盾构穿越河流、桥梁、既有线专项施工方案

第三章专项施工方案及措施3.1工程穿越危险性较大的道路、桥梁、河流、地铁和既有管线及建筑物专项施工方案3.1.1穿越危险性较大的道路、桥梁、河流、地铁和既有线及建筑物概况本标段要穿越道路一条、桥梁一座、河流两条、穿越地铁4号线及并行一段电力隧道，穿越详细情况如下：1、河流本标段穿越河流分别为京密引水渠、清河，共两条。其中京密引水渠穿越范围2+650-2+810，是北京市重要的供水设施，具备正向和反向输水能力。隧洞距离渠道底板约11.5m。清河穿越范围3+233-3+265，河底距离盾构区间洞顶约6m。2、地铁本标段施工区间与地铁有一段并行和一次穿越。盾构区间并出行段范围3+300-3+974，地铁4号线为运营线。与隧洞并行线路，部分为地下线，部分为地面线。隧洞结构与4号线结构外壁水平净距最小为14m。穿越地铁范围3+330-3+350，隧洞从备用站台上方穿越。隧洞底板距离备用站台顶板结构约4.5m。3、管线本标段穿越两条管线，分别为污水管线、电力隧道。污水管线穿越范围3+315-3+325，管径为DN1200，管线距离隧洞顶约为5m。电力隧道穿越范围3+282-3+974，电力隧道内径为2.6m×2.4m,隧道内底高程约为41.42m～45.41m。输水隧洞位于电力管沟东侧偏下位置，隧洞外顶高程约为38.68～35.50m。结构面最小净距6.4m。4、建筑房屋本标段在3+132~3+230位置穿越既有地面建筑。基础类型及埋深情况待调查。表3-1穿越建筑统计施工一标风险工程汇总表序号风险工程名称位置、范围风险基本状况描述风险等级1盾构区间隧洞穿越京密引水渠桩号2+650~2+810京密引水渠是北京市重要的供水设施，具备正向和反向输水能力。隧洞距离渠道底板约11.5m。一级2盾构区间下穿房屋桩号3+132~3+230地面为现状房屋，基础埋深不详。二级3盾构区间穿越地铁4号线备用站台桩号3+330~3+350重要保密设施。隧洞从备用站台上方穿越。隧洞底板距离备用站台顶板结构约4.5m。特级4盾构区间下穿清河桩号3+233~3+265河底距离盾构区间结构外壁约6m。一级5盾构区间下穿污水管线桩号3+315~3+325污水管线管径为DN1200，管线距离隧洞顶约为5m。一级6盾构区间下穿房屋桩号3+330~3+400地面为现状房屋，基础埋深不详。二级7盾构区间并行电力隧道桩号3+281~3+974电力隧道内径为2.65m×2.4m,隧道内底高程约为41.42m～45.41m。输水隧洞位于电力管沟东侧偏下位置，隧洞外顶高程约为38.68～35.50m。结构面最小净距6.4m。特级8盾构区间穿越五环路红山口桥桩号3+480~3+540红山口高架桥位于红山口脚下至党校北门。桥梁上部结构采用现浇预应力混凝土连续箱型梁，最大跨径68米，下部结构采用桩基，桩长11～15m。隧洞结构与桥桩最近距离约为1.58m。特级9盾构区间并行地铁4号线桩号3+300~3+974地铁4号线为运营线。与隧洞并行线路，部分为地下线，部分为地面线。隧洞结构与4号线结构外壁水平净距最小为14m。一级3.1.2工程地质1.地形地貌输水管道线路工程区2+153.848-3+974.346段位于北京城西北部，清河中上游左岸河漫滩至清河一级阶地地貌单元处,属温榆河水系,处于永定河冲洪扇东翼地貌。地势较平坦,总体趋势由西向东逐渐降低。输水管线轴线主要地段为清河北岸绿化隔离带及人行便道。建设场地沿线地势西高东,地面标高42.79-45.26m间,地面坡降0.5‰-2‰。输水管线沿线地面以下30m深度范围内的地层主要为人工堆积层、一般第四纪沉积层。2.工程地质情况（1）围岩稳定性分析隧洞在桩号3+380~3+630段洞身上部分多穿越地层为第四系覆盖层，主要岩性包括卵石层、粉土层、卵石层，以及碎石土和少量残积土等；洞身下部分则以穿越二迭系红庙岭组全风化~中等风化~中等风化砂岩为主；其余地段隧洞洞身主要穿越第四系覆盖层。河顶5m以内覆盖地层多为卵石、细砂、中砂层及粉土，颗粒间结构性较弱，围岩洞室自稳能力差，无法形成自然应力拱，易发生塌落现象，依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附录N及《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）附录E，该段岩层工程地质分类为V类。由于隧洞穿越岩体风化程度从全风化至中等风化不等，节理裂隙发育，施工时产生的震动及洞室开挖后应力重组分布易使围岩沿节理面、软弱结构面、层面滑动，导致围岩坍塌。同时由于岩体结构的复杂性，围岩压力变化较大，易发生偏压导致坍塌，宜适当加强洞室支护结构。（2）施工工程分级该段隧洞所穿越地层包括卵石层、粉土层、卵石层、细砂透镜体、碎石土、残积土以及二迭系红庙岭组全风化~中等风化砂岩，可开挖性差别极大，软硬不均。依据《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）附录F，该段施工工程分级为II~V级，须选择适宜的盾构机刀具。c）地基稳定性评价根据勘察结果，隧洞洞底分布地层岩性以二迭系红庙岭组砂岩为主，南北两端底地层为卵石层，地基土稳定性较好，但砂岩从全风化~中等风化不等，力学性质差异较大，尤其是第四纪沉积层与基岩交界地段洞底以下地基极不均匀，宜考虑适当加强结构的刚度和强度。（3）地下水影响及建议根据勘察，场区地下水位高于结构底板，其水位年变幅一般为1~3m。同时受京密引水渠渗水影响，洞室周边尤其洞顶卵石层、砂层、粉土层及节理裂隙发育的基岩易发生流砂、管涌、洞顶坍塌等现象，影响隧洞洞身、洞顶稳定，进而引发地面沉降或塌陷以及洞身涌水现象，施工应予以高度重视。根据勘察结果及隧洞设计，该段存在涌水问题。隧洞涌水问题主要涉及到潜水滞水，含水岩组主要为卵石层，综合渗透系数按照150m/d考虑。该段基岩起伏较大，洞顶主要赋水卵石层分布不均一，地下水类型为潜水滞水，补给范围有限，因此施工初期涌水量相对较大，但随着施工的进行，其涌水量可能会逐渐减少。（4）周围环境与地下工程的互相作用①环境对工程的影响本段隧洞在平面上与电力隧道并行，其水平净距小，在五环路红山口高架桥处平面上基本重合，隧洞埋深大于电力隧道。电力隧道未进行防渗，目前洞内积水较多，其渗水易使砂层、粉土层及卵石发生流砂、管涌等现象。隧洞在桩号3+340附近从地铁4号线备用站台上部穿越，其垂直近距约5m。据调查，地铁4号线备用站台现正采用暗挖法施工，应注意地铁4号线备用站台施工产生的振动、排水等对上部岩土体的影响。该段隧洞距京密引水渠较近，应注意京密引水渠渗水对施工的影响，防止隧洞涌水发生坍塌。另外，隧洞沿线包括京密引水渠东岸马连洼西路、香山路、地铁四号线等交通道路，车辆行驶过程中产生的振动可能使围岩松动，产生坍塌。②施工对环境的影响本段隧洞周边存在大量重要建筑物，如在桩号3+480~3+540附近穿越五环路红山口桥，隧洞距离桥桩基础最近距离仅为1.58m，同时与电力隧道并行、在地铁4号线备用站台上部穿越，同时沿线多分布有燃气管线等，施工时应注意采取有效防护及监测措施，避免因过大的塌方对临近建（构）筑物、地下管线的正常使用产生影响。3.1.3对穿越道路、桥梁、河流、地铁和既有线及建筑物的综合对策1、建立严密的监测网，对穿越的道路、桥梁、地铁和既有管线及建筑物进行监测，并根据结构物的状况制定警戒值。2、结合实际情况，在场地允许地面采用旋喷施工对地层进行预加固处理，对临近桥墩较近位置增设隔离桩。3、设定准确的土仓压力值，严格控制土压平衡，确保开挖面的稳定。4、确保同步注浆和及时二次补浆，设定合理的注浆量和注浆压力；确保管片围岩间隙及时充填密实。5、对盾构掘进进行严格线形控制和盾构机姿态控制，减小轴线偏差和及时纠偏，减小超挖和对围岩的扰动。6、根据监测信息，及时优化施工参数。3.1.4盾构下穿危险性较大区段度盾构施工措施3.1.4.1盾构推进和地层变形的控制本工程采用土压平衡式盾构掘进机，其利用压力仓内的土压力来平衡开挖面的土体，从而达到对盾构正前方开挖面支护的目的。平衡压力的设定是土压平衡式盾构施工的关键，维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节，这里面包含着推力、推进速度和出土量的三者互相关系，对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用，所以在盾构施工中要根据不同土质和覆土厚度、地面建筑物，配合监测信息的分析，及时调整平衡压力值的设定。同时要求推进中盾构姿态保持相对的平稳，控制每次纠偏量不过大，减少对土体的扰动，并为管片拼装创造良好的条件。同时根据推力、推进速度、出土量和地层变形的监测数据，及时调整注浆量，从而将轴线和地层变形控制在允许的范围内。3.1.4.2主要参数设定（1）、合理设置土压力，防止超挖在盾构推进的过程中，根据理论计算、前期掘进数据和监测数据及时调整土压力值，从而科学合理的设置土压力值及相宜的推力、推进速度等参数，防止超挖，以减少对土体的扰动。正面平衡压力：P＝k0hP：平衡压力(包括地下水)：土体的平均重度(KN/m3)h：隧道埋深(m)k0：土的侧向静止平衡压力系数表3-2拟定掘进参数序号建筑物名称位置范围顶部土压力bar推力t同步注浆m3掘进速度mm刀盘转速rpm1盾构区间隧洞穿越京密引水渠桩号2+650~2+8101.51500620-301.42盾构区间下穿房屋桩号3+132~3+2301.81600620-301.43盾构区间穿越地铁4号线桩号3+330~3+3501.41600620-301.4备用站台4盾构区间下穿清河桩号3+233~3+2651.61700610-201.85盾构区间下穿污水管线桩号3+315~3+3251.61700610-202.06盾构区间下穿房屋桩号3+330~3+4001.61700610-201.87盾构区间并行电力隧道桩号3+281~3+9741.61600620-301.48盾构区间穿越五环路红山口桥桩号3+480~3+5401.81600620-301.49盾构区间并行地铁4号线桩号3+300~3+9741.71700610-202.0（2）、渣土改良为保证一个正常的工作范围，减少刀盘的磨损，在掘进过程预先对掌子面土体进行改良，通过对刀盘前方土体注入泡沫剂，以减少刀盘的扭矩，降低刀盘的油压，并使渣土具有适当的和易性。（3）、推进速度下穿建（构）筑物时保证推进速度的恒定、稳定，严格控制盾构推进方向，减少纠偏，特别是大量值纠偏。在下穿建筑物的推进过程中，每60cm测量一次盾构机的推进方向，尽可能减少纠偏，特别是要杜绝大量值纠偏，同时在盾构下穿期间，保持匀速推进，从而保证盾构机平稳地下穿建筑物。3.1.4.3同步注浆浆液的具体配比如下表：（Kg/m3）表3-3浆液配比表水泥（kg）粉煤灰（kg）膨润土（kg）砂（kg）水（kg）外加剂80～140241～38150～60710～934460～470按需要根据试验加入推进单环管片造成的理论建筑空隙为：1.5（6.252－6.02）/4＝2.89（m3）实际的压注量为每环管片理论建筑空隙的130％～180％，即每推进一环同步注浆量为3.8～5.2m3，这里取最大值并适当增加到6m3。泵送出口处的压力一般控制在0.3MPa左右，实际施工压力还应视地面沉降进行调节和控制。3.1.4.4二次注浆管片脱出盾尾后采用二次补强注浆来满足工程质量要求。二次补强注浆根据始发时地层情况选择材料和浆液配比，拟采用双液浆，双液浆配比：水泥浆液水灰比为0.8：1（质量比），水玻璃溶液配比为水玻璃：水=0.6：1（体积比），水泥浆液：水玻璃溶液=1：1（体积比）3.1.4.5洞内加固注浆洞内加固注浆采用在管片上开孔的方式，在管片上部120度范围内径向往外打设L=3m长钢花管，软弱地层（如砂卵石层、粘土层）内注入双液浆，及时对盾构掘进造成的围岩松动圈范围内的岩体进行固结，防止盾构通过后岩体在上部土压及水位变动及盾构运营期间动态振动的情况下发生位移，造成岩层及地表沉降。注浆钢花管采用φ32mm、t=3mm钢筋制作，注浆管前端2.2m割泄浆孔，孔径