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【中山八站～西场站区间】左线盾构土建工程

盾构穿越广茂铁路专项施工方案

北京城建地铁地基市政工程有限公司

K3 460～K3 825挡土墙施工组织设计广州市轨道交通五号线中西左线盾构区间工程项目经理部

1.1工程平面位置 3

1.2隧道与铁路位置关系 3

1.2.1隧道与铁路相交位置及概况 3

1.2.2隧道施工方法 4

1.3工程地质概况 4

1.3.1工程地质情况 4

1.3.2水文地质情况 7

2.1地表沉降控制要求高 9

2.2隧道覆土层地质条件复杂 9

2.3受到铁路制约施工 9

第三章工程总体筹划 10

3.1.1工期目标 10

3.1.2质量目标 10

3.1.3安全目标 10

3.1.4文明施工及环保目标 10

3.2总体施工安排 10

第四章盾构法施工技术措施 12

4.1盾构施工技术措施 12

4.2盾构施工应急保护措施 13

5.1监测的目的 16

5.2监测方案设计原则 16

5.3测点布置原则 16

5.4地面隆陷控制标准 17

5.5监控量测项目 17

5.6盾构过铁路的施工监测措施 17

5.7数据处理及信息反馈 18

5.7.1数据处理 18

5.7.2信息反馈 19

6.4应急物资、机械设备储备 24

6.5应急抢险总结 25

1.2隧道与铁路位置关系

1.2.1隧道与铁路相交位置及概况

1.2.2隧道施工方法

本台盾构机配置两套注浆系统，盾尾采用单液同步注浆技术，增加的注浆系统用于管片补充双液背填注浆。及时进行管片壁后二次注浆，以有效控制地表沉降。

整个施工过程中始终坚持以施工监测、信息反馈指导施工的方针，以地表沉陷监测、建筑物、及铁路轨道变形监测、洞内管片变形监测等为基础，加强量测数据的分析处理，加强对地层变形的分析、预测、反馈指导施工。

1.3.1工程地质情况

<6>红色砂岩类岩石全风化带：呈红褐色、紫红色等，主要由泥质粉砂岩组成，局部为粉砂质泥岩、粉砂岩，原岩组织结构已基本风化破坏，但尚可辨认，岩芯呈坚硬土状或密实土状。

<7>岩石强风化带：呈红褐色，岩性主要为泥质粉砂岩，岩石组织结构已大部分破坏，但尚可清晰辨认，矿物成分已显著变化，风化裂隙较发育，岩体较破碎，岩芯呈岩状或半岩半土状，岩质较软。

<8>红色砂岩岩石中风化带：呈红褐色，岩性主要为泥质粉砂岩，局部夹砾岩及粉砂岩，粉砂状结构或砾状结构，中厚层～厚层状，岩石组织结构部分破坏，矿物成分基本未变化，有风化裂隙，泥质钙质胶结，岩芯较完整，呈短柱状～长柱状，岩质稍硬。

<9>岩石微风化带：呈红褐色，岩性为泥质粉砂岩，粉砂状结构，中厚～厚层状构造，泥质、钙质、铁质胶结，胶结紧密，局部有少量风化裂隙，岩芯完整，以长柱状为主，岩质较硬。

各土层的物理力学指标见下表1。

1.3.2水文地质情况

第四系海陆交互相沉积砂层、冲积—洪积砂层为主要含水层，这一带水量特别丰富，单孔涌水量一般大于800m3/d，渗透系数11～56m/d，地下水与珠江河水有水力联系，地下水丰富。

层状基岩裂隙水主要赋存在白垩系红层碎屑岩的强风化带和中风化带，由于岩石裂隙大部分被泥质充填，故其富水性不大，岩体大部分完整，地下水赋存条件较差。

勘察范围内大气降水、珠江河水是地下水的主要补给来源，排泄主要表现为大气蒸发及珠江退潮时向江河排泄，地下水位受季节和江河水潮汐的影响明显。

地下水对混凝土大部分地段无腐蚀性，局部地段有腐蚀性（侵蚀性二氧化碳超标），地下水对混凝土结构中的钢筋大部分无腐蚀性，局部有弱腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。

表1岩土物理力学指标表

2.1地表沉降控制要求高

隧道通过铁路时，地面沉降控制要求较严格，铁路轨道沉降限值为：

1、轨面沉降值不得超过6mm；

2、相邻两股钢轨水平高差不得超过6mm；

3、相邻两股钢轨三角坑不得超过5mm。

2.2隧道覆土层地质条件复杂

本隧道穿越的地层较多，主要为冲积—洪积粉细砂层、残积土层、岩石全风化带、强风化带、岩石中风化带和岩石微风化带，上部为较软弱土层，下部存在硬岩，对盾构机掘进的土压平衡压力、注浆压力掘进速度等参数的控制要求较高，给隧道施工造成一定的难度。

2.3受到铁路制约施工

本工程隧道下穿广茂铁路，该铁路行车的密度高，关系重大，因此，地铁工程的施工必须确保广茂铁路的正常、安全运营。盾构施工时，火车行驶不限速。

本工程左线隧道均采用盾构法施工，计划通过铁路的时间为2008年4月份通过，正常情况下第一次通过铁路约需时10天。具体通过时间将根据实际掘进进度情况调整。

确保本标段全部工程均达到国家和市现行的工程质量验收标准，以及业主发布的质量检验评定标准，工程一次验收合格率达到100％，优良率达90％以上，确保省优，争创国家优质工程。

杜绝因施工作业和施工机械设备、车辆引起的公路及市政交通行车险性以上事故；杜绝因管理不善、违章作业而引起的机械设备、交通运输、爆炸等重大责任事故；杜绝火灾、塌方和职工因工死亡等重大事故；重伤率控制在0.5‰，轻伤率控制在1.2‰以下。

3.1.4文明施工及环保目标

按照“广州市文明施工样板工地”的要求，组织文明施工，；力争成为市文明施工样板工地，遵循“以人为本”的原则，以最大限度减少施工活动给周围环境造成的不利影响，同时，注意保护城市资源和文化遗产，保护市政设施和城市绿化。施工期间对噪声、振动、废水和固体废弃物进行全面控制，尽量减少这些污染因素所造成的影响。

为了确保广茂铁路运营行车的安全，必须从工法上、施工参数上以及各种保护措施上进行优化。具体安排如下：

1、采用盾构掘进下穿广茂铁路，施工采用土压平衡模式，以最大限度减少地面沉降，确保广茂铁路安全，具体施工措施详见第四章。

2、在盾构机掘进通过广茂铁路前，与广铁铁路路政部门沟通，以取得在盾构机通过轨道区期间，列车在该路段减速至60Km/小时以内。

3、在盾构机过铁路前，与铁路业主取得联系，进入轨道区进行沉降监测。

4、与铁路有关部门沟通联系，以取得有关专业上的配合，如填道碴等。

第四章盾构法施工技术措施

4.1盾构施工技术措施

在盾构隧道施工过程中，开挖破坏了地层的原始应力状态，地层单元产生了应力增量，特别是剪应力增量，这将引起地层的移动，而地层移动的结果又必将导致不同程度的地面沉降。当差异沉降过大，铁路就有可能遭到破坏，破坏主要是由于地层变形引起进而导致铁路的沉降或倾斜变形。对此，采取如下措施：

1、对盾构到达铁路下方前50m范围内的掘进参数及地面沉降情况进行统计分析，预测盾构机通过铁路可能出现的沉降值，以制定盾构掘进最优参数，确定盾构机过铁路的加固措施。

2、盾构机在距离轨道群20m时，应停止掘进，对所有设备进行彻底的检查和维修，确保盾构机以良好的状态顺利穿过轨道群。

3、提高同步注浆质量与管理：每环推进前，对同步注浆的浆液进行小样试验，严格控制注浆质量。在同步注浆过程中，合理掌握注浆压力，使注浆量、注浆流量和推进速度等施工参数形成最佳匹配。考虑盾构推进过程中纠偏，跑浆和浆体的收缩等因素，实际注浆量达到理论值的130％以上，并及时进行二次补浆。

4、推进速度和姿态控制：盾构机的推进速度和姿态控制直接影响到土体沉降，因此在过铁路时应适当放慢盾构的掘进速度，匀速穿越铁路区段，掘进速度控制在25～35mm/min左右，即一环的掘进时间约控制在60～80分钟，以尽量减少对土体的扰动。

选择正确的掘进参数，加强地表沉降、地下水位及房屋倾斜观测，并及时反馈施工。加强过程控制管理，实施信息化施工，防止开挖面失稳引起过大的地表沉降；同时也应防止地面由于切口水压过大引起地表隆起。

5、加强盾尾舱的管理：在推进过程中，增加盾尾刷保护及其严格控制盾尾油脂的压注；对盾尾舱进行定期检查，平均每8环全面检查一次；并且在管片拼装前必须把盾壳内的杂物清理干净，以防对盾尾刷造成损坏。并安排专人观察盾尾漏浆情况，确定无漏浆后再进行正常掘进。

6、加强对盾构掘进中的工况管理，严防由于泥饼生成和土仓的堵塞，导致在铁路范围内清洗土仓。通过加水或泡沫，对切削下来的土体进行改良，改善土体的“和易性”和“塑性”，防止粘性土附着在刀盘上。

7、若在掘进施工过程中发现轨面沉降，采用调整道碴的方法及时调整轨面高程，以满足铁路道路的标准。

4.2盾构施工应急保护措施

1、在掘进施工过程中若发现地表沉降超过铁路轨道沉降限值，应立即采取以下应急保护措施：

（1）立即停止掘进，并保持好土仓压力，立即通知铁路部门，以取得铁路业主方的专业配合（如填道碴、车辆减速等）；

（2）加大盾尾注浆压力及注浆量，并在沉降区内管片背后进行补充注浆，同时加密地面监测的频率，及时反馈数据，以调整注浆参数；

（3）对沉降区内进行袖阀管注浆补强，以控制沉降；

（4）待地表沉降稳定并已处理完成后，盾构机方可继续掘进。

2、在掘进施工过程中盾构掌子面出现坍塌，应立即采取以下应急保护措施：

（1）立即使用抢险物资对塌方处进行封闭回填和加固处理，同时把有关信息上报相关各个单位和部门，各单位联合采取必要的抢险措施，加强对既有线结构和轨道的检查和量测工作；

（2）组织专家讨论分析造成掌子面突发性塌方的原因和相应的控制措施；

（3）根据确定的控制措施重新制定或调整施工工艺和施工组织，进行施工交底，严格落实各项措施，进行开挖施工。

4.3穿越铁路的综合控制措施

1、强化施工人员的质量意识，并对盾构穿越铁路的有关施工人员进行了技术培训。

2、与铁路部门配合，做好穿越铁路前的准备工作。盾构推进前及时和铁路部门联系，积极配合铁路部门的工作，在穿越过程中与铁路部门相关负责人同时进行全程监控，保证盾构推进过程中地上铁路运营、地下施工的安全。

3、做好地下勘探工作，防止推进过程中意外情况发生。在穿越施工前，请专业地下勘探部门对穿越地段地下做详尽细致的地下勘探，彻底摸清地下障碍物的分布情况，做好充分准备，排除穿越过程中的意外因素。

4、使用加强型管片。考虑到铁路列车运行是的冲击荷载，在铁路正下方采用加强型管片。

5、加强设备维修。在中继井中进行刀盘、注浆系统、密封系统、推进千斤顶及监控系统等设备的检修，确保穿越过程中设备无故障，进行连续施工。

6、加强盾构推进时同步注浆和二次的操作。盾尾脱出形成的建筑空隙时构成地面沉降的主要原因，因而必须加强、细化盾构推进时同步注浆和二次补压浆的技术措施，并严格操作。

（1）注入材料。在盾构推进时采用单液（水泥砂浆）同步注浆，二次补注浆采用双液浆，补充一次注浆未填充部分和体积减少部分，从而减少盾构机通过后土体的后期沉降，提高隧道止水效果。

（2）注入压力。同步注浆要求注入口的注入压力大于该点的静止水压力及土压力之和，但注浆压力过大管片外土层将会被浆液扰动而造成较大的后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；而注浆压力过小，浆液充填速度过慢，充填不及时，也会使地层变形增大。同步注浆注入口的压力选取1.1～1.2倍静止土压力。后期补压浆根据地层变形监测信息确定其注入压力和注入量。

（3）浆液注入量。根据过铁路段工程的工程地质条件及工程特点，选择合适的浆液注入量，在实际操作中，结合注浆压力来确定注入量。

（4）注入时机。同步注浆在衬砌脱出盾尾及盾构掘进时同步进行，并在推进一环的时间内完成。二次补压浆则利用滞后盾构机3～4环管片上的注浆孔完成。

同步注浆和后期补压浆是盾构掘进施工的一道重要工序，施工中必须做好包括注入位置、注浆量、注浆压力以及注浆历时的注浆记录，并根据地层变形的监控量测信息及时调整，确保注浆工序的施工质量。

同步注浆以及二次补浆参数为：

a.同步注浆：6800L/环，注浆压力≤0.28Mpa；

b.二次补浆：800L/环，注浆压力≤0.35Mpa；

7、加强泥土塑流化改造。土仓内土体的塑流性优劣直接影响到盾构工作面稳定原理的实现，土体的塑流性差时，将使切削刀盘转矩、螺旋输送机转矩、盾构千斤顶推力增大，甚至使开挖排土无法进行。因而需要注入外加剂搅拌，以使开挖土层泥化，改善弃土塑流性。

调整外加剂材料组成。注入泡沫、膨润土等材料、调整土体粘粒含量，制泥材料的浓度可根据开挖土的级配、补均匀系数和透水性决定。向开挖土层中加泡沫能有效减少土颗粒之间的摩擦力，降低刀盘的扭矩，利于土体塑流性改造。

加膨润土、泡沫参数为：

a.加膨润土：1200L/环（流量18L/min），均匀加入；

b.泡沫：2700L/环，与加膨润土同步进行；

8、做好出现险情时的补救预防准备。预备石渣，当路轨沉降量达到5mm时，则立刻铺渣调整轨道高度。

9、加强地面沉降及地层内部变形监测。在过铁路里程ZDK4+033～ZDK4+099处布设主观观测断面，对地层做三维变形量测。充分重视监控量测信息化施工的基础和保证。要求与一般地段相比，其监测项目、频率、数据处理各方面都要及时有效。

在盾构隧道过广茂铁路施工中，对广茂铁路轨道及周围地表等进行监控量测，具有极其重要的意义。它将隧道施工影响范围内的广茂铁路、地下构筑物、地下管线作为监控对象，根据本工程条件及其特殊要求，建立管理基准值，将量测结果及时处理分析，并反馈到设计施工中，从而使施工更加符合工程的实际情况，保证广茂铁路及地下管线的安全。

5.2监测方案设计原则

1、监测方案根据本工程的特点制定，且符合施工组织的总体计划安排；

2、监测方案能够达到施工监测的目的；

3、采用先进的仪器、设备和监测技术；

4、各监测项目能相互校验，以利数值计算、故障分析和状态研究；

5、满足监测性能和精度前提下，适当提高监测频率，确保监测数据可靠性。

1、观测点类型和数量的确定应结合本工程性质、地质条件、设计要求、施工特点等因素综合考虑，并能全面反映被监测对象的工作状态；

2、测点的布置应在最不利位置和断面上或者是在相同情况下的最先施工部位，其目的是及时反馈信息，指导施工；

3、表面变形测点的位置既要考虑反映监测对象的变形特征，又要便于应用仪器进行观察，还要有利于测点的保护；

4、埋测点不能影响和妨碍结构的正常受力，不能削弱结构的刚度和强度；

5、在实施多项内容测试时，各类测点的布置在时间和空间上应有机结合，力求使一监测部位能同时反映不同的物理变化量，找出内在的联系和变化规律；

6、根据监测方案，预先布置好各监测点，以便在监测工作开始时，监测元件进入稳定的工作状态；

7、测点在施工过程中遭到破坏时，应尽快在原来位置或尽量靠近原来位置补设测点，以保证该测点观测数据的连续性。

5.4地面隆陷控制标准

1、轨面沉降值不得超过6mm；

2、相邻两股钢轨水平高差不得超过6mm；

3、相邻两股钢轨三角坑不得超过5mm；

4、铁路沉降达3mm时作为报警值。

根据本工程的特点，监控量测主要包括隧道外周边环境及岩土稳定性监测，现场监测的主要内容包括：

1、地面沉降、地表裂缝监测；

2、铁路轨道的沉降、水平位移、倾斜及裂缝、周围重要设施（包括市政管线）的变位。

5.6盾构过铁路的施工监测措施

为了确保广茂铁路的行车安全，盾构下穿广茂铁路时，拟定采用下列测量及监测保护措施：

地面沉降监测点需布置纵向（沿轴线）剖面监测点和横剖面监测点，纵向（沿轴线）剖面监测点的布设一般需保证盾构顶部始终有监测点在监测，所以监测沿轴线方向监测点间距一般小于盾构长度，通常为3～10米一个测点，而本台盾构机长约8米，故取每隔5~6.5米在路基两侧各布一个测点。

地面沉降测点的埋设采用冲击钻在地表钻孔，然后放入长1.2~1.3m，直径20~30mm的圆头钢筋，四周用水泥砂浆填实，钢筋需插入地下深约1m。

对于轨面的监测，在每根轨道上沿轨道方向每3m设一个观测点，测点用红油漆标记，并统一编号。为布设轴线点，沿隧道轴线附近布设一条闭合平面控制导线，将轴线点放样到地面上。由于移交的水准点比较分散，所以在沿途较稳定地区埋设2～3个水准控制点。

测量仪器采用SDZ2水准仪＋铟钢尺。观测方法采用精密水准测量方法。基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时各项限差宜严格控制，每测点读数高差不宜超过0.3mm，对不在水准路线上的观测点，一个测站不宜超过3个，如超过时，应重读后视点读数，以作核对。首次观测应对测点进行连续两次观测，两次高程之差应小于±1.0mm，取平均值作为初始值。

在条件许可的情况下，尽可能的布设导线网，以便进行平差处理，提高观测精度，水准线路闭合差应小于±0.3（mm）（N为测站数），然后按照测站进行平差，求得各点高程。施工前，由基点通过水准测量测出隆陷观测点的初始高程H0，在施工过程中测出的高程为Hn。则高差△H＝Hn－H0即为隆陷值。

量测的频率为：盾构掘进时，地面监测频率为1次/2h，监测范围为机头前10m和后20m，监测结果在监测完成后15min内上报主管工程师。施工监测时要与铁路工务段人员一起进行监测。

5.7数据处理及信息反馈

各项监测数据收集后及时整理、绘制位移－时间曲线、应力应变等随施工作业面的推进时间变化规律曲线，即时态散点图。当位移－时间曲线趋于平缓时，对初期时态曲线进行回归分析，以预测可能出现的最大变形值、应力值和掌握位移变化规律，还应视散点的数据分布状况选择合适的函数，回归分析时，在下列函数中选用：

式中a、b为回归系数，t为初读数后的时间，U为位移值。

因本隧道洞身范围内的地质情况复杂多样，与盾构穿越广茂铁路关系重大，对监测结果采用反分析法和正分析法进行预测和评价，以预测该结构或地面可能出现的最大位移或沉降值，并根据下图，进行位移、数率综合分析判断、预测结构及广茂铁路的安全状况，指导施工，反馈给设计。

1、隧道穿越铁路下方时，围岩自稳性差，引起开挖面塌方，或者由于失水而引起的沉降；

2、由于隧道掘进开挖的原因而引起的铁路铁轨不均匀沉降，造成广茂铁路轨道的沉降、倾斜、变形、地面沉降等；

3、隧道掘进时对可能存在的地下管线等的影响；

4、火灾、意外的工伤事故等，施工人员在隧道内中暑、中毒、被困等情况。

从以上的风险情况分析看，如果不采取相应有效的预防措施，不仅给隧道施工造成很大的影响，而且对广茂铁路的正常运营以及施工人员的安全造成威胁。

1、在盾构施工到达该段前，与铁路业主建立直接联系，协调好各种关系，一旦发现异常能及时沟通、协商解决问题。施工前要进一步调查铁路的详细情况，以便采取可靠的保护方法。

2、认真分析地质资料，做好超前预报：对地质情况不明的地段一定要进行补勘，进一步了解土层的情况，做到心中有数。

3、加强施工管理，严格按标准化、规范化作业，施工中要经常分析土质变化、围岩参数，遇到可疑情况及时分析，不得冒进。盾构掘进过程中加强地表沉降监测以指导地下施工，根据地表沉降情况，及时调整盾构机的掘进速度、刀盘转速、土仓压力、注浆压力及注浆量等参数；

5、工地和附近医院建立密切关系，工地设医务室，配齐必要的医疗器械，一旦出现意外的工伤事故，可立即进行抢救。

2、组建抢险队，进行抢险应急知识教育培训：

项目部组建抢险队（具体见下图），队长为易觉。发现危险时，首先应抢险队进行抢险工作，需用较多人员时可由各岗位进行汇集，对抢险队和项目部所有人员进行针对性的应急知识培训。

3、进行应急演练，提高应急救援能力：

为了在出现险情时处理迅速，项目部应对险情进行实地演练，使得所有人员均参与其中，并填写应急演练纪录表。

4、紧急情况发生的上报程序：

①实行昼夜值班制，明确项目部值班时间和人员；

④遇到紧急情况，全体员工应特事特办、急事急办，主动积极的投身到紧急情况的处理中去，各种设备、车辆、器材、物资等应统一调遣，各种人员必须坚决无条件服从组长或副组长的命令和安排，不得拖延、推诿、阻碍紧急情况的处理工作。

13556055290

13751868691

13610050891

（020）83115920

（020）86678226

广州市建委工程抢险组织机构

（020）81292288

在施工监测的过程中，实施监测的项目一旦超标，立即会同有关方面根据监测情况制定有效的措施，保护铁路轨道的安全。当铁路轨道的沉降及变形较大时，主要采取以下应急措施：

1、地面轨道应急措施：施工过程中一旦发现铁路轨道允许偏差超标，立即联系铁路有关部门进行轨道的整治修护，将损失控制在最小限度内。其线路维修基本作业包括：起道、捣面、拔道、改道、整正及调整轨缝等HJ 442.6-2020 近岸海域环境监测技术规范 第六部分 近岸海域生物监测.pdf，及时通知设计单位及广茂铁路公司等相关部门，研究对策，以防影响广茂铁路的正常运营。

2、隧道内应急措施：立即停止盾构掘进，并保持土仓压力，有效控制地表继续沉降。并且在沉降尚未控制、原因尚未分析清楚、沉降控制措施尚未到位的条件下，严禁盾构机继续掘进。

3、对已拼装成形的盾构隧道，在沉降区内进行管片背后补注浆，在此期间提高监测的频率，及时绘制变形曲线图，加强与上级单位和广茂铁路有关部门的沟通，以便根据变形发展情况采取相应措施。

6.4应急物资、机械设备储备

GB／T 23137-2020标准下载应急物资、机械设备储备见下表。

抢险结束后，对应急预案的整个过程进行评审，分析和总结，找出预案中存在的不足，进行评审及修订，使以后的应急预案更加成熟，遇到紧急情况等能处理及时，将安全、财产损失降低到最低限度。