6号线掘进方案修改.docx
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6号线掘进方案修改
第一章编制依据、原则、目的及规范标准
一、编制依据
（1）招标文件、设计图纸及其答疑、补遗文件。
（2）现场踏勘、调查资料、《岩土工程勘察报告》；盾构机图纸，盾构机使用维护技术文件；
（3）国家现行技术规范、标准及天津市现行相关规范、标准及文件；
（4）《天津市建设工程重大风险源管理办法》
（5）《天津地铁6号线北竹林站-天津西站施工组织设计》
（6）《应急预案》
（7）铁路局铁路地段盾构穿越专家评审意见
（8）其它相关技术文件及图纸等。
二、编制原则
（1）严格执行基本建设程序，认真贯彻国家和天津市关于地铁建设方面的有关方针、政策和规定；
（2）严格遵守业主要求的关键节点竣工日期及整项工程的竣工交付日期；
（3）按照轻重缓急，合理安排施工部署，考虑到各阶段、各工序、各工种的施工特点、重点和难点，有效地做到各阶段、工序、工种间的有机的衔接，既要突出重点，又要兼顾一般；
（4）根据本工程特点及工期要求，统筹安排各工程的施工顺序和进度；
（5）通过对各关键工序进行充分的方案比选，以保证施工方案的先进性、经济合理性。
三、编制目的
（1）规范操作程序，指导现场施工，确保盾构始发、掘进、到达施工的顺利、安全。
（2）为盾构施工提供可行性施工经验。
（3）对盾构施工沿线建筑物及地下管线情况进行调查，通过调查、分析、判断、预测施工中可能对周边建筑物及地下管线的影响情况，消除各种隐患，并在施工中将对周围环境的影响降到最小程度。
（4）确保盾构施工工期的要求。
第二章工程概况
一、工程范围
天津地铁6号线，从北竹林站开始，下穿民房建筑、天津西站进站匝道桥、京沪铁路、津秦高铁、南仓城际联、天津西站出站匝道桥，至既有1号线预留的6号线节点扩建而设置的西站站新增活塞风道工点。
线路各段设计范围情况如下：
序号
起点里程
终点里程
长度（m）
设计范围
1
左DK15+871.570
左DK15+992.268
520.149
盾构区间
右DK15+871.570
右DK16+012.568
534.377
表2.1—1本工程各段设计范围情况
区间平面由半径为350m、缓和曲线及直线构成，立面上为单向坡，坡度为1.3704%和0.3%，下穿铁路站场段为直线。
区间采用盾构法施工，未设联络通道和排水泵站，主体结构为由管片错缝拼装而成的环形结构，结构内径为5.50m，管片厚度为0.35m，环宽1.20m，环间通过螺栓连接。
盾构自始发152m后进入国铁站场范围，以直线段下穿170m的国铁站场。
下穿铁路站场左线里程：
DK16+022.420～DK15+789.047，下穿段区间长158.609m，盾构管片125环～264环；右线里程：
DK16+035.642～DK15+822.563，下穿段区间长170.327m，盾构管片136环～286环。
图1-1北竹林站-西站站区间平面示意图
二、工程环境
本工程北竹林站～西站站盾构区间，盾构机从北竹林站大里程端头井始发向西站站方向掘进。
北竹林站～西站站区间盾构隧道自始发152m后进入国铁站场范围，以直线段下穿170m的国铁站场。
北竹林站～西站站区间盾构隧道在里程DK16+37.833～DK15+814.781范围（左线125～264环，右线136～286环）内穿越京沪铁路、津秦高铁、南仓城际联铁路站场铁路群以及1处通信基站和14处接触网杆。
经调查，南仓城际联路基段下设水泥砂浆桩（桩长10m，桩底标高-11.10m），水泥搅拌桩（桩长6m，桩底标高-7.10m），隧道穿越区段距离路基加固段188m，未在盾构穿越影响范围。
盾构隧道在铁路站场铁路群区域内平面线形为直线，立面上为单向坡，坡度为1.3704%和0.3%。
三、工程地质及水文地质情况
（一）工程地质
图1-2北竹林站~西站站站盾构区间左线地质纵剖面图
图1-3北竹林站～西站站站盾构区间右线地质纵剖面图
影响区段范围内地层主要为第四系全新统人工填土层（人工堆积Qml）、新近沉积层（第四系全新统新近组故河道、洼淀冲积Q43Nal）、第Ⅰ陆相层（第四系全新统上组河床～河漫滩相沉积Q43al）、第Ⅰ海相层（第四系全新统中组浅海相沉积Q42m）、第Ⅱ陆相层（第四系全新统下组沼泽相沉积Q41h及河床～河漫滩相沉积Q41al）、第Ⅲ陆相层（第四系上更新统五组河床～河漫滩相沉积Q3eal）、第Ⅱ海相层（第四系上更新统四组滨海～潮汐带相沉积Q3dmc）、第Ⅳ陆相层（第四系上更新统三组河床～河漫滩相沉积Q3cal）、第Ⅲ海相层（第四系上更新统二组浅海～滨海相沉积Q3bm）、第Ⅴ陆相层（第四系上更新统一组河床～河漫滩相沉积Q3aal）。
隧道下穿股道影响区段，洞身主要通过地层为
1粉质粘土、
2a粘土、
1粉质粘土层中。
（二）水文地质
本影响区段内表层地下水类型为第四系孔隙潜水。
赋存于第Ⅱ陆相层以下粉砂及粉土中的地下水具有微承压性，为微承压水。
经分层取水样化验，地表水及第Ⅱ陆相层之上的潜水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中等腐蚀，对钢结构具有中等腐蚀。
第Ⅱ陆相层及以下的微承压水对混凝土结构具有硫酸盐中等～强腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性，对钢结构具有中等腐蚀。
北竹林站～西站站盾构区间周边环境存在风险源较多，为了有效减少对构筑物的扰动采取措施如下：
（1）北竹林站～西站站盾构区间下穿国铁站场前，提前组织专家论证，上报有关部门，办理相关手续，经审批后方可始发。
（2）针对本工程的实际情况，对盾构机的适应性进行改造，以满足区间掘进和构筑物对沉降控制的要求。
（3）在盾构穿越过程中严格控制土仓压力，同时也必须控制与土仓压力有关的施工参数，如：
推进速度、出土量等，以保证盾构掘进面稳定和平衡，施工过程中应特别注意强调推进速度和出土量使土仓压力波动控制在最小的幅度内，以减小隧道的变形和沉降。
（4）严格控制同步注浆量和浆液质量，做到"及时、足量"，要求浆液必须满足泵送要求，浆液的泌水率＜3%，浆液1天的强度≥0.2Mpa，28天的强度≥3Mpa，并确保在列车振动和7度地震下不液化，该浆液通过实验确定浆液配比。
注浆压力应适当控制（不宜过大），并根据盾构推进速度控制注浆量，实际注浆量采用理论值的150%～250%。
（5）严格控制盾构的姿态，盾构姿态的变化不宜过大、过频，以降低土层的损失和对周围土体的扰动，减少沉降。
（6）在盾构推进调整优化施工参数的过程中，要及时接收监测的反馈信息，用其来调整优化盾构推进过程中的施工参数，实现信息化施工。
（7）根据建筑物的结构类型及对沉降的敏感程度，沉降的允许值，制定建筑物及地面变形警界值，建立完善的监测网，及时反馈信息，及时进行跟踪注浆或补充注浆。
（8）在盾构机下穿铁构筑物前，对盾构机进行全面检修维护，同时根据盾构机的使用情况，备足盾构机易损部件，确保盾构机运行正常。
（9）施工过程中如发现既有结构物异常应及时停止施工，采取有效措施保证既有结构安全。
第三章风险评估
一.施工难点和风险点
（一）施工难点
⑴控制铁路轨道沉降是本工程难点
如何在施工过程中减小地层沉降，从而将铁路轨道变形控制在允许范围之内，避免因沉降过大而影响既有铁路正常运营是本施工过程中的风险所在，是本工程的难点。
为此采取以下措施：
1针对本工程的实际情况，对盾构机的适应性进行改造，以满足区间掘进和下穿铁路站场铁路群对沉降控制的要求。
2设置盾构掘进试验段，采集盾构掘进时的推进压力、推进速度、出土量、同步注浆量等参数指标，经过对比分析，为指导下穿铁路站场铁路群盾构机掘进的各项参数设定提供依据，满足铁路沉降量的控制要求。
3加强同步注浆，对同步注浆材料的质量、数量和注浆压力进行严格控制，使管片与土体之间的空隙得到及时填充，减少地面沉降。
4在盾构掘进过程中，通过盾体上的径向注浆孔，及时足量、足压的注入水泥砂浆或其他填充材料，避免盾体与土体之间的空隙而引起的地面变形。
5加强盾构掘进的姿态控制，蛇行修正及纠偏时应缓慢进行，防止对周围土体产生过大扰动而导致沉降量的增加。
6加强施工监测，盾构施工期间需加强对铁路沉降、隆起的监测。
及时向设计、业主、洞内施工管理人员反馈周边环境的动态变化信息，以便能迅速调整，优化施工方法，确保隧道施工和铁路行车安全。
7在盾构机下穿铁路站场铁路群前，对盾构机进行全面检修维护，同时根据盾构机的使用情况，备足盾构机易损部件，确保盾构机运行正常。
8盾构下穿铁路站场铁路群期间，做好管片等材料的供应工作，避免盾构机因材料供应不及时而出现意外停机的现象。
（2）注浆量及注浆质量控制是本工程难点
①严格控制盾尾同步注浆量和浆液质量。
②盾构推进时，为了防止土体松动和下沉的同时防止管片漏水，达到管片早期稳定和防止隧道蛇行，需对盾构外径及衬砌外径间的环行空隙同步注浆，做到"及时、足量"，要求浆液必须满足泵送要求，浆液的泌水率＜3%，浆液1天的强度≥0.2Mpa，28天的强度≥3Mpa，并确保在列车振动和7度地震下不液化，该浆液通过实验确定浆液配比。
注浆压力应适当控制（不宜过大），并根据盾构推进速度控制注浆量，实际注浆量采用理论值的200%～250%。
在确保注浆质量的前提下，方能进行下一环的推进施工。
③应添加泡沫剂和膨润土，以改善渣土流塑性和减少排土扭矩，并对防止喷涌和减少机械事故有利。
④洞内管片背后二次深孔加强注浆加固采用双液浆，注浆时应遵循"多点、低压、多次"注浆原则，降低注浆压力影响；注浆扩散半径约2～3m，注浆压力为0.4～1.2MPa，注浆压力与注浆量双控，在管片出盾尾5环后即可进行，注浆应形成不小于2m厚的注浆圈。
注浆结束后，拆除注浆头，用双快水泥砂浆对注浆孔进行封堵，带上螺堵。
（3）地质条件复杂
按照地质勘查报告，盾构穿越地段主要为粉质粘土、粘土、粉土层，地下水丰富，对盾构施工影响大，针对此情况采取以下措施：
首先对线路穿越的铁路信息进行详细调查，认真分析，并形成记录。
加强施工组织管理，穿越时，建立项目部、井口、隧道内、铁路“四点一环”的指挥管理系统，充分考虑并制定各项措施、方案、预案及应急措施，备好应急物资。
盾构机穿越前，对盾构机的性能进行全面的检修，配置充足的盾构机易损部件，特别是对盾构机的密封性能进行检查，保持盾构机以良好的状态完成特殊地段的掘进施工。
做好管片供应保障工作，务必使管片供应及时、出土顺畅，在确保质量、安全的情况下使盾构机均衡、快速的通过特殊地段。
加强施工控制，优化施工参数，通过盾构同步注浆、二次深孔注浆和多次洞内补充注浆严格控制地面沉降量。
严格控制盾构掘进参数，如出土量、推进速度、总推力、实际土压力围绕设定土压力波动的差值等，防止超挖、欠挖，尽量减少平衡压力的波动。
加强盾构机姿态控制，减少对周围土体的扰动。
加强施工监测，以信息化管理指导盾构掘进施工。
（二）施工风险点
（1）本区间下穿京沪铁路、津秦高铁、南仓城际联，如何在施工过程中减小地层沉降，从而将铁路轨道变形控制在允许范围之内，避免因沉降过大而影响铁路正常运营，是本施工过程中的风险所在。
优化盾构设计，合理选择盾构掘进模式。
施工前制定下穿铁路站场铁路群专项施工方案，通过专家评审后用以指导盾构施工。
设置盾构掘进试验段，试验段掘进时的地面沉降控制按照下穿铁路站场铁路群的要求严格控制，为下穿铁路线盾构施工在各项参数选择上提供依据。
加强设备易损部件的储备和物资材料的供应工作，保证盾构施工平稳进行。
强化盾构施工人员的技术培训，进行详细的有针对性的技术交底，加强施工过程控制。
加强施工监测，合理布置监测点，满足沉降控制的要求。
施工中加强对监测数据分析对比，发现问题及时采取措施，以信息化管理指导盾构掘进施工。
制定应急预案，做好应急物资的储备和保管工作。
（2）盾构穿越管线是本施工过程中的风险所在，预防措施如下：
技术措施有：
穿越管线时，应严格控制正面平衡土压力，保证出土量与推进速度相匹配。
加强隧道及周围环境的保护（信息化施工），加密地面的沉降观测点，同时每天增加测量次数。
盾构应连续掘进，尽可能减少故障停机，加强设备的维修和保养，以最快的速度完成穿越施工。
④严格控制同步注浆量和浆液质量，通过同步注浆即使填充建筑空隙，减少施工过程中土体的变形。
盾构掘进完成后即使对管片外壁间隙进行二次补浆。
监测措施有：
测点布设：
根据现场条件，尽可能的布设直接监测点，或者布设间接监测点，直接监测点是将地面开挖把水管暴露出来，用托架进行保护，把测点埋设在管线的上方；间接监测点是把测点打入管线下方的土体中，通过监测土体的变化来监测管线的安全状态。
监测范围和频率：
对盾构推进前20米和后30米及盾构轴线两侧15米范围的管线进行监测。
盾构推进时一般为2～3次/天，遇到管线沉降过大时要加密监测，直至跟踪监测。
动态信息传递：
每一次测量成果都及时汇总给施工技术部门，以便于施工技术人员及时了解施工现状和相应区域管路变形情况，确定新的施工参数和注浆量等信息和指令，并传递给盾构推进面，使推进施工面及时作相应调整，最后通过监测确定效果，从而反复循环、验证、完善，确保隧道施工质量。
对沿线地下管线，与管线单位、业主、监理单位协商后，采取各方都认可的保护措施。
一、进度计划安排的思路和原则
本区间地理位置特殊，环境保护要求严格。
根据上述特点，确定施工进度计划安排的思路和原则：
（1）根据业主的节点工期对全标段工程的总体筹划安排施工进度计划。
（2）积极主动地开展前期准备工作，争取尽早开工。
认真配合业主及有关管理各方，确保城市交通畅通和居民的正常生活不受干扰，使施工生产顺利展开。
（3）统筹安排区间隧道的施工，确保节点工期。
区间隧道施工对盾构推进，管片拼装，注浆，碴土外运等组织平行流水作业，确保工期。
（4）服从业主对施工进度计划的协调和安排，充分考虑各种不可预测因素可能对工期的不利影响，工序安排时留有余地，确保各节点工期兑现。
（5）合理安排各工序，减少施工设备、周转料等的投入，减少浪费，控制施工成本。
（一）施工总工期及计划开工、竣工日期
各重要节点工期均满足业主要求，并在施工过程中服从业主统一工期安排和合理调整。
具体开工、竣工日期如下。
计划开工日期：
2014年9月1日；
计划竣工日期：
2015年2月5日。
节点工期：
本标段所有节点工期都符合招标文件的要求。
（二）主要进度指标分析
按正常施工进度考虑一定余量和机动时间，本项目所涉及的主要工期进度指标如下：
盾构掘进4环/天。
第五章施工准备
一、盾构机的选型及性能参数
本区间共安排2台中交天和Φ6450土压平衡盾构机进行施工；盾构机自北竹林站始发沿左右线向西站方向推进。
现将实际工程特点与拟盾构机参数进行对比，对比结果见表1。
表1
工程特点
中交天和盾构机
最小转弯半径
最小平面曲线350m
最小曲率半径250m
最大坡度
最大纵坡13.704‰
最大纵坡25‰
适应地层
2粉土、
4粉砂、
1粉质粘土、
2a粘土、
1粉质粘土层
淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、细砂、粉砂
覆土厚度
15.07—17.03m
5-30m
管片参数
管片外径6.2m、内径5.5m
管片外径6.2m、内径5.5m
经过以上对比分析，中交天和盾构机满足本区间施工要求，故本区间采用中交天和土压平衡盾构。
中交天和盾构机主要系统见下图。
图5-1中交天和盾构机主要系统
中交天和盾构机基本性能参数见表2。
表2-1
中交天和盾构机基本配置
盾构外径
mm
6450
总重
吨
450
盾体总长
mm
8680
整机总长
m
60.905
推进油缸
只
16
最大推力
kN
40000
最小曲率半径
m
250
掘进最大坡度
2.5%
最大掘进速度
cm/min
8.5
铰接角度
度
左右1.5度、上下1度
刀盘最大扭矩
kN·m
5147
表2-2
中交天和盾构机
参数
刀盘
最大扭矩
5147kNm
电机数量
10
最快转速
1.3rpm
总功率
550kw
马达类型
变频电动
直径
6450mm
开口率
44%
超挖刀
2把
切削刀
72把
超前刮刀
36把
泡沫注入管路
5路
表2-3
中交天和盾构机
参数
推进
最大推力
40000kN
油缸数量
16
油缸行程
2150mm
最大推进速度
8.5cm/min
推进压力
32.4Mpa
铰接
铰接油缸
16个
铰接角度
上下1度，左右1.5度
铰接模式
被动铰接
拼装机
旋转角度×旋转速度
左右各200度×0.2/1.2rpm
升降范围×移动范围
0～700mm×0～1000mm
压进力×起吊力
216KN×222KN（22tf×22.6tf）
表2-4
中交天和盾构机
参数
螺旋机
壳体外径
Φ711.2mm
转速
0-22rpm
Φ叶片直径× 螺距
Φ650mm×P600mm
排土能力
最大233m3/h
回转扭矩
最大46.7kNm×20.6MPa
注入口
4个
排出卵石最大直径
φ280×L475
闸门
闸门数量
3个
蓄能手动关闭次数
1套/4次
是否具伸缩功能
具备伸缩功能
表2-5
参数
泥浆
泡沫
泥浆、泡沫注入
排量（L/min）
170
135
压力（Mpa）
2.5
0.8
输出（kw）
15
7.5
电压×频率
380×50
380×50
泵台数
2
2
箱容量（m³）
3.6
1.56
泵种类
挤压泵
离心泵
注入口
5
5
表2-6
参数
集中润滑
盾尾油脂
集中润滑、盾尾油脂
最大排量（L/min）
10
40
最大压力（Mpa）
30
15
泵台数
2
1
油箱容量（kg）
25
250
泵种类
气压泵
气压泵
注入口
18
12
驱动气压（Mpa）
0.8
泵品牌
KWP
林肯Lincin
表2-7
Φ6450注浆参数
A液
B液
同步注浆系统
排量（L/min）
280
20
压力（Mpa）
5.5
1.5
输出（kw）
30
1.5
电压×频率
380×50
380×50
泵台数
1
1
浆箱容量（m³）
8
0.6
泵种类
施维英柱塞泵
挤压泵
注入口
4
4
区间隧道施工见图5-2车站与区间施工部署关系图。
本区间共安排2台中交天和Φ6450土压平衡盾构机进行施工；盾构机自北竹林站始发沿左右线向西站方向推进。
隧道内水平运输采用轨道运输，垂直提升由地面布设的32t龙门吊完成。
图5-2车站与区间施工部署关系图
盾构施工的全过程要严格按照国家标准及天津地铁建设工程强制要求标准《盾构施工强制要求二十一条》执行，确保施工安全。
（1）出土、存放、运输
盾构正式推进前，施工场地先平整、硬化、围护。
分别在始发井端头处设置出土、存放、运输系统，安装32t龙门吊机行车轨道、存放20环碴土的钢筋混凝土集土坑、车辆保洁设施及挖掘机均要就绪。
组织专用运送碴土的车辆，确定运输时间、路线及弃土、弃碴场。
（2）浆液制备
同步注浆和二次注浆所用的砂浆搅拌机、震动筛、压浆泵、储浆箱、浆液运输车、盾构压浆和出浆循环管路等各种机械、设备安装调试完毕，满足生产条件，制备浆液所用各类材料试验合格，贮备齐全，得到确认。
（3）供电与供水
盾构机用电从高压开关（10kV）接电。
其他施工用电、用水由业主提供的供水、供电接驳点提前接引至现场，各类电缆、电线、管路按相关规范接到隧道内，经专业工程师调试、认可，以满足施工需要。
（4）物资储备
管片及其连接件、防水材料进库到位，临时存放场地清理硬化，管片储备完毕。
盾构掘进用的相关材料（如钢轨、枕木、水管、走道板、电线、电器开关等）准备齐全，并按用途、规格堆码整齐，做好标识。
三、隧道内施工布置
隧道内施工布置具体见图5-3。
隧道内运输线路除盾构车架后10m处为四轨，其他均为两轨，轨距为813mm，25t电瓶牵引机车，30kg/m钢轨，盾构机后配套设备行走在外侧两根钢轨上，运输车辆行走在中间钢轨上。
轨枕采用[18槽钢，轨枕间距1.2m，单根钢轨的长度为6m。
在车站站台层内铺设Y型道岔，组成会车线和电瓶车调头。
图5-3隧道内施工布置示意图
四、管片质量验收
根据招标文件要求，管片由业主供应至现场，本单位负责吊装、卸车，同时负责验收管片质量。
（1）管片精度的验收
管片表面不得出现裂缝、破损、掉角等现象，单块管片制作精度要求。
管片的精度具体控制指标满足设计的要求：
单块管片制作的允许误差：
宽度±0.3mm；弧弦长1.0mm；外半径+3，-0mm；内半径±1.0mm；环向螺栓孔孔径及孔位1.0mm；厚度为1.0mm。
（2）管片运输
①管片出厂前检验
管片出厂前生产厂家对管片进行检验，符合要求的签发出厂合格证安排出厂。
②管片运输
管片运输车辆上配置有垫木，避免管片运输过程中出现损坏。
③卸车现场验收
检查有无缺角、碰伤等使用前缺陷，按批次抽检管片的外形尺寸。
（3）质量保证措施
、确保定位轴线质量
a、严格按照施工图及施工现场实际位置定出桩的起始点及轴线位置；
b、搅拌桩起始点及轴线位置经验收合格后，方可进行搅拌桩施工；
、确保桩位质量
桩位移机前要量好间距尺寸并做好标记，移位时在内外边线间移动，就位前对桩间距进行复核，以确保桩间搭接长度符合设计要求。
、确保桩顶、桩底标高
施工时应不断测量施工场地及机架标高，并及时修正相应桩深和其它标高控制位置。
、保证桩体垂直度
在铺设道轨枕木处要垫平整实，使道轨枕木在同一水平线上，在开孔前用水平尺对机架进行校对以确保桩体垂直度（不得超过1.0%h）达到设计要求。
第六章盾构掘进
一、盾构试验段掘进
（一）盾构试验段掘进的目的
盾构开始掘进的100m称为试验掘进段，然后的盾构施工进入正常掘进阶段。
在盾构始发段100m的推进过程中，应注意对推进参数的设定，对推进时的各项技术数据进行采集、统计、分析，争取在较短时间内掌握盾构机械设备的操作性能，掌握地面变形与施工参数之间的关系，并确定盾构推进的施工参数设定范围，并将盾构机进行调试到良好的工作状态，为盾构正常推进取得施工参数和施工操作经验。
（二）盾构试验段掘进施工参数取值
盾构始发施工前对盾构机掘进过程中的各项参数进行设定，施工中根据各种参数的使用效果及地质条件变化在适当的范围内进行调整、优化。
须设定的参数主要有土压力、推力、刀盘扭矩、推进速度及刀盘转速、出土量、同步注浆压力、添加剂使用量等。
（1）土压力设定
盾构在掘进过程中据P=K·P0取得平衡压力的设定值，具体施工时根据盾构所在位置的埋深、土层状况及地表监测结果进行调整。
盾构掘进过程中，地表隆陷与工作面稳定的关系以及相应技术对策见表1。
表1地表沉降与工作面稳定关系以及相应对策
地表沉降信息
工作面状态
P与P0
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