盾构下穿车站铁路轨道群施工技术
2011-06-09 02:02
盾构下穿车站铁路轨道群施工技术
【摘 要】以沈阳市地铁一号线云沈区间土压平衡盾构下穿铁路轨道群工程为例,对施工中采取的技术措施进行了论述,着重介绍了盾构机掘进控制措施和地表沉降控制措施,从而为类似工程的施工提供了宝贵经验。
【关键词】盾构法,隧道,站场铁路,施工技术
1、概述
随着科学技术的发展,盾构法施工已广泛应用于隧道施工中,该工法具有施工进度快、安全系数高、成洞质量比较稳定、对周围建构筑物影响较小等特点,在城市地铁施工中也大多采用该工法。本文以沈阳地铁一号线云峰站—沈阳站站区间盾构下穿铁路轨道群为例,对施工过程中所采取的技术措施进行论述,为类似工程的施工提供借鉴。
2、工程概况
沈阳地铁一号线云沈区间采用盾构法施工,盾构衬砌采用C50S10钢筋混凝土预制管片拼装而成。该区间隧道下穿沈阳站站场长度约为510 m,其中下穿铁路轨道群长度约为430 m,铁路与下穿盾构隧道的平面相交角度为48°~90°不等。在地铁里程DK11+450~DK11+490处下穿9条铁路轨道, DK11+550 ~DK11+557处下穿2条, DK11+600~DK11+880处下穿34条,其中包括5条正常运营的干线轨道。
盾构穿越段隧道覆土厚度为22. 2 m~17. 6 m,直线线路,隧道坡度为9‰~25‰,主要穿越地层为中粗砂,局部有少量的砾砂及粉质粘土,地下水为隙潜水,埋深约10. 2 m~7. 5 m。
3、盾构施工简介
该区间采用直径6 280mm土压平衡盾构机,主机长度9.62m,最小转弯半径为250m。刀盘形式为6辐条加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。
土压平衡盾构机土仓内的土压力通过土压传感器进行测量,土仓内的土压力应与地层土压力和水压力平衡。为保证预定的土压力可通过推进力、推进速度及螺旋输送机转速来控制。当土仓内的土压力大于地层土压力和水压力时,地表将会隆起;当土仓内的土压力小于地层土压力和水压力时,地表将会下沉。
4、穿越铁路轨道群采取的施工技术措施
4.1 加固轨道
为了更好地控制地面沉降,防止地面出现三角坑引起轨道不均匀沉降,确保铁路轨道的不均匀沉降和总体沉降满足铁路运营安全的要求,预先对既有铁路采取地面纵横梁扣轨加固,加固范围为隧道中线两侧各30 m的所有轨道。
4.2 对某地段进行试验
根据盾构下穿沈阳站铁路段地层地质情况,选择左线DK11+388~DK11+448(700环~750环)作为盾构下穿沈阳站铁路模拟掘进地段,对掘进参数及地面沉降情况进行统计分析,预测盾构过沈阳站铁路轨道区可能出现的沉降大小,以制定盾构最优掘进参数,确保盾构安全顺利通过。
4.3 检查和保养盾构机
盾构机在距离轨道群约50 m时,停止掘进,对所有设备系统进行彻底的检查、维修,并从地面在刀盘前位置开挖竖井对刀盘进行加固,确保盾构机以最佳状态顺利穿越轨道群。
4.4 盾构机掘进控制措施
4.4.1 土仓压力
平衡土压力值的设定是根据盾构过铁路段工程和水文地质情况及隧道埋深情况,理论计算切口平衡压力得到P=0. 10 MPa~0.13MPa(平衡压力计算公式:P=koγh,砂土的ko值为0. 35~0.45)。盾构掘进过程中土压实际应控制在什么范围内,需要根据地面测量观测结果及现场实际情况及时调整。
4.4.2 盾构总推力
根据前期盾构掘进中总结的施工经验,结合试验段推力情况,总推力控制在15 000 kN~17 000 kN,扭矩1 800 kN/m~2 200 kN/m,可根据具体掘进情况适当调整。如果出现总推力大而影响推进速度时,采取相应减小推力措施。
4.4.3 推进速度
根据盾构机设计掘进速度、地质状况、工期进度要求并参考以往盾构施工经验,盾构过铁路段掘进速度确定为匀速在20 mm /min~30 mm /min左右,推进过程中保持稳定,预计每日推进8环~10环,保持连续均衡推进,在一个月内可顺利通过。
4.4.4 排土量
盾构排土量多少直接影响到盾构开挖面的稳定,控制排土量是控制地表变形的重要措施之一。盾构在一定的正面土压力作用下,其排土量取决于螺旋输送机的转速,而螺旋输送机的转速和盾构千斤顶的推进速度密切相关。根据前期出土参数及土体松散系数1.2~1.4,每环出土量(V排=KΠR2×1.2)控制在45 m3~48 m3。在推进过程中分段控制,每推进20 cm,核实土斗内相应的出土量,发现异常及时控制。
4.4.5 盾构机姿态
盾构推进过程中严格执行“勤纠偏,小纠偏”的原则,严禁大幅度纠偏,尽量减少施工原因造成的盾构推进方向的改变。掘进竖向偏差控制在10 mm之内,平面偏差控制在15 mm内,调整盾构千斤顶组合进行纠偏,相对称区域的千斤顶油压差应小于5MPa,伸出长度差应小于2 cm,以防止盾构机纠偏过大,以减少对地层的扰动,同时为管片顺利拼装创造条件。
4.4.6 同步注浆
1)同步注浆的作用及原则。由于盾构外径6 280 mm,大于管片直径6 000 mm,当盾构机外壳脱离管片后,在管片与天然土体之间出现空隙,它能引起地层变形,管片变形并漏水。同步注浆可减少后期沉降,同时对管片外围防水和结构加强也起到一定作用。施工中严格按“确保注浆压力,兼顾注浆量”的双重保障原则,紧密结合施工监控量测的反馈信息,不断优化注浆压力的设定,注浆量一定要保证超过理论计算值,在实际平均注浆量的合理范围内波动。2)注浆量。根据以往施工经验,过铁路段同步注浆量应控制在理论空隙量(3. 24 m3/环)的150% ~200%,掘进每环注浆量为:V=4. 86 m3~6. 48 m3。3)注浆压力。为了使浆液很好的充填于管片的外侧间隙,必须以一定的压力压送浆液,但过量压注会影响隧道管片的稳定性,同时引起地表局部隆起和跑浆。因此,除控制压浆数量外,注浆还需控制注浆压力。注入压力大小通常选择为地层土压力+0. 1MPa~0. 2MPa的和,即同步注浆压力约0. 2MPa~0. 4 MPa。4)浆液配比。浆液由水泥、砂、水、粉煤灰、膨润土等组成的单液水泥混合砂浆,按质量配合比依次为1∶3. 5∶2. 5∶2. 7∶0. 3。施工时,应依据实际掘进情况和地表监测结果,适当调整配比,达到沉降控制要求,确保盾构机顺利通过运行中的铁路。
4.4.7 二次补注浆
1)注浆方式及顺序。二次注浆在管片脱离盾尾6环~8环进行,采用注浆管从管片的注浆孔注入。注浆顺序为:隧底注浆→两侧注浆→隧顶注浆。2)注浆材料。二次注浆可使用同步注浆浆液或1∶1水泥水玻璃双浆液,随掘进及时跟进补浆。3)注浆参数。二次补注浆是弥补同步注浆的不足,其注浆量与同步注浆效果密切相关,一般以注浆压力作为控制标准,注浆压力控制在0. 4MPa~0. 6MPa且能维持稳定作为二次注浆结束标准,注浆量可参考同步注浆量的30%。实际注浆压力及数量可根据现场注浆效果适当调整。
5、地表沉降控制措施
5.1 地面监测
在盾构穿越铁路过程中,对道床及钢轨沉降量进行跟踪监测,监测频率提高到4 h/次~6 h/次,及时将监测数据反馈给盾构施工人员,及时调整掘进及注浆参数,确保铁路运行正常。
1)道床监测点布设。横向结合隧道的埋深,以隧道中心线为中点向两边均匀布设测点,左右各布4点,分别距离隧道中心线1. 5 m, 3 m, 9 m, 15 m,纵向5 m~7 m一个测点,可根据实际情况加密测点。由于盾构机到达时间为八九月份,在进行此处布点时可不考虑冻土的影响。监测控制基准值为累计沉降量+5 mm~-10 mm。道床测点布设示意图见图1。
2)钢轨监测点布设。钢轨沉降监测点可直接用红油漆在钢轨上做标志,测点布设与轨道观测点平行。
5.2 保证拼装质量,减少管片变位或变形
隧道管片的变形量与管片拼装的质量紧密联系,在施工过程中,必须强化施工管理,保证一次紧固结实。每环掘进过程中,适时对螺栓进行二次紧固。
5.3 特殊情况下停机采取的措施
盾构过铁路期间必须保持施工连续,当由于某种不可遇见因素的影响而不得不停机施工时(这种停机需尽量避免),为控制停机期间地表沉降,采取以下措施:
停机期间土仓压力随时间的推移而降低。对盾构机前方土压力值进行记录监控,保证土压力在计算值以上;当压力值低于计算值时,将盾构机微量推进,从而重新建立土压力,推进过程中保持注浆,且向土仓内注入膨润土。
6、结语
在该区间盾构穿越车站铁路轨道群施工中,严格按以上技术措施盾构掘进,取得了良好效果,按期顺利完成了穿越铁路施工任务,并把地面累积沉降值控制在允许范围内。该区间盾构穿越铁路轨道群的成功,可为类似工程的施工提供一定的借鉴和参考。
参考文献:
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