盾构隧道施工中经常出现的问题与处理

盾构隧道施工中经常出现的问题与处理盾构隧道施工中经常出现的问题与处理 摘要 摘要 当前盾构隧道施工在建设中得到了广泛的应用 但是其在掘进过程中安全问题多 必须加强地铁隧道施工的质量管理 本文首先具体探讨了盾构隧道施工中经常出现的问题 然后论述了处理方法 合理的地质选线与勘察 掘进对土体的影响 盾构管片上浮 刀盘 下沉 渗漏治理 监测施工信息 关键词 关键词 地铁隧道 盾构掘进 土质稳定 管片上浮 刀盘下沉 渗漏治理 监测信息 随着城市快速轨道交通的迅猛发展和修筑技术的不断提高 不可避免地出现地铁隧道 进行盾构施工问题 但是盾构隧道施工安全依靠性比较强 很容易出现安全问题 但目前 我国地下隧道设计技术规范与施工技术规范对盾构隧道施工时应考虑的问题及其解决方法 与措施涉及很少 使工程技术人员常盲目或片面地处理所遇到的工程问题 本文为此具体 探讨了盾构隧道施工中经常出现的问题与处理方法 1 1 盾构法与隧道施工盾构法与隧道施工 盾构法是指在地面下暗挖隧道的一种施工方法 隧道采用盾构法对地下铁道 上下水 管道 电力通讯 公用设施等各种隧道建设具有明显优点 但是受地下管网建设和轨道交 通规划影响 盾构隧道不但将穿越地面建筑物林立的已建区 还将空间跨越各类已有地下 建筑物 但施工中容易出现各种安全问题 比如当前盾构隧道多年以来一直是建设安全问 题集中的地段 也是影响地铁造价和营运水平的重要因素 同时盾构的存在也给隧道施工 工程质量带来了隐患 2 2 盾构隧道施工中的安全控制措施盾构隧道施工中的安全控制措施 2 12 1 合理选线与地质勘察合理选线与地质勘察 地铁是一项多专业 多系统 综合性强而复杂的特大型系统工程 其中线路是地铁系 统中最基本的系统专业 凡是修建地铁 首先要确定线路走向和车站分布 才能进行建筑 结构工程和各种设计系统的设计和施工 线路走向和车站分布是否合理 也影响到建设期 的造价和运营期的效益 所以线路专业是地铁的先行专业 是地铁系统设计的基础 地铁 不仅是城市交通的重要组成部分 而且是城市建设和规划中不可分割的重要部分 这一基 本观点在同行中已取得共识 因此许多城市在编制总体规划时 将地铁 城市快速轨道交 通 路网规划列入 城市建设总体规划 使地铁建设与城市规划关系更加明确 更加密 切 确切地讲 地铁线路设计与城市建设规划的合作和配合显示出十分重要的作用 包括 平面位置和纵断面高程 这与城市建设规划关系更为密切 更加具体 但配合难度较大 当线路走向确定之后 如何来确定线路位置 一是要看沿线城市 道路 建筑 现状和规 划要求 二是选用什么施工方法和结构型式 上述两条是定线思考的基本出发点 线路设 计不是一项孤立的专业设计 它需要内外配合协调而成 2 22 2 地质勘察地质勘察 地质勘察是指在公路隧道选线过程中 除利用地形 地貌选线外 还应充分考虑和重 视工程地质条件 以地质条件确定路线方案 选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘 测 查清其对地下隧道工程的影响 对于严重不良地质地段 当必须穿越时 应选择合适 的位置 缩小跨越范围 并采取必要的工程措施 以确保隧道工程设计与施工的合理性及 其竣工后的正常运营 应对线路走廊的范围 水文地质 地质构造进行认真的分析与评价 3 3 盾构掘进工作的土层稳定问题盾构掘进工作的土层稳定问题 3 3 1 1掘进工作的土体变形掘进工作的土体变形 掘进工作中主要是土体的沉降 土体变形 常规变形 通过大量观测和地层应力状态 分析可分为五种情况 从盾构的通过 盾尾脱离以及在以后相当长的时间地层均发生 变形 盾构在浅覆土状态下 盾构壳体可能背土而行 地表隆起 但随着隧道埋深的 增加 隆起范围扩大 隆起值减少 非均质土情况会造成正面阻力不均匀 影响盾构 向前推进 由于纠偏导致对周边环境影响的增大 造成土体变形 由于盾尾后面隧道 外围建筑空隙中注浆不及时 注浆量不足 压力不适当 使盾尾后坑道周边土体失去三维 平衡状态 引起地层损失 造成沉降 当开挖面土体的水平支护力大于或小于原始侧 压力 开挖前方的土体会产生隆起或沉降 3 3 2 2土体变形的处理土体变形的处理 处理方法 为减少和防止地面沉降与地层损失 同步注浆对控制地面沉降 改善地层 结构受力防止土层变形 提高衬砌结构防水性能有重要的作用 但同步注浆要根据地层情 况确定浆液材料 浆液配合比 注浆压力 注浆量级注浆起讫时间 对同步注浆能否达到 预期效果其关键作用 根据施工经验建议 注浆压力一般取1 1 1 2倍静止土压力 通常采 用0 5 1 0mpa 为拱顶土压力2倍以上 一般注浆量为理论注浆量 等于施工间隙 的 140 180 对建筑物间隙造成的沉降 除了对盾构尾部注浆外 还需在管片中进行二次补 浆 二次注浆是弥补同步注浆的不足 也是减少地层沉降的辅助手段 软弱地层由于其承 载力低 容易发生的不均匀沉降 应采取换填加固或桩基础等处理措施 4 4 盾构掘进盾壳平衡问题 盾构掘进盾壳平衡问题 隧道在施工中由于盾构机处于不断的前进之中 土层受到不断扰动 土层间的应力不 断变化 所以盾构推进力与开挖面土体之间处于动态平衡状态 以土压平衡盾构为例 由 于土压平衡 盾构靠密封舱内的土体压力与前方土体平衡 所以其维持动态平衡主要有以 下两种方法 保持推进速度调整排土量 根据出土螺旋输送机的正常工作范围 调整推进速度 5 5 管片上浮问题管片上浮问题 地铁盾构隧道刚度小 整体性差 管片上浮问题是盾构隧道施工中面临的一个较大问 题 管片脱离盾尾后 因为建筑间隙的存在 需要及时进行注浆加固 在注浆浆液尚未凝 固前 管片受到较大的上浮力作用 包括水浮力 浆液浮力或者泥浆浮力的作用 受浮力 最大的管片即刚脱离盾壳并进行同步注浆后 浆液尚未初凝达到一定强度的管片段 此时 若上覆土荷载不足以抵抗管片受到的浮力 将产生管片上浮问题 管片上浮通常由多种原 因引起 控制盾构隧道施工中的上浮 一般可采用如下措施 首先了解隧道通过地段 的地质情况 包括土层分布 深度 强度 含水量预先制定不同地段采取不同的掘进措施 在掘进过程中及时调整掘进速度 掘进推力 掘进模式等 加大浅埋段上覆土的厚度 改善上覆土的性能 可采用注浆等方式改善上覆土的性能 使上覆土层中形成一层不 透水的硬壳层 此时上部土层 水等覆盖物荷载作用在隧道上防止了管片上浮 改善 浅埋段管片自身的受力性能 增加浅埋段管片的纵向螺栓数量 在不影响螺栓正常使用的 情况下 加大螺栓直径 设置剪力键 在拼装管片时尽量减少错台 确保管片定位准确 加大螺栓紧固力 提高其抗剪性能 从而增大邻接管片对上浮段管片的约束力 改善 同步注浆的浆液质量 适当缩短浆液凝结时间 让浆液不能形成对管片向上的浮力 也是 盾构隧道施工抗浮的一个重要手段 控制测量精度和频率 合理分布洞内测量分布点 和导线 根据测量结果调整盾构机控制参数 6 6 刀盘下沉问题刀盘下沉问题 由于盾构刀盘本身重量大 当通过软弱地层时 由于下卧地层承载力不够 会造成刀 盘下沉 在盾构推进过程中 刀盘与开挖面间的竖向摩擦效应会缓解刀盘下沉问题 所以 在暂停掘进时 刀盘下沉问题会更为突出 而且 即使在承载能力较好的情况下 施工振 动 或者泥水盾构的泥浆与地层的共同作用 亦会使含水 地层的承载力大为下降 严重时在 某些地层中可能还会产生液化问题 进而产生刀盘下沉问题 值得注意的是 因为盾构本 身重量分布不均 刀盘 所在的切口环本身重量较大 而且其内有泥浆 使得该处重量更为 集中 会使盾构产生不均匀沉降 即刀盘处沉降量更大 要解决刀盘下沉问题 一方面需尽量连续掘进 再者需调整好推进力 刀盘转速以及 进 出泥浆比重 或者出土率 间的关系 在保证开挖面稳定的前提下 充分利用刀盘与开 挖面问的摩擦效应 防止刀盘 下沉点头 必要时还需对下卧地层采用注浆等措施进行加 固 7 7 盾构隧道渗漏水调查和治理盾构隧道渗漏水调查和治理 7 1 渗 漏水调查渗 漏水调查 盾构法隧道渗漏水调查宜按如下方式分类 按调查深度分 一般调查 重点调查 全 面测定调查 按调查主要内容分 金属件及其预埋件的腐蚀 裂缝和破碎 渗漏水 渗泥 等情况 也可按调查区段划分 按调查的衬砌部位分 按调查衬砌的结构分 渗漏水调查 各类盾构法隧道运营后均应作定期检查 应根据不同用途 不同要求 选择不同的调查频 度 另外 隧道施工阶段的质量 运营时的渗漏程度 也应是决定检查频度的要素 盾构 法隧道渗漏水 裂缝与破碎等损害的检查频率应符以下规定 A 类是 渗漏量趋近或超过 允许漏水量 施工阶段沉降 裂缝 位移严重者或遇及异常情况的盾构隧道 B 类是变 形基本停止或甚微 施工阶段管片损害 漏水较少的盾构隧道 重点检查 的内容应包括 局部区段漏水量的测量 沉降点测定 全面测定检查 的内容应包括全隧道测定统计漏水 量变化 必要时 沉降曲线的变化也应纳入 不同用途 不同要求的盾构法隧道的调查频 度的差异 应符合规范要求 地铁区间隧道 水下管道隧道及重要的电缆隧道宜取上限 污水隧道 其它水工隧道 一般的道路隧道和电缆隧道宜取下限 7 2 渗 漏水治理渗 漏水治理 盾构法隧道渗漏水治理应贯彻以堵为主 以排为辅 堵排结合 因地制宜 综合治理 的原则 但对各种用途不同盾构法隧道 堵 与 排 的侧重程度可不同 环纵缝 包括十字 T 字接头 渗漏 滴漏 螺孔渗漏宜采用注浆堵水 其材料与工艺宜根据实际情况确定 一般 注浆堵水材料可采用 聚氨酯浆材 丙烯酰胺浆材 或丙烯酸盐 超细水泥浆材 水泥一水 玻璃浆材及其它化学注浆材料 注浆堵水工艺可采用 通过注入密封剂槽压注 通过十字 T字接头和环纵缝压注 通过回填注浆孔压注 即径向壁后注浆 从竖井与圆隧道接头间隙 用水平管压注 多为花管 从管片内壁钻直孔或斜孔至螺孔 对环纵向螺孔渗漏压注 裂缝为0 15mm以下湿裂缝或微渗裂缝时 只用无机水性高渗透密封剂涂刷封闭处理 裂 缝为0 20mm以上干裂缝时 采用 聚氮酯 聚硫涂料涂抹封闭 因外荷变化可能发展的 0 20mm以上的渗漏缝或裂缝虽在0 20mm以下的渗漏裂缝虽在0 2mm下 但漏水多的裂缝 应 采用注浆 注浆材料可采用 聚氨酯 水溶性 油溶性 对结构的确有影响的0 20mm 以上的干裂缝或微湿裂缝应注浆补强 补强注浆材料采用 环氧一糠醛一丙酮注浆材料 甲凝注浆材料进行处理 8 监测监测施工信息施工信息 沉降监测根据二等水准测量技术要求 按照先控制后加密的原则进行作业 1 沉降测 量 宜选用精密水准仪配合钢尺测量 测量过程中采用相同的观测网 选定使用仪器和观测 人员 并尽可能选择最佳观测时段 在基本相同的环境和条件下进行观测 2 周边水位测量 地下水位测量通过钻孔埋设水位测管 采用声响式水位计观测 通过每次监测的水面标高来 计算地下水位在一段时间内的累计变化量和平均变化率 从而判断地下水位的变化对既有建 筑物或构筑物的影响 3 工程拱顶部水平位移测量 工程拱顶部水平位移测量方法与基 坑止水幕墙顶部位移测量方法相同 4 土体深层变形测量 土体深层变形测量 测斜 选用 精密测斜仪观测 用测斜仪观测不同深度土体侧向位移时 首先将带有十字定向导槽的专用 测斜管钻孔预埋在土体中 测量土体深层变形 监测频率 可从工程实际情况出发 测量分为两部分 一部分是所有测点定期普遍测量 一部分是对盾构机刀盘位置前后的测点进行加密观测 观测周期 次数 各监测项目测 初值 2 次 地铁隧道施工前期阶段 1 个月 7 天测量一次 地铁隧道施工阶段 3 个月 所有测点 3 天测量 1 次 盾构机前后 50m 隧道左右边线 15m 范围内 的测点 1 天测量 2 次 地铁隧道施工后 3 个月 第一个月 7 天测量 1 次 第二个月 15 天测量 1 次 第三 个月测量 1 次 鉴于土层 岩体的复杂性和不确切性 只有通过正确的监测数据来判断地层及岩性的 稳定 核对原有的设计并指导施工 监测数据的真实性 准确性是保证隧道施工安全和质 量的必要手段 通过正确的监测数据 解决遇到的问题 及时改进施工工艺 确保施工质 量安全 9 结束语 结束语 总之 盾构隧道施工技术已经在我国得到了较好的运用 并取得了较好的经济 社 会效益 随着技术的不断完善和进步 但是在施工中必须综合考虑勘察 设计 施工和使 用中的各种因素 搞清楚隧道结构与工程地质的相互关系 从而保障施工安全 参考文献 参考文献 1 冯卫星 况勇 陈建军 隧道坍方案例分析 M 成都 西南交通大