盾构穿越铁路施工方案.docx

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第一章 工程概况
1.1概况
（1）本区间工程肖村桥站～小红门站区间左、右线从肖村桥站东行至小红门村以450m的曲线半径向南偏到达小红门站，中间下穿岗上村民房区（砖砼平房）、南四环路（双向八车道，21+42+20m，繁忙）、双丰铁路（三线，路基宽约16m，繁忙）、小红门村民房区（砖砼平房、二层）、小红门路（6.5m，沥）、小红门前街（4m，沥）。左线ZK2+867.700～ZK3+813.251，全长1020.214 m， 右线YK2+867.700～YK3+877.700，全长1067.428 m。肖村桥站～小红门站区间含站后24.8m双洞双线暗挖段及明挖盾构井(内净空尺寸15.2×23.2m)，盾构区间左线长981.014m，右线长1028.28m，线间距14～14.5m,线路纵坡成“人”字形，覆土7～11米。岗上村及小红门村沿线居民房屋密集，基本为平房。
（2）隧道采用盾构法施工，在YK3+665.500～YK3+682.000处下穿双丰铁路，隧道覆土（距路基面）约10.825m，区间隧道与铁路交角约77度，区间隧道长度约17.5m。本段工程属环境风险工程，风险工程控制的关键点在于地表（道床）变形的控制。
（3）双丰铁路左线下穿铁路起点距始发端778.5m，计649环；终点距始发端795.3m，计663环，下穿段实际长16.8m，计14环。盾尾实际通过铁路路基总长为25.6m，计21环。
双丰铁路右线下穿铁路起点距始发端758.7m，计632环；终点距始发端775.4m，计646环，下穿段实际长16.7m，计14环。
穿越前后各15m列为穿越直接影响段，则总计为55.6m，计46环。
盾构下穿铁路位置图详见图1-1，盾构隧道和铁路的关系详见图1-2、1-3。

图1-1 盾构区间下穿铁路位置图

图1-2 盾构隧道与双丰铁路主线的相互断面图（K3+670.000）

图1-3 盾构隧道与双丰铁路主线的相互关系平面图
1.2 工程地质与水文地质条件
本段区间工程地质单元位于河间台地上，地层可分为人工填土层、新近沉积层（局部表层分布）及第四纪沉积层三大类。地层从上到下依次为粉土质素填土①层、砂质素填土①2层、粉质粘土②1层、粉土②层、粉质粘土④1层、粉质粘土⑤层、粉质粘土⑦层、粉土⑦1层。隧道围岩分级V～VI级。
①粉土质素填土层：黄褐色，中密，稍湿，属中～中高压缩性土，含砖渣、灰渣。
①1杂填土层：杂色，稍密，稍湿，含砖块、灰块，表层局部为柏油路面。该层一般厚度为1.20～3.80m，土质不均，工程性质差。
②粉土层：褐黄色，密实，稍湿～湿，属中低～中压缩性土，含云母、氧化铁，局部为粉质粘土夹层。
②1粉质粘土层：褐黄色，湿～饱和，可塑～硬塑，属中高～高压缩性土，含云母、氧化铁，局部为粉土夹层。
③粉土层：褐黄色，密实，湿～饱和，属中低压缩性土，含云母、氧化铁，局部为粉质粘土夹层。
③1细砂、粉砂层：褐黄色，中密～稍密，稍湿～湿～饱和，属中低压缩性土，含云母，局部为粉质粘土、粉土夹层。
④粉质粘土层：褐黄色（局部灰色），湿～饱和，可塑～硬塑，属中高～中压缩性土，含云母、氧化铁、局部含有机质。
④1粉土层：褐黄色，密实，稍湿～湿，属中～中低压缩性土，含云母、氧化铁，局部为粉质粘土夹层。
④2细砂、粉砂层：褐黄色，中密～密实，湿～饱和，属低压缩性土，含云母，局部为粉质粘土、粉土夹层。
⑤粉质粘土层：褐黄色，湿～饱和，可塑～硬塑，属中～中高压缩性土，含云母、氧化铁、姜石，局部为粉土、细砂夹层。
⑤1粉土层：褐黄色，密实，稍湿～湿，属中～中低压缩性土，含云母、氧化铁、姜石，局部为粉质粘土夹层。
盾构隧道与双丰铁路相交处，隧道洞顶埋深约达11m，隧道洞身所处的地层较好，大部分为⑤、局部⑤1，隧道顶部为④1、④2地层，具体见图1-4。所属地层情况较好，在盾构机掘进过程中，应采取一定措施。

图1-4 区间隧道与双丰铁路相交位置纵断面图
场区地下水埋深及分布情况见表1-1。
表1-1 场区地下水埋深、分布一览表
层序
地下水性质
水位埋深（m）
水位标高（m）
含水层岩性特征
第1层
潜水
4.50～10.10
28.11～31.13
第4、5大层
粉土、砂土层
第2层
层间水
13.10～17.60
19.99～23.58
第7大层中的砂土层
第3层
潜水～承压水
19.20～24.00
12.87～17.04
第12大层
砂土、卵砾石层
1.3工程进度安排
1.3.1左线盾构
（1）2009年07月02日左线开始盾构始发时间；
（2）截止2009年09月03日，左线盾构掘进完成220.8m，计184环。
（3）双丰铁路下穿铁路起点距始发端778.5m，计649环；终点距始发端795.3，计663环。下穿段实际长16.8m，计14环，穿越前后各15m列为穿越直接影响段，则总计为55.6m，计46环。
穿越段预计掘进进度为9环/天，因此，总通过时间为5天。
（4）区间左线盾构机从2009年09月03日至到达丰双铁路前15m处，还有452环，本段预计掘进速度为9环/天，则共需50天，预计到达丰双铁路前15m处的时间为10月23日，通过时间为10月24～10月28日。
（5）左线洞通时间：2009年11月13日。
1.3.2右线盾构
（1）右线盾构机始发：2009年12月3日。
（2）双丰铁路右线下穿铁路起点距始发端758.7m，计632环；终点距始发端775.4m，计646环，下穿段实际长16.7m，计14环。穿越前后各15m列为穿越直接影响段，则总计为55.6m，计46环。
穿越段预计掘进进度为12环/天，因此，总通过时间为4天。
（3）区间右线盾构机从始发至到达丰双铁路前15m处，还有619环，本段预计掘进速度为12环/天，则共需52天，预计到达丰双铁路前15m处的时间为2010年1月24日，通过时间为2010年1月25日～1月28日。
（4）右线洞通时间：2009年2月14日。

第二章 盾构施工情况介绍及控制要点
本合同段选用的土压平衡盾构机，是推进时靠由刀盘切削下来的土体经改良，使开挖面地层保持稳定的一类盾构，其工作原理如图2-1。

图2-1 土压平衡工作原理示意图
盾构推进时，前端刀盘切削土层，切削下来的土体进入密封土仓，当土仓内的土体足够多时，可与开挖面上的土、水压力相抗衡，使开挖面地层保持平衡。盾构设有螺旋输送机，由其将渣土排送到土箱，运至地面。螺旋输送机的排土口上装有滑动闸门或螺旋式漏斗，以控制出土量。在盾构掘进过程中向开挖面加压灌注水、膨润土浆、高浓度泥水和泡沫等，同时靠刀盘和搅拌翼混合搅拌切削下来的土体，使之具有止水性、流动性。使得切削下来土体能够顺利排出，又能提供压力，与开挖面的水、土压保持平衡，使开挖面保持稳定的目的。
在穿越铁路施工过程中，有效地控制地面沉降是施工的关键控制点，必须将沉降值控制在铁路列车允许范围之内，做到以严谨的施工技术为依托、精心施工、精心管理。在不具备地面作业的情况下，必须从盾构掘进及洞内辅助施工措施方面采取如下为确保铁路安全的控制措施：
2.1开挖面稳定控制
沉降控制的关键之一是开挖面的稳定控制。开挖面的控制是个系统控制过程，涉及水土压力控制、出土量控制、添加剂的使用控制等等掘进参数的控制和优化，而掘进参数优化的基础又来源于施工过程中对沉降数据的分析、沉降规律的掌握、土压波动的控制程度和稳定程度的评估等。盾构施工作为一种动态的施工控制过程，在过铁路之前的80～100米的施工技术管理的成果对过铁路施工具有很大的指导作用，必须加强前期的施工技术管理。
2.2添加剂的使用管理
添加剂的合理使用是确保盾构顺利掘进、维持开挖面稳定、实现均衡连续盾构施工的关键。盾构司机和值班工程师在盾构机掘进时，随时观察和分析扭矩、推力、土压及波动、螺旋输送机排出土的状态（即塑流性），对泥浆/水、泡沫的加入方式、部位、加入量、参数设置等进行调节和控制，并始终让刀盘及螺旋输送机工作油压保持正常的数值。根据该段区域的实际情况，盾构穿越是粉质粘土区域，粉土自身具有较高的细颗粒含量，加入适当的泡沫可以使土体的塑流性得到较大的改善，保证掘进的正常进行，使得盾构前方土压保持稳定，较好的控制地面的隆陷。
在泡沫的使用方面除了达到机械及物理改良之外，另外一个重要的作用是作为软保压的介质，以实现全断面的压力平衡，这也是在软弱地层及临时停机期间重要的维持开挖面稳定的措施。
在泡沫参数设定方面，盾构操作手应密切注意实际出土状况，土压变化，刀盘及螺旋机的工作状况来及时调整泡沫流量、FER和FIR的值。泡沫加入不足，排土困难，还容易在刀盘中心形成泥饼；泡沫加入过多，对土压维持不利，也是浪费。所以要根据过铁路之前的100米段积累这方面的施工参数，确定一个最佳的泡沫添加参数值。
2.3 壁后注浆控制和管理
壁后注浆的质量和效果是地表沉降控制的另一个关键点，为了确保浆液能及时填充管片壁后形成的空隙，并保证充填度和压力，需采取同步注浆为主，辅以二次或三次注浆的措施，并合理确定注浆的点位、时机、压力和量。同时根据掌握的反馈信息及时调整浆液的配比，使浆液的配比更科学、更合理。为保证浆液的质量，要对制备浆液的原材料进行严格控制，要定期测定浆液的坍落度、粘性、离析率、凝结时间、抗压强度等。
在掘进过程中有可能有盾尾密封刷漏浆而造成实际注浆量不够的情况,所以在掘进过程中,如果发现有漏浆情况,应及时停止掘进,手动开启盾尾油脂注入系统,密封刷停止漏浆后再掘进.
为了确保注浆的效果能达到过铁路的要求，在过铁路之前的100米施工中，设置两个各20米的区段实施该注浆方案，总结积累注浆压力和注浆量的参数，并根据实际的地面监测来控制注浆量和注浆参数，以便确保过铁路的安全。
第三章 沉降控制分析与估算
3.1周边环境调查
双丰铁路为北京市主干线，建成时间为1990年左右，产权单位为北京铁路局。双丰铁路正线为三股道铁路（其中最北侧的一股轨道为城市轨道交通宋家庄大修厂的出入段线），碎石道床，道床宽度约17m；铁路两侧分布有单双层民房及少量的通信、电力管线。
3.2地表沉降主要原因分析
盾构机掘进时引起土体中产生应变，表现为地表沉降和侧向变形，其中地表沉降由以下五个部分组成：
（1）盾构到达前地表沉降（δ1），是由于盾构机掘进引起土体应力状态改变造成，主要原因由于超孔隙水压产生，有效压力降低，一般表现为地表隆起，此时盾构机距离被侧面距离约为2.5D（15m）；
（2）盾构到达时的地表沉降（δ2），是由于开挖面上的平衡土压力引起，此时盾构机距离被侧面距离约为0-2.5D（0-15m）；
（3）盾构通过时的地表沉降（δ3），是由于盾构与土层之间的摩擦剪切力，以及盾构抬头和叩头引起，此时盾构机距离被侧面距离约为-2.5D- 0（-15-0m）；
（4）盾构通过后脱出盾尾时的地表沉降（δ4），是由于建筑空隙和应力释放引起的；
（5）盾构通过后长期固结沉降（δ5），是由于土体受盾构掘进扰动，土体再固结引起的，盾构后方-2.5D。
通常将前四项称为即时地表沉降，即时地表沉降的大小反映了盾构机掘进时对周围土体影响大小。
盾构通过后的长期固结沉降是由于盾构掘进对土体扰动引起的。盾构掘进对土体扰动越大，盾构通过后长期固结沉降越大。
3.3施工影响的数值模拟及计算结果
（1）力学模型
采用地层-结构模式对盾构隧道下穿双丰铁路的施工过程进行了模拟，力学模型如下：

（2）材料
材料2：管片，直梁(壳)，E=2.8e+007kPa,A=0.3m2,γ=-25kN/m3,I=0.00225m4；
材料3：地层1，各向同性体，E=11800kPa,μ=0.38,γ=-18.9kN/m3,C=10kPa,φ=8°,Rt=0kPa,K0=0.45；
材料4：地层2，各向同性体，E=17200kPa,μ=0.35,γ=-19kN/m3,C=24kPa,φ=28°,Rt=0kPa,K0=0.4；
材料5：地层4-1，各向同性体，E=6900kPa,μ=0.24,γ=-19.1kN/m3,C=52kPa,φ=12°,Rt=0kPa,K0=0.32；
材料6：地层5，各向同性体，E=7900kPa,μ=0.25,γ=-19.9kN/m3,C=54kPa,φ=17.5°,Rt=0kPa,K0=0.34；
材料7：地层7，各向同性体，E=14600kPa,μ=0.23,γ=-20.3kN/m3,C=29kPa,φ=25°,Rt=0kPa,K0=0.3；
材料8：地层8，各向同性体，E=52500kPa,μ=0.25,γ=-20kN/m3,C=10kPa,φ=35°,Rt=0kPa,K0=0.4。
（3）计算结果及分析
盾构隧道施工引起的地表沉降如下图所示：

由计算结果可知，隧道上方地表最大沉降值约9.85mm。
3.4变形控制指标
根据《铁路路基设计规范》及《北京地铁工程监控量测设计指南》，本区间穿越国铁轨道控制标准为：
轨道沉降：最大隆起量≤5mm；最大沉降量≤10mm；两轨沉降差≤4mm。
地面沉降：最大隆起量≤10mm；最大沉降量≤30mm；沉降速率≤4mm/h。
第四章 施工技术措施
穿越双丰铁路成功的关键点之一是在距离铁路之前80～100米施工积累的施工参数和经验，土压力的控制，注浆压力的控制和管理，注浆方量的控制，添加剂的使用管理，推进速度的匹配，刀盘扭矩和转速度的控制等等在穿越铁路之前应优化出最佳的控制指标和参考值，必须参考这些经验值再结合现场的施工状况和测量反馈回来的数据来指导穿越铁路阶段的施工。
根据影响盾构掘进地面沉降控制的因素，在我单位盾构穿越双丰铁路施工过程中，严格控制各项指标，确保沉降控制在允许的范围内。具体控制措施如下：
4.1确定穿越双丰铁路施工范围
根据盾构穿越双丰铁路区段的覆土深度和地层实际情况，盾构开挖对周围土体的影响范围半径约为30 m左右，即在盾构机刀盘距离双丰铁路路基30m和盾尾通过双丰铁路路基后30m范围为盾构穿越双丰铁路施工范围，该段桩号为YK3+635.500～YK3+712.000，共计77.5m，按80m考虑。
4.2施工前进行地质雷达探测
在穿越双丰铁路段之前提前进行地质雷达探测，主要探测地下管线位置、管线状况、埋深和地下孔洞情况，发现问题提前处理、解决。尤其是要知道有无管线漏水，地下空洞等异常情况。
4.3严格管理制度，做好详细的技术交底
在穿越双丰铁路段之前严格施工生产管理制度，精心准备，精心施工，做到详细的技术、安全交底，施工现场围绕穿越双丰铁路施工服务，确保在穿越施工过程中安全、顺利、保质保量。
根据过铁路之前的100米施工总结出来的经验数值，在过铁路区域严格按照技术交底内容进行施工，技术交底内容应该包括：推力范围，土压控制范围，每环出土量，每环注浆量，泡沫添加比例，刀盘转速及扭矩控制范围等关键参数。
4.4 精心施工准备和管理
严格保证施工的连续性在过铁路之前应做好各项物资准备，防止因为物资地准备不足而造成停机，
现场管片准备：现场需保证有直环10环、左转环2环、右转2环，并及时根据用量进行补充。
盾构施工耗材及周转材料准备：盾尾油脂2桶、润滑油脂2桶、泡沫剂1000升、轨道、轨枕，同时地面能保证有足够的存货。
管片螺栓，止水橡胶条，抽水水泵等其他日用配件及常用现场设备也应准备充分。注浆材料的水泥、粉煤灰、水玻璃、膨润土等。
地面土坑及时组织外运，保证隧道内能及时出土。
设备准备包括：盾构设备本身的良好状态，施工现场的龙门吊、电瓶车、充电机等设备的完好性与良好工作状态，电闸箱等供电设施的安全与稳定。在此基础上，严格保证穿越双丰铁路的匀速、连续性，确保在穿越铁路时不停机。
人员准备准备包括：
在穿越双丰铁路段在我公司范围内选择最优秀设备操作手，包括盾构司机、设备维修与保养人员、管片拼装手等，在人员准备方面保证盾构穿越顺利实施。
除项目部正常上班人员外,特别要求晚上有项目领导值班,有紧急情况立即处理。测量人员加强测量，至少保证每天三次测量，必要是做到跟踪监测。晚上安排一个测量人员值班,负责盾构测量系统和必要的地面监测.
项目部领导:1人
测量组:1人
盾构司机3人:白班夜班各1人,1人待命
管片拼装工3人: 白班夜班各1人,1人待命
机械工程师及机修工:两班正常运转，必要的时候关键人员能及时到位
电气工程施及电工工:两班正常运转，必要的时候关键人员能及时到位
施工队:两班正常运转,并每班预留2人机动。
4.5施工过程中严格控制掘进土压力
根据本工程穿越双丰铁路段盾构隧道覆土深度（大约10m），正常情况下盾构掘进控制土压(土仓顶部土压力)为0.8-1bar。土压升高或降低对地面建筑物都是不利的，容易造成地面的隆起和沉降，所以在掘进过程中要严格保持掘进面的土压稳定，在穿越双丰铁路段控制掘进顶部土压控制为1.0bar。土压波动在±0.1bar范围之内，合理使用泡沫等软土压，防止地下水的流失，确保盾构掘进开挖引起的沉降在允许范围之内。在停机的时候要派人密切注意土压的变化，超过预定的值要及时采取措施。
土压力要保持均匀性，防止忽高忽低。这就要求盾构司机在操作的过程中要精心操作，推进速度，螺旋转速，刀盘转速都要平缓过渡。
土压的控制要和地面监测密切配合，如果地面监测发现刀盘前的地面总是隆起超过预警值，这时候就要适当降低土压力；相反就应该提高土压力。土压地面监测要形成一个良好的反馈通道，便于盾构司机及时调整土压力控制参数。
4.6严格控制出土量
根据盾构招标设计图纸，盾构每环的掘进长度为1.2m，掘进每环的原状土计算量为35m3。根据我公司实际盾构施工经验、本段的土质情况及添加剂使用情况，暂时考虑按1.3～1.35倍的系数计算，即每环需运输土方量为46 ～48m3。（根据添加剂使用情况调整），在盾构出土时严格控制出土量，按照我们的土斗容积为16 m3，每出一斗土,盾构进尺约40cm, 掘进的时候按照进尺和土压均匀控制出土量。同时要注意出土量和注浆量的匹配。
4.7严格控制盾构掘进轴线
盾构轴线的控制是盾构工法的重点，是保证盾构顺利施工的重要因素。尤其在曲线掘进时必须注意以下几个方面：
① 控制好掘进的技术参数，如土压、推速等。当土压过低时，不仅容易造成地层的沉降，而且对盾构轴线的控制也有影响，容易造成盾构下沉；另外注浆的位置及压力，注浆压力过大一方面对地层的扰动较大，另一方面也会使得盾构向注浆位置的反方向移动，不利于盾构的轴线控制；
② 正确进行盾构千斤顶的编组及分区油压的控制，推进时对千斤顶选择的正确与否直接关系到盾构轴线的轨迹；
③ 合理使用盾构的铰接装置，当盾构偏离隧道设计轴线较多、盾构进行小半径曲线施工时或者盾构姿态极差时，通过调整千斤顶的编组与选择及分区油压控制都较难以达到目的时，可通过开启盾构铰接装置，具体的操作为：根据盾构的偏离程度计算盾构中折每一步的转折角度，先开启盾构的仿形刀进行超挖施工，超挖的长度一般为盾构的半个到一个盾构机身的长度，然后根据计算调整盾构的中折装置，再辅以千斤顶编组及分区油压控制，进行掘进施工，推进时根据盾构姿态的测量数据随时调整中折角度，直到盾构回到设计轴线上来。
4.8严格管片拼装质量的控制
为了提高管片的拼装质量,推进油缸行程在1650mm以上才能进行管片拼装,否则会加大k块的拼装难度，也可能降低拼装质量。
首先进行盾尾间隙的测量，然后根据油缸行程、测量系统提供的参数和行进轨迹与趋势进行管片类型（直环，左转环，右转环）选择及k块位置的选择。
管片拼装操作手在拼装之前，应检查管片、止水胶条有无破损情况，如有破损应修复，不能修复的应该更换管片，清理止水胶条上的泥沙等杂物（包括已拼装和等待拼装的管片）。清理盾尾内沉积的泥沙和污水。
在拼装的时候操作拼装机尽量柔和，防止管片之间剧烈撞击而损坏止水胶条和管片。纵向和环向管片平面平整，不错台。在每拼装完一块管片后，及时拧紧螺栓，在整环拼装完成后要对整环管片的螺栓进行复紧。在管片脱出盾尾（倒数第二环）后再次进行管片螺栓的复紧。
4.9 同步注浆及二次补浆措施
在穿铁路施工时，对注浆的配比和注浆方式进行调整，将原同步注浆材料中的石灰置换为水泥以缩短浆液的初凝时间并提高浆液的初凝强度，具体浆液配比可参考为“水泥：砂：粉煤灰：膨润土：水=250：1000：350：35：400”，并加入适量改善水泥砂浆流动性的外加剂，如纤维束。应将初凝时间控制在8小时之内，现场提前做好浆液测试，并根据试验和试用结果进行优化。
为保证浆液在管片外充填密实，减小地面沉降，对盾尾后部5环以外的管片进行壁后二次补浆，注浆材料选用水灰比为1：1的纯水泥浆，注浆压力控制在3bar；在管片上的注浆位置选在管片环450位置附近。
在施工过程中对注浆应加强管理，注浆操作是盾构施工中的一个关键工序。为防止土体挤入盾尾空隙，必需严格按照“确保注浆压力，兼顾注浆量”的双重保障原则，对注浆量一定要确保在理论计算值的130～150%，并做好如下控制措施：
1）注浆操作必需有专人完成，在每环掘进完成后必需对注浆量进行记录，当发现注浆量变化较大时，应认真分析其原因，通过加大注浆压力等方法补注，当补注不能进行时必需及时进行二次（三次）补浆。
2）此区域盾构施工采用四点注浆，来控制成型隧道的质量。上部注浆压力调为2.8bar-3.2bar下部注浆压力调为3.2bar-3.5bar，注浆时一定要确保注浆压力，直到地层注满为止。
3）在每环管片拼装结束后，必须进行补浆，在盾尾压力达到设定压力后并维持相对稳定后，方可进行下一环的施工。且为缩短浆液凝结时间将浆液改为水泥砂浆，配比为将原配比中的粉煤灰更换为水泥。根据掌握的反馈信息及时调整浆液的配比，使浆液的配比更科学、更合理。为保证浆液的质量，要对制备浆液的原材料进行严格控制，要定期测定浆液的坍落度、粘性、离析率、凝结时间、抗压强度等。
4.10严格控制三次注浆，做好洞内加固
为保证沉降控制效果，在过铁路区段的25m范围采用特殊加强型管片，在A、B块上每块增加两个注浆孔，以便在穿越双丰铁路段采用对已完成结构外侧三次补注浆进行加强补浆，控制地面的后期沉降。
三次补注浆安排在拖车中部或尾部处开始，视沉降监测情况确定，对每环管片的顶 部预留注浆孔安装注浆塞进行注浆，注浆浆液为水泥-水玻璃双液浆。补注浆的压力控制在3.2bar-3.5bar。盾构穿越铁路施工工艺流程见图4-1。

三次补注浆
地面沉降观测
掘进参数设定
盾构掘进
姿态及轴线控制
螺旋输送机出土
盾构掘进
同步注浆
管片制作
管片运输
质量检查
粘贴橡胶止水条及传力衬垫

吊运下井
洞内运输
衬砌管片拼装
管片位置调整
二次补注浆
螺栓复紧
皮带运输机出土
土斗装泥
电瓶车运输
吊运出土
土车外运
管片就位

图4-1 盾构穿越铁路施工工艺流程图
4.11盾构操作控制
在过铁路区域之前，尽量控制好盾构的轴线，争取在穿越铁路的过程中不纠偏或者少纠偏，尽量做到少超挖。严格控制四个推进油缸分区油缸行程差及控铰接油缸行程差，控制好盾尾间隙。

4.12 临时异常停机措施
（1）为保持开挖面的稳定，防止周围土体坍塌，将盾构机刀盘抱死，造成刀盘启动扭拒过大，在盾构机停机后，向刀盘和土仓内注入适量的泡沫及稠膨润土浆液，膨润土浆液建议配比为膨润土：水=300：700（重量比），膨润土浆需提前制备好并充分发酵。在停机期间，将土仓内的平均土压力建立在1.5bar以上；在注入膨润土浆液的过程中，同时旋转刀盘，使仓内的砂土与浆液充分混合，以利于在开挖面和刀盘四周形成泥皮，达到保持开挖面稳定的要求。
（2）在停机时间超过24小时以上时，为防止泡沫的消散，仅通过注入稠膨润土浆来维持开挖面的稳定，在停机期间应密切注意仓内土压力的变化，在平均土压力低于1bar时，特别上部土压低于0.6Bar时应及时补注膨润土浆液，以维持整个开挖面的水土压力平衡。

第五章 铁路防护措施
铁路地面防护措施由铁路部门相关单位设计和施做。具体的线路加固和路基加固方案，列车限速值，铁路轨道和路基变形控制值等由防护设计单位和铁路管理部门确定。

第六章 洞内监测方案
双丰铁路以及周围地面的沉降是本风险工程的监测重点，对铁路沿线以及周围构筑物均进行系统调查，对洞内衬砌变形情况进行监测，制定专门的施工监测方案，建立完善的监测网络，确保监测成果的准确及高效，为施工提供确实可靠的数据保证。
地面线路及路基监测由铁路部门施工监测单位进行。洞内衬砌变形监测由地铁盾构区间施工单位进行。具体洞内监测方案如下：
1. 洞内观察及安全巡视
1.1洞内观察及安全巡视项目
主要项目为：①管片破损情况；②管片错台情况；③管片间渗漏水/沙/泥等情况；④盾尾漏浆情况。
1.2洞内观察及安全巡视频率
重点对掘进面5倍洞径内盾构区间隧道每天巡视一次，穿越铁路期间4～6次/天，其余时间根据盾构区间隧道变形及巡视情况而定。
当巡视目标达到警戒标准或盾构区间隧道结构变化较大时，应加密巡视，当有危险事故征兆时，则需进行加密巡视。
1.3洞内观察及安全巡视周期
盾构区间自身巡视在开挖后开始，区间隧道施工完成后停止。
2、管片衬砌变形监测
2.1监测内容
主要为衬砌的拱顶下沉、水平收敛和隧底隆起和衬砌以及管片的椭圆度。
2.2测点布置
盾构下穿铁路及前后各15m直接影响范围内共布置管片衬砌变形监测断面3个，分别在铁路路基前15m，路基正中，和过铁路路基后15m处。
监测断面的拱顶（0°）、拱底（180°）、拱腰（90°和270°）处共埋设4个测点，分别为拱顶下沉、隧底隆起和水平收敛监测点。
隧道椭圆度监测为：通过上述四点量测管片衬砌横径和竖径的变化，并以椭圆度表示管片圆环的变形，实测椭圆度=横径－竖径。
2.3监测仪器及精度
管片衬砌隆沉及水平位移监测：全站仪及反射棱镜，监测精度：测角和测距分别为2.0″和2mm+2ppm。隆沉也可采用水准仪。
管片衬砌断面收敛变形监测：全站仪，监测精度：测角和测距分别为2.0″和2mm+2ppm；收敛计精度为0.06mm。
2.4监测频率
分别在衬砌拼装成环尚未脱出盾尾即无外荷载作用时和衬砌环脱出盾尾承受外荷作用且能通视时两个阶段进行监测。衬砌环脱出盾尾后1次/天，距盾尾50m后1次/2天，100m后1次/周，基本稳定后1次/月。

第七章 施工安全管理制度
7.1施工管理组织机构设置
图6-1 盾构穿越铁路组织机构图
7.2施工安全管理制度
（1）建立项目经理部安全管理制度
建立项目经理部安全生产管理制度，明确安全职责，并据此制定相应的考评管理办法和奖惩制度。针对盾构施工特点，完善事故的预防、协调和处理等管理机制。
在整个工程施工期间，项目部委派一名具有合法上岗资质和有足够经验的安全员常驻现场，项目副经理和总工负责组织召集和主持每周至少一次的有所有在现场工作的工人和其他工作人员参加的安全生产例会，每天至少对现场安全生产状况进行全面检查并作好记录，查看所有安全规则与条例的实施情况，负责安全技术交底和技术方案的安全把关，负责制定或审核安全隐患的整改措施并监督落实，负责安全资料的整理和管理，确保所有的安全设施都处于良好的运转状态。
（2）建立班组安全管理制度
建立对施工班组的安全管理制度是一项极其重要的基础工作，重点开展以“讲评、教育、交底及检查”的安全管理制度。
（3）严格方案审批手续和落实执行
方案经监理工程师审批后，及时下达针对性强、内容详尽的施工技术、安全交底，实施过程中严格监督检查、严格执行。
第八章 应急管理制度
8.1项目部应急组织机构
组 长：罗先国
副组长：李志勇 姚德友 刘成
成 员：郭满、荣征、李文峰、唐虎、王忠华、张玉奇、刘泽辉、宋祥林
8.2应急处理小组职责
应急处理小组24小时通讯畅通,在需要的时候能快速到达指定岗位.
认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，对项目部的突发事件的预防，处置负全面责任。
对项目部施工人员进行培训，强调操作规程的重要性。
一旦发生施工生产安全事故，立即启动应急预案，积极组织抢救，采取措施，减少损失，确保人员安全。
8.3项目部应急报告程序
施工生产安全风险报告程序：安全事故现场第一发现险情→现场值班室（24小时值班室）→兼职应急救援人员→上级公司生产安全事故应急救援组织→北京铁路局及相关站段。
施工生产安全事故应急救援处理小组报告程序：项目部生产安全事故应急救援组织→上级公司生产安全事故应急救援组织→集团公司生产安全事故应急救援组织→北京铁路局及相关站段应急部门。
8.4施工生产安全应急小组救援分工
当发生施工生产安全事故时，项目部施工生产安全应急小组启动，小组救援具体分工如下：
现场设置安全检查、报告员：项目部专职安全员
现场设置抢险小组和救护小组：抢险小组组长为项目副经理，救护小组组长为办公室主任 。

8.5应急抢险联系人通讯录
表8-1 应急联系人通信表
单位
姓 名
职 务
电 话
盾构管理中心
罗先国
中心经理
13901389267
李志勇
项目经理
13601034719
姚德友
项目总工
13701265820
北京城建轨道公司
丁悦
副经理
13501126010
闫润礼
工程部部长
13701006436
陶馨杰
工区主任
13331198508
丁志坚
工区总工
13263268445
北京铁路局
李占祥
局总工室
51825437
王建民
局运输段
51822352
管工
丰台工务段
15801469788
周工
13720022629
王工
供电段
13910105358
王工
13910831490
韩工
电务段
13520046905
郭工
通信段
13701014082
曹工
双桥站
13681543250
中铁六局
庄建国
项目经理
13911033680
马良德

13161565018
中国华西北京公司
林彬
总工
13911673967
北京铁建监理公司
张宝信

13911319601
中铁五院
李源潮
项目负责人
13810338618
吕亮
设计人
15801652534
北京地铁监理公司
李洪存
驻地总监
13717510268

第九章 应急预案
1、指导思想和原则
坚持“安全第一，常备不懈，以防为主，全力救援，以人为本”的方针，采取切实可行的措施，建立安全生产事故紧急救援保证体系。在安全事故发生时，应急救援预案能及时启动，并科学迅速地组织开展救援工作，最大限度地减少人员伤亡和国家财产损失。
在处置地铁建设过程中的各类突发事故时，必须坚持“快速反应、先期处理、统一指挥、协同作战”的原则。
快速反应原则：处置突发事故，要坚持一个“快”字，做到反应快，报告快，处置快。
先期处理原则：一旦发生突发事故，事故发生应立即启动先期处置应急预案，迅速采取有效措施，尽力控制事态发展，以减少人员伤亡和财产损失。
统一指挥原则：按照不同级别的突发事故，分别由有关部门、单位按照市轨道交通建设工程突发事件应急处置指挥体系统一指挥、统一调度，以保证应急处置工作的统一高效。
协同作战原则：各相关部门应在统一领导指挥下，按照各自职责，密切协作，相互配合，共同做好应急处置和抢险救援工作。
2、盾构穿越双丰铁路风险分析
2.1盾构穿越双丰铁路
在盾构隧道施工过程中，开挖破坏了地层的原始应力状态，地层单元产生了应力增量，特别是剪应力增量，这将引起地层的移动，而地层移动的结果又必将导致不同程度的地面沉降。当差异沉降过大，铁路就有可能遭到破坏，破坏主要是由于地层变形引起进而导致铁路的沉降或倾斜变形。
2.2盾构穿越重要地下管线
工程涉及铁路线缆和电气化杆，施工中必须通过调整掘进参数、注浆参数等严格控制作业面坍塌、地面隆起或沉降过大，保证各种管网的安全。
2.3盾构穿越过程中意外停机
盾构在正常推进过程中本地区电网破坏意外停电、盾构机本身供电设备遭到破坏，都会造成盾构意外停机。盾构较长时间停机，刀盘前方土压降低，引起地面较大沉降，破坏上方重要地下管线，进而导致路面坍塌，影响道路交通。

1

3．应急处理程序
工程施工过程中出现险情，立即启动应急预案，按照应急处理程序进行工程抢险。具体见图9-1：应急处理程序图。
出现险情
立即上报铁路局总工室并及时各站段、中铁六局等单位联系
上报项目部
采取相应的应急措施
实施抢险方案
统一指挥
维护现场秩序
保护现场人员、设备
作出处理方案
配合抢修
排除险情

图9-1：应急处理程序图
4．事故调查程序
现场抢险工作完成后，项目部成立事故调查小组。事故调查小组现场踏勘及调查，收集相关的证言及物证。调查小组组织会议分析事故原因。事故调查小组撰写事故调查报告。重大事故由项目部技术负责人组织项目部有关部门和人员，配合上级部门，对事故的发生、发展等方面的情况进行调查，形成相关的调查记录。见下图9-2：事故调查程序图。
成立事故调查小组
收集证据资料
证据是否够

事故原因分析
分析出原因否
现场踏勘
N
结束
N
图9-2：事故调查程序图
5．善后处理
对事故中受伤人员应及时送医院治疗，直到伤愈后方可出院，并按有关要求支付受伤期间的误工损失；对事故中不幸死亡人员应做好其家属的思想工作，并按有关要求及时将赔偿费用支付给其家属。
6、预防监控措施及应急措施
1．盾构穿越双丰铁路
（1）预防监控措施
1）根据北京市地质工程勘察院提供的两份报告结合我单位的现场管线调查情况制定《盾构穿越双丰铁路管线保护方案》。对空洞处土质疏松体进行注浆加固处理，对管线严格按照第三方监测单位提供的监测方案进行监测，确保管线安全。
2）盾构现在已经始发，在过铁路之前的这段时间，总结并优化施工参数，能够保证盾构推进过程中地面的沉降在允许范围内，确保地面安全。
3）盾构机自从刀盘进入铁路施工区域（进入铁路之前15米）与路到盾尾推出铁路施工区域（15米），需要5天时间（掘进46.5m），达到匀速通过的目的。
4）盾构进入铁路范围的前100米距离，做好各项掘进参数、地面沉降等的数据的记录，总结经验，严格按照穿越过程中的参数进行控制，通过各项数据分析，找出最优掘进方案。盾构穿越铁路工程中按照最优掘进方案组织掘进施工。
5）过铁路施工掘进过程中土压力设定值稍大于计算静止土压力值，严禁超挖，以减少地层变形。根据监测数据及时、平稳的进行调整盾构机推进油缸压力和掘进速度，保持土仓压力的稳定；严格控制出土量，保证切削面稳定、确保地面沉降在允许范围内；平缓纠偏，严格控制盾构机姿态，改善管片受力和防水质量；推力、扭矩和掘进速度保持平稳连续施工。
6）严格控制盾构机的掘进姿态，避免大幅度、长时间纠偏，避免盾构机蛇行、扎头等不良姿态影响管片拼装和盾构掘进，保证连续、平稳掘进。
7）严格控制膨润土液、泡沫等