长距离盾构隧道

关键词： 盾构 隧道 地铁 施工

长距离盾构隧道（精选九篇）

长距离盾构隧道 篇1

1 交叠隧道线路形式

1.1 国内的交叠隧道线路形式

我国的交叠隧道线路型式比较多样化, 这是由我国的复杂地形以及其他的外部环境所决定的。在深圳地铁的一期工程中, 国贸站与老街站区间的隧道采用的交叠线路形式就是左右线上下重叠的结构形式。上海的地铁二号线与一号线在人民公园站相对较近的地方存在空间交叉, 交叉的隧道垂直净距离仅为1m。上海外滩观光行人隧道, 从地铁二号线的两条隧道上方进行斜向穿越, 这里的行人隧道最底部与地铁隧道最顶部的最小距离只有1.2m。在我国的台湾地区也有一些垂直双孔平行的隧道。

1.2 国外的交叠隧道线路形式

在国外比较具有代表性的是俄罗斯的双洞双层隧道形式。在意大利也有类似的双车道双孔隧道形式, 主要是在意大利至瑞士的高速公路, 在穿越米兰的一个小的城镇时从水平平行过渡到垂直平行的双车道双孔隧道。在邻国日本有矩形的双层重叠隧道的结构形式。

2 盾构施工

盾构法由于掘进速度快, 施工的劳动强度低, 而且施工对周围的环境干扰较小, 这些优点决定了盾构法成为地铁施工当中较为重要的施工方法之一。但是由盾构法所引起的施工地段地面沉降以及对既有结构的影响是目前人们着重研究分析的问题, 尤其是在现阶段地铁的建设中经常要在既有结构的周围修建地铁, 如果修建的方法不当, 就很有可能造成隧道周围的地下管线和地表结构出现较大程度的破坏, 所以地铁隧道要进行盾构法施工, 要对隧道的设计和施工等各个方面进行有效的控制, 尽量减少或者避免对土工环境的损害。

3 交叠隧道盾构施工安全距离控制

对于交叠隧道盾构施工的安全距离控制, 我们首先要确保交叠隧道的路线是否符合当地的地形特点, 再就是在既有隧道的基础上, 我们如何对隧道进行施工。盾构法在运用之前要全面地了解既有隧道的情况。因为盾构法其特有的优点使得隧道的施工进程会加快许多, 但是盾构法施工也有其不足的一面, 就是会影响到施工地面的沉降, 所以我们要及时地分析出所施工地区土地的主要成分是什么, 然后我们按照专门的施工技术措施来确保穿越结构物的安全施工。在施工之前还要计算好既有隧道与新建隧道之间的距离, 这是整个隧道建设当中最主要的部分, 了解了土体的成分, 再计算出隧道与隧道之间的距离, 这样才能够真正地实施隧道的修建工作。

3.1 土体结构

施工隧道的土体结构如何直接决定着新增隧道的实施, 因为不同的土体结构对于隧道来说都具有不同的意义, 如果土体结构比较松软的话, 就要采取必要的加固措施对整个施工隧道的土体进行加固处理。如果土体结构很坚硬的话, 还要注意土体的裂缝, 适时地进行检修, 确保隧道能够安全有效地运行。

3.2 安全距离控制

交叠隧道的安全距离控制是整个隧道建设当中最为重要的部分, 因为距离控制得好坏会直接影响到隧道的建成效果。这里我们主要考虑两方面情况:

一是外部因素。如果设置的隧道与隧道之间的距离过大的话, 虽然这样不会影响到隧道的正常运行, 但是这种设置做法是不合理的, 因为本身地铁隧道的建设地区就小, 如果是地段较大的地方可以这样做, 但是一旦遇到地形复杂的城市中心内部的时候, 这种做法就是不合理的, 隧道与隧道之间的距离过大会浪费较多的地线空间, 而且还不利于今后地铁隧道的建设。每一个地铁隧道在建设时, 不仅要考虑怎样建设更为便捷, 还要为以后的地铁隧道建设挪出空间, 因为人们的生活水平越来越高, 对出行的要求也越来越高, 以后一定会有更多的地铁需要进行建设。所以我们在修建这一段地铁的时候要考虑预留出下一段地铁的空间, 这样才能够更好地建设地铁隧道。

二是内部因素。我们在建设地铁隧道的时候会遇到各种各样的地形, 有些甚至非常复杂, 所以在进行地铁隧道建设的时候, 要充分考虑既有隧道的整体情况, 这样我们在对新增隧道进行施工时也就会知道需要注意哪些问题, 比如一些地区的地铁隧道很狭小, 这时我们就不能把隧道与隧道之间的距离拉大, 因为没有足够的空间, 所以我们要对隧道与隧道之间的距离进行准确的控制。一般情况下, 交叠隧道的最小距离为50cm以上, 一旦越过了这一标准, 就不要对地铁进行修建了, 由于不同地区的土体结构不同, 而且隧道与隧道之间的距离也是不尽相同的, 因此我们在进行隧道的建设时, 一定要先了解隧道与隧道之间最大的安全距离和最小的安全距离是多少, 这样也方便我们对交叠隧道进行安全距离控制, 还能够确保隧道的安全性和可靠性。

4 结语

随着人们生活水平的日益提高, 人们对出行交通的要求也随之增多, 目前我国的地铁隧道建设发展较快, 而且所建设的地铁隧道都比较合理, 为以后的交通发展奠定了基础。在不久的将来, 地铁隧道的建设会越来越好, 人们的出行也会越来越方便。

摘要：交叠隧道是目前我国地下空间开发后出现的新的隧道形式, 由于受到地形环境等多方面因素的影响, 继而出现了交叠隧道这一形式, 而交叠隧道最重要的就是隧道与隧道之间的距离控制问题。本文从交叠隧道的线路形式入手, 分析了交叠隧道盾构施工的安全距离方面的控制。

关键词：交叠隧道,盾构施工,安全距离,控制

参考文献

[1]曾小清.多孔隧道施工的研究进展[J].地下空间, 1999, 19 (5) :28-30.

长距离盾构隧道 篇2

摘要:盾构法适宜在较均一的软土、软岩地层或砂层及其互层的地层中掘进,但在软硬不均、软硬交互且岩石强度差异大的地层中应用盾构法修建城市地铁隧道就复杂得多。以广州地铁三号线盾构区间工程为实例,介绍盾构法隧道长距离硬岩地层段采用钻爆法开挖管片衬砌施工技术。

关键词:盾构隧道;硬岩地层;钻爆法隧道;喷射米石

1前言

随着城市化进程的加快,盾构法施工技术以其安全、快速、对环境影响小等优点得到越来越广泛的应用。目前已应用于上海、北京、广州、深圳、南京、天津等地铁工程。全世界大约采用了3000多台盾构机,国外发达国家盾构技术较为先进,尤以日本最为突出。

广州地铁三号线某标段盾构区间隧道施工中,对于短距离硬岩及软硬交互的复合地层,通过刀具选型和布置、螺旋输送机改造、辅助系统性能改造,使盾构机适应了该地层。通过补充地质勘察、刀具管理、掘进参数选择、掘进方向控制,成功通过该地层;对于长距离硬岩地层,首次采用了钻爆法开挖、管片衬砌工法,初期支护与管片背后的空隙用米石和注浆结合的新工艺进行回填,成功通过了该硬岩段。

2方案选定

2.1工程概况

工程位于广州市番禺区北7km处,距广州市约15km,由一个明挖区段、三个盾构区段和一个钻爆法暗挖区段构成,全长为4008双线延米。隧道穿越的左、右线地层所占的长度见表1。

隧道右线YDK16+708.5～+937(228.5m)、左线ZDK16+730～+929(199m)段地层主要为8Z-2、9Z-2,围岩分类为Ⅰ、Ⅱ级,属上元古界震旦系花岗岩片麻岩的混合体,单轴抗压强度118MPa,钻孔发现有抗压强度达156.5MPa的硅化角砾岩,且软硬岩层互为夹层现象普遍,岩层均一性差,对盾构法施工很不利。

2.2方案选择

长距离硬岩地层的施工,应认真评价盾构机的设备适应性,辨识、评价、分析施工风险,考虑钻爆法施工方案的可行性,并进行进度、技术经济比较,选择经济、合理、可行的施工方案。

① 补充地质勘察,弥补初步勘察及详细勘察阶段因受地形地貌及其他条件限制导致钻孔远离线路或间距过大的不足,使钻孔间距达到50m以内的要求。并认真对待特殊地段,保证地质资料的准确,作为盾构机对地质适应性的评价依据。

② 吸取广州地铁二号线的施工经验,盾构机对广州地区软土及岩石单轴抗压强度低于80MPa的硬岩地层施工是完全适应的,但用软岩盾构机进行强度如此高的长距离硬岩地层施工,在国内地铁施工中没有先例,也未有外国的成功经验资料。

③ 盾构机在局部硬岩地层中掘进易造成刀具意外破坏和非正常磨损,不仅增加直接成本,且由于掘进速度慢,其他辅助工作费用也增大,将造成施工成本增加。

④ 硬岩中掘进时,盾构机震动剧烈,对设备造成某种程度的损坏,影响盾构机使用寿命。

⑤ 经研讨,对该段长距离硬岩地层,采用钻爆法开挖、盾构机拼装管片通过的施工方法可行,并通过科研,指导施工。

⑥ 盾构机拼装管片通过已开挖硬岩段的速度比盾构法在一般较硬岩层地段的掘进速度快,经比较,每延米至少节省5h,能够提前工期,节约工程费用。

2.3总体方案

对该段长距离硬岩地层,将钻爆法与盾构法相结合,在盾构机到达前,通过盾构区间的中间风井,采用钻爆法开挖,盾构隧道与该段硬岩隧道贯通后,盾构机在已施工的混凝土导向平台上空载通过并拼装管片,初期支护与管片背后的空隙用米石和注浆回填密实。

3 主要施工技术

3.1施工工艺流程

划分不同工法施工区段→钻爆法隧道参数选择→隧道硬岩段钻爆法施工→盾构机到达→导向平台顺接→盾构机推进至导向平台→拼装管片、吹填豆砾石→盾构机空载推进、同步注浆→补充注浆。

3.2选择钻爆隧道参数

(1)盾构通过段

盾构通过段的隧道设计净空为6400mm的圆形断面,比盾构机外径大120mm。该段采用光面爆破技术开挖、锚喷网联合支护,具体支护参数根据围岩条件和监控量测结果进行调整。

(2)盾构接收段

隧道贯通后3m为盾构接收段,断面形式同样采用圆型断面,净空为6800mm,以满足盾构机掘进贯通时的测量误差要求。为便于盾构机到达后对盾构机进行底部处理,底部70°范围内半径加大到3700mm。

(3)导向平台

为保证盾构机按设计姿态通过,隧道底部60°范围设置半径为3150mm、厚150mm的弧形混凝土导向平台。

3.3隧道硬岩段钻爆法施工

开挖断面以轨面为界,分上下两部分开挖。导向平台分段浇注,长度为20m。

采用光面爆破技术,直眼掏槽,周边眼采用间隔装药,周边眼间距50cm,最小抵抗线50～80cm,线装药密度400g/m,每次循环进尺2.2m。

3.4到达段隧道盾构法掘进施工

盾构隧道与钻爆隧道贯通前25m为盾构到达段。盾构隧道到达段采用土压平衡模式掘进。进入到达段时,逐步减小推力、降低推进速度,并严格控制出土量。因贯通面处围岩条件较好,隧道贯通前3环采用敞开模式掘进,采用小推力、低转速进入盾构接收段。掘进参数见表2。

盾构进入到达段前150m,对盾构施工段和钻爆段的所有测量控制点进行系统的控制测量复测和联测,对所有控制点的座标进行精密、准确的平差计算。贯通前100m、50m时分别人工复测盾构机姿态,及时纠正偏差,确保盾构机顺利进入接收段。

盾构机在到达段掘进过程中,派专人负责观察钻爆段贯通面岩面变化和初期支护情况。发现围岩或初期支护有异常时,立即通知盾构主司机调整掘进参数,必要时采取加固措施。

隧道贯通时的碴土由人工清理,从竖井运出洞外。碴土清理完成后,用C30早强混凝土将盾构前体下部至钻爆隧道段已施工的导向平台进行顺接,确保盾构机顺利过渡到导向平台。

3.5盾构机空载推进

依据刀盘与导向平台间的`关系,调整各组油缸的行程,使盾构姿态沿设计方向推进。开始段推进速度控制在15～40mm/min,熟练后控制在60～85mm/min,总推力约300t,下部油缸压力略大于上部油缸。

曲线段,计算出盾构机每进一环的偏转角与铰接油缸行程差和推进油缸行程差。盾构推进前复核钻爆隧道与盾构机轴线误差,并调整铰接油缸、推进油缸,保证盾壳与钻爆隧道间的间隙,确保盾构按隧道轴线推进。

3.6安装管片及变形控制

3.6.1管片选型与安装

管片选型应满足隧道线形,安装后盾尾间隙要满足下一掘进循环限值,确保有足够的盾尾间隙,防止盾尾直接接触管片造成管片破损。选型时要根据盾尾间隙与油缸行程差,结合盾构姿态选择合适的管片。

管片安装从隧道底部开始,先安装标准块,依次安装相邻块,最后安装封顶块。封顶块安装前,对止水条进行润滑处理,安装时先径向插入约6/7管片宽度,调整位置后缓慢纵向顶推。管片块安装到位后,及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片,推进油缸的压力设定为50bar,然后方可移开管片安装机。

3.6.2管片防水措施

盾构机步进时,盾壳与导向平台间的摩擦力约100t,管片与盾尾尾刷间的摩擦力为20t,拖拉盾构机后配套的拉力为75t,总反力为195t。施工时盾构机油缸推力均在300t以上,且管片防水使用的是遇水膨胀橡胶止水条,盾构机推力满足管片防水的要求,没有出现因止水条挤压不紧而造成管片漏水现象。

为保证管片的防水效果,采取以下措施:

①隧道贯通前安装管片时,每环管片用φ22钢筋与上一环管片相连,防止因贯通时刀盘前方突然失去反力引起已安装的管片松动;

②在盾构机步进前方,利用导向平台上的预埋钢板焊接牛腿,安设两个80t的千斤顶提供反力,也可直接在刀盘前方堆碴提供盾构机步进所需的反力;

③安装管片时,在该环管片的螺栓紧固完毕后,对上环管片的螺栓进行二次紧固。

3.6.3防止管片错台的措施

盾构机在掘进过程中,由于刀盘的支撑,在盾构机前体与管片之间形成一个类似于简支梁的结构,当盾构机推力不足时,在自重作用下,盾构机主机后部悬空部分会下沉,从而导致管片产生错台。但当盾构机在导向平台上向前推进时,盾构机的前体、中体以及盾尾的盾壳与导台是紧密接触的,只要注意管片选型与姿态调整,并严格控制注浆压力,就不会产生大的错台。为防止错台,采取了以下措施:

①每3～5环对管片姿态进行人工测量,根据测量结果结合盾尾间隙进行管片的选型;

②加强米石及注浆回填效果的检查,确保管片与钻爆隧道间充填密实;

③在安装好的管片上增加纵向连接拉杆。

3.7背衬回填技术

由喷射米石、同步注浆、补充注浆等三部分组成。向盾壳外喷射米石,在管片脱离盾尾时对管片进行支撑,防止管片下沉产生错台,并增加盾构向前推进的摩擦力。盾构机步进时,管片背后同步注浆,使管片与地层紧密接触,提高支护效果。检查注浆后的效果,必要时补充注浆。

3.7.1喷射米石

采用5～10mm连续级配的花岗岩米石作为回填料。管片拼装时进行喷射米石回填。喷射米石分两次:第一次,每隔4.5～6m在盾构机的切口四周不小于60～300°的范围用袋装砂石料围成一个围堰,防止管片背后的米石、砂浆前窜,利用混凝土喷射机从刀盘前方向盾构后方吹米石,喷射压力0.25～0.3MPa。当盾壳顶部与砂袋围堰顶部形成自然坡度时,停止喷射;第二次,管片脱出盾尾后,从管片注浆孔向管片背后吹米石,进一步填充管片与钻爆隧道的空隙。

3.7.2同步注浆

同步注浆采用水泥砂浆,初凝8h,终凝10.5h。施工时根据浆液的流动情况,适当调整浆液胶凝时间。同步注浆在每环管片米石回填后进行,与盾构机步进同步,采用手动控制,根据情况随时调整注浆流量、速度、压力。为保证填充效果,同时防止砂浆前窜至刀盘前方,注浆压力为0.05～0.08MPa。同步注浆时盾壳外围是敞开的,压力变化不大,不以压力作为注浆结束的控制标准。当注浆量达到理论注浆量的80%以上时,即可结束注浆。在管片安装10环后,间隔4环管片在管片注浆孔处开口检查注浆效果。根据检查效果,决定是否进行补充注浆。

3.7.3补充注浆

(1)第一次。目的是填充管片背后尤其是顶部的空洞。盾构机步进过程中,每前进4环通过管片注浆孔检查同步注浆效果。管片背后如果存在空洞,从管片上部30°或330°位置的注浆孔进行注浆。注浆时,避开封顶块位置。浆液采用水泥单液浆。浆液配比为:水泥：水=1 ：0.8。注浆压力为0.3～0.4MPa。注浆结束标准采用注浆压力单指标控制。

(2)第二次。盾构机通过钻爆隧道后,根据渗漏水情况,采用双液注浆泵注浆堵水。浆液采用水泥-水玻璃双液浆。浆液配比为水泥:水玻璃为1：1,注浆压力为0.2～0.3MPa,注浆速度不大于10L/min。注浆结束标准采用注浆压力单指标控制。

3.8盾构机姿态控制

(1)确保导台精度

导台是盾构机通过钻爆隧道时的下部支撑,导台的精度直接决定着盾构机的姿态。搞好施工测量和验收,确保导台精度0～15mm。

(2)调整好隧道贯通时盾构机的姿态

盾构机从盾构隧道进入钻爆隧道时,确保盾构出洞时的旋转值Roll小于±3mm/m。盾构机在导台上步进时,调整盾构机的旋转值Roll小于±5mm/m。

(3)做好管片的选型及安装

考虑盾构机姿态、盾尾间隙、油缸行程及盾构机步进情况等因素,合理选择管片安装类型,使盾构机的姿态偏差在±20mm以内,上下左右盾尾间隙均在70mm左右,最大油缸行程差在25mm以内,确保管片受到的油缸推力较平均。在管片脱出盾尾时,盾尾内壳不挤压管片外壁,有效防止管片产生错台、裂缝。

(4)及时人工复测管片姿态

盾构机配备的SLS-T导向系统能全天候地动态显示盾构机当前位置相对于隧道设计轴线的位置偏差,主司机根据显示的偏差及时调整盾构机的姿态。为保证导向系统的准确性,确保盾构机掘进方向,每周两次由人工对SLS-T导向系统的数据进行测量校核。管片安装完成后,每3～5环人工进行一次管片姿态的复测。

4 工程效果

①施工速度快、工效明显。盾构机拼装管片通过钻爆隧道达到平均每天11m的施工进度。

②经实测,管片高程和平面偏差均小于30mm,符合《地下铁道工程施工及验收规范》中允许偏差要求(±50mm),管片表面无破损,相邻管片无明显的错台,无渗漏水现象。

③采用该技术成功通过了硬岩地层,确保了施工的顺利进行,减少了刀具在硬岩地层掘进的损耗及破坏,延长了盾构机的使用寿命。

5结束语

①钻爆法与盾构法的结合,拓展了盾构机的适应性,避免了因长距离硬岩地层对盾构法应用的限制,使盾构机施工的城市地铁、铁路、公路、水工隧道等地下工程能得到进一步发展。

②采用钻爆法开挖、管片衬砌施工工法,有效地避免了盾构机在长距离硬岩地层中掘进的施工风险,极大地方便了城市与交通等方面的建设规划,并能保证工程和周围环境的安全。

参考文献:

盾构隧道障碍桩拔除方案 篇3

【摘要】 通过对三个方案的对比分析确定了障碍桩爆破冲抓方案,给出了障碍桩爆破冲抓方案原理、方案及施工方法和要点。

【关键词】 障碍桩挖拔方案;障碍桩爆破冲抓方案

一、工程概况

盾构隧道洞身范围发现某高速公路改扩建施工的0号桥台的承台桩4根,其中2、3号承台桩在隧道施工范围内,距离线路中心线分别为1.77m和2.12m;承台桩直径D=1.2m,桩长26m,钢筋笼长26.86m,钢筋笼主筋为20根φ28螺纹钢,箍筋为φ10圆钢,加强筋沿桩长方向为φ28@2000,混凝土采用C25水下灌注砼。此里程段隧道顶埋深11.5m,2根承台桩全部侵入隧道洞身范围;该段地下水位位于地下-12～13米,土层由上至下依次为:杂填土、黄土状土、粉质粘土、粉细砂、中砂、粗砂,桩底处于中砂层。

根据现场实测的环境情况,2号桩距离西边的高压线塔垂直距离42.6米,距南边的北三环人行道14.4米;3号桩距离东边的便道57.05米,距离北边的绕城高速路基面27.7m。拟建地形平坦开阔,地表为绿化带,基坑影响范围内土层多为黄土状土、杂填土,地质条件较好,且开挖土层多在地下水位以上。

二、障碍桩拔除技术方案分析

方案一、碍桩拔除方案。障碍桩拔除的工作原理是解除(桩周土层作用于桩侧表面的)桩侧摩阻与桩身自重,将桩拔出地表。由于桩侧摩阻与桩身自重非常大,使用目前常规的拔桩方法(直接拔),起吊设备是无法直接将弃桩拔出地表。核心问题就在如何解决桩周摩阻力,根据南京地铁二号线类似拔桩施工经验,准备采用套管钻进法来解决此问题。

方案二、障碍桩挖拔方案。挖拔结合施工共分为两个步骤,首先放坡开挖上部9米高度范围的土体,割除此段开挖面以上的桥桩,采用套管钻进,钻机拔除的方式将剩余17.5米的桥桩拔出地表。由于26米桩本身自重和桩周侧摩阻力都非常大,采用传统的套管钻进方法在钻进过程中可能存在由于机械扭矩过大,断裂、卡壳等风险,采用挖拔结合的方案可减小桩身自重(原桩身自重76.3吨,开挖截桩后桥桩自重50吨)和摩阻力(原桩身侧摩阻435吨,开挖截桩后桥桩侧摩阻345吨),同时缩短了套管钻进的埋置深度,降低了施工风险。

方案三、障碍桩爆破冲抓方案。利用钻孔机械在每个灌注桩钢筋笼中心钻孔,沿孔深装填药包,实施控制爆破,再采用冲击钻冲压破碎的钢筋砼桩体,并将桩体打入隧道下方。本方案施工快捷经济,质量易于保障,药包分段毫秒延时爆破,可完全控制爆破危害,确保施工及周围建筑安全。

通过方案比较,选择障碍桩爆破冲抓方案为实际施工方案。

三、障碍桩爆破冲抓方案

技术原理。爆破冲抓方案是先对灌注桩实施钻孔控制爆破,后采用冲击钻冲压破碎的钢筋砼桩体,并将桩体打入隧道下方2m位置,冲压完成后用M0.5砂浆回填冲击钻留下的桩孔,其施工原理和钻孔灌注桩一样,采用导管法灌注M0.5砂浆,填充桩孔。

技术方案。(1)拆除桩基础。采用冲击钻冲压桩体,冲压深度可按照至隧道下方2m位置控制。(2)每钻孔1米后下吸盘及抓钩,清除箍筋及加强钢筋。(3)如果有未清除的钢筋,则采用在原桩位旋挖直径1.5米的桩,保证完全清除。(4)桩体处理后,用M0.5砂浆回填冲击钻留下的桩孔,其施工原理和钻孔灌注桩一样,采用导管法灌注砂浆,填充桩孔。冲击锤冲抓施工方法及工艺操作要:冲击锤冲抓施工方法为先垫设钻机平台,然后用冲击锤冲孔法将钢筋砼桩体冲碎,施工方法及工艺操作要点:

(1)钻机就位:按照实测桩位坐标,测放桩位,报请监理工程师复测,复测无误后开挖埋设护筒。

(2)埋置钢护筒:为防塌孔,护筒顶端标高高出原地面50cm,并在顶部焊接加强筋和吊耳,开出水口,护筒底部埋入原地面以下不小于1m,护筒四周1m范围内必须保证为粘性土并至护筒底0.5m以下;钢护筒直径应比桩径大10～20cm;钻进过程中要经常检查护筒是否发生偏移和下沉,并及时修正护筒位置。

(3)冲桩:冲锤不应小于桩体直径,冲锤采用φ1300mm的标准。钻进过程中应经常注意冲锤的磨损,每进尺1m后应提取钻头,用尺量钻头大小并做好详细记录,若小于桩体直径,应尽快补焊以达到要求。

(4)清孔: 终孔检验合格后,立即进行清孔工作,采用换浆法清孔,清孔过程中必须始终保持孔内原有水头高度,以防塌孔。

(5)灌注M0.5砂浆:灌注M0.5砂浆采用导管法。导管接头为卡口式,直径300mm,壁厚10mm,分节长度1m～2m,最下一节长5m。导管在使用前须进行水密、承压和接头抗拉试验。

参考文献

盾构隧道防水设计要点 篇4

1 盾构隧道防水防腐设计原则与设计标准

1.1 一般原则

1)盾构隧道结构要满足使用寿命100年的要求。

2)盾构工程防水设计应在工程地质、水文地质、环境条件、结构型式等资料具备完整性、可靠性的基础上进行设计,以保证设计的针对性、正确性。

3)加强盾构隧道结构细部防水设计。

4)结构自防水混凝土在设计和施工过程中,要求采取切实有效的防裂、抗渗措施,并保证混凝土的密实性、整体性、抗裂性,减少结构裂缝的产生,提高混凝土的自防水能力。

5)严格控制盾构管片、止水构件的设计和制作精度,同时采取有效措施保证管片拼装精度,以有效控制接缝变形量。

1.2 盾构防水防腐设计原则

根据盾构隧道的结构特点及使用环境,盾构防水防腐设计原则为“以混凝土结构自身防水防腐为根本,以接缝防水为重点,多道设防、综合治理,确保在设计水压下接缝张开及在允许的错缝时的长久防水防腐性能;对于隧道处于侵蚀性介质的地层时,管片结构应有相应的防腐蚀措施,同时在管片外侧涂刷耐侵蚀的防腐涂料”。所谓“综合治理”,是指不但要从防水的设计、注浆止水措施,还要从衬砌的结构设计、管片拼装质量和控制隧道后期不均匀沉降等多方面进行综合治理。

1.3 盾构防水防腐设计标准

1)盾构隧道防水等级标准,可参照《地下工程防水技术规范》(GB 50108—2001)第3.2.1条和3.2.2条。

2)管片接缝防水应满足在设计的接缝最大张开量和估算的错位量下,埋深2~3倍水压下不渗漏的技术要求。

3)盾构管片处于侵蚀性介质环境时,根据腐蚀情况,其设计应满足《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》(铁建设[2005]157号)及《地下工程防水技术规范》(GB 50108—2001)的相关要求。

2 管片自防水

管片自防水不单是强调管片单体的抗渗能力,而应从管片设计、管片制作及拼装工艺三方面综合考虑,才能真正做好管片自防水。

2.1 混凝土管片自防水

1)盾构管片裂缝要求:迎水面不大于0.15 mm,背水面不大于0.2 mm。

2)盾构法隧道防水主要是在一定的水压作用下,除了管片必须具有抗渗能力外,更应满足管片纵横缝在规定的张开量及允许的错位量下的防水能力。

3)在有侵蚀介质的区段,管片钢筋混凝土中钢筋的保护层厚度不小于50 mm+10 mm。

4)管片采用≥C45高强度混凝土制作的高精度管片,抗渗等级大于S10,混凝土渗透系数不宜大于5×10-13m/s,氯离子扩散系数不宜大于5×10-9 m2/s。

5)当隧道处于侵蚀性介质中,应采用耐蚀混凝土或外涂刷耐侵蚀的防腐涂料,其混凝土渗透系数不宜大于8×10-14 m/s,氯离子扩散系数不宜大于2×10-9m2/s。氯离子在混凝土中的扩散指标可选用RCM、NEL、ASTM C1202方法结合自然扩散法检测。

6)处于侵蚀性介质中的混凝土管片,还应检测其电通量数据,其电通量需满足《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》(铁建设[2005]157号)的要求。

7)在腐蚀性介质环境中,需在管片外增涂环氧、有机硅或水泥基渗透结晶涂料等耐磨刷的防腐防水涂料。

8)盾构管片在制作时可掺入适量优质粉煤灰及低收缩量的外加剂。

9)按有关规定严格控制混凝土中Cl-、碱、C3A的含量。

10)管片应采用蒸养或浸水养护。

2.2 管片的制作精度要求

1)如果衬砌管片制作精度差,加上衬砌拼装的累积误差,将会导致衬砌接缝不密贴而出现较大的初始缝隙,此时如果接缝防水材料的弹性变形量不能适应缝隙要求就会出现漏水。另外衬砌制作精度不够时,衬砌容易在盾构推进时被顶碎和崩落,从而导致漏水。根据国内外隧道施工实践,采用高精度钢模来提高管片精度是很重要的环节。

2)要严格控制管片的制作误差,钢筋混凝土管片制作尺度的允许偏差应符合下列规定:

(1)管片宽度误差为:±1 mm;

(2)管片弧、弦长误差为:±1 mm;

(3)管片厚度误差为:+3,-1 mm。

3)试验表明:密封垫在错位时其压缩能力要远远小于不错位情况下的压缩能力,因而在管片拼装过程中要做到位置准确,保证将错缝宽度降到设计允许值内。

2.3 对材料的要求

1)水泥

(1)水泥品种:不得使用立窑水泥厂生产的水泥,应选用低水化热的普通硅酸盐水泥。

(2)水泥用量及水胶比要求:混凝土的水泥用量控制在260~280 kg/m3,最小胶凝材料不小于400 kg/m3,水胶比不大于0.4。

(3)严格控制水泥细度、胶凝时间和化学成分,保证水泥的体积安定性、和易性、流动性等指标。

2)砂、石要求:执行JGJ 52—2006标准。

3)粉煤灰:应用于防水工程的粉煤灰级别要求达到Ⅰ类或Ⅱ类。干湿法获得的粉煤灰,其含水量不宜大于1%;湿排法获得的粉煤灰,其质量应均匀。

4)混凝土外加剂:应满足混凝土防水剂国家建材行业标准的要求。

5)混凝土用水:应严格执行JGJ 63—2006《混凝土用水标准》的相关规定。

6)强腐蚀性环境作用下的结构,可根据需要采取特殊的防腐措施,如在混凝土组成中加入阻锈剂、防腐剂、水溶性聚合树脂,混凝土表面涂敷或覆盖保护材料,选用环氧涂膜钢筋,以及必要时采用阴极保护等措施。

3 接缝防水

管片接缝防水包括管片间的密封垫防水、隧道内侧相邻管片间的嵌缝防水以及必要时向接缝内注浆等。其中密封垫防水最重要也最可靠,是接缝防水的重点。

3.1 密封垫

3.1.1 密封垫设计基本要求

密封垫设置位置一般是在管片外缘,如图1所示。

1)密封垫的功能要求:要求密封垫能承受实际最大水压的3倍。衬砌环缝的密封垫还应在衬砌产生纵向变形及估计的错位量时,保持在规定水压力作用下不渗水。

2)密封垫材料要求:实践证明,密封垫的材料性能很大程度上决定着接缝防水的短期或长期效果,尤其是在防水功能的耐久性上,即要求密封垫能长时间保持接触面应力不松弛。其耐久性包括耐水性、耐疲劳性、耐干湿反复作用、耐化学腐蚀性等。对于遇水膨胀橡胶还要求长期保持膨胀压力。

3.1.2 密封垫设计考虑因素

1)管片密封垫及沟槽的设计原则为:

(1)根据管片拼装误差、接缝容许变形量和密封垫的特性参数,作出理论计算,再选择一定的安全系数。安全系数K一般应大于1.5。

(2)隧道管片拼缝间隙为0时,千斤顶的工作推力大于密封垫的压缩反力,作用在密封垫上的螺栓紧固力也应大于密封垫的压缩反力。

(3)密封垫沟槽截面积大于密封垫的截面积。防水密封垫断面型式主要考虑设计防水压力和管片接缝间隙因素。

(4)密封垫材料配方硬度设计主要考虑管片螺栓紧固力。

2)密封垫材料的设计:

接缝防水主要根据密封垫的弹性受力原理,以预制成型密封垫实现防水目的。密封垫断面面积设置要求根据不同工程条件、使用条件进行试验。理论变形量可按下式进行计算:

式中:δ——密封垫在设计水压力作用下,允许的环缝张开值,mm;ρmin——隧道纵向变形曲线最小曲线半径,mm;D——隧道外径,mm;B——管片环宽,mm;δ0——生产及施工误差可能造成的环向间隙,mm;δa——隧道临近建筑物及桩基沉降等引起的隧道挠曲和接缝张开量,mm。

密封垫选型的关键是材质与配合比必须恰当,构造形式必须合理。密封垫沟槽深度与密封垫高度应按式(2)、式(3)计算:

式中:α——密封垫最大压缩率,即压至0 mm时的压缩量,由设计设定,%;α′——密封垫最小压缩率,由设计设定,%;δ———设计中接缝允许张开量,mm;D——要求的密封垫沟槽深度,mm;H——要求的密封垫高度,mm。

密封垫沟槽截面积与密封垫截面积的关系:为能使密封垫安全压密(环缝张开量为0 mm),密封垫沟槽截面积应大于等于密封垫的截面积,其关系应按下式计算:

式中:A——密封垫沟槽截面积,mm2;A0——密封垫截面积,mm2。

密封垫应有足够的宽度,其大小视埋深和管片环纵面的凹凸榫而定。

3)遇水膨胀材料的作用:遇水膨胀橡胶与弹性橡胶复合密封垫在弹性橡胶弹性止水的基础上增加了遇水膨胀止水功能。该材料在管片之间产生较大张开量,依靠弹性橡胶回弹无法完全止水的情况下,膨胀橡胶遇水会产生体积膨胀,从而达到止水的目的。

3.1.3 常见密封垫的形状

在试件材质确定的情况下,密封垫的断面构造形式对止水起了决定性的作用。常用的密封垫有3种基本断面构造:梯形(弹性橡胶与遇水膨胀橡胶复合、全遇水膨胀橡胶)、中孔型(弹性橡胶与遇水膨胀橡胶复合、全遇水膨胀橡胶、全弹性橡胶)、梳型(弹性橡胶与遇水膨胀橡胶复合、全弹性橡胶)。见图2。

3.1.4 密封垫相关材质要求

1)对密封垫的材质要求,包括下列技术指标:硬度、拉伸强度、扯断强度、伸长率、恒定压缩永久变形、老化系数、防霉等级;对于遇水膨胀橡胶,还应该增加吸水膨胀率等。

2)密封垫还应符合下列规定:

(1)要求密封垫在盾构千斤顶顶力作用下能够保持弹性变形能力。

(2)密封垫在长期压应力的作用下,应限制其塑性变形量(永久压缩变形≤25%)。

(3)密封垫在长期水压作用下,当环缝纵缝达到预定的张开量(3~10 mm)时仍能满足止水要求。

(4)压应力与压缩变形的关系应是环缝张开0mm对密封材料的压缩力小于千斤顶最大顶力。

(5)密封垫材料的技术性能指标应符合相关规定。

(6)封顶块两侧的橡胶垫在拼装前需在表面涂抹润滑剂,封顶块/临接块纵缝密封垫内需设置尼龙绳以限制插入时橡胶条的延伸。尼龙绳在生产封顶块时已嵌入密封垫中部。

3.1.5 承压传力衬垫

考虑到管片的制作误差和拼装误差会造成混凝土管片接触面产生应力集中,造成管片碎裂致使渗漏水,为此须在管片接触面之间粘贴衬垫薄板以分散荷载,避免局部应力集中。

3.2 相邻管片间的嵌缝防水

3.2.1 嵌缝的作用及要求

1)嵌缝防水是衬砌接缝防水的又一道防线。

2)嵌缝作业区的范围,应根据隧道使用功能和防水要求进行设计。根据设计经验,嵌缝范围一般为拱底90°,拱顶45°(这被称作“标准环嵌缝”);在盾构进洞和出洞口,即每条区间隧道与车站连接的两端各25环,以及联络旁通道两侧各5环则需要整环嵌缝,即全断面实施嵌缝。

3)当环缝处于变形缝位置时,则采用柔性防水材料如聚氨酯密封胶嵌填整条环缝。

3.2.2 嵌缝材料及嵌缝形式

1)嵌缝材料应有良好的不透水性、潮湿基面粘结性、耐久性、弹性和抗下坠性。

2)嵌缝槽的形状要考虑拱顶嵌缝时不致使填料坠落、流淌,因而通常设计为口窄肚宽。嵌缝材料有两大类:一是未定型类;二是预制成型类,宜采用膨胀橡胶、特殊外形橡胶及控制膨胀材料、扩张芯材等。

3)嵌缝槽应符合下列要求:槽深度与宽度之比>2.5(槽深度20~55 mm,单面槽宽宜为3~10 mm)。

3.3 接缝内注浆

1)重要盾构法隧道宜设置一道在管片拼装结束后可以通过预留注浆孔灌注注浆的防水线。

2)注浆材料主要有两类,水溶性聚氨酯一般用来处理变形缝,丙烯酰胺处理一般接缝。

3.4 其它

1)竖井与隧道结合处,可采用刚性接头,但接缝宜采用柔性材料作密封处理,并宜加固竖井洞圈周围土体。在软弱地层距竖井结合处一定范围内的衬砌段,宜增设变形缝。变形缝环面应贴设垫片,同时采用适量可适应大变形量的密封垫。

2)盾构出洞防水处理:为防止泥沙及水的涌入,需要设置帘布橡胶圈。帘布橡胶由模具分块压制然后连成一整环。

3)隧道接口防水:在盾构隧道与其它结构接口处模筑后浇洞口环梁,并在后浇洞口环梁与管片、与各结构内衬之间预埋一道注浆管,收口环突出墙端5~10 cm,并设置引水槽引水;管片与现浇洞口处应设置不锈钢接口槽,接口外侧围岩应做注浆处理。

4 管片螺栓孔防水(包括注浆孔和手孔)

4.1螺栓与螺栓孔或压浆孔之间的装配间隙也是渗漏多发处,采用的堵漏措施一般是用塑性和弹性密封圈,在拧紧螺栓时,密封圈受挤压变形充填在螺栓和孔壁之间,达到止水效果。另一种方法是采用一种塑料螺栓孔套管,浇筑混凝土预埋在管片内,与密封圈结合起来使用,防水效果更佳。

4.2设置防渗漏的螺栓孔密封圈应符合下列规定:

1)螺孔密封圈应设置在肋腔螺孔口(通常制成锥形倒角),特殊需要时,也可设置在环缝面螺孔口。

2)螺孔密封圈与衬砌螺孔密封圈沟槽匹配,它在螺帽与垫圈的作用下挤入螺孔内起到压密或膨胀止水。

3)螺孔密封圈材料应是氯丁橡胶、遇水膨胀橡胶,也可采用橡胶制品或塑料制品,其技术指标与密封垫相同。

4)手孔及吊装孔(兼注浆孔)采用遇水膨胀橡胶圈止水,并用微膨胀水泥封孔。见图3。

5 管片外防水

管片外防水实际上包括管片外防水防腐层设置及管片外注浆两方面内容。

5.1 防水防腐层

1)防水防腐涂层设计的必要性和要求

影响钢筋混凝土结构寿命的主要原因是钢筋的锈蚀及混凝土的腐蚀。由于地下水中富含硫酸根离子、氯离子、活性二氧化碳、碳酸氢钙等,混凝土自身微小裂缝的存在及混凝土本身具有的渗透系数,会使混凝土钢筋及混凝土受到破坏。在设计阶段就需要考虑防护措施,如采用耐腐蚀水泥、外涂防护材料等。以前曾认为地下水中这些有害物质含量较低,不必采用防护措施,但随着对腐蚀问题认识的深化,也遭受了不少工程被腐蚀破坏的教训,逐步认识到即使在有害物质含量很低的情况下,钢筋腐蚀仍十分严重。这是因为地下水中有害物质会随地下水逐步渗入隧道内部,水分不断蒸发而有害物质不会蒸发,于是有害物质不断积聚而达到产生危害的浓度。所以管片的外防水涂层在很大程度上是必要的。对管片外防水涂层的要求如下:

(1)涂层应能在盾尾密封钢丝刷与钢板的挤压摩擦下不损伤;

(2)当管片弧面的裂缝宽度达到0.3 mm时,仍能抵抗0.6 MPa的水压,保持长期不渗漏;

(3)涂层应具有良好的抗化学腐蚀功能、抗微生物侵蚀功能和耐久性;

(4)涂层应具有防迷流的功能,其体积电阻率、表面电阻率要高;

(5)管片外防水涂料宜采用环氧或改性环氧涂料等封闭型材料;也可采用水泥基渗透结晶型或硅氧烷类等渗透型材料。

2)外防水范围

管片外防水是用防水涂料涂抹在管片迎水面,及管片环向和纵向橡胶密封条外侧的混凝土面上。

5.2 管片外注浆

利用吊装孔再对管片外进行回填注浆,对管片间环向空隙进行注浆,进一步提高防水效果。

1)盾构施工中实施背后注入浆液(管片外注浆)的目的有:

(1)防止地层变形;

(2)提高隧道的抗渗性;

(3)确保管片衬砌的早期稳定(外力作用均匀)。

2)对背后注浆材质要求如下:

(1)充填性好,不流窜到尾隙以外的其他地域(不漏失到掘削面及围岩土体中去);

(2)浆液流动性好、离析少;

(3)浆液具备不受地下水稀释的特性;

(4)材料分离少,以便能长距离压送;

(5)背后注浆填充后,要求早期强度均匀,其数值与原状土的强度相当;

(6)浆液硬化后的体积收缩率和渗透系数要小;

(7)无公害、价格便宜。

盾构隧道防水问题浅谈 篇5

我国地铁隧道施工已开始使用盾构法。随着技术进步、认识提高、综合国力的增强, 特别是随着该施工技术所显现的优势, 盾构法越来越多地被国内地铁界所接受, 上海、广州、南京、北京、深圳、西安、沈阳、杭州等城市都使用这种方法。但是, 在隧道贯通后, 出现的隧道管片渗漏水的问题是施工过程中的处理难题, 尤其是在南方沿海地区的地铁隧道施工中显现的更为突出。

1 主要原因

1.1 自然因素

盾构隧道在施工过程中由于盾构机的掘进, 对周围地下水线路及围岩的力学特性有所改变, 出现裂缝和缝隙的扩展、相连, 使地下水沿缝隙汇聚到盾构隧道附近, 给隧道的防水工作留下了隐患。此外还受到大气压、江、河、湖泊的影响。

1.2 人的因素

在工程设计阶段, 没有加强对隧道防水的设计要求, 或者是对特殊地段的地层分析不够准确和细致, 导致设计的防水工序、工艺不到位。再者就是施工规范的不完善, 对施工防水的工作内容和验收细节要求不够全面, 有些概念比较含糊, 导致在施工过程中对防水的质量要求理解各有差异, 也不能更高质量的进行防水施工。还有就是施工过程中的现场管理混乱, 工人操作不规范、材料不合格等造成。

2 控制措施

2.1 同步注浆控制

当管片脱离盾尾后, 在土体与管片之间会形成一道宽度为115 mm～140 mm左右的环形空隙。同步注浆的目的是为了尽快填充环形间隙使管片尽早支撑地层, 防止地面变形过大, 同时也是管片外防水和结构加强层。

2.1.1 注浆材料及配比设计

采用水泥砂浆作为同步注浆材料, 该材料具有结石率高、结石体强度高、耐久性能好和能防止地下水浸析的特点。根据施工经验, 同步注浆拟采用如表1所示的配比。

2.1.2 同步注浆主要参数

1) 注浆压力。

最初的注浆压力是根据理论静止水土压力确定的, 一般注浆压力取1.1倍～1.2倍的静止水土压力, 最大不超过3.0 bar～4.0 bar。盾尾四周有四个点同时注浆, 各点的注浆压力不同, 并保持适合的压力差, 以达到最佳效果。

2) 注浆量。

根据刀盘开挖直径和管片外径, 根据下面公式计算一环管片的注浆量。

V=π/4×K×L× (D${}_1^2$-D${}_2^2$) 。

其中, V为一环注浆量, m3;L为环宽, m;D1为开挖直径, m;D2为管片外径, m;K为扩大系数, 取1.5～2。

代入相关数据, 可得:V=π/4× (1.5～2) ×1.5× (39.4-36) = (6.0～8.0) m3。

根据经验公式计算, 每环管片 (1.5 m) 注浆量Q=6.0 m3～8.0 m3。

3) 注浆时间及速度。

在不同的地层中根据不同凝结时间的浆液及掘进速度来具体控制注浆时间的长短。做到“掘进、注浆同步, 不注浆、不掘进”, 通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。

2.2 管片防水材料的控制

2.2.1 管片自防水

管片采用高抗渗高强度C50等级的混凝土, 抗渗等级为S10/S12。管片生产注意混凝土的密实度、抗裂性能和制作精度。

2.2.2 管片接缝的防水

为了防止管片的接缝部位漏水, 满足防水构造要求, 在管片的环缝、纵缝面设有一道弹性密封垫槽及嵌缝槽。采用三元乙丙弹性橡胶与遇水膨胀橡胶复合型弹性密封垫, 在千斤顶推力和螺栓拧紧力的作用下, 使得管片间的弹性密封垫的缝隙被压缩, 起到防水的作用。

2.3 二次注浆控制

盾构机穿越后考虑到环境保护和隧道稳定因素, 如发现同步注浆有不足的地方, 通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆, 补充一次注浆未填充部分和体积减少部分, 从而减少盾构机通过后土体的后期沉降, 减轻隧道的防水压力, 提高防止水效果。二次注浆使用专用的泥浆泵, 注浆前凿穿管片吊装孔外侧的保护层, 安装专用注浆接头。二次注浆采用水泥浆—水玻璃双浆液, 注浆压力一般为0.2 MPa～0.4 MPa。

3 常用防水堵漏方法

3.1 凿缝填充法

由于管片拼装过程中出现的管片碰撞产生的裂纹渗漏水情况一般采用凿缝填充法进行防水堵漏。首先沿裂缝凿成V形槽, 清洗干净后再填充一些防水和补强材料, 比如增强型改性环氧树脂, 可以起到防水和增加强度的作用。

3.2 灌浆法

在盾构施工过程中由于多种因素致使管片拼装完成后, 管片缝隙还会出现不同程度的渗漏水现象, 对于处理这样的渗漏水, 经常用到的方法就是灌浆法。

1) 管片缝隙出现明显的流水时, 首先找到漏水源头, 将注浆管头打穿管片缝隙间的弹性橡胶垫, 然后利用注浆机将注浆液注入管片外层, 产生扩散、胶凝或固化, 以达到防渗堵漏的目的。2) 对于管片缝隙出现少量渗水情况时, 采用将水源头堵在管片缝隙间。先用堵漏灵将漏水源头周围缝隙密封, 然后利用注浆管在缝隙内注入堵漏材料, 遇水反应固化、胶凝达到堵水目的。

堵漏的材料分为无机和有机材料, 常用的主要有堵漏灵、丙凝、非水溶性聚氨酯、水溶性聚氨酯、改性环氧树脂、水泥水玻璃浆液等。根据各种材料的技术特征和堵漏的特殊情况综合考虑才能更好的达到堵漏效果。

4结语

近年来, 我国的地铁隧道技术得到了比较快的发展和提高, 较大程度上改善了城市的交通难题。但是, 我们很清楚, 目前隧道工程防水技术仍然处于比较低的阶段, 与国外的水平相差较大。所以在防水技术方面我们还应该更加努力研究寻找更为有效的解决方法, 积极地开展工作, 结合国外相关经验把我国的隧道防水工程提高到一个更高的水平。

摘要：从自然因素及人为因素两方面分析了盾构隧道渗漏水的原因, 并总结归纳了行之有效的控制措施和常用防水堵漏的方法, 以期促进我国隧道防水技术的发展, 使防水工程提升到一个新的水平。

关键词：盾构隧道,控制措施,防水,原因

参考文献

[1]GB 50446-2008, 盾构法隧道施工与验收规范[S].

[2]尹旅超.日本隧道盾构新技术[M].武汉:华中理工大学出版社, 1999.

[3]施中衡.地下铁道设计与施工[M].西安:科学技术出版社, 1997.

盾构隧道底部注浆加固技术 篇6

关键词：盾构,隧底,注浆加固

地铁盾构隧道难免有时要通过稳定性差的淤泥层和细砂层等软弱地层,而隧道底部的淤泥层和细砂层在动载荷作用下易产生蠕变或液化,从而导致隧道沉降变形而影响隧道的正常使用。为减少风险,须对淤泥层和砂层进行加固处理。

对于盾构隧道底软弱地层加固,以往通常做法是从地面采用搅拌桩或旋喷桩进行加固。但从地面加固往往会有以下问题:(1)征地困难,在地铁隧道施工时,场地往往处于闹市区,征地比较困难,而且征地费用高昂;(2)加固范围内下方有可能分布大量的电讯、供电、供水、供气等管线,迁改困难、耗时;(3)如果加固范围内地面有重要建筑物,则可能不具备施工条件;(4)搅拌桩的施工深度有限,质量很难保证,而旋喷桩施工费用很高;(5)从地面预先加固人为地改变了隧道断面地层,可能会给掘进造成困难。

本文通过工程实例介绍一种在隧道内采用特制复合袖阀钢管隧底注浆加固方法。该方法有效避免了从地面加固存在的问题,可作为盾构施工中的辅助施工工艺。此工艺的完善及推广具有很高的经济效益和社会效益。

广州市轨道交通二、八号线延长线盾构3标主体工程由2个盾构区间组成,即南浦站-会南区间中井区间和南浦站-洛溪站区间。隧道内径∅5 400mm,外径∅6 000mm,管片厚度300mm,管片宽1.5m。工程采用德国海瑞克公司生产的∅6250型泥水平衡盾构机进行隧道掘进施工。

广州地区地质条件复杂多变,根据地质详勘报告:南浦站南侧(南浦站-会南区间)隧道右线长度26.585m、左线122.16m,隧道底板绝大部分处于淤泥中,厚度约为1.9~3.9m,其中部分淤泥天然含水量73.50%,孔隙比为2.005;其余淤泥质土天然含水量63.40%,孔隙比为1.7。南浦站北侧南浦站-洛溪站区间隧道始发段,右线长度73.687m、左线94.202m的隧道底板绝大部分处于冲积-洪积粉细砂层、冲积-洪积粉中粗砂层中,厚度约为0.5~2.0m。两处隧道底距地面约18m。

由于南浦站南北两侧盾构始发段部分隧道底处于淤泥或细砂层中,存在地震蠕变或液化的可能。为保证隧道在使用过程中的安全,拟对隧道底部的淤泥层与易液化砂层进行加固处理。但由于南浦站南北两侧隧道上部均为交通要道,而道路下方分布有大量的电讯、供电、供水、供气等管线,如果从地面搅拌桩或旋喷桩加固,需要征地和管线迁改,因此采取了在隧道内使用复合袖阀钢管注浆加固的方法。

1 隧道内复合袖阀钢管注浆加固原理

复合袖阀钢管注浆加固地基土的机理是将水泥浆液通过劈裂、渗透、挤压密实等作用,与土体充分结合形成较高强度的水泥土固结体和树枝状水泥网脉体。注浆花管中有上下两处设有两个栓塞,使注浆材料从栓塞中间向管外渗出,阻塞器在光滑的袖阀钢管中可以自由移动,可以根据工程需要在注浆区域内某一段反复注浆。施工中,它能够定深、定量,进行分序、分段、间隙和重复注浆,该工艺适合软弱土体加固处理。而且袖阀钢管可留在土体中作为加固体的一部分,有效提高土体的承载能力。

2 加固关键技术

2.1 防喷涌问题

由于隧道埋深大,而加固地层主要以液化砂层及淤泥层为主,因此在隧道内成孔和注浆时(特别是砂层),须防止管内或管与管片预留孔间产生喷涌。针对该风险对普通袖阀钢管进行了改进,确保成孔和注浆过程中的安全。

1)采用特制的复合袖阀钢管,钢管底部为圆锥型封闭,确保砂层或地下水不能从管底进入注浆管内。

2)复合袖阀钢管上的注浆孔用橡胶皮套箍住,确保注浆的单向性。即在压力作用下注浆液通过注浆孔撑开橡皮套,将浆液注入加固区,而外边的砂或地下水则不能通过注浆孔进入注浆管内。隧底复合袖阀钢管构造见图1。

3)袖阀钢管每节长2m,顶部安装带观察管的钢帽,钢帽可承受锤击。观察管上设可开闭的阀,用作观察注浆管内是否有地下水侵入,如果有地下水,可关闭观察管上的阀,也可通过观察管注浆封堵。

4)在盾构管片上按要求预埋孔径49mm(内径净空),长度285mm的管片注浆套管作为注浆预留孔。在打入袖阀钢管前,套管内安装一个防止地下水通过管隙进入隧道的逆止阀;为加强保障,除了逆止阀,在注浆套管上方安装一个带多重止水橡胶的钢套管。袖阀钢管插入钢套管内,通过止水橡胶有效防止管壁间涌水。钢套管与管片注浆套管的构造见图2。

5)套管与袖阀钢管的缝隙还可在注浆时注入封闭浆液,确保缝隙的封堵。

2.2 注浆孔布置

土层液化对盾构隧道的危害主是隧道下部的土层液化造成隧道的沉陷变形,因此隧道抗蠕变或防振动液化加固可以只加固隧道底部9 0°范围,加固深度视隧道底砂层和淤泥层厚度而定,如图3所示。

为了满足注浆的需要,在隧道底部范围内A1、A2、A3管片的注浆孔进行加密,每环增设三个加固注浆孔位,因此包括两个吊装孔在内用于隧底加固注浆的孔位共有5个,注浆孔在管片预制时即预埋好,管片加固注浆孔布置如图4所示,注浆加固半径约0.8~1.0m,最外缘两注浆孔夹角为72°,由于注浆浆液的扩散作用,加固范围可超过90°。

3 加固工艺流程及工艺要点

隧底注浆加固工艺流程如图5所示。

当隧底是淤泥层时,以采用纯水泥浆单液注浆为主;当隧底是液化砂层时,采用水泥浆+水玻璃双液注浆为主。两种地层均可根据情况采用单液和双液交替注浆。

3.1 主要材料

1)水泥 采用普通硅酸盐42.5R水泥。

2)水玻璃 采用40%的硅酸钠溶液。

3)水 自来水。

3.2 施工参数

1)注浆压力 隧道底需加固处理的软弱地层为淤泥层和中、细砂,注浆工艺应采用渗入性注浆,即在注浆压力作用下,浆液克服各种阻力而渗入孔隙和裂隙,压力越大,吸浆量及浆液扩散范围就越大,而注浆过程中为了使隧道管片结构不受破坏,所用的注浆压力又要相对较小。因此,依据该工程土体情况及加固要求,注浆压力设定为外界水压+0.5~1MPa,具体由现场注浆情况确定。在该注浆压力条件下,在渗入地层的注浆时间内浆液粘度能基本保持不变,且能达到足够的扩散半径,扩散有效半径800~1 000mm。

2)浆液配比 水泥浆的水灰比(0.6~1.0)∶1,水泥浆∶水玻璃=1∶(0.5~1.0)。

3)浆液耗量 按加固深度每米注浆段水泥耗量250~300kg估算,具体根据施工情况进行调整。

盾构隧道管片变形的研究 篇7

关键词：盾构管片,修正惯用法模型,接头简化,围岩变形

盾构法施工是地铁隧道开挖常用方法之一, 它有安全, 高效等特点。这种施工方法采用装配式管片衬砌作为支护结构, 衬砌结构是由圆弧形管片拼装成环, 每环之间逐一连接而成的。管片与管片之间, 环与环之间通过螺栓连接, 如何考虑管片接头的力学行为和周围土体抗力至今没有形成定论[1,2,3]。目前, 在地铁管片设计中, 对于管片衬砌力学模型用的较多的是惯用法模型。惯用法模型是假定接头和管片的刚度相等 (即不考虑接头的存在) 、土层被动抗力按照假设分布。这种模型简化显然与实际工程状况不符。在不考虑整体稳定性时, 惯用法模型计算的内力偏大、变形偏小。本文对目前广泛应用的惯用法模型的接头简化进行了改进, 推导了修正惯用法模型的位移求解公式;并结合哈尔滨地铁一号线工程大学站~太平桥站区间段勘测与设计资料, 用惯用法模型和修正惯用法模型分别计算了围岩的变形, 之后进行了对比分析。结果表明, 本文推导的公式是可靠的, 本文结果对地铁管片的设计和施工具有理论和实践指导意义。

1 本文修正的惯用法模型

1.1 现用的惯用法模型。

管片结构模型主要是考虑接头和土层抗力两种因素对它的影响。这两方面的力学形态有以下几种考虑方式。接头部分的假设有三种: (1) 接头和管片的刚度相等; (2) 铰接, 接头转动刚度为零; (3) 用弹簧模拟接头。土层被动抗力的假设也有三种: (a) 视为零; (b) 按照假设分布; (c) 用弹簧模拟。目前设计中常用的惯用法模型是 (1) 和 (b) 的组合, 见图1。将管片环看作刚度均匀的环来考虑, 不考虑管片接头部分的弯曲刚度的下降。这显然与实际不符。将均质圆环中加上两侧水平方向布置的弹性抗力。将弹性抗力假定为等分布荷载, 水平的地层反力假定为自环顶部向左右450-1350区间的均布荷载 (三角形) 。

1.2 本文修正的惯用法模型。

考虑接头螺栓的刚度折减 (假设其值为kq) , 衬砌结构为不均匀弹性铰接圆形超静定结构, 其计算简图如图2所示。因为是结合实际工程中的数据, 铰不是沿圆周均匀布置的。整个环分为6块, 即3块标准块 (中心角67.5Á) , 2块邻接块 (中心角67.5Á) , 一块封顶块 (中心角22.5Á) 。

2 利用本文修正的惯用法模型推导的位移公式

2.1 力法基本原理。

为了分析不均匀的弹性铰接圆形结构, 采用力法进行此结构的内力的分析。由于结构、荷载均对称于Y轴, 所以可以取左半部分进行分析。在如图2中, 设衬砌上任一点A, 求此处位移dA, 就是当此处作用单位力与实际情况的荷载作用下产生的内力来决定的。运用超静定结构的位移计算方法, 仍取内力计算时所取的静定结构, 由于轴力与剪力对位移影响很小, 在此略去, 故在各种荷载作用下A点的位移为

式中, j-荷载种类, 为1、2、3、4、5、6;i-弹性铰序号, 为1、2、3。

求任意角度d处的A点的位移公式。在A点施加径向单位力则水平方向的分力为ÁP=s ina, 竖向分力为ÁP=cosa, 则它引起的弯矩为MÁ=R (sin acos j-sin jcos a) , 方向为逆时针。

2.2 利用本文修正的惯用法模型推导出的位移公式。

在图2中的六种荷载作用下, 分别利用力法原理对衬砌结构的位移进行推导, 得出下面六个位移解析解公式:

3 工程实例及结论

3.1 实际工程位移计算。

结合哈尔滨地铁工程大学站至太平桥站区间地质资料和管片的相关数据, 由本文推导的位移公式计算得, 从拱顶开始旋转00、450、900、1350和1800处截面的实际位移分别为:360 mm、289 mm、233 mm、152 mm、75 mm, 符合现行规范要求。由此得出, 管片位移最大处在拱顶, 最小处在拱底。衬砌结构竖直方向收敛变形为285mm, 水平方向收敛变形约为466mm。

用惯用法模型计算的衬砌结构位移最大处在衬砌顶部, 其值约为21mm。其值符合规范要求。随着夹角从00~1800变化, 变形值逐渐减小, 在底部位移为5。衬砌结构竖直方向收敛变形为21mm, 水平方向收敛变形约为23mm。

3.2 结论。

由以上计算结果可以得出以下结论: (1) 用两种模型计算的管片变形规律是一致的, 只是数值大小不同。 (2) 管片的位移自拱顶向拱底逐渐减小, 竖向收敛小于水平收敛, 使衬砌变成一个扁鸭蛋形状。 (3) 同一位置处, 两种模型求得的位移相差很大, 说明惯用法模型计算的衬砌位移和围岩变形偏小, 与实际不符。进一步说明修正的惯用法的合理性和必要性, 这对于盾构法设计和施工都有指导意义。

参考文献

[1]蒋洪胜.盾构法隧道管片接头的理论研究及应用[D].上海:同济大学博士学位论文, 2000.12 (56-65) .

长距离盾构隧道 篇8

广州地铁五号线区庄站一动物园站一杨箕站区间隧道盾构工程双线总长3 854 m,2台盾构机从杨箕站盾构竖井始发,经动物园站,到达区庄站盾构机解体吊出。其中杨箕站一动物园站区间包括一个直线段和2个曲线段,靠近动物园站的曲线段是特急曲线段(水平转弯半径右线R=200 m,左线R=20 6 m),该曲线段圆曲线长度为375 m,两端缓和曲线各长60 m,盾构机完成该段圆曲线施工后,在另一端缓和曲线上到达动物园站。

盾构机尺寸设计

由于盾构机机体为直线形刚体,在曲线段不能与隧道设计曲线完全拟合,在曲线段盾构机掘进形成的线形为一段段连续的折线,曲线半径越小,盾构机机体越长,折线与曲线拟合难度越大,隧道轴线越难控制,尤其在特急曲线段施工,隧道轴线控制很困难。

为了使选用的盾构机能顺利地掘进转弯半径R=200 m的特急曲线段,施工经验告诉我们,在选择和设计盾构机时,应将盾构机施工隧道水平曲线最小转弯半径设计定位为150 m。

设计铰接装置,减小盾构机机体长度

在盾构机中盾和盾尾结合位置设计铰接装置,通过铰接装置液压缸将总长为8.3 m的盾构机机体分为前段为5m (包括刀盘、前盾和中盾)和后段为3.6 m (盾尾)两部分(搭接长度为0.3 m),有效地缩短了盾构机机体固定段长度。

盾构机机体前后两段中心线最大夹角设计为1.4°

铰接装置液压缸最大行程设计为150 mm,掘进特急曲线段时,曲线外侧铰接液压缸近似全部伸出,内侧铰接液压缸处于完全收缩状态,使盾尾和中前盾两中心线之间形成最大1.4°的夹角,使盾构机前后两部分与隧道设计曲线趋于吻合,预先推出弧线姿态,为管片提供良好的拼装空间。

连接桥架液压缸最大行程设计为300 mm

由于连接桥架总长为12.7 m,它连接盾构机主机和1#台车,通过左右两侧伸缩液压缸固定在管片拼装机的滑道上。在曲线段施工时,曲线外侧液压缸伸出,曲线半径越小,液压缸伸出量越大,在特急曲线段液压缸伸出量最大,当连接桥架液压缸最大行程不能满足特急曲线段施工转弯要求时,曲线外侧连接桥架的连接拉杆将被拉断。因此,在设计盾构机时,将连接桥架液压缸最大行程由通常的250 mm调整为300 mm,以满足特急曲线段施工要求。

井下运输设备尺寸设计

井下运输设备是指在隧道和地铁车站内进行渣土和施工材料运输的设备,具体包括电瓶车、渣土车和浆液车及管片车。电瓶车是动力装置,通过电瓶的电力驱动牵引井下运输设备的行驶,渣土车是装载盾构机掘进排出的渣土,浆液车是运输盾构机同步注浆的砂浆,管片车装载隧道衬砌使用的管片。井下运输设备行驶在临时铺设的轨道上,穿行于盾构后配套台车内。

井下运输设备车辆编组及其正常尺寸

在盾构施工中,井下运输设备列车编组是指隧道内运输车辆的编排列序、数量组成。正确的车辆编组,可以充分发挥运输能力,提高运输效率,加速工程施工进度。根据盾构隧道施工的特点,通常按照两组车辆进行编组,一组车辆配备4个渣土车和1个管片车及1个电瓶车,另一组车辆配备1节渣土车、2个管片车和1个浆液车及1个电瓶车。两组列车编排的数量和车体容积满足盾构施工一环(环宽为1.2 m或1.5 m)所需运进材料和运出渣土等运输要求。

通常情况下,井下运输车辆的尺寸如附表(车辆外形尺寸,顺序为长×宽×高,单位为m×m×m)。

井下运输设备尺寸设计

盾构机在直线段施工时,后配套台车和井下运输车辆都位于直线轨道上,宽度为1.5 m的运输车辆能顺利穿行于台车内,车辆外侧边缘与台车边缘之间左右间距为130 mm,如图1所示;当台车位于曲线轨道上时,由于每节台车长度为10 m,形成4段较长的连接折线,不能与隧道曲线拟合,如图2所示,同时井下运输车辆在曲线轨道上也是多段连接的折线,因此运输车辆形成多段折线在4段台车折线中行驶,容易造成刮碰,甚至无法行驶。

隧道曲线半径越小,后配套台车和运输车辆各自形成的连接折线弧线越小,井下运输车辆穿行台车的能力越小;而且每段折线越长,运输车辆穿行台车的能力越小。因此需要根据后配套台车在特急曲线段左右两侧有效间距及台车和运输车辆两组连接折线弧线的大小及其特点,正确设计运输车辆单节车体尺寸,确保运输车辆能正常穿行位于特急曲线段后配套台车内,保证盾构在特急曲线段的隧道顺利施工。

渣土车安装转向装置

渣土车由轮轨架和车体底架及车箱组成,车箱放置在车体底架上方的巨型槽内,车体底架放置在轮轨架的平面弹性减震装置上,两者之间能相对转动,每个车体底架下方前后各安装一组轮轨,前后轮轨之间没有机械连接装置,彼此独立行驶。

渣土车在特急曲线段行驶时,渣土车的轮轨架按照铺设的曲线轨道行驶,每节渣土车形成的折线能近似与隧道曲线拟合,不刮碰台车车体,从而使渣土车能顺利进出台车进行作业。

减小浆液车长度和宽度

浆液车由前后2个轮轨架和储浆罐组成,储浆罐固定在2个轮轨架上,储浆罐是一个整体,与轮轨架无法相对转动。浆液车的整体式结构使其在特急曲线段形成的车体折线不能与隧道曲线拟合,容易刮碰台车车体。

根据浆液车的结构特点,通过计算将浆液车的尺寸由原来的5.60 m×1.50 m×2.35 m调整为4.00 m×1.10 m×2.35 m,减小浆液车的长度和宽度,车体高度不变,最大容积也由8m3减小至6 m3;同时调整列车编组,将其中一组车辆调整为配备1节渣土车、2个管片车和2个浆液车及1个电瓶车,2个浆液车共12 m3的砂浆量保证盾构施工一环所需的注浆量。

减小浆液车长度,使其在特急曲线段形成的车体折线变短,增加与隧道曲线拟合程度;减小浆液车宽度,增加车体与台车左右两侧有效间距,增强其通行能力,保证浆液车能顺利通过盾构后配套台车。

6 m长钢轨更换为3 m长钢轨

在盾构施工中,在隧道和地铁车站内,采用轨枕和钢轨铺设临时轨道,钢轨是固定在轨枕上,轨枕固定轨道轨距,并给车辆提供连续的滚动表面,承受车辆通过时作用于上面的动荷载。

铺设的临时轨道通常选用的钢轨长度为6 m。在特急曲线段,铺设在隧道内6 m长的钢轨同样为一段段较长的连续折线,不能与隧道曲线近似拟合;选用3 m长的钢轨,形成的连续折线较短,容易与隧道曲线近似拟合,增加运输车辆在台车内的整体通行能力。

管片车和电瓶车

管片车外型尺寸为3.60m×1.50m×0.70 m,长度较短,为3.60 m,而且高度只有0.70 m,后配套台车车体下缘高0.90 m,高于管片车,管片车在后配套台车内行使时,不会刮碰台车车体。因此在特急曲线段进行盾构施工时,不需要重新设计管片车尺寸,采用正常尺寸即可。

由于电瓶车牵引每组车辆倒向行驶在隧道和后配套台车内,当车辆全部驶入台车内进行正常作业时,电瓶车车体没有完全进入到台车内,停留在台车尾部(4#台车末端位置),因此在施工曲线隧道或特急曲线隧道时,不考虑电瓶车车体尺寸。电瓶车尺寸是由其吨位确定的,两者相互对应,电瓶车吨位越大,最大牵引力越大,爬坡能力越强,车体尺寸越大。在盾构施工中,需要根据隧道设计坡度大小确定选用的电瓶车吨位,隧道设计坡度越大,车辆上坡行驶阻力越大,需要电瓶车的牵引力越大,选用的电瓶车吨位也要增加。■

为了使选用的盾构机能顺利地掘进转弯半径R为200 m的特急曲线段,施工经验告诉我们,在选择和设计盾构机时,应将盾构机施工隧道水平曲线最小转弯半径设计定位为150 m

隧道曲线半径越小,后配套台车和运输车辆各自形成的连接折线弧线越小,井下运输车辆穿行台车的能力越小

地铁隧道盾构施工掘进技术要点 篇9

1 地铁隧道盾构施工基本原理及特点

隧道盾构法施工是在护盾的保护下采用盾构机在地下掘进, 同时进行管片衬砌作业而构筑隧道的一种施工方法。隧道盾构法施工首先需要在隧道一端设置竖井或基坑用来安装盾构机, 盾构机沿着隧道设计路线的轴线方向前进, 同时从盾尾输出土体。但由于在盾构机推进的过程中盾尾土体的受力状态发生变化, 需要在盾尾进行衬砌, 并在开挖坑道周边及衬砌缝隙中压注水泥浆, 从而起到封闭水源、防止隧道及地面下沉的作用。目前, 我国城市地铁建设已经摒弃传统的明挖施工, 均采用盾构法进行施工, 常用的盾构机主要包括泥浆式、土压平衡式、敞开式、压缩空气式等四种类型, 但土压平衡式盾构机可以用于松软土层至砂砾层等各类土质的施工, 在工程中的应用也最为广泛[2]。

地铁隧道盾构施工是城市地下施工的主要手段, 盾构施工是在一个能支撑地层压力而又能在地层中推进的圆形或矩形或马蹄形等特殊形状钢筒结构的掩护下完成挖掘、出土、隧道支护等工作的。我国城市地铁隧道建设盾构法施工最早是在1996年开建的广州地铁l号线, 其后在全国大中城市地下工程中广泛采用, 并取得了可喜的应用效果。地铁隧道采用盾构法施工可以最大限度地减少工程施工对城市正常功能和周围环境的影响, 而且采用盾构机进行掘进施工不仅大大降低了明挖法施工的工程量和工人的劳动强度, 还显著提高了掘进速度和施工的精度及安全性, 使得地铁建设的工期得到有效保障。但盾构法施工也存在一次性投资大、机器复杂而且尺寸和重量大、装运繁琐、维修费用高等缺点。

2 地铁隧道盾构掘进施工准备及要点

盾构机的类型选择对保证工程施工质量、加快施工效率尤为重要, 因此需要根据实际工程的地质、水文地质条件、施工环境、工期、机器寿命和经济性等因素进行综合平衡后确定, 并保证盾构机开挖尺寸满足地铁隧道设计断面的尺寸要求, 而且其开挖功能适用于整条路线的地质条件, 从而最大限度地提高工程施工的安全性、可靠性和经济性[3]。

在盾构机掘进施工前, 需做好始发及到达端头的加固和盾构机的调试工作。由于我国许多城市地铁建设工程均处在土体自稳能力较差地段, 特别是线路经过透水性强的松散砂土和含水粘土时必须对盾构始发及到达端头采用注浆、旋喷、深层搅拌、井点降水、冻结法等多种方法进行加固处理, 并对加固土体的范围、强度、透水性及均质性进行检查, 确保加固后土体的自立性、防水性和强度符合工程施工要求。盾构机下井前, 需要对主拼装区场地面的基础进行加固, 并进行混凝土硬化处理, 确保主拼装区场地能够承受盾构机的荷载重量。为确保盾构在洞内的移动安全, 盾构托架必须具有足够的刚度和强度, 保证盾构推进方向。在安装盾构始发基座时, 应根据出洞口线路平纵曲线条件, 适当在设计轴线的基础上抬高2cm, 并对基座进行支撑加固。此外, 由于盾构机各部件的外形尺寸和重量均较大, 需要在拼装场地进行适当组合装配后运输到吊装场地, 以方便盾构机的装配。在盾构机各组成块连接完成后, 需要检查盾构机与后方设备及后方台车之间的连接, 并对盾构机的刀盘转动情况、刀盘上刀具、推进千斤顶系统、管片拼装机及各种辅助系统进行检测, 以保证盾构机的各项功能的正常发挥。

3 地铁隧道盾构掘进技术及要点

3.1 盾构始发及初始掘进阶段

盾构始发及初始掘进在地铁隧道工程施工中占有十分重要的位置, 而且随着隧道埋深、尺寸的加大和周围施工环境的日趋严峻, 这对盾构工程始发和初始掘进的技术要求越来越高, 常常需要根据实际情况采用多种技术措施保证开挖面地层的自稳性, 利用挡土墙和水泥加固土墙作为构筑物防止开挖面崩塌, 在不良地质路段必须对地基进行改良, 确保开挖面稳定后再进行施工[4]。为确保施工可靠和安全, 在洞口初始掘进后, 需对初始掘进段开挖面加压, 并采用水泥浆封闭隧道壁, 使隧道洞口尽早稳定。在具体施工程施工中, 为减少盾构推进阻力, 始发前需在基座轨道上涂抹润滑油膏, 并在刀头和密封装置上涂抹油脂, 减少刀盘上刀头对洞门的破坏。此外, 还需严格控制始发基座导轨的标高、间距及中心轴线, 防止盾构旋转、上飘, 并通过加强监测来及时调整盾构掘进参数, 保证盾构的掘进姿态。在盾构初始掘进阶段需要通过试验段掘进获得盾构掘进的各项参数, 并通过地表隆陷、地层位移规律的监控量测来对盾构掘进参数进行调整。

3.2 盾构正常掘进阶段

依据盾构始发及初始掘进阶段确定的盾构掘进各项参数, 盾构机就可以进入正常掘进阶段。为使盾构机获得理想的掘进效果, 在保证刀盘与刀具的适应性、碴土的流动性和止水性的基础上, 还需根据线路沿线的不同地质条件选择不同的掘进模式, 通常有土压平衡模式、半敞开式和敞开式掘进三种掘进模式。当盾构通过不同的地层时, 应及时改变盾构的掘进工况, 并合理设置各种参数, 以保证盾构机能够适应地层的变化要求, 在保证土体结构稳定的同时, 提高掘进施工效率。在具体工程施工中, 必须在施工前采用钻探设备对沿线地质情况和土层变化进行测试, 以方便盾构机及时调整掘进模式, 并保证盾构机在切换到不同地层掘进模式时有10m以上的工况过渡段。此外, 还需对螺旋输送机的排土速度、盾构机的掘进姿态及地基变形情况进行检测, 确保地铁隧道盾构掘进施工的顺利进行。在坡度段施工时, 还应严格控制开挖土量、注浆材料的稳定性、隧道内排水情况等, 并在上坡时加大盾构千斤顶推力和稳固后方台车。

3.3 盾构到达掘进阶段

盾构机到达掘进是完成正常掘进后接近到达端头竖井时改变掘进姿态, 在采取多种保护地铁隧道土体稳定措施后, 按所定路线将盾构机推进竖井的过程。通常盾构到达掘进施工可以采用盾构机到达后拆除挡土墙再推进和盾构机到达前拆除挡土墙再到达两种方法, 前者具有工种少、施工性好的优点, 被广泛用于地层稳定性好的中小断面盾构工程中;而盾构机到达前拆除挡土墙再到达的方法需要对地基进行高强度的改良加固, 可以提高洞口防渗性和防止地基坍塌, 有利于地层稳定, 主要用于大断面盾构工程中[5]。在具体工程施工中, 为确保盾构机能够准确到达端头竖井, 需在离端头100m和50m时采用自动导向与人工测量相结合的方法及时调整盾构姿态和纠偏, 并逐渐降低掘进速度、减少掘进推力, 但此过程中由于盾构推力的减少会造成管片反力的降低, 使得管片的接缝出容易产生漏水现象, 需在每环管片安装四个固定板。

4 结束语

随着我国城市大规模基础设施建设潮的兴起, 城市地铁隧道建设得到快速发展, 隧道盾构施工技术具有施工速度快、安全、成型质量好等优点, 成为现代城市向地下发展的重要施工方法。在具体的工程施工中, 由于各地的地质和水文地质条件不同, 导致隧道盾构施工中屡屡出现质量事故, 需要工程技术人员严格按照施工掘进的技术要点控制盾构机的掘进状态, 并通过加强监测及时调整掘进模式, 从而确保城市地铁隧道的施工质量。

参考文献

[1]安斐.隧道盾构施工技术发展趋势和应用探讨[J].黑龙江交通科技, 2011 (10) .

[2]魏辉.浅谈地铁隧道盾构施工技术[J].建筑与发展, 2011 (4) .

[3]陈馈, 洪开荣, 吴学松.盾构施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2009.

[4]牛清山.盾构法的调查·设计·施工[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.