盾构到达施工方案
无锡地铁1号线第10标段
永丰路站~太湖广场站盾构到达方案
编写：
审核：
审批：
中铁十九集团有限公司
无锡地铁1号线土建工程10标项目经理部
2011年10月8日
1、编制目的
盾构到达是指盾构机沿设计线路自隧道贯通前100m掘进至隧道贯通后（左线盾构ZSK14+923.74～ZSK15+023.74、右线盾构YSK14+923.74～YSK15+023.74），从预先施工完毕的洞门处进入工作竖井内的整个施工过程，以盾构主机推出洞门爬上接收基座、后配套与盾构主机分离为止，其中包括确保到达段施工安全的各项施工措施。
盾构机到达掘进是整个盾构掘进施工的重点环节之一，为了保证盾构机能够顺利地通过江北接收井预留洞门，安全地完成盾构到达施工，特编制此方案。
2、编制依据
⑴《永丰路站~太湖广场站岩土工程勘察报告》及补勘报告；
⑵《永丰路站~太湖广场站区间施工图设计》；
⑶《太湖广场北端头加固方案》；
⑷国家现行规范有关标准；
⑸类似工程成熟的施工经验。
3、工程概述
3.1设计概况
区间左线起终点里程为ZSK14+326.027～ZSK15+023.740，左线短链16.504m，左线长681.209m；右线起终点里程为YSK14+326.027～YSK15+023.740，右线长697.713m，左右线全长1378.922单线米。区间呈南北走向，隧道自永丰路站前行，下穿10层的大桥中学宿舍楼后，然后左右线分别以R=400、R=410的曲线下穿木樨苑10-2#房、11#房、耕读新村2#楼、3#楼、耕渎河、扬北新村住宅区10幢楼，并下穿2层家乐福超市，到达清扬路，然后左右线均以R=450转入清扬路，沿着清扬路下穿行，最后到达太湖广场站。区间线路中线间距为13.0～15.0m。区间纵断面为V字型节能坡，右线首先以2‰和5‰坡度下坡至区间隧道中间最低点，然后以24.67‰坡度上坡后以2‰的坡度下坡至太湖广场站；左线首先以2‰和5‰坡度下坡，然后以25.25‰坡度上坡后以2‰的坡度下坡至太湖广场站。轨面埋深18.47～20.55m。设一处联络通道兼废水泵房，中心里程为YSK14+649.833。
3.2工程地质概况
太湖广场北端头自上向下依次为(1)杂填素土、(3)1粘土、(3)2粉质粘土夹粉砂、(3)3-2淤泥质粉质粘土、(3)3粉土夹粉质粘土、(6)1-1粉质粘土、(6)1粘土，详细地质情况见图1。
图1 太湖广场站北端头地质剖面图
3.3水文地质概况
该区段地面高程约为4.53m，影响工程施工的地下水主要是浅层孔隙微承压水和埋深较浅的第Ⅰ承压水两大类。孔隙潜水含水层主要埋藏在浅部(1)1层杂填土层（三合土）中，该层土以粘性土为主，混石灰，水位埋深虽很浅（1~2m），但渗透性差，盾构到达的不利影响较小。孔隙微承压含水层主要分布在为(3)3层粉土夹粉质粘土，该层土属富水性中等的有压含水层，且与场地河道存在一定的水力联系，地下水接受河水补给充分。当地下工程施工时，盾构机断面在挖至(3)3层时将会产生涌水、冒砂等现象，引起坑壁坍塌，因此，盾构达到时应采取相应措施。
3.4盾构到达施工的特点及重难点及应对措施
1)盾构进出洞的安全直接关系到盾构设备和工程的安全，在施工组织上具有工序转换多，衔接多的特点。由于盾构到达端头地层主要为（6）1-1粉质粘土、（3）3粉土夹粉质粘土，渗透性较强，赋存的地下孔隙潜水较为丰富，因此在盾构到达施工过程中，如何形成有效的降水帷幕和洞门密封体系来降低和隔绝地下水是盾构到达施工重的重点。为了保
证盾构到达施工的安全，针对盾构到达施工中的重难点，拟采取如下对策和措施：
(1)对端头地层进行加固，加固土体范围、强度、均匀性和渗透性满足要求，特别是加固区长度大于盾构壳体长度。在端头地层加固施工完毕之后，对加固区域进行垂直取芯以及在洞门处均匀布置数个水平探孔，用以检测加固效果。如有问题及时进行补充加固，确保盾构到达的安全。
(2)在太湖广场站北端头布置3口针对（3）3粉土夹粉质粘土层的降水井，到达施工过程中对（3）3层进行江水，保证水源源头的控制。降水井平、纵断面布置如图2。
图2 太湖广场站北端头降水井平、纵断面布置图
(3)在盾构到达时在洞圈内安装帘布橡胶板，当盾构前体盾壳推出洞门时，将钢丝绳拉紧，以防止洞门处地下水漏出。
(4)盾构到达时，对近洞口的10环管片采用H100槽钢通过管片拼装定位孔进行拉紧，确保在盾构反推力较小的情况下，管片环间的缝隙不至于加大，避免管片接缝发生渗漏。
(5)在盾构机刀盘抵拢洞门连续墙后就对脱出盾构尾部的管片进行注浆形成一道止水箍。
(6)加强盾构到达段的掘进控制。
2)盾构到达施工位于半径450m转弯半径的缓和曲线上，盾构到达时在加固区走直线，确保盾构顺利到达。盾构进加固区前，要确保超挖刀伸出、收缩的有效性，满足盾构必要纠偏时的要求。
4、到达施工方案
4.1到达总体施工方案
当盾构机到达太湖广场站北端头加固区域时，首先利用同步注浆、管片壁后二次注浆等措施，切断流向盾构刀盘面的水源。当盾构机掘进到刀盘抵拢工作井洞门连续墙时即停止掘进，将土仓清空，检查地下水情况，在确保无地下水流的情况下开始进行洞门凿除，在凿除洞门前完成洞门密封安装和接收台就位工作。完成洞门凿除后，快速清理渣土，将盾构机顶出洞门；盾构机顶出洞门时利用洞门帘布橡胶、扇形压板等密封装置快速将盾壳包裹形成密封，同时通过同步注浆、二次注浆和洞门处注浆封闭可能沿开挖面和盾壳间隙出现的涌水；盾构按照掘进循环（安装管片同时进行同步注浆和二次注浆）继续向前推进至接收台上；在盾壳脱离洞门密封前应打穿洞门位置管片的二次注浆孔检查是否有地下水涌出，在确认无地下水由端头向洞门涌出时方可将盾尾脱离洞门密封，盾构机主机完全推进到接受台上后，开始盾构机拆机工作。盾构到达具体施工流程见图2。
图3 盾构到达施工流程图
盾构到达段施工按施工时间先后，分为盾构机掘进至到达区域前的准备工作和盾构机
掘进到达段两个阶段。
为了确保盾构机安全到达，针对工程实际情况，盾构掘进至到达段前的准备工作包括：工作井端头加固、洞门凿除、接受架安装、洞门密封装置安装等。
盾构机掘进到达段至到达段施工内容包括：盾构掘进至到达段姿态调整及掘进参数控制、管片壁后二次注浆、洞门凿除、盾构机推出洞门等。
到达段非永久结构管片仅在底部拼装3～4块管片，以满足盾构机推出的反力要求并便于拆卸。
4.2 施工准备
4.2.1端头加固
本工程盾构到达井端头采用φ850@600的三轴搅拌桩，加固土体与端头井结构外壁间隙采用两重管旋喷桩加固。
(1)加固参数
端头地基纵向加固长度为8.0m加固宽度为盾构隧道轮廓线左右各3.0m，竖向加固范围为盾构隧道结构轮廓线上下各3.0m，详见图3、4所示。
图4 太湖广场北端头地基加固平面图
图5 太湖广场北端头地基加固剖面图
(2)加固土体质量技术指标
4.2.2施工测量
(1)到达复测
在盾构机头距洞门约100米时，进行洞门复测，复测内容包括：洞门的中心坐标、洞门环向直径以及接收井高程等。要求在洞门复测前，首先应进行平面和高程控制网联测，确保在控制点位精度符合规范要求的情况下，实施洞门复测，以保证复核结果的正确性。本区间进行2次复测，即距到达洞门100米和60米位置处，且更换测量人员。复测结果及时报送监理单位，进行复核。
(2)到达环定位测量
到达环的里程位置直接关系到洞门防水密封装置的设计、加工、制作与密封做法，为此，在盾构到达前，首先应较为准确地确定出到达环的里程位置，为制定方案和前期物资准备提供依据。本区间两次对到达环管片位置进行定位测量，即距到达洞门100米和60
米位置处。
4.2.3盾构姿态的复核测量
盾构贯通前的复核测量是复核盾构所处的方位、确认盾构姿态、评估盾构到达时的姿态和拟定盾构到达段的施工轴线、推进坡度的控制值和施工方案等的重要依据，以使盾构在此阶段的施工中始终按预定的方案实施，以良好的姿态到达，准确就位在盾构接收基座上。尤其到达前，盾构刀盘与洞圈的里程位置关系等十分重要。由于盾构在加固区内很难进行纠偏，因此必须保证盾构以良好的姿态进入加固区。在到达洞门复测完成之前，盾构与接收井之间保持一定的距离，以保证盾构能顺利调整姿态开始到达段施工。
4.2.4盾构基座安装
盾构基座由型钢支座拼接而成。基座必须根据到达洞门的复测结果就位。基座就位时，延轴线方向紧贴到达井结构内衬墙，两侧用型钢支撑在内衬上，确保施工过程盾构基座不产生位移及变形。
基座安放过程中，必须由测量人员对基座轨道的标高和走向进行精确定位（定位时基座面标高比设计标高低1cm控制）。为防止刀盘面因偏低而铲到轨道，在基座轨道端部与洞圈之间放置两根有一定坡度的楔型轨道，轨道面尽量平直，并在上面涂抹适量油脂，便于盾构顺利滑到基座轨道上。
4.2.5到达材料准备
(1)加工制作加强连接条：提前加工制作盾构到达段连系最后15环片的加强连系条，以备工程之需。
(2)加工制作洞门防水装置：根据到达环定位测量结果，制定洞门封堵钢板的形式，并提前安排加工制作。
(3)洞门封堵浆液材料和设备：洞门封堵所用的双液浆原材料和注浆泵应预先进入施工现场，以便及时注浆封闭洞门。
4.3到达段盾构掘进
4.3.1盾构到达段施工参数
(1)严格控制盾构正面平衡压力
到达段盾构施工过程中必须严格控制切口平衡土压力，尽量减少平衡压力的波动。到达处隧道中心轴线埋深为13.1m，根据本区间（6）1-1和（3）3层土的特性，土体侧压力系数K取0.73，土体平均容重为19.4KN/m，根据公式P=K（γh+q）(P：土仓压力、q为地面荷载取0），在盾构机机头进入加固区前，土仓压力目标值设置为0.18MPa，当刀盘进入加固区后，土仓压力适当减小。
(2)严格控制推进速度及刀盘扭矩
到达施工时，正面土体为加固区，土质较硬，为控制推进轴线和洞门安全，必须慢慢磨削加固区，使加固区土体充分得到切削，因此推进速度应放慢，尽量做到均衡施工，推进速度控制在10mm/min左右，同时刀盘扭矩控制在3000KN.m以内，当刀盘出加固区后应快速到达。
(3)严格控制出土量
当盾构机刀盘进入加固区后，应尽量减少出土。尽可能的使实际出土方量与理论量一致。
(4)土体改良
在穿越土体加固区时，将通过添加泡沫或者膨润土来改良土体性能，添加量视推进情况调整。
(5)严格控制同步注浆量
盾尾通过后管片外围和土体之间存在空隙，施工中采用同步注浆来充填这一部分空隙。本工程盾构推进施工中的同步注浆浆液采用缓凝砂浆，主要含粉煤灰、石灰、砂、添加剂和水。施工过程中严格控制同步注浆量和浆液质量，严格控制浆液配比，试验室定期取样，进行配合比的优化。采取配合比见表2。
表2浆液配合比表
同步注浆量控制在建筑空隙的140%～200%，砂性土中注浆量略多，即每环同步注浆量为3.15～5m3。实际施工中浆液的用量及注浆压力结合前一阶段施工的用量以及监测报表进行合理选择，合理选择注浆孔位，同步注浆尽可能保证匀速、匀均、连续的压注，防止推进尚未结束而注浆停止的情况发生。
(6)严格控制盾尾油脂的压注
在同步注浆量充足的前提下，盾构机的盾尾密封功能就显得尤为重要，为了顺利、安全的到达，必须切实的做好盾尾油脂的压注工作。每班上班时保证储桶内有充足的油脂
(7)严格控制盾构掘进轴线
因盾构与洞门钢环间间隙较小，为预防刀具与洞圈冲突，故在到达时，盾构轴线宜控制在设计轴线以上10mm范围内。
4.3.2到达段盾构掘进施工
(1)穿越加固区施工
①加固区内刀盘转速控制在1rad/min，推进速度控制在10mm/min以内.
②盾构在穿越加固区时，要密切注意刀盘油压、螺旋机油压等参数，可根据现场情况酌情加水或加泥来改良正面土体。
③安排专人密切观察洞门变形和水土流失情况，加快信息反馈速度，有异常情况立即停止推进，采取相应对策。
(2)洞门凿除
接收井洞门厚度为800cm。当盾构机刀盘到达围护结构边时进行洞门破除，洞门破除前先将盾构机土仓内土出净，再进行洞门破除，洞门破除自上而下，一次破除完成。在整个作业过程中，由专职安全员进行全过程监督，杜绝安全事故发生，确保人身安全。在洞门凿除的过程中，还应做好如下工作：
①对成环管片连接件予以复紧。最后15环管片用14号槽钢进行连接，每环4个点，以防止在管片脱出盾尾后，环与环间隙被拉大。
图6 管片连接示意图
②通过洞门混凝土上的探孔，进一步检查加固区加固情况及防水效果。
图7 洞门探孔布置图
③洞门凿除过程中，须采取措施对洞门止水装置进行保护。
(3)盾构靠上洞门（打环箍止水）
当盾构刀盘鼻尖靠上槽壁后准备凿除槽壁混凝土。此时盾尾进加固区约2m。考虑到盾构到达期间采用壁后注浆工艺进行同步注浆，注浆孔位距盾尾尚有3环距离，并且浆液凝结速度较慢，在盾构到达过程中，盾壳与管片之间的间隙容易成为盾尾脱出管片后的渗漏通道。因此，为了截断盾尾后部可能存在的地下水通道，将管片壁后建筑空隙充分回填密实，需要打开脱出盾尾的第一环及第二环管片上的二次注浆孔，同时对加固体外，实施整环二次注浆，的注浆料采用水泥-水玻璃双液浆，注浆完成后，打开注浆接头上的球阀，检查是否出现渗漏水现象，若出现漏水则再次实施补充注浆，二次注浆液预计达到的效果见图7。
(4)水平二次探孔
二次注浆（环箍）打好后，要对洞门进行二次探孔，查看止水效果，若不理想，可通过坑外降水井江水或对盾尾处渗漏通道继续进行二次双液注浆或者压注聚氨酯，确保水源及通道封闭。
(5)盾构机推出
①在临时环管片后拼装下部三块管片，保证为盾构机推出提供反力；
②加强对洞门防水装置的保护，在帘布橡胶板上涂抹黄油润滑，保护帘布橡胶板在盾构推出过程中不被刮坏。施工中派专人严密监视盾构防水装置的变化情况，电焊、机修人员待命，遇防水装置松动等情况，立即维修，确保防水装置的密封性、止水性。
③将盾构机缓慢前推，当盾壳脱离管片后，将帘布橡胶板通过吊带、钢丝绳捆在临时环管片上，并用手动葫芦拉紧钢丝绳，同时调整洞门扇形压板使帘布橡胶板贴近临时环管片；
④打开临时环二次注浆孔，压注水泥—水玻璃双液浆；
⑤利用洞门钢环上预留的注浆孔压注水泥—水玻璃双液浆，填充盾壳前移产生的间隙；
⑥在盾壳内继续拼装底部三块管片，将盾构机推至拆机位置。
(6)拆除洞门密封
拆除洞门密封步骤：
①打穿临时环二次注浆孔，检查是否有地下水渗出，若未达到无水状态，则继续压注水泥—水玻璃双液浆止水；
②将拉紧帘布橡胶的手动葫芦慢慢松开，观察是否有地下水渗出，若未达到无水状态，则再次拉紧葫芦，从洞门预留注浆管处压注水泥—水玻璃双液浆止水；
③反复检查，直至可确保洞门处无渗漏水；
④盾构机刀盘、盾壳上部、管片安装机拆除完成后，将临时环后面的三个半环管片吊运至地面；
5、盾构机到达过程中风险分析及对策
盾构到达过程中的风险主要包括：盾构机未到达设计位置、洞门凿除过程中的地下水涌入、洞门密封拆除过程中的地下水涌入等。
5.1盾构机未到达设计位置
可能产生的原因：
(1)测量累计误差较大；
(2)加固体下部土体受竖井施工期间管涌影响，存在空洞或土体不密实现象，盾构机到达后栽头。
应对措施：
(1)贯通前线路复测；
(2)端头充填注浆。
5.2洞门凿除过程中地下水涌入
可能产生的原因：端头加固区存在薄弱环节。
检查措施：
(1)盾构抵拢连续墙后，排空土仓，观察液位变化；
(2)凿除过程中，专人观察土仓是否出现渗漏水。
应对措施：
(1)管片壁后二次注浆；
(2)凿除过程中，若土仓内出现渗漏水，立即停止作业，注浆封堵完成后方可继续作业。
5.3洞门密封拆除过程中地下水涌入
可能产生原因：已有止水帷幕（包括端头加固体、管片壁后二次注浆）存在薄弱环节。检查措施：
拆除前松开帘布橡胶密封，观察渗漏水情况。
应对措施：
预埋注浆管，做好注浆止水准备。
6、到达施工应急预案
6.1应急领导小组名单
组长：李建学
副组长：温荣琦罗鸣于占双
成员：王亮吴锋王喜强黄志刚
王晓虎魏磊石亮
6.2应急岗位职责
(1)组长李建学：负责应急预案的启动及外界联系、沟通及总体协调项目部应急工作；
(2)副组长罗鸣：对应急小组组长负责，负责现场抢险组织协调工作；
(3)副组长温荣琦：对应急小组组长负责，负责后勤保障工作；
(4)副组长于占双：对应急小组组长负责，负责技术保障工作；
(5)各组员：对应急小组副组长负责，帮助副组长进行现场协调。
6.3项目部应急领导小组联系电话
应急小组电话表
6.4
6.5应急物资准备
6.6 应急救援队伍的任务、培训及演练
6.6.1 救援队伍组成及任务
事故发现者立即向项目经理部汇报事故情况，同时由现场施工人员组成抢险队伍，在保证人员安全的情况下进行事故处理，等待救援队伍到来。
救援队伍由项目经理部现场管理人员及施工人员组成。由项目经理李建学全权负责调度指挥。
6.6.2 日常培训和演练
根据本工程实际情况，制定“安全第一，常备不懈，预防为主，全力抢险”的风险控制方针。项目经理部建立值班和巡视制度，组织相关施工人员组成工程风险控制小组，定期巡视重点部位。工程值班人员将当天工程施工情况记录在施工日记上。项目经理部对施工中重点部位进行全程监控和定期检查；对可能发生事故隐患的其它部位和个人行为加强检查，落实整改措施；对事故隐患做到“三定”措施，及时消除隐患。
在日常施工作业中，结合施工特点，开展义务消防活动和各类预演，提高施工人员和管理人员的应变能力和对各项救助工作的操作能力。
6.7处置方案
6.7.1处置方法
(1)盾构到达前对施工人员进行交底，做到精心施工，同时加强值班管理及相应的监测；
(2)在到达前须安装好洞门防水装置，在到达过程中，随时观察防水装置的情况，一旦发生洞圈渗漏情况，及时进行封堵；
(3)到达过程中，如遇大量漏水漏泥，用聚氨脂等防水材料及时进行封堵，同时进行第一次的封堵洞门作业，然后进行洞圈注浆，至浆液凝固。
6.7.2 处理程序
(1)首先在保证人员安全的情况下抢救伤员及国家财产，防止事故进一步扩大，保护好现场，等待救援队伍到来，直到险情得到控制。
(2)根据国家、地方、行业与上级规定确定事故分类及相应的报告程序，按照程序迅速、及时、准确地向上级有关部门报告，经有关人员来现场验证，发出指令后才可清理现场，恢复施工。
(3)根据国家、地方、行业和上级规定确定事故处理程序，组织专人调查事故产生的原因，记录调查结果，经过分析找出主要原因，提出针对性的防止同类事故再发生的纠正措施。
(4)组织实施纠正措施并监督验证其有效性。
(5)事故上报程序：发生工程事故及时上报公司安全部门以及公司主管人员。发生火警事故及综治事件上报公司综治部门。
6.7.3 紧急安全疏散
当事故发生后，事故情形可能对周边建筑物、社会行人、施工人员以及施工区域建筑物有直接伤害时，及时组织行人进行疏散，对施工区域内非事故处理人员同时进行疏散，并在事故区域外设置警戒线，并派相关人员帮助警戒和维持现场秩序，必要时请求上级部门批准启动紧急预案，同时报警，实施社会人员疏散。
6.7.4 工程抢险抢修
工程抢险抢修在确保社会人员和施工人员人身安全的前提下，对出现的工程险情实施抢险抢修，必要时报上级部门，请求支援。
6.7.5 现场医疗救护
当事故现场出现伤员需救护时，首先用预备的担架将伤者抬离危险区域，查清受伤情
况，并拨打120救护。同时对受伤者采取行之有效的临时救治。尤其对触电者的救护，需对伤员进行人工呼吸和心脏挤压法实施救治。实施者为现场经过培训的安全员，以确保紧急救治效果，直至救护人员到场连续救治。施工现场配备担架二副、急救箱一只。
6.8社会支援
6.8.1 人员
在本公司救援队伍不能满足抢险要求时，由任抢险总指挥的项目部经理李建学或被委派人向兄弟单位请求支援。
6.8.2 抢险设备和物资
在现场备用抢险设备、物资不能满足抢险要求时，由项目经理委派专人负责向社会调集抢险设备、物资。
6.8.3 医疗、救护
当事故发生后，可能危及到施工人员生命和社会人员的生命时，立即采用危急时社会救助。