盾构隧道穿越破碎带地段专项施工方案.docx
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盾构隧道穿越破碎带地段专项施工方案
盾构穿越断层破碎带段专项施工方案
1、编制说明及总体思路
为了保证盾构安全穿越江中断层破碎带，确保盾构在穿越破碎带施工中做到防漏、防冒、防沉和防抱死，特编制本方案。
本方案的思路为：
通过盾构开挖面泥水压力的控制及渣土量的管理，加强同步注浆以实现盾构安全、快速通过断层破碎带。
2、工程概况
2.1工程概况
秋水站～中山西路站区间线路从秋水站出发过赣江中大道后向南下穿赣江，至江南岸堤处以小曲率半径（R-360右线、R-350左线）转向东，下穿南昌市水电局办公楼后接至本区间终点中山西路站。
区间最小平面曲线R=349.851m。
本区间主要在赣江下穿行，隧道埋深5.2～21.50米。
盾构在里程ZK11+840～ZK11+890处为F5断层破碎带，埋深约17.6米。
2.2工程地质情况
该地段局部岩层裂隙发育、岩体破碎，对隧道洞身稳定具不利影响；且此类破碎段同时也是区内基岩裂隙溶蚀水的相对富水区段，其透水性较好；由地勘报告可知，F5破碎带横穿本区间隧道，与隧道走向近于直交。
破碎段有贯通性裂隙与上部第四系孔隙水含水层连通，并透过孔隙水含水层与赣江水体相连，形成相互补排关系。
盾构在穿越断层破碎带的埋深为17.6米，地层从上到下依次为②3细砂层（5米）、透水系数为3.42×10-3，②5粗砂层（2.4米）、透水系数为5.62×10-2，②6砾砂层（4.36米）、透水系数为1.2×10-1。
由于断层破碎带处与赣江水位相连，故泥水压力在进行理论计算时，适当考虑。
设计图所示地下水位标高为15.38米，水面到盾构隧道顶部为18.65米，施工时以赣江实际水位为准。
图1盾构隧道在江中浅覆土段相对位置图
3、主要施工风险
盾构在穿越F5破碎带时，盾构主要在中风化泥质粉砂岩和微风化泥质粉砂岩中，地层稳定性较好，强度可达到20MPa，中、微风化岩厚度为5.8米，故盾构影响范围仅为盾构穿越50米破碎带的范围。
在盾构穿越破碎带前，将泥水压力调整至过破碎带的理论计算压力，当盾构穿越破碎带进入岩层后，再根据实际情况，调整泥浆压力。
盾构穿越破碎带主要施工风险见下表。
序号
主要风险
对策
1
盾尾漏浆
控制姿态，减小盾尾刷的磨损，增设一道盾尾刷
2
江底冒浆
控制泥水压力及注浆压力，及时进行同步注浆。
3
河床沉降
控制泥水压力及注浆压力，及时进行同步注浆。
4
盾构抱死
调整浆液性能，注膨润土及增加辅助油缸。
5
隧道防水差
控制盾构姿态，提高管片拼装质量，管片防水材料粘贴符合要求。
4、盾构下穿F5断层破碎带技术措施
4.1、准备工作
（1）泥水盾构施工前，配制一定比重、粘度、足够量的泥水供盾构循环使用，在掘进前，在泥浆槽里要制备施工所需的浆液。
（2）计算出盾构在过破碎带的泥水压力，将泥水压力的理论数值与实际数值进行比较、分析，进一步优化泥水压力。
（3）对盾构机各系统（特别是液压推进系统、各泵站的叶轮泵壳）进行检查，确保盾构机的工作状态，同时对泥水处理系统、空压机、行吊、电瓶车、装载机、叉车等关系到盾构机掘进的机械设备加强检查，以减少因设备故障造成的盾构机停机时间，确保盾构安全、连续、快速的通过破碎带。
4.2主要技术措施及要求
在泥水盾构掘进过程中可能会出现开挖面失稳、注浆效果不佳、防水效果差等事故。
为保证施工安全，拟采用以下施工技术措施：
1、在施工前对隧道范围内地质报告图进行复核，查明断层对施工的影响；
2、调整掘进参数、控制泥水压力。
泥水压力=土压+地下水压+预备压力。
1）土压按静止土压力计算，计算如下：
σz=γ1h1+γ2h2+γ3h3+…+γnhn=Σγihi
式中：
γi——第i层土的天然容重（地下水位以下一般采用浮容重），kN/m3。
hi——第i层土的厚度，m。
n—从地面到深度z处的土层数。
静止侧向土压力系数k，k=0.5。
盾构下穿破碎带地层为②3细砂层（5米）、②5粗砂层（2.4米）、②6砾砂层（4.36米）经计算，土压力为1.1bar。
2）地层水压力计算
σw=q*γ*h
q－-根据土的渗透系数确定的一个经验数值。
砂土中q＝0.8～1.0，根据地层特性，过断层破碎带段q=1。
γ－水的容重
h－地下水位距离刀盘中心的高度。
考虑透水系数大，地下水与赣江水位相连，地下水位高度按赣江水位到刀盘中心距离计算。
h=18.65米。
σw=q*γ*h=1*1*18.65=1.86bar
3）预备压力，由于断层破碎带未取出芯样，有施工纵断面图可知，断层破碎带到盾构最近垂直距离为5.85米，故预备压力按0.5bar计算。
故泥水压力为1.1+1.86+0.5=3.36bar。
3、盾构在进、出破碎带前盾构应采取提高刀盘转速、减小刀盘推力的方式进行掘进；盾构在断层带推进时，按照“安全、连续、快速”的施工原则，通过正确操作盾构机，即严格泥浆制作工序，适当调高泥浆的密度、粘性和浓度，确保泥浆在强透水性地层中的造墙性和稳定性，采用“D”模式操作盾构机，防止开挖面出现坍塌等事故；
4、在进入破碎带前和穿过破碎带后，进行二次补助双液浆，形成止水环，确保地下水不会进入以完隧道与地层间的缝隙，防止隧道上浮。
5、同步注浆中选择水硬性浆材作为注浆材料，同时及时注入双液浆进行补强注浆。
（1）泥水处理系统的管理及控制要求
①比重
泥水的比重是一个主要控制指标。
掘进中进泥比重不应过高或过低，前者将影响泥水的输送能力，后者将破坏开挖面的稳定。
因此泥水比重的范围设在1.20～1.25g/cm3，即从ρ=1.25g/cm3开始，可对泥浆水进行稀释，降低比重；在ρ=1.2g/cm3时，适当添加膨润土，提高泥水的比重。
②粘度
泥水的粘度是另一个主要控制指标。
从土颗粒的悬浮性要求而言，要求泥水的粘度越高越好，根据泥水处理系统的自造浆能力，随着推进环数的增加，泥浆越来越浓，粘度也呈直线上升。
因此泥水粘度的范围设在20S左右。
③析水量
析水量是泥水管理中的一项综合指标，它更大程度上与泥水的粘度有关，悬浮性好的泥浆就意味着析水量小，反之就大。
故泥水的析水量控制在5%以下，降低土颗粒和提高泥浆的粘度，是保证析水量合格的主要手段。
（2）严格控制同步注浆和浆液质量
同步注浆浆液选用可硬性浆液，严格控制浆液配比。
通过同步注浆及时填充建筑空隙，减少施工过程中周边土体变形。
由于盾构穿越地层主要为砾砂层，孔隙率较大，同步注浆量一般控制在理论填充量的150%～250%，实际施工中浆液的用量结合前一阶段施工的用量以及监测数据进行合理选择。
注浆压力3-4bar，防止压力过大引起地面变形。
盾构推进中的同步注浆是充填土体与管片圆环间的建筑间隙和减少后期变形的主要手段，也是盾构推进施工中的一道重要工序。
浆液压注做到及时、均匀、足量，确保其建筑空隙得以及时和足量的充填，将地表变形和管片偏移控制到最小，并防止管片接缝渗漏水。
同步浆液可以迅速、均匀地填充到盾尾间隙的各个部位，使施工对土体扰动减少到最小。
每推进一环的建筑空隙为：
1.2π（6.282－62）/4＝3.24（m3）
（盾构外径：
Ø6.28m；管片外径：
Ø6m）
每环的压浆量一般为建筑空隙的150％～250％，即每推进一环同步注浆量为Q=4.86~8.1m3/环。
泵送出口处的压力应控制在略大于周边水压力。
压浆量和压浆点视压浆时的压力值和地层变形监测数据而定。
同步注浆采用的浆液材料主要有粉煤灰、砂和膨润土等。
本工程浆液配比初步定为以下配比，在施工工程中，根据实际情况可做微调。
表1同步注浆浆液配比
膨润土
水泥
粉煤灰
砂
水
稠度
60
120
360
690
460
9～11
浆液主要性能指标：
胶凝时间：
一般为8～10h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。
对于强透水地层和需要注浆提供较高的早期强度的地段，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间，获得早期强度，保证良好的注浆效果。
固结体强度：
一天大于周围土体强度，28天不小于1.0MPa。
浆液结石率：
>95%，即固结收缩率<5%。
浆液稠度：
9～11cm
浆液稳定性：
倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。
（3）二次注浆
在盾构推进时，填补建筑空隙的同步注浆浆液，有可能顺土层裂隙渗透而依旧存在一定间隙，且浆液收缩也会形成地面变形及土体侧向位移的隐患。
因此，视实际情况需要，在管片脱出盾尾10环后，可采取对管片的建筑空隙进行二次注浆的方法来填充。
浆液为水泥-水玻璃双液浆。
浆液通过管片的二次注浆孔注入管片背后地层中。
壁后二次注浆根据地面监测情况随时调整，从而使地层变形量减至最小，注浆压力不大于1.0mpa。
推进过程中，根据地面监测情况，若有必要可采取壁后二次注浆进行补压浆，压浆量的控制根据变形信息确定。
二次补压浆浆液配比见下表：
表2二次注浆浆液配比（kg/m3）
A液（重量比）
B液
水泥
水
水灰比
水玻璃（L）:
水
100
100
1:
1
1:
1
6、选择性能良好的橡胶止水条，在进行管片的橡胶止水条的粘贴时必须按操作规程进行；
7、管片拼装时，防止出现错缝、错台等现象；
8、严格盾构机的操作，加强对盾构机姿态的控制，严格控制纠偏量，确保盾构施工安全。
4.3盾构穿越破碎带施工防范措施
根据泥水平衡盾构的施工特点和江中段浅覆土的工况条件，制定了相关防范措施，其目的是对盾构穿越江中段施工提出防漏、防冒、防沉、防抱死技术要求，确保盾构安全通过浅覆土区域，顺利抵达中山西路。
（1）防止盾尾漏浆（防漏）措施
①对盾尾刷进行改造
目前盾构机的盾尾刷为3道，为防止盾尾漏浆，确保盾构安全穿越赣江，将盾尾刷增设为4道，提高盾尾防漏能力。
②提高同步注浆质量
每环推进前对同步注浆浆液进行试验，严格控制初凝时间。
在同步注浆过程中，合理掌握注浆压力，使注浆量、注浆流量与推进速度等施工参数形成最佳参数匹配。
③保持切口水压稳定
在推进过程中，保持切口水压稳定，防止因设备故障和操作失误而引起的切口水压波动。
在每次调高切口水压后，进行试推进，并安排专人观察盾尾漏浆情况，待确定盾尾无泥水逸漏条件后，方可正式调高切口水压，进行正常推进。
④盾尾漏浆对策
发现盾尾漏浆时，应加大同步注浆量，同时加大盾尾油脂注入量，若漏浆较严重时，则配制初凝时间较短的双液浆进行衬砌壁后注浆，压浆部位一般为后5～10环，并适当调低切口水压，但切口水压调整量控制在不大于0.5kg/cm2。
（2）防止江底冒浆（防冒）措施
①控制切口水压波动范围
在推进过程中，严格控制切口水压波动范围。
在盾构穿越小于5.2m浅覆土区域时，采取手动控制切口水压，人工调整施工参数，精心施工，强化管理。
②控制同步注浆压力
根据土力学理论，要保证盾构上方土体稳定，则盾构顶部垂直压力需大于泥水压力Ps和压浆引起的泥水压力之和。
由此可见注浆压力的大小也对防止江底冒浆起着重要作用。
因此严格控制同步注浆压力，以免注浆压力过高而顶破覆土。
③江底冒浆对策
当发现江底冒浆时，如果是轻微的冒浆，在不降低开挖面水压下能进行推进，则向前推进，同时适当加快推进速度，提高拼装效率，使盾构尽早穿过冒浆区。
当冒浆严重，不能推进时：
·将开挖面水压降低到和（土压+水压）平衡为止；
·提高泥水比重和粘度；
·为了能使盾构向前推进，检查掘削干沙量，确认有无超挖；
·掘进一段距离以后，进行充分的壁后注浆；
·将开挖面水压返回到正常状态，进行正常掘进。
（3）防止江底土层沉降（防沉）
①按设计值设定切口水压
推进过程中按设计值设定切口水压，并根据推进时刻的潮位变化情况对其进行相应调整。
当由于设备原因切口水压仍低于设计值时，则停止正常掘进，待切口水压恢复到设计值后，再继续恢复进行正常掘进。
②注浆量控制
适当增加同步注浆量，对同步注浆按注浆量及注浆压力进行双控原则，必要时进行衬砌壁后补压浆。
（4）防止盾构被抱死措施
①提高同步注浆质量，要求浆液有较短的初凝时间，使其遇泥水后不产生劣化，并要求浆液具有一定的流动性，使通过同步注浆后的浆液能均匀地布满隧道一周；
②必要时从同步注浆孔注膨润土，减少地层与盾壳之间的摩擦力；
③若出现盾尾抱死现象，可在盾尾处焊接连接杆，将盾尾与中盾连成一整体，同时增大顶进油缸推力，帮助盾尾脱困，若顶进油缸推力不能将盾尾拖出，可在推进油缸之间加辅助千斤顶，将盾尾拖出。
5、质量安全保证措施
5.1质量保证措施
（1）详细记录现场掘进参数及注浆试验数据，根据现场测得沉降记录确定掘进参数。
（2）进行详细的浆液配比试验，选定合适的注浆材料、浆液配比，保证所选浆材配比、强度、耐久性等物理力学指标满足设计的工程要求；
（3）制定详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施注浆、检查、记录、分析，及时做出P（注浆压力）—Q（注浆量）—t（时间）曲线，分析注浆效果，反馈指导下次注浆，并及时报告业主和监理工程师；
（4）严格按照工程部下发的注浆作业指导书进行同步注浆和补强注浆作业，密切关注注浆质量与数量。
（5）保证同步注浆的压力与注浆数量，确保注浆压力表的正常工作，掘进注浆压力要维持在3-4.5bar，且每一循环注浆量按照建筑间隙的150％考虑，原则上不少于4.86m3。
在管片安装过程中，提高注浆压力至3.0bar。
注浆速度要根据掘进速度确定。
（6）注浆时尽量保证下部压入数量高于顶部数量。
（7）安排专人对出渣量进行管理，严格控制出碴量；
（8）根据洞内管片衬砌变形监测结果，及时进行信息反馈，修正掘进参数、注浆参数和施工方法，发现情况及时解决；
（9）做好盾构机及注浆设备的维修保养准备工作、注浆材料供应，以保证盾构机快速通过断层破碎带；
（10）做好二次补强注浆工作。
5.2安全保证措施
（1）坚持“安全第一、预防为主”的方针，牢固树立“安全第一”的思想，坚持班前、班中、班后三检查，严格按照各项安全生产规章操作。
消除事故隐患。
（2）参与施工的人员必须按要求佩戴、使用劳动保护用品；
（3）临时用电必须坚持“一机一闸一漏一箱”的原则，电缆、电线必须挂设整齐，严禁拖地、浸水。
拆接线路（用电器）必须由专职电工操作，严禁非操作人员操作；
（4）施工应有充足的照明；
（5）防止爆管时，高压浆液伤人；
（6）水玻璃对人体有腐蚀性，在注浆施工中戴胶手套，加强对工人的保护；
（7）同步作业、交叉作业应提前互相联系协调，作业中经常性保持沟通，必要时一方应停止作业；
（8）作业现场严禁吸烟。
工作结束时应立即搞好现场的文明施工；
（9）每班带班人员是现场的安全监督员，要积极履行职责，发现问题及时整改，如现场不能解决，应及时向项目部报告。
（10）搅拌提升时应由有丰富经验人员操作，提升应缓慢平稳，其他人员应在安全区，避免人员受伤。
（11）严格按技术交底控制控制掘进参数，避免不必要的纠偏。
（12）管片拼装作业必须按规范要求，一次到位，二次复拧，三次完成。
（13）做好现场的文明施工，物品摆放应整齐有序。
泥浆、污水等必须按技术交底处理，严禁随意排放污染环境。
（14）现场施工人员应做好自防、互防、联防，避免安全事故发生。
6、应急措施
6.1应急措施
（1）建立领导值班制，盾构在F5破碎带推进式，项目部领导现场值班，出现异常情况，现场进行指挥、协调。
（2）安排专人对盾尾进行观测，若出现冒浆，及时通知盾构司机，加大盾尾油脂注入量，适当减小掌子面压力。
（3）若出现管片漏水，及时采用棉纱将漏水处塞紧，防止因地层损失而引起隧道沉降。
6.2应急组织
为保证南昌市轨道交通1号线土建四标的施工安全，危险点一旦出现险情，能够做到及时、迅速、有效抢险，将险情控制在最小范围，将损失降低到最小程度，项目经理部特成立了事故应急处理小组组织机构如下：
组长：
何毅（项目经理）
副组长：
李义华（项目常务副经理）
组员：
侯斌（党工委书记）、周兆勇（项目总工）、王付利（机电总共）、熊进（副经理）、査家彪（副经理）、李鹏飞（安全总监）、胡志鹏（副总、工程部部长）、徐黔昆（办公室）、朱铁松（物供站长）
应急救援小组办公场所（指挥中心）设在安质部。
6.2.1应急救援小组负责人联系人名单
何毅：
李义华：
李鹏飞：
徐黔昆：
医疗急救：
120
中寰医院：
0
6.2.2项目部应急准备与响应组织机构
图2项目部应急准备与响应组织机构
6.2.3应急领导小组岗位职责
项目部应急准备与响应机构为坍塌事故应急准备和响应领导小组，负责按照职责履行应急救援和保障方面的职责，负责制定并实施有关具体应急措施。
项目部应急救援力量主要包括义务抢险队以及当地社区人民群众、兄弟标段救援力量等。
（1）总指挥
①审批应急预案，为其有效性负责，并保证应急状态下所需各种资源的投入（资金、人力、物力）符合应急状态需求。
②接到现场报警后，立即通知各小组进入应急状态。
③到现场组织指挥抢救，采取正确、适宜的决策，避免事故扩大和次生事故。
④全面协调和指挥各小组工作，使应急救援工作顺利进行。
⑤立即向上级主管部门报告，乃至向地方政府请求支援。
⑥上级决定启动高一级应急响应时，总指挥的职责和权利同时将被转交。
但在上级指挥人员未到现场情况下，仍有临时采取紧急决策的权力，并立即汇报。
（2）抢险救援组
①接到事故报警后，组织现场抢救。
利用现场可能的人力、物力，采取恰当、适用的抢险措施，权利控制事故灾难发展态势，防止次生、衍生的耦合事故（事件）发生，果断控制或切断事故灾害链，努力防止事故持续恶化。
②抢险过程中，应先将伤员安全救出，同时不能违章指挥.
③总指挥在现场时，服从总指挥的命令；总指挥不在现场时，根据现场具体情况，有临时决策的权力，并应将采取的措施情况及时的向总指挥汇报。
（3）伤员救护组
①日常应准备好伤员抢救常用的医药器材和用具；常备伤员紧急运送的车辆。
②接到报警后尽快带其医药器材和用具到现场，队伤员进行紧急救护。
③报警当地急救中心、随伤者一起到医院，办理抢救手续。
（4）现场警戒、疏散组
①负责事故现场的警戒任务、疏散无关人员。
划定警戒范围和采取警戒措施，同时安排外来救援车辆和人员安全通道。
②对事故可能影响到附近居民的生活、交通安全时，安排居民疏散和交通管制。
（5）对外联络、媒体接待、善后工作组
①负责对外联系、救援、情况报告、传达上级指示要求。
②接待媒体，对外发布信息。
③做好事故伤亡人员家属的安抚工作，按国家政策负责遇难者及家属的善后处理和受伤人员的善后工作。
（6）事故调查组
按照实事求是、尊重科学的原则，及时、准确地查清事故原因，查明事故性质和责任，总结教训，提出整改措施，并对事故责任者提出处理意见。
6.3应急物资准备
表3抢险物资表
序号
物资/设备名称
单位
数量
1
潜水泵（kw）
台
6
2
注浆机
台
1
3
水泥
t
20
4
水玻璃
t
5
5
棉纱
袋
2
升级会员 