季玉国隧道及地下工程设计施工案例分析Word格式.docx

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首先摸清地铁车站所有地下情况，拟建越洋广场围护结构与已建的地铁车站接头之间的位置关系和结构尺寸，最后与车站封闭的两幅地下连续墙尺寸，要按实际探测的尺寸确定钢筋笼尺寸，确保接缝的吻合。

探摸的方法根据经验而定。

最后外侧采用包叠高压旋喷桩进行封闭止水。

（2）坑内高压旋喷桩满堂加固

虽然设计给出采用高压旋喷桩满堂加固，但考虑到封闭加固对已建车站的影响及地下深基坑原理，本工程将满堂加固，先按抽条加固的原理，将满堂加固分成若干段抽条加固进行施工，其原理类似对地下两侧围护结构产生“类似支撑”作用，同时考虑到按“对称、平衡、分条块”进行。

分别从东西两个方向向中间进行加固，做到类似“对称、平衡”加固，对防止运营车站的安全稳定，将是有益的，我们细想是有道理的。

其次，高压旋喷桩参数的确定是根据监测变形的数量来确定加固参数进行施工的，这一点绝对重要，因为高压旋喷加固对环境的影响是很大。

（3）、钢筋砼支撑体系的施工

严格按照先撑后挖、随时挖土、及时支撑、限时限块开挖的原理，严格进行控制施工。

为使砼支撑及时能发挥作用受力，在砼中加入早强剂提高标号，使砼强度及时达到要求发挥作用。

同时，在挖土前先根据支承平面布置，进行区块划分，区块的划分不宜过大，以快速使砼支撑形成闭合环形体系，以达到支撑最快发挥作用受力，尽最大限度减小围护车站一侧墙体的变形。

根据施工作业人员的多少及施工效率和能力，限制挖土区块的大小，以快速形成闭合封闭支撑体系为原则，达到快速受力，减小变形。

（4）、降水工程设计与施工

按专家设计的降水方案在坑内加固完成后进行降水井施工。

严格控制管井施工质量及抽水量，按需要进行降水，以减小带来的沉降变形。

第一：

减压降水按计算不发生突涌进行安全进行控制。

确保按需降水，满足抗突涌要求为止，绝不多降水，减少变行。

第二：

疏干井按200

进行布置，水位降到坑底0.5米以上，达到干爽进行机械挖土为止。

（5）、挖土作业管理

挖土作业必须按照“时空效应”理论及“对称、平衡”理论指导作业施工。

挖土前对挖土进行分块分区域进行划分，必须做到挖土后快速形成支撑闭合施工，禁止超范围超分层厚度进行挖土。

同时，先挖远离地铁车站一侧的土，待其他部位挖土完成后，最后挖车站一侧的土体，以减小变形。

也可以理解为先挖中间土方，后挖四周土体的所谓“盆式挖土”方式，减小周围围护结构变形。

挖土作业对控制地下工程安全和控制变形十分重要，必须按设计、规范理论进行，绝对要严格控制。

（6）、底板结构封闭施工

底板的封闭突出及时性、快速性和对称性。

从设计上底板分块不宜过长，以便加快施工进度。

从施工平衡的角度从基坑东、西两端从中间方向进行，从原理上体现对称和平衡，及早从对称和平衡，最后封闭中间一块底板。

同时，加强防水质量控制。

3、体会与结论

本工程因从建设、设计、施工及监理、监测等单位都十分重视，工程施工完工后均未发生任何问题。

无论从第一要务，对以建车站和区间隧道的保护，还是新建的地下三层的商场，安全控制的都比较好。

（1）、首先从设计方案上合理，对细节的控制上做得周到，始终按照地下工程的理论和理念进行设计。

（2）、再从施工控制管理上，严格按照“时空效应”理论指导挖土、支撑、降水、底板结构施工。

方案设计合理是基础，施工现场的控制才是保证。

（3）、严格加强对运营车站和区间隧道变形监测是指导施工的必备条件。

（4）、虽然建设单位在对车站和区间隧道监测，委托地铁运营公司进行监测费用较高，但是是值得的，比较可靠，不会发生纠纷，若委托第三方可能会很被动。

地铁单位对自己的资产自己监测他放心，别人做他不同意也不放心。

（5）、本工程对类似工程设计、施工有很大的指导意义。

南京地铁一号线张府园站旁也是类似这样的案例，它是车站呈南北走向，在西侧地铁公司自己建一地下两层、地上三层的信号中心，共用运营车站墙做新建基坑围护，南京建工集团施工。

上术两个案例都是上海隧道设计院设计。

设计原理和上海静安寺相似。

二、盾构始发、接收端头加固方法简介

国家标准GB50446—2008《盾构法隧道施工与验收规范》中第四章4.5.2中规定：

当盾构洞口段（含始发、接收）不能满足盾构始发和接收对防水、坍塌等安全要求时，必须采用加固措施，并符合下列条款中的要求：

1、加固方案可根据洞口附近隧道埋深、工程地质和水文条件、盾构类型、盾构外径、地面环境条件综合分析确定。

加固方法可选用注浆、旋喷桩、搅拌桩、玻璃纤维桩、SMW桩、冻结法、防水方法等；

2、当洞口处于砂性土或有承压水地层时，应采取降水、堵漏封堵措施，防止涌水、涌砂等事故发生；

3、必须对加固的钻孔位置进行复核，当确定钻孔位置无地下管线后方可开钻。

孔位偏差允许

40mm，垂直度不允许超过1%，并确保桩体互相搭接；

4、应对洞口段土体的加固效果作检查，加固体强度、抗渗指标必须现场试验检测确定，并满足设计要求。

具体分析如下：

（一）、加固方法包括：

注浆、旋喷桩、搅拌桩、冻结和降水等。

其中认为冻结、降水方法最可靠，把降水当做一种加固方法已得到普遍认可，降水本身也是固结，盾构换刀降水也常作为辅助措施之一。

其次，注浆分为压密注浆和劈裂注浆；

旋喷桩分为单重管、双重管和三重管三种；

搅拌桩分为双轴和三轴搅拌桩（SMW桩）两种；

另外还有玻璃纤维桩和冻结方法等。

加固方案的选择可以是一种方法或两种的结合，对于复杂的盾构始发、接收加固可同时选择三种加固方法组合。

比如南京地铁三号线市政府站，由于环境复杂，加之市中心影响大，为确保度构始发安全采取洞前三轴搅拌桩加固、垂直冻结和降水三种方法的组合，目的确保万无一失。

盾构接收采取水中接收，再加上加固和冻结，很是稳妥。

2、从加固土体效果上讲，三轴搅拌桩加固质量相对稳定均匀，能保证质量，但设备庞大，费用相对高。

规范没有对加固深度、宽度、长度做说明要求。

3、降水成本低，方便安全，但应考虑周围地面沉降。

4、冻结土体加固强度最高，但设备投入多，造价偏高，效果好，质量稳定，安全程度高，特别保证洞门围护结构凿除后，能有效防止洞门土体塌陷。

在盾构始发、接收冻结中，垂直冻结要比水平冻结施工方便，质量更能保证，要优先选用。

（二）洞门加固土体在盾构始发、到达时的土工问题

1、端头加固效果不佳

加固效果不好是经常碰到的问题。

例如南京纬七路隧道始发采用高压旋喷桩加固、天津直经线隧道始发高压旋喷桩加固等，检测结果强度和抗渗多不合格，更有严重时连续几米无取芯，最终方案采取洞门冻结加固，得以保证始发安全。

天津直径线盾构隧道始发采取旋喷加固出现同样问题，最终采取冻结和降水进行处理。

加固方法很重要，必须根据地质和水文情况选择合适的加固方法，加强过程控制和参数优化控制。

在加固区和工作井结构间隙，采取旋喷桩填充，防止加固体围护结构出现渗透水通道。

2、始发、接收洞门土体失稳

盾构始发、接受最大的风险是洞门凿除后出现土体坍塌和水土流失，出现大量涌水事故，如果出现将可能是灾难性的。

因为井内有大量人员和盾构设备。

发生事故的主要原因是加固效果差，地下水位高和承压水等原因。

如探孔检查或凿洞门发现涌水涌砂严重，必须采取重新加固方法处理。

南京地铁元通路站就是这样一个例子，应记取教训。

最有效的方法是采取冻结和降水方法最为有效和安全。

3、始发以后盾构“叩头”

盾构始发推进掌子面及脱离加固区时，由于盾构下部土体受到扰动，承载力降低，容易出现盾构“叩头”现象。

通常采取抬高盾构始发姿态，合理选择始发基座及快速通过和保持较好的盾构姿态来解决。

4、洞门密封效果不好，造成的始发涌水涌砂

洞门密封的目的是在盾构始发到达阶段减少水土流失，防止洞门出现涌水、涌砂。

解决办法是大盾构通常采用在洞门钢环内预埋注浆管和两道帘布橡胶板共同起作用，在埋置较深或地下水位高且承压水地层，为更保险也有采用在预埋钢环内侧设置两排密封钢丝刷，涂填密封油脂，帮助泥水建仓堵漏。

最终在盾尾进入洞门内进行二次密封封堵后，进行同步注浆。

端头加固体长度尺寸不足。

土体加固方案、加固范围及效果等对始发和到达的地面沉降影响大，方案应根据地层条件而定。

当始发井为砂性土层时，加固体长度应大于盾构机长度，否则盾构始发时，当刀盘从加固区进入隧道原状土区时，盾尾仍在隧道外，隧道中的水土会通过洞门与盾壳外周的环状间隙流失，从而发生洞门涌水引起地表沉陷；

到达时，当刀盘从加固区破土后，其盾尾仍在隧道原状土区，流塑状的原状土仍会通过洞门与盾壳间隙处从刀盘四周流失。

因为始发时洞门二次堵封要在盾尾通过洞门后才能进行和同步注浆施工。

盾构始发、接收加固长度一般为L=（1.2~1.3）盾构长度较为合适，因为盾构始发洞门未进行二次封堵时，盾构前方仍有2~3米加固体，以防止盾构前方涌水后窜，加固体应高于盾构顶部6米，左右及底部应超过盾构隧道各3米左右或略大于。

大型盾构可参考定。

盾构始发、到达段地面沉降大于正常掘进原因是，始发、接收盾构土仓或泥水仓压力处于逐渐增大或减小不稳定状态，未建立真正意义上的土压或泥水平衡，因而引起地层损失。

（三）国内部分地区城市盾构始发、接收方案选择

1、广州深圳地区

广州地层：

冲积砂层、残积土、全风化带、混合岩强风化带。

深圳地层：

素填土、砾砂、黏土、全风化花岗岩、中风化花岗岩。

（1）、加固方案

总体方案采用旋喷桩+袖阀管（劈裂）注浆相结合方法。

为截断周边地下水对加固区侧向补给，在内部劈裂注浆，外围设一圈高压旋喷桩（三重管）进行封闭。

（2）、袖阀管（劈裂）注浆技术参数

浆液配比：

水泥：

水：

膨润土=150:

150:

5

注浆压力：

0.5~0.8MPA

注浆速度：

10~15L/MIN

注浆量：

Q=160L/步距0.5米

2、北京地区

北京地区地层：

人工堆积层、粉土、粉细砂、中粗砂、圆砾、卵石层、卵石加粉土层。

（1）、加固方案：

压密注浆，孔间距800mm，梅花形分布，咬合200mm，范围如前所述。

（2）、浆液配比：

1:

1水泥浆—水玻璃浆液，分段注浆以1米为一段注浆，注浆压力0.3MPA，保证注浆量。

3、冻结法

冻结法分为垂直冻结法和水平冻结法

适用地区：

南京地区、苏州地区、上海地区等软土地区

（1）、冻结进行专项设计、专业队伍施工，方案进行专家论证。

控制冻结体指标：

冻结体抗压强度、抗剪、抗拉强度和冻结体温度、盐水温度等指标。

（2）、检测手段：

布测温孔和水平探孔检测。

4、单重管高压旋喷桩结合三重搅拌桩法

南京地区、上海地区、杭州地区地铁多采用。

地质条件：

填土、砂质土、粉土夹砂粉土、砂层粉砂等。

加固方案采用三轴搅拌桩+单重旋喷桩加固工艺。

端头三轴搅拌桩直径850mm，桩间距600mm，咬合250mm。

围护结构与加固体间隙采用旋喷桩600mm，间距400mm，咬合200mm。

（2）、加固指标

强度q=0.8~1.2MPA，渗透系数K<

5、双重旋喷桩法

适应西安地区，地层依次为杂填土、素填土、新黄土、老黄土等。

6、降水结合玻璃纤维筋挖孔桩法

适用于富水砂卵石地层中，为保证盾构出洞安全的方法。

（四）、大型临江、海隧道始发、接收方案

软土地区高水位且有承压水大直径盾构始发、接收方案

1、南京长江隧道（纬七路）隧道、天津地下直径线隧道盾构始发、接收方案

三轴水泥搅拌桩+垂直冻结+降水工程相结合方法

垂直冻结厚度：

宽度1.8米或多，上部6米，下部及两侧各3米大于隧道外侧。

目的为严防洞门凿除后洞门坍塌。

冻结方案专项设计专业单位施工，方案要评审，加固冻结体强度、抗剪、抗弯要有计算，确保安全。

参数的确定不考虑加固的强度，若加固效果好，就不需冻结。

必须要保证洞门凿除后两到三天冻门土体不发生坍塌，因洞门凿除后盾构还有后续很多事情完成，盾构机刀盘才能靠上掌子面洞门切削冻结体，完全达到安全。

降水方案：

为防止地下水及承压水洞门涌水涌砂及地层加固存在不稳定形成的渗水通道。

加固方案：

形成加固体防水及盾构出洞安全。

接收方案：

水中接收，砂浆接收机座+堆砂+灌水保持平衡

砂浆基+堆砂的目的提高盾构机进井的推力。

灌水目的是防止洞门涌水达到防止涌水事故，达到水压平衡。

2、南京地铁3号线市政府车站及区间隧道

亦采取上述方案（冻结+加固+降水）

以上这种方案是最为安全、稳妥的方案，但成本高，但也是特殊地区为确保安全所必须的。

大直径盾构及超大直径盾构在复杂水文地质条件下建议选用此方案。

三、盾构隧道特殊地段掘进施工技术

1、盾构隧道特殊地段的范围

盾构隧道特殊地段包括内容和范围如下：

（1）、隧道覆盖土厚度不大于（即h<

D）盾构直径的隧道均称为浅覆土地层地段；

（2）、小区率曲线地段；

地铁隧道平面曲线半径小于300m；

其他大型隧道小于40D（D为盾构外径）的曲线。

（3）、大坡度隧道地段：

隧道坡度大于3%，均称为大坡度隧道。

（4）、小净距相邻隧道地段；

指平行盾构隧道净间距小于盾构直径70%的称为小净距地段。

（5）、盾构穿越长距离江河地段；

（6）、盾构隧道穿越复杂混合地层、基岩地层和砂卵砾石地段；

（7）、盾构隧道穿越建（构）筑物地段及建筑物；

四、盾构穿越混合复杂地层和卵砾石地层掘进技术措施

1、盾构穿越复杂地层、软硬不均混合地层、风化基岩等地段，在施工前应论证选择复合盾构掘进。

复合盾构机也有称为混合盾构机。

混合盾构机不是某些盾构机械的“混合”，而是针对复合地层的特点在功能上具有“混合”特征。

比如根据地层和施工环境的变化，既具有在软土或软岩中掘进的功能，又可适应中硬或硬岩中掘进；

同时具有土压平衡功能，又具有泥水加压功能；

既具有开胸模式，又具有闭胸式或半开胸式等，具有这些功能的盾构机称为混合盾构机。

盾构掘进地层可以分为均一地层和复合地层两种。

均一地层是指在开挖断面范围内和开挖延伸方向上，其岩土力学、工程地质、水文地质等特性相同或相近的一种或若干种地层组合。

复合地层是上述地层特征相差较大或悬殊的两种以上地层的组合。

也可以理解同一断面由多种软硬不均甚至岩石地层的组合称为复合地层。

复合地层可分为复合土层、复合岩层、岩土复合地层三种。

全断面单一岩层盾构机不“害怕”，“害怕”的是复合地层，它导致盾构机受力不均匀，姿态难以控制，刀盘偏磨，刀具破坏严重。

单一的地层相对较好，既使很硬，也比复合好。

原因就是上述。

隧道轴线的优化，不是断面切削多少为好，而是线路长度。

轴线一味上抬不完全是好事情，要考虑不利影响。

2、盾构制造时，应根据隧道穿越地质条件、地层构造进行刀盘形式、刀具设置方式、数量的综合设计。

这是做到能否顺利贯通的重要条件。

盾构现面临的最大挑战是刀盘设计和刀具选型配置设计，包括滚刀和铲刀及刮刀的组合设计。

3、复合盾构应设置滚刀和合金切削刀，滚刀有单刃滚刀和双刃滚刀两种。

单刃滚刀适应性较强，单刃滚刀破碎岩石硬度相比较比双刃滚刀高。

合金切削刀又分为弧形刮刀、羊角刀、齿刀和贝壳刀几种。

从功能上分先行刀、超挖刀和切削刀等。

一般滚刀应高出切削刀3~4厘米为宜，条件是刀盘整体设计

4、复合地层在刀座设计上可考虑滚刀和切削刀互换功能。

5、应根据适当的地点和地层，采取包括采取地面加固或竖井方案更换刀具或改变配置，以适应地层掘进方式。

6、刀具更换可分为高压换刀、常压换刀或直接开仓换刀，但必须采取可靠安全措施保证人员安全。

7、应根据开挖面地质预报信息，调整掘进参数。

壁后注浆和开挖仓压力，保证开挖面稳定及掘进速度。

8、土压平衡盾构通过砂卵石地段应对土渣进行改良。

9、泥水盾构通过砂卵砾石地段时，应使用碎石机对大孤石及卵石进行破碎排除。

10、应保持盾构姿态良好：

指横向偏差、竖向偏差、俯角、仰角、方位角、滚转角和切口里程等参数良好，与设计基本一致，称作盾构姿态。

五、盾构掘进穿越或覆盖层技术措施

（结合南京长江隧道工程施工案例分析）

由于隧道线路选型坡度控制及河床地形影响，跨江过河隧道在部分地段覆土过浅难以避免。

盾构掘进存在施工难度和风险主要表现在两个方面：

一为防止掘进掌子面坍塌和冒顶，需要准确知道支护压力及变化幅度；

另一方面衬砌管片受到地下水和盾尾注浆压力的浮力作用，以致当管片上部土压与管片自重无法抵抗平衡管片（隧道局部）上浮力时，造成管片上浮错台。

纵缝环缝张裂进而使纵向螺栓变形破坏，引起工程事故。

（一）、工程概况及风险分析

1、概况

南京纬七路长江隧道2台海瑞克泥水平衡气体加压混合泥水盾构施工，盾构直径14.93米，在长江中里程K5+988~K6+104地段，隧道覆土厚度小于盾构直径D。

在江中冲槽K6+073处覆土厚度仅有10.97米，仅为盾构直径0.73倍，而从K6+096处开始覆土厚度又突变急剧增大出现陡坡，将此地段定义为冲槽超浅覆土段。

该地段盾构穿越地层为7—1层粉细砂、8层粉细砂、8—1层粉质粘土夹粉土、上部覆土主要为4层淤泥质粉质粘土、6层淤泥质粉质粘土夹土、7—1层粉细砂。

2、掘进施工风险分析

该里程段线路还存在水平方向右转向R=2500米曲线段，盾构机转弯不可避免产生超挖，更不利于掌子面的稳定，且盾尾间隙较难控制（转向），易出现管片间隙不均匀现象，出现盾尾漏水、漏浆。

且线路竖直方向为4.5%上坡，相应掌子面存在4.5%的倾斜度，极易失稳。

粉细砂液化等级为轻微液化~中等液化，当盾构机掘进扰动后，容易发生液化坍塌现象，当盾尾密封效果不佳或同步注浆不合理达不到效果时，极易可能发生涌水涌砂事故。

（二）、浅覆土段盾构掘进方案选择

1、江底抛填覆土加固方案

国内外同类工程采取过上述方案，这种方案在静止浅水中抛填后长时间稳定固结有效果；

也有资料介绍对地层采取注浆加固或采取抗拔等措施，以解决超浅造成盾构掘进风险。

但受到各种因素的制约，且效果很难保证。

在长江水流量大情况很难实施。

2、优化工艺技术措施，采取非抛填方案

当浅覆土埋深大于0.7D而又小于D盾构直径时，一般可不采取抛填土措施。

而是采取优化掘进参数，并采用高粘度比重泥浆，气压平衡维持开挖面稳定，控制开挖面泥水压力波动和泥浆流量（控制超挖），严格控制盾构姿态，确保同步注浆均匀充足使效果达到最佳，安全平衡通过浅覆土陡坡段。

3、方案比选确定

鉴于长江主航道水流较快，且水深在21米以上，综合分析，采用抛填效果可以想象，抛填粘土随水流冲在何处，且沉入江底效果很难达到效果。

最终论证采用优化掘进工艺参数，制定切实可行技术措施进行穿越的方案。

即采用“优配泥浆质量、精细控制压力、机械保养良好、严格控制姿态、强化参数匹配、平稳操控推进、快速管片拼装、充足注浆效果”的施工原则，快速平衡穿越的方案。

（三）、方案制定及实施执行

1、掘进参数设定及控制措施

（1）、泥水压力计算

隧道在里程K6+96位置向大里程方向存在30度斜坡段，称斜坡效应，因此将整个浅覆土段的泥水压力计算设定为两个部分：

前段设定为常规压力，后段设定为斜坡段压力。

常规段切口水压力计算公式：

=（

+

）/2+0.2

斜坡段切口水压力计算公式：

=（

）/2+

其中，

——主动土压力；

——静止土压力；

——取0.0035Mpa。

泥水压力设定是关键，泥水压力计算过程中的水深是以施工时期实测长江水位为准，并根据掘进盾构通过时的潮汐水位进行计算调整。

泥水压力要控制在偏差在

0.01Mpa之内。

同时，陡坡土压力的计算精确到每环管片。

（2）、掘进速度及刀盘转速的设定

刀盘转速：

0,65~0.8r/min

掘进速度：

25~30mm/min

锥入度：

35~45mm/转

（3）、泥浆参数

泥浆比重进浆口维持在1.2~1.26g/

；

出浆泥水比重1.3~1.4g/

。

进浆量1800m/

，排浆量2050~2250

/h。

粘度23~25s范围，失水量小于10ml，析出率小于5%。

同时保证每推进一环加入80~100

新浆，循环泥浆比重进行调整。

（4）、出渣量控制

出渣量根据干渣量进行控制，施工控制出渣量控制理论出渣量的97~100%，允许出现少量欠挖，不允许超挖，以保证开挖面的稳定，这是必须控制的。

（5）、盾构姿态控制在较好状态

根据南京长江隧道施工经验，盾构机姿态及成型管片在砂层中较稳定；

在浅覆土层易发生上浮。

本段江中浅覆土段盾构姿态竖向控制在-30~+10mm之间；

由于平面上在曲线段前进，盾构姿态控制在曲线内侧+10~+30mm之间，减小纠偏或不纠偏，禁止过大纠偏。

以保证盾构姿态及隧道的稳定。

（6）、加强盾尾保护和密封是浅覆土掘进安全控制重点。

对于透水性强，自稳性差的地层，盾尾的密封止水是确保安全的要求，一旦盾尾密封出现问题，将会造成盾尾漏浆，液化砂土随地下水沿盾尾和隧道管片缝隙渗入隧道盾构体内，导致开挖控制面泥水压力平衡破坏，土体失稳，严重时造成隧道四周局部土体掏空，隧道变形失稳破坏或隧道及盾构淹没等灾害性事故。

因此，必须保持盾尾油脂压力和油脂均匀充分，确保安全。

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