浅覆土、大坡度、小半径隧道盾构施工技术总结.doc

2010年技术论文 小半径大坡度隧道盾构施工技术总结浅覆土、大坡度、小半径隧道盾构施工技术总结 广州地铁同泰项目部 王兴伦 提要：针对深圳地铁2223标景莲、莲福区间浅覆土、大坡度、小半径曲线等特点的盾构施工的施工技术做简单总结，为以后工作提供参考。关键词：大坡度小半径曲线 姿态控制 土仓压力 水平运输安全1、工程概况深圳地铁2号线东延段2223标隧道区间包括香梅北景田站区间、景田站-莲花西站区间以及莲花西站-福田站区间，和景田地铁站与莲花西地铁站两站三区间，我于2009年12月13号按照领导安排到达莲花西站开始施工大修准备工作，2010年9月底景莲区间有右线盾构机出洞，全线贯通。【景田站莲花西站盾构区间】土建工程盾构区间隧道标称内径为5400mm；埋深为715m；平面最小曲线半径为350m；最小竖曲线半径为3000m；最大坡度为28；最小坡度为2，在YDK23+480下穿新洲河生态整治工程顶管，新洲河箱涵采用直径1500mm顶管施工。盾构隧道与新洲河箱涵检查井底板下垫层最小净距为2.248m。【莲花西站福田站盾构区间】土建工程西连深圳地铁2号线东延线莲花西站，东接福田站，线路出莲花西站后，过福中一路，沿新洲路到新洲立交以半径365m穿过深圳电视中心进入深南大道到福田站，区间起讫里程为：右线YDK24+483.35YDK25+318.416,短链14.059m，右线隧道全长821.007m,区间设联络通道及泵房一座。盾构机掘进到达福田站出洞段隧道主要穿过粒质粘土、沙质粘土、全风化花岗岩隧道覆层从上至下依次为：人工填土层、粉质粘土、粒砂层，上覆层平均厚度约为10.5m，莲福区间线路位置详见下图。2、两区间隧道施工技术总结两盾构区间的具有浅覆土、大坡度、小半径曲线等特点，本文主要针对这些特点的从姿态控制、管片成型质量、土仓压力与出渣量控制、特殊地层掘进方式、水平运输安全等盾构掘进施工技术做简单总结。2.1盾构姿态控制与管片成型盾构机姿态控制与管片成型两者是密切相关的，盾构机的掘进姿态对管片的成型质量有决定性影响，同时在掘进过程中盾构机推进油缸与管片的相互作用力又同时影响盾构机姿态和管片成型质量。盾构机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，撑靴顶在盾尾内已拼装好的管片上，通过推进油缸提供油压控制油缸向后伸出可以提供给盾构机前进的推力，这30个推进油缸按上右下左被分成A、B、C、D四组，掘进过程中，在主控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，从而可以使掘进过程中盾构机的行进轴线尽量拟合隧道设计轴线。由于两盾构区间设计转弯半径都比较小，所以在掘进过程中B、D两组推进油缸压力差比较大，左右两边盾尾间隙相差也比较大，这就对管片成型质量影响较大，所以在掘进过程中除了要根据盾尾间隙与油缸行程并结合盾构机姿态选择合适的管片尽量减小B、D两组油缸压力差，调整盾尾间隙和油缸行程差（通常情况盾尾间隙不能低于60mm，也不能高于100mm，左右油缸行程差不能相差超过70mm,压力差主要根据掘进姿态和设计曲线决定，但是压力差过大易造成管片错台或破损）外，对于管片螺栓必须完成三次复紧工作：管片拼装成环时，其连接螺栓先逐片初次拧紧；脱出盾尾后再次拧紧；当后续盾构掘进至每环管片拼装之前，对相邻已成环的3环范围内管片螺栓进行全面检查并复紧,在掘进过程中每掘进半环逐个对推进油缸收缩一遍减小油缸对管片的预应力，以避免管片的破损和错台现象。但是在发现盾构机偏差时应逐渐调整，否则左右两组油缸的压力差和行程差都将比较大，姿态难以做到良好控制，容易引起管片错台明显等质量问题。根据实际工作经验管片拼装2点和10点时调整左右两组油缸行程差和上下盾尾间隙比较明显，拼装3点和9点对于调整盾构机垂直偏差效果明显。同时随着掘进的进行必须加强盾构姿态测量频率，监测完成后及时反馈监测数据，分析管片姿态每日变化趋势，研究管片是否存在上浮或侧移，以及上浮速度和侧移量，并根据测量结果及时纠正盾构行进轴线偏差，在莲福区间隧道设计最小转弯半径是365米，因此测量移站比较频繁，在掘进过程中观察发现台车右侧吊耳容易挡住激光使全站仪不能测量，所以为减少移站次数将右侧吊耳拆卸，这就从原来每8环移站一次增加到每12环一站一次，在景莲区间通过将后视移在已成型隧道左侧也同样较少了移站次数取得了良好的效果，这些措施都加快了工程进度。对于个别情况下出现的管片下沉和上浮超限的可通过二次注浆选择合适的点位和注浆压力加以调整。特别是盾构机始发与出动姿态尤为重要，在景田区间左右线始发阶段均采用曲线始发，有效保证小半径曲线隧道施工的顺利进行。在出洞阶段右线由于出动姿态控制不太好和停机时间长洞门注浆加固导致盾尾裹死，盾构机出洞盾尾阻力过大盾体左侧刮擦管片，左下侧铰接油缸拉坏导致一些损失。2.2土仓压力与出渣量控制若隧道围岩能够自立，则可以采取空仓掘进的模式；若隧道围岩无法自立，为了保持开挖面的稳定，则必须保持适当的土压以稳定开挖面，控制地面沉降。土压过低，则可能出现超挖；土压过高，则有效推力降低，掘进速度降低，且地面可能隆起，造成后期沉降较大。土压的确定与隧道埋深、地质情况、地面建筑物情况有很大关系，可以采用库仑或朗肯等理论估算，也可以根据出土量的情况来确定适当的土压。除此之外在实际施工中，影响土仓压力的还有盾尾的密封程度、泡沫系统的控制和土仓加水量有关。盾尾密封油脂必须在始发之前将盾尾刷填涂密实，在盾尾进入洞门后用手动打密封油脂保证三道盾尾刷之间的空隙充满油脂，同时在掘进过程中保持良好的盾构机姿态较少因为漏浆引起的尾刷之间充满浆液不能打入油脂造成管片背后空隙不能有效填充，同时浪费浆液和油脂的恶性循环。盾构机到达段掘进要严格控制出渣量，并密切关注出渣量变化，对每三分之一斗渣量及其油缸行程进行一次认真记录，分析出渣情况，监控出渣量，尽最大努力使出渣量和掘进进尺达到动态平衡。同时做好管片背后注浆填充，除同步注浆外盾构机到达段掘进的同时，在脱出盾尾45环的管片上，通过吊装孔在1、11点位交替对每环管片进行二次补注双液浆回填，注浆压力控制在45bar，最大不超过5 bar，以保证建筑空隙的填充密实，防止管片上浮。遇到多出渣的情况及时通过位于1点、11点位置的管片吊装孔交替打入1.5米长小导管，注入双液浆，注浆压力控制在5 bar，以弥补地层损失，防止地表及建筑物沉降过大。另外针对这两个区间经过的沙层必须做好每一环的出渣记录，对于个别多出渣的位置通过注浆即使填补，保证隧道成型质量有效控制地面沉降。2.3渣土的水平运输渣土的水平运输包括从螺旋输送机出渣口开始盾构机输送带的运输和渣土进入电瓶车渣斗以后的运输两部分。通常说“安全责任重于泰山“，对于坡度较小设计半径较大的隧道施工过程中渣土的水平运输较为简单，主要是通过螺旋输送机将土仓内的渣土排出经过输送带落入电瓶车渣斗经电瓶车运出隧道。但是对于大坡度小半径曲线隧道在施工过程中必须注意输送带跑偏和电瓶车溜车掉道的安全问题。在小半径隧道掘进过程中台车进入拐弯半径，皮带会相对跑偏，其边与限位轮长期摩擦，会造成皮带开边。通过对跑偏较多处皮带托轮的调节，可以将皮带调回。处理方法为，以掘进方向为前，如果台车进入左拐，通常皮带左偏。将右侧托轮的外侧轴调入皮带架的前侧槽内，左侧的调入后侧。被调数量依据调节后皮带回跑多少确定，台车逐渐通过拐弯半径，被调托滚逐渐调回。如果被调数量较大，为不影响进度，调节时宜由多人在其运行时进行调节，且必须与盾构机司机进行配合，注意安全。同时皮带跑偏的另一个主要原因是三角刮板或上下层隔板处的渣土太多或有较大石块卡死，在掘进时必须安排人员及时冲洗残余渣土，防止皮带跑偏和皮带断裂的情况发生。对于大坡度隧道渣土的电瓶车运输安全尤为重要，电瓶车运输安全同时关系到电瓶车质量、电瓶车司机、随车员、管片工接轨质量等众多因素。首先从电瓶车气动刹车系统和电气系统安全性能上保障电瓶车自身不出现故障，调整合适的刹车瓦间隙和气缸动作的灵敏度使其随时做到行动自如，更换电瓶车主车里面的电路板，及时清理其中的渣土和灰尘保证电气线路安全有效的控制，并且定期安排专业人员检查，走到有问题早发现早解决。同时电瓶车司机一定要做到持证上岗，在工作过程中提高警惕的同时发现问题及时上报处理，特别是对于上夜班的电瓶车司机一定要保证睡眠充足杜绝疲劳驾驶，对于出现的个别情况给于严肃处理，电瓶车司机在遇到问题时冷静处理与洞口指挥和随车员合理配合，尽量减小不必要的损失。另外电瓶车运输安全与电瓶车行走轨道的连接质量息息相关，这就要求管片工按照隧道掘进曲线严格连接每条轨道，打紧连接螺栓，保证轨道间距，每隔18米加上轨距拉杆，同时做到对轨道定期复紧，对于由于轨道湿滑引起的溜车可通过撒沙等措施减少安全隐患。在景莲区间右线还加设防止溜车的缓冲工字钢在一号台车焊接支架放置工字钢可以在个别情况下有效减缓电瓶车溜车速度，避免电瓶车速度过大直接冲过管片小车将推进油缸和拼装机撞坏，同时也有效保护工人的人身安全。对比景莲区间左右两条隧道的掘进情况看，只要同时提高警惕做好各方面的安全措施，即使对于28大坡度隧道施工溜车现象还是可以避免的。总之，盾构机系统是一个涉及机械液压、电