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学术前沿

盾构法在城市地铁特殊地段的施工研究

发布日期:2016-01-11 18:47

盾构法在城市地铁特殊地段的施工研究
 
 :就城市地铁在建设过程中盾构法施工技术特点进行分析 ,尤其是对地铁的特殊地段的情况进行分析 ,得出在特殊路段使用盾构法施工时所采取的技术对策,得到实际的检验,可以对实际工程提供借鉴作用。
关键词: 盾构法;城市地铁;特殊地段;偏差
 
      城市地铁的建设是一个长期的过程,根据城市的经济情况和交通能力分期建设,随着科技的发展 ,不同时代有不同的施工方法。 目前在世界上主要有明挖法(含盖挖法等变化形式)、新奥法 (NATM)和盾构法三大施工方法以及各种辅助工法。 盾构法是现阶段在软弱地层中修建地铁和交通隧道以及各种用途管道的最先进的施工方法之一。
 
1盾构隧道施工技术的特点
      1)对城市的正常功能及周围环境的影响很小 。 除盾构竖井处需要一定的施工场地以外,隧道沿线不需要施工场地 ,无需进行拆迁,对城市的商业、交通、住居影响很小。可以在深部穿越地上建筑物、河流,在地下穿过各种埋设物和己有隧道而不对其产生不良影响。施工一般不需要采取地下水降水等措施,也无噪声、振动等施工污染。
      2)盾构机是根据施工隧道的特点和地基情况进行设计 、制造或改造的:盾构机必须根据施工隧道的断面大小 、埋深条件、地基围岩的基本条件进行设计、制造或改造,所以是适合于某一区间的专用设备。 当将盾构机专用于其它区段或其它隧道时,必须考虑断面大小 、开挖面稳定机理 、围岩粒径大小等基本条件是否相同,有差异时要进行改造。
      3)对施工精度的要求高。 区别于一般的土木工程,盾构施工对精度的要求非常之高。 管片的制作精度几乎近似于机械制造的精度。 由于断面不能随意调整,对隧道轴线的偏离、管片拼装精度也有很高的要求。
      4)盾构法施工不能后退 。 盾构施工一但开始就无法后退。由于管片外径小于盾构外径,如要后退必须拆除已拼装的管片,这是非常危险的。另外盾构后退也会引起的开控面失稳、盾尾止水带损坏等一系列的问题。所以,盾构施工的前期工作是非常重要的,一旦遇到障碍物或刀头磨损等问题只能通过实施辅助施工措施后,打开隔板上设置的出入孔进入压力舱进行处理。
      5)盾构法施工不足主要表现为施工设备费用较高 。 覆土浅时,地表沉降较难控制,用于施作小曲率半径(R<ZOD) 隧道时掘进较困难等。尤其在施工工程中出现特殊地段,其施工控制难度更大,本论文就是对该内容进行分析 ,得到一些对实际工程有价值的结论。
 
2特殊地段的归类
      1)盾构穿越重要地下管网。
      2)盾构在高层建筑物下桩基中穿越。
      3)盾构穿越刚建成的地下立交。
      4)盾构穿越已建或同期建设的隧道。
      5)盾构在浅覆土下进、出洞与推进施工。
      6)盾构穿越河床。
      7)盾构穿越软硬不均地段等。
 
3针对以上特殊地段,在采用盾构法修建时,所采取的施工对策
      1)在详细调查地质和周围环境的基础上 ,确定盾构施工引起变形的控制指标。 地铁盾构施工在环境保护方面,一般要求地表隆起及沉降控制在10~30 mm 之间。 鉴于一些构筑物及地下管线的重要性,这一指标就需相应的提高,如控制在5~10 mm 之间,这样就不会引起管线和其它建筑物的过大变形,从而影响其正常使用。其措施有实行同步注浆和二次饱压注浆等。
      2)控制隧道轴线,优化匹配施工参数。 盾构推进的纠偏量越小,则对土体的扰动越小,这样可以主动控制地表及构 、建筑物的变形。因此,控制好盾构推进的轴线,具有十分重要的意义。
      3)根据实际工况,采取必要的地基处理等技术手段。 对一些特殊地质或重要管线等构、建筑物下的软弱地层采取必要的地基处理措施,改善地质条件,能减少盾构推进造成的土体推动,为盾构施工创造有利条件的。 但这些地基处理措施的采用,必须结合实际工况,因地制宜,如垂直注浆、二次注浆,可通过在前期施工中对建筑预先进行加固处理来改善后构穿越时的地质条件。
      4)加强隧道及周围环境的监测,即信息化施工。 盾构信息化施工的成效很大程度上取决于隧道及其周围环境监测是否准确、及时,可采用地面沉降观测、分层沉降观测以及隧道内变形收敛观测等。
      5)盾构穿越河床时 ,应采取备用保压泵渣装置 ,穿越前换刀具和维修保养,向工作面添加泡沫来增加流动性和防水性,盾尾油脂采用自动控制注入系统操作 ,确保盾尾油脂密封压力不低于3 bar,保证盾尾密封的防渗漏效果,并在掘进中记录密封压力。必要时,在过江隧道管片外弧侧粘贴海绵条以增强盾尾防水效果。 盾构通过江底段掘进时,适当调整同步注浆浆液配比,缩短浆液凝胶时间,必要时可通过管片预留注浆孔及时进行二次双液注浆。 若盾尾发生漏水,则在盾尾漏水部位集中压注盾尾油脂,并在距离盾尾 3 环管片的位置压注聚氨酷进行堵水。
      6)软硬不均地段盾构掘进时 ,可能出现盾构机滚动 、偏移、上浮及管片位移等不利因素。 故施工中应采取:通过对复合式盾构机滚刀、齿刀互换组合不同的刀具配置形式,来满足软硬不均地层;根据地质勘察资料及所收集的掘进参数 ,选择合理的掘进参数、掘进模式进行施工 ;对应于围岩软硬部位控制盾构机各组油缸推力,采用硬岩区油缸推力大于软岩区油缸推力进行试推,同时测量相应的偏转量 ,以调整推进油缸的油压差,直到效果最佳。 针对软硬地层差异调节同步注浆对应的注浆压力,使管片获得平衡的支撑 ,防止管片位移变形:加强人工测量,检核 SLS 一 T 激光自动导向系统 ,盾构机姿态控制及隧道线型控制,使盾构机轴线、管片成型轴线偏差控制在隧道设计轴线允许偏差范围内。
      7)盾构穿越桩基时 ,完成桩基托换并断桩后 ,盾构可直接切桩通过。 切桩施工将给盾构施工带来以下影响:盾构机切割混凝土将增加刀具的磨损;桩基位于开挖面一侧时,将会山于桩基与周围地层强度差异人导致盾构机的方向不易控制;切割下来的混凝土可能堵塞刀盘开口或螺旋输送机,影响进土和排土;切削桩体的振动可能对建筑物产生扰动。
      为保证盾构施工安全和建筑物安全,在切割桩基时采取如下措施:盾构通过前 ,必须查清每根桩与隧道的相对位置关系及每根桩侵入隧道的长度、直径,桩的结构形式、桩身硅强度;切削桩基时,降低掘进速度和推力 ,推进速度控制在5~10 mm/min,以利于控制盾构机的方向 ,有助于将混凝土切削成小块,减小堵塞的机会;盾构掘进到该里程时如果出现刀盘扭矩较小、推力较大、速度降低等现象,切时必须停机进行人工清理或凿除;在进行桩基处理时必须在有压状态下进行;必要时对隧道洞身周围的土体进行加固 ,确保地表及建筑物安全,保证盾构施工的顺利进行;加强对建筑物及地表的监测,及时把监测数据反馈到盾构施工现场指导盾构掘进,确保盾构万无一失通过桩基。
 
4结论
      在进行特殊断面盾构施工时,除充分考虑断面形状特性而采用特殊的盾构机械以外,还需不断掌握工程的实际走势,在掘进时需一直注意盾构机的运行情况。管片的组装考虑到断面形状,应对其分割数、组装顺序、组装精度进行周密计划,即使管片可正确组装,也需严格管理和控制盾构姿势 。特别当盾构机发生偏离时,应及早使用超挖机构、修正千斤顶等进行修正。 盾构的尾部和出发、到达部的洞口封闭与圆形断面相比。防水比较困难需采取周密的措施以确保止水性,从而保证工程正常的运行。
 
参考文献:
[1] 陈计明.浅论隧道盾构施工离进站的技术措施[J].铁道标准设计,2002,9(24).
[2] 丁志诚,等.广州地铁隧道施工中盾构造型及盾构改进应用[J].岩石力学与工程学报,2002,12(9).
[3] 朱伟译.隧道标准规范(盾构篇)及解说[M].中国建筑工业出版社.