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1、2.1工程概况南端闵行区莘庄站-北端宝山区富锦路站盾构区间隧道双延米3689.00m，一号线设计时，正线在K1+487.9处以500m半径曲线右转弯，以34上坡出洞，作为临时地面正线，并在隧道内预留了向上海南站延伸的接口。向北端宝山区前进，本区间线路基本沿直线前进，只有两个曲线段，在靠近附近曲线半径的左转弯曲线，线路两侧建筑较多，地下水丰富。上海轨道交通一号线南端闵行区莘庄站-北端宝山区富锦路站盾构区间线路纵断面。2.2地质概况地形、地貌南端闵行区莘庄为软弱土层，20.0m深度范围内有成层的砂质粉土。本场地此层为易液化土层、本区间属于软弱地层，北端宝山区富锦路位于长江三角洲的冲击平原，是在江流

2、海潮共同作用下，以长江为主的河流所带的泥沙不断淤积而成，整个地势西北高、东南低属于软土地层。海拔2.8m至4.1m之间。呈缓坡壮倾斜。含水层分布较广。2.3水文概况本区间位于长江三角洲的冲击平原，地下水比较丰富、闵行区第II、III、IV,吴泾第II、III层含水层含水层均为咸水。宝山区一带埋藏着燕山晚期侵入花岗岩体。上海更新新世纪时期的五期河流相堆积在本区发育良好，构成五个承压含水层，主要岩性为中、粗砂石夹粉细纱层碎屑岩裂隙水主要含水层为石炭系、第三系岩层的强风化带和中风化带中，岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂。本区间地下水对混凝土结构无腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋具微弱腐蚀性；与含水层相向的隔水

3、层，由以湖相堆积层为主的粘性土、粉性土组成。2.4结构设计概况盾构法隧道采用圆形隧道限界为5200，管片内径5400，管片厚300mm，线路最小曲线半径R2000m，采用1.5m宽管片。管片拼装采用直线环与楔形环组合的方式。区间共设3个联通通道，均采用地面加固后竖井开挖。联络通道处管片采用钢管片通缝拼装，一个联络通道左右线共需4环钢管片，区间共需要12环钢管片。第三章 盾构掘进总体部署3.1盾构掘进施工总体方案城站区间左右线采用两台泥水盾构相隔一个月始发，由闵行区莘庄站站南端始发，宝山区富锦路站北端头吊出，到富锦路站后吊出。3.2施工总体安排本区间盾构隧道右线长度2258m，左线长度为2258

4、.69m，长链0.69m双线共计4516.69m，盾构区间附属工程主要为3个联络通道（其中1#、3#联络通道不设废水泵房，2#联络通道与废水泵房合建）、盾构始发和到达端头加固施工以及四个洞门的施工。盾构掘进始发前完成旧桥的拆除重建、建筑物保护、软弱地层处理、端头加固和联络通道地面加固工作，盾构机负环拆除后进行始发洞门施工，盾构机过联络通道加固区后进行联络通道及泵房施工，盾构机吊出后进行到达端洞门施工，同时进行隧道清理工作和预留洞口施工。盾构区间拟采用2台泥水盾构机施工，第一台盾构机于2013年5月1日始发，第二台盾构机2013年6月1日由始发。两台盾构机都由闵行区站始发，到宝山区站吊出完成区间

5、施工，区间掘进完工日期为2014年4月17日。第四章 盾构机设计选型4.1盾构机选型本区间盾构工程施工条件：盾构隧道长度：左线2258m，右线2258.69m；隧道覆土厚度最小约4，最大约10m；平面最小曲线半径为2000m；最大坡度为5，；隧道内净空：5400mm，管片外径6000mm，管片环宽为1.5m；计划进度：左、右线平均月进度约180m。经认真研究合同文件及地质资料，采用2台泥水加压平衡式盾构机进行本区间隧道施工，具备保压系统装置、人闸气压装置，满足盾构机在各种地层下进行开舱作业的要求。4.2工程特点及选型依据上海市轨道交通一号线南端闵行区站盾构区间隧道均为两条圆形隧道，内径5.4m

6、，左线长度2258.69米，右线长度2258米，盾构掘进机的选型与所穿越的地层及周边环境、线路走向、曲线等关系很大，选型合适与否直接关系工程的成败。1）工程特点和施工条件（1）盾构穿越地层、线路及周边环境的特点详见“工程概况”（2）地层变形要求地表变形量不大于10mm/-30mm。隧道推进轴线与设计轴线偏差不大于50mm。2）选型依据和设计特点根据以上地质条件结合工期要求，用于本区段施工的盾构掘进机，必须具有稳定开挖面、平衡泥水压力、平稳穿越软硬变化较大的地层，最大限度减少地表沉陷的功能，必须具有较强的纠偏抗扭与弯道施工的能力，必须具有较好的经济性和较长的使用寿命，必须确保各项作业的安全性和可

7、靠性。结合目前上海、广州、天津和南京地铁一号线盾构区间施工资料，选用带面板式刀盘的泥水平衡式（EPB）盾构掘进机，是目前在软土地层中，进行隧道掘进施工的一种较好机型，可以较好的控制地表的变形。综上所述，经过分析比较，并结合国内使用的经验，本标段选用德国海瑞克6280mm铰接型泥水平衡盾构机。4.2.1各部功能描述1）盾体盾体钢结构设计能够承受预测的水压和土压（较差情况预测为6 bar）。盾体为分块设计。盾体采用螺栓连接，所有的法兰盘都进行了机加工以保证精度：分隔舱板将盾体分隔为两个舱室；前舱即开挖舱，包含刀盘于其中，并充满了流体；该流体通过后舱即气泡调压舱的“气垫”提供给开挖面和后舱保持“压力

8、平衡”。两个舱室间的通道为隔板上防水门。而盾构机内部到压力舱室的通道为气闸，包括人闸和紧急气闸。工作人员通过这些通道就可以对刀盘进行维护作业。在舱板的后部有如下装置：（1）一个气闸（2）安装主驱动的机加工法兰盘（3）推进油缸前部固定装置（4）泥浆管接头（5）冲刷喷嘴 （6）水、压缩空气、电气设备等连接管线（7）连接到刀盘区域的排水系统的接头（8）应急电源接头（9）海瑞克公司关于减少堆积和结块的理念：（10）集成冲刷喷嘴的定子和转子（11）工作舱壁上和搅拌器上的冲刷喷嘴（12）90角圆形渐变（有利于物料流动）（13）刀盘主驱动是用机械的方式通过法兰盘与压力舱板连接的。扭矩通过驱动单元的扭矩箱直接

9、传递到盾体上。2）刀盘刀盘设计成盘形结构且带有很宽阔的进料口。8根辐臂支撑的厚壁法兰连接主驱动装置，并作为前盾的连接基座。8根幅臂由厚壁管制成。刀具形式：（1）软土刀具（齿刀）：64把（2）双刃滚刀：14把（3）双刃中心滚刀：6把（4）边缘刮刀：16把3）刀盘驱动系统刀盘驱动系统用以驱动刀盘旋转，对土体进行挤压和切削。主要由大轴承、大齿圈、密封圈、减速器及马达等组成。刀盘用高强度螺栓与大齿圈连接，大齿圈即为大轴承的回转环，马达带动减速器输出轴上的小齿轮，小齿轮与大齿圈啮合，从而驱动刀盘旋转。大轴承既承受刀盘的自重，又承受盾构掘进机的推进力，是盾构掘进机的主要组成部件。为了获得最大的主轴承寿命，

10、设置有密封装置，由加压润滑油系统来润滑。盾构掘进机在开挖软弱围岩时，采用高扭矩，低转速的工况；当盾构切削硬岩时，增大流量，采用低扭矩、高转速的工况。4）铰接装置为了使盾构掘进机适应曲线段的推进，能够灵活转向，把盾构掘进机设计成铰接式，从而易于转弯，减小曲线超挖量；并能减少顶进管片的偏压，提高隧道施工质量，也易于对掘进方向随时进行修正。铰接装置使盾构掘进机分成前后两段，两段之间通过铰接千斤顶操作，可使盾构掘进机前后两段绕铰接中心沿圆弧面上下、左右回转，满足盾构掘进机顺利转弯和坡度的要求，使盾构掘进机转弯方便，减少曲线超挖量及对土体的扰动。盾构掘进机铰接处设有机械限位，以保证盾构掘进机推进时前后节

11、绝对不会脱开，并保证达到设计转角位移要求。铰接装置设内外两道密封，以防泥水进入。5）人行闸门气压仓在盾构掘进机密封隔板处设有一道人行闸门，闸门处有一气压仓。当在泥水平衡工况下施工需要进入泥土密封仓内排除障碍或调换切削刀具时，先将泥泥水仓内充以压缩空气，用以疏干并支护开挖面土体，然后人员再通过气压仓的加、减压过渡而出入泥泥水仓。6）推进系统盾构掘进机是通过沿中盾周边布置的盾构掘进机千斤顶支撑在已安装好的管片衬砌上所产生的反作用力而前进的。为了不使千斤顶端部承受管片的集中荷载，造成偏心荷重，支座设计成铰接式，并设置支板均匀地将力传递到管片的环面上。把盾构掘进千斤顶分成若干扇区，每个扇区由一只电磁比

12、例减压阀控制，用来调节各组扇区千斤顶的工作压力，从而纠正或控制盾构推进的方向，使符合设计轴线的要求。7）盾尾密封盾尾密封用以防止地层中的泥土、泥水、地下水和衬砌外围注浆材料从盾尾间隙中漏入盾构。由三道钢丝刷和一道弹簧钢板组成。在每两道密封之间注入密封材料、油脂等，作为防高压水措施，以提高密封效果，并可减少钢丝刷密封件与隧道管片外表面之间的磨擦，延长密封件的寿命。8）背衬充填与注浆系统采用盾构法施工的隧道，是沿着盾构掘进机的外壳进行开挖的，而作为衬砌的管片则是在盾尾内部组装起来的，所以当盾构掘进机推进时，围岩与管片间由于盾尾的抽脱及超挖等原因就形成了空隙，这一空隙如不加处理地搁置，不可避免上面的

13、围岩要向下沉降，其结果是发生波及地表的沉陷，严重的会危及地表建筑物的安全，因此，及时地进行背衬充填与注浆可以起到压实松动的围岩，以防地表沉陷，提高隧道止水性，防止管片漏水，将管片与围岩一体化，确保管片衬砌的稳定。9）管片拼装机构拼装机的功能是安全且迅速地把管片组装成设计形式，它具有伸缩臂、夹具前后移动以及臂回转的功能。拼装机回转由马达驱动；管片的轴向平移和封顶块的轴向移动，由平移千斤顶操作夹持器来完成；管片的提升由液压油缸操纵。这些液压缸和马达由一个独立的液压泵站供油，简化了管线布置，避免管线的机械运动。10）泥水循环泥水平衡盾构机技术是基于流体支撑和泥浆泵系统。膨润土泥浆系统把切削下来的渣土

14、从开挖舱运输到地面上的分离设备（通过泥浆管路）。在分离厂，固体物料被从膨润土泥浆里分离出来。回收的膨润土浆泥浆经过循环管路被泵回到开挖舱和气压调节舱。在紧急状况下，使用安装在控制室的紧急停止开关可以关闭泥水回路。（1）TBM上的流量测量装置流量测量装置安装在后配套上的进浆泥和排浆管，随时监测膨润土泥浆流量。流量监测装置的最大量程为850m/h，泥浆循环工作需求能力为500600 m/h。（2）液位监视利用液位监视器气压仓液位。变化可较直观地了解气压调节仓工作情况，有助于环流的调节。在气压调节舱有（最低液位限制开关和最高液位限制开关）两个液位限制开关，对泥浆循环自动调节，起到保护开挖舱支撑面稳定

15、的功能。最低液位控制点位于隔离舱板开口的上方。最高液位控制点在通道门边的下方。当液位低于最低液位控制点，排浆管球阀及排浆泵自动关闭：当液位高于最高液位控制点，进浆管球阀及进浆泵自动关闭。（3）支撑压力监控支撑压力传感器是专门为泥浆工作条件开发的，用来测量气压调节舱的压力和开挖舱的压力。掘进机操作司机获取盾构机前面的支撑压力，通过这些信息来监测支撑压力从而控制工作面的稳定。（4）碎石机在气垫调节仓底部安装有颚式碎石机 ，由两个油缸运转。碎石机动作有三组：摆动、自动、手动，最大碎石粒径为450mm 。第五章 盾构区间掘进施工方案5.1.1掘进工况本区间地形呈北高南低之势，北部为丘陵地带，南部为广花

16、盆地，形成东北向西南倾斜的地形。本区间位于广花盆地边缘，属于河流冲洪积平原，地势平坦宽广。隧道线路穿越的地层为粉细砂层、中粗砂层、冲积洪积粉质土层等软弱地层。地层含水较丰富，选用泥水盾构机能够很好的控制地面的沉降，保证周边建筑物的安全。1）盾构机下井吊装方案（1）将盾构机各部件运至始发井口的组装场地，用吊车将分解后的盾构部件吊入始发井，进行组装及调试。为此拟计划租用260吨吊车，80吨吊车各一台。其中，80吨吊车将配合260吨吊车完成盾构机的中盾、前盾、刀盘的空中转体，然后由260吨吊车单独将前盾、中盾、刀盘放入井中，完成组装任务。盾构机的其它部分以及后配套设备将由260吨吊车独立吊入井中，完

17、成吊装任务。 （2）盾构机整体重量和体积均较大，为满足和吊装要求，需将盾构机刀盘系统、前盾系统、中盾系统、盾尾系统、管片拼装系统、泥浆循环输送系统以及后配套系统等部件分别吊装。见下页5.1.21“盾构机吊装流程图”。（3）盾构机下井拟采用的索具是6根直径56mm，长度8.5m，抗拉强度是1670Mpa，其最小破断拉力是1540KN（钢丝绳型号637fc）；4根直径是32mm, 长度17.5m（对折使用），抗拉强度是1670Mpa, 其最小破断拉力是504KN（钢丝绳型号6卸扣全部采用6件50吨美制弓形卸甲。吊入盾尾并与中盾联接吊入刀盘并与前盾联接安装泥浆输送系统液压、电气系统安装、调试吊入管片

18、拼装机并与中盾进行组装吊入车架、联接桥依次吊入前盾、中盾组装前盾、中盾吊入电瓶车、管片车，向后推入车站安装联接桥、车架部件盾构机吊装流程图 图5.1.2-1（4）注意事项：两台吊车的配合要默契，动作要平稳，严禁速度过快，信号工要积极配合，要及时准确的发出信号。盾构机的起吊、组装工作由专人指挥，统一行动。为了保证盾构机的初始定位状态准确，要求在安装起吊点时定位要准确，否则将给后边的调整工作带来一定的麻烦。吊装过程中所吊部件不可出现大的晃动，如果出现要迅速消除。2）盾构机组装方案（1）盾构机盾体的各部件组装前盾与中盾的连接管片拼装机与中盾的连接盾尾与中盾的连接刀盘与前盾的连接泥浆循环系统与前盾的连

19、接完成盾构机主体的组装（2）盾构机后配套车架的组装连接详见“盾构机后配套车架组装连接流程图”。完成后配套车架连接 第1号后配套车架 第2号后配套车架 第3号后配套车架 第4号后配套车架 第3号与第4号后配套车架连接 第2号与第3号后配套车架连接 第1号与第2号后配套车架连接盾构机后配套车架组装连接流程图 图5.1.2-2（3）盾构机的全部组装连接详见“盾构机全部组装连接流程图”。连接桥 连接桥与后配套车架连接第4号与第5号后配套车架连接后配套车架盾构机主体盾构机与连接桥连接管片输送机完成所有盾构机的连接盾构机全部组装连接流程图 图5.1.2-3（4）盾构机的液压管线连接第2号车架与第1号车架的

20、液压管线连接第1号车架与连接桥的液压管线连接连接桥与盾体的液压管线连接盾构机的电气线路连接。3）盾构机拆卸方案（1）拆卸顺序盾体全部进入接收井刀盘前盾中盾盾尾管片拼装机桥架车架1车架2车架3车架4。（2）盾构组装及拆卸的安全保证措施严格遵守起重作业安全操作规程；每班作业前实行技术和安全交底，指定专职安全员负责日常工作；盾构大件的装卸车90翻转由专人指挥，统一行动；施工前向所有作业人员进行详细的技术交底，明确整个作业过程及各人职责；遵守起重作业安全操作规程及项目经理部制定的安全操作规定；现场设专职安全监督人员，负责检查安全工作的落实与改进；盾构机的分解、运输、起吊、拆卸及过站等项工作由专人指挥，

21、统一行动；卷扬机牵引作业时，车架前方严禁站人，以防溜车，在车架尾端加装驻车器；顶升移位作业时，所有千斤顶统一编号，并由专人负责协调指挥，现场设有应急千斤顶，以备特殊情况下使用。4）盾构机调试方案所有的调试与验收包含了以下各个系统：（1）推进系统（2）刀盘驱动系统（3）管片拼装机系统（4）同步注浆系统（5）集中润滑系统（6）盾尾密封润滑系统（7）供水系统（8）压缩空气系统（9）管片吊机系统（10）泥水循环系统（11）通风系统（12）供电系统（13）通讯系统（14）导向系统（1）泥浆处理设备的组装本标段泥水压力平衡盾构机掘进时，采用直径为300mm的送浆管和排浆管来进行掘进中的泥水循环。因此，在掘

22、进前必须对泥水处理设备进行较好的组装，以防在掘进时发生泥浆处理设备的渗漏甚至爆裂。（2）泥浆处理设备的调试在盾构机掘进前，必须对泥浆处理设备进行调试，根据始发端头的地质情况来对泥浆的比重和密封仓内的气体压力进行调整。泥浆处理设备的调试，有利于盾构的始发，使盾构进入正常掘进状态的时间减少。盾构掘进机始发是盾构施工的关键环节之一，始发流程如下图所示：安装盾构始发基座始发端隧道地层加固盾构机组装、调试安装密封圈、调试后续设备组装负管片、盾构机调试运转盾构机贯入作业面盾尾通过始发井，管片后部注浆安装盾构反力架盾构始发流程图 图5.1.3-11）盾构掘进机始发的准备工作（1）探孔施工在盾构机到达前，凿除

23、洞门前，从接受井内对围绕盾构环对加固体进行探孔探测，探孔的布置一般结合地面加固时的抽芯来布置。探孔用水平地质钻机搭设支架平台施作，探孔时应结合端头加固的抽芯情况来做。（2）水平注浆施工通过探孔对加固体进行检测，如发现探孔中有大量水喷涌，及时采取双液浆注浆封堵，并进一步检查加固体的加固效果，采取其他辅助措施进行降水施工。孔口埋管及钻孔施工压浆孔钻孔前，先在孔口位置预埋止水装置管，孔口埋管质量的好坏和钻孔的施工质量，对注浆能否成功起着关键的作用。孔口管采用89无缝钢管预埋，长1.0m，钻孔机械采用电动空心钻，孔口连接法兰，便于安装止水阀，压浆钻孔时一旦有水涌出便于封水。压浆钻孔孔径为65mm，钻孔

24、时钻杆从预埋钢管中钻入，严格控制钻孔位置和角度达到设计要求。加固范围及钻孔注浆原则 加固范围：涌水探孔位置的四周加设四个钻孔，间隔50cm。钻孔注浆原则：按设计钻孔顺序进行钻注，不能打孔太深，遇水即注，钻一个孔注一个孔，每孔按照要求反复钻注，每次钻注不得超过1m，并且严格控制注浆压力，严格掌握注浆参数并及时调整。选择双液注浆A 水泥浆浓度：水灰比1：1，即15袋水泥搅拌成1m3浆液，用水750升；水玻璃波美度：3040Be，C：S ： 1：1，实际注浆过程中根据进浆量变化及压力的变化可适当调浓或调稀一级，以确保施工质量，施工过程中做好施工记录。B 注浆压力：注浆终压设计值根据地面隆起情况取35

25、MPa，注浆时要格控制注浆压力，防止地面隆起破坏地表结构。根据现场实际情况，可适当调整注浆压力。C 浆液扩散半径：R=35m。D 注浆结束标准：按设计达到注浆压力，在注浆设计终压下，持续30分钟，并且进浆量明显减少。多孔检查均不出水即可。E 封闭死角注浆：在检查探孔不出水后，在洞门底部紧贴地连墙按45方向进行死角探水封闭注浆。钻孔注浆设备和布置A 钻孔注浆设备钻机选用KQJ-100型电动潜孔钻和YT90潜孔钻各1台。注浆采用27GZ60/120型注浆泵2台（25Mpa，注浆量0.48m3/min）。B 砂浆搅拌机2台。注浆站的布置浆液搅拌罐布置于地表适当位置，搅拌好的浆液用管路输送到作业场所。

26、注浆泵布置于洞口作业面附近，以便于操作及观察注浆压力作业面情况。双液注浆工程质量的保证措施A钻孔a布孔：严格按照施工设计图布孔并进行复核。b钻机定位：定位准确，钻头点位误差20mm。钻杆垂直度误差1度。c钻孔：密切观察钻进尺度及溢水出水情况，出现涌水时，立即停钻，先行双液注浆止水，再分析原因。确认止水效果后，方可继续钻孔。B 配料计量工具必须经过检验合格按照设计配方配料。C双液注浆按照设计的双液注浆程序施工。进浆量必须准确，严格控制双液注浆压力，双液注浆方向并由专人操作，当压力突然上升或从孔壁、地面溢浆以及跑浆时，立即停止双液注浆。应采取措施解决并确保双液注浆量。D双液注浆完毕后，应采取措施保证不溢浆。不跑浆。E由专人负责每道工序的操作记录。（3）始发反力架、临时环形钢管片以及始发基座的安装盾构始发基座安装示意图 图5.1.3-3盾构始发反力架示意图 图5.1.3-4（4）盾构掘进机的组装、调试说明： 盾构出洞后支撑包括反力架和负环管片，反力架由箱型钢梁和钢管斜撑组成，负环管片由七环钢筋砼开口通缝拼接。 反力架与始发井结构底板上的预埋件焊接。 反力架通过钢垫块调节工字钢至结构侧墙间距离，以便于负环管片安装和拆除。（5）洞门止水装置的安装由于不破除车站围护结构连续墙，为保证盾构刀盘不破坏洞门止水装置，需在盾构组装完成后进行始发钢套筒安装。