关键词：
盾构隧道施工（精选十篇）
盾构隧道施工 篇1
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
盾构隧道施工安全管理 篇2
摘要：盾构法隧道施工，掘进速度快、质量优、对周围环境影响小、施工安全性相对较高，但盾构施工技术有着自身的特点，安全管理工作只有适应盾构施工的特点，才能利用盾构的优势、克服传统隧道施工的劣势，真正做好建筑施工企业的安全工作。文章对盾构施工中要注意的几个安全问题进行了讨论，可供同行参考。
关键词：地铁隧道盾构施工安全管理
1引言
安全管理工作己在我国得到了日益重视，尤其是在加入了WTO后，全球经济趋于一体化，要求发展中国家的安全生产管理水平赶上世界先进水平，企业安全管理工作已作为和生产管理并列的一项企业管理重要内容。而建筑业是伤亡事故多发的行业，仅次于矿山作业。隧道施工具有建筑业和矿山业的一些共同特点，施工危险程度大，安全隐患多。盾构施工隧道技术是一项先进的隧道施工技术，开挖面处在盾构体的保护下，可以最大程度避免土体失稳或冒顶带来的人身伤亡事故，近年来，在上海、广州、北京和深圳等地得到了较为广泛的应用。盾构法隧道施工技术由英国工程师布鲁诺尔发明于1818年，并于1825年运用于工程实践。我国从1956年开始引进盾构施工技术，从20世纪80年代开始得到了快速发展，目前，在上海、广州等大城市中逐渐成为城市地下铁道施工的主流方法，其特有的安全施工和管理问题引起犷广泛注意，本文为结合多年的盾构施工实践和安全管理经验的总结。
2盾构机刀盘前的压气作业
2.1盾构机的压气作业
当操作人员必须进人盾构机前体刀盘内作业时，如果盾构机前方或上方的土体不能自稳，上体可能通过刀盘的开日处进人刀盘内，威胁作业人员的安全。大多先进的盾构机均配备了压气系统，即通过密封刀盘和盾构前体的通道，向刀盘内注入无油空气，使刀盘内的压力升高，以达到平衡外侧土体压力的目的，压力最大可达到3-4kg/cm2。为了保证操作人员的适应性，一般在通道卜设置密闭的过渡增压舱，这将在很大程度上缓解压力变化带给操作人员的影响。由于操作人员是在一个密闭的环境中工作，刀盘内空间狭窄，不能有多人同时作业，压人的空气质量也可能含有一定的杂质，且工作面的环境温度将会很高，当操作人员出现不适时，需要经过一定时间减压过渡后才能得到医疗。因此，压气作业是盾构安全施工的一个重点，也是一个值得注意的危险源。
2.2压气作业的相应措施
(1)尽量减少在不良地质条件下进人刀盘内，尽可能地在基本可以自稳的地层中进行开舱作业，这样可以不用压气作业。因此，要根据地质条件的变化，选择适当的时机，提前或推迟进人刀盘内，尤其是更换刀具时要有预见性。
(2)要挑选身体健康、强壮的工人作为进人刀盘内的操作人员，并经过职业病医院严格的身体检查，确保对恶劣环境的抵抗力。一般压气作业一天不宜超过4小时。
(3)如需压气作业时，一定要选用无油型空压机，确保空气质量，减小环境污染。
(4)准备好通迅工具，无间断地保持联络。
(5)做好应急准备，必要时要能在减压舱(刀盘与盾构前体间的密封过渡通道)内抢救伤员，并与有关医院签好急救协议。有条件的要配备专用的流动医疗舱，以便在送往医院的过程中，保持伤员所受体外压力差基本一致。
3盾构刀具更换
随着地质条件的变化，隧道掘进过程中需要对刀具进行更换，尤其是当岩石强度较高时，需要更换滚刀。滚刀一般是背卸式，以方便拆卸，但相对而言，滚刀重量大、四周光滑、没有固定点、搬运困难、安装和拆卸均要比刮刀、割刀难得多。刀盘内空间狭窄、不能多人同时作业，也很难借助机械，往往刀盘内湿滑，刀盘下部充满了泥土或者是泥浆，刀盘开口处还可能有不稳定岩土掉入，影响刀具更换。因此，进人刀盘内更换刀具是盾构施工过程中一项相对较危险的作业工序，许多施工单位在刀具更换时，时有轻重伤事故发生。
进行刀具更换时应注意以下事项:
(1)当地质条件不好、开挖面地层有可能失稳时，应预先对地层进行加固处理，可采取注浆或洞内加支撑等办法防止岩土掉块对作业人员的伤害，尤其是作业人员在搬运刀具过程中遇意外物体打击极易失衡，轻则将刀具掉人刀盘内，要花费相当时间才能打捞上来;重则人易被滚刀碰伤，甚至有可能滑人刀盘底部，被滚刀二次击伤，造成严重后果。
(2)除了对地层采取必要的措施外，还要做好其它准备工作，如对刀盘内的积土或淤泥和泥浆进行清理，尽量保持刀盘内作业空间位置，搭设稳固的临时支架和作业平台，提供充足的照明，包括行灯等局部照明工具。
(3)选派技术精、能吃苦、体质好的作业人员进行刀具的更换工作，尤其相互之间要配合娴熟，尽量缩短盾构机停止时间，防止土体失稳。如有土体严重失稳，可分次完成刀具更换，一般这时土体强度不大，盾构机可掘进数环后再更换另一批刀具。软土地层中盾构机停止时间以不超过两天为宜。
(4)滚刀重量大、边缘光滑、不宜固定，应尽量借助机械装置安装和拆卸滚刀，如合理运用葫芦等起重装置和滑轨等移动装置，以及支架等固定装置，操作时要倍加小心。
(5)刀盘内潮湿，水气大，随着温度的升高会产生雾化现象，对电器、电线绝缘性能要求高，需选用24V以下的安全电压。
(6)刀盘非期望转动伤人在盾构施工过程中屡有发生，因此，重新启动盾构机时一定要再三确认土舱内没有操作人员和工具材料已全部回收，最好能实现安全本质化，即在盾构设计或改造时，锁定原操作室的控制开关，在人闸口增设控制开关，并实行重复挂牌清点制度。
4注浆作业
盾构机开挖直径一般比管片外径要大20~40 cm ,在掘进过程中需要对管片外侧的环形空隙中注人浆液体，大多以水泥、砂子、水为主要成份。浆液出口段为刚性管道，很容易堵塞，这些管多埋在盾壳内，不方便清理，常常整条管完全堵塞了才不得不清理，且砂浆已出现固化现象，清理非常困难。清理过程中，一方面用具有弹性的硬质钢丝疏通，另一方面要加大注浆泵的压力。当管道突然畅通时，管道内的砂浆将会高速喷出，对周围的人员造成伤害。往往作业人员也意识到这点，在出口处用编织带防护，但大多没有将其固定绑扎，砂浆在高压下可以击穿编织物或顶开编织物，仍然会对人员造成伤害，尤其是眼部伤害。因此，要选用结实、坚固的编织物或加帆布，并用铁丝绑扎牢固，操作人员不可求快，压力要慢慢增加，不可突然急剧加压。
除了盾构机盾尾的注浆外，还需在管片中进行二次补浆(有的施工工艺是直接在管片注浆)，不管是一次注浆还是二次注浆，都很容易堵管，常常造成压力表失效。许多注浆操作是在没有压力表这个眼睛的情况下“盲”注或仅凭经验来完成注浆的，有的超出压力容许范围很多，这样轻者造成管片错台、开裂和漏水，重者直接将管片压脱掉人隧道中，后果不堪设想。
5施工用电管理
盾构机掘进用电一般是采用双回路专供的电缆，供电电压达10 kV ,隧道内环境潮湿，随着盾构向前不断推进，高压电缆也要经过多次连接，接头要选用优质的专用接驳器，电缆要固定好在隧道内，并留有一定活动余地，悬挂高度合适，至少要比运输车辆高，防止运输车辆脱轨后击断电缆，造成严重后果。除了盾构机以外，盾构隧道施工其它临时用电也很多，必须采用三级配电，二级保护，尤其要配备足够的分配电箱，电箱要用铁皮制作，不能用木板或胶板等其它材料代替，并要真正做到一机、一闸、一箱、一漏等四个一。往往施上单位很难做到四个一，尤其为了省钱，一箱多机、一箱多闸现象较为普遍，极易合错闸，从而导致触电事故。
6隧道内临时轨道运输
和其它工法施工隧道不同，中小直径的盾构隧道几乎均采用轨道运输系统。由于盾构机的掘进速度很快，往往运输是限制施工速度的一个瓶颈，因此，运输车辆一般设计得较长，碴土斗也设计得很大，占用了隧道很大空间。管片底部为圆弧形，对轨枕的稳定性有一定影响，运输车辆容易脱轨，有可能威胁人行道上人员的安全，尤其是碰到盾构机专用高压电缆时，后果不堪设想。施工轨道要严格按有关技术规范执行，对轨距、轨道高差、弧度、接缝等重要参数要重点检查，轨枕保证足够的刚度，并和管片上的螺栓保持固定或焊接，避免滑动变形。应严禁各类人员搭乘管片车进出隧道，严禁挤在操作室内，如隧道距离较长，应设计专门的人员运输车辆，外设围栏，严禁车辆未停稳前上下车。隧道内运输引起的事故较多，一旦发生安全事故，后果大多比较严重，特别是在盾构机位置，电瓶车与盾构机之间几乎没有空隙，非常狭窄，稍不注意，人员易被挤卡在中间。
目前国内单线地铁隧道的内直径多为5 400~5 500 mm，盾构机的后配套设备一般有70~80 m长，它的轨道比碴土运输车宽，但之间最窄的距离一般就是100 mm，当任意一条轨道变形时，或盾构机上的配套设备发生位移时，极易和运输车辆相撞，尤其是高压电缆圈简位置突出，应引起高度重视。
7环境危害因素
盾构机仅推进系统就要消耗1 000 kW的功率，当岩石较硬或具有很高的耐磨性时，其机内的温度很高，最多可超过50度，尤其是在南方施工，夏季时间长，外界温度高，隧道内主要处在湿、闷、热的环境中，尽管盾构机配备了送风系统，在很大程度上减低了温度，但比地面作业还是要差得多，气温应尽量控制在28度左右。盾构机在推进过程中，噪音往往超过80dB，作业人员长时间处于这种环境下极易疲劳，从而诱发安全事故。因此，作业人员要配带耳塞，保证足够的休息时间，上班不超过8小时，如有必要，除送风系统外，增设抽风系统或冷却系统，加强空气对流。
8结语
除了前述方面需要在盾构施工中引起注意外，盾构机单体最重达l00余吨，始发与到站吊装上下井要选用有足够安全系数的大型吊车(宜选用200 t以上)，过站平移作业和过站运输、洞门和联络通道施工涉及多工种交叉立体施工作业，相互之间在配合上会有一定影响，总体协调性非常重要。
地铁隧道盾构施工问题与对策 篇3
关键词：地铁隧道；盾构法；对策
引言
近年来，为了适应城市的现代化建设和满足城市居民不断增长的出行需求，全国各地的地铁建设不断发展，为人们的出行提供了巨大的保障。然而，在地铁隧道建设中关于引进盾构法所带来的问题不容忽视，如何加强盾构施工的安全性应是研究的重点。本文以深圳地铁11号线区间隧道建设为例，在地铁隧道盾构施工出现的问题的基础上提出解决的对策。
一、关于盾构法的简介
1.1盾构法的概念
盾构法施工是以盾构机为隧道掘进设备，以盾构机的盾壳作支护，用前端刀盘切削土体，由千斤顶顶推盾构机前进，以开挖面上拼装预制好的管片作衬砌，从而形成隧道的施工方法。
1.2盾构的原理及其优缺点
盾构的基本原理是基于一圆柱形的钢组件沿隧洞轴线被向前推进的同时开挖土壤。该钢组件总是防护着开挖出的空间，直到初步或最终隧洞衬砌建成。盾构必须承受周围地层的压力，而且要防止地下水的侵入。
1.3盾构型式主要有：泥浆式盾构、土压平衡式盾构、敞开式盾构、压缩空气式盾构、组合式盾构等等。
二、盾构法在施工过程中会出现的问题
2.1地面沉降问题
2.1.1地面沉降概念
地面沉降主要是由于施工过程中开挖面的应力释放和附加应力等引起的地层变形。由于盾构施工是在岩石体内部进行的，所以无论开挖的深度大小，都会对岩体周围的土层产生扰动，从而影响地表形态。
2.1.2盾构法施工沿隧道纵向的地面沉降可划分为5个阶段。
（1）盾构到达前的地层沉降，即盾构机未到达土体时地表就已发生了变化，该影响限于10m～15m以内。这主要是由盾构推进土压力的波动引起的。
（2）盾构到达时的底层沉降，即开挖时土层的沉降，自开挖面距观测点约3m～10m时，直到开挖面位于观测点正下方之间所产生沉降现象。这多是由于土体应力释放或盾构反向土仓压力引起的土层塑性变形所引起的。
（3）盾构机通过时的沉降，即盾构切口到达测点起至尾部离开测点之间发生的沉降。这阶段的沉降主要是由盾壳向前移动时与周围土体之间形成的剪切滑动面造成土体被扰动，这一阶段的沉降占总沉降的35%～40%。
（4）盾尾间隙沉降，即盾尾通过测点后所导致的地表沉降，其大约在尾部通过测点后0～20m内产生影响。这往往是因为注浆不及时或注浆量不足，使得土体向空隙填入，造成土层应力释放而引起的地表变化。这个阶段的沉降占总沉降的40%～45%。
（5）后续沉降，即盾尾离开土体一周后的地表沉降，其原因是前面作用累计导致的，这反映了地层沉降的时间效应。这个阶段的地面沉降不超过总沉降的10%。
综上所述，盾构施工过程中，第三和第四阶段的地面沉降所占比例最大，所以对其控制也很重要。
2.1.3导致地面沉降的原因有内外因之分，主要包括以下几点：
（1）地质条件：据研究表明，盾构施工对地表沉降的影响应地层状况而各异。
（2）土体性质：不同性质的土体对地表沉降的程度也不同。
（3）覆土厚度h和盾构外径d：最大地面沉降随覆土厚度h和盾构外径d的比值即h/d的增大而减少。
（4）地下水位变化：施工过程中的地层中水位的变化也会导致地层变形，引起沉降现象发生。
（5）盾构施工姿态：盾构推过程中，土压仓压力过大或过小都引起地层沉降。
（6）若注浆不及时或注浆量不足都会引起地层变形。
2.2地层损失
盾构推进引起的土体位移由盾构前的地表位移；盾构通过时的位移；盾构离开后的土体固结三部分组成。相比较而言，盾构前的地表位移发生的可能性较小，而盾构离开后的土体固结需要几个月的时间才会确定，因此，盾构机通过时位移是导致地表较大位移，从而造成地层损失。
2.3管片渗漏与上浮
盾构施工过程中还会导致管片的渗漏与上浮。管片的渗漏主要表现为裂缝渗水，接缝漏水，吊装孔因卸水导致阶段性渗水。管片的上浮则表现为直接导致管片间错台，管片破裂，隧道漏水，严重的导致线路水平超标等等。所以，在隧道盾构施工过程中应控制好管片的渗漏与上浮。
三、应对地铁隧道施工问题的对策
3.1针对地表沉降问题
3.1.1盾构机的选择
以上海隧道建设为例，其建设是以土压平衡式盾构应用最为广泛。土压平衡盾构工艺原理是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来的土进入刀盘后面的密封舱内，并使舱内具有就适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对土层的土体的扰动，从而避免地层的沉降。因此，在盾构施工过程中，盾构机的选择很重要，要根据不同盾构机的特性减少地面沉降现象的出现。
3.1.2控制其影响在合适的范围内
无论是在盾构机施工过程的哪一个阶段，都要把其施工带来的影响控制在合理的范围内，并在该范围内加强监控，避免地面的大幅度沉降。
3.1.3对注浆的要求
因为注浆的因素也会导致地面沉降，所以在盾构施工过程中要提高对注浆的要求，例如加快注浆的速度，及时注浆，再次要调好浆液的比例，最后还要控制好注浆量，把注浆量控制在合理的范围内，避免因注浆量不足而引起地层变形。
3.1.4进行实地勘测
根据上面的研究，我们已经知道了影响地面沉降的内在和外在因素。而对于地质条件，土体性质，覆土厚度，还有地下水变化的了解和掌握必须进行实地勘察。在隧道施工前，施工单位应派人专门进行调查，真正掌握以上要素的情况，这样在施工中才可根据情况具体分析，避免因任何一个因素而引发地层变形。
3.2针对地层损失现象
在以上问题分析中，不难看出地层损失的关键环节是盾构通过时造成的地表位移。因此对这一阶段的控制显得至关重要。为了减少地层损失，应把盾构通过的地层发生的位移控制在合理的范围内，及时监控，防止出现唯一过大的现象。
3.3针对管片的渗漏与上浮
对于管片渗漏的原因我们已经具体分析过了，大多是由于裂缝引起的，所以防止渗漏最主要的是减少裂缝。而对于管片的上浮，要注重管片的质量检查，避免应管片质量出现的问题而引发的管片上浮。
3.4关于施工监督与监理机制
除了盾构施工过程中应对问题的各种措施外，加强施工过程中的工程监督，建立合理的监理机制也是重中之重。要做到施工前的监督，施工中的监督，施工后的监督，避免任何一个环节出现问题。
四、结论
众所周知，“安全第一”是项目施工的首要原则，面对施工过程中出现的种种问题，我们要加强防护措施，还应制定合理的监理机制，从而保证施工的顺利进行以及项目的后期使用。盾构法隧道工程是一项综合性的技术，通过工程师不断地探索与实践已形成了一套较成熟的施工技术，并且已广泛用于施工建设中，尤其是在上海的地铁建设中。然而盾构法有利有弊，在施工过程中应趋利避害，加强监督，真正使其发挥积极的作用。
参考文献：
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[3]中华人民共和国国家标准.盾构法隧道施工及验收规范（gb50446-2008）[S].北京.中国建筑工业出版社，2008-02-05.
作者简介：
盾构穿越矿山法隧道施工工法 篇4
1 工程概况
深圳地铁一期工程2A标段购物公园—香蜜湖区间隧道工程采用盾构法施工, 分左线和右线两条隧道, 购物公园站盾构工作井里程桩号为CK8+642.75, 香蜜湖站端头井里程桩号为CK10+240.2 (左线短链2.945 m) , 其中左线区间隧道长为1 594.505 m, 右线区间隧道长为1 597.45 m。 两台盾构机在购物公园站相继离站后 (间隔1个月左右) , 分别沿平行方向掘进, 两条隧道水平净距约为10 m, 在整个区间隧道施工中, 盾构须穿越新洲河、高尔夫球场和别墅群等建筑物和众多的地下管线, 进入香蜜湖站盾构接收井, 完成本区间隧道施工。
2 盾构穿越矿山法隧道施工
2.1 遭遇高强度硬岩
盾构掘进过程中, 刀盘和孤石碰撞, 造成刀盘和刀具发生变形, 而且多次停机开仓处理孤石, 严重影响了施工进度, 为了进一步查明前方地质状况的真实情况, 停止掘进, 进行详细探测, 左线和右线盾构机分别停止于里程CK9+995.145, CK9+914.792处。
根据最新的地质勘察发现, 左线隧道范围内有部分漂石存在, 但数量不多, 可以采用土仓排石的施工方法继续掘进;右线隧道范围内存在强度高达100 MPa的花岗岩岩脉, 分布里程CK9+914.792～CK10+062.792, 大部分隧道全断面遭遇岩脉, 一部分为上层全风化岩层, 下层半风化高强度岩层, 岩石强度已经超出了盾构机的设计切割能力, 必须提出确实可行的办法处理盾构前方的岩石, 保证盾构机顺利通过。
2.2 施工方案
右线盾构前方红线部分是详细勘测之后在盾构施工范围内存在花岗岩岩脉的位置, 右线里程:CK9+914.792～CK10+062.792, 全长约148 m。为了保证施工工期, 在深南大道中央绿化隔离带和辅道上各施工一个竖井, 这样可以保证4个作业面施工, 以最快的速度施工完成矿山法隧道的初期支护, 右线盾构穿越已成形的矿山法隧道, 顺利地通过岩脉地带之后恢复正常掘进, 确保购物公园—香蜜湖区间的施工总工期的顺利实现。
2.3 矿山法隧道施工
1) 矿山法隧道尺寸。本隧道采用复合式土压平衡盾构机, 管片外径6 000 mm, 内径5 400 mm, 壁厚300 mm, 环宽1 200 mm, 盾构机外径6 360 mm, 刀盘凸出外径20 mm, 盾构机最大的外径尺寸是6 400 mm。矿山法隧道转弯半径为400 m, 盾构机节段长8.52 m, 为了让盾构机能够顺利地通过转弯段, 隧道直径必须不小于6 400+46=6 446 mm。由于矿山法隧道施工精度比较差, 不可能是一个纯圆的隧道, 而且钢格栅喷混凝土支护凹凸不平, 预留150 mm的空间, 下面设导台控制盾构机的轴线, 厚度150 mm, 隧道直径应不小于6 446+300=6 746 mm。根据有关矿山法隧道的拱顶沉降一般为10 mm～20 mm, 隧道直径应不小于6 746+20=6 766 mm。为了预留更多的空间, 便于施工控制, 取整数隧道直径为6 800 mm。2) 混凝土导台施工。导台横断面图如图1所示, 盾构机主体总重量300 t, 长8.52 m, C30混凝土导台强度验算, 导台设计厚150 mm, 强度C30, 通过受力分析图, 可知导台主要受压作用, 混凝土导台抗压强度C30满足施工要求。采用C30混凝土现浇, 以R=3.05 m下拱60°铺设作为盾构支撑。内弧面放置Φ6钢筋200×200网片, 径向放置Φ10@1 000钢筋与初衬钢筋连接, 混凝土导台浇捣采用钢制模板, 5 m一段, 分段完成。在盾构切口处的导台最低点, 放置840 mm×700 mm钢板, 加强导台边缘的强度。由于导台是控制盾构推进的导向, 是控制盾构隧道轴线基础, 必须严格根据隧道轴线的空间位置、平面半径400 m弯曲度等进行放样。
2.4 盾构穿越矿山法隧道
1) 盾构轴线控制[1]。根据隧道轴线设计半径R=400 m, 计算盾构铰接千斤顶的行程差, 推进千斤顶行程差, 确保盾构机沿矿山隧道轴线行走, 同时在盾构推进前复核矿山隧道与盾构机轴线误差, 根据误差调整铰接千斤顶、推进千斤顶行程差, 保证盾构与矿山隧道间的间隙。2) 管片拼装。在平面半径R=400 m下, 管片的拼装必须有一定的拼装模式, 考虑管片外周与盾尾间隙, 以及按轴线走向安排拼装模式。主要考虑间隙问题, 如无间隙将导致盾构机在推进过程中轴线发生偏离, 即盾构机与矿山法隧道的间隙逐渐缩小而与矿山隧道初衬发生相碰, 影响施工安全, 因此管片拼装着重于管片的选形及封顶块安装的位置。对于盾构轴线高程的控制及管片轴线控制, 在CK9+914.792～CK9+985.500为R=5 000 m竖曲线, CK9+985.500～CK10+034.792坡度为25‰。对于R=5 000 m竖曲线, 盾构机总长度为8 520 mm, 对轴线影响相当小 (通过计算, 盾构上下铰接千斤顶行程差为4 mm) 。对于坡度为25‰, 由于有混凝土导台, 所以在推进时, 保持上下推进千斤顶油压相等则盾构机将沿导台的导向行走。在轴线高程中推进, 控制关键也是盾构盾尾与管片外围间隙的控制, 原理与平面盾构推进, 管片拼装模式一样。3) 盾构在矿山法隧道内的推进控制。盾构机在进入矿山隧道前, 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。应对盾构各类型千斤顶进行调整, 使盾构姿态符合平面半径R=400 m曲线推进。考虑到土体对盾构壳摩擦阻力 (或裹实) , 推力控制在50 t～150 t范围内, 当推进速度达到要求, 则此推力就为此时的推力。在变坡段的推进, 关键是控制推进千斤顶的行程差及铰接千斤顶行程差, 确保矿山隧道与盾构壳间的间隙。在推进时, 每一环必须进行测量工作, 根据测量数据, 调整千斤顶行程差 (区域油压) 。在这一阶段推进工作中, 由于盾构推力将逐步增大, 对矿山隧道内的管片将产生一定量的位移 (R=400平面曲线) , 因此盾构推力不能过大, 一般控制在600 t～800 t左右, 推进速度在10～20范围内, 刀盘转速控制在1.0 rpm～1.8 rpm范围内, 土压控制在0.1 MPa～0.15 MPa范围。在盾构进入土体前, 必须对矿山隧道内的管片进行二次注浆施工, 注浆材料为单液水泥浆 (配比:水泥∶水=1∶0.6) , 注浆压力控制在0.1 MPa～0.3 MPa范围内, 注浆顺序为:底部→推进方向左方→推进方向右方→顶部。4) 建筑间隙压注回填[1]。管片与矿山隧道间隙的回填在每推进1环时进行。压注位置在盾构后第3环开始, 首先用碎石进行初步回填 (从管片注浆口压注) , 推进4环后用单液水泥浆再压注。压注碎石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0.1 MPa, 正常压力控制在0.2 MPa, 最高压力不超过0.3 MPa, 在压注时应逐步循环压注, 压力逐步提高, 不允许一次压注完毕。压注单液水泥浆压注点在隧道左右两上角 (±36°) 。单液注浆压力, 初始压力在0.1 MPa～0.2 MPa, 正常压力控制在0.2 MPa～0.3 MPa, 最高压力不超过0.3 MPa。如在压注过程中, 浆液泄漏严重, 则采用双液注浆, 浆液凝固时间20 s～30 s, 混合率7.6%。5) 管片防水改良。由于盾构在矿山隧道进行推进, 其推力可能达不到管片止水带的压密要求, 因此为保证管片嵌缝的防水效果, 在管片离手孔30 mm处 (外侧) 沿管片单边增加一道遇水膨胀止水带。在每安装一片管片后, 先用人工将管片连接螺杆进行初步紧固;待安装完一环后, 再用高速气扳机对螺栓进行修紧。在安装管片时, 推进千斤顶的压力应设定为拼装压力 (拼装压力5 MPa) 。6) 盾构恢复正常掘进施工。盾构结束在矿山法隧道中的推进, 抵达矿山法隧道尽端, 将恢复正常掘进, 不同的施工方案对矿山法隧道尽端的要求是不同的。盾构恢复推进方案一和盾构出站时的施工方案类似, 施工三排混凝土搅拌桩, 维持掌子面和盾构推进时的土体稳定;盾构恢复推进方案二, 采用分台阶法维持掌子面的稳定, 在地面钻一个直径200的孔作为运输石粉渣的通道, 盾构抵达尽端之后用石粉渣填满上台阶空隙处, 然后盾构恢复推进。
综合两个方案的优缺点, 针对本工程的特点, 为了确保清理完前方的硬岩, 争取施工时间, 采用方案二进行施工, 在施工过程中严格控制盾构的推力、出土量和轴线。
3 结语
本文详细介绍了盾构穿越矿山法隧道施工工法的施工方法、关键技术, 以及需要注意的控制点, 取得了以下成功经验:
1) 合理布置施工竖井, 制定科学合理的工程筹划方案, 缩短施工工期, 采用科学合理的工期补救措施, 确保合同施工总工期的要求, 对于遭遇特殊情况的盾构隧道施工至关重要。2) 矿山法隧道尺寸的选取必须遵循科学规律和施工队伍施工精度控制的实际情况, 选择恰当的隧道尺寸是保证施工顺利进行的关键。3) 盾构在矿山法隧道中推进, 控制隧道轴线非常关键, 要控制好轴线必须做到:a.施工导台;b.导台空间位置的精度直接关系到盾构在推进过程中的轴线控制;c.盾构推进过程中的交接部位行程差控制。4) 由于盾构推进过程中前方没有推进阻力, 管片之间不能够很好地压紧密贴, 必须采取措施保证管片的防水质量。5) 盾构通过矿山法隧道之后, 恢复正常推进的施工方案和质量控制, 也是该施工工法施工成功的一个重要控制点。
参考文献
盾构原理施工 篇5
1．盾构机的掘进
液压马达驱动刀盘旋转，同时开启盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。
2．掘进中控制排土量与排土速度
当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍坍或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。
3.管片拼装
盾构机掘进一环的距离后，拼装机操作手操作拼装机拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。
盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用
盾构机的最大直径为6.28m，总长65m，其中盾体长8.5m，后配套设备长56.5m，总重量约406t，总配置功率1577kW，最大掘进扭矩5300kN?m，最大推进力为36400kN，最陕掘进速度可达8cm／min。盾构机主要由9大部分组成，他们分别是盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。
1.盾体
盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状简体，其外径是6．25m。
前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推力油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土压力。
前盾的后边是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接，中盾内侧的周边位置装有30个推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后面已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力，这30个千斤顶按上下左右被分成A、B、c、D四组，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。
中盾的后边是尾盾，尾盾通过14个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接可以使盾构机易于转向。
2.刀盘
刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体，刀盘的开口率约为28％，刀盘直径6．28m，也是盾构机上直径最大的部分，一个带四根支撑条幅的法兰板用来连接刀盘和刀盘驱动部分，刀盘上可根据被切削土质的软硬而选择安装硬岩刀具或软土刀具，刀盘的外侧还装有一把超挖刀，盾构机在转向掘进时，可操作超挖刀油缸使超挖刀沿刀盘的径向方向向外伸出，从而扩大开挖直径，这样易于实现盾构机的转向。超挖刀油缸杆的行程为50mm。刀盘上安装的所有类型的刀具都由螺栓连接，都可以从刀盘后面的泥土仓中进行更换。
法兰板的后部安装有一个回转接头，其作用是向刀盘的面板上输入泡沫或膨润土及向超挖刀液压油缸输送液压油。
3.刀盘驱动
刀盘驱动由螺栓牢固地连接在前盾承压隔板上的法兰上，它可以使刀盘在顺时针和逆时针两个方向上实现0-6．1rpm的无级变速。刀盘驱动主要由8组传动副和主齿轮箱组成，每组传动副由一个斜轴式变量轴向柱塞马达和水冷式变速齿轮箱组成，其中一组传动副的变速齿轮箱中带有制动装置，用于制动刀盘。
安装在前盾右侧承压隔板上的一台定量螺旋式液压泵驱动主齿轮箱中的齿轮油，用来润滑主齿轮箱，该油路中一个水冷式的齿轮油冷却器用来冷却齿轮油。
4.双室气闸
双室气闸装在前盾上，包括前室和主室两部分，当掘进过程中刀具磨损工作人员进入到泥土仓检察及更换刀具时，要使用双室气闸。
在进入泥土仓时，为了避免开挖面的坍坍，要在泥土仓中建立并保持与该地层深度土压力与水压力相适应的气压，这样工作人员要进出泥土仓时，就存在一个适应泥土仓中压力的问题，通过调整气闸前室和主室的压力，就可以使工作人员可以适应常压和开挖仓压力之间的变化。但要注意，只有通过高压空气检查和受到相应培训有资质的人员，才可以通过气闸进出有压力的泥土仓。
现以工作人员从常压的操作环境下进入有压力的泥土仓为例，来说明双室气闸的作用。工作人员甲先从前室进入主室，关闭前室和主室之间的隔离门，按照规定程序给主室加压，直到主室的压力和泥土仓的压力相同时，打开主室和泥土仓之间的闸阀，使两者之间压力平衡，这时打开主室和泥土仓之间的隔离门，工作人员甲进入泥土仓。如果这时工作人员乙也需要进入泥土仓工作，乙就可以先进入前室，然后关闭前室和常压操作环境之间的隔离门，给前室加压至和主室及泥土仓中的压力相同，扣开前室和主室之间的闸阀，使两者之间的压力平衡，打开主室和前室之间的隔离门，工作人员乙进入主室和泥土仓中。5.管片拼装机
管片拼装机由拼装机大梁、支撑架、旋转架和拼装头组成。
拼装机大梁用法兰连接在中盾的后支撑架上，拼装机的支撑架通过左右各两个滚轮安放在拼装机大梁上的行走槽中，一个内圈为齿圈形式外径3．2m的滚珠轴承外圈通过法兰与拼装机支撑架相连，内圈通过法兰与旋转架相连，拼装头与旋转支架之间用两个伸缩油缸和一个横粱相连接。
现以拼装头在正下方位置的情况为例，来说明拼装机的运动情况。两个拼装机行走液压油缸可以使支撑架、旋转架、拼装头在拼装机大梁上沿隧道轴线方向移动；安装在支撑架上的两个斜盘式轴向柱塞旋转马达，通过驱动滚珠轴承的内齿圈可以使旋转架和拼装头沿隧道圆周方向左右旋转各200度；通过伸缩油缸可以使拼装头上升或下降；拼装头在油缸的作用下又可以实现在水平方向上的摆动，和在竖直方向上的摆动以及抓紧和放松管片的功能。这样在拼装管片时，就可以有六个方向的自由度，从而可以使管片准确就位。
拼装手可以使用有线的或遥控的控制器操作管片拼装机，用来拼装管片。我们采用的是1．2m长的通用管片，一环管片由六块管片组成，它们是三个标准块、两块临块和一块封顶块。封顶块可以有十个不同的位置，代表十种不同类型的管环，通过选择不同类型的管环就可以使成型后的隧道轴线与设计的隧道轴线相拟合。隧道成型后，管环之间及管环的管片之间都装有密封，用以防水。管片之间及管环之间都由高强度的螺栓连接。
6.排土机构
盾构机的排土机构主要包括螺旋输送机和皮带输送机。螺旋输送机由斜盘式变量轴向柱塞马达驱动，皮带输送机由电机驱动。碴土由螺旋输送机从泥土仓中运输到皮带输送机上，皮带输送机再将碴土向后运输至第四节台车的尾部，落入等候的碴土车的土箱中，土箱装满后，由电瓶车牵引沿轨道运至竖井，龙门吊将士箱吊至地面，并倒人碴土坑中。
螺旋输送机有前后两个闸门，前者关闭可以使泥土仓和螺旋输送机隔断，后者可以在停止掘进或维修时关闭，在整个盾构机断电紧急情况下，此闸门也可由蓄能器贮存的能量自动关闭，以防止开挖仓中的水及渣土在压力作用下进入盾构机。
7.后配套设备
后配套设备主要由以下几部分组成：管片运输设备、四节后配套台车及其上面安装的盾构机操作所需的操作室、电气部件、液压部件、注浆设备、泡沫设备、膨润土设备、循环水设备及通风设备等。
A.管片运输设备
管片运输设备包括管片运送小车、运送管片的电动葫芦及其连接桥轨道。
管片由龙门吊从地面下至竖井的管片车上，由电瓶车牵引管片车至第一节台车前的电动葫芦—方，由电动葫芦吊起管片向前运送到管片小车上，由管制、车再向前运送，供给管片拼装机使用。B.一号台车及其上的设备
一号台车上装有盾构机的操作室及注浆设备。
盾构机操作室中有盾构机操作控制台、控制电脑、盾构机PLC自动控制系统、VMT隧道掘进激光导向系统电脑及螺旋输送机后部出土口监视器。
C.二号台车及其上的设备
二号台车上有包含液压油箱在内的液压泵站、膨润土箱、膨润土泵、盾尾密封油脂泵及润滑油脂泵。液压油箱及液压泵站为刀盘驱动、推进油缸、铰接油缸、管片拼装机、管片运输小车、螺旋输送机、注浆泵等液压设备提供压力油。泵站上装有液压油过滤及冷却回路，液压油冷却器是水冷式。
盾尾密封油脂泵在盾构机掘进时将盾尾密封油脂由12条管路压送到三排盾尾密封刷与管片之间形成的两个腔室中，以防止注射到管片背后的浆液进入盾体内。
润滑油脂泵将油脂泵送到盾体中的小油脂桶中，盾构机掘进时，4kw电机驱动的小油脂泵将油脂泵送到主驱动齿轮箱、螺旋输送机齿轮箱及刀盘回转接头中。这些油脂起到两个作用，一个作用是被注入到上述三个组件中唇形密封件之间的空间起到润滑唇形密封件工作区域及帮助阻止赃物进入被密封区域内部的作用，对于螺旋输送机齿轮箱还有另外一个作用，就是润滑齿轮箱的球面轴承。
D.三号台车及其上的设备
三号台车上装有两台打气泵、一个1立方米贮气罐、一组配电柜及一台二次风机。
打气泵可提供8Bar的压缩空气并将压缩空气贮存在贮气罐中，压缩空气可以用来驱动盾尾油脂泵、密封油脂泵和气动污水泵，用宋给人闸、开挖室加压，用来操作膨润土、盾尾油脂的气动开关，用来与泡沫剂、水混合形成改良土壤的泡沫，用来8嘞气动工具等。
二次风机由11kW的电机驱动，将由中间井输送至第四节台车位置处的新鲜空气，继续向前泵送至盾体附近，以给盾构机提供良好的通风。
E.四号台车及其上的设备
四号台车上装有变压器、电缆卷筒、水管卷筒、风管盒。
铺设在隧道中的两条内径为100mm的水管作为盾构机的进、回水管，将竖井地面的蓄水池与水管卷筒上的水管连接起来，与蓄水池连接的一台高压水泵驱动盾构机用水在蓄水池和盾构机之间循环。通常情况下，进人盾构机水管卷筒水管的水压控制在5Bar左右。正常掘进时，进人盾构机水循环系统的水有以下的用途：对掖压油、主驱动齿轮油、空压机、配电柜中的电器部件及刀盘驱动副变速箱具有冷却功能，为泡沫剂的合成提供用水，提供给盾构机及隧道清洁用水。蓄水池中的水用冷却塔进行循环冷却。
风管盒中装有折叠式的风管，风管与竖井地面上的风肌连接，向隧道中的盾构机里提供新鲜空气。新鲜空气通过风管被送至第四节台车的位置。
8.电气设备
盾构机电气设备包括电缆卷筒、主供电电缆、变压器、配电柜、动力电缆、控制电缆、控制系统、操作控制台、现场控制台、螺旋输送机后部出土口监视器、电机、插座、照明、接地等。电器系统最小保护等级为IP5．5。
主供电电缆安装在电缆卷筒上，10kV的高压电由地面通过高压电缆沿隧道输送到与之连接的主供电电缆上，接着通过变压器转变成400v，50Hz的低压电进人配电柜，再通过供电电缆和控制电缆供盾构机使用。
西门子S7-PLC是控制系统的关键部件，控制系统用于控制盾构机掘进、拼装时的各主要功能。例如盾构机要掘进时，盾构机司机按下操作控制台上的掘进按钮，一个电信号就被传到PLC控制系统，控制系统首先分析推进的条件是否具备(如推进油缸液压油泵是否打开，润滑脂系统是否工作正常等，．如果推进的条件不具备，就不能推进，如果条件具备，控制系统就会使推进按钮指示灯变亮，同时控制系统也会给推进油缸控制阀的电磁阀供电，电磁阀通电打开推进油缸控制阀，盾构机开始向前推进。PLC安装于控制室，在配电柜里装有远程接口，PLC系统也与操作控制台的控制电脑及VMT公司的SLS-T隧道激光导向系统电脑相连。
盾构机操作室内的操作控制台和盾构机某些可移动装置旁边的现场控制台(如管片拼装机、管片吊车、管片运送小车等)用来操作盾构机，实现各种功能。操作控制台上有控制系统电脑显示器、实现各种功能的按钮、调整压力和速度的旋钮、显示压力或油缸伸长长度的显示模块及各种钥匙开关等。
螺旋输送机后部出土口监视器用来监视螺旋输送机的出土情况。
电机为所有液压油泵、皮带机、泡沫剂泵、合成泡沫用水水泵、膨润土泵等提供动力。当电机的功率在30kW以下时，采用直接起动的方式，当电机的功率大于30kW时，为了降低起动电流，采用星形—三角形起动的方式。
9.辅助设备
辅助设备包括数据采集系统、S1S-T隧道激光导向系统、注浆装置、泡沫装置、膨润土装置。
A.数据采集系统
数据采集系统的硬件是一台有一定配置要求的计算机和能使该计算机与隧道中掘进的盾构机保持联络的调制解调器、转换器及电话线等原件。该计算机可以放置在地面的监控室中，并始终与隧道中掘进的盾构机自动控制系统的PLC保持联络，这样数据采集系统就可以和盾构机自动控制系统的PLC具有相同的各种关于盾构机当前状态的信息。数据采集系统按掘进、管片拼装、停止掘进三个不同运行状态段来记录、处理、存储、显示和评判盾构机运行中的所有关键监控参数。
通过数据采集系统，地面工作人员就可以在地面监控室中实时监控盾构机各系统的运行状况。数据采集系统还可以完成以下任务：用来查找盾构机以前掘进的档案信息，通过与打印机相连打印各环的掘进报告，修改隧道中盾构机的PLC的程序等等。
B.隧道掘进激光导向系统
德国VMT公司的SLS-T隧道掘进激光导向系统主要作用有以下几点：
①可以在隧道激光导向系统用电脑显示屏上随时以图形的形式显示盾构机轴线相对于隧道设计轴线的准确位置，这样在盾构机掘进时，操作者就可以依此来调整盾构机掘进的姿态，使盾构机的轴线接近隧道的设计轴线，这样盾构机轴线和隧道设计轴线之间的偏差就可以始终保持在一个很小的数值范围内。
②推进一环结束后，隧道掘进激光导向系统从盾构机PLC自动控制系统获得推进油缸和铰接油缸的油缸杆伸长量的数值，并依此计算出上一环管片的管环平面，再综合考虑被手工输入隧道掘进激光导向系统电脑的盾尾间隙等因素，计算并选择这—环适合拼装的管片类型。
③可以提供完整的各环掘进姿态及其他相关资料的档案资料。
④可以通过标准的隧道设计几何元素计算出隧道的理论轴线。
⑤可以通过调制解调器和电话线和地面的一台电脑相连，这样在地面就可以实时监控盾构机的掘进姿态。
隧道掘进激光导向系统主要部件有激光经纬仪、带有棱镜的激光靶、黄盒子、控制盒和隧道掘进激光导向系统用电脑。
激光经纬仪临时固定在安装好的管片上，随着盾构机的不断向前掘进，激光经纬仪也要不断地向前移动，这被称为移站。激光靶则被固定在中盾的双室气闸上。激光经纬仪发射出激光束照射在激光靶上，激光靶可以判定激光的入射角及折射角，另外激光靶内还有测倾仪，用来测量盾构机的滚动和倾斜角度，再根据激光经纬仪与激光靶之间的距离及各相关点的坐标等数据，隧道掘进激光导向系统就可以计算出当前盾构机轴线的准确位置。
控制盒用来组织隧道掘进激光导向系统电脑与激光经纬仪和激光靶之间的联络，并向黄盒子和激光靶供电。黄盒子用来向激光经纬仪供电并传输数据。隧道掘进激光导向系统电脑则是将该系统获得的所有数据进行综合、计算和评估。所得结果可以被以图形或数字的形式显示在显示屏上。
C.注浆装置
注浆装置主要包括两个注浆泵、浆液箱及管线。
在竖井，浆液被放入浆液车中，电瓶车牵引浆液车至盾构机浆液箱旁，浆液车将浆液泵入浆液箱中。两个注浆泵各有两个出口，这样总共有四个出口，四个出口直接连至盾尾上圆周方向分布的四个注浆管上，盾构机掘进时，山注浆泵泵出的浆液被同步注入隧道管片与土层之间的环隙中，浆液凝固后就可以起到稳定管片和地层的作用。
为了适应开挖速度的快慢，注浆装置可根据压力来控制注浆量的大小，可预先选择最小至最大的注浆压力，这样可以达到两个目的，一是盾尾密封不会被损坏，管片不会受过大的压力，二是对周围土层的扰动最小。注浆方式有两种：人工方式和自动方式。人工方式可以任选四根注浆管中的一根，由操作人员在现场操作台上操作按钮启动注浆系统；自动方式则是在注浆现场操作台上预先设定好的，盾构机掘进即启动注浆系统。
D.泡沫装置
泡沫系统主要包括泡沫剂罐、泡沫剂泵、水泵、四个溶液计量调节阀、四个空气剂量调节阀个液体流量计、四个气体流量计、泡沫发生器及连接管路。
泡沫装置产生泡沫，并向盾构机开挖室中注入泡沫，用于开挖土层的改良，作为支撑介质的土在加入泡沫后，其塑型、流动性、防渗性和弹性都得至U改进，盾构机掘进驱动功率就可减少，同时也可减少刀具的磨损。
泡沫剂泵将泡沫剂从泡沫剂罐中泵出，并与水泵泵出的水按盾构司机操作指令的比例混合形成溶液，控制系统是通过安装在水泵出水口处的液体流量计测量水泵泵出水的流量，并根据这一流量控制泡沫剂泵的输出量来完成这一混合比例指令的。混合溶液向前输送至盾体中，被分配输送到四条管路中，经过溶液剂量调节阀和液体流量计后，又被分别输送到四个泡沫发生器中，在泡沫发生器中与同时被输入的压缩空气混合产生泡沫，压缩空气进入泡沫发生器前也要先经过气体流量计和空气剂量调节阀。泡沫剂溶液和压缩空气也是按盾构机司机操作指令的比例混合的，这一指令需通过盾构机控制系统接收液体流量计和气体流量计的信息并控制空气剂量调节阀和溶液剂量调节阀来完成。最后，泡沫沿四条管路通过刀盘旋转接头，再通过刀盘上的开口，注入到开挖室中。在控制室，操作人员也可以根据需要从四条管路中任意选择，向开挖室加入泡沫。
E.膨润土装置
膨润土装置也是用来改良土质，以利于盾构机的掘进。膨润土装置主要包括膨润土箱、膨润土泵、九个气动膨润土管路控制阀及连接管路。
和浆液一样，在竖井，膨润土被放人膨润土车中，电瓶车牵引膨润土车至膨润土箱旁，膨润土车将膨润土泵入膨润土箱中。
需要注入膨润土时，膨润土被膨润土泵沿管路向前泵至盾体内，操作人员可根据需要，在控制室的操作控制台上，通过控制气动膨润土管路控制阀的开关，将膨润土加入到开挖室、泥土仓或螺旋输送机中。
希望对你有点用！
盾构隧道障碍桩拔除方案 篇6
【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
地铁隧道盾构施工掘进技术要点 篇7
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.
交叠隧道盾构施工安全距离控制 篇8
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.
盾构隧道施工 篇9
盾构机到达施工作业流程见图1。
到达前200m、50m时进行导线和高程测量多级复测,并报监理审核,同时应对到达洞门进行测量,以精确确定其位置。
以到达前50m为起点,结合洞门位置,参照设计线路,制定严格的掘进计划,落实到每一环。
到达前30m掘进成为到达段施工,在本段施工中主要采取辅助措施加强管片环间连接,以防盾构机掘进推力的减少引起环间松动而影响密封防水效果。
到达前6环的掘进参数制定施工计划,以确保到达端墙的稳定和防止地层坍塌。
到达端头前6环对注浆材料配合比进行调整,必要时可通过盾构壳体设置的孔向盾壳外注入特殊的止水材料,以防涌水、涌泥而引起地层坍塌。
端头加固施工方法、工艺及技术措施
端头加固范围
开福寺西端头地层加固主要采用压密注浆加固,加固范围见图2。
端头加固设计参数
盾构隧道开福寺站到达端头,隧道覆土主要为(5) 1-2粉质黏土和(5) 7-2细园砾土,洞身位于(9) 1-2强风化板岩和(9) 1-3弱风化板岩地层中。加固采用袖阀管注浆工艺,注浆孔孔间距为2.8m,采用梅花形布置。用水泥单浆液(W:C=0.8:1.0～0.8:1.1)进行加固,纵向加固长度为覆土顶面到隧道底以下3m、,加固宽度为隧道轮廓外3m,隧道方向加固长度为13.5m。
加固数量:加固体积4172.5m3,注浆孔61个,钻孔空钻长度1177.3m,注浆量83.5m3。
端头加固施工工艺
注浆加固施工工艺流程如图3所示。
端头加固施工方法及技术措施
注浆管安设钻机成孔后,利用钻机吸浆管将套壳料混和液(选用重量比为:水泥:膨润土:水=1.0:1.5:2.0)压入钻孔内,将孔内泥浆全部置换出来。
泥浆置换出后,即分节(每节4m)将袖阀管下入已填满套壳料的孔内,在2节袖阀管联接前,需向下一节袖阀管内灌满清水,相邻2节袖阀管采用套箍连接,并用粘合剂粘接牢固。袖阀管接至地面后(应高出地面150mm),向袖阀管内再次灌入清水,然后用封口盖盖紧袖阀管管口。
封口作业选择孔内套壳料混合液已达到初凝后进行,选用C15细石混凝土或砂浆并掺加适量速凝剂或水玻璃,进行封口作业,封口前应将孔内地面以下0.7～1.0m范围的套壳料清除,再将封口混凝土灌满至地面以下100mm。
注浆芯管下放注浆芯管的下放必须在封孔24～36h后进行。注浆芯管采用2m一节直径20mm镀锌钢管制成,节间用螺纹套管连接。芯管下放前根据袖阀管深度配足芯管节数,并检查芯管及注浆管头内是否残留结石体,清理干净后方可下管。注浆芯管下放时,应防止地面泥浆回灌入袖阀管内,造成注浆芯管下放及提管困难。下放注浆芯管时,严禁大力下压,以免损坏袖阀管及芯管。当注浆芯管无法下放时,应拔出芯管清洗阀管或用钻机重新扫孔至原孔深,重新安设袖阀管,再下管注浆。
注浆技术措施根据本工程揭露原地层效果进行分析,采用单浆液的形式。单液浆配比以水泥:水(0.8:1.0～1:1)。
水泥浆拌制时,先在桶内加水,再加入水泥,搅拌均匀后即可注浆,必须将拌浆桶内的水泥浆完全放入备浆桶内后才可再次按前述方法拌制浆液。
注浆前在类似地质条件下的岩层中进行注浆试验,初步掌握浆液充填率,注浆量、浆液配合完凝胶时间,浆液扩散半径,注浆终压等指标。①注浆参数:压力不大于2MPa (可根据现场实际情况调整),注浆过程中,若出现注浆压力与设计压力相差不大,则可以认为该孔注浆结束。②单孔注浆结束条件为各孔段均达到设计终压并稳定10min,且注浆量不小于设计注浆量的80%,进浆速度为开始进浆速度的1/4及以下。
效果检查在端头加固完成后进行加固效果的检查,检查项目包括两项:第一为强度检查,第二为防水检查。
强度检查:取芯检验看是否达到设计强度,如果没有重新进行补充补充注浆,直至达到施工效果为止。
防水检查:对于端头加固来讲,从端头洞门处水平钻检查孔,钻孔深入加固体一定距离进行渗水量检查,若未达到盾构机安全到达要求,则采取措施对地层进行再次加固。再则按注浆孔的5%～10%设计检查孔,检查孔应在均布的原则下,结合注浆资料的分析布设,检查孔的渗水量应小于2L (孔/天),否则应予补注。
施工注意事项:①钻进过程中遇涌水或岩层破碎造成卡钻,应停止钻进,进行注浆,扫孔后再行钻进。②注浆过程中,若压力突然升高,应停止注浆,检查后再行注浆。③注浆过程中,注意观察止浆岩盘的变形情况,准备好加固措施。④钻孔:钻孔位置要准确,施钻时钻机要尽量贴近岩面,以保证开孔质量;换钻杆时要注意检查钻杆是否弯曲,有无损伤。⑤注浆时如遇窜浆或跑浆,采用间隔一孔或几孔注浆方式。⑥注浆中,注浆量和注浆压力是两个关键参数。一般规律是:初始阶段压力较低,注入量增大;正常阶段压力和注入量呈小的波浪式起伏状态,但总的比较平稳;压密注满阶段注入量迅速递减而压力迅速升高;在注浆中根据设计注浆量和压力按照上述规律进行控制。⑦在注浆区域内,采用探沟和地质雷达相结合的方式探明注浆区域内的管线情况,首先做好管线的保护,然后进行开钻。
洞门破除施工方法、工艺及技术措施
施工工艺
洞门破除施工工艺流程:先打探测孔→注桨止水→破除洞门钻孔桩外半圆混凝土保护层→割除钻孔桩外半圆钢筋→破除钻孔桩心内素混凝土→用盾构机刀盘旋转切割破裂剩余桩身混凝土→等待盾构机刀盘露出后割除剩余钻孔桩钢筋→拆除脚手架,清理场地。
施工方法
洞门破除施工流程打孔探水→注桨止水→无水→破除桩保护层混凝土。
混凝土保护层破除用风镐将地下连续墙外侧的混凝土保护层破除,使连续墙外层的钢筋全部露出。
钢筋割除将露出的钢筋用气焊割除,割除钢筋时注意将洞门净空范围内所有钢筋全部割除,不得有残留的钢筋侵入洞门净空,影响盾构机出洞。
破除钻孔桩心素混凝土为保证洞门凿除施工的安全,先破除钻孔桩心素混凝土,凿除的顺序为从上往下。破除桩心时应使钻孔桩内侧的钢筋全部露出。
为保证凿除砼的施工安全,凿除顺序应采用从上往下的施工方法依次进行:A区→B区→C区→D区。如图4所示。
割除桩内层钢筋洞门桩心素混凝土破除完成后,等到盾构机刀盘旋转切割破裂剩余桩身混凝土完毕,盾构机刀盘露出后,确定割除桩内层钢筋的开始时间。将露出的钢筋用气焊割除,割除钢筋时注意将洞门净空范围内所有钢筋全部割除,不得有残留的钢筋侵入洞门净空,影响盾构机的出洞。钢筋割除的顺序为从下往上。
拆除脚手架,清理场地内层钢筋割除结束后,由质检工程师检查洞门凿除的质量,确认无残留的钢筋侵入洞门净空后,可进行脚手架拆除和场地的清理工作。场地清理必须将场地内的所有废碴、废料全部清理干净。
洞门凿除技术措施
洞门凿除范围内地质均有受水软化强度降低的特点,因此对于以凿除部分渗水或者漏水部位需要技术人员勤观察,必要时采取措施进行密封堵。
洞门的凿除作业必须在端头加固土体达到设计强度之后进行,以保证端头地层的稳定和施工的安全。
设专职安全员,全天候观察洞门情况,一旦发现异常情况,立即通知作业人员撤离,同时根据实际情况采取措施,防止发生意外。
严格按照技术交底进行组织施工,如果在施工有疑问请及时与工程部沟通,若发现异常,则及时通知工程部,保证施工的安全进行。
密封环施工方法、工艺及技术措施
洞门密封的安装
盾构机到达接收井前,在接收井洞门安装洞门密封装置,主要作用是对管片背后空隙充填的砂浆形成封堵,保证空隙充填效果。洞门密封装置见图5所示。
洞门密封的施工措施
为保证帘布橡胶板能紧贴盾壳或管片外弧面,具体施工步骤如下:
清除洞门圈预埋钢环上双头螺栓孔的碴土,并对其进行攻丝处理。并安装圆心水平线以上半圆范围内的双头螺栓,将下半圆范围内螺栓孔以棉纱堵塞,防止碴土进入螺栓孔内。
碴土清理完后,安装下半圆双头螺栓,并安装防水装置。防水装置安装顺序为:帘布橡胶板→折页板→四方垫块→螺母。需特别注意帘布橡胶板方向:须将帘布橡胶板内圈棱朝洞门外,亦即要使帘布橡胶板平面接触盾壳或管片。在帘布橡胶板背面(即朝掘进方向面)涂一层黄油,避免刀具磨损帘布橡胶板。
在最后一环管片拼装完成后,拉紧洞门临时密封装置,使帘布橡胶板与管片外弧面密贴,通过管片注浆孔对洞门圈进行注浆填充。注浆的过程中要密切关注洞门的情况,一旦发现有漏浆的现象应立即停止注浆并进行封堵处理。确保洞口注浆密实,洞门圈密封严密。
盾构机到达掘进注意事项
在贯通之前,测量组要做好接收台和导轨的定位工作。在贯通前的掘进中,值班人员要及时对洞门情况进行监控,发现异常及时通知掘进人员,保证施工安全。在区间隧道后10环管片螺栓上焊接角钢,防止在盾构上接收台过程中管片破损。值班工程师在最后几环的管片选型方面多加注意,防止错台现象的发生。在洞门凿除过程中,值班工程师一定要对掌子面情况进行不间断的评估,保证施工安全。洞门凿除后要在最短时间内恢复掘进,减短地层的暴露时间。
盾构机接收施工
施工总体方案
作业范围盾构机接收施工是指盾构机刀盘抵达洞门处开始,至盾构机盾尾完全脱出洞门,移动至接收架上截至的作业。
主要工作盾构机接收施工的主要工作内容包括:接收基座的安装与固定、洞门密封的安装、盾构接收段推进与管片安装、管片背部空隙充填及洞口段管片固定。
施工方法在盾构机接收施工开始前,做好盾构机接收基座安装、洞门密封安装等准备工作。接收基座的安装应加强测量,确保盾构机准确接收。在盾构机贯通开挖面前安装洞门密封,保证注浆堵水效果。
接收完成后要对接收段管片背部进行2次补充注浆。接收前20环要采取辅助措施加强管片环间连接,以防盾构机掘进推力的减少引起环间松动造成漏水。
施工作业流程
盾构接收施工作业流程如图6所示。
主要技术要点与措施
接收基座的安装接收基座在准确测量定位后安装。其中心轴线应与盾构机进接收井的轴线一致,同时还要兼顾隧洞设计轴线。接收基座的轨面标高应适应盾构机姿态,为保证盾构刀盘贯通后拼装管片有足够的反力,可考虑将接收基座的轨面坡度适当加大。接收基座定位放置后,采用25#的工字钢对接收基座前方和两侧进行加固,防止盾构机推上接收基座的过程中,接收基座移位造成盾构接收失败。
在接收基座安装固定后,盾构机可慢速推上接收基座。在推进通过洞门临时密封装置时,为防止盾构机刀盘和刀具损坏帘布橡胶板,在刀盘外圈和刀具上涂抹黄油。
盾构机在接收基座上推进时,每向前推进2环拉紧一次洞门临时密封装置,并通过同步注浆系统注入水泥砂浆填充管片外环形间隙,必要时通过二次注浆孔注入双液浆,保证管片姿态正确。
洞门密封的调整当盾构机前体盾壳被推出洞门时调整压板使其尽量压紧帘布橡胶板,以防止泥土及浆液漏出。在最后一环管片拼装完成后,对洞门圈进行注浆填充。注浆的过程中要密切关注洞门的情况,一旦发现有漏浆的现象应立即停止注浆并进行处理。
在盾构机接收过程中,采取措施加强管片环间连接,在区间隧道后20环管片及时进行二次注浆,采用双液浆的形式,同时螺栓上焊接角钢,防止在盾构上接收台过程中管片破损和防止盾构掘进推力的减少引起环间松动而影响密封防水效果。
盾构机拆卸与转场
盾构机拆卸前的准备工作
盾构机掘进到站后进行拆卸工作,拆卸前须出详细的盾构机拆卸方案,准备盾构机拆卸场地与拆卸吊装设备、拆机设备。拆卸场地风、水、电等工作的准备到位。盾构机械构件部分、液压部分、电气部分标识。
盾构机拆卸
盾构拆卸吊装设备采用1台350t履带起重机和1台160t汽车起重机用于吊装拆卸。盾构机拆卸分两部分,先进行主机部分的吊装拆除,后配套上管线拆除与主机拆除可同步进行。再进行后配套拖车的拆除工作,拖车拆除按从前到后依次拆除(G1～G7)。盾构机拆卸示意如图7。
盾构机转场
盾构机进行拆卸同时进行对盾构机部件转场维修。盾构部件运输采用六轴平板车托运至指定场地。
拆卸技术措施
盾构拆卸前必须制定详细的拆卸方案与计划,同时组织有经验的经过技术培训的人员组成拆卸班组。履带起重机工作区应铺设钢板,防止地层不均匀沉陷。大件组装时应对车站端头墙进行严密的观测,掌握其变形与受力状态。大件吊装时必须有160t的汽车起重机辅助翻转。拆卸前必须对所有的管线接口进行标识(机、液、电)。所有管线接头必须做好相应的密封和保护,特别是液压系统管路、传感器接口等。盾构机主机吊耳的布置必须使吊装时的受力平衡,吊耳的焊接必须由专业技术工人操作,同时必须有专业技术人员进行检查监督。
拆卸运输安全保证措施
起运前安全检查措施:所有参加运输的车辆及工作人员,必须严格执行各项运输的安全法规和条例,严格执行企业内部的各项管理制度,强调规范作业、规范管理。明确各岗位安全责任。所有参加运输的车辆及工作人员应指定其安全生产负责人。所有参运人员特别是行车及装卸指挥人员,必须具有丰富的实践操作经验,必须审核批准后,方能上岗。
由于设备大部分部件超宽超重,运行途中要做好排障护送工作,不碰不擦,保障运输正常进行。最高行驶速度不大于40km/h。道路不平路段行驶速度不大于5km/h,通过各种障碍时行驶速度不大于3km/h,通过急弯时行驶速度不大于3km/h。
启动前对车辆技术状况、货物捆扎加固情况等进行全面检查,无误后,才下达启动命令。在设备运输途中临时停车,必须选择道路坚实平整,路面宽阔,视线良好的地段停放,并设置警戒线,警示标志,并由专人守护。
盾构法地铁隧道施工关键技术研究 篇10
武汉地铁四号线一期工程包含两站及两个相应区间,工程如下:洪周区间～周家大湾站～周青区间～青鱼嘴站。在两个地铁车站青鱼嘴站及周家大湾站均采用明挖法施工,而相应的两个区间则采用盾构的方法施工。本文以周青区间为例,阐述此工程在盾构施工时要解决的主要问题:要注意的关键技术。
1 工程概述
1.1 工程基本情况
周青区间设计范围为:右DK18+459.269～右DK19+543.609(左DK18+459.269～左DK19+543.609),区间左线线路长度为1 087.783 m(含长链3.443 m),右线线路长度为1 084.41(含长链0.070)m。在右DK18+953.441的里程处设置一联络通道兼排水泵站。盾构机从青鱼嘴站南端始发,过周家大湾站后到达洪山广场站,最后从洪山广场站吊出。具体施工如图1所示。
1.2 工程地质、水文地质条件及地震基本烈度
1.2.1 工程地质
拟建场地地形平坦,地势起伏不大,坡降较缓,地面高程一般在27.15～32.15 m之间,拟建场地地貌单元属长江Ⅲ级阶地,拟建场地属Ⅱ类,部分场地(钻孔FJc2—Ⅲ09—006,右线DK17+700附近)为Ⅲ类。根据详勘地质报告,场地地基土一部分为(7—2)层含角砾粉质黏土,一部分为(16—3)层石灰岩、(19—1)层强风化石英砂岩、(19—2)中风化石英砂岩、(7—2)层含角砾粉质黏土、一部分为(7—1)层黏土。
1.2.2 工程的水文地质分析
本标段场区的地下水按赋存条件,可分为上部滞水、潜水、孔隙承压水和基岩裂隙水。上部滞水水位埋深较浅,平均1.0 m,潜水主要分布于临沙湖一带浅部粉土、粉砂层中,平均深埋水位为1.2 m,上部滞水和潜水主要接受地表水及大气降水补给,在圆砾土及卵石粗砂层为弱承压水,上部的老黏性土为含水层,底板为基岩结构。地下水水量较大,整个工程为弱承压性。
1.2.3 工程的地质构造及其地震烈度
结构按6级抗震设防烈度和六级人防抗力验算,并在结构设计时按7级抗震设防烈度采取相应的构造处理措施,以提高结构的抗震能力。
如上所述,拟建的武汉地铁周青区间,工程地质为软土及沙砾这些复杂地基,地下水含量大,且地面建筑物多,地上环境复杂,因此施工的难度大,安全系数要求高[1],在施工中要特别掌握好盾构推力等相关参数[2],做好管背同步注浆管理,同时还要做好隧道通风、循环水、照明和洞内管线的布置,还有要对工程施工进行有效监测,其中正确设置盾构参数确保始发稳定掘进,还有管背同步注浆及二次注浆管理是此次盾构施工中的关键所在。
2 正确设置盾构参数确保始发稳定掘进
盾构机在始发时要保证平稳掘进,要确保在黏土层中的掘进推力、盾构的荷载都在要求的标准之内,同时根据工程具体地质,确定正确的盾构参数,这样才能够使盾构机在始发时保持良好的状态,平稳掘进。计算时除了盾构相关的参数,还要根据埋深和土质按照水土合算方法计算理论土仓压力,再结合我公司在同类地层施工的经验制订土仓压力,同时施工中还要进行地表变形的监测[3],对土仓压力进行微调,来设定土仓内的平衡土压值。
计算时,一定要将上述的压力及阻力情况考虑周全,将全部压力、阻力都计算在内[4]。这样才能够确保盾构参数的正确性,保证盾构机能够在始发时平稳掘进。
2.1 盾构荷载计算
根据图2所画的荷载计算简图来计算松动圈土压。
将具体的覆土厚度按20 m这个标准值来计算,计算结果如下所示:
①Pe1=(γ-10)H0=(23-10)×20=260 kPa,
②Pe2=Pe1-60=200 kPa,
③qe1=pe1λ=162×0.2=32.4 kPa
④qe2=(γ-10)×(20+6.25)λ=13×26.25×0.2=68.25 kPa
⑤pg=G/(D0L)=320×10/(6.25×8.16)=
62.75 kPa
⑥qfe1=qe1,
⑦qfe2=qe2,
⑧qfw1=180 kPa,
⑨qfw2=242 kPa。
其中:计算中应用的土参数如下:
Γ—软土层的土容重;
K—土层的静侧压力系数。
计算中应用的盾构机参数如下;
D—盾构的外径;
L—盾构长度;
Λ—为水平侧压力系数;
G—为盾构机重量;
Pe1—竖直土压;
Pe2—竖直抗力土压;
Pg—自重反压;
qe1—盾构顶部水平土压;
qe2—盾构底部水平土压。
2.2 盾构机总推力计算
2.2.1 盾构机外壳与土的摩擦力(F1)计算
7 693.7 kN。
μ:为土钢间摩擦系数。
2.2.2 盾构推进阻力的计算(正面阻力F2)
8 013.3 kN。
2.2.3 由滚刀挤压产生的阻力(F3)计算
F3=prn=250×35=8 750 kN。
n—滚刀数量按正面有35把计算。
2.2.4 管片与盾尾的密封阻力(F4)
F4=MCWS=0.3×2×3.141 6/4×(6×6-5.4×5.4)×1.5×2.5×9.8=118.5 kN。
MC—管件与钢板刷之间的摩擦阻力,取0.3;
WS—压在盾尾内部2环管片的自重。
2.2.5 后方台车牵引过程中的阻力(F5)计算
F5μ2G1=0.15×2 000=300 kN。
所需最大推力
Fmax=F1+F2+F3+F4+F5=7 693.7+8 013.3+8 750+118.5+300=24 875.5 kN。
安全系数
αF/Fmax=34 210/24 875.5=1.37。
结论:通过上面的分项计算得出推力安全系数为1.37,能够满足安全掘进的需要。
同时在盾构施工中要根据工程的进展情况,进行纠偏工作,在实际盾构施工中,盾构的总推力往往比计算值要大,通常为计算值的1.5倍。由此计算得出此段工程中,掘进阶段盾构的主要技术参数如表1所示。
只有这样考虑各方面的综合因素,按照盾构的推力等主要参数指标,小心控制挖掘的速度,才能够保证初始挖掘地面的稳定性,才能够为盾构挖掘打下坚实的基础。
3 管背同步注浆及二次注浆管理
3.1 同步注浆管理
在盾构施工中,由于盾构机在掘进过程中会使隧道周围的土层受到震动破坏,发生松软,地下水会趁机渗入,这些是导致盾构隧道出现管线沉降的重要原因[5]。一旦沉陷会给人们的生命财产带来不可估量的后果。因此要避免这种沉降及沉陷的发生,就要及时在盾构的过程中,进行管背的同步注浆及二次注浆,用足量的浆液将盾尾的建筑空隙充填好。
盾构的同步注浆在盾构掘进的同时同步进行,由盾构机上的同步注浆系统采用双泵四管的方法,通过盾尾的注浆管完成注浆过程。同步注浆的材料按照表2配比严格执行。
3.2 浆液性能控制
二次注浆是对同步注浆的进一步补充及加强,能够对管片周围的地层起到很好的充填及加固作用,确保隧道的安全。主要用于管片与周围岩壁空隙充填密实性不足,不能满足施工安全的情况下进行,所以在注浆时对浆液的性能要求严格,一般用水泥-水玻璃双液浆来二次的补强注浆,严格按照科学的配比要求操作,这样才能够使管片与岩壁填充得更加密实,保证不会有渗水及沉降等危险发生。双液浆的初步配比见表3所示,要使所配比的浆液性能达到表4的要求。
注:水泥一般用P52.5#普通的硅酸盐水泥。
3.3 注浆压力及注浆量的计算
3.3.1 注浆压力
盾构施工中是通过向管片背部的建筑空隙填充足够浆液来完成同步注浆过程的。在此过程中注浆压力需要克服相应压力才能顺利将浆液填充到空隙中,完成注浆过程,这些压力主要包括有地下水压力、土压力还有管阻的摩擦力等。注浆填充过程中注浆压力一定要严格控制,不能太大,不然会使周围土层发生劈裂,引起塌陷。所以注浆时只有掌握适合的压力,才能将浆液遍及管片外侧。
我们可以用理论分析的方法来预计算注浆中理想的注浆压力。理论上下临界的注浆压力PJx必须能够确保土块BCEF能足够稳定,没有下榻的危险;上临界的PJs必须要能够确保整个土块ABCDEF的稳定性能,保证其不会发生隆起。因此理想的PJn就在上述的范围之内。所以只要将实际土体A,BCD,EF上下两个临界的PJ值,分别乘以及除以一个安全系数(n=1.5～2.5),就是最佳的土体塌落范围,也就是相对最准确的PJn值。
按照静力学分析:
同时还要考虑沿程管路的阻力损失:
所以我们需要的理想注浆压力就是:Pj=P
根据以上公式分析得,对武汉地铁周青区间,在取Cu=16 kPa, H=11. 0 m, φ=0时,得到:n=2.18,P
从上述分析可知,计算的注浆压力与国外研究成果是吻合的,能够确保安全施工。在上述的施工过程中,根据周青区间的具体情况,在盾构施工中,同步注浆的压力还要确保大于该点的静止水压及土压力之和,我们取1.1～1.2倍的静止土压力作为盾构施工时的注浆压力。在此次施工中我们将同步注浆压力控制在0.1～0.4 MPa,二次注浆压力为0.2～0.6 MPa。这样的注浆压力根据计算及安全试验是符合施工要求的。这样的注浆压力不会产生跑浆也不会发生隆起的问题。
3.3.2 注浆量
除了注浆的压力,对注浆量也有严格的标准,要通过科学的计算,掌握适当的注浆量。在计算的时候要根据工程注浆的材料及管片与岩壁的空隙大小还有盾构的管片及刀盘的直径科学计算注浆量。计算的时候还要考虑到施工过程的地质情况及纠偏等因素。一般实际的注浆量为理论注浆量的1.3～1.8倍,在实际施工中还要根据对地面变形的观测情况及时进行调节。注浆量的计算公式如下所示:
Q=Vλ。
式中:
Q—注入量(m3);
λ—注浆率(取1.3～1.8,根据实际工程的地质情况而定,在曲线地段和沙性地层施工时要取较大值);
V—盾尾建筑空隙(m3);
V=π(D2-d2)L/4。
式中:
D—盾构切削土体直径(即为刀盘直径6.28 m);
d—管片外径(6.0 m)。
本标段盾构区间:
L—管片宽度(1.5 m)。
V=π[(6.282-6.02)×1.5]÷4=4.5 m3。
则: Q=5.85～8.1 m3/环(系数考虑1.3～1.8)。
根据上述的计算,同步注浆的拟定压力为0.26～0.3 MPa(2.6～3 bar),初拟方量为6 m3,在施工中,还要根据试验掘进阶段成果及后续实际施工情况及时修正注浆量。
同时在做好上述工作的同时,还要对隧道内通风、循环水、照明和洞内管线做合理的布置,同时做好安全监测工作[6],这样才能够保证周青区间工程按时按质按量完成,让人们放心使用。
4 总结
武汉地铁站周青区间的盾构施工,正是在综合考虑了地面的建筑及交通状况,还有其本身软弱土掺杂沙砾的具体土文情况,在应用盾构法施工时,注意盾构推力等盾构参数的计算,保证初始掘进中地面的稳定性,同时做好管背注浆及二次注浆的控制,注重注浆的压力及注浆量的把握,同时做好隧道通风、循环水、照明和洞内管线布置的处理,在强有力的监测手段的控制下才使工程能够达到安全要求,满足应用需求。在此将这些经验与大家一同分享,以期对类似工程提供一些可以借鉴的经验。
参考文献
[1]王文军.盾构法隧道施工穿越淤泥质软土地层控制沉降技术探讨.价值工程,2010;(25):108—108
[2]周明斌.深基坑开挖方法的探讨.中国住宅设施,2009;(06):62—63
[3]何成滔,王耀.天津地铁3号线盾构法施工技术.中国铁路,2010;(07):71—74
[4]雒红卫.复杂砂砾地层开敞式盾构的设计.建筑机械化,2010;(01):72—73
[5]冯宝新,王解先.盾构姿态测量方法.公路隧道,2011;(01):66—68
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