盾构机穿越建构筑物施工专项方案未完成文档格式.docx
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本工程位于合肥市主干道长江西路，两侧以七层以下多层建筑为主，本区间内无高层建筑。
长江西路为双向八车道，宽度约45m，是合肥市东西方向主要通道之一，车流量大。
路两侧有各类管线，埋深一般小于4m。
区间起讫里程：
右线YSK14+548.641～YSK15+199.947，全长651.306m；
左线ZSK14+548.641～ZSK15+199.947，全长651.306m。
本段共计有2段平面曲线，曲线半径均为2500m，线间距12m～15m。
区间内无间断。
区间在YSK14+874设联络通道。
区间线路由不同坡率的单面上坡组成，线路随里程增加方向上升。
从石莲北路站东站线分界起，由西向东线路纵断面组成为21.4m长2‰上坡，280m长7.951‰上坡，320m长15‰上坡，30m长2‰上坡。
区间埋深：
隧道顶部埋深9.5～11.1m。
（2）创新大道站～振兴路站区间
创新大道站～振兴路站区间主要沿长江西路敷设。
右线YSK15+477.447～YSK16+727.776，全长1250.329m；
左线ZSK15+477.447～ZSK16+727.776，长链0.231m，全长1250.560m。
区间埋深9.6～23.2m。
在区间YSK15+899.5和YSK16+330处设联络通道。
本段区间共计有4段平面曲线，曲线半径分别为3000m、1000m、1000m、1000m，线间距从13m变化到17m。
区间线路大体呈“V”字坡，创新大道站后向东2‰上坡，后以790.00m长19.408‰下坡至最低点，再以380.00m长20‰上坡，转以2‰下坡至振兴路站。
隧道顶部埋深为9.6~21.5m。
本区间先后侧穿合淮阜高速公路匝道立交桥桥桩，下穿合淮阜高速公路（侧穿跨高速路桥桩），下穿蜀山干渠。
2.2地质状况
2.2.1石莲北路站～创新大道站区间
（1）本段区间主要穿越:
<
3-2>
粘土（XQ3）
灰黄，褐黄色，硬塑状，含氧化铁锰质斑点，局部含高岭土，韧性高，干强度搞，切面光滑，无摇震反应，采取率约为96%~100%。
广泛分布于区内范围内，场址范围内钻孔47个孔揭示该层，层厚2.10~14.80m，顶面埋深0.90~28.85m，具弱至中等膨胀性。
8-1>
全风化泥质砂岩（K2Z）
紫红色，全风化，原岩结构基本破坏，但尚可辨认，胶结程度差，岩体风化严重，岩芯多层土柱状，易钻进，遇水易软化，采取率约为90%~98%。
广泛分布于区内范围内，根据本次勘探揭示，场址范围内钻孔43个孔揭示该层，该层层厚0.50~6.10m，顶面埋深6.70~21.10m。
8-2>
强风化泥质砂岩（K2Z）
紫红色，强风化，原岩结构大部分已破坏，泥质胶结，岩体多风化明显，风化裂隙发育，岩质较软，遇水易软化，岩芯呈半岩半土状、碎块状，采取率80%~98%。
根据本次勘探揭示，场址范围内钻孔46孔揭示该层，层厚一般1.10~7.60m，最厚揭露为11.50m，顶面埋深8.40~23.50m。
8-3>
中等风化泥质砂岩
紫红色，中等风化，砂质结构，泥质胶结，中厚层状，风化节理裂隙发育，节理面平缓，岩质较软，锤击声哑，敲击易碎，遇水易软化，浸水后易敲断，失水后易干燥，岩体较完整，岩芯多呈柱状，节长一般10~65cm，最长100cm，采取率90%~99%，近似RQD值75%~96%。
该层普遍见泥岩互层。
本次勘探揭露该层厚度5.00~23.20m，顶面埋深10.40~27.40m。
天然密度p=2.12~2.36g/cm3,天然极限抗压强度一般为fc=0.43~3.41MPa，饱和极限抗压强度一般为fr=0.28~2.47MPa,属极软岩。
（地质纵断面图见附图1）。
各土层
主要物理力学性能如下：
各土层主要物理力学参数值表2.2.1-1
地层代号
岩土名称
土的状态
重度
抗剪强度（固结剪切）
压缩
模量
渗透系数
承载力特征值
钻、冲孔桩侧土极限侧压力
桩端土极限端阻力标准值qsk
凝聚力
内摩
擦角
r
C
f
ES0.1
～0.2
K
fak
qsik
10≤
1＜15
15≤
1＜30
30≤1
KN/m3
kPa
。
MPa
m/d
黏土
硬塑
19.30
48
17
9.0
0.005
200
90
950
1000
1200
全风化泥质砂岩
硬塑至坚硬
19.90
30
15
25.0
300
100
1400
强风化泥质砂岩
21.00
0.3
400
180
1800
中风化泥质砂岩
22.90
0.01
600
3000
2.2.2创新大道站～振兴路站区间
区间隧道主要穿越<
黏土、<
4-2>
残积粉质黏土、<
全风化泥质砂岩、<
强风化泥质砂岩、<
中风化泥质砂岩。
黏土（XQ3）
灰黄，褐黄色，硬塑状，含氧化铁锰质斑点，局部含高岭土，韧性高，干强度搞，切面光滑，无摇震反应，采取率约为95%~100%，广泛分布于区间人工填土层之下，具弱至中等膨胀性，厚约4.10~18.60m，埋深约9.40~22.00m。
残积粉质黏土（Qel）
灰褐色，硬塑状，以粘土为主，土质一般，含明显砂粒，任性中等，干强度高，切面光滑，无摇震反应，含钙核及高岭土斑块，采取率95%~100%，厚约0.70~4.80m，埋深约16.10~24.30m。
砖红色，紫红色，全风化，原岩结构基本破坏，但尚可辨认，胶结程度差，局部可见钙质胶结，岩体风化严重，岩芯多层土柱状，易钻进，遇水易软化，岩芯手掰易散，厚约0.50~5.60m，埋深约11.80~27.80m。
砖红色，强风化，原岩结构大部分已破坏，泥质胶结，局部含钙质，与泥岩互层，岩体多风化明显，岩质较软，遇水易软化，岩芯呈半岩半土状，局部为碎块状，偶见短柱状，块径3~7cm。
根据本次勘查揭示，该层层厚0.80~9.70m，埋深16.30~32.00m。
中风化泥质砂岩（K2Z）
砖红色，中等风化，砂质结构，泥质胶结，含钙质，局部相变为泥岩，中厚层状，风化节理裂隙发育，节理面平缓，岩质较软，锤击声哑，敲击易碎，遇水易软化，侵水后易敲断，失水后易干裂，岩体较完整，岩芯多呈柱状，节长10~50cm，最大80cm，RQD=80~85%，中风化岩面埋深24.05~38.50m。
各土层主要力学性能如下。
各土层主要物理力学参数值表2.2.1-2
土粒比重
天然含水量
孔隙比
无侧限
抗压强度
弹性
泊松比
静止侧压系数
基床系数
（Mpa/m）
γ
Gs
w
e
qu
φ
Es0.1-0.2
E
τ
ξ
水平
垂直
%
Kh
Kv
19.6
2.73
24.3
0.735
120
50
16
10
0.31
0.45
45
40
残积粉质黏土
19.7
2.72
19.9
0.679
140
32
9
0.43
2.7
21.3
0.686
160
33
18
25
0.29
0.4
21.2
800
0.22
0.28
22.8
1600
220
1）不良地质
拟建工点氛围内未发现不良地质现象
2）特殊岩土
区内特殊岩土主要为人工填筑土，膨胀土，风化岩。
（1）人工填筑土
杂色，灰黄色，主要为素填粘性土，松散，稍湿，稍经压实，局部见砂及碎石块。
表层0.0~0.2m为沥青路面，0.2~2.0m为碎石，黏土垫层。
层厚0.10m~9.30m,对区间隧道基本无影响。
（2）膨胀土
拟建场地分布的第四系更新统下蜀组<
3-1>
、<
层具有弱膨胀潜势。
膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩的变形性能，在荷重作用下仍能浸水膨胀，产生膨胀压力，同时膨胀土还具有胀缩变形的可逆性，在吸水膨胀、失水收缩后，有再吸水再膨胀，再失水再收缩的特性，在膨胀力及其反复胀缩变形条件下，易造成建筑物结构发生开裂。
根据《合肥市轨道交通2号线工程地质灾害危险性评估报告》（安徽省地质调查院，2010年01月），合肥地区大气影响急剧深度为1.44m，大气影响深度为3.20m。
（3）风化岩
场地内基岩全风化带广泛分布，厚度变化较大。
土状全风化岩均匀性较差，具有遇水软化特点，强风化及中等风化岩具暴露时间长易开裂，泡水易软化等特点。
（地质纵断面图及线路平面图见附图1）
2.3水文地质条件
（1）地下水主要为第四系孔隙水及基岩裂隙水
第四系孔隙水主要赋存于黏土层中，以潜水为主，以上层滞水为主，黏土层在区间较广泛分布，总厚度大，埋深浅，成层性较好，含水量较小，粘性土渗水性和富水性均较弱，勘察期间（2013年4月至7月）地下稳定水位埋深1.60~5.80m,地下水位标高一般在47.04~53.60m，单井涌水量一般小于10m3/d，年水位变化幅度约3~5m。
基岩裂隙水主要赋存于岩石强、中等风化带中。
基岩的含水性、透水性受岩体的结构、构造、裂隙发育程度等的控制，由于岩体的各向异性，加之局部岩体破碎、节理裂隙发育，导致岩体富水程度与渗透性也不尽相同。
岩体的节理。
裂隙发育地带，地下水相对富集，透水性也相对较好。
段内主要为泥质砂岩，局部夹泥岩，富水性较差，透水性弱，基岩裂隙水总体贫乏，单井涌水量一般50~100m3/d。
（2）地下水的补给、径流、排泄及动态特征
场址第四系孔隙水主要受大气降水补给，基岩裂隙水主要有大气降水及空隙水补给。
地下水的径流形式主要为孔隙间渗流。
黏土层透水性微、富水性差，连通性差，基岩强风化层孔隙大，连通性较好，因此，地下水途径一般，地下水渗流方向为水头相对较高处流向水头相对较低处，区内地势东高西低，道路坡度明显地形平坦，地面高程一般为52.0~57.5m，地下水径流方向大体为由东向西。
（3）水的腐蚀性
根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009版），按I类环境类型及B类地层渗透性判定，水质对混凝土结构的腐蚀等级为微；
对钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀等级为微。
本标段区间勘察的环境类别及其作用等级划分执行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）。
根据水位观察资料以及结构埋深和水位关系，该工程环境条件特征为干湿交替环境，一般环境对混凝土结构的环境作用等级为1-C。
2.4地下管线及建筑物概况
（1）石莲北路站～创新大道站区间
本区间沿长江西路向东敷设，区间范围内无高层建筑，在YSK15+139.621处下穿直径1m市政混凝土雨水管，位于左右线隧道上方，隧道与圆管底面净距为1.606m（左线）、1.474m（右线）。
图2.4-1混凝土雨水管位置剖面图
区间隧道与沿线建（构）筑物关系表2.4-1
序号
控制因素
里程
概况及与隧道关系
风险等级
拟采取的主要技术措施
1
混凝土雨水管
YSK15+139.621
管径为1m混凝土管
最小净距1.474m，位于隧道上方
二级
1、盾构施工控制
2、盾构通过跟踪注浆
3、加强施工监测
图2.4-2混凝土雨水管位置平面图
本区间主要沿长江西路敷设，先后侧穿合淮阜高速公路立交桥桥桩，下穿合淮阜高速公路（侧穿跨高速桥桩），下穿蜀山干渠。
主要建构筑物情况如下表所示。
区间隧道与沿线建（构）筑物关系表2.4-2
建构筑物名称
概况及与盾构隧道关系
高速公路匝道桥
YSK15+761
桩基础，桩径1.6m，桩长33m；
盾构侧穿桩基，最小水平净距3.71m
2、盾构跟踪注浆
3、监控量测
2
加油站油库
YSK15+989
条形基础，埋深4m；
距离盾构机顶部17～18m，最小水平净距19.98m
3
高速公路跨线桥
YSK16+170
桩基础，桩径1.5m，桩长20m；
盾构侧穿桩基，最小水平净距7.8m
4
高速公路
下穿合淮阜高速公路路基，路面至隧道结构顶14.92m
5
蜀山干渠
YSK16+682
盖板涵；
盾构下穿，渠底至隧道结构顶6.27m
图2.4-3合淮阜高速匝道桥位置平面图
图2.4-4加油站位置平面图
图2.4-5合淮阜高速公路位置平面图
图2.4-6蜀山干渠位置平面图
3、盾构穿越建（构）筑物施工风险分析及评估
3.1沉降引起地下管线断裂、渗水的风险
区间沿线管线多，类型、材质杂。
不同类型和材质的管线对盾构施工沉降的要求不一样。
尤其是雨水管和污水管，地表不均匀沉降将造成管涵错位、断裂、渗水的风险。
3.2地层扰动引起桥桩沉降、倾斜的风险
区间隧道沿线穿越合淮阜高速公路匝道桥、合淮阜高速公路跨线桥，盾构机侧穿桩基，桩基与盾构机最小水平净距为3.71m。
因此，盾构施工掘进参数控制不当，对地层的扰动易引起桥桩的沉降和倾斜。
3.3地表变形引起道路塌陷或隆起的风险
区间隧道沿长江西路路面下穿行，沿线穿越合六路、创新大道、振兴路等城市主要干道，下穿合淮阜高速公路。
盾构施工掘进参数控制不当，易引起地表沉降和塌陷，从而影响地面交通风险。
3.4地表沉降引起加油站油库泄漏的风险
区间隧道在里程YSK15+989与一加油站油库最小水平净距为19.98m，在施工中沉降控制不当易引起加油站油库泄漏的风险。
4、盾构施工对建筑物影响程度分析
4.1施工影响范围计算
盾构施工影响范围可按照Peck公式进行计算，沉降槽计算数据含义见示意
图4-1。
图4-1沉降槽示意图
Peck公式：
其中：
式中：
v—地层损失（地表沉降容积）；
Smax—距隧道中心线的最大沉降量；
χ—距隧道中心线的距离；
i—沉降槽宽度系数（沉降槽曲线拐点）；
z—隧道中心埋深；
-
Φ—为土的内摩擦角，对于成层土取加权平均值。
根据经验，地面横向沉陷槽宽度W/2≈2.5i。
根据Peck公式估算地表沉陷槽宽度最大约为31.8m，从两侧向中间均匀沉降。
4.2、地表隆陷变化规律
根据盾构施工特点，地表变形的变化发展过程可以分为五个阶段：
（1）、盾构到达前
盾构到达前，地表的变形取决于掘进过程中土仓压力和出土量的控制，当土仓压力较大而出土量较少时，地表呈隆起状态；
当设定土仓压力小而出土量大时，地表呈沉降状态。
（2）、盾构到达时
盾构到达时，地表变形承接
（1）阶段的发展。
但变化速率增大。
是地表隆陷的峰值段。
（3）、盾构通过时
盾构通过时，一般情况地表会呈沉降变化；
若注浆及时饱满，充填率超过200％时，会表现为隆起。
（4）、盾尾通过时
盾尾通过时，最易发生突沉，突沉量可达30mm，若注浆及时饱满，可控制突沉，甚至上隆，但随着浆液的固结收缩而逐渐下沉。
（5）、后期沉降
盾尾通过后，地表沉降速率逐渐减缓，沉降曲线趋于稳定。
后期沉降主要是土体的固结沉降和次固结沉降，一般沉降时间较长，但沉降量也相对较小。
4.3、盾构掘进引起的地表沉降因素
盾构掘进引起的地表沉降的因素有以下几个方面：
（1）、开挖面土压不平衡引起的土体损失；
（2）、盾构蛇行纠偏引起的土体损失；
（3）、盾尾与衬砌环之间的空间未能及时充填引起的土体损失；
（4）、注浆材料固结收缩；
（5）、隧道渗漏水造成土体的排水固结；
（6）、衬砌环变形和隧道纵向沉降；
（7）、土体扰动后重新固结。
4.4、地表建筑物变形能力分析
根据《建筑地基基础设计规范》及建筑物调查情况，确定建筑物变形控制标准，指导施工，确保建筑物安全。
由于地基不均匀等因素产生的变形，对于砌体承重结构应有局部倾斜控制，砌体承重结构沿纵墙6～10m内基础两点的沉降差与其距离的比值：
对中、低压缩性土为0.002，对高压缩性土为0.003。
对于框架结构和单层框架结构应有相邻柱基的沉降差控制，框架结构对中、低压缩性土的沉降差为0.002L，对高压缩性土的沉降差为0.003L（L为相邻柱基的中心距离）。
4.5、地表建筑物变形能力分析
根据国内外盾构施工经验，结合本合同段的具体周边环境情况，地表隆陷控制标准为：
单点隆陷范围：
+10mm～-30mm；
单次隆陷≤3mm。
5、盾构穿越建（构）筑物施工总体方案
根据沿线周边环境保护要求及盾构法施工特点，本区间盾构机下穿建（构）筑物施工总体方案主要从盾构机掘进过程中采取措施来减少地表沉降、其中包括盾构操作、同步注浆、通过后进行跟踪二次注浆、地表加强沉降监测等方面。
并配以其他辅助措施，确保盾构施工影响范围内建（构）筑物及地下管线安全。
5.1、施工前技术准备工作
1、在施工前对沿线盾构施工影响范围内的建筑物进行全面调查，收集相关资料，列出需重点保护的对象名称及反映其所处里程、地面位置、类型、结构等详细参数的清单。
针对需要重点保护建（构）筑物，提前作出预案，并准备相应材料设备。
2、根据地质勘察情况或盾构推进过程中的地质变化情况，对建筑物周边地质进行补充详细勘察，明确地形情况、基础土层结构、各土层土体性质、地下水情况等。
3、加强施工过程中建筑物和土体监测。
按其沉降要求做全面的统计，并计算出沉降预警值、允许最大沉降量和不均匀沉降要求，为以后施工提供指导。
4、为了使盾构安全、顺利下穿建筑物，将始发后的100环列为试验段，在试验段阶段，对盾构的各个工艺流程和施工参数，尤其是注浆工艺进行24h监控，及时记录实际发生的各项数据。
通过对试验段推进参数的试验和分析，为盾构安全、顺利的下穿建筑物提供切实可行的技术参数和措施。
5.2、盾构机穿越建（构）筑物过程控制措施
1、盾构推进和地层变形的控制
本工程采用土压平衡式盾构掘进机，其利用压力仓内的土压力来平衡开挖面的土体，从而达到对盾构正前方开挖面支护的目的。
平衡压力的设定是土压平衡式盾构施工的关键，维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节，这里面包含着推力、推进速度和出土量的三者互相关系，对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用，所以在盾构施工中要根据不同土质和覆土厚度、地面建筑物，配合监测信息的分析，及时调整平衡压力值的设定。
同时要求推进中盾构姿态保持相对的平稳，控制每次纠偏量不过大，减少对土体的扰动，并为管片拼装创造良好的条件。
同时根据推力、推进速度、出土量和地层变形的监测数据，及时调整注浆量，从而将轴线和地层变形控制在允许的范围内。
2、主要参数设定
（1）、严格控制土压力
在盾构推进的过程中，根据理论计算、前期掘进数据和监测数据及时调整土压力值，从而科学合理的设置土压力值及相宜的推力、推进速度等参数，防止超挖，以减少对土体的扰动。
当隧道埋深H<
2D（D为盾构外径）时，为浅埋隧道，上覆水土产生的压力全部作用于开挖面。
其土压力公式P1的计算按公式：
P1=K0*γ*h
γ：
土体的平均重度，
h：
刀盘中心至土体面的高度
K0：
土的侧向静止平衡压力系数。
当隧道埋深H>
2D时，由于隧道埋深较大，土体在隧道上方形成拱效应，上部土体产生的土压力不会完全作用于开挖面。
其土压力计算公式
太沙基理论公式计算：
Pa=γtan2（45-Φ/2）（砂土层）
Pa=γtan2（45-Φ/2）-2ctan（45-Φ/2）（黏土层）
始发段土仓压力Po值
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