盾构机过别墅区专项施工方案.doc

深圳地铁二号线2206标盾构隧道右线始发方案
2206标盾构机过别墅区施工方案
一、工程概述
1.1 工程概况
深圳地铁2号线2206标蛇口客运站～海上世界站区间盾构隧道，盾构下行穿过碧涛苑别墅区、怡景阁、工业二路、沿太子路接暗挖区间。线路左线里程ZDK2+788.7～ZDK3+235.35，全长439m，右线里程YDK2+798。0~YDK3+235.35，全长437m。
左线在ZDK2+992～ZDK3+075(长约83m）和右线在YDK3+018～YDK3+110（长约92m）范围内,隧道下行穿过碧涛苑别墅区；左线在ZDK3+135～ZDK3+161（长约26m）和右线隧道在YDK3+140～YDK3+158(长约18m）范围内，下行穿过怡景阁公寓楼.隧道与建筑物平面关系图见图1—1所示,隧道与建筑物纵剖面关系见图1-2、图1-3所示。
图1—1 隧道与建筑物平面关系
图1-2盾构隧道左线与建筑物纵剖面关系
图1-3 盾构隧道右线与建筑物纵剖面关系
1。2 工程地质情况
依据线址区已有地址资料，结合本区间场地的工程地质特征及工程特性，地层岩性为:覆土表层为人工填筑的（Qml）素填土（填石)、填砂，其下为第四系全新统海积层（Q4m）淤泥质粘土、粗砂(含淤泥）、冲洪积（Q4al+pl）粘土、圆砾,第四系上更新统冲洪积(Q3al+pl）粘土、淤泥质粘土、砾砂，中更新统残积（Qel)砾（砂）质粘土,下伏基岩为燕山晚期粗粒花岗岩（γ53）。
盾构机过别墅区段前60m范围内，隧道全断面为⑧3砾质粘土,上覆土层主要为①1素填土和⑤2圆砾。后80m范围内，隧道断面内上半部分为⑧3砾质粘土，下半部分主要为⑨1全风化花岗岩、⑨2强风化花岗岩和⑨3中风化花岗岩，局部可能存有⑨4微风化花岗岩，上覆土层主要为①1素填土和⑤2圆砾。详见左、右线地质纵断面图。
1.3 水文地质情况
场地内地下水主要有两种类型：一是松散土层孔隙潜水,二是基岩裂隙水。
孔隙水主要赋存在第四系全新统粗砂（含淤泥）、圆砾，上更新统砾砂层中，此外粘性土、残积砾（砂）质粘土、全风化岩也赋存。上述各砂层之间一般无连续的隔水层。基岩裂隙水主要赋存在基岩强风化层～中等风化岩的裂隙中，其上覆残积砾质粘土和全风化岩,二者渗透性相近。本次勘察期间，滨海砂堤地貌单元，地下水位埋深1.5～2.6m，水位高程-1.52～1。81m;低丘地貌单元,地下水位埋深6.7～8.5m，水位高程14.94~23.86m。
二、地面建筑物状况及周边环境
通过从招商档案馆调查建筑物设计资料，地面建筑物均建成于20世纪80年代末.位于线路上方的碧涛苑别墅建筑结构为2～3层钢筋砼框架结构，基础类型为浆砌块石＋钢筋砼条形扩大基础，基础埋深在地面下2m，其建筑物的承重墙、柱均在原地表的天然砂层上。位于线路上方的怡景阁公寓楼建筑结构为6层钢筋砼框架结构，基础类型为毛石砼＋钢筋砼扩大基础,基础埋深在地面下2m，其建筑物的承重墙、柱均在原地表的天然砂层上。
根据深圳市市政管网图，碧涛苑别墅区建筑物和怡景阁公寓楼周围分布有小型雨水、污水管道和电力电信管线,无市政主电力、电信管线和污水、雨水管道。
三、风险分析及应对措施
3。1 泥饼成因及防治措施
3。1.1风险分析
盾构机过别墅区和怡景阁段，洞身主要处于砾质粘性土中，局部有下伏基岩。地面建筑物密集,为防止地面沉降,盾构机在土压平衡掘进过程中设定较高的出土压力；上软下硬段掘进缓慢，盾构机产生高温高热。上述原因导致盾构机产生泥饼后，将引起地面沉降、隆起、塌陷等工程事故.
3.1。2 防治措施
在易结泥饼的地层中掘进时，应考虑采取以下措施:
1）根据地质条件，有针对性的向密封土舱和刀盘面板适量加注高质量的泡沫或聚合物或膨润土或其中两种混合液甚至三种混合液等，以改善土体的“和易性”和“塑性"。
2）在浅埋隧道施工、刀盘开口率小于40％，并且地层贯标值大于20的情况下，即地层相对自稳时,设定的出土压力不易超过主动压力，并且最好控制在1。0kg/cm2以下，即宜采用欠土压平衡模式。
3）采用冷却措施，避免密封土舱高温高热.
4）避免密封土舱饱满是长期停机，宜以泥饼或黏性差的砂土代替部分土体充填密封土舱。
3。2 地质条件复杂,上软下硬。
3。2。1 风险分析
盾构机在上软下硬地层中掘进时，土压力难以控制，上部软地层较易进入密封土舱，而下部较硬岩体不易破碎.此时，往往会使上部软地层过量切削进入舱内，一旦密封土舱内有一点土压失衡,上部的松散地层很容易土体流失,进而发生较大沉降。
3.2.2 应对措施
在推进过程中关键是设法保持上部软底层的平衡,在施工过程中主要采取以下措施：
1）结合现有地质资料和补充地质勘探资料,摸清上软下硬地层的分层及软硬情况。
2)在刀具的布置上，增加边缘滚刀的数量，增强边缘的破岩能力；
3）仔细观察土仓出的碴土变化情况,了解工作面软硬不均程度，根据掘进情况判断刀具状态，以确定掘进推力的大小，避免刀具超载工作受损。
4)在软硬不均地层掘进，为保护盾构及其刀具，不宜追求太高的施工进度。在此地层掘进必须控制掘进参数,推力不宜太大,刀盘转数不宜太快（一般为1。0r/min左右），刀具贯入量不宜太深（一般为5mm~10mm/转）。
5）加强盾构机推进线路和姿态控制：
6）选择土压平衡掘进模式。
7）通过向土仓和刀盘添加泡沫或TAC高分子材料改良碴土，防止形成泥饼。
8）控制出土量，尤其是上部为软土时更为关键，防止坍塌。
3.3 地面建筑物保护
施工过程中采取如下措施进行控制。
1）通过优化掘进参数保持开挖面稳定：设定推进速度、调整排土量或设定排土量调整推进速度，以求得土仓压力与地层压力平衡，保持掘进面稳定。
2)尽快在脱出盾构后的衬砌背面及时注浆，控制地面沉降。
3)盾构在曲线上推进及盾构纠偏时,推进速度放慢，纠偏幅度不要过大,加大注浆量，以注浆压力控制注浆量，加强纠偏测量等，减少地层损失，降低地面沉降量。
4）通过对盾构机中盾上开设径向孔，及时向其中注入聚氨酯以弥补地层损失，控制地面沉降。
5）继续加强盾构掘进过程中的沉降监测，通过监测结果调整掘进参数,控制地表隆起、沉降。
四、盾构过别墅区和怡景阁公寓楼总体施工方案
4。1 建筑物加固方案
根据建筑物周边环境和线路地质情况，在盾构机未掘进到此段前，对建筑物地基进行袖阀管注浆加固。
袖阀管注浆加固完成后，当盾构机穿越别墅区和怡景阁时，通过选取合理的掘进参数和其他辅助措施来确保盾构机匀速、连续、安全通过别墅区和建筑物。
4.2 采取土压平衡模式掘进，严格控制掘进参数。
盾构机下行进入别墅区和怡景阁后，采用土压平衡模式掘进，根据此段地质详勘资料，结合建筑物基础结构类型和周边环境,制定合理的掘进参数，在施工过程中严格安操作指令进行掘进。
4。3 在中盾位置设置径向孔
掘进发现超挖时，及时利用盾构机上径向孔向地层中注入聚氨脂，然后穿透聚氨脂注入水泥浆，将超挖部分填充密实.
4.4 二次注浆及时补充
针对盾构机的工作原理和特点,我们将确保同步注浆饱满的基础上,采取以下二次注浆措施及早弥补地层损失以防止地面沉降、围岩失稳和塌落等情况发生。
五、施工方法和工艺
5。1 建筑物加固方案
5.1。1 施工总体部署
根据地质特点，采用袖阀管注双液浆（水泥+水玻璃）对建筑物地基进行预加固，加固对象为别墅区隧道施工影响范围内的所有建筑物和怡景阁，加固平面范围沿建筑物周围布设两排注浆孔,由外侧向里侧间隔注浆。
袖阀管在加固范围设计间距1m，内侧注浆孔距建筑物1.5m，外侧注浆孔距内侧1m；为减少盾构施工对建筑物地基土体扰动，加固深度为地面以下10m。建筑物加固平面图见图5—1，建筑物加固剖面图见图5-2。
图5—1 建筑物加固平面图
图5-2 建筑物加固剖面图
施工顺序：在袖阀管套壳料达到强度要求后开始进行注浆施工,采取先外后内的施工顺序，即先施工外围的袖阀管，后施工内部的袖阀管，以使加固浆液固结在加固区内，确保加固质量。
5.1。2 设备配备
表5-1:地层加固设备配备表
工程项目
设备名称
设备型号
设备数量
备注
袖阀管
工程钻机
XY-100
2台

注浆泵
BW-150/4型
1台

水泥浆搅拌机
\
1台

发电机
250kw
1台

5.1.3 施工方法及工艺
1、施工参数
1）钻孔直径：Φ71
2)袖阀管直径：Φ50
3）注浆压力：1.0~1.5Mpa
4）水灰比：2:1
5）注浆材料：32。5级普通硅酸盐水泥
6）注浆速度:30～70L/min
7）注浆扩散半径：1。0m
8)套壳料配方：水泥:粘土：水=1：1.5:1。9（材料重量比)
9）布孔方式：袖阀管间距1m×1m，梅花形布置；
以上参数供参考，试桩后根据具体情况确定。
2、袖阀管施工流程
测量定位→钻机就位→钻孔、配制套壳料→清孔→套壳料浇注→埋设袖阀管→开环→注浆.
3、袖阀管施工方法
1）测定孔位
测量组按照技术交底确定地层加固范围,之后按设计精确定出孔位。
2）钻机就位
钻机需平置于稳定坚实的地方，使钻杆对准孔位的中心，偏差不超过5cm。
3）钻孔
钻孔应采用φ71合金钻头、泥浆护壁钻进。钻进时必须严格控制钻压，保持钻进速度均匀和钻孔的垂直度。
在钻孔的过程中要经常注意对钻杆设计轴线进行纠正。
钻孔对中误差小于5cm,垂直度误差小于1％度。
4）清孔
在浇注套壳料之前，应对钻孔进行清孔.先采用φ71钻具清出孔内大块径的沉渣,然后用泥浆进行清孔，泥浆的浓度以保证不塌孔为宜.清孔后，初步确定孔内沉渣厚度小于10cm后，才能进行套壳料灌注。
5）套壳料浇注
设套壳料配制站，用泵送至机台专门的浆桶里。放落钻机的钻杆至设计的深度，利用钻机的水泵,通过钻杆灌入套壳料浆液,直到套壳料浆液溢出孔外为止.
6）埋设袖阀管
拔出钻杆，再将底端封闭的袖阀管,边下边往管内注满清水，节头用胶水粘好，压入孔内，直至预定深度,管端用压盖盖住，上面2米用水泥砂浆封孔。
7）开环
待套壳料养护3达到0。3Mpa的强度后，通过泵送清水施加压力把套壳压裂，为浆液进入地层打开通路。
8)采用较大的起始泵压，较短的升压间隔时间和较大的压力增值进行开环.泵压由小到大逐级施加，并测读每级压力相应的吸水量，直至套壳开始吸水破坏和压力泵压骤降。
9）注浆
袖阀管注浆时，袖阀管每隔35cm为一环注浆孔，即为一个注浆段，止浆塞采用双塞系统，一套塞子包含一环注浆孔。注浆时，要分段自下而上注浆,达到设计注浆压力后，注浆流量量小于1~2L/min时，即可结束注浆工作.
4、袖阀管施工中注意事项
1）钻孔不得采用清水钻进。易造成孔壁局部坍塌，套壳料在坍塌处形成大鼓包，使该处的开环压力增大甚至不能开环。
2）严格按配合比配制套壳料，根据地层调整套壳料配合比，高强度套壳料不利于开环,低强度套壳料却容易使浆液向上串冒浆.
3）钻孔要保持垂直,因钻孔偏斜较大，使同一断面处的套壳厚薄不等，导致很不均匀的开环.
4）钻孔护壁泥浆要专门管理，因护壁泥浆质量较差，易形成厚而松软的孔壁泥皮，套壳开环后成为浆液上串的通道。
5）袖阀管埋设,接管抺胶水时要等上30秒，才能放下一节管,以防袖阀管接头处松动、开裂、倾斜，导致止浆塞不易上下,甚至不能拔出。
5、施工效果检测
为确保施工质量,加固完成14d后采用取芯和标贯试验对加固效果进行检测，若加固区不成整体或仍有松散体存在以及地下水较多，则需对袖阀管进行二次注浆,直到达到要求为止。
5.2 采取土压平衡模式掘进，严格控制掘进参数。
1）始发前，对于盾构机各个组成部分进行全面的维修保养,并经调试确保盾构机各系统、线路、管路等处于良好的工作状态.（尤其注意泡沫系统和同步注浆系统的通畅，土压传感器准确显示土压值)
2)盾构掘进时应及时根据地层情况进行添加剂的加入以改良土体（注意泡沫剂及TAC高分子材料的质量和添入量），防止结泥饼的产生，同时减少对地层的扰动，控制好掘进各项掘进参数。
3）施工前做好人员培训，针对后续施工的地质条件及掘进注意事项对施工人员进行详细的技术交底，准备好应急材料。
4)严格控制出土量,详细记录每一碴斗的出土量和掘进长度的关系，根据计算确定每一斗需要掘进的长度,在掘进中严格控制.
5）项目部实行双交班会制度，作业班组交接班时应及时将存在的问题在会上提出以便接班人员迅速将出现问题进行妥善解决，确保盾构机运行正常。
6)根据以往类似工程施工经验,掘进参数选择如下：
土压
1．2～1.5 bar
推力
800t～1500t
扭矩
1500 MNm～3000 MNm
同步注浆
6～7m3
掘进速度
25mm以下
刀盘转速
1。5rpm以下
7）每天派专人对房屋进行巡查，发现异常情况，随即启动应急预案。
5。3 在中盾位置设置径向孔
掘进发现超挖时,及时利用径向孔向地层中注入聚氨脂,然后穿透聚氨脂注入水泥浆,将超挖部分填充密实。具体实施的措施为:
1）在中盾位置沿圆周位置均布径向钻孔8个（Φ16）,孔位安装不锈钢管、球阀和快速接头备用。
中盾盾壳 径向孔

图8 径向孔布置示意图
2)新采购配置聚安脂泵2台(已购）.
3）盾构机每环掘进中和每环掘进完成后拼装管片前利用径向孔探测围岩情况，如发现超挖、富水、砂层，或已知软弱重点地层，立即通过径向孔注入水溶性聚氨脂封堵。
4）如发现超挖或围岩空洞较大(＞100mm）,在注入聚氨脂后，再使用二次注浆机通过径向孔穿透聚氨脂注入双液（水泥—水玻璃）浆封堵。
5.4 二次注浆及时补充
针对盾构机的工作原理和特点，我们将确保同步注浆饱满的基础上，采取以下二次注浆措施及早弥补地层损失以防止围岩失稳、塌落。
1)新采购配置一台二次注浆机（已到位)。
2)预先在管片上设置注浆孔和接口。
3）掘进中同步注浆机的1、4号管通过盾构机1、4号注浆孔进行水泥砂浆注入，同时使用同步注浆机的2、3号管通过管片注浆孔在管片脱出盾尾后，同步注入水泥砂浆。
4）在管片脱出盾尾的当环同时用二次注浆机向管片壁后注入双液浆，使管片壁后填充保护层迅速强化,补充围岩开挖损失并承载压力.
5）同步注浆机的2、3号水泥砂浆注入管和二次注浆机的双液浆注入管在管片脱出盾尾的当环形成强有力的二次跟进注浆，该3个管路的交替注入填充物，使脱出盾尾的当环快速固结。
图9 二次注浆跟进措施示意图
5.5 地面监测措施
1)对所涉及到的桩、柱布置监测点，同时在裙楼旁每5m一个断面密布地面点,建筑物沉降预警值±10mm，报警值±24mm，警戒值±30mm。在施工过程中加强地面点及桩、柱点观测，并及时指导施工,一旦发现沉降过大或超过警戒值，及时进行跟踪注浆加固。
2）提前确定盾构机掘进的准确时间,实时了解盾构掘进状况及盾构机在地面上的具体位置；
3）监测人员和监测设备提前到位，用全站仪实时监测房屋及地面的沉降情况，用高精度水准仪每隔2个小时监测一次，监测完后的10分钟内将监测结果报现场负责人并反馈到洞内操作室；同时根据沉降情况进行加密监测.
4)对于目前存在裂缝的建筑物，掘进通过前对裂缝处张贴薄纸或其他方法以观察裂缝是否有扩大趋势，现场专人观察房屋情况,出现较大变化时,及时报告现场负责及洞内操作室以指导施工。
六、施工保证措施
6.1 组织管理保证措施
在我部现有组织管理体系的基础上，进一步细化和加强施工全过程监控和反应组织管理体系。具体人员安排和职责如下图所示：
通过上图所示监控反应组强化管理体系的贯彻执行，形成对盾构隧道掘进施工全方位网络化的管理模式，随时监控掘进施工全过程，第一时间对突发事件做出反应和处理，对各种预案认真落实执行.
专门聘请外部专家，就重大技术方案论证、疑难工程问题解决、重大险情处理等方面发挥作用。
王小孟、梁勇
（总工、副经理）
井下盾构掘进施工监控值班

任永强
（盾构1队队长）
盾构隧道掘进施工及各指领实施
陈斌
（施技部部长）
盾构隧道施工指令下达及施工技术责任
张伯龄
（盾构2队队长）
盾构隧道掘进施工及各指领实施
冯忠
（物设部部长）
井下盾构掘进施工监控值班
马愿军
（测量队负责人）
地面及建筑物监测
盾构隧道施工测量
柴敬尧
（项目经理）
信息汇总及总调度
图10 全过程监控组织管理体系图
6。2 技术保证措施
坚持各专业人员集体讨论制，切实选择先进、科学、成熟的施工方案，施工期间对工序不断进行细化、优化，对关键及特殊工序制定详细的施工方法、操作细则及注意事项，明确技术要求和质量标准，并具体落实到每个人。
1）技术管理以“现场第一、强化服务”为原则,实施技术交底制.
2)项目部设立技术管理系统,制定和执行岗位责任制，编制实施性施组、作业指导书.
3)总工程师领导，技术部统一管理，建立专业分工责任制。
4)测量制度
① 坚持测量双检制。
② 测量数据在测前、测中、测后分三次复核检查，内业资料二人独立计算，相互核对;测量仪器定期检定。
③ 加强施工监测工作，利用监测数据分析指导施工.
6.3 安全保证措施
1）进入现场必须遵守安全生产纪律。
2）进场作业人员必须戴好安全帽,严格按安全规程操作,严禁越工种工作。
3)现场施工用电：抽水用潜水泵和电源线应绝缘良好，接线正确，符合三相五线制和“一机一闸,一漏一箱”要求。
4）根据深圳市管网图，在施工过程中避开地下管线,对特殊情况采取保护措施。
6.4 文明施工保证措施
1）加强职工规范化施工教育，建立健全岗位责任制，把文明施工责任落到实处,提高全体施工人员文明施工自觉性与责任性.
2）采用有效措施处理生产、生活废水，并确保施工现场无积水现象。多雨季节要配备应急的抽水设备与突击人员。
3)现场布局合理，材料、物品、机具、土方堆放符合要求。
4）生活垃圾要集中堆放,统一搬运至指定地点废弃.
5）施工期间， 确保施工便道雨畅通，并方便沿线居民的生产、生活。
七、施工保证措施
详见《盾构施工应急预案》
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