某地铁施工盾构法施工技术实例.doc

某地铁施工盾构法施工技术实例某地铁施工盾构法施工技术实例赵资摘要:盾构法是在地面下暗挖隧道的一种施工方法.特别在市区中心遇到隧道埋深较大.地质复杂的情况,若用明挖法建造隧道则很难实现.在这种条件下采用盾构法对城市地下铁道,上下水道,电力通讯,市政公用设施等各种隧道建设具有明显优点.本文介绍了盾构法在地铁隧道施工中的方案,施工工艺,并指出在其施工中所出现的问题及所采取的措施.关键词:地铁隧道盾构;施工方案;施工工艺;措施l盾构法隧道概述盾构施工的主要原理就是尽可能在不扰动围岩的前提下完成施工,从而最大限度地减少对地面建筑物及地基内埋设物的影响.为了达到这一目的,除了刀盘和盾构钢壳可以被动地产生支护作用以外,使用压力仓内泥土或泥水的压力来平衡开挖面上的作用土压力和水压力;使用壁后注浆及时充填由开挖产生的盾尾空隙,主动地控制围岩应力释放和变形是盾构技术的关键.2工程概述本工程处于西安市西郊,距离咸阳只有5km路程,地理位置十分重要,地面交通繁忙,地下管线纵横交错,地面为重要的商业街区,临街多为商业店铺,基本为13层的房屋建筑,虽层数低,但建筑物的结构形式及状况较差,建设年代早,这类建筑物对地面沉降尤其是不均匀沉降较为敏感.管线路年代久远,易破损开裂,对土体沉降敏感.这就要求在施工中要有效地控制地面沉降,保证沿线建(构)筑物的安全.3施工方法3.1施工部署和施工方案本工程共两个区间.右线:用两台盾构机施工,其中一台从后卫寨站始发,由西向东掘进,过三桥站后,继续掘进至三桥皂河区间的风井吊出;另一台盾构机从皂河站始发,由东向西掘进至三桥皂河区间的风井吊出,吊出后转运至皂河站左线.左线:一台盾构机从后围寨站始发,由西向东掘进,过三桥站后,继续向东掘进至三桥皂河区间的风井吊出.右线转运过来的盾构机在皂河站左线二次始发,从东向西掘进至皂河三桥区间的风井吊出.盾构区间掘进完成后,进行联络通道,洞门及轨道拆除等施工,同时进行隧道修补和清理工作.盾构机始发前,对洞门进行土体加固,针对各部位地质条件和作业环境选择适宜的土体加固方案.3.2隧道施工主要工艺(见图1)图1盾构法隧道施工流程图3.2.1盾构始发在现场及井内设备布置完成及盾构机调试完后,依靠反力架和负环管片进行右线盾构始发(见图2).开始安装临时管片.盾构前期的渣土吊出由盾构始发井后方车站主体预留的出土口吊出.3.2.2盾构掘进(1)盾构初始掘进坡面防护布置圈4结语采用浆砌片石处治本工程24650m2膨胀土边坡的施工实践表明,效果明显,能有效地增强边坡的稳定性,提高土体摩擦力,施工简单方便,施工进度快,与菱形格喷锚植物护坡,挂网喷锚等方法比较有明显的经济放益.此法虽然人工雕琢痕迹较重,但可以通过在堑顶和碎落台等空间种植爬行,攀缘植物同样可以起到美化环境的作用,解决环境保护问题.参考文献1JTGD302004公路路基设计规范.北京:人民交通出版社口豳撞2011年6月图2盾构始发示意图在盾构出洞初始掘进阶段,盾构机的出土及运输管片,浆液等材料利用1台特制的轨道平板车.轨道车行使在以1.2m短钢轨(24kg)连接而成的轨道上,随盾构机的推进,轨道不断向前延伸.轨道车的外部尺寸为2m1.5mO.3m,用于放置土箱,运输其它材料.在轨道车上放置一个2m1.5mO.7m的小土箱用于盾构机出土.渣土由螺旋输送器直接落入小土箱中.在盾构机反力架位置安装1台电瓶车来牵引轨道平板车.(2)盾构正常掘进在完成初始掘进段后,根据试验反馈参数,将对始发设备进行调整,为其后的正常掘进准备条件.盾构掘进由操作司机在中央控制室内进行,由工地技术人员经计算初设正面土压力值.土压力值根据隧道埋深,土层性质和地面荷载计算.设定值约为计算值的1.051.1倍.开始施工时,在盾构机的正面及盾构体的上下方设置土,水压传感器监控平衡系统,在盾构机前面安装岩土勘探系统.打开出土闸门,依次开启皮带输送机,螺旋机和大刀盘,推进千斤顶,调整好各千斤顶工作油压.此时大刀盘切削土体,盾构前进.盾构机根据设定的正面土压力自动控制出土速度或掘进速度.盾构机的行程,上下左右四个区域千斤顶压力,螺旋机转速,盾构扭转,俯仰等参数,将显示在显示屏上,盾构司机及时做好参数记录,并参照仪表显示以及其它人工测量和总结的施工经验调整盾构机姿态和各项参数,使盾构始终按设计的轴线推进.盾构直线段推进和地层变形的控制.区间采用土压平衡式盾构掘进机,利用土仓内的土压力来平衡开挖面的土体,达到对盾构正前方开挖面支护的目的.因此平衡压力的设定是土压平衡式盾构施工的关键,维持和调节设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节,这里面包含着推力,推进速度和出土量三者的相互关系,对盾构施工的轴线和地层变形量的控制起主导作用,所以在盾构施工中要根据不同土层和覆土深度,地面建筑物,配合监测信息的分析及时调整土压力值的设定.同时要求推进坡度保持相对稳定,控制一次偏量,减少对土体的扰动,并为管片拼装创造良好的条件.在这基础上再根据推进速度,出土量和地层变形的信息,数据的反馈及时调整初始设定的土压力值和注浆量,进而达到对轴线和地层变形在最佳状态下的制.曲线段推进和地面变形的控制.曲线段盾构推进时,根据推进速度,出土量和地层变形的信息数据,及时调整各种施工参数,以期在尽量短的时间内将土压平衡值和注浆量调至曲线推进的最佳状态.4施工中存在问题及采取主要措施4.1地表下沉的原因盾构施工时,导致地表下沉的主要原因可以分为以下几点:开挖面上的土水压力不平衡导致开挖面失去稳定性.此时,压力仓压力大于开挖面土压力和水压力时,出现地基隆起,相反会出现地基沉降.盾构推进对围岩的扰动.盾构壳板和围岩的摩擦以及围岩的扰动会引起地基隆起和沉降.尤其在蛇曲修正,曲线推进时,如采用超挖,会使围岩松动的范围变大加大地基的沉降量.盾尾空隙的发生和壁后注浆的不足.盾构施工必然产生盾尾空隙,这一空隙会引起地基的应力释放而产生弹塑性变形.管片的变形和变位.管片从盾尾脱出后,受到围岩荷载作用发生一些变形或变位,造成地基沉降,但其量一般较小.地下水位下降.由于漏水或降水引起的地基沉降.4.2地表沉降的监测与控制盾构施工期间由于上述各种原因引起的地表沉降对周围环境有一定影响,为了保护周围环境的地表建筑,地下设施的安全,必须要进行施工监测,在监测的基础上提出控制地表沉降的措施和保护周围环境的处理方法.4.3地表沉降的监测(1)监测地下水位的变化应在隧道中心线和隧道两侧设置水位观测井进行观测.还应监测井点降水效果和监测隧道开挖面等渗水处渗流情况.(2)监测土体变形在控制地表沉降要求较高的地区,往往在盾构推出竖井的起始阶段进行以土体变形为主的监测,以合理确定和调整盾构的施工参数.4.4地表沉降的控制4.4.1减少对开挖面地层的扰动施工中采取灵活合理的正面支撑或适当的气压值来防止土体坍塌,土仓压力与地面沉降观测结果相对照,建立合理的土仓压力并保持土压平衡.在盾构掘进时,严格控制开挖面的出土量,防止超挖.控制盾构推进一环时的纠偏量,以减少盾构在地层中的摆动和对土层的扰动.同时尽量减少纠偏需要的开挖面的局部超挖.施工中根据地层情况采用注入添加材料(如泡沫,膨润土等)对砂性土体及不均匀地层进行改良.通过对盾构掘进时地面变形曲线进行实测反馈,不断调整,优化掘进参数,以验证选择施工参数的合理性,并能保持盾构开挖面的稳定.4.4.2盾构推进时的同步注浆与二次注浆为减小和防止地面沉降,在盾构掘进中,要尽快在脱出盾构后的衬砌背面的环形建筑空隙中充填足量的浆液材料.根据地质条件,确定浆液配比,注浆压力,注浆量及注浆起讫时间,对步注浆能否达到预期效果起关键作用.二次(或多次)压浆是弥补同步注浆的不足,减少地表沉降的有效辅助手段,可使盾构在穿越建筑物,地下管线时,大大降低地面沉降.4.5隧道沉降当隧道穿越饱和软粘土采用盾构法施工时,会产生隧道沉降,引起隧道沉降的主要原因是掘进时对下卧层的扰动和隧道上方荷载的变化.为避免由于隧道沉降使竣工后的隧道轴线往下偏离设计位置,通常按经验确定一个沉降值,抬高盾构施工轴线,使沉降后的隧道接近设计轴线.4.6盾构机始发状态的控制(1)始发前对洞门土体采取素混凝土桩加固.(2)托架整体略微抬高,并调整一定坡度.(3)盾构机在完全进入隧道前,沿始发托架在盾壳外部焊接技阵6块10mmx200mmx30mm的钢板,随盾构机的推进逐次割除,以防止盾构机自身发生旋转.(4)盾构机始发推进拼装负环管片时,在盾尾内壁焊接3根负环管片支撑钢筋,以保证负环管片与盾尾间隙,便于盾构机调节姿态.在盾构机完全进入隧道后再割除掉.(5)盾构机完全进入隧道后,沿负环管片纵向布置3根200mm200mm的工字钢,以保证负环管片在受到盾构机千斤顶的侧向推力时,负环管片不会发生变形.(6)负环管片在脱出盾尾时,为填充负环管片与托架间的空隙,在负环管片与托架导轨间打入钢楔子,并将钢楔子与托架导轨焊接在一起.4.7盾构机被卡盾构机被卡住的原因很多,存在以下情况:4.7.1地层为上,下硬,中间软由于上下硬中间软地层软硬不均,硬岩强度大,在掘进过程中很容易卡刀.所以在施工中需要注意以下几点:(1)掘进速度控制在20ram之内,刀盘贯入度控制在lO15mm/转左右;(2)停机前要空转刀盘数圈,防止再次启动时卡刀;(3)再次掘进前,先转动刀盘,转动之后,再向前掘进.如发生卡刀,可采取如下措施处理:(1)反转刀盘,盾构机停止推进;(2)如刀盘被卡死,反转无效,将铰接油缸缩回,将刀盘往回拉,然后再转动刀盘;(3)如上面两种方式均不见效,可将管片用木楔塞紧,然后将油缸推力卸去,再边转动刀盘边往土仓里加气冲压.4.7.2刀盘前面遇废弃桩基处理2011年3月18日下午15:30时分,右线盾构机掘进至126环(YDK7+053.700)时出现卡住盾构刀盘的情况,经开仓观察,刀盘卡到了钢筋混凝土的钻孔桩.卡盾构机刀盘后进行了如下应对措施:(1)盾构机尝试脱困无果的情况下停止盾构机运转,调查卡刀盘原因施工.(2)2011年3月18日晚上即开始向土仓和盾体周围注入高浓度膨润土和泡沫,建立1.2bar的土压平衡,确保掌子面的稳定.(3)与交警联系,对刀盘所在位置南北侧各一车道路面进行封闭,对盾构机刀盘前面进行勘察.(4)24h有专人负责地面刀盘位置安全警戒和地表有无明显下沉或隆起现象,发现问题及时向安全总监汇报.因盾构机选型时确定刀盘形式并不适合切割钢筋,因此对前方废弃桩基探明的情况下采取人工挖孔处理的方法.处理方法:YDK7+053.700盾构机卡刀盘位置原桥的承台已破除掉,承台下部为4根直径1.5m的钻孔灌注桩(配筋250025),通过测量放样确认有2根桩基侵入盾构隧道内,且盾构机的刀盘已经切到了1#桩上,为保证盾构机的安全,此处侵限1#,2#桩基均采用人工挖孔破除的方法.人工挖孔采用孔径2.8m的孔将1#,2障碍桩体围住,护壁厚度20em,护壁后的直径2.4m.护壁后保证两护壁最小距离为30cm.1#桩护壁中心沿1#,2#桩中心线往西南侧偏移20cnl:2#桩护壁中心沿1#,2#桩中心线往东北向侧偏移20cm.因两护壁间距较小,为保证挖孔的安全性,两挖孔桩的施工时间上错开两天的工期,先施工1#桩的护壁,待1#护壁完成后,开挖2#桩,开挖过程中将1#与2#桩体问土体方挖除,施作2#护壁时一并将两挖孔护壁间的空隙处支模灌注C25素混凝土(见图3).桩3箍自混凝土一图3YDK7+053.700卡刀盘位置侵限桩处理示意图(1)黄土状土施工处理措施隧道项部覆土主要为黄土状土,土质密实稳定.人工挖孔深度至隧道顶部以上80cm,护壁形式采用C25钢筋速凝混凝土(加入速凝剂)护壁.每开挖lm施做一次护壁,开挖完成后,沿环向800mmx800mm梅花型打入4)48钢管作为护壁钢筋网片的锚固点.护壁钢筋采用击81o0mm100mm钢筋网片,竖向采用B20钢筋作为连接钢筋,沿环向间距1000mm布置,循环护壁过程中连接钢筋采用焊接方式与打入的锚固钢管焊接,钢筋网片与竖向连接筋采用绑扎连接.(2)中砂层施工处理措施盾构机通过范围土质主要为中砂层,挖孔过程中每开挖0.5m施做一次护壁.挖孔之前先沿孔壁竖向插入竹筋作为临时支护,每次施作时要求插入下部砂层中不小于100cm.护壁钢筋采用8100mm100mm钢筋网片,竖向采用+20钢筋作为连接钢筋,环向间距为1000ram布置,护壁钢筋网片与竖向连接筋绑扎连接.5结论(1)区间采用土压平衡式盾构掘进机,利用土仓内的