土压平衡盾构始发掘进施工技术
2010-12-08 23:49
土压平衡盾构始发掘进施工技术
【摘 要】结合沈阳市地铁一号线云沈(云峰北街站—沈阳站)盾构区间土压平衡盾构始发掘进施工技术,介绍了土压平衡盾构始发的技术要点,并归纳总结了盾构始发掘进常见问题的对策和预防措施,同时提出了新的想法和建议。
【关键词】盾构,始发掘进,施工技术
随着社会的发展、人类的进步、经济的繁荣,地铁施工技术也在朝着更科技、更人性化的方向发展。在综合国力增强的同时,盾构法越来越多地被国内地铁界所接受,目前我国各大地铁修建城市都在采用这种方法施工。盾构始发掘进施工技术是盾构法施工的一大关键环节,也是盾构法施工隧道的难点之一,始发掘进的成败将直接影响到施工的质量、进度、安全、工期以及经济效益。本文结合沈阳地铁盾构法施工,重点介绍了土压平衡盾构始发及小半径曲线段试掘进的施工技术。
1、工程概况
云—沈盾构区间起止里程DK10+573.295~DK11+961.050(双线),线间距13 m~25.66 m。隧道结构为单层拼装式钢筋混凝土预制管片,断面为圆形,管片外径6 000 mm、内径5 400 mm、厚度300 mm、环宽1 200 mm,每环分6块,管片间以24 mm弯螺栓相连接。线路最小平曲线半径为300 m,纵向呈“V”形坡,最大纵坡25‰。
隧道埋深11.08 m~22.42 m,地面标高介于41.18 m~45.59 m之间,隧道穿越的土层主要为中粗砂、砾砂,局部有粉质黏土及圆砾夹层。稳定水位埋深8.4 m左右。
2、盾构机简介
本区间采用沈重集团(与德国威尔特合作)直径6 280 mm土压平衡盾构机,主机长度9.62 m,最小转弯半径为250 m。刀盘形式为6辐条+6面板式结构,开口率为32%,其中先行撕裂刀45把、标准刮刀86把、周边刮刀12把、刀盘外缘保护刀11把、超挖刀1把,超挖量65 mm。
3、盾构始发施工技术
3.1 始发端头地层加固
地层加固处理一般采取搅拌桩、旋喷桩、注浆、SMW工法等,根据该始发端头地质情况,采取了旋喷桩加固方案。加固长度为7 m,宽度为12 m。加固土体剖面为圆环状,内外径分别为3.2 m和6.0 m,如图1所示。
3.2 安装盾构始发基座
依据隧道设计轴线定出盾构始发姿态空间位置,然后反推出始发基座的空间位置。由于始发基座在盾构始发时要承受纵向、横向的推力以及抵抗盾构旋转的扭矩,所以在盾构始发之前,必须对始发基座两侧进行必要的加固,同时实际施工中为了防止地表沉降和刀盘下沉的影响,通常把始发基座理论标高适当上抬,本工程标高上抬20 mm。
3.3 盾构机组装及空载调试
本工程盾构机组装采用整机一次组装完成后再调试始发的方式进行。在始发盾构组装时,直接将盾构机分段吊放在盾构始发井底的始发基座上组装调试,组装顺序为:拖车(六节)下井后移→连接桥(两节)下井后移→主机下井组装→与连接桥、拖车连接→连接其他部件。
盾构机组装连接完毕后,即可进行空载调试,空载调试的目的主要是检查设备是否能正常运转,主要调试内容为:液压系统、润滑系统、冷却系统、配电系统、注浆系统以及各种仪表的校正。
3.4 安装反力架与负环支撑
在综合考虑隧道轴线、地铁车站的结构布局、管片位置以及盾构本身因素的基础上确定出反力架的位置。
盾构机掘进时的反力通过负环管片、反力架及钢支撑传至车站底板结构,各支撑应满足盾构机掘进推力的要求。同时反力架与车站结构连接部位的间隙要垫实,以保证反力架脚板有足够的抗压强度。
负环管片支撑于底部的三角支撑。三角支撑坐落在始发基座基础上并用螺栓与始发基座连接。三角支撑上部两侧用型钢支撑负环管片,其空隙用木楔垫实。为防止管片位移,将管片连接螺栓焊接在支撑型钢上。反力设施与负环、盾构机关系图见图2。
3.5 洞门密封橡胶板安装
安装前对帘布橡胶的整体性、硬度、老化程度和圆环板的成圆螺栓孔位进行检查,并提前加工好帘布橡胶的螺栓孔。然后将洞门预埋件的螺栓孔清理干净,最后按照帘布橡胶板、圆环板、固定板的顺序进行安装。盾构机进入预留洞门前,在外围刀盘和帘布橡胶板外侧涂润滑油,以免盾构机外围刀盘刮破帘布橡胶板影响密封效果。
3.6 拼装负环管片
负环管片包括负环混凝土管片和负环反力垫板,负环反力垫板为20 mm厚,内径为5 400 mm,外径为6 000 mm的钢制圆环。负环反力垫板主要起连接负环混凝土管片和反力架的作用。
盾构始发采用整环始发,盾构机空载调试完成后,开始进行负环管片的拼装,先在盾构机内按顺序将负环管片拼装成整环,用螺栓连接固定。然后,用推进千斤顶缓慢推出盾尾顶在反力架上,与反力架固定在一起。之后每拼一环都由千斤顶推出盾尾,及时垫实管片与导轨之间的间隙,直至盾构处于进洞前指定位置。
3.7 洞门凿除
混凝土的凿除应分块分层破除,破除顺序为从左至右、从下而上破除。整个凿除施工一般分两次进行,第一次先将2/3围护结构凿除,保留最后一层钢筋,等盾构机接近土体时再进行割除。
凿除采用人工手持风镐破除方式,保证凿出盾构机通过范围所有的钢筋。凿除所有封堵混凝土并割除钢筋后,快速清除所有凿下的混凝土,尽快前移盾构机抵拢工作面,减少加固土体暴露的时间。
3.8 洞口注浆
待盾尾完全进入洞体后,做好洞口密封,然后开始洞口注浆。浆液要求顺利注入,而且要有早期强度,注浆压力控制在0.3 MPa左右。注浆过程中随时注意洞口密封压板的情况,一旦发生崩裂,及时进行补焊。
4、常见问题预防或处理
4.1 掘进断面内遗留钻杆
在始发端头采用旋喷桩加固时,由于某种原因致使旋喷钻杆遗留地层影响盾构机掘进。要准确标注钻杆具体位置,在盾构掘进前采取开仓或地面挖孔等相应措施取出,避免钻杆作用盾构刀盘,出现停机故障。
4.2 盾构机“叩头”
在刀盘切入端墙过程中,因盾构机自重等原因,容易出现“叩头”现象。通常采用推进前抬高盾构机的始发姿态,合理安装始发导轨,推进过程中加强盾构姿态控制,利用调整推进油缸的编组进行纠偏等措施,尽量避免“叩头”或减小“叩头”的影响。
4.3 盾构纠偏
当盾构机姿态不正,偏离中心线超出允许范围时,应及时纠正,但操作不能过急,要缓慢圆滑调整,推力分配偏差不能过大,适当使用铰接,让盾构机的姿态缓慢靠近中心线,避免急于纠偏使管片局部受力过大造成破裂。
4.4 盾尾渗漏
在盾构试掘进过程中,盾尾通常会出现不同程度渗漏油脂和同步注浆浆液现象,主要从盾构姿态、管片拼装、注脂注浆压力、盾尾密封等方面进行调整控制。
5、建议
5.1 尝试使用通用型管片
通用型管片仅采用一种类型楔形衬砌环,可以360°旋转,管片拼装简单化,易于盾构推进时的纠偏,同时由于它只需一种管片类型,可降低管模成本,提高生产效率。
5.2 尝试盾构半环始发、整环通缝拼装始发
盾构始发一般采用整环始发,在始发拼装及试掘进完成拆除负环管片时较为费时,若充分论证其安全可行性后采取半环始发,仅拼装下半圆管片,可大大缩短负环拼装和拆除的时间。另外,采用整环通缝拼装也可缩短负环拼装和拆除的时间。
5.3 充分利用降水井降水
为确保盾构安全顺利进洞,采用降水与端头地层加固的“双保险”施工方法,充分利用车站原有及新打降水井进行降水。针对具体地质情况,可将增加降水井数量与适当缩短端头地层加固长度有机结合,在确保安全施工的前提下,减少经济投入。
5.4 尝试将玻璃纤维材料用于洞门围护
玻璃纤维是一种抗拉性与钢筋相当的脆性材料,将它用于洞门的围护结构,盾构在始发掘进时,可直接切削玻璃纤维材料进洞。免除了传统洞门凿除的工序,不仅施工更加安全,而且大大缩短了开洞的时间。
6、结语
土压平衡盾构的始发掘进阶段是机械融入土建施工的磨合期,施工中总会存在一些不定因素的影响,给盾构施工带来预想不到的风险。因此,要求我们在盾构始发掘进施工中严格把关每一道工序,处理好每一个关键环节,同时在吸取传统工法精华的基础上,以科技作后盾大胆创新,努力开创盾构法施工的新天地。
参考文献:
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