地铁穿越工程专项方案.doc

1、编制依据（1） 大剧院站东门站平纵断面施工图（2/2/D29/S/J28/WOO/YT/D2000/A)。（2） 构管片构造及配筋图（2/2/D29/S/J28/WOO/YT/D2000/A)。（3） 地下铁道工程施工及验收规范（GB 50299-1999）。（4） 盾构法法隧道施工与验收规范（GB 504462008）。（5） 地下防水工程质量验收规范（GB 502082002）。（6） 地下铁道、轻轨交通交通测量规范（GB 50308-1999)。（7） 工程测量规范（GB 50026-93）。（8） 建筑变形测量规范（JGJ/T8-97)。（9） 国家一、二等水准测量规范（GB 1289

2、7)。（10） 深圳地铁2号线东沿线土建2226标招标文件（2/2/D29/D/J28/WDO/YT/D001/A)。（11） 深圳地铁2号线东沿线大剧院站东门南站区间详勘阶段岩土工程勘察报告（2008年4月）（12） 深圳地铁2号线东沿线工程土建2226标段大剧院站东门南站区间土建工程地质补勘项目岩土工程勘察表(2009年1月）。（13） 地铁1号线管理单位相关技术要求。（14） 海瑞克盾构设备相关技术要求。（15） 国家、部委、地方现行有关技术规范、标准、规定等。盾构施工方法，措施根据地铁1号线工程结构特点及与2号线隧道位置关系、下穿地质条件等因素，结合海瑞克、维尔特盾构设备特点，不同工况

3、条件下采取不同的掘进方法措施如下。1. 连续、快速、匀速下穿1号线采取连续、快速、匀速通过掘进措施，减少盾构机在1号线下方停歇时间，及早对管片背后空隙进行注浆填充，让管片尽快支掌底层，同时注浆阻止底层失水，因而可缩短隧道上方底层后期沉降继续发展时间，保证1地铁线的安全。为保证盾构能够连续、快速、匀速通过，做好盾构施工组织管理工作，做好掘进、拼装、注浆、运输等各工序的衔接以及盾构队作业班的交接工作，尽量减少认为停机时间。在掘进过程中，各关键岗位（盾构司机、管片拼装工、电瓶车司机、龙门吊司机）选用有施工经验的人员，定岗定人。在施工过程中加强对机械设备的维护保养，尽量保证不因机械故障而停机，保证盾构

4、机连续掘进。掘进前对掘进参数进行严格按照技术交底进行，施工过程中严禁擅自改变，确保盾构机匀速向前掘进，减少对土体的扰动。2. 掘进模式及参数（1） 左线下穿地铁1号线采用土压平衡、微扰动掘进模式左线下穿地铁1号线虽然全断面为、硬岩层，自稳性好，但隧道洞顶硬岩层非常薄，上部的和地层自稳性差，容易塌方，与盾构在上软下硬地层掘进类似，特别是与1号线净距离只有1.78m，掘进时尽量避免过大扰动洞顶上不地层，因此在下穿地铁1号线前后30m范围内采用土压平衡、微扰动掘进模式。土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土充满腔室，然后利用土仓内泥土压与作业面的土压和水压相抗衡，与此同时，用螺旋式输送机排土机构，

5、进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持正面土体稳定，并防止地下水土的流失而引起地表过大的沉降。 刀盘转速的选择：岩石硬度较高，硬岩处刀盘的滚刀受力较大，硬岩对刀具磨损较大。适当增加刀盘转速，使每个切削断面在单位时间内切削次数最大，从而加大切削能力，刀盘的转速控制在2.03.0r/min。 土仓压力：土压力宜控制在180220 kPa左右，防止土仓压力不足造成洞顶水土流失，出现土体坍塌。 油缸推力的选择：由于硬岩层对刀具的磨损严重，应减少刀具在连续工作时受到的冲击力以保护刀具。刀盘扭矩保持在1 8002 200kNm，掘进速度保持在610 mm/min

6、，推力在 1 3001 700 t之间，根据实际情况个参数值可进行适当调节。 螺旋输送机转速的选择：土压的保持是非常重要的。由于洞顶软岩部分非常容易坍塌，而硬岩部分硬度较高不易切削，为保护刀具需要降低推力，但此时的掘进速度对软岩部分的稳定非常不利。因此要保证掌子面的稳定性，需要保持土仓压力与掌子面压力的动态平衡，螺旋输送机转速一般设置在38 r/min之间，实际操作根据土仓压力波动情况以及出土情况定。 盾构掘进应尽量不扰动原始地层，防止由于地层应力释放沉降问题的发生。因此，在掘进时采取微扰动掘进模式，将掘进速度控制在10 mm/min之内，同时将土仓压力变动幅度控制在30 kPa之内，这样使无

7、论盾构是在掘进状态还是停机状态，均可以相对维持土仓压力与掌子面的平衡，避免压力大起大落，产生对掘削地层的扰动，从而达到控制沉降的目的。（2） 右线过地铁1号线采用半敞开掘进模式右线过地铁1号全断面为、硬岩段地层，掌子面自稳性好，不易发生坍塌。考虑到隧道顶岩层只有2.8m，且距离正上方为运营的1号线底部只有2.76m，采用半半敞开掘进模式进行。由于岩石强度偏高，刀盘刀具磨损严重，过大的推进压力和刀盘的旋转速度，都极有可能使刀具提前报废，不且成本高，而且推进速度慢，如果在1号线下方换刀，则对1号线运营构成极大的安全风险，因此必须选择合理的掘进参数。 刀盘转速的选择：硬岩中由于整个断面的岩石硬度较高

8、，盾构掘进中滚压破岩时刀具受到的压力较大。为确保刀具在瞬时受到的冲击力不超过安全载荷25t，不易采用太大的刀盘转动速度掘进，应将刀盘转速控制在1.51.7r/min。 土仓压力的选择：硬岩中掌子面自稳性较好，可保持较低土压进行掘进。上部土压保持在0.050.1MPa，下部土压保持在0.150.2MPa，土仓内渣土约有2/3左右。若地层含水量大时，上部土压适当提高0.030.05MPa，将地层水与开挖仓隔离，降低掌子面渗透水量，从而降低地层水流失，控制地表沉降。 油缸推力的选择：硬岩掘进时以盘形滚刀为主进行破岩，刀具滚动产生冲击压碎和剪切碾碎的作用，达到破碎岩石的目的。一般情况下，推力是滚压破碎

9、中主要参数。刀盘转速在1.51.7 r/min时，每转一圈刀具贯入量为35 mm，掘进速度在46 mm/min之间。扭矩一般控制在1 7002 000 kNm。油缸推力在1 4001 700 t间调节。 螺旋输送机转速的选择：在硬岩掘进中，掘进速度慢且土仓内渣土量少，螺旋输送机转速的调节对掘进速度的调节作用不太明显，主要用来调节土仓压力，螺旋输送机转速在610r/min间进行调节。（3） 渣土改良刀盘前方注入泡沫进行渣土改良。泡沫溶液的组成：泡沫添加剂3%5%，水97%95%。泡沫组成：90%95%压缩空气和5%10%的泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按开挖方量计算：400 mL/m3600mL

10、/m3,注入率100mL/min150L/min。盾构遇软地层或地下水较大时，拟在刀盘选取2个泡沫主入高分子材料，注入孔配置为：1个注入孔加水，另外2个注入孔加泡沫剂。另外在螺旋输送机前端增加TAC注入口，利用3%5%浓度TAC对砂土的吸水性能在螺旋输送机内形成土赛效应，防止刀盘前方TAC高分子材料注入率40mL/min80mL/min。3. 设置两处试验段试验段一：右线下穿笔架山水桥，225245环，试验段长31.5m（也作为下穿广深铁路桥的实验段）。试验段二：左、右线下穿广深铁路桥，460485环，试验段长37.5m。盾构下穿笔架山水桥及广深铁路桥与1号线有类似的地质条件，计划2010年3

11、月上旬和4月上旬盾构下穿上述两处试验段，安全断面硬岩采用半敞开模式、上软下硬地层采用土压平衡、微扰动掘进模式，按上述掘进参数进行施工。试验段完成后，分析掘进参数与桥梁变形和土体沉降的关系，查找规律，选取适当的下穿1号线掘进参数，并应用于下穿1号线前5015m盾构掘进，根据实际掘进及地表沉降情况，对下穿1号线参数做最后调整。4. 盾构刀具选择及换刀盾构下穿地铁1号线是在全断面硬岩、地层掘进，刀盘安装滚刀破岩，原理是利用滚刀挤压、冲击、剪切碾碎作用达到破碎岩石的目的，再用刮刀辅助切削岩石，因此，刀具质量好坏直接影响掘进施。本工程硬岩平均抗压强度在3060 MPa之间，个别地段岩石强度最大为123M

12、Pa，岩质较脆，块状构造，PQD指标26.5%53.9%。项目部在选购刀上采取如下措施：工程技术人员联合供货厂家技术部门，针对本工程的硬岩特性，进行刀具改进技术的研究，生产适合本工程地质盾构施工的刀具。主要有如下特点：a.高强度、高韧性、能切入岩石表面，具有破碎岩石强度150MPa以上的能力，且不容易崩裂;b.高耐磨性，延长使用周期，减少换刀停机次数对掘进的影响。根据刀具的磨损情况，有计划地更换道具，选择在盾构通过地铁1号线前更换新刀具，避免在1号线隧道的正下方更换刀具。根据地质资料，拟定在里程ZDK32+450处（左线651环、右线657环）进行刀具检查和换刀，此处距离1号线隧道15m，地质

13、条件较好，左、右线全断面硬岩层，且洞顶层厚度有2.0m以上，可以打开土仓直接进行换刀。如实际地质条件差，地层不稳定，则采取带压进仓换刀。由于带压换刀难度大，危险性大，受地层的影响比较大，将根据实际地层情况，选定相对地质条件较好的部位进行带压换刀，对不符合带压换刀条件而又必须进行换到的情况，必须采取有效地层加固措施（如注浆等）满足带压换刀条件后才能实施带压换刀作业，实施前制定详细的带压换刀作业指导书 ，盾构施工前做好相关的人员、设备及技术等准备工作。5. 严格控制出土量原则：保持精确出渣计量，确保出土不超量。由于盾构机的特殊构造，使其无法观察掌子面的情况，只能通过出渣量的大小来推算掌子面的情况，

14、出渣量过大，掌子面就有出现坍塌，所以必须控制好出渣量。根据计算，实际每环出渣量为70 m3左右（虚方），用电机车渣土计量为每环4.5斗左右。现场实际计量时，出土量控制可采用掘进300 mm出渣1渣斗车控制，如出土量超标，会使上层土体沉降、塌陷，导致地铁1号线下沉、开裂和地面塌陷。在下穿施工过程中，项目部将对出渣量控制进行专门技术交底，并作为一项制度来落实 ，严格进行控制。6. 注浆控制措施在盾构施工中，当管片脱离盾尾后，在围岩与管片之间会形成一道宽度为115140mm的环形空隙。为了尽快填充环形间隙，使管片尽早支掌底层，防止地层变形过大而危及1号线安全，必须同步进行注浆。本工程盾构过地铁1号线

15、将采用每环同步进行壁后注浆，作用有三：一是保证管片在短时间内稳定。二是保证管片壁后与隧道围岩之间段时间内凝固并填充密实，堵住后面来水，防止盾构后面来水涌入刀盘前方造成“喷涌”的可能，造成出土量无法控制，因为往往在发生“喷涌”时出土量是无法得到准确计量的。三是保证盾构过后的后期沉降。注浆压力取0.0250.5MPa。注浆要做到“掘进、注浆同步，不注浆、不掘进”，通过控制同步注浆压力和注浆量（每环注浆量5.0m3左右）双重标准来确定注浆时间，具体注浆参数通过试验段地表沉降情况进行确定。由于浆液凝结收缩以及同步注浆不足的情况下，管片壁后还可能存在一定得空隙，同步注浆结束 24 h后进行二次补偿注浆。二次注浆采用双液浆（水泥：水：水玻璃=1:0.8:0.5，水玻璃的渗透量根据需要胶凝时间现场试验确定），注浆压力控制在0.5 MPa左右，保证管片与围岩之间填充密实。在下穿1号线前，对注浆设备（包括备用注浆泵）和搅拌站做全面的维护保养，做好充足的材料准备，保证注浆能快速、连续进行。7. 预防喷涌措施盾构在掘进过程中经常也会遇到“喷涌”问题，造成土方无法控制，出土量超过理论计算量。出土超量会导致地面坍塌事故的发生，所以需采取措施预防掘进过程中“喷涌”问题的发生。