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中铁十六局集团地铁工程有限公司
摘要:本文以深圳地铁3号线福田站~少年宫站区间隧道工程为例,详细描述了盾构过矿山法隧道掘进施工的工艺流程,对施工过程中导台施工、预埋件安装、二衬管片支顶、管片环间连接、盾构空推、管片背后回填等关键工序的技术措施和施工方法进行了初步探讨和总结。
关键词:盾构;矿山法;导台;空推
1.引言
伴随着我国经济建设高速发展和综合国力不断增强,出现了亟待解决的城市交通问题。为了缓解日益增长的交通压力,全国已有不少大城市在加快城市轨道交通的规划、设计和施工,如北京、天津、西安、重庆、广州、深圳、上海、沈阳等城市。“盾构施工技术”属于隧道施工领域中的高新技术,它集成了计算机、新材料、自动化、信息化、系统科学、管理科学等高新科技,能够最大限度适应错综复杂的地层和确保地表建筑物和管线的安全,主要适用于城市隧道,过江过海隧道等地下工程施工。但是在丘陵及山区地质岩层埋藏比较复杂的地区,基岩石埋藏起伏较大,单纯盾构法施工工艺及单纯矿山法施工工艺的运用对适应地层的局限性越来越突出,已经不能满足当前地铁隧道施工要求。本文通过深圳地铁3号线工程福田站至少年宫站区间隧道局部在穿越全~微风化岩层中灵活采用盾构法+矿山法结合施工工法,解决在富水软硬岩土相间地层中隧道施工的难题。
2.工程概况
2.1工程位置
深圳地铁龙岗线西延段3152标福田站至少年宫站区间:本区间线路从福田站北端引出后先下穿民田路,途中先后横穿福中三路、福中路和福中一路,然后向东沿红荔路下穿,最后进入少年宫站西端。如图
2.2工程规模及结构形式
本区间隧道结构设计范围:深圳地铁3号线西延段工程福田站~少年宫站区间隧道及2座联络通道及临时施工竖井。本区间隧道设计起讫里程范围为:ZDK6+198.021~ZDK7+565.24,左线隧道全长1387.313m;YDK6+198.021~YDK7+565.24,右线隧道全长1366.391m。其中左线隧道ZDK7+214.724~ZDK7+371.906、ZDK7+490~ZDK7+565.24和右线隧道YDK7+193.684~YDK7+346.184、YDK7+483.0~YDK7+565.24里程段采用矿山法完成隧道开挖、初支,盾构拼装管片通过,其中左线隧道矿山法段全长252.516m,右线隧道矿山法段全长234.74m,矿山法段总长487.256m。
2.3周边环境
线路出福田站后,继续沿民田路北行,依次下穿福中路人行天桥、黄浦中学人行天桥、儿童医院宿舍楼和上跨广深港客运专线后,进入红荔西路,沿红荔西路东行进入少年宫站。沿线地面交通繁忙,车流量较大;道路两侧有黄埔雅苑会所,深圳黄埔小学部和中学部,深圳儿童医院,深圳音乐厅和中心图书馆等多处娱乐或公益场所,环境复杂,来往人员较多。
2.4工程地质及水文地质情况
区间范围内上覆人工素填土,冲洪积淤泥质土,细、粗砂及粘性土,残积粘性土,下伏基岩为燕山期花岗岩及震旦系变质砂岩捕虏体。特殊岩土主要表现为人工填土、花岗岩残积土、花岗岩全风化层及土状强风化层,不良地质为砂土液化及差异风化。地下水主要表现为松散土层孔隙水及基岩裂隙水,花岗岩与变质砂岩接触带附近地下水较富集,水量相对较大,地下水对混凝土结构及钢结构具弱腐蚀性,对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性。工程地质条件较差。
3.矿山法段概况
福少区间矿山法段断面共分为四种形式,分别为:
A型断面
适用于隧道处于中~微风化地层(Ⅱ、Ⅲ级围岩)段,隧道按喷锚构筑法施工,采用台阶法施工。
B型断面
适用于隧道处于Ⅳ级围岩段,隧道按喷锚构筑法进行施工,采用短台阶法施工。
C型断面
适用于隧道处于Ⅴ级围岩段,隧道按喷锚构筑法施工,当隧道位于坚硬地层,隧道施工采用环形台阶法施工。
D型断面
适用于隧道上跨广深港客运线隧道段,隧道按喷锚构筑法施工,结构采用复合式衬砌。隧道采用短台阶法施工。
4盾构过矿山法段施工准备
4.1盾构隧道与矿山法段隧道接口处地层加固
由于从地面加固不具备条件,故接口处地层加固采用如下方法:
①矿山法施工时多向盾构来源方向开挖2m,施做初支并进行初支背后注浆止水。壁后注浆采用3m长φ42钢花管,环向间距30cm,纵向间距50cm,注浆压力2Mpa;
②多做出的2m矿山法隧道进行喷射素砼封堵处理,盾构机到达时采用刀盘开挖素砼、拼装管片的方式通过;
③待盾构拼装管片通过交界处,且盾尾后部脱出管片6环后,通过管片吊装孔进行双液二次注浆止水;
④施工矿山法与盾构法衔接处的封堵墙加固。
4.2施做导台及预埋件
福少区间矿山法段初支完成及时施做砼导台。
在砼导向台上预埋40cm宽、厚20mm、长2m的弧形钢板(图4-3所示),预埋钢板间距3m(图4-4所示),在刀盘前部焊接挡块提供拼装管片所需反力。预埋钢板锚固筋为φ25长15cm的钢筋,钢筋与钢板采用穿孔焊接形式。相邻钢板接缝处边缘需进行5mm倒角,如钢板顶面有焊渣等异物,则需进行打磨处理。挡块采用厚2cm钢板,切割而成30cm×30cm三角形构造。挡块与钢板采用焊接连接,待管片拼装完成后割除挡块,钢板面需进行打磨处理。
6.盾构过矿山法段空推流程如图6-1所示:
7.施工方法
(1)施工流程
a、将小碎石、喷浆机提前通过竖井和车站送入矿山法隧道内,每隔6?~8m堆放小碎石一堆,盾构机通过矿山法隧道时直接从刀盘前端向盾构机机体外侧喷射回填,盾构机通过矿山法隧道后将喷浆机解体,通过人闸运出。 b、盾构机进入矿山法隧道后,拼装管片作为二衬支护,适当调整各组推进油缸行程,使盾构机姿态沿线路方向前进,盾构机拼装管片步进时,派专人在盾构机前方检查矿山法隧道是否有侵入刀盘轮廓的初支存在以及盾体与导台的结合情况。步进过程中发现异常情况时利用对讲机与盾构机操作人员及时沟通,密切配合,使盾构机沿导台的中心线步进,保证盾构机前移时管片受力均匀。
c、管片背衬采用喷射小碎石、同步注浆、回填灌浆组成,喷射机械采用喷浆机,喷射压力根据实际情况而定,喷射小碎石可以填充70%左右,盾尾注浆前小碎石已经占据了大部分空隙,已经形成了初支,可以不考虑注浆时的浆液扩散问题。
d、每环管片完成后及时对管片背面与初支间的空隙喷射小碎石,当每环管片喷射小碎石后再进行同步注浆,考虑到同步注浆压力过大,浆液可能会从盾体前溢出,因此同步注浆采用手动模式,随时调整注浆方量,压力等使衬砌管片与矿山法隧道紧密结合,保证支护效果,同时小碎石与水泥砂浆结合可以形成管片环向支撑,防止管片变形或错台。
(2)施工技术要点
在此施工过程中严格监控背衬回填小碎石的密度,保证管片下部有足够的堆填密度,确保每环管片螺栓紧固,同时保证足够碎石喷射量和同步注浆量。在隧道内预备砂袋,在必要时可用沙袋封堵,确保空隙的回填注浆量。调整浆液的初凝速度,也可加入适量的早强剂。
(3)盾构空推示意图:
8.主要的技术控制及措施
8.1盾构推进控制
在矿山法隧道内推进,关键在以下四个方面加以控制:
①盾构机在未完全进入导台时的推进
盾构机在进入矿山法隧道内导台前,对接触混凝土导台刀盘刀具进行调整,避免刀具与导台接触。应对盾构机各组千斤顶进行调整,使盾构姿态符合要求。在推进时,推进速度不能过快,控制在10~20mm范围内,每推进1环,必须进行盾构轴线的测量,必要时,每0.5环进行测量,以便使盾构以良好姿态进入导台。在推力方面,考虑到土体对盾构壳摩擦力慢慢减小,推力控制在50~150T范围内。
②轴线高程坡度变化推进
在有坡度变化段推进,关键是控制推进千斤顶的行程差及铰接千斤顶行程差,确保矿山法隧道与盾构壳体间的间隙。在推进时,每完成1环必须进行测量,根据测量数据,及时纠偏。
③盾构机未完全进入土体
在这一阶段推进工作中,由于盾构推力将逐步增大,对矿山法隧道内的管片将产生一定量的位移,因此盾构推力不宜过大,一般控制在600~800T左右,推进速度在10~20mm范围内,刀盘转速控制在1.0~1.8rpm范围内,土压控制在0.1~0.15MPa范围。在盾构进入土体前,必须在矿山法隧道内的管片进行二次注浆,注浆压力控制在0.1~0.3MPa范围内,注浆顺序为:底部→推进方向右方→推进方向左方→顶部。
④矿山法隧道与盾构隧道的接口处注浆回填
由于矿山法隧道与盾构隧道接口处,盾构推进时对周边土体挠动,土体较容易坍塌,因此在该处注浆回填时,在灌注碎石后,马上用双液浆进行压注,使回填材料能在短时间内达到一定的强度,防止水土流失。
双液浆配比(1m3)如表8-1所示:
8.2盾构轴线控制
根据轴线设计半径计算盾构铰接千斤顶的行程差,推进千斤顶行程差,确保盾构机沿矿山法隧道轴线行走,同时在盾构推进前复核矿山法隧道与盾构机轴线偏差。根据偏差调整铰接千斤顶、推进千斤顶,保证盾构机与矿山法隧道的间隙均匀。
8.3盾构推进
盾构推进的关键是控制盾构机在矿山法隧道内行走轴线及盾尾与管片外周之间的间隙,即控制推进千斤顶行程差和根据盾尾间隙进行点位选择。
推进参数:推进速度10~30mm;推进千斤顶行程差,每推进一环后差值为17mm;推力在30~100T;铰接千斤顶行程差为40mm。
8.4管片拼装
管片在盾构机拼装模式下进行拼装,考虑到盾尾间隙和轴线走向两个问题,为了避免盾构机在推进过程中轴线发生偏离,盾尾出现拖碎管片等现象的发生,影响施工安全,管片拼装必须依据盾尾间隙和轴线及高程走向选择点位。
8.5施工间隙回填
管片与矿山法隧道间隙的回填在每推完1环时进行。压注位置在盾构机后第3环开始,首先用小碎石进行初步回填,再推进4环后用单液水泥浆再压注。压注顺序从隧道底部开始,首先压注底部,然后压注左右两上角。其压注压力,初始压力在0.1MPa,正常压力控制在0.2MPa,最高压力不超过0.3MPa,在压注时应逐步增压,压力逐步提高,不允许一次压注完毕。单液水泥浆压注点在隧道左右两上角(±36°),如在压注过程中,浆液泄漏严重,则采用双液浆,配比如表8-2所示:
8.2盾构轴线控制
根据轴线设计半径计算盾构铰接千斤顶的行程差,推进千斤顶行程差,确保盾构机沿矿山法隧道轴线行走,同时在盾构推进前复核矿山法隧道与盾构机轴线偏差。根据偏差调整铰接千斤顶、推进千斤顶,保证盾构机与矿山法隧道的间隙均匀。
8.3盾构推进
盾构推进的关键是控制盾构机在矿山法隧道内行走轴线及盾尾与管片外周之间的间隙,即控制推进千斤顶行程差和根据盾尾间隙进行点位选择。
推进参数:推进速度10~30mm;推进千斤顶行程差,每推进一环后差值为17mm;推力在30~100T;铰接千斤顶行程差为40mm。
8.4管片拼装
管片在盾构机拼装模式下进行拼装,考虑到盾尾间隙和轴线走向两个问题,为了避免盾构机在推进过程中轴线发生偏离,盾尾出现拖碎管片等现象的发生,影响施工安全,管片拼装必须依据盾尾间隙和轴线及高程走向选择点位。
8.5施工间隙回填 管片与矿山法隧道间隙的回填在每推完1环时进行。压注位置在盾构机后第3环开始,首先用小碎石进行初步回填,再推进4环后用单液水泥浆再压注。压注顺序从隧道底部开始,首先压注底部,然后压注左右两上角。其压注压力,初始压力在0.1MPa,正常压力控制在0.2MPa,最高压力不超过0.3MPa,在压注时应逐步增压,压力逐步提高,不允许一次压注完毕。单液水泥浆压注点在隧道左右两上角(±36°),如在压注过程中,浆液泄漏严重,则采用双液浆,配比如表8-2所示:
9.施工重、难点处理措施
9.1拼装管片导致盾构机整体向前滑动的处理措施
在砼导台上预埋40cm宽厚20mm通长钢板,在刀盘前部焊接挡块提供拼装管片所需反力。预埋钢板宽40cm,厚20mm,为半径3050mm弧形形式,钢板锚固筋为长150mmφ25钢筋,钢筋与钢板采用穿孔焊接形式。
9.2推进时受力不均或障碍物导致侧移的处理措施
喷小碎石工作及时跟进,每推进1环立即进行背后回喷工作;
刀盘及前盾底部垫钢板减小摩阻力,钢板涂抹油脂润滑;
在预埋板上标识出轴线,在刀盘前端焊指示箭头,及时纠偏,确保沿路标推进。可采用在刀盘前焊挡块的方式进行纠偏。
9.3施工排水问题及应对措施
积水影响刀盘前部焊接等辅助施工:拟间隔50m设50×50cm集水坑,深15cm。
盾构法与矿山法交界处防水措施:
Ⅰ管片拖出后尽快注浆填工隧道初支,然后盾构空推通过本段区间隧道,避免了盾构在软硬岩土相间复杂地层中施工造成隧道管片破损、隧道中心线偏移、盾构机损坏等诸多难以预料的问题;由于矿山法隧道必须在盾构机到达前完成,空推速度大于正常掘进速度,所以在很大程度上节约了施工工期。
本工程盾构空推施工关键工序在于矿山法隧道断面净空尺寸控制,导台施工质量及交界面封端墙加固效果,施工前需综合分析交界面地层地质情况,选择合理的开挖和加固措施。结合本工程空推施工经验,特提出以下建议,以供探讨:
(1)对于富水软硬岩土相间复杂地层,封端墙必须采取最有利止水的措施加固,确保盾构进入空推段隧道后,地层水无法进入管片衬砌与初支间空隙,避免地层含水进入空隙造成的隧道上浮。
(2)对于一条含两段或两段以上矿山法的隧道,在盾构从空推段进入土层前必须设置刀盘旋转槽,以提供刀盘入土前试运转条件,同时也会避免出现因刀盘反作用力造成的盾体旋转。
(3)当空推完成后,如果地面条件允许,可以选择从地面引孔向管片与初支间的空隙灌浆,通过这种方式来弥补洞内注浆的不足,达到稳固管片,减少地层下沉以及增强管片防水的目的。
参考文献:
[1]《盾构施工技术》陈馈,洪开荣,吴学松.人民交通出版社.2009.5.ISBN编号:9787114077487
[2]《盾构隧道》张风祥.人民交通出版社.2004.9.ISBN编号:9787114051746.
[3]《地铁盾构施工》张冰.人民交通出版社.2011.1.ISBN编号:9787114088018
[4]《隧道掘进机施工技术》(第二版).白云,丁志诚,刘千伟.中国建筑工业出版社.2013.11.ISBN编号:9787112149681
充;
Ⅱ管片托出6环后开始双液注浆,注浆压力不可过大,防止盾体抱死,共注浆12环。
9.4盾构法与矿山法交界处管片加固措施
Ⅰ3点、9点位置用15cm宽槽钢拉紧,共12环;
Ⅱ管片螺栓复紧3次后焊接;
Ⅲ管片拼装好后底部垫木楔并楔紧;
Ⅳ管片壁后需二次双液注浆(待盾体离开约6环后开始)。
10.结束语
本工程采用了盾构法与矿山法相结合的施工方法,首先采用矿山法施
摘要:本文以深圳地铁3号线福田站~少年宫站区间隧道工程为例,详细描述了盾构过矿山法隧道掘进施工的工艺流程,对施工过程中导台施工、预埋件安装、二衬管片支顶、管片环间连接、盾构空推、管片背后回填等关键工序的技术措施和施工方法进行了初步探讨和总结。
关键词:盾构;矿山法;导台;空推
1.引言
伴随着我国经济建设高速发展和综合国力不断增强,出现了亟待解决的城市交通问题。为了缓解日益增长的交通压力,全国已有不少大城市在加快城市轨道交通的规划、设计和施工,如北京、天津、西安、重庆、广州、深圳、上海、沈阳等城市。“盾构施工技术”属于隧道施工领域中的高新技术,它集成了计算机、新材料、自动化、信息化、系统科学、管理科学等高新科技,能够最大限度适应错综复杂的地层和确保地表建筑物和管线的安全,主要适用于城市隧道,过江过海隧道等地下工程施工。但是在丘陵及山区地质岩层埋藏比较复杂的地区,基岩石埋藏起伏较大,单纯盾构法施工工艺及单纯矿山法施工工艺的运用对适应地层的局限性越来越突出,已经不能满足当前地铁隧道施工要求。本文通过深圳地铁3号线工程福田站至少年宫站区间隧道局部在穿越全~微风化岩层中灵活采用盾构法+矿山法结合施工工法,解决在富水软硬岩土相间地层中隧道施工的难题。
2.工程概况
2.1工程位置
深圳地铁龙岗线西延段3152标福田站至少年宫站区间:本区间线路从福田站北端引出后先下穿民田路,途中先后横穿福中三路、福中路和福中一路,然后向东沿红荔路下穿,最后进入少年宫站西端。如图
2.2工程规模及结构形式
本区间隧道结构设计范围:深圳地铁3号线西延段工程福田站~少年宫站区间隧道及2座联络通道及临时施工竖井。本区间隧道设计起讫里程范围为:ZDK6+198.021~ZDK7+565.24,左线隧道全长1387.313m;YDK6+198.021~YDK7+565.24,右线隧道全长1366.391m。其中左线隧道ZDK7+214.724~ZDK7+371.906、ZDK7+490~ZDK7+565.24和右线隧道YDK7+193.684~YDK7+346.184、YDK7+483.0~YDK7+565.24里程段采用矿山法完成隧道开挖、初支,盾构拼装管片通过,其中左线隧道矿山法段全长252.516m,右线隧道矿山法段全长234.74m,矿山法段总长487.256m。
2.3周边环境
线路出福田站后,继续沿民田路北行,依次下穿福中路人行天桥、黄浦中学人行天桥、儿童医院宿舍楼和上跨广深港客运专线后,进入红荔西路,沿红荔西路东行进入少年宫站。沿线地面交通繁忙,车流量较大;道路两侧有黄埔雅苑会所,深圳黄埔小学部和中学部,深圳儿童医院,深圳音乐厅和中心图书馆等多处娱乐或公益场所,环境复杂,来往人员较多。
2.4工程地质及水文地质情况
区间范围内上覆人工素填土,冲洪积淤泥质土,细、粗砂及粘性土,残积粘性土,下伏基岩为燕山期花岗岩及震旦系变质砂岩捕虏体。特殊岩土主要表现为人工填土、花岗岩残积土、花岗岩全风化层及土状强风化层,不良地质为砂土液化及差异风化。地下水主要表现为松散土层孔隙水及基岩裂隙水,花岗岩与变质砂岩接触带附近地下水较富集,水量相对较大,地下水对混凝土结构及钢结构具弱腐蚀性,对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性。工程地质条件较差。
3.矿山法段概况
福少区间矿山法段断面共分为四种形式,分别为:
A型断面
适用于隧道处于中~微风化地层(Ⅱ、Ⅲ级围岩)段,隧道按喷锚构筑法施工,采用台阶法施工。
B型断面
适用于隧道处于Ⅳ级围岩段,隧道按喷锚构筑法进行施工,采用短台阶法施工。
C型断面
适用于隧道处于Ⅴ级围岩段,隧道按喷锚构筑法施工,当隧道位于坚硬地层,隧道施工采用环形台阶法施工。
D型断面
适用于隧道上跨广深港客运线隧道段,隧道按喷锚构筑法施工,结构采用复合式衬砌。隧道采用短台阶法施工。
4盾构过矿山法段施工准备
4.1盾构隧道与矿山法段隧道接口处地层加固
由于从地面加固不具备条件,故接口处地层加固采用如下方法:
①矿山法施工时多向盾构来源方向开挖2m,施做初支并进行初支背后注浆止水。壁后注浆采用3m长φ42钢花管,环向间距30cm,纵向间距50cm,注浆压力2Mpa;
②多做出的2m矿山法隧道进行喷射素砼封堵处理,盾构机到达时采用刀盘开挖素砼、拼装管片的方式通过;
③待盾构拼装管片通过交界处,且盾尾后部脱出管片6环后,通过管片吊装孔进行双液二次注浆止水;
④施工矿山法与盾构法衔接处的封堵墙加固。
4.2施做导台及预埋件
福少区间矿山法段初支完成及时施做砼导台。
在砼导向台上预埋40cm宽、厚20mm、长2m的弧形钢板(图4-3所示),预埋钢板间距3m(图4-4所示),在刀盘前部焊接挡块提供拼装管片所需反力。预埋钢板锚固筋为φ25长15cm的钢筋,钢筋与钢板采用穿孔焊接形式。相邻钢板接缝处边缘需进行5mm倒角,如钢板顶面有焊渣等异物,则需进行打磨处理。挡块采用厚2cm钢板,切割而成30cm×30cm三角形构造。挡块与钢板采用焊接连接,待管片拼装完成后割除挡块,钢板面需进行打磨处理。
6.盾构过矿山法段空推流程如图6-1所示:
7.施工方法
(1)施工流程
a、将小碎石、喷浆机提前通过竖井和车站送入矿山法隧道内,每隔6?~8m堆放小碎石一堆,盾构机通过矿山法隧道时直接从刀盘前端向盾构机机体外侧喷射回填,盾构机通过矿山法隧道后将喷浆机解体,通过人闸运出。 b、盾构机进入矿山法隧道后,拼装管片作为二衬支护,适当调整各组推进油缸行程,使盾构机姿态沿线路方向前进,盾构机拼装管片步进时,派专人在盾构机前方检查矿山法隧道是否有侵入刀盘轮廓的初支存在以及盾体与导台的结合情况。步进过程中发现异常情况时利用对讲机与盾构机操作人员及时沟通,密切配合,使盾构机沿导台的中心线步进,保证盾构机前移时管片受力均匀。
c、管片背衬采用喷射小碎石、同步注浆、回填灌浆组成,喷射机械采用喷浆机,喷射压力根据实际情况而定,喷射小碎石可以填充70%左右,盾尾注浆前小碎石已经占据了大部分空隙,已经形成了初支,可以不考虑注浆时的浆液扩散问题。
d、每环管片完成后及时对管片背面与初支间的空隙喷射小碎石,当每环管片喷射小碎石后再进行同步注浆,考虑到同步注浆压力过大,浆液可能会从盾体前溢出,因此同步注浆采用手动模式,随时调整注浆方量,压力等使衬砌管片与矿山法隧道紧密结合,保证支护效果,同时小碎石与水泥砂浆结合可以形成管片环向支撑,防止管片变形或错台。
(2)施工技术要点
在此施工过程中严格监控背衬回填小碎石的密度,保证管片下部有足够的堆填密度,确保每环管片螺栓紧固,同时保证足够碎石喷射量和同步注浆量。在隧道内预备砂袋,在必要时可用沙袋封堵,确保空隙的回填注浆量。调整浆液的初凝速度,也可加入适量的早强剂。
(3)盾构空推示意图:
8.主要的技术控制及措施
8.1盾构推进控制
在矿山法隧道内推进,关键在以下四个方面加以控制:
①盾构机在未完全进入导台时的推进
盾构机在进入矿山法隧道内导台前,对接触混凝土导台刀盘刀具进行调整,避免刀具与导台接触。应对盾构机各组千斤顶进行调整,使盾构姿态符合要求。在推进时,推进速度不能过快,控制在10~20mm范围内,每推进1环,必须进行盾构轴线的测量,必要时,每0.5环进行测量,以便使盾构以良好姿态进入导台。在推力方面,考虑到土体对盾构壳摩擦力慢慢减小,推力控制在50~150T范围内。
②轴线高程坡度变化推进
在有坡度变化段推进,关键是控制推进千斤顶的行程差及铰接千斤顶行程差,确保矿山法隧道与盾构壳体间的间隙。在推进时,每完成1环必须进行测量,根据测量数据,及时纠偏。
③盾构机未完全进入土体
在这一阶段推进工作中,由于盾构推力将逐步增大,对矿山法隧道内的管片将产生一定量的位移,因此盾构推力不宜过大,一般控制在600~800T左右,推进速度在10~20mm范围内,刀盘转速控制在1.0~1.8rpm范围内,土压控制在0.1~0.15MPa范围。在盾构进入土体前,必须在矿山法隧道内的管片进行二次注浆,注浆压力控制在0.1~0.3MPa范围内,注浆顺序为:底部→推进方向右方→推进方向左方→顶部。
④矿山法隧道与盾构隧道的接口处注浆回填
由于矿山法隧道与盾构隧道接口处,盾构推进时对周边土体挠动,土体较容易坍塌,因此在该处注浆回填时,在灌注碎石后,马上用双液浆进行压注,使回填材料能在短时间内达到一定的强度,防止水土流失。
双液浆配比(1m3)如表8-1所示:
8.2盾构轴线控制
根据轴线设计半径计算盾构铰接千斤顶的行程差,推进千斤顶行程差,确保盾构机沿矿山法隧道轴线行走,同时在盾构推进前复核矿山法隧道与盾构机轴线偏差。根据偏差调整铰接千斤顶、推进千斤顶,保证盾构机与矿山法隧道的间隙均匀。
8.3盾构推进
盾构推进的关键是控制盾构机在矿山法隧道内行走轴线及盾尾与管片外周之间的间隙,即控制推进千斤顶行程差和根据盾尾间隙进行点位选择。
推进参数:推进速度10~30mm;推进千斤顶行程差,每推进一环后差值为17mm;推力在30~100T;铰接千斤顶行程差为40mm。
8.4管片拼装
管片在盾构机拼装模式下进行拼装,考虑到盾尾间隙和轴线走向两个问题,为了避免盾构机在推进过程中轴线发生偏离,盾尾出现拖碎管片等现象的发生,影响施工安全,管片拼装必须依据盾尾间隙和轴线及高程走向选择点位。
8.5施工间隙回填
管片与矿山法隧道间隙的回填在每推完1环时进行。压注位置在盾构机后第3环开始,首先用小碎石进行初步回填,再推进4环后用单液水泥浆再压注。压注顺序从隧道底部开始,首先压注底部,然后压注左右两上角。其压注压力,初始压力在0.1MPa,正常压力控制在0.2MPa,最高压力不超过0.3MPa,在压注时应逐步增压,压力逐步提高,不允许一次压注完毕。单液水泥浆压注点在隧道左右两上角(±36°),如在压注过程中,浆液泄漏严重,则采用双液浆,配比如表8-2所示:
8.2盾构轴线控制
根据轴线设计半径计算盾构铰接千斤顶的行程差,推进千斤顶行程差,确保盾构机沿矿山法隧道轴线行走,同时在盾构推进前复核矿山法隧道与盾构机轴线偏差。根据偏差调整铰接千斤顶、推进千斤顶,保证盾构机与矿山法隧道的间隙均匀。
8.3盾构推进
盾构推进的关键是控制盾构机在矿山法隧道内行走轴线及盾尾与管片外周之间的间隙,即控制推进千斤顶行程差和根据盾尾间隙进行点位选择。
推进参数:推进速度10~30mm;推进千斤顶行程差,每推进一环后差值为17mm;推力在30~100T;铰接千斤顶行程差为40mm。
8.4管片拼装
管片在盾构机拼装模式下进行拼装,考虑到盾尾间隙和轴线走向两个问题,为了避免盾构机在推进过程中轴线发生偏离,盾尾出现拖碎管片等现象的发生,影响施工安全,管片拼装必须依据盾尾间隙和轴线及高程走向选择点位。
8.5施工间隙回填 管片与矿山法隧道间隙的回填在每推完1环时进行。压注位置在盾构机后第3环开始,首先用小碎石进行初步回填,再推进4环后用单液水泥浆再压注。压注顺序从隧道底部开始,首先压注底部,然后压注左右两上角。其压注压力,初始压力在0.1MPa,正常压力控制在0.2MPa,最高压力不超过0.3MPa,在压注时应逐步增压,压力逐步提高,不允许一次压注完毕。单液水泥浆压注点在隧道左右两上角(±36°),如在压注过程中,浆液泄漏严重,则采用双液浆,配比如表8-2所示:
9.施工重、难点处理措施
9.1拼装管片导致盾构机整体向前滑动的处理措施
在砼导台上预埋40cm宽厚20mm通长钢板,在刀盘前部焊接挡块提供拼装管片所需反力。预埋钢板宽40cm,厚20mm,为半径3050mm弧形形式,钢板锚固筋为长150mmφ25钢筋,钢筋与钢板采用穿孔焊接形式。
9.2推进时受力不均或障碍物导致侧移的处理措施
喷小碎石工作及时跟进,每推进1环立即进行背后回喷工作;
刀盘及前盾底部垫钢板减小摩阻力,钢板涂抹油脂润滑;
在预埋板上标识出轴线,在刀盘前端焊指示箭头,及时纠偏,确保沿路标推进。可采用在刀盘前焊挡块的方式进行纠偏。
9.3施工排水问题及应对措施
积水影响刀盘前部焊接等辅助施工:拟间隔50m设50×50cm集水坑,深15cm。
盾构法与矿山法交界处防水措施:
Ⅰ管片拖出后尽快注浆填工隧道初支,然后盾构空推通过本段区间隧道,避免了盾构在软硬岩土相间复杂地层中施工造成隧道管片破损、隧道中心线偏移、盾构机损坏等诸多难以预料的问题;由于矿山法隧道必须在盾构机到达前完成,空推速度大于正常掘进速度,所以在很大程度上节约了施工工期。
本工程盾构空推施工关键工序在于矿山法隧道断面净空尺寸控制,导台施工质量及交界面封端墙加固效果,施工前需综合分析交界面地层地质情况,选择合理的开挖和加固措施。结合本工程空推施工经验,特提出以下建议,以供探讨:
(1)对于富水软硬岩土相间复杂地层,封端墙必须采取最有利止水的措施加固,确保盾构进入空推段隧道后,地层水无法进入管片衬砌与初支间空隙,避免地层含水进入空隙造成的隧道上浮。
(2)对于一条含两段或两段以上矿山法的隧道,在盾构从空推段进入土层前必须设置刀盘旋转槽,以提供刀盘入土前试运转条件,同时也会避免出现因刀盘反作用力造成的盾体旋转。
(3)当空推完成后,如果地面条件允许,可以选择从地面引孔向管片与初支间的空隙灌浆,通过这种方式来弥补洞内注浆的不足,达到稳固管片,减少地层下沉以及增强管片防水的目的。
参考文献:
[1]《盾构施工技术》陈馈,洪开荣,吴学松.人民交通出版社.2009.5.ISBN编号:9787114077487
[2]《盾构隧道》张风祥.人民交通出版社.2004.9.ISBN编号:9787114051746.
[3]《地铁盾构施工》张冰.人民交通出版社.2011.1.ISBN编号:9787114088018
[4]《隧道掘进机施工技术》(第二版).白云,丁志诚,刘千伟.中国建筑工业出版社.2013.11.ISBN编号:9787112149681
充;
Ⅱ管片托出6环后开始双液注浆,注浆压力不可过大,防止盾体抱死,共注浆12环。
9.4盾构法与矿山法交界处管片加固措施
Ⅰ3点、9点位置用15cm宽槽钢拉紧,共12环;
Ⅱ管片螺栓复紧3次后焊接;
Ⅲ管片拼装好后底部垫木楔并楔紧;
Ⅳ管片壁后需二次双液注浆(待盾体离开约6环后开始)。
10.结束语
本工程采用了盾构法与矿山法相结合的施工方法,首先采用矿山法施