富水粉砂地层盾构穿越城市快速环路施工技术.docx

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1、北京地铁某标段工程包括2站2区间，区间线路整体呈东西走向，区间总长度近5km,采用盾构法施工，在区间盾构始发后需垂直下穿东五环城市主干道路。穿越地层主要区间隧道涉及穿越粉砂粉土、粉砂、粉砂夹粉土层及粉质粘土层，以上地层承压含水层分布连续，水头高56m。隧道衬砌环采用外径600Omm、内径540Omm、厚30Omm、宽IoOomm的预制钢筋混凝土管片衬砌。北京东五环路为南北走向，道路编号S50,穿越位置段原为高速公路，现道路等级为城市快速路。三上三下六车道，两侧设应急车道，路面宽35m。路基结构为填方路基，穿越区域路基高约2m。盾构区间垂直下穿东五环路基，区间拱顶距路面约8.5mo1、施工难点盾

2、构隧道下穿环路段为粉砂地层，刀盘刀具极易磨损，且在水动力条件和盾构推进作用下自稳能力较差，易产生管涌、流砂现象，对盾构的选型和施工过程中地层稳定的控制要求十分严格。既有环路上交通繁忙，必须严格控制盾构施工参数，确保道路变形沉降满足要求。环路及周边市政管线错综复杂，盾构穿越施工时须降低重叠风险源带来的风险。2、穿越前的技术措施2.1 盾构机选型盾构机选型需遵循技术先进、安全可靠、环保经济等原则，根据工程地质特点和穿越风险源控制要求，需具备防喷涌、耐磨及土体改良的能力。在螺旋机出口设2道液压闸门和一道手动闸门防止喷涌，确保在紧急情况下能将地下水阻挡在盾构外；采用3道盾尾刷，施工前用高质量盾尾油脂满

3、嵌盾尾刷，保证盾尾密封效果；配置加泥加水系统，对土仓、螺旋机进行土体改良；配置施维英注浆泵泵送“厚浆”浆液，可进行4点注浆；配备高精度测量导向系统。通过专家论证，最终选择加泥式土压平衡盾构机进行掘进施工。2.2 对环路进行工前检测、设置试验段施工前对道路及周围建（构）筑物、管线进行调查、摸底及评估，并做好现状鉴定及留证。专业机构工前检测结果显示，东五环路及匝道路面下方。5m范围内未发现空洞及不密实区域。路面有6条横向裂缝、1处龟裂、6处裂缝修补，路基状况良好；匝道路面有2条横向裂缝，路基状况良好。在盾构穿越前IOom进行试验段掘进，总结盾构掘进参数控制值范围，确保环路及周边建构筑物安全。盾构正

4、式穿越前对盾构机进行全面检修维护保养，确保设备运转正常。2.3 严格组织管理（1）成立以项目经理为首的穿越管理组，负责实施盾构穿越风险源的管理工作，穿越前查清建筑物及周边环境详情。（2）加强对环路周边的巡视及监控量测工作，建立两班倒的巡视制度，人员分工明确。（3）从项目部相关的质量、技术、物资等部门抽调专人组成现场值班小组，密切关注环路的沉降变形情况。（4）及时进行技术交底，明确质量安全注意事项。（5）对超过一定规模的穿越危大工程必须组织专家论证，且在穿越前进行施工条件核查，合格后方可进行穿越施工。2.4 设备物资准备（1）盾构机在距离风险源20环时停止掘进，对盾构机、门式起重机、电瓶车等设备

5、进行彻底检查和维修，对存在故障或故障隐患的机械设备进行维修与更换，确保盾构机及其配套设备以良好的状态顺利穿过风险源。重点检查和维修刀具、注浆系统和渣土改良系统。检查刀具磨损情况，更换磨损严重的刀具；对注浆管路进行彻底清洗。为确保盾尾密封良好，盾尾应采用高品质油脂，保证同步注浆效果；检查维修泡沫发生装置和添加剂注入管路，确保泡沫发泡质量及注入顺畅。（2）根据生产计划编制详细的管片等材料供应计划，提前定货加工。严把原材料质量关，杜绝不合格材料进入工地。（3）穿越施工中按进度计划，配足运输、提升、注浆等机械设备。做好设备的使用、保养和维修工作，并准备一定数量的备用设备。3、穿越过程施工技术措施3.1

6、 主要掘进参数控制（1） 土压力控制。根据本工程穿越环路地点盾构隧道覆土深度和地质情况确定土压值，适当提高土压力（0.01MPa内）。施工中应精确控制土压，避免土压力超过标准控制值范围。掘进过程中应严格保持掘进面的土压稳定，出土量宜控制在理论出土量的98%左右。（2）刀盘扭矩及转速控制。考虑本机装备额定扭矩为5153kN-m,脱困扭矩为6801kNm,最大转速3.1rmin,依据类似地层施工经验及试验段参数，合理确定刀盘扭矩，转速宜控制在1r/min；通过向刀盘正面添加膨润土或泡沫进行土体改良，将刀盘扭矩控制在2000kNm以内。（3）掘进速度与总推力控制。盾构装备最大推力为45000kN,最

7、大掘进速度为80mmmin,考虑刀具高差及刀盘转速，将该段掘进速度控制在2030mmmin,控制总推力不大于16OOOkN0（4）同步注浆控制。同步注浆量控制在盾尾间隙的150%180%,根据监测数据调整同步注浆量。注浆采用注浆量和注浆压力双重标准控制，注浆压力在理论计算的基础上适当提高0.05MPa左右，在确保注入效果的同时不影响成型隧道质量，并使地面的变形值在允许范围内。3.2 主要施工技术质量措施盾构穿越过程中采取如下技术措施，以确保既有环路安全。（1）掘进结束需在螺旋机闸门关闭后开始管片拼装，拼装过程中应注意保压与盾构油脂注入，若土仓压力低于控制值应暂停拼装，通过土仓壁上注入口注入浓稠

8、膨润土泥浆，以确保土仓不失压。（2）本段掘进采用膨润土和泡沫对刀盘、土仓及螺旋机进行压注，达到控制刀盘扭矩，改良渣土，稳定土压的目的。（3）严格规范布置监测点，穿越过程中应增加每日监测次数，尤其应加强管片脱出盾尾后的上方监测点观测。监测数据须及时反馈至掘进班组，做到信息化施工。穿越过程中应加强隧道的沉降观测，必要时进行隧道内注浆加固，确保隧道沉降受控。（4）采用质量好、性能优的盾尾油脂，控制注入量与注入压力，确保盾尾密封效果，避免盾尾刷过度磨损导致盾尾漏浆。（5）遇螺旋机喷涌时应及时关闭螺旋机应急闸门，并对螺旋机及土仓压注压注膨润土浆液，补充损失土体量。遇盾尾渗漏时，可从渗漏点两侧盾尾油脂点进

9、行盾尾油脂封堵，必要时可在盾尾与管片间垫放海绵，封堵管片与盾构间的间隙。遇沉降预警应及时分析原因，发现变形异常应及时停机保压，待查明原因并采取可行的措施后方可恢复推进。3.3 二次补注浆对脱出盾尾的管片应根据监测及现场实际情况进行管片壁后二次注浆，以消除因同步浆液收缩变形而引起的地面变形隐患，提高土体强度。必要时二次注浆可与盾构推进施工同时进行，达到跟踪注浆的效果。对盾尾后部5环以外的成型管片进行二次补浆，补注浆材料为水泥+水玻璃双液浆，压力控制在0.3MPa左右，且严格遵守“确保注浆压力，兼顾注浆量”的双重保障原则。根据监控量测数据，若地表仍不稳定，还需进行三次及多次补浆，注浆参数与二次注浆

10、相同。3.4 盾构掘进轴线控制穿越时应控制盾构轴线，严格控制推进千斤顶油缸伸出量差值及较接油缸行程差，确保盾尾间隙满足管片选型和拼装要求。力争穿越过程中不纠偏或少纠偏，做到不超挖或少超挖。轴线控制纠偏须按照“及时、连续”的原则；加强管片选型工作，将盾构水平及垂直姿态均控制在30mm以内。4、穿越后的技术措施为保证沉降控制效果，确保环路安全，需在穿越地段对已完成隧道结构外侧进行补注浆，以控制地面后期沉降。穿越完成后须继续进行监控量测，按监控量测结果进行必要的二次及多次补浆。待沉降稳定后，应根据检测结果对道路进行后评估，确定穿越施工对道路的影响程度，并依据处理意见实施，直至环路结构安全稳定。5、结束语（1）选择具备较强的防喷涌、耐磨及土体改良能力的盾构。（2）加强施工前调查与评估，合理设置试验段并及时总结施工试验参数。（3）推进过程中应加强土体改良，控制掘进速度根据推力、扭矩及出土量情况及时调整土压值。（4）加强二次及多次补注浆工作；加强监控量测，做到信息化施工。