盾构机进洞施工方案施工组织设计论文隧道地铁盾构.doc

东环路-仓街站盾构机进洞施工方案 1 苏州市轨道交通苏州市轨道交通 1 1 号线号线 I-TS-12I-TS-12 标标 东环路东环路- -仓街区间隧道工程仓街区间隧道工程 盾构进洞施工方案盾构进洞施工方案 中铁十六局集团有限公司中铁十六局集团有限公司 苏州市轨道交通苏州市轨道交通 1 1 号线号线 I-TS-12I-TS-12 标项目经理部标项目经理部 二二一一年七月年七月 东环路-仓街站盾构机进洞施工方案 2 目目 录录 1.11.1 工程简介工程简介.3 1.21.2 工程地质及水文条件工程地质及水文条件.3 1.2.11.2.1 土层特特征及物理力学性质土层特特征及物理力学性质 .3 1.2.21.2.2 水文条件水文条件 .6 1.31.3 进洞处的地质状况描述进洞处的地质状况描述 6 1.41.4 周边环境周边环境 6 2.2. 进洞地基加固进洞地基加固 6 3.3. 盾构进洞准备工作盾构进洞准备工作 7 3.13.1 接收井内准备接收井内准备 7 3.23.2 盾构位置姿盾构位置姿态态复核测量复核测量 7 4.4. 进洞段施工技术措施进洞段施工技术措施 8 4.14.1 盾构推进技术措施盾构推进技术措施 8 4.1.14.1.1 严格控制盾构正面平衡压力严格控制盾构正面平衡压力 .8 4.1.24.1.2 严格控制盾构推进速度严格控制盾构推进速度 .8 4.1.34.1.3 严格控制盾构纠偏量严格控制盾构纠偏量 .8 4.1.44.1.4 严格控制同步注浆量和浆液质量严格控制同步注浆量和浆液质量 .9 4.1.54.1.5 严格控制盾尾油脂的压注严格控制盾尾油脂的压注 .9 4.1.64.1.6 在隧道内进行二次衬砌壁后注浆在隧道内进行二次衬砌壁后注浆 .9 4.1.74.1.7 动态信息传递动态信息传递 .10 4.24.2 管片连接管片连接 10 5.5. 盾构进洞施工盾构进洞施工 10 5.15.1 盾构进洞前洞门混凝土凿除盾构进洞前洞门混凝土凿除 10 5.25.2 盾构进洞盾构进洞 10 6.6. 应急措施应急措施 11 6.16.1 现场风险防范领导小组现场风险防范领导小组 11 6.26.2 应急措施应急措施 11 6.36.3 机械设备配备机械设备配备 12 6.46.4 材料的配备材料的配备 12 7.7. 安全生产和文明施工安全生产和文明施工 12 7.17.1 搭设脚手架凿除槽壁搭设脚手架凿除槽壁.12 7.27.2 推进速度偏慢推进速度偏慢 12 7.37.3 同步注浆同步注浆 13 东环路-仓街站盾构机进洞施工方案 3 工程概况工程概况 1.11.1 工程简介工程简介 本工程为苏州轨道交通 1 号线 I-TS-12 标工程，由东环站、星明街站土建工程及 仓街站-东环路站、东环路站-星明街站区间隧道工程组成。 仓街站-东环路站区间隧道线路位于苏州古城内，该区间沿干将路，穿过苏州监 狱围墙及岗亭、横穿外城河、相门桥立交船坞、相门人行立交桥、茄子桥到达东环路 站。两侧多为住宅、商业建筑，干将路交通繁忙、管线繁杂；东环路站-星明街站区 间隧道线路位于苏州工业园区内，沿中新路由东环路站由西向东依次穿过同济桥、苏 杭高速高架桥、企鸿桥到达星明街站，两侧多为商业、住宅建筑。 仓街站东环路站区间左、右线里程均为 DK14+103.200DK15+080.000，左线 长 977.863m，右线长 976.672m，线路左右间距由 12 米渐变至 14 米，.在里程（右 DK14+620.000）处设有联络通道兼作区间泵房与集水池。东环路站星明街站区间 左、右里程均为 DK15+302.000DK16+016.000，左线长 714.419m，右线长 714m， 线路左右间距由 12 米渐变至 14 米，.在里程（左 DK15+582.508）处设有联络通道兼 作区间泵房与集水池。 本工程用一台小松土压平衡盾构机先从东环路站沿左线向星明街站推进，贯通 后盾构机调头由星明街站沿右线向东环路站推进，再次贯通后转场后使用两台小松土 压平衡盾构机沿左、右两线从东环路站向仓街站推进，贯通后结束。 （2）隧道衬砌 衬砌采用预制钢筋混凝土管片，错缝拼装。衬砌环全环由一块封顶块（KT） 、两 块邻接块（B1、B2） 、三个标准块（A1、A2、A3 型） ，共 6 块管片构成，环宽 1200mm。管片纵向无榫头。隧道内径 5500mm；隧道外径 6200mm；衬砌厚度为 350mm。管片强度等级 C50、抗渗等级不小于 S10。管片纵向和环向均采用弯螺栓连 接。管片环与环之间用 16 根 M30 的纵向螺栓相连接，每环管片块与块间以 12 根 M30 的环向螺栓连接，强度均为 5.8 级。接缝采用两道防水，一道采用三元乙丙橡胶 和遇水膨胀橡胶复合而成的弹性密封垫，另一道采用水膨胀橡胶条进行接缝防水。 1.21.2 工程地质工程地质及水文条件及水文条件 1.2.11.2.1 土层特特征及物理力学性质土层特特征及物理力学性质 (1) 根据设计资料及地质勘查资料，区间盾构主要穿越土层为1a 粉质粘土层、 东环路-仓街站盾构机进洞施工方案 4 1 粉土层、2 粉土层、粉质粘土层为主，各区间的地层特征描述及物理力学 性 质指标表见表。 （2）隧道主要埋置于中密状的2 粉砂，软-流塑状粉质粘土层种。由于隧道 穿越不同工程地质层，且土层强度差异较大，会引起施工、运营阶段产生不均匀沉降， 对其变化多端应采取相应的结构措施。 1a 粉质粘土层、1 粉土层、2 粉土层、粉质粘土层构成苏州地区的第一 层微承压水层，该含水层组埋深浅、厚度较大。其中1 粉土层、2 粉土层赋水性、 透水性较好，含水量较丰富，对盾构施工及今后地铁运营影响较大的含水层。 根据室内试验，1 粉土层平均渗透系数为：Kv=47.3*10-6cm/s，为弱透水层， 1a 粉质粘土夹粉土层平均渗透系数为：Kv=0.59*10-6cm/s，为微-弱透水层，2 粉 土、 粉砂层：Kv=72.5*10-6cm/s，为弱透水层，粉质粘土层，平均渗透系数为： Kv=0.17*10-6cm/s，为弱透水层。岩土分层依据各地基土层沉积时代、层序、名称、 状态或密实度，并依据现场钻探、原位测试及室内土工试验资料，结合区域地层概况 划分。各土层描述如下： 东环路-仓街站盾构机进洞施工方案 5 固快峰值 含水量 W 重度 YO 粘聚力 Uk 内磨角 k 土层 序号 土层名 称 土层描述层厚（m） (%) KN/m 3 Kpa 度 1 杂填土 杂色，稍中密，大部分低端表层 为压实填土。 1.2 60 612 2 素填土褐灰灰黄色，软可塑。1.84.1 1212 2a 淤泥质 填土 灰黑色，流塑。仅分布在外城河西 3.8 4.3 58 1 粉质粘 土粘 土 黄褐色、灰黄色，可塑-硬塑状态， 无摇振反应。 1.84.1 25.519.839.816.4 2 粉质粘 土 灰黄色，下部渐变为灰色，可塑- 软塑状态，局部塑性较低，无摇振 反应，干强度，韧性中等 1.45.0 28.419.521.216.1 1a 粉质粘 土 灰色，软流塑状态，低塑性，夹 薄层粉土，摇振反应迅速，韧性较 低，干强度较低中等。 1.37.8 30.819.19.218.5 1 粉土 灰色，稍密状态，夹薄层粉土，摇 振反应迅速，韧性较低，干强度较 低 1.04.8 31.0 19 0 10.825.6 2 粉土 灰色，稍中密，以粉土为主，局 部夹薄层粉质粘土，无光泽反应， 摇振反应迅速，韧性、干强度较低 1.08.9 28.4 19 2 8.125.8 粉质粘 土 灰色，软流塑，部分低塑性，局 部为淤泥质粉质粘土，夹薄层粉土， 土质不均，稍有光泽反应，摇振反 应不明显，韧性较低，干强敌较 低中等 2.813.4 30.7 19 1 8.718.0 1 粉质粘 土 暗绿色，硬塑可塑，均质致密， 夹粘土，切面较光滑，无摇振反应， 干强度、韧性中等高。 1.24.5 23.1 20 2 43.416.5 2a 粉土夹 粉质粘 土 绿灰色，粉土、粉砂呈中密密实 状态，具水平层理，稍有光泽反应， 有摇振反应，韧性较低，干强度较 低 0.52.3 25.6 19 6 9.526.0 东环路-仓街站盾构机进洞施工方案 6 1.2.21.2.2 水文条件水文条件 仓街站-东环路站区间范围及附近地表水体主要有外城河，南北向的外城河穿过 场地，水面宽约 120 米，和边缘水深约 4 米，在河中心水深不详。区间内浅层地下水 属潜水，主要补给来源为大气降水及地表径流，该层地下水位最高一般在 7-8 月粉， 近几年最高水位 2.63 米，最低水位多出现在旱季 12 月份至翌年 3 月份，最低潜水位 0.21 米，微承压水分布于1a 粉质粘土层、1 粉土层、2 粉土层、粉质粘土层， 该含水层组埋深较浅，厚度较大。承压水由层粉土、粉砂及层淤泥质粉质粘土层 组成，该含水层厚度较大，其埋深较大（层面埋深 30.5-37.5 米） ，含水丰富。 东环路站星明街站区间位于苏州工业园区的中新路下，中新路为苏州工业园 区的主要交通干道，地势较平坦，地面高程（黄海高程）在2.693.94m左右。相门 塘的叉道穿过场地，宽1015m，水深1.52.0m，勘察期间水面高程1.471.75m。 根据苏州地貌单元划分，场地地处冲湖积平原，为典型的水网化平原。 1.31.3 特殊地质状况描述特殊地质状况描述 仓街接收工作井断面位于1、2粉土粉砂层。土层中，隧道中心标高- 10.00m，顶覆土 8.75m 左右。 1.41.4 周边环境周边环境 仓街工作井进洞处位于干将路上，南侧为苏州监狱（已经拆除） 。 2 2、进洞地基加固进洞地基加固和降水和降水 地基加固详见仓街工作井加固方案。盾构进洞前对井外地基加固进行验收，加固 强度达到设计要求后，才能进行进洞施工，否则应采取补加固措施。 本次进洞位置位于1、2 粉土、粉砂层。该层土摇震反应迅速，容易产生流 沙现象。为了避免流沙，将布置 5 口降水井。具体位置如下图所示。井深 21m，经过 抽水，进洞时必须保证水位在 19m 以下。 东环路-仓街站盾构机进洞施工方案 7 降水井布置图降水井布置图 在盾构进洞前对加固土体开样洞（钻 9 个探孔）进行观察，发现漏水、漏泥、 漏砂现象，必须在盾构进洞之前进行补救加固，补救加固注浆浆液为双液浆。 双液浆的重量比如下： 水泥水玻璃水稠度 11适量911 3 3、盾构进洞准备工作、盾构进洞准备工作 3.13.1 接收井内准备接收井内准备 盾构接收井施工完成后，接收井内洞门混凝土凿除和洞门封堵材料等各项工作必 须全部准备就绪。先对洞门位置的方位和坐标测量确认，安装盾构接收基座。 盾构基座为钢结构预制成品（见附图 1） ，盾构基座位置按洞口实测中心位置和 设计轴线准确放样，基座安装时按照测量放样的基线，吊入井下就位焊接固定，但考 虑到盾构进洞轴线和加固区的盾构姿态控制，确保盾构推进运动轨迹符合施工要求； 基座焊接好后，需进行加固支撑（见附图 2） ，确保其强度和刚度。 3.23.2 盾构位置姿态复核测量盾构位置姿态复核测量 东环路-仓街站盾构机进洞施工方案 8 盾构贯通前的测量是复核盾构所处的方位、确认盾构姿态、评估盾构进洞时的姿 态和拟定盾构进洞段的施工轴线、推进坡度的控制值和施工方案等的重要依据，以使 盾构在此阶段的施工中始终按预定的方案实施，以良好的姿态进洞，准确就位在盾构 接收基座上。 4 4、进洞段施工技术措施进洞段施工技术措施 4.14.1 盾构推进技术措施盾构推进技术措施 4.1.14.1.1 严格控制盾构正面平衡压力严格控制盾构正面平衡压力 盾构进洞前 50 环为进洞阶段，在进洞段盾构施工过程中必须严格控制切口平衡 土压力，使得盾构切口处的地层有微小的隆起量来平衡盾构背土时的地层沉降量。同 时也必须严格控制与切口平衡压力有关的施工参数，如出土量、推进速度、总推力、 实际土压力围绕设定土压力波动的差值等。防止超挖、欠挖尽量减少平衡压力的波动。 在盾构进入加固区以后，土压和总推力适当减小，保证洞门的安全。 根据地质情况及隧道埋深情况理论计算切口平衡压力（未进加固区）得到： 正面平衡压力：P=k0h P: 平衡压力（包括地下水） ：土体的平均重度 h：隧道埋深 k0：土的侧向静止平衡压力系数 即进洞段理论土压力： P0.71812.90.16Mpa。 当盾构进入加固区以后根据刀盘油压情况及地面监测情况可适当调低土压力值。 当盾构刀盘前部靠上槽壁以后，逐渐降低土压力值直至 0。 4.1.24.1.2 严格控制盾构推进速度严格控制盾构推进速度 盾构进洞段施工时，推进速度应放慢，尽量做到均衡施工，减少对周围土体的扰 动，避免在途中有较长时间耽搁。如果推得过快则刀盘开口断面对地层的挤压作用相 对明显，在加固区前的推进速度在 23cm/min，进入加固区以后推进速度控制在 1cm/min。 4.1.34.1.3 严格控制盾构纠偏量严格控制盾构纠偏量 东环路-仓街站盾构机进洞施工方案 9 在确保盾构正面沉降控制良好的情况下，使盾构均衡匀速施工，盾构姿态变化不 可过大。每环检查管片的超前量，隧道轴线和折角变化不能超过 0.3。推进时不急 纠、不猛纠，多注意观察管片与盾壳的间隙，相对区域油压的变化量随出土量和千斤 顶行程逐渐变化。采用稳坡法、缓坡法推进，以减少盾构施工对地面的影响。在盾构 进入加固区前应根据洞门中心调整好盾构进洞位置与姿态，避免在进入加固区以后再 调整盾构姿态。 4.1.44.1.4 严格控制同步注浆量和浆液质量严格控制同步注浆量和浆液质量 严格控制同步注浆量和浆液质量，务必做到三点： 1、保证每环注浆总量； 2、保证每箱土要均匀合理地压注； 3、浆液的配比和稠度必须符合质量标准。 通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形。 每环的压浆量一般为建筑空隙的 200250，即每推进一环同步注浆量为 2.76m33.45m3。泵送出口处的压力应控制在 0.3MPa 左右，稠度控制在 911。 本工程盾构推进施工中的同步注浆浆液采用可硬性浆液，压浆量和压浆点视压浆 时的压力值和地层变形监测数据而定，浆液的具体配比如下：(Kg/m3) 膨润土粉煤灰砂 水泥 水 100400700100490 4.1.54.1.5 严格控制盾尾油脂的压注严格控制盾尾油脂的压注 在同步注浆量充足的前提下，盾构机的盾尾密封功能就显得特别重要。为了顺利、 安全的进洞，必须切实地做好盾尾油脂的压注工作。每班上班时检查并保证储桶内有 充足的油脂。推进时油脂开关用自动档根据压力情况自动补压（同时配备专人观察， 需要时人工压注） ，杜绝因人为欠压造成的漏浆、漏水现象。 4.1.64.1.6 在隧道内进行二次衬砌壁后注浆在隧道内进行二次衬砌壁后注浆 在进洞段施工中，要进行二次壁后注浆，特别是在推进最后几环盾尾进入加固区， 同步注浆无法进行时候。浆液采用双液浆（每 3 环压一环） ，每环 23m3（在实际压 注中将根据各监测数据及压力进行适当的调整） 。在管片脱出盾尾 5 环后，对管片的 建筑空隙进行双液二次注浆。浆液通过管片的注浆孔注入地层，并在施工时采取推进 和注浆联动的方式，注浆未达到要求，盾构暂停推进，以防止土体变形。壁后二次注 东环路-仓街站盾构机进洞施工方案 10 浆根据监测情况随时调整，从而使进洞段地层变形量减至最小。二次注浆结束后，必 须立即将闷头拧紧。 双液浆的重量比如下： 水玻璃水泥水 63460 具体配比根据实际施工中情况进行调整。 4.1.74.1.7 动态信息传递动态信息传递 在盾构进洞段施工期间，对地面及管线进行沉降监测，及时观察变形情况，将监 测数据及时、准确地反馈给各相关人员和盾构司机，使得盾构司机能够根据地面所反 映的情况，进行正确判断，及时调整施工参数、压浆量和浆材。 4.24.2 管片连接管片连接 最后 10 环管片用 12 号槽钢连接，每环 4 根，以防盾构进洞重心转换盾尾在脱出 管片时，管片环与环间隙被拉大，造成漏水或漏泥。 5 5、盾构进洞盾构进洞施工施工 5.15.1 盾构进洞前洞门混凝土凿除盾构进洞前洞门混凝土凿除 当盾构逐渐靠近洞门时，要在洞门混凝土上开设观察孔加强对其变形和土体的观 测，并控制好推进时平衡压力值。在盾构切口距洞门 50cm 时，停止盾构推进，尽可 能出空平衡仓内的泥土使切口正面的平衡压力降到最低值，以确保混凝土洞门凿除的 施工安全。洞门凿除首先在洞圈内搭设钢制脚手架。在洞门中心凿九个孔（见附图 3） ，用来观察外部土体情况（中心孔为 500*500 方洞，以便查看盾构机的平偏和高偏） ，然后粉碎性去除洞门混凝土，割去内排钢筋、外排钢筋。进洞前迅速清理洞门内残 余钢筋，保证进洞时无障碍物。 盾构进洞盾构进洞 5.25.2 盾构盾构进洞进洞 本次盾构进洞采用二次进洞的施工工艺。在洞门混凝土粉碎性凿除后，盾构应尽 快推进并拼装管片，尽量缩短盾构进洞时间。当盾构前部约 1m 坐上基座导轨后则完 成了第一次进洞。然后，停止推进立即安装弧形钢板（见附图 06） ，对洞圈进行封堵 并预留相应数量的注浆管。洞圈封堵完毕以后，对预留的注浆管压注双液浆液。浆液 压注完毕，盾构开始第二次进洞，直至盾构本体完全坐上盾构基座。当盾尾脱进洞圈， 东环路-仓街站盾构机进洞施工方案 11 最后一环管片拼装完毕后，立即将洞圈封堵，防止水土流失。 详细进洞步骤如下：详细进洞步骤如下： 盾构第一次进洞推进 1 ） 、在清理干净落在洞圈底部的落土后，启动盾构继续往前推进； 2） 、推进过程中要派专人在接收井处观察盾构和洞圈及弧形钢板的间隙，同时加 强水土流失的观测，盾构推进到露出洞圈 3000mm 时停止推进。 3） 、利用事先准备好的弧形钢板封洞门，然后开始隧道内管片注浆和洞圈四周注 浆，打环箍，压注浆液为双液浆和聚胺脂； 盾构第二次进洞推进 1)、在下述条件均具备的前提下，方可启动盾构推进系统，进行第二次推进： a.地面变形比较稳定； b.洞圈位置滴水不漏，可拆除上部的部分弧形钢板进行观察； 2 ） 、用割刀将弧形钢板沿盾壳割出一圈口子，再将盾构继续推进至盾尾露出洞 圈； 3） 、封堵弧形钢板与盾壳的间隙，继续隧道内管片注浆和洞圈四周注浆，压注浆 液为双液浆。 4） 、用预先加工的弧形钢板与最后一环管片端面钢板焊接牢靠。 （进洞流程见附 图 07） 6 6、 应急措施应急措施 6.16.1 现场风险防范领导小组现场风险防范领导小组 项目部主要管理人员联系方式 姓名单 位联系电话备注 陆为民项目部项目副经理 张志国项目部施工员 范寿林项目部施工员 姜建华项目部安全员 6.26.2 应急措施应急措施 进洞是盾构施工中最为关键的工序，故制定以下应急措施。 （1）盾构在进洞时，应在现场准备足够的抢险设备和材料，以期快速、安全的 控制险情。 东环路-仓街站盾构机进洞施工方案 12 （2）当进洞发生渗漏时，应组织人员进行堵