[PPT]沼气区地铁盾构过江隧道施工技术54页 _PPT

1、地铁过江隧道施工技术 地铁区间隧道目 录2. 过江隧道主要技术难点3. 过江隧道施工技术措施1. 工程概况左线隧道右线隧道xx站江南风井江北风井xx路站联络通道联络通道及泵站地铁xx线xx站xx路站区间隧道穿越xx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。1. 工程概况工程简介1340米1. 工程概

2、况工程地质情况 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。1. 工程概况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。1. 工程概况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。1. 工程概况有毒有害气体江南岸沼气在地层分布图1. 工程概况有毒有害气体 根据业主最新提供的由浙江省地矿

3、勘察院施工的 地铁xx线xx站xx路站区间地下有害气体特性研究报告（江南风井段、xx江过江隧道段），其结论如下：xx站江南岸：（1）xx站xx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xx路至xx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

4、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。xx陆地上勘察沼气喷射照片1. 工程概况有毒有害气体1. 工程概况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%，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

5、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）xx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。1. 工程概况有毒有害气体江面勘察沼气喷射照片1. 工程概况水文情况潜水区主要赋存于表层

6、填土及18层粉土、粉砂中静止水位埋深4.957.60m相应高程0.412.02m区水位埋深3.60m左右高程为4.0m左右承压水区第一承压水3粉砂层中水量小中等隧道底部对盾构掘进无影响第二承压水层细砂、圆砾层中水量较丰富，隔水层为上部淤泥质土和粘土层（、层）压含水层顶板高程-38.02-37.20m，隔水层顶板高程为-15.25-16.00m承压水位埋深在地表下6.257.45m，相应高程为-1.53-2.73m（xx站江南风井区间隧道，隧道断面最大承压水压力为1.83kg。江南风井进洞处）区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-26.00-

7、24.82m，隔水层顶板高程-14.02-15.12m承压水位埋深在地表下7.7010.85米，相应高程为0.08-3.23米（按最新包络线下隧道最浅覆土3.5m，过江段隧道最大承压水压约2.9kg。位置在联络通道含泵房处）地下水分布情况表1. 工程概况水文情况区土层渗透系数成果表层号土 名室内试验渗透系数（cm/s）现场抽水试验渗透系数（cm/s）KVKHK1砂质粉土5.6810-45.1210-43.3310-32砂质粉土5.1010-45.3410-43砂质粉土夹粉砂4.2710-46.5910-44砂质粉土5粉砂夹砂质粉土6.2910-49.5210-46粉砂8.8210-49.551

8、0-47砂质粉土夹淤泥质粉质粘土4.8010-47.0810-48粉砂1.1910-32.0410-33淤泥质粉质粘土1.0210-72.6010-7/1淤泥质粉质粘土2.4010-71.9310-6/2淤泥质粉质粘土/3粉砂/2淤泥质粉质粘土/1a粉质粘土3.3310-77.9310-7/1b含砂粉质粘土/2细砂1.0210-31.2210-3/2.过江隧道主要技术难点 2. 过江段盾构穿越复杂地层 4. 江中联络通道施工 1. 盾构穿越富含沼气层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

9、前释放沼气及相关针对性措施。过江江段盾构刚进入xx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xx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。 3. 盾构穿越xx江大堤双线隧道共需4次穿越xx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

10、。3.过江隧道施工技术措施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，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3.过江隧道施工技术措施盾构穿越富含沼气层1、沼气释放释放区域确定

11、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）。搭设放气孔施工平台下套管水下（陆上）作业控制放气 施工前检验是否合格是进行盾构施工否3. 过江隧道施工技术措施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个放气孔。 3.过江隧道施工技术措施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

12、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43. 过江隧道施工技术措施盾构穿越富含沼气层1、沼气释放单孔释放施工步骤 释放孔定位布设 下套管、探杆 释放控制 数据收集 释放压力降至0.05MPa及以下 无释放压力 和气体涌出 探杆

13、内注入0.7Mpa压力后 释放检查 无释放压力 和气体涌出 明显气体涌出 3.过江隧道施工技术措施盾构穿越富含沼气层1、沼气释放江中段沼气释放 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。3.过江隧道施工技术措施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。3.过江隧道施工技术措施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

14、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。3.过江隧道施工技术措施盾构穿越富含沼气层3、隧道内沼气监测序号沼气浓度施工状态100.25正常作业范围20.250.5开始警戒30.51中止作业，加强通风，进行监察411.5疏散作业人员，切断电源，禁止人员入内；开启防爆应急灯 注：若施工人员重新进入施工现场，必须经检测人员检测，隧道沼气浓度小于0.25时，方可恢复施工。监测标准3. 相应施工技术措施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

15、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。3. 相应施工技术措施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，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。3.过江隧道施工技术措施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

16、盾构轴线偏移、螺旋机喷涌、盾尾渗漏、刀具磨损等施工风险。3.过江隧道施工技术措施盾构穿越复杂地层分段里程环号(按江南风井出洞后计算)第一段K7006.3K7071.55207环261环第二段K7191.0K7309.2361环460环 过江段盾构刚进入xx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3.过江隧道施工技术措施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。切削刀70把，含弧面切削刀1

17、2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3.过江隧道施工技术措施盾构穿越复杂地层螺旋机改制：针对卵石层、承压水二道液压闸门设置球阀，必要时安装保压泵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3. 相应施工技术措施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3.

18、过江隧道施工技术措施盾构穿越复杂地层盾尾密封：针对高承压水 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3.过江隧道施工技术措施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。材料膨润土水添加剂稠度重量150kg1000kg5kg8101 m3浆液配比膨润土拌浆棚膨润土浆液拌制膨润土浆液稠度测试3、盾尾密封控制3.过江隧道施工技术措施盾构穿越复杂地层盾尾油脂的选用：

19、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3.过江隧道施工技术措施盾构穿越复杂地层断面形式详图备注断面1上海轨道交通隧道统一采用的断面型式，采用纯三元乙丙橡胶，断面2改良后的三元乙丙橡胶与遇水膨胀橡胶复合型式。断面3新开发弹性橡胶密封垫。5、推进控制3.过江隧道施工技术措施盾构穿越

20、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；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

21、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3.过江隧道施工技术措施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）xx江南岸大堤结构形式为土坝式，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

22、粉质粘土。南岸大堤3.过江隧道施工技术措施盾构穿越xx江大堤北岸大堤3.过江隧道施工技术措施盾构穿越xx江大堤xx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。3.过江隧道施工技术措施盾构穿越xx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优化阶段，故在江南风井始发后100m150m作为盾构穿越xx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

23、供参考。3.过江隧道施工技术措施盾构穿越xx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。3.过江隧道施工技术措施盾构穿越xx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

24、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3.过江隧道施工技术措施盾构穿越xx江大堤4、二次补压浆c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xx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。3.过江隧道施工技术措施盾构穿越xx江大堤5.施工管理合理安排施工计划

25、，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。3.过江隧道施工技术措施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xx江底，在该区

26、域施工风险巨大。风险如下：3.过江隧道施工技术措施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3.过江隧道施工技术措施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粉质粘土。3.过江隧道施工技术措施江中联络通道施工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。3.过江隧道施工技术措施江中联络通道施工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