盾构穿越铁路施工方案

11-1-22第一章工程概况1.1概况（1）本区间工程肖村桥站～小红门站区间左、右线从肖村桥站东行至小红门村以450m的曲线半径向南偏到达小红门站，中间下穿岗上村民房区（砖砼平房）、南四环路（双向八车道，21+42+20m，繁忙）、双丰铁路（三线，路基宽约16m，繁忙）、小红门村民房区（砖砼平房、二层）、小红门路（6.5m，沥）、小红门前街（4m，沥）。左线ZK2+867.700～ZK3+813.251，全长1020.214m，右线YK2+867.700～YK3+877.700，全长1067.428m。肖村桥站～小红门站区间含站后24.8m双洞双线暗挖段及明挖盾构井(内净空尺寸15.2×23.2m)，盾构区间左线长981.014m，右线长1028.28m，线间距14～14.5m,线路纵坡成“人”字形，覆土7～11米。岗上村及小红门村沿线居民房屋密集，基本为平房。（2）隧道采用盾构法施工，在YK3+665.500～YK3+682.000处下穿双丰铁路，隧道覆土（距路基面）约10.825m，区间隧道与铁路交角约77度，区间隧道长度约17.5m。本段工程属环境风险工程，风险工程控制的关键点在于地表（道床）变形的控制。（3）双丰铁路左线下穿铁路起点距始发端778.5m，计649环；终点距始发端795.3m，计663环，下穿段实际长16.8m，计14环。盾尾实际通过铁路路基总长为25.6m，计21环。双丰铁路右线下穿铁路起点距始发端758.7m，计632环；终点距始发端775.4m，计646环，下穿段实际长16.7m，计14环。穿越前后各15m列为穿越直接影响段，则总计为55.6m，计46环。盾构下穿铁路位置图详见图1-1，盾构隧道和铁路的关系详见图1-2、1-3。33图1-1盾构区间下穿铁路位置图图1-2盾构隧道与双丰铁路主线的相互断面图（K3+670.000）44图1-3盾构隧道与双丰铁路主线的相互关系平面图1.2工程地质与水文地质条件本段区间工程地质单元位于河间台地上，地层可分为人工填土层、新近沉积层（局部表层分布）及第四纪沉积层三大类。地层从上到下依次为粉土质素填土①层、砂质素填土①2层、粉质粘土②1层、粉土②层、粉质粘土④1层、粉质粘土⑤层、粉质粘土⑦层、粉土⑦1层。隧道围岩分级V～VI级。①粉土质素填土层：黄褐色，中密，稍湿，属中～中高压缩性土，含砖渣、灰渣。①1杂填土层：杂色，稍密，稍湿，含砖块、灰块，表层局部为柏油路面。该层一般厚度为1.20～3.80m，土质不均，工程性质差。②粉土层：褐黄色，密实，稍湿～湿，属中低～中压缩性土，含云母、氧化铁，局部为粉质粘土夹层。②1粉质粘土层：褐黄色，湿～饱和，可塑～硬塑，属中高～高压缩性土，含云母、氧化铁，局部为粉土夹层。③粉土层：褐黄色，密实，湿～饱和，属中低压缩性土，含云母、氧化铁，55局部为粉质粘土夹层。③1细砂、粉砂层：褐黄色，中密～稍密，稍湿～湿～饱和，属中低压缩性土，含云母，局部为粉质粘土、粉土夹层。④粉质粘土层：褐黄色（局部灰色），湿～饱和，可塑～硬塑，属中高～中压缩性土，含云母、氧化铁、局部含有机质。④1粉土层：褐黄色，密实，稍湿～湿，属中～中低压缩性土，含云母、氧化铁，局部为粉质粘土夹层。④2细砂、粉砂层：褐黄色，中密～密实，湿～饱和，属低压缩性土，含云母，局部为粉质粘土、粉土夹层。⑤粉质粘土层：褐黄色，湿～饱和，可塑～硬塑，属中～中高压缩性土，含云母、氧化铁、姜石，局部为粉土、细砂夹层。⑤1粉土层：褐黄色，密实，稍湿～湿，属中～中低压缩性土，含云母、氧化铁、姜石，局部为粉质粘土夹层。盾构隧道与双丰铁路相交处，隧道洞顶埋深约达11m，隧道洞身所处的地层较好，大部分为⑤、局部⑤1，隧道顶部为④1、④2地层，具体见图1-4。所属地层情况较好，在盾构机掘进过程中，应采取一定措施。66图1-4区间隧道与双丰铁路相交位置纵断面图场区地下水埋深及分布情况见表1-1。表1-1场区地下水埋深、分布一览表层序地下水性质水位埋深（m）水位标高（m）含水层岩性特征第1层潜水4.50～10.1028.11～31.13第4、5大层粉土、砂土层第2层层间水13.10～17.6019.99～23.58第7大层中的砂土层第3层潜水～承压水19.20～24.0012.87～17.04第12大层砂土、卵砾石层1.3工程进度安排1.3.1左线盾构77（1）2009年07月02日左线开始盾构始发时间；（2）截止2009年09月03日，左线盾构掘进完成220.8m，计184环。（3）双丰铁路下穿铁路起点距始发端778.5m，计649环；终点距始发端795.3，计663环。下穿段实际长16.8m，计14环，穿越前后各15m列为穿越直接影响段，则总计为55.6m，计46环。穿越段预计掘进进度为9环/天，因此，总通过时间为5天。（4）区间左线盾构机从2009年09月03日至到达丰双铁路前15m处，还有452环，本段预计掘进速度为9环/天，则共需50天，预计到达丰双铁路前15m处的时间为10月23日，通过时间为10月24～10月28日。（5）左线洞通时间：2009年11月13日。1.3.2右线盾构（1）右线盾构机始发：2009年12月3日。（2）双丰铁路右线下穿铁路起点距始发端758.7m，计632环；终点距始发端775.4m，计646环，下穿段实际长16.7m，计14环。穿越前后各15m列为穿越直接影响段，则总计为55.6m，计46环。穿越段预计掘进进度为12环/天，因此，总通过时间为4天。（3）区间右线盾构机从始发至到达丰双铁路前15m处，还有619环，本段预计掘进速度为12环/天，则共需52天，预计到达丰双铁路前15m处的时间为2010年1月24日，通过时间为2010年1月25日～1月28日。（4）右线洞通时间：2009年2月14日。88第二章盾构施工情况介绍及控制要点本合同段选用的土压平衡盾构机，是推进时靠由刀盘切削下来的土体经改良，使开挖面地层保持稳定的一类盾构，其工作原理如图2-1。图2-1土压平衡工作原理示意图盾构推进时，前端刀盘切削土层，切削下来的土体进入密封土仓，当土仓内的土体足够多时，可与开挖面上的土、水压力相抗衡，使开挖面地层保持平衡。盾构设有螺旋输送机，由其将渣土排送到土箱，运至地面。螺旋输送机的排土口上装有滑动闸门或螺旋式漏斗，以控制出土量。在盾构掘进过程中向开挖面加压灌注水、膨润土浆、高浓度泥水和泡沫等，同时靠刀盘和搅拌翼混合搅拌切削下来的土体，使之具有止水性、流动性。使得切削下来土体能够顺利排出，又能提供压力，与开挖面的水、土压保持平衡，使开挖面保持稳定的目的。在穿越铁路施工过程中，有效地控制地面沉降是施工的关键控制点，必须将沉降值控制在铁路列车允许范围之内，做到以严谨的施工技术为依托、精心施工、精心管理。在不具备地面作业的情况下，必须从盾构掘进及洞内辅助施工措施方面采取如下为确保铁路安全的控制措施：2.1开挖面稳定控制沉降控制的关键之一是开挖面的稳定控制。开挖面的控制是个系统控制过99程，涉及水土压力控制、出土量控制、添加剂的使用控制等等掘进参数的控制和优化，而掘进参数优化的基础又来源于施工过程中对沉降数据的分析、沉降规律的掌握、土压波动的控制程度和稳定程度的评估等。盾构施工作为一种动态的施工控制过程，在过铁路之前的80～100米的施工技术管理的成果对过铁路施工具有很大的指导作用，必须加强前期的施工技术管理。2.2添加剂的使用管理添加剂的合理使用是确保盾构顺利掘进、维持开挖面稳定、实现均衡连续盾构施工的关键。盾构司机和值班工程师在盾构机掘进时，随时观察和分析扭矩、推力、土压及波动、螺旋输送机排出土的状态（即塑流性），对泥浆/水、泡沫的加入方式、部位、加入量、参数设置等进行调节和控制，并始终让刀盘及螺旋输送机工作油压保持正常的数值。根据该段区域的实际情况，盾构穿越是粉质粘土区域，粉土自身具有较高的细颗粒含量，加入适当的泡沫可以使土体的塑流性得到较大的改善，保证掘进的正常进行，使得盾构前方土压保持稳定，较好的控制地面的隆陷。在泡沫的使用方面除了达到机械及物理改良之外，另外一个重要的作用是作为软保压的介质，以实现全断面的压力平衡，这也是在软弱地层及临时停机期间重要的维持开挖面稳定的措施。在泡沫参数设定方面，盾构操作手应密切注意实际出土状况，土压变化，刀盘及螺旋机的工作状况来及时调整泡沫流量、FER和FIR的值。泡沫加入不足，排土困难，还容易在刀盘中心形成泥饼；泡沫加入过多，对土压维持不利，也是浪费。所以要根据过铁路之前的100米段积累这方面的施工参数，确定一个最佳的泡沫添加参数值。2.3壁后注浆控制和管理壁后注浆的质量和效果是地表沉降控制的另一个关键点，为了确保浆液能及时填充管片壁后形成的空隙，并保证充填度和压力，需采取同步注浆为主，1010辅以二次或三次注浆的措施，并合理确定注浆的点位、时机、压力和量。同时根据掌握的反馈信息及时调整浆液的配比，使浆液的配比更科学、更合理。为保证浆液的质量，要对制备浆液的原材料进行严格控制，要定期测定浆液的坍落度、粘性、离析率、凝结时间、抗压强度等。在掘进过程中有可能有盾尾密封刷漏浆而造成实际注浆量不够的情况,所以在掘进过程中,如果发现有漏浆情况,应及时停止掘进,手动开启盾尾油脂注入系统,密封刷停止漏浆后再掘进.为了确保注浆的效果能达到过铁路的要求，在过铁路之前的100米施工中，设置两个各20米的区段实施该注浆方案，总结积累注浆压力和注浆量的参数，并根据实际的地面监测来控制注浆量和注浆参数，以便确保过铁路的安全。1111第三章沉降控制分析与估算3.1周边环境调查双丰铁路为北京市主干线，建成时间为1990年左右，产权单位为北京铁路局。双丰铁路正线为三股道铁路（其中最北侧的一股轨道为城市轨道交通宋家庄大修厂的出入段线），碎石道床，道床宽度约17m；铁路两侧分布有单双层民房及少量的通信、电力管线。3.2地表沉降主要原因分析盾构机掘进时引起土体中产生应变，表现为地表沉降和侧向变形，其中地表沉降由以下五个部分组成：（1）盾构到达前地表沉降（δ1），是由于盾构机掘进引起土体应力状态改变造成，主要原因由于超孔隙水压产生，有效压力降低，一般表现为地表隆起，此时盾构机距离被侧面距离约为2.5D（15m）；（2）盾构到达时的地表沉降（δ2），是由于开挖面上的平衡土压力引起，此时盾构机距离被侧面距离约为0-2.5D（0-15m）；（3）盾构通过时的地表沉降（δ3），是由于盾构与土层之间的摩擦剪切力，以及盾构抬头和叩头引起，此时盾构机距离被侧面距离约为-2.5D-0（-15-0m）；（4）盾构通过后脱出盾尾时的地表沉降（δ4），是由于建筑空隙和应力释放引起的；（5）盾构通过后长期固结沉降（δ5），是由于土体受盾构掘进扰动，土体再固结引起的，盾构后方-2.5D。通常将前四项称为即时地表沉降，即时地表沉降的大小反映了盾构机掘进时对周围土体影响大小。盾构通过后的长期固结沉降是由于盾构掘进对土体扰动引起的。盾构掘进对土体扰动越大，盾构通过后长期固结沉降越大。3.3施工影响的数值模拟及计算结果1212（1）力学模型采用地层-结构模式对盾构隧道下穿双丰铁路的施工过程进行了模拟，力学模型如下：（2）材料材料2：管片，直梁(壳)，E=2.8e+007kPa,A=0.3m2,γ=-25kN/m3,I=0.00225m4；材料3：地层1，各向同性体，E=11800kPa,μ=0.38,γ=-18.9kN/m3,C=10kPa,φ=8°,Rt=0kPa,K0=0.45；材料4：地层2，各向同性体，E=17200kPa,μ=0.35,γ=-19kN/m3,C=24kPa,φ=28°,Rt=0kPa,K0=0.4；材料5：地层4-1，各向同性体，E=6900kPa,μ=0.24,γ=-19.1kN/m3,C=52kPa,φ=12°,Rt=0kPa,K0=0.32；材料6：地层5，各向同性体，E=7900kPa,μ=0.25,γ=-19.9kN/m3,C=54kPa,φ=17.5°,Rt