复杂环境下盾构近距离穿越既有地铁车站施工工法Word下载.docx

1、（4）盾构机自身性能对地层沉降影响：结合盾构各阶段通过地层沉降规律，通过对盾构机性能的改进，严格控制地层沉降。4.2工艺原理（1）利用探测导洞对既有站下方型钢等金属障碍物进行超前探测和处理，避免盾构停机造成沉降无法控制（2）对既有站下方夹层土体进行超前加固，提高土体稳定性，为盾构顺利下穿和控制沉降提供了先决条件；（3）合理确定施工模拟段，结合深层监测点掌握盾构施工各阶环节的沉降规律，逐步优化盾构掘进参数，并配合自动化监测技术，实时掌握既有站变形情况；（4）对盾构机性能进行合理优化，增加盾体膨润土注浆系统，为控制变形提供有理条件。5、施工工艺流程5.1施工准备5.1.1施工组织准备为确保下穿既有

2、站施工万无一失，我公司成立了以集团公司领导为组长的管理体系，副组长由集团公司技术负责人及标段项目经理组成，成员由项目副经理及各科室管理人员组成，在领导小组的管理和协调下，各分管领导及只能部门集中抓好所属领域工作，统筹兼顾，积极与业主、监理及相关单位沟通，做到安全、质量与进度齐头并进。同时我公司聘请数位有丰富盾构经验的专家成立现场专家顾问小组，现场指导盾构下穿既有站施工，使下穿施工更具科学性，并及时总结施工经验，为以后类似施工提供参考。5.1.2技术方案准备安鼓区间左线盾构始发过加固区段即下穿既有站，为特级风险源，施工难度较大，为使盾构下穿对既有站影响降低到最小，我项目部多次聘请专家对施工方案进

3、行论证，并根据专家意见对方案进行了修改和完善再进行报审。安鼓区间盾构始发、掘进、到达施工方案、安鼓区间盾构施工应急预案、安鼓区间盾构下穿特、一级风险源施工方案及应急预案、安鼓区间盾构下穿既有站试验段方案安鼓区间盾构施工临时用电施工组织设计根据专家意见修改完善，并审查完毕后方进行下一步工序。5.1.3设备准备安鼓区间下穿既有站范围内地层主要由粉细砂、粉土、粉质粘土及卵石层，根据地质水文情况，左线采用一台沈重土压平衡盾构机，外径6280mm，并配备具有相关施工经验的操作手及管片拼装手进行操作。下穿段地质水文情况见图5-1。图5-1 区间盾构下穿段地质水文情况剖面图为确保左线盾构穿越既有站施工期间机

4、械设备正常运转，一旦出现故障后能及时进行处理，避免影响施工进度及现场安全质量，项目部成立施工设备保障小组，以应对施工过程中可能出现的各种设备故障。5.1.4盾构始发端头加固根据现场实际情况，盾构始发端头加固调整范围为10m9m12m，确保在加固区取得一定量试验数据，加固完成后及时进行钻芯取样，并出具无侧限抗压强度和渗透系数检测报告。洞门破除后，及时安装洞门密封止水装置，外观质量及完整性应符合设计要求。5.2下穿段各项施工措施及施工工艺针对本工程实际情况，结合多次专家论证意见，为确保安鼓区间盾构顺利下穿既有站及其附属结构，应采需取一定施工保证措施。5.2.1既有站下方障碍物探测根据以往采用暗挖法

5、下穿既有二号线车站经验，既有站肥槽两侧土体可能存在工字钢、钢筋等金属障碍物，将造成盾构机刀盘损坏，需停机、开仓处理，停机后，地层及既有站沉降将无法控制，为此在既有站两侧各增加一处探测导洞，对既有站下方土体进行探测。（1）对既有站障碍物探测分两步进行：A、开挖阶段：竖井进入导洞掘进至转弯前，利用洛阳铲自洞内向前方打设探孔，对既有站放坡开挖肥槽两侧可能存在的金属障碍物进行探测，如遇钢板桩，根据钢板桩的位置调整导洞掘进路线，利用千斤顶对此范围内的钢板桩分段、切割、拔除，见图5-2。B、开挖完成后：通道开挖完成后，在沿既有站方向的通道内侧向既有站方向打设80双排探孔，同排间距400mm，上下排间距20

6、0mm，错开布置，探孔长6m，下排探孔距离通道底板500mm，探测范围为区间左右线外轮廓线两侧各1.5m。若发现障碍物，破除通道侧壁，沿障碍物方向开挖小导洞，利用千斤顶对此范围内的钢板桩分段、切割、拔除。C、障碍物处理完毕后，采用素水泥砂浆对拔除后的空洞部分及探孔进行回填处理。图5-2 探测导洞探测示意图（2）导洞探测完毕后，于2011年8月召开了探测成果专家分析会，根据探测导洞开挖情况及探测结果，经综合分析及讨论得出结论，站底不存在障碍物。5.2.2既有站下方土体加固新建盾构隧道距离既有站主体主体结构顶板最近约2.25m，距离风道底板最近约2.0m，中间夹杂土体土质条件较差，需进行加固处理。

7、新建盾构隧道与既有站位置关系见图5-3。既有站结构顶板标高为42.0m，底板为31.0m。既有站底板与区间隧道竖向净距最小约2.26m，中间夹杂土层主要为粉质粘土层和粉土2层。穿越段隧道洞身主要位于粉土2层、粉质粘土层、粉细砂4层、粉质粘土层。既有站风道结构顶板标高为41.552m，底板为30.852m。底板结构与区间隧道竖向净距最小约2.02m，中间夹杂土层主要为粉质粘土层和粉土2层。穿越段隧道洞身主要位于粉土2层、粉质粘土层、粉细砂4层、粉土2层。（1）既有站下方土体加固图5-3 盾构区间与既有站主体位置关系剖面图图5-4 盾构区间与既有站风道结构位置关系剖面图图5-5 车站底板下方土体注

8、浆加固总剖面图图5-6 袖阀管注浆加固布孔示意图盾构隧道施工前利用探洞对区间拱顶土体进行注浆加固，加固范围为既有站结构底板以下3m，区间结构外侧2.5m间的连续范围，加固采用89袖阀管注浆加固，浆液采用水泥水玻璃双液浆或超细水泥浆，单根管长16m（3.9m重叠段），水平间距1m，竖向间距0.45m，扩散半径0.7m，注浆终压0.51.2Mpa。加固后土体的无侧限抗压强度0.8Mpa，渗透系数1.0X10-6cm/s，注浆施工过程中应合理控制注浆压力并应根据既有轨道的的变形情况随时调整。（2）风亭下方土体加固图5-7 风亭下方土体加固剖面图盾构始发井洞门破除后，采用89袖阀管对风亭下方土体进行注

9、浆加固，浆液采用水泥水玻璃双液浆或超细水泥浆，注浆管水平间距0.5m，竖向间距0.5m，错开布置，扩散半径0.7m，注浆终压0.51.2Mpa，加固范围为既有风亭结构底板以下3.5m，风井结构外侧1.5m间，靠近区间侧3.5m的矩形区域。加固后土体的无侧限抗压强度0.8Mpa，渗透系数1.010-6cm/s，注浆施工过程中应合理控制注浆压力并应根据既有结构的的变形情况随时调整，施工过程中应严格控制精度避免破坏既有结构防水层。图5-8 风亭下方注浆加固布孔图5.2.3掘进前导洞处理图5-9 导洞加固及监测点布置图既有站下方土体加固完成后，1#、2#探测导洞暂不进行回填，安鼓区间盾构始发前，提前对

10、导洞进行加固处理保证探洞在盾构下穿过程中的安全稳定，同时加强探洞和地层的监控量测（包括土压力、钢筋应力、变形等）和巡视工作，充分发挥探洞在盾构下穿既有车站过程中为控制既有站变形提供补偿注浆空间的作用，做为对既有车站变形控制超标及后期变形控制的关键应急处理措施之一。导洞采用22a工字钢500mm进行加固，工字钢通过t=2cm厚钢板与格栅连接成整体，加固范围为隧道中心线两侧6m范围。5.2.4模拟段划分及掘进施工工艺（1）初始掘进段（模拟掘进段）施工工艺A、模拟掘进段选择盾构穿越既有站前66m的始发加固段（10m）和风亭段（56m）做为下穿既有站前的模拟掘进段。始发加固段主要根据深层布点的监测情况

11、及时对注浆及掘进参数进行优化；风亭段共分为4段，前45m每15m划分为一个掘进区段，后11m为第4段，通过前3个阶段的累加优化得到最佳掘进参数，在第4段采用此参数指导掘进，确保顺利通过既有站。B、成立模拟段领导小组模拟段施工期间领导小组组长及副组长轮流值班，所有成员24小时开机，保持联络畅通。C、模拟段施工计划盾构始发前，制定详细的掘进计划，按计划配备人力、资源及设备，以取得充分的数据，确保到达既有站主体前盾构调整到最佳姿态。图5-10 模拟段分段示意图表5-1 模拟掘进段掘进计划表日期掘进环数累计环数累计掘进米数备注沉降控制目标2-1211.2m加固区/2-122-15789.6m2-162

12、-17122024m风亭段15mm2-182-203238.4m风亭段22-212-224452.8m风亭段34mm2-2324655.2m风亭段4（开始进入影响区）3mmD、模拟段研究方法每15m的掘进区段均分为5个环节：刀盘进入影响区前、刀盘经过时、盾体经过时、管片脱出盾尾时，脱出盾尾5环。 a、刀盘在到达测点前15m开始进行数据监测，每环掘进10cm后进行读数，根据监测数据进行分析并调整优化土仓压力及土体改良剂等施工参数。图5-11 盾构刀盘到达影响区前示意图b、刀盘在到达测点时进行数据监测，读数后进行数据分析，根据分析结果及时调整出土量、掘进速度及泡沫剂等施工参数。图5-12 盾构机刀

13、盘到达监测点示意图c、刀盘通过测点后，盾壳位于测点下方时采集测点沉降量、沉降速率等数据，掌握在此类地层地况条件下，沉降规律及结果。图5-13 盾构盾体经过监测点示意图d、盾尾在到达测点时进行数据监测，通过读数后进行数据分析，根据沉降结果及沉降速率，调整同步注浆量、注浆压力、浆液凝结时间、浆液质量等施工参数。图5-14 盾构机盾尾经过监测点示意图e、盾尾脱出5环管片后，进行二次补浆，通过监测点的数据采集，进行分析二次补浆量、注入压力、浆液质量等施工参数是否合理，并进行优化组合，使土体沉降量控制在最大允许沉降控制值的80%以内。图5-15 盾构机盾尾脱出监测点示意图（3）始发加固段掘进控制要点盾构

14、始发初始，根据以往地铁盾构施工经验，拟定一套掘进参数，然后根据深层监测点及地面监测点的反应及时调整参数。表5-2 始发拟定掘进参数名 称技术参数备 注推进平均速度1020mm/min土仓压力0.08MPa上土仓压力注浆压力0.1MPa注浆量4.24.8m3/环出土量3940.85m/环综合松散系数1.051.1加泡量25004000L推力6000kN12000KN扭矩1200kNm1800 kNm盾尾进入隧道11.5m后，开始进行同步注浆，注浆量为4.24.8m3 ，注浆压力为0.220.25MPa；为加快浆液固结时间，浆液配合比如下表，凝固时间为46小时。同时，根据监测数据，合理分析对浆液配

15、比、注浆量和注浆参数进行合理优化。为确保下穿前模拟掘进段的监测数据的准确性，始发前在加固区段及风亭段埋设深层监测点进行沉降监测，同时对风亭内监测点进行加密，通过监测数据对盾构掘进参数进行优化。图5-16 监测点布置平面图在加固区段以（AG）SMD2为沉降监控点研究对象，该点位低端位于隧道拱顶1.5米，能充分反映盾构机过加固区段对地层的影响程度。表5-3 （AG）SMD2点沉降数据及曲线A、加固区施工总结通过（AG）SMD2沉降曲线发现此阶段掘进中盾构机刀盘在通过此点的时点位沉降1.5mm2.5mm；机身通过时点位沉降2.5mm5.5mm;拖出盾尾后此点位沉降5.5mm7.5mm。说明点位沉降主

16、要还在机身通过和盾尾拖出部分，应采取措施：a、针对机身部位沉降给盾构机机身部位采取侧壁加膨润土混合液系统；b、针对盾尾拖出后沉降措施优化同步注浆浆液参数并加大注浆量（4）风亭段施工控制要点风亭段约56m，共分为4段，前45m每15m划分为一个掘进区段，后11m为第4段。通过前3个阶段的累加优化得到最佳掘进参数，在第4段采用此参数指导掘进，确保顺利通过既有站。过风亭段采用在加固区优化的参数，如下表：表5-4 风亭初始施工参数 A、采用新施工参数后第一段风亭沉降点FTJ16数据如下：表5-5 FTJ16沉降数据曲线通过（AG）SMD2沉降曲线发现此阶段盾构机刀盘在通过此点的时候点位沉降1.7mm；

17、机身通过时点位沉降1.7mm-2.4mm；拖出盾尾后此点位沉降2.4mm。说明点位沉降主要在刀盘通过段，应采取措施：针对刀盘部位沉降，提高土仓压力，适量加大土体改良剂用量。B、2、3、4段施工控制要点通过对以上始发段及第一段风亭试验段的试验数据分析，将过2、3、4段风亭的施工指导参数设定如下：表5-6 2、3、4段施工指导参数a、参数调整后，监测点监测数据及曲线如下：表5-7 参数调整后，监测点监测数据及曲线 b、2、3、4段风亭施工总结通过对以上2、3、4段风亭试验段施工验段的试验数据分析，说明在通过此段时候采取的施工参数已经达到安全通过既有站的要求，过既有站掘进参数设定如下：表5-8 下穿

18、既有站施工指导参数（2）下穿既有站施工要点A、根据实际测量情况，既有二号线实测进站车速约27km/h，至左线隧道中心线上方最快车速约23km/h。B、计划于夜间停运期间，穿越轨行区。C、自第四段开始进入影响区，以前三段模拟段优化的盾构施工参数进行下穿施工，直至盾构机刀盘穿越既有站10m之后。图5-17 下穿既有站主体施工计划及位置示意图下穿前，在既有站两侧轨道安装自动化监测仪，实时监测轨道数据变化，调整盾构施工参数，穿越完成后及时进行二次注浆及多次补浆，根据监测结构，既有站最大沉降为1.75mm。图5-18 自动化监测仪图5-19 既有站轨道沉降自动监测数据曲线5.2.5盾构机性能改进工艺（1

19、）改造的必要性盾构掘进时，由于刀盘的开挖直径6280mm，大于盾体的直径6246mm6262mm，且盾体较长（长度为8969mm），此时整个盾体周围会有约2.4m3的建筑间隙，该间隙既无条件保压也不具备注浆条件（只有当管片拼装到此位置时，才具备管片壁后注浆的条件），此时由于盾体上方土体没有支撑措施，土体收缩，地层就会发生一定的沉降，见图5-20。图5-20 盾体通过时与上方土体间隙图（2）改造的必要性为更好的控制地层土体的沉降，须在盾体通过的时间段内采取如下措施：A、在前盾盾体上开两个50mm的径向孔，接上50mm的球阀，在盾体周围注入膨润土浆液，填充盾体和周围土体的间隙。（中盾内部布置有16

20、根推进油缸，10根铰接油缸，没有开孔安装球阀注浆的位置）。B、在尾盾上开两个20mm的径向孔，接上20mm的球阀，在尾盾周围注入膨润土浆液，填充尾盾和周围土体之间的间隙。（16根推进油缸要在尾盾内顶推管片及尾盾内有10根铰接油缸的铰接座，需要占用较大空间，因此只能安装较小的球阀和注浆管）。盾体注入膨润土见图5-21、图5-22。图5-21 盾体注入膨润土示意图图5-22 盾体注入膨润土照片a、膨润土浆液配比膨润土浆液配比见表4-5。表4-5膨润浆液土配合比膨润土（kg）水（kg）100500b、膨润土浆液注入压力膨润土浆液注入压力约为1.0bar1.2bar并应小于土仓压力，这样在注入膨润土时

21、浆液就不会流到刀盘部分去，由于同步注浆压力为2.0bar以上，同样也不会流到盾体后部去，该段浆液会滞留在此区域，起到支撑土体的作用。c、膨润土浆液注入第一次进行膨润土浆液注入时由前盾和尾盾的4个注入点一起注入，注入总量约为2.4m3，即整个盾体周围理论间隙量。首次注入量=盾体周围理论间隙量=盾体V=前盾V1+中盾V2+尾盾=2.4 m3 前盾V1=/4L1（D2-D12）=/42.21（6.282-6.2622）=0.4m3中盾V2=/4L2（D2-D22）=/42.919（6.282-6.2542）=0.7m3尾盾V3=/4L3（D2-D32）=/43.84（6.282-6.2462）=1.

22、3m3首次注入后，以后正常推进时每环注入可只由前盾注入点注入。持续推进时每环注入量=前盾V11.2/L1=0.41.2/2.21=0.22m37、质量控制措施7.1规范及依据（1）盾构法隧道施工及验收规范（GB50446-2008）；（2）地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999（2003版）；（3）铁路隧道施工规范（TB10204-2002、J163-2002）；（4）地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范（GB50307-1999）；（5）工程测量规范（GB50026-2007）；（6）城市测量规范（CJJ8-99）；（7）城市轨道交通工程测量规范（GB50308-2008）；（8

23、）地下铁道、轻轨交通工程测量规范（GB50308-1999）；（9）地铁工程监控量测技术规程（DB11/490-2007）；（10）其他现行国家、行业或地方安全生产规范及标准7.2质量控制措施（1）提前对施工管理人员及各班组进行教育，隧道施工前，对影响范围内所有建筑物进行一次普查，对其结构型式及和隧道的平面和立面关系等方面做到心中有数，并探明车站底部是否存在型钢等阻碍盾构施工的残留物，以保证盾构施工的正常进行；（2）盾构下穿前，积极与运营公司关部门做好沟通和协调，确保轨道防护及相关标志完成，以免影响地铁正常运营和维修；（3）作好穿越前的准备工作，通过先期试验段或相邻段确定合理的掘进参数，施工前

24、前应仔细检查盾构机刀具等，保证连续作业，避免在穿越期间更换刀盘；（4）严格控制推进速度，采用中低速均衡匀速施工，确保土体将推进所产生的应力充分释放，（避免由于推进应力过大或过于集中而对车站底板造成破环）；（5）严格控制盾构姿态，减少不必要的纠偏，尽量减小对土体的扰动；（6）及时进行同步注浆及二次补充注浆，合理控制注浆量及注浆压力，并根据收敛监测数据及时调整注浆量，为控制注浆压力，可在注浆管路中安装安全阀，（以免注浆压力过高或过低）；（7）合理设定正面平衡压力及其它施工参数，理论分析结合监测数据及时优化、调整掘进施工参数；（8）施工期间加强监控量测（既有车站结构，地面沉降，管线等），加强对道床与底板之间的裂缝观测， 如果出现裂缝要及时在道床与底板之间填充砂浆。 建立评估及预警机制，一旦超过预警值，采取相应应急预案；（9）盾构施工过程中，在后行盾构下穿前，应结合环境风险源中已产生的实际反应，对后续施工造成的影响作出评估及分析，必要时调整施工措施；（10）盾构通过后，根据环境风险源的监测结果及其实际反应进行“工后评估”，必要时采取相应措施确保环境风险源的正常使用；（11）做好应急准备，确保出现问题及时有效的采取措施，确保生命和财产的安全。8、安全保证措施8.1主要参照的安全规范及标准（1）北京