隧道工程盾构施工工艺及监理工作要点.docx

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隧道工程盾构施工工艺及监理工作要点

杭州市庆春路过江隧道工程盾构施工工艺及监理工作要点

一、工程概况

1、工程位置和环境

庆春路过江隧道是杭州市实现西湖杭州到钱塘江杭州跨越发展的重要组成部分，是杭州市重点建设工程。

隧道工程起点自杭州市江干区庆春东路一新塘路交叉口，向东略偏南直至江边，过江后继续沿线路方向（从规划休闲广场下穿过）接江南萧山侧市心路，主线于滨江一路交叉口北侧（K3+440）预留与钱塘江世纪城综合地下空间开发系统的接口。

本工程东线隧道长3025m，西线隧道长3022m；盾构隧道总长3532.64单线米，其中东线长为1765.72m，西线长1766.92m，而钱塘江底段约1241m。

其地理位置见图1。

图1杭州庆春路隧道工程地理位置图

庆春路过江隧道是首条穿越钱塘江隧道，是杭州市城市发展从“西湖时代”迈入“钱塘江时代”的重要标志之一，也是贯彻杭州市委，市政府“沿江开发，跨江发展”战略的重大举措。

隧道总投资19.5亿元，位于钱塘江二桥与三桥之间，全长5352米，其中隧道主线全长3024米，将连接起杭州未来行政中心“钱塘新城”与对岸萧山区的“钱塘世纪城”。

隧道为双洞双向四车道，设计行车时速60千米，将于2010年11月28日建成通车。

隧道由中国中铁隧道集团设计施工总承包，盾构施工段总长为3532米，采用两天具有国际先进水平的直径11.65米大断面泥水盾构—钱塘江一号，钱塘江二号掘进。

盾构隧道采用管片拼装式单层衬砌，管片外径11300mm，内径10300mm，环宽2.0m，采用9块“6+2+1楔形封顶”分块构成。

盾构隧道防水采用管片自防水结合两道环纵缝防水。

隧道设计有足够的安全度，能满足防水，防火，人防，抗震的等要求，并考虑到关键部位防腐蚀，耐久性，确保100年的使用年限要求。

2、工程地质

根据浙江省工程勘察院2005年12月提交的《杭州市庆春路过江隧道工程岩土工程勘察报告》，可将勘探深度内地基土划分为9个工程地质层，共20个亚层和5个夹层。

见下表1。

表1沿线各土层一览表

层号

土层名称

层厚

平均标高

①-1

杂填土

0.50～7.80

6.93

①-2

素填土

0.50～7.60

5.25

②-1

砂质粉土

0.70～9.30

3.99

②-2

粉土夹淤泥质土

1.10～9.20

-0.87

③-1

粉砂夹粉土

1.00～5.80

-4.72

③-2

砂质粉土

0.60～6.50

-5.53

③3

粉砂夹粉土

1.50～8.20

-7.78

③-3夹

粉土夹淤泥质土

1.30～3.0

-7.41

③-4

粘质粉土

0.80～3.90

-11.57

④

淤泥质粉质粘土

0.50~10.30

-12.97

④夹

粘质粉土

1.20~3.80

16.01

⑤-1

粉质粘土

0.50~6.00

-18.16

⑤-2

粉质粘土

0.50～12.40

-18.31

⑤-2夹

粉，细砂

0.70～1.20

-21.55

⑥-1

粘土

0.90～5.90

-20.85

⑥-2

粉质粘土

0.80～9.80

-23.83

⑦-1

含粉砂粉质粘土

0.50～4.90

-27.54

⑦-2

粉，细砂

0.80～7.70

-28.64

⑧-1

圆砾

1.70～8.60

-31.41

⑧-1夹

粉，细砂

1.10～1.20

-34.22

⑧夹

粉质粘土夹细砂

1.10～4.20

-34.09

⑧-2

卵石

10.80～19.6

-35.42

⑨-1

全风化含砾砂岩

3.90～9.30

-50.64

⑨-1

强风化含砾砂岩

5.10～8.80

-56.05

⑨-1

中风化含砾砂岩

>10.0

-62.93

本路段主要位于钱塘江水域内，上部粉性土因河道冲刷作用，沉积厚度较薄，其中②-1层，③-1层多缺失，浅部土层主要为②-2层，③-2层，③-3层，该层位于钱塘江水利联系密切。

④，⑤层空间分布较稳定，其中④层一般厚度为3～5m，呈自北向南渐厚趋势；⑤-1层浅灰绿色粉质粘土层在k1+950以北段缺失，而以南段⑤-1层普遍出现，且厚度一般大于2m，局部达6m（DZ24孔揭露）；⑤-2层底本路段全线均有出露，且性状，厚度相对较稳定，在k1+475.0~kk1+650.0段，k1+900～k2+100段⑤-2层底板标高略有起伏。

本路段⑥层在k1+475.0～kk1+650.0段，k1+900～k2+100段区间下部有沉积，厚度子北向南趋薄，且在k2+200以南段基本缺失。

本路段盾构主要开挖层⑧层圆砾。

卵石层顶板标高-32.83～-30.02m，南端较北端略高，在本中段北端江北工作井附近⑧-1层圆砾层顶板有明显下倾，下倾幅度达四米。

本层位分布总体上较稳定，空间上具上细下粗的“二元结构”，上部2～4米颗粒略小，以圆砾为主，与下部卵石层呈渐变趋势。

本层空间上均一性较差，局部存有夹层：

k1+575处DZ4孔揭露⑧-1层圆砾层底部夹有细砂透镜体检层，厚度约为1.2米；在k1+625处DZ5孔揭露，⑧-2层局部存在有粉质粘土夹层，厚度达1.90米；k2+900～k3+000段⑧层圆砾与卵石界面存在“粉质粘土夹细砂”夹层，多呈薄层状或互层状，厚度达4.2米。

3、水文及潮汐

钱塘江是我省第一大河，干流长度668千米，流域面积达55558平方千米，其洪汛受梅汛控制，汛期时，江水面暴涨，据芦茨？

站多年观察资料统计，多年平均流量为952m3/s，最大洪峰流量29000m3/s。

据闸口水文站资料，重汛期高潮位百年一遇为10.35m，五十年一遇为10.50m，二十年一遇为9.50m（吴淞高程）

钱塘江属感流型河流，呈不规则半日潮型，水位直接受潮汐影响，变幅较大，场地地处强潮河口，独特的地理环境形成了举世闻名的钱塘江涌潮。

拟建隧道钱塘江域段受潮汐影响，每天有两次涨落，历史平均涨潮时间1小时32分，落潮时间10小时53分。

据闸口水文站资料，平均潮差0.49米；最高潮位9.94米，平均6.28米；最低潮位3.87米，平均5.79米（吴淞高程）；最高水位8.03米，最低水位1.24米。

由于水动力复杂，钱塘江杭州段河槽极不稳定，历史曾形成大冲大淤的变化。

随着近几年两岸标准塘的建成，岸线受堤塘制约，目前河岸一基本趋于稳定。

根据前人资料分析，杭州七格以上河段围涂缩窄后径流作用相对加强，江道出现了明显的冲刷，1955年7月该河段面主槽最低高程为-6.83m，而1955年7月主槽最低高程为-13.83m由此可见本隧道位置钱塘江受围涂缩窄后径流相对加强，江道出现了明显的冲刷。

二、盾构施工工艺

1、施工工艺

盾构是在隧道施工期间，进行地层开挖及衬砌拼装时起支护作用的施工设备。

由于开挖方法及开挖面支撑方法的不同，盾构种类很多，但其基本构造均由盾构壳体与开挖系统，推进系统和衬砌拼装系统等三大部分组成，盾构壳体由切口环，支撑环和盾尾三部分组成，盾构开挖系统设于切口环中；盾构推荐系统有液压设备和千斤顶组成；衬砌拼装式在盾尾随着盾构的推进将预置管片纵向依次拼接成环

盾构法施工工艺为：

1）在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井；

2）盾构在起始端工作井内安装就位；

3）依靠盾构千斤顶推力（作用在拼装好的衬砌环和工作井后壁上）将盾构从起始井的墙壁开孔出推出；

4）盾构在底层中沿设计轴线推进，在推进的同时不断的出土和安装衬砌管片；

5）及时向衬砌背后的空隙注浆，防止底层移动和固定衬砌环位置；

6）盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可以穿越工作井再向前推进。

2、本工程盾构类型

盾构的分类方式很多，根据工作原理一般分为手掘式盾构，挤压式盾构，半机械式盾构，机械式盾构（机械开胸式盾构，局部气压盾构，泥水加压盾构，土压平衡盾构，混合型盾构，异型盾构）。

本工程采用泥水加压平衡盾构。

泥水加压平衡盾构是在盾构密封隔内注入泥水，由泥水压力抵抗正面土压力，用全断面机械化切削及管道输送泥水出土方式，完成盾构开挖掘进全过程，泥水加压盾构靠密封舱内的泥浆平衡开挖面的土体，遇到粉土，砂质粉土，砂土，粉砂，沙砾等粗颗粒土体，必须向开挖面注入添加膨润土，黏土的新鲜泥浆，在开挖面形成以个薄膜（对粉粒地层）或以个饱和区（粗粒底层），从而可以传递压力，保持开挖面平衡。

开挖下的渣土，混合泥浆和水自密封舱泵入地面渣土分离设备。

渣土分离设备提取新鲜的膨润土泥浆，调制后循环后进入开挖工作面。

大部分泥渣沉淀后弃置到固定堆场。

泥水加压平衡盾构实现了管道的连续出土，也可防止开挖面的坍塌，可大大改善盾尾泄漏。

三、盾构始发及监理工作要点

1、始发（接收）井

盾构掘进前，必须先建好两座工作井，分别称为始发井和接收井。

两座工作井结构基本相同，用来拼装盾构及附属设备，盾构掘进时出渣，运料，人员进出。

接收井的作用是进行顿购机拆卸或调头。

拼装好的盾构机从始发井开始掘进，故在始发井内需设置临时支承结构，为盾构的推进提供必要的反力。

盾构始发（接收）井的监理工作要点：

（1）审查承包商提交的施工组织设计，内容包括：

①主要操作人员盾构工作经历；②进度计划；③施工工艺；④质量保证措施；⑤防水措施；⑥安全措施；⑦监测方案；⑧地层加固方案；⑨应急预案等。

（2）盾构始发井是用于组装，调试盾构，隧道施工期间作为管片，其他施工材料，设备，出渣的垂直运输及作业人员的出入通道。

井的平面尺寸必须满足上述各项的要求。

一般情况下在盾构两侧各留1.5m作为盾构安装作业的空间。

盾构的前后应留出洞口封门拆除、初期推进时出渣、管片运输和其他作业所需的空间，始发井的长度应大于盾构主机长度3.0m。

盾构接收井的井宽应大于盾构直径1.5m，长度应大于盾构主机长度2.0m。

（3）由于盾构的安装、拆除作业、洞口与隧道的接头处理作业等需要，因此决定始发（接收）井的井底板宜低于净、出封门底标高700mm。

（4）洞口封门及其他预埋件等应在盾构始发或接收前按要求完成，并符合质量要求。

2、始发（接收）端土体加固

盾构始发前应对土体的加固质量进行检查，包括土体加固范围、加固土体的止水效果和强度，土体强度提高值和止水效果应达到设计要求。

盾构进出工作后50m是隧道用盾构法施工最困难的地段之一，当盾构工作井周围地层为自稳能力差、透水性强的松散沙土或饱和含水黏土时，如不对其进行加固处理，则在凿除封门后，必将会有大量土体和地下水向工作井内坍塌，导致洞周大面积地表下沉，危机地下管线和附近建筑物。

加固方案可根据洞口附近隧道埋深、工程地质和水位地质条件、盾构内型、盾构外径、地面环境等外界条件确定，目前常用的加固方法有：

注浆、旋喷、搅拌桩、冻结法、降水法等。

加固的主要目的是提高土体强度，并形成防渗止水幕。

加固后的土体应有一定的强度，一般以单轴无限侧抗压强度为0.3-1.0Mpa为宜，但也不能太高，否则，刀盘切土困难，易引发机器故障。

加固的深度和范围可根据土体种类（黏土、砂土、沙砾石、腐殖土）、工程规模及环境要求等确定。

始发（接收）端土体加固的监理工作要点：

（1）盾构工作井施工时对周围土体进行了一次扰动，盾构始发或到达时再次对工作井周围土体扰动，使这一区域很容易发生土体失稳。

国内外盾构施工多次因工作井周围土体加固不到位而发生大小事故。

所以盾构掘进前，必须对洞门外一定范围内的土体进行加固处理。

围岩的加固，可根据地质状况、周围环境及盾构的特点确定，近年来多采用高压喷射搅拌法，这种方法强度较高，能长时间稳定，且与连续墙能充分粘接。

监理在审查土体加固专项方案时应审查承包方是否在方案中有相应的措施，一般可采用注浆、旋喷等方法封闭该间隙，并督促承包方予以落实。

（2）当洞口处于砂性土或有承压水地层时，应采用降水、堵漏等防止涌水、涌砂措施。

（3）采用多排