象 推進時由于管片在各個面上的受力不一樣，在左右油缸的推力差較大而管環在上下、左右沒有反力支撐時則出現管片左右搖擺、下沉現象。這主要是在拼裝管片時管片螺栓沒有上緊、每一環在脫離盾尾后未采取措施所16、致。為了避免出現這種情況，中風井過站段擬采取以下措施： 當管片有一半脫出盾尾時，就及時在下方塞緊楔形方木； 對脫出盾尾的管片螺栓進行二次緊固； 在管片左右側及頂部加木方或槽鋼支撐，穩定管片，防止管片推進過程中擺動錯位； 在管片底與導臺之間的空隙回填細砂，進一步穩定管片。八、測量監控1、地面沉降監測 盾構機離進洞洞口前100-150米時，在左、右線地面隧道中線方向上一般每隔15米建立一個監測斷面，在中間風井井口地面適當增加監測斷面。 測量頻率：盾構機前100米初值每天測量1次，盾構機頭里程前后20米每日兩次，盾構機出洞過程中加密監測，并及時反饋信息。2、隧道主控導線、水準測量 貫通前100m及517、0m時，對隧道主控導線、水準進行2次復核測量，保證測量托架和盾構機姿態的精度。3、測量托架和盾構機姿態人工測量 在出洞前，對測量托架儀器站和后視棱鏡平面坐標和高程進行2次精密人工復核測量，對盾構機姿態進行3次人工精密測量。4、洞門圈復核測量 對中間風井洞門圈中心三維坐標進行和內徑進行精密復核測量，確定洞門中心水平、垂直偏移值，對盾構機出洞滑行導軌中心和高程精密測量。5、盾構機出洞前姿態參數控制 根據洞門圈水平、垂直偏移量調整盾構機刀盤中心姿態，保證順利貫通。6、在隧道貫通后，進行隧道貫通測量，對盾構機姿態多次人工復核7、在重新始發前，對始發導軌中心和高程進行精密定位 在中間風井段，盾構機與線路18、中心的定位關系如下圖所示。考慮到始發時盾構機機頭容易下行的特點，始發定位時，盾構機的始發中心宜比隧道設計中心高出30mm。 圖八 盾構始發定位九、機械人員投入 過風井之前，成立盾構過風井施工領導小組，由項目經理任組長，項目副經理、項目總工、副總工負責部門協調，在此期間的盾構機推進、管片拼裝施工作業每天分兩班進行，擬投入本工程每個作業班組勞動力組織和施工機具設備如下所示 勞動力投入表序號工種名稱人數（人）1電焊工52班長13測量班24電工35管理人員206充電工27管片安裝68始發井地面司索工49井口協調610雜工611累計各班人數55主要施工設備表序號設備名稱單位數量規格型號主要工作性能指標119、電動空壓機臺22潛水泵臺6QS2530-44KW3汽車吊臺150t4電焊機臺4BX30024.5KVA5氣割設備套26全站儀臺1萊卡TC4027精密水準儀臺1蘇光DSZ28洞門低壓照明臺109液壓千斤頂臺230t十、安全文明施工措施1、對參與本項工作的施工管理技術人員和工人進行專項安全交底，管理人員和工人對盾構機過中間風井需要注意的事項必須清楚明確；2、測量人員等臨時出入施工現場的作業人員應正確使用勞動防護用品，遵守現場的安全文明施工管理規定，預防物體打擊和高處墜落事故；3、盾構機穿透中間風井南端堵頭墻時現場必須注意隔離足夠的范圍；4、隧道內動火作業必須做到“八不四要一清理”；5、高處作業時必20、須有人員監護，高處作業人員必須系好安全帶，使用的梯子必須牢固并將上端頭固定以防止滑動。反力架檢算書1、機場北站福永站區間，盾構始發需使用反力架作為盾構始發反力裝置。2、反力架整體結構圖 3、反力架主要由橫梁L1、L2、立柱H1、H2、八字梁、鋼環板組成，為提高整體穩定性，將反力架分為1/4塊進行高強10.9級螺栓連接，節點為焊接而成一整體。模擬傳力路徑鋼環板-橫梁-立柱-支撐-預埋板。4、根據機場北站盾構始發階段土體性能指標，及各施工單位經驗，擬定始發最大推力2000t。5、受力檢算：（1）鋼環板檢算： 鋼環板截面特性：Ix 41886*104mm4Wx 2792.4*103 mm3截面面積=21、300*30*2+290*30*2=35400mm2模擬受力2000t/3.14*6=106t=1040KN/m鋼環強度滿足要求（2）桿件檢算：假設將應力平均分配至各結構桿件即2000t/3.14*6=106t=1040KN/m橫梁L1，彎矩、剪力計算已知橫梁跨距5100，橫梁受力范圍2580 根據彎矩圖已知M=1002.45L1截面A腹板=1000*30=30000mm2A翼板=350*30=10500mm2As=2*(30000+10500)=81000mm2截面特性：Ix 701776*104mm4 ，Wx 14035510mm3Sx 8406*103mm3L1強度計算： L2強度計算：22、 立柱檢算：立柱截面A腹板=1000*30=30000mm2A翼板=600*30=18000mm2As=2*(30000+18000)=81000mm2受力分析：將L1、L2荷載傳遞至立柱H1、H2計算 立柱H2與H1受力情況相同，不再計算。查鋼結構設計規范可知：=205Mpa；=120Mpa。故檢算構件能滿足正截面強度要求（3）后支撐系統計算：支撐系統如下 共計支撐6根直徑600mm，t16mm鋼管。3根斜撐焊接于底板預埋鋼板，3根支撐于側墻。支撐受力計算： 左側3根2.15m支撐右側斜撐取最長7.26m 45斜撐計算截面特性：彈性模量E=206*105，最小慣性矩=110695.145cm4，截面積=257.736cm2.15m直撐受力計算7.26m斜撐受力計算由于水平夾角為45度則其水平承載力F為1066/cos45=1507KN（4）計算結果從驗算結構可以得出應按軸向抗壓強度驗算支撐承受最大推力12159*3+1507*3=40998KN始發最大推力我們設置為20000KN，后支撐滿足最大推力要求。