过江段隧道施工风险预防及应急预案--4-15

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页目录目录11、工程概况111工程简介112区间隧道过江段工程地质1121隧道穿越地层1122隧道断面内圆砾层分布情况513有害气体（沼气）分布情况10131原区间内沼气情况的描述10132最新区间内沼气情况的描述102、过江段隧道掘进施工主要施工风险1221盾构穿越段富含沼气1222圆砾层隧道掘进施工1223承压水段123、盾构机针对性设计12盾构机主图1331刀盘和刀具1332盾尾密封1533螺旋机1534加泥加水口1635应急注浆孔的设置1636同步注浆系统1737有毒有害气体监测装置174、前期准备工作1741沼气释放试验1742掘进段施工试验19421渣土改良19422隧道通风19423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43管片制作215、沼气段穿越施工技术2151沼气释放2152施工监测22521监测标准22522监测设备22523监测要求2253隧道通风2355人员培训2356掘进施工要点236、圆砾层段施工技术措施2461沼气预防措施2562承压水预防措施2563掘进施工技术措施257、承压水段施工技术措施268、风险应急措施2881沼气含量超警戒线2882喷涌2983盾尾渗漏2984刀具磨损29841气压法换刀原理30842气压法供气方式及施工设备、材料30843气压换刀施工前期准备工作31844气压作业33845刀具检查和更换43846带压换刀施工注意事项44847盾构恢复掘进45848应急措施4585其他预防和应急技术组织措施4686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87机械设备配备4788应急指挥机构及分工4785人员联系方式4886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11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K5880274K8835859，区间左线总长为2946KM，区间右线总长为2956KM。在里程K6750和K83519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K69133K82550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12区间隧道过江段工程地质121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1201土层特征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QC445643MPA，平均值505MPA，侧壁阻力FS384732KPA，平均值438KPA。全区分布，顶板埋深5701780M，顶板高程1180127M，层厚110760M。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QC158545MPA，平均值381MPA，侧壁阻力FS438752KPA，平均值460KPA，属中等压缩性土。场区内局部缺失，顶板埋深8202400M，顶板高程1587648M，层厚030920M。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27击。全区分布，顶板埋深18302390M，顶板高程16001243M，层厚260670M。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35击。静力触探锥尖阻力QC097444MPA，平均值147MPA，侧壁阻力FS127506KPA，平均值2585KPA，属高压缩性土。局部缺失，顶板埋深14402900M，顶板高程22421680M，层厚090750M。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QC079742MPA，平均值266MPA，侧壁阻力FS1842378KPA，平均值780KPA，属中等压缩性土。局部缺失，顶板埋深17503180M，顶板高程26141722M，层厚070780M。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QC105502MPA，平均值292MPA，侧壁阻力FS2731802KPA，平均值873KPA，属中等压缩性土。局部缺失，顶板埋深18403470M，顶板高程26741796M，层厚0606702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22303030M，顶板高程28232235M，层厚080560M。4层圆砾杂色，中密密实，饱和。圆砾直径022CM，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23403560M，顶板高程32382318M，揭露最大层厚1420M。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12021203。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1202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WOPPDGSESRWLWPIPILAV0102ES0102CKOKVKHN层号土层名称G/CM3MPA1MPAKPACM/SCM/S击/30CM2砂质粉土303188144270869942017115374304041340E04659E04113砂质粉土夹粉砂427E04659E044砂质粉土33186142709369510268449295047272E04489E0455粉砂夹砂质粉土3071861422960892925019102548315034765E04992E0466粉砂2611915129607858950173105547317037砂质粉土夹淤泥质粉质粘土3211831392709499143822281541202595563308042804E04124E048粉砂323179135268098687801910420533淤泥质粉质粘土442175122273125964411245165121066347183107240E04989E041淤泥粉质粘土39117612727311692238522715810419105252淤泥质粉质粘土377178129272111292334521513112505737118815805781E04493E0433粉砂253185148269082828028686852761062淤泥质粉质粘土3621771327210889043322141191250533952051505338E04621E0453粉细砂2761811432680896828022889253091772淤泥质粉质粘土36217713272108890433221411912505339520515338E04621E043粉细砂2761811432680896828022889253091粉质粘土3581781312731088897383246137083048463315149057748E04186E042含砂粉质粘土2332162271067294126918485059027641246234047114E04225E041细砂162031752680529808016982圆砾265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1203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WOPPDGSESRWLWPIPILAV0102ES0102CKOKVKHN层号土层名称G/CM3MPA1MPAKPACM/SCM/S击/30CM3砂质粉土339187142709349770181055842981砂质粉土33218213727100691602277473298568E04512E041132砂质粉土32188142270996101888187296510E04534E04103砂质粉土夹粉砂2871911492690817945015106758319427E04659E04154砂质粉土3211871422709049563822281541202185692815粉砂夹砂质粉土294191472690849401881856313629E04952E0476粉砂3031891452690856954112451651210188108333403537E04714E04257砂质粉土319187142270904952349216133108022699227504480E04708E0458粉砂2421971592690706923345215131125015118153312119E03204E03183淤泥质粉质粘土434176123273122696438723215513507281183111053102E07260E07271淤泥质粉质粘土416178126273118962402235166115065315192131240E07193E0632淤泥质粉质粘土41177126273117495438232148124065299188131059111E08306E08352淤泥质粉质粘土4061751252731187933398264134107073289167128101A粉质粘土25719915927207219734217124035026679347191333E07793E07161B含砂粉质粘土238201162271067296226218379070265362182260533圆砾2661粉质粘土306192148273086976332091210810394253991712细砂232196162680685909016108233328024102E03122E03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122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“542区地基土分析”中描述在桩号K6957K77045M，层细砂、圆砾层顶部12M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，且仅侵入隧道断面12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226米左右，涉及区域约2968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，圆砾层侵入隧道深度最大达31米左右，等于侵入了隧道半个断面，且侵入区域达440多米。圆砾层砾石最大长度近9厘米，宽度约4厘米，厚度约34厘米。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31M。（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074M。2）新包络线下隧道最小覆土35M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1835M，侵入隧道深度最大约为128M。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。123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313万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154M3/S1934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33KM的闸口水文站资料，钱塘江历年最高潮水位811M（1997年8月19日，黄海高程，下同），历年最低潮水位为124M（1954年8月10日），多年平均高潮位445M，多年平均低潮位396M，多年平均潮差046M，历年最大潮差490M，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33KM的七堡水文站资料，钱塘江历年最高潮水位798M（1997年8月19日，1985年国家高程基准，下同），历年最低潮水位为126M（1955年8月14日），多年平均高潮位444M，多年平均低潮位375M，多年平均潮差069M，历年最大潮差402M，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806M。钱塘江百年一遇最高洪水位852M，300年一遇最高洪水位为885M。隧道区江面宽约1310米，勘探期间水面高程一般为280480M，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495760M，相应高程041202M；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700760M，相应高程042097M，基坑降水停止后，根据后期观测，水位恢复为埋深360M左右（高程为40M）。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885M，目前北岸的地面高程760M左右，南岸的地面高程620M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784、675M，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675M，北岸中间风井抗浮设计水位高程取784M。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38023720M，隔水层顶板高程为15251600M；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625745M，相应高程为153273M。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26002482M，隔水层顶板高程为14021512M；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1085米，相应高程为323米；2007年3月至至4月1日实测承压水头埋深在地表下770824米，相应高程为008062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35M，隧道断面内最大承压水压力将达31KG。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123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KVKHK2砂质粉土3401046591044砂质粉土2721044981045粉砂夹砂质粉土7651059921056粉砂7砂质粉土夹淤泥质粉质粘土8041041241032241033淤泥质粉质粘土241089891081淤泥质粉质粘土2淤泥质粉质粘土7811074931063粉砂2淤泥质粉质粘土3381076211063细粉砂1粉质粘土7481061861072含砂粉质粘土114106225106区土层渗透系数成果表表124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KVKHK1砂质粉土5681045121042砂质粉土5101045341043砂质粉土夹粉砂4271046591044砂质粉土5粉砂夹砂质粉土6291049521046粉砂8821049551047砂质粉土夹淤泥质粉质粘土480104708104333103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1191032041033淤泥质粉质粘土102107260107/1淤泥质粉质粘土240107193106/2淤泥质粉质粘土/3粉砂/2淤泥质粉质粘土/1A粉质粘土333107793107/1B含砂粉质粘土/2细砂102103122103/江北501024圆砾层江南86102/13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。131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（20073）的地质勘探资料。本工程区域内沼气情况的描述如下“37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，初步分析滨江站至桩号K6850，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。但江中及北岸无沼气。132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904928；其次为氮气，约占531767，二氧化碳约占153192，还有一些微量的一氧化碳；2）从滨盛路至钱塘江边的K6500K6900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K6564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2627M处；含气层底板埋深在地面以下2830M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）K6564附近气体分布范围较小，中心最大气压038MPA，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04MPA；6）实测得出江南风井段地下有害气体最大流量为268M3/H。（2）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916946；其次为氮气，约占1957，二氧化碳约占258344，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2123M处；含气层底板埋深在地面以下2428M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022039MPA，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4885M3/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21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04MPA，流量达4885M3/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。22圆砾层隧道掘进施工根据调整冲刷线下隧道最小覆土35M情况，过江段盾构进入钱塘江将穿越近1835米的圆砾层，圆砾层最大侵入深度达128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。23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31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。32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原设计撕裂刀盾构机刀盘盾尾密封杭州地铁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。33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34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。35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。36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。螺旋机预留注浆孔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37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41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04MPA，最大4885M3/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005MPA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。通过此举可以进一步了解加密孔对大流量和高压沼气层释放的效果（包括释放周期）。在沼气释放试验阶段，选择某些单孔释放量降低至约005MPA后，或本身沼气释放量很小的钻孔进行真空负压释放。以检查在沼气压力到一定程度后，地层内部还可能存在的沼气存量。对后部沼气释放和盾构穿越施工作技术参考。在K6700左40M里程以及K6580右15M处采用零星排放放气施工。K6700左40M处布置5个放气孔，孔间距15M；K6580右15M处布置3个放气孔，孔间距15M，共布置8个放气孔。具体孔位详见上图“江南风井段放气孔平面位置布置图”。在进行陆地沼气释放试验时，需了解和掌握沼气释放孔的合理间距，释放压杭州地铁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21页力值的可降范围，释放速度对周边环境的影响，释放时和释放一定时间内对周边环境的影响，及释放后沼气的汇拢情况。通过一系列试验成果，进一步完善江中段沼气的释放方案。42掘进段施工试验421渣土改良渣土改良是土压平衡盾构在砂性土和圆砾层施工中常用的一种有效方法。采取何种材料来进行改良将是渣土改良的关键。本工程渣土改良主要考虑采用纳基膨润土，在试验段将对膨润土使用情况进行进一步的试验。以确定膨润土改良渣土的效果。422隧道通风为确保盾构安全掘进，根据以往类似工程施工经验，参考瓦斯隧道施工技术规范，本工程穿越钱塘江段施工通风方式将选用混和式通风，作为预防沼气浓度超标的主要措施。混合式通风就是将压入式和吸出式两种通风方式联合使用，其中压入式风机给工作面提供新鲜风流，吸出式风机从工作面排出污风。混合式通风兼有压入式和吸出式两者的优点，但也有缺点，即吸出式风机有引起瓦斯（沼气）爆炸的危险，需选用安全可靠的防爆风机。2）风机选型通风计算风速平均风速不低于0510M/S，最大可达6M/S。压入式风机初步选用SDFA型222KW通风机，2条隧道各用1台，另备1台作为应急风机。风机型号风量（M3/MIN）风压（PA）高效风量（M3/MIN）最高点功率（KW）最大配用电机功率（KW）风机直径（MM）ISDFANO6535055016005400396414222655860IISDFANO655008007203900600374222655860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22页吸出式风机初步选用FBCZNO13型防爆式抽出式轴流通风机。其转速达980R/MIN；风量达9529M3/S；风压达178694PA；电机功率22KW。本工程风机设备分阶段布置，在滨江站江南风井段对隧道内的通风量、风速等指标做响应的测试，以优化、确定江南风井江北风井段风机的布置数量和形式。除了在滨江站江南风井段进行通风数据的监测和摸索，还在沼气释放实验段进行通风试验。确定在一定距离下，隧道前端压入式通风管出口处的风速；开启抽出式风机时，隧道内部空气的流速，及混合式风机同时开启时，隧道内空气的移动风速等。423沼气浓度的控制沼气段施工时，正常施工、警戒施工、中止作业及人员撤离的沼气浓度控制如下根据测爆仪测试的甲烷浓度，0025为正常作业范围；02505开始警戒，并加强监测；051中止作业，加强通风，进行监察；115疏散作业人员，切断电源，禁止人员入内，隧道内配置应急灯，并开启。若施工人员重新进入施工现场，必须经检测人员检测，沼气浓度小于025时，方可恢复施工。在掘进试验段施工时，对沼气浓度监控进行试验。确定通风状态下对沼气浓度的可控性。滨江站江南风井压入式风机抽出式风机盾构机江南风井江北风井段通风机按照此类型布置，如隧道内自然回风速度不能满足有害气体排风要求，在隧道上部布置接力排风风机。通风机布置示意图盾构机车架盾构机主机杭州地铁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23页（1）在一定监控沼气浓度下，单独采取压入式通风状态，测试其风管出口处风速；对隧道内沼气稀释速度；（2）在一定监控沼气浓度下，单独采取抽出式通风状态，其对隧道内沼气稀释情况；（3）在一定监控沼气浓度下，单独采取混合式通风状态，其对隧道内沼气稀释情况。上述试验必须在安全控制浓度1以下状态进行，一般不得超越警戒线浓度进行冒险试验。若出现超浓度情况，应按相关要求进行，即停止施工后，在进行相关数据的摸索。通过对上述状态的摸索和了解，确定通风系统对隧道内沼气的可控程度，以利于在江中气压段施工时采取相应的通风措施和应急措施。43管片制作对于盾构长距离穿越钱塘江，隧道断面含圆砾层、粉砂层等对盾构掘进不利的地层。为预防该地层对盾构刀具产生较大磨损，需在江中进行气压换刀。故在管片生产上预先考虑气压法换刀施工的闸墙预留装置。根据情况，将预先生产2环带有预留装置的管片。根据冲刷线下最浅覆土35M隧道轴线，隧道穿越圆砾层区域约有1835M，分2部分穿越。第一段长度约65M，最大侵入隧道断面深度128M；第二段长度约118M，最大侵入隧道断面深度05M；前后两段间距约120M。故该2环管片将拼装在盾构进第一段圆砾层时和进第一段圆砾层后约80M距离处。5、沼气段穿越施工技术51沼气释放陆地试验段沼气释放试验孔在试验后继续保持，待盾构穿越后在回填；江中段沼气释放孔原则上按沼气试验段结果进行布孔释放。江中沼气释放孔按有毒有害气体勘探报告探明的沼气含气范围向北适当进行延伸50100M，预防后部沼气存在。若探明有沼气存在，则必须再向后延伸。江中段靠江南岸侧，钻探船只无法进入区域释放孔采取架排架进行钻探释放；江中段其他释放孔采取钻探船江中定位钻探。沼气释放实验段试验应在穿越前5个月左右完成；江中段沼气释放工作原则杭州地铁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24页上应在穿越施工前3个月完成，即试验结束后，立即进行江中段沼气释放工作。并在穿越前1个月进行探孔复查，如发现沼气量积聚，沼气压力回升，需继续持续释放的，则继续释放，并调整和完善后续的释放措施。具体可根据沼气试验段的试验结果进行调整。沼气释放孔原则上能保存的，应保存至盾构穿越后，再充填掉。江中段钻探孔根据航道水务实际情况，若能保留的则保留至盾构穿越后回填；若不能保留则前期释放后，必须在穿越前1个月左右进行重新钻孔复查。52施工监测521监测标准沼气段施工时，正常施工、警戒施工、中止作业及人员撤离的沼气浓度根据测爆仪测试的甲烷浓度，0025为正常作业范围；02505开始警戒，并加强监测；051中止作业，加强通风，进行监察；115疏散作业人员，切断电源，禁止人员入内，隧道内开启防爆应急灯。若施工人员重新进入施工现场，必须经检测人员检测，沼气浓度小于025时，方可恢复施工。522监测设备监测设备的配置是对隧道掘进面及成形隧道内有毒有害气体具体含量的直观监测，是指导有毒有害气体段施工的一个重要预防措施。本工程过江段区域施工时，在盾构机的螺旋机出口、盾尾和第一节车架处设置固定式自动报警有毒有害其他监测装置。另外，在隧道施工面及成形隧道内再配置1台手持式有害气体监测仪器（可监测沼气、一氧化碳、硫化氢和氧气的浓度），3台手持式沼气监测仪器。手持式监测仪器在有毒有害气体段施工时，进行人工24小时的监测。所有监测设备在施工前必须到位，并经检验合格后投入使用。另，考虑到第一、第二、第三节车架电器设备较多，且较接近沼气涌出源，故除第一节车架已放置了固定式自动监测报警装置外，在第二和第三节车架间固定放置一把移动式手持有害气体监测仪器，作为该区域特定的检测设备。523监测要求（1）在沼气段施工时，沼气监测人员落实到班组。进行专人专项工作。每班配置；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25页（2）正常情况下，监测人员应每小时进行监测数据记录，每班推进结束后进行书面沼气监测报告；（3）特殊情况下，监测人员应每小时进行监测数据记录，同时汇报给项目部；并根据项目部下发指令调整监测频率和汇报次数。（4）沼气浓度达到025时，应立即通知作业班长；并作好相关记录；（5）沼气浓度达到04警戒值时，应立即通知作业班长，同时汇报项目部；并作好相关记录；（6）沼气浓度达到05警戒值时，应立即汇报项目部；同时，每上升01向项目部汇报一次；并作好相关记录；（7）沼气浓度达到095警戒值时，应立即通知作业班长，作好中止施工准备；并汇报项目部；作好相关记录；（8）沼气浓度达到1警戒值时，应立即通知作业班长，停止施工，关闭所有非防爆施工电器设备；启动应急照明；准备疏散工作人员；同时汇报项目部；并作好相关记录；（9）沼气浓度达到14警戒值时，除防爆照明和防爆风开启外，其他所有设备全部关闭，施工人员（包括沼气监测人员）全部撤离隧道；（10）待通风一段时间后，监测人员佩戴防毒面具，由隧道外部逐步向内监测，若隧道内沼气浓度达到或超过14，监测人员不得继续深入。待确定隧道内沼气浓度小于025含量时，方可确认其他施工人员进隧道，恢复施工。53隧道通风隧道通风是沼气段隧道施工的主要预防和处理措施。（1）在沼气含量小于等于025时，按正常通风采用压入式向隧道内输送新鲜空气和稀释隧道内少量沼气；（2）沼气含量大于025时，开始考虑加强通风，启动混合式式通风系统。即同时开启抽出式风机；尽量将隧道内沼气含量控制在025以下，保障隧道掘进施工的正常进行。55人员培训（1）对所有施工人员必须进行有害气体的预防、应急培训；并对其进行安全技术交底，强化安全生产意识。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26页（2）对沼气监测必须有专人进行。每推进班组均设有专人进行监测。56掘进施工要点1）施工前制定有害气体段施工的规章制度，和报警警戒线，监测人员按监测要求进行监测；2）确保所有监测设备处于正常运转监测状态，监测人员必须作好监测工作及相关记录；3