盾构下穿河道施工方案

一、工程概况

中和村站～元通站区间，设计里程为K2+983.05～K4+392.099，为单圆盾构区间，右线长度为1431.81m，左线长度为1453.491m，在K3+350和K3+908.500处分别有一个河道，盾构机在此两处将下穿河道近距离桩基施工。K3+350处河道长约m，宽约m，盾构与桥桩基距离约2m K3+908.5处河道长约m，宽约m，盾构与桥桩基距离约2m。

二、工程地质水文情况

K3+350处隧道埋深13m，洞身经过地层为粉细砂层(②-3d2-3,中密,局部稍密)；K3+908.5处隧道埋深15.8m，洞身经过地层为粉细砂层(②-3d2-3,中密,局部稍密)，赋存与地下的水具有一定的承压性，但对砼不具腐蚀性，对砼结构中钢筋不具腐蚀性。地下水的补给来源主要为大气降水及生产、生活用水的入渗。

粉细砂层中分布有承压水，盾构推进时做好以下工作：

加强盾构掘进管理

1．加强同步注浆管理，控制注浆量。

2．充分压注盾尾油脂，防止泥水从盾尾进入。

3．加强盾构补压浆系统管理。由于土体已扰动，需要不断地调整各项参数，进行补压浆。

4．确保螺旋机的密封性能。

加强对施工范围的监测，及时反馈，调整施工参数。

三、桩基础情况

两处桥的桩基为钢筋砼结构，桩长约m，直径约m，

四、沉降控制措施

1．到达河道前的准备工作

1）准备支顶加固材料、注浆加固材料、抢险机具设备、车辆、警戒标识物等以备用。

2）在到达特殊段前选择一开挖面自稳性较好的地段对盾构机进行全面检修，减少在特殊地段停机检修的风险。

3）对破损较大的盾尾刷进行更换。

4）全面检测刀具，对磨损超标的刀具进行更换。

5）对堵塞的注浆管进行疏通处理。

6）对分别通往开挖面、土仓、螺旋输送器的主从泡沫管进行疏通，并在刀盘面中心附近增设1根泡沫管。

2．盾构机通过技术措施

1）做好各项准备工作,提前对盾尾密封进行检查。

2）调整同步注浆浆液的配合比,缩短凝结时间,同时增大注浆量和注浆压力。

3）在盾构机通过后及时进行二次双液注浆,通过调整水泥水玻璃的配比参数,控制双液注浆的凝结速度,达到加固土体和加固充填溶洞的目的。

4）加强掘进姿态控制,全面贯彻信息化施工。

5）同时备好抽排水设备等应急设备和物资,制订应急抢险预案。

3．盾构掘进过程的施工技术

掘进过程的施工技术：要求盾构在通过该特殊段时有序、平衡、平稳。

有序：1）施工组织有序人、机、料的配置合理，工序的安排、衔接有序。2）机械保养有序机械保养定人、定期、专业、规范，做到无遗漏、标准化。3）信息管理有序技术交底、作业交底按部就班，自经理部至作业面指令畅通、反馈迅速。

平衡：1）土仓压力与开挖面水土压力平衡。严格控制土仓压力，尽量保持土压平衡，不要出现过大的波动；考虑本段地下水水压较高，土仓压力设置为上部1.3bar左右，下部1.8bar左右。2）出土量与掘进进尺平衡。严格控制出土量，做到进尺量与出土量均衡。本隧道开挖直径6. 40m，考虑盾构姿态变化或其他原因引起的岩土损失和岩土的松散系数，每环出土量约66～69m3,即4.5节矿车。除量的控制外，还要坚持对每环渣样进行地质水文分析，发现与开挖断面地质情况不符（尤其是出现32砂层）时，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、开挖面来水的水压，故注浆压力是在注浆处水土压力基础上提高1～2kg/cm2，且应使浆液不进入土仓和压坏管片和不因注浆压力过大造成地表隆起。特殊段注浆压力设置：1＃、4＃注浆孔控制在1.5bar左右，2＃、3＃注浆孔控制在2.0bar左右。

4）注浆量与进尺平衡。考虑浆液失水固结、盾构推进时壳体带土使开挖断面大于盾构外径、部分浆液劈裂到周围地层,采用理论值的150％～20 0％进行注浆，即为3.5～4.75m3。要保证浆液配置与地质水文条件、掘进速度相适应，过本段时浆液配比设置为：水泥∶粉煤灰∶砂∶膨润土∶水=180∶371∶780∶35∶400（kg）,浆液稠度控制在110～115mm，凝胶时间控制在5h以内。

平稳：1）盾构姿态平稳。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。千斤顶A区、C区油缸油压值差宜保持统一、恒定性，不宜出现过大的波动。2）管片姿态平稳。做好管片选型，现场对盾尾间隙实测实量，控制下部盾尾间隙在70mm 以内，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。3）推进速度平稳。掘进过程中向土仓内及刀盘面注入泡沫等添加材料，改善渣土性能，提高渣土的流动性和止水性，防止涌水流砂、结泥饼和喷涌现象，有利于保持速度的稳定。推进速度保持在25～40mm/min，日均进尺7～9m。

4．通过后的补强措施

1）二次注浆。盾构同步注浆后，由于浆液的脱水，浆液体积收缩会加剧地表的后期沉降量，又由于盾构推力，衬砌和土层间会相互分离，二次注浆能有效地进一步充实背衬和提高止水能力。特殊地段每推进4环后补注双液浆一次，在通过桩基位置两环管片的范围内增注一次。

2）三次复紧为防止因管片的变形引起地层的过度扰动，对管片螺栓拧紧要求三次复紧。即拼装管片时一次拧紧，推出盾尾后二次拧紧，后续盾构掘进至每环管片拼装前，对相邻已成环的3环范围内管片螺栓进行全面检查并复紧。

5．施工监测

1）监测点的布设

2）监测在施工中的应用

,要保证盾构机能够在复杂的地质条件下顺利掘进,很重要的一点就是要保证盾构机良好的工作状态,也就是要对盾构机进行定期的维护和保养,及时排除盾构机的故障,降低故障率无论对于加快施工进度还是保证施工安全与质量都是非常重要的。

五．盾构隧道穿越河底主要应对措施

1．洞内施工措施：

1）在进入K3+350和K3+908.5处施工之前50m，对刀盘、盾尾密封刷、螺旋输送器、铰接、密封油脂系统、注浆系统等进行一次全面的检查、维修；在进入这两处施工之前20m再次对盾构机进行一次全面的检查，并队盾构机的掘进状态及时进行纠偏调整。

2）采取土压平衡工况掘进,及时调整土仓压力,确保土压平衡,同时采取措施防止拼装管片时盾构出现后退,保证工作面的土体定。

3）适时调整掘进参数,防止出现过大的方向偏差。

4）掘进过程中向土仓内注人泡沫,防止螺旋输送机堵塞和水涌入隧道。合理使用外加剂如稠膨润土和泡沫。加入土仓内的稠膨润土一方面能提高土仓内渣土的易搅拌性，另一方面可和泡沫共同作用降低掌子面处土体的渗透性。如果这样仍不能有效解决土仓内水量较大的问题，采取向土仓内添加其他高分子吸水材料的方法加以解决

5）连续掘进,对地表和建筑物连续监测。及时注浆充填管片与地层之间的环形间隙,防止土体塑性区的扩大,控制地表沉陷。

6）水压较大时,为防止盾尾被击穿,要及时在尾刷处注油脂。掘进中加强盾尾密封油脂的注入，确保盾尾密封效果；加强中体与盾尾铰接处的密封效果，防止地下水涌入；具体措施为定期、定量、均匀地压注盾尾油脂；合理确定同步注浆的压力，以免浆液进入盾尾；

7）严格控制管片拼装质量，保证拼装好的管片与盾壳之间的间隙；盾构推进过程中合理的利用铰接千斤顶；加强盾构掘进姿态监测和管片选型工作，确保管片脱出盾尾后的防水效果和较好的隧道线型2．监控量测措施

①加强对地面和隧道的监测，坚持信息反馈法施工，通过信息反馈优化掘进参数。

②加强监测力度，采用声纳法或水中设立观测桩法进行江底沉降监测；对江堤进行人工布点及时监测，确保盾构过江的安全。

六、应急预案

1．盾构穿越河道可能存在的风险

1）渣土含水量增加导致螺旋输送机发生喷涌；

2）盾尾漏浆；

3）铰接处漏水；

4）河底大面积塌陷；

5）隧道上浮；

2．应急预案

①在穿越过程中如果盾构施工引起地面、桩基、深层土体的变形超过预定的控制范围，立即停止盾构掘进，进行洞内注浆，并根据具体状况利用筏板注浆加固的注浆孔进行地面注浆加固。

应急预案

当出现险情进行抢险时，具体应急措施如下：

①立即关闭螺旋输送机阀门，并向土仓内打入稠膨润土以控制土仓内的土压和抑止喷涌；

②采用速凝型浆液在相邻盾尾最近的管片吊装口进行每孔注浆，在缓解了漏浆、漏水状态后，试行推进，同时对同步注浆、盾尾打油进行严格掌控。

③在盾构工作面配置适量的注浆材料和木楔、棉纱、麻丝等堵漏材料和工具；并且在盾构机内安装大功率水泵2台，如果涌水，抽水排险。

④根据本标段区间地质勘察报告的提示，本标段过江段施工过程中可能会受到地质钻探孔的影响，对于这种情况的出现，首先可根据图纸、资料尽可能准确确定勘探孔的实际位置，然后在盾构过江前根据时间条件采取一定的措施进行封堵处理，在盾构掘进至钻孔位置附近时，密切注意土仓内水土压力变化。在盾构推进过程中如果遇到于钻孔封孔质量不佳，发生钻孔透水，立刻关闭螺旋输送器，使用保压泵渣装置出土，增加盾尾密封油脂的注入量，适当提高同步注浆压力和注浆量，管片出盾尾后用速凝型双液浆补注浆止水。

⑤成立一支由各工种及安全组组成的一支抢险队伍，由项目经理直接负责。在第一时间出现在现场，并能按出现的险情，快速制定最佳方案实施。尤其是供电、工具必须事先完善，安置在隧道内。在过江段同时，24小时必须有抢险队成员在工地值班，并明确自己的职责。