轨道交通西延伸工程施工技术.doc

1、 上海轨道交通二号线西延伸工程标施工技术总结一、工程简介【威宁路站-古北路站】区间采用单圆盾构施工，上行线1353.9米，下行线1296.75米，盾构掘进共2650.65单线延米；联络通道及泵房采用冷冻法施工。二、地质概况工程区域地势基本平坦，地表高程在3.264.17m之间，工程区域内主要为河口滨海和滨海沼泽相地层，上部浅层有人工填土层出现，主要岩层特性分述如下： 灰色淤泥质粘土：均匀分布，饱和，流塑，夹少量薄层粉砂，具水平层理，层底见贝壳碎层，常有沼气溢出，高压缩性。层厚6.510.5m，为隧道的主要组成地层之一，主要位于隧道的中上部。 1-1灰色粘土：均匀分布，饱和，软塑，含少量腐质根茎

2、，高压缩性。层厚3.67.3m，是隧道的主要组成地层之一。 三、线路平、纵断面1、线路平面 区间线路共有二组平面曲线，其中第一组曲线半径下行线为1999.956m、上行线为1999.963m，而第二组曲线半径下行线为999.919m、上行线为1999.907m。左右线最大线间距（中轴线间距）13.2m，最小线间距12.0m。2、线路纵面 本标段线路纵坡为“”形坡。线路最大坡度为22，最小坡度5.2。隧道顶部覆土厚度6.714.3m，属中浅埋盾构隧道，对地面的干扰相对较小。四、工程重点及难点 1、土层的粘粒含量均大于10，施工中不存在液化现象，但是粘粒含量较高，容易在刀盘产生泥饼；2、五个地质详

3、堪探孔中有沼气溢出，喷出高度最大达11米，燃烧持续时间最长达20分钟，估计沼气溢出压力达17bar；3、地下水压大，隧道管片易出现上浮现象； 4、下行线穿越江南春农贸公司的一座5层楼房，该建筑物布置有桩基，为预制方桩，桩底标高-6.0m，根据调查情况估计侵入盾构掘进空间约0.5m； 6、芙蓉江路十字路口有一条大型合流污水管，管径3600mm，位于隧道上方，与隧道正交；7、隧道线路基本位于城市主干道下部，管线众多，建筑物林立，地面交通流量很大，沉降控制要求极高。五、主要技术措施1、端头加固 针对端头地层性质，对各进、出洞端头采用深层搅拌桩进行地层加固。搅拌桩施工完后，对搅拌桩与车站围护结构结合部

4、20cm左右盲区采用压密注浆加固。 加固范围为出洞端头纵向6.0m，进洞端头纵向3.5m，横向为隧道轮廓范围外3m。采用双轴搅拌桩机施工，桩径700mm，间距500mm500mm，梅花型布置。经取芯检测，加固体强度大于0.8MPa,满足盾构进出洞技术要求。2、碴土改良在淤泥质粘土地层掘进中，主要是要稳定开挖面，防止刀盘产生泥饼，并降低刀盘扭矩。拟采取分别向刀盘面和土仓内注入泡沫的方法进行碴土改良，必要时可向螺旋输送机内注入泡沫。泡沫通过盾构机上的泡沫系统注入。泡沫溶液的组成：泡沫添加剂3%，水97%。泡沫组成：9095%压缩空气和510%泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按开挖方量计算：30060

5、0L/m3。3、可燃气体上海地区多暗浜，大量沼气存留于地层中。在盾构掘进施工中要特别注意可燃气体的监控和管理，防止瓦斯爆炸：严禁明火，专职安全巡视，并加强安全思想教育；使用便携式光学甲烷检测仪在螺旋输送机出土口实时监测沼气，同时加强通风管理，保证施工安全。4、 盾构姿态控制盾构始发后一度出现“栽头”现象。控制盾构机方向的主要因素是千斤顶的单侧推力，它与盾构机姿态变化量间的关系非常离散，主要靠人的经验来掌握。当盾构机出现下俯时，加大下侧千斤顶的推力，当盾构机出现上仰时，可加大上侧千斤顶的推力来进行纠偏。运用导向系统和分区操控推进油缸, 控制盾构姿态，该问题得到有效解决。 5、土体隆沉控制（1）地

6、表沉降的影响因素分析盾构施工中引起的地层损失和盾构隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结，是地面隆沉的基本原因。1）地层损失地层损失是盾构施工中实际开挖土体体积与竣工隧道体积之差。周围土体在弥补地层损失中发生地层移动，引起地面沉降。引起地层损失的施工及其他因素是： 开挖面土体移动。当盾构掘进时，开挖面土体受到的水平支护应力小于原始侧向力，开挖土体向盾构内移动，引起地层损失而导致盾构上方地面沉降；当盾构推进时，如作用在正面的土体的推力大于原始侧向力，则正向土体向上、向前移动，引起地层损失(欠挖)而导致盾构前上方土体隆起。 盾构后退。在盾构暂停推进中，由于盾构推进千斤顶液压油回流千斤顶回缩而可

7、能引起盾构后退，使开挖面土体坍落或松动，造成地层损失。 土体挤入盾尾空隙。由于盾尾后面隧道外周建筑空隙中压浆不及时，压浆量不足，压浆压力不恰当，使盾尾后周边土体失去原始三维平衡状态，而向盾尾空隙中移动，引起地层损失。 改变推进方向。盾构在曲线推进、纠偏、抬头推进或叩头推进过程中，实际开挖面不是圆形而是椭圆，因此引起地层损失。 盾构移动对地层的摩擦和剪切也会引起少量的地层损失。在土压力作用下，隧道衬砌产生的变形也会引起少量的地层损失。2）受扰动土的固结盾构隧道土体受到盾构施工的扰动后，便在盾构隧道的周围形成超孔隙水压力区(正值或负值)。当盾构离开该处地层后，由于土体表面压力释放，隧道周围的孔隙水

8、压力便下降。在超孔隙水压力释放过程中，孔隙水排出，引起地层移动和地面下降。此外，由于盾构推进中的挤压作用和盾尾后的压浆作用的施工因素，使周围地层形成正值的超孔隙水压区。其超孔隙水压力，在盾构隧道施工后的一段时间内复原，在此过程中地层发生排水固结变形，引起地面沉降。土体受扰动后，土体骨架还会有持续很长时间的压缩变形，在此过程中发生的地面沉降称为次固结沉降。在孔隙比和灵敏度较大的软塑和流塑性粘土中，次固结沉降往往要持续几年以上，它所占的沉降量比例可高达35以上。（2）地表沉降发展过程分析施工中地表隆陷的变化，可将其划分为5个阶段，如图1所示： 盾构到达前(刀盘前方3m以外)：盾构掘进对前方土体的影

9、响距离略小(H+D)(H为覆土厚度，D为盾构外径)，当隧道覆土为710m时，影响距离为1215m。地表隆陷变化较小，累计量小于5mm。地表的隆陷由盾构的施工参数决定。当设定土压值较大而出土量较小时，呈隆起状态：反之，呈沉降状态。 盾构到达时(刀盘前3m至后1m)：地表承接上阶段的发展，但变化速率增大。若呈隆起状态，则可达到峰值，累积隆起可达1015mm：若呈沉降状态，累积隆起可达1020mm 盾构通过时(刀盘后1 m至盾尾脱出)：一般情况下地表呈沉降变化，这主要由于盾尾的空隙未能及时充填注浆所致，其沉降量在10mm以内。若盾尾同步注浆及时，充填率大于200，因浆液向前充填而使盾构中部的地层由沉

10、降转为隆起。 盾尾通过时(盾尾脱出4m以内)：盾尾脱出后，最易发生突沉，突沉量可达30mm。若注浆及时，可控制突沉，甚至上隆，但随浆液的固化收缩又会逐渐下沉。 后期沉降(盾尾脱出4 m以外)；盾尾空隙引起的沉降逐渐减缓，此阶段又可分为10d内，1030d和长期3个阶段。脱出盾尾10d内，沉降速率由10 mmd减到1 mmd以下，沉降量为1020mm：1030d内，沉降速率降低至0.2mmd以下。盾构穿越砂土层，其固结沉降期较短，20d的沉降量仅为2 mm，在粘性土层，20d沉降量为1015mm：30d后的长期固结沉降在粘性土层仍有发展，但对环境基本无危害。图1 沉降发展曲线示意图（3）盾构施工

11、引起的地表隆沉影响范围通过对本标段监测数据统计分析，盾构施工引起的地表沉降5个阶段的累积沉降量一般可控制在1030mm；横向地表沉降的影响在隧道轴线两侧(H+D)范围内；其主要沉降影响范围离轴线6m以内；沉降槽呈正态曲线分布。（4）土体的隆沉控制措施从盾构法施工引起地面沉陷的原因及地表变形与盾构施工过程的关系可以看出，影响盾构隧道地表沉降因素有土仓压力、地层性质、盾尾注桨开始时刻、注浆量和注浆压力、出土量及盾构推进速度等，而地表沉降是这些因素综合影响的结果。 盾构的土压平衡控制。盾构开挖面的土压平衡控制是减少土层变形的主要施工参数。设定土压的理论值P0=静止土压+水压，但在实际施工中应视盾构上

12、方土体的隆陷变化进行调整。设定土压值应与盾构推力、推速、刀盘转矩、螺旋输送机转速和排土率相匹配，才能使开挖面稳定并最大限度地减少对土体的扰动。本区间掘进过程中，盾构机土压一直保持在1.21.8bar之间。 碴土管理及掘进参数控制。每一环掘进时严格控制出土量，防止超挖造成地层损失。 盾构掘进过程严格控制盾构机姿态，减小蛇行值；严格控制土仓压力，根据地层情况设定好土压和出土量，保持土压平衡模式掘进。 盾尾的同步注浆管理。严格规范同步注浆操作，以注浆压力和注浆量进行双控保证环形间隙填充质量；注浆管路要保证顺畅，严格执行“掘进与注浆同步，不注浆不掘进”的原则。” 根据地表沉降发展过程分析，在隧道穿越建

13、筑物的时候，可以根据地表沉降发生的特点，及时地在发生沉降之前对管片背部实施二次注浆，从而达到控制沉降的目的。（5）该标段最终监测成果：地表垂直位移：累变量范围：-63.59mm+6.92mm；地下管线垂直位移：累变量范围：-29.92mm-1.53mm；建筑物垂直位移：累变量范围：-23.87mm+9.0mm；管片最大上浮量：管片累计最大上浮量超过设计值达到95mm。 由上图发现地表沉降最大的地段分布在威宁路站端头井附近及芙蓉江路附近。威宁路站端头沉降较大有以下各种原因导致：盾构进站时调整盾构姿态的需要，盾构机姿态导致了地表的沉降过大；由于附近给水管线的施工导致沉降过大；地质勘探孔的冒浆导致地

14、层损失。芙蓉江路地段地表沉降较大主要是因为该地段的地质情况较差，多为流塑状粘土，流变性强，受扰动后沉降较大。6、切削桩体通过“古一”地块下面的桩基时，采用的盾构施工技术措施有: 掘进过程中根据盾构总推力、刀盘扭矩及转速分析刀盘的受力状态，确保其不超载； 根据VMT导向系统显示，控制滚动角的极值，防止盾构机产生超限扭转，使管片的受力稳定，确保隧道的成形质量和保护管片, 防止盾构机的变形； 加强对地表建（构）筑物的监测，及时根据监测结构调整施工参数。 “古一”地块深基坑开挖对隧道影响极小，地铁隧道顶部覆土沉降仅为15mm左右。7、下穿合流污水管芙蓉路路口有一路南北向的合流污水管，管径3600mm，

15、在盾构施工影响区范围仅有一个窨井，井深9.2m，其管底深8.4m。由于这条管线埋深较深，盾构推进中如何控制对管线的影响，确保施工安全是本工程的重点。在施工过程中采用下列措施：加强与有关管线单位的协同合作，顺利完成对管线的调查与核实工作。严格盾构掘进过程中的参数控制，减小地层沉降值。及时对环形空隙进行充填，并且做好二次补压浆工作。加强地面沉降监测，尤其是对管线要布点监测并及时分析评估施工对管线的影响，根据施工和变位情况调节观测的频率，及时反馈监测信息并指导施工。在盾构进入管线重要影响范围内以前，以已通过段所得到的地层变形实际监测成果为基础，再次对管线区内的地面沉降作出进一步预测，以期准确反映实际

16、情况并据此作出正确的管线保护方案。当施工前预测和施工中监测分析确认管线可能受到有害影响时，将根据实际情况采用临时加固或管下地基注浆等保护措施。 该合流污水管最大沉降量为-9.2mm，对管线安全没有影响。8、联络通道施工联络通道采用冷冻法施工。联络通道施工是区间隧道施工中的重点。（1）联络通道施工范围内地质情况第层灰色淤泥质粘土、第1-1层灰色粘土，1-2层灰色粉质粘土。该土层具有高压缩性、低强度、灵敏度高、透水性强等特点，在动力作用下易产生流变现象，土体内聚力小、承载力低，无法自稳，因此旁通道施工适于冻结法施工。（2）联络通道施工中控制要点 冻土帷幕的关键点在其拱部，为此，在旁通道顶部设两排冻

17、结孔，以加大冻土帷幕拱部厚度，并使旁通道顶部的一排冻结孔穿越对面隧道顶部管片，确保冻土帷幕拱部与隧道管片间有足够大的接触面积；为了确保冻土帷幕强度和稳定性，在具体结构设计时，选择比较安全的平面弹性计算模型，在工艺设计时，取较大的备用系数，即实际加固范围要比结构设计的大。 为杜绝在施工冻结孔时容易钻孔出泥的问题，采用水平钻孔机，实现无水钻进。 加强冻结过程检测。在冻土帷幕内布置测温孔和压力释放与观测孔，以便正确测定冻土厚度和判断冻土帷幕是否交圈。对侧隧道管片附近土层的冻结情况将成为控制整个冻土帷幕安全的关键，为此，在对侧隧道管片上沿冻土帷幕四周安装测温孔，以全面监测冻土帷幕的形成过程。 在旁通道

18、衬砌中预埋压浆管，采用注浆的方式以补偿土层融降。注浆配合冻土帷幕融化过程进行，开始可注粘土水泥浆，解冻结束后改注水泥浆；注浆采取“少量多次”的原则，确保土层解冻后地面沉降控制在30mm以内。 在整个施工过程中，严密监测地面和隧道变形，做好信息化施工，确保地面建筑物和隧道本身的安全。 做好施工预案，确保突发情况时的应对施工措施到位。9、管片上浮结合上海盾构施工中常见的管片上浮难题和本标段地质水文资料，详细地分析了产生管片上浮的原因，结合上浮的原因采取了相应的应对措施。（1）上浮原因分析地下水压力和注浆压力过大； 注浆位置选择不当，采用管片注浆孔注浆时，以中、下部注浆孔为注浆孔位；盾构姿态较差，千斤顶编组压力差过大；盾构超挖间隙过大。（2）应对措施通过隧道贯通测量，画出了区间隧道高程断面图；对由于水文条件造成管片上浮并超出规范范围的环号进行标示。对个别管片上浮超过10cm，在管片底部安装球阀进行泄压。管片底部的水从球阀喷射出来，水柱压力很大，直冲到管片顶部。在泄压的过程中加强对地表及管片高程的监测，防止地表由于地层损失再次造成沉降。第 12 页 共 12 页