汪曹区间盾构掘进施工方案

目录

1编制依据 (1)

2工程简介 (2)

2.1 工程概况 (2)

2.2 工程环境调查情况 (3)

3 施工总部署 (5)

3.1 施工顺序 (5)

3.2 施工进度计划 (5)

3.3 盾构掘进施工场地平面布置 (6)

4 人员、机械设备、材料计划 (7)

4.1人员组织计划 (7)

4.2设备计划 (8)

4.3材料计划 (9)

5 工程重难点及对策分析 (10)

5.1 密封的风险 (10)

5.2盾构下穿浑河河道 (11)

5.3在软弱地层中掘进 (12)

5.4过建（构）筑物 (13)

6 盾构掘进 (15)

6.1 掘进流程及操作控制程序 (15)

6.2 施工运输 (15)

6.3 洞内通风及管线布置 (16)

6.4 环流系统管理 (17)

6.5 盾构（常规）掘进 (21)

6.6设备保养、维修 (27)

6.7余泥外运 (28)

7施工测量、监测 (28)

7.1盾构施工测量 (28)

7.2盾构施工监测 (30)

8 工程试验 (31)

8.1试验特点及要求 (31)

8.2 试验资源配置 (31)

8.3 工地常规试验项目 (31)

9 防水工程 (33)

9.1 防水设计原则及标准 (33)

9.2 洞门防水 (34)

9.3 管片防水 (34)

10 施工质量保证措施 (35)

10.1 质量保证体系 (35)

10.2 反力架安装质量控制措施 (36)

10.3 盾构始发质量控制措施 (36)

10.4 盾构掘进质量保证措施 (36)

10.5 壁后注浆质量控制措施 (37)

10.6 盾构施工沉降控制措施 (37)

10.7 管片拼装质量保证措施 (38)

10.8 试验质量保证措施 (38)

11 盾构冬雨季施工 (39)

11.1 盾构冬雨季施工目标 (39)

11.2 盾构冬雨季施工措施 (39)

12 安全施工 (41)

12.1 安全生产管理目标 (41)

12.2 建立完善的安全管理制度 (41)

12.3安全生产保证措施 (42)

13 文明环保施工 (46)

13.1 文明施工管理体系及措施 (46)

13.2 环境保护体系及措施 (49)

13.3 消防保护措施 (51)

13.4 井下工作人员的管理 (53)

14 盾构施工专项应急预案 (53)

14.1 盾构始发突发风险事件 (53)

14.2 隧道进水风险事件 (55)

14.3 盾构内进水风险事件 (56)

14.4 管线变形过大风险事件 (57)

14.5 电瓶车溜车事故 (58)

14.6 盾构掘进安全事故 (59)

14.7 盾尾刷更换应急预案 (61)

14.8 盾构较长时间停机应急预案 (62)

14.9 地面塌陷风险 (63)

14.10 中毒应急救援措施 (64)

14.11 触电事故应急预案 (64)

14.12 火灾事故应急预案 (65)

14.13 机械伤害应急预案 (66)

14.14 应急组织机构 (67)

1编制依据

1、沈阳地铁九号线土建施工第七合段招、投标文件；

2、辽宁省交通规划设计院设计的《沈阳地铁九号线汪河路站～曹仲站区间正线结构与防水施工图》；

3、《沈阳地铁九号线汪河路站～曹仲站区间区间岩土工程勘察报告》；

4、现场施工及验收规范和相关技术标准：

(1) 《地铁设计规范》（GB50157-2003）；

(2) 《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299-1999)(2003年版)；

(3) 《盾构法隧道施工与验收规范》(GB50446-2008)；

(4) 《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)(2006年版)；

(5) 《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)；

(6) 《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002（2011版）)；

(7) 《钢结构设计规范》(GB50017-2003)；

(8) 《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）；

(9) 《铁路隧道设计规范》 (TB10003-2005)；

(10) 《铁路工程抗震设计规范》(GB50111-2006)；

(11) 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001) (2008年版)；

(12) 《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)；

(13) 《地铁工程监控量测技术规程》(DB11/490-2007)；

(14) 《混凝土结构耐久性规范》(GB/T50476-2008)；

(15) 《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》（GB50307-1999）；

(16) 《建筑钢结构焊接技术规程》（上）、（下）（JGJ81－2002）；

(17) 《钢结构高强度螺栓连接设计、施工及验收规程》（JGJ82-91）；

(18) 《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）；

(19) 《建筑电气工程施工质量验收规范》（GB50303-2002）；

(20) 《砌筑砂浆配合比设计规程》（JGJ98-2000）；

(21) 《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）；

(22) 《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2001）；

(23) 《施工现场临时用电安全技术规程》（JGJ46-2005）；

(24) 《建设工程施工现场供用电安全规范》（(GB50194-93)；

(25) 《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80-91）；

(26) 《建筑工程资料管理规程》(DB11/T695-2009）；

(27) 《混凝土质量控制标准》（GB50164-2011）；

(28) 《盾构掘进隧道工程施工及验收规范》（GB50299—1999）；

(29)《沈阳市地铁土建工程施工质量验收实施细则》（试行）

(30) 《沈阳地铁制度汇编》

5、其他由甲方或监理工程师指定的工程规范和技术说明；

6、本公司在地铁及地下工程施工中的施工技术及管理经验；

7、ISO9001(2008)质量管理和质量保证体系；

8、ISO14001环境管理体系标准文件；

9、OHSMS18001职业安全卫生管理体系标准文件；

10、中国铁建重工DZ063泥水盾构机设计图纸及相关技术文件；

11、现场考察资料。

2工程简介

2.1 工程概况

汪河路站～曹仲站区间自浑河北岸汪河路站起，向南下穿大堤路、浑河以及浑河南岸规划地块至浑南西路后东转，沿浑南西路道路下方走行至曹仲站，结合线路及地质条件，本区间采用盾构法施工，盾构机选用泥水平衡盾构。汪河路站始发，曹仲站接收。

本工程起点里程DK12+145.180，终点里程DK14+386.056，在左14+094.232设置短链5.768米，右线长2240.876米，左线长2235.108米。

纵断采用V字坡，顶板覆土9.3～24.1m，区间分别在右DK12+740.00、右DK13+320.00、右DK13+609.00、右DK14+105.0设4个联络通道。其中，1号、2号联络通道与泵房结合设计，3号联络通道结合区间风井设置。1号、2号、4号联络通道采用冻结法施工，3号联络通道及区间风井采用明挖施工，钻孔灌注桩加内支撑方案，坑外降水。区间走向线如图2-1所示：

图2-1 区间走向线

2.2 工程环境调查情况

1、工程地质条件

汪河路站～曹仲站区间隧道范围主要为圆砾层③-9、粗砂层④-7、中砂层④-6，砾砂层③-8，局部为粉质粘土④-1层，围岩土体的自稳能力差。盾构施工穿过的主要是砂性地层，盾构该地层中施工，易出现刀盘的磨损及刀盘前方砂性地层塌方的问题。

图2-2 区间地层比例图

2、岩土的分层和特征

根据本区间《岩土工程勘察报告》，勘察场地位于沈阳市于洪区大通湖街至和平区前赛村之间，地形起伏不大，地面标高介于37.2～38.2m之间。浑河以南范围内主要为耕地、新建浑南大道延伸段及南阳湖大桥建筑工地。

根据钻探揭示，本工点勘察深度范围内的地层结构由第四系全新统人工填筑层（Q/4ml/）、第四系全新统浑河低漫滩（Q/42al+pl/）、第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层

（Q/42al/）、第四系全新统浑河新扇冲洪积层（Q/41al+pl/）、第四系上更新统浑河老扇冲洪积层（Q/32al+pl/）、第四系中更新统冰水沉积层组成（Q/2pl+fgl/）。各地层描述如下：

⑴第四系全新统人工填筑层（Q/4ml/）①

①填土：主要由黏性土、碎石及砂类土组成，局部含少量建筑垃圾、生活垃圾（个别地段为垃圾填埋场），马路地段表层为沥青路面，沥青路面下为碎石垫层，稍湿，松散。

⑵第四系全新统浑河低漫滩（Q/42al+pl/）②

②-1-1淤泥：腥臭，含有大量腐质物，流塑。

②-1-33粉质黏土：黄褐色，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，摇震反应无，可塑。

②-3-2细砂：褐色，混粒结构，矿物成分以石英、长石为主，稍湿～饱和，松散～稍密。

⑵第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层（Q/42al/）③

③-8-3砾砂：黄褐色，石英-长石质，亚圆形，混粒结构，颗粒级配较好，局部为圆砾薄层，湿，水下饱和，稍密～中密，局部密实。

③-9-3圆砾：粗颗粒主要由变质岩组成，颗粒呈微风化状，亚圆形，混粒结构，坚硬，颗粒级配好，一般粒径2-20mm，约占总质量的70%，最大粒径80mm，充填约20%的混粒砂和黏性土，局部为卵石层，稍密～中密，局部密实。

⑷第四系全新统浑河新扇冲洪积层（Q/41al+pl/）④

④-6-4中砂：黄褐色，石英-长石质，亚圆形，均粒结构，颗粒级配差，含少量黏性土，湿，水下饱和，中密～密实。

④-7-4粗砂：黄褐色，石英-长石质，亚圆形，均粒结构，颗粒级配差，含少量黏性土，湿，水下饱和，中密～密实。

3、岩土物理力学参数

表2-1 岩土物理力学参数值表

地层编号岩土名称

重力密度

γ（kN/m3）

黏聚力

C(kPa)

内摩擦角

Φ（°）

垂直基床

系数Kv

(MPa/m)

水平基床

系数Kx

(MPa/m)

静止侧

压力系数Ko

③-5-2 细砂19.0 3.0 30.0 17 15

0.38

③-7-3 粗砂19.2 3.0 30.0 31 30 0.37 ③-8-3 砾砂20.1 0.0 35.0 33 35 0.35

③-9-3 圆砾20.3 0.0 35.0 43 40 0.30

④-1-33 粉质黏土19.5 30.1 15.0 20 20 0.42 ④-5-4 细砂19.3 5.0 35.0 22 20 0.38 ④-6-4 中砂19.1 3.0 32.0 36 35 0.37 ④-7-4 粗砂19.8 3.0 30.0 35 35 0.37

地层编号岩土名称

重力密度

γ（kN/m3）

黏聚力

C(kPa)

内摩擦角

Φ（°）

垂直基床

系数Kv

(MPa/m)

水平基床

系数Kx

(MPa/m)

静止侧

压力系数Ko

④-8-4 砾砂19.7 0.0 35.0 47 45 0.35

④-9-4 圆砾20.0 0.0 35.0 55 50 0.30

⑤-7-4 粗砂19.8 3.0 33.0 44 40 0.37

⑤-9-4 圆砾20.1 0.0 35.0 65 60 0.30

4、水文地质

本标段位于冲洪积扇尾部，沉积的地层颗粒不均，局部沉积有黏性土层，分布不连续。因此本标段沿线路仅存在一层地下水，赋存于圆砾、砾砂等强透水性层中，按埋藏条件划分，属第四系孔隙潜水。局部地段存在由地下管道、工业及生活用水入渗形成的上层滞水。

本标段第四系含水层分布连续稳定，由北向南随着含水层厚度逐渐增加，富水性也逐渐增大。勘察期间，本工点个勘探孔在勘察深度内均遇到地下水，地下水类型为孔隙潜水。勘察期间地下水水位埋深为7.10～9.40m，标高29.62～30.31m，水位、水量随季节变化。

该场区地下水补给主要是浑河侧向补给及大气降水垂直渗入补给。主要排泄方式为径流排泄和地下水的人工开采。地下水水位季节性变幅在为0～2.00m。

根据岩土工程勘察报告，含水层渗透性强，渗透系数一般在28～80m/d之间，水力坡度约1%左右。

地下水、地表水及环境土，根据在ZC-116勘探孔所取水样的水质分析结果以及取土易溶盐渗出液的分析结果，判定地下水、环境土对混凝土结构有弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋有弱腐蚀性。

5、周边建（构）筑物及地下管线

区间沿线建筑物及地下管线，详见《区间沿线建（构）筑物、地下管线调查报告》。

3 施工总部署

3.1 施工顺序

根据施工现场情况，本区间先始发左线，待左线掘进超过800米后，再准备始发右线，确保左线穿越浑河后，右线再开始穿越浑河，确保施工安全。

3.2 施工进度计划

根据汪河路站～曹仲站区间目前施工进度，以及总的工期计划，左线计划于2014年4月1日从汪河路站左线始发往曹仲站方向掘进，于2014年12月30日完成掘进，到达曹仲站后盾构机解体。右线于2014年7月1日二次始发，2015年4月30日完成掘进。

3.3 盾构掘进施工场地平面布置

1）施工场地布置的原则

在满足施工生产需要的前提下，充分考虑市容与环境保护，尽量减少扰民；临时房屋及其它设施布置安全、经济、合理、实用，生活、生产设施尽量分离；严格遵照招标文件给定的场地位置和占地面积。

2）施工场地平面布置

（1）施工场地

从车站顶板回填后120m及车站东侧2128㎡范围为区间盾构施工所需材料及设备的布置区域，场地平面布置图如附图。

（2）施工场地布置及说明

①在盾构始发施工前，必须完成盾构施工场地布置，为盾构始发做好准备。

②施工用水用电

盾构机始发时直接使用市政供水管作为盾构机内施工用水的水源。

业主提供2套20KV开闭所，接入场区的高压电缆拟从东北角引入，沿东侧围墙下现有的预留管道延至始发井口接入盾构机；另外，位于东侧围挡边两台630KVA的箱变、一台315KVA 变压器用于地面泥水处理系统及配套施工区供电。

③成品、半成品及原材料的堆放

严格按场地平面布置图划定的位置堆放整齐。管片、油脂、发泡剂、轨道等材料堆场设在车站回填后顶板上，并处在16吨龙门吊主、副钩覆盖范围内。

④排水沟

沿场地的周边设连通的排水沟，排水沟宽0.4m深0.5m，并便于清理，排水沟上盖有铁排栅，以保证车辆和人员安全跨越。排水沟汇集的雨水、生产废水流入沉淀池，经过沉淀过滤，确保达标后排入市政排污管道。

⑤基坑护栏

在基坑外侧设高约1.2m的护栏，采用φ42钢管，管间采用焊接连接，并涂刷成红白相间的警戒色。

⑥现场照明

在预留洞口周边间隔设置探照灯，作为夜间施工的照明，另外，沿场内道路及各加工点均设置灯具，保证夜间有足够的亮度。

4 人员、机械设备、材料计划 4.1人员组织计划 4.1.1 人员组织架构

保洁班

地面料具班

地面测量班地面涂料班地面机修班井下班组

文明施工员

统计员

测量负责人技术资料员质量员

安全员值班长材料员设备员安全部

项目总工生产主管项目经理盾构部

图4-1 人员组织架构

管理结构说明：

（一）领导层：项目经理、书记、项目副经理、总工程师、安全副经理、盾构副经理； （二）管理层：工程部长、盾构部长、设备部长、安质部长。

4.1.2 主要劳动力计划安排

在盾构隧道内结合本工程专业特点和现代科学管理理论，充分发挥和调动每个人劳动积极性，精心策划，科学安排，进行动态管理，弹性编组，灵活组织，实施平行、流水、交叉作业。施工人员执行每天10～10～4工作制，早班，夜班各一个，每天保证4小时的维修保养时间，保障盾构设备的正常运转，做到均衡施工，具体安排如下：

表4-1盾构机单线每班次施工人员配备

单线盾构推进施工人员

序号岗位人数序号岗位人数

1 中央控制室

2 7 电器维修 1

2 井下负责人 1 8 龙门吊司机 1

3 盾构司机 1 9 测量 2

4 管片拼装 3 10 同步注浆 2

5 机械维修 1 11 普工 2

6 电机车司机 1 12 地面指挥 1 小计18人

泥水系统处理施工人员

序号岗位人数序号岗位人数1 值班长 1 4 保洁员 1

2 检验员 1 5 普工（新浆配

制）

1

3

修理工

（保修员）

1 6

小计5人

机电维修人员

序号岗位人数序号岗位人数

1 机修工

2

3 电焊工 1

2 电工 2

小计5人

4.2设备计划

本区间配备两台泥水盾构机，左线盾构机计划于2014年4月1日始发掘进。主要配备一套泥浆处理系统，二台电机车（包括浆液运输车、管片拖车），一台龙门吊等盾构配套设备。

表4-2 盾构施工使用设备表

设备名称数量单位用途

同步注浆系统 1 套同步注浆

泥浆处理系统 1 套泥浆处理

泥水输送系统进泥管?300mm

1 套泥水输送

排泥管?300mm

电机车（砂浆运输车、管片拖车） 2 套井下水平运输

充电机 1 台电瓶充电

16t龙门吊 1 台地面及井下垂直运输

浆液站 1 套浆液拌制

压浆泵 1 台管道补压浆用

电焊机 3 台焊接

挖掘机 1 台沉淀池挖土

轴流风机 2 台隧道通风

风管2240 m 隧道通风

4.3材料计划

管片采用预制钢筋混凝土管片，使用计划为直线环3445环，右转弯环96环，左转弯环188环，其它常用材料类型如表4-3所示。

表4-3 常用施工材料类型表

编号名称型号编号名称型号

1 工字钢I16a 6 螺栓、螺母M24

2 槽钢I16a 7 水泥42.5

3 钢板10mm厚8 水玻璃

4 钢板20mm厚9

5 轨道43型10

5 工程重难点及对策分析

5.1 密封的风险

5.1.1风险分析

本区间隧道穿越主要为圆砾层③-9、粗砂层④-7、中砂层④-6，围岩土体的自稳能力差，再加上潜水的影响，容易发生涌水涌砂等不良现象，极易发生隧道坍塌。施工影响范围内地下水水位埋深为7.10～9.40m，标高29.62～30.31m，地下水位较高，在富水饱和地层中掘进，做好盾构机密封的管理，防止泥砂、水泄入隧道内是施工的重点。

5.1.2风险对策

1、盾尾刷由四道钢丝密封刷及两个油脂注入管道构成，采用复合型盾尾刷，提高盾尾密封性能。尾刷钢丝和保护板能够与筒体呈现面接触，盾尾承压能力明显提高，有效防止盾尾漏水漏砂。

图5-1 第四道盾尾刷

2、主轴承密封

主轴承密封材料均由耐磨聚合物制成。外密封系统是通过带有永久性失脂润滑油脂润滑和渗漏控制三重唇形密封系统进行来实现的。密封支撑直接和轴承通过螺纹连接固定在一起，并且作为主轴承结构的一部分从而充分保证同心度；内密封系统将小齿轮区和空气之间进行密封。最外侧采用专用HBW脂密封保护外侧唇形密封；第二道密封脂以润滑脂保护唇形密封；第三道密封采用润滑油保护密封；第四道密封为空腔设计，可以随时在盾构机壳体内检查主轴承密封状况。所有密封都可以在洞内更换。

3、密封管理

①在盾构掘进过程中，由专人监视盾尾密封情况。

②主轴承密封管理

主轴承密封的寿命可以达到5000h，在区间隧道掘进过程中不需要更换，只要做好保养即可。

③铰结密封管理

若盾尾密封泄漏，由值班工程师对泄漏情况做好详细的记录。

如果泄漏不太严重，调整盾尾间隙以及铰接油缸行程，及时向密封处注入油脂。

如果铰接部位泄漏较为严重，则应立即停止掘进，反复打开紧急充气密封，然后反调节并紧固铰接油缸压板，同时打开管片的注浆孔进行双液注浆。

4、盾尾密封管理

在盾尾的钢板中预埋了盾尾密封油脂注入管，盾尾油脂的注入可使盾尾密封刷和密封刷间的油脂与管片外弧面紧密结合，能阻止地下水及同步注浆浆液进入盾构机内部，防止地下水和同步注浆浆液的损失。必须确保盾尾油脂的供应量，盾尾油脂注入不满时严禁盾构掘进。

盾尾油脂一般采用自动注入方式，在盾尾漏浆时可采用手动控制系统操作。主司机应平稳操作盾构机，避免急剧转弯，造成盾尾刷的损坏。

5、双液注浆封水

为了防止管片露出尾刷后，地下水从盾尾进入筒体内，要进行管片背后注浆，盾构机配备有二次补充注浆系统，可进行单液浆、双液浆的压注，及时封堵管片壁后水流通道。

5.2盾构下穿浑河河道

5.2.1掘进难点分析

盾构区间在CK12+800～CK13+300段下穿越浑河河床，河床最低处距隧道顶仅14.9m左右，在这种情况下，隧道轴线、地面沉降及河床稳定控制难度很大，施工中仍必须予以高度重视，确保施工安全。

5.2.2掘进对策

1、盾构推进技术措施

①切口水压：开挖面泥水平衡是一种动态的平衡，由于某些原因变化时，平衡就可能被打破，故无论是在推进阶段还是停止推进阶段都应注意泥水压力的变化，采取相应措施使泥水压力尽可能地接近设定值。原则上根据切口水压的计算值（考虑到隧道上部覆土厚度和荷载变化，需计算每环切口水压值），实际施工中按照地面沉降结果进行调整。

②掘削干砂量管理及控制

根据送排泥的流量计和密度计测定的各种数据，对送排泥浆中包含的掘削干砂量的体积进行计算，来反映盾构每环掘削下来的土体量。同时可根据中央控制室监视盘所显示的掘削

干砂量管理值（即理论掘削干砂量）作比较，如果两者之间有差距，就可以判断开挖面的欠挖量、超挖量及地质变化等情况。当干砂量过大时，应使用土层探测装置，以便及时掌握切口正面土体坍方情况，并及时反映。要求根据具体施工情况及时调整参数，使干砂量的数据接近理论值，从而减小正面土体坍方的可能。

③泥水质量指标：在施工期间采用高质量的泥水输送到切口，使其能很好地支护正面土体，泥水密度控制在1.2g/cm3左右，粘度控制在22s以上。

④推进速度：此阶段推进速度不宜太快，控制在10～15mm/min。采用中低速推进，可以使土体的应力充分释放，避免由于推进应力过大或过于集中而造成破坏，这样也有利于盾构纠偏。

⑤同步注浆控制:加强同步注浆注降量、注浆压力控制。

⑥密切注意偏差流量的变化，充分压注盾尾油脂。

⑦确保压浆闷头的紧密和牢靠，防止压浆孔产生漏浆。

2、水底监测措施

盾构进入浑河河道前20天和10天，分别对隧道轴线沿线的河底水深情况各进行一次全面扫描（背景测量），复核隧道覆土层厚度。在盾构推进到河道后即开始进行河道高精度水深监测，并充分利用监测结果指导施工，如河底发生较大的隆沉须及时采取措施。

3、沉降控制

①地面沉降控制分为两个方面：盾构切口前的沉降，由切口泥水压力和推进速度控制，为使切口泥水能更好地支护正面土体，必须严格控制泥水指标；盾尾后的沉降由同步注浆和壁后二次注浆进行控制。在盾构实际推进过程中，同样要根据地面沉降情况，由当班技术人员分析判断后对压浆量、压浆部位和注浆压力进行调整。在施工中，必要时进行补注浆，有效控制后期沉降。

②加强河底土体沉降观察，及时了解沉降情况，推进过程中跟踪观察土砂量、干砂量计算曲线。为便于信息反馈和沉降资料整理，应在每天安排2次河中段沉降测量。

③推进过程中，提高土层探测装置使用频率，及时掌握正面土体扰动情况。

具体施工措施详见《汪曹区间盾构穿越浑河河道专项施工方案》。

5.3在软弱地层中掘进

5.3.1掘进难点分析

区间大部分地层为圆砾、砂层，地层软弱，且厚度较大，地层中富水性较强，稳定性相对比较差，易受扰动。只有充分发挥泥水盾构的作用，才能保证安全、快速掘进。

5.3.2掘进对策

针对软弱地层，施工中主要采取措施如下：

切削方式以刮刀为主，确保密封仓内压力平衡，设定切口压力大于自然水土压力15Kpa 以上，采取一切可能的措施使切口压力的波动不超过3％。严格控制排泥干沙量，保证切削面稳定和地表沉降在允许范围内。严格控制盾构姿态，防止盾构磕头现象。在盾构施工过程中，加强对地面和隧道的监测，坚持信息反馈法施工，通过信息反馈优化掘进参数。即时掌控地层沉降发展的趋势并及时采取有效措施。

选定双液注浆材料，控制初凝时间在15秒以内，启动两套注浆系统，掘进时同时进行盾尾同步背填注浆和管片补充注浆，保证注浆量。

采用优质泥浆掘进，比重控制在1.20～1.25，粘度大于26秒。保证泥浆具备良好的泥模形成能力，其泥浆性能指标必须符合规定。

5.4过建（构）筑物

5.4.1风险分析

1）区间左线中线里程DK12+412.652，右线中线里程DK12+426.377下穿彩钢房（水厂加工车间），为筏板基础（标高平地面）。

2）区间在里程右DK12+436侧穿66KV高压电塔，电塔直径1.1米，承台尺寸3米33米33米，埋深8.5米。区间侧穿高压电塔，距离桩基水平距离约为6.6m。

3）区间在里程右DK12+618侧穿高压电塔电塔直径1.4米，承台尺寸3米33米34米，埋深12米。区间侧穿高压电塔，距离桩基水平距离约为5.8m。

4）区间在里程左DK13+678侧穿高压电塔，电塔承台尺寸3.6米33.6米33.2米。区间侧穿高压电塔，距离电塔水平距离约为6.6m。

盾构施工过程中存在以下风险：

（1）开挖面地层及上覆地层均有砂层存在，盾构掘进容易造成超挖塌方等事故。

（2）盾构推力对地层挤压，可能引起地层侧向变形，电塔基础容易在侧向力作用下产生侧向位移。

（3）盾构通过后，后期地层变形可能导致电塔基础变形。

5.4.2风险对策

（1）对地面建（构）筑物进行详细调查、布设监测点

在盾构掘进到达建（构）筑物之前对建筑物现状进行详细调查，以确定其安全状态，同时制定出变形预测及施工管理标准值。监测人员布置好测量控制点，并测量建（构）筑物地

面控制点数据初始值，以作为对比数值。

（2）盾构机全面检查

侧穿建（构）筑物之前需对盾构机进行全面的检修，加强盾构机和常规设备维修保养，包括液压系统、电气系统、主轴承密封系统、注脂系统、注浆系统、泥水循环系统及压缩空气供应系统等，确保机况良好，为顺利穿越建（构）筑物创造有利的条件。

（3）掘进姿态控制

严格控制好盾构机姿态，在到达建（构）筑物前10环内盾构机姿态水平方向控制在±10mm 以内，测量组人员加强姿态复核，增加复核频率，至少每班对盾构机姿态和管片姿态进行测量一次，并把数据及时反映到中控室，操作人员根据测量结果进行姿态的调整控制，确保盾构机尽量保持沿设计轴线推进。

（4）切口水压的控制

在盾构掘进的过程中，保持切口水压平稳，其波动值控制在设定值的±5%范围内，以保证地层的稳定，避免出现地面冒浆的情况，保护好地表建筑物。

在拼装管片的时候，启动自动保压系统保证切口水压的稳定。停电时启动大功率的备用发电机保证自动保压系统的正常运行。在盾构过桩掘进过程中，一旦出现排泥口堵塞的情况马上切换到逆循环掘进，就可以防止切口压力波动。

（5）掘进速度

盾构机通过建（构）筑物时，掘进速度应设定为不大于20mm／min。根据建（构）筑物的里程推算盾构机掘进位置，当盾构机掘进至建（构）筑物底下时，逐渐减慢掘进速度至不大于10mm/min，并边推进边密切注意盾构推力与掘进速度的变化。

（6）干砂量的控制

开挖干砂量的严密控制是判断开挖面稳定、保证建（构）筑物安全的重要措施。当发现干砂量发生突变时，应立即检查泥水密度、粘度和切口水压。同时调查土体是否有坍塌情况，加强地面观测，在查明原因后及时调整有关参数，确保开挖面及地面建筑物的安全。

（7）注浆量

盾构机在过建（构）筑物掘进时，为保证注浆质量是减少后续沉降的有效手段，为此，特别增加一套管片注浆设备并与原有的同步注浆系统同时运行。在注浆压力小于0.5Mpa的情况下尽量多注浆。同时每隔4~5环管片注双液浆。

另外，采用壁后深层注浆，多次补偿注浆，以减小对地表主体结构的影响。

（8）提前做好施工应急预案。

6 盾构掘进

6.1 掘进流程及操作控制程序

盾构掘进是一个系统的工程，包括很多环节，例如盾构掘进、管片拼装、材料运输、掘进注浆、泥浆处理、管线的延长等工作，各个环节循环往复进行，并相互制约，一旦其中某个环节出现问题，整个施工将会受到影响。盾构掘进流程及循环见图6-1所示。

图6-1 盾构机掘进总体流程图

6.2 施工运输 6.2.1 水平运输

洞内水平均采用43Kg/m 钢轨铺设单线。本工程单线线路最长为2240m ，由于线路相对较长，盾构掘进时，每条隧道只需投入二组列车，即可满足施工需要。

列车均由45t 变频机车牵引1节砂浆车、2节管片车。车型如图8-2所示：

管片拼装，复拧螺栓

列车装管片，进洞 开挖6m ，延伸轨道

开挖6m ，接送排泥管 是

否

盾 构 掘 进 设置管理标准

地面监测 调整掘进施工参数

同 步 注 浆

是否到达掘进循环进尺

盾构机姿态

控制

人工补测

继续下1环的掘进

盾构机始发

图6-2 列车车型示意图

6.2.2 垂直运输

本工程的垂直运输主要由1台16t 龙门吊完成，其移动方向为沿基坑长度方向。轨料、泥浆管、管片及其它材料均由预留的吊装孔进行起吊。

6.3 洞内通风及管线布置 6.3.1 洞内通风

根据盾构施工特点，在施工过程中隧道内采用压入式通风来解决防尘、降温及人员、设备所需要的新鲜空气。故拟在区间设1台轴流风机压入式通风，采用直径为φ1000mm 拉链式软风管，风机设在汪河路站。

由于受本区间污染土壤可能释放出有害气体的影响，盾构施工过程中要加强隧道内通风，拟增加一台二级风机，通过建立隧道大风量强制通风系统，保持良好的通风条件，稀释挖掘过程中散发的有害气体，达到国家标准的要求。

6.3.2 洞内管线布置

根据泥水盾构的施工特点，在隧道内布置“五管、三线、一走道”，五管即为φ300的送浆管、φ300的排泥管、供水管、排污管和φ1000的通风管；三线即为10KV 的高压电缆、380/220V 照明线和运输轨线。其具体布置形式如图6-3所示：

图6-3 隧道内管线布置图

风管

进泥管

排泥管

高压电缆

照明电缆

轨道

行走道

6.4 环流系统管理

6.4.1 泥水性能管理

1、泥水的功能

通常所谓的泥水，是将分散在水中的、具有吸水后明显地呈膨润性质的粘土矿物质的悬浮液作为主要成分，根据需要调节比重、粘度、塑变值、胶凝强度、润滑性，使其成为一种可塑流体。泥水盾构使用泥水的目的也就是用泥水来谋求开挖面稳定，在防止塌方的同时，将切削下来的土形成泥水并通过管道运往地面。

2、泥水的作用

（1）容易将切削下来的土砂输送到地面（需适当流速、比重、粘度、塑变值）；

（2）能抑制地下水（油、气体等）喷出（需要适当的泥水比重）；

（3）形成泥壁或渗透壁，防止开挖面塌方（泥壁形成性好）；

（4）对刀盘、刀头等切削设备有冷却和润滑作用（泥水特性良好）；

（5）在泥水输送中使泥水循环暂时停止，切削土砂仍能保持在泥水中而不致沉淀（需要有良好的粘度和触变性）；

（6）在泥水分离处理阶段，切削的土砂能按规定的要求分离（需要略低的粘度和胶凝强度）。

此外，泥水还具有对其它地层影响小、对地层易判定并能利用浮力等性质。

3、泥水材料

（1）水：清水；

（2）膨润土：主要成分是蒙脱土，它具有形成泥壁等多方面的优越性，但这种土的分离困难和经济成本上的问题，很难说是最好的材料，仅局限于部分使用；

（3）粘性土：是易采集的粉砂土、粘土和胶状现场土，虽比蒙脱土质量差，但含有伊利土和高岭土等成分，容易分离和弃土，并具有形成泥壁等性能，受到广泛使用；

（4）CMC：能增加粘度和提高泥壁形成性能；烧碱：作为分散剂，防止粘粒聚合成絮状。

拌制泥浆前，应进行泥浆配合比的设计，膨润土泥浆常规配比如表6-1所示：

表6-1 膨润土造浆配比表(占水的百分比)

水粘土CMC 膨润土烧碱

1 按比重要求加入0.03%～0.05% 8％0.4～0.5%

新制备的泥浆必须在泥浆池存放一定时间后才能使用。其性能指标应符合表6-2的规定：

表6-2 制备泥浆的性能指标

项次项目性能指标检验方法

1 比重 1.1～1.25 泥浆比重计

2 粘度20～25s 500ml/700ml漏斗法

3 含砂率<5% 含砂量法

4 胶体率>95% 量杯法

5 失水量15ml/30min 失水量仪

6 泥皮厚度1～3mm/30min 失水量仪

7 PH值8～10 PH试纸

在施工中，每推进一环对泥水进行测定，一旦发现泥浆劣化，要及时进行调整。另外，根据不同的土质，也要及时对泥浆进行调整。盾构施工各地层泥水性能指标见表6-3。

表6-3 盾构施工各地层泥水性能指标

部位（地层）泥浆比重酸碱度粘度(s) 失水率胶体率

端头加固段 1.5-1.20 8到10 25 ≤15mL/30min ≥96% 圆砾 1.1-1.20 8到10 25-30 ≤15mL/30min ≥96% 中、粗砂 1.1-1.20 8到10 25-30 ≤15mL/30min ≥96% 粗砂(含粒径10cm以上卵石) 1.1-1.20 8到10 35-40 ≤15mL/30min ≥96% 中粗砂(含粘土) 1.1-1.20 8到10 18 ≤15mL/30min ≥96%

6.4.2 泥水压力管理

（1）切口水压设定

在泥水加压式盾构施工中，加在开挖面上的力，即用泥水使开挖面保持稳定的力，通常应与作用在开挖面上的土压在对抗中保持平衡，水压与开挖面上含水土体的垂直作用的重力和土的内摩擦角大小有关。切口水压的设定如下：

切口水压 = P + 0.01MPa ～0.02MPa

P：土压（含水压），自然状态下盾构机头部2/3高度处的压力。

（2）设定切口水压的管理

切口水压的上、下限设定值通过计算静止土压力和主动土压力进行控制。每个地点切口水压设定值可通过施工经验公式计算。