区间盾构施工方案 - 图文

编制：

南京地铁一号线南延线TA05标

区间盾构施工方案

复核： 审核：

中铁三局集团有限公司

南京地铁一号线南延线TA05标项目经理部

2008年8月

第1章 编制说明

1.1 编制依据

1.南京地铁一号线南延线工程TA05标土建施工招标文件通用部分； 2. 南京地铁一号线南延线工程TA05标土建施工招标文件专用部分； 3. 南京地铁一号线南延线工程TA05标设计图纸和设计说明； 4. 南京地铁一号线南延线工程TA05标工程环境条件； 5. 南京地铁一号线南延线工程TA05标岩土工程勘察报告； 6. 现场调查取得的资料；

7. 本单位现有技术水平、管理水平、装备水平及多年从事地下工程的经验。

1.2 编制原则

1.质量目标明确，保证措施完善，工程质量标准符合招标文件的要求； 2.工期目标明确，计划安排合理有序，施工工期满足建设单位要求； 3.安全目标明确，安全措施可靠，确保施工过程中人员、设备的安全； 4.总体施工筹划合理、施工方案可行，施工方便、施工方法和施工工艺成熟； 5.充分考虑本标段的环境特点，尽量减少施工对环境、交通及居民出行的影响。

1.3 编制范围

本工程范围为南京南站站～岔路口站区间，起止里程为：K6+018.919～K8+108.711。

1.4 编制内容

详细阐述了本工程区间隧道的施工方法，主要内容包括盾构隧道的施工方法及工艺、重点阐述了本工程复合地层盾构施工方法和地层改良措施、盾构隧道的联络通道的施工方法和工艺，以及施工测量与施工期间的监控量测等。

介绍了为保证本区间工程的顺利进行，而采取的各项施工保证措施，主要内容有：工程质量保证体系及措施，文明施工、环境保护体系及措施，消防、安全、保卫、健康体系及措施。

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2.1

第2章 区间隧道盾构施工概述

南京南站站~岔路口站区间概况

本标段盾构施工范围是南京南站站～岔路口站区间隧道，起止里程为：

K6+018.919～K8+108.711,全长4202.544米。其中设中间风井一座及联络通道二座，里程为：中间风井K6+950、联络通道K6+500、K7+545.5。

南京南站站～岔路口站区间始于地铁南京南站南端，线路沿规划玉兰路以400m半径曲线东拐后前行，再以350米曲线南拐进入宁溧路地下至岔路口站北端。区间主要从大片新近砌建的厂房、仓库，宁南工业园厂区、工厂、住宅小区及商铺下穿行。拟建场地地形稍有起伏，总体中部稍高，场地吴淞高程9.23~13.34m。

线路线间距在13m～34m之间。线路最大坡度为25.093‰，最小坡度为2‰，线路埋深在10m～20m之间。隧道断面均为标准的单线单洞区间隧道。

南京南站站～岔路口站区间隧道通过的围岩为②-2b4淤泥质粉质粘土层、②-3b2-3粉质粘土层、③-3-1b1-2粉质粘土层、J3 x-1强风化泥质粉砂岩层、J3 x-2中风化泥质粉砂岩层。隧道断面内大部分都附存③-3-1b1-2粉质粘土层、J3 x-1强风化泥质粉砂岩层、J3 x-2中风化泥质粉砂岩层，岩层所占比例较大。概括来讲，盾构掘进断面大部分在泥质粉砂岩层中。

本区间场地地下水主要为孔隙潜水，赋存于①层填土和②层新近沉积土中，而③层粘性土为相对隔水层，水位埋深标高约为8.70～9.00m，所以本段区间盾构掘进断面内基本无地下水。区间平面图2-1：

图2-1 区间平面图

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2.2 盾构施工工艺流程

2.2.1 盾构施工工艺流程

盾构施工工艺流程详见图2-2。

图2-2 盾构施工工艺流程图

竣工 盾构解体、吊出 区间联络通道施工 盾构出洞 进洞准备工作 凿除洞门 洞门地基加固 二次注浆 同步注浆 盾构推进 姿态测量 盾构出洞 洞门破除 止水装臵安装 反力架安装 盾构后配套下井、盾构吊装调试 盾构基座安装 施工场地布臵、施工前准备 洞门地基加固 管片拼装 隧道测量

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2.2.2 盾构施工工艺特点

与其他施工工艺相比，盾构施工工艺具有如下特点：

⑴ 在隧道穿越地面建筑物群或隧道上方有较为密集的地下管线时，可以较好的控制地面的沉降，基本上不影响隧道上方的建构筑物，减少工程拆迁量，降低工程成本；

⑵ 除盾构的工作井外，沿线不需要降水，节约地下水，保护了水资源； ⑶ 施工占地小，对外界的负面影响小，除盾构的工作井外，施工时的地面作业很少，施工隐蔽性好，因施工噪音及震动所引起的环境影响也小；

⑷ 隧道施工所需的费用和技术难度基本上不受隧道覆土厚度的影响，特别适宜于建造覆土深的隧道；

⑸ 当隧道穿越河底或海底时，隧道的施工不会影响到航道的通行，也完全不受气候的影响；

⑹ 盾构施工的机械化程度高，科学技术含量高，工人的劳动强度低，施工的效率高，能够保证工程质量和工期要求。

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第3章 施工部署

3.1 总体施工安排

区间隧道掘进分为三部分，分别为初始掘进→正常掘进→贯通掘进，为了提高掘进效率，故将初始掘进先进行73环；掘进完成后进入正常掘进过程，正常掘进过程中必须严格对盾构掘进轴线、管片拼装质量、地面沉降三方面进行控制，当掘进至距接收端洞口80～100m处进入贯通掘进阶段，需进行全线贯通测量校核，准确定位盾构机头的坐标位臵和姿态，并根据测量结果，确定盾构推进方案，保证盾构机顺利、安全、准确地进入接收井，完成整体掘进过程，之后进行刀盘维修，为进行下一段掘进作好准备。盾构隧道管片由南京力高建筑构件有限公司分包生产。

3.1.1 正常掘进控制要点及注意事项

⑴ 盾构掘进轴线的控制

盾构轴线的控制是盾构工法的重点，掘进时必须注意以下几个方面：

① 控制好掘进的技术参数，如土压、推速等。当土压过低时，不仅容易造成地层的沉降，而且对盾构轴线的控制也有影响，容易造成盾构下沉；另外注浆的位臵及压力，注浆压力过大一方面对地层的扰动较大，另一方面也会使得盾构向注浆位臵的反方向移动，不利于盾构的轴线控制；

② 正确进行盾构千斤顶的编组及分区油压的控制，推进时对千斤顶选择的正确与否直接关系到盾构轴线的轨迹，在盾构轴线控制一节里，针对各种不同盾构轴线位臵详细的列出了千斤顶编组及分区油压控制对盾构轴线控制的作用；

③ 合理使用盾构的铰接装臵，当盾构偏离隧道设计轴线较多、盾构进行小半径曲线施工时或者盾构姿态极差时，通过调整千斤顶的编组与选择及分区油压控制都较难以达到目的时，可通过开启盾构铰接装臵，具体的操作为：根据盾构的偏离程度计算盾构中折每一步的转折角度，先开启盾构的超挖刀进行超挖施工，超挖的长度一般为盾构的半个到一个盾构机身的长度，然后根据计算调整盾构的中折装臵，再辅以千斤顶编组及分区油压控制，进行掘进施工，推进时根据盾构姿态的测量数据随时调整中折角度，直到盾构回到设计轴线上来。

⑵ 管片拼装质量的控制

管片拼装质量直接影响隧道的结构质量，必须注意以下几点：

① 必须合理使用管片，本合同段采用的是通用管片，对管片使用要求较高，管

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片拼装手必须熟悉管片特征；

② 必须做好管片的运输、保存； ③ 注意成环隧道的保护。 ⑶ 地面沉降的控制

地面沉降会直接危及地面建筑物的安全，掘进中必须要控制好地面的沉降，掘进操作必须注意以下几点：

① 土压升高或降低对地面建筑物都是不利的，容易造成地面的隆起和沉降，所以在掘进过程中要严格保持掘进面的土压稳定，一般所采取的措施为严格控制螺旋输送机的排土量与刀盘的切削土量，控制两者相等；还要根据地层的变化合理的对加入的泡沫量进行调整，以更好的改变土体的塑流性，使土体变得更为均匀可以较好的把压力传递至开挖面上，防止开挖面的水土流失过多；

② 同步注浆保证注浆量和和注浆压力；

③ 二次补注浆注浆量用雷达探测结果决定。注浆时用注浆量和注浆压力进行双控；

④ 推进过程中严格控制好推进速度，使推进速度尽量稳定，必须保证盾构的连续稳定作业。

⑤ 根据沉降量检测结果及时调整推进速度、出土压力、同步注浆量及压力参数。 ⑻ 在整环管片脱出盾尾后，再次按规定扭紧全部联接螺栓。

3.2 同步注浆及回填注浆

采用盾构施工法，在管片和地层之间将产生空隙，该空隙必须充填，否则，隧道周围的地基会有较大变位（主要由盾尾空隙引起）。因此，及时进行背后注浆是盾构工法中必不可少的环节。同时，背后注浆具有提高隧道的止水性能和确保管片衬砌的早期稳定性。背后注浆采用盾尾同步注浆和二次补注浆两种方式。

3.2.1 盾尾同步注浆

盾尾同步注浆是利用盾构设备中的同步注浆系统，对随着盾构向前推进、管片衬砌逐渐脱出盾尾所产生的建筑间隙进行及时充填的过程。

注浆材料

同步注浆是保证管片拼装质量的关键所在，其目的在于控制隧道变形，防止管片上浮，提高结构的抗渗能力。良好的浆液性能体现在一下几个方面：①浆液充填

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性好；②浆液和易性好；③浆液初凝时间适当，早期强度高，浆液硬化后体积收缩率小；④浆液稠度合适，以不被地下水过度稀释为宜。根据以上几点结合本合同段的地层土质状况，同步注浆采用水泥砂浆。

同步注浆浆液配合比（配成1m浆液）

水泥 50Kg 粉煤灰 砂 膨润土 水 420L 初凝时7d强度压浆效果 间 （MPa） 6～7h ﹥2 不常堵管 3

726 Kg 550 Kg 50 Kg 3.2.1.1 注浆控制参数

⑴ 注浆压力

为了使浆液很好的充填于管片的外侧间隙，必须以一定的压力压送浆液。注入压力大小通常选择为地层阻力强度（压力）加上0.1～0.2MPa的和。地层阻力强度是由土层条件及掘削条件决定的，通常在0.1～0.2MPa以下。根据本合同段的地层土质条件，注浆压力初步设定为0.19MPa。

⑵ 注浆量

同步注浆量q可按此式估算：q=[π /4(D12- D22)] Lα

式中：D1：盾构直径 ， D2：管片外径

L：盾构（背后注入）的全长 α：充填率=1+α1+α2+α3+α4

α对正确估算注入量至关重要，α1：注浆压力决定的压密系数；α2：土质系数；α3：施工损耗系数；α4：超挖系数。用数值表示注入量α非常困难，至今仍把施工实绩和经验数据作为大致的选定目标，具体数据见下表所示。

注入率系数表

符号 α1 α2 α3 α4 因素 注入压力 加气 产生的压密 不加气 土 质 施工损耗 超 挖 推算的增加比例的范围 1.30～1.50 1.05～1.15 1.10～1.60 1.10～1.20 1.10～1.20 设定系数 0.4 0.1 0.35 0.10 0.15

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通过估算，每环注浆量为3.7m3左右（注浆量应控制在130%～180%之间）。施工过程中若注入量持续增多，应检查有无超挖、漏失；若注入量低于理论注入量，可检查一下浆液配比、注浆设备等方面的原因。

⑶ 注浆流量

同步注浆非常重要的参数就是要建立注浆流量与盾构推进的关系。如果注浆流量大于盾构推进的速度，则浆液会发生跑浆现象，甚至会穿过盾尾进入盾构机内，污染拼装的工作面；如果注浆流量小于盾构前进的速度，则会在盾尾脱出的部位造成一定的沉降。按盾构推进速度20mm/min计算注浆流量值为54L/min。

3.2.1.2 注浆注意事项

⑴ 制浆时的注意事项

① 材料投入顺序要正确，计量要准确；拌和时间要连续，不能间断；严格控制搅拌的时间、速度。

② 使用材料要合适，杜绝使用过期、不合格的材料； ⑵ 运输、注入时的注意事项

① 使用搅拌装臵，保证浆液在运输过程中不出现分离； ② 经常检查从注入孔到泵的输浆管路的畅通状况；

③ 掌握注入孔位臵的阀门和泵的工作状况；严密观察注入压力、注入量的波动状况；

④ 注意注入结束时从注入孔阀门的关闭到移动输浆管的工作顺序；取下注入孔的阀门时，应装上柱塞；

⑤ 管片出现破损、上浮等现象时先采取封堵措施后再注浆； ⑥ 当浆液从管片外漏时，应暂停注浆，待采取措施后再行注入； ⑦ 废浆液及时用排污泵通过排污管线排到地面；

⑧ 作业结束后，作业员必须对制浆设备、泵等进行彻底的清洗。

3.2.1.3 注浆标准及效果检查

⑴ 注浆压力达到设计压力，注浆量达到设计注浆量的80%以上。

⑵ 注浆效果检查主要采用分析法，即根据压力、注浆量等结合管片、地表及周围建筑物量测结果进行综合评价。

⑶ 对拱顶部分采用超声波探测法通过频谱分析进行检查，对未满足要求的部位

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进行补充注浆。

3.2.2 二次补注浆

二次补注浆采用后方注浆方式，即在后几环注浆孔进行壁后注浆。二次补注浆主要是弥补同步注浆的不足，以下三种场合需要进行二次补注浆。

⑴ 雷达检测管片外有不实空洞；

⑵ 注入浆液的体积缩减部分的补充注入； ⑶ 为了提高抗渗透性。

3.2.2.1 注浆孔位臵及构造

管片的吊装孔兼作二次注浆孔。从便于施工和注浆效果两方面综合考虑，二次补注浆孔的位臵宜选择在管片两侧。

⑴ 直线段：注浆孔在管片两侧交替选择；

⑵ 曲线段：注浆孔的位臵最好选择在曲线外侧管片注浆孔。 注浆孔的断面布设图见图3-1。 说明：注浆孔孔径为50mm。

图3-1 注浆孔断面布设图 图图

考虑到该孔作为同步注浆后的补充注浆手段，为保证同步注浆浆液不从预留空洞泄出，又方便二次补注浆使用，设计在孔洞外侧预留了一层25mm厚的素混凝土层，以便后期补充注浆时将其冲破。注浆孔构造见图3-2。

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图3-2 管片注浆孔构造示意图（单位：mm） 3.2.2.2 注浆方式 在隧道内，通过管片注浆孔（盾构机后方5环位臵）用枪头注入浆液。注入方式见图4-27。 注浆之前要先钻孔，达到预定深度后，再开始注浆。根据本区间的地层地质状况及现场的施工条件等因素，钻孔用具选择便携式薄壁金刚石钻。 图3-3 管片注浆方式示意图 3.2.2.3 注浆材料 二次补注浆的材料主要采用水泥浆。但在隧道开挖对地表建筑物或管线影响较大的地段，为减少地面沉降，可选择双液型浆液。水泥浆所用材料及配比见表5.8。

水泥浆液材料配比 表5.8 水泥 1150kg 水 1150kg 稳定剂 2.7～3.5kg

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3.2.2.4 注浆控制参数

二次注浆在拼装管片时进行。注浆量一般为理论间隙的40%～50%。二次注浆压力一般比同步注浆压力高出0.01～0.03MPa，但是还应参考隧道覆土厚度、地下水的压力及管片的强度进行调整。对于钢管片来说，注入孔处的压力不能大于0.4MPa，以防止钢管片变形。考虑综合因素，注浆的速度约为25L/min。

3.2.2.5 注浆孔密封

二次注浆结束后，要对每一个注浆孔进行密封，以防渗水。注浆管密封圈和注浆管盖密封圈均采用缓膨胀型遇水膨胀橡胶制品。注浆管密封构造见图3-4。

图3-4 注浆孔密封构造图

3.2.2.6 注浆注意事项

① 注浆完毕后，要冲洗枪头，使之可顺利进行下一次注浆。 ② 注意注浆孔的密封，以防渗水。 ③ 使用材料要符合标准，保证注浆质量。

3.2.2.7 注浆标准及效果检查

① 对已注浆的壁后注浆材料进行取样，检查其注浆厚度、情况、强度等。 ② 壁后注浆施工具有防止围岩松弛和把千斤顶推力传递到围岩的作用，因此必须进行充分的填充。

掌握好注浆施工与其它施工环节的配合是整个盾构施工过程的关键。

3.2.3 盾构掘进管理

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盾构掘进施工管理的目标是防止盾构机掘进引起的地面变形和确保隧道线形。具体的管理项目有开挖管理、加泡沫管理和壁后注浆管理。见图3-5：盾构掘进管理系统构成图。

材 料 配 比

⑴ 开挖管理 ① 压力舱的压力

为确保开挖面的稳定，需要适当地维持压力舱压力。推进中的压力舱压力的维持方法有：用螺旋式排土器的转数控制、用盾构千斤顶的推进速度控制、两者的组合控制等。

② 排土量

压 力 流 量 加 泡 沫 量 土 舱 压 力 排土量 切 削 泥 量 确 认 位 臵 运 行 监 视 壁后注浆管理 加泡沫管理 开挖管理 线形管理 防止松动 开挖面稳定 线形预测 防止地表变形 确保线形

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为了一边保持开挖面的稳定一边顺利的进行推进，需要适量地进行排土，以维持排土量和推进量相平衡。排土量管理的方法可大致分为容积管理法和重量管理法。作为容积管理法，一般是采用钢车台数的验收的方法，或从螺旋式排土器转数，压送泵转数进行推算。重量管理法，一般是用钢车重量进行验收。

③ 切削泥量

维持切削泥量和排土量相平衡是确保开挖面稳定的关键。控制切削泥量主要是通过控制推进速度来实现。

⑵加泡沫管理

加泡沫量根据围岩的粒度组成而设定。在施工中先将隧道进行区间划分，每个区间的注入量根据开挖面的稳定情况、开挖土的性状和盾构各部分的作业情况，通过注入效果确认后进行决定，再将这一结果反馈到以后的施工中。

加泡沫量的控制，一般是根据推进速度来进行的。这种方式是事先设定加入量，根据盾构推进速度自动增减加泡沫量。

⑶ 壁后注浆管理 ① 材料配比

对壁后注浆材料，要根据地质区域的不同，及考虑注浆材料的管理特性来进行配合比设计。对材料的基本要求是：不发生材料离析；不丧失流动性；注浆后的体积减少小；尽早达到围岩强度以上；水密性好。

② 压力流量

注浆管理是以压力管理为基础进行注浆量管理。将已施工的注浆量和坍塌探测得出的空隙量进行对比，确定设计注浆量，参考单环、多环、超挖探测量的情况，最终确定注浆时的最终压力标准。

3.3 盾构施工异常情况预案

3.3.1 盾构进出洞地面沉降、坍塌的预防措施

盾构进出洞是指盾构从始发井出发开始掘进（出洞）和盾构机从隧道中进入接收井（进洞）。始发井和接收井分别是隧道开始掘进的始端和隧道结束的末端（也可能是局部的），在隧道的始端和末端分别都安有一个钢环，即是用钢板卷制成的轴向长度为几十厘米不等的直径大于盾构直径几十厘米的预埋件，它是在工作井施工中浇筑于混凝土井壁中的。钢环的作用有以下几方面：一是轴线定位；二是推进时的一个受

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力支撑体；三是加焊钢板后封堵洞口。当盾构进入（脱出）钢环时，推进所加泡沫连同切削下来的土体会从盾构机体与钢环的间隙中流出，导致盾构土仓的泡沫与土搅拌不均匀，土仓内土压也难以控制，于是在盾构机的扰动下,盾构前上方土体就易坍塌下落，从而造成地面下沉。针对这种情况，我们采取的措施如下：

⑴ 在始发井（或接收井）的施工过程中，在洞口范围内布设一定数量的旋喷桩或素混凝土桩或三轴搅拌桩以加固地层，桩的深度一般要达到隧道底部以下3ｍ，加固的范围一般为：出洞口加固9m×（隧道直径+6m）；进洞口加固6m×（隧道直径+6m）；然后在三轴搅拌桩或混凝土桩与工作井围护结构之间钻孔进行高压旋喷桩挤密，以加强加固效果。

⑵ 在始发井洞口钢环上安装一圆环形橡胶帘布板，板厚几厘米不等，其内径小于盾构机体外径，可以套在盾构机外壳上，起到箍紧密封的作用，在盾构机头部进入钢环后，再于橡胶帘布板外安设一层钢板，都用螺栓与钢环相连，以此挡住橡胶帘布防止推进加泡沫时外翻，从而起到密封作用，防止土仓内的土、泥泄漏，从而可以保持一定的土压，可以达到防坍塌下沉的作用。

3.3.2 地面沉降（隆起）预防措施及解决方法

地面沉降（隆起）是指盾构施工过程中对土体破坏而致使地面产生的位移变化。当盾构穿行于地下时，盾构周围土体在盾构扰动作用下会形成沉降或隆起；另外在盾构检修或其它特殊情况（如盾构前方有障碍物），所造成的长时间停机时，如不采取措施或措施不当，亦会使上部土体发生沉降，一旦土体产生沉降，地上建筑物及地下管线或构筑物势必会受到损坏，以至于报废，可见，在盾构施工中，如何控制、解决地面沉降问题至关重要。

基于对地面沉降所造成危害的重视，我们在过去的施工过程中，不断地摸索、尝试、总结经验，现在已掌握了一套行之有效的控制地面沉降的施工工艺：首先，在工程的初始掘进阶段，我们都以现况的实际土质、盾构覆土厚度及地下含水情况还有以往经验初步制定出一系列的盾构操作的工艺参数。如土压推进速度、注浆及二次补注浆的压力数量与次数、加泥量等。然后由测绘人员在盾构沿线的各 地层布设永久性观测点以实施全线监控，在盾构掘进阶段随时观测地面及各地层的反应情况，继而根据地面及地层的反应情况对盾构掘进的技术工艺参数进行修正至最优化。

在管片拼装时，应采取拼哪片收哪片部位的千斤顶，拼装完成后及时将千斤顶顶

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不转动，容易造成滚刀偏磨。推进速度过快，盾构机推力上升，刀盘扭矩增大，对刀具磨损也较大。

②保证盾构机掘进姿态

在进入上软下硬的地质时，注意爬坡现象，在这种情况下要控制好掘进轴线、盾尾与管片四周之间的间隙要均匀、推进油缸总推力不可过大。由于地层上部软下部硬，下部千斤顶的推力应比上部千斤顶推力稍大。

③其它技术措施

掘进过程中，应根据实际情况向刀盘和密封仓注入发泡剂，改良土体。如掘进困难时，向刀盘注入发泡剂，起到润滑作用，降低刀盘掘进时的扭矩。如岩层中存在较大的裂隙水，应向土仓中注入发泡剂，起到改良土体的作用，防止出土时的水土分离。

应合理选择同步注浆浆液配比，提高注浆的早期强度，防止管片上浮、错台现象，保证隧道衬砌的稳定。

④复合地层中的施工参数 表4-1 盾构推力 8000～15000kn 0.8～1.1rpm 刀盘转速 推进速度 15-30mm∕min 扭矩 1000～2000knm 1bar 土仓压力 4.4在岩层掘进

刀具是切削土体的主要工具。刀具布臵在刀盘上，根据其位臵和工作原理，可分为滚刀、刮刀两种。滚刀主要用来切削岩层，刮刀主要用于切削土层。当盾构进入岩层掘进时，要将刀盘上的部分刮刀换成滚刀，具体施工详见“换刀专项方案”。 4.4.1盾构机姿态控制技术

J3x-2中风化泥质粉砂岩属于硬岩，姿态控制较为困难，操作要有预见性、超前，且不能过急。

过全断面硬岩技术归结为：抗浮、抗盾构机震动、抗隧道旋转、姿态控制和换刀控制。

（1）刀盘转速控制：提高滚刀旋转的线速度。刀盘转速宜控制在2.3-2.8rpm/min，避免刀具偏磨，降低换刀频度。掘进原则：高转速，低扭矩、低推

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力、欠土压、慢速度。

（2）贯入度的控制：避免贯入度过大而导致刀圈崩裂，贯入度宜控制在6mm/r。 （3）注意发泡剂的使用：在硬岩地层，泡沫主要起润滑及使刀具降温的作用。 （4）不宜用土压平衡模式掘进，因为建立土压平衡会降低破岩能力，有条件则开仓掘进。

4.4.2盾构机姿态纠偏方法

根据VMT系统的显示数据，通过调整各分区千斤顶的压力及刀盘转向来调整盾构机的姿态，具体原则如下：

（1）一般原则：硬岩段如果盾构机滚角过大，可通过反转刀盘减小。如果盾构机水平向右偏，则应提高右侧分区的千斤顶压力；如果盾构机竖直下偏则应提高下部千斤顶的压力，反之亦然。

（2）水平方向的控制原则：本区间水平曲线的半径较小，故影响盾构机水平方向控制的主要因素是线路特性和地层特点。

①在直线段，盾构机的水平轴线偏差控制在±20mm以内，水平偏角控制在±3mm/m以内，否则会因盾构机转弯过急引起盾尾间隙过小，管片错台、破裂。

②在缓和曲线段和圆曲线段，盾构机的水平轴线偏差控制在±30mm以内，水平偏角控制在±5mm/m以内。

③由直线段 曲线段时，应根据地层情况（其决定盾构机的转向难易程度）在直线或曲线末端10-20m范围内提前转弯或外偏。内转幅度或外偏幅度根据曲线半径和盾构机的转向性能综合确定，一般控制在20-30m。

(3)竖直方向控制原则：由于本区间竖曲线的半径较大，影响盾构机竖直方向控制的主要因素是地层特点。

①盾构机的竖向偏差控制在±20mm以内，倾角控制在±3 mm/m以内。特殊情况下，倾角不宜超过±10 mm/m，否则会因盾构机转弯过急引起盾尾间隙过小，管片错台、破裂。

②盾构机应与设计轴线保持平行。

③上、下千斤顶的行程差宜保持在±20mm以内，特殊情况下不宜超过±60mm。

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4.4.3隧道上浮控制技术

硬岩段围岩稳定，易发生管片上浮。

上、下、平坡段管片均可能发生上浮现象，本标段预采取措施： （1）根据线路纵坡坡度的大小，预先压低盾构机姿态0-30mm。 （2）在硬岩段加强管片姿态的测量。

（3）同步注浆量要足，使管片没有上浮的空间。 （4）调整浆液配合比，缩短凝结时间，迅速稳定管片。

对于可能发生管片上浮，我标段还将配合考虑下述措施：管片之间的螺栓要拧紧；下坡段可考虑减小盾构机下方几个千斤顶的推力，既可预先压低盾构机姿态，又起到减小千斤顶作用在管片向上顶推分力的目的。

4.5盾构开挖面的稳定性控制原理

⑴软土地层盾构开挖面的稳定机理

由前述开挖面上覆地层结构的稳定性分析可知，盾构在软土地层中掘进时，需要在土仓内建立一定的土压力，并向开挖面注入添加剂，是基于以下机理：

① 盾构刀盘对开挖面的支撑以及土仓内泥土压力的作用有两点：一为土体结构提供水平推力，以利于形成拱结构；二提高了开挖面土体的竖向抗力，减少了开挖面上方土体失稳的可能；

② 盾构机在切削、排土的同时进行千斤顶推进，实际是为及时有效地转嫁开挖面土体的应力，控制并减少下沉速度；

③ 在刀盘切削的同时，向开挖面注入泡沫等添加剂的作用是使开挖面土体的强度和刚度得到加强，对开挖面土体起到了支护作用，减少了开挖面的无支护距离；

⑵开挖对盾构机的影响

由于本工程盾构穿越的地层有很大一部分属于上软下硬地层及岩层，盾构在此地层中施工有其特殊性。盾构机在这种地层中掘进所受到的影响主要表现在以下几个方面：

①内摩擦比较大，故难以获得好的流动性，当切削下来的土充满土室和螺旋输送机内时，将使切削刀盘转矩，螺旋输送机转矩，盾构千斤顶推力增大，甚至使开挖排土无法进行。因此，盾构刀盘切削土体时容易使刀盘过热，加剧刀盘刀具的磨损，影

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响盾构的机械性能；

② 刀盘切削进来的土体须经螺旋机运出至皮带运输机，当遇到土质含水量低、较硬的情况下，螺旋机也会因工作扭矩过大而发热，影响其性能，严重时甚至停转。

⑶稳定性控制措施

由前述可知，盾构在软土掘进过程中，如果控制不当或未采取有效措施，将引起较大的塌落和松动，以至于引起显著的地表沉降。因此必须对开挖面稳定加以控制。常采取以下措施：

调节推进千斤顶的推力，使得在盾构土仓内建立起的泥土压力足以与地层土压力相抗衡；

持开挖面切削土量和螺旋输送机排土量的平衡，以使泥土压力与地层土压力保持动态平衡；

盘向开挖面添加泡沫，改善开挖面的力学性质，同时有利于改善盾构刀盘和螺旋输送机的工作环境。

基于盾构开挖面的稳定性分析，为保证开挖面稳定，必须确保以下两个方面控制技术的实现：

合理确定开挖面的泥土压力并保持泥土压力与地层土体压力的平衡； 实施加泡沫技术，改善开挖面土体的受力状况，实现切削土体的塑流性。

4.6开挖面加泡沫技术

4.6.1开挖面土体改良的意义与方法

土压平衡盾构机掘进时，向开挖面添加塑流化改性材料，与开挖面切削下来的土体经过充分搅拌，形成具有一定塑流性和透水性低的塑流体。同时通过伺服机构控制盾构机千斤顶速度与螺旋输送机向外排土的速度相匹配，经密封仓内塑流体向开挖面传递设定的平衡压力，实现盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向前推进。由于土压平衡盾构机可以根据不同地层的地质条件，设计和配制出与之相适应的塑流化改性剂（如泡沫等），极大地拓宽了该类机型的施工领域。

为适应本标段的施工，我们考虑增加泡沫系统，利用加入泡沫改善土体粒状构造，吸附在颗粒之间的气泡可以减少土体颗粒与刀盘系统的直接摩擦，增加切削土体的粘聚力，同时降低土体的渗透性。又因其比重小，搅拌负荷轻，容易将土体搅拌均匀，从而达到既能平衡开挖面土压，又能连续向外顺畅排土的目的。

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因此，加泡沫的功效主要表现为以下几个方面： ⑴ 保持开挖面的稳定；

⑵ 增加切削土体的塑性流动性；

⑶ 使开挖面土体及切削下的土体具有良好的止水性；

⑷ 防止切削土砂粘附在刀盘及螺旋输送机内，避免闭塞现象，减轻机械负荷，降低刀盘扭矩，同时也提高了掘进速度；

⑸ 对刀盘、螺旋输送机起减磨冷却作用。

⑹ 泡沫的可压缩性或称之为弹性，对土压的稳定也有积极作用。 4.6.2开挖面添加泡沫技术

土体塑流性改良采用泡沫技术。泡沫是气相和液相混合而形成的气泡聚合体，气体在液体中分散即可形成泡沫，泡沫实际上是具有多个界面的气泡聚集体。在盾构施工中，其主要作用在于改善土体的塑流性，降低弃土的透水性，并依靠其优良的润滑性能降低粘土粘性，降低机头磨损，节约能源。又由于泡沫是热不稳定体，因而可大量减少土方外运量。

⑴ 泡沫液体粘度

泡沫的粘度（强度）与泡沫液的粘度、发泡倍率以及合成泡沫方法有关。 室内试验中依据泡沫与土体拌和后的粘聚性、塌落度及透水性，判断所需泡沫液粘度。在试验段这种土质条件下，泡沫液的粘度应不低于150cp。

⑵ 发泡倍率

发泡倍率ka指泡沫中气体体积和液体体积之比(一个标准大气压Pa下)。 在某一压力P下的泡沫的发泡倍率：

kp?Pa?(ka?1)/P?1 （23.1）

泡沫中气体体积同泡沫体积之比称为泡沫的含气量a

a?1?1/kp （23.2）

工程中所用泡沫其含气量≥90％，即发泡倍率不低于10。现场应用时发泡倍率近似等于泡沫密度的倒数，可用此关系进行现场质量控制。泡沫稳定性主要满足管片拼装时间。

⑶ 合成试验

泡沫可由搅拌法和撞击法形成，搅拌时间长短对泡沫质量影响较大，因而不适用

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对于同一幢建筑物，由于其结构的各个部分相对于地铁结构的空间位臵来说时不同的，在制定地面沉降控制标准时，可根据结构的不同部位的要求分别制定地面沉降控制标准，而对于建筑物结构的不同部位，不必按照统一的沉降控制标准来控制。因此可按照分区、分级、分阶段制定沉降（或差异沉降或水平位移）的控制标准。 分区：是指依据建筑物上部结构的不同形式，采用不同的控制指标；

分级：根据建筑物的危险程度将建筑物保护等级统一划分为不同的保护等级； 分阶段：是指将建筑物暗挖法施工过程划分为几个主要的施工阶段，对于每个阶段，提出阶段控制指标。

对分区、分级、分阶段的详细说明应根据建筑物的具体的性质，基础形式、建筑物的位臵等进行综合分析。

根据以上分析，建议按四个方面制定控制标准：

（1）沉降（如建筑物为桩基础和木结构，则应包括单桩（柱）的沉降）； （2）沉降速率（如建筑物为桩基础和木结构，则应包括单桩（柱）的沉降）； （3）垂直施工方向相邻基础之间的差异沉降； （4）顺地铁施工向相邻基础之间的差异沉降。

5.4建筑物风险控制措施

5.4.1施工过程监测

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监控量测是地下工程信息化设计、施工必不可少的手段。由于地铁施工，必然会对其周围影响范围内的建筑物产生影响，导致建筑物出现裂缝、倾斜、甚至倒塌。因此，应将建筑物的监控量测作为一个重要的工序纳入到建筑物的风险评估中。 在地铁施工过程中，必须对土建施工影响实施全过程进行监测、及时提供监测信息和预报，以便评估地铁施工对建筑物的影响程度，预报可能发生的安全隐患。在监测过程中，对各监测项目的监测值可采用预警值、报警值、极限值三个等级进行控制： （1）预警值是在保证建筑物不产生破坏的前提下所能达到的最大差异沉降值，上述每一指标的预警值取为极限值的60 %；

（2）报警值是指当沉降过大或过快接近控制值时，采取必要措施和手段进行预防，上述每一指标的报警值取为极限值的80 %；

（3）极限值是指施工过程中所能到达的最大的沉降（或差异沉降、水平位移）控制值，超过这个值，建筑物结构发生破坏。在上述每一指标中的任意一个到达或接近极限值时，应立即停止施工，报专家组进行论证分析，确定具体措施； （4）当上述每一指标小于预警值时，施工可顺利进行；

（5）当上述每一指标中的任意一个超过预警值时，应及时制定和采取必要措施减小沉降（或差异沉降）；

（6）当上述每一指标中的任意一个超过报警值时，应及时组织专家组进行论证分析，并采取相应防护措施进行防护，确保建筑物结构安全。如果地铁结构邻近有风险很大的建筑物，应对该建筑物进行专项监控量测方案的设计。 5.4.2施工过程控制

在前面的分析中，确定了各个柱基的沉降（水平位移）控制标准以后，先选择最优的施工工法及辅助施工工法，在确定了最优的施工工法或辅助工法的基础上，进行施工过程的沉降控制，保证沉降在控制范围之内。

（1）施工工法的优化

选择几种可行的施工工法（包括对现有的设计单位提出的施工工法）进行数值模拟计算，确定最佳的施工工法；在需要增加辅助措施时，还应确定最佳的辅助工法。

（2）施工过程沉降控制

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施工过程沉降控制的应用在于严格控制每一施工步序的地表沉降值或水平位移值，从而最终到达控制地表的整个沉降值和水平位移值在控制标准内，其步骤是：

①依据现场调查、工程经验，参考计算分析，在满足建筑物的结构承载力的前提下，综合考虑经济技术指标，确定施工过程中控制参数的总的控制指标；

②在此基础上，结合前面的施工工法，确定每道工序的控制目标。依据以往经验，结合理论、数值计算，给出每步控制标准；

③在施工过程中，如前一步施工工序控制参数在控制标准范围内，则继续施工，如前一步工序控制参数超过该步控制标准，则调整以后施工过程，保证提出每一道工序的沉降控制值；

④总的原则：在地铁施工过程中，应当保证各分步沉降值不超标，确保总沉降值不超标。

5.5建筑物的一般保护和加固措施

5.5.1建筑物保护措施

施工前调查所有在施工影响范围内的建筑物，着重查明建筑物的结构形式、基

础形式、数量、修建年代、材质、质量状况、工作状态、与地铁线路的位臵关系等。当建筑物具有很大的破坏风险时，应遵循“先加固、后施工”的原则。 施工前的主要加固措施：

（1）根据工程实际情况，选择进行地层注浆、隔离桩等措施，严重时可以采用建筑物桩基托换或加固措施；

（2）地层注浆：从地表或洞内注浆加固地层； （3）隔离桩：从地表或洞内施作隔离桩；

当邻近建筑物破坏的风险较大时，应考虑在地面或洞内施作隔离桩，并对建筑物基础进行处理，控制基础相邻的地层沉降。

当建筑物为桩基础，可以考虑实施桩间注浆，提高外侧土体的固结程度与密实度，增加桩底部承载区域内的约束，力求将桩周的摩阻力损失降至最低。从而减小建筑物本身的变形程度。

如果建筑物基础为桩基础，且桩长较短，应考虑在地面打设深桩，通过后植筋技术

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承台扩大，并将部分荷载转移至新增设的深桩上，使之能与短桩共同承受上部荷载，一起抵抗后续施工中的变形。

（4）对建筑物进行基础托换或加固。

当邻近建筑物破坏的风险较小时一般时，可以边施工、边加固，并进行施工过程量测监控。当邻近建筑物破坏的风险较小时，可以先施工、后加固，即在施工结束后，再根据具体情况确定是否需要对建筑物进行加固。 5.5.2地铁施工加固措施

（1）地铁工程在穿越邻近建筑物时，如果采取盾构法施工，应考虑以下措施： ① 合理设臵土压力值，保持正面的平衡，防止超挖和欠挖；② 穿越时降低推进速度，控制总推力，减少土层扰动；③ 穿越前调整好盾构姿态，穿越时减少纠偏次数及纠偏量，减少土体的扰动；④ 在穿越邻近建筑物地段，保证一次穿过，不能中途换刀，如果实在避免不了在上部地段换刀，事先要准备充足的预案。首先从盾构前部预留的超前加固装臵对土仓上部及前方顶部的土体进行注浆加固，以保持开挖面稳定不出现塌方，然后再对土仓加气压后更换刀具。

（2）加强建筑物的监控量测，根据建筑物的性质、结构形式、基础形式等建立不同的控制值，通过监控量测及时掌握建筑物的变形情况，及时调整施工工艺，确保建筑物保护管理在可控状态；

（3）不良的地质地段必须采取特殊的施工技术措施，如进行地质改良，缩短循环进尺等，以防止沉降超限；

（4）加强洞内外的注浆措施，控制地层沉降。

5.6施工完成建筑物安全风险评估

在地铁施工完成后，根据建筑物地基基础的最终沉降值以及建筑物的倾斜量对建筑物的地基承载力、建筑物结构的承载力进行复核，判断建筑物的安全状态以及还能承受的附加沉降值或倾斜量。如果经过复核后，建筑物地基基础或建筑物结构承载力接近甚至超过极限承载力时，则应对地基或建筑物本身采取加固措施，以保证建筑物的安全使用。

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第6章 应急预案及措施

6.1 预防措施及解决方法：

1)路面隆陷

路面的隆陷有可能是由于地下原有的空洞因施工扰动发生变化所致以及盾构施

工参数失控所致，这几种情况均可以通过以下措施进行控制：

a) 预防措施： I）

做好超前探测，探明前方4～5m左右的土体性质，及时采取应对措施。

如发现有引起掌子面失稳的因素，采取封闭掌子面进行引排水或注浆改良地层，从而预防掌子面失稳坍方。

II） 施工现场内配备足够的草袋、水泥、豆石、砂子以及钢板、木料、型钢等抢险物资，一旦发现险情，立即封闭事故现场，并及时利用抢险物资回复路面，确保将事故的影响降到最低。

b) 处理措施： I）

预先空洞处理：根据物探单位提供的雷达探测资料，对区间盾构施工影

响范围内的空洞进行预注浆加固的措施，在盾构机到达该部位前将空洞全部填充密实；

II） 控制盾构掘进参数：盾构到达时严格控制掘进参数以确保盾构到达时不会因为扰动而使空洞上部土体坍塌。

2)地下管线破坏的预防和处理 I）

为保证施工期间管线的安全，施工前要与管线产权单位密切配合，在现

场进行物探和勘测，以确定管线的位臵和标高，施工前采取有效方法控制管线变形。

II） 实际施工中，由于有些管线年代久远，标高深度和具体位臵无法准确测定，对这些管线制定施工保护预案。

III） 设臵地质超前预报系统，对盾构到达前对土体进行探测。

IV） 施工中如发生不明有水管线的破坏渗漏，立即用草袋封堵，同时停止盾构掘进，查明管线的准确位臵，根据具体位臵分别采取引排、截流等处理措施，保证不出现渗漏水。

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