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公路監(jiān)理輔導(dǎo):盾構(gòu)隧道始發(fā)技術(shù)

更新時(shí)間:2009-10-19 15:27:29 來(lái)源:|0 瀏覽0收藏0

  摘 要 結(jié)合盾構(gòu)隧道施工始發(fā)技術(shù)在南京地鐵TA15標(biāo)施工過(guò)程中的應(yīng)用,介紹了盾構(gòu)施工始發(fā)技術(shù)的組成、關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵工序及工藝,并提出了常見(jiàn)問(wèn)題的對(duì)策和預(yù)防措施。

  關(guān)鍵詞 盾構(gòu)隧道,始發(fā),施工,技術(shù)

  1 前言

  我國(guó)地鐵隧道施工已開(kāi)始使用盾構(gòu)法。隨著技術(shù)進(jìn)步、認(rèn)識(shí)提高、綜合國(guó)力的增強(qiáng),特別是隨著該施工技術(shù)所顯現(xiàn)的優(yōu)勢(shì),盾構(gòu)法越來(lái)越多地被國(guó)內(nèi)地鐵界所接受,上海、廣州、南京、北京、深圳、天津、西安、成都、沈陽(yáng)、杭州、青島等城市都使用這種方法。上海地鐵是國(guó)內(nèi)最早采用盾構(gòu)施工的,且大部分工程都是利用盾構(gòu)完成的;南京地鐵目前有3個(gè)盾構(gòu)標(biāo)段4臺(tái)盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行施工,施工總量約占全線(xiàn)的30%。雖然盾構(gòu)有許多成功的工程實(shí)例,但是使用這種方法也有較大的風(fēng)險(xiǎn)。如盾構(gòu)在隧道內(nèi)只能前進(jìn),不可后退,一旦盾構(gòu)本身出現(xiàn)致命的故障,可能就會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。而且使用盾構(gòu)在對(duì)洞口進(jìn)行加固處理的始發(fā)時(shí)階段出問(wèn)題的概率很高,即使是非常有經(jīng)驗(yàn)的承包商也常會(huì)發(fā)生類(lèi)似事故。本文重點(diǎn)介紹盾構(gòu)始發(fā)的技術(shù)問(wèn)題。

  2 始發(fā)技術(shù)的重要性及關(guān)鍵技術(shù)

  由于在始發(fā)階段存在以下幾種特殊情況:

  (1)始發(fā)推進(jìn)前需鑿除車(chē)站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)(主要是處理鋼筋砼結(jié)構(gòu)),鑿除圍護(hù)結(jié)構(gòu)后的土體在一定的時(shí)間段內(nèi)必須保持自穩(wěn),不能有水土流失;

  (2)始發(fā)階段盾構(gòu)機(jī)主體在始發(fā)導(dǎo)軌上不能進(jìn)行調(diào)向;

  (3)始發(fā)階段的姿態(tài)及地面沉降控制比正常推進(jìn)階段更困難;

  (4)始發(fā)期間一些設(shè)備如管片小車(chē)、管片吊機(jī),包括出渣都不能正常使用。有時(shí)也會(huì)存在盾構(gòu)機(jī)因?yàn)檐?chē)站結(jié)構(gòu)的原因而不能整機(jī)始發(fā)。

  綜上所述,盾構(gòu)在初始階段的施工難度很大。因此,盾構(gòu)隧道始發(fā)技術(shù)是盾構(gòu)法施工技術(shù)的關(guān)鍵,也是盾構(gòu)施工成敗的一個(gè)標(biāo)志,必須要全力做好。同時(shí)還應(yīng)確保盾構(gòu)連續(xù)正常地從非土壓平衡工況過(guò)渡到土壓平衡工況,以達(dá)到控制地面沉降,保證工程質(zhì)量等目的。

  始發(fā)技術(shù)包括洞口端頭處理(在軟土無(wú)自穩(wěn)能力的地層中)、洞門(mén)砼鑿除(主要針對(duì)鋼筋砼圍護(hù)結(jié)構(gòu))、盾構(gòu)始發(fā)基座的設(shè)計(jì)加工、定位安裝;始發(fā)用反力架的設(shè)計(jì)加工、就位;支撐系統(tǒng)、洞門(mén)環(huán)的安設(shè)、盾構(gòu)組裝、盾構(gòu)始發(fā)方案、其他保證盾構(gòu)推進(jìn)用設(shè)備、人員、技術(shù)準(zhǔn)備等,直到始發(fā)推進(jìn)。

  3 始發(fā)施工技術(shù)

  3.1 始發(fā)洞口的地層處理

  在盾構(gòu)始發(fā)之前,一般要根據(jù)洞口地層的穩(wěn)定情況評(píng)價(jià)地層,并采取有針對(duì)性的處理措施。地層處理一般采取如“固結(jié)灌漿”、“冷凍法”、“插板法”等措施進(jìn)行地層加固處理。選擇加固措施的基本條件為加固后的地層要具備最少一周的側(cè)向自穩(wěn)能力,且不能有地下水的損失。常用的具體處理方法有攪拌樁、旋噴樁、注漿法,SMW工法、冷凍法等。選擇哪一種方法要根據(jù)地層具體情況而定,并且嚴(yán)格控制整個(gè)過(guò)程。

  3.2 始發(fā)洞口維護(hù)結(jié)構(gòu)的切除

  根據(jù)經(jīng)驗(yàn),一般在始發(fā)前至少一個(gè)月開(kāi)始洞口維護(hù)結(jié)構(gòu)的切除。整個(gè)施工一般分兩次進(jìn)行,第一次先將圍護(hù)結(jié)構(gòu)主體鑿除,只保留維護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋保護(hù)層,在盾構(gòu)始發(fā)前將保護(hù)層混凝土鑿除。

  在鑿除完最后一層混凝土之后,要及時(shí)檢查始發(fā)洞口的凈空尺寸,確保沒(méi)有鋼筋、混凝土侵入設(shè)計(jì)輪廓范圍之內(nèi)。

  3.3 洞口密封

  洞口密封是為盾構(gòu)在始發(fā)時(shí)防止背襯注漿砂漿外泄所用,按種類(lèi)分有壓板式和折葉式兩種,其中折葉式越來(lái)越被人們所認(rèn)可。洞口密封的施工分兩步進(jìn)行施工,第一步是在車(chē)站結(jié)構(gòu)的施工工程中,做好始發(fā)洞門(mén)預(yù)埋件的埋設(shè)工作,要特別注意的是在埋設(shè)過(guò)程中預(yù)埋件必須與車(chē)站結(jié)構(gòu)鋼筋連接在一起;第二步在盾構(gòu)正式始發(fā)之前,應(yīng)先清理完洞口的碴土,再完成洞口密封的安裝。

  3.4 洞口始發(fā)導(dǎo)軌的安裝

  在圍護(hù)結(jié)構(gòu)破除后,盾構(gòu)始發(fā)臺(tái)端部距離洞口圍巖必然會(huì)產(chǎn)生一定的空隙,為保證盾構(gòu)在始發(fā)時(shí)不致于因刀盤(pán)懸空而產(chǎn)生盾構(gòu)“叩頭”現(xiàn)象,需要在始發(fā)洞內(nèi)安設(shè)洞口始發(fā)導(dǎo)軌。安設(shè)始發(fā)導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)在導(dǎo)軌的末端預(yù)留足夠的空間,以保證盾構(gòu)在始發(fā)時(shí),不致因安設(shè)始發(fā)導(dǎo)軌而影響刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)。

  3.5 反力架、始發(fā)臺(tái)的安裝

  3.5.1 反力架、負(fù)環(huán)管片位置的確定依據(jù)

  反力架的位置確定主要依據(jù)洞口第一環(huán)管片的起始位置、盾構(gòu)的長(zhǎng)度以及盾構(gòu)刀盤(pán)在始發(fā)前所能到達(dá)的最遠(yuǎn)位置確定。

  3.5.2 負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)的確定

  假定盾構(gòu)長(zhǎng)度LTBM=8.3M,安裝井長(zhǎng)度LAS=12M(因不同的始發(fā)井尺寸而不同),洞口維護(hù)結(jié)構(gòu)在完成第一次鑿除后的里程DF,設(shè)計(jì)第一環(huán)管片起始里程D1S,管片環(huán)寬WS=1.2M,反力架與負(fù)環(huán)鋼管片長(zhǎng)WR=1.5M(自行設(shè)計(jì)加工的尺寸)。DR為反力架端部里程,N為負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)。

  (1)在安裝井內(nèi)的始發(fā)時(shí)最少負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)確定N=(D1S-DF+8.3)/WS環(huán)

  3.5.3 反力架、負(fù)環(huán)鋼管片位置的確定

  在確定始發(fā)最少負(fù)環(huán)管片環(huán)數(shù)后,即可直接定出反力架及負(fù)環(huán)管片的位置。

  反力架端部里程DR=D1S-N×WS3.5.4反力架、始發(fā)臺(tái)的定位與安裝

  在盾構(gòu)主機(jī)與后配套連接之前,開(kāi)始進(jìn)行反力架的安裝。安裝時(shí)反力架與車(chē)站結(jié)構(gòu)連接部位的間隙要墊實(shí),以保證反力架腳板有足夠的抗壓強(qiáng)度。

  由于反力架和始發(fā)臺(tái)為盾構(gòu)始發(fā)時(shí)提供初始的推力以及初始的空間姿態(tài),在安裝反力架和始發(fā)臺(tái)時(shí),反力架左右偏差控制在±10MM之內(nèi),高程偏差控制在±5MM之內(nèi),上下偏差控制在±10MM之內(nèi)。始發(fā)臺(tái)水平軸線(xiàn)的垂直方向與反力架的夾角<±2‰,盾構(gòu)姿態(tài)與設(shè)計(jì)軸線(xiàn)豎直趨勢(shì)偏差<2‰,水平趨勢(shì)偏差<±3‰。

  3.6 盾構(gòu)的始發(fā)

  3.6.1 始發(fā)臺(tái)兩側(cè)的加固

  由于始發(fā)臺(tái)在盾構(gòu)始發(fā)時(shí)要承受縱向、橫向的推力以及約束盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)的扭矩。所以在盾構(gòu)始發(fā)之前,必須對(duì)始發(fā)臺(tái)兩側(cè)進(jìn)行必要的加固。加固的方式見(jiàn)圖1.

  3.6.2 負(fù)環(huán)管片安裝

  (1)負(fù)環(huán)管片安裝準(zhǔn)備

  在安裝負(fù)環(huán)管片之前,為保證負(fù)環(huán)管片不破壞尾盾刷、保證負(fù)環(huán)管片在拼裝好以后能順利向后推進(jìn),在盾殼內(nèi)安設(shè)厚度不小于盾尾間隙的方木(或型鋼),以使管片在盾殼內(nèi)的位置得到保證,如圖2.

  (2)負(fù)環(huán)管片后移

  第一環(huán)負(fù)環(huán)管片拼裝成圓后,用4~5組油缸完成管片的后移。管片在后移過(guò)程中,要嚴(yán)格控制每組推進(jìn)油缸的行程,保證每組推進(jìn)油缸的行程差小于10MM.在管片的后移過(guò)程中,要注意不要使管片從盾殼內(nèi)的方木(或型鋼)上滑落。

  (3)負(fù)環(huán)管片與負(fù)環(huán)鋼管片的連接

  負(fù)環(huán)管片的最終位置要以推進(jìn)油缸的行程進(jìn)行控制,在負(fù)環(huán)管片與負(fù)環(huán)鋼管片之間的空隙用早強(qiáng)砂漿或鋼板填滿(mǎn)。

  (4)負(fù)環(huán)管片的拼裝類(lèi)型

  在安裝井內(nèi)的負(fù)環(huán)管片的拼裝類(lèi)型通常采取通縫拼裝,主要是因?yàn)槎軜?gòu)井一般只有一個(gè),在施工過(guò)程中要利用此井進(jìn)行出渣、進(jìn)管片。所以采用通縫拼裝可以保證能及時(shí)、快速的拆除負(fù)環(huán)管片。

  3.6.3 盾構(gòu)的始發(fā)

  (1)空載推進(jìn)

  盾構(gòu)在空載向前推進(jìn)時(shí),主要控制盾構(gòu)的推進(jìn)油缸行程和限制盾構(gòu)每一環(huán)的推進(jìn)量。

  要在盾構(gòu)向前推進(jìn)的同時(shí),檢查盾構(gòu)是否與始發(fā)臺(tái)、始發(fā)洞發(fā)生干涉或是否有其他異常事件或事故的發(fā)生,確保盾構(gòu)安全的向前推進(jìn)。

  (2)始發(fā)時(shí)盾構(gòu)姿態(tài)的控制

  主要通過(guò)盾構(gòu)機(jī)的推油缸行程來(lái)控制姿態(tài)。

  (3)始發(fā)時(shí)盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù)的控制

  在保證盾構(gòu)正常推進(jìn)的情況下,稍微降低總推力和刀盤(pán)扭矩。

  3.6.4 洞口注漿

  在盾尾完全進(jìn)入洞體后,調(diào)整洞口密封,進(jìn)行洞口注漿。漿液不但要求順利注入,而且要有早期的強(qiáng)度。注漿壓力控制在1.5BAR以?xún)?nèi)。

  3.7 反力架、負(fù)環(huán)管片的拆除

  反力架、負(fù)環(huán)管片的拆除時(shí)間根據(jù)背襯注漿的砂漿性能參數(shù)和盾構(gòu)的始發(fā)掘進(jìn)推力決定。一般情況下,掘進(jìn)100M以上(同時(shí)前50環(huán)完成掘進(jìn)7日以上),可以根據(jù)工序情況和工作整體安排,開(kāi)始進(jìn)行反力架、負(fù)環(huán)管片拆除。

  4 常見(jiàn)問(wèn)題的預(yù)防或處理

  4.1 加固效果不好

  端頭土體加固的效果不好是在始發(fā)過(guò)程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。采取的主要措施是必須根據(jù)端頭土體情況選擇合理的加固方法,而且要加強(qiáng)過(guò)程控制,特別是要嚴(yán)格控制一些基本參數(shù)。對(duì)于加固區(qū)與始發(fā)井間形成的必然間隙要采取其它方式處理。

  4.2 開(kāi)洞門(mén)時(shí)失穩(wěn)

  開(kāi)洞門(mén)時(shí)失穩(wěn)主要表現(xiàn)為土體坍塌和水土流失二種,其主要原因也是由端頭加固效果不好所致。在小范圍的情況下可采用邊破除洞門(mén)砼,邊利用噴素砼的方法對(duì)土體臨空面進(jìn)行封閉。如果土體坍塌失穩(wěn)情況嚴(yán)重時(shí),只有封閉洞門(mén)重新加固。

  4.3 始發(fā)后盾構(gòu)機(jī)“叩頭”

  始發(fā)推進(jìn)后,在盾構(gòu)機(jī)抵達(dá)掌子面及脫離加固區(qū)時(shí)容易出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)“叩頭”的現(xiàn)象,根據(jù)地質(zhì)條件不同有些可能出現(xiàn)超限的情況。為此,通常采用抬高盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)姿態(tài)、合理安裝始發(fā)導(dǎo)軌以及快速通過(guò)的方法盡量避免“叩頭”或減少“叩頭”的影響。

  4.4 密封效果不好

  洞門(mén)密封的主要目的也是在始發(fā)掘進(jìn)階段減少土體流失。當(dāng)洞門(mén)加固達(dá)到預(yù)期效果時(shí),對(duì)于洞門(mén)環(huán)的強(qiáng)度要求相對(duì)較低,否則要在盾構(gòu)推進(jìn)前徹底檢查和確定洞門(mén)環(huán)的狀況。在始發(fā)過(guò)程中若洞門(mén)密封效果不好時(shí)可即時(shí)調(diào)整壁后注漿的配合比,使注漿后盡早封閉,也可采用在洞門(mén)密封外側(cè)向洞門(mén)密封內(nèi)部注快凝雙液漿的辦法解決。

  4.5 盾尾失圓

  在很多情況下,始發(fā)階段由于自重及其他原因,盾尾一般都會(huì)出現(xiàn)失圓的情況,有些可能達(dá)到10CM之多??梢圆捎枚軜?gòu)機(jī)自帶的整圓器進(jìn)行整圓,在必要的情況下,可采用錯(cuò)縫拼裝以保證在管片拼至隧道內(nèi)時(shí)管片自身的橢圓度控制在誤差以?xún)?nèi)。

  4.6 支撐系統(tǒng)失穩(wěn)

  支撐系統(tǒng)在某些情況下由于盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)中的瞬時(shí)推力或扭矩較大而產(chǎn)生失穩(wěn),這樣將導(dǎo)致整個(gè)始發(fā)工作的失敗。對(duì)于支撐系統(tǒng)的失穩(wěn)只能從預(yù)防角度進(jìn)行,同時(shí)在始發(fā)階段對(duì)支撐系統(tǒng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

  4.7 地面沉降較大

  由于始發(fā)施工的特殊性,始發(fā)階段的地面沉降值均較大,因此在始發(fā)階段需盡早建立盾構(gòu)機(jī)的適合工況并嚴(yán)密注意出土量及土壓情況,同時(shí)加大監(jiān)測(cè)頻率,控制地面沉降值。

  5 實(shí)例簡(jiǎn)介

  南京地鐵南北線(xiàn)一期工程共有三個(gè)盾構(gòu)標(biāo)段,其中由中鐵隧道集團(tuán)施工的TA15標(biāo)的始發(fā)掘進(jìn)一次成功。TA15標(biāo)主要包括二個(gè)區(qū)間:玄武門(mén)站~許府巷站,許府巷站~南京站站。區(qū)間線(xiàn)路總長(zhǎng)4574M.該段工程地質(zhì)第一區(qū)間主要是隧道底部,基本位于可~硬塑粉質(zhì)粘土上,隧道中部以下為可塑狀粉質(zhì)粘土,以上為流塑狀粉質(zhì)粘土;主要穿越的地層有②-2B4粉質(zhì)粘土~淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和②-2C2-3粉土。其中②-2B4粉質(zhì)粘土~淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土高壓縮性和高靈敏度,易產(chǎn)生土體流動(dòng)、開(kāi)挖面不穩(wěn)定現(xiàn)象;②-2C2-3飽和粉土具中低壓縮性、中~高靈敏度,易產(chǎn)生涌水、涌砂、開(kāi)挖面不穩(wěn)定現(xiàn)象。地下水位在地面以下1.1~3.1M之間。在許府巷到南京站區(qū)間,隧道穿越中~稍密實(shí)砂層為主,在到達(dá)南京站段,局部穿越粘土層。其中場(chǎng)地范圍內(nèi)分布的②-1C2-3粉土、②-1D3-4粉砂夾細(xì)砂、②-2C2-3粉土及②-2D2-3粉砂夾細(xì)砂均為液化地層,液化程度屬輕微液化~嚴(yán)重液化。隧道穿越的土層及隧道底板下的土層分布復(fù)雜,其中②-2B4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和②-3B3-4粉質(zhì)粘土承載力低,具有高壓縮性及高靈敏度,易產(chǎn)生土體流動(dòng)、開(kāi)挖面不穩(wěn);②-2C2-3粉土、②-2D2-3粉砂夾細(xì)砂及②-3D2-3粉細(xì)砂,含水量豐富,透水性強(qiáng),滲透系數(shù)達(dá)5×10-3CM/S,極易產(chǎn)生涌砂、涌水、開(kāi)挖面不穩(wěn)現(xiàn)象。地下水位在0.2~2.0之間。

  在前期端頭加固處理中,為確保加固質(zhì)量,先后使用了深層攪拌樁、注漿及高壓旋噴的方法,分別針對(duì)一般地段、地下有障礙物處、與車(chē)站連續(xù)墻相接處進(jìn)行加固。然后人工用風(fēng)鎬對(duì)車(chē)站的連續(xù)墻進(jìn)行了鑿除,鑿除至第二層鋼筋為止。在洞口密封、始發(fā)導(dǎo)軌、反力架及始發(fā)臺(tái)安放好以后,進(jìn)行連續(xù)墻最后一層砼的剝除,最后一次性始發(fā)成功。

  6 結(jié)束語(yǔ)

  盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)成功主要由始發(fā)條件及始發(fā)施工技術(shù)中每一環(huán)節(jié)的處理決定。在前期的地質(zhì)勘探、始發(fā)區(qū)域的建筑物及管線(xiàn)情況進(jìn)行調(diào)查,特別是對(duì)端頭土體的液限、塑限、滲透系數(shù)、含水量等各種物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行全面的調(diào)查及評(píng)估是相當(dāng)有必要的;同時(shí)應(yīng)對(duì)始發(fā)技術(shù)施工中的每一個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)全面、細(xì)致的控制,以確保各種處理措施達(dá)到預(yù)期效果。因?yàn)槭及l(fā)技術(shù)與各個(gè)工程的始發(fā)條件息息相關(guān),所以始發(fā)時(shí)每一個(gè)細(xì)節(jié)如采用什么端頭加固方式、連續(xù)墻破除方式、始發(fā)臺(tái)及反力架的定位等均需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇最合適的方法。

  參考文獻(xiàn)

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  〔2〕〔日〕土木學(xué)會(huì) 編。朱偉譯?!端淼罉?biāo)準(zhǔn)規(guī)范(盾構(gòu)篇)及解說(shuō)》

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