广州地铁盾构掘进方案

D1-2广州市轨道交通五号线【三溪～鱼珠站、大沙东站～文冲站盾构区间】土建工程三鱼区间盾构掘进施工方案工程名称：广州市轨道交通五号线【三溪～鱼珠站、大沙东站～文冲站盾构区间】土建工程地铁里程：YDK27+136.187～YDK27+629.100ZDK27+133.115～ZDK27+626.088施工单位：中铁隧道集团有限公司编制单位：中铁隧道集团有限公司广州地铁五号线三鱼文盾构区间项目经理部部门：工程部项目总工：编制人：编制日期：广州市轨道交通五号线【三溪～鱼珠站、大沙东站～文冲站盾构区间】土建工程三鱼区间盾构掘进方案中铁隧道集团有限公司广州地铁五号线三鱼文盾构区间项目经理部-1-三鱼区间盾构掘进施工方案根据合同工期及原总体施工计划，五号线三鱼区间原定于2006年11月交给承包商盾构施工场地，盾构机于2006年12月份始发，但由于三鱼明挖区间盾构始发井施工进度严重滞后于合同工期，达不到我项目部盾构机下井组装和始发的条件，致使三鱼盾构区间施工进度滞后于原施工计划。等待期间项目部又一次进行了详细的房屋调查和房屋鉴定。三鱼盾构区间调整计划为2006年12月底进场准备，2007年2月15日盾构机组装完成。但该区间存在区间线路较短、盾构先后经过全断面砂层、长距离上软下硬地层、过230m密集住宅区（无地质详勘）和盾构机调头等突出的特点。同时，三鱼学校和三鱼幼儿园两座房屋桩基侵入隧道，在招投标阶段及合同中已经明确，在施工前拆除此两栋房屋，但现在因拆迁难度大等原因，不能拆除，现相关部门也已经明确不拆除而盾构机直接通过。给施工带来较大的风险。本区间还存在着三鱼明挖始发端天源石材厂新建房屋在盾构机通过前已经正常超过100mm和鱼珠站盾构端头附近房屋在鱼珠站施工过程中地层已经严重扰动和房屋严重变形等情况，给盾构施工带来了较大的技术难题。项目部提前一年进行了详细的房屋、管线的调查，并在业主提供地质资料的基础上通过各种手段进行了补充地质勘探。三鱼区间存在的上述相关工程重点问题项目部多次进行了方案讨论，现将施工方案予以上报。§§11三三鱼鱼工工程程概概况况22..11招招投投标标阶阶段段设设计计概概况况【三溪～鱼珠站】盾构区间位于黄埔区与天河区交界处，投标阶段全长359.153双线延米。区间线路沿黄埔大道，往东偏北穿农田经居民区到达鱼珠站，沿线或两侧多商业门面和民房。三鱼学校和三鱼幼儿园在中标后由业主负责拆除。【三溪～鱼珠站】线路出明挖区间后经一段大半径R=2000m到达鱼珠站，线间距10～15m，区间线路出明挖段后以2‰、18.125‰、2‰三段下坡到达鱼珠站，隧道最大覆土厚度16m，最小覆土厚度9.2m。广州市轨道交通五号线【三溪～鱼珠站、大沙东站～文冲站盾构区间】土建工程三鱼区间盾构掘进方案中铁隧道集团有限公司广州地铁五号线三鱼文盾构区间项目经理部-2-22..22施施工工阶阶段段设设计计变变更更概概况况中标后，由于五号线总体调整，三鱼盾构区间长度发生变更，长度变更为492.913双线延米。在中标后，项目部进行了详细、周密的房屋和管线调查。房屋调查结果如下：本区间共下穿42栋房屋，其中低矮密集民居40栋，两栋为年代较早的多层建筑（鱼珠集团子弟小学和鱼珠集团幼儿园）；另外，因村民的思想始终处于波动状态中，同地保办和业主等一起或我部自行组织的先后五次的调查对桩基的描述情况有很大的出入，除三鱼学校和三鱼幼儿园两座房屋桩基侵入隧道外，7月份走访调查时又发现有两栋民房的桩基侵入隧道（海边街25号和27号）。为规避风险，尽量减小施工难度，项目部积极与业主、设计院、设计咨询等相关单位联系，对隧道线路进行调整，使房屋桩基尽量减少在隧道范围内的长度或调出隧道范围。但仍不能完全保证三鱼学校和三鱼幼儿园两座房屋桩基完全没有侵入隧道。调线方案目前已经基本确定。左右线隧道都调成双面坡，在隧道中段增加一个联络通道加废水泵房，以便于区间隧道排水。左线最大坡度为44‰，右线为35‰。22..33总总体体施施工工部部署署和和工工程程地地质质本区间拟采用一台盾构机（德国海瑞克复合式土压平衡S261盾构机），从三溪明挖东端左线始发，到达鱼珠站后，调头掘进右线至三溪明挖东端吊出。三鱼区间地表从三溪明挖东端至鱼珠站方向，前180米为农田与河涌，紧接其后为230多米密集居民区，且下穿两栋旧建筑（鱼珠集团子弟学校和鱼珠集团幼儿园），最后70米左右为道路和空地，详见“三鱼区间隧道平面图”。本区间地层复杂，包含全断面砂层、软硬不均地层和全断面岩层段。前180米主要是全断面砂层（砂层厚度达11.0m）；然后130米密集居民区为全断面岩层段，隧道范围内主要为〈7〉〈8〉〈9〉红色砂岩地层；之后70米左右密集居民区以及鱼珠站端头30多米范围为上软下硬地层，隧道范围内主要为〈5-2〉～〈8〉地层，隧道顶部为埋深10多米的砂层；最后除鱼珠站端头20多米外的100米也为全断面岩层段，隧道范围内主要为〈6〉、〈7〉、〈8〉和〈9〉红色砂岩地层。详见“三鱼区间隧道纵断面图”和“三鱼区间岩土工程补充勘察报告”。详细地层情况见地层特性表。地层特性表广州市轨道交通五号线【三溪～鱼珠站、大沙东站～文冲站盾构区间】土建工程三鱼区间盾构掘进方案中铁隧道集团有限公司广州地铁五号线三鱼文盾构区间项目经理部-3-地层编号地层特性中粗砂3－2灰白、灰黄色，呈饱和，稍密状态，偶为松散或中密状态，主要成分为石英质中粗砂，不均匀混含10～20%粘性土，实测标贯击数7～29击，平均15.0击。蠔壳片中粗砂2－3深灰、灰黑、灰白色，呈饱和，松散状态，主要成分为中粗砂，不均匀混夹10%～40%蠔壳片等生物碎屑及少量淤泥，略具腥臭味，实测标贯击数5～13击，平均8.9击。河湖相淤泥质土4－2灰色、灰黑色，软流塑状，饱和，含有机质、少量腐植质，,其静力触探试验的比贯入阻力Ps值一般为0.30-0.55MPa，含水量ω=50%，孔隙比e=1.2，液性指数IL=1.2。硬塑粉质粘土5－2由白垩系红色含砾粗砂岩、砂岩等风化残积形成，紫红、棕红色，呈稍湿，硬塑状态，遇水易软化、崩解。摇震无反应，光泽反应稍有光滑，干强度及韧性中等。实测标贯击数25～26击，平均25.5击。白垩系全风化红层6主要为含砾粗砂岩、含砾细砂岩和砂岩，呈紫红色，钙质或泥质胶结，已风化成土状，岩石组织结构已基本破坏，但尚可辨认，岩芯呈坚硬土状，遇水易软化、崩解，实测标贯击数31～49。白垩系强风化红层7主要为含砾粗砂岩、局部为含砾细砂岩或砂岩，呈紫红色，泥质、铁质胶结，成岩矿物显著风化，岩石组织结构已大部分破坏，但原岩结构清晰，岩芯呈坚硬土柱状或土夹碎块状，岩块用手可折断，岩石风化节理裂隙很发育，遇水易软化、崩解，实测标贯击数≥50击。白垩系中风化红层8岩性为含砾细砂岩、含砾粗砂岩、粗砂岩和砂岩，紫红色，铁质、钙质胶结，岩石组织结构部分破坏，矿物成分基本未变化，节理裂隙发育，裂隙面见褐色铁锰质浸染，偶见泥质物充填，局部岩芯上发育溶蚀小孔，岩芯较完整、新鲜，多呈柱状，局部偶呈块状，锤击声较脆。白垩系微风化红层9岩性为砂岩、含砾粗砂岩和粗砂岩，紫红色，铁质、钙质胶结，结构清晰，风化节理裂隙较发育，裂隙面少见褐色铁锰质浸染，局部岩石见硅化现象，岩芯完整呈柱状，岩石坚硬，锤击声脆。§§22本本区区间间工工程程重重难难点点广州市轨道交通五号线【三溪～鱼珠站、大沙东站～文冲站盾构区间】土建工程三鱼区间盾构掘进方案中铁隧道集团有限公司广州地铁五号线三鱼文盾构区间项目经理部-4-本区间虽规模小，但盾构机在通过砂层段、过房屋密集段、过房屋密集且上软下硬地层段、上软下硬地层段以及鱼珠小学、鱼珠幼儿园两栋桩基侵入隧道建筑物及新调查发现的民房基础有许多潜在的施工风险，给盾构机施工带来较大的难度。通过对本区间施工图纸和地质详勘与补勘报告的理解和分析，对建（构）筑物和地下管线的调查及地质补充勘探的结果，并结合我项目部在盾构方面施工经验和对广州地区的地质条件和其它条件的深刻认识，总结了本工程主要有以下重难点：第一、鱼珠集团子弟小学和鱼珠集团幼儿园位于隧道上方，左线下穿40延米，右线下穿86延米。房屋为砖混结构，通过走访调查得知，子弟小学桩基可能为锤击方桩，桩基深度不明；幼儿园桩基为沉管灌注桩，竣工图显示桩长为15m，其下部桩基无钢筋。房屋建设年代久远，结构较差，有些部位已经多次维修，而且，该段地层相对较差。第二、三鱼明挖区间施工过程中，在距离三溪始发端30m处的隧道上方，新建了一栋两层建筑，产权属于天源石材厂。在三鱼明挖项目部盾构井施工过程中，截至目前，房子累计沉降已超过100mm。该房屋修建前地保办开了多次的会要求必须在盾构机通过后才能修建该房屋。在盾构机下穿房屋的过程中，由于地层较差，势必会引起房屋沉降。此房屋在投标阶段是没有的，额外增加了很多施工风险。第三、两栋民房的桩基可能侵入隧道（海边街25号和27号），新发现的这两栋民房桩基侵入隧道在投标阶段是没有的，在管线调查阶段根据村民和房东的多次介绍也没有说其桩的实际长度，无法判断桩基是否侵入隧道。业主多次主持专题会，并根据地层条件等对桩的可能长度进行了评估。对目前也没有调查清楚SY056—A5民房的桩基布置和每根深度，只了解到桩的最大深度可能是17米。第四、始发段为170米的长距离的砂层段，而且大部分地段隧道下部、砂层下面直接为8地层，砂层段地表主要为农田。第五、隧道穿越长距离的密集民居，部分地段又为上软下硬地层，而且，大部分房屋又为天然基础，抵抗地表沉降影响的能力非常低。第六、在调线方案确定后，增加一个联络通道和废水泵房。联络通道上方为密集居民区，通道所处地层为〈8〉〈9〉地层，覆土厚度约17m。同时，因左右线的坡度不同对联络通道的施工也有一定的难度。广州市轨道交通五号线【三溪～鱼珠站、大沙东站～文冲站盾构区间】土建工程三鱼区间盾构掘进方案中铁隧道集团有限公司广州地铁五号线三鱼文盾构区间项目经理部-5-§§33施施工工方方案案33..11三三鱼鱼学学校校在前期筹备阶段，我们先后做了多种方案，主要为地表旋喷桩及筏板加固方案和桩基托换方案，但随着各方面协调情况的变化，前期方案的讨论前后共历时三个月之久，开了九次会，最终方案未被选定。按业主的要求，我们在房屋四周先后做了几十个地质补勘，想通过对地层条件的判断来推断桩的可能长度。相关会议及部门均定下了在盾构通过时进行围蔽和人员疏散，采用不加固而盾构机直接通过的方案。下面就此方案进行简要叙述。左线隧道下穿鱼珠集团子弟小学段全长有30米，隧道顶部红层岩层较薄，局部还有砂层侵入隧道，隧道洞身范围内为〈7〉〈8〉〈9〉地层。而右线隧道基本上全部下穿鱼珠集团子弟小学和鱼珠幼儿园两幢建筑物，共87米，下穿鱼珠集团子弟小学段洞顶地层为〈5-1〉〈7〉地层，洞身地层为〈7〉〈8〉〈9〉地层，下穿鱼珠幼儿园段洞顶地层为〈7〉〈8〉，洞身的地层为〈8〉〈9〉，地质情况详见地质图和补勘报告。根据多方调查、了解及分析判断，鱼珠幼儿园的桩基为沉管灌注桩（桩径340mm），此种桩基不应该进入〈8〉地层，因此，我们判断鱼珠幼儿园的桩基没有侵入隧道的可能，在盾构机通过时，合理选择掘进参数，做好对房屋的保护，应该不会太大的风险。鱼珠小学的桩基为锤击方桩（400mm*400mm），打桩时应该配有桩头（砼桩或钢桩），桩身可以接长或现场预制，锤击深度可能会较深，有穿过砂层进入〈5-1〉和〈7〉地层的可能性。盾构机掘进通过时如果有桩头进入土仓或螺旋输送机，会造成预想不到的工程事故或机械事故。盾构机直接切桩推进通过，在切桩过程中，因桩基破除地基承载模式改变及震动等将直接影响建筑物的稳定性，甚至造成建筑物的严重损坏。也存在着盾构机切桩不成功或不能顺利切桩的可能性，给工程的顺利进展创造不必要的麻烦。另外，切桩后的桩端荷载直接作用在管片上，经计算其集中力将远远大于管片的抗弯强度，目前已对该段的管片做了加强配筋设计，配筋量达到190kg/方。通过业主的长期努力，并对多次方案进行比对和从造价及施工风险方面进行了评估