1、廣州市軌道交通四號線大學城專線【小新盾構區(qū)間】土建工程盾構過新造海施工方案,中鐵隧道集團有限公司 廣州軌道交通四號線小新盾構項目經(jīng)理部 二00四年七月,匯報內容,一、工程概況 二、施工重、難點 三、施工方案概述 四、施工方法及主要技術措施 五、異常情況處理預案 六、施工安全、質量保證措施和環(huán)境保護措施,一、工程概況,（一）盾構區(qū)間工程概況 1、工程位置 廣州市軌道交通四號線大學城專線【小谷圍新造盾構區(qū)間】工程位于整條線路的最南部，線路從新造站北端的明挖始發(fā)井向北經(jīng)過曾邊村、新廣公路、下穿510m寬新造海、新造北岸、練溪村，最后到達小谷圍站南端的吊出井。,圖11 【小新區(qū)間】工程位置圖,2、主要

2、工程量,【小谷圍新造盾構區(qū)間】工程主要由一個明挖始發(fā)井段、兩個盾構隧道區(qū)段和一段礦山法隧道構成。明挖始發(fā)井段長81.7米；右線盾構隧道長1417.3m，中間風井馬蹄形礦山法隧道擴大段長38m，礦山法圓形隧道長181m，采用盾構拼裝管片通過；左線盾構隧道1598.3m，中間風井馬蹄形礦山法隧道擴大段長38m。本標段工程的主要附屬工程包括四個聯(lián)絡通道（一個與中間風井合建）、一個區(qū)間風井、一個廢水泵房和八個洞門。,3、線路平縱斷面設計概況,本標段區(qū)間隧道線間距為13.0m，隧道線路在平面上為直線。線路縱坡為“V”形坡，最大坡度為50，隧道覆土厚度在335m之間。,4、工程地質及水文地質,（1）工程地

3、質 本區(qū)間所處地貌單元總體屬珠江三角洲河網(wǎng)交錯的沖積平原區(qū)，就其微地貌單元而言則屬低臺地地區(qū)，其間夾有新造海河床，局部分布有侵蝕堆積成因的臺間谷地。本區(qū)間地形起伏稍大，地面高程為-9.5326.18m。風化基巖埋深較淺，表層分布有坡積土層，新造海河床及局部低洼地段分布有軟土。,巖土的工程力學性質統(tǒng)計表,（2）水文地質,本區(qū)間含水地層主要為第四系砂層、和中風化混合巖，其中、層主要分布在新造海河床一帶，分布不太廣泛，厚度不大，但與地表水具有水力聯(lián)系，故其涌水量較大。地層分布廣泛，厚度較大，其滲透性及涌水量取決于裂隙的發(fā)育程度，根據(jù)抽水試驗結果結合地區(qū)經(jīng)驗分析，該地層的涌水量具有明顯的不均勻性。,地

4、層滲透系數(shù)表,（二）盾構過海段工程概況,小新盾構區(qū)間Z(Y)DK22+363Z (Y)DK22+874）段約510m穿越新造海，新造海段水壓力大、隧道覆土厚度變化大、洞身范圍內地層軟硬不均、變化頻繁，如何保證盾構機順利穿越新造海段是本工程施工的重點和難點。,1、平縱斷面設計,在平面上，隧道處于直線上，詳見圖11；在縱斷面上，YDK22+864550段線路處于4.21的上坡上，YDK22+624.198475.802段處于半徑為5000m半徑的上轉豎曲線上，YDK22+550363段處于33.9的上坡上，詳見圖12、13。,2、工程地質與水文地質,盾構隧道穿越水道的寬度約510m，一般水深515

5、.0m，最深17.1m，詳勘探測發(fā)現(xiàn)河床底隧道最小覆土厚度約6.9m。,K1鉆孔巖芯照片 （YDK22+760）,(1) 工程地質,新造海段隧道頂部覆蓋土層較復雜，覆蓋地層有 、地層，隧道洞身范圍內主要為砂質粘性土5Z2、混合巖全風化6Z、混合巖強風化7Z、混合巖中風化8Z、混合巖微風化9Z地層，小新區(qū)間左右線新造海段地質情況詳見圖12、圖13。 新造海段工程地質具有如下特點： 隧道洞身范圍內地層軟硬不均，變化頻繁，且普遍上軟下硬，在盾構掘進過程中應注意保護好刀盤刀具。 隧道穿越的水道深度普遍較深，且深度變化快，在盾構施工過程中要注意防噴碴、涌水。 新造海段左右線地質情況統(tǒng)計見表11、表12所

6、示。,表11 【小新盾構區(qū)間】新造海段右線地層統(tǒng)計表,表12 【小新盾構區(qū)間】新造海段左線地層統(tǒng)計表,(2) 水文地質,在新造海段層中含水地層主要為第四系砂層、和中風化混合巖帶，在新造海段、層分布不太廣泛，厚度較薄，但與地下水體具水力聯(lián)系，故其涌水量較大。地層分布廣泛，厚度較大，雖然其滲透系數(shù)總體上較小，但其滲透性及涌水量取決于裂隙的發(fā)育程度。本段隧道各地層滲透系數(shù)見下表：,地層滲透系數(shù)(K)選用表,注： 地層滲透系數(shù)的選用原則為：以經(jīng)驗值、室內滲透試驗結果和前期勘察類似地層抽水試驗資料綜合提供。,二、施工難點,（1）保證開挖面穩(wěn)定，控制施工擾動引起的沉降，避免發(fā)生涌水、冒頂?shù)葹暮Α?新造海段

7、隧道頂板上方覆土條件復雜，且水壓力相對土壓力更大，如何控制施工擾動、防止地表沉降、確保盾構施工質量、避免發(fā)生涌水等災害是新造海段施工的一大難點。 （2）進行合理的刀具配置，設定合理的掘進參數(shù)，選擇適當?shù)膿Q刀位置。 隧道范圍內存在混合巖中、微風化硬巖地層，且軟硬不均，盾構掘進過程中對刀具的磨損大，如何進行合理的刀具配置，防止刀盤前方形成泥餅或刀具發(fā)生非正常磨損；如何在掘進過程中設定合理的盾構掘進參數(shù)，保護好刀盤、刀具，減小刀具的磨損量；在新造海內一次性通過的可能性不大，要換一次刀，甚至兩次（預備一次），當?shù)毒吣p到一定程度時，需要在新造海內選擇適當位置進行換刀作業(yè)，如何選擇適當位置，采取哪種措施

8、來保證換刀工作的安全、快捷是本段盾構施工的一大難點。,三、施工方案概述,（一）盾構區(qū)間隧道施工總體籌劃 盾構區(qū)間隧道采用盾構法施工，根據(jù)工程地質條件及合同工期的要求，本工程配置2臺復合式土壓平衡盾構機，1臺為德國海瑞克公司生產(chǎn)，承擔小新盾構區(qū)間右線的掘進施工任務；1臺為日本小松公司生產(chǎn)，承擔小新盾構區(qū)間左線的掘進施工任務。根據(jù)本工程的總體安排，本工程左右線兩臺盾構機掘進的總體籌劃為：右線盾構2004年3月20日在盾構始發(fā)井下井組裝，然后推進（包括盾構拼裝管片通過暗挖段），于2005年2月19日到達小谷圍盾構吊出井，于2005年3月1日從吊出井后拆卸離場；左線盾構2004年6月1日在盾構始發(fā)井下

9、井組裝，然后掘進左線，于2005年3月24日到達小谷圍吊出井后拆卸離場。,右線盾構始發(fā) 2004.5.27 左線盾構始發(fā) 2004.7.10,到達 過礦山法隧道 2004.11.11 開始掘進 2005.1.6 到達 過礦山法隧道 2005.12.23 開始掘進 2005.1.13,右線盾構到達 2005.2.19 左線盾構到達 2005.3.24,盾構始發(fā)井,中間風井,盾構吊出井,施工設計及施工組織： 盾構隧道采用管片拼裝式襯砌，管片環(huán)寬1.5m，錯縫拼裝。管片接縫采用遇水膨脹橡膠密封墊防水。管片委托廣州建筑機械施工公司制作和運輸。為滿足工程總體進度要求，共投入4套標準環(huán)管片模具、1套轉彎環(huán)

10、管片模具于2004年3月28日正式開始管片生產(chǎn)，并采用蒸汽養(yǎng)護以提高管片質量、縮短模具周轉周期。管片與圍巖之間的環(huán)形間隙采用水泥砂漿同步注漿回填。,盾構隧道施工水平運輸采用43Kg/m鋼軌鋪設單線、45T變頻電機車牽引重載編組列車運輸，每一掘進循環(huán)由兩個列車編組完成運輸作業(yè)。垂直運輸由一臺15T門吊下料(管片、軌線材料等)，兩臺45T門吊提升碴土與傾卸。碴土外運委托廣州市有資質的散體運輸公司完成。 整個盾構施工過程堅持監(jiān)控量測跟蹤，實施信息化施工，以控制地層變形和確保施工安全。,小新盾構區(qū)間換刀計劃,根據(jù)小新盾構區(qū)間工程地質情況和盾構施工特點，在小新盾構區(qū)間掘進施工過程中擬進行6次換刀： 1.

11、DK23+123處，盾構始發(fā)掘進196.9m后 2.DK22879處，在盾構進入新造海前 3.DK22630處，在新造海中部 4.DK22400處，距離新造海西岸37m處 5.DK22115處，風機房擴大段內 6.ZDK21900處，左線到達小谷圍島前。,（二）盾構過海施工方案概述,1、盾構過海施工步驟 根據(jù)新造海段工程地質、水文地質條件結合盾構施工的難點、特點，施工步驟如下： 地表加固 4#聯(lián)絡通道加固區(qū)內盾構機全面維修保養(yǎng)、刀具更換 進入新造海段掘進（252m） 新造海內DK22+630處帶壓進倉更換刀具 繼續(xù)新造海段（230m） 新造海內DK22+400處帶壓進倉更換刀具 掘進通過新造海

12、段，到達小谷圍島。 2、盾構過海施工計劃 3、設備配備,設備配備,詳見施工方案中設備對比表,四、施工方法及主要技術措施,1.地表加固 在盾構到達新造海前，有一個4聯(lián)絡通道，其里程為DK22882，在本區(qū)間隧道中，4聯(lián)絡通道是與泵房合建的。盾構機在進入新造海之前擬進行一次全面的換刀作業(yè)，以保證盾構在新造海段掘進施工的順利進行。為確保盾構機進入新造海之前的開倉換刀工作的安全，同時也為保證4聯(lián)絡通道的施工安全，在4聯(lián)絡通道位置提前進行地表加固。,1.1 工程地質情況,為詳細探明4聯(lián)絡通道位置的地質情況，我部進行了補充地質鉆探，共布置了7個補充地質鉆探孔。目前這些鉆孔的取芯鉆探工作已全部完成，根據(jù)取芯

13、情況發(fā)現(xiàn)：本次補充地質鉆探的地質情況與詳勘的地質情況基本吻合。但右線隧道范圍內地層變好，詳勘顯示右線洞身范圍內主要是混合巖強風化7Z地層，而本次補充鉆探發(fā)現(xiàn)右線隧道洞身范圍內大部分是微風化花崗巖，隧道上部有中風化地層，隧道頂部只有少量全、強風化地層。4聯(lián)通道位置補充鉆探地質情況詳見附圖41 4聯(lián)通道補充鉆探地質剖面圖。,4聯(lián)通道補充鉆探地質剖面圖,1.2 加固方法,根據(jù)補充鉆探的地質情況，采用壓密注漿對地層進行加固。壓密注漿鉆孔分為A、B、C、D、E、F、G、H、I共9排，其中A1A24、B1B25、C1C4、D1D5、E1E4、F1F25、G1G24共111個孔為外圍1000壓密注漿孔，注漿

14、漿液采用水泥、水玻璃雙液漿；H1H17、I1I17為內層1200壓密注漿孔，注漿漿液采用單液漿，其鉆孔布置見附圖。壓密注漿加固范圍為：在隧道頂板以上6m到隧道底板以下2m范圍內，深入微風化地層0.5m。 外圍注漿孔注漿漿液為水泥、水玻璃雙液漿；內層注漿孔孔間距為1200mm，所用漿液為單液漿 。 壓密注漿鉆孔布置圖見圖4-2,圖42 4#聯(lián)絡通道壓密注漿鉆孔布置圖,2. 加固區(qū)內盾構機全面維修保養(yǎng)、刀具更換,盾構機掘進到達里程DK22882處停機進行開倉換刀作業(yè)的同時對盾構機進行全面的保養(yǎng)工作，保證過海安全。 2.1維保工作 針對兩臺盾構機的進行有針對性的保養(yǎng)。,（1）對海瑞克盾構機保養(yǎng)部位主

15、要是：,a主驅動系統(tǒng)： b推進系統(tǒng)： c保壓泵碴系統(tǒng)： d背襯注漿系統(tǒng)： e加泥系統(tǒng)： e聚合物系統(tǒng): f人倉保壓系統(tǒng): g液壓系統(tǒng)： h泡沫系統(tǒng)：,（2）針對小松盾構機保養(yǎng)部位主要是：,a主驅動系統(tǒng)： b推進系統(tǒng)： C背襯注漿系統(tǒng)： d加泥系統(tǒng)： e人倉保壓系統(tǒng): e液壓系統(tǒng)： f泡沫系統(tǒng)：,2.2刀具更換,本次開倉換刀是盾構機進入新造海前最后一次換刀，換刀完成后盾構機將掘進259米到達DK22+630換刀位置，此區(qū)間掘進隧道范圍內基本為全斷面的強風化地層，局部夾有中風化地層，單軸抗壓強度為16.540.5Mpa，為保證能順利通過中風化地層到達DK22+630換刀位置，針對兩臺盾構機分別進行

16、合理的換刀工作。,（1）針對海瑞克盾構機：,本次更換的刀具全部用新刀，其刀具布置為：4把中心滾刀、31把單刃滾刀（其中邊滾刀11把，正滾刀20把）、60把切刀、8把弧形刮刀和1把超挖刀。 詳見圖4-3 海瑞克盾構機刀盤刀具布置圖。,圖43 海瑞克盾構機刀盤刀具布置圖,（2）針對小松盾構機：,本次更換的刀具全部用新刀，其刀具布置為：20把正滾刀、8把雙刃滾刀、106把切刀、36把刮刀、30把先行刀和4把邊刀。 詳見圖4-4 小松盾構機刀盤刀具布置圖。,圖4-4 小松盾構機刀盤刀具布置圖,3. 進入新造海段掘進,盾構進入新造海掘進之前，首先對盾構到達4聯(lián)通道前掘進的438m段的推力、土壓力、注漿壓

17、力、注漿量、盾構機刀具對地層的適應性、刀具的磨損量等掘進施工參數(shù)進行認真的分析和總結，特別是對小松盾構機，通過分析、總結，掌握盾構機的各項性能指標和掘進施工參數(shù)，以指導盾構機在新造海內的掘進施工，保證盾構施工質量。 本段在新造海內隧道上方覆土厚度變化大、水壓力高、隧道范圍內地層軟硬不均，在新造海內的掘進施工時必須特別注意，掘進施工時采取以下措施：,（1）嚴格控制掘進參數(shù) 按土壓平衡模式推進，每5m計算一次土壓力，掘進時嚴格按設定壓力推進。擬采用的土壓力見表42 新造海段土壓力值表。為保護刀盤和刀具，在掘進過程中推進速度20mm/min，刀盤轉速1.71.9r/min，刀盤扭矩180bar。 （

18、2）建立碴土管理制度 在掘進時加入足量的泡沫劑進行充分的碴土改良，每環(huán)泡沫劑加入量35L，保證碴土良好的流動性，避免刀盤前方形成泥餅；出碴過程中，由值班工程師對碴土狀況進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常及時通知主司機調整掘進參數(shù)，確保碴土改良效果。 對出碴量進行認真統(tǒng)計，每環(huán)出碴量不得多于5礦車（約合70m3），防止因出碴量過多造成刀盤前方地下水損失過大、地層失穩(wěn)、坍塌。,（3）采取有效措施，確保密封防水效果 盾構進入新造海前，對鉸接密封和盾尾密封裝置進行認真的檢查、維護，確保密封效果。 進入新造海掘進過程中要嚴格控制盾構掘進方向和鉸接油缸的行程差，以確保鉸接密封效果。同時加強盾構機鉸接密封檢查，保證不漏水漏

19、砂。 加強盾尾油脂的注入檢查，確保盾尾油脂密封壓力正常，保證盾尾密封的防滲漏效果。 （4）加強洞內注漿管理 在新造海內掘進時，地層含水量大，水壓力高，注漿時應遵循“同步注入、快速凝結、信息反饋、適當補充”的原則。注漿方式以同步注漿為主，注漿漿液為水泥砂漿，水泥砂漿的凝結時間應6小時，每環(huán)注漿量6m3。對注漿后的管片抽樣打孔檢查管片背后注漿的情況，發(fā)現(xiàn)注漿不飽滿，應及時進行補充注漿。,（5）備用保壓泵碴裝置 在水量較大的地段掘進時采用保壓泵碴裝置出碴，以達到穩(wěn)定土倉壓力，防噴涌的目的。 操作步驟：啟動泵站打開液壓閥組調節(jié)泵碴速度啟動系統(tǒng)當泵碴系統(tǒng)工作一定時間后停止泵碴操作關閉螺旋輸送機第一道倉門

20、啟動皮帶機打開第二道倉門將較大有碴土顆粒由皮帶機輸送至碴車關閉第二道倉門停止皮帶機打開第一道倉門調節(jié)泵碴速度啟動系統(tǒng)從而完成一個循環(huán)。 目前，海瑞克盾構機已安裝保壓泵碴裝置，小松盾構機預留有保壓泵碴裝置的接口。,（6）加注高分子聚合物,當水壓力高、碴土中含水量大時，向碴土中添加高分子聚合物進行碴土改良。高分子聚合物能增加水的稠度、吸收碴土中的水并改善碴土的結構，對于防止噴涌有一定效果。 加注聚合物和操作步驟為：筒內加注聚合物檢查管線打開通往土倉的球閥打開聚合物泵調節(jié)流量和壓力進行聚合加注操作。,（7）施工監(jiān)測 在盾構施工過程中，為及時發(fā)現(xiàn)盾構施工引起的地層沉降和位移，需要進行施工監(jiān)測。監(jiān)測信息

21、反饋指導施工，施工過程中根據(jù)監(jiān)測信息及時采取適當?shù)募夹g措施，以控制地表變形，確保江底和江堤的安全。 盾構隧道監(jiān)測工作主要有江底地表的沉降和水平位移、潮位的水位變化、江堤的沉降和水平位移、盾構隧道結構內力、外力和變形等。其監(jiān)測方法如下： 建立驗潮站 在盾構過新造海前1個月，在新造海岸邊建立驗潮站。找出潮位變化的規(guī)律，作為盾構過新造海段掘進施工的一項重要依據(jù)。 掘進過程中根據(jù)潮位變化情況及時調整土倉壓力等掘進參數(shù)，以控制地表變形，保證江底段的施工安全。,江底沉降監(jiān)測 采用聲納法進行江底變形的監(jiān)測。 聲納法監(jiān)測范圍為刀盤前方30m到刀盤后方30m，監(jiān)測頻率為1次/2d，根據(jù)需要監(jiān)測頻率可適當調整。

22、洞內管片監(jiān)測 在新造海內隧道含水量高、水壓力大，脫出盾尾的管片所受的上浮力較大， 如果掘進過程中控制不當，易發(fā)生管片上浮。為及時發(fā)現(xiàn)管片的上浮情況，對安裝后的管片進行監(jiān)測，監(jiān)測頻率為2環(huán)/次或4次/天（停機時），監(jiān)測結果及時反饋指導施工。,4、新造海內帶壓進倉更換刀具,根據(jù)地質情況準備在DK22630、DK22400兩處停機實施帶壓進倉，在DK22630DK22400共230米的掘進過程中盾構機要通過強風化、中風化和微風化的不均勻地層，對盾構機的刀具的綜合性能要求較高，因此在+630處更換性能較好的硬巖刀具，刀盤布置如圖4-3、4-4所示。 帶壓進倉前的準備工作： a提前對帶壓進倉人員進行身體

23、檢查； b請海瑞克人員對帶壓進倉人員進行培訓； c初步預計在DK22+970位置進行一次帶壓進倉的實際操作。具體位置根據(jù)實際的掘進情況。,（1）超前注漿加固地層（預案） 為確保帶壓進倉的安全，可利用盾構機自備的超前注漿孔向刀盤前方注漿加固土體，保證地層穩(wěn)定。盾構機超前鉆孔布置見圖45。 （2）開倉條件確定 新造海內的換刀位置上部為7Z地層、中部為8Z地層、下部為9Z地層，地層自穩(wěn)能力較好，但富水且水壓較大，不能正常進倉換刀，也無法進行地層加固因此采用帶壓進倉作業(yè)。,圖45 超前鉆孔布置圖（海瑞克）,圖45 超前鉆孔布置圖(小松),（3）對作業(yè)人員的要求 作業(yè)人員和空氣倉的操作人員必須經(jīng)過嚴格的

24、培訓，熟悉進艙作業(yè)程序和刀盤及刀具的檢查、刀具更換工作程序，并能嚴格遵守作業(yè)程序及安全規(guī)定。 （4）作業(yè)前準備工作 刀具工程師根據(jù)以前檢查刀盤的情況與刀具的磨損情況提出刀具更換計劃。作業(yè)人員根據(jù)計劃準備作業(yè)所需的刀具、工具，并把進艙作業(yè)所需工具、預計所需更換的刀具等放入人倉或倉外。 檢查人艙內設備的完好性。檢查顯示儀、條形記錄器、加熱系統(tǒng)、鐘、溫度計、電話、緊急電話和閥等是否完好，檢查門密封面是否干凈、密封是否損壞。必須保證人艙內所有設備處于完好狀態(tài)。 計算確定壓力P初水平側向力水平水壓力調整壓力，經(jīng)過計算給出能穩(wěn)定掌子面的最低壓氣壓力P初，再將最低壓力乘以安全系數(shù)K便是我們進艙作業(yè)工作氣壓P

25、工。,（5）進艙步驟,刀具、工具進倉人員進入主倉室打開主倉上的雙倍條形記錄器關閉主倉的空氣倉門關閉卸壓球閥增加主倉室的壓力達到操作壓力值打開卸壓球閥開關打開壓力擋板的門進入土倉檢查刀盤及換刀作業(yè)程序。,（6）工作人員減壓程序,減壓過程分為減壓停留再降壓停留，直至壓力降至常壓即減壓結束具體程序為: 工作人員進入主倉選擇減壓方案關閉壓力擋板上的小窗和壓力補償用壓力擋板上的門閥人員倉管理員打開條形記錄器逐漸降低主倉中的壓力至第一停留期壓力第一停留期壓力保持逐漸降低主倉中的壓力至第二停留期壓力至減壓結束人員出倉,（7）安全注意事項,犯有感冒或流感的人不能進入空氣倉； 不要將可能膨脹的飲品或食物帶入空氣

26、倉； 升壓時的壓力要上升緩慢，增加主倉室壓力時風流量不得超過20Bl/min，在降壓過程中流速計的值至少為0.5m3/min每人； 定期檢查流速計以確保主倉通風，嚴格記錄空氣倉手冊。； 人倉管理員通過電話與倉內工作人員聯(lián)系隨時監(jiān)測空氣倉人員的健康狀況，一旦空氣倉人員出現(xiàn)任何不適現(xiàn)象立即中斷壓縮空氣并降壓讓不適人員離開空氣倉。,5、繼續(xù)新造海段掘進,刀具更換完畢后及時關閉倉門，并恢復掘進。恢復掘進前召開技術分析會，對盾構在新造海內掘進的掘進參數(shù)、碴土改良、管片安裝、同步注漿、施工質量等各方面的情況進行認真分析、總結，進一步優(yōu)化掘進參數(shù)、改進施工工藝、提高施工質量。,6、通過新造海段，到達小谷圍島,五、異常情況處理預案,新造海段水壓力大，有可能發(fā)生噴碴、涌水等災害；隧道覆土厚度變化大、洞身范圍內地層軟硬不均、變化頻繁，有可能造成刀具的大量磨損，導致盾構機無法繼續(xù)掘進；在新造海內工程地質、水文地質條件復雜，有可能發(fā)生管片破損、錯臺、上浮等問題，影響盾構施工質量。在盾構施工前應充分考慮到以上這些異常情況可能造成的重大危害，在施工過程中應積極采取有效措施，防止其危害，確保盾構施工