沈苏西路站胜利南街站盾构区间穿越铁路施工方案.docx
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沈苏西路站胜利南街站盾构区间穿越铁路施工方案
沈阳地铁九号线沈苏西路站至胜利南街站土建工程
沈苏西路站~胜利南街站盾构区间穿越铁路
施工方案
编制：
审核：
批准：
中铁七局集团有限公司沈阳地铁九号线十标项目经理部
二零一七年二月
沈苏西路站～胜利南街站盾构区间穿越铁路
施工方案
一、编制依据
1、沈苏西路站至胜利南街站B区间土建工程设计图、端头加固设计图；
2、下穿沈大、沈大铁路框构桥，哈大客专马总屯大桥专项设计图纸；
3、沈大、沈大铁路框构桥，哈大客专马总屯大桥现场踏勘情况；
4、沈阳地铁九号线十标沈苏西路站～胜利南街站盾构隧道地质详勘资料；
5、盾构法隧道工程施工及验收规程（GB50446-2008）；
6、地下工程防水技术规范（GB50108-2008）；
7、城市轨道交通工程监测技术规范（GB50911-2013）；
8、盾构机设计尺寸及相关技术参数；
二、工程概况
（一）、沈苏西路站～胜利南街站B区间概况
沈苏西路站~胜利南街站B区间全长1780.973m，为双线单圆盾构区间，区间西起沈苏西路站，沿浑南西路南侧向东走行，绕避八一灌渠桥桩、下穿铁路框构桥、下穿哈大客专马总屯大桥、下穿胜利南街至胜利南街站。
本区间采用盾构法施工，拱顶覆土10.7~18.9米，盾构选用加泥式土压平衡盾构机。
区间设三处联络通道，其中二号联络通道兼风井，里程为CK16+958.000；1、3号联络通道与泵房结合，里程分别为CK16+358.356和CK17+232.000。
图2.1-1线路平面图
（二）、哈大客专铁路桥、沈大、沈大铁路框构桥概况
1、盾构区间经过2#联络通道约236m后在K15+685处下穿哈大客专马总屯大桥，区间两条线路分别从两墩之间穿过。
到达桥下时，拱顶埋深约16m。
哈大客专马总屯高铁桥为三跨连续梁结构，隧道侧穿中间跨桥墩间距80米，桥墩承台长17.2米，宽14.6米，高3.5米，承台下桩长分别为17米、23米。
区间隧道与铁路桥位置关系如图2.2-2、2.2-3所示。
图2.2-2区间下穿高铁桥平面图
图2.2-3区间下穿高铁桥横段图
2、盾构区间经过哈大客专约205m后到沈大铁路框构桥，框构桥为箱型混凝土结构，宽46.0，长70米，高9.9米，框构桥为两跨箱型混凝土结构，跨度为21m，框构桥侧墙及底板厚1.4m，顶板厚1.2m。
下穿范围内铁路线包括沈大下行线K387+735、沈大上行线K387+876、浑榆上行线K0+848、浑河站6道（对应沈大上行K387+876）、苏北联二线K0+454、浑揽下行线K0+221。
区间隧道与铁路桥位置关系如图2.2-4、2.2-5所示。
图2.2-4区间下穿铁路框构桥平面图
区间右线
图2.2-5区间下穿铁路框构桥横、纵段图
（三）、地质概况
1、哈大客专铁路桥、沈大、沈大铁路框构桥处沿线地层特性
沈苏西路站至胜利南街站B区间哈大客专铁路桥处岩土层分布特征如下：
（1）第四系全新统人工填筑层（Q4ml）
杂填土（①-1）：
主要由粘性土、碎石及砂类土组成，局部含少量建筑垃圾、生活垃圾（个别地段为垃圾填埋场），马路地段表层为沥青路面，沥青路面下为碎石垫层，稍湿，松散。
素填土（①-2）：
主要由粘性土、砂土组成，含植物根系，稍湿，松散。
（2）第四系全新统浑河低漫滩（Q42al+pl）
淤泥（②-13）：
黑色，含少量腐殖质，具腥臭味，流塑。
细砂（②-5-2）：
黑褐色、褐色、黄褐色，松散～稍密，稍湿～饱和。
混粒结构，矿物成分以石英、长石为主，粘粒含量5%。
（3）第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层（Q42al）
粉砂（③-4-2）：
黄褐色，石英-长石质，次棱角形，均粒结构，颗粒级配差，含约30%粘性土，局部为细砂，湿，稍密。
细砂（③-5-2）：
灰褐色，局部黄褐色，石英-长石质，次棱角形，均粒结构，颗粒级配差，含约15%粘性土，湿，稍密。
圆砾（③-9-3）：
主要由结晶岩组成，颗粒呈微风化状，亚圆形，混粒结构，坚硬，颗粒级配好，一般粒径2-20mm，约占总质量的70%，最大粒径80mm，充填约20%的混粒砂和粘性土，局部为卵石层，中密，局部密实。
圆砾（③-9-4）：
潮湿、水下饱和，密实，主要由泥岩、砂岩、花岗岩等组成，亚圆形，混粒结构，一般粒径2-20mm，颗粒最大粒径90mm，颗粒呈微风化状，颗粒成分复杂，一般为泥岩、砂岩、花岗岩等，坚硬，颗粒级配好，中粗砂填充，局部含卵石、砾砂夹层。
（4）第四系全新统浑河新扇冲洪积层（Q41al+pl）
粉质粘土（④-1）：
灰褐色、黄褐色，含铁锰质结核，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，摇震反应无，可塑。
细砂（④-5-4）：
灰褐色，局部黄褐色，石英-长石质，次棱角形，均粒结构，颗粒级配差，含约15%粘性土，湿，密实。
中砂（④-6-4）：
黄褐色，石英-长石质，次棱角形，均粒结构，颗粒级配差，含少量粘性土，湿，水下饱和，密实。
粗砂（④-7-4）：
黄褐色，石英-长石质，次棱角形，混粒结构，颗粒级配一般，含约20%粘性土，局部为砾砂薄层，湿，中密。
砾砂（④-8-4）：
黄褐色，石英-长石质，棱角形，混粒结构，颗粒级配较好，含约20%粘性土，局部为圆砾薄层，湿，水下饱和，密实。
圆砾（④-9-4）：
主要由结晶岩组成，颗粒呈微风化状，亚圆形，混粒结构，坚硬，颗粒级配较好，一般粒径2-20mm，约占总质量的70%，最大粒径100mm，充填约20%的混粒砂和粘性土，局部为卵石层，密实。
（5）第四系上更新统浑河老扇冲洪积层（Q32al+pl）
中砂（⑤-6-4）：
黄褐色，石英-长石质，次棱角形，均粒结构，颗粒级配差，含20%粘性土，湿，水下饱和，密实。
圆砾（⑤-9-4）：
主要由结晶岩组成，颗粒呈微风化状，亚圆形，混粒结构，坚硬，颗粒级配较好，一般粒径2-20mm，约占总质量的70%，最大粒径100mm，充填约20%的混粒砂和粘性土，局部为卵石层，密实。
沈苏西路站至胜利南街站B区间盾构下穿铁路范围内主要地质为：
圆砾③-9-3、圆砾③-9-4、砾砂（④-8-4）、圆砾（④-9-4）
2、地质构造及地震烈度
沈阳市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，抗震设防分类为乙类，地下结构按8度采取抗震措施，抗震等级为三级。
3、工程、水文地质条件
场地内无黏性土分布，因此仅存在一层地下水，即赋存于圆砾、粗砂、砾砂等强透水层中，按埋藏条件划分，属第四系孔隙潜水。
潜水含水层厚度约50m。
局部地段存在由地下管道、工业及生活用水渗入形成的上层滞水。
地下水类型为孔隙潜水，稳定水位埋深在8.40～10.40m。
地下水主要补给来源为浑河侧向补给及大气降水垂直入渗补给。
三、营业线铁路沉降控制标准
表3.1-1框构桥变形控制标准
监测项目
监测仪器
监测精度
控制值
变形速率
累计变化量
框构沉降
水准仪
1mm
1.5mm/d
10mm
框构桥裂缝
游标卡尺、塞尺等
1mm
1.5mm/d
不出现裂缝
框构桥倾斜
全站仪
1mm
1.5mm/d
5mm
路基沉降
水准仪
1mm
1.5mm/d
8mm
框构水平位移
全站仪
1mm
1.5mm/d
10mm
表3.1-2马总屯大桥变形控制标准
监测项目
监测仪器
监测精度
控制值
变形速率
累计变化量
墩台沉降
水准仪
1mm
1mm/d
5mm
墩台水平位移
全站仪
1mm
1mm/d
5mm
相邻墩台差异沉降
全站仪
1mm
1mm/d
5mm
墩台倾斜
全站仪
1mm
1mm/d
1‰Li
3、根据《高速铁路有（无）碴轨道线路维修规则（试行）》、《铁路线路维修规则》铁运[2006]146号规范相关规定，确定高速和普速铁路轨道的变形控制标准分别如下表所示：
表3.1-3250km/h（不含）～300km/h线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值
项目
作业验收
经常保养
临时修补
限速（200km/h）
轨距（mm）
+1/-1
+4/-2
+5/-3
+6/-4
水平（mm）
2
4
6
7
高低（mm/10m）
2
4
7
8
轨向（mm/10m）
2
3
5
6
表3.1-4120km/h（不含）～160km/h线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值
项目
作业验收
经常保养
临时修补
轨距（mm）
+4/-2
+6/-4
+8/-4
水平（mm）
4
6
8
高低（mm/10m）
4
6
8
轨向（mm/10m）
4
6
8
四、施工部署
（一）施工人员安排
盾构穿越期间，项目部将每班安排值班领导1名，负责盾构穿越的现场协调管控，并配备足够的机电维修、盾构司机等相关作业人员。
工人方面：
井下掘进队每班安排12人，地面每班安排11人，维保1人，电工1人。
盾构穿越铁路主要作业人员组织安排表见表4.1-1。
表4.1-1盾构穿越铁路主要作业人员组织安排表
序号
姓名
职责
联系方式
备注
1
刘志有
项目经理
项目部
2
周向伟
常务副经理
项目部
3
赵延博
安全总监
项目部
4
谢启元
总工程师
项目部
5
吴阳
盾构工程师
项目部
6
张智方
盾构工程师
项目部
7
韩军
盾构队长
班组
8
王立峰
盾构副队长
班组
9
张万生
班长
班组
11
王森
班长
班组
12
姚许
电瓶车司机
班组
13
李小强
电瓶车司机
班组
14
周涛
机修
班组
15
赵可为
机修
班组
16
姚会纳
龙门吊
班组
17
边陇军
拼装手
班组
18
吕宾峰
注浆
班组
19
宋庙峰
注浆
班组
20
刘闵霞
贴管片
班组
21
王浩子
地面指挥
班组
22
陈江飞
搅拌站
班组
（二）施工准备工作
盾构穿越哈大高铁马总屯大桥及沈大铁路框架桥铁路前，在确定各组织机构的同时，对各项准备工作进行梳理，对各施工主要负责人进行交底，主要有：
1、施工许可的办理
盾构穿越哈大高铁马总屯大桥及沈大铁路框架桥铁路前，按照铁路部门的有关规定办理施工许可证，施工许可办理内容包括：
施工方案安全审批、与铁路设备管理单位签订安全协议、签订穿跨越审批表、铁路局施工计划的下达、施工前的限速登记。
盾构穿越前一天执行施工前的限速登记。
2、模拟推进小结
2.1模拟推进的目的
为了保证下穿哈大高铁马总屯大桥及沈大铁路框架桥铁路时沉降、位移等指标满足铁路安全要求，正式下穿前在普通段选择一定距离的区间作模拟推进，用以确定各项参数的最优值，最终保证盾构机顺利下穿。
2.2模拟推进计划
右线盾构计划于730环～814环，共84环（合计100米）的范围进行了模拟推进。
模拟推进计划共10天，具体单日进度见表4.2-2。
表4.2-2模拟推进段单日进度汇总表
时间
环数
第1天
第2天
第3天
第4天
第5天
第6天
第7天
第8天
第9天
第10天
右线
单日（环）
10
10
8
8
8
8
8
8
8
8
累计（环）
740
750
758
766
774
782
790
798
806
814
模拟段推进期间，平均进度为8环/天。
模拟推进的施工参数汇总并进行分析，用于确定最终下穿铁路区时的最合理参数，指导施工，并最终保证盾构机在安全质量可控的情况下穿越哈大高铁马总屯大桥及沈大铁路框架桥铁路区。
2.3模拟推进确定的参数项目
盾构下穿掘进施工中主要控制的施工参数是土仓压力，推力、刀盘扭矩及掘进速度。
当盾构开始掘进时首先打开泡沫注入系统进行渣土改良，其次调整盾构刀盘转速，使刀盘达到设定转速，再次缓缓增加4组千斤顶的油压，用于平衡盾构前体和刀盘的重力，防止盾构低头。
如刀盘扭矩过大时，应调整泡沫和水的注入量，或反转刀盘，待扭矩在设定范围之内增再加推力，当掘进速度控制在设定值时，停止增加推力。
盾构掘进同时观察土仓压力的变化，当土仓压力慢慢升高到设计压力时开始出土，通过首环掘进调整出土量，当土仓压力低于设定压力时，螺旋机转速调低，减小出土量，使土仓压力提高，当土仓压力高于设定压力时，螺旋机转速提高，增加出土量，正常掘进阶段螺旋机转速调整量不宜过大，防止土仓压力上下波动值过大，对掌子面地层产生扰动，从而引起地面沉降。
通过以上操作并结合地面监测结构最终确定盾构机在下穿铁路区时的土仓压力、推力、刀盘扭矩、掘进速度、出土量、注浆压力、注浆量等参数的最优值，保证下穿安全可控。
盾构穿越哈大高铁马总屯大桥及沈大铁路框架桥铁路期间，右线施工参数根据模拟段确定的参数进行掘进，并适时调整至最优状态，左线施工参数根据右线施工及左线线模拟段的数据另行拟定。
2.4模拟推进段各项参数
右线盾构于730环～814环进行试掘进，共84环（合计100米），形成各项参数数据如下：
模拟推进施工参数汇总表
序号
项目
单位
最小值
最大值
平均值
1
土仓压力
Bar
0.7
1.35
1.025
2
总推力
kN
15000
17000
16000
3
同步注浆量
方/环
3.6
5
4.3
4
泡沫用量
L/环
100
80
90
5
掘进速度
mm/min
12
48
30
6
出土量
方/环
42
45
43.5
7
平均盾尾油脂用量
kg/环
40
50
45
8
刀盘转速
r/min
1.5
1.6
1.55
9
刀盘扭矩
kN·m
3600
4000
3800
10
同步注浆浆液初凝时间（试验值）
h
8
6
7
从模拟推进期间进行的地表沉降监测分析，监测点累计最大沉降为-3.16mm，最大隆起为2.02mm。
结合施工参数与监测数据，在盾构穿越铁路期间应进一步控制土仓压力，并适量增大隧道外注浆方量。
（三）物资材料准备
盾构穿越哈大高铁马总屯大桥及沈大铁路框架桥铁路区段右线共计106环（其中哈大高铁马总屯大桥36、沈大铁路框架桥铁路区70环），左线共计106环（与右线一致），共计212环，在盾构进入铁路限界前将盾构掘进施工相关的物资材料配备齐全，具体见表4-3。
表中的物资材料除同步注浆所需水泥、膨润土、砂、粉煤灰，以及管片须分批次购进外，其余所有材料均在到达铁路界限前一天全部备至现场。
表4.2-3盾构穿越铁路物资材料计划表
类别
序号
物资材料名称
单位
数量
进场时间
备注
管片
相关
1
管片
环
106
陆续进场
2
螺栓
套
4000
2017.3.25前
防水
材料
3
弹性密封垫
套
200
2017.3.25前
4
丁腈软木衬垫
套
200
2017.3.25前
5
止水圈
套
200
2017.3.25前
6
胶粘剂
kg
300
2017.3.25前
注浆/堵漏/土体改良
7
水泥
t
70
陆续进场
包含二次注浆
8
膨润土
t
40
陆续进场
注浆材料
9
粉煤灰
t
200
陆续进场
注浆材料
10
黄砂
t
400
陆续进场
注浆材料
11
泡沫剂
t
10
2017.3.25前
土体改良
12
水玻璃
t
2
2017.3.25前
注浆材料
13
聚氨酯
t
1
2017.3.25前
堵漏/应急
油脂
14
盾尾油脂
桶
10
2017.3.25前
15
抗磨液压油
桶
2
2017.3.25前
周转材料
16
轨枕
根
200
2017.3.25前
自制
17
走道板
块
100
2017.3.25前
自制
18
走道板支架
个
100
2017.3.25前
自制
19
钢轨
米
200
2017.3.25前
20
连接板
个
100
2017.3.25前
21
连接板螺栓
个
200
2017.3.25前
1、机械设备准备
在盾构进入哈大高铁马总屯大桥及沈大铁路框架桥铁路范围内前对盾构施工所有机械设备进行专项检查，检查项目见表4.2-4。
表4.2-4盾构穿越铁路前机械设备检查细目表
序号
机械设备名称
各部件（系统）名称
1
盾构机
油脂注入系统
2
注浆系统
3
泡沫系统
4
膨润土注入系统
5
螺旋机应急关闭系统
6
盾尾密封系统
7
电气控制系统
8
管片调运系统
9
渣土运输系统
10
龙门吊
电气系统
11
制动系统
12
限位系统
13
操控系统
14
供电系统
15
电瓶车
刹车系统
16
传动系统
17
倒车视频
18
操控系统
19
搅拌站
计量系统
20
骨料运输系统
21
搅拌机配料系统
在检查设备的同时，对日常的设备易损件进行备货，主要包括：
（1）盾构机易损件：
各部位传感器、插座、排水泵、照明灯具、油料滤芯、电器控制元件、双梁控制开关触点、挤压泵管、隔膜泵密封圈、O型密封圈、浆箱密封及轴承等。
（2）门吊易损件配备：
限位开关、空气开关、控制接触器等电器元件。
（3）搅拌站易损件：
控制继电器、空气开关、接触器、提升钢丝绳、密封盘根、加水泵、限位开关、电磁阀。
（4）电瓶列车：
电瓶插头、电器喇叭、警示灯具、控制板、砂浆车控制电器、刹车气管、刹车分泵、灯泡、工业插头、保险丝。
（5）其他：
临时用电开关、各型号熔断器、电力电缆、照明灯具、电箱等。
2、施工外部环境协调准备
目前有可能对盾构穿越哈大高铁马总屯大桥及沈大铁路框架桥铁路施工造成影响的主要是土方外运和管片运输，为了确保盾构连续施工，在土方外运的协调方面，主要措施如下：
（1）调整土方外运合作模式，对土方外运协作队伍采取激励措施，加大土方外运力度。
（2）加大土方外运文明施工力度，必要时可对渣土车后挡门使用土工布进行塞缝处理，严防抛洒、滴漏；车辆离场前充分清洗，不得将场内泥污带出场外。
（3）将管片计划及时向管片厂报送，让管片厂排好管片调运计划，保证管片能及时运抵施工现场，防止因管片运输不到位而导致施工影响。
3、工期计划
盾构区间左右线均要穿越哈大高铁马总屯大桥及沈大铁路框架桥铁路，对应区间隧道长度为212环，其中左线对应隧道长度为106环（其中哈大高铁马总屯大桥36、沈大铁路框架桥铁路区70环），右线对应隧道长度为106环（与左线一致）。
根据目前施工进展情况，右线盾构机已穿越完成哈大客专马总屯大桥，计划4月1日开始进入沈大铁路框架桥范围内，4月15日完成穿越，共计14天，平均每天5环；左线盾构与右线工期一致，计划于7月9日开始进入哈大高铁马总屯大桥铁路界限，7月30日穿越完毕，共计22天，平均每天5环。
五、铁路加固方案
对沈大铁路框构桥上部轨道采取D24型施工便梁加注浆方式对铁路线路及岔区进行加固。
盾构下穿铁路时,在地面准备道碴等铁路所需物资,配备足够的机动设备、材料、人员,一旦发生意外情况,在第一时间内投入工作。
对岔区进行养护维修需注意控制锁定轨温变化，强化轨道整体结构并保持轨道的高平顺性，确保铁路设备及行车安全。
（一）铁路限速及防护
既有铁路注浆时利用天窗点施工，D梁施工过程中既有铁路限速45Km/小时。
在车站派驻一名驻站防护员，在施工地点两侧设现场防护员，并配备对讲机，在列车通过时停止一切施工。
（二）既有铁路线路概况
沈大铁路框构桥上部既有铁路包括沈大下行线K387+735、沈大上行线K387+876、浑榆上行线K0+848、浑榆下行线（对应沈大上行K387+876）、苏北联二线K0+454、浑揽下行线K0+221。
（三）具体加固施工方案
1、注浆加固方案
1.1加固范围
为保证沈大铁路框构桥及其上既有线路大下行线K387+735、沈大上行线K387+876、浑榆上行线K0+848、浑榆下行线（对应沈大上行K387+876）、苏北联二
线K0+454、浑揽下行线K0+221的运营安全，采取注浆加固方案对以上线路进行加固处理，注浆区域为从沈大铁路框构桥开始向大连方向过盾构右现15米止，详见注浆平面及孔位布置图。
图5.3-1注浆平面及孔位布置图
1.2、注浆参数选用
水泥采用P.O.42.5普通硅酸盐水泥，水灰比1:
1；注浆压力拟定为0.2~0.5Mpa，注浆速率小于30L/min；注浆方法采用垂直静压注浆方式；注浆顺序为“先外后内、先两侧后中间、跳孔施工”；注浆孔间距为纵向1.5米，横向1米，梅花形布置；注浆深度为17米。
1.3、施工设备及材料
序号
设备、材料名称
型号
数量
备注
1
钻孔机
SH-30
4台
2
制浆机
UB3
4台
3
压浆泵
XPB-10
4台
4
电焊机
BX-400
4台
5
花管
φ48
100m
6
水泥
P.O.42.5
2757t
1.4、施工方案
1.4.1、施工准备
会同铁路设备管理单位查明注浆区域内受施工影响的铁路设备，根据现场实际情况及设备管理单位意见，签订有关施工安全配合协议和办理相关防护及排迁方案，在设备管理单位人员现场监控下采取妥善措施对设备进行防护及排迁。
1.4.2、场地平整及测量放线
铁路既有设备防护及排迁完成后，平整注浆区域场地，在基本整平的场地上，利用施工基线和辅助基线，测放出注浆孔的孔位，用竹桩等作出明显标记。
桩位误差不大于2cm。
测量工作面标高，沿钻孔位置开挖沟槽和集水坑，及时排出冒浆和孔内水，以保持场地整洁干燥。
1.4.3、施工工艺流程
定位孔
钻孔
配浆
注浆
回抽注浆管
注浆结束
移至新孔位
1.4.4、试验注浆
在正式开工之前，在现场进行注浆试验。
根据设计要求的水泥用量、扩散半径等指标，最终确定控制压力、水泥用量、配合比、注浆次数等施工参数。
1.4.5、钻机钻孔
（1）钻孔采用机械钻进成孔，成孔直径Φ75mm，施工中应保证无水钻进，每孔超钻20cm；
（2）测量定位：
根据数据放孔位，钻孔孔位允许偏差≤50mm，在孔位上插上竹片，并用油漆标注孔号，以便施工时记录该孔的准确位置。
（3）成孔验收：
钻孔垂直度偏差允许1%，钻孔到设计深度后，测量深度，用长度1.0m的与钢花管同直径的钢管试放一次，确认可以下达设计深度后，开始下正式钢花管。
1.4.6、花管入孔
花钢管杆体采用Ф48钢管，杆件上制作好出浆孔后使用钻机吊入孔内。
为了保护管壁胶带在吊装过程中不被损坏，在套钢丝绳的地方用棉纱或水泥袋包裹，吊装时钢管要匀速下放，避免损坏封眼胶带，如果有损伤或者破洞，要重新封闭好再下管。
1.4.6、制备水泥浆液
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