地铁工程盾构始发掘进接收专项施工方案.docx
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地铁工程盾构始发掘进接收专项施工方案
北京地铁6号线二期十三标项目经理部
新华大街站～玉带河大街站区间
盾构始发、掘进、接收专项施工方案
编制：
复核：
审 批：
1编制依据
1、北京地铁6号线二期工程13标段招、投标文件。
2、《北京地铁6号线二期工程施工图设计第六篇新华大街站～玉带河大街站区间土建工程》。
3、《北京地铁6号线二期工程勘察03合同段新华大街站～玉带河大街站区间岩土工程补充勘察报告》（北京市地质工程勘察院，2012年4月）。
4、《北京地铁6号线二期工程地形及管线资料（电子版）》（北京市地质工程勘察院，2010年8月）。
5、6号线二期线路平面图、纵断面图（电子版）（北京地铁6号线工程设计总体组，2012年03月）。
6、6号线总体组下发的有关联系单。
7、北方重工沈重盾构机分公司提供盾构机图纸资料，盾构机性能参数表。
8、采用的主要技术规范、规程。
（1）《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）
（2）《地铁工程监控量测技术规程》（DB11/490-2007）
（3）《北京市轨道交通工程建设安全风险技术管理体系（试行）》（2008.09）
2工程简介
2.1工程概况
2.1.1区间工程概况
新华大街站～玉带河大街站区间线路北起新华大街北侧、滨河北路以西200m的规划路环岛路口下的新华大街站，线路出站后下穿新华东街，沿滨河北路西侧的规划道路向东南敷设，到达玉带河东街北侧、滨河北路西侧的玉带河大街站。
设计里程范围：
右K36+519.650～右K37+733.899，右线隧道长度1214.249m；左K36+519.650～左K37+727.526，左线隧道长度1207.876m。
区间于右K37+110.000设置１号联络通道，于右K37+697.000设置盾构始发井，兼做２号联络通道，靠近玉带河大街站站端设置1号迂回风道，新华大街站～盾构始发井区间段采用盾构法施工，覆土厚度约为7.1m～14.5m，盾构始发井～玉带河大街站区间段采用暗挖法施工，盾构井覆土厚度约3.0m，其余暗挖段覆土厚度约10.40m。
盾构区间右线长1170.849m，左线长1165.557m。
如图2.1所示。
图2.1区间工程简图
2.1.2区间平纵断面布置
盾构由玉带河大街站盾构始发井始发，至新华大街站接收。
新～玉区间隧道平面布置图见图2.2。
区间线路转弯半径分别为：
450m，800m，1500m，1200m。
左右线间距最小为13m，最大为34.40m。
右线纵向坡度分别为上坡5‰长580.499m，下坡10.066‰长558m，上坡2‰长32.350m；左线纵向坡度分别为上坡5.108‰长275.207m，上坡5‰长300m，下坡10.068‰长558m，上坡2‰长43.36m。
始发段里程范围左K37+685.207～K37+585.207，右K37+690.499～K37+590.499，长100m，始发平面段为曲线始发，转弯半径为450m，纵断面处在5‰的上坡段。
覆土厚度为10m。
正常掘进段里程范围为左线K37+585.207～K36+619.650长965.557m，右线K37+590.499～K36+619.650，长970.849m。
区间右线K37+110.000处设1号联络通道。
到达段里程范围为右K36+619.650～K36+519.650，长100m。
区间主要穿过粉细砂④3层、粉质粘土④层、粉细砂⑤层、粉质粘土⑥层，局部为粉细砂②3层，新～玉区间盾构纵断面布置见附图一、附图二。
图2.2新～玉区间隧道平面布置图
2.2工程环境调查情况
2.2.1工程地质条件
1）场地岩土特征
本次勘探最大孔深42m深度范围内所揭露地层，按成因年代分为人工堆积层（Qml）、第四纪新近沉积层（Q42+3al+pl）、第四纪全新世冲洪积层（Q41al+pl）、第四纪晚更新世冲洪积层（Q3al+pl）等四大层，按地层岩性进一步分为8个小层。
新～玉区间穿过粉细砂④3层、粉质粘土④层、细中砂⑤层、粉质粘土⑥层，局部为粉细砂②3层。
各层土的地层岩性及其特点自上而下依次为：
人工堆积层（Qml）：
房渣土
层：
杂色，松散～稍密，稍湿，含砖块、灰渣、石子等建筑垃圾和植物根等；
粉质粘土填土
1层：
褐黄色，稍密，稍湿，含砖块、灰渣等，局部有粉土夹层，土质不均；
粉土填土
2层：
黄褐色，稍密，稍湿，含云母、氧化铁、砖块、灰渣和植物根等；
第四纪新近沉积层（Q42+3al+pl）：
粉土②层：
褐黄色，稍密~中密，稍湿~湿，压缩模量平均值
=10.6MPa，
=12.04MPa，属中低压缩性土，含云母和氧化铁等，呈透镜体分布；
粉质粘土②1层：
褐黄色，湿～很湿，软塑～硬塑，压缩模量平均值
=6.43MPa，
=7.53MPa，属中高压缩性土，含云母、氧化铁、姜石，偶含有机质，局部夹粉土薄层，呈透镜体分布；
粘土②2层：
黄灰色，很湿，软塑～硬塑，属中压缩性土，含云母、有机质等，呈透镜体分布。
细粉砂②3层：
褐黄色，稍密~中密，湿～饱和，标贯击数平均值为15，属中低压缩性土，含云母、石英、长石，偶见螺壳。
局部夹粘质粉土薄层。
第四纪全新世冲洪积层（Q41al+pl）：
粉质粘土④层：
褐黄～灰色，湿～很湿，软塑～硬塑，属中压缩性土，含云母、氧化铁，偶见姜石，该层仅个别孔有见；
粉土④2层：
褐黄～灰色，中密～密实，湿～很湿，属中低压缩性土，含云母、氧化铁、有机质等，该层仅个别孔有见；
粉细砂④3层：
褐黄～灰色，中密～密实，饱和，属低压缩性土，含云母、石英、长石等，局部含中粗砂夹层，偶见圆砾。
第四纪晚更新世冲洪积层（Q3al+pl）：
细中砂⑤层：
灰黄～灰色，中密～密实，饱和，标贯击数平均值为39，属低压缩性土，局部含粉细砂层、粉土夹层，偶见圆砾；
圆砾⑤4层：
杂色，中密～密实，饱和，属低压缩性土，含中砂约30%，最大粒径约40mm；
粉质粘土⑥层：
褐黄～灰色，很湿，软塑～硬塑，压缩模量平均值
=9.87MPa，
=10.96MPa，属中压缩性土，含云母、氧化铁，局部有粉细砂夹层；
粘土⑥1层：
灰黄～灰色，湿～很湿，软塑～硬塑，压缩模量平均值
=8.64MPa，
=9.58MPa，属中压缩性土，含云母、氧化铁等，偶含有机质；
粉土⑥2层：
灰黄～灰色，密实，湿，压缩模量平均值
=17.74MPa，
=19.94MPa，属低压缩性土，含云母和氧化铁等；
细中砂⑦层：
灰黄～灰色，密实，饱和，标贯击数平均值为57，属低压缩性土，局部含粉细砂夹层；
粉质粘土⑦2层：
灰黄～灰色，湿～很湿，软塑～硬塑，压缩模量平均值
=12.53MPa，
=13.74MPa，属中低压缩性土，含云母、氧化铁、有机质等。
粉土⑦3层：
灰黄～灰色，中密～密实，湿～很湿，属低压缩性土，含云母和氧化铁等。
粉质粘土⑧层：
灰黄～灰色，湿，软塑～硬塑，压缩模量平均值
=13.25MPa，
=14.62MPa，属中低压缩性土，含云母和氧化铁等。
粉土⑧2层：
灰黄～灰色，密实，湿～很湿，属低压缩性土，含云母和氧化铁等；
细中砂⑧3层：
灰色，密实，饱和，属低压缩性土，含云母、石英、长石、少许圆砾。
2）不良地质作用与特殊岩土
本工程地处北京平原区，拟建工程沿线不存在崩塌、滑坡、泥石流、岩溶等造成的地质灾害问题。
可能造成地质灾害的主要有：
断裂、砂土液化，地面沉降等。
本区间工程场地没有断裂构造通过，距离最近的断裂构造为南苑～通县断裂，该断裂自物资学院站～北关站区间中段一带近似垂直穿越线路。
该断裂大体沿着大兴隆起的西缘展布，是北京迭凹陷与大兴迭隆起的边界断裂。
断层面倾向北西，倾角为50°~75°。
第四纪以前的地层埋深沿断裂两侧变化较大，前第四纪的基岩厚度变化呈规律的带状展布。
该断裂局部为第四纪晚期活动断层，大部分段落在第四纪早、中期有微弱活动。
根据地震安全性评价报告，该断裂带不会对工程线路造成地震地表错动危害。
拟建场地处于东郊地面沉降漏斗东侧边缘区，累计沉降量300～350mm。
若沉降漏斗进一步发展，可能对拟建地铁工程建设及正常运营造成较大影响。
此外，工程施工持续降水也在局部地带、时段造成地面沉降发生。
2.2.2水文地质条件
2.2.2.1地表水力联系
北运河与本段线路呈平行走向，现状水面距离本段线路最近距离约200m；该段河宽约400m，河底标高约15.43m，现状水面标高约18.43m，水深约3.0m，河底未衬砌。
根据玉带河大街站～郝家府站区间勘察钻孔所揭示地层情况，河底基本为粉细砂②3层；本区间段粉细砂②3层属于潜水
（二）含水层，钻孔揭示水位标高12.24～17.49m低于北运河水面标高。
综合判断北运河与地下水之间存在水力联系，河水对潜水
（二）层具有一定的补给作用。
2.2.2.2地下水类型及特征
根据区间地质勘察资料，盾构区间详细勘察钻孔最大深度为42m，在勘察深度范围内，根据区域水文地质资料，本工程场区地层主要赋存两层地下水，地下水类型分别为潜水
（二）和承压水（四），地下水详细情况如下：
潜水
（二）：
含水层岩性主要为细粉砂②3层、粉细砂
3层、细中砂
层及圆砾
4层，水位标高为12.24～17.49m，水位埋深为5.0～9.1m，观测时间为：
2011年2～3月。
该层水属于中等透水层，连续分布，主要接受降水入渗及侧向径流及越流补给，以侧向径流或越流方式排泄。
承压水（四）：
含水层岩性为细中砂
层，水头标高为5.17～9.49m，水头埋深为12.3～17.3m，观测时间为：
2011年2～3月。
该层水属于强透水层，连续分布。
含水层主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流和人工开采的方式排泄。
新～玉区间盾构隧道覆土厚度约为7.1m～14.5m，区间地层主要赋存为潜水
（二）以及局部存在承压水（四）。
2.2.3周边建筑物及地下管线
本段线路自新华大街站引出后下穿新华东街，沿滨河北路西侧的规划道路向东南辐射到达玉带河东街北侧、滨河北路西侧的玉带河大街站。
沿线穿越各风险源情况见第九章风险因素分析、对策及组段划分
滨河北路交通流量较小。
本段线路处于规划中的通州新城区，沿途建筑已基本完成拆迁，现有场地环境相对简单。
线路两侧主要建筑及地下管线如表2.1所示。
表2.1区间周边建筑物及地下管线情况
序号
周边建筑物及地下管线
位置范围
基本状况
1
盾构区间平行穿新建D1400～D1600及2.4×2.0m雨水管
K36+920.0～
K37+575.0
D1400～D1600及2.4×2.0m雨水为钢筋混凝土结构，盾构区间平行下穿新建雨水管，竖向净距约4.5～7.4m。
2
盾构区间平行穿新建D500～D600污水管
K36+920.0～
K37+575.0
D500～D600污水管为钢筋混凝土管，盾构区间平行下穿新建污水管，竖向净距约2.2～5.3m。
3
盾构区间垂直下穿D500～D600污水管
K37+100.000，K37+273.800，右K37+400.000，K37+523.000
D500～D600污水管为钢筋混凝土管，盾构区间垂直下穿污水管，竖向净距约5.3～8.4m。
4
盾构区间侧穿通州区委教育工作委员会及中上园小区楼房、西上园二期安置房
右K37+110.000、左K37+193.000、左K37+369～K37+429
区间与楼房最小净距为9.05m，盾构区间侧穿该楼房，与楼房基础间竖向最小净距为5.9m。
5
盾构区间垂直下穿D800上水管
右K36+610.600，
左K36+632.100
D800上水为铸铁管，接头形式不详。
盾构区间垂直下穿上水管，竖向净距约11.5m。
6
盾构区间垂直下穿D700上水管
右K36+587.500，
左K36+605.300
D700上水为铸铁管，盾构区间垂直下穿上水管，竖向净距约11.5m。
7
盾构区间垂直下穿D1100污水
右K36+565.000，
左K36+589.00
D1100污水为钢筋混凝土管。
盾构区间垂直下穿污水管，竖向净距约10.7m。
3施工进度计划
3.1编制原则
以安全生产、创优为目标，在保证总工期进度的前提下，做到合理利用资源投入，力求均衡生产。
3.2主要工序进度指标
2012年12月11日开始盾构始发推进，2013年05月12日前完成盾构区间施工。
3.3施工进度计划
根据北京地铁6号线二期工程区间盾构始发井目前施工进度，以及总的工期计划，特制定本区间工期计划目标如下：
表3.1盾构区间工期安排
一、右线盾构隧道施工
名称
工期
开始时间
完成时间
1、右线盾构始发井加固
15
2012-08-17
2012-08-31
2、右线盾构接收井加固
15
2012-09-05
2012-09-20
3、右线盾构组装调试
31
2012-11-10
2012-12-10
4、右线盾构掘进施工
120
2012-12-11
2013-04-11
5、右线盾构拆机
10
2013-04-12
2013-04-22
二、左线盾构隧道施工
名称
工期
开始时间
完成时间
1、左线盾构始发井加固
15
2012-08-17
2012-08-31
2、左线盾构接收井加固
15
2012-09-05
2012-09-20
3、左线盾构组装调试
31
2012-12-10
2013-01-11
4、左线盾构掘进施工
120
2013-01-12
2013-05-12
5、左线盾构拆机
10
2013-05-13
2013-05-23
4人员、机械设备、材料计划
4.1人员组织计划
4.1.1人员组织机构
图4.1人员组织机构
4.1.2主要劳动力计划安排
4.1.2.1日工作制
由于工期紧，任务重，日工作制采取二班二十四小时工作制，手交手交接班。
4.1.2.2主要工种劳动力用量
表4.1盾构施工主要工种劳动力每班用量表
序号
工种
人数
备注
1
盾构机操作手
2
2
管片拼装手
2
3
管片拼装辅助工
2
4
机械维修工
4
5
注浆工
3
6
电工
2
7
焊工
2
8
浆液制作
3
9
测量工
3
10
电瓶车司机
2
11
挖掘机司机
2
12
龙门吊司机
2
13
信号工
2
14
吊装工
4
15
杂工
6
4.2设备计划
新华大街站～玉带河大街站区间配备两台盾构机，两台盾构即将组装、调试。
每台设备相应配备电瓶车、渣土运输车、砂浆运输车、管片拖车、循环水箱、以及冷却塔等盾构配套设备。
表4.2盾构施工使用设备表
序号
设备
数量
规格
1
盾构机
2台
土压平衡
2
龙门吊
2台
45T/15T
3
电瓶车
4台
2X110kw
4
砂浆搅拌罐
2个
44kw
5
膨润土搅拌罐
2个
11KW
6
冷却塔
1个
7
外循环水泵
2个
30KW
8
污水泵
2个
5.5KW
9
电瓶车充电池
1座
4.3材料计划
新华大街站～玉带河大街站区间管片采用商用混凝土管片，本区间管片使用计划为共1947环。
其中，右线976环，左线971环。
目前管片正在生产中，到盾构始发时能满足现场施工要求。
区间管片如表4.3所示。
其它常用材料类型如表4.4所示。
表4.3区间管片明细表
标准环
右转环
左转环
加强环
右线
835
92
41
8
左线
827
93
43
8
表4.4常用施工材料类型表
编号
名称
型号
编号
名称
型号
1
工字钢
16a
6
螺栓、螺母
M20
2
槽钢
16a
7
水泥
42.5
3
钢板
10mm厚
8
粉煤灰
4
钢板
20mm厚
9
沙
5
轨道
43型
10
细石
5本工程施工重难点
5.1洞门破除风险预防及处理是本工程的重点
5.1.1预防措施
盾构端头采用深孔注浆加固，加固体强度较高，正面土体稳定性较好，其主要的风险点在于加固体与车站围护结构的外侧表面结合不好、加固体之间的密实度未达到施工要求以及水土流失等。
如果出现上述情况，则洞门破除时很容易产生土体失稳现象，故在洞门破除前要做好预防措施：
1、加固体抽芯检测
采用竖直抽芯和水平抽芯相结合的方式检查洞门加固效果，竖直抽芯部位更注重桩的咬合部位，芯样的连续性应达到90%以上。
盾构端头竖直抽芯及水平抽芯检测各抽5根。
由具有相关检测资质的检测单位对芯样进行检测，并出具抽芯检测的强度和渗透系数的报告。
依据抽芯的结果对盾构端头加固的效果进行评价，若质量达不到要求，则对加固体进行补充加固。
具体抽芯检测相关内容见6.4章节盾构端头地层加固。
2、洞门水平观察孔
洞门破除前15～20天，对洞门区域进行抽芯试验和通过水平观察孔来检测盾构端头的加固效果，主要是观察正面土体的含水量及土体的加固强度等。
通过水平观察孔观察，加固土体渗水量较小。
需要经过现场收集统计，通过计算要求渗透系数小于设计的1×10-7cm/s。
3、抢险物资的储备
破除洞门前，准备好注浆泵及相关的应急抢险物资（水泥、砂子和棉被等），一旦洞门漏砂或塌陷就立即使用注浆泵对漏砂处进行封堵。
4、紧急安全通道
利用盾构井后方的玉带河大街站设置破除洞门时的紧急安全通道，在施工期间，严禁任何人员和物品堵塞通道。
5、破除洞门时机
盾构始发前的洞门破除工作，必须是在盾构机及盾构施工成员全部工作准备就绪后，且设备和人员全部处于临战状态下才能进行。
5.1.2处理措施
1、少量土体塌落
洞门破除过程中，机械破除时产生的震动等原因会导致砂石掉落。
如果掉落砂石的量在控制范围内，不影响正常的施工，也不会对设备和人员构成安全风险，则可将砂石清理后继续施工，需要时可派专人在旁观测土体状况一旦发生危险即时通知施工人员撤离。
2、大量土体塌落
若因端头加固效果不好或施工不当等，造成洞口土体大量塌落时，应立即停止施工，并组织施工人员使用注浆泵对塌落处的土体进行注浆封堵，直到封堵完毕后方可进行下一步施工。
5.2避免洞门密封失效是本工程的重点
洞门密封失效预防措施：
1、严格按照设计文件进行洞门钢环的制作、安装，保证施工精度满足要求；
2、加强盾构始发时的姿态控制，避免盾构姿态不好造成洞门密封的局部失效。
3、盾构始发时，派专人对洞门密封情况进行观察，发现问题，及时处理。
4、适当调整铰接压板，保证帘布橡胶与盾构筒体的密贴。
5.3端头加固是本工程的重点
盾构施工过程中的始发涉及盾构机刀盘的进洞，容易引起地表沉降和涌水、突泥，如果加固效果不能达到设计要求，可能会造成始发的失败，因此端头加固是本工程的重点。
为确保始发时施工安全，确保地层稳定，防止端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况，根据始发接收端头工程地质、水文地质、地面建筑物及管线状况和端头结构等综合分析与评价，对洞门端头采用素桩、垂直深孔注浆、水平深孔注浆进行加固处理。
要求加固后的土体应有良好的均匀性和独立性，掌子面不得有明显渗水，其无侧限抗压强度0.5～0.8Mpa，渗透系数≤1×10-7cm/s。
加固后进行抽芯检测，达不到标准，须重新进行加固。
具体施工方案及技术控制要点如下：
1、在进行钻孔前首先要对加固区域内的管线调查清楚，避免对管线造成直接破坏，并在施工过程中进行监测；
2、注浆加固区域为6m×12m，注浆采用深孔注浆。
钻孔布置范围在盾构开挖直径的上下左右3m，周边孔适当加密并外挑一定角度；
3、注浆过程中严格控制注浆压力在1Mpa～1.5Mpa，避免注浆压力对桩间喷锚造成破坏；
4、使用注浆量和注浆压力双重控制标准，避免注浆量过大造成浆液严重流失；
5、加固完成后，要对加固效果进行检查。
如注浆效果未能达到设计要求，需要重新进行补充注浆。
5.4盾尾刷更换是本工程的难点
盾构机在掘进过程中，特别是在长距离掘进时，往往会由于盾尾密封油脂加注量不足、盾构机姿态调整过猛等原因，致使盾尾刷损坏。
如果盾尾密封性能不良，大量地下水从破损的盾尾渗流到隧道内，后果将不堪设想。
造成个别部位地面沉降严重超过警报值。
盾尾刷损坏预防措施：
1、加强对区间盾构隧道周边工程地质资料、水文资料和环境资料的掌握；
2、始发前保证尾刷手抹油脂工作的质量，掘进过程中保证油脂的注入压力，同时控制同步注浆的压力；
3、掘进过程中控制好盾构姿态，保证管片与盾尾之间的间隙，严禁纠偏过猛造成尾刷损坏；
4、盾构施工过程中经常对盾尾铰接和密封情况进行检查，及时修补损坏的铰接密封、盾构密封和更换损坏的盾尾密封刷；
5、严格控制盾构推进速度，确保推进速度和同步注浆速度相适应，在水、砂、压力共存的地层推进时，防止管片错台过大导致止水橡胶条密封失效，引起管片间漏水漏砂。
5.5管线沉降的控制是本工程的重点
根据岩土工程勘察报告、设计资料以及现场考察情况可知，盾构区间下穿的管线类别主要为上水管、污水管、雨水管。
为确保地下管线及道路交通安全，盾构施工时应合理调整盾构掘进参数，加强壁后注浆，严格控制地面沉降，同时应密切监测管线的沉降，必要时采取措施对地管线范围进行加固。
此外区间隧道结构埋深较大，虽然施工过程中对管线影响较小，但盾构施工过程中，仍需加强监测、控制盾构掘进参数，同时加强洞内及时跟踪注浆以便有效地控制管线沉降。
由于施工过程可能造成管线的变形及损坏，造成严重的后果，故在穿越过程中采取必要的措施是本工程的重点。
具体掘进参数控制见第九章风险因素分析、对策及组段划分。
5.6盾构小曲线半径始发是本工程的难点
5.6.1始发路径的合理选择
盾构始发段包括盾构始发井全部处于R450m的小半径曲线段，而由于始发时条件的制约，盾构始发托架、负环管片和反力架均难以布置成相应的曲线状，使得盾构始发时在出基座前只能沿直线推进，轴线偏差控制较为困难，因此始发路径的合理选择是盾构小曲线始发能否成功的一大难点和关键。
5.6.2负环管片和反力架的设置
盾构曲线始发时，尤其是小半径曲线段始发时盾构推进反力的大小和方向都具有较大不确定性，负环管片和反力架能否稳定可靠地将该巨大的反力传至地层是曲线始发能否成功的又一难点和关键。
5.6.3盾构推进时各参数的合理选择
本工程盾构始发段不仅处于R450m的小曲线段，而且处于5‰上坡段，盾构姿态的控制至关重要，推进时各参数的合理选择成为关键。
5.7穿越风险源施工设备保障是本工程的重点
在盾构机穿越风险源期间，为保证盾构机和施工辅助设备的正常运转，特采取如下措施保证设备运行：
5.7.1成立施工设备应急小组
在穿越风险源期间，项目部成立设备保障小组，以应对施工过程中可能出现的各种设备故障，保证施工设备的正常运转，具体安排如下：
组长：
安宏斌（全面指导维修工作）
副组长：
赵玮栋（具体负责维修工作安排，负责与设备厂家、备件供应商的沟通协调）白云飞（维修负责人）
当设备出现故障时，由相应的负责人安排相关维修人员迅速投入工作岗位，抢修设备。
同时迅速上报项目部领导，以便根据故障的影响情况，采取进一步的措施。
5.7.2设备保障安排
针
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