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盾构下穿京山铁路专项施工方案

北京轨道交通大兴线第01合同段

黄村火车站站——义和庄站区间

盾构下穿黄村火车站站内京沪、京九铁路段施工组织方案

某桥施工组织设计北京住总集团有限责任公司

第一章施工组织设计编制说明 1

2.2工程地质及水文地质概况 6

3.2风险源工程地质与水文地质概况 15

3.3工程重难点分析 16

3.4施工应达到的要求 17

4.1地下隧道施工工期计划 18

4.2地面加固施工工期计划 19

第五章地面轨道及建筑物加固措施 20

5.1施工前准备 20

第六章盾构下穿铁路施工措施 37

6.1施工准备措施 37

第七章监控量测措施 42

7.3监测上报程序 43

7.5监测内容及工艺 45

7.7监测变形控制指标 55

7.8监测沉降控制指标细分 57

7.9监测质量保证措施 59

第八章组织机构及人员分工 61

8.1现场指挥部 61

8.3施工现场实施小组 62

8.4专家顾问组 63

8.5施工期间值班人员安排 64

9.1应急管理小组 68

9.2应急报告程序 68

9.3现场应急处理指挥流程 70

9.5施工风险预案及保护措施 71

第十章季节性施工措施 78

10.1雨期施工保证体系 78

10.2雨期施工准备 78

10.3雨期施工技术措施 79

10.4质量保证管理及技术措施 81

第十一章安全施工保护措施 82

11.1安全生产目标 82

11.2安全生产组织机构 82

11.3安全生产技术措施 82

11.4安全用电措施 83

11.5施工机械安全控制措施 83

11.6竖井施工安全措施 84

11.7隧道施工安全措施 84

11.8注浆施工安全措施 87

11.9吊装安全措施 88

11.10消防、保卫措施 89

第十二章文明施工、环境保护措施 90

12.1文明施工管理措施 90

12.2绿色环境保护措施 91

第一章施工组织设计编制说明

1、北京轨道交通大兴线工程施工设计区间土建工程黄村火车站～义和庄站区间主体结构图纸；

2、北京轨道交通大兴线工程施工设计区间土建工程黄村火车站～义和庄站区间风险源工程专项设计盾构下穿黄村火车站站场专项保护设计。

3、北地铁大兴线02标段黄村火车站～义和庄站区间岩土工程勘察报告

4、现场踏勘、调查所掌握的情况和资料；

5、盾构下穿黄村火车站站场的专家论证会会议纪要

6、国家及北京市人民政府颁布的有关法规、规定和北京地铁项目管理处下发的管理性文件、技术性文件；

7、中国华西工程设计建设有限公司提供的设计图纸。

8、工程施工范围内地质、水文及地理条件。

9、《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308—1999）。

10、《工程测量规范》(GB50026—93)

12、中华人民共和国铁道部《铁路线路维修规则》

1、优化资源配置，确保顺利通过铁路

制定合理的劳力、机械、材料及资金计划并对资源进行优化配置。用系统工程理论进行总体规划，科学组织施工。施工安排及工序衔接合理、紧凑，控制关键线路和关键工序，体现地铁工程施工的系统性。

2、注重积累吸收，技术先进合理

充分考虑到该风险源的的工程特点、重点及难点，在总结我集团公司以往的施工经验，吸取国内外地铁工程的先进施工技术和管理经验；选择先进、合理、成熟的施工技术和工艺，施工技术方案多方比较，做到技术先进、经济合理；加强地面沉降控制和施工监测，确保地上建（构）筑物的安全。

3、加强质量管理，确保工程安全

严格执行《建筑工程质量管理条例》及相关规范、规程和标准，按照GB/T19001质量管理体系标准的要求，明确岗位职责与权限，加强材料的检验和试验、分包商和供应商的选择和管理、不合格品的控制、文件和质量记录的管理等，严格施工过程控制，确保工程质量始终处于受控状态；采用信息化施工，严格执行监理程序，确保工程质量目标的实现。

4、文明安全施工，注重环境保护

严格执行《建设工程安全生产管理条例》及北京市有关安全文明施工的其它各项规定，在施工现场管理、安全防护、现场保卫、环境保护等方面满足标准要求；按GB/T28001职业健康安全管理体系标准制定并实施环境保护方面的制度和措施，按GB/T24001环境管理体系标准要求制定并实施环境保护方面的制度和措施，以人为本，安全第一，健康至上，实现文明安全施工、环保施工。

2.1.1黄村火车站站～义和庄站区间工程简介

北京地铁大兴线为北京市城市轨道交通线网规划中南北走向的一条线路，线路起点位于南四环公益西桥北侧，与地铁4号线接轨，终点为南兆路车辆段。

其中地铁黄村火车站站～义和庄站区间为盾构区间，区间地铁线路起止桩里程：DK14+874.500～DK16+746.9，区间左线长度1863.462m，区间右线长度1872.057m，总长度为3735.519m。

地铁里程在右线DK15+083～DK15+150，左线DK15+099～DK15+165范围下穿火车站京沪、京九高速铁路12股轨行区。

盾构下穿的12股轨道对应的铁路线路里程为：京沪线K35+161～K35+248.5、京九线K22+305～K22+392.5、黄良线K0+153.6～K0+231.1。

黄村火车站～义和庄站盾构区间：两线以300m半径的曲线下穿京山、京沪铁路股道，穿过铁路后沿现状新源路（土路）西折至新源大街，线路沿途上有部分居民平房区，再以350m半径的曲线转入新源大街，然后沿新源大街南行至义和庄站。线路途径黄村火车站站房、通讯发射塔、黄村火车站派出所、京沪、京九高速铁路12股轨行区、接触网塔、站台雨棚、义和庄村民房、义和庄北里（六层楼房）、北京兴鑫电力设备安装有限责任公司厂房楼群等建/构筑，区间线路见图2.2所示。

黄村火车站站～义和庄站区间结构覆土厚度范围在9.9～13.1m之间，区间地面平均高程38.5m，线路最大坡度5.0%，在DK15+510.00和DK16+120.00，两处设置废水泵站，一处设置区间风道，均与联络通道合建。

图2.2黄村火车站站～义和庄站区间线路平面图

2.1.2施工部署及施工工艺简介

黄村火车站站～义和庄站区间结构采用盾构法施工。主要采用两台土压平衡盾构机施工，右线先行。两台盾构先后从义和庄站左线、右线始发掘进至黄村火车站后解体，盾构施工顺序见图2.3所示。

图2.3盾构施工顺序示意图

土压平衡盾构这种盾构又称削土密封式或泥土加压式盾构，适用于含水饱和软弱地层中施工。所谓土压平衡，就是盾构密封舱内始终充满了用刀盘切削下来的土，并保持一定压力平衡开挖面的土压力。

该盾构的前端是一个全断面切削刀盘，在盾构中心或下部有一个长筒形螺旋输送机的进土口，其出口在密封舱外。螺旋输送机靠转速来控制出土量，出土量要密切配合刀盘的切削速度，以保持密封舱内充满泥土而又不致过于饱和。

至今，土压平衡盾构与泥水加压平衡盾构，已成为比较成熟、可靠的新型设备，广泛地在隧道施工中予以应用。

黄村火车站站～义和庄站区间施工采用德国海瑞克公司制造的面板式盾构，开口率约37%，盾构本身具有强大的推力和扭矩，以便克服工程施工中可能遇到的各种不利情况。图2.4是其刀盘结构图。

区间隧道采用标准单圆盾构衬砌结构，衬砌管片外径6000mm，厚度300mm，内径5400mm，环宽1200mm。衬砌管片分为6块，其中3块标准管片（A型）、2块邻接管片（B1和B2型）和1块封顶块（C型），采用错缝拼装。相邻管片环间沿圆周均匀布置16个纵向连接螺栓，环向管片间设12个螺栓，每环共计28个螺栓，均为弧形螺栓。隧道成型后的效果图见图2.5。

图2.5盾构区间隧道管片拼装效果图

2.2工程地质及水文地质概况

2.2.1工程地质概况

黄村火车站站～义和庄站区间地层主要为人工填土、第四纪新近沉积层和一般第四系沉积层。区间地层自上而下依次为：

（1）素填土①1层、杂填土①2层；

（2）粉土②层、粉质粘土②1层、粉细砂②2层，土层厚度0.8～6.7m；

（3）粉质粘土③层、粉土③1层、粉细砂③2层、粘土③3层，土层厚度12.9～19.3m；

（4）粉细砂④1层、粉土④2层，土层厚度1.2～9.3m；

（5）粉土⑤1层，土层厚度1.5m；

（6）圆砾⑥层、粉细砂⑥1层，粉质粘土⑥3层，土层厚度2.0～14.5m；

（7）粉质粘土⑦层、细沙⑦1层、圆砾⑦2层，土层厚度2.1～7.8m。

区间隧道结构主体地基持力层主要为③层粉质粘土和③1层粉土及③2层粉细砂，属中压缩性土，地层分布较为稳定，层面起伏不大。地况地貌：本区间沿线地形比较平坦。

2.2.2水文地质概况

地质勘察揭露的深度范围内的地下水主要为上层滞水、潜水和层间潜水，上层滞水主要为农田灌溉所致，无稳定水位；潜水主要分布在K18+800～K20+850，地下水水位标高为23.98～21.86m，(埋深，米)含水层主要为粉土③1层；层间潜水在沿线均匀分布，水位标高为17.77～13.71mm，(埋深，米)含水层主要为圆砾④层、粉细砂④1层及其以下的砂、圆砾层中，由于层间潜水受大气降水影响较大，水位有一定的变化，变化幅度一般在2～3米。

本区间隧道结构在地下稳定水位以上。

2.2.3工程地质评价

本场地地震基本烈度值为8度，地震动峰值加速度值为0.20g，场地类别为Ⅲ类，场地土类型为中软土。本场地饱和的粉土和砂土均不液化；本区间采用盾构法施工，该段隧道结构底板埋深在14.50～20.0m，根据本次勘察结果，本段隧道围岩均匀性和稳定性较好，隧道洞深围岩主要为粉质粘土②1层、粉土②层、粉细砂②2层、粉质粘土③层、粉土③1层及粉细砂③2层，且在地下水位以上，比较适合盾构施工；

本段地铁沿线未发现不良地质作用。但本场区上部普遍分布有第四纪新近沉积层，厚度4.50～15.50m，该层由于沉积时间短，未完成自重固结，力学性质较差，在设计施工中应予以重视；本段地下水埋藏较深，仅在局部存有上层滞水，地下稳定水位在隧道洞深以下，因此可不考虑施工降水；

拟建场区地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

黄村火车站站～义和庄站区间盾构右线里程DK15+083～DK15+150，左线在里程DK15+099～DK15+165范围，分别在不同的时间段下穿黄村火车站京沪线、京九线、黄良线及战线等12股铁路线，此段铁路为全国客货运量最繁忙的线路之一。其中包括西侧5股轨道（14、12、10道、黄良线、京九上行）、东侧7轨轨道（4道、京沪上行、京沪下行、京沪三线、京九下行、7道、9道）。风险源等级为特级。其中左线在京沪下行线K35+213.8、京九下行线K22+357.8处穿越铁路，交角为85度；右线在京沪下行线K35+196.3、京九下行线K22+339.4处穿越铁路，交角为85度。12股铁路线为无缝电气化线路，60kg/m轨，钢筋混泥土轨枕。路基两侧有铁路通信、信号电缆和电力电缆及电力塔杆。股道下基础为碎石道床基础，距隧道顶11.4m。盾构下穿的12股轨道对应的线路里程为：京沪线K35+161～K35+248.5、京九线K22+305～K22+392.5、黄良线K0+153.6～K0+231.1。该处盾构线间距为16.8～17.7m。盾构顶部覆土约12.2米。盾构下穿的轨道依次为盾构下穿京沪铁路股道平面图见图3.1、图3.2所示，剖面图见图3.3所示。

图3.1盾构下穿京沪铁路股道平面图一

图3.2盾构下穿京沪铁路股道平面图二

图3.3盾构下穿京沪铁路股道剖面图

地铁右线区间隧道从A区3层楼部分下穿，隧道结构顶距楼房基底约9.9m。

图3.5黄村火车站站房西侧

图3.6隧道与站房基础平面关系图

图3.7隧道与站房楼基础剖面关系图

图3.8站房内部功能区

黄村火车站派出所为2层砖混结构，建筑平面尺寸29.7×6.9m，开间尺寸3.3m，进深尺寸5.1m，走道宽度1.8m，外砖墙厚360mm，内砖墙2厚40mm，墙下基础为浆砌片石条基，基底埋深约1.6m。

新建地铁隧道从派出所西侧端墙边穿过，隧道结构顶距楼房基底约10.9m。

图3.9黄村火车站与通讯塔

通信发射塔位于黄村火车站站房与车站派出所之间，发射塔高约35m，为独立钢塔结构，塔身完好；塔脚四点沿正方形四角布置，塔角两两间距为5.3m，塔脚下为四块混凝土独立基础，基础平面为6.3×6.3m正方形，基底埋深约4.5m。经与相关部门联系，未能找到通信塔的详细图纸资料。

经现场勘察测绘，本通信发射塔主材为角钢，主骨架从下往上依次采用等边角钢L120×10、L100×10及L80×8，腹杆采用等边角钢L80×6及L60×6，所有构件均采用螺栓连接。

新建地铁左线区间隧道从通信塔下穿过，隧道结构顶距塔脚基底约7.5m。

图3.11隧道与派出所、通信塔基础平面关系图

图3.12隧道与派出所、通讯塔基础剖面关系图

黄村火车站有一、二号两个站台，站台间通过地下通道连接。一站台宽10m，二站台宽9.5m。站台上有雨棚，雨棚横向为双柱结构，雨棚上部结构为钢砼预制拼装结构，一站台上雨棚立柱横向间距4.6m，二站台雨棚立柱横向间距3.45m，雨棚立柱纵向间距均为6.6m，立柱下为现浇独立基础，基础底面尺寸为1.6×2.2m，基底埋深约1.3m。

新建地铁区间隧道结构下穿站台及雨棚，隧道结构顶距立柱基底约11.7m。

铁路接触网塔位于铁路股道两侧，钢塔结构，塔高约20m，纵向间距45～59m，塔下为钢筋混凝土独立基础，基底尺寸4.2×2.7m，基底埋深约7.5m。

图3.14接触网塔跟左线平面位置关系图

图3.16隧道与接触网塔基础剖面关系图

3.2风险源工程地质与水文地质概况

盾构在黄村火车站附近下穿京沪铁路风险源地段时，隧道结构顶部覆土厚度在11.4m，该段地层为第四系全新世沉积层，自上而下土层分别为杂填土①2、粉细砂②2、粉土③1、粉细砂③2、粉质粘土③、粘土③3、粉细砂④1、圆砾⑥。盾构隧道主要穿越地层为粉质粘土③，部分地段洞顶位于粉细砂③2。盾构下穿京沪铁路风险源地段地质剖面图见图3.17所示。

本区间隧道结构在地下稳定水位以上。

图3.17盾构下穿京沪铁路地段地质剖面图

（1）京沪（京九）铁路是全国铁路运输的枢纽，处于京沪、京广两大铁路干线之间，为南北主要铁路大通道，也是贯穿我国南北的第三大通道，在全国铁路网中处于十分重要的地位。京沪（京九）铁路黄村段的12股线路主要是承接货物运输及客流的干线，高峰时每3分钟一趟，合计432趟∕天，交通非常繁忙。盾构隧道的施工势必会引起地层的扰动而造成地表的差异沉降，再加之铁路行车的振动，不利于开挖面的稳定。为保障京沪（京九）铁路的安全及疏通流畅，将地下施工对其影响降低到最小是必须遵循的施工准则。

（2）盾构以300m半径曲线下穿京沪铁路，如果盾构姿态控制不好，容易产生超挖从而导致地表沉降过大。

（3）盾构穿越黄村火车站轨行区地段隧道开挖断面上部为粉细砂层，粉细砂层自稳性差，盾构开挖过程中的上部粉细砂层可能造成地面沉降加大。

（4）通讯发射塔及接触网塔是铁路运输信号发射的中枢，起纽带作用。盾构隧道沉降直接影响铁路整个的运营。

（5）正常地段盾构施工地面沉降允许值为≤30mm，在采取措施的条件下可以控制到10mm左右，但盾构下穿运行中的既有线路来往列车产生的动荷载对地表沉降影响较大，普通措施无法控制到10mm。

参照我国铁路工程线路静态几何尺寸允许偏差管理值的控制标准并结合国铁黄村火车站实际情况，设计确定的铁路沉降控制标准如下：

轨道沉降：最大沉降/隆起量≤5mm；最大速率≤1mm/d；两轨沉降差≤4mm;

3.4施工应达到的要求

盾构下穿京沪铁路施工应达到的要求：盾构施工应确保铁路轨道沉降、地面沉降、两轨差异沉降在控制值范围内，确保京沪铁路的安全，列车行车速和行车安全不受影响。

盾构下穿接触网塔和通讯发射塔施工应达到要求：盾构施工应确保沉降在控制范围内，确保火车运输过程中铁路信号发射的正常。

铁路站房和车站派出所施工应达到的要求：盾构施工应确保房屋安全，确保铁路运输正常的工作运转。

4.1地下隧道施工工期计划

我们严格按照推进速度，对盾构机到达京沪铁路轨道群及建筑物的工期进行分解如下：

表4.1盾构机到达建筑物及轨道的工期

左DK15+170.4

左DK15+139.2

14、12、10道、黄良线、京九上行

左DK15+166～143

右DK15+151～129

4道、京沪上行、京沪下行、京沪三线、京九下行、7道、9道

左DK15+098～132

右DK15+117～83

左DK15+092～140

右DK15+118～128左DK15+133～143

右DK15+072～083

左DK15+087～099

左DK15+077～085

2009.9.10～9.11

DK15+075～083

2009.9.10～9.11

右DK15+041～066

2009.8.27～8.28

注：序号从西往东编制。

4.1.1右线工期计划断面图

见附图1，根据工期计划，右线隧道过铁路及其影响区段于9月3日收敛结束

4.1.2左线工期计划断面图

见附图2，根据工期计划，左线隧道过铁路及其影响区段于9月18日收敛结束。

4.1.3工期计划平面图

4.2地面加固施工工期计划

京沪及京九铁路为我国的重大干线，是铁路运输的大动脉，具有车速快，流量大的特点，在铁路下进行盾构施工必须保证铁路路基稳定和列车行车安全。为此，在盾构下穿铁路施工期间，必须对既有线路路基进行注浆加固，以确保铁路行车安全。

故地上建筑物注浆工期为：

左、右线轨道加固及监测时间：线路加固：盾构穿越铁路前进行8月1日～8月15日

基注浆加固：盾构穿越铁路前进行8月1日～8月7日

建筑物加固时间：黄村火车站站房A区，计划2009年7月1日～7月20日。

通讯塔：计划2009年7月1日～7月15日。

派出所：计划2009年7月10日～7月30日。

接触网塔：计划2009年7月15日～8月10日。

某室外景观亮化工程施工方案第五章地面轨道及建筑物加固措施

1）施工前由设计负责人进行现场设计交底并交验加固区段。

2）做好临设，施工用水、电、道路及围挡等准备工作。

3）通过与铁路有关单位、建设单位、设计单位了解地下设施详细情况，做好钻孔注浆施工段地下设施的坑探、加固和保护。

4）施工进场前与相关站段签订施工配合和施工安全协议，并需要设备管理单位对其既有铁路电缆进行改移防护，确认无电缆后方可进行钻孔作业。

（一）京沪铁路12股轨道群加固措施

根据设计图纸，灌钢加固施工前对实际结构尺寸进行现场核对预应力锚索施工工艺流程，以确保施工下料的准确。