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1、精选优质文档-倾情为你奉上天津地铁6号线工程土建施工第8合同段北宁公园站天津北站站区间下穿京津高铁、天津北站铁路施工总结中铁六局集团有限公司天津地铁6号线工程土建施工第8合同段项目经理部2015年6月5日目录专心-专注-专业第一章 工程概况1.1工程概况1.1.1工程规模北宁公园站北站站盾构区间左线里程：左线里程左DK10+886.821左DK12+044.265，长链36.020m，区间长1193.464m；右线里程DK10+886.821DK12+041.286，长链34.131m，区间长1188.596m。1.1.2结构形式隧道衬砌为钢筋混凝土管片，管片采用3+2+1模式组合，错缝拼装。
2、管片宽1500mm，厚350mm，衬砌外径6200mm，内径5500mm。钢筋混凝土管片设计强度为C50，抗渗等级为P10。1.1.3隧道平、纵断面设计本区间出北宁公园站后向东走行，下穿京津城际铁路、天津北站铁路，至北站站，线间距1315m,埋深2123.7m。区间平面由半径为800m、缓和曲线及直线构成，立面上为V形坡，坡度为0.2%、2.6166%下坡和0.3%、2.61%、0.2%上坡，在DK11+442.410设联络通道、泵站。1.2工程地理位置本工程为6号线第8合同段的北宁公园站北站站盾构隧道区间，位于天津市河北区。沿线地形起伏变化，地面情况复杂，盾构隧道先后穿天津北站售票厅、天津北
3、站股道、京津城际铁路桥、东纵快速通道、天津铁路分局第一招待所、桂顺斋、中山饭店。本标段地理位置如图2-1所示。图1-1 北宁公园站北站站区间平面示意图1.3盾构下穿铁路股道及京津高铁工程概况1.3.1天津北站站场多股道概况区间隧道下穿天津北站站场内多股铁路线路（共8条线路），其中2、3、5、7、8为到发线，1、4、6为正线。1道为京沪津山联络线正线。4、6道为津山线正线， 2、3、5、7、8允许速度45km/h,1、4、6正线允许速度70km/h。线路全为混凝土轨枕（经确认站内道岔已经拆除，轨枕已经更改为混凝土轨枕），均为碎石道床，接触网供电，地面分布有接触网杆、信号灯等设备，地铁线路与铁路线
4、路夹角约70.1376.07度。既有线主要参数如表1-1所示。表1-1 北站股道主要参数类别项目内容备注平面位置交点位置描述：北站立交桥北侧，天津北站站内所在设计区间：天津北站天津北站铁路股道为多股铁路线路，共计八股道，其中2,3,5,7,8为到发线，1,4,6为正线。1号正线为京沪津山联络线。4,6号正线为津山线交点设计里程：津山联络线与地铁右线交点对应于津山线k135+144.68，与地铁左线交点对应于k135+163.08；津山线与地铁右线交点于津山k135+153.415，与地铁左线交点于津山k135+171.385；到发线与地铁右线交点对应于津山k135+159.39，与地铁左线交点
5、对应于津山k135+173.56影响范围里程：京沪津山联络线影响范围里程为：对应于津山线k135+112.88（与地铁右线交点）k135+194.8（与地铁左线交点）；津山线影响范围里程为：于津山k135+121.44（与地铁右线交点）k135+201.81（与地铁左线交点)；到发线影响范围里程为：对应于津山k135+128.85（与地铁右线交点）k135+206.53（与地铁左线交点）线路信息固定时速：共计八股道， 2,3,5,7,8限速45km/h，1,4,6正线限速70km/h运营时速：/轨底标高：3.9-4.1m线路描述：本段线路为普速线路，均为地面线，碎石道床，下穿点位为多股铁路线路
6、（共8条线路），平行布置既有设备：接触网杆、信号机、雨棚柱、轨道、站台、房屋、站舍等地下管线：电缆、光缆施工前进一步核实1.3.2京津城际铁路概况本区间穿越京津城际铁路为高架桥段，北京南至天津站区间，天津北站区段落。铁路设计时速350km/h， CRTSII型板式无砟轨道，钢筋混凝土道床，无缝线路。既有线主要参数如表1-2所示。表1-2 京津城际主要参数类别项目内容备注平面位置交点位置描述：北站立交桥北侧高架段所在设计区间：北京南天津交点运营里程：JJK113+996.015（与地铁右线线路中心线交点）京津城际铁路目前运营中JJK114+009.150（与地铁左线线路中心线交点）线路信息固定时
7、速：300350km/h运营时速：-轨底标高：23.293m（JJK113+996.015）为运营里程施工图设计标高23.28m（JJK114+009.150）线路描述：本段线路为高铁线路高架段，CRTS型板式无砟轨道，钢筋混凝土道床，无缝线路。接触网供电，下穿点位为双线（五道岔），平行布置，线路平面为直线，纵断面为1下坡既有设备：接触网杆（钢立柱网杆）1处，计2根地下管线：电缆、光缆施工前进一步核实区间盾构侧穿高架段93号桥墩，两侧均为70m跨度双线连续箱梁，承台下设置1516颗灌注桩，桩径1.5m，桩长67（92号墩为60）m。盾构隧道距桩基最小水平净距为2.23m，地铁线路与铁路线路夹角
8、约76.7878.07度。本段落京津城际在设计时已考虑到后期盾构通过的影响，为盾构通过预留了条件：考虑盾构推进时桩基侧摩阻力损失，桩长由原设计50m60m，加长至67m，确保盾构推进过程中城际桥墩桩基稳定性满足要求。1.3.3地铁区间与铁路相互关系区间于天津北站铁路股道里程K135+153.415K135+171.385处，下穿天津北站铁路股道，下穿股道段区间长约60m。区间于城际里程JJK113+996.015 JJK114+009.15处，侧穿京津城际高架桥桩基，盾构隧道与桩基最小水平净距约2.23m，下穿京津城际段区间长15m。地铁区间与既有线相对位置关系见表1-3。表1-3 区间隧道与
9、京津城际交叉明细表既有线盾构隧道相对位置既有线名称交点里程轨底标高左线轨面右线轨面覆土交角既有线轨面（线路中心线）（m）（m）（m）（m）（度）至地铁轨面京津城际JJK113+996.015JJK114+009.1523.293-24.5592176.7848.02823.28-24.5592178.0748.015天津北站铁路股道K135+153.415K135+171.385-23.776-23.7762223.770.1376.07盾构穿越京津城际、天津北站铁路平面图详见图1-2；盾构下穿天津北站铁路多股道剖面图详见图1-3；区间盾构隧道与京津城际桥墩桩基相对关系平面图详见图1-4；盾构
10、侧穿京津城际桩基剖面图详见图1-5；图1-2盾构穿越京津城际、天津北站铁路平面图图1-3 盾构下穿天津北站铁路多股道剖面图图1-4 区间盾构隧道与京津城际桥墩桩基相对关系平面图图1-5 盾构侧穿京津城际桩基剖面图1.4下穿铁路段工程地质与水文地质1.4.1工程地质隧道洞身影响范围内地层主要为第四系全新统中组海相沉积层（Q4(2)m）、第四系全新统下组沼泽相沉积层（Q4(1)h）、第四系全新统下组陆相冲积层（Q4(1)al）、第四系上更新统第五组陆相冲积层（Q3(e)al）及第四系上更新统第四组滨海相、潮汐带沉积层（Q3(d)mc），岩性主要为粘性土、粉土及粉砂。工程地质条件评价：地表普遍分布人
11、工填土层（Qml），土质不均，结构松散，工程性质差。新近冲积层（Q4(3N)al）由软塑可塑状粘性土组成，工程性质较差。第四系全新统上组陆相冲积层（Q4(3)al）岩性为软塑可塑状粉质粘土及稍密中密状粉土组成，工程性质尚可。第四系全新统中组海相沉积层（Q4(2)m）由软塑流塑状粉质粘土、稍密中密状态粉土组成，工程性质较差。第四系全新统下组陆相冲积层上部为沼泽相沉积层（Q4(1)h），主要为软塑可塑状态粉质粘土，该层厚度较小，工程性质较差；下部为河床河漫滩相沉积层（Q4(1)al），主要为可塑状态粉质粘土及密实状粉土、粉砂组成，该层土土质较好。第四系上更新统五组陆相冲积层（Q3(e)al）由可塑
12、状态粉质粘土及密实状态粉土、粉砂组成，工程性质较好。第四系上更新统第四组滨海潮汐带沉积层（Q3(d)mc）由可塑状态粉质粘土组成，工程性质较好。总体上，场地内土质较均匀、分布较稳定，属较稳定场地，适宜地铁工程建设。但上部地层工程地质条件总体上较差。1.4.2水文地质根据地基土的岩性分层、室内渗透试验结果，场地埋深50.00m以上可划分为3个含水层：（1）潜水含水层主要指人工填土（Qml）、新近冲积层（Q4(3N)al）、上组陆相冲积层（Q4(3)al）及海相沉积层（Q4(2)m），视为潜水含水层。含水介质颗粒较细，水力坡度小，地下水径流十分缓慢。排泄方式主要有蒸发、人工开采和向下部承压水、地表
13、水体渗透。沼泽相沉积层（Q4(1)h）粉质粘土（）及下组陆相冲积层（Q4(1)al）粉质粘土（1）属不透水微透水层，可视为潜水含水层与其下承压含水层的相对隔水层。（2）第一承压含水层下组陆相冲积层粉土（2）及第五组陆相冲积层粉土、粉砂（2）透水性好，为承压含水层。第四组滨海潮汐带沉积层粉质粘土（1）及第三组陆相冲积层粉质粘土（1）透水性较差，可视为承压含水层隔水底板。（3）第二承压含水层下组陆相冲积层粉砂（2-2）及第五组陆相冲积层粉砂（2-2）透水性好，为承压含水层。第四组滨海潮汐带沉积层粉质粘土（1）及第三组陆相冲积层粉质粘土（1）透水性较差，可视为承压含水层隔水底板。第三组陆相冲积层粉土
14、（2）透水性好，为承压含水层。其下粉质粘土（3）为承压含水层的隔水底板。本场地地下潜水在干湿交替的情况下，对混凝土结构具有微腐蚀性，在无干湿交替的情况下，对混凝土结构具有微腐蚀性；按地层渗透性判定，本场地地下潜水对混凝土结构具有微腐蚀性；本场地地下潜水在长期浸水的情况下，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性，在干湿交替的情况下，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性。第一承压水对混凝土结构具有中等腐蚀性，腐蚀介质为SO4(2-)；按地层渗透性判定,本场地承压水对混凝土结构具有微腐蚀性；本场地承压水对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。1.4.3穿越铁路地段所处地层隧道覆土约2223.7米，区间由
15、天津北站站始发至下穿通过铁路范围内，隧道洞身主要穿越为1层粉质粘土、1层粉质粘土、2层粉土，详见表1-4。表1-4 下穿铁路范围地层地质特征地层编号岩性名称层厚（m）隧道穿越厚度（m）隧道拱顶以上厚度（m）地质特征1层粉质粘土2.17.05.15.21.81.9呈黄褐色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。局部夹粉土、粘土透镜体1层粉质粘土2.511.00.12.5/呈黄褐色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。局部夹粉土、粘土透镜体2层粉土、粉砂15.002.5/呈黄褐色，呈灰色，可塑状态，无层理，含铁质，属中（偏低）压缩性土。局部夹粘土透镜体1.5盾构区间穿越施工对铁路的影响及控制
16、标准区间下穿北站站多股线路段落为碎石道床线路，根据铁路轨道工程施工质量验收标准（TB 10413-2003 /J284-2004）、铁路路基设计规范（TB10001-2005）、铁路线路修理规则（铁运【2006】146号）相关要求，结合既有设计施工经验，既有铁路路基、轨道控制指标参考数值见表1-5。表1-5北站站多股线路参考控制值监测项目累计值（mm）变化速率（mm/d）检验方法路基沉降（碎石道床）正线：102监测道岔：9线路坡度-监测轨道高低4-10m弦量轨向4-10m弦量（直线）扭曲（基长6.25m）4-万能道尺测量轨距正线：-26-万能道尺测量道岔：-23水平4-万能道尺测量对于京津城际
17、，根据高速铁路轨道工程施工质量验收标准（TB 10754-2010）、京津城际铁路技术管理暂行办法（铁科技【2008】99号）等相关要求，结合既有设计施工经验，既有铁路路基、轨道、桥梁桩基控制指标参考数值见表1-6、表1-7。表1-6京津城际线路参考控制值监测项目累计值（mm）变化速率（mm/d）检验方法路基沉降+01监测-6线路坡度-监测轨道高低2-10m弦量轨向2-10m弦量（直线）扭曲（基长6.25m）2-万能道尺测量轨距-11-万能道尺测量水平4-万能道尺测量表1-7 京津城际桥梁桩基参考控制值监测项目累计值（mm）变化速率（mm/d）桥梁墩台水平位移61相邻墩台差异沉降连续梁：6-桥
18、梁裂缝0.2mm连续3天持续发展同时区间下穿段存在数根接触网杆，区间施工亦对网杆产生影响，为确保接触网的正常使用，其控制标准：根据铁路电力牵引供电设计规范（TB10009-2005）第5.1.5条规定，接触线工作支悬挂点高度发生变化时，其倾斜率不宜大于2，确有困难时不宜大于4；根据电力牵引供电工程施工质量验收标准（TB104212003）第5.4.5条中有关规定，混凝土支柱及软横跨柱的轴线应分别垂直于线路中心和车站正线，允许倾斜偏差不大于3度。根据铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准（TB10421-2003）第5.19.2条中规定：接触线悬挂高度允许施工偏差不应大于30mm。1.6数值模拟由
19、于土体自身力学的复杂性以及施工对周边环境影响的多面性，导致采用常规手段难以合理的把握区间施工期间对既有国铁的影响，因此，特针对盾构区间下穿高铁、国铁站场进行分析。数值计算采用PLAXIS软件，它可以模拟岩土或其他材料的力学行为。PLAXIS将计算区域划分为若干三角形单元,每个单元在给定的边界条件下遵循指定的线性或非线性本构关系，如果单元应力使得材料屈服或产生塑性流动，则单元网格及结构可以随着材料的变形而变形。1.6.1盾构区间下穿北站站国铁线路模拟分析计算模型在满足精度的前提下建立简化模型，见图1-6。图1-6盾构穿越天津北站铁路计算模型 计算参数土体采用Mohr-Coloumb模型，采用15
20、节点三角形单元模拟，参数按地勘资料选取。隧道衬砌按弹性模型，采用梁单元模拟，材料参数按C50混凝土取用。荷载模型中除自重外，还有地面列车活载。列车活载采用特种活载模式，见图1-7。图1-7 ZK荷载模式 轨道荷载为P54.4kN/m，活载为Q250/1.6156.25kN/m分布宽度为3.4m，因此地面压力为q（PQ）/3.461.95kPa。边界两侧采用水平约束，底部采用竖向约束。施工模拟A全断面开挖土体；B开挖完毕后，根据应力释放的情况适时施作管片。计算分析结果表明，盾构穿越施工地层损失率为2时，盾构隧道未采取措施时地表最大沉降8.7mm；采取洞内二次深孔加强注浆后地表最大沉降3.4mm，
21、小于沉降变形控制值10mm。图1-8 地表沉降位移图（未采取措施）图1-9地表沉降位移图（采取洞内二次深孔加强注浆）结论表1-7盾构下穿北站铁路多股道计算结果统计表项目无措施采取洞内深孔注浆控制值线路沉降（mm）-8.7-3.4-1经过模拟计算，盾构隧道施工在采取洞内二次深孔加强注浆后，其对天津北站铁路股道的影响在容许范围内。1.6.2盾构区间侧穿京津城际桩基模拟分析计算模型在满足精度的前提下建立简化模型，见图1-10。图1-10盾构穿越京津城际铁路桥桩基计算模型 计算参数土体采用Mohr-Coloumb模型，采用15节点三角形单元模拟，参数按地勘资料选取。隧道衬砌及桥梁均按弹性模型，采用梁单
22、元模拟。隧道衬砌材料参数按C50混凝土取用，桥梁及其桩基按其混凝土标号选取参数。荷载模型中除自重外，还有地面列车活载。列车活载采用特种活载模式，见图1-11。图1-11 ZK载荷模式 轨道荷载为P54.4kN/m，活载为Q250/1.6156.25kN/m分布宽度为3.4m，所以地面压力为q（PQ）/3.461.95kPa 。边界两侧采用水平约束，底部采用竖向约束。施工模拟A全断面开挖土体；B开挖完毕后，根据应力释放的情况适时施作管片。计算分析计算结果表明，盾构穿越施工地层损失率为2时，盾构隧道未采取措施时京津城际铁路桥桩基最大沉降3.2mm，最大水平位移2.5mm；采取洞内二次深孔加强注浆后
23、京津城际铁路桥桩基最大沉降1.6mm，最大水平位移1.5mm。图1-12桩基沉降及水平位移图（无措施）图1-13桩基沉降及水平位移图（洞内二次深孔加强注浆）（7）结论表1-8构侧穿京津城际桩基计算结果统计表项目无措施采取洞内深孔注浆控制值净距1.9m2.23m1.9m2.23m/桩基沉降（mm）-3.6-3.2-1.81.6m差异沉降：-6桩基水平位移（mm）2.82.51.71.5水平位移：6经过模拟计算，盾构隧道施工在采取洞内二次深孔加强注浆后，其对京津城际铁路桥桩基的影响在容许范围内。第二章 试验段施工要点本工程施工中，为确保盾构下穿铁路安全，将穿越铁路站房前左线36m,右线28.5m定
24、为穿越铁路施工掘进试验段。盾构区间试验段设计里程范围为：左线：DK12+045.765DK12+009.765，环数：第26环49环右线：DK12+042.786DK11+014.286，环数：第26环44环试验段的施工主要需要达到以下目的：（1）验证施工参数试验段施工一大重要目的为验证施工前制定的各项掘进参数，通过对井下掘进参数及地面沉降监测进行系统分析，确定制定的掘进参数能否满足沉降控制要求，及时调整不合适的参数，确保盾构进入铁路前掘进参数达到最优。（2）总结地表沉降规律盾构掘进沉降一般可分为三个大的阶段，在试验段掘进过程中，需要详细的分析个阶段沉降值与掘进参数的关系，通过有针对性的调整掘
25、进参数，确保地表沉降得到有效的控制。特别注意本工程为双线相继通过铁路，两条线间隔时间为15天，由于二次扰动问题，两条线沉降规律并不相同，在掘进参数控制相同的情况下，后穿越的一条线相对前面穿越的一条线沉降值略大，因此后面穿越的一条线各项参数控制及采取的措施控制更为严格。（3）控制好盾构轴线盾构掘进中的纠偏会增大土体的扰动，盾构进入铁路前，即试验段掘进中，必须将盾构姿态调整到最佳，确保盾构下穿铁路期间不进行纠偏。（4）总结注浆施工注浆压力对地面变形的影响，在避免地面下沉的前提下严防地面隆起。（5）调整盾构机的性能试验段阶段磨合好盾构机的各项性能，同时加强盾构机的维保，降低盾构下穿铁路期间设备故障率
26、。第三章 盾构机适应性分析及改造3.1盾构机选型（1）盾构机性能要求1）径向注浆功能、自动测量导向系统。2）盾构机为被动铰接的必须自带紧急密封装置。3）盾构机配备有害气体监测报警系统。4）管片拼装能力满足1500mm的管片要求。5）配备泡沫、膨润土或粘土等添加剂注入机构。6）设备具有可靠的、灵敏的土压平衡调节能力，保证开挖面的稳定，与周围的水土压力平衡，控制地表、建筑物及铁路等沉降符合规范要求。7）控制系统具有自动及手动控制模式，能自动控制推进力、刀盘扭矩、推进速度、土仓压力、螺旋输送机、出闸门开度等参数。8）配备同步注浆系统，且为内置。9）配备地质、障碍物超前探测装置。10）刀盘设计和刀具布
27、置适应天津地质条件正常掘进要求，螺旋输送机能保证输送正常出土允许的最大异物，具有防喷涌功能和对飘石、砾石的处理能力。3.2盾构机性能盾构机主要参数与实际工程特点对比表：表3-1 盾构主要参数项目工程特点海瑞克土压平衡盾构机最小转弯半径最小曲线半径800m最小曲线半径250m最大坡度最大纵坡26.8最大纵坡35适应地层4层粉质粘土；层粉质粘土；1层粉质粘土；2层粉土；1层粉质粘土；2层粉土淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、细砂、粉砂覆土厚度12.425.8m535m管片参数管片外径6.2m，内径5.5m管片外径6.2m，内径5.5m 1）刀盘及主驱动辐条面板式刀盘，6根辐条，中间支撑方式。开口率40%
28、，外形尺寸6420mm1340mm，刀盘重量50t。在刀盘辐条、面板及到圈梁前后端面和外表面堆焊了耐磨层，提高了刀盘的耐磨性能。刀盘设计主要以软土刀具为主，具体配置为：中心刀1把，边刮刀24把，切刀106把，先行撕裂刀36把，周边刀10把，仿行刀1把。图3-1 刀盘结构示意图 刀盘在三个不同的半径上分别布有4个搅拌棒，刀盘转动时，它们与前盾胸板上的4个被动叫板一起对土仓中的土体进行强制搅拌，是注入在开挖面上或土仓中的添加材料（泡沫、膨润土、水）与切削下来的土体进行充分的搅拌，提高土体的塑性、流动性。主驱动配置的主轴承直径3000mm，有效使用寿命10000小时。刀盘由8台75kw的电机驱动，额
29、定扭矩4900kNm，脱困扭矩5500kNm，可以满足在软土层中掘进。2）推进系统根据管片的分布，采用32根油缸双缸分布，考虑掘进调向可操作性，将油缸分成四组，通过调整每组油缸的不同推进速度来对盾构进行纠偏和调向，总推力42000kN。推进油缸行程为2200mm。满足安装1.5米管片的能力。3）同步注浆及盾尾油脂尾盾内所有注浆及油脂管路都采用内嵌式布置，注浆管共42跟，其中正常使用4根，备用4根。油脂管数量8根，各4根通向两个尾刷密封室。4）螺旋机系统采用轴式叶片螺旋输送机，螺旋外径700mm，最大扭矩192kNm，最高转速22rpm，最大通过粒径520260mm，出渣能力290m3/h，前端
30、土仓内设置一道闸门，出渣口设置一道闸门，伸缩行程1000mm，且伸缩行程可调。出渣闸门设有断电自动紧急关闭功能。同时螺旋机在设计中考虑到防喷涌，在螺旋机轴中间设置一段无叶片，在掘进中形成土塞能有效防喷涌。3.2盾构机改造3.2.1刀盘中心清洗系统改造本工程盾构过铁路期间穿越地层主要为粉质粘土，掘进过程中为控制地表沉降，土压力控制较高，这种情况下刀盘极易结泥饼。刀盘中心区域刀具运行轨迹最短，且中心区域由于无法安装搅拌棒，为泥饼发生的主要区域，本工程盾构始发前，考虑到该问题，将盾构刀盘上泡沫管路进行改造，使一路泡沫对刀盘中心区域进行冲洗，降低刀盘结泥饼的概率。图3-2 刀盘冲洗系统改造示意图3.2
31、.2二次注浆系统改造通过对同步注浆系统进行改造，使其具有补浆功能，特别是对天津地区地层尤为使用，本工程盾构区间地层主要为粉质粘土，透水性较差，同步注浆浆液能够较好的控制前期沉降，在下穿铁路期间，同步注浆量一般控制在7m3以上，本工程穿越铁路距离较长，若长期使盾尾刷处于高负荷状态，可能会导致盾尾刷发生漏浆情况，本工程通过对同步注浆系统进行改造，在掘进中同步注浆量控制在66.5m3左右，掘进完成后立即使用该系统在盾尾后23环进行壁后补浆，保证管片壁后建筑孔隙填充饱满。图3-3注浆设备改造示意图第四章 盾构下穿北站股道及京津城际掘进参数控制天津北站铁路股道及京津城际铁路桥作为区间重大风险源，对地表沉
32、降要求极为严格，且本工程左右线先后下穿铁路，使盾构掘进对地层的扰动进一步加大，如何使盾构掘进对地层的扰动尽量小是本次下穿铁路施工的重点，通过对试验段及本次下穿铁路施工进行分析，掘进参数的控制可以总结为“匀速、连续、均衡、饱满”。“匀速”为下穿铁路期间，掘进速度保持在设定范围内，不要发生忽快忽慢的情况。“连续”为施工期间加强设备及施工工序管理，确保盾构机能连续掘进，尽量避免盾构发生停机。“均衡”为各项掘进参数保持稳定，掘进中“掘进速度-刀盘扭矩-土压力”保持一个动态的平衡状态，任何一项参数不要发生突变。“饱满”为壁后注浆、二次注浆及深孔注浆的注浆量保证足够，注浆时间需及时，保证管片脱出盾尾后的建
33、筑孔隙能饱满及时的被填充。4.1土压的控制（1）土压力设定在穿越铁路过程中，根据不同地段选择不同的土压平衡模式，掘进过程中始终保证土仓压力与作业面水土压力的动态平衡。理论计算公式为：PkH ：土体的容重，取19kN/m3H：隧道埋深，取22m+3.1m=25.1m；23.7m+3.1m=26.7mk：土的侧向静止平衡压力系数0.55代入公式得土仓压力： 0.25MPa0.27MPa；根据理论计算及试验段施工地质情况等，在盾构穿越过程中，根据地面监测报表反馈的信息及时进行土仓压力P值调整，调整范围在0.250.27MPa之间。（2）土压力控制根据埋深的变化，本工程在掘进过程中将土压力控制在0.2
34、50.27MPa间，停机阶段为保证掌子面稳定，土压力设定略高，控制在0.280.3MPa之间。4.2推进速度及推力设定掘进速度及推力的选定以保持土仓压力为目的，根据施工的实际情况确定并调整掘进速度及推力。本工程段盾构掘进速度为一般为2030mm/min。掘进速度太慢对土体扰动较大且不利于出渣量的控制，速度过快不利于掌子面的稳定，且易造成土仓压力的不稳定性变化，故应选取适当的速度保证土仓压力和出土的平衡。当然在保证速度的同时推力也应适中，过大的推力会导致管片的变形，隧道轴线产生偏差，降低液压、电气设备的使用寿命；过小的推力会使盾构机的回转角变化快，不利于盾构姿态的控制，同样不利于管片质量的控制。
35、掘进过程中推力以不超过18000kN为宜。4.3掘进方向的控制盾构机操作手通过合理调整各分区千斤顶的压力、铰接油缸压力及刀盘转向来调整盾构机的姿态,具体操作原则如下:1) 盾构机转角可以通过改变刀盘旋转方向调节，调节应当及时。2) 盾构机竖直方向(高程) 的控制原则：一般情况下,盾构机的竖向轴线偏差应控制在20mm 以内,倾角偏差应控制在3mmPm以内；特殊情况下,倾角偏差亦不宜超过6mmPm,否则会引起盾尾间隙过小和管片的错台破裂等问题；开挖面土体比较均质或软硬差别不大时,应保证盾构机与设计轴线平行；开挖面岩土上软下硬时,为防止机头偏上,可适当增大顶部千斤顶的推力；操作盾构机时,还应注意上部
36、千斤顶和下部千斤顶的行程差不能过大,一般宜保持在20mm内,特殊情况下不宜超过40mm,否则说明盾构机竖直方向调整过急；合理利用铰接千斤顶,使盾构姿态与设计线路更加吻合。3) 盾构机水平方向( 平面) 的控制原则：一般情况下盾构机的水平偏差可控制在20mm 以内,水平偏角可控制在3mmPm 以内,否则盾构机急转引起盾尾间隙过小和管片错台破裂等问题；当开挖面内的地层左右软硬不均时,盾构机的方向控制将比较困难,此时可降低掘进速度,合理调节各分区千斤顶压力,必要时可将水平偏差角放宽到10mmPm,以加大盾构机的调向力度；合理利用铰接千斤顶,使盾构姿态与设计线路更加吻合。4) 盾构掘进过程中必须精心操
37、作，避免大幅度的轴线纠偏动作。4.4以平衡的推力、速度、扭矩控制掘进为尽量降低盾构掘进对地层的扰动，本工程采取各技术参数平衡法掘进，始终以平衡的推力、速度、扭矩掘进，避免其中的一个或者两个参数突出性异常。而当地层发生变化时，也要尽量控制掘进速度保持稳定，适当的调整推力及刀盘扭矩。4.5出土量的控制土压平衡盾构用于城市地下隧道修建时，为了控制地表沉降，减小地表变形，一个重要的因素就是要保持密封土舱内的进土量和出土量相互匹配。螺旋输送机是土压平衡盾构的排土设备，在土压平衡盾构施工过程中，需要通过调节螺旋输送机的转速来控制出土量，使得盾构进土量与出土量始终保持动态平衡，从而使得盾构开挖面处于稳定状态
38、。在施工中，由于盾构开挖土层往往不是均一地层，不同土体自身性质不同，致使松散系数也不同，因此盾构开挖过程中，需要根据实际情况实时调整螺旋输送机的转速来控制出土量。出土量过大，会导致盾构开挖面地层损失过大而坍塌或者引起地表沉降过大；出土量过小，则会使土舱内压力迅速增大，会导致开挖面上方地表隆起。本工程在施工中严格按理论出土量出土，每环出土量偏差不超过1m3。每环理论出土量：/4D2L=3.146.421.5/4=48.5m3其中：D盾构外径（m） L管片长度（m）实际出土量按照理论出土量的98%进行控制在47 m3。4.6同步注浆的注浆量和压力的控制根据设计要求，考虑盾构施工地层中以粉土、粉质粘
39、土为主地层的渗透系数较大，取较高系数，实际注浆量取值为理论方量的200%250%，即6.27.8m3/环。在本工程的实际施工中，根据地表沉降情况分析，每环注浆量控制在7.5m3左右地表沉降能够得到有效的控制。同步注浆浆液的主要物理力学性能应满足下列指标：胶凝时间：一般为310h，根据地层条件和掘进速度，通过现场试验加入促凝剂及变更配比来调整胶凝时间。对于穿越铁路群地段需要利用注浆提高早期强度，可通过现场试验进一步调整配比和加入早强剂，进一步缩短胶凝时间，本工程中一般控制在6h左右。固结体强度:1天不小于0.2MPa，28天不小于3.0MPa。浆液结石率:95%，即固结收缩率5%。浆液稠度:91
40、1cm，对每一环的浆液稠度用稠度检测仪进行检测，保证稠度复合要求。浆液稳定性:倾析率（静置沉淀后上浮水体积与总体积之比）小于5%。同步注浆的数量按照盾尾间隙的200%250%进行控制，安排专人进行同步注浆量和浆液拌合质量的监督工作，并做好计量记录以备查验。第五章 盾构下穿北站股道及京津城际铁路沉降控制措施5.1盾构掘进沉降机理隧道施工引发地表沉降主要是由于施工引起的地层损失和施工扰动土体及地下水流失导致的土体固结所引起造成的。隧道开挖造成地层损失，周围土体在弥补地层损失的过程中发生地层移动，引起地表沉降。隧道施工扰动土体、造成地下水流失，破坏原始水土平衡，引起周围土体内部孔隙水压力的变化，使地
41、层发生排水固结引起地表沉降，而且土体的蠕变也可能导致地表发生一定的沉降。因此，无论采取何种隧道施工方法，都将不可避免地引起或多或少的地表沉降。盾构隧道掘进产生的沉降也主要由上述两方面原因引起，由于隧道掘进不可避免地会造成地层扰动，地层的排水固结及蠕变的发生无法得到很好的避免，因此这方面原因造成的地面沉降只能通过控制得到缓解，却无法避免。工程中隧道沉降的控制主要是通过优化掘进参数及采取各种措施使隧道开挖过程中，尽量减少地层的损失，使地层沉降达到控制要求。以上两种地层沉降的原因都可以归结为盾构掘进对地层的扰动。盾构掘进中的土体扰动既包括盾构前端的开挖面扰动，也包括盾壳对周围土体的扰动，以及管片脱离
42、盾尾以后施工引起的扰动。根据扰动时间将上述扰动分别定义为初次扰动、二次扰动及三次扰动(图4-1)，表5-1给出了各类扰动的位置以及产生扰动的原因。图5-1盾构对地层扰动示意图表5-1 沉降机理分析扰动类型扰动位置扰动原因初次扰动开挖面前方及附近位置施工振动、土仓压力、法向挤压效应、竖向摩擦效应、环向摩擦效应等二次扰动盾壳周围土体克服刀盘转动扭矩的环向摩擦、推进时的轴向摩擦、开挖通道与盾壳间的间隙等三次扰动刚脱离盾尾的管片周围及同步注浆影响范围内的土体盾尾建筑间隙、同步注浆及二次注浆等结合上述的盾构机对地层的扰动情况，地表的沉降可分为三个阶段，分表为盾构到达前沉降、盾构通过过程中沉降和盾构通过后
43、沉降，其中第二阶段盾构通过过程中沉降又可细分为刀盘通过时沉降和盾体通过时沉降，第三阶段盾构通过后沉降可分为管片脱出盾尾后沉降及后续沉降，如图4-2所示。图5-2盾构掘进沉降机理图5.2盾构掘进中沉降控制措施在试验段掘进过程中，对盾构掘进产生的沉降进行分解，具体为刀盘通过阶段沉降，盾体通过阶段沉降和管片脱出后沉降，而地表监测以每一个监测断面在盾构机通过的不同阶段为节点进行测量，详细分析出三个阶段的沉降值与掘进参数的关系，之后有目的性的进行调整参数及各项措施，确保地表沉降得到有效控制。5.2.1刀盘到达前沉降控制措施造成刀盘到达前沉降主要原因是由于土舱内土压力控制过低，造成地层中土体向土舱内移动，
44、从而造成地表沉降。按挡土结构的位移方向、大小及土体所处的三种平衡状态，土压力可分为静止土压力Eo，主动土压力Ea和被动土压力Ep三种。理论情况下，盾构掘进时土压力设定最小值不能小于主动土压力Ea，最大值不能大于被动土压力值Ep，为尽量减少刀盘到达前地层沉降值，掘进过程中最好将土压力范围设置在EoEp之间，同时需注意盾构机停机时，土压力不能小于Ea。根据公式，土压力理论控制值为0.250.27MPa，掘进过程中土压力保持在该范围内刀盘通过阶段沉降能够得到有效控制。5.2.2盾体通过阶段沉降控制措施盾构机在设计时为保证盾体能够顺利前行，盾体一般为锥形设计，即刀盘到盾尾直径是逐渐减小的，因此在刀盘切
45、削后，盾体通过时，盾体周围会有一段空腔，如图4-3所示，在地层自稳性较差时，盾体周边土体会发生收敛，照成地表沉降。图5-2 盾体周边间隙示意图本工程选用海瑞克盾构机，刀盘设计直径为6420mm，前盾直径为6410mm，刀盘较盾体直径大约10mm左右，为减少该阶段沉降，应尽量缩短盾体通过时间，因此需保证盾构能连续掘进，防止盾构机发生不必要的停机。而当盾构机应特殊原因在过铁路期间停机时，可通过盾构机盾体上的添加剂注入口向盾体周边注入粘稠的膨润土，以填充盾体周边的孔隙，减小盾体通过阶段的沉降。5.2.3盾尾脱出后沉降控制措施盾尾与管片脱离后，管片与土体间会出现11cm建筑孔隙，掘进过程中盾尾同步注浆管