地铁盾构下穿某铁路专项施工方案.docx
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地铁盾构下穿某铁路专项施工方案
A地铁盾构下穿B铁路专项施工方案
一、工程概述
1、工程概况
盾构段为A地铁2号线地下盾构区间，线路出站后，向南依次穿过路、B铁路、农田以及江支流，经由一小半径曲线到达。
盾构段设计范围为：
线RK0+123.747～RK0+445.432长321.685m，线CK0+81.306～CK0+400长318.694m，盾构隧道总长640.379m。
该盾构区间采用盾构机掘进，自南端头盾构井始发，沿出段线到达盾构井后，在端头井调头，再从北端头二次始发，沿入段线到达站后解体吊出，完成施工任务。
地质概况
本盾构段属海陆交互相沉积平原区，地势较为平缓，未发现不良地质作用。
盾构上部覆土及穿越地层自上而下主要为：
①1杂填土，①3粉质粘土，②2粉质粘土，③1砂质粉土，③夹淤泥质粉质粘土，③2砂质粉土，④1淤泥质粘土，④2淤泥质粉质粘土，⑤1粉质粘土，⑤夹砂质粉土夹粉质粘土，⑤2粉质粘土，
2淤泥质粉质粘土，⑦1粉质粘土，⑦2粉质粘土；其中④1、④2淤泥质软土层是本盾构段主要穿越地层，其具有高灵敏性、触变性、大孔隙比、高压缩性、高蠕变性等较差工程特性。
B铁路下方盾构埋深7.6m～12.2m，该段覆土一次为①1杂填土，①2素填土，③1砂质粉土，④1淤泥质粘土，④2淤泥质粉质粘土，⑤2粉质粘土，⑦1粉质粘土。
穿越地层相关参数见盾构段地基土物理力学指标参数表1，地质情况详见下图1《盾构段地质剖面图》。
2、下穿B铁路现状
B铁路位于站以南，坡脚里程为线CK0+162~CK0+187和线RK0+208~RK0+233，铁路路基南北坡脚盾构纵向距离25m，轨道至坡脚高差约4.5m。
本次盾构下B穿铁路前，对相应地段将采用静压注浆技术地基加固，具体由铁路相关施工单位实施。
铁路加固范围扩至铁路坡脚外5m，加固纵向长度约35m；考虑2号线远期预留两条正线，加固段横向宽度约58.5m，见下图B铁路地基加固平面图及B铁路地基加固断面图。
。
表1盾构段地基土物理力学指标参数表
岩土编号
岩土名称
天然含水量ω（%）
重力密度γ（kN/m3）
天然孔隙比e
直剪（峰值）
压缩模量Es（MPa）
水平
渗透
系数
（室内）kh（1x10-4cm/s）
竖向
渗透
系数
（室内）
kv
（1x10-4cm/s）
标贯击数N（击/30cm）
地基承载力特征值fak（kPa）
粘聚力Cc（kPa）（固快）
内摩擦角φc（度）（固快）
①1
杂填土
17.5
8.0
12.0
80
65
①3
粉质粘土（耕植土）
44.6
16.9
1.306
7.0
6.0
0.1
0.1
③1
砂质粉土
30.5
18.6
0.855
6.0
18.6
4.5
3
2.5
8.8
85
④1
淤泥质粘土
47.9
16.9
1.371
12.0
9.5
1.8
0.03
0
1.6
60
④2
淤泥质粉质粘土
43.1
16.9
1.268
13.0
10.0
2.0
0.04
0
2.7
65
⑤1
粉质粘土
30.6
18.3
0.899
17.7
13.7
4.0
0.06
0
6.7
100
⑤2
粉质粘土及粉土
32.6
18.5
0.920
30.9
17.5
5.8
0.009
0
17.5
110
⑦1
粉质粘土
28.2
19.0
0.809
44.1
16.3
6.0
0.06
0
19.3
180
⑦2
粉质粘土
29.8
18.6
0.874
27.1
15.0
4.8
0.05
0
16.6
130
图1盾构段地质剖面图
图2B铁路地基加固平面图
图3B铁路地基加固断面图
二、穿越铁路施工难点分析及对策
本区间选用的土压平衡盾构机，是推进时靠由刀盘切削下来的土体经改良，使开挖面地层保持稳定的一类盾构，其工作原理如图4。
图4土压平衡工作原理示意图
盾构推进时，前端刀盘切削土层，切削下来的土体进入密封土仓，当土仓内的土体足够多时，可与开挖面上的土、水压力相抗衡，使开挖面地层保持平衡。
盾构设有螺旋输送机，由其将渣土排送到土箱，运至地面。
螺旋输送机的排土口上装有滑动闸门或螺旋式漏斗，以控制出土量。
在盾构掘进过程中向开挖面加压灌注水、膨润土浆、高浓度泥水和泡沫等，同时靠刀盘和搅拌翼混合搅拌切削下来的土体，使之具有止水性、流动性。
使得切削下来土体能够顺利排出，又能提供压力，与开挖面的水、土压保持平衡，使开挖面保持稳定的目的。
在穿越铁路施工过程中，有效地控制地面沉降是施工的关键控制点，必须将沉降值控制在铁路列车允许范围之内，做到以严谨的施工技术为依托、精心施工、精心管理，必须从盾构掘进及洞内辅助施工措施方面采取如下为确保铁路安全的控制措施。
1、掘进参数优化控制管理
掘进参数的优化控制管理是盾构穿越铁路成败的关键，掘进过程中将严格相关要求掘进速度均衡匀速，过程中加强监测信息联动，严格控制好掘进速度、出土量、土仓压力、同步注浆量等参数控制，根据地面监测结果采取二次注浆及跟踪补注浆等辅助措施减少地表隆沉，确保盾构施工影响范围内B铁路的运营安全。
2、开挖面稳定控制
沉降控制的关键之一是开挖面的稳定控制。
开挖面的控制是个系统控制过程，涉及水土压力控制、出土量控制、添加剂的使用控制等等掘进参数的控制和优化，而掘进参数优化的基础又来源于施工过程中对沉降数据的分析、沉降规律的掌握、土压波动的控制程度和稳定程度的评估等。
盾构施工作为一种动态的施工控制过程，在过铁路之前的80米的施工技术管理的成果对过铁路施工具有很大的指导作用，必须加强前期的施工技术管理。
3、添加剂的使用管理
添加剂的合理使用是确保盾构顺利掘进、维持开挖面稳定、实现均衡连续盾构施工的关键。
盾构司机和土木工程师在盾构机掘进时，随时观察和分析扭矩、推力、土压及波动、螺旋输送机排出土的状态（即塑流性），对泥浆/水、泡沫的加入方式、部位、加入量、参数设置等进行调节和控制，并始终让刀盘及螺旋输送机工作油压保持正常的数值。
根据该段区域的实际情况，盾构穿越是粉质粘土区域，粉土自身具有较高的细颗粒含量，加入适当的泡沫可以使土体的塑流性得到较大的改善，保证掘进的正常进行，使得盾构前方土压保持稳定，较好的控制地面的隆陷。
在泡沫的使用方面除了达到机械及物理改良之外，另外一个重要的作用是作为软保压的介质，以实现全断面的压力平衡，这也是在软弱地层及临时停机期间重要的维持开挖面稳定的措施。
在泡沫参数设定方面，盾构操作手应密切注意实际出土状况，土压变化，刀盘及螺旋机的工作状况来及时调整泡沫流量。
泡沫加入不足，排土困难，还容易在刀盘中心形成泥饼；泡沫加入过多，对土压维持不利，也是浪费。
所以要根据过铁路之前的80米段积累这方面的施工参数，确定一个最佳的泡沫添加参数值。
4、壁后注浆控制和管理
壁后注浆的质量和效果是地表沉降控制的另一个关键点，为了确保浆液能及时填充管片壁后形成的空隙，并保证充填度和压力，需采取同步注浆为主，辅以二次或三次注浆的措施，并合理确定注浆的点位、时机、压力和量。
同时根据掌握的反馈信息及时调整浆液的配比，使浆液的配比更科学、更合理。
为保证浆液的质量，要对制备浆液的原材料进行严格控制，要定期测定浆液的坍落度、粘性、离析率、凝结时间、抗压强度等。
在掘进过程中有可能有盾尾密封刷漏浆而造成实际注浆量不够的情况,所以在掘进过程中,如果发现有漏浆情况,应及时停止掘进,手动开启盾尾油脂注入系统,密封刷停止漏浆后再掘进.
为了确保注浆的效果能达到过铁路的要求，在过铁路之前的80米施工中，设置两个各20米的区段实施该注浆方案，总结积累注浆压力和注浆量的参数，并根据实际的地面监测来控制注浆量和注浆参数，以便确保过铁路的安全。
三、施工部署
1、盾构施工组织机构
A地铁号线工程为A市的重点工程，也是A市政建设的形象工程，盾构穿越B铁路必须确保万无一失。
我公司高度重视，并成立了以为项目经理，为项目总工，为生产经理的项目领导班子，挑选在地铁施工中经验丰富、有责任心的人员担任现场技术、安全、质量等部门负责人，进行现场管理。
项目施工生产管理组织机构详见下图5所示，盾构队作业人员配备详见下表2所示。
图5项目组织机构图
盾构下穿B铁路施工风险大，质量要求高，为了保证盾构施工质量、加强现场施工组织管理并做好工序衔接，在穿越铁路过程中，实行项目领导和主要管理人员现场值班制度。
表2盾构队作业人员
岗位
工种
工班人数
备注
岗位
工种
工班人数
备注
值班经理
管理人员
1
电瓶车司机
技术工人
2
盾构机操
作手
管理人员
1
机电维修、
保养
技术工人
4
土木工程师
管理人员
1
班长
管理人员
1
机电工程师
管理人员
1
拌和站站长
管理人员
1
管片拼装手
技术工人
1
装载机司机
技术工人
1
螺杆工
技术工人
2
膨润土
添加工
技术工人
1
注浆工
技术工人
1
砂浆清洗工
技术工人
1
双轨梁工
技术工人
2
防水粘贴工
技术工人
4
看土工
技术工人
1
地面司索工
技术工人
2
6号台车
随车员
技术工人
2
地面通讯员
技术工人
1
井口司索工
技术工人
2
龙门吊司机
技术工人
2
电瓶车司机
技术工人
2
充电房管理员
技术工人
1
合计
38人
2、材料及设备
施工前，按照应急物资清单准备好应急物资（见下表3）。
表3应急物资、设备表
序号
物资、设备名称
单位
数量
序号
物资、设备名称
单位
数量
1
水泥
T
10
13
二甲苯
kg
50
2
水玻璃
T
1
14
聚氨酯泵
台
1
3
棉絮
床
4
15
聚氨酯
T
1
4
胶手套
双
30
16
编织袋
个
100
5
雨靴
双
30
17
灭火器
只
20
6
防潮照明灯
只
5
18
方木
方
20
7
装载机
台
1
19
铁锹
把
20
8
双液注浆泵
台
2
20
对讲机
只
6
9
空压机
台
1
21
千斤顶
个
2
10
地质钻机
台
1
22
手拉葫芦
个
10
11
发电机
台
1
23
电焊机
台
2
12
水泵
台
2
24
医疗箱
只
1
3、工期安排
线盾构段计划于2012年9月20日从站始发，预计于2012年10月10日~2012年10月12日完成铁路下穿，计划2012年11月1日完成施工计划于2012年11月25日从出入段线始发，预计2012年12月15日~2012年12月17日完成铁路下穿，计划2012年12月25日完成施工。
4、施工准备
（1）施工前对B铁路运营和地基加固等各项情况进行深入了解，并收集相关资料。
（2）针对盾构下穿B铁路的特殊情况，在出段线试掘进阶段调整掘进参数，减小超挖减少土体扰动，同步注浆后再采用双液浆及时进行跟踪补充注浆，结合实时监测结果调整试验数据得到最佳参数。
（3）盾构进行水平或垂直纠偏的过程中，必然会增加建筑空隙，造成一定程度的超挖。
因此在盾构机进入铁路影响范围之前，将盾构机调整到良好的姿态，并保持良好姿态穿越铁路线。
（4）在盾构机过铁路线前20m，再次对所有施工设备进行检修，并把维保工作做到位，确保盾构机在过铁路线时设备故障率低，设备性能完好，能连续的通过。
（5）施工前，渣土坑所有渣土清空，并于出土队伍联系好，施工期间，必须满足盾构渣土外运的畅通，防止施工期间因土方外运受阻停机带来施工风险。
（6）提前进行铁路线上及周围监控点的布设，并取得初始值。
（7）展开与铁路和铁路沿线管线产权单位的协调工作，做好提前告知。
（8）针对盾构穿越铁路线可能出现的应急情况，准备充足的应急物资，成立盾构施工应急抢险队伍及地面加固施工队，确保工程发生险情后能在第一时间得到抢险救治，确保铁路运营安全。
（9）盾构穿越铁路线前进行全体人员技术和安全培训，做好书面技术和安全交底。
四、施工技术措施
1、施工总体方案
根据盾构穿越环境和盾构法施工特点，施工过程中通过对掘进速度、出土量、土仓压力、同步注浆量等参数控制，根据地面监测结果采取二次注浆及跟踪补注浆等辅助措施减少地表隆沉，确保盾构施工影响范围内B铁路的运营安全。
2、施工过程参数计算
盾构穿越B线时必须加强盾构姿态的控制和掘进参数的调整，调整参数包括土仓压力、推进速度、总推力、出土量、同步注浆量及压力等。
具体控制方法如下：
（1）严格控制盾构正面（静止）土压力
1）盾构机上部土压感应器位置地层竖向压力
σZ=γh
σZ——地层竖向应力（MPa）；
γ——上部土体容重（1.8×104N/m3）；
h——上部感应器位置覆土厚度（盾构顶部埋深加1.6m，m）。
2）正面土压力
正面土压力：
σX=kσZ
k——土的静止侧压力系数，淤泥质粘土取0.55。
以坡脚和坡顶断面计算正面土压（隧道埋深分别为7.6和12.2米）：
σXmin=kσZ=kγh
=0.55*18000N/m3*（7.6+1.6）m
=91080Pa
=0.09MPa
σXmax=kσZ=kγh
=0.55*18000N/m3*（12.2+1.6）m
=133620Pa
=0.13MPa
根据盾构机前期区间掘进实际情况，盾构掘进在计算土压下掘进时，地面会产生0.5~1.8mm隆起。
综上，我部认为0.09~0.13该土压合适，拟在盾构掘进过程中采用此计算土压。
（2）推进速度控制
在穿越B铁路下方时，保持一个“均匀、快速”的推进理念，有序安排掘进各道工序，既要保持稳定，又要有一定速度；本段推进速度将控制在20~30mm/min；保证推进速度和注浆速度相匹配。
（3）刀盘转速和扭矩
根据前期类似地层中的掘进经验，刀盘转速设定为0.8rpm，刀盘扭矩为1000~2000kN•m，总推力控制在8000~12000kN。
（3）出土量控制
出土量与土仓压力值一样，也是影响地面沉降的重要因素。
盾构机的开挖断面为31.85m2，每环的理论出土量为31.85×1.2=38.22m3；据前期实际量测结果，所出土松散系数为1.15，因此每环出土量控制在44m3左右。
（4）同步注浆压力和注浆量
盾尾通过后管片外围和土体之间存在空隙，施工中采用同步注浆来充填这一部分空隙。
严格控制同步注浆量及注浆压力，并优化浆液配比，使浆液和易性好，泌水性小，体积收缩率较小。
控制浆液稠度在11~13mm左右，凝结时间8~10小时。
同步注浆浆液配合比选用下表4。
表4特殊段浆液配合比表
水泥（kg）
粉煤灰（kg）
膨润土（kg）
砂（kg）
水（kg）
100
400
80
850
470
据理论计算管片壁后空隙体积为2.01m3/环，同步注浆量一般控制在建筑空隙的150％～250％，即每环同步注浆量为3.01～5.02m3。
根据盾构机区间类似地段掘进注浆经验，注浆量宜为4~4.5m3，盾尾通过后地面沉降在±3mm内。
盾构通过铁路线期间，要进行24小时实时监测和数据反馈，及时调整注浆量。
同步注浆尽可能保证均匀、连续压注，防止推进尚未结束而注浆停止的情况发生。
（5）盾构姿态控制
盾构进行水平或垂直纠偏的过程中，必然会增加建筑空隙，造成一定程度的超挖。
因此在盾构机进入铁路影响范围之前，将盾构机调整到良好的姿态，并保持良好姿态穿越铁路。
在盾构穿越的过程中尽可能匀速推进，最快不大于30mm/min；盾构纠偏不可过大、过频，控制每环纠偏量不大于5mm（垂直、水平），以减少盾构施工对地层的扰动影响。
加强盾尾间隙的控制，盾尾间隙尽量保持四周均匀，最小处应大于15mm；加强管片的选型控制，油缸的行程差不应大于25mm。
（6）管片拼装
在盾构处于拼装状态下时，千斤顶的收缩会引起盾构机的微量后退，因此在盾构推进结束之后不要立即拼装，等待几分钟之后，待周围土体与盾构机固结在一起后再进行千斤顶的回缩，回缩的千斤顶数量尽可能少，满足管片拼装要求即可。
在管片拼装过程中，安排最熟练的拼装工进行拼装，减少拼装的时间，缩短盾构停顿的时间。
3、穿越后施工措施和铁路保护技术
（1）二次注浆
根据监测结果，在管片脱出盾尾5环后，对管片后的建筑空隙可采取二次注浆的方法来填充，浆液为水泥、水玻璃双液浆，注浆压力0.3MPa～0.5MPa；如有必要也可在地面对铁路路基进行补充注浆对基础进行加固抬升，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。
二次注浆采取少量多次原则，即可减小对土体扰动，又能减少地表沉降。
二次注浆浆液配比：
水泥浆水灰比1:
1.5（质量比），水玻璃与水按1：
4（体积比）比例稀释，水泥浆与稀释后的水玻璃体积比=1：
1、水玻璃浓度39°Be＇，胶凝时间为30min。
（2）跟踪补注浆
根据加固后的地基土仍然可能存在一定灵敏性的特点，经掘进扰动后，即使掘进中同步注浆和二次注浆能够跟进，地面还会持续产生沉降，因此还需进行跟踪补注浆。
为提高注浆质量，跟踪补浆液采用与二次注浆相同的浆液压注。
（3）管片接缝堵漏
土体受扰动后均会产生不同程度的自身结构稳定性减弱和渗水情况；若是管片拼装过程出现问题而产生接缝渗漏，就会加剧土体固结、导致地表沉降增加。
因此管片防渗堵漏工作必须及时进行。
修补工作可按以下三步进行：
进行二次注浆；如果注浆堵漏无效，则可采用钻孔注入聚氨酯；如果以上两步都无效，则在管片间的凹槽中埋设塑料排水管，汇集渗漏水，同时使用乳胶封槽。
五、铁路防护措施
铁路地面防护措施由铁路部门相关单位设计和施做。
具体的线路加固和路基加固方案，列车限速值，铁路轨道和路基变形控制值等由防护设计单位和铁路管理部门确定。
六、洞内监测方案
B铁路以及周围地面的沉降是本风险工程的监测重点，对铁路沿线以及周围构筑物均进行系统调查，对洞内衬砌变形情况进行监测，制定专门的施工监测方案，建立完善的监测网络，确保监测成果的准确及高效，为施工提供确实可靠的数据保证。
地面线路及路基监测由铁路部门施工监测单位进行。
洞内衬砌变形监测由地铁盾构区间施工单位进行。
具体洞内监测方案如下：
1、洞内观察及安全巡视
（1）洞内观察及安全巡视项目
主要项目为：
①管片破损情况；②管片错台情况；③管片间渗漏水/沙/泥等情况；
盾尾漏浆情况。
（2）洞内观察及安全巡视频率
重点对掘进面5倍洞径内盾构区间隧道每天巡视一次，穿越铁路期间4～6次/天，其余时间根据盾构区间隧道变形及巡视情况而定。
当巡视目标达到警戒标准或盾构区间隧道结构变化较大时，应加密巡视，当有危险事故征兆时，则需进行加密巡视。
（3）洞内观察及安全巡视周期
盾构区间自身巡视在开挖后开始，区间隧道施工完成后停止。
2、管片衬砌变形监测
（1）监测内容
主要为衬砌的拱顶下沉、水平收敛和隧底隆起和衬砌以及管片的椭圆度。
（2）测点布置
盾构下穿铁路及前后各15m直接影响范围内共布置管片衬砌变形监测断面3个，分别在铁路路基前15m，路基正中，和过铁路路基后15m处。
监测断面的拱顶（0°）、拱底（180°）、拱腰（90°和270°）处共埋设4个测点，分别为拱顶下沉、隧底隆起和水平收敛监测点。
隧道椭圆度监测为：
通过上述四点量测管片衬砌横径和竖径的变化，并以椭圆度表示管片圆环的变形，实测椭圆度=横径－竖径。
（3）监测仪器及精度
管片衬砌隆沉及水平位移监测：
全站仪及反射棱镜，监测精度：
测角和测距分别为2.0″和2mm+2ppm。
隆沉也可采用水准仪。
管片衬砌断面收敛变形监测：
全站仪，监测精度：
测角和测距分别为2.0″和2mm+2ppm；收敛计精度为0.06mm。
（4）监测频率
分别在衬砌拼装成环尚未脱出盾尾即无外荷载作用时和衬砌环脱出盾尾承受外荷作用且能通视时两个阶段进行监测。
衬砌环脱出盾尾后1次/天，距盾尾50m后1次/2天，100m后1次/周，基本稳定后1次/月。
安全、文明施工及环境保护保证措施
安全保证措施
（1）安全管理方针
在盾构推进过程中始终贯彻“以人为本、安全第一、预防为主”安全管理方针。
（2）安全管理目标
安全目标：
达到“浙江省建筑安全施工标准化工地”。
工程实施过程中坚决实施“五杜绝”，既：
杜绝施工死亡事故、杜绝人身伤亡事故、杜绝重大机械事故、杜绝重大交通事故、杜绝重大火灾事故。
（3）安全管理机构
项目部成立安全生产委员会，项目经理为安全生产的第一责任人，主管安全施工的项目安全总监为安全生产的直接责任人。
安全管理组织机构见下图6所示。
图6安全管理组织机构图
文明施工及环境保证措施
（1）文明施工保证措施
1）加强对施工人员的文明施工宣传，加强教育，统一思想，使广大干部职工认识到文明施工是企业形象、队伍素质的反映，是安全生产的保证。
增强现场管理和全体员工文明施工的自觉性。
2）积极开展文明施工窗口达标活动,做到“两通、三无、五必须”。
3）在场地的主要出入口设置施工标牌，在生活办公区设置“七牌二图”及“两通三无五必须”牌。
4）工地文明施工创建领导小组，定期检查了文明工地施工情况，找隐患，抓整改，抓落实。
5）在工地文明施工领导工作组的领导下，文明施工保洁人员，负责日常的现场保洁管理。
做到彩板围护清洁，道路无坑塘、无积水。
做到交通、车辆、行人畅通。
执行巡查指令，落实便民、利民不扰民等文明施工措施。
6）落实贯彻“谁主管，谁负责”的原则，建立了现场文明施工责任制。
7）施工现场的材料、物品、机具等堆放整齐、有序。
原材料、半成品、成品以及废品必须分开堆放，并有标识。
做到施工完、料尽、场地清。
8）每日做好设备维修保养工作，确保了设备正常运转。
（2）环境保护措施
1）成立以项目经理为组长的环境保护领导小组，建立与质量安全保证体系并行的环境保护保证体系，配备相应的环保设施和技术力量，与当地政府和环保部门联合协作，全面控制施工污染，减少污水、空气粉尘及噪音污染，达到国家环保标准。
2）把环保作为文明施工的首要工作来抓，抓措施、抓设施、抓落实，制定施工现场环境保护的目标责任书，定岗定责，责任到人。
3）制定施工方案同时要有环保防范措施，以保护现场环境，避免由于施工方法不当引起对环境的污染和破坏。
4）施工期间，不影响当地道路和交通设施的使用，不干扰群众的通行方便，不影响群众的生活和工作。
施工中采取有效措施，保护环境，施工通道经常洒水处理。
5）加强对地表沉陷监测、地表水连通性监测及对当地居民房屋监测。
七、应急预案
1、应急组织机构
项目部抢险领导小组的组成及分工
组长：
公司副总经理,负责全面管理和协调工作。
组长职责：
负责本项目应急预案的启动实施、小组员工分工、向上级单位请示启动上级部门应急预案等。
副组长
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