盾构下穿管线、建(构)筑物施工保护方案.doc

深圳市城市轨道交通9号线9101标工程 盾构下穿管线、建（构）筑物施工保护方案目 录一、编制依据和原则31.1编制依据3二、工程地质概况32.1红树湾站深湾站区间32.1.1区间概述32.1.2周边环境42.1.3工程地质52.2深湾站深圳湾公园站区间52.2.1区间概述52.2.2周边环境62.2.3工程地质72.3区间隧道沿线水体及建（构）筑物情况82.4区间隧道沿线管线情况8三、盾构穿越建（构）筑物施工风险分析及评估93.1房屋不均匀沉降引起倾斜、开裂和倒塌的风险93.2地表隆陷引起道路塌陷或隆起的风险93.3地层位移导致地下带压管线爆裂、爆炸的风险9四、盾构施工对建筑物、管线影响分析94.1施工影响范围计算94.2地表隆陷变化规律114.3盾构掘进引起的地表沉降因素114.4地表建筑物对地表变形适应能力评估124.5地下管线对地表变形适应能力评估134.6地表变形控制标准14五、盾构穿越建（构）筑物、管线施工方法145.1施工前准备155.2施工过程控制155.3穿越后施工措施175.4盾构施工中对建（构）筑物的保护技术185.5欢乐海岸水体下盾构施工控制技术185.6过建（构）筑物的监测技术19七、资源配置20八、安全、质量、文明施工及环境保护保证措施218.1质量保证措施218.2安全保证措施228.3文明施工及环境保证措施23一、编制依据和原则1.1编制依据（1）深圳地铁9号线深湾站深圳湾公园站盾构区间图纸、详勘资料等项目技术资料；（2）深圳地铁9号线深湾站红树湾站盾构区间图纸、详勘资料等项目技术资料；（3）地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999）（2003修订版）；（4）盾构法隧道施工与验收规范（GB50446-2008）；（5）盾构隧道施工手册、盾构法隧道施工技术及应用等书籍；（6）对本工程区间隧道沿线管线、建（构）筑物调查报告。二、工程地质概况2.1红树湾站深湾站区间2.1.1区间概述红树湾站深湾站盾构区间线路出红树湾站后，沿白石四路东行，最小平曲线半径R=650m，最小平曲线长度为171.856m。区间地面高程一般在4.05.0m之间，隧道埋深为16m17.5m，隧道覆土厚度约10m11.5m。区间中间设联络通道兼废水泵房一座。图2.1-1红树湾站深湾站区间平面示意图2.1.2周边环境红树湾站深湾站区间周围为待开发地块，区域内地势平坦，无永久性建筑、地下管线，仅有一处雨水箱涵（基础底标高0.126m），对隧道区间施工无影响。白石四道宽度约26m，原封闭作为机动车驾驶路面考试场地，现已开始搬迁，计划于2013年5月底全部退出施工场地。白石四道两侧人行道下埋设有电力、通信、给水、污水管线，最大埋深3.5m。图2.1-2红深区间周边环境2.1.3工程地质本区间范围内主要为素填土层、填石层、淤泥质土层、粉质粘土层、可塑状砂质粘土层、硬塑状砂质粘土层、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩等地层。隧道主要穿过可塑状砂质粘土层、硬塑状砂质粘土层、全风化花岗岩层等地层，区间隧道拱顶位置为淤泥质土层与粘性土层，均为不透水地层。区间地质详见红深区间地质详勘图。图2.1-3红树湾站深湾站地质剖面图2.2深湾站深圳湾公园站区间2.2.1区间概述深湾站深圳湾公园站区间线路出深湾站东端沿白石四路东行转南，下穿欢乐海岸规划水体和在建别墅之后，沿滨海大道北侧东行，最后到达深圳湾公园站。区间地面高程在4.6m7m，隧道覆土厚度为9.6m16m，隧道埋深15.6m22m。图2.2-1深湾站深圳湾公园站区间平面示意图2.2.2周边环境区间隧道沿线地面为白石四道、欢乐海岸水体、滨海大道等，周边场地开阔，无限制性建筑与管线，隧道下穿欢乐海岸、白石四道、滨海大道，下穿欢乐海岸人工湖和在建建筑区，桩底距隧道顶3m。白石四道与滨海大道两侧人行道下埋设有电力、通信、给水、污水管线，最大埋深3.5m。图2.2-2深深区间周边环境2.2.3工程地质本区间所在地区为滨海滩地区，原始地貌为滨海滩地，后进行人工填海造地。区内地势平坦，地面高程一般在4.07.0m 之间。填筑材料主要为碎块石、粘性土及砂砾，局部含有建筑垃圾，基底岩石为花岗岩。区间范围内主要为素填土层、填石层、淤泥质土层、粘性土层、圆砾层、可塑状砂质粘性土层、硬塑状砂质粘性土层、全风化花岗岩层、强风化花岗岩层等地层。隧道主要穿过可塑状砂质粘性土层、硬塑状砂质粘性土层、粘性土层、全风化花岗岩层地层。区间隧道拱顶位置主要为淤泥质土层与砂（砾）质粘土层。区间地质详见深深区间地质详勘图。图2.2-3 深湾站深圳湾公园站区间地质剖面图地表水为欢乐海岸人工湖，位于YDK2+200.000 YDK2+309.000，湖底与隧道拱顶净距约9m。2.3区间隧道沿线水体及建（构）筑物情况红深区间沿白石四道敷设，白石四道原作为训考场考试用道路，现已搬迁，道路无车辆行驶，道路两侧均为未开发地块，场地空旷。区间范围内仅一处雨水箱涵，底标高为0.126m，与隧道净距约6m。深深区间沿白石四道敷设，过深湾五路后南转进入欢乐海岸公园院内，先后下穿别墅区、人工湖、别墅区，然后出欢乐海岸后沿滨海大道敷设至深圳湾公园站。欢乐海岸别墅为二层框架结构，桩基跨隧道打入隧道底以下3m，承台底距隧道最小距离7m。欢乐海岸人工湖底与隧道净距约9m。2.4区间隧道沿线管线情况本工程区间沿线管线主要在道路两侧人行道下，埋设有给水、雨水、污水、电信、电力、燃气等管道，最大埋深3m，最小埋深1.5m。三、盾构穿越建（构）筑物施工风险分析及评估本工程区间隧道穿越及临近建（构）筑物较少，区间施工难度较小，沿线各类管线也较少。3.1房屋不均匀沉降引起倾斜、开裂和倒塌的风险本工程盾构下欢乐海岸别墅区。盾构下穿建(构)筑物风险比较大，在施工中易引起地层扰动导致房屋不均匀沉降而产生倾斜、开裂和倒塌的风险。3.2地表隆陷引起道路塌陷或隆起的风险工程隧道沿线穿越白石四道、滨海大道，特别是滨海大道，是城市主干道，车流量非常大。如引起沉降和塌陷会造成比较大的社会影响。3.3地层位移导致地下带压管线爆裂、爆炸的风险区间沿线管线较多，类型、材质杂。不同类型和材质的管线对盾构施工沉降的要求也不一样。尤其是带压管线，还有爆裂、爆炸的风险。四、盾构施工对建筑物、管线影响分析4.1施工影响范围计算采用经验公式对盾构隧道施工影响范围及地表沉降分布规律进行预测，进而确定盾构施工对周边环境的影响范围。目前，工程实践中实用的经验公式是Peck公式（Peck，1969）和一系列修正的Peck公式。Peck假定施工引起的地面沉降是在不排水的情况下发生的，所以沉降槽体积等于地层损失的体积。地层损失在隧道长度上是均匀分布的。地面沉降的横向分布类似正态分布曲线，如图2所示。Peck公式为：式中：S(x)距离隧道中线x处的地面沉陷量；x距离隧道中线的距离；Smax隧道中线的最大地面沉降量；i沉陷槽的宽度系数，图4.1-1 横向分布曲线图最大沉降量采用下式估算：Vs沉陷槽容积(等于盾构施工引起的地层损失)。i沉陷槽的宽度系数；即沉陷曲线反弯点的横坐标，i可由公式或查peck图表得到。式中：Z隧道埋深；隧道覆土有效内摩擦角。根据经验，地面横向沉陷槽宽度W/22.5i。 根据Peck公式估算得：地表沉陷槽宽度最大约为25.0m 38.0m，从两侧向中间均匀沉降。4.2地表隆陷变化规律根据盾构施工特点，地表变形的变化发展过程可以分为五个阶段：盾构到达前，地表的变形取决于掘进过程中土仓压力和出土量的控制，当土仓压力较大而出土量较少时，地表呈隆起状态；当设定土仓压力小而出土量大时，地表呈沉降状态。盾构到达时，地表变形承接阶段的发展。但变化速率增大。是地表隆陷的峰值段。盾构通过时，一般情况地表会呈沉降变化；若注浆及时饱满，充填率超过200时，地表会隆起。盾尾通过时，最易发生突沉，突沉量可达30mm，若注浆及时饱满，可控制突沉，甚至上隆，但随着浆液的固结收缩而逐渐下沉。盾尾通过后，地表沉降速率逐渐减缓，沉降曲线趋于稳定。后期沉降主要是土体的固结沉降和次固结沉降，一般沉降时间较长，但沉降量也相对较小。4.3盾构掘进引起的地表沉降因素盾构掘进引起的地表沉降的因素有以下几个方面：开挖面土压不平衡引起的土体损失；盾构蛇行纠偏引起的土体损失；盾尾与衬砌环之间的空间未能及时充填引起的土体损失；注浆材料固结收缩；隧道渗漏水造成土体的排水固结；衬砌环变形和隧道纵向沉降；土体扰动后重新固结；其中前三项是施工直接影响的主要因素，施工中应引起足够重视。4.4地表建筑物对地表变形适应能力评估根据对区间隧道上方建筑物综合情况的调查与评估，结合以往的施工情况，本工程线路上方建筑物在地表发生20mm不均匀沉降时将可能产生倾斜或结构开裂。根据建筑地基基础规范各类建筑物的允许倾斜和沉降值列于表4。表1 各类建筑物允许倾斜下沉值建筑物结构类型地基土类型(m)中低压缩性土高压缩性土砌体承重结构0.0020.003砖石墙填充边排桩0.0020.003框架结构0.0070.001不均匀沉降时不产生附加力的结构多层、高层0.0050.005建筑物基础：H24m0.0040.00424H600.0030.00360H1000.0020.002H1000.00150.0015高耸结构基础：H20m0.0080.00820H500.0060.00650H1000.0050.005100H1500.0040.004150H2000.0030.003200H2500.0020.002高耸结构基础沉降量(mm)H100m400100H200300200H250200注：在施工过程中，如遇有关部门对建筑物的沉降有特殊要求时，以其要求为准。4.5地下管线对地表变形适应能力评估本合同段管道构造各不相同，是盾构工程施工中保护的重点。采用“允许曲线率分析法”对长管（如采用焊接接头的煤气、上水管等）与接头管（即管线采用管节构造接头）管线对地层变形适应能力进行分析，两种管线的允许曲率半径可分别按以下两式进行计算：长管：Rp=Epd/2p接头管：Rp=LpDp/其中：Rp：管道允许曲线半径Ep：管道的弹性模量d：管道直径p：管道的允许应力Lp：管节长度Dp：管道外径：管节接缝允许张开量上述两式较为关键的两个值分别为管道的允许应力和管节接缝允许张开量，它们可分别依据管线类别、材质和相关的规范确定。表5为不同类型管线的允许沉降值。表2 各种管线的允许沉降值材料允许拉应力MPa弹性模量104MPa【S】(mm)C7.50.0550.14582.9291.5442.24C150.0900.22086.1195.0743.87C250.1300.28091.74101.146.74C350.1603.31595.95105.9328.88C450.1900.335101.39111.9451.66C550.2100.355103.55114.3252.75水泥砂浆0.0050.010.123273830421420A3钢3847202118520120422295103灰口铸铁10020011.516397476438526202243注：以C10砼弹模的70取值。在施工过程中，如遇有关部门对管线的沉降有特殊要求时，以其要求为准。4.6地表变形控制标准根据国内外盾构施工经验，结合本合同段的具体周边环境情况，地表隆陷控制标准为：单点隆陷范围：10mm30mm；单次隆陷3mm。五、盾构穿越建（构）筑物、管线施工方法根据沿线环境保护要求及盾构法施工特点，施工过程中主要从盾构操作方面入手来减少地表沉降，并配以其它辅助措施，确保盾构施工影响范围内建筑物和地下管线的安全。5.1施工前准备施工前对沿线盾构施工影响范围内的建（构）筑物和地下管线进行全面的调查，收集相关资料，列出需重点保护的对象名称及反映其所处里程、地面位置、类型、结构等详细参数的清单。按其沉降要求做全面的统计，并计算出沉降预警值、允许最大沉降量和不均匀沉降要求，为以后施工提供指导。针对需要重点保护建（构）筑物、管线，提前作出预案，并准备相应材料设备。5.2施工过程控制(1)严格控制盾构正面土压力土仓中心土压力值根据埋深及土层情况设定，压力波动控制在0.02Mpa，在施工过程中根据地表监测结果，结合模拟段施工时总结的最佳参数来确定盾构穿越建筑的土压值。安装在土仓内的土压传感器可以适时将刀盘前部的土压值显示在控制室屏幕上，盾构主司机根据地面监测信息的反馈及时更改、设定土压力。施工中土压力与出土量紧密联系，及时总结最合理的土压力及出土量，减小对土体的扰动，使土体位移量最小。(2)推进速度控制盾构推进通过对土压传感器的数据来控制千斤顶的推进速度，推进速度控制在24cm/min，并保持推进速度、刀盘转速、出土速度和注浆速度相匹配；在推进过程中保持稳定，每日推进8环左右。(3)出土量控制出土量与土压力值一样，也是影响地面沉降的重要因素。盾构机的开挖断面为31，每环的理论出土量为311.51.5=70m3，在盾构机穿建筑物时，将出土量控制在理论出值的98%，即7098%=68.6m3左右，保证盾构切口上方土体能有微量的隆起（不超过1mm），以便抵消一部分土体的后期沉降量，从而使沉降量控制在最小范围内。(4)同步注浆盾尾通过后管片外围和土体之间存在空隙，施工中采用同步注浆来充填这一部分空隙。施工过程中严格控制同步注浆量和浆液质量，严格控制浆液配比，使浆液和易性好，泌水性小，为减小浆液的固结收缩，试验室定期取样，进行配合比的优化。同步注浆浆液选用可硬性浆液，采取配合比见表6。表3浆液配合比水泥（kg）粉煤灰（kg）膨润土（kg）砂（kg）水（kg）13432669862433同步注浆量一般控制在建筑空隙的130250，即每环同步注浆量为5.2710.13m3。注浆压力控制在0.3MPa左右。实际施工中浆液的用量及注浆压力结合前一阶段施工的用量以及监测报表进行合理选择，合理选择注浆孔位(一般为隧道底部两侧,减少注浆时瞬间压力对地层的台升) ，同步注浆尽可能保证匀速、匀均、连续的压注，防止推进尚未结束而注浆停止的情况发生。(5)严格控制盾构纠偏量盾构进行平面或高程纠偏的过程中，必然会增加建筑空隙，造成一定程度的超挖。因此在盾构机进入建筑物影响范围之前，将盾构机调整到良好的姿态，并且保持这种良好姿态穿越建筑物。在盾构穿越的过程中尽可能匀速推进，最快不大于4cm/min；盾构姿态变化不可过大、过频，控制每环纠偏量不大于4mm（高程、平面），控制盾构变坡不大于1，以减少盾构施工对地层的扰动影响。(6)管片拼装在盾构处于拼装状态下时，千斤顶的收缩会引起盾构机的微量后退，因此在盾构推进结束之后不要立即拼装，等待几分钟之后，待周围土体与盾构机固结在一起后再进行千斤顶的回缩，回缩的千斤顶数量尽可能少，满足管片拼装要求即可。在管片拼装过程中，安排最熟练的拼装工进行拼装，减少拼装的时间，缩短盾构停顿的时间；拼装过程中发现前方土压力下降，可以采用螺旋机反转的手段，将螺旋机内的土体反填到盾构机的前方，起到维持土压力的作用。拼装结束后，尽可能快地恢复推进。(7)改良土体穿越建筑物的过程中土层性质差异较大（上硬下软）对掘进不利，可以利用加泥孔向前方土体加膨润土或泡沫剂来改良土体，增加土体的流塑性。其一：使盾构机前方土压计反映的土压数值更加准确；其二：确保螺旋输送机出土顺畅，减少盾构对前方土体的挤压；其三：及时充填刀盘旋转之后形成的空隙。5.3穿越后施工措施由于同步注浆的浆液时，有可能会沿土层裂隙渗透而依旧存在一定间隙，且浆液的收缩变形也引起地面变形及土体侧向位移，受扰动土体重新固结产生地面沉降。根据实际情况（监测结果）需要，在管片脱出盾尾5环后，可采取对管片后的建筑空隙进行二次注浆的方法来填充，浆液为水泥、水玻璃双液浆、注浆压力0.3MPa0.5MPa；也可在地面对建筑基础进行补充注浆对基础进行加固抬升，二次注浆根据地面监测情况随时调整，从而使地层变形量减至最小。5.4盾构施工中对建（构）筑物的保护技术由于盾构推进，地层被扰动和沉降，建（构）筑物的基础必然会受到影响。为防止或减少影响，一般须对建（构）筑物进行保护。一般的保护技术主要为：对建(构)筑物实施加固，对建(构)筑物地基实施加固，对盾构施工参数实施控制。（1）建筑物、管线地基加固对地基实施加固的措施一般有：加固盾构周围的土体，防止土体松弛和扰动，控制盾构上部地层的变形；隔离因盾构掘进而引起的地基变形，在建(构)筑物与盾构之间，施工隔离帷幕排桩；加固建(构)筑物的地基，提高地基强度和承载力，控制建(构)筑物的沉降。a、在本区间沿线，对盾构下穿的建(构)筑物均对盾构周围的土体进行加固。加固方法为采用盾构吊装孔进行二次注浆。注浆浆液采用快凝浆液，即水泥水玻璃浆液，浆液配比及具体施工方法见二次注浆施工。注浆范围为建(构)筑物投影范围内所有管片环，即盾构下穿的建筑物范围内每环均注浆。5.5欢乐海岸水体下盾构施工控制技术（1）土压力的计算理论控制值采用河岸处和河中处土压力的平均值，在施工中根据对河岸监测结果进行优化。（2）推进速度的确定在河岸段施工时适当减小盾构机推进的速度。（3）盾构机姿态的控制盾构机上下偏离按正常段控制，但左右偏离根据偏压压力的方向，偏离控制值向另一方向移10mm。具体值根据盾构推进情况和成型隧道的偏离情况而定。5.6过建（构）筑物的监测技术(1)监测点布置按设计要求及监测规范进行监测点的布置。(2)监测方法a、盾构隧道穿越建筑物及管线段在盾构隧道穿越的民房建筑物上布设建筑物沉降测点，建筑物沉降测点采用冲击钻在建筑物上打设钻孔，并安设L型钢筋或膨胀螺栓作为沉降测点，采用WILD NA2002水准仪及铟钢尺进行水准测量、跟踪测量的方法。测点间距在510米，布置于建筑物角及柱上，实际的布置示意图可参见图6，测点的布设原则是控制建筑物的不均匀沉降的发生。监测频率：一般情况下掘进面前后20米时12次/天；掘进面前后50米时1次/1周；当盾构穿越重要建筑物、地段需要加强的地方可以适当加强测试次数及频率，并根据实际变形情况进行适当的调整。图5.6-1 建筑物沉降测点示意图 (3)监测频率在盾构穿越前（进入影响范围）为3次/天，在穿越过程中及穿越后5环期间监测频率34次/天，当在施工过程中轨面变形较大或出现异常时，监测频率可根据工程需要随时进行调整，直至进行实时监测。盾构通过后的地面监测，根据变形点的变形量、变形速率进行回归分析，监测频率也可根据变形速率进行减小，当变形量小于1 mm/天时减为2次/1天，当变形量小于0.5 mm/天时减为 2次/周及至稳定。(4)监测精度本工程按二等监测精度要求进行。测量仪器定期进行检校，每次工作前检查标尺水泡，仪器气泡，水准仪i角不得大于15，测站高差观测中误差不大于0.2 mm。测站的设置视线长度不大于30m，任意一测站上的视距累计不大于3.0m。(5)报警值根据同类工程经验，以控制基准的2/3作为报警值，实际以管理单位提供数据为准。当监测点达到报警值时，立即报警，分析出原因立即采相对应措施。(6)监测资料提交测点布置完成后提交监测点平面点布置图。监测资料每次以报表的形式提交，每次报表包括测点本次变化量、累计变化量，施工工况入施工现场地面状况描述。七、资源配置整体施工组织及机构设置详见9101标盾构区间实施性施工组织设计八、安全、质量、文明施工及环境保护保证措施8.1质量保证措施1）、质量目标确保工程全部达到工程质量验收标准，工程合格率达到100、确保优良，争创杭州市优质结构工程。2）、保证措施(1)、制定工程质检管理计划制订全面、合理的质检管理计划并报监理审批，严格按质检管理计划对工程质量进行控制。每月向监理提交质检月报，对工程质检事项作定期报告及跟进。(2)、加强施工技术管理执行以总工程师为首的技术责任制，使施工管理标准化、规范化、程序化。认真熟悉施工图纸，深入领会设计意图，严格按照设计文件和图纸施工，及时进行技术交底，在施工期间技术人员要跟班作业，发现问题及时解决。(3)、加强对职工队伍的全面质量管理教育定期对全体施工人员进行全面质量管理教育，牢固树立“百年大计，质量第一”、“质量是企业的生命”的观念，不掌握操作工艺、不明确质量标准的人员严禁上岗操作。广泛开展群众性的质量管理活动，一切从实际出发，实事求是，精心施工，不断提高工程质量。(4)、严格工程质量检查制度经理部设专职质检工程师、质检员，分队设兼职质检员，保证施工过程始终在质检人员的严格监督下进行，严格执行质检工程师质量否决权。(5)、严格执行工程监理制度每个单项工序开工前14天向监理提交报告，取得书面许可后方可开工。施工过程中，作业队自检、工区、经理部复检合格后及时通知监理工程师检查签认，隐蔽工程必须经监理工程师签认后方能隐蔽及进行下道工序的施工。(6)、加强工程试验，建立台帐和施工记录优选工程施工配合比，经监理工程师批准后执行。对工程使用的建筑材料要进行认真的检验，把好进货关。施工中所用的各种计量仪器和设备要定期进行检查和标定，确保计量检测仪器和设备的精度和准确度，严格计量施工。(7)、加强量测与监测收集信息，反馈指导施工，调整施工，保证施工、地下管线及地面建筑物的安全。(8)、做好质量记录质量记录与质量活动同步进行，内容要客观、具体、完整、真实、有效，字迹清晰，具有可追溯性，各方签字要齐全。由施工技术、质