盾构穿越某高速公路施工专项方案.doc

1、盾构穿越S20公路专项施工保护方案一、编制依据和原则1、编制依据（1）上海地铁12号线工程土建3标段施工图纸、详勘资料等项目技术资料；（2）虹莘路站、中春路停车场出入段工作井七莘路站虹莘路站区间隧道岩土工程详细勘察报告及“工程物探报告和工程地质资料”的电子文件。（3）盾构及城市地下铁道施工相关技术规范及地方性法律法规；（4）盾构隧道施工手册、盾构法隧道施工技术及应用等书籍，仑-大区间隧道过河段盾构掘进难点及措施、广州地铁大石-汉溪区间盾构工程施工关键技术等论文；（5）对本工程区间隧道沿线周边情况的实地调查。2、编制原则本专项方案遵循实用、可行、经济的原则进行编制。二、工程地质概况1、工程概况工

2、程描述：上海市轨道交通12号线是本市近期轨道网络建设规划中的一条重要的市区西南东北走向的骨干线路。起自闵行区七莘路站，经顾戴路漕宝路龙漕路龙华路大木桥路陕西南路茂名北路泰兴路长安路曲阜路天潼路东长治路长阳路巨峰路，至浦东新区金海路站终点，线路全长约约40.417公里，共设地下车站31座。工程范围：上海市轨道交通12号线3标段工程包括虹莘路站、中春路停车场工作井七莘路站虹莘路站区间结构，工程包含虹莘路站一个地下三层车站工程及中春路停车场工作井七莘路站虹莘路站区间单圆盾构地下隧道两个主要工程内容，包括区间盾构进出洞土体加固等。工程内容：虹莘路站交通组织和疏解、管线搬迁、施工区域内的绿化搬迁等的协调

3、配合；配合车站施工的临时工程；车站主体和附属土建工程；区间隧道、进出洞加固及旁通道工程；横沥港桥管线桥改造工程；机电、市政公用设施、管网等的预埋件和预留孔洞工程，以及防迷流、变电所、通信信号、防雷等系统的接地网等永久工程。2、虹莘路站七莘路站区间隧道概况虹莘路站七莘路站区间走向为：区间出七莘路站端头井后，自西向东偏北沿顾戴路车道下行线走，于横沥港桥主桥在平面避让，下穿外环线顾戴路立交后进入虹莘路站。本区间为单圆盾构区间，区间长1628m，埋深1020米之间，2台盾构从虹莘路站上下行线依次始发，七莘路站接收，见图1。本区间设置旁通道及泵站。影响本区间的因素有以下几个地方：横沥港桥、皇都花园商铺、

4、外环线顾戴路立交、S20公路、顾戴路路口813天然气顶管、顾戴路上1000煤气管、圣淘沙花园3层别墅等。虹莘路站七莘路站区间设计情况见表1、图2。虹莘路站七莘路站区间平面图见蓝图。表1 虹莘路站七莘路站区间设计情况一览表项 目虹莘路站七莘路站区间线路走向线路整体呈自西向东走向。区间起止位置区间出虹莘路站端头井后，自西向东偏北沿顾戴路车道下行线走，于横沥港桥主桥在平面避让，下穿外环线顾戴路立交后进入虹莘路站，下穿七莘路后进入七莘路站。线路里程SK0+454.760SK2+082.499，单线长度1628m曲线设有五段曲线，最小曲线半径650m坡度最大坡度25.5，最小坡度2埋深10m20m旁通道

5、及泵房设旁通道及排水泵1座管片6块厚度350mm、环宽1.2m的环形预制钢筋混凝土管片，通缝拼装，组成外径6.2m，内径5.5m的圆形隧道。图1 虹莘路站七莘路站区间推进示意图图2 虹莘路站七莘路站区间总平面图3、工程地质及水文地质条件(1) 工程地质条件a、地形地貌本工程区间隧道沿顾戴路设置，位于顾戴路下方。该地区地势较平坦，标高基本在4.536.45m左右。场区地貌属滨海平原地貌类型。b、场地地质条件虹莘路站七莘路站区间影响因素有沿线低矮房屋、横沥港桥、皇都花园商铺、外环线顾戴路立交、S20公路、顾戴路路口813天然气顶管、顾戴路上1000煤气管、圣淘沙花园3层别墅等。顾戴路、七莘路上有军

6、缆、电力、电信、煤气、上水、雨水等地下管线。c、地基土层特性本工程区间所处位置地质条件基本相似，其中影响该工程地质土层有：第层为淤泥质粘土，流塑，抗剪强度低，该层中含第累层砂质粉土土层，在动水压力作用下局部可能会产生管涌、流砂。第2层为砂质粉土夹粉质粘土层，盾构掘进时局部会产生管涌、流砂。第1层为灰色淤泥质粘土，流塑，抗剪强度低，具流变特性和触变特性。第层为承压含水层，土层中的承压水头对盾构掘进及旁通道开挖时会影响。因此，盾构在掘进时，为防止盾构施工推进过程中发生偏斜、流砂、流土、渗水、突涌、地面沉降等不良后果，在施工期间我方将采取相应措施预防和注意地基土层的影响。见土层情况详见下表2。表2

7、土层情况分布表地质时代层号土层名称成因类型分布状况直剪固快标准Ck（KPa）k全新世Q4Q431杂填土遍布1褐黄-灰黄色粉质粘土滨海-河口局部19.217.4Q42灰色淤泥质粉质粘土滨海-浅海遍布10.414.6夹灰色砂质粉土滨海-河口局部4.632.21灰色淤泥质粘土滨海-浅海遍布9.711.62灰色砂质粉土夹粉质粘土滨海-浅海局部Q411a灰色粘土滨海、沼泽遍布11.613.91b灰色粉质粘土滨海、沼泽遍布13.516.23灰色粉质粘土溺谷局部上更新世Q3Q32暗绿-草黄色粉质粘土河口-湖泽局部40.119.61a草黄-灰黄色砂质粉土河口-滨海局部4.434.01a草黄色粉砂河口-滨海遍布

8、2.534.42草黄-灰色粉砂河口-滨海遍布2.734.9(2) 工程场地水文地质条件a、潜水本标段场地范围浅部地下水均属潜水类型，主要补给来源为大气降水，水位随季节而变化。潜水水位一般埋深约在0.31.5m，在场地地下年平均水位埋深为0.5m采用。b、承压水本标段场地下部第1突起属承压水层，承压水层的水头埋深为地下8.4m。在施工期间，对虹莘路站车站施工、虹莘路站七莘路站中春路停车场工作井区间隧道和旁通道施工会产生不利影响，可能会引起突涌、失稳等地质灾害。由于承压水的水头随季节有所变化，在施工时监测施工期间的水头，并根据当时的水头来验算承压水对隧道和旁通道的影响，我方将对不良地质带来的影响采

9、取相应的措施进行预防和处理，重点对地质加强监测。(3) 不良地质及地下障碍物的影响a、流砂、涌水本标段场地的土层土性变化较大，第1a层软粘性土含水量高，第1b层粉质粘土和粉质粘土层，均会对隧道掘进过程中产生不利影响的主要土层。孔隙比大，灵敏度高，颗粒较细，具较高的触、流变特征，在一定水头的动水压力作用下可能会产生流砂、管涌现象。我们在施工过程中将采取相对应的措施预防流砂及管涌的产生。b、软土本场地属类场地，场地土类别为软弱场地土。抗震设防烈度为7度，在地面下普遍沉积有厚层软粘性土，其具有含水量高、孔隙比大、强度低、压缩性高等不良工程特性，同时软土还有低渗透性、触变性和流变性等特点。工程建成后，

10、软土引起的工后沉降往往较大，对工程的安全运营影响很大；同时在上部荷载和震动的长期作用下，软土的触变特点往往会使其强度降低，从而进一步加大构筑物的变形，为建筑抗震不利地段。c、地下障碍物场地内对工程建设影响较大的地下障碍物是道路两侧各种地下管线，邻近场地的一些多层建筑的基础、在区间段内存在大型煤气、排污管线等。d、含水层本标段场区内，地下水对钢有弱腐蚀性，当长期浸水状态下，对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性，当交替浸水条件下，对其有弱腐蚀性。地下水位按不利条件分别取地下水高水位埋深0.5m及低水位埋深1.5m。第层承压水层的水头埋深为地下8.4m，承压水对本工程部分区段隧道盾构掘进、旁通道开挖可能有影

11、响，很可能会造成突涌和失稳。4、区间隧道穿越S20公路情况虹莘路站七莘路站区间，盾构出虹莘路站端头井后，下穿S20公路。详见区间隧道地下主要控制障碍物一览表3。表3 虹莘路站七莘路站区间隧道主要控制障碍物一览表区段建筑物名称基础概况与隧道相对关系管线及建筑物允许变形虹莘路站七莘路站S20公路立交400400预制方桩，桩长29.0m，桩底标高-26.5mm与隧道水平最小净距约为1.6m-5mmS+5mm规划5号线在七莘路下穿12号线，改段12号线设置特殊管片虹莘路站七莘路站区间隧道主要控制障碍物如下：外环线顾戴路立交见图3；外环线顾戴路立交与隧道平面关系见图4 。 图3 外环线顾戴路立交 图4

12、外环线顾戴路立交与隧道平面关系三、盾构穿S20公路施工风险分析及评估由于本工程区间隧道穿越S20公路，立交桥桩基与隧道水平净距离较小，区间施工难度大。工程隧道位于顾戴路下方，沿线穿越S20高架桥道路，易引起沉降和塌陷。四、盾构穿越S20公路施工总体方案根据沿线环境保护要求及盾构法施工特点，施工过程中主要从盾构操作方面入手来减少地表沉降，并配以其它辅助措施，确保盾构施工影响范围内建筑物和地下管线的安全。五、盾构施工对S20公路的影响分析1、施工影响范围计算采用经验公式对盾构隧道施工影响范围及地表沉降分布规律进行预测，进而确定盾构施工对周边环境的影响范围。目前，工程实践中实用的经验公式是Peck公

13、式（Peck，1969）和一系列修正的Peck公式。Peck假定施工引起的地面沉降是在不排水的情况下发生的，所以沉降槽体积等于地层损失的体积。地层损失在隧道长度上是均匀分布的。地面沉降的横向分布类似正态分布曲线，如图9所示。Peck公式为：式中：S(x)距离隧道中线x处的地面沉陷量；x距离隧道中线的距离；Smax隧道中线的最大地面沉降量；i沉陷槽的宽度系数。图9 横向曲线分布图最大沉降量采用下式估算：式中：Vs沉陷槽容积(等于盾构施工引起的地层损失)。i沉陷槽的宽度系数；即沉陷曲线反弯点的横坐标，i可由公式或查peck图表得到。式中：Z隧道埋深；隧道覆土有效内摩擦角。根据经验，地面横向沉陷槽宽

14、度W/22.5i。 根据Peck公式估算得：地表沉陷槽宽度最大约为25.0m 38.0m，从两侧向中间均匀沉降。2、地表隆陷变化规律根据盾构施工特点，地表变形的变化发展过程可以分为五个阶段：盾构到达前，地表的变形取决于掘进过程中土仓压力和出土量的控制，当土仓压力较大而出土量较少时，地表呈隆起状态；当设定土仓压力小而出土量大时，地表呈沉降状态。盾构到达时，地表变形承接阶段的发展。但变化速率增大。是地表隆陷的峰值段。盾构通过时，一般情况地表会呈沉降变化；若注浆及时饱满，充填率超过200时，地表会隆起。盾尾通过时，最易发生突沉，突沉量可达30mm，若注浆及时饱满，可控制突沉，甚至上隆，但随着浆液的固

15、结收缩而逐渐下沉。盾尾通过后，地表沉降速率逐渐减缓，沉降曲线趋于稳定。后期沉降主要是土体的固结沉降和次固结沉降，一般沉降时间较长，但沉降量也相对较小。3、盾构掘进引起的地表沉降因素盾构掘进引起的地表沉降的因素有以下几个方面：开挖面土压不平衡引起的土体损失；盾构蛇行纠偏引起的土体损失；盾尾与衬砌环之间的空间未能及时充填引起的土体损失；注浆材料固结收缩；隧道渗漏水造成土体的排水固结；衬砌环变形和隧道纵向沉降；土体扰动后重新固结；其中前三项是施工直接影响的主要因素，施工中应引起足够重视。4、地表建筑物对地表变形适应能力评估根据对区间隧道上方建筑物综合情况的调查与评估，结合杭州以往的施工情况，本工程线

16、路上方建筑物在地表发生20mm不均匀沉降时将可能产生倾斜或结构开裂。根据建筑地基基础规范各类建筑物的允许倾斜和沉降值列于表5。表5 各类建筑物允许倾斜下沉值建筑物结构类型地基土类型(m)中低压缩性土高压缩性土砌体承重结构0.0020.003砖石墙填充边排桩0.0020.003框架结构0.0070.001不均匀沉降时不产生附加力的结构多层、高层0.0050.005建筑物基础：H24m0.0040.00424H600.0030.00360H1000.0020.002H1000.00150.0015高耸结构基础：H20m0.0080.00820H500.0060.00650H1000.0050.00

17、5100H1500.0040.004150H2000.0030.003200H2500.0020.002高耸结构基础沉降量(mm)H100m400100H200300200H250200注：在施工过程中，如遇有关部门对建筑物的沉降有特殊要求时，以其要求为准。5、地表变形控制标准根据国内外盾构施工经验，结合本合同段的具体周边环境情况，地表隆陷控制标准为：单点隆陷范围：10mm30mm；单次隆陷3mm。六、盾构穿S20公路施工方法1、施工前准备施工前对盾构施工影响的S20公路进行全面的调查，收集相关资料，列出重点保护的对象名称及反映其所处里程、地面位置、类型、结构等详细参数的清单。按其沉降要求做全

18、面的统计，并计算出沉降预警值、允许最大沉降量和不均匀沉降要求，为以后施工提供指导。针对需要重点保护S20公路，提前作出预案，并准备相应材料设备。2、施工过程控制(1) 严格控制盾构正面土压力土仓中心土压力值根据埋深及土层情况设定，压力波动控制在0.02Mpa，在施工过程中根据地表监测结果，结合模拟段施工时总结的最佳参数来确定盾构穿越S20公路的土压值。安装在土仓内的土压传感器可以适时将刀盘前部的土压值显示在控制室屏幕上，盾构主司机根据地面监测信息的反馈及时更改、设定土压力。施工中土压力与出土量紧密联系，及时总结最合理的土压力及出土量，减小对土体的扰动，使土体位移量最小。(2) 推进速度控制盾构

19、推进通过对土压传感器的数据来控制千斤顶的推进速度，推进速度控制在12cm/min，并保持推进速度、刀盘转速、出土速度和注浆速度相匹配；在推进过程中保持稳定，每日不超过8环。(3) 出土量控制出土量与土压力值一样，也是影响地面沉降的重要因素。盾构机的开挖断面为31.55，每环的理论出土量为31.551.21=37.86m3，在盾构机穿建筑物时，将出土量控制在理论出值的98%，即37.8698%=37.1m3左右，保证盾构切口上方土体能有微量的隆起（不超过1mm），以便抵消一部分土体的后期沉降量，从而使沉降量控制在最小范围内。(4) 同步注浆盾尾通过后管片外围和土体之间存在空隙，施工中采用同步注浆

20、来充填这一部分空隙。施工过程中严格控制同步注浆量和浆液质量，严格控制浆液配比，使浆液和易性好，泌水性小，为减小浆液的固结收缩，试验室定期取样，进行配合比的优化。同步注浆浆液选用可硬性浆液，采取配合比见表7。表7 特殊段浆液配合比表特殊段浆液配合比表水泥（kg）粉煤灰（kg）膨润土（kg）砂（kg）水（kg）13432669862433同步注浆量一般控制在建筑空隙的150180，即每环同步注浆量为2.53.0m3。注浆压力控制在0.3MPa左右。实际施工中浆液的用量及注浆压力结合前一阶段施工的用量以及监测报表进行合理选择，合理选择注浆孔位(一般为隧道底部两侧,减少注浆时瞬间压力对地层的台升) ，

21、同步注浆尽可能保证匀速、匀均、连续的压注，防止推进尚未结束而注浆停止的情况发生。(5) 严格控制盾构纠偏量盾构进行平面或高程纠偏的过程中，必然会增加建筑空隙，造成一定程度的超挖。因此在盾构机进入建筑物影响范围之前，将盾构机调整到良好的姿态，并且保持这种良好姿态穿越建筑物。在盾构穿越的过程中尽可能匀速推进，最快不大于4cm/min；盾构姿态变化不可过大、过频，控制每环纠偏量不大于10mm（高程、平面），控制盾构变坡不大于1，以减少盾构施工对地层的扰动影响。(6) 管片拼装在盾构处于拼装状态下时，千斤顶的收缩会引起盾构机的微量后退，因此在盾构推进结束之后不要立即拼装，等待几分钟之后，待周围土体与盾

22、构机固结在一起后再进行千斤顶的回缩，回缩的千斤顶数量尽可能少，满足管片拼装要求即可。在管片拼装过程中，安排最熟练的拼装工进行拼装，减少拼装的时间，缩短盾构停顿的时间；拼装过程中发现前方土压力下降，可以采用螺旋机反转的手段，将螺旋机内的土体反填到盾构机的前方，起到维持土压力的作用。拼装结束后，尽可能快地恢复推进。(7) 改良土体穿越建筑物的过程中土层性质差异较大（上硬下软）对掘进不利，可以利用加泥孔向前方土体加膨润土或泡沫剂来改良土体，增加土体的流塑性。其一：使盾构机前方土压计反映的土压数值更加准确；其二：确保螺旋输送机出土顺畅，减少盾构对前方土体的挤压；其三：及时充填刀盘旋转之后形成的空隙。3

23、、穿越后施工措施由于同步注浆的浆液时，有可能会沿土层裂隙渗透而依旧存在一定间隙，且浆液的收缩变形也引起地面变形及土体侧向位移，受扰动土体重新固结产生地面沉降。根据实际情况（监测结果）需要，在管片脱出盾尾5环后，可采取对管片后的建筑空隙进行二次注浆的方法来填充，浆液为水泥、水玻璃双液浆、注浆压力0.3MPa0.5MPa；也可在地面对建筑基础进行补充注浆对基础进行加固抬升，二次注浆根据地面监测情况随时调整，从而使地层变形量减至最小。4、盾构施工中对S20公路的保护技术由于盾构推进，地层被扰动和沉降，建（构）筑物的基础必然会受到影响。为防止或减少影响，一般须对建（构）筑物进行保护。一般的保护技术主要

24、为：对建(构)筑物实施加固，对建(构)筑物地基实施加固，对盾构施工参数实施控制。(1) 建（构）筑物地基加固对地基实施加固的措施一般有：加固盾构周围的土体，防止土体松弛和扰动，控制盾构上部地层的变形；隔离因盾构掘进而引起的地基变形，在建(构)筑物与盾构之间，施工隔离帷幕排桩；加固建(构)筑物的地基，提高地基强度和承载力，控制建(构)筑物的沉降。在本区间沿线，对盾构下穿的建(构)筑物均对盾构周围的土体进行加固。加固方法为采用盾构吊装孔进行二次注浆。注浆浆液采用快凝浆液，即水泥水玻璃浆液，浆液配比及具体施工方法见二次注浆施工。注浆范围为建（构）筑物投影范围内所有管片环，即盾构下穿的建筑物范围内每环

25、均注浆。c、为防止盾构推进对建筑物基础产生影响，造成建筑物不均匀沉降而开裂，对建筑物地基进行加固，提高地基强度和承载力。(2) 建筑物加固对建(构)筑物的加固措施分结构加固和基础托换两种方法。结构加固包括对结构本体加固(梁、柱、墙)和基础加固(桩等)。6、过建（构）筑物的监测技术(1) 监测点布置按设计要求及监测规范进行监测点的布置。(2) 监测方法在盾构隧道穿越的桥墩上布设建筑物沉降测点，建筑物沉降测点采用冲击钻在桥墩上打设钻孔，并安设L型钢筋或膨胀螺栓作为沉降测点，采用苏州一光 NA2002水准仪及铟钢尺进行水准测量、跟踪测量的方法。测点布置于桥墩上，实际的布置示意图可参见图6，测点的布设

26、原则是控制建筑物的不均匀沉降的发生。监测频率：一般情况下掘进面前后20米时12次/天；掘进面前后50米时1次/1周。图10 建筑物沉降测点示意图(3) 监测频率在盾构穿越前（进入影响范围）为3次/天，在穿越过程中及穿越后5环期间监测频率34次/天，当在施工过程中轨面变形较大或出现异常时，监测频率可根据工程需要随时进行调整，直至进行实时监测。盾构通过后的地面监测，根据变形点的变形量、变形速率进行回归分析，监测频率也可根据变形速率进行减小，当变形量小于1 mm/天时减为2次/1天，当变形量小于0.5 mm/天时减为 2次/周及至稳定。(4) 监测精度本工程按二等监测精度要求进行。测量仪器定期进行检

27、校，每次工作前检查标尺水泡，仪器气泡，水准仪i角不得大于15，测站高差观测中误差不大于0.2 mm。测站的设置视线长度不大于30m，任意一测站上的视距累计不大于3.0m。(5) 报警值根据同类工程经验，以控制基准的2/3作为报警值，实际以管理单位提供数据为准。当监测点达到报警值时，立即报警，分析出原因立即采相对应措施。(6) 监测资料提交测点布置完成后提交监测点平面点布置图。监测资料每次以报表的形式提交，每次报表包括测点本次变化量、累计变化量，施工工况入施工现场地面状况描述。七、资源配置1、作业人员配置现场作业人员配置如下表8所示。表8 现场施工人员配备表序号班组工种数量备注1掘进班班长4设四

28、个班，黑白班倒班同步注浆操作司机4管片安装操作司机4兼操作管片吊机普工36管片安装和隧道内清理，延伸走道等2维保班班长1设1个班，白班维保工3液压、电气和机械各一个3综合班班长1设一个班，白班防水工6管片防水粘贴地面系统司机8门吊，反铲普工16渣土清理，砂浆搅拌，排轨组合，管片修补4注浆班钻机司机2预埋注浆管施工注浆泵操作工2隧道内二次注浆及加固注浆普工104合计972、机械配置施工机械配置如下表9所示。表9 主要机械设备投入表序号机械或设备名称规格型号数量国别产地制造年份额定功率(KW)生产能力用于施工部位备注1盾构机TM634PSX2日本小松803.7kw6340mm区间施工2直交变频机车

29、JXK-252河南2006150kw25T隧道水平运输3直交变频机车JXK-352河南200635T隧道水平运输4碴车8河南200514m3隧道碴土运输5管片运输车4河南200525T隧道管片运输6砂浆运输车4河南20066m3隧道砂浆运输7砂浆贮备罐2河南20067.5m3砂浆贮备8砂浆搅拌站JS5001上海200630kw25m3/h砂浆拌制9挖掘机PC2001山东200696kw0.8m3挖土、凿土10装载机ZLC50C1广西2006162kw3m3装碴、倒运材料11门吊32T2杭州2006140kw垂直提升设备12门吊15T2杭州200680kw15T管片倒运13地质钻机XY-1001

30、西安200425kw注浆孔14双液变量注浆泵SYB-60/51上海200515kw50l/min隧道二次注浆15旋喷钻机AC-7001郑州200530kw20MPa旋喷桩八、应急预案1.目的 为了更好地加强对S20桩基的保护，项目部根据有关规定加强施工现场建筑物保护的相关要求。针对不同建筑物对本工程施工特点，在施工范围内尽可能地采取有效安全保护措施，为确保施工期间无事故发生，从根本上做好各项超前性防护工作；特制定桩基S20保护预案。2.组织管理网络公司总经理公司工程部专管工程师项管部主管经理项管部管线保护专管员区间盾构施工队管线保护专管员各班组专管员3.现场风险防范领导小组组长： 成员： 具体

31、分工如下：（1） 李彧 负责现场，任务是掌握了解事故情况，组织现场抢救。（2） 党成 负责联络，任务是根据指挥小组命令，及时布置现场抢救，保持与当地电力、煤气、建设行政主管部门及劳动部门等单位的沟通。（3） 王建强 负责维持现场秩序，做好当事人与周围人员的问讯记录。4.救援队伍的组成发现事故者立即向项目部值班室汇报事故情况，同时由现场施工人员组成抢险队伍，在保证人员安全的情况下进行事故处理，等待救援队伍到来。救援队伍由项目部现场管理人员及施工人员组成。由项目经理杨腾蛟全权负责调度分配。所有人员均必须服从指挥。5. 救援物资储备为保证工程险情发生时预案实施所需的设备及物资供应，储备以下物资为预案实施储备物资6.通讯联系医院急救中心 120 火警 119 匪警 110工地现场值班电话： 021-54168722 有关负责人电话：19