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沈阳某地铁工程盾构穿越浑河专项施工方案

1、沈阳地铁九号线土建施工第七合段合同文件；

2、辽宁省交通规划设计院设计的《沈阳地铁九号线汪河路站～曹仲站区间正线结构与防水施工图》；

上海市建筑和装饰工程预算定额3、《沈阳地铁九号线汪河路站～曹仲站区间区间岩土工程勘察报告》；

4、现场施工及验收规范和相关技术标准：

(6)《城市轨道交通工程质量安全检查指南》（试行）

(7)《沈阳市地铁土建工程施工质量验收实施细则》（试行）

(8)《沈阳地铁制度汇编》

(9)《汪河路站至曹仲站区间施工监测方案》

5、其他由业主或监理工程师指定的工程规范和技术说明；

6、本公司在地铁及地下工程施工中的施工技术及管理经验；

7、中国铁建重工DZ063泥水盾构机设计图纸及相关技术文件；

汪河路站～曹仲站区间自浑河北岸汪河路站起，向南下穿大堤路、浑河以及浑河南岸规划地块至浑南西路后东转，沿浑南西路道路下方走行至曹仲站，结合线路及地质条件，本区间采用盾构法施工，盾构机选用泥水平衡盾构。汪河路站始发，曹仲站接收。

本工程起点里程DK12+145.180，终点里程DK14+386.056，在左14+094.232设置短链5.768米，右线长2240.876米，左线长2235.108米。

2.2过浑河段工程概况

区间在里程左右DK12+800～左右DK13+300下穿浑河河床（+541环～+959环），区间横穿浑河，线路上河面宽约500m，隧道过河段覆土厚度为13m～20m。风险工程等级为一级。

过河段线路平面曲线为直线，竖向曲线以3‰坡度直线下坡至隧道最低点。

2.3工程地质与环境条件

⑴第四系全新统浑河低漫滩（Q/42al+pl/）②

⑵第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层（Q/42al/）③

⑶第四系全新统浑河新扇冲洪积层（Q/41al+pl/）④

系数Kv(MPa/m)

标准值fak(kPa)

浑河河道河水深度在施工前1个月对浑河水位进行监测，经观测水位受上下游水坝开闸放水影响，浑河一般水深为1m，最深2m，水位涨幅在1m内。

3盾构过浑河段施工重难点

防止盾尾漏浆（防漏）；

防止隧道上浮和控制盾构的掘进姿态；

开挖时盾构刀盘刀具的耐磨性；河底更换刀具难度高、风险大。

4盾构过浑河段施工原则与技术要求

过河前检查设备，然后采用均衡快速通过的原则施工。

4.2掘进过程的施工技术要求

要求盾构在通过该特殊段时有序、平衡、平稳的施工技术。

人、机、料的配置合理，工序的安排、衔接有序；

机械保养定人、定期、专业、规范，做到无遗漏、标准化；

技术交底、作业交底按部就班，自经理部至作业面指令畅通、反馈迅速。

①切口压力与开挖面水土压力平衡

严格控制切口水压，尽量保持平衡，不要出现过大的波动，控制在±0.5bar；

②切削干砂量与掘进进尺平衡

严格控制切削量，做到进尺量与切削量均衡。除量的控制外，还要坚持对每环出渣样进行地质水文分析，发现与开挖断面地质情况不符，则马上采取措施；

③注浆压力与水土压力平衡

除考虑注浆处的水土压力，还要考虑后方来水、开挖面来泥浆压力，故注浆压力是在切口水压基础上提高0.06～0.1MPa,且应使浆液不进入开挖仓和压坏管片和不因注浆压力过大造成击穿河道。

推进过程应保持盾构机有良好的姿态，避免蛇行，每环姿态变化控制在±5mm内。推进油缸各分区油压值差宜保持统一、恒定性，不宜出现过大的波动；

做好管片选型，现场对盾尾间隙实测实量，注意管片拼装的椭圆度，防止尾刷与管片碰撞导致盾尾密封、铰接密封损坏及管片变形；

泥水站备置适宜掘进地层的泥浆，严格控制泥浆各项指标，形成高质量泥膜，并提高泥浆的携渣能力，平稳控制环流进出浆流量，有利于保持速度的稳定。

5盾构过浑河段的技术措施

针对本工程河道河床底下的地质条件情况以及覆土厚度，拟采用主动保护措施进行施工。具体措施如下：

（1）施工前，配制一定比重、粘度的泥水供盾构循环使用，在掘进前，在储浆池里要制备足够量的施工所需优质泥浆。

（2）为确保盾构机顺利穿越河床，穿越前必须对机械、液压、电气设备等进行检修，尤其是重点检查盾尾密封、中体与盾尾铰接处的密封的止水效果，确保盾构机的工作状态良好。 同时对泥水处理系统及各配套设备等关系到盾构机掘进的机械设备加强检查，以减少因设备故障造成的盾构机停机时间。详见附表穿越浑河前盾构机设备检查表。

（3）前提与上下游水利部门沟通，详细调查水坝开闸放水时间段，并观测水坝开闸放水对浑河水位影响规律，绘制水位时间变化图，指导施工。

（4）在里程DK12+650处（421环）停机带压进仓检测刀具，对磨损超标的刀具（刮刀）进行更换。根据在此之前盾构机在始发段地层中刀具的磨损情况和过河段的地质情况确定刀具选用，力求避免在河中再次换刀。

（5）盾构穿越浑河前的50环作为施工试验段，穿越浑河前认真总结分析试验段施工各项掘进参数及监测数据，作为过河段掘进参数设定的依据。

5.2.1切口水压的设定与控制

切口水压用于平衡开挖面的水土压力，维持开挖面的稳定，保证盾构安全顺利掘进。开挖面的水土压力随着隧道的覆土深度、河面水位的变化而变化，因而，通过切口水压控制开挖面稳定是一种动态的管理，掘进时，必须对开挖面的切口水压进行严格监控，通过手动控制，使其控制在设定值的±0.5bar范围内。

设定泥水压力=开挖面水、土压力+加压

一般加压值控制在20kPa，加压过大会使开挖面的渗透加强，过小可能会导致塌方。设计值要根据土层渗透系数等物理力学指标进行设定，同时还应考虑河中的变化情况。

浑河河水水位深度在高位时为h高=3m，在低位时h低=1m。根据埋深和地质资料，刀盘前方的水土压力按土力学理论并按水土分算方法计算，得到盾构机刀盘在过河段最大和最小的水土压力分别为：221kpa和201kpa。

P高=土压力（含水压力）+加压（K）=221+20=241KPa

P低=土压力（含水压力）+加压（K）=201+20=221Kpa

5.2.2开挖干砂量管理与控制

干砂量的监控也是确保开挖面稳定的重要手段。根据送泥、排泥的流量计和密度计测定的数据，对送、排泥浆中所含有的干砂量的体积进行计算，以此来反映出盾构每掘进一环切削下来的土体量的数值。

计算后的理论干砂量可与实际掘削干砂量作比较，根据两者之间的差距，判断开挖面是否有超挖或欠挖，以及地质变化情况。

在过河时的浅覆土段其单环理论干砂量：

实际单环干砂量G’根据仪器测定送泥水和排泥水的差，通过计算求出实际土粒子量（干砂量）：

实际掘削量G’可由下式计算得到：

G’：实际掘削量(kN/环)；

Q1：排泥流量(m3/min)；

ρ1：排泥密度(kN/m3)；

Q0：送泥流量(m3/min)；

ρ0：送泥密度(kN/m3)；

t：掘削时间(min)。

综上所述，在盾构掘进中对开挖面的管理显得尤为重要，故在管理中要注意收集以下数据：

根据这些数据，采集以下几个方面的数据，以监视开挖面的稳定状况：

相当于一环的掘削土量；

5.2.3泥水性能管理及控制

根据过河段的地质主要是中粗砂地层，且该地层具有较好的自造浆能力，泥浆比重控制在1.05～1.1g/cm3，当泥浆的比重、粘度较大时，加水进行稀释，来降低其数值，当泥浆的比重、粘度较小时，可适当添加膨润土以提高泥水比重。

送泥水的粘度主要用于悬浮和携带刀盘切削下来的土体，从土颗粒的悬浮性要求而言，要求泥水的粘度越高越好，但粘度的提高会使泥水的凝胶强度和塑变值提高，加大泥浆泵的负荷，同时加大泥水分离难度，综合考虑以上因素，粘度值可取20～25秒。

（3）失水率、胶体率及PH值控制

泥浆失水率是泥浆在受内外水头压力差的作用，在一定时间内渗入地层的水量，失水率控制在≤15mL/30min，泥浆的胶体率是泥浆中粘土水化分散程度及其悬浮状态稳定性的简易且有效的衡量。胶体率在很大程度上与泥水粘度有关，悬浮性好的泥浆就意味着析水量小，反之则大。故泥水的胶体率控制在96%以上，以降低土颗粒和提高泥浆的粘度。泥水酸碱度PH值须呈碱性，PH值一般控制在8～10。

5.2.4掘进速度控制与姿态控制

盾构过河虽然以快速通过为原则，但并非盲目地加快速度掘进。泥水盾构掘进速度除取决于自身的掘进能力（总推力与扭矩）外，还与背填注浆能力以及环流系统的能力有关，如若背填注浆能力跟不上盾构掘进的速度，则管片的背填注浆量不足，隧道质量难以保证；如若环流系统的能力跟不上盾构掘进的速度，则刀盘切削下来的碴土进入泥水仓后，无法及时地通过泥浆管路运送到地面，将造成泥水仓堵塞和管路堵塞，泥水仓压力产生瞬间高压，对开挖面土体产生扰动，容易引起开挖面地坍塌。因此，掘进速度必须在确保注浆质量和保持环流系统畅通的前提下逐渐加快。在过河段，以确保开挖面稳定为原则，提倡盾构机均速前进，保持环流系统畅通。本工程过河段的掘进速度均控制在35～45mm/min左右。

过河段对盾构姿态的控制更显得重要，一是该段隧道处于下坡段，二是该段为软弱地层中掘进，盾构机容易产生磕头，纠偏难，因此，该段掘进设定报警值为30mm，限制值为50mm，严格控制盾构机在±50mm范围内行走。

盾构机产生偏差后，不宜急纠，管片选型时，保持与盾构机在同一中心线上，使盾尾间隙保持均衡。若盾尾间隙不均衡，则盾尾容易产生漏水、漏浆，也容易产生险情。

0.05～0.1Mpa

在穿越过程中，我部也将每班对浆液取样测试，并根据实际注浆效果，对浆液配比进行调整优化，缩短浆液凝胶时间、确保浆液质量。

根据以往经验，我部初定穿越时注浆量为理论建筑空隙180～200％，注浆量为5.8～6.5m³/环，并根据实际情况做适当调整，以保证河道土体的稳定。注浆压力控制在0.3～0.4Mpa，以免应压力过大而击穿河底土体，导致与隧道顶部圆砾层贯通，河水通过圆砾层进入盾构施工区。施工中要做到“不注浆、不掘进，要掘进、必须注浆”。

在过河段盾构1号拖车配一套注浆机，对拖出盾尾5环以后的管片进行二次补充注浆，注浆选用水泥浆，水灰比1:1。注浆位置为管片顶部，每环注浆量由现场值班工程师根据地面监测数据和当环同步注浆量确定，注浆过程严格控制压力，不大于0.3MPa，作业人员时刻观察压力变化和管片变化，发现异常及时停机。

5.2.6盾尾密封控制

盾构机采用四道盾尾钢丝密封刷，可有效防止盾尾透水。盾尾刷在过河前，由于无法打开检查，为确保过河安全，过河前利用管片注浆孔对两个盾尾舱进行彻底检查，以后定期检查，每10环全面检查一次，正常状态掘进中（在没有发生漏水窜浆状态下），每2环正常补脂一圈，确保盾尾密封油脂压力不小于0.5Mpa。

加强中体与盾尾铰接处的密封检查，及时调节密封压板螺栓，保证其密封效果，防止地下水涌入。

控制好管片姿态，居中拼装，防止盾构建筑空隙过大形成透水通道，必要时在管片外侧粘贴海绵条用于止水，封堵管片与盾构间的间隙。每次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。

采取上述措施后，基本可控制盾尾渗漏。如果盾尾发生渗漏，则从管片注浆孔压注聚氨酯，形成环圈，封闭涌水通道。

5.2.7管片防水控制

过河段管片在EPDM橡胶密封垫及迎水面一侧粘贴2mm厚遇水膨胀橡胶片，用以在管片张开时，加强防泥、防水。范围为河床及河床两侧十环。

在河底段掘进时加强盾构掘进姿态控制及管片选型，加强螺栓复紧和盾尾间隙控制，减小管片错台、裂缝、漏水，保证较好的隧道线形，提高隧道防水质量

P切=P压＋0.2bar

进浆800m³/h，出浆850m³/h

与掘进速度及切削量匹配

比重：1.05～1.10

6盾构过浑河段监测技术措施

盾构过河河底监测一般采用声纳法或传感器法，根据以往施工经验，两种方法监测精度均不高。我部已在浑河枯水期测出河底地貌，并在河中埋设水位监测桩。由于浑河河床地势平缓，水位浅，过河前同地层施工段地表沉降变形值小，盾构气压能稳定控制，我部根据河床实际情况，拟采用常规地表监测法在河中河漫滩埋设监测点进行河底沉降监测，洞内盾构采取切口水压和同步注浆控制沉降，同时通过干砂量管理控制超挖，河床进行水位监测。

每天进行2次水位监测，如有特殊情况，进行加强巡视。

通过开挖面管理（刀盘和密封舱内的泥浆压力和浓度）、盾构进尺管理、泥浆浓度管理和盾构机管理使开挖面泥浆浓度根据地层情况作出合理调整。目前，掘进管理已经实行自动化控制，用智能化系统来频繁调整掘进速度以协调各方面的需要，维护天然地层不受扰动，优化选择泥浆浓度。

7.2盾构机的轴向控制管理

通过一套测量系统随时掌握正在掘进中盾构的位置和姿态，并通过计算机将盾构的位置和姿态与隧道设计轴线相比较，找出偏差数值和原因，下达调整盾构姿态应启动的千斤顶的模式，从最佳角度位置移动盾构，使其蛇形前进的曲线与隧道轴线尽可能接近。

通过浆体、注浆压力、注浆开始时间与注浆量的优化选择，达到能及时填满衬砌与周围地层之间的环向间隙，防止地层移动，增加行车的稳定性和结构的抗震性。

对浆体的要求：应具有能充分填满间隙的流动性：注入后必须在规定时间内硬化：必须具有超过周围地层的静态强度JCT427-2017 电焊条用合成云母粉，保证衬砌与周围地层的共同作用，减少地层移动；具有一定的动态强度，以满足抗震要求；产生的体积收缩小；受到地下水衡释不引起材料的离析等。采用同步注浆时，要求注入的注浆压力大于该点的静水压力和上压力之和，做到尽量填充而不是劈裂。

考虑盾构推进过程中纠偏，跑浆和浆体的收缩等因素，实际注浆量一般为理论值的180％～200％。注浆作业应在掘进时间内完成。

为了防止地层中泥水和注浆的浆液从盾尾间隙中漏入盾构，同步注浆时盾尾密封装置必须完好。盾构始发时密封刷上必须涂足密封油脂，推进中还应按要求压注油脂，以提高密封效果，减少密封刷与管片外表面的磨擦，延长密封刷寿命。

要严格控制管片拼装的垂直度、椭圆度、拧紧螺栓的扭矩、修正蛇行时楔形管片或垫块的拼装位置等，防止接缝张开漏水。

刚拼好的管片环在自重和土压力作用下都将产生变形，盾构中的真圆保持器用以支撑刚拼好的管片环，同时采用同步注浆及时固定管片环的形状和位置。

8安全、文明施工保证措施

8.1安全生产管理目标

本工程的安全生产目标是：实现“六无”（即无死亡、无坍塌、无火灾、无中毒、无重伤、无重大机械设备事故）安全管理目标DGTJ08-2282-2018标准下载，将月轻伤率控制在1.2‰以下。

（1）贯彻执行国家安全生产、劳动保护方面的方针、政策和法规，监理的指示和决定。