盾构施工竖井法刀盘恢复技术.doc

盾构施工竖井法刀盘恢复技术摘 要： 盾构施工中，采用竖井法进行盾构刀盘维修、刀具更换是盾构施工中的一项特别技术。本文结合现场施工简要的介绍了此种技术。关键词： 竖井施工 盾构 刀盘恢复随着城市地铁的发展，盾构施工产业得到了蓬勃的发展，盾构施工的“安全、快速、经济”以被越来越多的人们所认可。为了确保盾构在软硬不均地层换刀作业安全，采用竖井法进行盾构刀盘维修、刀具更换是盾构施工中的一项特别技术。1 采用竖井法进行刀盘维修、换刀的条件一般情况下，当需要进行刀盘修理、换刀作业时，如果盾构上方的地层不稳定，不可能直接开仓进行刀盘修理、换刀作业。特别是满足以下条件时，将考虑采用竖井法进行刀盘的恢复：1.1 盾构机上方的土体基本不能自稳；1.2 通过地面加固难以达到预期的效果；1.3 由于盾构上方土体沉陷，导致无法从盾构机内部进入刀盘作业；1.4 地面条件有足够的竖井施工场地；1.5 工期条件；1.6 经济条件；1.7其它原因。2 换刀施工竖井技术参数的确定2.1 竖井位置的确定在确定竖井位置时，一般以盾构机刀盘位置为主要依据，将盾构机刀盘完全放入竖井净空范围，同时要确保竖井井壁放在盾构机的盾壳之上，以确保进行刀盘修理时，作业人员的施工安全。2.2 竖井净空尺寸的确定在确定竖井的净空尺寸时，一般依据竖井的宽度一般依据盾构刀盘的轮廓尺寸进行确定，例如盾构机的刀盘尺寸为6300mm，考虑设计深度的竖井施工偏差尺寸，则在确定施工竖井的净空尺寸一般在盾构机的刀盘直径2100150mm左右。竖井的长度一般为盾构机刀盘露出的尺寸人工在开挖盾构机刀盘竖井时所需要的最小空间，当竖井深度小于15m时，此尺寸一般取1.5m，当竖井深度大于20m时，刀盘的竖井施工最小净空不小于2m。2.3 竖井深度的确定在考虑采用竖井进行刀盘处理时，一般竖井的底部比盾构机的刀盘低3050cm。2.4 竖井支护参数的确定由于换刀竖井是临时性的构筑物，故在竖井设计时，特别是在考虑竖井支护参数的设计时，一般采用格栅钢架结合网喷混凝土进行，根据经验，格栅钢架的间距一般不大于1m，喷射混凝土的厚度不小于20cm。3 竖井的施工3.1 竖井位置测量放线由于采用竖井法进行刀盘处理时，一般不需要进行区间隧道施工，故不需要过高的测量精度要求，在进行竖井测量时，首先在地表做好竖井锁口混凝土的控制测量放样工作。在锁口施工结束之后，直接在竖井的锁口的四周每边依据控制测量的做法作出相对较为固定的控制测量点，此测量桩点要根据竖井的开挖情况，定期的进行测量复核，在施工过程之中，随时依据测量桩点进行竖井开挖、支护净空尺寸检查。3.2 竖井围护结构施工在竖井施工时，尽量不考虑进行竖井围护结构的设计，如确需施工围护结构时，采取结构的类型的次序依次为：搅拌桩、摆喷墙、旋喷桩、压密注浆，以防在进行围护结构施工时，盾构机的盾壳被卡住。3.3 盾构附近竖井施工当竖井开挖至盾构刀盘附近时，由于盾构机外形的特殊性，再加之由于盾构刀盘四周的难以形成封闭的结构，为了防止大量的泥水自刀盘的外部四周涌入竖井，当竖井开挖至盾构附近时，必须采取超前注浆进行地层加固。一般采取的方法为在竖井井壁沿盾构刀盘轮廓布设间距不大于40cm、长度不小于2m水平方向的注浆锚杆，并通过注浆锚杆进行地层加固。同时在竖井与刀盘的结合部位要根据地质情况一般采取注浆进行专门的加固。一般的做法是沿盾构刀盘四周，通过风钻引孔，打设长2m32mm的钢插管，并注水泥水玻璃双液浆（水泥：水1：1（重量比），水泥浆：水玻璃1：1（体积比）进行土体加固。当竖井开挖至区间隧道范围时，距离盾构刀盘外圈20cm在每榀钢架之间提前施做洞门钢架，并与竖井钢架进行焊接。3.4 盾构开挖轮廓竖井施工当竖井开挖至盾构开挖轮廓范围时，竖井的支撑与支护不能形成一个闭合的结构，此时采取的措施是将支撑结构改为“【”结构，通过增加斜撑或角撑以加强支撑结构，同时将每一榀钢架沿盾构机开挖轮廓用型钢连接，使之在竖井井壁范围内形成一个闭合的拱圈，以达到进一步增强结构刚度的目的。4 刀盘恢复作业4.1 防护完成竖井开挖之后，在进行刀盘恢复作业之前，必须进行必要的防护，方可进行刀盘恢复作业。防护内容包括：在刀盘上部打设防护平台，防止地面的杂物坠落。在刀盘作业区需要焊接的部位上方，用塑料板或其它物品防止地下水直接跌落在焊接工作面。4.2 刀盘维修、换刀作业在所有防护工作，完成之后，开始刀盘维修、换刀作业。在作业过程中，一方面要派专人对现场进行组织协调，抓紧时间尽最大可能以最快的速度进行刀盘恢复，另一方面要有专人进行现场安全防护、管理与协调。同时对所有的工作内容必须有专人进行工作质量验收（如刀盘的焊接质量、刀具的质量以及刀具的安装质量等）。5 回填与恢复盾构推进5.1 竖井井壁拆除与回填在确认所有刀盘恢复工作全部完成之后，进行盾构机刀盘旋转试运转。确认盾构机本身满足掘进条件后，开始进行竖井井壁拆除与施工竖井回填工作。回填由下至上分层（每层0.5m）进行，首先凿除盾构开挖轮廓范围内井壁网喷砼并割除型钢支架，然后将土自地面放入井下，进行夯填。在夯实完成之后，拆除上一层的支撑，开始进行下一循环的回填。回填时由于竖井范围地下水丰富，在竖井出水量较大部位设一集水坑，将地下水引至集水坑并抽出。在回填时刀盘土仓回填高度应高于竖井回填高度。盾构刀盘底部至刀盘顶部范围回填料采用石粉水泥拌和料，石粉与水泥的质量比为10：1。刀盘顶部以上2m范围回填料石粉与水泥的质量比为5：1。拌和料采用人工拌制。为避免水泥浆液固结刀盘，刀盘前方0.5m范围应不加水泥。5.2 盾构机恢复推进在逐层回填至盾构刀盘后，盾构恢复正常掘进。开始恢复掘进时，盾构机掘进必须采用气压平衡模式进行，以防盾构刀盘的开口因回填原因而形成堵塞。6 施工实例6.1 工程简介深圳地铁4号线福民会展中心站右线隧道的起讫里程SSK1+724.31 SSK2+900.22全长1089.928米(其中短链18.339m)。其中两段曲线总长648米，最大坡度28，平面曲线半径分别为600米和800米。隧道净空直径为5.4米，管片厚度300mm，宽度为1.2米，管片类型分4种形式：L1、L2、R1、R2。隧道的最小覆土厚度为10.5米。6.2 盾构施工简介中铁隧道股份有限公司TBM二分公司于2002年7月15日进场， 8月19日开始始发掘进。盾构自开始始发以来，进展顺利，最高施工日进度25.4米，9月份施工284米，10月施工280米，平均月进度254米，工程质量优良。6.3 竖井施工2002年10月24日，当盾构掘进493环时开始出现异常，掘进速度突然由原来的45mm/min降低至10mm/min，在掘进的过程中，刀盘和土仓内有较大的异响，能明显的听到刀盘切削岩石的声音，同时碴土温度较高。10月28日地面监测人员报告地表深埋沉降观测点出现异常沉降。经过研究，在得到甲方、监理认可的情况下，为了确保盾构换刀施工安全，决定在盾构刀盘位置开挖换刀竖井，竖井设计深度30.154m。在竖井施工之前，首先施做一圈高压旋喷桩围护结构，采取三序、搭接的方式对竖井周围进行防水和加固，然后在旋喷桩外2m范围布设压密注浆，进一步稳固竖井周围的地层。然后在盾构机刀盘前挖设净空尺寸为6.53 m的竖井，竖井初期支护采用I22型钢支撑与C20网喷混凝土，网喷混凝土厚度30cm。竖井做好后，施工人员由竖井下到盾构机刀盘前方进行换刀作业。7 几点体会采用竖井法进行刀盘维修与恢复是盾构施工过程中一种比较保守的做法。在隧道埋深不大的情况下，具有比较明显的优势。但是在地面条