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1、杭州地铁1号线 过江隧道施工技术,建设单位:杭州市地铁集团有限公司 设计单位:上海市隧道交通设计研究院 监理单位:上海建通工程建设有限公司 施工单位:上海隧道工程股份有限公司盾构工程分公司,杭州地铁1号线滨江站富春路站区间隧道,上海隧道工程股份有限公司盾构工程分公司 2011年10月 汇报人:吴惠明,目 录,杭州地铁1号线滨江站富春路站区间隧道穿越钱塘江全地下区间(1340m).工程含左、右线2条隧道,左线隧道长2946m,右线隧道长2956m,共5902m。区间隧道平面最小转弯半径为400m,最大纵坡为28,隧道中心埋深为9.428.1m。区间设江南风井、江北风井各1座,旁通道2座(其中1座
2、含泵房)。区间隧道外径6.2m,内径5.5m,管片厚度为0.35m,环宽1.2m,采用错缝拼装。,工程简介,1340米,工程地质情况,盾构穿越江中段时穿越的主要地层为:5层粉砂夹砂质粉土、7层砂质粉土、3层淤泥质粉质粘土、1层淤泥质粉质粘土、 2层淤泥质粉质粘土、 1a层粉质粘土、1b层含砂粉质粘土、2层细砂、4层圆砾层。过江段隧道顶部距离300年一遇的河床冲刷线距离为3.54.5m。,工程地质情况,区间隧道断面内圆砾层范围约200米,侵入隧道断面最大深度为1.2米左右。,工程地质情况,图为补勘取样卵石实照,右图为在补勘时,从(12)4圆砾层中取出的 卵石,其卵石最大尺寸达9cm4cm。,有毒
3、有害气体,江南岸,沼气在地层分布图,有毒有害气体,根据业主最新提供的由浙江省地矿勘察院施工的 杭州地铁1号线滨江站富春路站区间地下有害气体特性研究报告(江南风井段、钱塘江过江隧道段),其结论如下:,滨江站江南岸: (1)滨江站富春路站区间江南风井段地下气体主要成份为甲烷,其体积约占90.4%92.8%;其次为氮气,约占5.31% 7.67%,二氧化碳约占1.53% 1.92%,还有一些微量的一氧化碳; (2)从滨盛路至钱塘江边的K6+500 K6+900里程范围内分布着压力大小不一的有害气体。一部份在里程K6+564附近小范围分布,另一部分沿南北方向呈长条状分布,与地铁隧道线交汇于江南风井位置
4、; (3)江南风井段地下气体以囊状形式存在,主要赋存在3层粉细砂层,含气层顶板埋深在地面以下26 27m处;含气层底板埋深在地面以下28 30m处; (4)江南风井段2层淤泥质粉质粘土层为气源层, 3层粉细砂层为主要储气层; (5)K6+564附近气体分布范围较小,中心最大气压0.38MPa,而长条状气带分布范围较广,进一步向江中延伸,中心最大气压0.4Mpa; (6)实测得出江南风井段地下有害气体最大流量为26.8m3/h。,陆地上勘察沼气喷射照片,有毒有害气体,有毒有害气体,过江隧道段: (1)过江隧道地下气体主要成份为甲烷,其体积约占91.6%94.6%;其次为氮气,约占1.9% 5.7
5、%,二氧化碳约占2.58% 3.44%,还有一些微量的一氧化碳; (2)过江隧道地铁盾构线自江南岸至主航道均存在有害气体,主航道至江北岸不存在有害气体; (3)过江隧道地下气体以囊状形式存在,主要赋存于细砂及圆砾层上部,含气层顶板埋深在地面以下21 23m处;含气层底板埋深在地面以下24 28m处.含气层沿隧道结构线长度540m; (4)过江隧道的2层淤泥质粉质粘土层为气源层,(12)2层细砂层为主要储气层; (5)钱塘江靠近南岸位置处气体压力较大,最大气压约0.220.39MPa,并沿结构线向北岸逐渐减小; (6)过江隧道地下有害气体最大流量为48.85m3/h,约为江南段沼气压力的2倍。,
6、有毒有害气体,江面勘察沼气喷射照片,水文情况,地下水分布情况表,水文情况,区土层渗透系数成果表,根据有毒有害气体勘察报告,过江段靠江南岸一侧富含沼气,长度约540m,沼气压力最大达0.4Mpa,流量达48.85m3/h,施工风险较大,需采取提前释放沼气及相关针对性措施。,过江江段盾构刚进入钱塘江就将穿越近200米的圆砾层,且圆砾层最大侵入深度约1.2米。上半部为粉质粘土,中部为砂层和砂性土,下部为圆砾层,地质情况比较复杂,再加上最大2.6kg的高承压水,施工风险较大,需采取针对性措施。,1#、2#联络通道均位于地质条件复杂的钱塘江底,受沼气、高承压水、卵石、砂性土等的影响,冻结孔成孔、冻结、开
7、挖等施工过程中风险巨大,需采取有效措施最大程度控制风险。,双线隧道共需4次穿越钱塘江南岸与北岸大堤,其中南岸大堤为土坝式结构,北岸大堤为重力式结构。施工中对于隧道的轴线以及江堤沉降的控制要求较高,需采取一定措施确保江堤安全。,盾构穿越富含沼气层,沼气是多种气体的混合物,一般含甲烷5070%,其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等。本区间沼气内甲烷含量达90%以上。 引起沼气爆炸的三个条件: (1)达到爆炸浓度(5%15%); (2)含氧量20% ;(3)燃点 。,当沼气在隧道内积聚到一定浓度后,并在一定条件下会产生以下危害: 作业人员呼吸困难,严重的 会中毒和窒息; 在特定条件下,会产生爆炸,
8、导致施工机械设备的破坏、作业人员群死群伤事故; 严重时可能对成型隧道产生破坏,将影响整条隧道的安全。,沼气防治措施:一、前期释放;二、隧道施工防治,盾构穿越富含沼气层,1、沼气释放,释放区域确定 根据排放施工特点及顺序,将气体排放分成三个施工区域: 陆上部分(里程K6+500K6+900); 水上施工船可施工部分(里程K6+990K7+445); 南岸江堤抛石部分(里程K6+900K6+990)。,盾构穿越富含沼气层,1、沼气释放,沼气释放试验段施工(陆地),放气孔布置在地铁结构线两侧,每一侧由内向外各布置三排放气孔,最近一排距离结构线8米,各孔间距20米,放气孔总体呈梅花形布置,共布置28个
9、放气孔。,盾构穿越富含沼气层,1、沼气释放,沼气释放孔间距确定实验,同时施工1, 3号孔,充分释放后再施工2号孔,查看是否仍存在气体,以检验70m孔间距施工效果。,方式2,同时施工8, 13号孔,充分释放后在中间再开一个孔,查看是否仍存在气体,以检验50m孔间距施工效果。,同时施工4, 14号孔,充分释放后再施工6号孔,查看是否仍存在气体,以检验40m孔间距施工效果。,同时施工9, 11号孔,充分释放后在中间再开一个孔,查看是否仍存在气体,以检验20m孔间距施工效果。,方式1,方式3,方式4,盾构穿越富含沼气层,1、沼气释放,单孔释放施工步骤,盾构穿越富含沼气层,1、沼气释放,江中段沼气释放,
10、江中段排放孔间距为10m,最终孔间距和释放方法参照陆上试验结果与周围孔释放压力。,盾构穿越富含沼气层,1、沼气释放,江中段沼气释放,考虑到沼气极大的破坏性,为预防沼气层在K7+445江北岸范围内存在,对江中段进行补充勘察,在补勘段仍发现局部有大量沼气积聚,后对沼气积聚区域进行加密布孔释放;大大降低了后续的盾构施工及2#联络通道的施工降低了施工风险。,盾构穿越富含沼气层,2、隧道通风,隧道内通风方式采用压入式风机与抽出式风机(防爆风机)相结合的混合式通风。,抽出式风机采用独立电源线和防爆开关。,盾构穿越富含沼气层,3、隧道内沼气监测,注:若施工人员重新进入施工现场,必须经检测人员检测,隧道沼气浓
11、度小于0.25时,方可恢复施工。,监测标准,盾构穿越富含沼气层,3、隧道内沼气监测,监测设备及其布置,固定式自动报警装置:在盾构机及车架上共设置8处监测点; 手持式监测装置:在隧道施工面及成形隧道内再配置1台手持式有害气体监测仪器(可监测沼气、一氧化碳、硫化氢和氧气的浓度),3台手持式沼气监测仪器。,盾构穿越富含沼气层,4、隧道内施工管理,施工前制定有害气体段施工的规章制度,和报警警戒线,监测人员按监测要求进行监测; 严禁吸烟;动用明火必须经项目部审批同意,在安全员通过手持式沼气监测仪明确隧道内沼气含量小于0.25以下方可进行,且动火时安全员必须旁站监测; 隧道内压入式通风设备应24小时开启,
12、一旦沼气含量达到警戒区域时,应增开启吸出式风机,进一步加强通风; 现场合理配备足够的灭火设施; 组织进行沼气警报应急演练。,盾构穿越复杂地层,过江隧道穿越该复杂地层,再加上过江段高承压水影响,易产生盾构轴线偏移、螺旋机喷涌、盾尾渗漏、刀具磨损等施工风险。,盾构穿越复杂地层,过江段盾构刚进入钱塘江将穿越近200米的圆砾层,且圆砾层最大侵入深度约1.2米。上半部为含砂粉质粘土层和砂性土,断面土体软硬不均;,1、盾构机针对性设计,盾构穿越复杂地层,刀具检测装置,刀盘刀具改制:针对卵石层、砂性土层,增大盾构机开口率。开口率由原来的30%扩大到约40%; 配有2套刀具磨损检测装置; 刀具数量进行调整。切
13、削刀70把,含弧面切削刀12把,中心刀1把,贝壳刀52把,撕裂刀25把(增加了15把),周边刀35把(增加了23把)。,1、盾构机针对性设计,盾构穿越复杂地层,螺旋机改制:针对卵石层、承压水,1)直径达800mm的大直径叶片螺旋机 2)螺旋机壳体上设有2个加泥加水口。 3)设置2道液压控制闸门 4)在螺旋机上部预留应急孔法兰与螺旋机间增设球阀,法兰盘上外接保压泵 5)螺旋机内壁和叶片均采取了耐磨处理,1、盾构机针对性设计,盾构穿越复杂地层,加泥加水口设计:针对卵石层、砂性土层,加泥加水口,加泥加水口,螺旋机加泥加水装置,刀盘加泥加水装置,1、盾构机针对性设计,盾构穿越复杂地层,盾尾密封:针对高
14、承压水,本工程盾构机盾尾密封设计参照海峡隧道的盾尾设计。为三道盾尾密封,呈钝角形。采用焊接式钢丝密封刷二道和钢板刷一道,钢板刷的设置是提高刚性,使密封刷不易折断,更好的保证密封性能,盾尾密封装置结构图,2、土体改良,盾构穿越复杂地层,选用优质的纳基膨润土,膨胀倍数30; 配置有效的膨润土浆液;浆液应提前拌制,使得膨润土得以充分融合和膨胀。,1 m3浆液配比,3、盾尾密封控制,盾构穿越复杂地层,盾尾油脂的选用:过江段选用优质进口品牌-康耐特盾尾油脂; 盾尾优质压注量:,V=SH=6.21.20.0015m=0.0351m3 W=v=0.03511.13= 0.039640kg,盾尾优质压注系统,
15、采用盾尾油脂自动压注系统,采取压力控制与压注量控制相结合的方式,确保盾尾油脂均匀、足量压注。,江中段最深处及承压水水头最大处,实际盾尾油脂压注压注量应比理论压注量大。,4、新型防水材料,盾构穿越复杂地层,5、推进控制,盾构穿越复杂地层,土压力设定,考虑到盾构覆土较深,且断面内砂性土较多,故推进平衡压力不宜偏高。,一般全断面砂土侧向系数选择0.50.65;淤泥土地层取0.750.85;穿越重要建筑物可再适当调整;且土压力设定不得低于承压水最低水压。,推进速度,圆砾层岩性强度很高,快速掘进易造成正面砾石层挤压、密实,加大刀盘刀具的磨损;,盾构断面内上下土层软硬不均,快速掘进易使轴线偏离设计轴线;
16、推进速度一般可设在23cm/min。,注浆量,本区段施工时,应适当增加同步注浆量,注浆量可增加到150200;并根据江底监测情况,及时进行二次补压浆。,盾构掘进速度应结合螺旋机开口量,控制出土量,形成大进口小出口的螺旋机内局部挤压效果,避免了砂性土混合体在承压水作用下,从螺旋机突发喷涌;,6、勘探孔喷涌预防,盾构穿越复杂地层,对勘探孔所在位置和里程逐一标注,并进行进行交底; 该段掘进时应适当提高土压力,并加快掘进速度,同时加大同步注浆量和盾尾油脂压注量; 拼装管片时,必须关闭螺旋机闸门;,出现螺旋机喷涌应关闭螺旋机,采取闭胸掘进30cm50cm后,在逐步开启螺旋机。(非卵石层),钱塘江南岸大堤
17、结构形式为土坝式,穿越南岸大堤段盾构中心覆土高度为22.428.1m。江堤内侧钢筋砼套井高5m,混凝土标号C30,桩底标高为约1.8m,距隧道顶面最近约17m。穿越江堤处的地层为3淤泥质粉质粘土,2淤泥质粉质粘土,1a粉质粘土,1b含砂粉质粘土。,南岸大堤,盾构穿越钱塘江大堤,北岸大堤,盾构穿越钱塘江大堤,钱塘江北岸大堤结构形式为重力式,穿越北岸大堤段盾构中心覆土高度为13.620.6m。穿越江堤处的地层为7粉砂夹淤泥质粉质粘土,1淤泥质粉质粘土。,盾构穿越钱塘江大堤,1.设置试验段,2台盾构机在江南风井始发后150m210m 穿越南岸大堤,因施工工艺关系,盾构出洞初始阶段为各种施工参数设计及
18、优化阶段,故在江南风井始发后100m150m作为盾构穿越钱塘江大堤的试验段,为后续穿越大堤时土压力设定、推进速度、同步注浆量、出土量、盾尾油脂压注、轴线控制、沉降控制等参数的控制提供参考。,盾构穿越钱塘江大堤,2.施工参数控制,盾构推出江堤的前后,覆土厚度有一个突变,因此,应该先确定江堤的里程,在盾构切口过江堤后及时调整设定土压力,减少对土体的扰动。 盾构推进速度以2cm/min左右为宜,以尽量减少土体扰动,保证大堤安全; 同步注浆采用新型同步注浆浆液,4点压注,压力设定值比外界水压高出0.050.1MPa,浆量为理论建筑空隙的150250%; 每环理论出土量为37.86m3 ,盾构推进出土量
19、控制在98100之间; 盾构纠偏一次纠偏量最大不超过5mm,做到勤纠、少纠。,盾构穿越钱塘江大堤,3.施工监测,在沿隧道轴线上纵向距离江堤50米范围内每6米(5环)布设一个沉降监测点; 沿堤线方向4排,堤塘内坡坡脚、砼挡墙顶面、塘外平台、堤外护坦顶面处各布设一条横向监测断面 ,每排共25个测点,以隧道中心线设原点开始,距中心线15m范围内间距3m,1550m范围内间距6m。,南岸大堤监测点布置,北岸大堤监测点布置,盾构穿越钱塘江大堤,4、二次补压浆,为增强二次注浆效果,控制大堤沉降,在左、右线隧道盾构穿越钱塘江南、北两岸大堤段各50环范围内的管片上增开注浆孔,每环增加10个注浆孔。,根据监测数
20、据情况,当沉降监测数值超过3mm时,将及时采用双液浆进行二次注浆作业。,盾构穿越钱塘江大堤,5.施工管理,合理安排施工计划,尽量避开汛期穿越堤塘施工,减小工程风险; 制定详细的技术交底,确保交底落实到每个施工人员; 24小时不间断连续、均衡施工 将强现场动态信息化管理,确保盾构工作面与中央控制室的不中断联络; 在施工现场准备充足的施工材料及应急物资,另外盾构设备的配件仓库24小时值班,保证常用零配件及时供应; 每天上午召开工程碰头会,对施工情况进行分析,商定具体施工措施,并布置当天施工任务。,施工风险,江中联络通道施工,沼气防爆预防措施。 卵石层、砂性土中钻孔施工时喷涌及漏砂。 卵石、砂性土中
21、冻结孔成孔偏斜超标。 卵石层、砂性土中开挖时冻结壁发展不均匀。,本区间1#、2#联络通道位于地质条件复杂钱塘江底,在该区域施工风险巨大。风险如下:,1#联络通道,江中联络通道施工,1#联络通道(含泵房)冻结孔钻孔所处土层主要为:2淤泥质粉质粘土、2淤泥质粉质粘土、 1a粉质粘土、2粉砂、 4圆砾。,1#联络通道(含泵房)开挖所处土层主要为:2淤泥质粉质粘土、 1a粉质粘土、2粉砂。,地质情况,江中联络通道施工,地质情况,1#联络通道,2#联络通道冻结孔钻孔所处地层为3淤泥质粉质粘土、2淤泥质粉质粘土、1a粉质粘土、1b粉质粘土。,2#联络通道开挖处地层为3淤泥质粉质粘土、2淤泥质粉质粘土、1a
22、粉质粘土。,江中联络通道施工,1.沼气释放加密布孔,1#联络通道附近局部增设释放孔。,2#联络通道处气压较大,孔间距由20m调整至间距10m ,气压较大处进行再次补孔,孔间距为5m。,江中联络通道施工,2.土体改良,土体改良方法:管片上吊装孔在左右线隧道底部进行注浆施工; 浆液类型:双液浆; 土体改良范围:联络通道前17环后17环; 注浆工艺:采用孔口密封装置,每次外拔注浆管长度为50cm,注浆压力大于0.4MPa。,江中联络通道施工,2.土体改良,土体改良前,喷涌,透孔施工,土体改良后,江中联络通道施工,1、 灌 胶,2、 植 筋,3、 抗 拔,4、 结 果,3、冻结孔孔口管试验,江中联络通
23、道施工,4、冻结管成孔工艺选择,从成孔施工安全考虑,优先采用夯管法。若由于卵石原因无法夯管到位,再改用钻孔法。最终,所以冻结孔都通过夯管法成孔。,(1)防护门开启状态,(2)分组演练,(3)防护门关闭状态,(4)充气保压,5、应急防护与演练,江中联络通道施工,6、冻结与开挖控制,江中联络通道施工,积极冻结,钢管片接缝焊接,预应力支撑安装,通道开挖并临时支护,安装防护门,防水层铺设,集水井开挖与临时支护,地层跟踪注浆,通道结构层施工,集水井防水层铺设护,集水井结构层,探孔检验,打开洞口钢管片,冻结过程控制: 盐水密度:12601265kg/m3 ; 积极冻结7天盐水温度降至-20以下,积极冻结15天盐水温度降至-24以下; 单孔盐水流量5m3/h ; 盐水液位须进行观察并做好相应的记录。,开挖过程控制: 开挖步距宜与临时支撑间距一致,特殊情况下最大不超800mm ; 开挖断面单侧超挖不大于30mm,开挖中心线偏差不大于20mm ; 结壁暴露时间不大于24小时; 在联络通道开挖过程中整体结构未施工完成之前,不打开隧道对侧钢管片,保证整个开挖过程中防护门有效性。,谢 谢!,
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