盾构穿越高压天然气管道施工及保护方案.doc
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1、苏州轨道交通2号线延伸线01标尹中路站通达路站区间盾构穿越高压天然气管道施工及保护方案 中铁十一局集团苏州轨道交通2号线延伸线01标项目经理部二0一四年八月目 录1、工程概况11.1工程概况11.2工程地质与水文地质条件22、施工工期计划33、施工风险分析43.1地质风险43.2环境风险43.3自身风险44、盾构机施工情况及控制要点44.1盾构机概况44.2盾构控制要点54.2.1开挖面稳定控制54.2.2添加剂的使用管理64.2.3 壁后注浆控制和管理65、盾构下穿高压天然气管道施工技术措施75.1施工准备75.1.1现场踏勘及资料收集75.1.2 分阶段控制区划分75.1.3 建立联系网络
2、85.1.4 测量核准里程85.1.5 技术准备和设备管理85.2施工技术措施95.2.1施工过程中严格控制掘进土压力95.2.2盾构机壳外注浆减阻措施95.2.3严格控制出土量95.2.4严格控制盾尾同步注浆105.2.5严格控制二次补注浆105.2.6严格控制盾构掘进轴线105.2.7严格管片拼装质量的控制115.2.8控制合理的推进速度115.2.9高压天然气管道杂散电流防护126、监测方案136.1施工监测136.1.1监测项目设定及变形控制范围136.1.2测点布设136.1.3测量精度146.1.4监测仪器156.1.5数据处理156.1.6监测技术人员组成156.2信息化管理15
3、6.2.1 地面监测数据反馈156.2.2 盾构各类参数反馈156.2.3 数据分析167、应急预案167.1指导思想和原则167.2应急指挥机构167.2.1现场风险防范领导小组167.2.2信息报告和通讯联络177.3应急处理程序177.4应急措施177.4.1施工组织管理177.4.2盾构掘进187.4.3盾尾防渗措施187.4.4地面沉降控制187.4.5天然气管道事故应急措施197.5应急装备及通讯网络207.5.1 应急装备207.5.2 通讯网络207.6事故的处置207.6.1 处置方案207.6.2 紧急安全疏散207.6.3工程抢险抢修207.7社会支援217.7.1 人员
4、217.7.2 抢险设备和物资217.7.3 医疗、救护21II盾构穿越高压天然气管道施工及保护方案1、工程概况1.1工程概况本标段尹中路站通达路站区间里程DK27+924.641DK28+700.000,区间右线长775.641m,长链0.282m;左线长775.145m,短链0.214m。采用盾构法施工,设联络通道(与泵房合建)1处。隧道起于尹中路车站东端头,沿郭新西路向东穿越彩虹路、苏嘉杭高架桥、郭新河,最终在通达路站西端头接收进洞。盾构区间隧道为全断面圆形结构,管片内径5.5m,外径6.2m,环宽1.2m。盾构在里程左DK28+531和里程右DK28+536处下穿高压天然气管道,天然气
5、管道采用拖拉法施工,于2003年完工,结构形式为508mm,=7.9mm钢管,压力25kg。地面标高左线隧道中心正上方管底标高-5.612m,管道距左线隧道顶部5.258m;右线隧道中心正上方管底标高-6.450m,管道距左线隧道顶部4.258m。盾构隧道和高压天然气管道的关系详见下图。盾构隧道和高压天然气管道平面关系图盾构隧道和高压天然气管道剖面关系图1.2工程地质与水文地质条件 工程地质概况本区段里程所在土层自地表以下依次为人工填土层、1粘土层、2粉质粘土层、1粉质粘土层、2粉土夹粉砂、1粉质粘土层、2粉砂夹粉土1粉质粘土层。盾构主要穿越以1粉质粘土层、2粉土夹粉砂层为主。土层分布情况见右
6、图: 水文地质概况 地表水区间在里程右DK28+523处穿越郭新河,该河呈南北向,姜庄北面有一条东西向支流与其连通。线路穿越郭新河宽度约为26m,水深0.21.6m,平均淤泥厚0.35m。 潜水潜水主要赋存于浅部土层的孔隙中,其富水性受土性和厚度控制,根据详细勘察资料,工程场区潜水位埋深1.12.4m,标高0.411.77m。观测时间2012年2月12日2012年3月26日。 微承压水场区微承压水主要赋存于2粉土夹粉砂层中,微承压水含水层补来源主要为大气降水、地表水、上部潜水的垂直渗流,以民间取水及向周围河网的侧向径流为其主要的排泄方式。承压水层顶埋深11.7m,承压水位埋深4.5m,承压水位
7、标高-1.73m。观测时间2012年3月7日2012年3月13日。 承压水工程场区承压水主要赋存于2粉砂夹粉土层中,承压水补给来源为上部松散层渗入补给、微层压水与之联通补给、越流补给及地下径流排泄。承压水层顶埋深26.1m,承压水位埋深4.75m,承压水位标高-1.66m。观测时间2012年3月20日2012年3月26日。 地质条件评价 本工程区间地质属于软土地基,围岩分级为级,可挖性分级为级。 2粉土夹粉砂层透水性较强,且为承压含水层,在一定的动水压力作用下易产生流土、管涌等不良地质,可能导致盾构掘进面不稳定。 1层和1层粉质粘土工程性质一般,土体相对较弱,具有一定的触变性,在动力作用下,土
8、体结构较易破坏,使强度降低、变形增加,导致开挖面失稳。2、施工工期计划截至8月10日,尹通区间左线已推拼280环,左线502环穿越高压天然气管道,按目前掘进速度,预计8月30日左线首先穿越高压天然气管道;右线506环穿越高压天然气管道,尹通区间右线预计9月5日始发,10月25日右线将穿越高压天然气管道。3、施工风险分析3.1地质风险盾构穿越1层和1层粉质粘土层,土体相对软弱,具有一定的触变性,在动力作用下,土体结构较易破坏,2层粉土夹粉砂层,透水性较强,且为微承压含水层,在一定的动水压力作用下易产生流土、管涌等不良地质,可能导致盾构掘进面的不稳定。3.2环境风险高压天然气管道紧邻郭新河,河面宽
9、26m,河底距离隧道顶垂直距离8m,盾构穿越高压天然气管道时基本位于2层粉土夹粉砂层中,土体在动力作用下扰动后极易发生变形,引起高压天然气管道变形过大甚至开裂。3.3自身风险高压天然气管道直径为0.5m,与左线隧道最小垂直净距5.258m,与右线隧道最小垂直净距4.258m。盾构机在到达高压天然气管道前,如果土压力设置过大、出土量少,会对前方土体进行挤压,土压力升高,高压天然气管道原本四周平衡的受力状态就会发生变化,单侧局部荷载过大,管道会产生变形。反之土压力设置过小,就会产生局部超挖,盾构机前面土体坍方,管道四周受力平衡也会受到破坏,严重时可能危及高压天然气管道安全。如何保证隧道穿越时土体稳
10、定,管道不受破坏,是本工程施工控制的重点。4、盾构机施工情况及控制要点4.1盾构机概况本区间采用2台铁建重工ZTE6410mm土压平衡盾构机进行掘进施工。盾构推进时,碴土通过刀盘开口进入土仓,再经过螺旋输送机从土仓底部排出,由皮带输送机运送排入土箱,然后由土箱车送至地面。其工作原理见下图。土压平衡工作原理示意图盾构推进时,前端刀盘切削土层,切削下来的土体进入密封土仓,当土仓内的土体足够多时,可与开挖面上的土、水压力相平衡,使开挖面地层保持稳定。盾构设有螺旋输送机,由其将渣土排送到土箱,运至地面。螺旋输送机的排土口上装有滑动闸门或螺旋式漏斗,以控制出土量。在盾构掘进过程中向开挖面加压灌注水、粘土
11、膨润土、高浓度泥水、泥浆和泡沫等,同时靠刀盘和搅拌翼混合搅拌切削下来的土体,使之具有止水性、流动性。使得切削下来土体能够顺利排出,又能提供压力,与开挖面的水、土压保持平衡。由于土压平衡盾构机对推进时的土压力控制比较精准,所以推进时对周围环境的影响也非常小,完全适用于穿越软土的隧道施工。4.2盾构控制要点在穿越高压天然气管道施工中,盾构将对管道产生影响,盾构推进产生的推进力、侧摩阻力以及盾构推进后所引起的土体变形将影响管道受力状态,破坏管道整个受力体系,危及管道安全。有效地控制掘进参数是施工的关键控制点,做到以严谨的施工技术为依托、精心施工、精细管理。4.2.1开挖面稳定控制 沉降控制的关键之
12、一是开挖面的稳定控制。开挖面的控制是个系统控制过程,涉及水土压力、出土量、添加剂的使用等掘进参数的控制和优化,而掘进参数优化的基础又来源于施工过程中对沉降数据的分析、沉降规律的掌握、土压波动的控制程度和稳定程度的评估等。盾构施工作为一种动态的施工控制过程,在过高压天然气管道之前的50米的施工技术管理的成果对过高压天然气管道施工具有很大的指导作用,必须加强前期的施工技术管理。4.2.2添加剂的使用管理添加剂的合理使用是确保盾构顺利掘进、维持开挖面稳定、实现均衡连续盾构施工的关键。盾构机操作手和值班工程师在盾构机掘进时,随时观察和分析扭矩、推力、土压及波动、螺旋输送机排出土的状态(即塑流性),对水
13、泡沫的加入方式、部位、加入量、参数设置等进行调节和控制,并始终让刀盘及螺旋输送机工作油压保持正常的数值。根据该段区域的实际情况,盾构穿越的是粉质粘土、粉土夹粉砂区域,粉质粘土、粉土和粉砂自身具有较高的细颗粒含量,加入适当的泡沫可以使土体的塑流性得到较大的改善,保证掘进的正常进行,使得盾构前方土压保持稳定,较好的控制地面的隆陷。在泡沫的使用方面除了达到机械及物理改良之外,另外一个重要的作用是作为软保压的介质,以实现全断面的压力平衡,这也是在软土地层及临时停机期间重要的维持开挖面稳定的措施。在泡沫参数设定方面,盾构操作手应密切注意实际出土状况,土压变化,刀盘及螺旋机的工作状况来及时调整泡沫流量、
14、溶液配比和发泡倍率等参数。泡沫加入不足时,排土困难,还容易在刀盘中心形成泥饼;泡沫加入过多,对土压维持不利。所以要根据过高压天然气管道之前的50米段积累这方面的施工参数,确定一个最佳的泡沫添加参数值。4.2.3 壁后注浆控制和管理为了确保浆液能及时填充管片壁后形成的空隙,并保证充填度和压力,需采取同步注浆为主,辅以二次注浆的措施,并合理确定注浆的点位、时机、压力和量。同时根据掌握的反馈信息及时调整浆液的配比,使浆液的配比更科学、更合理。为保证浆液的质量,要对制备浆液的原材料进行严格控制,要定期测定浆液的坍落度、粘性、离析率、凝结时间、抗压强度等。在掘进过程中有可能有盾尾密封刷漏浆而造成实际注浆
15、量不够的情况,所以在掘进过程中,如果发现有漏浆情况,应及时停止掘进,手动开启盾尾油脂注入系统,盾尾停止漏浆后再掘进。为了确保注浆的效果能达到过高压天然气管道的要求,在过高压天然气管道之前的50米施工中,要总结积累注浆压力和注浆量的参数,并根据监测来控制注浆量和注浆参数,以便确保过高压天然气管道的安全。5、盾构下穿高压天然气管道施工技术措施5.1施工准备5.1.1现场踏勘及资料收集穿越施工前约20天,通过勘探部门的现场勘探工作,掌握现场的工况条件。目前高压天然气管道已投入运营,因此施工前需协同业主与苏州天然气管网股份有限公司联系,加强沟通,将穿越风险降低到最小程度。5.1.2 分阶段控制区划分根
16、据盾构穿越高压天然气管道的工况特点,将盾构穿越分为3个阶段,分别为盾构穿越前试推进阶段(A区),盾构穿越阶段(特区)和盾构穿越后阶段(B区)。5.1.2.1 盾构穿越前试推进阶段设定50米为推进试验段,将盾构切口到达高压天然气管道前45环5环作为盾构穿越试推进段。在这段范围掘进中结合地面沉降监测情况主要收集盾构推进参数,主要印证和优化土压力、推进速度、加泥加泡沫量、同步注浆压力;二次注浆采用惰性浆液,试验段印证和优化注浆压力及注浆量等,在进入穿越区以前确定最优的施工参数。5.1.2.2 盾构穿越阶段把盾构切口到达管道前5环开始设为穿越段开始,直至盾尾脱出管道范围5环后共计约20环定为穿越段。该
17、控制区段施工时,主要根据穿越试推进段总结的推进参数和施工数据来指导盾构的推进施工。在这个阶段主要任务是控制盾构的施工参数,包括控制推进速度、正面土压力、同步注浆流量、同步注浆压力等主要施工参数。此外,每隔3环在管片的不同点位安装2个球阀,保证可随时二次补浆。确保穿越过程中高压天然气管道的安全。5.1.2.3 盾构穿越后阶段盾尾脱出高压天然气管道范围后6环20环定为盾构穿越后阶段,共15环,掘进长度18米。由于盾构穿越后,地面存在一定程度的后期沉降,会对高压天然气管道造成影响。必须在穿越区域的隧道内准备充足的补压浆材料以及设备,根据沉降监测情况进行后期补压浆。5.1.3 建立联系网络与苏州天然气
18、管网股份有限公司建立联系,便于施工中的监测和突发事件的应急处理。同时,在施工中互通信息,保证盾构施工和高压天然气管道的顺利运营。5.1.4 测量核准里程在盾构穿越施工前,再次复核测量盾构机里程,确认盾构与天然气管道的相对位置,同时明确盾构穿越时各个部位的位置,以便采取相应的技术措施。5.1.5 技术准备和设备管理为确保盾构顺利穿越,在盾构穿越前,对所有施工人员进行技术交底和安全交底。使每一个参加施工的工作人员清楚了解盾构隧道与高压天然气管道的相对位置,以及盾构穿越流程。在盾构机操作室张贴相关技术交底、盾构穿越流程及重点控制措施。此外,使施工人员了解相关的应急预案,及发生突发事件的简单处理方法,
19、便于争取时间。设备管理上,穿越前,仔细对设备进行一次检查和保养,特别是盾构机,认真检修存在的问题,保证在良好的工况条件下进行穿越施工。同时,仔细检查盾构机的同步注浆设备和管路,并保证二次注浆设备的正常。对行车、电机车、补压浆和拌浆设备等进行彻底检修清理,排除故障隐患,保证穿越期间设备正常运转,避免由于设备上的原因导致施工停顿,影响整个施工质量控制。5.2施工技术措施5.2.1施工过程中严格控制掘进土压力穿越高压天然气管道土压升高或降低对构筑物都是不利的,容易造成管道的隆起和沉降,所以在掘进过程中要严格保持掘进面的土压稳定,在穿越高压天然气管道控制掘进土压为200220 KPa。保证土仓内的土压
20、力,控制盾构掘进开挖引起的沉降。5.2.2盾构机壳外注浆减阻措施盾构推进过程中,在一般情况下正常推进即可,在穿越高压天然气管道路段为减小盾构机壳和周围土体的摩擦力,减小盾构机壳对土体的扰动,减小后期土体的固结沉降,在本段采取向机壳外注高浓度膨润土浆,使盾构机壳和土体之间保持润滑。具体设备如下:高浓度膨润土浆搅拌机:0.6m3;膨润土浆压送泵;浆液输送临时管路; 浆液搅拌操作临时台车。5.2.3严格控制出土量盾构每环的掘进长度为1.2m,掘进每环的原状土计算量为39.07m3。根据我公司实际盾构施工经验和本段的土质情况,考虑按扩大1.25倍计算,即每环需运输土方量为48.83 m3。在盾构出土时
21、严格控制出土量,在每个土斗标注刻度,使每环出土量均在控制范围内,严禁多出土。5.2.4严格控制盾尾同步注浆在盾构常规段施工,我单位采用注入消石灰+中细砂+粉煤灰的准厚浆作为同步注浆浆液,在盾构穿越高压天然气管道期间,为加快浆液的凝固时间同步注浆改为掺加水泥的准厚浆,缩短浆液凝固时间,尽最大程度减少由于浆液凝固时间造成的沉降和浆液损失。在盾构常规段同步注浆采用注浆量控制即可满足地面沉降要求,在穿越高压天然气管道段同步注浆时采用双控措施,以注浆压力控制为主,注浆量控制为辅,确保浆液的饱满。在穿越高压天然气管道段,为确保盾尾密封良好,保证同步注浆效果,选用进口盾尾密封油脂,油脂加入量增加1倍,保证不
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