苏州轨道交通4号线IV-TS-01标土建工程
出入场线盾构区间出场线隧道
百环验收材料
中铁十九局集团有限公司
苏州轨道交通4号线IV-TS-01标项目经理部
二零一三年十一月一日
目录
目录 . ........................................................... 1 一、概述 . ...................................................... 2 二、盾构设备情况 ............................................... 7 三、管理制度 . .................................................. 7 四、盾构掘进过程控制 ........................................... 8 五、同步注浆及二次注浆 ........................................ 13 六、沉降情况与分析 ............................................ 17 七、异常情况 . ................................................. 18 八、区间特殊位置变化 .......................................... 18 九、试验总结 . ................................................. 18
一、概述
1、试验段目的
（1）、通过实践摸索适合于同步注浆系统的浆液生产配合比，满足适合于不同地层盾构正常掘进引起的隆起和沉降变形特征；
（2）、确定合理的掘进参数（土压值、掘进速度）对地表隆起和沉降变形的影响；
（3）、摸索盾构机在本工程地质盾构姿态和管片拼装变化规律； （4）、研究同步注浆的注入参数对隆起和沉降的影响，研究二次补浆对地表隆起和沉降变形的影响；
（5）、摸索盾构在该地层推进规律，为下一步盾构施工和穿越房屋提出可靠地施工参数。
（6）、学习和贯彻安全管理中心施工指南和轨道公司管理办法，形成自身管理特点； 2、工程概况
元和停车场出入场线盾构区间：采用一台盾构机掘进，线路从出入场线盾构井出场线始发，向南延伸以R=345米曲线转向西，然后以直线下穿黄埭塘，接着下穿苏虞张公路，再以直线接至苏虞张公路站。出场线起止里程为CDK1+183.869～CDK0+246.010，出场线总长为937.859米，计划安装管片781环（不含负环）。
区间设一处联络通道，在CDK0+783.803和RCK0+788.183处设一处联络通道兼作区间泵房与集水池。元和停车场出场线盾构工作井围护结构为φ800@950钻孔灌注桩，内衬墙为800mm 厚钢筋混凝土结构。
3、试验段线路情况
已回填一部分的鱼塘，联络通道以后开始以345米半径曲线在里程CDK0+710.000穿越黄埭塘、CDK0+339.939穿越苏虞张公路后进入苏虞张路站盾构接收井。
试验段纵断面线路图
盾构机始发后即进入5‰的竖曲线上，沿5‰的竖曲线前行54.869米后以半径2000米前行34.000米变坡变为22‰坡度直至联络通道，联络通道以后以5‰坡度上坡后以0‰坡度进站。大部分试验段盾构机在平面处于直线段、纵断面上处于曲线线路上。 4、试验段水文地质情况
根据地勘资料，试验段区间隧道土体上部为以可塑为主③2粉质粘土层，中部为稍密～中密，饱和状③3粘土层，下部为中密为主，饱和状④2粉土夹粉砂层。见（试验段地质剖面图）。
根据埋藏特性，地下水分为孔隙潜水含水层、微承压含水层、承压含水层。 潜水含水层主要由全新统Q4填土层组成，勘察期间苏州测得潜水稳定水位为地面下1.0~1.50m左右，标高1.46～1.48m ，据区域水文资料，苏州市历史最高潜水位为2.63m ，近3～5年最高潜水位2.50m （1985国家高程基准），最低潜水位标高为0.21m ，潜水位年变幅一般为1～2m 。
微承压水含水层由晚更新世沉积成因的③3、④3粉土、④2粉土或粉砂层组成，其隔水顶板为③1、③2粘性土层，隔水层底板为⑥1、⑥2粘性土层，具微承压性。据实测结果，微承压水水头标高在-0.20～1.90m ，该层为对车站基坑开挖有直接影响的含水层。富水性主要受含水介质厚度制约。该含水层的补给来源主要为潜水和地表水。
根据钻探结果，本次补充勘察范围内承压水含水层由晚更新世沉积成因的土层组成，主要为⑦2粉土或粉砂及⑨粉土、粉土夹粉质粘土层，具承压性，属于本区第I 承压水。据4号线实测资料，其水头标高在-0.225～-2.92m 之间。该含水层的补给来源主要为承压水的越流补给及地下迳流补给，以地下迳流及人工抽吸为主要排汇方式。据区域资料，承压水水头标高在-2.70m 左右，年变幅1m 左右。
根据气象资料，本地区干燥度指数小于1.5，属湿润区，场地土层含水量一般大于30%，因此可判定本地区环境类型为Ⅱ类。
根据4号线主线初勘施工时所取潜水及地表水、微承压水水样水质分析结果，补充勘察范围内地表水对混凝土有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋有微腐蚀性。
潜水对混凝土有微腐蚀性，长期浸水环境中对钢筋混凝土结构中钢筋有微腐蚀性，干湿交替环境中对钢筋混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性。
试验段地质剖面图
出场线区间地质饼图
二、盾构设备情况
1、设备自身性能
用于元和停车场出场线所使用的盾构机为日本小松公司配制的TM6340PSX 土压平衡式盾构机，此盾构机经过了一系列的改造使盾构机更适应在粉土及粉质粘土中掘进，更好的控制地面沉降。盾构机的主要性能指标如下：
（1） 盾构机额定扭矩大于5147KN.m ，额定推力37730KN 。 （2） 盾构机刀盘为面板式，开口率为40％。 （3） 螺旋输送机配备了2道防水闸门。 （4） 土压仓内装有4个土压计。 （5） 刀盘上有5个添加剂注入口。 （6） 盾构密封3道，密封刷为知名品牌。
（7） 盾构机切削外径与管片外径之间的距离为70mm 。 （8） 各区域推进千斤顶最大可伸长量相等。 2、设备不足之处改进
（1）为盾构机刀盘配备了66把大先行刀、12把小先行刀、78把刮刀。 （2）电机采用伺服电机，可控制注浆流量。
（3）注浆泵采用德国施维英泥浆泵，并且按照业主要求进行了同步注浆系统的改进，采用用2台液压泵分别控制（A 管与B 管）。
三、管理制度
为进一步提升我单位盾构工作人员的技术水平，调动工作的积极性，控制好地表沉降，为盾构掘进和试验段提供可靠的数据。结合本工程实际情况及苏州市轨道公司对盾构施工的管理办法、验收要求，特制定了一系列的措施和制
度。在确保合格的基础上，力争把本工程建成优质工程。具体措施如下：
1、日讲评制度
早晚接班前半小时对班组人员进行点名并讲评，主要就上班存在情况、下班注意事项进行问题，盾构副经理、工程主管人员及操作手必须参加，项目经理视情况参加。
就工地实际生产进度，对已经完成的管片数量，进行质量自检和自查，地面监测报告每天查阅就发生的沉降或隆起情况，根据实际情况技术主管跟盾构经理共同协商，制定出适合于本工程的相应措施。
（1）对相应的土压值、掘进速度、注浆量适当调整
（2）根据地质情况的变化，迅速采取加大二次注浆量等有效措施。 每日18:30，总工、盾构副经理、工程部、测量队、拼装手、机修工、搅拌站负责人在会议室召开会议，就当天的存在的问题进行研讨，确保下班班组正常施工，以保证盾构进度和施工质量。 2、周检：
结合每周监理例会的问题结合实际行动，不断形成良好的习惯，把有效数据整理归档，并对工程进度起到促进作用。 3、技术研讨总结会
项目部定期由总工组织盾构司机、技术员、拼装手对阶段施工情况进行总结，对施工中出现的问题进行讨论和细致的分析避免问题再次发生。
四、盾构掘进过程控制
1、土仓压力：
本试验推进段覆土厚度为4.8～5.7m, 盾构掘进线路正上方为荒地，综合计
算后，土仓压力P=K0（γh+q）(P：土压力（包括地下水），γ：土的平均容重，取19.5KN/m3,h ：隧道埋深，取5米，K0：土的侧向静止土压力系数，根据地质详堪报告，加权平均后取0.5，q ：地面荷载) ，计算的理论土压力为0.09Mpa, 在盾构掘进时土压力略高于理论值0.01 Mpa 。在盾构穿越的土层为粉土及粉砂层时土仓压力取理论值的1.4倍，得始发段的土压约为0.14MPa 。
2、掘进速度：
按照轨道公司、监理要求，始发段掘进速度控制在2～3cm/min。 3、推力、扭矩及土压值参数
4、盾构姿态控制
由于盾构机发射托架自身变形影响，盾构机进入加固区出现姿态下沉，主要是垂直姿态变化较大，+1环显示值为-60，-39，-18，由于加固区无法调节盾构机姿态，直到盾尾脱离强加固区，掘进+6环后，才逐步调节正规。在纵断面线路上于第46环开始由5‰变坡一直到73环变为22‰的下坡，由于坡度较大，通过贴片方式和转弯环反拼的方式调整，确保盾尾间隙。由于出场线覆土较浅，经过测量管片脱出盾尾稳定后的上浮量为1～2cm ，故盾构机在推进过程姿态按照设计轴线垂直方向-2cm 左右控制。
5、盾尾油脂注入
按照盾构穿越房屋安全管理中心要求，我项目部选用上海生产的纳克牌盾尾油脂。前100环掘进完成共使用盾尾油脂20桶，手涂油脂（负环安装前手工涂满3道盾尾刷），100环掘进过程中平均每环注入量为50Kg （250kg/桶）。
五、同步注浆及二次注浆
1、原材料
新型改良浆液（准厚浆）原材料主要为消石灰、膨润土（钠基）、粉煤灰（Ⅱ级）、中细砂、外加剂（减水）、水。原材料的相关性能指标见下表。
浆液原材料性能指标
2、生产配合比
准厚浆生产配合比
3、浆液性能指标
浆液性能指标
4、过程管理 （1）原材料管理
①、建立原材料进场验收制度，每批原材料进场时由物质部、工程部共同对原材料进行验收，对不符合要求的原材料坚决予以退场。
②、加强原材料储运管理，由于新型改良型浆液（准厚浆）所采用的原材料对空气中水份的吸附能力较强，原材料的含水率对浆液的质量影响较大，为有效控制原材料的含水率指标，项目部搭建专用原材料存放仓库，膨润土、消石灰、粉煤灰均入库存放，黄沙堆放在拌浆房附近以便进行浆液拌制。
（2）计量管理
为精确控制同步注浆浆液质量，我部采用山东建科生产的JS500型自动搅拌系统进行浆液拌制，为了确保浆液的质量和数量，我项目部对自动搅拌系统的各种量具委托专业技术部门进行标定，同时进行多次的配合比试验，对拌浆程序和浆液的各项指标进行研究和分析，确定了最终的拌浆程序和配比，并对拌浆操作人员进行了详细的技术交底，质检员定期不定期的对浆液质量进行检测确保浆液质量。
（3）拌浆管理
①、按需拌浆，计算好每环注浆量，拌制时间25min 左右。
②、投料顺序严格按照拌浆流程进行拌制，投料完毕后进行充分的搅拌至搅拌均匀。
③、每个班指派3名专职拌浆人员，按照“定机定岗、责任明确、分工到人”的原则，严格做好浆液拌制质量。
④、实验室及技术人员定期、不定期对浆液坍落度和稠度进行测试并做好
记录。
⑤、浆液由运浆车运至施工前方时，由盾构司机完成最后一道检测工作，对不符合要求的浆液坚决退回，重新拌制。
5、同步注浆量及注浆压力控制
本区间同步注浆设备为德国施维英注浆泵，同步注浆自动计量系统传感器的计量依据是柱塞的活动次数，根据现场实践，盾构机同步注浆自动计量系统所显示的注入量（面板显示注入量）和实际拌浆量有所差异，界面显示注入量比实际拌浆量多0.5m 3~1m3每环。鉴于此，同步注浆量控制以实际拌浆量为主，操作界面显示量为辅的控制方案。
洞门注浆封闭结束后, 同步注浆从+4环推至一半（盾构机盾尾进橡胶脸不板三环以后）开始起注，在控制注浆压力不超过0.5Mpa 的前提下，每环定量注入准厚浆3.8m 3，经过和业主、监理协商，根据地表监测情况，从第6环开始将每环注浆量调整至4 m 3，注浆量调整后地面沉降得到控制，为达到更好沉降效果，地面沉降达到良好效果（详见沉降情况分析）。
6、二次注浆
①、二次注浆浆液配合比
水：水玻璃=3：1（重量比），水泥浆水灰比=1：1（重量比），水泥浆：水玻璃=1：1（体积比）
②、注浆量及注浆压力
因1～3环先进行同步注浆，同步注浆结束后采用单液水泥浆进行洞门封堵，1～5环二次注浆30m 3, 从第6环进行二次跟踪注浆。注浆范围为盾尾脱出6环开始注入，盾尾脱出9环注完。注浆顺序为一环管片的左下和右下，隔环的左上和右上。前20环共注入浆液消耗水泥25吨，平均每环注浆消耗水泥1.25
吨。注浆压力0.3Mpa ～0.5Mpa 。
六、沉降情况与分析
1、地面监测点布设
（1）、监测仪器：苏光水准仪加平板测微器；
（2）、测点布置：轴线上每5环布设一个地面监测点；每15环布设一个大断面点（5点断面）。
（3）监测范围及频率：盾构机刀盘前10环，盾尾后20环；每天1次（上午8:00）。
2、试验段地表监测数据分析
（1）、首100环盾构机到达前监测点沉降分析
盾构机掘进过程中，由于土压力的建立会对盾构前方土体造成一定的影响，根据每日监测报表数据分析，试验段100环前方土体均有0～4mm 隆起量，隆起值最大为+6.6mm。
（2）、首100环盾构机通过监测点注浆填充稳定后累计沉降分析 从试验段100环累计沉降曲线分析可知，累计最大沉降点为D12，沉降量为-14.2 mm。
（3）、最大累计沉降分析
根据每日监测报表显示，最大累计沉降点为D12，沉降量为-14.2 mm，且在2011年4月21日一次沉降达到了-11.5mm ，变化速率较快。但由于我们盾构机管片拼装至25环，D12点在78环位置，距离远远在影响范围开外。经分析属于人为原因。
七、异常情况
1、机械异常：
（1）、龙门吊电缆断裂，在17环时即可停止施工作业，我项目部命令禁止机械带病作业，避免了发生安全问题。
（2）、在64环时，施维英注浆泵注入压力异常，为了避免压力问题引发浆量不足，引起地面沉降，我部采取停工维修，经检查为注浆泵活塞损坏，维修正常后在开始掘进，保证了施工质量。
我项目部采取以下措施
①、机修班上班前，严格执行对龙门吊、电瓶车等设备班前必检查制度； ②、对较容易的出现的故障加强巡检力度； ③、对易出现的设备部件，备用1～2件；
八、区间特殊位置变化
盾构出加固区沉降控制
盾构机进洞时采取欠压推进，盾构机在加固区掘进过程中，缓慢提升土压力，掘进至第5环刀盘出加固区时，土压建立至0.12Mpa ，加固区掘进过程中最大推力1000T ，扭矩3200KN.m ，盾构机于第6环进行同步注浆，每环定量注入4m 3压力0.5Mpa 。根据监测报表数据加固区与正常段交接点处于监测点L1与L2中间，盾构通过监测点稳定后L1累计值为-0.3mm ，L2累计值为0.8mm ，沉降控制良好，L1和L2沉降过程曲线见附图4。
九、试验总结
1、本次试验是在③2粉质粘土、③3粉土及④2粉土夹粉砂地质条件下采用准厚浆作为同步注浆浆液取得的数据，分析结果对苏州地区类似土质的盾构
施工有一定的参考意义。
2、土仓压力与推进速度是引起刀盘前方地层隆沉的主要因素。试验段设置土仓压力略大，使刀盘前方图层有较小的隆起，一般隆起量在2mm 左右，随着盾构机的通过，土体的固结，隆起值回落，并开始缓慢沉降。从控制地面沉降来看，此种掘进方式可以有较好的效果。
3、管片脱离盾尾时，地层存在着明显的下沉阶段，管片脱离盾尾的同步注浆可以有效的控制地面下沉。根据现场试验，在砂型土层中按照建筑间隙的230%注入。可避免盾尾漏浆，又可较好的控制地面沉降。
4、同步注浆浆液采用准厚浆，坍落度控制在24cm ～26cm 之间，初凝时间长，流动性和保水性好，可完好适应盾构同步注浆系统。同步注浆浆液在拌制过程中应充分搅拌均匀，防止膨润土水化不充分而结块，影响浆液质量。
5、及时进行二次注浆能有效的控制地面二次下沉的趋势，二次注浆采用双液浆压注，此浆液迅速凝结并充填土体，可有效的防止地面二次下沉，。根据现场实践，在砂型土地层中二次注浆应于脱出盾尾7环开始注入，脱出盾尾9环注完，注入1.2m ³。
6、鉴于准厚浆的粘稠度较大，储浆罐、转驳浆箱、台车浆箱使用一段时间后，会在浆箱的四壁凝结成较厚的硬块。一旦硬块脱落入浆箱，对转驳泵和同步注浆泵的损害较大，同时影响浆液注入。建议每班交班对浆箱用水清洗，每周对浆箱进行彻底清理。
7、准厚浆配比中黄沙的掺入量较大，该浆液遇水易沉淀，同步注浆管路采用清水冲洗容易，浆液容易在管壁上沉淀结块，一段时间后会淤积堵塞，影响浆液注入。可采用膨润土浆液冲洗管路。
8、加强盾构司机、技术员、拼装手之前的交流，能更好的控制盾构姿态，
保证盾尾间隙，管片拼装的质量。
9、结合火三区间积累的施工参数合理的运用到出场线施工中，确保了出场线施工质量，盾构机安全顺利的掘进。
附图1元和停车场出场线始发100环监测点布置图.dwg
附图2元和停车场出场线始发100环地面沉降监测统计表.doc
附图3元和停车场盾构工作井加固区沉降反映表.docx
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