盾 构 出 洞 方 案
编制： 审核： 审定：
天津分公司地铁隧道项目经理部
二00九年七月
目 录
1、工程概述 .............................................................................................................. 2 2、工程地质情况 ...................................................................................................... 2 3、隧道洞口土体加固 .............................................................................................. 3 4、盾构出洞施工 ...................................................................................................... 4 5、盾构初期掘进 ...................................................................................................... 6 7、、隧道施工质量保证措施 .................................................................................... 7 8、专项安全生产措施 .............................................................................................. 8 9、盾构出洞口周围环境监测及保护 ...................................................................... 9 10、盾构出洞应急措施 .......................................................................................... 10
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1、工程概述
铁东路站~张兴庄站区间始于铁东路站北端头井，止于张兴庄站南端头井，区间双线全长2133.687m，起止里程为：DK19+891.578~ DK21+026.050，左、右线共计衬砌1778环。
本区间隧道由两台全断面切削式土压平衡式盾构机从铁东路站北端头井下井，沿右线推进，穿越天津三花袜业公司和北环铁路进入张兴庄路站南端头井。
2、工程地质情况
经勘察揭露，场地51m深度范围内的地基土均属第四系下更新世以来沉积的松散物，各土层的土性描述与特征详见表《地层特性表》。
地层特性表
土层 层号 ①1 ①2 ①3 ②1 ②3 层厚 m 0.50~ 1.51 0.40~ 1.77 1.00~ 2.10 0.40~ 1.69 1.40~ 8.41 1.80~ 3.11 0.70~ 8.35 0.70~ 4.74 1.20~ 7.21 10.30~ 19.41 0.50~ 3.07 层底标高 m 4.67~ 1.17 0.88~ 4.21 2.38~ -0.42 1.29~ 0.37 -0.51~ -7.61 -0.70~ -2.67 -5.00~ -12.08 -11.39~ -14.15 -12.91~ -19.95 -27.20~ -38.36 -39.70~ -43.78 湿度 稍湿 饱和 饱和 很湿 饱和 饱和 饱和 饱和 饱和 饱和 很湿 密实度 松散 松散 松散~稍密 压缩性 中 中 土层名称 状态 土层描述 含碎石子、生活垃圾等杂物。 含有机质、腐殖物。 主要由粘质粉土组成。 含铁锰质结核及氧化铁斑点。 含云母，夹粘性土、粉砂。 土质不均匀，夹粉土、粉砂，含云母。 土质均匀，夹少量粉砂，含云母。 含有机质、夹粉土。 含云母、长石，夹粉质粘土。 含少量半腐植物根茎、泥钙质结核，夹粉土。 含氧化铁斑点、有机质。 杂填土 浜底淤泥 冲填土 褐黄-灰黄色粉质粘土 灰色粘质粉土 灰色淤泥质粉质粘土夹粉土 灰色淤泥质粘土 灰色粉质粘土 灰色砂质粉土 灰色粉质粘土 灰绿色粉质粘土 流塑 软塑 ③ 流塑 高 ④ ⑤1 ⑤2 ⑤3 ⑤4 流塑 流塑 软塑 可塑 中密 高 高 中 高 中 2
灰-灰绿色砂质粉土 灰-灰黄色粉细砂 2.70~ 3.34 未钻穿 -42.40~ -45.59 未钻穿 饱和 饱和 中偏低 中偏低 含云母、石英、长石、氧化铁斑点，夹粘性土。 含云母、石英、长石、氧化铁斑点。 ⑦1 ⑦2 中密 密实 注：灰色框内土层为盾构经过的土层
本区间隧道掘进主要在④、⑤1、⑤2与⑤3层之中，通过地层未发现暗浜存在，地下水对混凝土无腐蚀性，未发现有沼气溢出
3、隧道洞口土体加固
为了保证盾构进出洞的安全，隧道进出洞口土体必须要有良好的自立性和密实性，使盾构进出洞时洞口土体不坍塌，地下水不涌入洞内。当盾构洞门土体不能自稳时，就必须对临近洞门一定范围内的土体进行加固。
本工程铁东路站北端井盾构出洞口处的地基加固，洞口采取板状冻结方式加固，在槽壁外侧地面布置一定数量的垂直冻结孔，向冻结孔内局部供冷。在距槽壁外侧0.3m处施工三排冻结钻孔，冻结孔布置宽度为10.4m，冻结孔深度为24m，过隧道底板3.0m，隧道顶板向上冻结3.0m，单孔冻结长度为12.8m；冻结孔距离槽壁边0.3m，孔间距为0.8m，排间距第一排和第二排0.8m，第二排到第三排0.8m，冻结孔个数39个，测温孔共5个，冻结孔采用梅花布置，每排分别为14、13、12个。测温孔、测压孔布置在隧道外围。冻土墙平均温度为-10℃，冻土抗压强度σ压=3.5MPa，抗拉强度σ拉=1.8MPa，抗剪强度τ
剪
=1.5MPa。
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盾构测温孔4测温孔2.3中心线第三排第二排第一排槽壁测温孔1测温孔盾构出洞冻结孔平面布置图
（盾构出洞加固平面图）
4、盾构出洞施工
本工程零陵路站南端头为盾构调头井，由于施工场地狭小，井下没有足够长度放置盾构机的后续台车，因此，初期掘进时盾构的台车只能布置在下行线已贯通隧道中。盾构机井上井下垂直运输在浦江南浦站北端头，浦江南浦站井上设置一台跨度为15m起重量为32吨的门式行车，门式行车担负管片材料及出泥箱。
1、 洞门复测
根据M717B、M718与M719空导点对零陵路站南端头上行线门洞中心坐标进行了复核。 点号 上行线设计中心坐标 上行线实际中心坐标
零陵路站上行线门洞中心沿推进方向左偏1.3cm,，根据深埋水准点LLL-S水准引测起始点对零陵路站南端头上行线门洞中心进行了复核。复核结果：实测
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X（m） 25226.174 25226.840
Y（m） 13407.108 13407.167
上行线门洞中心标高上行线上偏1.2cm.。满足规范要求。
2、 盾构机调头：
（1）清除发射架下泥土，钢板涂抹黄油。 （2）固定卷扬机及葫芦
（3）利用2台5t卷扬机，通过葫芦将钢丝绳走八，分别牵引住发射架头部及尾部，开动卷扬机后拖动盾构机，两台卷扬机交替动作后，使盾构机移动及转动，使盾构机到达下行线出洞位置。
3、 出洞口处理：
出洞装置由帘布橡胶、圆环板、翻板及连接销轴等组成。 （隧道出洞口止水装置示意图） 4、 后座布置：
后座由钢后靠、环形调整环、负环衬砌等组成。 5、 盾构出洞时洞壁凿除
盾构调试完成后，在确保盾构运转状态良好的情况下，开始凿除洞门。 在凿除洞门前通过测温孔观测计算，并在槽壁上打探孔，确认冻土墙达到设计厚度及强度并与槽壁完全胶结后方可进行完全破壁。
凿除洞门时应在洞圈内搭设脚手架，然后用风镐分块，分层凿薄钢筋砼，割除内排钢筋，破壁时不能一次完成，分4-5层分层剥离，槽壁保留厚度不小于300mm，并保留钢筋，以保护冻土墙。应把盾构顶进离洞圈80cm左右的距离，并着手安装橡胶帘布。上述准备工作结束，进行最后一层洞门的凿除工作。凿除结束后马上清理洞口内的砼块及其它杂物，随即将盾构推入洞圈。
（洞口槽壁砼凿除示意图） 6、 盾构出洞：
① 盾构出洞要处理好千斤顶推力和后座结构的承受力的相互关系，初期掘进盾构总推力不能超过后座结构的承受力（不大于1300吨）。负环管片间可衬垫石棉橡胶板缓冲垫。
② 盾构初期掘进阶段，要观察后座、钢支撑、调整环的变形情况，如发现变形较大要立即采取措施，以免管片上浮。
③盾构头部进入洞圈止水装置后，通过盾构头部加水加泥管向土仓内压注
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膨润土浆。
7、 负环拼装和掘进
在盾构机初期掘进时，为了使盾构机的推力从后方传递至后靠再传递到车站底板，在盾构机+1环与反力后靠间需拼装负环管片。负环管片L=1.2m，拼装数量10环(12m)。采用全封闭安装，后靠为800mm X 1100 mm X7000mm型钢及二道Φ406钢管斜撑组合而成。
（1）负环管片利用拼装机拼装，当拼装完连接后，利用千斤顶将管片向后推出。千斤顶行程推完后继续安装。
（2）-10环~-7环管片采用全封闭式拼装，-7环拼装完成后，开始拉洞壁砼，洞门砼分九块，由下至上依次吊出，洞口砼槽壁剩余砼块及最后一皮钢筋全部清理完毕，盾构机即迅速顶进洞口。尽量减少洞口土体暴露时间，以上工作在12小时内完成。
（3）依次安装-6环，安装完毕，大刀盘全部进入洞圈内，刀盘旋转也不会碰到内翻的帘布橡胶，翻板和帘布橡胶开始起止水作用。
（4）继续掘进和拼装管片。在掘装-4环时，盾构机大刀盘出加固区。至拼装+1环管片时，应粘贴弹性密封垫。
附图 盾构出洞工况图
5、盾构初期掘进
本工程零陵路站南端头为盾构调头井，由于施工场地狭小，井下没有足够长度放置盾构机的后续台车，因此，初期掘进时盾构的台车只能布置在下行线已贯通隧道中。盾构机井上井下垂直运输仍在浦江南浦站北端头，浦江南浦站井上设置一台跨度为15m、起重量为32吨的门式行车。门式行车担负管片材料及出泥箱。
由于负环管片采用全封闭安装，盾构初期掘进时在端头井处孔吊运管片、材料及弃土。
①盾构出洞后的初期掘进，出土和管片垂直运输都通过端头井出土口。出
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土口上方设置一台32t桁车。
② 在盾构初期掘进阶段，由于反力架会发生不同程度的变形，会影响隧道成环质量，因此当管片环缝发生错缝时，要及时用石棉橡胶楔形料纠正，以提高成环质量。
③ 盾构出洞开始掘进时，盾构正面中心土压力初始设定要合理，推进速度1.0~2.0cm/min。根据地面跟踪测量数据及时调整设定压力。随时作好二次补浆的准备，初期地面沉降量（指管片脱出盾尾时）控制在+5mm～-15mm范围内。
初期掘进时，隧道由1台牵引力为20t电瓶车+1台6m泥斗车承担运输。隧道区间在左右隧道各设一根轨道，井内运输按标准编队进行掘进。标准编队是1台牵引力为20t电瓶车+1台6m泥斗车+1台管片车的组合编队。
初期掘进长度
初期掘进长度由两个方面决定：
（1）盾构机的后续设备的长度可以全部进入隧道。本工程盾构机从端部开始至后续台车的编队长度约为60m。
（2）已完成的隧道与周围土体的摩阻力应足以抵抗盾构机的反力，隧道推进长度达60m，其摩阻力以可抵抗盾构机的反力。考虑到台车二次转换后，轻轨道岔安装及落底轨枕坡道过渡，以及泥浆泵一次泵送极限距离，因此本工程在初期掘进到约72m（约60环）后拆除负环管片，将原滞留地面上的台车转换到隧道正常位置。
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6、隧道施工质量保证措施
盾构进、出洞是整个隧道施工中技术难度大，工序较复杂，又有一定风险的施工阶段。
上海地区地质条件较差，盾构进、出洞量，洞口暴露土体自立性较差，很容易造成洞口部分土体失稳，发生水土流失，引起地面沉降，危及周围管线、建筑物，危及盾构本身的安全。因此，认真做好地质调查与周围环境、地下管线的调查，在盾构进、出洞时采取相应措施，防止因盾构进、出洞发生周围环境破坏，是完全必要的。
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盾构出洞是盾构利用在竖井内临时设置的钢构件和临时管片作后背，向前推进。从凿除砼洞壁的预留洞口向洞外的加固土中贯入，沿着设计轴线方向，向前推进的一系列作业。
本区间沿线经过地段多为民房、商店，地况较复杂。 采取以下主要措施来保证盾构安全出洞。
①、加强盾构出洞阶段，洞口外30米范围内的地面沉降监测。加密观测点至1米一个，每10米设一观测断面，断面宽度为3d（d：盾构直径）。盾构出洞及初期掘进阶段，采取与掘进同步的跟踪测量，洞口附近加设一深层土体监测孔。
②、洞口环形止水板上方予留2″凡尔一只，当盾构盾尾全部进洞后（即掘装+1环时），固定好洞门钢插板，开启盾尾注浆泵，注浆充填盾尾和洞圈的空腔。当洞口上方予留凡尔漏出泥浆，说明盾尾和洞圈的空腔已基本填满，即关闭凡尔，开始+1环的推进。以上处理可防止盾构出洞初期，井圈上部土体的塌落。
③、盾构出洞阶段，地面实行与掘进同步的沉降跟踪测量。根据沉降量及时调整盾构土仓设定压力和盾尾同步注浆量，使盾构头部前方土体沉降量控制在0～+5毫米内，管片脱出盾尾时的沉降量控制在0～10毫米内。
④、盾构出洞时，控制好千斤顶的总推力（控制油缸压力），以保证后盾反力架的承受能力。若后盾反力架变形过大，必须进行调整和加固，否则会造成初期掘进时的管片偏离设计轴线。
⑤、做好初掘阶段，由于反力架不同程度变形和调整环的加工精度的影响，会影响管片成环精度。因此从-1环开始，当管片环、纵缝发生错缝时，就要用石棉橡胶板楔形料纠正。作为临时后盾管片，也要确保安装精度，环、纵向螺栓全部紧固到位。
盾构在穿越冻结区时，不宜停留，在拼装管片或处理故障时，每隔10～15分钟将刀盘转动3～5分钟，以防刀盘被冻死。同时，冻土墙解冻要适量，控制平均温度在-5～-8℃之间，强度为2.2～2.5Mpa之间。
7、专项安全生产措施
盾构工作井是隧道出土、衬砌、材料以及生产人员出入口。垂直运输频繁，易发生物体堕落、物体打击事故，故需认真作好防范措施：
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(1) 盾构工作井四周设立安全栏杆及安全挡板，防止发生井边物体堕落打击事故。
(2) 起吊设备必须有限位保险装置，不得带病或超负荷作业。起重专职指挥，加强责任心，预防发生碰撞事故。
(3) 衬砌、土斗配专用吊具及钢丝绳，要定期检查、发现缺陷，及时调换。 (4) 满载土斗起吊前，必须进行处理，防止泥块堕落伤人。 (5) 夜间施工井口必须有足够的光照度。
(6) 盾构机执行日保养、月保养制度。盾构出洞后均应调整和修理，确保盾构机设备正常运行。
8、盾构出洞口周围环境监测及保护
零陵路站南端井盾构进洞区附近西侧有18层住宅一幢，桩基础，距离加固区3.5m。附近管线有Φ600mm砼污水管一根，埋深3.6m，距离加固区6.5m；在加固区南侧11m有Φ500mm上水管一根，埋深0.9m，距离加固区7.8m；在加固区南侧2.5m，Φ300mm铁制煤气管一根，埋深0.7m。
盾构出洞阶段，地面、临近建筑物和地下管线的沉降观测次数在区间隧道盾构出洞前布设50m监测点，取得稳定的测试数据，在盾构出洞后即开始监测，50m范围内监测频率保持每天3次，如沉降量超过预警范围，则增加监测次数，直至全程跟踪监测
为确保施工安全，监测点的布设立足于随时可获得全面信息，监测频率必须根据施工需要跟踪服务，每次测量要注意轻重缓急，在盾构进出洞时要加密监测
在区间隧道盾构出洞前布设监测点，取得稳定的测试数据，在盾构出洞后即开始监测，50m范围内监测频率保持每天3次，在整个盾构推进施工过程中监测频率可根据工程需要随时调整，以满足现场施工需要。
监测测量的周期应满足观测到测点变形达到相对稳定时为止。
隧道沉降测量频率按盾构施工速度确定，基本保持约每周测量一次，每次测量范围300m（自盾尾向后）。
警戒值：
a.地表沉降应控制在速率≤±3mm/12小时范围内。
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b.刚性管线的沉降应控制在沉降量≤8mm，变化速率≤3mm/24小时范围内。 盾构推进中控制压浆数量与注浆压力。在压注时要根据施工情况、地质情况对压浆数量和压浆压力二者兼顾。压浆速度和掘进保持同步，以减小地面及地下管线的沉降量。
管线沉降资料真实、可靠，管线沉降监测数据及时反馈管线单位。
9、盾构出洞应急措施
拉洞门壁砼时，若发生门洞内大量土体坍塌，先将盾构机迅速顶进洞门，以减少洞口土体坍塌。
本区间盾构零陵路站南端井出洞时，为防止由于地基加固质量不理想，致使盾构出洞时，门洞内土体坍方较严重的情况发生；因此，在本次盾构出洞前，根据门洞凿除前，由门洞检测孔土体检测情况决定，在盾构出洞前对原地基加固区域是否需采取必要的补强措施。如门洞内土体坍方较严重，先将盾构机迅速推入洞门，以减少洞口土体坍塌。盾构出洞时根据洞口土体情况，准备好应急措施所需机具设备、材料。
根据地质资料出洞底部为③1层⑤2层砂质粉土，含水丰富，盾构出洞时，破槽壁后万一发生含水层水未冻实及局部渗漏现象，现场准备足够的粘土和砂袋、钢板，木塞等，发现问题及时封堵。出现问题可在洞口处布置注浆孔，利用一次注浆用BW250型变速注浆泵，二次补浆用YBL200型双液注浆泵，以方便调整注浆工艺，浆液选用水泥—水玻璃或丙烯酸盐类浆液用来封堵破槽壁时出现的渗漏现象。
盾构穿越建筑物及地下管线时，若地面沉降量超过警戒范围，则需在隧道内通过管片注浆孔进行壁后注浆或地面跟踪注浆来保护建筑物及地下管线。在实施上述措施时，先征得有关管线单位同意。
盾构穿越道路及盾构推进结束，要向管线单位通报，管线沉降资料要定时向管线单位递交。
工地组织一支由项目经理兼任指挥的抢险队伍，平时常备不懈。施工期间
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为防止意外事故发生，要准备水泥、砂石、方木、板材等应急抢险材料，用于处理出现的问题和事故。
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