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工程技术总结 苏州地铁I-TS-14标土建工程一、工程概述1.1、工程概况星港街站会展中心站（星会）区间单位工程，是采用盾构法施工的区间隧道工程，线路整体呈东西走向，区间从星港站出发，向东穿越星港街和城市广场，下穿金鸡湖，到达金鸡A岛后，过中间风井，继续向东延伸，下穿玲珑街一号桥到达会展中心站。线路左线长2351.980m，右线长2350.108m,总长4702.088m。其中穿越湖底的左右线总长3650.98m（右线1832.16 m，左线1818.82 m），是目前为止国内最长的湖底盾构隧道。右线共设置5条平曲线，曲线半径分别为600m、1500m、1500m、1500m、3000m；左线共设置4条平曲线，曲线半径分别为600m、1500m、2000m、3000m。隧道埋深在6.1m16.2m之间。隧道主要穿越2粉砂层及粉质粘土层。区间隧道纵坡呈“V”型，最大纵坡22.636，最小纵坡3.985，线路竖曲线采用5000m、3000m两种曲线半径。会展中心站华池街站（会华）区间单位工程从会展中心站出发，沿翠园路向东延伸，下穿国际博览中心预留的地铁通道，在玲珑街二号桥北侧下穿水乡长廊，继续沿翠园路东行，至翠园路与华池街站。线路左线长741.534m，右线长739.769m m,总长1481.303m。左右线平面线路均设有两条曲线，右线曲线半径分别为1013.164m、400m，左线曲线半径分别为1000m、400m。隧道埋深在8.5m19.20m之间。区间隧道纵坡呈“V”型，最大纵坡20，最小纵坡3.985，线路竖曲线采用5000m、3000m两种曲线半径。隧道主要穿越2粉砂层及粉质粘土层。苏州轨道交通一号线星港街站会展中心站区间长约2.35Km，为满足通风要求，在A岛设中间风井1座，风井与联络通道以及泵房结合设置。由于风井位于金鸡湖湖心，施工运输采用船运，金鸡湖总面积10768亩，湖中平均水深1.83.7m。A岛位于金鸡湖北面，距离北岸最近距离480m，高出水面约2.5m，占地面积30614 m2，施工场地面积3300m2，其中中间风井占地面积342 m2。风井围护结构采用1200mm1350mm钻孔灌注桩，主体结构与围护桩为贴壁式结构。风井主体结构采用外包尺寸结构为14.7m23.2m，起始点分界里程为：右DK19+202.3DK19+215.0，盾构采用拼装管片过站的方式通过风井，基坑深为25m，主体结构为地下三层。星港街站会展中心站盾构工程区间设联络通道2个，1号联络通道右线里程为：DK18+625.000，3号联络通道右线里程为：DK19+775.000。会展中心站华池街站区间盾构工程设联络通道1个，右线里程为：DK20+791.246，联络通道采用冻结法加固后矿山法施工。1.2、地形地貌与气象概况星会、会华区间线路经过区域内为广阔的冲湖积平原，水系发育，地势平坦，典型的水网化平原。金鸡湖以东海拔标高3.004.00m,金鸡湖底海拔标高在-0.60-2.50m，水深1.803.70m。苏州市地处亚热带季风气候区,四季分明,气候温和湿润,是典型的海洋性气候,多年平均气温15.7，极端最高气温38.8，极端最底气温-9.8。多年平均降水量1128.9mm，最大降水量1611.7mm，日最大降水量343.1mm，降水主要集中在69月，多年平均蒸发量1322.6mm。苏州地区50年一遇的基本风压值为0.45KN/m2。1.3、工程地质区域构造资料显示，新生代以来构造活动主要表现为垂直升降运动，据中国岩石圈新构造时期升降幅度图，地形形变测量数据表明（19561977年），平原区20年间垂直形变速率不到-0.1mm/a，区域范围无浅层新构造明显活动痕迹，本区属地壳活动相对稳定区。本区间地基土特征自上而下分述如下：1淤泥层：灰色，流塑，有机质含量在1.43%2.07%。其时代为第四系全新世（Q44）。层厚0.201.50m，层底标高-3.05-1.00m。2素填土层：黄褐褐灰灰黄色，松软，以粘性土为主，含少量碎石、碎砖及腐植物根茎。属近代人工堆积物，时代为第四系全新世（Q44）。层厚1.805.50m，层底标高-1.821.19m。1粘土层：黄褐色褐黄色，可硬塑为主，均质致密，含铁锰质结核，夹青灰色条纹。为第四系晚更新世（Q32-3）冲湖积相沉积物。层厚0.803.50m，层底标高-4.00-1.33m。2粉质粘土层：青灰灰黄色，可软塑，含铁质氧化斑点，局部夹青灰色条带，含云母碎片，下部夹薄层粉土，局部粉粒含量高。为第四系晚更新世（Q32-3）冲湖积相沉积物。层厚0.503.60m，层底标高-6.45-2.73m。1粉土层：灰黄灰色，局部青灰色，松散稍密，很湿，含云母碎片，夹粉质粘土薄层，水平层理发育。为第四系晚更新世（Q32-2）海陆交互相沉积物。层厚1.504.20m，层底标高-9.60-5.40m。2粉砂层：灰色青灰色，稍中密，局部密实，饱和，成分以长石、石英为主，云母次之。颗粒分选磨圆一般，水平层理尚发育，夹粉土薄层。为第四系晚更新世（Q32-2）海陆交互相沉积物。层厚2.809.90m，层底标高-17.05-9.80m粉质粘土层：灰色，软塑流塑，偶见腐植物及浅灰色泥质结核，局部含贝壳碎片，偶夹薄层粉土。为第四系晚更新世（Q32-2）海陆交互相沉积物。层厚3.0019.00m，层底标高-36.00-18.41m。粉土层：灰色，稍中密，湿很湿，夹薄层粉质粘土，摇振反应中等，干强度、韧性低。为第四系晚更新世（Q32-2）海陆交互相沉积物。层厚1.004.00m，层底标高-24.00-19.50m。1粘土层：暗绿色，可硬塑，均质致密，含铁锰质结核及铁质氧化斑点。为第四系晚更新世（Q32-1）冲湖积相沉积物。层厚1.706.40m，层底标高-26.75-21.91m。2粉质粘土层：灰绿灰黄青灰色，可软塑，含铁锰质斑点，局部粉粒含量稍高。为第四系晚更新世（Q32-1）冲湖积相沉积物。层厚1.5010.60m，层底标高-34.85-25.70m。3粉质粘土层：灰色，软流塑，局部可塑，含少量腐植物根茎及浅灰色泥质结核。为第四系晚更新世（Q32-1）冲湖积相沉积物。层厚4.506.80m，层底标高-33.30-30.20m。1粘土层：暗绿灰黄色，可塑，较均质，刀切面具油脂光泽，干强度、韧性高，无摇震反应。为第四系晚更新世（Q32-1）冲湖积沉积物。该层未揭穿，最大厚度4.80m。2粉土层：灰黄灰色，局部青灰色，中密密实，湿很湿，局部为粉砂，层理发育。层厚10.1012.00m，层底标高-40.07-38.53m。粉质粘土：灰色，软塑，夹薄层粉土，含少量腐植质。为第四系晚更新世（Q31）泻湖相沉积物。1.4、水文地质1.4.1、地表水苏州地处江南水网区，属长江流域太湖水系，区域内地表水极为发育，主要由太湖、阳澄湖群及大小规模不等的河渠组成。水位主要受大气降水和太湖排水影响，并受人为控制，常年水位（黄海标高）1.101.30m，其年变幅1.0m左右。1.4.2、地下水本区间地下水按埋藏条件主要为孔隙潜水、微承压水和承压水三种类型。（1）潜水含水层主要由填土层组成，分布于金鸡湖以东地段，填土层由粘性土夹碎石组成，由于其颗粒级配不均匀，固结时间短，往往存在架空现象而形成孔隙，成为地下水的赋存空间，其透水性不均匀，主要接受大气降水的渗入补给。其下部为粘性土层：上部1粘土层，均质致密，为超固结土，其渗透系数KV=2.010-7cm/s、KH=2.510-7cm/s，属不透水土层；下部2粉质粘土层，其渗透系数KV=9.210-6cm/s、KH=1.210-5cm/s，属微透水土层。（2）微承压水含水层由晚更新世沉积成因的土层组成，主要为1粉土、2粉砂层，为良好的赋水和透水地层。该含水层组埋深37m，厚度约7.0011.50m，隧道结构底板位于2粉砂层和粉质粘土层，故该含水层为对隧道施工影响较大的含水层。1、2层渗透系数为1.9710-3cm/s，为中等透水土层。该含水层的补给来源主要为潜水和地表水，此外有部分地下水管网的渗漏。1.4.3、地下水的腐蚀性依据初勘资料区间场地地表水、潜水、微承压水对砼及砼结构中钢筋均无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。1.5、主要工程数量 表1-1 主要工程数量表 工程名称施工项目单位工程数量盾构区间隧道开挖土方m3195207混凝土C50m339518钢筋数量t5928同步注浆m335005管片连接螺栓套143108管片数量环5114中间风井开挖土方m38700混凝土m33600钢筋t450水泥基渗透结晶防水涂料m21493联络通道 及泵房开挖土方m3459初支喷射混凝土C25m3132二衬混凝土C30m3147钢筋t46防水板+无纺布m23421.6、开交工时间苏州轨道交通1号线I-TS-14标于2007年12月份开始进场开始施工，项目部始终坚持安全、质量第一，施工进度受控的原则，在保障安全、质量的前提下，进度始终保持较快。各子单位、分部/子分部工程开交工时间如下：表1-2 各分部工程完工节点日期统计表分部（子分部）工程名称开工日期完工日期工程量备注星会区间右线2009年3月19日2009年11月15日1491环贯通星会区间左线2009年4月28日2009年12月10日1492环贯通会华区间右线2009年12月17日2009年2月3日615环贯通会华区间左线2010年1月6日2010年3月6日616环贯通区间风井2008年6月10日2009年7月6日1座主体结构施工完成星会区间1#联络通道2010年1月11日2010年4月10日1座结构施工完成星会区间3#联络通道2010年3月3日2010年6月21日1座结构施工完成会华区间联络通道及泵房2010年2月1日2010年5月22日1座结构施工完成二、工程的特点、重难点分析2.1、技术难度2.1.1、盾构机长距离湖底掘进（1）根据本工程地质详勘资料显示，区间盾构隧道穿越的地层主要是2粉砂层及粉质粘土层，水下粉砂层中掘进存在很大风险；（2）长距离水下掘进给成型隧道防水提出了很高的要求，尤其是金鸡湖清淤工程，对盾构施工说通过的湖底地质结构造成一定破坏，更增加了本地下工程防水难度；（3）本工程紧邻金鸡湖水域，地下水丰富，盾构始发、盾构到达，尤其是盾构机通过中间风井均存在较大的安全风险。（4）金鸡湖中间风井四周环水且环保要求较高；（5）金鸡湖中间风井开挖深度为25.008m，是苏州轨道交通一号线最深基坑；（6）金鸡湖中间风井基坑贯穿整个2粉砂层，开挖难度大；（7）中间风井设在金鸡湖A岛，A岛为人工填土，且四周环水，离陆地最近点约为500m，水深1.83.7m；A岛中间风井施工生产资料及废碴等的进出,都必须依赖船只运输,给施工带来极大不便。2.1.2、周边环境安全要求等级高（1）会展中心车站紧邻苏州工业园区博览中心及科文中心，对于盾构施工沉降控制及渣土外运等要求等级高；（2）星会区间通过玲珑街一号桥，该桥30根桩基侵入隧道，需要在盾构始发前先行破除，技术难度大；（3）盾构掘进通过金鸡湖1.4米直径供水管，该管道承担苏州工业园区将近三分之一的供水量，该供水管道保护要求极高；（4）盾构掘进通过星港街1米直径污水管，隧道顶板与该污水管间距仅0.66米，施工难度和施工风险较大。（5）中间风井四周环水、基坑贯穿整个2粉砂层且深度达到25m、环保要求高。2.2、工期的重大风险（1）施工工期紧。前期中间风井围护结构施工进行了方案调整，另外车站盾构始发条件提供较晚，导致盾构始发较晚，工期压力大。（2）中间风井施工难度大。位于金鸡湖A岛的中间风井四面环水，且基底有承压水，施工风险和难度极大，而盾构施工要通过中间风井，施工组织安排难度大。（3）盾构长距离湖底掘进技术控制难度高，稳步快速掘进难度大。（4）由于工程本身的难度，工程进度及阶段目标存在风险。2.3、安全方面存在的风险（1）工程紧邻金鸡湖，地下水与金鸡湖水域连通，端头加固及降水难度大，盾构始发和盾构到达安全风险大；（2）盾构机通过玲珑街一号桥冲桩区刀盘安全；（3）盾构机通过期间，金鸡湖1.4m供水管的运行安全；（4）盾构机通过期间，星港街1m直径污水管的运行安全；（5）在中间风井及联络通道施工过程中，对工期作合理的安排，对可能出现的各种不良地质情况要有应急准备，对可能遭遇的塌方有详细对应的技术措施。金鸡湖A岛中间风井所处位置及四周环水、深基坑、全断面贯穿砂层等特点，风井主要风险源为水上运输、坍塌、物体打击及高处坠落等。三、施工技术方案的论证、确定及实施3.1、金鸡湖隧道施工盾构机选型及性能配置3.1.1、土压平衡盾构原理及适应性分析土压平衡盾构是依靠推进油缸的推力给土仓内的开挖土碴加压，使土压作用于开挖面使其稳定，主要适用于粉土、粉质粘土、淤泥质粉土和粉砂层等粘稠土壤的施工。在粘性土层中掘进时，由刀盘切削下来的土体进入土仓后由螺旋机输出，在螺旋机内形成压力梯降，保持土仓压力稳定，使开挖面土层处于稳定。盾构向前推进的同时螺旋机排土，使排土量等于开挖量，即可使开挖面的地层始终保持稳定。当含砂量超过某一限度时泥土的塑流性明显变差，土仓内的土体因固结作用而被压密，导致碴土难以排送，需向土仓内注水或泡沫、泥浆等，以改善土体的塑流性。3.1.2、泥水平衡盾构原理及适应性分析泥水盾构利用循环悬浮液的体积对泥浆压力进行调节和控制，采用膨润土悬浮液作为支护材料。开挖面的稳定是将泥浆送入泥水平衡仓内，在开挖面上用泥浆形成不透水的泥膜，通过该泥膜保持水压力，以平衡作用于开挖面的土压力和水压力。开挖的土砂以泥浆形式输送到地面，通过泥水处理设备进行分离，分离后的泥水进行质量调整，再输送到开挖面。泥水盾构适用的地质范围较大。3.1.3、湖底掘进盾构机选型从地质条件来看，本工程可使用土压平衡盾构或泥水平衡盾构。但使用土压平衡盾构在砂层掘进时需向开挖仓中注添加剂，以改善碴土性能，使其成为具有良好塑流性、低的摩擦系数及止水性的碴土。泥水盾构能适应粉质壤土、砂层和砂砾石层等各种地质，对于砂砾石层可在泥水平衡仓内设置破碎机。地层渗透系数是盾构选型的重要因素。根据欧美和日本的施工经验，当地层的渗透系数小于时可以选用土压平衡盾构；当地层的渗透系数在和之间时既可选用土压平衡盾构也可选用泥水盾构；当地层的渗透系数大于时，如采用土压平衡盾构开挖仓中添加剂将被稀释，水、砂、砂砾相互混合后土碴不易形成具有良好塑性及止水性碴土，在螺旋机出碴门处易发生喷涌，施工困难。在本工程中，盾构机穿越的地层主要为承压水的第二道隔水层及部分透水砂层，高渗透系数的砂层地层对盾构机的掘进影响较小，故选择土压盾构机能够适应湖底掘进。3.1.4、盾构机性能配置本标段内盾构机主要穿越2粉质粘土、和5层粉质粘土层，穿越地层均为软弱地层，且局部地段存在一定的弱承压含水层，易发生喷涌；其次本标段内盾构机需要四次始发、四次到达、两次转场施工，盾构机需要进行多次拆装，对盾构机的性能要求较高；由于本标段内盾构隧道长距离穿越金鸡湖底等，盾构机的选择应具有相当的可靠性与针对性。综合以上所述的工程特点与风险，可以看出盾构机选型及设计至关重要，对本工程中使用的盾构机的刀具类型、刀盘开口率、渣土改良、密封性能、防止涌泥涌砂设计可靠性（过湖）等的设计与制造，提出更高的要求。本工程中，针对上述地质条件，我公司投入了两台铰接型加泥式土压平衡盾构机完成。3.2、金鸡湖底盾构掘进主要施工参数理论计算(1)、土压力计算根据土压平衡盾构的工作原理，土仓压力需要与开挖面的正面水土压力平衡以维持开挖面土体的稳定，减少对土层的扰动。基于力学原理，正面水土压力的理论值为： （式1） 式中为土压力，为水压力。 （式2） 式中为静止土压力系数，一般通过试验确定，无试验资料时，可按参考值选取；砂土取0.350.45；粘性土取0.50.7，也可利用半经验公式计算，式中，为土体的有效内摩擦角。为土的有效重度，单位。为计算点土层厚度。为连续均布荷载。 （式3） 式中为水的重度，为计算点土层厚度。建立计算模型盾构机掘进穿越金鸡湖底，从地质纵断面图看盾构机主要通过2粉砂层及粉质粘土层，开挖面的正面水土压力考虑分为三部分，一为金鸡湖水；二为1淤泥层，三为其他土层（包括2素填土、1粘土、2粉质粘土、1粉土、2粉砂、粉质粘土）。竖向分层计算原则：静止土压力分层计算模式为：第一层按照均质土方法计算，计算第二层土土压力时，将第一层土换算成与第二层的性质指标相同的当量土层厚度，即，然后按换算后第二层土的厚度计算第二层范围的土压力，依此类推。在本计算实例中，第一层金鸡湖水视为连续均布荷载()；式中为水深。第二层为1淤泥层，该层厚度为，根据地质勘察报告，该层湿密度为，则重度为。第三层为其他土层，该层厚度为，计算该层范围土压时土层厚度，根据地质勘察报告，该层平均湿密度为，则重度为。 （式4） 水压力计算公式中为金鸡湖底至盾构机刀盘中心厚度。盾构机实际掘进施工管理土压力还需要考虑地层条件的变化，施工参数等的影响，其表示为，式中为考虑土体扰动后的性质变化、盾构机推进速度、超载状况等因素时正面水土压力的动态调整系数。一般根据实测地面沉降及位置控制标准判定正面压力的合适性，随时作相应调整。(2)、注浆量计算本工程中采用的两台小松盾构机均为铰接式圆柱型盾构机，盾构机的主机外形尺寸为6340mm，刀盘开挖直径为6370mm，在盾尾外侧均匀地分布着四个同步注浆管路外壳，如图23所示。左右下角两侧各有一个盾尾油脂管路注入外壳。由于两个盾尾油脂管路注入外壳的尺寸较小，在计算空隙量不予考虑。成型管片的外径为6200mm。以上结构形成的地层空隙如图24阴影部分。这部分空隙必须采用同步注浆填充，否则就会引起地面较大的沉降。计算空隙量（单环注浆量） 图23 同步注浆管路外壳（单位：mm） 图24 盾构掘进引起的地层空隙实际注浆量取值为理论方量的1.52.0，考虑到湖底粉砂层的渗透系数较大，取较高系数，即 （式6）(3)、注浆压力计算注浆压力的选择以静力平衡为依据，为避免过高的注浆压力导致水泥砂浆流到掘进掌子面，造成对刀盘主轴承密封的磨损，设定注浆压力小于覆盖层压重造成的水土压力。采用的经验公式为： （式7）系数K的取值为1.01.2，根据掘进过程中的土压、掘进速度及监测数据反馈进行调整。盾尾同步注浆的压力因浆液注入点位置的不同而不同。盾尾四个注浆点的位置和相互关系如图25所示。 通过计算得出盾构拱顶水土压力。管道中的压力损失在盾构机厂内组装时已测定。设拱顶水土压力为，管道中的压力损失为，则： （式8）最大注入压力取的1.25倍较为适宜 。 （式9）同样最大注入压力取的1.25倍较为适宜。实际操作过程中，可根据以上 理论计算所得结果分别设定A1、A2、A3、 图25 注浆点位置及相对关系A4点的注浆压力。(4)、注浆压力计算富水软土地层掘进，成型管片重量小于原状土，一定程度上会造成管片上浮，因此为使成型管片姿态符合设计要求，在设计线路下方掘进，为管片后期上浮留下一定空间，根据经验及测量数据统计分析，湖底掘进下调量为2535mm。3.3、特殊地段处理3.3.1、富水软弱地层端头加固技术俗话说“良好的开端是成功的一半”，这句话充分肯定了开端的重要性，同时也暗含了开端的难度与风险。随着我国技术进步、认识提高、综合国力增强，特别是盾构施工技术所显现的优势，盾构法越来越多地被国内地铁界所接受。从国内目前各大城市盾构施工情况来看，盾构始发和盾构接收是盾构施工的主要风险点，即使是非常有经验的承包商也常会在盾构始发或者接收中出事故。盾构始发成功与否主要取决于始发条件、始发技术准备及始发施工管理三个方面，而且细节决定成败。端头加固一般采取如“固结灌浆”、“冷冻法”、“插板法”等措施进行地层加固处理。选择加固措施的基本要求为加固后的地层要具备最少一周的侧向自稳能力，以及具备一定的抗渗能力以隔断地下水。常用的具体处理方法有搅拌桩、旋喷桩、注浆法，SMW工法、冷冻法等。选择哪一种方法要根据地层具体情况而定，并且严格控制整个过程。本工程共有会展中心站、金鸡湖A岛中间风井、星港街站、华池街站12个端头，随施工进度，先期进行会展中心站西端头及A岛中间风井端头加固。从会展中心站西端头及金鸡湖A岛中间风井地质水文条件汇总分析可以看出，隧道埋深范围土体本身自稳能力差，尤其是层软流塑状态，夹粉土薄层，土层均匀性较差，强度低，中压缩性为主，局部高压缩性，中等灵敏度，震动荷载作用下，易产生剪切破坏和侧向变形，引起震陷，必须进行对盾构机进出洞土体进行加固，以提高围护结构破除至盾构机始发顶入掌子面或者盾构机接收封闭洞门期间掌子面的稳定性。场地水文地质条件较复杂，分三个含水层，分别是潜水、微承压水、承压水。其中潜水位标高1.80米左右，微承压水水头标高1.14米左右，承压水水头标高-2.0米。而区间隧道下穿金鸡湖底，中间风井更是位于金鸡湖A岛之上，地表水及地下水对工程施工影响大。盾构机进出洞期间需要重点考虑水的问题，在端头加固的同时，采取强有力的降水措施，尽量将端头位置地下水位降至盾构隧道底板以下，当盾构隧道埋深范围有透水层与不透水层地层交接时，水位要降到透水层底部，方能确保盾构机进出洞安全。（1）加固方法选择旋喷桩地基加固技术，是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20左右的高压水流从喷嘴射出，冲击破坏土体，同时钻杆以一定速度向上提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成固结体，即为旋喷桩。旋喷桩的旋喷直径与地层的标准贯入击数有关、与喷射注浆种类和喷射方式等有关，具体旋喷半径要在现场实际试桩确定。新型三轴搅拌桩机是在搅拌充填水泥浆时加入高压空气，同时钻机对水泥土进行充分搅拌，并换出大量原状土，其桩体垂直性、桩与桩平行性和搭接性良好。另外在两种工法在经济性方面也有区别，按照一个端头10m12.2m12.2m的加固范围计算，三轴搅拌桩比二重管旋喷桩节约18.8万元，二者经济效益对比具体见表3-1。表3-1 三轴搅拌桩与二重管旋喷桩经济性对比通过对会展中心站西端头旋喷桩试桩发现，按照800mm的旋喷直径预估设定喷射方式，实际取芯发现旋喷直径只有不到400mm，而且上部较浅的地方旋喷直径大些，下部更小，到旋喷范围底部约地面以下18m处效果很差。随后采用三轴搅拌桩，试桩取芯显示芯样均匀连续，深度可控，强度可以达到1.0MPa以上，该端头确定采用三轴搅拌桩施工。（2）加固范围及水泥掺量选择一般盾构隧道外径6.2m内径5.5m，加固范围一般定为隧道上下左右3m，即12.2m12.2m范围。对于加固体长度则根据各个城市的具体地质情况而各有不同，比如南京地区大部分为6m。另外，加固体的长度与盾构机长度也有关系，我部采用盾构机长度为8.68m。作为苏州轨道交通一号线园区段首个加固端头，本着确保安全，不浪费的原则，确定加固区长度为9m，靠近围护结构的6m为A区，实桩水泥掺量22%（质量比），其余3m实桩水泥掺量15%。（3）端头加固细部优化措施及降水结合项目端头加固及盾构及进出洞实践，在既有的常规端头加固模式为隧道上下左右各3m长度9m，可以考虑将最外侧一排桩外扩做成一圈止水帷幕，在同等成本情况下效果更好。帷幕采用三轴搅拌桩套打，在帷幕与加固体之间设置35口降水井，就能确保水位降至隧道底板以下，如果没有帷幕，一个端头即使降水井增加到12口，水位仍仅能降至隧道中心线位置。（4）加固体与围护结构之间接缝处理接缝处理是始发条件中最麻烦的一个部位，这个位置处理不好就好留下一个渗水通道，给盾构始发造成极大的隐患。常规处理方法为高压旋喷桩，但是在苏州地区来看效果并不是很理想。通过本工程大量实践，接缝处理可以采用地面引孔垂直注浆，洞门水平注浆的方法。对于地面引孔注浆最好是扩展到洞门两侧，单液注浆结束后采用双液浆封堵，对于接缝止水效果会更好。洞门水平注浆可以利用取芯探孔注单液浆，注浆压力一般要达到2MPa以上，确保封堵效果。3.3.2、玲珑街一号桥侵入隧道桩基处理盾构过桩区各个地方选用方法不用，但是总结起来主要有：1、通过调线避开桩区；2、采用冲桩、拔桩等方法，将桩基拆除；3、对于未侵入隧道范围的建构筑物桩基采用桩基托换进行加固保护。（1）、桩基拆除方法比选表3-2桩基拆除方法比选由于施工工期紧张，考虑到冲桩可以增加机械提高效率，最终确定采用冲桩法拆除玲珑街一号桥影响范围内的桩基。（2）、桩基处理出现的问题及过程控制2008年9月28日，玲珑街一号桥旧桥拆除及围堰工作完成，5台冲桩机开始进行桩基拆除工作，到2008年10月31日完成了全部30根桩基拆除及砂浆回填工作，过程照片如图3-1所示。图3-1 玲珑街一号桥冲桩现场在整个冲桩过程中主要遇到以下问题：1）、偏锤现象由于旧桥拆除时没有将桩头完全剥离出来，桩上面的细梁也没有进行破除，桩位是通过现场实测2根桩基位置后在设计图上推算得到，给桩基定位造成一定的影响。此外，由于作业工人前期操作不熟练，未将重锤提到机顶急于落锤，重锤悬空有明显晃动摇摆，导致落锤位置不固定。冲桩初期现场出现多次偏锤返工。建议：冲桩前尽量将桩头剥离出来，这样可以消除定位误差。冲桩机操作一般为昼夜两班，每个班2个人，务必保证每个班有一个熟练工，防止由于机械操作引起偏锤返工。发生偏锤时，向软的一侧回填石头纠偏，必要时，将整孔抛石回填重新定位。2）、发生卡锤及掉锤现象冲桩过程中易出现个别钢筋主筋未能及时砸断，挡在孔周围，一是妨碍重锤下落的路线，降低冲桩效率，二是废钢筋会卡住重锤，卡锤处理少则耽误几分钟，多则耽误2-3天。当发生卡锤时用力拉扯，如果钢丝绳有磨损就会发生掉锤。本次冲桩过程中因为卡锤后用力拉扯导致掉锤2次，打捞重锤共花费了3天时间。建议：打捞重锤是一件非常麻烦的事情，尤其是孔深时一旦发生塌孔掉锤可能就很难再打捞出来了。如果重锤就在孔内对于工程有影响的话，就需要采取其他方法将重锤取走，费时费力费钱。桩基直径为1m，使用的重锤一般为1.2m或1.5m，如果桩位准确一般不会出现偏锤现象。因此，控制偏锤是防止掉锤的主要手段。此外，废钢筋卡锤也是很重要的一点，废钢筋主筋未砸断偏在一侧的情况一般都是在刚开始冲桩时，这时可以换一个大直径的重锤将长的废钢筋砸断取出，之后便不会再有这种情况了，冲桩过程中取出的长钢筋如图3-2所示。3）、碎钢筋处理冲桩过程中，桩内的钢筋在重锤作用下碎成小于5cm的小钢筋，可以使用吸铁石回收，进一步节约冲桩施工成本。但是，在实际施工中，吸钢筋非常耽误时间，考虑到玲珑街一号桥 图3-2 冲桩过程中取出的长钢筋桩基拆除工期紧迫的实际情况，只是在前期对部分桩内地废钢筋进行了回收，后期大部分桩基内钢筋直接冲击破碎，直至隧道底板一下一米。冲桩过程中碎钢筋不会对随后的盾构通过造成大的影响，但是如果孔内留下长钢筋对于盾构安全顺利通过就是隐患。因此，在冲桩过程中要重点关注孔内是否留有长钢筋。一根桩冲到设计标高时，通过转动重锤，一旦有残留在孔四周的长钢筋就会被重锤挂到，由此判断该桩基钢筋是否清理干净。冲桩回收的碎钢筋如图3-3所示。图3-3 冲桩回收的碎钢筋4）、锤头老化冲桩重锤底部有牙齿，冲桩的原理就是利用重锤的重力自由下落砸在桩头上，混凝土被重锤底部的牙齿砸松脱落，泥浆循环将其带出，钢筋露出一定长度后就会被重锤砸断。因此，冲桩过程中对重锤的磨损是比较严重的。老化的重锤会严重降低冲桩效率，在本次冲桩过程中，一号机重锤老化，多次补焊，冲桩速度在7.5天/根，2号机使用的新配的重锤，进展顺利，冲桩速度为5天/根。冲桩基重锤如图3-4所示。 图3-4冲桩机重锤5）、盾构机过玲珑街一号桥冲桩区效果检查 2009年4月1日4月3日右线开拓11号盾构机顺利通过玲珑街一号桥冲桩区，2009年5月10日5月13日左线开拓12号盾构机顺利通过玲珑街一号桥冲桩区。 盾构始发前对刀具与刀盘的连接处及刀具上的耐磨焊丝部位进行补焊。 盾构通过前完成玲珑桥桩基的处理，使用M5砂浆回填密实。盾构掘进中主要控制注浆量与注浆压力，随时掌握土层的变化以便采取措施。掘进中密切关注刀盘声音， 图3-5 从螺旋里出来的残留钢筋一旦发现有钢筋就通过正转反转刀盘将钢筋挤入土仓。在螺旋的左侧有3个约40cm50cm均匀分布的检查窗口，钢筋转入螺旋后有可能会卡在螺旋叶片与管筒之间，左右线掘进中各发生一次。停机将靠近前闸门的一个检查窗口打开，从中取出被卡钢筋，盾构机即恢复正常运转。右线开拓11号盾构机取出的被卡钢筋最长约2.5m，为冲桩残留的主筋，取出时已经被刀盘及螺旋完全扭曲，从螺旋里取出的残留钢筋如图3-5所示。 实践证明，冲桩法可以较为理想地将桩基拆除，局部残留钢筋一般不会对盾构机造成过大影响。3.3.3、盾构机半环拼装通过中间风井（1）、盾构机常用拼环过风井方式1)、整环拼装过风井整环过风井即盾构机到达风井拼装整环通过，其优点是二次始发时不用架设反力支撑，隧道管片整体线型效果好；缺点是将隧道形成封闭的整体后风井处不能实现垂直运输、同时不能满足两井定向联系测量的要求，无法保证2.35km隧道掘进导线精度，亦浪费人力及施工成本。2)、半环拼装过风井半环过风井即盾构机到达风井后采用拼装下半环管片通过的方式，其优点是负环拼装方便、节约管片使用量、节省拼装时间加快施工进度，可在风井实现垂直运输；半环拼装过风井缺点是始发时需在上半环架设反力支撑系统，为盾构机前进提供反力，并保证始发环管片顺利拼装。3)、混凝土导台加反力架形式过风井在风井内预先浇筑圆弧型混凝土导台，盾构机到达中间风井后直接沿导台通过。此方法优点是过风井时不用安放托架而在导台上安装钢轨，同时可减少管片拼装数量，节省拼装时间；缺点是始发时需架设反力架，导台施工技术要求高，混凝土养护时间长。（2）、过风井方案选择与优化1）、中间风井施工图设计底板混凝土需回填至轨面以下0.56m，采用混凝土导台，盾构机通过风井后回填施工时需要凿除导台重新回填，增大施工成本，耽误工期；2）、本隧道单线长度为2.35km，考虑后期施工中部分物资可直接从风井吊运，减少电瓶车洞内运输距离，节约施工成本及运输时间；3）、隧道通风靠风机向洞内送风，长距离送风对风机设备要求高，且损耗大，盾构机通过风井后将风机移到风井可减少风管材料消耗及风机用电损耗；4）、根据盾构隧道导线联系测量中两井定向的要求，需在风井吊一根钢丝，过风井拼环时需预留孔洞满足测量要求；5）、全部采用半环拼装，始发时需在上半环架设反力架支撑系统为盾构始发提供反力。反力系统采用钢管或型钢做支撑，风井长度12.7m则支撑钢管或型钢长度需10m以上，风井内施工场地狭小架设反力架支撑系统施工难度大。支撑与管片连接时必须保证接触面平整，否则在始发推力作用下管片受力不均易产生错位，影响正环管片拼装质量，同时不能保证施工安全。经综合比较，本着“安全第一”的原则，同时为节约施工成本缩短施工工期，项目部最后决定采用部分半环拼装的方式过中间风井。（3）、局部半环拼装过风井方案实施本区间隧道右线，风井始发里程为右DK19+202.300，风井星港街区间右线1#联络通道中心位置为右DK18+625.000。为保证联络通道位置钢管片拼装的准确，根据对前期施工中管片环缝实际间距的测定，计算得出始发环管片嵌入量为0.6m。风井净长为12.7m，到达环管片伸出量为0.55m，则支撑钢环的宽度为0.75m。类似工程施工中采用基准环形式的支撑钢环或加工型钢做成多边形钢环，钢环与管片直接连接。若采用类似施工有三个不足：1）、圆形或多边形钢环安装时候吊装困难，施工难度大；2）、材料消耗大，施工成本高；3）、盾构机推进过程中靠液压油缸作用在隧道管片上为盾体提供推力。隧道管片承受巨大推力作用导致管片之间相互作用力很大，后期拆除负环管片时应提前消除管片间应力，负环拼装时在管片之间设置支撑钢环，管片拆除前先割除钢环以达到卸力效果，待管片间相互作用力卸完则拆除吊装负环管片不会出现吊不动的情况。采用圆形或多边形钢环，则会导致割除钢环时切割工作量大，浪费材料。针对以上三个问题，我部施工中采用分块钢环支撑的形式与管片连接，准确选择钢环支撑的长度，保证洞门预留量。右线施工中钢环长度为75cm，钢环分六块，采用300钢管切割成73cm，在两端用350350mm厚1cm的钢板焊接，用螺栓将钢环与前后两环管片连接形成整体。为确保钢管切割精度及焊接要求，支撑钢环委外加工。左线钢环宽度为0.30m，在右线施工经验的基础上，对钢环继续进行优化，直接采用300300mm长度为1m的H型钢，在型钢上加焊腹板。该方式型钢面直接与相邻两环管片连接，型钢面的平整度完全能保证与管片平整接触，型钢主腹板为主要受力元件，加焊腹板只是更好的保证型钢的受力，型钢支撑同样采用六块。该方式支撑钢环可由项目部机械班人员自行焊接，既节约钢环的成本，又能确保支撑环与管片的连接平整度，更好的保证了施工的安全性。图3-6 钢管支撑拼装效果 图3-7 H型钢支撑效果负环管片共9环管片，具体布置见图3-8。图3-8 负环拼装立面图为节约施工成本，负环管片优先采用场地中用过的负环管片，若旧管片数量不足则采用浅埋管片。具体负环拼装要求如下：钢环安装时钢环与管片间若有间歇，采用铁片塞填，保证接触面平整；管片根据实际姿态及盾尾间隙进行选择，姿态不好可用转弯环调整；-9，-8半环拼装，拼装3块标准块管片，采用通缝拼装。-7环开始采用错缝拼装，拼装点位根据联络通道拼装点位确定，-7、-6采用四块拼装，三块标准块加一个邻接块，形成对称形式，其余负环采用整环错缝拼装。负环拼装完毕后，及时固定，保证半环管片的牢固稳定，整环负环管片用钢丝绳绑牢，负环与托架之间用木楔塞牢固。 图3-9 半环管片拼装俯视效果 图3-10 半环管片拼装前视效果（4）、过程中出现的问题及处理措施1）、-5环拼装时封顶块无法插入方案选择时，虽已考虑半环过渡至整环时可能出现的问题并采取措施控制。但实际施工中第五环整环拼装封顶块时无法插入，查看现场情况发现是因为第五环邻接块在拼装机卸力后有微量下坠。现场施工中处理办法：整环拼装时在邻接块拼装完成后用拼装机继续顶住邻接管片，并在盾壳上焊接吊钩，采用吊钩将邻接块管片吊住，防止管片下坠。保证了封顶块的顺利安装。安装简图见图3-11。图3-11 -5环拼装时的防掉落措施2）、始发时盾构机抬头正常始发盾构机会出现磕头现象，本次盾构始发推进开始时因主要使用下部油缸提供反力作用，导致盾构机出现抬头趋势。 现场处理方法： 慢慢试加上部油缸推力，并派专人看查整环管片上部管片是否变形错位，由技术人员现场对管片每隔5分钟进行一次收敛测量。试加推力从50t开始，逐环适当增加。现场中发现问题及时采取应对措施，过程中严格控制施工参数，对整环管片中上部管片没产生任何错位情况，管片拼装质量良好。本次半环过风井，在小空间且无任何大型吊装设备的不利条件下，项目部人员齐心合力，共同出谋划策，从技术方案到现场实施,从人员配备到组织管理项目部做了精心安排。通过对技术方案优化选取了更适合现场施工特点的方案。施工过程中作业人员紧密配合，盾构接收及始发均安全顺利，过风井整个过程安全质量受控，超出预期效果。3.4、中间风井维护结构施工原理确定“止水早封闭，强降水，弱加固”的施工原理思想，先进行止水帷幕施工以隔断1、2微承压含水层与基坑外部含水层的水力联系，运用大井法估算基坑涌水量进行施工强降水，并在基坑外布设降压井对基底微承压水进行降压以减弱基坑开挖工程中对基底强度的要求。基坑内设置疏干井，根据承压水降压的数据分析确定基坑内1、2含水层是否隔断为孤水，然后运行疏干井对基坑内孤水进行疏干，以满足基坑开挖要求。操作要点包括三轴搅拌桩止水帷幕施工、旋喷桩冷缝处理、施工降水。四、施工关键点及技术创新情况4.1、机械设备关键点及技术创新盾构机是集机、电、液、光于一体的技术含量高的大型隧道施工设备，性能先进、结构复杂，施工机械化、自动化程度高。保持盾构机性能良好是盾构顺利掘进的关键。盾构机维修工作是恢复盾构机技术状况的重要手段。4.1.1、螺旋机部件技术改进（1）、小松盾构机螺旋机设计齿轮润滑方式为非溅润滑，该润滑方式在盾构机施工过程中出现齿轮转速慢，润滑效果不好，易产生齿轮磨损现象。项目部盾构机修队通过研究、讨论、试验，采用零潵润滑方式，改进了润滑效果，磨损情况大大降低。（2）、螺旋机原出土口闸门较大，现场施工容易产生泥土集中化并产生掉泥现象，对下部放的管片容易形成弧面污染，且掉泥严重会影响下部管片拼装施工，严重时会产生伤人事件。项目部盾构机修队现场中将螺旋出土口闸门缩小，有效地防止掉泥情况发生。（3）、盾构机风井检修更换螺旋密封时发现铜套磨损严重，根本原因是盾构螺旋密封黄油润滑量较少，项目部盾构机修队根据经验及现场情况，对螺旋密封进行技术改进，增加原盾构机黄油润滑量，有效防止了螺旋铜套密封磨损。5.1.2、同步注浆系统技术改进（1）、项目部盾构机修队对同步注浆搅拌箱被动端密封轴承座自动化进行技术改进，保证了同步注浆搅拌箱被动端密封轴承座随时可以更换，费用也得到了节约，该配件从小松公司购买需1.8万元左右，现场根据实际情况及时调整更新实际花费用为0.5万元左右；更节省了工期，小松公司的设计要求购买其产品安装工期约为15天左右，现场实际用了5天时间。（2）、同步注浆活塞板需进口原装，国内无配套产品。经项目部盾构机修队改进后，实现了现场自主化，费用约为2500元左右；根据实施效果来看，施工中无任何渗漏情况发生。（3）、原设计台车轮为铜套，掘进过程中容易产生偏磨。现场改进为采用轴承式，减小并有效控制了偏磨现象发生。4.2、玲珑街一号桥关键点及技术创新4.2.1、桩基拆除方法比选 4-1桩基拆除方法比选由于施工工期紧张，考虑到冲桩可以增加机械提高效率，最终确定采用冲桩法拆除玲珑街一号桥影响范围内的桩基。4.2.2、冲桩过程中所出现的问题及创新 2008年9月28日，玲珑街一号桥旧桥拆除及围堰工作完成，5台冲桩机开始进行桩基拆除工作，到2008年10月31日完成了全部30根桩基拆除及砂浆回填工作，过程照片如图4-2所示。图4-2 玲珑街一号桥冲桩现场（1)在整个冲桩过程中主要遇到偏锤和卡锤问题；（2）解决方法创新1）、 偏锤处理：a、 冲桩前尽量将桩头剥离出来，这样可以消除定位误差发生偏锤时;b、 同时向软的一侧回填石头纠偏，必要时，将整孔抛石回填重新定位。2）、 卡锤处理：c、 防止偏锤是预防卡锤的主要方法;d、 废钢筋卡锤也是很重要的一点，废钢筋主筋未砸断偏在一侧的情况一般都是在刚开始冲桩时，这时用一个大直径的重锤将长的废钢筋砸断取出，这样可以预防卡锤。4.3、管线监测保护关键点及创新4.3.1、金鸡湖1.4m供水管保护本工程主要涉及到的管线有金鸡湖1.4m供水管，该供水管承担着苏州工业园区将近三分之一的供水量，重要性可见一斑。星港街1m直径污水管为上世纪90年代修筑的主排水管道，隧道顶板距离污水管底仅0.66m，施工难度和施工风险极大。金鸡湖湖底直径1.4m给水钢管，里程为DK18+670，管底标高-2.61m，与线路垂直，该处隧道顶标高-11.758m，管底距隧顶净距9.148m，由于给水管材质的稳定性和强度较好，采取加强供水管与隧道的位置关系。监测和控制掘进参数来实现。监测手段通过对供水管周围土体沉降监测，反应供水管的稳定性情况。具体措施是在供水管正上方湖面上隧道两侧20m范围布置6个监测点，钢管打进湖底土体4m深。掘进中保证3.7以上的注浆量，盾构机平稳快速通过。2009年9月19日、10月12日开拓11号、12号盾构机先后顺利通过金鸡湖1.4m直径供水管。通过期间湖底地形监测点最大沉降15.4mm，未对供水管造成影响。4.3.2、盾构过星港街1m直径污水管星港街1m直径砼污水管位于星港街道路下（里程右DK18+057.182、左DK18+057.366），为砼管，埋深8.13m，管底标高为-4.12m，该处管底距隧道顶净距0.66m，与隧道正交，剖面图如图4-3所示。主要技术特点：管底与隧道顶近，混凝土管强度低，在高压浆液的挤压下，可能发生破裂。图4-3 隧道线路与污水管的位置关系剖面图（1）早期方案在本工程实时性施工组织设计阶段，考虑到该污水距离隧道顶板仅0.66m，从对污水管进行加固处理角度提出方案，即在盾构过该污水管前，对其进行加固，采用600钻孔桩500500横梁300250mm纵梁加固保护，再通过监控量测、调整盾构推进参数等手段，确保盾构正常通过。由于污水管埋深在地面以下8m左右，对其加固就必须进行开挖，而星港街道路平时交通繁忙，占道施工难度较大，且如此的加固方案，工期长，投入大，基本没有考虑盾构机本身的沉降控制能力。（2）第一次方案优化盾构机通过污水管主要风