长沙火车南站~光达站区间盾构穿越特殊地段施工方案.doc

长沙市轨道交通2号线一期工程15标 长沙火车南站光达站区间盾构穿越特殊地段施工方案目 录1 编制依据12 设计概况12.1盾构穿越卵石地层12.2盾构下穿建筑物12.3盾构穿越浏阳河23 施工难点及解决措施34 施工筹划45 穿越特殊地段技术措施55.1 穿越卵石层技术措施55.1.1设备改造55.1.2盾构推进参数设计55.1.3渣土改良105.1.4同步注浆及二次注浆115.2穿越建筑物技术措施145.2.1盾构推进参数设计145.2.2渣土改良195.2.3同步注浆及二次注浆195.3穿越浏阳河技术措施225.3.1设备检查225.1.2盾构推进参数设计235.1.3渣土改良275.1.4同步注浆及二次注浆286 监测措施316.1特殊段监测布点316.1.1穿越砂卵石地层监测316.1.2下穿民房段监测326.1.3下穿浏阳河段监测336.2监测技术要求337 质量、安全保证措施337.1质量保证措施337.1.1盾构掘进质量控制337.1.2同步注浆质量控制347.1.3管片安装质量控制357.1.4隧道防水工程质量控制357.2安全施工保证措施367.2.1施工场地安全管理措施367.2.2施工机械安全管理措施367.2.3施工用电安全措施378工程风险及应急措施388.1工程风险源分析398.2应急措施40中铁二局股份有限公司 11 编制依据地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999）2003年版盾构法隧道工程施工及验收规程（GB50446-2008）地下工程防水技术规范（GB50108-2008）通用硅酸盐水泥（GB175-2007）粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程（JGJ28-86）普通混凝土用砂质量标准及检验方法（JGJ52-92）a、长沙火车南站-光达站区间结构隧道平纵断面设计图、盾构管片模板图和管片配筋图b、长沙火车南站-光达站区间结构端头加固、建筑物保护和加固图c、长沙火车南站-光达站区间地质勘察报告2 设计概况根据设计蓝图，长沙火车南站-光达站区间盾构隧道盾构施工主要有穿越砂卵石地层、建筑物（主要为2层民房）以及浏阳河。2.1盾构穿越卵石地层长沙火车南站-光达站区间里程Y（Z）DK21+100.000Y（Z）DK21+210.000段隧道下半部为强分化泥质粉砂岩地层，上半部为砂卵石地层，砂卵石地层是典型的力学不稳定地层，其结构松散、无胶结，卵石粒径大小不等，且卵石空隙多被中、粗砂充填，在无水状态下，颗粒之间点对点传力，地层反应灵敏，刀盘旋转切削时，刀盘与卵石层接触压力不等，导致破坏原来相对稳定或平衡状态的围岩，引起较大的围岩扰动，使掌子面失去约束而不稳定，从而引起较大的地面塌陷。同时，砂卵石地层扰动后的地面沉降具有滞后性，沉降监测较难发现。2.2盾构下穿建筑物长沙火车南站-光达站区间里程Y（Z）DK20+350.00Y（Z）DK20+450.00和Y（Z）DK20+910.00Y（Z）DK20+970.00段隧道穿越数栋12层民宅，为砖混结构，无基础或浅基础。覆土主要为素填土、粉质粘土、粉土、卵石及强风化泥质粉砂岩。稍有沉降，即会造成民房开裂，甚至倒塌。区间隧道穿越民房剖面图2.3盾构穿越浏阳河（1）长沙火车南站-光达站区间里程Y（Z）DK20+350.000Y（Z）DK20+500.000及Y（Z）DK20+850.000Y（Z）DK21+200.000段属浏阳河河堤加固段。隧道上层覆土为强风化泥质粉砂岩、卵石、粘土、粉质粘土及素填土层，管片壁后建筑空隙易与浏阳河河底串通，形成管涌，威胁河堤安全。（2）长沙火车南站-光达站区间里程Y（Z）DK20+500.000Y（Z）DK20+850.000段隧道穿越浏阳河。在最不利断面处YDK20+662.092，区间隧道覆土主要为卵石层及强风化泥质粉砂2种透水岩层。由于总工期要求，盾构下穿浏阳河施工在雨季，浏阳河河面宽350余米，隧道下穿段属于富水地段，地下水与地表水联系紧密，补给快，地下水流速大。区间隧道与浏阳河关系图（剖面）3 施工难点及解决措施1、盾构隧道穿越砂卵石地层。砂卵石地层中卵石颗粒主要倚靠直角的摩擦咬合作用维持区域土体稳定。盾构掘进时，刀盘会对周围土体造成一定的扰动，卵石将会松动、掉落，在刀盘切口环上方形成较大的塌落区，造成地层缺失、地面沉降。同时，砂卵石地层盾构施工，刀盘（刀具 )、 螺旋输送机、搅拌臂以及承压墙磨损严重。施工中，需解决刀盘（刀具）、螺旋机、搅拌臂以及承压墙的磨损严重等问题。 应对措施：（1）在盾构机穿越砂卵石地层前，做好盾构机设备检修工作，对刀盘进行合理的改造处理，对切削刀具进行耐磨性改良，在进入砂卵石地层前，提前对磨损的刀具进行更换，避免在砂卵石地层中换刀。（2）设置合理的掘进参数，如总推力，刀盘转速，螺旋机转速等，保证土仓压力与掌子面侧向土压力相匹配；控制纠偏量，避免蛇形掘进，减少盾构机对土层的扰动；加强出土量控制，避免多出土。（3）做好渣土改良：加大泡沫掺入量，降低砂卵石与刀盘（刀具）、搅拌臂、螺旋机以及承压墙的摩擦力，增加设备使用寿命；掺入外加剂、控制加水量，防止砂土离析的同时，也注意控制土仓温度，防止渣土烧结产生泥饼；发现螺旋机喷涌或渣土离析时，加入发酵的膨润土进行改良，改善土体和易性，以加强出土控制及减少设备磨损。（4）加强同步注浆管理，确保管片壁后充填密实。盾构穿越后，对扰动后的砂卵石地层段进行二次注浆加固，填充砂卵石流失后产生的空洞，确保管片所处地层的稳定，避免地面塌陷。二次注浆浆液采用水泥+水玻璃混合双液浆。2、盾构下穿民房此段隧道地面为数栋12层民宅，为砖混结构，无基础或浅基础。地面略有沉降，可能造成房屋开裂、垮塌等事故发生。应对措施：（1）根据技术要求，设置合理的推进参数，严格控制推进速度，确保匀速推进。（2）下穿民房段，加强地面监测。及时调整推进参数，及时进行二次注浆，确保房屋安全。（3）民房段推进时，应做好渣土改良工作，防止刀盘结泥饼，避免在下穿民房地段停机清理泥饼。（4）民房段，覆土厚度小，且存在较厚卵石层，盾构下穿民房后，立即对扰动地层进行二次注浆加固。3、盾构下穿浏阳河浏阳河河面宽350余米，河底标高约24.9m。该段属于富水地段，地下水与地表水联系紧密，补给快，地下水流较大。隧道覆土主要为卵石层及强风化泥质粉砂岩层，盾构机推进时，易产生透水、冒顶等问题。成型隧道的管片壁后土层如果不密实，河水对管片的腐蚀作用将极为严重。应对措施：（1）施工前进一步查明工程地质和水文地质条件和河床状况。 （2）施工前，应对盾构机进行全面检查和处理。避免中间停机，采用可靠的耐磨刀具和盾尾密封，避免在河底换刀。并必须配备足够的排水设施。（3）设定合理的土仓压力，加强掌子面管理与掘进参数控制，防止冒浆和地层坍塌。严格控制盾构推进速度，确保匀速通过。（4）加强渣土改良，防止穿越时刀盘结泥饼。（5）加强监控量测，及时反馈信息，信息化施工。盾构通过期间，加强监测，并及时反馈到施工人员。（6）过浏阳河段（Y(Z)DK20+500.000- Y(Z)DK20+850.000），加强同步注浆，下穿完成后，对扰动地层进行二次注浆，及时稳定地层，确保隧道安全，浆液采用水泥浆液+水玻璃浆混合双液浆。浏阳河河堤段Y（Z）DK20+35020+500和Y（Z）DK20+85021+200盾构管片采用3孔特殊管片，对地层进行注浆加固。确保河堤安全。4 施工筹划长沙火车南站-光达站区间盾构隧道沿线推进过程中，将先后穿越砂卵石地层、下穿建筑物以及下穿浏阳河。盾构始发穿越砂卵石层下穿建筑物下穿浏阳河在穿越上述特殊地段前，应详细了解该区段的地质状况，做好应急预案措施；做好机械设备检修工作。根据地面情况，制定换刀计划，合理选择换刀位置，及时更换刀具，避免盾构机在特殊地层中长时间停留，造成地面沉降。穿越浏阳河前还应采取可靠地耐磨刀具和盾尾密封，避免在穿越过程中换刀和更换盾尾密封，并配备足够的排水设施设备。盾构机穿越这些特殊地层时，严格控制掘进参数，采用泡沫剂和膨润土等外加剂对渣土进行改良，减少盾构推进对围岩的影响，保持掌子面的稳定性。穿越砂卵石层掌子面稳定性差，采取向土仓加外加剂的方式增加土仓中渣土的流塑性以保持掌子面的稳定；严格控制出土量，加强同步注浆和二次注浆，增强围岩自稳性，减少地层的后期沉降；加强施工监测，及时反馈信息以指导施工。5 穿越特殊地段技术措施5.1 穿越卵石层技术措施5.1.1设备改造1、刀盘、刀具优化将刀盘开口处的连接辐条进行优化，降低卵石卡死在刀盘开口处的几率，防止进出不畅。在砂卵石地层中，刀具的磨损型式主要包括石英砂对刀具产生的磨损和卵石对刀具的撞击损伤。在这种地质条件下进行盾构施工，对刀具的的硬度、耐磨度有较高要求。针对此种地质条件，需要将盾构的刀具进行更换。滚刀将采用耐磨度及硬度较高的碳化钨合金作为刀圈材料；刮刀表面将焊接整体合金块，加强刮刀的耐磨性、耐撞击及抗疲劳性。2、渣土改良系统改造渣土改良系统中有5条管路可以对掌子面的渣土进行改良。穿越砂卵石地层时，其中3条用来注入泡沫、空气及水混合物，进行渣土改良、润滑刀具；1条管路注入外加剂，防止水土离析造成螺旋机喷涌；1条管路注入自来水，以改善渣土流塑性及降低土仓温度。5.1.2盾构推进参数设计以ZDK21+210.000断面处隧道的上层覆土的地质情况进行推进参数设计，该断面地质情况如下表：地层代号岩土名称重度(KN/m3)凝聚力c(kPa)内摩擦角土层厚度m静止侧压力系数ka1-4耕土17.51280.50.352-1粉质粘土18.550152.70.452-2粉土18.520180.50.552-3细砂1910203.50.402-5卵石21.50351.00.605-1强风化泥质粉砂岩21.50250.80.55稳定水位深度h=3.6m隧道顶板埋深H=34.6（23.341-0.86）-6=6.2m土在水中的浮容重为土浮= 土水土的平均重度土浮=/（0.5+2.7+0.5+3.5+1.0）=13.54KN/m3。由于洞顶埋深2D（D为盾构直径），按全部松土压力作用于盾体上，根据水土分算法，加上土层的静水压力即为洞顶压力：隧道顶部正压力：P顶=P土+P水=土H土+水H水=13.546.2+10(6.2-3.6)=96.55KN/m2 隧道顶部侧压力：P顶侧=P土ka+ P水=13.546.20.4+10(6.2-3.6)=59.58KN/m2（细砂层侧压系数ka=0.40）隧道中心侧压力：P顶侧=P土ka+ P水=13.54（6.2+3.12）0.6+10(6.2+3.12-3.6)=132.92KN/m2（卵石层侧压系数ka=0.60）底部侧压：P底侧=土(H土+D) ka +水(H+D)水=13.54(6.2+6.25)+10(6.2-3.6+6.25) =144.12KN/m2底部抗力：P底抗= P顶+Wg/(DL)=96.55+3430/(6.257.5)=169.72KN/m2式中：Wg-盾构及附属物总重=350t=3509.8=3430KN； D-盾构机盾体外径； L-盾构机盾体长度。1、土仓压力盾构穿越砂卵石地层过程中，严格控制土仓压力，尽量减少土仓压力的波动，以降低对周边围岩的扰动。土仓压力控制如下表：土仓压力表1#2#、3#4#、5#土仓压力控制值（bar）0.81.31.5盾构在穿越施工中均可参照以上方法来求取平衡压力的设定值。由于砂卵石地层无建筑物，具体穿越时可控制土仓压力略低于设计压力0.10.2bar，实施适当的欠压推进，保证推进速度的同时，降低盾构总推力，刀盘削切土体时的摩擦力也因此随之降低。2、盾构推力 、土压平衡模式掘进时土层对盾构机的摩擦阻力:F1=磨DL( P顶+ P顶侧+ P底侧+P底抗 )4=0.33.146.257.5(96.55+59.58+144.12+169.72)/4=5188.03KN 、盾构支撑土体所受的轴向阻力F2=SP中=(3.146.252/4) 132.92=4075.87KN 、盾尾刷与管片之间的摩擦阻力（以2环管片计算）：F3=磨2W管=0.52200=200 kN 、后部拖车的牵引阻力F4=磨W拖=0.51700=850 kN、 切土所需推力刀盘配置40把正面刮刀及8把边缘刮刀，8把边缘刮刀效果相当于80把正面刮刀，每把刮刀切土的压力需要5.6 KN；因此，土压平衡掘进时:F5 (80+40)5.6=672kN土压平衡掘进时盾构所需的总推力为：F=F1+F2+F3+F4+F5=5188.03+4075.87+200+850+672=10985.9KN3、盾构扭矩盾构总扭矩：T=T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7+T8+T9式中：T1盘形滚刀切削土体所需的扭矩 T2由于刀盘自重所产生的抵抗旋转的扭矩 T3刀盘正面推力所产生的抵抗旋转的扭矩 T4刀盘密封装置抵抗旋转的扭矩 T5刀盘正面的摩擦扭矩 T6刀盘周边的摩擦扭矩 T7刀盘背面的摩擦扭矩 T8刀盘开口处切削碴土所需的扭矩 T9土仓内的搅动力矩 、盘形滚刀切削土体所需的扭矩：T1=0.28Dcnfk =0.286.2820340.12 =143.49KN.m式中：Dc开挖直径，6.28m n滚刀数量，34把 f每把滚刀上的力，20t k刀具系数，0.080.12，取1.2、刀盘自重所产生的抵抗旋转的扭矩：T2=GgR2=659.83.140.004 =8.0KN.m式中：G-刀盘自重，65t R-刀盘半径，3.14 -刀盘系数 、刀盘正面推力所产生的抵抗旋转的扭矩：T3= WrR22=2878.222.540.004 =29.24KN.m式中：Wr刀盘正面的推力，按下式计算 Wr=Rc2P中+(/4)( d22d12) Pw =0.673.143.142132.92+(3.14/4)(2.0721.262) 57.2 =2878.22KN 、刀盘密封装置抵抗旋转的扭矩：T4=23Fs(ns1Rs12+ ns2Rs22+ ns3Rs32) =23.140.21.47(32.222+32.282+12.282) =65.7 KN.m 、刀盘正面的摩擦扭矩：T5=2/31Rc3P中 =2/30.673.140.103.143132.92 =577.16KN.m 、刀盘周边的摩擦扭矩：T6= Rc22LKPr=3.14223.140.60.10135.83 =504.63KN.m式中：Pr =(96.55+132.92+144.12+169.72)/4=135.83KN/m2 LK-刀盘宽度 、刀盘背面的摩擦扭矩：T7=2/31Rc3Pch/2 =2/30.673.140.153.142106.34=346.31KN.m 假定密封仓内碴土压力值为刀盘正面侧向土压值的80%，即Pch=0.8 P中=0.8132.92=106.34KN，土仓内渣土高度为土仓的一半。 、刀盘开口处切削碴土所需的扭矩：T8=2/3Rc3(1-) 1/2 =2/33.1435.623.143(1-0.67) 1/2=380.9KN.m 碴土的抗剪强度，因碴土在密封仓与泡沫等添加剂搅拌后饱和含水，故抗剪强度较低，可取其C=0，取内摩擦角=15.0o，= P中=C+tan=0+132.92tan15o=35.62KN/m2 、土仓内的搅动力矩T9=2(r22-r12)Lc/2=23.14(2.42-1.922) 0.645.42 1/2 =177.44KN.m盾构总扭矩：T=T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7+T8+T9=143.49+8+29.24+65.7+577.16+504.63+346.31+380.9+177.44=2232.87KN.m4、出土量控制盾构机刀盘开挖直径为6280mm，掘进进尺为每环1500mm，所以每环土方量：V/4D2LK/46.2821.51.360m3式中：D：刀盘直径，6.28m；L：掘进进尺，1.5m；K：渣土松散系数，取1.3。5、隧道轴线控制盾构轴线控制偏离设计轴线不大于50mm，每环纠偏量不大于10mm；地面沉降量控制在-30mm+10mm，速率 3mm/12小时，达到报警值时，停机注浆处理。参数项目控制值1#土仓压力0.8bar总推力10985.9KN刀盘扭矩2245.87KN.m推进速度1530mm/min刀盘转速1.01.2r/min螺旋机转速根据土仓压力调整出土量60m3/环线性控制50mm5.1.3渣土改良盾构穿越砂卵石地层，往往会出现刀盘扭矩增大、掌子面失稳、出土难控制、渣土离析、螺旋机喷涌、螺旋机出土不畅等现象。根据以往穿越砂卵石地层的施工经验，注入泡沫可以有效的改善土体的流塑性及透水性，达到稳定掌子面的效果，同时泡沫膨化土体、润滑刀具，可以有效的降低刀盘扭矩、保护刀具；根据渣土性状，适时的注入外加剂可以很好的改善渣土离析现象，防止螺旋机喷涌、出土量无法控制的现象出现；同时，防止渣土过于粘稠，导致螺旋机出土不畅，可以通过第5根改良管路注入自来水，进行补救性改良。具体改良参数如下：项目泡沫管路12345空气流量（Lmin）200250200250200250外加剂68 m3加水 79m3混合液流量（Lmin）253025302530泡沫浓度3.0%FER1015FIR13%16%5.1.4同步注浆及二次注浆1、同步注浆参数的确定（1）注浆压力p=h/980+（0.120.13）式中 p：浆液出口压力（MPa）；h：隧道上部覆土厚度（m）；：覆土层的平均容重（KN/m3）。同步注浆压力应略大于各注入点位置的静止水土压力，并避免浆液进入土仓中。注浆压力过大，会导致地面隆起和管片变形，还易漏浆；注浆压力过小，则浆液填充速度赶不上建筑空隙形成速度，又会引起地面沉陷。注浆压力可取大于静止水土压力0.51.0bar。根据体育公园站杜花路区间施工经验，1#、4#注浆孔注浆压力取2.5bar左右，2#、3#注浆孔注浆压力控制在3.0bar左右。（2）同步注浆配合比采用水泥、粉煤灰、膨润土、细砂为配置同步注浆浆液的主要材料。水泥调控浆液凝固的强度，粉煤灰主要做为调节浆液的初凝时间、浆液和易性的材料，膨润土用以减缓浆液的离析以及降低浆液泌水率，细砂作为填充材料。砂卵石地层同步注浆浆液要求具备以下几个性能：、良好的和易性，便于压送；、适当的初凝时间，以适应盾构隧道长距离输送的要求；、良好的充填性能，凝固后体积收缩率小，泌水率低；、凝固后，有较好的不透水性能。根据体育公园站杜花路区间的施工经验及砂卵石地层对浆液的的特殊要求，经实验验证，同步注浆配合比采用以下配合比：同步注浆配合比（/m3）配合比水泥（Kg）砂 （Kg）粉煤灰（Kg）水 （Kg）膨润土（Kg）初凝时间泌水率A3006404005001006.8h1.83%（3）注浆量控制盾构机刀盘直径6280mm，管片外径6000mm。建筑空隙体积：V=（D2-d2）L/4=4.05m3式中：D：刀盘直径； d：管片外径； L：管片宽度。同步注浆量：Q= KV式中：K：浆液填充系数，取值1.52.5，砂卵石地层确定充填系数为2.0。 砂卵石地层注浆量控制：Q=8.0m3若实际施工中，出现以下情况：、掌子面塌方、导致盾构机多出土；、盾构机发生较大纠偏导致土体损失；、曲线地段推进超挖引起的土体损失。则需加大同步注浆量。2、二次注浆在穿越砂卵石地层时，地层加固二次注浆量：Q=V*n*(1+)，其中：V为注浆加固土体的体积；n为地层孔隙率，为确保加固效果不小于50%；为地层填充系数，取0.8；为浆液消耗系数，取0.2。二次补注浆加固方式见下图：二次注浆示意图 是否达到注浆要求进行浆液配比试验注浆材料进场水泥浆拌制压入注浆泵单项注浆逆止阀注入停止水玻璃液拌制压入注浆泵否是否（1）二次注浆施工工艺二次注浆采用人工手动控制。注浆顺序根据实际情况确定，同一环管片严格按“先拱顶后两腰，两腰对称”的方法注入。每个循环结束后立即用水对注浆管进行清洗，使注浆管路的管壁润滑良好，防止浆液凝固造成堵管现象。（2）二次注浆配合比二次注浆浆液采用双液浆（水泥浆+水玻璃）。水泥浆液水灰比0.7，水玻璃波美度为38B。水泥浆与水玻璃浆液体积比1：1。（3）二次注浆控制标准(1)、注浆压力达到0.60.8MP。(2)、注浆量达到设计注浆量,注浆效果达到注浆的目的。(3)、当发现管片有明显变形，应停止注浆。5.2穿越建筑物技术措施5.2.1盾构推进参数设计以ZDK20+950.000断面处隧道的上层覆土的地质情况进行推进参数设计，该断面地质情况如下表：地层代号岩土名称重度(KN/m3)凝聚力c(kPa)内摩擦角土层厚度m静止侧压力系数ka1-3素填土17.51081.300.302-1粉质粘土18.550152.300.452-2粉土18.520203.600.452-5卵石21.50354.000.605-1强风化泥质粉砂岩21.50253.200.555-2中风化泥质粉砂岩22.520035至底板以下0.65稳定水位深度h=8.00m隧道顶板埋深H=15.29m土在水中的浮容重为土浮= 土水土的平均重度土浮=/（1.30+2.30+3.60+4.00+3.20+0.89）=15.87KN/m3。洞顶埋深大于2D（D为盾构直径），按静止土压力计算，根据水土分算法，静止土压力加上土层的静水压力即为洞顶压力：隧道顶部正压力：P顶=P土+P水=土H土+水H水=15.8715.29+10(15.29-8.00)=315.55KN/m2 隧道顶部侧压力：P顶侧=P顶ka =315.550.3=94.66KN/m2（中分化泥质粉砂岩侧压系数ka=0.3）隧道中心侧压力：P中侧=P中ka =【15.87（15.29+3.12）+10(15.29-8.00)】0.3=109.52KN/m2（中分化泥质粉砂岩侧压系数ka=0.3）底部侧压：P底侧=【土(H土+D) + 水(H+D)水】 ka =【15.87(15.29+6.25) +10(15.29-8.00)】 0.3 =124.42KN/m2（中分化泥质粉砂岩侧压系数ka=0.3）底部抗力：P底抗= P顶+Wg/(DL)=315.55+3430/(6.257.5)=388.72KN/m2式中：Wg-盾构及附属物总重=350t=3509.8=3430KN； D-盾构机盾体外径； L-盾构机盾体长度。1、土仓压力盾构穿越建筑物地层过程中，严格控制土仓土压力，尽量减少土仓压力的波动，以降低对周边围岩的扰动。土仓压力控制如下表：土仓压力表1#2#、3#4#、5#土仓压力控制值（bar）1.01.31.6盾构在穿越施工中均可参照以上方法来求取平衡压力的设定值。具体穿越时可控制土仓压力略高于设计压力0.10.2bar，实施适当的高压推进，使地面呈微隆起状态，以弥补盾构穿越后产生的后期沉降。 2、盾构推力 、土压平衡模式掘进时土层对盾构机的摩擦阻力:F1=磨DL( P顶+ P顶侧+ P底侧+P底抗 )4=0.33.146.257.5(315.55+94.66+124.42+388.72)/4=10192.92KN 、盾构支撑土体所受的轴向阻力F2=SP中=(3.146.252/4) 109.52=3358.33KN 、盾尾刷与管片之间的摩擦阻力（以2环管片计算）：F3=磨2W管=0.52200=200 kN 、后部拖车的牵引阻力F4=磨W拖=0.51700=850 kN、 切土所需推力刀盘配置40把正面刮刀及8把边缘刮刀，8把边缘刮刀效果相当于80把正面刮刀，每把刮刀切土的压力需要5.6 kN；因此，土压平衡掘进时:F5 (80+40)5.6=672kN土压平衡掘进时盾构所需的总推力为：F=F1+F2+F3+F4+F5=10192.92+3358.33+200+850+672=15273.25KN3、盾构扭矩盾构总扭矩：T=T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7+T8+T9式中：T1盘形滚刀切削土体所需的扭矩 T2由于刀盘自重所产生的抵抗旋转的扭矩 T3刀盘正面推力所产生的抵抗旋转的扭矩 T4刀盘密封装置抵抗旋转的扭矩 T5刀盘正面的摩擦扭矩 T6刀盘周边的摩擦扭矩 T7刀盘背面的摩擦扭矩 T8刀盘开口处切削碴土所需的扭矩 T9土仓内的搅动力矩 、盘形滚刀切削土体所需的扭矩：T1=0.28Dcnfk =0.286.2820340.12 =143.49KN.m式中：Dc开挖直径，6.28m n滚刀数量，34把 f每把滚刀上的力，20t k刀具系数，0.080.12、刀盘自重所产生的抵抗旋转的扭矩：T2=GgR2=659.83.140.004 =8.0KN.m式中：G-刀盘自重，65t R-刀盘半径，3.14 -刀盘系数 、刀盘正面推力所产生的抵抗旋转的扭矩：T3= WrR22=2392.852.540.004 =24.31KN.m式中：Wr刀盘正面的推力，按下式计算 Wr=Rc2P中+(/4)( d22d12) Pw =0.673.143.142109.52+(3.14/4)(2.0721.262) 57.2 =2392.85KN 、刀盘密封装置抵抗旋转的扭矩：T4=23Fs(ns1Rs12+ ns2Rs22+ ns3Rs32) =23.140.21.47(32.222+32.282+12.282) =65.7 KN.m 、刀盘正面的摩擦扭矩：T5=2/31Rc3P中 =2/30.673.140.103.143109.52 =475.55KN.m 、刀盘周边的摩擦扭矩：T6= Rc22LKPr=3.14223.140.60.10230.84 =857.59N.m式中：Pr =(315.55+94.66+124.42+388.72)/4 =230.84KN/m2 、刀盘背面的摩擦扭矩：T7=2/31Rc3Pch/2 =2/30.673.140.103.14387.616/2=190.22KN.m 假定密封仓内碴土压力值为刀盘正面侧向土压值的80%，即Pch=0.8 P中=0.8109.52=87.616KN 、刀盘开口处切削碴土所需的扭矩：T8=2/3Rc3（1-)/2 =2/33.1439.153.143(1-0.67)/2 =418.64KN.m 碴土的抗剪强度，因碴土在密封仓与泥浆等添加剂搅拌后饱和含水，故抗剪强度较低，可近似地取其C=9.8KN/m2，取内摩擦角=15.0o，= P中=C+tan=9.8+109.52tan15o=39.15KN/m2 、土仓内的搅动力矩T9=2(r22-r12)Lc/2=23.14(2.42-1.922) 0.639.15/2 =152.95KN.m盾构总扭矩：T=T1+T2+T3+T4+T5+T6+T7+T8+T9=143.49+8+24.31+65.7+475.55+857.59+190.22+418.64+152.95=2336.45KN.m4、出土量控制盾构机刀盘开挖直径为6280mm，掘进进尺为每环1500mm，所以每环土方量：V/4D2LK/46.2821.51.360m3式中：D：刀盘直径，6.28m；L：掘进进尺，1.5m；K：渣土松散系数，取1.3。5、隧道轴线控制盾构轴线控制偏离设计轴线不大于50mm，每环纠偏量不大于10mm；地面沉降量控制在-30mm+10mm，速率 3mm/12小时，达到报警值时，停机注浆处理。参数项目控制值1#土仓压力1.0bar总推力1600KN刀盘扭矩2400KN.m推进速度1530mm/min刀盘转速1.31.5r/min螺旋机转速根据土仓压力调整出土量60m3/环线性控制50mm5.2.2渣土改良盾构穿越建筑物时，根据以往的施工经验，注入泡沫可以有效的改善土体的流塑性及透水性，达到稳定掌子面的效果；同时，防止渣土过于粘稠，导致螺旋机出土不畅，可以通过第5根改良管路注入自来水，进行补救性改良。具体改良参数如下：项目泡沫管路12345空气流量（Lmin）200250200250200250200250加水1013m3混合液流量（Lmin）2530253025302530泡沫浓度3.0%FER1015FIR13%16%5.2.3同步注浆及二次注浆1、同步注浆参数的确定（1）注浆压力p=h/980+（0.120.13）式中 p：浆液出口压力（MPa）；h：隧道上部覆土厚度（m）；：覆土层的平均容重（KN/m3）。同步注浆压力应略大于各注入点位置的静止水土压力，并避免将浆液进入土仓中。注浆压力过大，会导致地面隆起和管片变形，还易漏浆；注浆压力过小，则浆液填充速度赶不上建筑空隙花路区间施工经验形成速度，又会引起地面沉陷。注浆压力可取大于静止水土压力0.40.8bar。根据体育公园站杜，1#、4#注浆孔注浆压力取3.0bar左右，2#、3#注浆孔注浆压力控制在3.3bar左右。（2）同步注浆配合比采用水泥、粉煤灰、膨润土、细砂为配置同步注浆浆液的主要材料。水泥调控浆液凝固的强度，粉煤灰主要做为调节浆液的初凝时间、浆液和易性的材料，膨润土用以减缓浆液的离析以及降低浆液泌水率的作用，细砂作为填充材料。同步注浆浆液要求具备以下几个性能：、良好的和易性，便于压送；、适当的初凝时间，以适应盾构隧道长距离输送的要求；、良好的充填性能，凝固后体积收缩率小，泌水率低；、凝固后，有较好的不透水性能。根据体育公园站杜花路区间的施工经验，经实验验证，同步注浆配合比采用以下配合比：同步注浆配合比（/m3）配合比水泥（Kg）砂 （Kg）粉煤灰（Kg）水 （Kg）膨润土（Kg）初凝时间泌水率B2506404805001007.3h2.01%（3）注浆量控制盾构机刀盘直径6280mm，管片外径6000mm。建筑空隙体积：V=（D2-d2）L/4=4.05m3式中：D：刀盘直径； d：管片外径； L：管片宽度。同步注浆量：Q= KV式中：K：浆液填充系数，取值1.52.5，过建筑物确定充填系数为2.0。 过建筑物注浆量控制：Q=8.0m3若实际施工中，出现以下情况：、掌子面塌方、导致多盾构多出土；、盾构机发生较大纠偏导致土体损失；、曲线地段推进超挖引起的土体损失。则需加大同步注浆量，。2、二次注浆在盾构穿越建筑物时，地层加固二次注浆量：Q=V*n*(1+)，其中：V为注浆加固土体的体积；n为地层孔隙率，为确保加固效果不小于50%；为地层填充系数，取0.8；为浆液消耗系数，取0.2。二次补注浆加固方式见下图： （1）二次注浆施工工艺是否达到注浆要求进行浆液配比试验注浆材料进场水泥浆拌制压入注浆泵单项注浆逆止阀注入停止水玻璃液拌制压入注浆泵是否是否二次注浆流程图二次注浆采用人工手动控制，注浆顺序根据实际情况确定，同一环管片严格按“先拱顶后两腰，两腰对称”的方法注入。每个循环结束后立即用水对注浆管进行清洗，使注浆管路的管壁润滑良好，防止浆液凝固造成堵管现象。（2）二次注浆配合比二次注浆浆液采用双液浆（水泥浆+水玻璃）。水泥浆液水灰比0.7，水玻璃波美度为38B。水泥浆与水玻璃浆液体积比1：1。（3）二次注浆控制标准(1)、注浆压力达到0.60.8MP。(2)、注浆量达到设计注浆量,注浆效果达到注浆的目的。(3)、当发现管片有明显变形，应停止注浆。5.3穿越浏阳河技术措施5.3.1设备检查在正式下穿浏阳河前，需对盾构机进行全面的检查，确保机械性能正常，避免在下穿浏阳河过程中因机械问题影响正常推进。1、刀具检查在下穿浏阳河前，需开仓检查刀具的磨损情况，磨损严重的刀具应及时进行更换。同时彻底清理已经附着在刀盘、刀具上的渣土，避免其在下穿期间的较高土压推进模式下结成泥饼。2、密封检查（1）对盾尾密封进行检查。对经常漏浆的地方的盾尾刷进行更换，避免下穿期间漏浆，导致上层覆土沉降，发生透水事故；（2）对螺旋机密封进行检查。螺旋机闸门是易损件，经常出现关闭不严、无法闭合等情况发生，导致螺旋机闸门漏气、漏水、漏渣，土仓压力无法保证。所以在下穿前，对螺旋机闸门进行仔细检查，发现有磨损严重的，及时进行更换。 3、渣土改良系统改造渣土改良系统中有5条管路可以对掌子面的渣土进行改良。下穿浏阳河时，其中4条用来注入泡沫、空气及水混合物，进行渣土改良、润滑刀具，1条管路注入自来水，以改善渣土流塑性及降低土仓温度。4、螺旋机处的泡沫注入管路改装成加注高分子聚合物管路，螺旋机喷涌时，注入高分子聚合物，加强渣土流塑性。5.3.2盾构推进参数设计以YDK20+662.092断面处隧道的上层覆土的地质情况进行推进参数设计，该断面上层覆土地质情况如下表：地层代号岩土名称重度(KN/m3)凝聚力c(kPa)内摩擦角土层厚度m静止侧压力系数ka水103.82-5卵石21.50350.80.605-1强风化泥质粉砂岩21.50255.20.555-2中风化泥质粉砂岩22.5200351.7340.65稳定水位深度h=9.8m隧道顶板埋深H=7.734m土在水中的浮容重为土浮= 土水土的平均重度土浮=/（0.8+5.2+1.734）=13.97KN/m3。中风化泥质粉砂岩按照不透水土层计算。由于洞顶埋深2D（D为盾构直径），按松土压力作用于盾体上，根据水土分算法，加上土层的静水压力即为洞顶压力：隧道顶部正压力：P顶=P土+P水=土H土+水H水=13.977.734+109.8=206.04KN/m2 隧道顶部侧压力：P顶侧=P顶Ka=206.040.65=133.93KN/m2（中风化泥质粉砂岩侧压系数ka=0.65）隧道中心侧压力：P顶侧=P土中ka =0.6=162.26KN/m2（中风化泥质粉砂岩侧压系数ka=0.65）底部侧压：P底侧= P土底ka = 0.65 =176.75KN/m2底部抗力：P底抗= P顶+Wg/(DL)=206.04+3430/(6.257.5)=279.21KN/m2式中：Wg-盾构及附属物总重=350t=3509.8=3430KN； D-盾构机盾体外径； L-盾构机盾体长度。1、土仓压力盾构下穿浏阳河过程中，土仓压力控制如下表：土仓压力表1#2#、3#4#、5#土仓压力控制值（bar）1.31.61.8由于浏阳河段盾构隧道上层覆土为强风化泥质粉砂岩地层，具体穿越需严格控制土仓压力，避免土压波动，减少对围岩的扰动。2、盾构推力 、土压平衡模式掘进时土层对盾构机的摩擦阻力:F1=磨DL( P顶+ P顶侧+ P底侧+P底抗 )4=0.33.146.257.5(206.04+133.93+176.26+279.21)/4=8780.91KN 、盾构支撑土体所受的轴向阻力F2=SP中=(3.146.252/4) 162.26=4967.59KN 、盾尾刷与管片之间的摩擦阻力（以2环管片计算）：F3=磨2W管=0.52200=200 kN 、后部拖车的牵引阻力F4=磨W拖=0.51700=850 kN、 切土所需推力刀盘配置40把正面刮刀及8把边缘刮刀，8把边缘刮刀效果相当于80把正面刮刀，每把刮刀切土的压力需要5.6KN；因此，土压平衡掘进时:F5 (80+40)5.6=672kN土压平衡掘进时盾构所需的