过江段隧道施工专项方案(讨论稿)3-161.doc

杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 1 页 目目 录录 1 1、工程概况、工程概况 1 1 1.11.1 工程简介工程简介.1 1.21.2 区间隧道过江段工程地质区间隧道过江段工程地质.1 1.2.1 隧道穿越地层 .1 1.2.2 隧道断面内圆砾层分布情况 .4 1.2.3 过江段承压水文情况 .6 1.31.3 有害气体（沼气）分布情况有害气体（沼气）分布情况.8 1.3.1 原区间内沼气情况的描述 .8 1.3.2 最新区间内沼气情况的描述 .8 2 2、过江段隧道掘进施工主要施工难点、过江段隧道掘进施工主要施工难点 1010 2.12.1 盾构穿越段富含沼气盾构穿越段富含沼气10 2.22.2 圆砾层隧道掘进施工圆砾层隧道掘进施工10 2.32.3 承压水段承压水段10 2.42.4 盾构长距离穿越钱塘江盾构长距离穿越钱塘江10 3 3、过江段盾构掘进施工主要技术措施、过江段盾构掘进施工主要技术措施 1010 3.13.1 盾构机选型盾构机选型10 3.1.1 刀盘、刀具 11 3.1.2 盾尾密封12 3.1.3 沼气检测装置12 3.1.4 螺旋机12 3.1.5 同步注浆系统12 3.23.2 沼气段地面（含江中）处理要求及隧道掘进施工技术沼气段地面（含江中）处理要求及隧道掘进施工技术13 3.2.1 沼气段地面（含江中）处理要求 13 3.2.2 沼气段隧道掘进施工技术 14 3.23.2 圆砾层段施工技术圆砾层段施工技术15 3.33.3 承压水及钱塘江潮汐影响下的过江隧道施工技术承压水及钱塘江潮汐影响下的过江隧道施工技术16 3.43.4 盾构长距离穿越钱塘江盾构长距离穿越钱塘江17 3.4.1 防止切口冒顶措施 18 3.4.2 防止盾尾漏泥、漏水措施 18 3.4.3 防止隧道上浮及保持纵向稳定的对策 19 4 4应急预案应急预案 1919 4.14.1 技术组织措施技术组织措施19 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 2 页 4.24.2 材料的配备材料的配备20 4.34.3 机械设备配备机械设备配备20 4.4 应急指挥机构及分工20 4.54.5 人员联系方式人员联系方式20 4.64.6 应急汇报制度应急汇报制度21 5 5施工设计轴线调整建议施工设计轴线调整建议 2 21919 5.15.1 调整理由调整理由21 5.25.2 调整依据调整依据23 5.35.3 调整后对施工的影响调整后对施工的影响23 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 1 页 1、工程概况、工程概况 1.1 工程简介工程简介 滨江站富春路站区间为杭州地铁 1 号线工程穿越钱塘江全地下区间，里程范围 为 K5880.274K8835.859，区间左线总长为 2.946km，区间右线总长为 2.956km。 在里程 K6750 和 K8351.9 处设风井 2 座，在 K7220 和 K7810 处设 2 座联络通 道，其中 K7220 处联络通道兼排水泵站。 本区间隧道始于滨江站（江南大道江陵路路口） ，沿江陵路向西北方向前行，过 舟枫路、滨盛路、规化支路，至江南风井进洞，随后盾构机江南风井出洞继续向西北 推进，过闻涛路，穿越南岸江堤和钱塘江，过江后穿越北岸江堤和之江路，再推进至 江北风井进洞，盾构机在江北风井出洞后继续向西北沿婺江路推进至富春路站进洞， 整条隧道完成。 江南风井位于江陵路闻涛路路口，江北风井位于之江路婺江路路口，区间隧 道采用 2 台盾构机先后从滨江站始发，穿越江南、江北风井后抵达富春路站。 盾构从里程 K6+913.3K8+255.0 之间将穿越钱塘江，穿越长度约为 1340m。 图 1：区间隧道推进线路示意图 1.2 区间隧道过江段工程地质区间隧道过江段工程地质 1.2.1 隧道穿越地层 过江段隧道掘进区域主要穿越的地层有：5 层粉砂夹砂质粉土、7 层砂质粉土、 3 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。 其土层特征描述和力学指标详见下表： 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 2 页 土层特征描述 表 1.201 土层土层特征特征 5层 粉 砂夹砂质 粉土 灰、青灰色，稍密，饱和，含有机质、云母屑，砂质粉土呈团块状。实测 标贯锤击数 416 击,平均值 7 击。静力触探锥尖阻力 qc=4.456.43MPa，平均值 5.05MPa，侧壁阻力 fs=38.473.2kPa，平均 值 43.8kPa。全区分布， ，顶板埋深 5.7017.80m，顶板高程- 11.801.27m，层厚 1.107.60m。 7层 砂 质粉土 色，稍密，很湿。含有机质、云母碎屑，具水平层理，夹淤泥质粉质粘土， 摇振反应中等，切面无光泽反应，干强度较低，韧性较低，江中夹有淤泥 质粉质粘土。实测标贯击数 215 击,平均值 5 击。静力触探锥尖阻力 qc=1.585.45MPa，平均值 3.81MPa，侧壁阻力 fs=43.875.2kPa，平均 值 46.0kPa，属中等压缩性土。场区内局部缺失，顶板埋深 8.2024.00m，顶板高程-15.87-6.48m，层厚 0.309.20m。 3层 淤 泥质粉质 粘土 灰色，流塑，具层理结构，层间夹粉砂。粉土薄层。无摇振反应，切面光 滑，干强度中等，韧性中等，实测标贯击数 26 击，平均值 2.7 击。全 区分布，顶板埋深 18.3023.90m，顶板高程-16.00-12.43m，层厚 2.606.70m。 2层 淤 泥质粉质 粘土 灰色，流塑，具层理结构，层间夹粉砂薄层。无摇振反应，切面光滑，干 强度中等，韧性中等，实测标贯击数 26 击，平均值 3.5 击。静力触探 锥尖阻力 qc=0.974.44MPa，平均值 1.47MPa，侧壁阻力 fs=12.750.6kPa，平均值 25.85kPa，属高压缩性土。局部缺失，顶板埋 深 14.4029.00m，顶板高程-22.42-16.80m，层厚 0.907.50m。 1a层粉 质粘土 灰绿色、灰黄色，可塑硬塑，含铁锰斑点，局部夹粉砂团块。实测标贯 击数 526 击，平均值 10 击。静力触探锥尖阻力 qc=0.797.42MPa，平 均值 2.66MPa，侧壁阻力 fs=18.4237.8kPa，平均值 78.0kPa，属中等压 缩性土。局部缺失，顶板埋深 17.5031.80m，顶板高程-26.14- 17.22m，层厚 0.707.80m。 1b层 含 砂粉质粘 土 灰、灰黄色，软塑可塑。含砂，含砂量 515。实测标贯击数 625 击，平均值 16 击。静力触探锥尖阻力 qc=1.055.02MPa，平均值 2.92MPa，侧壁阻力 fs=27.3180.2kPa，平均值 87.3kPa，属中等压缩性 土。局部缺失，顶板埋深 18.4034.70m，顶板高程-26.74-17.96m， 层厚 0.606.70 2层 细 砂 灰、灰黄色，中密，饱和。含铁锰质结核，含云母片。实测标贯击数 1735 击，平均值 29 击。个别孔分布，顶板埋深 22.3030.30m，顶板 高程-28.23-22.35m，层厚 0.805.60m。 4层 圆 砾 杂色，中密密实，饱和。圆砾直径 0.22cm，含量 2035，母岩成 分以砂岩、熔结凝灰岩、灰岩为主，亚圆形，卵石粒径 26cm 为主，最 大粒径 1025cm，含量 2535，局部含块石，填充中粗砂，砂以石英 质中粗砂为主，偶夹薄层粉土透镜体，实测重型动探击数 9100 击，平 均值 36 击，属低压缩性土。全区分布，顶板埋深 23.4035.60m，顶板 高程-32.38-23.18m，揭露最大层厚 14.20m。 力学指标详见表 1.202。 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 3 页 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 4 页 二区地层力学特征 表 1.202 天然状态的物理性指标压缩（固结）试验指标 直剪试验渗透系数原位测试 密度 液限塑限 塑性 指数 液性 指数 固块标贯 含水量 湿干 土粒比 重 孔隙比 饱和度 76g 压缩 系数 压缩 模量 凝聚力 摩擦角 静止侧 压力系 数 垂直水平 实测锤击 数 WoPPdGseSrWLWpIpILav0.10.2Es0.10.2cKoKvKHN 层号土层名称 %g/cm3%Mpa-1Mpakpacm/scm/s 击/30cm 3 砂质粉土 33.91.871.42.70.93497.7 0.1810.558.429.8 1 砂质粉土 33.21.821.372.71.00691.6 0.227.747.329.8 5.68E-04 5.12E-0411.3 2 砂质粉土 321.881.422.70.996.1 0.188.818.729.6 5.10E-04 5.34E-0410 3 砂质粉土夹粉砂 28.71.911.492.690.81794.5 0.1510.675.831.9 4.27E-04 6.59E-0415 4 砂质粉土 32.11.871.422.70.90495.638.222.8 15.4 1.20.218.56928.1 5 粉砂夹砂质粉土 29.41.91.472.690.8494 0.188.185.631.3 6.29E-04 9.52E-047 6 粉砂 30.31.891.452.690.8569541.124.5 16.5 1.210.18810.8333.40.35.37E-04 7.14E-0425 7 砂质粉土 31.91.871.422.70.90495.234.921.6 13.3 1.080.226.99.227.50.44.80E-04 7.08E-045 8 粉砂 24.21.971.592.690.70692.334.521.5 13.1 1.250.1511.815.331.2 1.19E-03 2.04E-0318 3 淤泥质粉质粘土 43.41.761.232.731.22696.438.723.2 15.5 1.350.72.8118.311.10.531.02E-07 2.60E-072.7 1 淤泥质粉质粘土 41.61.781.262.731.1896.240.223.5 16.6 1.150.653.1519.213.1 2.40E-07 1.93E-063 2 淤泥质粉质粘土 411.771.262.731.17495.43823.2 14.8 1.240.652.9918.813.10.591.11E-08 3.06E-083.5 2 淤泥质粉质粘土 40.61.751.252.731.18793.339.826.4 13.4 1.070.732.8916.712.8 10 1a 粉质粘土 25.71.991.592.720.721973421.7 12.4 0.350.266.7934.719.1 3.33E-07 7.93E-0716 1b 含砂粉质粘土 23.82.011.622.710.67296.226.218.37.90.70.265.3621.822.60.53 3 圆砾 2.66 1 粉质粘土 30.61.921.482.730.8697.63320.9 12.1 0.810.394.2539.917.1 2 细砂 23.21.961.62.680.68590.9 0.1610.823.332.80.241.02E-03 1.22E-03 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 5 页 隧道断面内各地层所占的百分比 表 1.2-03 土层 隧道断面所占比例 5 粉砂夹砂质粉土 0.023046 6 粉砂 0.168255 7 砂质粉土夹淤泥质粉质粘土 0.197662 8 粉砂 0.088934 3 淤泥质粉质粘土 0.133902 1 淤泥质粉质粘土 0.034733 2 淤泥质粉质粘土 0.051831 2 淤泥质粉质粘土 0.018993 1-a 粉质粘土 0.112142 1-b 含砂粉质粘土 0.071065 (12)2 粉砂 0.079344 (12)4 圆砾 0.020095 根据上表，粉砂土、圆砾层所占比例为 38%；粘土所占比例为 62%。 1.2.2 隧道断面内圆砾层分布情况 圆砾层的分布，根据原详勘资料“5.4.2区地基土分析”中描述：在桩号 K6+957K7+704.5m， 层细砂、圆砾层层细砂、圆砾层顶部 1 2m 分布盾构开挖范围的底部。从 上述文字中，可以理解为圆砾层侵入隧道断面的区域不到 50 米米，且仅侵入隧道断面 12 米米。但根据地质勘探柱状图显示，圆砾层侵入隧道断面深度达 2.26 米左右，涉及 区域约 300 米。 为进一步真实的弄清圆砾层侵入隧道断面的深度和侵入区域的长度，我项目部又 特委托浙江省工程勘察院对隧道沿线地质进行补勘。根据新的地质补勘资料显示，圆 砾层砾石最大长度近 9 厘米厘米，宽度约 4 厘米，厚度约厘米，厚度约 34 厘米。厘米。 综合两次地勘资料，取圆砾层最不利的重叠最大区域，圆砾层综合两次地勘资料，取圆砾层最不利的重叠最大区域，圆砾层侵入隧道深度最大 达达 3.1 米米左右，等于侵入了隧道半个断面，且侵入区域达 520 多米多米。且，侵入隧道断面 深度 1m 的，涉及范围达 300 多米多米；侵入隧道半径 2m 的，也有 160 多米多米。 （附两次勘探后的地质剖面图及隧道轴线及综合后隧道轴线，包括冲刷线位置） 下图为补勘所截取的圆砾层颗粒照片。 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 6 页 通过对圆砾层取样进行岩性分析，其主要含岩类及强度情况如下： 图 2 圆砾层取样卵石照片 图 3 圆砾层岩性分类及强度 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 7 页 1.2.3 过江段承压水文情况 （1）钱塘江水体 钱塘江是浙江省第一河流，其发源于安徽休宁县境内怀玉山主峰六股尖，在浙江 省海盐县澉浦注入杭州湾，干流长度 668km，流域面积达 55558km2，汇水面积达 3.13 万 km2。其洪汛受梅汛控制，汛期时，江水面暴涨，据富春江芦茨水文站资料，钱塘 江径流有明显的年际和年内变化，其最大年径流总量 539 亿 m3（1954 年） ，最小年径 流总量 130 亿 m3（1979 年） ，多年年迳流量在 301 亿 m3 左右，实测最大洪峰流量达 29000m3/s（1955 年） ，最小流量 15.4m3/s(1934 年)。 钱塘江属感潮型河流，呈不规则半日潮型，水位直接受潮汐影响，变化幅度大， 场区地处强潮河口，独特的地理环境形成了举世闻名的钱江涌潮。据杭州钱江四桥上 游 3.3km 的闸口水文站资料，钱塘江历年最高潮水位 8.11m（1997 年 8 月 19 日，黄海 高程，下同） ，历年最低潮水位为 1.24m（1954 年 8 月 10 日） ，多年平均高潮位 4.45m，多年平均低潮位 3.96m，多年平均潮差 0.46m，历年最大潮差 4.90m，多年平 均涨潮历时 1 小时 32 分，多年平均落潮历时 10 小时 53 分；据杭州钱江二桥下游 3.3km 的七堡水文站资料，钱塘江历年最高潮水位 7.98m（1997 年 8 月 19 日，1985 年 国家高程基准，下同） ，历年最低潮水位为 1.26m（1955 年 8 月 14 日） ，多年平均高潮 位 4.44m，多年平均低潮位 3.75m，多年平均潮差 0.69m，历年最大潮差 4.02m，多年 平均涨潮历时 1 小时 25 分，多年平均落潮历时 11 小时 01 分。按内插法，邻近工程场 区的钱塘江历年最高潮水位高程可取 8.06m。钱塘江百年一遇最高洪水位 8.52m，300 年一遇最高洪水位为 8.85m。 隧道区江面宽约 1340 米，勘探期间水面高程一般为 2.804.80m，勘察期间受涌 潮影响时，潮差约 12 米。 由于水动力条件复杂，钱塘江杭州段河槽极不稳定，历史上曾形成大冲大淤的变 化，年内冲淤特点表现为“洪冲潮淤” ，随着两岸标准堤防的建成，岸线受到堤塘的限 制，目前岸线已经基本趋于稳定。 （2）地下水类型 场地地下水主要为第四系松散岩类孔隙潜水、孔隙承压水以及基岩裂隙水。根据 地下水的含水介质、赋存条件、水理性质和水力特征，勘探深度内可划分为第四系松 散岩类孔隙潜水和承压水以及基岩裂隙水。 1) 潜水 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 8 页 拟建场地浅层地下水属孔隙性潜水，主要赋存于表层填土及17 层粉土、粉 砂中，由大气降水和地表水径流补给，地下水位受季节以及钱塘江地表水影响较大。 钱塘江南岸勘探期间测得钻孔静止水位埋深 4.957.60m，相应高程 0.412.02m；北岸勘探场地西侧的浙江广电中心基坑开挖施工，采用井点降水，影响 本场地的地下水位，勘探期间测得钻孔静止水位埋深 7.007.60m，相应高程 0.420.97m，基坑降水停止后，根据后期观测，水位恢复为埋深 3.60m 左右（高程为 4.0m） 。 根据钱塘江闸口和七堡历年最高潮水位高程，工程区钱塘江最高设计水位可取 8.85m，目前北岸的地面高程 7.60m 左右，南岸的地面高程 6.20m 左右，考虑最不利的 因素即洪水位持续时间较长，两岸地表积水及设计地面回填后高程北岸、南岸分别为 7.84、6.75m，建议两岸的抗浮设计水位高程取设计地面高程，即南岸中间风井抗浮设 计水位高程取 6.75m，北岸中间风井抗浮设计水位高程取 7.84m。 2) 孔隙承压水 区有两层承压水。第一承压水分布于江南岸区内，含水层分布在3 粉砂层中， 水量小中等；该层位于盾构隧道底板以下一定深度，对盾构掘进无影响；由于地下 连续墙穿透了3 层，第一承压水对江南中间风井施工也无影响。故详勘测未实测第一 承压水水头高度。 第二孔隙承压水： 钱塘江南岸承压含水层主要分布于深部的层细砂、圆砾层中，水量较丰富，隔 水层为上部的淤泥质土和粘土层（、层） 。承压含水层顶板高程为- 38.02-37.20m，隔水层顶板高程为-15.25-16.00m；根据勘察在承压水抽水孔的 1 个 观测孔中同时进行了承压水水头测试，将上部潜水含水层用铁制套管隔离，2007 年 3 月至 4 月 1 日实测承压水头埋深在地表下 6.257.45m，相应高程为-1.53-2.73m。 北岸承压含水层主要分布于深部的4 层圆砾和2 层圆砾中，水量较丰富，隔水 层为上部的淤泥质土和粘土层（、层） 。承压含水层顶板高程为-26.00-24.82m， 隔水层顶板高程为-14.02-15.12m；根据勘察在承压水抽水孔的两个观测孔中同时进 行了地下承压水水头测试，将上部潜水含水层用铁制套管隔离，2007 年 2 月实测承压 水头埋深在地表下 10.85 米，相应高程为-3.23 米； 2007 年 3 月至至 4 月 1 日实测承 压水头埋深在地表下 7.708.24 米，相应高程为 0.08-0.62 米。根据周边类似钻孔灌 注桩施工经验，由于承压水流速较小，承压水对钻孔灌注桩和地下连续墙施工无影响。 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 9 页 隧道最深区域中心标高为-25.844m，靠近钱塘江南侧，其承压水压力在 2.32.4kg 左右。 3) 基岩水 基岩裂隙水：赋存于强风化、中风化基岩中，含水量主要受构造和节理裂隙控制。 由于场地基岩裂隙不发育，故基岩裂隙水水量一般不大。 1.3 有害气体（沼气）分布情况有害气体（沼气）分布情况 本区间隧道内掘进范围内存在大片的沼气含气层。 1.3.1 原区间内沼气情况的描述 根据业主原提供的： 杭州地铁 1 号线标滨江站富春路站区间岩土工程详细 勘察报告-浙江华东建设工程有限公司（2007.3）的地质勘探资料。本工程区域 内沼气情况的描述如下：“3.7 不良地质作用和地下障碍物-6） ”中描述：本次勘 察北岸及江中钻孔未发现有沼气。结合地热区域调查报告，初步分析初步分析滨江站至桩号 K6+850，区内分布有沼气。 根据上述资料，滨江站江南风井钱塘江南岸区域可能存在沼气。但江中及北根据上述资料，滨江站江南风井钱塘江南岸区域可能存在沼气。但江中及北 岸无沼气。岸无沼气。 1.3.2 最新区间内沼气情况的描述 但根据业主于 2008 年 2 月 2 日下午召开的关于“过钱塘江过江隧道段、江南风井 段有害气体”会议，及 2008 年 2 月 20 日拿到的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）。均指出： （1）滨江站江南岸：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； 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； 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 10 页 4）江南风井段2 淤泥质粉质粘土层为气源层， 3 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。 （2 2）过江隧道段：）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%，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 淤泥质粉质粘土层为气源层， （12）2 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。 关于沼气情况的描述，前后两次地质勘探资料在沼气分布范围、气流量等方面均关于沼气情况的描述，前后两次地质勘探资料在沼气分布范围、气流量等方面均 存在较大的差异。存在较大的差异。 下图为新勘探过程中沼气段沼气释放时的照片。 图 4：陆地上沼气释放情况的照片 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 11 页 图 5：钱塘江中沼气释放的照片 2、过江段隧道掘进施工主要施工难点、过江段隧道掘进施工主要施工难点 2.1 盾构穿越段富含沼气盾构穿越段富含沼气 过江段靠江南案一侧富含沼气，在施工前和施工时应采取措施，确保施工安全。 2.2 圆砾层隧道掘进施工圆砾层隧道掘进施工 过江段盾构刚进入钱塘江就将穿越近 450 米的圆砾层，且圆砾层最大侵入深度达 3.1 米。上半部为砂层和砂性土，在施工中需采取措施，予以确保隧道轴线及施工安全。 2.3 承压水段承压水段 本工程过江段盾构穿越地层为砂层和圆砾层，此地层除富含沼气外，还含承压水， 在施工中需采取措施，预防螺旋机喷涌和盾尾渗漏。 2.4 盾构长距离穿越钱塘江盾构长距离穿越钱塘江 钱塘江江面宽 1.3 公里，盾构在江底必需采取措施，确保隧道施工安全。 3、过江段盾构掘进施工主要技术措施、过江段盾构掘进施工主要技术措施 3.1 盾构机选型盾构机选型 针对本工程的地质详勘资料，为确保隧道顺利施工，就盾构的类型及适应性，业 主及我公司特组织了两次专家论证会。会后，我公司根据专家会的意见积极对盾构机 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 12 页 图 6：为盾构机选型专家评审会照片 进行改进。 3.1.1 刀盘、刀具 刀盘采用中间支承形式，采用 6 幅条式焊接结构；采用可拆式刀具，刀盘面板上 布置有开挖刀、中心刀、周边刀三种形式的刀具 。总刀具 144 把，含有开挖刀、中心 刀、周边刀、仿形刀、滚刀、贝壳刀、撕裂刀等，另外，还配有 2 套刀具磨损检测装 置。 在取得地质补勘报告和总结成都现地铁隧道施工的经验后，我公司又对盾构机进 行了改进： 1）刀具数量由原来的 144 把调整为 171 把； 其中：切削刀 70 把，弧面切削刀 12 把，中心刀 1 把，贝壳刀 52 把，撕裂刀 21 把，周边刀 35 把。 2）增大盾构机开口率。开口率由原来的 30%扩大到约 40%； 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 13 页 原来设计的撕裂刀原来设计的撕裂刀 现改良型撕裂刀现改良型撕裂刀 图 7 撕裂刀 图 盾尾密封刷 3）对撕裂刀的形状和耐磨程度作了改良，使刀具更加适应地层。 3.1.2 盾尾密封 盾尾密封设三道，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。 此盾尾密封结构能抵抗Kg 以上的水压。 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 14 页 3.1.3 沼气检测装置 考虑到本工程盾构所经区域段富存沼气，为保障施工面的安全，特地在盾壳顶部 靠近盾尾处、螺旋机出口处、1 号车架上部靠近工作面处设置了 3 套固定式沼气检测仪。 一旦任何一处检测点的瓦斯浓度达到报警值时，盾构将发出报警声。 另外，在隧道内还配置流动式沼气检测设备，以有效的检测隧道内沼气浓度。 3.1.4 螺旋机 1）大直径 针对隧道断面内卵石颗粒较大，砂性土多的特点，盾构螺旋机采用的是直径达 800mm，内相应采用大直径的叶片，以提高出土效率和实现大颗粒出土。最大出土 能力 312m3/h。 2）无级调速 螺旋机驱动采用一台低速大扭矩液压马达直接驱动,同时配置液压比例控制系统， 转速能实现无级调节，实现了盾构机土压平衡功能。 3）配置加泥加水口 螺旋机的壳体上设有 2 个加泥加水口，用来改善土体流动性。 4）设置 2 道液压紧急闸门和 1 道手动闸门 另外还配备了 2 对闸门液压紧急开关装置和 1 套手动开关装置，用于紧急状态时 及时关闭螺闸门。 3.1.5 同步注浆系统 同步注浆系统为独立液压控制系统的注浆系统，它由搅拌桶和施维英泵组成（另 外还配置双杆泥浆泵、 A、B 液注浆搅拌桶 ） ，其既可压注单液厚浆，也可压注双液 浆。 3.2 沼气段地面（含江中）处理要求及隧道掘进施工技术沼气段地面（含江中）处理要求及隧道掘进施工技术 3.2.1 沼气段地面（含江中）处理要求 根据第二次有害气体的勘察，本区间段沼气分布较第一次地质详勘所示的范围要 广，且显示的流量和压力均很大。最大压力 0.4MPa，最大 48.85m3/h。 为确保在盾构在沼气段的安全施工，在施工前必须先对盾构穿越区域内的沼气进 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 15 页 行泄压释放。释放应在盾构穿越前 23 个月进行，并在盾构穿越泄压断面内沼气压力 需泄放到 0.05MPa 以下。盾构推进过程中继续保持释放和监测。 考虑到沼气覆盖范围广，含气量丰富，故建议沼气释放可再提前进行试验。目的 是为了确定沼气的释放效果和地下沼气的补充汇拢情况。同时，为搞清沼气释放对周 边地层的影响，建议在进行沼气释放时，进行地层分层变形监测。 沼气释放必须由专业施工单位进行，并进行相关监测。 沼气释放可采取以下发措施： （1）释放孔布设 1）释放孔主要布设在隧道两侧， 呈梅花状交叉布设。 2）隧道每侧各布设两排，离隧 道边间距分别 58 米和 1520 米。同排释放孔间距 15m。 3）两隧道中间可根据情况设一排释放孔。 （2）沼气释放 1）沼气释放应从提前进行。 2）为减少沼气快速释放对隧道区域土体的扰动，沼气释放应先释放外排孔。 3）释放孔端应加设控制阀，适当控制释放量，防止周边地形急剧变形。 4）释放时，应将每个孔的沼气压力释放至 0.05Mpa 以下，再换孔释放。 5）若释放压力降不下，可适当增加释放孔的密度。 6）前期释放后，过一段时间（半月1 月）应检查沼气释放效果和汇拢情况。根 据检查结果制定下阶段的释放方案。 （3）地层变形监测 1）为了解沼气释放对周边土体的扰动情况，可根据情况布设深层分层监测点 进行检测。 2）变形监测应在沼气前期释放时就开始进行。并预先取得初始值。 3）监测点可根据情况布设 35 道断面，每断面间隔 3050m。 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 16 页 4）点位布设：两隧道中间布设 1 点，隧道外侧布设 1m 位置布设一点，两排 释放孔中间布设一点，外排释放孔外侧 35m 和 710m 位置各布设一点。 3.2.2 沼气段隧道掘进施工技术 在存在高压力高流量有害气体区域进行盾构掘进施工具有较大的施工危险性。 为确保盾构掘进施工的安全，在施工中必须采取以下措施： （1）设备 1）监测设备 首先从盾构机上，必须在合理位置设置可靠有效的沼气检测装置。本工程所采用 的盾构机已在螺旋机出口处，盾壳顶部靠盾尾密封处、第一节车架上部工作面处等位 置配置了有害气体监测报警仪。 另外，在隧道施工面内，还设置移动式有害气体监测仪，进行人工 24 小时的监测。 所有监测设备在施工前必须到位，并经检验合格后投入使用。 2）通风设备 在隧道内必须设置强有力的通风系统，予以 24 小时不间断的通风。 盾构从江南风井出洞后，约掘进 140 米后逐步进入江中段。根据地质勘探报告， 江中沼气段从南岸至江中富气范围约 540 米。故考虑隧道强通风区域约在出洞后，至 推进至约 700 米范围。 故本工程采用高性能的风机。风机叶轮 650，风管 700，风压 8004500pa，风 量 550850m3/min，风机功率 22KW2。该类型风机一般送风距离可达 1.62km。 同时，在车架顶部设置防爆风机和隧道内配置应急防爆照明灯。沼气含量报警时， 及时开启。 3）防护应急设备 隧道内施工面配置防毒面具，以备应急时使用。 隧道施工面必须配置足够的应急灭火器材。 （2）人员 1）对所有施工人员必须进行有害气体的预防、应急培训；并对其进行安全技术 交底 。 2）对进行沼气监测必须有专人进行。 （3）施工 1）施工前必须制定有害气体段施工的规章制度，和报警警戒线； 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 17 页 沼气段施工时，正常施工、警戒施工、中止作业及人员撤离的沼气浓度：沼气段施工时，正常施工、警戒施工、中止作业及人员撤离的沼气浓度： 根据测爆仪测试的甲烷浓度，00.25为正常作业范围；0.250.5开始警戒， 并加强监测；0.51中止作业，加强通风，进行监察；11.5疏散作业人员，切断 电源，禁止人员入内，隧道内配置应急灯，并开启。若施工人员重新进入施工现场， 必须经检测人员检测，沼气浓度小于 0.25时，方可恢复施工。 2）确保所有监测设备处于正常运转监测状态，监测人员必须作好监测工作及相 关记录； 3） 施工现场必须配备备用检测仪器，如检测仪器发生零点漂移，必须予以纠正 后才可使用。不能纠正的要予以维修。 4）隧道内通风设备必须 24 小时开启； 4）一旦隧道内沼气含量达到警戒值，必须停止施工，待通风稀释安全后再恢复 施工。 5）施工过程中加强对明火使用的管理，施工工作区禁止吸烟等； 6）加强过程中的安全管理，特别是工作面的明火使用和监测管理； 7）加强对隧道施工质量的控制，主要包括：隧道轴线控制（严禁强纠和猛纠） 、 隧道成环质量控制等； 8）加强对成环隧道质量的控制，主要包括：螺栓的复拧、同步注浆后壁后补压 浆的加强； 9）控制螺旋机开口率，并根据需要往螺旋机内进行加泥等措施，形成土塞效应， 预防喷涌影响施工； 10）采用进口盾尾油脂，加强盾尾油脂的压注和管理，确保盾尾密封。 （4）应急措施 一旦隧道内沼气含量超限，出现险情时，应： 1）停止施工，关闭所有机电设备等易引起爆炸的电源和火源； 2）继续加强隧道内通风； 3）撤离隧道内所有施工人员。 3.2 圆砾层段施工技术圆砾层段施工技术 盾构在圆砾层施工，既要考虑其地质的不良影响，又要考虑环境的不利因素（位 于钱塘江下） ，故在粉砂层及圆砾层段施工时应注意： （1）沼气处理按上述“2.2 章节沼气段隧道掘进施工技术”进行； 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 18 页 （2）机械设备上： 提高盾构机耐磨方面的能力，特别是在盾构机刀盘、刀具和螺旋机方面进行高耐 磨处理。 （3）施工技术上： 1）土体改良 渣土改良就是通过盾构机配置的专用装置向刀盘面、土仓或螺旋输送机内注入膨 润土或泡沫，利用刀盘的旋转搅拌、土仓搅拌装置搅拌或螺旋输送机旋转搅拌使添加 剂与土渣混合的方法。在卵石层中施工，通过渣土改良，可以更好地建立正面平衡压 力，降低透水性，另外盾构切削下来的渣土也具有更好的流塑性和稠度。 土量改良一般采用膨润土或泡沫等，考虑到粉砂层和圆砾层的特殊情况，本工程 主要采用膨润土。砂卵土中，膨润土浆液添加量约为土体量的 2030。具体根据实 际情况作调整。 2）推进速度 在圆砾层掘进中，因其岩性强度很高，快速掘进易造成正面砾石层挤压、密实， 加大对刀盘和刀具的磨损；同时，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。故该段掘进中推进速度不宜过快。推进速度一般可设在 12cm/min 左 右。 3）土压力设定 考虑到正面土层的自立性相对较差，且富含沼气，故推进平衡压力不宜偏低。一 般略高于理论平衡压力。具体根据实际施工和监测情况及时进行调整。 同时在千斤顶开启时，尽量注意下部推力应适当大于上部。 4）注浆量 本区段施工时，应适当增加同步注浆量；并根据江底扫描监测情况，及时进行二 次补压浆。 5）刀具检查和调整 在盾构进入江南风井后，根据前段施工对刀具的影响进行评估，并进行检查和维 修。同时，针对过江段地质情况适当进行刀具更换和调整。 3.3 承压水及钱塘江潮汐影响下的过江隧道施工技术承压水及钱塘江潮汐影响下的过江隧道施工技术 （1）土压力设定 在盾构推出钱塘江大堤前后，隧道覆土厚度变化特别大，因此需先确定大堤的准 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 19 页 确里程，在盾构切入大堤后，根据覆土厚度、水深、潮汐变化和监测数据及时调整土 压力的设定值，减少对土体的扰动，保证大堤和江中隧道施工的安全。 （2）监测 制定合理的监测方案，加强沉降监测。 盾构穿越大堤后，江中段施工采取跟踪观测的方法进行观测，将观测数据及时传 送给施工技术人员进行分析，掌握盾构推进时切口前方及盾尾所对应的江底的沉降情 况，并调整盾构推进的参数。 （3）纠偏控制 江中段隧道考虑隧道断面内地层复杂，给轴线控制带来一定的困难。过程中轴线 纠偏要做到“勤纠、少纠” ，避免大幅度纠偏。 （4）出土量控制 每环盾构掘进出土理论方量约为 38m3。一旦盾构掘进施工出土量没有控制好，出 现较大的超挖现象，就可能出现正面土体失稳、坍塌，所以在江中段施工，必须在土 压平衡状态下进行盾构掘进，过程中严格控制出土量。 （5）同步注浆量控制 在进入本段施工前，对前阶段盾构施工的同步注浆情况、沉降变形情况进行汇总、 分析，得出适合本工程地质条件的同步注浆量。 在本区段施工时，根据上述优化的同步注浆量严格控制，保证在掘进过程中及时 填充建筑空隙，既不能因过少而造成江底大量沉降，也不能因过多而造成江底隆起， 使钱塘江水涌入隧道。穿越段注浆量应达到 150200%。 5）防喷涌处理 盾构螺旋机内设置二道液压闸门和一道手动闸门，作为承压水层施工时，一旦产 生喷涌时，及时关闭闸门，并通过加泥加水系统，分别向盾构机正面、土仓内及螺旋 机进行加泥等措施，以形成土塞效应，预防喷涌影响施工。 6）加强盾尾密封的管理 在穿越钱塘江施工过程中，必须加强对盾尾油脂压住的管理，确保盾尾密封性能。 盾尾油脂应采用进口优质油脂，并确保施工中及时、足量压注。 3.4 盾构长距离穿越钱塘江盾构长距离穿越钱塘江 3.4.1 防止切口冒顶措施 （1）严格控制出土量，原则上按理论出土量出土，可适当欠挖，保持土体的密实， 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间 （1，2 号盾构）隧道工程 穿越钱塘江施工技术方 案 杭州地铁 1 号线工程滨江站富春路站区间项目管理部 第 20 页 图 3 盾构机上预设注浆孔 以免钱塘江水渗透入土体并进入盾构； （2）圆砾层等土质较硬，推进时需往刀盘前加膨润土等以改良土体，要研究加膨 润土量、刀盘力矩和螺旋机力矩的平衡关系； （3）若出现机械故障或其它原因造成盾构停推，应采取措施防止盾构后退； （4）每环推进结束后，关闭螺旋机闸门方可进行拼装； （5）在螺旋机的出口设置防喷涌设施，在发生漏水情况时关闭螺旋机出口，将水 堵在盾构外； （6）控制壁后注浆的压力，在注浆管路中设置安全阀，以免注浆压力过高而顶破 覆土。 3.4.2 防止盾尾漏泥、漏水措施 （1）技术措施 为避免在江中段施工时、易发生的盾尾漏泥、漏水等现象，施工过程中重点做好 以下事项： 按盾尾油脂压注程序，定期、定量、均匀地压注盾尾油脂。 在同步注浆过程中，合理掌握注浆压力，使注