上海地铁区间隧道6傅德明.docx

1、上海地铁区间隧道6傅德明上海地铁区间隧道直径 6.34m 土压盾构施工上海申通轨道交通研究咨询有限公司 傅德明1工程概况上海地铁规划22条线路，总长1050km,见图1所示，其中大部分为地下铁道。已 建地铁1、2、3、4、5、6、7、8 9、11号线共10条线，运营长度330km,日客流量达 400万人次。在建10号线和2号线东西延伸段长度约90km,将于2010年4月上海世博 会前建成运营，使上海的运营地铁线路达11条约420km,日客流量可达500万人次。2012 年将建成运营 500km。上海地铁区间隧道 95%以上采用土压盾构掘进机施工，自 1990年地铁 1 号线工程正 式开工以来的

2、19年间，已掘进隧道约达400km,其中，前10年仅施工40km,后9年施 工 380km。 2008年使用的盾构掘进机多达 97台。 2007年掘进隧道 80km， 2008年掘进隧 道 140km。I图1上海地铁线路总平面图MS上海地铁1号线试验段始建于1980年，于1989年全线开工，全长14.5km,其中18km 区间隧道首次采用7台6.34m土压盾构于1990年起陆续掘进施工。上海地铁1号线于1995年4月建成运营，成为我国第一条采用盾构法施工的地铁线路。1996年至1999年，上海地铁2号线工程圆隧道部分西起中山公园站， 东至龙东路站，双线（上、下行）全长24km,采用10台6.3

3、4m土压盾构掘进施工。2000年至2007年的8年中，上海地铁4、6、& 9号线约140km区间隧道采用40余 台盾构掘进施工，并首次应用 5台双圆DOT盾构掘进8.2km隧道。2008年在建的5线2段约260km区间隧道共采用97台盾构同时掘进施工，创世界盾构隧道工程史新纪录。2 工程地质概况上海地铁隧道的埋深最浅的为11m （最小覆土 5m）,最深的达35m （穿越黄浦江底） 上海市区的地层从地表以下依次为杂填土、粘土、灰色淤泥质粘土、灰色淤泥质粉质粘 土、灰色粉质土、粉砂、暗绿色粘土。盾构穿越的地层大多为淤泥质粘土、淤泥质粉质 粘土，也有穿越粉质土、粉砂，见图 2所示。图2上海地层地质剖

4、面图淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土具有含水量饱和 （40%55%），孔隙比大（1.01.4），内力小（1.0kPa13kPa,内摩擦角小（7o15c）,易塑流等，属高压缩性土。土的主要指标见表1。表1上海地铁隧道穿越地层土的主要指标土层名称重度含水量孔隙比内摩擦角标准贯入度r(kN/m 3)W(%)e0(0N灰色淤泥质粉质粘土17.7431.16152灰色淤泥质粘土17.2511.458V 1灰色淤泥质夹粉砂18.2341.00113粉质粘土18.2361.001820层序1%3-%2二%A lpft kpm!m4IJ*521 鼠4 iA-V ls5,01219 .0 1.s5.52-2.1516

5、.7 轨 53 . 1.2 -O IXJV67140312312,22-+-+24Is6520 rrm x will20 mm昏陶机粮慎12745 rrmISW；机本谆长7)K tnmir构千斤顶1961 kN X 骞冷 w* 耳 UM rwn 20亍 21 kN V. 34,3 Mp X 1*D0 mm X 12总推力MOW kN植进連虞 w Em （全速动忤町）讪力決.溥删旳 0 1 冋 M 34.3 Mm X电功机屿K * P * 3M V X71 (2)鼻功様式电功机靈就盟廉控制）打盘耳用fiM mm刀盅幵険槿:： 654CI mm蠟转谄麼10 rpm刀盘 當屈W*4 kN - m (

6、n=13 $ )切刖力矩 AA57 ictl* m ( . =0. a 】电型号1S3 7 m X 4 P X 380 VX22MJ M牛】仿农刀千斤頂1% tM x 50.fc dPa M 10 mm x 斗个2S.t L nwi x 20.a X 2台15 kW X 4 PX380V y 箱单拼輩机n32fcN回诲連廈O-I.Opm200*回無10&1 /minx 15.7Mx2M动齐餐电动机37kwx4px38OV2 干斤BI油压束321/miftM2O 6Mp*X 2IB骨片真團铝持蒸*千斤蹟1 軽 IM X 20.阿M N X个平楼千斤顶63kNX20 SMpa耳 1405fn耳#个

7、功力峯JT谕压JK32.51 minx20.6Hux!ft审功机15 kwX4x3A0X2台間歩期注駅軒门暑）注釀千斤顶Mkh x 13.711 x 1C6m(nX功力峯;由质豪11.01 /niAKU.TlMXS工了亦K 4px 33韓X 2台二次特土 1力甥直机径堺苹机扭尊电动马达0 U.3 rpm51 tN m7? kN m13 kN - m X 20,8 Mpa X 4音闸门千斤凤為3 kN K 2Q.& Mp4 X 710 rrw X 2个5.盾构安装及始发准备5.1盾构安装验收及施工设施准备上海地铁车站之间的区间隧道采用土压盾构施工，盾构始发和接受般在地铁车站的两端。区间隧道上下行

8、线一般采用 2台盾构并行施工盾构安装前先在端头井下安装盾构基座，盾构基座为钢结构预制件，需满足支撑盾构机出洞时的本体重量，并起到一个导向作用， 型轨道，共布置2根。盾构基座位置按设计轴纟见图 8所示。支座材料米用43Kg/m重 言准确放样，安装时按照测量放样的基线，吊入井下就位。两根轨道中心线与基座上的盾构必须对准洞门中心且与隧道设计轴线反a1长线基本一致，并在基座四周加设支撑保证整体稳定图8盾构基座示意图盾构吊装一般采用大吊车将盾构后车架依次吊入 本体分块吊入井下，在盾构基座上正确就位、组装， 和井下验收在最后一环负环和井壁结构之间加设钢后靠，钢J井下并移至地铁车站站台层，盾构最后由专业技术

9、人员进行系统调试浆（或混凝土），使混凝土管片受力均匀，环面平整，见图 出盾尾后不产生变形，在管片外弧面加设支撑，予以4根609钢管传递轴向力。泥砂浆采用冈后靠与负环管片之间的间隙灌注水9所示。为保证管片脱K固定。第一环闭口环与钢后靠之间图9盾构尾部钢后靠考虑到区间隧道上下行线 2台盾构同时施工，一般在井口处布置一台 32T行车用于 上、下行线推进时的垂直运输；另外布置一台 5T行车，用于场内管片吊运，在 5T行车工作范围内布置管片堆场。在端头井边侧设置集土坑，集土坑容积具备 20环的存土量。场内布置拌浆间，浆液通过送浆管路送至井下浆车内。井下运输配14T电瓶车5辆，凹平板车10节，送浆平板车船

10、4节，容积10m3土箱8 只。5.2洞圈密圭寸和洞口外土体加固由于盾构工作井洞圈直径与盾构外径存有一定的间隙，为了防止盾构进出洞施工期 间土体从该间隙中流失，在洞圈周围安装帘布橡胶带、环板、铰链板等组成的密封装置， 并设置注浆孔，作为洞口防水堵漏的预防措施。为确保区间隧道施工过程中盾尾的密封 防水效果，在盾构调试结束后，向盾尾钢刷之间涂抹盾尾油脂。为防止盾构洞门凿除后发生洞口土体塌落，必须对洞口外土体进行加固处理，一般 采用深层搅拌进行加固。加固范围长 6m,宽3m，深度为洞圈向下3m，洞圈向上3m 设计强度要求无侧限抗压强度达到 0.50.8Mpa。盾构出洞前对井外地基加固质量进行验 收，在

11、洞门上钻5-9个样孔至加固土体检查有否渗漏水。66.34m 土压盾构掘进施工6. 1盾构始发施工洞门混凝土凿除后，盾构向前推进，刀盘靠上加固土体并开始旋转刀盘、启动顶在 开口环上的推进油缸盾构始发穿越加固区时，刀盘切削加固土体，土压力的设定可低于按原状土计算的 静止土压值，推进速度慢些（拟小于 1cm/min）、推力小些，并注意洞圈密封处有否渗漏 水。当加固土体不能顺利从螺旋输送机出土时，应根据需要在盾构土舱加入发泡剂或润 滑泥浆，以改善切削土体朔流性。盾构姿态严格控制在容许范围内，管片拼装注意环面平整和错台。盾尾脱出洞圈后，及时做好隧道衬砌环与洞圈的永久密封。6.2盾构掘进施工参数的设定和调

12、整盾构穿越加固区后进入原状土，设定土压增大，略大于静止土压值，推进速度逐步 提高至3 cm/min以上，盾构推力、刀盘转速、螺旋机转速等工作参数应作相应调整，并 根据地面隆沉监测数据优化盾构掘进施工参数。 盾构始发100m为盾构掘进施工参数盾构掘进施工参数调整优化的阶段，对推进时的各项技术数据进行采集、统计、分析，摸索 地面沉降与施工参数之间的关系，争取在较短时间内掌握盾构机械设备的操作性能，及 盾构在本标段地质条件下推进的施工参数设定范围。盾尾脱出始发井后，在盾构推进的同时进行盾尾同步注浆，以充填盾构外径 6.34m与隧道外径6.2m之间的空隙。推进1m的盾尾空隙约为1.4m3。注浆浆液采用

13、粉煤灰、黄 砂、膨潤土为主的单液浆，泵送性好，但收缩性大。注浆充填率约为 150%-200%可根据地面隆沉量调整确定。6. 3盾构在软土中推进时总推力与埋深关系分析盾构推力主要承担开挖面的水土压力和盾壳与周围土层的摩阻力。盾构在同一地层条件下总推进力的大小随埋深增加而增大。 表4是上海地铁几个标段6.34m盾构推进时总推力与埋深的几组数据。图10是根据该表数据拟合成的线性关系图。表4上海地铁几个标段6.34m盾构推进时总推力与埋深关系表地层埋深（m）土层名称推力（kN）工程名称9.001灰色淤泥质粘土64304号线线19标11.00淤泥质粘土110001号线漕宝路上体馆12.00灰色淤泥质粘土

14、80004号线线19标13.00淤泥质粘土88708号线9标13.00粘土116908号线9标14.00粘土125608号线9标14.001淤泥质粘土107806号线19标高清路成山路14.9484淤泥质粘土51-1灰色粘土137002号线西延伸古北路中山公园14.948淤泥质粉质粘土144608号线9标复兴路陆家浜路17.4871-1灰色粘土1-2灰色粉质粘土155102号线西延伸古北路中山公园盾构中心埋深(m)图10上海不同工地盾构总推力与盾构中心埋深关系图上海地铁隧道穿越的地层主要为淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土，也有粉质粘土、粉 砂、粉细砂，深埋隧道会遇到暗绿色粘土。盾构的设定土舱压力一般

15、略大于盾构中心处 的静止土压Po。其计算方法可采用朗肯土压公式：Po= Ytg2 (45o-?)-C tg2 (45c-?)式中：丫为土的容重，h为隧道埋深(地面至盾构中心)，为内摩擦角，C为内聚力。也可采用侧压系数的简易公式：Po=Ko Y在淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土地层中 Ko约为0.7。在粉质粘土、粉砂、粉细砂0.241地层中Ko 约为 0.6-0.76.4 土仓压力与埋深的关系把上海几个工程盾构推进时土仓压力与埋深统计成表 5。把上海不同工程的土仓压力设定与埋深关系绘成图，即图11。表5上海工程土仓压力取值表工程名称土层名称埋深(m)土仓压力(MPa)4号线19标成滨1淤泥质粘土9.0

16、0.171号线漕宝路上体馆淤泥质粘土11.00.174号线19标成滨灰色淤泥质粘土120.126号线高清路成山路1淤泥质粘土14.000.1796号线高清路成山路1淤泥质粘土14.380.1744号线19标成滨1淤泥质粘土14.240.202号线西延伸古北路 中山公园4淤泥质粘土51-1灰色粘土14.9480.2418号线复兴路陆家浜路淤泥质粉质粘土14.9480.2542号线西延伸古北路 中山公园1-1灰色粘土1-2灰色粉质粘土17.4870.3380.05 压仓土0.00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

17、 17 18隧道埋深(m)图11上海工程土仓压力与埋深关系图从上面的图表，可得到结论：在上海地区，当隧道埋深小于 12mm时，土仓压力的设定基本上在0.120.20MPa之间；当埋深大于12mm时，土仓压力的设定与埋深成正比。6. 5上海地铁土压平衡盾构掘进时刀盘扭矩统计分析把上海不同工程不同土层的地铁盾构刀盘扭矩与埋深统计成表 6。从该表可以看出,随着盾构埋深的增加，盾构刀盘的扭矩增大；盾构穿越加固区时刀盘扭矩会有较大幅度 的增大。在目前上海隧道的埋深情况下，刀盘扭矩基本在盾构机额定扭矩范围内。表6上海地铁工程盾构推进时刀盘扭矩值统计表工程名称土层名称埋深(m)刀盘扭矩(tm)4号线19标成

18、滨灰色淤泥质粘土9.0177.44号线19标加固区灰色淤泥质粘土14.24310.46号线高清路成山路1淤泥质粘土14.38121.22号线古北路中山公园4淤泥质粘土51-1灰色粘土14.948109.18号线复兴路陆家浜路淤泥质粉质粘土14.948128.62号线古北路中山公园1-1灰色粘土1-2灰色粉质粘土17.487271.97盾构穿越建筑物及保护技术 7.1穿越穿越引水箱涵施工技术地铁2号线在杨高路站东方路站区间隧道施工中，始发段盾构穿越6.2m加固区后, 即穿越上海市自来水供水的上游引水箱涵管道。该箱涵距端头井壁门约 20m,位于隧道上方，与隧道基本正交，箱涵底板距盾构顶部净距仅为

19、2.2m,见图12。图12盾构穿越上游引水箱涵示意图盾构到达箱涵前施工，局部暴露箱涵结构、在两侧布设跟踪注浆管，同时布置沉 降监测点。以箱涵上边线为基准，向两侧各布设 2排共4排注浆管。另外，在此两排注 浆管外侧各布置一排斜管。根据地面上的高精度水准测量、连通管和分层沉降监测信息 的反馈及时调整土压设定值和出土量，使盾构较匀速地向前掘进以减少对土体的扰动， 并在这一段时期的施工中摸索出了掘进速率、出土量、注浆量和地层变形的相互关系。盾构到达箱涵前12环至盾尾全部进入箱涵阶段以设定土压力值和出土量的控制为 推进管理重点。同时严格控制同步注浆量及地面跟踪注浆量。根据施工的实际结果，盾构在穿越箱涵的

20、整个过程中都保持了较好的姿态。监测结 果表明，箱涵的沉降量控制在+8.5mm以下。当盾构掘进至33环后，盾尾全部脱离箱涵。严格控制掘进速度和同步注浆量，使盾 尾脱离箱涵时箱涵没有因为建筑间隙未能得到及时充填而发生突然下沉。7. 2盾构穿越中山北路建筑群施工地铁7号线铜川路站中山北路站区间隧道长1358m,为穿越既有结构物较为密集 的地区，区间隧道在通过华池路和镇坪路时，以半径为 400m的曲线穿越浅基础建筑物 23栋，建筑物均为5-7层砖混结构，条形基础，基础埋深 2.63.2m,见图13。图13 7号线铜川路站中山北路站区间隧道穿越建筑群示意图盾构施工穿越的土层为：3-2砂质粉土淤泥质粘土、

21、1粉质粘土。盾构穿越土层 的物理力学性质如下表7所示。表7 7号线铜川路站中山北路站区间隧道土层物理力学指标层号土层名称含水量W(%)重度丫(KN/m 3)孔隙比e直剪固快峰值强度压缩 模量(MPa)内聚力C(kPa)内摩擦角1粉质粘土31.418.50.8916.023.55.923-1砂质粉土34.418.10.955.029.58.393-2砂质粉土32.818.30.925.031.013.26淤泥质粉质粘土39.317.61.1111.023.03.76淤泥质粘土49.516.71.4114.011.52.261粉质粘土36.517.81.0514.016.03.81粉质粘土24.719.50.714316.57.027.2.1盾构推进施工对