过江段隧道生产施工风险预防及应急预案.doc

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 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 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 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 K5 880 274 K8 835 859 区间左线总长为 2 946km 区间右线总长为 2 956km 在里程 K6 750 和 K8 351 9 处设风井 2 座 在 K7 220 和 K7 810 处设 2 座联络通道 其中 K7 220 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 3 K8 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 其土层特征描述和力学指标详见下表 土层特征描述 表 1 2 01 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 4 16 击 平均值 7 击 静力触探锥尖阻力 qc 4 45 6 43MPa 平均值 5 05MPa 侧壁阻力 fs 38 4 73 2kPa 平均 值 43 8kPa 全区分布 顶板埋深 5 70 17 80m 顶板高程 11 80 1 27m 层厚 1 10 7 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 2 15 击 平均值 5 击 静力触探锥尖阻力 qc 1 58 5 45MPa 平均值 3 81MPa 侧壁阻力 fs 43 8 75 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 20 24 00m 顶板高程 15 87 6 48m 层厚 0 30 9 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 2 6 击 平均值 2 7 击 全 区分布 顶板埋深 18 30 23 90m 顶板高程 16 00 12 43m 层厚 2 60 6 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 2 6 击 平均值 3 5 击 静力触探 锥尖阻力 qc 0 97 4 44MPa 平均值 1 47MPa 侧壁阻力 fs 12 7 50 6kPa 平均值 25 85kPa 属高压缩性土 局部缺失 顶板埋 深 14 40 29 00m 顶板高程 22 42 16 80m 层厚 0 90 7 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 5 26 击 平均值 10 击 静力触探锥尖阻力 qc 0 79 7 42MPa 平 均值 2 66MPa 侧壁阻力 fs 18 4 237 8kPa 平均值 78 0kPa 属中等压 缩性土 局部缺失 顶板埋深 17 50 31 80m 顶板高程 26 14 17 22m 层厚 0 70 7 80m 1b层 含 砂粉质粘 土 灰 灰黄色 软塑 可塑 含砂 含砂量 5 15 实测标贯击数 6 25 击 平均值 16 击 静力触探锥尖阻力 qc 1 05 5 02MPa 平均值 2 92MPa 侧壁阻力 fs 27 3 180 2kPa 平均值 87 3kPa 属中等压缩性 土 局部缺失 顶板埋深 18 40 34 70m 顶板高程 26 74 17 96m 层厚 0 60 6 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 17 35 击 平均值 29 击 个别孔分布 顶板埋深 22 30 30 30m 顶板 高程 28 23 22 35m 层厚 0 80 5 60m 4层 圆 砾 杂色 中密 密实 饱和 圆砾直径 0 2 2cm 含量 20 35 母岩成 分以砂岩 熔结凝灰岩 灰岩为主 亚圆形 卵石粒径 2 6cm 为主 最 大粒径 10 25cm 含量 25 35 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 9 100 击 平 均值 36 击 属低压缩性土 全区分布 顶板埋深 23 40 35 60m 顶板 高程 32 38 23 18m 揭露最大层厚 14 20m 力学指标详见表 1 2 02 1 2 03 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 1 0 2Es0 1 0 2c KoKvKHN 层号土层名称 g cm3 Mpa 1Mpakpa cm 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 二区地层力学特征 表 1 2 03 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 1 0 2Es0 1 0 2c KoKvKHN 层号土层名称 g cm3 Mpa 1Mpakpa cm 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 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 957 K7 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 1 2 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 3 4 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 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 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 80 4 80m 勘察期间 受涌潮影响时 潮差约 1 2 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 1 7 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 95 7 60m 相应高程 0 41 2 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 00 7 60m 相应高程 0 42 0 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 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 25 7 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 70 8 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 4 土层渗透系数 区土层渗透系数成果表 表 1 2 3 层号土 名室内试验渗透系数 cm s 现场抽水试验渗 透系数 cm s KVKHK 2砂质粉土3 40 10 46 59 10 4 4砂质粉土2 72 10 44 98 10 4 5粉砂夹砂质粉土7 65 10 59 92 10 5 6粉砂 7 砂质粉土夹淤泥质 粉质粘土 8 04 10 41 24 10 3 2 24 10 3 3淤泥质粉质粘土2 4 10 89 89 10 8 1淤泥质粉质粘土 2淤泥质粉质粘土7 81 10 74 93 10 6 3粉砂 2淤泥质粉质粘土3 38 10 76 21 10 6 3细粉砂 1粉质粘土7 48 10 61 86 10 7 2含砂粉质粘土1 14 10 62 25 10 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 68 10 45 12 10 4 2 砂质粉土 5 10 10 45 34 10 4 3 砂质粉土夹粉砂 4 27 10 46 59 10 4 4 砂质粉土 5 粉砂夹砂质粉土 6 29 10 49 52 10 4 6 粉砂 8 82 10 49 55 10 4 7 砂质粉土夹淤泥质 粉质粘土 4 80 10 47 08 10 4 8 粉砂 1 19 10 32 04 10 3 3 33 10 3 3 淤泥质粉质粘土 1 02 10 72 60 10 7 1 淤泥质粉质粘土 2 40 10 71 93 10 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 33 10 77 93 10 7 1b 含砂粉质粘土 2 细砂 1 02 10 31 22 10 3 江北 5 0 10 2 4 圆砾层 江南 8 6 10 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 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 22 0 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 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 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 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 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 保证密封性能 在充足盾尾油脂 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 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 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 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 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 0 05Mpa 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 K6 700 左 40m 里程以及 K6 580 右 15m 处采用零星排放放气施工 K6 700 左 40m 处布置 5 个放气孔 孔间距 15m K6 580 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 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 4 2 掘进段施工试验掘进段施工试验 4 2 1 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 4 2 2 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 0 5 1 0m s 最大可达 6m s 压入式风机初步选用 SDF A 型 22 2kW 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 I SDF A No6 5350 5501600 540039641 422 2655 860 II SDF A No6 5500 800720 390060037 422 2655 860 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 9 5 29m3 s 风压达 178 694Pa 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 4 2 3 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 0 0 25 为正常作业范围 0 25 0 5 开始警 戒 并加强监测 0 5 1 中止作业 加强通风 进行监察 1 1 5 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 0 25 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 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 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 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 4 3 管片制作管片制作 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 3 5m 隧道轴线 隧道穿越圆砾层区域约有 183 5m 分 2 部分穿越 第一段长度约 65m 最大侵入隧道断面深度 1 28m 第二段长度约 118m 最大侵入隧道断面深度 0 5m 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 沼气段穿越施工技术 5 1 沼气释放沼气释放 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 50 100m 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 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 5 2 施工监测施工监测 5 2 1 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 0 0 25 为正常作业范围 0 25 0 5 开始警 戒 并加强监测 0 5 1 中止作业 加强通风 进行监察 1 1 5 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 0 25 时 方可恢复施工 5 2 2 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