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富水圆砾地层盾构短套筒接收施工关键技术
发布日期:2018-12-18 15:55:16

吴     琼
( 中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司,  北京 101100)

 
摘    要: 富水圆砾地层因其含水量高、渗透系数大、化学注浆加固成形率差,增加了盾构接收进洞的施工难 度。  以南宁轨道交通 1 号线 10 标白苍岭 火车站站区间盾构接收进洞施工为例,运用“ 接长补短” 理念,创新 性地提出盾构短套筒接收施工工艺。  在洞门环板前端通过增加短套筒的方式延长盾构机接收长度,使盾构机 接收位置前移,盾构机在短套筒的保护下能够完全进入端头加固区,结合对盾构机主机尾部己脱出盾尾的管 片二次注浆封堵或者地面降水措施,保证在盾构机接收过程中端头加固体内部水系与外界处于隔离状态,确 保盾构机在接收过程中不发生涌水、涌砂,达到安全接收的目的。
关键词: 城市轨道交通; 圆砾地层; 盾构; 短套筒; 接收
中图分类号: U231      文献标志码: A    文章编号: 1672-  6073(2017)03-  0040 -04
 

Key TechnoIogy ofShortSIeeveShieIdReceptioninWater-richGraveIStratum
WUQiong

( BeiJingMetroEngineeringConstruction Co., Ltd., ChinaRai1way16th Bureau Group, BeiJing101100)

Abstract: Thewater-rich gravelstratum ischaracterized by high watercontent, largepermeability  coefficientand  poorrateof chemicalgrouting reinforcement, which increasesthedifficulty ofconstruction during thedepartureand reception ofshield.The authortakesshield reception between Baicangling and Nanning Railway Station asan  exampleand  putsforward  theinnovative construction technology forshortsleeveshield reception.In thefrontend oftheholering, theshortsleeveisinstalled to extend thelength oftheshield reception distance.Undertheprotection oftheshortsleeve, thewholeshield can becompletely putinto thereinforcementarea.By thegrouting atthetailoftheshield ortheengineering dewatering measures, thewatercan beisolated from theoutside, which can reducetherisk ofquicksand and watergush during theprocessofshield reception.
Keywords: urban railtransit; gravelsoil; shield; shortsleeve; reception
 

      盾构机接收是盾构施工过程中风险较大的环节, 为应对盾构接收风险,通常都需要对接收端头土体进 行加固处理,使端头土体强度与抗渗性满足设计要求。 端头加固方法有深层搅拌桩、高压旋喷桩、素混凝土地 下连续墙、冷冻加固、SMW 工法、注浆加固、复合处理 法等[1 5] 。  但上述端头加固工艺大多对场地条件要求 较高,而实际工程中常常因场地空间有限,管线拆迁困 难,地质条件恶劣等原因难以保证端头加固长度,使得 盾构机接收风险进一步增大。  因此,一种 既 能 降 低 工程造价,又能灵活改变端头加固长度的接收设备呼之 欲出。  近几年发展起来的钢套筒[6 10] ,在盾构接收方 面,虽然大大降低了施工风险,但是整个接收系统造价 非常高,并且接收过程的接收设备安装复杂, 过程繁 琐。  本文以南宁轨道交通 1 号线建设为背景,在既有 钢套筒接收技术的基础上发展短套筒接收工艺,并探 讨富水圆砾地层条件下的实施效果。


1  盾构短套筒接收原理及适用性分析
       短套筒接收方法是通过在洞门环板前端增加短套 筒和封板来延长盾构机接收长度,使盾构机接收位置 向前移,再结合套筒内灌注砂浆措施,大大降低盾构机 盾壳与接收套筒、端墙之间的间隙,有效阻挡外部水土的通过。
       采用短套筒接收,应用“ 接长补短” 的理念,在工作 井内外接密闭短套筒,弥补了盾构接收端头土体加固 长度不足的问题,极大地降低了盾构机接收时涌水涌 砂的风险。
       短套筒接收系统具有较强的适应性,在接收条件 受限的情况下,可根据盾构主机长度和端头加固长度 来选择加工长度合适的套筒,非常适合城市地铁、水利 泥水盾构、土压盾构接收,且整套系统可以重复利用。 同时在接收过程中,刀盘尽量贴近封板可以有效地减 少接收时产生的渣土。


2     盾构短套筒接收王艺及流程
2.1  施工流程

       施工工艺流程见图 1。

       1)  为保证盾尾完全进入加固体时,对脱出盾尾的 管片及时进行注浆封堵,盾构机在接收掘进过程中,需 运用盾构机的自动导向系统,精确地计算出刀盘及盾 尾密封刷所在位置,准确掌握盾构机停止位置和盾尾 注浆时机。
       2)  避免二次注浆浆液与盾体粘连,在进行二次注浆 前通过盾体的径向注浆孔向盾体外侧注入膨润土泥浆, 使泥浆包裹在盾体外侧形成泥膜,隔离盾体与注浆浆液。

       3)  盾尾完全进入加固体后,及时进行注浆封堵隔 绝外部水系;再对加固体内辅以降水措施,使加固体中的水位线低于开挖底面。
       4)  短套筒分 3 块组成,通过法兰螺栓连接成环,再安装到洞门预埋环形钢板上,接着安装短套筒前端的封板及支撑装置。
       5)  在洞门破除前向密闭短套筒内注满砂浆,保证 盾构处于良好的接收姿态。
       6)  盾构机破除洞门掘进至短套筒内,采用欠压开 挖模式能减小开挖仓内泥水对短套筒和封板的压力, 确保短套筒稳定性、安全性。
       7)  当盾构刀盘距短套筒封板为 30  mm时,通过封板上的观察孔,复核注浆封堵与降水效果。
       8)  拆除封板,继续推进至盾构机完全进洞,对最 后一环管片进行注浆封堵,封闭洞门,盾构机与接收短 套筒等装置解体吊出,完成接收。

 

2.2  工艺要点
2.2.1  施工准备

        如图 2 所示,在素吐墙施工缝外侧采用袖阀管注 浆加固,提高施工缝止水效果,同时在接收端头布置降 水井。

2.2.2  钢套筒及封板加工
       钢套筒及封板采用 Q235    A钢板加工制作,所有 焊缝均为连续焊缝,焊接要求按现行国家钢结构焊接 标准( GB50661 2011) 进行。  为保证焊缝质量和焊接 精度,钢套筒和封板在工厂加工,钢套筒环板外圆半径 为 3 400 mm,内圆半径为 3 246 mm,套筒环板连接螺栓 孔中心对应圆半径为 3  300  mm( 见图 3 ) 。  钢套筒分 为 3 块制作,每块角度为 120 °,注浆孔每 45 °设 一个, 支撑肋板每 15 °设置 1 道。  钢套筒用 3 对 6 块法兰连 接,每块法兰上设置 3  个 φ32  mm螺 栓孔, 用于螺栓 连接。

2.2.3  盾构钢套筒接收施工
       盾构机钢套筒接收现场施工顺序:破除洞门接收井一侧保护层、割除外层钢筋、在洞门预埋钢环上安装连接钢套筒螺栓,由下而上依次安装钢套筒、封板, 安装封板前方反力支撑、在垂直方向加固钢套筒,在 钢套筒周国安装注浆球阀、在顶部安装砂浆灌注导管 和排气阀,向套筒内灌注砂浆,盾构机掘进回填砂浆, 注浆封堵环形漏水通道,检验降水及封堵效果,封板 拆除。

 

3   盾构短套筒接收技术王程应用
       南宁轨道交通 1 号线 10 标广 白区间接收端为 富水强渗透性圆砾地层,根据施工设计图纸采用外包 素吐连续墙加袖阀管注浆的端头加固形式,由于客观 原因造成接收端头加固体长度不足,如果采用常规的 密封措施( 橡胶帘布加压板) 接收,接收风险非常大,并 且无法从根本上解决洞门涌水涌砂现象。  因此,本工 程打破常规,并结合现场实际情况,以“ 接长补短” 的指 导思路,开创性提出了密闭接收的方案,通过洞门外增 设密闭短套筒来达到泥水平衡盾构机在富水圆砾地层 中顺利接收的目的。  接收过程盾构姿态控制及欠压掘 进、套筒设计及受力分析、钢结构加工安装精度等均是 施工过程中的技术难题。


3.1  接收端工程概况
       盾构接收端为白苍岭站端头,地层从上到下主要有 素填土、教土、粉质教土、粉土、粉细砂、圆砾层。  接收洞 门主要处于④1 1 粉细砂层( 厚 1.5 ~2  m) 和⑤1 1 圆砾层( 厚 4 ~4.5  m) 中。
       地下水主要赋存于松散岩类的砂、砾含水层中,为 孔隙承压水,在砂、砾粒间隙呈分散状缓慢径流状,圆砾层 富水性强,渗透性强,属强透水层(达到 8.1 ×10 -4  mIs)。
       盾构接收端头上方有一根 DN1  400 mm给 水管( 混凝土承插管),是南宁市的主要供水管道, 埋深约1.6  m,处于盾构接收端头加固区域,为盾构接收过程控制的重点。
 

3.2  施工过程控制
3.2.1  外层钢筋割除

       洞门连续墙钢筋为玻璃纤维筋,分内外 2 层布设, 盾构在接收过程中需把外层钢筋割除,然后再安装洞 门钢套。


3.2.2  预埋钢环安装螺栓
       为了把钢套筒牢固地固定在洞门钢环上,在安装钢 套筒前先在钢环上安装高强螺栓,型号为 M30(8.8 级), 长度为 10  cm。


3.2.3  安装钢套筒
       钢套筒运至现场后,采用吊车吊装就位,底部1 块, 隧道两侧各 1  块, 调整位置后通过法兰螺栓连接, 见 图 4。

3.2.4  安装封板
       钢套筒安装完毕,封板安装同样采用吊车吊装就位,对准封板与套筒螺栓孔,连接螺栓。


3.2.5  反力支撑安装
       在反力支撑安装前,先在圆形封板上对称分布3 根 300  mm的工字钢,增大支撑点 的受力面积,将支撑力 有效分布到封板上。  通过模拟盾构掘进过程,确定刀 盘前方掌子面的受力分布情况,进而确定封板上反力 支撑的着力点。
 

3.2.6  阀体安装
       为了保证钢套筒内部填充的密实,预先在钢套筒 外侧安装注浆球阀,待砂浆回填完毕后通过注浆球阀 向套筒内压注水泥浆。  在砂浆灌注过程中,在灌注导 管旁边设置排气孔,确保填充的密实性。

 

3.2.7  砂浆灌注
       灌注前打开排气孔,关闭注浆球阀,待泵车、砂浆 运输车就位后,通过泵管灌注砂浆,砂浆为 M10 砂浆, 初凝时间为 12  h。

 

3.2.8  盾构机掘进填充砂浆段
       灌注砂浆达到初凝时间后,盾构机通过自带调压系统,调整开挖仓压力,降低仓内液面,进行欠压掘进。  由 于砂浆强度远大于地层土体强度,所以在掘进过程中要 严格控制掘进速度和总推力,速度为 2 ~5 mmImin、推力 要小于 6 500   N。
       根据预先计算的里程参数,当盾构机刀盘到达距 封板 10  cm处停机,再次降低开挖仓压力,使顶部压力 为零。  此时盾构机尾部已经过围蔽素吐墙,通过二次 注浆系统,压注双液水泥浆填充管片与素吐墙形成的 环形漏水通道。


3.2.9  封板拆除
       吊车就位后,由上至下依次拆除封板固定螺栓,吊 车吊装封板放在指定位置,安排人员剥除刀盘前方剩 余 3  cm的砂浆薄层,露出刀盘,完 成短套筒接收。  盾 构机在后续上托架的过程中,会扰动加固体土体,所以 随着盾体的移动,在管片脱出盾尾后要及时进行压注 水泥浆,保证管片外侧填充密实。
 

3.3  应用效果分析
       在广一白区间接收过程中,短套筒接收技术有效 克服了洞门涌水涌砂的风险,使得盾构机安全顺利进 人车站,完成接收任务( 见图 5),充分体现了此技术的 优越之处。  主要体现在:1) 延长了加固体,有效封堵了 盾构后方来水;2) 有效避免了因端头土体加固效果不 良带来的风险;3) 避免了人工凿除洞门的风险;4) 省去 安装导轨环节;5 ) 因为砂浆的充填, 盾构机慢速推进 时, 将 接 收 端 墙 和 砂
浆切 成 标 准 的 圆 形, 大幅减小端墙与盾构 机盾壳之间的间隙,有 效地阻挡了外部水土 的通过,在盾构破门直 到盾尾脱离管片期间,洞 门 周 圈 滴 水 不 漏;6)省去了安装洞门帘布和压板的环节。

4   结语
       本文主要介绍在盾构接收端头条件受限的情况下,采用短套筒接收施工工艺的原理及步骤。  在实际 的现场施工中,接收过程简单,钢套筒重复利用率高, 接收效果良好,刀盘在破除洞门时基本做到了滴水不 漏,有效增加了工程施工效率,大大降低了接收过程的 施工风险,显著提高了工程的经济效益。


收稿日期: 2017 02 22 修回日期: 2017 03 24
作者简介: 吴琼,女,本科,高级工程师,主要从事为城市轨道交通建 设工作,554000070@qq.com

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