区间盾构工程施工组织设计方案Word文件下载.docx

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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。

南站站～岔路口站区间始于地铁南站南端，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、J3x-1强风化泥质粉砂岩层、J3x-2中风化泥质粉砂岩层。

隧道断面大部分都附存③-3-1b1-2粉质粘土层、J3x-1强风化泥质粉砂岩层、J3x-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基本无地下水。

区间平面图2-1：

图2-1区间平面图

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。

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。

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置和姿态，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。

盾构隧道管片由力高建筑构件分包生产。

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；

另外注浆的位置及压力，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置的反方向移动，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置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置，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置，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置，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1m3浆液）

水泥

粉煤灰

砂

膨润土

水

初凝时间

7d强度（MPa）

压浆效果

50Kg

726Kg

550Kg

50Kg

420L

6～7h

﹥2

不常堵管

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

因素

推算的增加比例的围

设定系数

α1

注入压力产生的压密

加气

1.30～1.50

0.4

不加气

1.05～1.15

0.1

α2

土质

1.10～1.60

0.35

α3

施工损耗

1.10～1.20

0.10

α4

超挖

0.15

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，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

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。

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

使用搅拌装置，保证浆液在运输过程中不出现分离；

经常检查从注入孔到泵的输浆管路的畅通状况；

掌握注入孔位置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；

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；

管片出现破损、上浮等现象时先采取封堵措施后再注浆；

当浆液从管片外漏时，应暂停注浆，待采取措施后再行注入；

废浆液及时用排污泵通过排污管线排到地面；

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注浆孔位置及构造

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，二次补注浆孔的位置宜选择在管片两侧。

⑴直线段：

注浆孔在管片两侧交替选择；

⑵曲线段：

注浆孔的位置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。

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。

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，通过管片注浆孔（盾构机后方5环位置）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

稳定剂

1150kg

2.7～3.5kg

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

注浆完毕后，要冲洗枪头，使之可顺利进行下一次注浆。

注意注浆孔的密封，以防渗水。

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

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。

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

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。

⑴开挖管理

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。

排土量

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。

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

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：

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。

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，在洞口围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，加固的围一般为：

出洞口加固9m×

（隧道直径+6m）；

进洞口加固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紧，然后再拼下一片；

另外，盾构长时间停顿时，盾构机机头在自身重量和上部土体压力作用下会产生下沉或后缩，导致前方土压降低而发生地面沉降（因机头头部较重且尾部有衬砌环支撑），此时，我们采用将盾构自身千斤顶全部顶紧于后部衬砌上或另加设千斤顶支撑于盾构下半部和后部衬砌管片上，以此来平衡盾构机前方、上方的土压。

严格控制推进的速度，尽量保持速度均匀稳定，同时还要严格控制土压，尤其是在上软下硬地层中进行盾构掘进施工时，更要注意这一点。

因为在上软下硬地层中掘进土压的波动幅度较大，相对来讲土压的控制要困难一点，更要严加控制。

推进时稳定推进速度、螺旋输送机的转速及加泡沫的量，通过这几个方面的协调控制可以把土压控制在一个较为稳定的围。

综合应用上述技术措施即可较为理想地控制地面沉降量，保证工程质量。

第4章区间盾构施工

本区间段穿越此地层主要为③-3-1b1-2可-硬塑粉质粘土层、J3x-1强风化泥质粉砂岩层和J3x-2中风化泥质粉砂岩。

K8+108.711～K7+812.15段为③-3-1b1-2可-硬塑粉质粘土层，计296.561米；

K7+812.15～K7+472.17段、K6+840.06～K6+693.92段及K6+255.9～K6+018.919段为上软下硬地层，上部为J3x-1强风化泥质粉砂岩层和J3x-2中风化泥质粉砂岩，下部为③-3-1b1-2可-硬塑粉质粘土层，计722.961米，K7+472.17～K6+840.06段及K6+693.92～K6+255.9段为硬岩层，计1070.13米。

盾构机在过粉质粘土层和上软下硬地层时，容易产生较大的围岩扰动。

因此，对软土地层和上软下硬地层如何控制盾构开挖面的稳定性，是保证盾构安全高效推进的首要前提推进。

4.1盾构机掘进模式

南站站～岔路口站区间盾构机采用土压平衡式掘进、欠土压平衡模式两种方式进行施工。

4.1.1土压平衡式

盾构机在②、③层等土层中时，将采用土压平衡式模式掘进。

该模式的核心是保持合理的土仓压力，从而维持开挖面的稳定和控制地面沉降。

控制土压力的方法主要有：

①在保持推进速度不变的情况下，调节螺旋输送机的转速；

②在保持螺旋输送机转速不变的情况下，调节盾构机的推进速度。

上述两种控制方法可根据实际情况灵活选用。

4.1.2欠土压平衡式

盾构机全断面在J3x-2层时，将采用欠土压平衡式模式掘进。

在该模式下施工时，密封土舱的渣土并不饱满，土舱的被动土压力小于工作面的主动土压力，土舱的渣土处于一种非平衡状态。

在掘进过程中，岩面在短时间能保持自立，不致发生开挖面坍塌或上部土体塌落出现地表沉降现象。

采用这种状态进行施工，在岩层施工效率较高，总推进速度较快。

4.1.3掘进模式的切换

在欠土压掘进模式掘进过程中，一旦开挖面不稳定、土质变差或地面变形异常时应迅速调节螺旋机转速或推进速度，使土仓中充满土体从而保持必要的压力。

在盾构机掘进至土岩交界带时，应严密关注出土的土质情况及地面沉降监测数据，及时根据情况切换掘进模式。

4.2在软土地层掘进

南站站～岔路口站区间采用的盾构机刀盘直径为Φ6420，盾体直径为Φ6390。

由于盾构机刀盘与盾体之间存在15mm的理论空隙，并且刀盘与盾尾之间无法进行同步注浆，盾构机在掘进过程中，土体存在直接沉降的风险，特别是在②-3b2-3粉质粘土层、②-2b4淤泥质粉质粘土层等软土层中掘进时，沉降影响将尤为明显。

为了防止这种现象出现，拟采用以下措施：

在采用土压平衡的模式掘进，根据开挖面的情况，选择相应的土压并加以严格控制,保持开挖面上方土体的稳定。

推进过程中，适当的加大密封土舱的的土压力，保证盾构机掘进时前方10m左右位置保持着一定的隆起状态，减小盾构机通过时直接沉降的影响。

在盾构穿越软土过程中严格控制与切口土压力有关的施工参数，如推进速度、总推力、出土量等，尽量减少土压力的波动；

严格控制盾构纠偏量；

保证盾构机处于良好姿态，尽量减少对易变形土体的扰动，防止土体结构破坏。

部分隧顶和隧道洞身通过②-3b2-3粉质粘土及③-3-1b1-2粉质粘土，盾构掘进时，对刀盘可能会有粘结作用，在此类地层中掘进时，刀盘中心区和土仓中心区可能会形成“泥饼”现象，产生堵仓现象，造成刀盘转动负荷加大，排土不畅，甚至停止转动，如果地下水较丰富，螺旋机由于排土不畅而无法形成土塞，排土口就会产生喷发，开挖面就会失稳，发生地层坍塌。

同时，造成土仓温度升