盾构穿越建(构)筑物施工专项方案

盾构穿越建（构）筑物施工专项方案一、编制依据和原则1、编制依据（1）杭州地铁1号线武艮盾构区间图纸、详勘资料等项目技术资料；（2）盾构及城市地下铁道施工相关技术规范及地方性法律法规；（3）《盾构隧道施工手册》、《盾构法隧道施工技术及应用》等书籍，《仑-大区间隧道过河段盾构掘进难点及措施》、《广州地铁大石-汉溪区间盾构工程施工关键技术》等论文；（4）对本工程区间隧道沿线周边情况的实地调查。2、编制原则本专项方案遵循实用、可行、经济的原则进行编制。二、工程地质概况1、工程概况本工程位于杭州市下城区，由2个盾构区间组成。即1号线武林广场站～文化广场站区间隧道工程、1号线文化广场站～艮山门站区间隧道工程、3号线武林广场站～文化广场站区间隧道工程。【武～文】区间1号线起讫里程为K15+620.882～K16+193.476(左K16+187.350)，左、右线的线路长分别为：566.528m和572.654m；3号线起讫里程为K15+620.882～K16+179.361(左K16+173.08)，左、右线的线路长分别为：552.259m和558.539m。本区间的1、3号线分别为4条单线隧道，隧道线路在空间上相互交叉重叠，最小净间距为4.063m。1号线平面分别由直线段和两组缓和曲线组成，左线曲线半径为分别600m、500m；右线曲线半径分别为400m、400m。3号线平面由直线段和三组缓和曲线组成(右线由直线段和两组缓和曲线组成)，左线曲线半径分别为500m、400m、1000m；右线曲线半径分别为400m、500m。1号线左线隧道纵断面先以2‰下坡出站(右线以2‰上坡出站)，然后以11.985‰及28‰的上坡(右线以21.937‰的下坡)，最后以2‰的下坡进站(右线以2‰的上坡进站)。3号线左线隧道纵断面先以2‰的下坡出站后(右线14‰的上坡出站)，以4.852‰的上坡(右线先以30‰的下坡再以17.672‰的上坡)，最后以2‰的下坡进站。1号线竖曲线半径最大为5000m，最小为3000m，3号线竖曲线半径最大为5000m。隧道拱顶埋深1号线为9.5～17m，3号线为6.7～18m。【文～艮】区间起讫里程为K16+461.556～K17+772.28，左线长1366.358m(右线长1308.726m)。区间左线由直线段和四组缓和曲线组成(右线由直线段和三组缓和曲线组成)，左线曲线半径分别为300m、650m、1500m、600m(右线曲线半径分别为300、1200m、600m)。区间隧道以2‰的上坡出站后左线以29‰和19‰的下坡到达区间最低点后(右线以25‰和3‰的下坡到达最低点)，以26.818‰的上坡(右线以26.792‰的上坡)，最后以2‰的上坡进站。线路呈节能V型。本区间竖曲线半径最大为5000m，最小为3000m。隧道拱顶埋深为10.8～22.5m。2、地质概况【武～文】区间盾构隧道洞身主要穿越淤泥质粘土层④2、淤泥质粉质粘土层④3、粘质粉土层④4、淤泥质粉质粘土层⑥1、粉质粘土层⑦1、粉质粘土层⑦2。【文～艮】区间盾构隧道洞身主要穿越淤泥质粉质粘土层④4、⑥1、淤泥质粉质粘土层⑥2、粘土⑦1、粉质粘土层⑧2、含砂粉质粘土⑨1。沿线浅部地下水属潜水类型，主要赋存于上部填土层及粉土、砂土层中，补给来源主要为大气降水及地表水，其静止水位一般在地下1～4m，并随季节变化。承压含水层主要分布于深部的⑿4、⒁1圆砾层中,隔水顶板为其上部的粘性土层。3、区间隧道沿线建（构）筑物情况本工程区间隧道沿线主要穿越上塘河河堤、南应家河闸、南应家河上小桥、应家河河堤、上塘高架、上塘路、朝晖一区房屋、朝晖二区房屋、中山北路、京杭大运河河堤、西湖文化广场、环城北路等建（构）筑物，其中有河堤、桥梁、水闸、道路和房屋等。详见表1所示，图1所示。4、区间隧道沿线管线情况本工程区间沿线管线主要集中分布在上塘路、中山北路和环城北路上。沿线的主要压力管线为上塘路上的2根给水和4根燃气，中山北路上的2根给水和2根燃气，以及环城北路上的2根给水和1根燃气。详见表2、表3所示。三、盾构穿越建（构）筑物施工风险分析及评估由于本工程区间隧道穿越及临近建（构）筑物繁多，区间施工难度大，沿线各类管线也多。1、沉降引起河堤、防汛墙开裂的风险本段隧道施工，盾构机要下穿上塘河，四过京杭大运河及其河堤，并有400多m沿应家河河岸前行。根据调查河堤基础为条形基础，对地表沉降控制的要求高。因此，在施工中沉降控制不当容易引起河堤及防汛墙出现开裂险情。2、房屋不均匀沉降引起倾斜、开裂和倒塌的风险本工程盾构下穿近20幢建(构)筑物，临近隧道的建(构)筑物有40多幢。本来盾构下穿建(构)筑物风险就比较大，更何况部分建(构)筑物正位于区间小曲线、大纵坡段线路上，这又增加了施工的难度。因此，在施工中易引起地层扰动导致房屋不均匀沉降而产生倾斜、开裂和倒塌的风险。3、地表隆险引起道路塌陷或隆起的风险工程隧道沿线穿越上塘路、文辉路、中山北路、朝晖路和环城北路等道路，沿线穿越道路多，特别是环城北路和中山北路，既是城市主干道，又是隧道四线并行施工和上下重叠施工地段。更易引起沉降和塌陷。4、地层位移导致地下带压管线爆裂、爆炸的风险区间沿线管线多，类型、材质杂。不同类型和材质的管线对盾构施工沉降的要求也不一样。尤其是带压管线，还有爆裂、爆炸的风险。四、盾构穿越建（构）筑物施工总体方案根据沿线环境保护要求及盾构法施工特点，施工过程中主要从盾构操作方面入手来减少地表沉降，并配以其它辅助措施，确保盾构施工影响范围内建筑物和地下管线的安全。五、盾构施工对建筑物、管线影响分析1、施工影响范围计算采用经验公式对盾构隧道施工影响范围及地表沉降分布规律进行预测，进而确定盾构施工对周边环境的影响范围。目前，工程实践中实用的经验公式是Peck公式（Peck，1969）和一系列修正的Peck公式。Peck假定施工引起的地面沉降是在不排水的情况下发生的，所以沉降槽体积等于地层损失的体积。地层损失在隧道长度上是均匀分布的。地面沉降的横向分布类似正态分布曲线，如图2所示。Peck公式为：式中：S(x)——距离隧道中线x处的地面沉陷量；x——距离隧道中线的距离；Smax——隧道中线的最大地面沉降量；22max)(2expixSSXi——沉陷槽的宽度系数，最大沉降量采用下式估算：Vs——沉陷槽容积(等于盾构施工引起的地层损失)。i——沉陷槽的宽度系数；即沉陷曲线反弯点的横坐标，i可由公式或查peck图表得到。式中：Z——隧道埋深；φ——隧道覆土有效内摩擦角。根据经验，地面横向沉陷槽宽度W/2≈2.5i。根据Peck公式估算得：地表沉陷槽宽度最大约为25.0m~38.0m，从两侧向中间均匀沉降。2、地表隆陷变化规律根据盾构施工特点，地表变形的变化发展过程可以分为五个阶段：盾构到达前，地表的变形取决于掘进过程中土仓压力和出土量的控制，当土仓压力较大而出土量较少时，地表呈隆起状态；当设定土仓压力小而出土量大时，地表呈沉降状态。盾构到达时，地表变形承接阶段的发展。但变化速率增大。是地表隆陷的峰值iViVSss5.22max2452tgziβ2RSmaxi反弯点Z图2横向分布曲线图段。盾构通过时，一般情况地表会呈沉降变化；若注浆及时饱满，充填率超过200％时，地表会隆起。盾尾通过时，最易发生突沉，突沉量可达30mm，若注浆及时饱满，可控制突沉，甚至上隆，但随着浆液的固结收缩而逐渐下沉。盾尾通过后，地表沉降速率逐渐减缓，沉降曲线趋于稳定。后期沉降主要是土体的固结沉降和次固结沉降，一般沉降时间较长，但沉降量也相对较小。3、盾构掘进引起的地表沉降因素盾构掘进引起的地表沉降的因素有以下几个方面：开挖面土压不平衡引起的土体损失；盾构蛇行纠偏引起的土体损失；盾尾与衬砌环之间的空间未能及时充填引起的土体损失；注浆材料固结收缩；隧道渗漏水造成土体的排水固结；衬砌环变形和隧道纵向沉降；土体扰动后重新固结；其中前三项是施工直接影响的主要因素，施工中应引起足够重视。4、地表建筑物对地表变形适应能力评估根据对区间隧道上方建筑物综合情况的调查与评估，结合杭州以往的施工情况，本工程线路上方建筑物在地表发生20mm不均匀沉降时将可能产生倾斜或结构开裂。根据《建筑地基基础规范》各类建筑物的允许倾斜和沉降值列于表4。表4各类建筑物允许倾斜下沉值建筑物结构类型地基土类型(m)中低压缩性土高压缩性土砌体承重结构0.0020.003砖石墙填充边排桩0.0020.003框架结构0.0070.001不均匀沉降时不产生附加力的结构多层、高层0.0050.005建筑物基础：H＜24m0.0040.00424≤H＜600.0030.00360≤H＜1000.0020.002H≥1000.00150.0015高耸结构基础：H＜20m0.0080.00820≤H＜500.0060.00650≤H＜1000.0050.005100≤H＜1500.0040.004150≤H＜2000.0030.003200≤H＜2500.0020.002高耸结构基础沉降量(mm)H＜100m400100≤H＜200300200≤H＜250200注：在施工过程中，如遇有关部门对建筑物的沉降有特殊要求时，以其要求为准。5、地下管线对地表变形适应能力评估本合同段管线密布，管线种类多，管道构造各不相同，是盾构工程施工中保护的重点。采用“允许曲线率分析法”对长管（如采用焊接接头的煤气、上水管等）与接头管（即管线采用管节构造接头）管线对地层变形适应能力进行分析，两种管线的允许曲率半径可分别按以下两式进行计算：长管：[Rp]=Ep×d/2[σp]接头管：[Rp]=Lp×Dp/[△]其中：[Rp]：管道允许曲线半径Ep：管道的弹性模量d：管道直径[σp]：管道的允许应力Lp：管节长度Dp：管道外径[△]：管节接缝允许张开量上述两式较为关键的两个值分别为管道的允许应力和管节接缝允许张开量，它们可分别依据管线类别、材质和相关的规范确定。表5为不同类型管线的允许沉降值。表5各种管线的允许沉降值材料允许拉应力MPa弹性模量×104MPa【S】(mm)ⅡⅢⅣC7.50.0550.14582.9291.5442.24C150.0900.22086.1195.0743.87C250.1300.28091.74101.146.74C350.1603.31595.95105.9328.88C450.1900.335101.39111.9451.66C550.2100.355103.55114.3252.75水泥砂浆0.005～0.010.12327～3830～4214～20A3钢38～4720～21185～201204～22295～103灰口铸铁100～20011.5～16397～476438～526202～243注：①以C10砼弹模的70％取值。②在施工过程中，如遇有关部门对管线的沉降有特殊要求时，以其要求为准。6、地表变形控制标准根据国内外盾构施工经验，结合本合同段的具体周边环境情况，地表隆陷控制标准为：单点隆陷范围：＋10mm～－30mm；单次隆陷≤3mm。六、盾构穿越建（构）筑物施工方法1、施工前准备施工前对沿线盾构施工影响范围内的建（构）筑物和地下管线进行全面的调查，收集相关资料，列出需重点保护的对象名称及反映其所处里程、地面位置、类型、结构等详细参数的清单。按其沉降要求做全面的统计，并计算出沉降预警值、允许最大沉降量和不均匀沉降要求，为以后施工提供指导。针对需要重点保护建（构）筑物、管线，提前作出预案，并准备相应材料设备。2、施工过程控制(1)严格控制盾构正面土压力土仓中心土压力值根据埋深及土层情况设定，压力波动控制在±0.02Mpa，在施工过程中根据地表监测结果，结合模拟段施工时总结的最佳参数来确定盾构穿越建筑的土压值。安装在土仓内的土压传感器可以适时将刀盘前部的土压值显示在控制室屏幕上，盾构主司机根据地面监测信息的反馈及时更改、设定土压力。施工中土压力与出土量紧密联