区间盾构主要施工方案

一、工程概况
二、工程重难点概述
三、方案概述
四、实施性方案
1、端头加固
1.1地层情况
本工程始发和到达共计12次。

为确保盾构始发和到达时施工安全，确保地层稳定，防止端头地层发生坍塌或涌漏水等意外情况，结合各端头粉细砂、粉质粘土、粉土及卵石层的地质情况（见图1-1-图1-6），每个端头都需要进行加固。

1.2加固方案
（1）平安里站东侧始发端头
始发端头加固纵向长度为8m，垂直线路隧道外侧3m，上下各3m。

加固范围见图1-7。

图1-7 端头加固范围示意图
平安里站东端头在地面有施工条件，采用从地面打设旋喷桩进行加固。

旋喷桩采用三重管施工。

旋喷桩直径为800mm，间距为650mm。

（2）北海北站西侧到达端头
北海北站西端管线密集，地面无施工条件，故在站端进行地层水平注浆加固。

加固范围同始发端头。

采用袖阀管分段后退式注浆。

（3）根据地面条件其它始发端头采用旋喷桩加固，到达端头采用水平注浆加固。

2、盾构机平移吊出
平～后区间、后～南区间以及南～隆区间右线盾构机到达后不能直接吊出，需要平移至明挖附属结构才能吊出。

盾构机平移的指导思路是使用液压油缸顶推托架。

下面以平～后区间为例介绍盾构机平移方案。

2.1准备工作
进行盾构机平移作业前，需做要好以下准备工作：
（1）清理盾构机平移场地，将暗挖风道及明挖附属结构部分的底板先回填部分混凝土。

回填至轨面下1480mm。

复核混凝土顶标高并确保场地平整。

混凝土混凝土过程中注意对预留钢筋的保护；
（2）在回填的混凝土表面铺设一层20mm厚的钢板，钢板锚固必须牢固，接缝焊接必须打磨平整，钢板上抹黄油以减少移动托架和钢板之间的摩阻力；
（3）在钢板上安装并固定接收托架，托架底部须用钢板找平并连成整体。

2.2平移方法及步骤
见图2-1。

图2-1 盾构机平移步骤图
3、刀具更换方案
区间穿越的地层主要为粉质粘土、粉细砂和卵石层。

盾构在砂层和卵石层中掘进时，刀具磨损量较大（根据对类似地层的调查，一般在400～600m需要检查或更换刀具），因此在施工过程中可能需要更换刀具。

对计划更换刀具的地点需要提前进行加固，加固方式尽量采用地面旋喷桩。

如地面确不具备加固条件，考虑采用带压换刀或者完成一条线后在洞内进行水平注浆。

换刀位置加固考虑尽量和联络通道位置加固相结合，并综合考虑线路的长度和地面条件。

（1）平～北区间计划采用洞内水平注浆加固。

即在完成左线后，从左线向右线施工小导管进行注浆。

如果在左线的掘进过程中，刀具磨损超过规定值，需要通过带压进仓进行刀具更换。

（2）北～南区间地面也没有加固条件，因此也参照平～北区间进行水平洞内注浆加固。

（3）南～东区间部分线路在皇城根遗址公园下通过，部分换刀位置加固点可以在地面进行加固。

计划在左K11+400附近左线泵站处进行加固，加固时只加固左线。

该处地面位置见图3-1。

第二个加固点选择在右K11+810（即1号联络通道）附近，通过现场勘察发现该位置右线在北河沿大街上。

具体位置见图3-2。

第三个加固点拟选择在右K12+100附近，此处距离2号联络通道约75m，目前该处地面是皇城根遗址公园，具体位置见图11。

需与设计沟通能否将联络通道位置前移75m。

第四个加固点拟选择在右K12+500附近，此处距离3号联络通道约25m，目前该处地面为人行道，具体位置见图3-3。

4、小曲线半径施工方案
南锣鼓巷站～东四站始发段处于最小曲率半径仅为300m的曲线上，属于“大曲率、小半径”隧道。

针对该地段，主要采取的措施如下：
（1）盾构机具有铰接装置，可以预先推出弧线态势。

铰接装置是被动式铰接。

在盾构机将进入缓和曲线段处，逐步增加左右侧千斤顶的压力差，在其后的缓和曲线段掘进行程中将水平张角逐渐调节到设计铰接角度，以符合隧道轴线要求的曲率半径。

其后在R=300米的圆曲线隧道掘进中将基本保持这个张角，直至走完曲线全程；
（2）采用仿形刀在曲线内侧位置进行超挖，有利于纠偏。

仿形刀可以设置在圆周任意区域位置进行超挖。

本区间将采用仿形刀在曲线内侧位置进行超挖，以有利于纠偏；
（3）由于受水平分力影响，“大曲率小半径”隧道易向弧线外侧平移，因此盾构掘进时，
将盾构沿弧线内侧（割线方向）掘进，使得轴线留有预偏量；
（4）为了减小盾构掘进时对已成隧道受到水平分力的影响，在圆曲线范围内利用管片注浆孔对弧线外侧土体进行双液浆补浆，提高土体强度，抵抗水平分力；
（5）提高测量频率，每环分小段（30～40cm）进行测量，对比左右侧千斤顶的行程差是否达设计要求，以便及时调整左右侧的压力差，用最新的施工参数指导下一段施工；
（6）管片采用错缝拼装。

主要型号有标准衬砌、右转弯衬砌、左转弯衬砌。

转弯环的楔形量为48mm。

楔形量完全满足拟合300m半径的需要；
（7）保持前环衬砌与盾壳间有均匀的间隙，以便管片居中安装。

每环推进前，工程技术人员必须测量已成环衬砌与盾尾之间的尺寸。

并根据盾构姿态与隧道偏差的数据，正确下达盾构推进技术指令单，从而保持管片与盾壳间存在均匀的间隙；
（8）认真测量盾尾间隙，正确选用管片（标准环、左弯环或右弯环），减小管片在盾尾中转弯的阻力，而且保证推进油缸的推力支撑环面与隧道轴线基本垂直；
（9）在曲线段掘进过程中，由于左右侧的推力差较大，再加上刀盘转动引起的振动，管片会出现一定的飘动。

这直接会影响安装在管片上的自动全站仪的测量精度，给操作手提供错误的位置信息而可能引发超限事故。

因此，必须加密人工复测的频率，经常校正全站仪的坐标值，保证盾构设备按照正确的导向前进。

5、盾构始发试验段施工方案
盾构的始发掘进一般为100m，始发过程中存在涌水、方向难以控制、易叩头等风险，因此在始发段掘进时需采取以下措施：
（1）通过严格的施工控制以及检验制度确保端头加固的质量满足要求。

如检测不合格需要进行重新加固，避免始发掘进时发生突水、涌泥事故；
（2）严格按照设计施工洞门密封相关内容，包括压板、橡胶帘布、固定钢板等；确保密封效果满足要求；
（3）严格控制始发托架、反力架和负环的安装精度和稳定性，确保盾构机始发姿态和隧道设计线相符；
（4）当临时管片脱出盾尾后周围无约束时，在推力作用下易变形，因此，要在管片两侧用型钢支撑加固管片环，管片脱离盾尾前用钢丝绳将管片环箍紧防止变形；
（5）增设深层沉降监测点：在对应下行线试验段上方建筑物侧及垂直于盾构线路方向相应位置设置3个深层土体分层沉降测孔。

在试验段盾构推进过程中，安排监测人员进行跟踪监测，并及时反馈监测结果，便于盾构各项参数的及时调整；
（6）盾构土仓压力的合理设定：土压力设定考虑地面车辆动荷载和房屋荷载的影响。

对每环的实际出土量和理论出土量进行比较，严格保持开挖面的土压平衡，尽量减少平衡压力的波动，同时还应严格控制与切口平衡压力有关的施工参数，如出土量、推进速度、总推力、实际土压力围绕设定土压力波动的差值等（通常土压力波动范围±0.01MPa）；
（7）优化浆液配比，合理设定注浆量及注浆压力。

在穿越过程中，每班对浆液取样测试，性能指标包括比重、稠度、初凝值、泌水率，并根据实际注浆效果，对浆液配比进行调整优化，确保浆液质量。

根据以往经验，穿越时注浆量为理论建筑空隙150～180％，并根据实际情况做适当调整，以保证地表沉降控制在环境保护的要求内。

注浆压力设定略大于周边地层压力，以控制地表变形为原则。

（8）初始100m掘进是摸索掘进规律、优化掘进参数的试掘进阶段，要注意总结和优化相应的盾构掘进参数。

掘进100m后再行拆除负环管片。

参考实例：上海市第二市政工程有限公司施工的上海轨道交通某区间穿越一倾斜民房且在倾斜方向一侧穿越。

6、盾构机到达施工方案
在盾构机距离接收井洞门50m时，即进入出洞掘进阶段。

本工程盾构机需要6次到达施工，到达施工由于其特殊性决定了需要采取一定措施：
（1）确保到达端头的加固和密封效果，确保不发生涌水、突泥事故；
（2）做好进站前的测量工作。

在出洞段掘进前，要对隧道基线进行测量，确认盾构机的位置，把握好洞口段的线形。

在盾构机到达前50m即加强盾构机姿态和隧道线形的测量，及时纠正偏差，确保盾构机顺利地出洞。

增加地表监测频率，并及时反馈监测结果指导施工；
（3）调整好盾构机的姿态。

出洞前，盾构机允许偏差为±10mm，要保持盾构机为“仰头”状态；
（4）在隧道内利用后部管片的起吊孔，使用葫芦协助拉紧待装管片并上紧所有螺栓；
（5）注浆应及时、足量，必要时需根据注浆速度决定掘进速度；注浆压力和注浆量应比理论值略高。

同时，应根据实际情况及时进行补注浆，以保证管片背后填充密实；
（6）盾构进入出洞段后，首先减小推力、降低推进速度和刀盘转速，控制出土量并时刻监视密封土仓的压力，避免出现较大的地面隆陷；
（7）盾构机出洞后，一般还需要安装5～6环管片才能完成区间隧道，随着隧道的贯通，盾构机前方没有了推力，将造成管片之间的环缝连接不紧密，容易漏水。

在最后几环管片安装时，根据现场实际，采取以下措施：
①在刀盘前方的预定位置设置支挡，以防盾构机刀盘向前滑动；
②在靠近洞口段10环管片的2点、4点、8点和10点位置，用型钢焊接拉紧，将管片拉成一个整体，并保证管片间的管片密封垫压缩到位；
③管片安装完毕需用风动扳手拧紧所有纵向和横向螺栓，且在下一环掘进完毕后再次紧固螺栓；
④严格按照操作规程拼装管片，同时防止管片之间出现错台。

保证管片特别是封顶块的安装质量；
⑤待盾尾离开洞口密封后，迅速重新调整洞口压板，用快速凝固的砂浆进行注浆，保证洞口的管片背后注浆迅速凝结。

为加强管片防水和防止管片背后的砂浆突然从洞口冒出，在
完成每一环管片的推进和管片安装待砂浆凝固2h后，再进行下一环管片的推进。

7、盾构穿越建筑物及构筑物的施工方案
（1）在盾构通过前对各种管线和建筑物的基础进行调查。

对沉降或隆起对管线的影响进行预测，并与管线所有单位协商共同确定控制标准。

必要时对管线基础提前进行加固；
（2）在盾构穿越前，需要对掘进影响范围内的房屋进行安全鉴定。

鉴定委托具有资质的第三方进行。

鉴定过程中对房屋的既有裂缝进行记录及拍照，确定房屋的现有状态。

要求房屋的业主对鉴定内容进行签字确认；
（3）穿越前进行模拟掘进。

对比监测数据与土仓压力、盾构掘进速度、出土量、同步注浆的关系，确定类似地层的最佳掘进参数。

在穿越笙勇祠等重要建筑物地段按照设定的参数控制掘进；
（4）穿越期间进行信息化施工。

根据监测结果及时调整掘进参数，进一步优化土压力值及适宜的推进速度等参数，最大程度减少地层损失，将差异沉降控制在5mm内。

管线的沉降控制在15mm以内；
（5）盾构机通过建筑物或构筑物地段时，应调节盾构推进速度，匀速、快速通过管线地段。

严格控制土仓压力的波动值和纠偏量，减小对地层的扰动；
（6）严格控制盾构机的掘进姿态，对盾构机的仰俯角、上下左右的趋势值的大小都进行了规定，每环的纠偏值不得过大，避免盾构机蛇形，保证连续、平稳掘进；
（7）加强同步注浆和二次注浆的控制。

同步浆液采用速凝型浆液。

同步注浆需确保同步、足量和及时。

根据地面建（构）筑物的隆陷状况和出土情况及时加以调整。

另外须在盾构机通过3～5环后，及时打开管片上预留的注浆孔进行二次注浆，以弥补同步注浆的不足。

参考实例：北京长城贝尔分格伯格建筑工程有限公司施工的北京轨道交通机场线T2直线地下段工程穿越首都国际机场停机坪。

8、盾构下穿连接前海和后海暗河的施工方案
后海西站～南锣鼓巷站盾构区间中，盾构机需穿越连接前海、北海的暗河。

河宽度约10米，水深约1.4米。

该处拱顶距离河底约14.6m。

该地段地下水可能与河水联系密切，可能造成水压高，施工过程中拟采用以下方案确保施工安全。

（1）控制同步注浆量。

随时根据水底监测情况，来调整同步注浆量，同步注浆量要控制适中，严格控制注浆压力，既不能因过少而造成河床大量沉降也不能因过多而造成河床隆起，以免河水进入隧道；
（2）减少土层损失。

加快掘进速度，防止土层损失。

减少土层损失对盾构机掘进的影响；
（3）设备保障。

在盾构机过河前，对盾构机机电设备进行一次全面的检查，保证盾构机处于良好运转状态，避免盾构机因机械故障而造成停推；
（4）防止切口冒顶。

①严格控制出渣量，原则上按理论开挖量出碴，可加入polymer，适当减小出碴量，保证土体的密实，以免河水渗透入土体并进入盾构。

②若出现机械故障或其它原因造成盾构停推，应采取措施防止盾构后退；
（5）保持连续掘进，控制平衡土压力。

保证盾构机处于良好状态，避免盾构机因机械故障而造成停推或开仓检查刀具，减少附加沉降；
（6）提高土体的和易性和防渗性。

将添加材料注入开挖面和泥土仓，通过搅拌，使碴土变成具有可塑性、流动性、防渗性的泥土；
（7）合理安排施工计划。

编排循环施工进度计划时，分配好掘进出土和管片拼装等主要施工工序的时间。

9、盾构穿越地铁四号线的施工方案
9.1盾构穿越地铁四号线情况简介
盾构在K8+495.7～K8+516.7地段下穿地铁四号线。

顶板距既有线底板2m。

盾构隧道为圆形断面，断面尺寸为直径6m的圆。

隧道覆土20.4m。

9.2盾构穿越地铁四号线主要技术措施
施工中将采取以下措施确保线路安全：
（1）及时与地铁运营公司取得联系。

与其进行沟通，确定他们的要求和标准。

按照其要求和标准编写详细的施工方案。

施工方案编写完毕后，送交地铁运营公司行审核。

通过其审核后，在施工过程中严格按照该方案实施。

（2）下穿地铁四号线注意要点
①隧道通过地铁四号线时，该地段的沉降控制值为10mm；
②隧道下穿的地铁线路行车密度高，关系重大，工程施工必须确保地铁安全；
③隧道穿越的地层主要为⑦1粉细砂层，⑦卵石层，该地层稳定性差，易坍塌，很难形成自然拱，施工时要密切注意。

（3）确保地铁安全的施工方法和技术措施
①盾构从平安里站始发后30m即到达地铁四号线。

在该段的施工中要注意总结各参数，另外参照南～东区间的掘进参数，得出快速掘进的参数。

争取尽快通过地铁线路；
②该地段全部采用土压平衡模式掘进，最大限度减小地面沉降，确保安全。

掘进通既有线时，保持一定的土仓压力。

若盾构切口前地面沉降，则需调高平衡压力设定值，反之调低；
③根据相似地层掘进总结出的相关经验，得出适当的出土量。

掘进过程中，严禁出土量过大，造成掌子面上部土方坍塌。

控制合理的推进速度，使盾构均衡匀速施工，减少盾构对土体的扰动；
④始发组装和调试过程中，确保所有设备状态良好，不带病始发。

以确保盾构机以良好的状态顺利穿过四号线；
⑤严格控制同步注浆量和浆液质量，在盾构推进时同步注浆填补建筑空隙后，还存在地面沉降的隐患，可相应增大同步注浆量；
⑥加强监控量测，在地铁线路上布设监测点，在施工时进行实时监控，根据监测数据及时调整盾构掘进参数，并确定是否需要采取地面加固措施。

（4）地铁轨道沉降超过允许范围时，须采取以下应急措施：
①立即停止掘进，并保持上部土仓压力达1.5～2.0bar。

立即通知运营公司，以取得专业配合；
②加大盾尾注浆压力及注浆量，并在沉降区内管片背后补充注浆，并加密地面沉降监测频率，及时反馈数据，以调整注浆参数；
③利用预埋在线路两侧的注浆管进行跟踪注浆，对沉降区进行袖阀管注浆，控制沉降；
④待地表沉降稳定并已处理完成后方可继续掘进。

9.3下穿地铁线路的专项监控量测工作
9.3.1布点原则
监测布点应考虑盾构隧道施工引起的沉降槽情况，同时考虑既有线轨道结构的特点。

在轨道和道床上布设监测点。

道床刚度较小，且道床与地面无连接，易脱开，为柔性结构，应加密测点；走行轨设置了轨距拉杆防护，故两走行轨的横向差异沉降监测和水平距离变化监测布点可以相对稀疏。

过既有线地段的监测项目见表9-1。

表9-1主要检测项目、监测仪器与监测频率
9.3.2走行轨结构纵向变形监测
为了在列车运营期间也能取得数据，可在每条轨道的轨枕两侧安装HY-6550数码位移传感器(测量范围50mm，准确度等级0.1，分辨度1μm)，采样频率20Hz，量测钢轨的近似垂向变形。

位移传感器的基点设置在每个轨枕端的侧下方，基点采用钢筋打入道床基础50cm，在
钢筋的上部焊接三角铁并使之保持水平，并用一个斜撑将三角铁固定牢固。

测点用连接件连接到轨枕上，测点安装时要保证列车运营的安全，传感器的探头尽量保证铅直。

将各轨道的数码位移传感器并联通过RS232／RS485接口和计算机连接起来，组成钢轨垂向位移测试系统。

假设路基和轨道同时变形，并且变形的数量方向相同，则该系统测得的数值为零。

反之，如果道床基础和轨道的沉降出现不一致时，此时测出的值是轨道和路基基础的相对变化。

对轨道的下沉全天候定时观测，并将测得的结果与列车运营间隙精密水准测量的数据进行综合叠加、对比、分析。

9.3.3走行轨结构横向水平高差变化监测
采用梁式倾斜仪（如图9-1）监测，布置方案为，在施工影响范围内上测点间距根据 实际情况取5～15m 。

梁式倾斜仪器采用美国AG 公司的801系列的电水平仪。

仪器的安装：走行轨结构左右水平高低变化监测如图9-2所示，在相邻两侧铁轨用膨胀螺丝固定测斜梁，调节初始位置，将电解液式梁式倾斜仪安装递梁上。

梁式倾斜仪
图9-1 梁式倾斜仪
9.3.4走行轨水平距离的偏差监测 采用测距仪即变位计监测走行轨水平间距的相对变形，布置方案为，在施工影响范围内布设测点，测点间距根据实际情况取5～15m 。

走行轨水平距离的偏差及结构缝的胀缩监测采用RW 型电容式位移计。

走行轨水平距离的偏差监测如图9-3所示，在两轨之间安装测距仪即可。

地铁轨道间距监测
9.3.5施工控制 施工控制阶段是整个控制过程的核心，是在将监测信息与预测期望信息对比、分析的基础上所进行的积极、能动的行为。

本阶段工作包括两个部分：
（1）处理监测数据，掌握既有线路工作状态
这一步工作主要是将施工现场量测的原始数据进行加工、处理，对于各项指标得到阶段性数值，结合非控制指标的检测，了解既有线路的工作状态。

具体工作为将每日将测得的数据进行整理，计算日变形量、周变形量、变形速率。

绘制累计沉降量、变形速率曲线。

同时将每天同一轨道的两条钢轨的累积下沉量、下沉速率制成图表，综合分析，判断变形趋势。

地铁轨道高差监测
图9-2 地铁轨道高差监测
图9-3 地铁轨道间距监测
（2）分析、对比控制指标的监测值与设计值，实施变位控制
将各项监控指标的量测值与各分步变位控制标准相对照，同时，绘制既有线监控管理曲线图，以明确施工对既有线的扰动和变位控制程度，根据两者偏离的情况，采取相应控制措施。

（3）对非控制指标进行分析
对于可以量化的非控制指标，如轨道增高、减窄、隧道净空变化等难以进行施工变位分配的指标可以与正常运营需要作比较，判断既有线的正常运营情况。

10、盾构叠落段施工方案
盾构在北～南区间始发段和南～东区间始发段两条隧道一上一下，距离最小为1.76m 。

盾构施工过程中需通过加固和调整参数等手段确保对已施工管片的保护和控制地面沉降。

控制地面沉降累积在15～20mm 。

具体采取的措施如下：
（1）后行隧道施工前，对先行隧道进行
地层加固。

在管片的吊装孔打入4根长3m 、
2根长1.5m Φ42的钢花管进行注浆加固（见
图10-1）来控制后行隧道施工引起先行隧道
的变形。

浆液采用HSC 和水玻璃双液浆；
（2）在先行隧道内部附加支撑，改善其
受力状态。

具体步骤如下： ①用厚20mm 、宽500mm 的钢板作为钢环紧贴在每两环管片的接缝部位，使管片的接缝正好处于钢环的正中，钢环用厚20mm 钢板切割、弯弧，每环分四节制作该钢环分为4节安装，如图10-2所示； L=1.5m Φ42mm注浆管(从管片吊装孔打入）L=3m 型片1型管片A 3型管片
2型管片2型管片1型管片 左线隧道L=1.5m 图10-1 先行隧道加固示意图
②每节钢环之间采用焊
接（螺栓）措施连接。

钢环
的安装顺序为先底部位置，
接着左右位置，最后为顶部
位置。

安装过程中，用钢楔将钢环与管片之间的缝隙塞
楔牢固。

每环钢环之间采用
型号为工22a 型的工字钢连接，如图10-3所示。

（3）后行隧道加固措施：在管片的吊装孔打入4根长3m 、2根长1.5m Φ42的钢花管进行注浆加固。

示意图基本同图10-1，下部2根改为1.5m ，其余为3m 。

（4）盾构掘进过程中需采取一系列措施，确保对地面引起的沉降最小和保护下部管片。

①合理设置土压力：在盾构推进的过程中，
根据监测数据及时调整土压力值，从而科学合理
地设置土压力值及相宜的推进速度等参数，防止
超挖，减少对土体的扰动；
②降低推进速度，保证速度的稳定，严格控
制盾构推进方向，减少纠偏，特别是大量值纠偏。

盾构推进速度对地面的隆沉变形有明显的影响，
盾构推进速度与正面土仓压力、千斤顶推力、土体性质等因素有关，综合考虑这些因素，将采取如下措施：
推进速度控制在10～15mm/min ，日掘进量为8环。

过快的推进速度，将增加对土体的扰动，每次出土时将出土量保持与车斗上沿持平，并通过试验计算出土的松散系数，使每环出土量符合计算值；加强盾构姿态的测量，勤测勤纠，杜绝大量的纠偏；关闭超挖刀。

图10-2 隧道内钢环布置示意图
图10-3 隧道内型钢支撑设计图。