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摘要:本文结合南京地铁二号线D2-TA05标所街站～向兴路站盾构区间隧道在施工中出现的问题,提出了解决这些问题的防治措施,为以后同类似的工程提供了参考与借鉴。
关键词:盾构施工技术常见问题防治措施
0 引言
盾构法具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点,已被越来越多地应用于城市地铁、公路、铁路等诸多施工领域。盾构推进过程中掘削参数的变化会对地层产生扰动影响,诸如地表沉降、孔隙水压力、强度和承载力等物理力学参数的变化都是不可避免的;而土体的扰动往往又引发一系列环境病害,如造成周围建筑物开裂、倒坍、地表沉降,隧道内漏水、工作面漏砂等。如何采用合理的施工技术避免或减轻环境病害的发生,是盾构法施工的难点。
1 工程概况
所街站～向兴路站区间隧道位于江东中路上,在江东中路和纬八路交叉口隧道下穿低水河(河宽40.7m,河底标高3.0m);区间地下管线埋深较浅,一般在3.0m以内,不影响盾构推进。区间隧道包括左线和右线,隧道外直径6.2m,内径直5.5m。衬砌的设计强度为C50,抗渗强度等级为S10。衬砌每环宽1.2m,由封顶块(K),领接块(B1、B2),标准块(A1、A2、A3)构成。纵、环向均采用M30弯螺栓连接。衬砌接缝间防水采用由三元乙丙橡膠制成的弹性密封垫。本工程向兴路站～所街站区间属长江低漫滩地貌,地势较为平坦,场地地层呈二元结构,上部主要以淤泥质粉质粘土为主,下部以粉土和粉细砂为主,赋存于粘性土中的地下水类型为孔隙潜水,赋存于砂层中的地下水具微承压性,属微承压水。
2 地表沉降的原因与防治措施
2.1 地表沉降的原因 地层损失包括建筑空隙及超挖或其它土层流失,具体为①盾构工作面前方上体的挤入;②盾构上方土体挤入因盾构外壳直径和拼装管片直径不同产生的建筑空隙;③盾构纠偏引起土体超挖;④盾构推进有曲率时造成土体损失;⑤盾构推进时切口环上的突缘引起超挖;⑥盾构推进引起土体孔隙水压力变化,或因降水引起地下水位下降,引起土体固结沉降。
因管片结构变形及上体的次固结和流变引起的地层变位一般分为5个阶段:①先行沉降:主要是由于地下水位变化引起的,表现为压缩、固结沉降;②开挖面前的沉降或隆起:上体应力释放或盾构开挖而的反向上压力、盾构机周围的摩擦力等作用而产生的地基塑性变形;③通过沉降:主要是对土的扰动所致,表现为压缩沉降;④盾尾空隙沉降:盾尾空隙的上体应力释放引起的弹塑性变形;⑤后续沉降:地基扰动所引起的固结和蠕变残余变形。
2.2 减小地表沉降的防治措施 在本工程直线段,根据隧道埋深、土层性质和地面超载计算主动和被动土压力值和静水压力,根据计算结果结合初推阶段的施工参数设定土压力值。根据设定的正面土压力控制出土速度和掘进速度。根据不同土层和覆土深度,配合监测信息的分析及时调整土压力值的设定。同时要求推进坡度保持相对稳定,控制一次偏量,减少对土体的扰动。再根据推进速度,出土量和地层变形信息、数据反馈及时调整初始设定的土压力值和注浆量,进而达到对轴线和地层变形在最佳状态下的控制。
当盾构机在曲线段掘进时,根据曲线的施工特点调整推力、推进速度、出土量和注浆量,并根据地层变形的信息数据及时调整各种施工参数,以期在尽量短的时间内将土压平衡值和注浆量调至曲线掘进的最佳状态。
3 隧道内漏水原因与防治
3.1 隧道内漏水原因 盾构隧道是由一片片独立的管片通过螺栓联接起来,管片接缝部位为防水的薄弱环节,隧道内漏水部位一般出现在管片接缝处。产生漏水的主要原因是:管片拼装过程中偏差、止水条老化或失效。
3.2 隧道漏水防治
3.2.1 加强管片制作、运输和拼装的管理 ①提高管片的制作精度和质量,控制水平拼装环、纵缝间隙小于2mm,确保管片密实无裂缝,抗渗要求达到设计标准。②加强管片起吊、运输及堆放管理,避免出现贯穿性裂缝。管片堆放时内弧面向上,宽度方向应上下对齐,不准倾斜。管片间放两条木垫板,垫板上下对齐,使中间隔空。③管片拼装前查看前一环管片与盾尾间隙,结合前环成果报表决定本环纠偏量和措施。④管片拼装要防止出现错缝、台阶差,可以通过加贴楔子微量调整间隙来保持环面的平整度,楔子不得超过4mm。竖曲线段推进时,应计算上下左右的超前量,分段粘贴低压石棉板,在推进过程中,使其经千斤顶压缩后成一平整楔行环面,粘贴环面的面积一般应大于整个环面的一半。纠偏楔子厚度超过设计厚度时,止水带也应加贴遇水膨胀条。封顶块两侧的止水条在拼装前涂表面润滑剂,以减少封顶块插入时的摩阻力。⑤管片如遇损坏,轻则就地修补,重则重新调换后方可继续进行。
3.2.2 加强止水条质量管理 ①隧道采用的遇水膨胀橡胶止水带是在氯丁橡胶密封条上加覆一层遇水膨胀条制成的,由于施工期间常遇到下雨或者隧道低部积水,操作不会使遇水膨胀止水带和螺栓垫圈在拼装前遇水预膨胀或变形,影响止水效果,故应在粘贴止水带的地方做好防雨措施,搭设活动防雨棚和在止水带表面涂缓膨剂。②冬季施工时应设置烘房设施,作橡胶止水带加温。③角部加贴的自粘贴橡胶薄片厚度长度应符合设计要求,以免影响止水带效果。④“F”块插入间隙偏小,摩阻力大,止水带容易延伸拉长,角部形成“疙瘩”,影响压密,所以在拼装前应涂水性润滑剂,以减少封顶块插入时摩阻力。
4 盾构穿越高层建筑或地下管线的安全技术措施
4.1 严格控制盾构的施工参数,防止超挖、欠挖,在穿越建筑物管线过程中以推进速度和出土量,为主要管理指标。当盾构脱出建筑物和管线后以注浆量为主要管理指标。严格控制盾构在穿越阶段推进时的纠偏量,减少纠偏对土体的扰动。控制施工进度,做到均衡施工避免中途搁置。采用信息化施工,及时调整施工参数;
4..2 详细阅读、熟悉掌握设计、建设单位提供的地下管线图纸资料,在工程实施前,核对弄清地下管线的确切情况,包括标高、埋深、走向、规格、容量、用途、性质、完好程度等;
4.3 施工准备阶段,对参与本工程施工的全体职工进行"保护公用事业管线重要性及损坏公用管线危害性"的宣传教育,要求职工在施工中严格遵守有关文件的规定,保护地下管线技术措施的要求落实到现场,并设置必要的管线安全标志牌悬挂“无重大管线事故标牌”和保护地下管线安全的《十个不准》;
4.4 工程实施前,办妥《地下管线监护交底卡》手续,作层层安全交底,建立“保护公用事业管线责任制”明确各级人员的责任;
4.5 对受施工影响的地下管线,设置若干数量的沉降测点,定期观测管线的沉降量,及时向建设单位和有关管线单位提供观测点布置图与沉降观测资料。对邻近的地下管线作严密的沉降观测,发现沉降量达到报警值时,即对管线下地基作跟踪注浆,防止管线过量沉降;
4.6 在施工过程中发现管线现状与交底内容、样洞资料不符或出现直接危及管线安全等异常情况,立即通知建设单位和有关管线单位到场研究,商议补救措施,在未做出统一结论前,不擅直处理或继续施工,施工过程中对可能发生意外情况的地下管线,事先制定应急措施,配备好抢修器材,以便在管线出现险兆时及时抢修。
5 结语
盾构法隧道工程是一项综合性施工技术,通过多年不断摸索和实践己经形成了一套比较成熟的施工技术,在地铁建设中得到了广泛的应用。这对施工人员素质提出了更高的要求,需施工人员通过不断学习和实践,熟悉这些相关的施工技术,掌握盾构法隧道施工质量监控重点及相应对策,才能为今后盾构法隧道施工质量、施工安全提供有力的保证。
关键词:盾构施工技术常见问题防治措施
0 引言
盾构法具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点,已被越来越多地应用于城市地铁、公路、铁路等诸多施工领域。盾构推进过程中掘削参数的变化会对地层产生扰动影响,诸如地表沉降、孔隙水压力、强度和承载力等物理力学参数的变化都是不可避免的;而土体的扰动往往又引发一系列环境病害,如造成周围建筑物开裂、倒坍、地表沉降,隧道内漏水、工作面漏砂等。如何采用合理的施工技术避免或减轻环境病害的发生,是盾构法施工的难点。
1 工程概况
所街站～向兴路站区间隧道位于江东中路上,在江东中路和纬八路交叉口隧道下穿低水河(河宽40.7m,河底标高3.0m);区间地下管线埋深较浅,一般在3.0m以内,不影响盾构推进。区间隧道包括左线和右线,隧道外直径6.2m,内径直5.5m。衬砌的设计强度为C50,抗渗强度等级为S10。衬砌每环宽1.2m,由封顶块(K),领接块(B1、B2),标准块(A1、A2、A3)构成。纵、环向均采用M30弯螺栓连接。衬砌接缝间防水采用由三元乙丙橡膠制成的弹性密封垫。本工程向兴路站～所街站区间属长江低漫滩地貌,地势较为平坦,场地地层呈二元结构,上部主要以淤泥质粉质粘土为主,下部以粉土和粉细砂为主,赋存于粘性土中的地下水类型为孔隙潜水,赋存于砂层中的地下水具微承压性,属微承压水。
2 地表沉降的原因与防治措施
2.1 地表沉降的原因 地层损失包括建筑空隙及超挖或其它土层流失,具体为①盾构工作面前方上体的挤入;②盾构上方土体挤入因盾构外壳直径和拼装管片直径不同产生的建筑空隙;③盾构纠偏引起土体超挖;④盾构推进有曲率时造成土体损失;⑤盾构推进时切口环上的突缘引起超挖;⑥盾构推进引起土体孔隙水压力变化,或因降水引起地下水位下降,引起土体固结沉降。
因管片结构变形及上体的次固结和流变引起的地层变位一般分为5个阶段:①先行沉降:主要是由于地下水位变化引起的,表现为压缩、固结沉降;②开挖面前的沉降或隆起:上体应力释放或盾构开挖而的反向上压力、盾构机周围的摩擦力等作用而产生的地基塑性变形;③通过沉降:主要是对土的扰动所致,表现为压缩沉降;④盾尾空隙沉降:盾尾空隙的上体应力释放引起的弹塑性变形;⑤后续沉降:地基扰动所引起的固结和蠕变残余变形。
2.2 减小地表沉降的防治措施 在本工程直线段,根据隧道埋深、土层性质和地面超载计算主动和被动土压力值和静水压力,根据计算结果结合初推阶段的施工参数设定土压力值。根据设定的正面土压力控制出土速度和掘进速度。根据不同土层和覆土深度,配合监测信息的分析及时调整土压力值的设定。同时要求推进坡度保持相对稳定,控制一次偏量,减少对土体的扰动。再根据推进速度,出土量和地层变形信息、数据反馈及时调整初始设定的土压力值和注浆量,进而达到对轴线和地层变形在最佳状态下的控制。
当盾构机在曲线段掘进时,根据曲线的施工特点调整推力、推进速度、出土量和注浆量,并根据地层变形的信息数据及时调整各种施工参数,以期在尽量短的时间内将土压平衡值和注浆量调至曲线掘进的最佳状态。
3 隧道内漏水原因与防治
3.1 隧道内漏水原因 盾构隧道是由一片片独立的管片通过螺栓联接起来,管片接缝部位为防水的薄弱环节,隧道内漏水部位一般出现在管片接缝处。产生漏水的主要原因是:管片拼装过程中偏差、止水条老化或失效。
3.2 隧道漏水防治
3.2.1 加强管片制作、运输和拼装的管理 ①提高管片的制作精度和质量,控制水平拼装环、纵缝间隙小于2mm,确保管片密实无裂缝,抗渗要求达到设计标准。②加强管片起吊、运输及堆放管理,避免出现贯穿性裂缝。管片堆放时内弧面向上,宽度方向应上下对齐,不准倾斜。管片间放两条木垫板,垫板上下对齐,使中间隔空。③管片拼装前查看前一环管片与盾尾间隙,结合前环成果报表决定本环纠偏量和措施。④管片拼装要防止出现错缝、台阶差,可以通过加贴楔子微量调整间隙来保持环面的平整度,楔子不得超过4mm。竖曲线段推进时,应计算上下左右的超前量,分段粘贴低压石棉板,在推进过程中,使其经千斤顶压缩后成一平整楔行环面,粘贴环面的面积一般应大于整个环面的一半。纠偏楔子厚度超过设计厚度时,止水带也应加贴遇水膨胀条。封顶块两侧的止水条在拼装前涂表面润滑剂,以减少封顶块插入时的摩阻力。⑤管片如遇损坏,轻则就地修补,重则重新调换后方可继续进行。
3.2.2 加强止水条质量管理 ①隧道采用的遇水膨胀橡胶止水带是在氯丁橡胶密封条上加覆一层遇水膨胀条制成的,由于施工期间常遇到下雨或者隧道低部积水,操作不会使遇水膨胀止水带和螺栓垫圈在拼装前遇水预膨胀或变形,影响止水效果,故应在粘贴止水带的地方做好防雨措施,搭设活动防雨棚和在止水带表面涂缓膨剂。②冬季施工时应设置烘房设施,作橡胶止水带加温。③角部加贴的自粘贴橡胶薄片厚度长度应符合设计要求,以免影响止水带效果。④“F”块插入间隙偏小,摩阻力大,止水带容易延伸拉长,角部形成“疙瘩”,影响压密,所以在拼装前应涂水性润滑剂,以减少封顶块插入时摩阻力。
4 盾构穿越高层建筑或地下管线的安全技术措施
4.1 严格控制盾构的施工参数,防止超挖、欠挖,在穿越建筑物管线过程中以推进速度和出土量,为主要管理指标。当盾构脱出建筑物和管线后以注浆量为主要管理指标。严格控制盾构在穿越阶段推进时的纠偏量,减少纠偏对土体的扰动。控制施工进度,做到均衡施工避免中途搁置。采用信息化施工,及时调整施工参数;
4..2 详细阅读、熟悉掌握设计、建设单位提供的地下管线图纸资料,在工程实施前,核对弄清地下管线的确切情况,包括标高、埋深、走向、规格、容量、用途、性质、完好程度等;
4.3 施工准备阶段,对参与本工程施工的全体职工进行"保护公用事业管线重要性及损坏公用管线危害性"的宣传教育,要求职工在施工中严格遵守有关文件的规定,保护地下管线技术措施的要求落实到现场,并设置必要的管线安全标志牌悬挂“无重大管线事故标牌”和保护地下管线安全的《十个不准》;
4.4 工程实施前,办妥《地下管线监护交底卡》手续,作层层安全交底,建立“保护公用事业管线责任制”明确各级人员的责任;
4.5 对受施工影响的地下管线,设置若干数量的沉降测点,定期观测管线的沉降量,及时向建设单位和有关管线单位提供观测点布置图与沉降观测资料。对邻近的地下管线作严密的沉降观测,发现沉降量达到报警值时,即对管线下地基作跟踪注浆,防止管线过量沉降;
4.6 在施工过程中发现管线现状与交底内容、样洞资料不符或出现直接危及管线安全等异常情况,立即通知建设单位和有关管线单位到场研究,商议补救措施,在未做出统一结论前,不擅直处理或继续施工,施工过程中对可能发生意外情况的地下管线,事先制定应急措施,配备好抢修器材,以便在管线出现险兆时及时抢修。
5 结语
盾构法隧道工程是一项综合性施工技术,通过多年不断摸索和实践己经形成了一套比较成熟的施工技术,在地铁建设中得到了广泛的应用。这对施工人员素质提出了更高的要求,需施工人员通过不断学习和实践,熟悉这些相关的施工技术,掌握盾构法隧道施工质量监控重点及相应对策,才能为今后盾构法隧道施工质量、施工安全提供有力的保证。