过江段隧道施工风险预防及应急预案

杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 1 页 目目 录录 目目 录录 1 1 1 1、工程概况、工程概况 1 1 1.11.1 工程简介工程简介.1 1.21.2 区间隧道过江段工程地质区间隧道过江段工程地质.1 1.2.1 隧道穿越地层 .1 1.2.2 隧道断面内圆砾层分布情况 .5 1.31.3 有害气体（沼气）分布情况有害气体（沼气）分布情况10 1.3.1 原区间内沼气情况的描述 10 1.3.2 最新区间内沼气情况的描述 10 2 2、过江段隧道掘进施工主要施工风险、过江段隧道掘进施工主要施工风险 1212 2.12.1 盾构穿越段富含沼气盾构穿越段富含沼气12 2.22.2 圆砾层隧道掘进施工圆砾层隧道掘进施工12 2.32.3 承压水段承压水段12 3 3、盾构机针对性设计、盾构机针对性设计 1212 盾构机主图盾构机主图 .13 3.13.1 刀盘和刀具刀盘和刀具13 3.23.2 盾尾密封盾尾密封15 3.33.3 螺旋机螺旋机15 3.43.4 加泥加水口加泥加水口16 3.53.5 应急注浆孔的设置应急注浆孔的设置16 3.63.6 同步注浆系统同步注浆系统17 3.73.7 有毒有害气体监测装置有毒有害气体监测装置17 4 4、前期准备工作、前期准备工作 1717 4.14.1 沼气释放试验沼气释放试验17 4.24.2 掘进段施工试验掘进段施工试验19 4.2.1 渣土改良 19 4.2.2 隧道通风 19 4.2.3 沼气浓度的控制 20 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 2 页 4.34.3 管片制作管片制作21 5 5、沼气段穿越施工技术、沼气段穿越施工技术 2121 5.15.1 沼气释放沼气释放21 5.25.2 施工监测施工监测22 5.2.1 监测标准 22 5.2.2 监测设备 22 5.2.3 监测要求 22 5.35.3 隧道通风隧道通风23 5.55.5 人员培训人员培训23 5.65.6 掘进施工要点掘进施工要点23 6 6、圆砾层段施工技术措施、圆砾层段施工技术措施 2424 6.16.1 沼气预防措施沼气预防措施25 6262 承压水预防措施承压水预防措施.25 6.36.3 掘进施工技术措施掘进施工技术措施25 7 7、承压水段施工技术措施、承压水段施工技术措施 2626 8 8、风险应急措施、风险应急措施 2828 8.18.1 沼气含量超警戒线沼气含量超警戒线28 8.28.2 喷涌喷涌29 8.38.3 盾尾渗漏盾尾渗漏29 8.48.4 刀具磨损刀具磨损29 8.4.1 气压法换刀原理 30 8.4.2 气压法供气方式及施工设备、材料 30 8.4.3 气压换刀施工前期准备工作 31 8.4.4 气压作业 33 8.4.5 刀具检查和更换 43 8.4.6 带压换刀施工注意事项 44 8.4.7 盾构恢复掘进 45 8.4.8.应急措施45 8.58.5 其他预防和应急技术组织措施其他预防和应急技术组织措施46 8.68.6 应急材料的配备应急材料的配备47 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 3 页 8.78.7 机械设备配备机械设备配备47 8.8 应急指挥机构及分工47 8.58.5 人员联系方式人员联系方式48 8.68.6 应急汇报制度应急汇报制度49 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 1 页 1、工程概况、工程概况 1.1 工程简介工程简介 滨江站富春路站区间为杭州地铁 1 号线工程穿越钱塘江全地下区间，里程范 围为 K5880.274K8835.859，区间左线总长为 2.946km，区间右线总长为 2.956km。在里程 K6750 和 K8351.9 处设风井 2 座，在 K7220 和 K7810 处设 2 座联络通道，其中 K7220 处联络通道兼排水泵站。 本区间隧道始于滨江站（江南大道江陵路路口） ，沿江陵路向西北方向前行， 过舟枫路、滨盛路、规化支路，至江南风井进洞，随后盾构机江南风井出洞继续向 西北推进，过闻涛路，穿越南岸江堤和钱塘江，过江后穿越北岸江堤和之江路，再 推进至江北风井进洞，盾构机在江北风井出洞后继续向西北沿婺江路推进至富春路 站进洞，整条隧道完成。 江南风井位于江陵路闻涛路路口，江北风井位于之江路婺江路路口，区间 隧道采用 2 台盾构机先后从滨江站始发，穿越江南、江北风井后抵达富春路站。 盾构从里程 K6+913.3K8+255.0 之间将穿越钱塘江，穿越长度约为 1340m。 图 1：区间隧道推进线路示意图 1.2 区间隧道过江段工程地质区间隧道过江段工程地质 1.2.1 隧道穿越地层 过江段隧道掘进区域主要穿越的地层有：5 层粉砂夹砂质粉土、7 层砂质粉 土、3 层淤泥质粉质粘土、2 层淤泥质粉质粘土、1a 层粉质粘土、1b 层含 砂粉质粘土、2 层细砂、4 层圆砾。 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 2 页 其土层特征描述和力学指标详见下表： 土层特征描述 表 1.201 土层土层特征特征 5层 粉 砂夹砂质 粉土 灰、青灰色，稍密，饱和，含有机质、云母屑，砂质粉土呈团块状。实测 标贯锤击数 416 击,平均值 7 击。静力触探锥尖阻力 qc=4.456.43MPa，平均值 5.05MPa，侧壁阻力 fs=38.473.2kPa，平均 值 43.8kPa。全区分布， ，顶板埋深 5.7017.80m，顶板高程- 11.801.27m，层厚 1.107.60m。 7层 砂 质粉土 色，稍密，很湿。含有机质、云母碎屑，具水平层理，夹淤泥质粉质粘土， 摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度较低，韧性较低，江中夹有淤泥 质粉质粘土。实测标贯击数 215 击,平均值 5 击。静力触探锥尖阻力 qc=1.585.45MPa，平均值 3.81MPa，侧壁阻力 fs=43.875.2kPa，平均 值 46.0kPa，属中等压缩性土。场区内局部缺失，顶板埋深 8.2024.00m，顶板高程-15.87-6.48m，层厚 0.309.20m。 3层 淤 泥质粉质 粘土 灰色，流塑，具层理结构，层间夹粉砂。粉土薄层。无摇振反应，切面光 滑，干强度中等，韧性中等，实测标贯击数 26 击，平均值 2.7 击。全 区分布，顶板埋深 18.3023.90m，顶板高程-16.00-12.43m，层厚 2.606.70m。 2层 淤 泥质粉质 粘土 灰色，流塑，具层理结构，层间夹粉砂薄层。无摇振反应，切面光滑，干 强度中等，韧性中等，实测标贯击数 26 击，平均值 3.5 击。静力触探 锥尖阻力 qc=0.974.44MPa，平均值 1.47MPa，侧壁阻力 fs=12.750.6kPa，平均值 25.85kPa，属高压缩性土。局部缺失，顶板埋 深 14.4029.00m，顶板高程-22.42-16.80m，层厚 0.907.50m。 1a层粉 质粘土 灰绿色、灰黄色，可塑硬塑，含铁锰斑点，局部夹粉砂团块。实测标贯 击数 526 击，平均值 10 击。静力触探锥尖阻力 qc=0.797.42MPa，平 均值 2.66MPa，侧壁阻力 fs=18.4237.8kPa，平均值 78.0kPa，属中等压 缩性土。局部缺失，顶板埋深 17.5031.80m，顶板高程-26.14- 17.22m，层厚 0.707.80m。 1b层 含 砂粉质粘 土 灰、灰黄色，软塑可塑。含砂，含砂量 515。实测标贯击数 625 击，平均值 16 击。静力触探锥尖阻力 qc=1.055.02MPa，平均值 2.92MPa，侧壁阻力 fs=27.3180.2kPa，平均值 87.3kPa，属中等压缩性 土。局部缺失，顶板埋深 18.4034.70m，顶板高程-26.74-17.96m， 层厚 0.606.70 2层 细 砂 灰、灰黄色，中密，饱和。含铁锰质结核，含云母片。实测标贯击数 1735 击，平均值 29 击。个别孔分布，顶板埋深 22.3030.30m，顶板 高程-28.23-22.35m，层厚 0.805.60m。 4层 圆 砾 杂色，中密密实，饱和。圆砾直径 0.22cm，含量 2035，母岩成 分以砂岩、熔结凝灰岩、灰岩为主，亚圆形，卵石粒径 26cm 为主，最 大粒径 1025cm，含量 2535，局部含块石，填充中粗砂，砂以石英 质中粗砂为主，偶夹薄层粉土透镜体，实测重型动探击数 9100 击，平 均值 36 击，属低压缩性土。全区分布，顶板埋深 23.4035.60m，顶板 高程-32.38-23.18m，揭露最大层厚 14.20m。 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 3 页 力学指标详见表 1.2021.203。 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 4 页 一区地层特征 表 1.2-02 天然状态的物理性指标 压缩（固结）试验指标 直剪试 验 渗透系数 原位测 试 密度 液限塑限 塑性 指数 液性 指数 固块标贯 含水 量湿干 土粒 比重 孔隙比 饱和度 76g 压缩 系数 压缩 模量凝聚力 摩擦角 静止侧 压力系 数垂直水平实测锤 击数 WoPPdGseSrWLWpIpILav0.10.2Es0.10.2cKoKvKHN 层号土层名称 %g/cm3%Mpa-1Mpakpacm/scm/s 击/30cm 2 砂质粉土 30.31.881.442.70.86994.2 0.1711.537.430.40.413.40E-04 6.59E-0411 3 砂质粉土夹粉砂 4.27E-04 6.59E-04 4 砂质粉土 331.861.42.70.93695.1 0.268.44929.50.472.72E-04 4.89E-045 5 粉砂夹砂质粉土 30.71.861.422.960.89292.5 0.1910.254.831.50.347.65E-04 9.92E-046 6 粉砂 26.11.91.512.960.78589.5 0.17310.554.731.70.3 7 砂质粉土夹淤泥质 粉质粘土 32.11.831.392.70.94991.438.222.8 15.41.20.259.556.330.80.428.04E-04 1.24E-04 8 粉砂 32.31.791.352.680.98687.8 0.1910.42 0.53 3 淤泥质粉质粘土 44.21.751.222.731.2596.441.124.5 16.51.210.663.4718.310.7 2.40E-04 9.89E-04 1 淤泥粉质粘土 39.11.761.272.731.1692.238.522.7 15.81.04 1910.5 2.5 2 淤泥质粉质粘土 37.71.781.292.721.11292.334.521.5 13.11.250.573.7118.815.80.57.81E-04 4.93E-043 3 粉砂 25.31.851.482.690.8282.8 0.286.868.527.6 10.6 2 淤泥质粉质粘土 36.21.771.32.721.08890.433.221.4 11.91.250.533.9520.5150.53.38E-04 6.21E-045 3 粉细砂 27.61.811.432.680.89682.8 0.228.892.530.9 17.7 2 淤泥质粉质粘土 36.21.771.32.721.08890.433.221.4 11.91.250.533.9520.515 3.38E-04 6.21E-04 3 粉细砂 27.61.811.432.680.89682.8 0.228.892.530.9 1 粉质粘土 35.81.781.312.731.08889.738.324.6 13.70.830.484.6331.514.90.577.48E-04 1.86E-04 2 含砂粉质粘土 23.321.622.710.67294.126.918.48.50.590.276.4124.623.40.471.14E-04 2.25E-04 1 细砂 162.031.752.680.52980.8 0.169.8 2 圆砾 2.65 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 5 页 二区地层力学特征 表 1.203 天然状态的物理性指标压缩（固结）试验指标 直剪试验渗透系数原位测试 密度 液限塑限 塑性 指数 液性 指数 固块标贯 含水量 湿干 土粒比 重 孔隙比 饱和度 76g 压缩 系数 压缩 模量 凝聚力 摩擦角 静止侧 压力系 数 垂直水平 实测锤击 数 WoPPdGseSrWLWpIpILav0.10.2Es0.10.2cKoKvKHN 层号土层名称 %g/cm3%Mpa-1Mpakpacm/scm/s 击/30cm 3 砂质粉土 33.91.871.42.70.93497.7 0.1810.558.429.8 1 砂质粉土 33.21.821.372.71.00691.6 0.227.747.329.8 5.68E-04 5.12E-0411.3 2 砂质粉土 321.881.422.70.996.1 0.188.818.729.6 5.10E-04 5.34E-0410 3 砂质粉土夹粉砂 28.71.911.492.690.81794.5 0.1510.675.831.9 4.27E-04 6.59E-0415 4 砂质粉土 32.11.871.422.70.90495.638.222.8 15.4 1.20.218.56928.1 5 粉砂夹砂质粉土 29.41.91.472.690.8494 0.188.185.631.3 6.29E-04 9.52E-047 6 粉砂 30.31.891.452.690.8569541.124.5 16.5 1.210.18810.8333.40.35.37E-04 7.14E-0425 7 砂质粉土 31.91.871.422.70.90495.234.921.6 13.3 1.080.226.99.227.50.44.80E-04 7.08E-045 8 粉砂 24.21.971.592.690.70692.334.521.5 13.1 1.250.1511.815.331.2 1.19E-03 2.04E-0318 3 淤泥质粉质粘土 43.41.761.232.731.22696.438.723.2 15.5 1.350.72.8118.311.10.531.02E-07 2.60E-072.7 1 淤泥质粉质粘土 41.61.781.262.731.1896.240.223.5 16.6 1.150.653.1519.213.1 2.40E-07 1.93E-063 2 淤泥质粉质粘土 411.771.262.731.17495.43823.2 14.8 1.240.652.9918.813.10.591.11E-08 3.06E-083.5 2 淤泥质粉质粘土 40.61.751.252.731.18793.339.826.4 13.4 1.070.732.8916.712.8 10 1a 粉质粘土 25.71.991.592.720.721973421.7 12.4 0.350.266.7934.719.1 3.33E-07 7.93E-0716 1b 含砂粉质粘土 23.82.011.622.710.67296.226.218.37.90.70.265.3621.822.60.53 3 圆砾 2.66 1 粉质粘土 30.61.921.482.730.8697.63320.9 12.1 0.810.394.2539.917.1 2 细砂 23.21.961.62.680.68590.9 0.1610.823.332.80.241.02E-03 1.22E-03 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 6 页 1.2.2 隧道断面内圆砾层分布情况 （1）原地质详勘 圆砾层的分布，根据原详勘资料“5.4.2区地基土分析”中描述：在桩号 K6+957K7+704.5m， 层细砂、圆砾层层细砂、圆砾层顶部 1 2m 分布盾构开挖范围的底部。 从上述文字中，可以理解为圆砾层侵入隧道断面的区域不到 50 米米，且仅侵入隧道 断面 12 米米。但根据地质勘探柱状图显示，圆砾层侵入隧道断面深度达 2.26 米左 右，涉及区域约 296.8 米。 （详见原详勘地质剖面图） （2）地质补勘 为进一步真实的弄清圆砾层侵入隧道断面的深度和侵入区域的长度，我项目 部又特委托浙江省工程勘察院对隧道沿线地质进行补勘。根据新的地质补勘资料 显示，圆砾层圆砾层侵入隧道深度最大达达 3.1 米米左右，等于侵入了隧道半个断面，且侵入 区域达 440 多米多米。圆砾层砾石最大长度近 9 厘米厘米，宽度约 4 厘米，厚度约厘米，厚度约 34 厘厘 米。见下面取样照片。米。见下面取样照片。 （详见补勘地质剖面图） 补勘圆砾层取样实照 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 7 页 从施工风险考虑，为确保施工的安全，必须尽量将施工风险考虑全面。为此， 根据两次地质勘探情况，实际施工应取综合两次勘探情况最不利情况作为施工参 照。综合两次勘探结果，圆砾层侵入隧道断面长度达 520 多米，侵入深度达 3.1m。 （附综合两次勘探后的地质剖面图及隧道轴线，包括冲刷线位置） （3）建议调整轴线 根据两次勘探资料综合分析，圆砾层侵入隧道断面和深度大大超过了原投标 时的概况。从规避施工风险角度上，应对隧道轴线作适当调整，尽量避免或减少 圆砾层在隧道断面的侵入。此项内容在 08 年 3 月 18 日穿越钱塘江段施工技术方 案专家评审会上得到了专家们的一致认可和确认。 从圆砾层侵入隧道断面的长度和深度，及隧道所处地理环境来分析，圆砾层侵 入隧道断面深度和长度越少越好。为此，根据专家会评审意见，建议将隧道轴线 进行调整。调整分两种情况： 1）新包络线下隧道最小覆土 3m 按此设计轴线，圆砾层侵入隧道断面情况如下：侵入长度仅约 51m，侵入隧道 深度最大约为 0.74m。 2）新包络线下隧道最小覆土 3.5m 按此设计轴线，圆砾层侵入隧道断面情况如下：侵入长度仅约 183.5m，侵入隧 道深度最大约为 1.28m。 从上述两种轴线调整，在满足设计要求的前提下，尽可能选择冲刷线下隧道最 小覆土 3m，尽量减小江底圆砾层对隧道掘进施工带来的风险。 1.2.3 过江段承压水文情况 （1）钱塘江水体 钱塘江是浙江省第一河流，其发源于安徽休宁县境内怀玉山主峰六股尖，在 浙江省海盐县澉浦注入杭州湾，干流长度 668km，流域面积达 55558km2，汇水面 积达 3.13 万 km2。其洪汛受梅汛控制，汛期时，江水面暴涨，据富春江芦茨水文 站资料，钱塘江径流有明显的年际和年内变化，其最大年径流总量 539 亿 m3（1954 年） ，最小年径流总量 130 亿 m3（1979 年） ，多年年迳流量在 301 亿 m3 左右，实测最大洪峰流量达 29000m3/s（1955 年） ，最小流量 15.4m3/s(1934 年)。 钱塘江属感潮型河流，呈不规则半日潮型，水位直接受潮汐影响，变化幅度 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 8 页 大，场区地处强潮河口，独特的地理环境形成了举世闻名的钱江涌潮。据杭州钱 江四桥上游 3.3km 的闸口水文站资料，钱塘江历年最高潮水位 8.11m（1997 年 8 月 19 日，黄海高程，下同） ，历年最低潮水位为 1.24m（1954 年 8 月 10 日） ，多 年平均高潮位 4.45m，多年平均低潮位 3.96m，多年平均潮差 0.46m，历年最大潮 差 4.90m，多年平均涨潮历时 1 小时 32 分，多年平均落潮历时 10 小时 53 分；据 杭州钱江二桥下游 3.3km 的七堡水文站资料，钱塘江历年最高潮水位 7.98m（1997 年 8 月 19 日，1985 年国家高程基准，下同） ，历年最低潮水位为 1.26m（1955 年 8 月 14 日） ，多年平均高潮位 4.44m，多年平均低潮位 3.75m，多年平均潮差 0.69m，历年最大潮差 4.02m，多年平均涨潮历时 1 小时 25 分，多年平均落潮历时 11 小时 01 分。按内插法，邻近工程场区的钱塘江历年最高潮水位高程可取 8.06m。钱塘江百年一遇最高洪水位 8.52m，300 年一遇最高洪水位为 8.85m。 隧道区江面宽约 1310 米，勘探期间水面高程一般为 2.804.80m，勘察期间 受涌潮影响时，潮差约 12 米。 由于水动力条件复杂，钱塘江杭州段河槽极不稳定，历史上曾形成大冲大淤 的变化，年内冲淤特点表现为“洪冲潮淤” ，随着两岸标准堤防的建成，岸线受到 堤塘的限制，目前岸线已经基本趋于稳定。 （2）地下水类型 场地地下水主要为第四系松散岩类孔隙潜水、孔隙承压水以及基岩裂隙水。 根据地下水的含水介质、赋存条件、水理性质和水力特征，勘探深度内可划分为 第四系松散岩类孔隙潜水和承压水以及基岩裂隙水。 1) 潜水 拟建场地浅层地下水属孔隙性潜水，主要赋存于表层填土及17 层粉土、 粉砂中，由大气降水和地表水径流补给，地下水位受季节以及钱塘江地表水的影 响较大。 钱塘江南岸勘探期间测得钻孔静止水位埋深 4.957.60m，相应高程 0.412.02m；北岸勘探场地西侧的浙江广电中心基坑开挖施工，采用井点降水， 影响本场地的地下水位，勘探期间测得钻孔静止水位埋深 7.007.60m，相应高程 0.420.97m，基坑降水停止后，根据后期观测，水位恢复为埋深 3.60m 左右（高 程为 4.0m） 。 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 9 页 根据钱塘江闸口和七堡历年最高潮水位高程，工程区钱塘江最高设计水位可 取 8.85m，目前北岸的地面高程 7.60m 左右，南岸的地面高程 6.20m 左右，考虑最 不利的因素即洪水位持续时间较长，两岸地表积水及设计地面回填后高程北岸、 南岸分别为 7.84、6.75m，建议两岸的抗浮设计水位高程取设计地面高程，即南岸 中间风井抗浮设计水位高程取 6.75m，北岸中间风井抗浮设计水位高程取 7.84m。 2) 孔隙承压水 区有两层承压水。第一承压水分布于江南岸区内，含水层分布在3 粉砂 层中，水量小中等；该层位于盾构隧道底板以下一定深度，对盾构掘进无影响； 由于地下连续墙穿透了3 层，第一承压水对江南中间风井施工也无影响。故本次 勘测未实测第一承压水水头高度。 第二孔隙承压水： 钱塘江南岸承压含水层主要分布于深部的层细砂、圆砾层中，水量较丰富， 隔水层为上部的淤泥质土和粘土层（、层） 。承压含水层顶板高程为- 38.02-37.20m，隔水层顶板高程为-15.25-16.00m；根据勘察在承压水抽水孔的 1 个观测孔中同时进行了承压水水头测试，将上部潜水含水层用铁制套管隔离， 2007 年 3 月至 4 月 1 日实测承压水头埋深在地表下 6.257.45m，相应高程为- 1.53-2.73m。 北岸承压含水层主要分布于深部的4 层圆砾和2 层圆砾中，水量较丰富， 隔水层为上部的淤泥质土和粘土层（、层） 。承压含水层顶板高程为-26.00- 24.82m，隔水层顶板高程为-14.02-15.12m；根据勘察在承压水抽水孔的两个观 测孔中同时进行了地下承压水水头测试，将上部潜水含水层用铁制套管隔离， 2007 年 2 月实测承压水头埋深在地表下 10.85 米，相应高程为-3.23 米； 2007 年 3 月至至 4 月 1 日实测承压水头埋深在地表下 7.708.24 米，相应高程为 0.08- 0.62 米。根据周边类似钻孔灌注桩施工经验，由于承压水流速较小，承压水对钻 孔灌注桩和地下连续墙施工无影响。 江中段根据冲刷线下最小覆土 3.5m，隧道断面内最大承压水压力将达 3.1kg。 3) 基岩水 基岩裂隙水：赋存于强风化、中风化基岩中，含水量主要受构造和节理裂隙 控制。由于场地基岩裂隙不发育，故基岩裂隙水水量一般不大。 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 10 页 4）土层渗透系数 区土层渗透系数成果表 表 1.2-3 室内试验渗透系数（cm/s） 现场抽水试验渗 透系数（cm/s） 层号土 名 KVKHK 2砂质粉土3.4010-46.5910-4 4砂质粉土2.7210-44.9810-4 5粉砂夹砂质粉土7.6510-59.9210-5 6粉砂 7 砂质粉土夹淤泥质 粉质粘土 8.0410-41.2410-3 2.2410-3 3淤泥质粉质粘土2.410-89.8910-8 1淤泥质粉质粘土 2淤泥质粉质粘土7.8110-74.9310-6 3粉砂 2淤泥质粉质粘土3.3810-76.2110-6 3细粉砂 1粉质粘土7.4810-61.8610-7 2含砂粉质粘土1.1410-62.2510-6 区土层渗透系数成果表 表 1.2-4 室内试验渗透系数（cm/s） 现场抽水试验渗透 系数（cm/s） 层号土 名 KVKHK 1 砂质粉土 5.6810-45.1210-4 2 砂质粉土 5.1010-45.3410-4 3 砂质粉土夹粉砂 4.2710-46.5910-4 4 砂质粉土 5 粉砂夹砂质粉土 6.2910-49.5210-4 6 粉砂 8.8210-49.5510-4 7 砂质粉土夹淤泥质 粉质粘土 4.8010-47.0810-4 3.3310-3 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 11 页 8 粉砂 1.1910-32.0410-3 3 淤泥质粉质粘土 1.0210-72.6010-7 / 1 淤泥质粉质粘土 2.4010-71.9310-6 / 2 淤泥质粉质粘土/ 3 粉砂/ 2 淤泥质粉质粘土/ 1a 粉质粘土 3.3310-77.9310-7 / 1b 含砂粉质粘土/ 2 细砂 1.0210-31.2210-3 / 江北 5.010-2 4 圆砾层 江南 8.610-2 / 1.3 有害气体（沼气）分布情况有害气体（沼气）分布情况 本区间隧道内掘进范围内存在大片的沼气含气层。 1.3.1 原区间内沼气情况的描述 根据业主原提供的： 杭州地铁 1 号线标滨江站富春路站区间岩土工程 详细勘察报告-浙江华东建设工程有限公司（2007.3）的地质勘探资料。本 工程区域内沼气情况的描述如下：“3.7 不良地质作用和地下障碍物-6） ”中 描述：本次勘察北岸及江中钻孔未发现有沼气。结合地热区域调查报告，初步分初步分 析析滨江站至桩号 K6+850，区内分布有沼气。 根据上述资料，滨江站江南风井钱塘江南岸区域可能存在沼气。但江中根据上述资料，滨江站江南风井钱塘江南岸区域可能存在沼气。但江中 及北岸无沼气。及北岸无沼气。 1.3.2 最新区间内沼气情况的描述 但根据业主于 2008 年 2 月 2 日下午召开的关于“过钱塘江过江隧道段、江南 风井段有害气体”会议，及 2008 年 2 月 20 日拿到的浙江省地矿勘察院施工的 杭州地铁 1 号线滨江站富春路站区间地下有害气体特性研究报告（江南风井段、 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 12 页 钱塘江过江隧道段）。均指出： （1）滨江站江南岸：滨江站江南岸： 1）滨江站富春路站区间江南风井段地下气体主要成份为甲烷，其体积约占 90.4%92.8%；其次为氮气，约占 5.31% 7.67%，二氧化碳约占 1.53% 1.92%，还有一些微量的一氧化碳； 2）从滨盛路至钱塘江边的 K6+500 K6+900 里程范围内分布着压力大小不一 的有害气体。一部份在里程 K6+564 附近小范围分布，另一部分沿南北方向呈长条 状分布，与地铁隧道线交汇于江南风井位置； 3）江南风井段地下气体以囊状形式存在，主要赋存在3 层粉细砂层，含气 层顶板埋深在地面以下 26 27m 处；含气层底板埋深在地面以下 28 30m 处； 4）江南风井段2 层淤泥质粉质粘土层为气源层， 3 层粉细砂层为主要储 气层； 5）K6+564 附近气体分布范围较小，中心最大气压 0.38MPa，而长条状气带分 布范围较广，进一步向江中延伸，中心最大气压 0.4Mpa； 6）实测得出江南风井段地下有害气体最大流量为 26.8m3/h。 （2 2）过江隧道段：）过江隧道段： 1）过江隧道地下气体主要成份为甲烷，其体积约占 91.6%94.6%；其次为氮 气，约占 1.9% 5.7%，二氧化碳约占 2.58% 3.44%，还有一些微量的一氧化碳； 2）过江隧道地铁盾构线自江南岸至主航道均存在有害气体，主航道至江北岸 不存在有害气体； 3）过江隧道地下气体以囊状形式存在，主要赋存于细砂及圆砾层上部，含气 层顶板埋深在地面以下 21 23m 处；含气层底板埋深在地面以下 24 28m 处.含 气层沿隧道结构线长度 540m； 4）过江隧道的2 层淤泥质粉质粘土层为气源层， （12）2 层细砂层为主要储 气层； （5）钱塘江靠近南岸位置处气体压力较大，最大气压约 0.220.39MPa，并 沿结构线向北岸逐渐减小； （6）过江隧道地下有害气体最大流量为 48.85m3/h。 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 13 页 关于沼气情况的描述，前后两次地质勘探资料在沼气分布范围、气流量等方关于沼气情况的描述，前后两次地质勘探资料在沼气分布范围、气流量等方 面均存在较大的差异。面均存在较大的差异。 下图为新勘探过程中沼气段沼气释放时的照片。 陆地上沼气释放情况的照片 钱塘江中沼气释放的照片 2、过江段隧道掘进施工主要施工风险、过江段隧道掘进施工主要施工风险 2.1 盾构穿越段富含沼气盾构穿越段富含沼气 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 14 页 根据新的有毒有害气体勘察报告，过江段靠江南岸一侧富含沼气，长度约 540m，沼气压力最大达 0.4Mpa，流量达 48.85m3/h。施工风险较大，在施工前和 施工时应采取措施，确保施工安全。沼气段施工具体详见沼气段施工防治专项施 工方案。 2.2 圆砾层隧道掘进施工圆砾层隧道掘进施工 根据调整冲刷线下隧道最小覆土 3.5m 情况，过江段盾构进入钱塘江将穿越 近 183.5 米的圆砾层，圆砾层最大侵入深度达 1.28 米。上半部为砂层和砂性土， 在施工中需采取措施，予以确保隧道轴线及施工安全。同时，圆砾层及砂性土层 有可能对盾构刀具产生严重磨损，需进行江中换刀。气压换刀详见气压换刀专项 施工方案。 2.3 承压水段承压水段 本工程过江段盾构穿越地层为砂层和圆砾层，此地层除富含沼气外，还含承 压水，在施工中需采取措施，预防螺旋机喷涌和盾尾渗漏。 3、盾构机针对性设计、盾构机针对性设计 根据地质详勘和补勘资料、有毒有害气体勘察报告，结合本工程地质状况， 特别是过江段地质状况，综合两次盾构机专题专家评审会和一次穿越钱塘江段施 工技术专家评审会意见，及成都地铁施工经验基础上，对本工程所采用的盾构机 进行了针对性的设计。 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 15 页 盾构机主图盾构机主图 3.1 刀盘和刀具刀盘和刀具 刀盘和刀具除了要适应本工程的砂性地层外，最主要是要满足过江段圆砾层 段施工要求。 （1）刀盘 根据 2 次盾构机专家评审会的意见，除了在刀盘、刀具、螺旋机都部位按原 要求加强耐磨外，还根据补勘结果，及总结成都地铁施工情况，对盾构机进行了 改进： 1）增大盾构机开口率。开口率由原来的 30%扩大到约 40%； 2）配有 2 套刀具磨损检测装置。 盾构机场景照片盾构机场景照片 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 16 页 （2）刀具 刀具设计根据本工程地质及成都地铁施工经验的基础上不断进行调整和改进。 1）刀具数量由原来的 144 把调整为 191 把。切削刀 70 把，弧面切削刀 12 把，中心刀 1 把，贝壳刀 52 把，撕裂刀 21 把，周边刀 35 把； 2）对撕裂刀的形状和耐磨程度作了改良，使刀具更加适应地层。 3.2 盾尾密封盾尾密封 盾构施工理论上有“护头护尾”之说。而护尾就是指盾尾的防渗防漏。特别 是在长距离江河底下及含承压水的砂性土层段施工时，盾尾密封的好坏尤关重要。 本工程盾构机盾尾密封设计 为三道盾尾密封，呈钝角形。采 用焊接式钢丝密封刷二道和钢板 刷一道，钢板刷的设置是提高刚 性，使密封刷不易折断，更好的 现改良型撕裂刀现改良型撕裂刀 原设计撕裂刀原设计撕裂刀 盾构机刀盘盾构机刀盘 盾尾密封盾尾密封 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 17 页 保证密封性能。 在充足盾尾油脂的前提下，其盾尾密封结构能抵抗Kg 以上的水 压。过江段区间隧道盾尾油脂采用优质进口材料。 3.3 螺旋机螺旋机 螺旋机作为渣土的主要出口，也是承压水和沼气喷涌这两风险控制的关键所 在。故螺旋机设计是本工程施工的一个重要组成部分，也是较为关键、重要的一 个部分。 根据工程勘探资料和有毒有害气体勘察报告，本工程螺旋机设计如下： （1）针对过江段圆砾层可能存在直径较大的卵石，故本工程采用是直径达 800mm 的大直径叶片螺旋机，其可提高出土效率和实现大颗粒出土。 （2）螺旋机的壳体上设有 2 个加泥加水口，用来改善土体流动性。必要时可 通过两加泥加水孔进行纳基膨润土或高分子聚合物等的加注，充填、密实螺旋机， 使其快速起到土塞效应，防止和控制水气土结合，从螺旋机处发生喷涌现象。 （3）设置 2 道液压控制闸门，在发生喷涌现象时，可起到关闭螺旋机，截断 水气土等喷涌通道。 （4）在螺旋机上部预留应急孔法兰与螺旋机间增设球阀，若出现喷涌现象持 续，无法按正常恢复施工时，通过关闭球阀，法兰盘上外接保压泵，进行恢复施 工。 （5）针对本工程隧道断面较长距离处圆砾层和砂性土层施工，故本工程盾构 机螺旋机内部采用高强度耐磨材料处理。 液压闸门 设置球阀，必要时安装保压泵 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 18 页 3.4 加泥加水口加泥加水口 除了上述在螺旋机上设置 2 个加泥加水口外，在土仓和刀盘正面各设置了 4 个加泥加水口，以改良刀盘正面渣土和土仓内的渣土。刀盘正面加纳基膨润土等， 除改良渣土外，还能起到一定的保护刀盘、刀具作用。 3.5 应急注浆孔的设置应急注浆孔的设置 在切口环和支承环后部设置 2 道应急注浆孔。在发生施工风险，需盾构前端 紧急注浆时（入盾尾渗漏严重、气压换刀时气从盾构外向后漏气、盾构机姿态不 好时等） ，均可进行应急注浆。 3.6 同步注浆系统同步注浆系统 同步注浆系统为独立液压控制系统的注浆系统，它由搅拌桶和斯维英泵组成。 螺螺 旋旋 机机 预留注浆孔 预留注浆孔位置示意图预留注浆孔位置示意图 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 19 页 3.7 有毒有害气体监测装置有毒有害气体监测装置 考虑到本工程穿越钱塘江段，盾构穿越断面存在有毒有害气体。故盾构机设 计时就在螺旋机出口、盾尾上部、及第一节车架前端设置有毒有害气体自动监测 报警装置。 4、前期准备工作、前期准备工作 4.1 沼气释放试验沼气释放试验 根据第二次有害气体的勘察，本区间段沼气分布较第一次地质详勘所示的范 围要广，且显示的流量和压力均很大。最大压力 0.4MPa，最大 48.85m3/h。若预 先不采取措施，由于沼气压力和流量均较大，盾构穿越过程中极易产生瞬间喷涌 和沼气含量剧增等状况，施工风险将极大。为此，需采取下列措施来确保盾构穿 越沼气段施工的安全。 根据 3 月 18 日业主组织的穿越钱塘江施工技术方案专家评审会意见，为确保 在盾构在沼气段的安全施工，在施工前必须预先对盾构穿越区域内的沼气进行泄 压释放，在盾构穿越泄压断面内时将沼气层沼气压力泄放到 0.05MPa 以下，尽量 降到最小。沼气释放分两个阶段：一个是试验阶段；一个是正式实施阶段。此工 作都在隧道穿越前完成。 由于地下沼气的具体含量，其钻孔释放后压力能否降到多大，沼气释放后对 斯威英泵斯威英泵 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江段施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 20 页 周边环境的影响有多大，沼气释放后的效果和释放后地下沼气的补充汇拢情况， 沼气释放后对土体侧向抗力不均匀程度等不是很了解。考虑到江中具体实施时再 了解此些状况，难度较大，时间紧迫，故采取预先在陆地上进行沼气释放试验。 江南风井段放气孔平面布置图江南风井段放气孔平面布置图 沼气释放试验在江南风井钱塘江南岸大堤之间进行。此段一为沼气侵入隧 道断面的前端区域；二为该区域相对比较空旷，建构筑物相对较少，地形比较有 利，特别是对前期试验孔的保留方面特别有利。 放气孔布置在地铁结构线两侧，原则上每一侧由内向外各布置三排放气孔， 最近一排距离结构线 8 米，各孔间距 20 米，放气孔总体呈梅花形布置，共布置 28 个放气孔。其中部分孔采取不等间距进行布置，以摸索合理的孔间距对沼气释放 最合理经济。同时，试验工程中，根据孔位具体释放流量和压力不同，若孔位流 量超过 25m3/h，则在该孔周边进行加密布孔。通过此举可以进