QC-1盾构穿越原水箱涵施工技术控制

1、 第二十六次第二十六次 QC小组成果小组成果上海市轨道交通上海市轨道交通7号线号线24标含杨高南路站锦绣路站，标含杨高南路站锦绣路站，锦绣路站沪南路站两个区间，隧道全长锦绣路站沪南路站两个区间，隧道全长4956.712m，均，均设计为双线单圆盾构法隧道。设计为双线单圆盾构法隧道。其中杨高南路站锦绣路站区间隧道单线长约其中杨高南路站锦绣路站区间隧道单线长约1203m，采用日本三菱土压平衡式盾构机进行掘进，在隧道全长采用日本三菱土压平衡式盾构机进行掘进，在隧道全长2/3位置，盾构须穿越一大型重要原水箱涵，该涵与区间隧道位置，盾构须穿越一大型重要原水箱涵，该涵与区间隧道斜交，该段盾构掘进土层主要为斜

2、交，该段盾构掘进土层主要为灰色淤泥质粘土层、灰色淤泥质粘土层、1灰色粘土层。灰色粘土层。该涵为混凝土结构，断面宽该涵为混凝土结构，断面宽10.26m，高，高3.2m（详见（详见下页图），该处地面标高约为下页图），该处地面标高约为4.23m,管顶标高约为管顶标高约为1.93m,管外底标高（包括管外底标高（包括0.1的垫层）的垫层）-1.27m，覆土厚度，覆土厚度2.3m,距距隧道净高为隧道净高为4.69m。1003503000350300035030003501040035025003503200原水箱涵断面结构图100箱 涵箱 涵箱 涵垫层3.0m25m上行线隧道14.3m800原水箱涵 护管

3、桥桩基4.69m原水箱涵(砼）下行线隧道1、原水箱涵为杨树浦、浦东、居家桥等水厂的上游原原水箱涵为杨树浦、浦东、居家桥等水厂的上游原水，日供应量达到水，日供应量达到180多万立方米，一旦损坏将直接影响多万立方米，一旦损坏将直接影响浦东、浦西中心城区的自来水供应，因此必须严格控制，浦东、浦西中心城区的自来水供应，因此必须严格控制，确保安全、顺利穿越。确保安全、顺利穿越。2、在建（构）筑物密集的城市采用盾构法修建地铁隧在建（构）筑物密集的城市采用盾构法修建地铁隧道，盾构将不可避免地须近距离穿越一些重大建筑物或管道，盾构将不可避免地须近距离穿越一些重大建筑物或管线，而如何更经济、更快捷、更安全地穿越

4、一直是盾构法线，而如何更经济、更快捷、更安全地穿越一直是盾构法隧道施工值得探讨及研究的课题，从而进一步提高盾构法隧道施工值得探讨及研究的课题，从而进一步提高盾构法施工技术，减少投入，提高效益施工技术，减少投入，提高效益。3、总结一套较为成熟的盾构近距离穿越重大建（构）总结一套较为成熟的盾构近距离穿越重大建（构）筑物及管线隧道掘进施工方法，为不断拓展盾构法隧道工筑物及管线隧道掘进施工方法，为不断拓展盾构法隧道工领域打好扎实基础。领域打好扎实基础。 1、目前，由于城市交通需要，盾构须近距离穿越重大目前，由于城市交通需要，盾构须近距离穿越重大建筑物、管线现象已逐渐增多，施工难度也日益增大。而建筑物、

5、管线现象已逐渐增多，施工难度也日益增大。而以往盾构法施工隧道大部分设计在无重大建筑物、管线的以往盾构法施工隧道大部分设计在无重大建筑物、管线的地段或公路下方，以减少施工风险地段或公路下方，以减少施工风险。2、在盾构穿越重大建筑物、管线等施工技术方法中，在盾构穿越重大建筑物、管线等施工技术方法中，主要有：主要有：建筑物、管线提前拆迁或废弃不用；建筑物、管线提前拆迁或废弃不用；对建筑物、管线提前加以各种保护，或支撑、或加固对建筑物、管线提前加以各种保护，或支撑、或加固等；等；通过优化、改进盾构掘进施工技术，减少对建筑物、通过优化、改进盾构掘进施工技术，减少对建筑物、管线的干扰，从而达到保护的目的。

6、管线的干扰，从而达到保护的目的。或上述三种方法结合利用。或上述三种方法结合利用。3、在盾构穿越原水箱涵段将有两大难题：在盾构穿越原水箱涵段将有两大难题：穿越原水箱涵前及过程中施工参数的设定。穿越原水箱涵前及过程中施工参数的设定。穿越后对原水箱涵后期沉降的控制；穿越后对原水箱涵后期沉降的控制；通过采取优化、改进盾构掘进施工技术的通过采取优化、改进盾构掘进施工技术的措施，减少对建筑物、管线的干扰，将建筑物、措施，减少对建筑物、管线的干扰，将建筑物、管线的变形、沉降控制在其结构受力、安全允许管线的变形、沉降控制在其结构受力、安全允许范围内，从而达到即减少投入、又达到安全保护、范围内，从而达到即减少投

7、入、又达到安全保护、快捷施工的目的。快捷施工的目的。人工 序 、 人 员 安 排 不 合 理穿 越 箱 涵 施 工 参 数 不 合 理未 进 行 安 全 技 术 交 底试 验 段 及 参 数 设 置 不 当监 测 方 案 不 合 理盾 构 出 土 外 运 不 及 时施 工 材 料 供 应 不 及 时监 测 设 备 精 度 不 足关 键 仪 表 计 量 不 准 确机 械 设 备 故 障 停 机不 具 备 关 键 岗 位 资 质质 量 意 识 差 、 责 任 心 不 强技 术 水 平 差 、 缺 乏 施 工 经 验机械设备材料施工措施盾 构 不 能 顺利 、 安 全 穿越 原 水 箱 涵由于我部盾

8、构操作人员实战经验较少，尤其是面对由于我部盾构操作人员实战经验较少，尤其是面对重大危险源部位施工操作和控制普遍缺乏施工经验重大危险源部位施工操作和控制普遍缺乏施工经验。1 1、聘请有关专家现场讲解、聘请有关专家现场讲解由于上海轨道交通由于上海轨道交通7号线号线24标同时四条隧道盾构掘标同时四条隧道盾构掘进，主要人员较缺乏，且经验也不丰富，为确保本项目顺进，主要人员较缺乏，且经验也不丰富，为确保本项目顺利开展、盾构安全掘进，我们采取在内部选拔各岗位优秀利开展、盾构安全掘进，我们采取在内部选拔各岗位优秀员工，盾构掘进前一个月进行专项培训、利用晚上进行学员工，盾构掘进前一个月进行专项培训、利用晚上进

9、行学习，并先后多次邀请上海市安质监站、申通项目公司、上习，并先后多次邀请上海市安质监站、申通项目公司、上海隧道股份相关专家到现场为技术人员、一线员工讲解先海隧道股份相关专家到现场为技术人员、一线员工讲解先进施工技术和经验，尤其是针对盾构法施工中易出现的安进施工技术和经验，尤其是针对盾构法施工中易出现的安全、质量隐患进行系列的案例分析，效果明显。同时，项全、质量隐患进行系列的案例分析，效果明显。同时，项目部采取目部采取“师带徒师带徒”措施，多带出几个岗位能手，增强技措施，多带出几个岗位能手，增强技术储备，把施工遇到的难题及时解决。术储备，把施工遇到的难题及时解决。 2 2、加强对施工人员技术交底

10、制度、加强对施工人员技术交底制度盾构穿越前，根据工序要求编制了详尽的安全技术交底盾构穿越前，根据工序要求编制了详尽的安全技术交底及应急须知，张贴至各相关部位，要求施工人员能有效掌及应急须知，张贴至各相关部位，要求施工人员能有效掌握、熟练应用。同时，在每日班前点名时由项目经理、生握、熟练应用。同时，在每日班前点名时由项目经理、生产副经理、总工、技术人员针对当天施工的重点、难点，产副经理、总工、技术人员针对当天施工的重点、难点，对参与施工的每个人员进行现场安全、技术交底。穿越全对参与施工的每个人员进行现场安全、技术交底。穿越全过程由技术人员过程由技术人员24小时旁站监督，直接解决施工中出现的小时旁

11、站监督，直接解决施工中出现的问题。问题。原水箱涵段覆土厚度原水箱涵段覆土厚度2.3m,距隧道净高为距隧道净高为4.69m。盾构。盾构掘进地质主要为掘进地质主要为灰色淤泥质粘土层、灰色淤泥质粘土层、1灰色粘土层，灰色粘土层，施工中须注意该两层土流塑粘性土层的触变、流变特性，施工中须注意该两层土流塑粘性土层的触变、流变特性，但该类土层有利于盾构掘进。对此考虑到箱涵的埋深、所但该类土层有利于盾构掘进。对此考虑到箱涵的埋深、所处位置、地面沉降阶段趋势，拟定试验段长处位置、地面沉降阶段趋势，拟定试验段长120m，即，即100环，各主要参数设定如下页：环，各主要参数设定如下页：土压力的设定：土压力的设定：

12、由于试验段处于竖曲线上，坡度在由于试验段处于竖曲线上，坡度在616.5间，距原水箱涵有间，距原水箱涵有2m的高差，盾构正面土压受力逐渐变化，为消除相对的土压差，土压力根据的高差，盾构正面土压受力逐渐变化，为消除相对的土压差，土压力根据埋深设定为埋深设定为0.190.22kg/cm2间，实际施工中采用插入法及时调整土压间，实际施工中采用插入法及时调整土压力，并根据地面变形情况作相应调整。力，并根据地面变形情况作相应调整。推进速度：推进速度：推进速度比穿越箱涵段稍快设定，控制在推进速度比穿越箱涵段稍快设定，控制在2.53.5cm/min，一旦盾构，一旦盾构偏移轴线过大或地面变形偏大，就及时调整推进

13、速度。偏移轴线过大或地面变形偏大，就及时调整推进速度。出土量：出土量：严格控制出土量，防止超挖和欠挖。在穿越过程中，每环出土量控制严格控制出土量，防止超挖和欠挖。在穿越过程中，每环出土量控制在在98%左右。左右。盾构姿态控制：盾构姿态控制：穿越过程中盾构姿态变化不宜过大、过频；并且严格控制隧道平面与高程穿越过程中盾构姿态变化不宜过大、过频；并且严格控制隧道平面与高程偏差引起的隧道轴线折角不超过偏差引起的隧道轴线折角不超过0.2%，盾构切口与盾尾平面、高程偏差，盾构切口与盾尾平面、高程偏差控制在控制在15mm以内。以内。同步注浆及壁后补压浆：同步注浆及壁后补压浆：由于可硬性浆液可减少后期沉降，穿

14、越时同步注浆采用可硬性浆液，考由于可硬性浆液可减少后期沉降，穿越时同步注浆采用可硬性浆液，考虑到浆液多引起隧道上浮，注浆量为虑到浆液多引起隧道上浮，注浆量为2.42.8m3，即建筑空隙的，即建筑空隙的145170；浆液配比如下表：；浆液配比如下表： 为防止盾尾漏浆而影响压浆效果，在推进过程中确保盾尾油脂的压注量。为防止盾尾漏浆而影响压浆效果，在推进过程中确保盾尾油脂的压注量。为避免隧道后期沉降对地面建筑物的影响，及时采取二次补压浆，补压浆为避免隧道后期沉降对地面建筑物的影响，及时采取二次补压浆，补压浆的位置主要为上半环，并根据具体情况而定。的位置主要为上半环，并根据具体情况而定。 双液浆浆液配

15、比表见下表：双液浆浆液配比表见下表：(重量比重量比)浆液投料量(kg)/m3水泥粉煤灰黄 砂SY-1ND105水12092020811.56280 千斤顶推力千斤顶推力 千斤顶推力设定在千斤顶推力设定在10001200t间，同时根据掘进速度尽量降低千斤顶间，同时根据掘进速度尽量降低千斤顶总推力，若推力出现异常，须及时反馈。总推力，若推力出现异常，须及时反馈。1、监测布点要点、监测布点要点原水箱涵主要采用直接点、地表监测点、深层监测点相结合的方原水箱涵主要采用直接点、地表监测点、深层监测点相结合的方式进行布置、布设位置主要考虑箱涵沉降缝位置，沿箱涵两侧布设。式进行布置、布设位置主要考虑箱涵沉降缝

16、位置，沿箱涵两侧布设。在箱涵顶部沿管涵轴线两侧每隔在箱涵顶部沿管涵轴线两侧每隔4.0m布设一个直接监测点，在箱涵两布设一个直接监测点，在箱涵两侧距离箱涵边侧距离箱涵边3m,每隔每隔5m布设一个深层监测点。布设一个深层监测点。5m5m5m5m4m4m4m4m4m4m4m深层监测孔直接监测点上行线隧道下行线隧道原 水 箱 涵盾构掘进方向S1S2S3S4S5S10S9S8S7S6Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y1611 原水箱涵监测点布置平面图示原水箱涵监测点布置平面图示-9.13m原 水 箱 涵4.69m4.23m深 层 监 测 孔 磁 环5.0m6.0m

17、5.0m直 接 监 测 点2.0m2.0m1.5m1.5m1.5m2.5m8.5m盾 构 掘 进 方 向 原水箱涵监测点布置断面图示原水箱涵监测点布置断面图示2、监测过程控制要点、监测过程控制要点（1）测量时间：）测量时间：从盾构刀盘距原水箱涵边缘从盾构刀盘距原水箱涵边缘30m之日起到盾构通过该箱涵后之日起到盾构通过该箱涵后1个月、个月、同时满足单次沉降值在同时满足单次沉降值在2mm以内的条件止为测定时段。以内的条件止为测定时段。（2）监测频率）监测频率： 在盾构刀盘距原水箱涵在盾构刀盘距原水箱涵3010m，每天监测，每天监测2次，间隔次，间隔12小时；小时； 在盾构刀盘距原水箱涵在盾构刀盘距

18、原水箱涵10m5m，每天监测，每天监测6次，间隔次，间隔4小时；小时； 盾构机穿越原水箱涵时全天盾构机穿越原水箱涵时全天24小时监控，每小时小时监控，每小时1次；次； 盾构机穿过原水箱涵至盾尾距箱涵盾构机穿过原水箱涵至盾尾距箱涵30m内每天内每天6次，间隔次，间隔4小小时；时； 之后正常监测，每天之后正常监测，每天2次，间隔次，间隔12小时。小时。（3）监测警戒值确定）监测警戒值确定箱涵最大隆沉量范围箱涵最大隆沉量范围+5mm-5mm，单次沉降报警值，单次沉降报警值0.5mm。原水箱涵伸缩缝两侧差异沉降允许值为不超过原水箱涵伸缩缝两侧差异沉降允许值为不超过5mm，报警值，报警值为为2.5mm.

19、1、试验段成果分析、试验段成果分析100环（即对应环（即对应740841环）试验段施工自环）试验段施工自2007年年6月月30日日2007年年7月月10日，共日，共11天。施工过程中，各项参数基本维持在初设值天。施工过程中，各项参数基本维持在初设值范围内，实施效果较好，较能具体说明盾构掘进前后地层沉降变化趋范围内，实施效果较好，较能具体说明盾构掘进前后地层沉降变化趋势，现根据盾构穿越土层扰动理论作四个阶段的分析：势，现根据盾构穿越土层扰动理论作四个阶段的分析：第一阶段第一阶段 盾构到达前盾构到达前主要分析范围：盾构切口前主要分析范围：盾构切口前1020米处。该段沉降主要由于盾米处。该段沉降主要

20、由于盾构机的推力过大或出土量过多等引起的开挖面土压力失衡所致。本阶构机的推力过大或出土量过多等引起的开挖面土压力失衡所致。本阶段试验段地表监测数据以隆起为主，均在段试验段地表监测数据以隆起为主，均在1mm3mm内，控制较好，内，控制较好，说明出土量及土压设置较合理。说明出土量及土压设置较合理。第二阶段第二阶段 盾构通过中盾构通过中主要分析范围：盾构切口前主要分析范围：盾构切口前05米至盾尾处。该段沉降大小主米至盾尾处。该段沉降大小主要与盾构机正面压力平衡状态、出土量、掘进速度有关。这一阶段地要与盾构机正面压力平衡状态、出土量、掘进速度有关。这一阶段地表监测点表现出有沉降、有隆起，但主要为隆起为

21、主，最大隆起累计表监测点表现出有沉降、有隆起，但主要为隆起为主，最大隆起累计值为值为4.88 mm，单次平均在，单次平均在1.3 mm左右，接近累计隆起限值，说明左右，接近累计隆起限值，说明盾构机土仓设置稍有偏大，可适当降低。盾构机土仓设置稍有偏大，可适当降低。第三阶段第三阶段 盾构通过后盾构通过后28天天主要分析范围：位于盾构尾部测点主要分析范围：位于盾构尾部测点28天后，这一期间产生的沉天后，这一期间产生的沉降主要是土被扰动引起的土体应力释放及同步注浆填充率、效果所致。降主要是土被扰动引起的土体应力释放及同步注浆填充率、效果所致。充填较理想时，沉降就小，反之就大，为隧道沉降、隆起出现峰值阶

22、充填较理想时，沉降就小，反之就大，为隧道沉降、隆起出现峰值阶段。主要沉降在前段。主要沉降在前7天几乎可达总沉降值天几乎可达总沉降值60，本次试验段仍以沉降，本次试验段仍以沉降为主，最大累计沉降值为为主，最大累计沉降值为4.1mm，单次沉降平均在，单次沉降平均在0.8mm左右，左右，说明同步注浆效果较好。说明同步注浆效果较好。第四阶段第四阶段 盾构掘进后期盾构掘进后期在盾构掘进完成一个月后地面沉降主要为固结沉降和蠕变残余在盾构掘进完成一个月后地面沉降主要为固结沉降和蠕变残余变形所致，沉降大小与地质有关，对于地质较差的地段沉降具有长期变形所致，沉降大小与地质有关，对于地质较差的地段沉降具有长期性、

23、缓慢性特征，沉降最大可占总沉降量的性、缓慢性特征，沉降最大可占总沉降量的 40%。由于试验段及原水。由于试验段及原水箱涵段处于粘土层，地质较好，沉降具有滞后性，但沉降量不大，可箱涵段处于粘土层，地质较好，沉降具有滞后性，但沉降量不大，可通过二次注浆进行减小沉降。本试验段截止到通过二次注浆进行减小沉降。本试验段截止到2007年年11月最新一次监月最新一次监测成果（盾构掘进后测成果（盾构掘进后3个月）显示，本阶段沉降量在个月）显示，本阶段沉降量在3mm5mm间，间，最大累计沉降值为最大累计沉降值为4.3mm。从总体上看，沉降量和沉降速率较大阶段发生在第（从总体上看，沉降量和沉降速率较大阶段发生在第

24、（2）和第（）和第（3）阶段，即盾构施工过程中，控制沉降的第（阶段，即盾构施工过程中，控制沉降的第（2）阶段和第（）阶段和第（3）阶段最）阶段最为关键。第（为关键。第（2）阶段变形控制要素是土仓压力、掘进速度、出土量，）阶段变形控制要素是土仓压力、掘进速度、出土量，第（第（3）阶段变形控制要素是盾尾间隙注浆的及时性和充填率。）阶段变形控制要素是盾尾间隙注浆的及时性和充填率。第四阶段第四阶段第三阶段第三阶段第二阶段第二阶段第一阶段第一阶段盾构机盾构机区间盾构隧道区间盾构隧道原地面原地面累计沉降监测值地表沉降监测点地表沉降监测点 盾构掘进至试验段中部时瞬时的地面各监测点累计沉降曲线图盾构掘进至试验

25、段中部时瞬时的地面各监测点累计沉降曲线图 2、穿越原水箱涵参数确定、穿越原水箱涵参数确定 据对试验段各项参数分析，盾构穿越原水箱涵段施工除土仓压据对试验段各项参数分析，盾构穿越原水箱涵段施工除土仓压力、速度稍作改变外均可维持试验段设定值或趋势。力、速度稍作改变外均可维持试验段设定值或趋势。 土仓压力：由于箱涵为盛满水的实箱体，土仓压力须根据模拟土仓压力：由于箱涵为盛满水的实箱体，土仓压力须根据模拟计算以平衡箱涵附加应力。计算以平衡箱涵附加应力。 掘进速度：由于速度直接影响对周围土体的扰动大小，采取降掘进速度：由于速度直接影响对周围土体的扰动大小，采取降低速度，并保持匀速可减少对原水箱涵的影响。低速度，并保持匀速可减少对原水箱涵的影响。 各参数设置如下：各参数设置如下：土仓压力土仓压力推进速度推进速度千斤顶总推力千斤顶总推力出土量出土量注浆量注浆量浆液稠度浆液稠度注浆压力注浆压力0.225MPa2cm/min1000T3537 m32.8m3110.35 MPa 本区间上、下行线盾构分别于本区间上、下行线盾构分别于2007年年7月月13、2007年年8月月23日顺日顺利穿越原水箱涵，穿越利穿越原水箱涵，穿越1天后原水箱涵上直接监测点最大沉降仅天后原水箱涵上直接监测点最大沉降仅3mm，穿越穿越15天后，最大累计沉降值仅为天后，最大累计沉降值仅为3mm，后期沉降控