地铁盾构穿越江底的施工控制技术（论文） .pdf

c o n t r o lt e c h n o l o g yf o rm e t r os h i e l dt u n n e l i n gt h r o u g h t h er i v e rb o t t o m 柳兆晖 上海建工集团股份有限公司上海2 0 0 0 8 0 摘要 上海轨道交通1 3 号线世博园站一卢浦大桥站区间盾构需穿越黄浦江 施工难度与风险较大 根据工程实际施工 情况 着重介绍了盾构在江底段推进过程中的施工技术措施 确保了盾构安全穿越黄浦江 关t 弭 盾构掘进穿越过江控制点施工技术 中圈分类号 t u 9 4文献标识码 b文章 号 10 0 4 10 0 1 2 0 13 0 6 0 5 2 6 0 3 1工程概况 上海轨道交通13 号线世博段工程世博园站 卢 浦大桥站区间始于世博园站北端头井 里程k 21 7 5 4 2 4 9 穿过原浦东钢铁集团公司厂区 从上钢三厂9 号码头穿越黄浦江到浦西 过江后从江南造船厂9 号码头 下穿过 穿越江南造船厂厂区 过龙华东路 然后于卢 浦大桥站南端头井 里程k 2 0 3 9 2 5 0 0 进洞 区间线路 全长约13 6 2m 隧道平面曲线最小半径为4 0 0m 线路纵 坡为双抛物线型 最大竖向坡度2 8 盾构在里程k 2 0 8 8 9 2 6 3 一k 2 1 3 6 0 3 3 6 中 盾构机下穿黄浦江底 穿越距 离为4 7 1m 黄浦江最低点标高为 1 1 0m 江中段隧道中 心最低标高约一2 1 5 4m 最高标高约一1 8 粥m 盾构穿越黄 浦江时 隧道顶面距黄浦江底的距离局部约6 9m 左右 2 工程地质条件 世博园站 卢浦大桥站区间主要土层如表1 所示 1 1 层是盾构推进较为有利的土层 其含大量地下水 密实度 底 抗压强度小 可压缩性好 渗透系数小 但却有明显 的触变 流变特性 在动力荷载下自有结构易被破坏 造 成土层流动以致开挖面失稳 2 层是盾构推进较为不利 的土层 其含水量较高 强度较高 压缩性中等 渗透性 好 在水头压力作用下易产生流砂 流土 引起开挖面失 稳和地面下沉 盾构在土质上下差异较大的土层中 如 1 1 2 层 推进 所受到的上 下反力不一致 因土层松软排土 较多 会引起地表下沉 并引起盾构偏离原设计线路 造 成重大质量事故 作者简介 柳兆晖 1 9 6 4 女 本科 工程师 通讯地址 上海市东大名路6 6 6 号 2 0 0 0 8 0 收稿日期 2 0 1 3 0 5 1 4 5 2 6t 筑奠工第3 s 卷第6 期 表1 土层概况 土层层底层底层厚 层号 土层描述 名称 埋深 m标高 m m 灰色 1 1 1 0 1 2 0 3 1 6 0 沿线均有分布 软塑 尚均 卜1匀 含泥钙质结核 腐殖 粉质黏土 1 7 9 0 2 1 7 37 4 0 质 有机质 高压缩性 陆域沿线揭示 沿线均有分 灰色2 2 0 0 1 7 2 4 一o 0 0 一 布 软塑 尚均匀 含泥钙 2 砂质粉土 3 3 5 0 2 9 1 41 9 8 0质结核 腐殖质 有机质 高压缩性 沿线均有分布 软一可塑 灰色 3 2 5 0 4 1 7 7 一2 1 1 0 一 欠均匀 夹薄层或团状粉 3 粉质黏土4 2 5 0 4 6 2 52 6 6 0土 粉砂 含有机质 腐殖 质及少量泥钙质结核 3 盾构施工 3 1 施工重要控制点 3 1 1 浅覆土区盾构掘进 盾构在黄浦江底掘进时 实际最小覆土厚度为6 9m 虽然这样能满足施工安全 但覆土层易受潮汐影响而变得 十分薄弱 难以保证隧道安全稳定 导致盾构推进施工时 风险也很大 3 1 2 隧道失稳上浮 盾构机在黄埔江底掘进 江底土层中含有大量的地下 水 而且该江底淤泥层土体渗透系数大 加之黄浦江昼夜 潮汐的影响 隧道有可能会产生上浮现象 工1 且盾构机穿 越江底时为位于竖曲线段之内 相对于盾构机在直线段掘 进施工时 对周围的土体造成更大的扰动 这样更不利于 隧道的稳定 3 1 3 涌水 涌砂 上海地区土层含水量大 土层裂隙水连通着江中段的 地下水 两者互相补给 尤其是因为江底淤泥质土层 土 体间颗粒缺少黏结力 在受到盾构机刀盘扰动切削土体的 作用力下易开裂 然后极易造成涌水通道 导致盾构机淹 万方数据 柳兆晖 地铁盾构穿越江底的施工控制技术 没事故 3 1 4 切口冒顶 盾构机在江中段施工时 由于受到覆土层较薄和江中 水头压力的影响 会因为施工不当而造成覆盖土开裂 江 底冒浆现象 3 2 施工具体措施 3 2 1江边防汛墙段推进 这一阶段重点是要摸索盾构在江底施工的规律睁列 在 盾构推出防汛墙前后的施工过程中 土层厚度会有突然变 化 为此 先由专业测量人员测定防汛墙的实际里程 然 后在盾构切口穿越防汛墙基底后 迅速改变土压力的设定 值 严格控制各项参数 控制防汛墙产生突变 确保防汛 墙稳定 重点做好以下工作 a 在防汛墙布设1 0 个监测点 加强沉降 水平位 移和墙体变形的监测 b 利用高精度水深测量的结果计算出平衡压力的理 论设定值 c 盾构推进时从岸上对水中的观测桩进行观测 采 取跟踪观测的方法 在盾构推进的同时进行观测 将观测 数据及时传送给施工技术人员进行分析 并调整盾构推进 参数 d 对盾构的有关参数进行采集 与沉降监测资料 进行对比 从而掌握盾构在江底推进的规律 为江中段的 施工打好基础 3 2 2 浅覆土区域推进 当盾构覆土层厚度满足土体的稳定性要求 且覆盖 土层又不被盾构推进顶裂 则认为覆土厚度即满足安全要 求嘲 因此需采取相应措施保证盾构顺利通过浅覆土层 具体措施有 a 水底监测 在穿越黄浦江江底前 用专业声纳船 对区间隧道沿线的江底地形情况进行声纳勘察 校核区间 隧道顶部覆土层的厚度 并根据朗肯土压力计算公式 计 算设定值 b 盾构推进控制 在黄浦江江底掘进时 需要严 格控制盾构机出土量 盾尾同步注浆量 同步注浆压力以 及盾构机掘进速度的控制值 3c m m i n 和目标土压力 等参数 及时调整盾构机的姿态 使盾构机尽量按照设计 的线路推进 减少扰动周围土体 把实际出土量控制在理 论值的9 9 左右 3 2 3 防止隧道上浮 a 施工至竖曲线段时 严格要求盾构机司机应尽量 控制盾构机沿着设计隧道轴线掘进 不得机纠 猛纠 以 减少盾构机对土体扰动 b 加强区间隧道变形的监测 在已建成的隧道段 中布置自动测量点 自动监测隧道垂直位移情况 通过对 监测数据的分析及时调整注浆量 合理控制注浆压力 注 浆量一般采用理论值的1 5 0 一2 0 0 进行注浆 即控制在 2 4 3 6 m 你之间 注浆压力一般为0 2 0 3 m p a 因为当 注浆压力过大 管片外的土层将会被浆液扰动而造成较大 的沉降 而当注浆压力过小填充速度过慢 填充不足时 又会使变形增大 为了防止隧道上浮 注浆量应随着覆土 厚度的变化而进行调整 c 严格控制同步注浆量和浆液质量 通过同步注浆 及时填充建筑空隙 减少施工过程中土体的变形 尽量做 到填充而不是劈裂 以防土体流失 同步注浆宜使用有早 期强度的壁后注浆材料 d 不断优化施工参数 选用合适的注浆浆液 加 强同步注浆以及必要时的补压浆 同步注浆要求做到及 时 适量 二次注浆的具体浆液配比为 水泥 水 膨润 土 0 6 1 0 2 3 2 4 防止盾尾漏浆 漏泥 漏水 盾构机在江中段掘进时 必须保证盾尾不漏浆 漏 泥 漏水 防止因盾尾刷损坏或其他原因造成江水或泥浆 涌入隧道 采取以下技术措施来防止盾尾漏浆 a 在盾构机盾尾设置3 道钢丝刷 里道钢丝刷在施 工过程中若遇损害 可以及时更换 确保盾尾第1 道防线牢 固 b 定期 定量 均匀压注盾尾油脂 盾构不论在 掘进和停止掘进时都要保持盾尾油脂压力 c 盾构掘进停止时应及时关闭出土门 d 提高同步注浆质量 同步注浆浆液采用单液惰 性浆 在注浆过程中合理掌控注浆压力 以免浆液进入盾 尾 造成盾尾密封性能降低 e 提高二次注浆质量 配制初凝时间较短的双液 浆 压注部位为盾尾后5 1 0 环 堵住漏浆通道 f 采用平衡土仓压力的方法掘进 保证土仓内土体 充实 以减少地下水对开挖面的补给 g 如在掘进过程中发生砂土从螺旋机出口喷发的 现象 应立即将出土门关闭 同时应向密封仓内及时注入 发泡剂 h 建立健全应急预案 成立领导小组 现场工作小 组和应急抢险队伍 确保一旦发生险情的话 能够立即实施 抢险工作 3 2 5 防止切口冒顶 a 选择壁后注浆材料 充分考虑土质条件 采用可 塑状固结系材料提高灌入性 达到早期强度 用浆液通过 设在管片上的注浆孔压浆予以充填 遇松散地层 注浆压 力很小而注浆流量却很大时 增大注浆量 直到注浆压力 低于控制压力的下限 下转第5 3 0 页 2 0 13 6 勘i 地i 蛔 蛐砷m c h 帆i5 2 7 万方数据 杨成龙 浅覆土工况下大直径盾构穿越运河桥的施工技术 测一次 5 1 3 同步注浆控制 同步注浆控制除了控制浆液的性能指标外 坍落度也 应控制在1 2c l t i 此外 还要加强注浆量和注浆压力控制 注浆控制在理论空隙的1 3 0 即9 3m 3 注浆压力控制 在0 3 0 5m p a 为减少隧道上浮 上 下注浆比例控制在 7 3 0 5 1 4 盾构姿态与掘进速度控制 本次盾构穿越浦东运河桥时 新建桥梁钻孔桩基础已 经施工完成 且离与隧道设计净间距为2 0m 要注意对桩 的保护 尽量减少纠偏以免对桩扰动过大 同时盾构穿越 河道时覆土较浅 高程轴线控制在设计轴线下方2 0m m 左 右 可以适当减少因覆土浅使隧道上抛带来的影响 在确保切口压力稳定的提前下 本次穿越过程中速度 也不够理想 由于老桥拔桩回填时有少量大的混凝土块掺在其中 导致泥水盾构机排泥管吸口堵住 通过反复逆洗将混凝土 块排出 但逆洗会降低泥水性能指标 对开挖面稳定的控 制不利 因此在今后类似工程中回填时要严格控制回填土 质量 特别是对于泥水盾构机掘进施工 7结语 上海轨道交通16 号线5 标盾构浅覆土穿越浦东运河桥 施工拔桩区及近间距穿越新桥桩基础施工中 通过所采取 的一系列有效的技术措施 保证了周边建筑物与管线安 全 对今后应用大直径泥水平衡盾构的类似工程有一定的 参考价值 上接第5 2 7 页 b 在盾构掘进过程中 要求土仓压力的波动范围 控制在巾 0 2 一 0 0 2m p a 之间 c 施工中要适当提高土仓设定压力 严格控制出 土量 保持盾构密封仓设定的土压力随盾构顶部覆土变化 而相应变化 控制江底土隆起或沉陷 2 0c m d 加强江底沉降的监测 及时反馈信息 指导盾 构掘进忉 e 在螺旋机出口处安装人工手动防喷涌装置 在 发生漏水情况且自动闸门无法关闭时 可以人工手动关闭 螺旋机出口 4 结语 上海轨交13 号线世博园站一卢浦大桥站区间本工程盾 构在整个黄浦江江底的掘进过程中 通过采用上述一系列 施工技术措施 未发生漏浆 漏泥 漏水现象 浦东 浦 西防汛墙的沉降满足上海市水务部门的控制标准要求 盾 5 3 0i 童筑童工第3 s 卷第6 期 构顺利穿越黄浦江 确保了整个工程的质量和安全 本区 间工程还被评为上海市优质结构工程 为今后类似盾构穿 越黄浦江提供了有益的经验 l 罗伟雄 盾构法过江施工的风险及对策 j 广东建材 2 0 0 5 9 6 7 6 9 2 李小光 胡广辉 盾构穿越浅覆土河床施工方法 j 安徽建筑 2 0 0 4 3 3 3 3 4 3 汤漩 吴惠明 胡珉 盾构隧道施工风险知识管理系统的设计开发 叨 地t r 程与隧i 1 2 0 0 6 4 2 0 2 4 5 2 5 3 4 张风祥 傅得明 杨国祥 盾构隧道施工手册 m 北京 人民交通出 版社 2 0 0 5 5 张风祥 盾构隧道 m 北京 人民交通出版社 2 0 0 4 6 周文波 盾构法隧道施工技术及应用 m 北京 中国建筑工业出 版础 2 0 0 4 7 程骁 张风祥 土建注浆施工与效果检测 j 川 上海 同济大学出版 社 1 9 9 8 万方数据 地铁盾构穿越江底的施工控制技术地铁盾构穿越江底的施工控制技术 作者 柳兆晖 作者单位 上海建工集团股份有限公司 上海200080 刊名 建筑施工 英文刊名 building construction 年 卷 期 2013 35 6 参考文献 7条 参考文献 7条