第三章 专项施工方案及措施
3.1工程穿越危险性较大的道路、桥梁、河流、地铁和既有管线及建筑物专项施工方案
3.1.1 穿越危险性较大的道路、桥梁、河流、地铁和既有线及建筑物概况 本标段要穿越道路一条、桥梁一座、河流两条、穿越地铁4号线及并行一段电力隧道，穿越详细情况如下：
1、河流
本标段穿越河流分别为京密引水渠、清河，共两条。其中京密引水渠穿越范围2+650-2+810，是北京市重要的供水设施，具备正向和反向输水能力。隧洞距离渠道底板约11.5m。清河穿越范围3+233-3+265，河底距离盾构区间洞顶约6m。 2、地铁
本标段施工区间与地铁有一段并行和一次穿越。盾构区间并出行段范围3+300-3+974，地铁4号线为运营线。与隧洞并行线路，部分为地下线，部分为地面线。隧洞结构与4号线结构外壁水平净距最小为14m。穿越地铁范围3+330-3+350， 隧洞从备用站台上方穿越。隧洞底板距离备用站台顶板结构约4.5m。
3、管线
本标段穿越两条管线，分别为污水管线、电力隧道。污水管线穿越范围3+315-3+325，管径为DN1200，管线距离隧洞顶约为5m。电力隧道穿越范围3+282-3+974，电力隧道内径为2.6m×2.4m,隧道内底高程约为41.42m～45.41m。输水隧洞位于电力管沟东侧偏下位置，隧洞外顶高程约为38.68～35.50m。结构面最小净距6.4m。
4、建筑房屋
本标段在3+132~3+230位置穿越既有地面建筑。基础类型及埋深情况待调查。
表3-1 穿越建筑统计施工一标风险工程汇总表 序号 1 风险工程名称 盾构区间隧洞穿桩围 京密引水渠是北京市重要的号供水设施，具备正向和反向输水能力。隧洞距离渠道底板约11.5m。 桩号地面为现状房屋，基础埋深不详。 一级 位置、范风险基本状况描述 风险等级 越京密引2+650~2+810 水渠 2 盾构区间下穿房屋 3+132~3+230 二级 3 盾构区间穿越地桩号重要保密设施。隧洞从备用站台上方穿越。隧洞底板距离备用站台顶板结构约4.5m。 特级 铁4号线备3+330~3+350 用站台 4 盾构区间下穿清河 5 盾构区间下穿污水管线 6 盾构区间下穿房屋 7 盾构区间并行电力隧道 桩号河底距离盾构区间结构外壁约6m。 3+233~3+265 一级 桩号污水管线管径为DN1200，管线距离隧洞顶约为5m。 3+315~3+325 一级 桩号地面为现状房屋，基础埋深不详。 电力隧道内径为2.65m×2.4m,隧道内底高程约为3+330~3+400 二级 桩号41.42m～45.41m。输水隧洞位于电力管沟东侧偏下位置，隧洞外顶高程约为38.68～35.50m。结构面最小净距6.4m。 3+281~3+974 特级 8 盾构区间穿越五桩号红山口高架桥位于红山口脚下至党校北门。桥梁上部结构采用现浇预应力混凝土连续箱型梁，最大跨径68米，下部结构采用桩基，桩长11～15m。隧洞结构与桥桩最近距离约为1.58m。 特级 环路红山3+480~3+540 口桥 9 盾构区间并行地铁4号线 桩号地铁4号线为运营线。与隧洞并行线路，部分为地下线，部分为地面线。隧洞结构与4号线结构外壁水平净距最小为14m。 一级 3+300~3+974
3.1.2 工程地质
1.地形地貌
输水管道线路工程区2+153.848-3+974.346段位于北京城西北部，清河中上游左岸河漫滩至清河一级阶地地貌单元处,属温榆河水系,处于永定河冲洪扇东翼地貌。地势较平坦,总体趋势由西向东逐渐降低。输水管线轴线主要地段为清河北岸绿化隔离带及人行便道。建设场地沿线地势西高东,地面标高42.79-45.26m间,地面坡降0.5‰-2‰。
输水管线沿线地面以下30m 深度范围内的地层主要为人工堆积层、一般第四纪沉积层。
2.工程地质情况 （1）围岩稳定性分析
隧洞在桩号3+380~3+630段洞身上部分多穿越地层为第四系覆盖层，主要岩性包括卵石层、粉土层、卵石层，以及碎石土和少量残积土等；洞身下部分则以穿越二迭系红庙岭组全风化~中等风化~中等风化砂岩为主；其余地段隧洞洞身主要穿越第四系覆盖层。河顶5m以内覆盖地层多为卵石、细砂、中砂层及粉土，颗粒间结构性较弱，围岩洞室自稳能力差，无法形成自然应力拱，易发生塌落现象，依据《水利水电工程地质勘察规范》（GB 50487-2008）附录N及《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）附录E，该段岩层工程地质分类为V类。
由于隧洞穿越岩体风化程度从全风化至中等风化不等，节理裂隙发育，施工时产生的震动及洞室开挖后应力重组分布易使围岩沿节理面、软弱结构面、层面滑动，导致围岩坍塌。同时由于岩体结构的复杂性，围岩压力变化较大，易发生偏压导致坍塌，宜适当加强洞室支护结构。 （2）施工工程分级
该段隧洞所穿越地层包括卵石层、粉土层、卵石层、细砂透镜体、碎石土、残积土以及二迭系红庙岭组全风化~中等风化砂岩，可开挖性差别极大，软硬不均。依据《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）附录F，该段施工工程分级为II~V级，须选择适宜的盾构机刀具。 c）地基稳定性评价
根据勘察结果，隧洞洞底分布地层岩性以二迭系红庙岭组砂岩为主，南北两端底地层为卵石层，地基土稳定性较好，但砂岩从全风化~中等风化不等，力学性质差异较大，尤其是第四纪沉积层与基岩交界地段洞底以下地基极不均匀，宜考虑适当加强结构的刚度和强度。 （3）地下水影响及建议
根据勘察，场区地下水位高于结构底板，其水位年变幅一般为1~3m。同时受京密引水渠渗水影响，洞室周边尤其洞顶卵石层、砂层、粉土层及节理裂隙发育的基岩易发生流砂、管涌、洞顶坍塌等现象，影响隧洞洞身、洞顶稳定，进而引发地面沉降或塌陷以及洞身涌水现象，施工应予以高度重视。
根据勘察结果及隧洞设计，该段存在涌水问题。隧洞涌水问题主要涉及到潜水滞水，含水岩组主要为卵石层，综合渗透系数按照150m/d考虑。该段基岩起伏较大，洞顶主要赋水卵石层分布不均一，地下水类型为潜水滞水，补给范围有限，因此施工初期涌水量相对较大，但随着施工的进行，其涌水量可能会逐渐减少。 （4）周围环境与地下工程的互相作用 ①环境对工程的影响
本段隧洞在平面上与电力隧道并行，其水平净距小，在五环路红山口高架桥处平面上基本重合，隧洞埋深大于电力隧道。电力隧道未进行防渗，目前洞内积水较多，其渗水易使砂层、粉土层及卵石发生流砂、管涌等现象。
隧洞在桩号3+340附近从地铁4号线备用站台上部穿越，其垂直近距约5m。据调查，地铁4号线备用站台现正采用暗挖法施工，应注意地铁4号线备用站台施工产生的振动、排水等对上部岩土体的影响。
该段隧洞距京密引水渠较近，应注意京密引水渠渗水对施工的影响，防止隧洞涌水发生坍塌。
另外，隧洞沿线包括京密引水渠东岸马连洼西路、香山路、地铁四号线等交通道路，车辆行驶过程中产生的振动可能使围岩松动，产生坍塌。 ②施工对环境的影响
本段隧洞周边存在大量重要建筑物，如在桩号3+480~3+540附近穿越五环路红山口桥，隧洞距离桥桩基础最近距离仅为1.58m，同时与电力隧道并行、在地铁4号线备用站台上部穿越，同时沿线多分布有燃气管线等，施工时应注意采取有效防护及监测措施，避免因过大的塌方对临近建（构）筑物、地下管线的正常使用产生影响。
3.1.3对穿越道路、桥梁、河流、地铁和既有线及建筑物的综合对策
1、建立严密的监测网，对穿越的道路、桥梁、地铁和既有管线及建筑物进行监测，并根据结构物的状况制定警戒值。
2、结合实际情况，在场地允许地面采用旋喷施工对地层进行预加固处理，对临近桥墩较近位置增设隔离桩。
3、设定准确的土仓压力值，严格控制土压平衡，确保开挖面的稳定。
4、确保同步注浆和及时二次补浆，设定合理的注浆量和注浆压力；确保管片围岩间隙及时充填密实。
5、对盾构掘进进行严格线形控制和盾构机姿态控制，减小轴线偏差和及时纠偏，减小超挖和对围岩的扰动。
6、根据监测信息，及时优化施工参数。 3.1.4盾构下穿危险性较大区段度盾构施工措施
3.1.4.1盾构推进和地层变形的控制
本工程采用土压平衡式盾构掘进机，其利用压力仓内的土压力来平衡开挖面的土体，从而达到对盾构正前方开挖面支护的目的。平衡压力的设定是土压平衡式盾构施工的关键，维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节，这里面包含着推力、推进速度和出土量的三者互相关系，对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用，所以在盾构施工中要根据不同土质和覆土厚度、地面建筑物，配合监测信息的分析，及时调整平衡压力值的设定。同时要求推进中盾构姿态保持相对的平稳，控制每次纠偏量不过大，减少对土体的扰动，并为管片拼装创造良好的条件。同时根据推力、推进速度、出土量和地层变形的监测数据，及时调整注浆量，从而将轴线和地层变形控制在允许的范围内。
3.1.4.2主要参数设定
（1）、合理设置土压力，防止超挖
在盾构推进的过程中，根据理论计算、前期掘进数据和监测数据及时调整土压力值，从而科学合理的设置土压力值及相宜的推力、推进速度等参数，防止超挖，以减少对土体的扰动。
正面平衡压力：P＝k0?h P：平衡压力(包括地下水) ?：土体的平均重度(KN/m3) h：隧道埋深(m)
k0：土的侧向静止平衡压力系数
表3-2 拟定掘进参数 序号 建筑物名位置范围 称 盾构区间隧洞桩1 号1.5 1500 6 0 20-3顶部土推力 同步注掘进速度刀盘转速压力bar t 浆m3 mm rpm 穿越2+650~2+81京密0 引水渠 盾构桩号1.4 2 区间下穿房屋 盾构3+132~3+230 1.8 1600 6 20-30 1.4 区间桩3 号1.4 1600 6 0 穿越3+330~3+35地铁40 号线20-31.4