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1、广州市轨道交通四号线大学城专线 【小新盾构区间】土建工程 盾构过新造海施工方案,中铁隧道集团有限公司 广州轨道交通四号线小新盾构项目经理部 二00四年七月,汇报内容,一、工程概况 二、施工重、难点 三、施工方案概述 四、施工方法及主要技术措施 五、异常情况处理预案 六、施工安全、质量保证措施和环境保护措施,一、工程概况,（一）盾构区间工程概况 1、工程位置广州市轨道交通四号线大学城专线【小谷围新造盾构区间】工程位于整条线路的最南部，线路从新造站北端的明挖始发井向北经过曾边村、新广公路、下穿510m宽新造海、新造北岸、练溪村，最后到达小谷围站南端的吊出井。,图11 【小新区间】工程位置图,2、主
2、要工程量,【小谷围新造盾构区间】工程主要由一个明挖始发井段、两个盾构隧道区段和一段矿山法隧道构成。明挖始发井段长81.7米；右线盾构隧道长1417.3m，中间风井马蹄形矿山法隧道扩大段长38m，矿山法圆形隧道长181m，采用盾构拼装管片通过；左线盾构隧道1598.3m，中间风井马蹄形矿山法隧道扩大段长38m。本标段工程的主要附属工程包括四个联络通道（一个与中间风井合建）、一个区间风井、一个废水泵房和八个洞门。,3、线路平纵断面设计概况,本标段区间隧道线间距为13.0m，隧道线路在平面上为直线。线路纵坡为“V”形坡，最大坡度为50，隧道覆土厚度在335m之间。,4、工程地质及水文地质,（1）工程
3、地质本区间所处地貌单元总体属珠江三角洲河网交错的冲积平原区，就其微地貌单元而言则属低台地地区，其间夹有新造海河床，局部分布有侵蚀堆积成因的台间谷地。本区间地形起伏稍大，地面高程为-9.5326.18m。风化基岩埋深较浅，表层分布有坡积土层，新造海河床及局部低洼地段分布有软土。,岩土的工程力学性质统计表,（2）水文地质,本区间含水地层主要为第四系砂层、和中风化混合岩，其中、层主要分布在新造海河床一带，分布不太广泛，厚度不大，但与地表水具有水力联系，故其涌水量较大。地层分布广泛，厚度较大，其渗透性及涌水量取决于裂隙的发育程度，根据抽水试验结果结合地区经验分析，该地层的涌水量具有明显的不均匀性。,地
4、层渗透系数表,（二）盾构过海段工程概况,小新盾构区间Z(Y)DK22+363Z (Y)DK22+874）段约510m穿越新造海，新造海段水压力大、隧道覆土厚度变化大、洞身范围内地层软硬不均、变化频繁，如何保证盾构机顺利穿越新造海段是本工程施工的重点和难点。,1、平纵断面设计,在平面上，隧道处于直线上，详见图11；在纵断面上，YDK22+864550段线路处于4.21的上坡上，YDK22+624.198475.802段处于半径为5000m半径的上转竖曲线上，YDK22+550363段处于33.9的上坡上，详见图12、13。,2、工程地质与水文地质,盾构隧道穿越水道的宽度约510m，一般水深515
5、.0m，最深17.1m，详勘探测发现河床底隧道最小覆土厚度约6.9m。,K1钻孔岩芯照片 （YDK22+760）,(1) 工程地质,新造海段隧道顶部覆盖土层较复杂，覆盖地层有 、地层，隧道洞身范围内主要为砂质粘性土5Z2、混合岩全风化6Z、混合岩强风化7Z、混合岩中风化8Z、混合岩微风化9Z地层，小新区间左右线新造海段地质情况详见图12、图13。新造海段工程地质具有如下特点：隧道洞身范围内地层软硬不均，变化频繁，且普遍上软下硬，在盾构掘进过程中应注意保护好刀盘刀具。隧道穿越的水道深度普遍较深，且深度变化快，在盾构施工过程中要注意防喷碴、涌水。 新造海段左右线地质情况统计见表11、表12所示。,
6、表11 【小新盾构区间】新造海段右线地层统计表,表12 【小新盾构区间】新造海段左线地层统计表,(2) 水文地质,在新造海段层中含水地层主要为第四系砂层、和中风化混合岩带，在新造海段、层分布不太广泛，厚度较薄，但与地下水体具水力联系，故其涌水量较大。地层分布广泛，厚度较大，虽然其渗透系数总体上较小，但其渗透性及涌水量取决于裂隙的发育程度。本段隧道各地层渗透系数见下表：,地层渗透系数(K)选用表,注： 地层渗透系数的选用原则为：以经验值、室内渗透试验结果和前期勘察类似地层抽水试验资料综合提供。,二、施工难点,（1）保证开挖面稳定，控制施工扰动引起的沉降，避免发生涌水、冒顶等灾害。 新造海段隧道顶
7、板上方覆土条件复杂，且水压力相对土压力更大，如何控制施工扰动、防止地表沉降、确保盾构施工质量、避免发生涌水等灾害是新造海段施工的一大难点。 （2）进行合理的刀具配置，设定合理的掘进参数，选择适当的换刀位置。 隧道范围内存在混合岩中、微风化硬岩地层，且软硬不均，盾构掘进过程中对刀具的磨损大，如何进行合理的刀具配置，防止刀盘前方形成泥饼或刀具发生非正常磨损；如何在掘进过程中设定合理的盾构掘进参数，保护好刀盘、刀具，减小刀具的磨损量；在新造海内一次性通过的可能性不大，要换一次刀，甚至两次（预备一次），当刀具磨损到一定程度时，需要在新造海内选择适当位置进行换刀作业，如何选择适当位置，采取哪种措施来保证
8、换刀工作的安全、快捷是本段盾构施工的一大难点。,三、施工方案概述,（一）盾构区间隧道施工总体筹划 盾构区间隧道采用盾构法施工，根据工程地质条件及合同工期的要求，本工程配置2台复合式土压平衡盾构机，1台为德国海瑞克公司生产，承担小新盾构区间右线的掘进施工任务；1台为日本小松公司生产，承担小新盾构区间左线的掘进施工任务。根据本工程的总体安排，本工程左右线两台盾构机掘进的总体筹划为：右线盾构2004年3月20日在盾构始发井下井组装，然后推进（包括盾构拼装管片通过暗挖段），于2005年2月19日到达小谷围盾构吊出井，于2005年3月1日从吊出井后拆卸离场；左线盾构2004年6月1日在盾构始发井下井组装
9、，然后掘进左线，于2005年3月24日到达小谷围吊出井后拆卸离场。,右线盾构始发 2004.5.27 左线盾构始发 2004.7.10,到达 过矿山法隧道 2004.11.11 开始掘进2005.1.6到达 过矿山法隧道 2005.12.23 开始掘进2005.1.13,右线盾构到达2005.2.19左线盾构到达2005.3.24,盾构始发井,中间风井,盾构吊出井,施工设计及施工组织： 盾构隧道采用管片拼装式衬砌，管片环宽1.5m，错缝拼装。管片接缝采用遇水膨胀橡胶密封垫防水。管片委托广州建筑机械施工公司制作和运输。为满足工程总体进度要求，共投入4套标准环管片模具、1套转弯环管片模具于2004
10、年3月28日正式开始管片生产，并采用蒸汽养护以提高管片质量、缩短模具周转周期。管片与围岩之间的环形间隙采用水泥砂浆同步注浆回填。,盾构隧道施工水平运输采用43Kg/m钢轨铺设单线、45T变频电机车牵引重载编组列车运输，每一掘进循环由两个列车编组完成运输作业。垂直运输由一台15T门吊下料(管片、轨线材料等)，两台45T门吊提升碴土与倾卸。碴土外运委托广州市有资质的散体运输公司完成。整个盾构施工过程坚持监控量测跟踪，实施信息化施工，以控制地层变形和确保施工安全。,小新盾构区间换刀计划,根据小新盾构区间工程地质情况和盾构施工特点，在小新盾构区间掘进施工过程中拟进行6次换刀： 1.DK23+123处，
11、盾构始发掘进196.9m后 2.DK22879处，在盾构进入新造海前 3.DK22630处，在新造海中部 4.DK22400处，距离新造海西岸37m处 5.DK22115处，风机房扩大段内 6.ZDK21900处，左线到达小谷围岛前。,（二）盾构过海施工方案概述,1、盾构过海施工步骤 根据新造海段工程地质、水文地质条件结合盾构施工的难点、特点，施工步骤如下： 地表加固 4#联络通道加固区内盾构机全面维修保养、刀具更换 进入新造海段掘进（252m） 新造海内DK22+630处带压进仓更换刀具 继续新造海段（230m） 新造海内DK22+400处带压进仓更换刀具 掘进通过新造海段，到达小谷围岛。
12、2、盾构过海施工计划3、设备配备,设备配备,详见施工方案中设备对比表,四、施工方法及主要技术措施,1.地表加固在盾构到达新造海前，有一个4联络通道，其里程为DK22882，在本区间隧道中，4联络通道是与泵房合建的。盾构机在进入新造海之前拟进行一次全面的换刀作业，以保证盾构在新造海段掘进施工的顺利进行。为确保盾构机进入新造海之前的开仓换刀工作的安全，同时也为保证4联络通道的施工安全，在4联络通道位置提前进行地表加固。,1.1 工程地质情况,为详细探明4联络通道位置的地质情况，我部进行了补充地质钻探，共布置了7个补充地质钻探孔。目前这些钻孔的取芯钻探工作已全部完成，根据取芯情况发现：本次补充地质钻
13、探的地质情况与详勘的地质情况基本吻合。但右线隧道范围内地层变好，详勘显示右线洞身范围内主要是混合岩强风化7Z地层，而本次补充钻探发现右线隧道洞身范围内大部分是微风化花岗岩，隧道上部有中风化地层，隧道顶部只有少量全、强风化地层。4联通道位置补充钻探地质情况详见附图41 4联通道补充钻探地质剖面图。,4联通道 补充钻探地质剖面图,1.2 加固方法,根据补充钻探的地质情况，采用压密注浆对地层进行加固。压密注浆钻孔分为A、B、C、D、E、F、G、H、I共9排，其中A1A24、B1B25、C1C4、D1D5、E1E4、F1F25、G1G24共111个孔为外围1000压密注浆孔，注浆浆液采用水泥、水玻璃双
14、液浆；H1H17、I1I17为内层1200压密注浆孔，注浆浆液采用单液浆，其钻孔布置见附图。压密注浆加固范围为：在隧道顶板以上6m到隧道底板以下2m范围内，深入微风化地层0.5m。外围注浆孔注浆浆液为水泥、水玻璃双液浆；内层注浆孔孔间距为1200mm，所用浆液为单液浆 。压密注浆钻孔布置图见图4-2,图42 4#联络通道 压密注浆钻孔布置图,2. 加固区内盾构机全面维修保养、刀具更换,盾构机掘进到达里程DK22882处停机进行开仓换刀作业的同时对盾构机进行全面的保养工作，保证过海安全。2.1维保工作 针对两台盾构机的进行有针对性的保养。,（1）对海瑞克盾构机保养部位主要是：,a主驱动系统： b
15、推进系统： c保压泵碴系统： d背衬注浆系统： e加泥系统： e聚合物系统: f人仓保压系统: g液压系统： h泡沫系统：,（2）针对小松盾构机保养部位主要是：,a主驱动系统： b推进系统： C背衬注浆系统： d加泥系统： e人仓保压系统: e液压系统： f泡沫系统：,2.2刀具更换,本次开仓换刀是盾构机进入新造海前最后一次换刀，换刀完成后盾构机将掘进259米到达DK22+630换刀位置，此区间掘进隧道范围内基本为全断面的强风化地层，局部夹有中风化地层，单轴抗压强度为16.540.5Mpa，为保证能顺利通过中风化地层到达DK22+630换刀位置，针对两台盾构机分别进行合理的换刀工作。,（1）针
16、对海瑞克盾构机：,本次更换的刀具全部用新刀，其刀具布置为：4把中心滚刀、31把单刃滚刀（其中边滚刀11把，正滚刀20把）、60把切刀、8把弧形刮刀和1把超挖刀。详见图4-3 海瑞克盾构机刀盘刀具布置图。,图43 海瑞克盾构机刀盘刀具布置图,（2）针对小松盾构机：,本次更换的刀具全部用新刀，其刀具布置为：20把正滚刀、8把双刃滚刀、106把切刀、36把刮刀、30把先行刀和4把边刀。详见图4-4 小松盾构机刀盘刀具布置图。,图4-4 小松盾构机刀盘刀具布置图,3. 进入新造海段掘进,盾构进入新造海掘进之前，首先对盾构到达4联通道前掘进的438m段的推力、土压力、注浆压力、注浆量、盾构机刀具对地层的适应性、刀具的磨损量等掘进施工参数进行认真的分析和总结，特别是对小松盾构机，通过分析、总结，掌握盾构机的各项性能指标和掘进施工参数，以指导盾构机在新造海内的掘进施工，保证盾构施工质量。本段在新造海内隧道上方覆土厚度变化大、水压力高、隧道范围内地层软硬不均，在新造海内的掘进施工时必须特别注意，掘进施工时采取以下措施：,
