1、 武汉市轨道交通二号线越江隧道项目经理部左线 S509 盾构机障碍物处理方案编制： 审核： 审批： 中铁隧道集团有限公司武汉地铁二号线越江隧道项目经理部二一 年十月四日目 录一.工程概况 01.工程现状 02.盾构机停机位置周围环境条件及地质条件 1二.施工准备 21、场地围挡及场地平面布置 22、树木、路灯及管线改移和保护 33、施工用水用电 3三.施工方案 31. 钻孔施工 41.1 液氮管的布置 41.2 液氮孔施工 .51.3 测斜 .52.冻结施工 52.1 液氮冻结 .52.2 冻结时间估算 .63.带压进仓开挖洞室 64.带压进仓切割钢管 75.检查泥水仓下部 76.盾构恢复掘进
2、 77.冷冻拔管，场地注浆加固 7四.主要技术要点 71.钻孔施工 72.液氮施工 8五.施工工期 8六.保证工程质量的主要技术要求与措施 81.冻结工程质量的主要措施 82.冻结孔施工方面的具体要求及措施 93.高粘度聚合物泥浆的具体要求及措施 9七.安全保证措施 9八.应急救援预案 10一.工程概况武汉地铁二号线越江隧道工程右线总长约 3085 米，左线总长约 3098 米，其中长江江底段约 1300 米。区间设武昌、汉口通风井、联络通道 5 座，其中 2 座联络通道设在风井内，2 座位于江中，一座位于武昌侧 。本区 间隧道线间距为 13m16m ，线路纵坡大致为 U 形，线路最大下坡为
3、2.7%，最大上坡 为 2.56%，隧道外径 6.2m，衬砌厚度为 0.35m。详见下图 1。图 1 工程平面位置图盾构开挖直径 6520mm，盾构机总长度 84m，推进速度 060mm/min ，最大推力36490KN，最大水土压力 6bar。隧道管片外径 6200mm，管片内径 5500mm，管片环宽 1.5m。1.工程现状2010 年 8 月 21 日 18 点 20 分，左线盾构机 S509 在掘进 562 环至 1300mm 时，盾构机扭矩突然开始波动，同时推力增大，盾构机停止推进，开始排查故障原因。2010 年 9 月 1 日，下午 13 点时分，在 3.8bar 的压力下进行带压
4、进仓检查，经检查发现掌子面内存在障碍物，两根直径 200mm 左右、壁厚 10mm 左右的钢管，在掌子面外露 长度分别为 1900mm、1030mm，在掌子面外地层中的长度不能确定，见图二：1900mm 长钢管，图三：1030mm 长钢管，图四：障碍物钢管与刀盘位置示意图。掌子面下半部是否存在障碍物由于条件所限无法查明。图 2 长 1900mm 钢管 图 3 长 1030mm 钢管障碍物与刀盘位置示意图（面对刀盘）2.盾构机停机位置周围环境条件及地质条件现左线盾构掘进至 561 环，刀盘位置处于新河街云涛土菜馆围栏外人行道上，详见图五。 粉 细 砂27.0(-3)24.0(16)97-埋 深
5、5m埋 深 39盾 构 机图 5 左线盾构机平面位置图 图 6 左线盾构机断面位置图目前左线 S509 盾构机顶部埋深 32.5m，底部埋深 39m，处于粉砂层中，其压缩模量为10.3MPa，具中等偏低压缩 性；抗剪指标 值约为 34.00；标贯击数一般 1434 击，平均 22.4击。图 7 S509 盾构机地面位置图二.施工准备1、场地围挡及场地平面布置场地围挡如图 8，占用新河街 1 个非机动车道及人行道。隧 道 中 线刀 盘 位 置图 8 施工区域图图 9 施工场地布置图2、树木、路灯及管线改移和保护如上图 8，掌子面周边冷冻范围内共需改移 4 棵树木（1 棵桂花树、2 棵香樟、 1
6、棵法国梧桐）和 1 个路灯。如图 9，施工钻孔及冷冻区域内 2 根 800砼排水管道，在钻孔及冷冻过程中采取专项保护方案进行管线保护，防止 钻孔施工和冻胀作用对管线造成破坏。图 9 施工区域管线图3、施工用水用电施工现场用水主要为 2 台钻机引孔制浆用水，给水管路借用云涛土菜管一根 25PVC水管，沿临时围挡敷设。施工用电主要为钻孔机械设备、泥浆泵、 电焊机、现场 照明等。动力电源采用 200 KW 的发电机。三.施工方案采用“掌子面液氮循 环冷冻 加固、带压进仓切割”方案因盾构机埋深较深，且土体稳定性自立性差，因此采用“ 垂直钻孔冻结加固掌子面周边，带压进仓切割” 的施工方案，即：在盾构机上
7、部及掌子面前方利用垂直 冻结孔冻结加固地层，使掌子面左右侧、上部和前方范围内土体冻结，形成“” 状冷冻加固体，起到带压进仓切割钢管时稳定掌子面的作用，如施工工序图 10。、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、B 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、图 10 施工工序图第一，场地规划，做到三通一平；第二，液氮孔钻孔施工；第三，液氮循环冻结；第四，冷冻运行的同时带压开挖工作面、切割 钢管；第五，降低液位，检查泥水仓下部；第六，A 型孔 维持冻结， B 型孔拔除至盾壳以上 1m
8、位置然后继续冻结；第七，盾构机推进待盾尾脱离加固体后，进行同步注浆，待水泥 浆达到强度后，停止冻结，冷冻拔管， 场地旋喷桩加固；第八，场地恢复。1. 钻孔施工1.1 液氮管的布置冻结孔梅花形布置，孔间距 1.0m1.2m。三排冷 冻 孔布置如下图 11 所示，共 计 31 个，A型孔位于盾构机正上方，其深度根据盾构机顶部深度确定，孔底距盾构机周边 1m，共计 16 个，B 型孔孔深 42m，低于盾构机底部 3m，共计 13 个；同 时设置 2 个测温孔 T1、T2，深 42m。图 11 冷冻孔布置图1.2 液氮孔施工（1）液氮管、测温管和供液管规格：液氮管选用 1085mm无缝不锈钢钢管；供液
9、管采用323.5mm无缝钢管；测温管采用 454mm无缝钢管。（2）打钻设备选型：打钻选用 YGL-100 型履带式钻 机二台， 电机功率 22.0KW，钻孔使用灯光测斜，选用 BW-250/50 型泥浆泵两台， 电机功率 14.5KW。1.3 测斜利用经纬仪结合灯光对每个成孔进行测斜，偏斜率控制在 1%以内。 2.冻结施工2.1 液氮冻结液氮冷冻根据其效率 10cm/天的冷冻体扩散速率，冷冻运行 10 天后，冷冻体可完全交圈，如下图，掌子面前方冷冻体厚度 2000mm，冷 冻体距离掌子面 600mm，利于刀具的保 护，也可保证泥水仓作业空间不结冰；切口环两侧冷冻体距离盾构机 440mm。图
10、12 冷冻体示意图液氮冻结的关键环节为温度控制，液氮储罐出口的温度控制在-150-170 ，压力控制在 0.1Mpa0.15Mpa 为宜，冻结管出口温度控制在-50 70，压力控制在 0.05Mpa 0.1 Mpa 为 宜， 压力调节可使用液氮储罐上的散热板，温度调节使用每组回路中截止阀。采用液氮管两孔串接，保证各液氮管均匀向外扩散冷量。管路用不锈钢软管连接，管路用低温液氮阀门控制，所有暴露 冻结管路用保温泡沫板或棉花保温。用容积不小于 20000 升的液氮容器，作为冻结期间液氮的缓冲和储备，以防液氮供应出现中断。2.2 冻结时间估算根据液氮在冻结管中单位时间的蒸发量不同，冻土的发展速度约在
11、15cm/h ，根据南京地铁张府圆盾构出洞和佳木斯盾构出洞经验，取冻土的发展速度为 10cm/T。冻结孔孔间距为 1000mm，加上 1%的偏斜，最大孔间距为：L=1000+840=1840mm距此推算冻土交圈时间为:T=1840/2/100=9.2 天，取 10 天。冻土达到设计厚度 10 天。3.带压进仓开挖洞室冷冻运行开始后，使用高粘度聚合物泥浆每 2 天对泥水仓泥浆置换一次，每次泥浆置换量不小于 60m3，并适当增大 压力，保 证掌子面优质泥膜的形成。冷冻钻孔开始后，同时测温孔 T1、T2 测定温度达到要求后， 带压进仓使用铁锹、 风镐以及高压水管开挖洞室。洞室空 间要求刀盘前方不小于
12、 600mm，上方不小于 500mm。洞室开挖完成后，焊接钢板和槽钢施作简易支撑防止掌子面上方掉落土体。泥 膜、开挖洞室 、10m钢 板10m钢 板2槽 钢4.带压进仓切割钢管（1）由海瑞克公司负责设备维护，并更换配件，安装带压进仓所需设备；（2）由德国北海公司负责进仓切割钢管；（3）由中铁隧道集团负责高压灭火器、内燃空压机、医用氧等相关工具及车载医疗养仓等。5.检查泥水仓下部增大泥水仓压力至 3.8bar，抽空泥水 仓内所有液位，带压进仓检查掌子面下部是否还存在障碍物。6.盾构恢复掘进A 型孔维持冻结，B 型孔冷冻管向上拔除至盾壳以上 1m 位置然后继续冻结，盾构机掘进通过。7.冷冻拔管，场
13、地注浆加固盾构机推进待盾尾脱离加固体后，进行同步注浆，待水泥浆达到强度后，停止 冻结，冷冻拔管，对 每个冷冻孔进行 800三重管高压旋喷桩 加固，并根据 对云涛土菜监测结果，进行地面注浆减少冻融对地面建筑物的影响。四.主要技术要点1.钻孔施工（1）液氮孔钻孔垂直度，应满足施工组织设计要求（2）液氮孔的深度符合施工组织设计（3）供液管应下设到液氮孔底部，保证冻结深度（4）液氮管焊缝要经过验收后才能进行液氮管的下方，保证不漏气（5）液氮管的坡口应成 45 度角，保证焊接质量（6）不锈钢焊条要用专业的防护筒进行烘烤，保证干燥性，每节钢管的连接质量必须经过验收后方可下放。2.液氮施工（1）液氮孔回路温
14、度控制在-50-90 （2）由于液氮发展速度快，在冻结施工时经常转动刀盘以防止把盾构刀盘冻住影响盾构推进（3）监测液氮各个回路温度并保持大致相同（4）回路管路要高于人体高度，以免液氮浓度较高造成人身伤亡事故（5）现场储备足量液氮，以防液氮供应出现中断。五.施工工期预计工期（截至盾构机恢复掘进）为 53 天，主要节点如下：序号 工序名称 开始时间 结束时间 工作天数（天）1 施工准备 10 月 2 日 10 月 11 日 102 液氮孔钻孔施工 10 月 12 日 11 月 1 日 203 液氮循环冻结 11 月 2 日 11 月 11 日 104 带压开挖工作面、切割钢管 11 月 12 日
15、11 月 16 日 55 带压进仓检查掌子面下部 11 月 17 日 11 月 17 日 16 B 型孔拔管至盾壳上部 1m 11 月 18 日 11 月 19 日 27 盾构机盾尾脱困 11 月 20 日 11 月 24 日 57 盾构机掘进 11 月 25 日 / 88 后期拔管，地面加固 12 月 3 日 12 月 17 日 15总 工期（以盾构恢复掘进为止） 10 月 2 日 11 月 24 日 53六.保证工程质量的主要技术要求与措施1.冻结工程质量的主要措施（1）建立健全质量保证体系、质量管理机构、 组织机构和监督机构， 为保证质量提供组织保证。（2）认真分析该工程地质资料，精心编
16、制施工技术设计和施工组织设计。（3）控制造孔和冻结器施工质量，确保冻结质量符合要求。2.冻结孔施工方面的具体要求及措施（1）认真按图纸要求施工钻场基础，确保钻场基础平整、稳固。（2）造孔使用牙轮钻头钻进。（3）测温管的下放及焊接严格按冻结孔的质量要求施工，并及时绘制偏斜平面图。（4）钻进时，应按深度及地层情况的需要，及 时增减钻铤，要求作到均匀、匀速 钻进，严禁忽快忽慢，压力忽大忽小。（5）合理掌握转速、压力及冲洗量，加尺或更换钻头时， 钻具应下到距孔底 0.30.5m 处扫孔，不准将钻具停在一个深度长期冲压。停电时， 应将钻具提至安全深度，停 电超过 2 小时，应将钻具全部提出，对所有钻具应
17、经常详细检查，弯钻杆和磨损过大的钻杆禁止使用， 终孔时应复核钻具全长，并冲孔将岩粉排净，再下管。（6）冻结管应进行地面配组，丈量全长，做好 记录，下管时应清除管内异物，保持清洁。（7）偏斜：冻结孔平均偏斜率不得大于 1，冻结孔终孔间距不大于设计值，否则应予以补孔，冻结深度应满足设计要求，下管长度应不小于设计冻结孔深度。（8）测斜：冻结孔施工过程中使用灯光经纬仪进行终孔和成孔测斜并及时绘制冻结孔偏斜平面图。3.高粘度聚合物泥浆的具体要求及措施（1）采用高粘度聚合物泥浆在冷冻钻孔开始后，每 2 天对泥水仓内泥浆进行置换，以保证掌子面泥膜的完好性，防止钻孔过程中出现漏气，影响掌子面压力稳定。七.安全
18、保证措施本次盾构恢复正常推进仍然存在较多风险点，针对可能出现的问题制定相应措施：1、组织专门人员进行 24 小时监控；2、液氮储槽泄漏，由于液氮属于无色无味的气体，人员会在不知觉的情况下产生窒息，考虑到液氮安全使用问题，液氮需放在通风良好， 远离生活区的位置；3、冷冻钻孔施工时，保证管线的安全；4、液氮冻结期间，盾构机刀盘要经常检查是否可以转动；5、带压作业人员进仓前必须先进行体检，体 检合格后方能进行带压进仓作业，且 进仓作业人员进仓前严禁喝酒。6、进入泥水仓前先进行气体检测，确 认气体无害后，方可进入泥水仓作业。7、在泥水仓内作业时，作业人员须栓好安全带。8、后勤及医疗救护人员随时在仓外待
19、命，地面高 压氧仓待命。9、舱外人员和主机室人员要随时观察气压仓和泥水仓压力变化情况，如有变化，及 时通知机械总工；10、事前联系好有高压氧舱的医院或单位，随 时具备送往医院的保压的条件；11、内燃空压机、运输列车、盾构供 电、盾构上的空压机、保压系统和照明系统应处于良好的工作状态，派专人负责维护。12、地面巡视人员，时刻观察地面情况，并 时刻保持和主机室人 员。八.应急救援预案救援组织机构见下图 14。图 14 救援组织机构（1）救援领导小组：主要任务是施工风险的预防、控制、扑救、查处的管理指挥工作。负责调集人员、救援物资、车辆， 抢救生命财产，事故 现场的指挥工作。（2）行动组：主要是在发
20、生事故后，立即召集人员迅速进行救护，尽可能把事故控制在最小限度。同时派人迅速报告项 目领导。（3）报警组：主要任务是负责听从第一到达事故现场领导的命令。报警时要清楚说明事故发生时间、地点、方位、事故是否造成人员伤亡等情况。报警后，要立即派人在单位门口和交叉路口迎接消防车等救援车辆。（4）通讯联络组，主要任务是上传下达领导指令和有关情况，对内要告知事故发生情况，如发生伤人或塌方等事件，要 对外联络，通知人 员和设 施迅速赶到事故现场进行抢救。救援领导小组行 动 组 报 警 组 通 讯 联 络 组 救 护 组 疏 散 引 导 组（5）疏散引导组，事故发生时，疏散 组长应立即带领本组人员弄清本工程疏
21、散出口和消防通道情况；引导施工人员正确逃生；在要道关口处设专人指挥，克服拥挤情况；（6）救护组，主要任务是及时赶到事故现场救护伤员，送往医院医治伤员和完成领导交给的其他任务。险情发生时，项目经理、项目副经理、总工程师立即去 现场组织成立抢险领导协调小组，小组的构成由项目经理确定， 抢险小组将全权负责险情的应急措施、方案制定、 预案实施。险情发生后，现场除应及时采取必要的抢险应急措施外，必须在第一时间内通知项目经理，由项目经理立即向各职能部门进行通报，同时进行抢险人员组织，当人员不足时，由小 组组长进行统一安排。险情发生后，由相应的工程师及负责人在 12 小时内写出书面报告，报项目经理及项目副经
22、理，报 告的内容包括：险 情发生的时间、地点、险 情发生的简要经过、险情损失的初步估计、险情发生原因的初步判断、 险情发生后采取的措施及险情控制情况等。险情发生后，当事人（指全体员工，当有班 长在场时，由班 长执行）应在第一时间内将事情的经过、事态向项目部汇报 ；在第一时间内组织人员进行抢救（当抢救不过来，并危及抢救人员安全时，应组织人员撤离到安全区域内，对事态的 发展进行临时隔离，防止事 态的发展、漫延）；第一时间内保护现场，并对现场进行隔离；第一时间内将事态控制在稳定范围内。1、盾构机突然停电带压进仓期间突然停电，立即启用备用内燃空压机，然后开启地面应急发电机；2、进仓发生火灾进仓切割过程中，发生火灾，立刻使用高压灭火器灭火， 灭火后人员立刻撤出，并对刀盘内空气进行置换确认安全后再次进仓。 3、液氮泄露地面上液氮储气罐泄露时，由于处于街道中央空旷地带，不会产生危害，泄露后关 闭漏气点同时加强人工通风。地下氮气有可能通过土体泄露进入泥水仓内，在带压进仓前，人工检测仓内氮气含量。4、低温冻伤若发生冻伤事故，不要摩擦或活动冻伤部位，而是用 40 度以下的温水冲洗，使其温度 缓慢回升。若全身大面积冻伤，应尽快脱去衣服再用温水冲洗，使其升温。同时立即送医院治疗，若由于物料泄漏而造成，还 要断开漏源。
