1、轨道交通地下车站、区间土建工程施工盾构机选型设计方案编 制： 审 核： 批 准： 版 本 号: ESZAQDGF001 编制单位： 编 制: 审 核： 批 准： 二XX年X月 目 录 一、工程概况41.1 工程简介41.2 区间概况41.2.1 XX车辆段出入段线区间概况41.2.2 XX站XX路站区间概况51.3 自然条件5地质情况51.3.2 水文地质概况8场地地震效应81.4 本区间施工重难点9二、盾构机选型9三、拟采用盾构机设计优势及特点103.1 盾构机整体概况103.2 铰接设计113.3 刀盘设计123.4 主驱动设计173.5 螺旋输送机设计183.6 小角度皮带机设计203.2、7 管片拼装机设计203.8 气体保压系统及人舱设计213.9 控制柜采用分布式I/O控制223.10 现场及远程监控系统223.11 数据智能管理系统233.12 导向系统243.13 整机设计主要参数表243.14 盾尾刷选型25四、XX地区施工案例264.1 XX地铁1号线施工264.2 XX地铁2号线施工264.3 XX地铁5号线284.4 结论30五、区间重大风险源305.1 XX河305.2 XX河污水管315.3 XX快速二期高架桥335.4 XXXX2层门面房345.5 下穿铁路北道线345.6 XX铁路下行线概况355.7 下穿XX铁路365.8 XX铁路上行线概况385.93、 西北环线概况395.10 天然气护管涵41六、过风险源针对性设计436.1 同步注浆系统设计436.2 二次补强注浆系统446.3 泡沫系统设计456.4 膨润土系统设计466.5 渣土改良设计476.6 施工方面下穿风险源保护措施49一、工程概况1.1 工程简介XX市轨道交通XX工程土建施工01标段，北起XX路以西的XX车辆段，沿XX路呈东西走行，到XX路与XX路交叉口的XX路站、XX站止，共包括3个地下车站、2个地下盾构区间（含部分出入段线明挖区间），分别为XX站、XX路站、XX站（3号线与XX换乘站）、XX车辆段出入段线区间、XX站至XX路站区间。1.2 区间概况1.2.1 XX车辆段4、出入段线区间概况XX车辆段出入段线区间左右线均由XX站引出，沿规划XX路路北向西敷设，下穿XX河，然后继续向西，侧穿XX快速通道桩基，下穿XX两层门面房，然后以300m的小半径转入向南，分别下穿铁路北到线、XX铁路、XX城际铁路、XX-XX铁路联络线等，到达盾构吊出井。XX车辆段出入段线区间右线盾构段长1221.448m，里程为CR-K0+090.568CR-K1+312.016；左线盾构段长1189.480m，里程为CR-K0+090.520CR-K1+280.000。盾构段左、右线各设置2处平曲线，曲线半径分别为800m.300m，线间距8.67m28m，线路坡度设计为“V”字坡，左线线路5、坡度依次为2、18的下坡，7、33.764的上坡，右线线路坡度依次为2、18的下坡，7、32.932的上坡，左、右线覆土厚度5.112.2m，穿越主要地层有黏质粉土、粉质黏土、粉砂等地层，地下水位埋深10.012.0m。盾构采用外径6.2m、内径5.5m、管片厚度35cm、环宽1.5m管片，本出入段线部分区段为300m小半径，需采用1.2m环宽管片，区间不设置联络通道兼泵房。1.2.2 XX站XX路站区间概况XX站XX路站区间线路出XX站后，主要沿XX路路中向东敷设，线路两侧主要为已拆迁待建地块、住宅楼等，两侧建构筑物距离区间隧道较远。区间起点里程为右（左）DK0+533.900，终点里程为右6、（左）DK1+074.419。左线长度542.953m（含长链2.434m），右线长度540.519m。左、右线各设置1处平曲线，曲线半径为1000m，线间距14m17m。线路纵坡设计为单向坡，坡向XX路，坡度为20.502，盾构隧道为单洞、单线圆形断面，线间距1417m，管片外径6.2m、内径5.5m、管片厚度35cm、环宽1.5m，左、右线覆土厚度9.118.1m，主要穿过黏质粉土、粉质黏土、粉砂等地层。地下水位埋深10.012.0m。由于区间较短不设置联络通道兼泵房。1.3 自然条件 地质情况根据岩土的时代成因、地层岩性及工程特性，本场地勘探揭露58m深度范围内地层主要为人工填土及第四系7、全新统（Q4）粉质黏土、黏质粉土、细砂，第四系上更新统（Q3）粉质黏土、黏质粉土，第四系中更统冲积层（Q2）粉质黏土等土层，现将勘察深度内的土层按其不同的成因、时代及物理力学性质差异自上而下分为17个工程地质单元层。本区间下穿地层主要为粉质黏土层、黏质粉土层、粉砂层。各层土的岩性特征及埋藏条件分述如下：1杂填土（Q4ml）：城市道路上表层主要为柏油路面，厚约20cm下部主要为灰土垫层、人工堆填粉土；道路两侧空地多为新近回填粉土、粉质黏土，含大量砖块、砼、灰渣等建筑垃圾，成分杂乱，结构松散。本层土力学性质不均匀。本层层底埋深，层厚，层底高程。31黏质粉土（Q4al）：褐黄色，稍湿，稍密-中密。含8、锈斑，有砂感，干强度低，韧性低。本层层底埋深，层厚，层底高程。32黏质粉土（Q4al）：褐黄色，稍湿，中密。含锈斑，有砂感，无光泽反应，干强度低，韧性低。本层层底埋深，层厚，层底高程。21粉质黏土（Q4al）：黄褐色，软塑-可塑，切面有光泽。干强度及韧性高，无摇震反应。见蜗牛壳碎片。本层层底埋深，层厚，层底高程。33黏质粉土（Q4al）：褐黄色，稍湿，稍密-中密。含白色钙质条纹，锈色斑点，有砂感。无光泽反应，干强度低，韧性低。本层层底埋深，层厚，层底高程。33D细砂（Q4al）：褐黄色，湿-饱和，中密-密实。主要矿物成分以长石、石英，含少量云母。本层层底埋深，层厚，层底高程。22粉质黏土（Q49、al）：灰褐色，软塑-可塑，切面有光泽。干强度及韧性高，无摇震反应。见蜗牛壳碎片。本层层底埋深，层厚，层底高程。34黏质粉土（Q4al）：灰褐色，湿，中密。无光泽反应，干强度及韧性低，摇震反应中。见蜗牛壳碎片。局部夹薄层粉质黏土。本层层底埋深，层厚，层底高程。41粉砂（Q4al）：灰褐色、褐黄色，饱和，中密-密实。级配一般，主要矿物成分以长石、石英，含少量云母。局部含少量砾石。本层层底埋深，层厚，层底高程。41A黏质粉土（Q4al）：褐黄色，湿，中密。无光泽反应，干强度及韧性低，摇震反应中。见蜗牛壳碎片。局部夹薄层粉质黏土。本层层底埋深，层厚，层底高程。51细砂（Q4al）：褐黄色，饱和，密实10、。级配一般，主要矿物成分以长石、石英，含少量云母。局部含少量砾石。本层层底埋深，层厚，层底高程。24粉质黏土（Q3al）：黄褐色，可塑硬塑，切面光滑，干强度及韧性高，无摇震反应。含黑色铁锰斑点，含较多钙质结核，粒径约530mm。本层层底埋深，层厚，层底高程。24A黏质粉土（Q3al）：褐黄色，湿，密实。含锈斑，稍有黏性，局部夹有钙质结核，一般粒径330mm，干强度低，韧性低。本层层底埋深，层厚，层底高程。25粉质黏土（Q3al）：黄褐色，可塑硬塑，切面光滑，干强度及韧性高，无摇震反应。含较多钙质结核，粒径约540mm，局部富集。本层层底埋深，层厚，层底高程。25A黏质粉土（Q3al）：褐黄色，11、湿，密实。含锈斑，稍有黏性，局部夹有钙质结核，一般粒径330mm，干强度低，韧性低。本层层底埋深，层厚，层底高程。26粉质黏土（Q3al）：黄褐色，可塑硬塑，切面光滑，干强度及韧性高，无摇震反应。含较多钙质结核，粒径约540mm，局部富集。本层层底埋深，层厚，层底高程。26A黏质粉土（Q3al）：褐黄色，湿，密实。含锈斑，稍有黏性，局部夹有钙质结核，一般粒径330mm，干强度低，韧性低。本层层底埋深，层厚，层底高程。21粉质黏土（Q2al）：黄褐色，可塑硬塑，切面光滑，干强度及韧性高，无摇震反应。含黑色铁锰斑点，含大量钙质结核，约30%50%，粒径约540mm，局部富集，钻进困难。本层勘察深度12、内未揭穿，最大揭露厚度10.0m。1.3.2 水文地质概况（1）地下水本区间场地勘察期间，稳定地下潜水水位埋深介于（水位高程为），本场地地下水类型为第四纪松散岩类潜水。地下水主要赋存于约9.0m以下黏质粉土、粉砂、细砂、粉质黏土层中。（2）地下水和土的腐蚀性按岩土工程勘察规范（GB50021-2001）（2009年版）附录G规定，场地环境类型为类。根据本工程场地地下水水质分析结果，依据岩土工程勘察规范（GB50021-2001）（2009版），判定地下水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。据根据本工程场地地基土腐蚀性分析结果，依据岩土工程勘察规范（GB50021-20013、1）（2009版），判定地基土对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。（3）抗浮设计水位本区间场地勘察期间，（水位高程为），据调查本区间场地近5年最高水位埋深4.0m左右（水位高程约91.50m），本区间历史最高水位埋深2.0m左右（水位高程约93.50m）。根据建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）地下结构进行抗浮验算时，本站区场地抗浮水位埋深可取2.0m（抗浮水位高程可取93.50m）。设计时应考虑夏、秋季罕见突发暴雨和特大暴雨造成城市内涝对地下车站设计的影响。 场地地震效应近场区大地构造上位于中朝准地台的黄淮海坳陷，地质构造总体上以宽缓的向背斜为特征，断裂活14、动强度和幅度不大，主要构造线走向呈北西、北西西-近东西向构造。工程线路位于黄淮海坳陷南部。近场区断裂构造比较发育，主要为北西向和北西-近东西向断裂。（1）地震动参数根据XX市轨道交通XX一期工程场地地震安全性评价报告，XX市抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度值为0.15g。（2）场地土类型及建筑场地类别根据波速测试结果，场地20m范围内等效剪切波速se分别为201m/s、207m/s、208m/s、208m/s，平均等效剪切波速值为206m/s。场地覆盖层厚度大于50m，依据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）（2008年版）第条，综合判定本场地建筑场地类别为15、类。设计特征周期0.55s。依据建筑工程抗震设防分类标准（GB 50223-2008），本工程抗震设防类别为重点设防类（乙类）。1.4 本区间施工重难点本标段两区间施工重难点如下：（1）砂层掘进扭矩大，推力大，刀具磨损较严重。（2）在粘性土地层掘进，且地层渗透系数小时，容易结泥饼。（3）含水砂层可能有喷涌现象，但现象不明显。（4）穿越粉砂层掘进扭矩、推力大，土仓压力保持与地面沉降控制问题。（5）XX车辆段出入段线区间有一段半径为300m小曲线掘进。二、盾构机选型盾构机选型主要根据工程及水文地质、区间隧道设计及施工条件、施工规范、标准。根据本工程的地质及水文特点对盾构结构形式、驱动方式、主要技术16、参数、后配套的配置要求等进行调查研究，借鉴国内外先进技术，从经济实用、安全可靠及技术的先进性进行综合考虑。XX地铁XX01标盾构机定型为土压平衡式泥土盾构机，刀盘为轮辐式。三、拟采用盾构机设计优势及特点3.1 盾构机整体概况盾构机拟采用两台XX装备盾构机，编号分别为为CERC-336、CERC-337。盾构整机长度82m，共配置主机、设备桥及6节拖车，如下图：图3.1-1 盾构机整体图XX地铁XX管片为外径6200mm,内径5500mm。刀盘开挖直径6460mm，前盾盾体直径6440mm，有效保径的同时，减少相对盾体的扩挖量。图3.1-2 盾构机纵剖图3.2 铰接设计高低压切换的被动铰接设计，17、采用加大铰接油缸及液压系统高低压切换设计，防止盾尾被卡。铰接系统采用独立的高压定量泵作为油源，可实现高低压切换，具有较好的脱困功能，同时铰接可实现分组控制，更好的主动调节盾尾姿态。最小转弯半径为250m，满足本区间掘进最小转弯半径300m的需求。 图3.2-1 铰接图 图3.2.2 高压定量泵3.3 刀盘设计（1）刀盘结构：6扭腿6辐条结构，采用圆管式主梁及圆管式扭腿，结构形式可以避免泥饼，且在砂层施工时搅拌扭矩较小。刀盘材质为Q345B，刀盘能够承受最大强度为230MPa。（2）开口率：开口率60%，开口在整个盘面均匀分布，利于渣土流动流畅及土压传递更真实；不易形成刀盘泥饼。（3）渣土改良：18、4个泡沫口，2个膨润土口，单管单泵单喷口，新型泡沫喷口设计，保证各口的通畅。 图3.3-1 刀盘整体图 图3.3-2 圆管式主梁及圆管式扭腿 图3.3-3 新型泡沫喷口设计（4）刀盘上布置72把切刀，宽150mm；布置39把撕裂刀，采用尖形贝壳刀，与切刀高差45mm。具体见图3.3-4。刀盘外沿采用直角设计，对周边地层扰动小。最外部布置足够多的刮刀、保径刀和先行刀，可以有效保径及防止刀盘刀圈梁的直接磨损。额外布置6把大合金保径撕裂刀。 图3.3-4 刀盘刀具图（5）本区间两台盾构机配置1把仿形刀，可确知超挖位置及测量超挖行程。为使超挖刀具有仿行功能，系统在盾体回路中增设一个检测油缸，利用检测油19、缸位移信号得出超挖刀的位移量。系统设计有顺序阀，可自动消除测量累积误差。超挖刀液压系统采用独立的泵站，避免了主液压系统受到超挖刀系统污染的可能。 图3.3-5 超挖刀液压系统独立的泵站（6）刀盘刀具磨损检测：油压式刀具磨损监测装置可提前发现刀具磨损情况，避免发生刀盘盘体及刀座严重磨损的情况，布置2个位置，具备磨损后可更换功能。图3.3-6 磨损检测装置（7）防泥饼措施：1）可使土仓中心隔板固定，安装中心固定搅拌棒，能够有效防止土仓中心泥饼产生。2）在固定隔板上设计有中心冲刷装置。图3.3-7 中心冲刷装置 图3.3-8 搅拌棒3.4 主驱动设计（1）主轴承：采用3061主轴承，具有双排主推滚子20、，可承受较大偏载。 图3.4-1 主驱动的主轴承（2）配置9组液压驱动，额定扭矩6650kNm，脱困扭矩8100kNm，可以满足在砂层等对扭矩要求较高的地层中掘进；最高转速3.35r/min，可以满足在中风化岩中要求快转速的掘进要求。主驱动有较高设备扭矩储备系数，确保在含姜石等特殊地层条件下顺利通过，有效控制沉降，规避施工风险。3.5 螺旋输送机设计（1）螺旋输送机内径900mm,最大通过粒径340560mm,设计有前闸门和两道出渣闸门，螺旋机轴可伸缩，最高转速25r/min。（2）采用尾部中心驱动，下部出碴结构，防止了螺旋机出口堆渣现象发生。（3）螺旋机内壁有耐磨设计，在螺旋轴最易磨损的前端21、叶片上加装耐磨块，叶片承载面实施堆焊；前盾内筒体采用可更换衬套设计，当磨损严重时，可进行更换。图3.5-1 螺旋输送机（4）螺旋机出土口设置2个闸门；（5）预留了膨润土和高分子聚合物注入接口；（6）设置有保压泵接口，必要时可联接泥浆泵或泥浆管，缓解喷碴压力。图3.5-2 螺旋输送机3.6 小角度皮带机设计掘进时一旦发生喷涌或粘土中掘进，大角度的皮带机难以将碴土上送，导致漏碴严重影响施工。提供的盾构设计10的小倾角皮带机，根据相关工程案例，输送稀碴的能力大大提高，基本能够将稀碴送出，保证发生喷涌时掘进施工的正常进行。图3.6 小角度皮带机设计3.7 管片拼装机设计管片拼装机结构形式为中心回转式，22、具有6个自由度。旋转动作采用两套独立的限位系统，任一系统给出限制信号，相应动作即刻停止，从而在双重保护模式下确保系统安全可靠运行。图3.7 管片拼装机3.8 气体保压系统及人舱设计盾构设备配置双舱并联人仓及成熟的德国SAMSON公司的全气动压力调节装置，此套系统为全气控装置，在网电断电时系统仍能正常工作，确保带压换刀时舱内人员安全。 图3.8 气体保压系统及人舱3.9 控制柜采用分布式I/O控制控制柜采用分布式I/O控制（专利技术），拖车与拖车直接连接的电缆只有通信电缆及少数几根供电电缆，在盾构拆装时比较方便，后期维护也较为简单。图3.9 分布式I/O控制3.10 现场及远程监控系统XX装备提23、供软件，安装于普通配置电脑即可实行监控。图3.10 现场及远程监控系统3.11 数据智能管理系统 图3.11 数据智能管理系统界面3.12 导向系统本标段采用国产MIDO激光导向系统。本系统为成熟产品，在盾构、TBM上配套使用多台。图3.12 国产MIDO激光导向系统工作示意图3.13 整机设计主要参数表项目主要参数开挖直径6460mm盾体直径6440/6430/6420mm开口率60%刀盘转速0-3.3rpm主驱动功率945kW最大扭矩6650kNm脱困扭矩8100kNm最大推力4255T 最大推进速度80mm/min装机功率1787.55kW3.14 盾尾刷选型盾尾刷选型采用两道钢丝刷、一24、道钢板刷。钢丝采用不锈钢丝抗拉强度640-1030MPa，加工完打磨干净，无毛刺、飞边，钢丝束要求整齐。 图3.14-1 钢丝刷和钢板刷图3.14-2 盾尾密封原理四、XX地区施工案例4.1 XX地铁1号线施工XX地铁1号线主要地层为粉质粘土、粉砂，盾构掘进常用扭矩为2000-3000kNm，常用转速为，总推力为800-900T，推进速度为40-50mm/min。从地质条件角度，1号线总体施工难度不大。图4.1 XX地铁1号线采用盾构机轮辐式+小面板式4.2 XX地铁2号线施工XX地铁2号线大部分区间仍以粉质粘土为主，但由于部分区间存在全断面砂层（N=50-62），局部地段含有姜石，盾构在上述25、区间掘进时出现扭矩大，推力大的现象，总体掘进难度大于1号线。图4.2-1 XX地铁2号线采用盾构机轮辐式XX地铁2号线XX东路站帆布厂街站区间，掘进过程中出现大量钙质胶结地层，姜石的粒径大、含量多，石块粒径一般在80-300mm之间，含量在40%左右，换算后的单轴饱和抗压强度最大为37.51Mpa，最小为14.57 Mpa，平均为25.75 Mpa。刀盘驱动扭矩30004500kNm，推力16003000T，速度1030mm/min。 图4.2-2 XX地铁2号线地质情况4.3 XX地铁5号线XX地铁5号线大部分区间以细砂层、粉质粘土层为主，盾构掘进常用扭矩为2000-3000kNm，常用转速26、为，总推力为900-1000T，推进速度为50-60mm/min。 图4.3 XX地铁5号线4.4 结论根据已有施工图纸及现场实地踏勘情况，本标段隧道主要穿越粉砂层、黏质粉土层、粉质黏土层，结合以往我部施工人员在5号线的施工经验，预计施工难度比5号线的施工难度小，加之我部盾构机有对于此类地层针对性设计，可以良好适应本工程地质条件。五、区间重大风险源5.1 XX河XX车辆段出入线XX站区间从左CR-K0+140CR-K0+200下穿XX河，XX河为淮河一级支流，盾构区间从其下方穿过，XX河河面宽约60m，隧道顶距离XX河河底约7.6m，穿越河面较宽，隧道拱顶距河底距离较近，现已对XX河进行了截流27、，左线影响段已填平，对右线影响较大。河底上部以淤泥质粉质粘土为主,下部以黏质粉土、砂土为主，粘性土中为孔隙水，砂层中为承压水。盾构过河段主要穿越地层为淤泥质粉质粘土，部分为黏质粉土、砂土。左、右线对应环号为3373环。图5.1-1 区间下穿XX河 图5.1-2 区间下穿XX河剖面图5.2 XX河污水管桩号为2C2+229.425（编号ZW-210）桩号为2C2+269.056（编号ZW-211）XX河污水管盾构右线盾构左线 图5.2 XX河污水管图XX河污水管属正在施工工程，主要作用是排污，防止污水流入XX河，左右线盾构机在CR-K0+290.00CR-K0+340.000位置下穿污水管。XX28、河污水管影响盾构施工范围在桩号为2C2+229.425（编号ZW-210）、2C2+269.056（编号ZW-211）之间，间隔40m，施工方式为人工顶管。污水管采用直径800mm的污水管，管底标高92.827m。盾构区间顶部标高为81.215m，管底距盾构隧道拱顶11.612m，下穿风险较小。5.3 XX快速二期高架桥左线右线水位埋深约12m离桥桩最近约7.3m 图5.3 侧穿XX快速路高架桥5.4 XXXX2层门面房水位埋深约11.8m左线拱顶距房屋基础约9.3m右线下穿过道左线下穿2层门面房 图5.4 区间下穿XXXX2层门面房XX车辆段出入线XX站区间左线从左CR-K0+440左CR-29、K0+600区段下穿XXXX2层门面房，该房屋为砖混结构，天然地基，隧道顶距房屋基础最近约9.3m，下穿地层为黏质粉土，地下水位11.8m，下穿长度约为480m，左线对应环号为205525环。5.5 下穿铁路北道线左线隧道在里程左CR-K0+890.7左CR-K0+899位置下穿北到线（斜向穿越铁路路基宽度约8.1m),与北到线交叉里程为K3+229，斜向交角67.6度；右线隧道在里程右CR-K0+903右CR-K0+913.7位置下穿北到线（斜向穿越铁路路基宽度约10.7m),与北到线交叉里程为K3+199，隧道与铁路斜向交角68.3度。该处铁路为普通铁路,正线数目为单线，道床为碎石道床，混30、凝土轨枕，设计时速70km/h。经现场查勘，穿越位置未在铁路道岔区。该区段铁路线上主要分布有接触网立柱，未见信号机、通讯设备等。通信、电力、信号电缆均直埋于线路两侧地下。区间隧道顶距离轨面约13.881m，隧道穿越范围地层主要为黏质粉土层和粉砂层。左线隧道在铁路北到线影响范围内对应环号为第530546环，右线隧道在铁路北到线影响范围内对应环号为第540558环。图5.5 盾构区间与北到线剖面位置关系图5.6 XX铁路下行线概况左线隧道在里程左CR-K0+904.6左CR-K0+918.7位置下穿XX铁路下行线,与XX铁路下行线交叉里程为K665+383，,斜向交角73.7度，（斜向穿越铁路路基31、宽度约14.1m);右线隧道在里程右CR-K0+915.4右CR-K0+931.6位置下穿XX铁路下行线, 与XX铁路下行线交叉里程为K665+354，斜向交角75.6度，（斜向穿越铁路路基宽度约16.2m)。该处铁路为普通铁路，正线数目为单线，道床为碎石道床，混凝土轨枕，设计时速160km/h。经现场查勘，穿越位置未在铁路道岔区。该区段铁路线上主要分布有接触网立柱，未见信号机、通讯设备等。通信、电力、信号电缆均直埋于线路两侧地下。区间隧道顶距离轨面约12.649m。隧道拱顶埋深约12.395m，隧道穿越范围地层主要为黏质粉土层和粉砂层。左线隧道在XX铁路下行线影响范围内对应环号为第5475632、5环，右线隧道在XX铁路下行线影响范围内对应环号为第559576环。图5.6 盾构区间与XX铁路下行线剖面位置关系图5.7 下穿XX铁路XX车辆段出入段线区间左右线分别从两跨32.6m跨的简支梁桥孔中穿过，轨道交通左线从16#17#墩间穿过，与XX铁路交叉里程为K10+540(运营里程K2+816.33)，交叉角度为78.6，隧道结构埋深约8.2m；轨道交通右线从17#18#墩间穿过，与XX铁路交叉里程为K10+568（运营里程K2+844.533），交叉角度为80.5。表5.7-1 铁路桥梁形式及尺寸一览表结构形式32.6m简支梁墩号16#17#18#轨面高程114.260114.9111133、5.561墩高/m141515.5桩基101 m101m101m桩长/m444648 图5.7-1 XX铁路现状图隧道结构埋深约8.8m，盾构隧道与桩基最小水平净距6.0m，隧道穿越范围地层主要为黏质粉土层、粉砂层。区间隧道外径为6.2m，内径为5.5m，下穿XX铁路隧道结构采用环宽1.2m的钢筋混凝土预制管片。左线隧道在XX铁路影响范围内对应环号为第600612环，右线隧道在XX铁路影响范围内对应环号为第612622环。地铁隧道与铁路桥梁位置关系如表5.7-2。表5.7-2 隧道外边缘与铁路桥桩基最小净距表（m）桥名桥墩号左线隧道右线隧道XX城际跨连霍高速特大桥16#10.717#8.36.34、018#13.5图5.7-3盾构区间与XX铁路剖面位置关系图5.8 XX铁路上行线概况左线隧道在里程左CR-K1+022.5左CR-K1+034.9位置下穿XX铁路上行线,与XX铁路上行线交叉里程为K665+348，斜向交角73度，（斜向穿越铁路路基宽度约12.4m);右线隧道在里程在右CR-K1+027.7右CR-K1+041.1位置下穿XX铁路上行线，与XX铁路上行线交叉里程为K665+321，斜向交角73.3度，（斜向穿越铁路路基宽度约13.4m)。该处铁路为普通铁路，道床为碎石道床，混凝土轨枕，设计时速160km/h。经现场查勘，穿越位置未在铁路道岔区。该区段铁路线上主要分布有接触网立35、柱，未见信号机、通讯设备等。通信、电力、信号电缆均直埋于线路两侧地下。区间隧道顶距离轨面约11.355m。隧道穿越范围地层主要为黏质粉土层。左线隧道在XX铁路上行线影响范围内对应环号为第645660环，右线隧道在XX铁路下行线影响范围内对应环号为第650665环。图5.8 盾构区间与XX铁路上行线剖面位置关系图5.9 西北环线概况左线隧道在里程左CR-K1+053.5左CR-K1+066.8位置下穿西北环线, 与西北环线交叉里程为K1+571，斜向交角64.3度，（斜向穿越铁路路基宽度约13.3m); 右线隧道在里程右CR-K1+058.7右CR-K1+071.6位置下穿西北环线, 与西北环线36、交叉里程为K1+543，斜向交角64.4度，（斜向穿越铁路路基宽度约12.9m)。该处铁路为普通铁路，道床为碎石道床，混凝土轨枕，设计时速70km/h。该处铁路箱涵为现浇三孔连续钢筋混凝土箱涵。经现场查勘，穿越位置未在铁路道岔区。该区段铁路线上主要分布有接触网立柱，未见信号机、通讯设备等。通信、电力、信号电缆在箱涵段埋设于箱涵上方西侧的电缆沟内。其余段均直埋于线路两侧地下。左线隧道拱顶距离箱涵底4.245m，右线隧道拱顶距离轨面约11.348m，隧道穿越范围地层主要为粉质粘土层和黏质粉土层。左线隧道在西北环线影响范围内对应环号为第670690环，右线隧道在XX铁路下行线影响范围内对应环号为第637、75695环。 图5.9-4 盾构区间与西北环线剖面位置关系图5.10 天然气护管涵护涵管施工中基坑底标高91.63m，护涵管采用外径1.1m，内径1m的钢筋混凝土圆管涵，标准管节长2m，壁厚0.1m，底标高89.5m。整体施工呈西北走向。左线在里程CR-K0+890.000CR-K0+946.000之间下穿天然气护涵管，隧道拱顶标高为83.5283.89m，左线隧道拱顶距护涵管底部最近约为5.61m。右线在里程CR-K1+041.000CR-K1+058.000之间下穿天然气护涵管隧道拱顶标高约为85.55m，右线隧道拱顶距护涵管底部最近约为3.95m。 图5.10 隧道线路与天然气护管涵平38、面关系图六、过风险源针对性设计6.1 同步注浆系统设计同步注浆系统采用两台德国SCHWING泵，可实现流量及压力检测。注浆能力以最高掘进速度（80mm/min)设计。 图6.1-1 同步注浆系统常规注浆口设计在尾盾左上、右上、左下、右下位置，特别在砂层及砾石地层中，由于渗透性好，注浆填充率不够时，拱顶空洞往往不能得到有效回填。 在盾尾顶部增设2个注浆口，可直接对顶部空洞进行回填，这样，盾尾注浆管共有42+2根，正常情况下4用6备。注浆时根据超挖情况，调整泵出口管路连接位置进行作业。 图6.1-2 注浆口设计6.2 二次补强注浆系统为了及时补充注浆效果，防止地表沉降及管片上浮，盾构上可设计管片背39、部二次注浆系统。图6.2 二次补强注浆系统6.3 泡沫系统设计盾构配置单管单泵单喷口泡沫注入系统。泡沫系统采用单管单泵的方式，每路泡沫均可独立工作。采取预混合方式，增强发泡效果，降低泡沫消耗量。喷口总成可以完全从刀盘背面抽出，便于维修或更换。 图6.3 泡沫系统6.4 膨润土系统设计配置有2台膨润土泵用于渣土改良；两台泵可通过单独管路注入刀盘前注入，也可一路注入洞壳外。 6.4 膨润土运输流程图6.5 渣土改良设计泡沫系统及膨润土系统针对渣土改良设计：4个泡沫口，2个膨润土口，单管单泵单喷口，新型泡沫喷口设计，保证各口的通畅。避免结泥饼，有利于渣土流动流畅及土压传递更真实，便于施工快速、高效、40、高质量掘进。拟用于本合同盾构掘进时的碴土改良方法包括向刀盘、土仓及螺旋输送机添加泡沫剂或膨润土泥浆等。具体为：（1）泡沫剂的使用泡沫通过盾构机上的泡沫系统注入。泡沫的组成比例如下（一般为）： 泡沫溶液的组成：泡沫添加剂3%，水97%。泡沫组成：9095%压缩空气和510%泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按开挖方量及渣土实际情况计算：一般150L/环左右。（2）膨润土泥浆的使用根据以前现场施工经验，分别选取Na、Ca基两种膨润土较为合适的配比，我项目部分别进行比较：Ca基膨润土（共配制3种配比：A.625g膨润土/1L水，配制出的土样为稀释的液体，放置一段时间后，膨润土和水产生分层，用泥浆粘度计测41、，时间为20s（注：泥浆粘度计适用于测量泥浆的粘度，它是由粘度计中流出500mm3的泥浆所需的时间来计算，单位为秒。）图样如下：B、750g膨润土/1L水，配制出的土样为糊状，用泥浆粘度计测，时间为26s，图样如下：C、800g膨润土/1L水，配制出的土样为粘稠状，用泥浆粘度计测，时间为36s，图样如下：Na基膨润土（共配制3种配比）：A、150g膨润土/1L水，配制出的土样为粘稠状，用泥浆粘度计测，时间为40s，图样如下B、200g膨润土/1L水，配制出的土样为粘稠状，用泥浆粘度计测，少许可流下，图样如下：C、240g/1L水，配制出的土样为可塑状，接近于液限，不能用泥浆粘度计测量，图样如下42、：根据实验比较，Ca基膨润土较为合适的配比为800g膨润土/1L水，Na基膨润土较为合适的配比为150g膨润土/1L水，两种合适配比的膨润土相比，配制相同体积的浆液，Na基膨润土用量为Ca基膨润土用量的1/51/6，而且配制出来的浆液，Na基膨润土较为滑腻，而Ca基膨润土有砂质感，故选取Na基膨润土较为合适。因此本标段对于在粉土地层的掘进采用Na基膨润土，配比为膨润土：水=3：20。6.6 施工方面下穿风险源保护措施（1）优化盾构推进参数1）在到达铁路前选择开挖面自稳性较好的地段对盾构机进行全面检修维护。2）在穿越过程中根据盾构与该建筑物的相对位置以及监测系统的即时监测数据，综合调控施工步骤及参数。3）掘进过程中合理精确地设定土压力，保持土压平衡。4）盾构推进应适当放慢掘进速度并保持姿态平稳，推进速度宜控制在2535mm/min左右。5）尽量缩短管片拼装时间，防止盾构机后退导致正面土压力降低。6）在盾构穿越过程中必须及时进行同步注浆，二次补浆。（2）根据本区间地质情况选取渗透性好、止水性强、早期强度大的同步注浆材料，采用二次或多次重复注浆进行补充；根据试掘段施工沉降情况，必要时可利用增加的注浆孔采取注浆补强。（3）在过风险源时，需安排指定人员进行现场巡视，地面与隧道内进行联动。