广州市轨道交通三号线客

1、广州市轨道交通三号线客摘 要 文章简要地介绍了盾构法施工的根本概念和工法要点,对广州轨道 交通 三号线客-大区间盾构施工的技术方案做了初步 总结 与评价,并根据施工过程中的实际体会,深化 研究 了技术要点和管理 方法 ,可为今后进一步进步盾构法施工技术程度作 参考 。关键词 盾构隧道 盾构机 施工技术1 工程概况客-大(客村至大塘)区间为两条平行的别离式单线圆形盾构隧道,左右线总长为3076.93m(其中盾构隧道长3016.93m),共设3个联络通道、1个泵房、1个中间风井及左右线扩大段矿山法隧道、8个接口洞门。 客-大区间圆形隧道外径6.0m,内径5.4m,管片厚度300mm,管片宽度1.5

2、m,分块数为6块,采用错缝拼装。环间采用三元乙丙橡胶止水条止水,同步注浆填充管片与地层空隙。管片混凝土强度等级为C50,抗渗等级不小于S12。该区间隧道沿线建筑物密集,有170多栋楼房,其中确定房屋桩基底到隧道顶面之距小于3m的共有14座。 区间YCK8+230至YCK8+668.4段围岩主要为全风化和可塑至硬塑状残积层,围岩级别为级,土层自稳才能较好,但强度较低,且隧道埋深较浅,整体稳定性相对较差。盾构隧道采用一台海瑞克6.25m复合式土压平衡盾构机从大塘站北端头右线盾构工作井下井拼装始发,向北掘进,在客-大区间暗挖段洞室内调头后,返回向南掘进左线,在大塘站北端头盾构工作井解体吊出。盾构隧道

3、掘进过程示意见图1。本工程的主要特点和难点是盾构在密集建筑群下的推进和盾构机在暗挖地下洞室内的调头。客-大区间盾构施工场地分为两个阶段,右线施工为第一个阶段,施工场地在大塘站北部;左线施工为减小轨道运输的运距和便于附属构造施工,将盾构场地转至客-大暗挖区间的施工竖井场地。2 客-大区间盾构施工的总结与讨论在客-大区间盾构施工过程中,针对工程的特点、地质情况和现有的施工技术程度,借鉴兄弟单位的成功经历,认真研究优化,提出并施行了不少的成功的方案。2.1 盾构机2.1.1 盾构机的选型原那么盾构机是盾构施工的关键,一般的选型原那么是要适宜隧道设计的特点、地质特点、环境特点,选型要有针对性。但是一台

4、盾构机价值几千万元人民币,又有10km的寿命,对施工区域广阔的 企业 ,在选型时不能仅看到眼前的工程,还要应对可能出现变化的条件(尤其是地质变化),所以,盾构机的主要技术参数选择要考虑一定的通用性。 海瑞克盾构机在广州轨道交通二号线工作良好,成为首选。客-大区间盾构经过2.5km的掘进,其主要技术性能、参数根本满足施工要求,但对付硬岩很困难。随着施工中的体会和广泛理解,海瑞克盾构机还存在许多需改良的地方。(1)盾构机的推力和刀盘的扭矩 刀盘的扭矩设计为4500kN·m,脱困扭矩为5300kN·m。实际使用中,在软岩、软硬不均地层中,常有超过设定扭矩值而自动停机的问题。尤其在

5、采用土压平衡形式粘性土层中掘进时,扭矩也很大,经常超过设定值。从 目前 使用情况来看,推力与扭矩的设置是不匹配的,即推力可减小,扭矩还应适当增加,应详细地 计算 验证,修正设计。(2)刀盘的转速按海瑞克的设计,刀盘的转速设定为两档,低档为03r/min,高档为36r/min。使用高档(36r/min)是通过加大液压油流量来实现的,从而影响了机械寿命和设计强度。理论证明,刀盘转速只需要3r/min以下就可以满足施工要求。(3)刀盘与刀具刀盘的开口率客-大盾构机刀盘的开口率不能变化,且中心区开口率小,不适应有粘性软土地层的需要,易形成泥饼。拉瓦特、海瑞克都已制造了开口率可调的盾构机,不仅能适应各种

6、地层的掘进,而且为在不良地层下换刀提供了一定的平安保障。单刃滚刀、双刃滚刀及刀间距海瑞克的双刃滚刀设计从理论看来对付40MPa以上的岩石已非常困难。双刃滚刀要同时破200mm左右范围的岩石,肯定不如单刃滚刀破100mm范围岩石的效果好。在软硬不均的岩层中,应采用单刃滚刀及相应的刀盘设计,刀间距应取85mm左右。(4)变频电机直接传动和液压传动海瑞克采用液压传动,但随着变频技术的日益完善,采用变频电机直接传动比液压传动优点多,首先是变频电机直接传动的机械效率高;其次可以减少发热环节,减少冷却水用量,减小噪音,且使用维护相对简单,所以应选择变频电机直接传动。(5)便于操作维修的人性化设计威尔特、小

7、松盾构机在通道、管片拼装工作台的设计上大大优于海瑞克,人员可以直接在通道上从操作室到盾体前部。(6)注浆系统注浆系统要保持同步,二次注浆设备也应设计在后拖台车上,并要求在不影响正常掘进的情况下,可以进展二次注浆施工。以上仅就盾构机的一些问题进展 分析 ,结论是:海瑞克应做出设计理念的清理和设计方案的改良。2.1.3 盾构机的国产化与零部件的代用盾构机应有大量的构造部件可国产化,现已国产化的绝大部分是钢构造件,对于许多泵(如泡沫泵、膨润土泵等)及液压管路、空压机、皮带输送机,国内已有成熟的电器设备、零部件可直接代用,但国产刀具还需进一步研究。辅助性的螺栓、挡板进口一件动辄几百元,而代用自制产品仅

8、几十元。2.1.4 盾构机的保养与维修做好盾构机的保养与维修是保证盾构机正常工作,尤其是保证盾构机使用寿命的关键。建立强迫保养制度非常重要,但根本的保证是要培养一班稳定的纯熟维修保养人员,包括技术干部和技术工人。2.2盾构施工的主要配套设备2.2.1施工平面设计是配套设备选型的前提关键设备龙门吊的起重才能、跨距、提升高度、卸土方向及方式是决定龙门吊设计和造价的重要参数。客-大盾构始发井洞口大且长,周围还有风亭和出入口,平面布置给龙门吊设计和造价带来很大的影响,功能复杂、造价高、故障率也高。管片摆放、下井的位置也影响管片龙门吊或汽车吊的配置。管片进场摆放既要便于管片运输车的进场卸货,又要便于及时

9、选择管片的点位和下井。理论证明,平面布置应以尽量减小提升土斗龙门吊的压力为原那么,由此才能保证掘进进度。2.2.2 运输方案的选择与机车车辆的配置采用一列车将一环碴土运完,并足量供应同步注浆浆液等辅助材料,有利于快速掘进。但要求盾构机后配套,即皮带运输机要足够长,机车牵引力足够(因为地铁线路纵坡一般较大),机车、车辆制动性能良好。理论证明,采用两列车装完一环碴土的方案只要安排合理,各项工作穿插进展,总体讲不会影响进度。这样,可以选择小吨位的机车,能减少投资。机车、碴车编组,还有许多方案可设计,如保证不连续掘进“双机车分部牵引方案等,应进一步研究。2.2.3 浆液拌合设备对同步注浆浆液的拌合设备

10、及配套设施一定要符合环保要求,事后采用措施效果不佳。本工程因转场后环保要求高,只能增加一辆运输车,将经初拌的潮料运至场内加水二次拌合。2.2.4 管片模具的选型 采用左、右转和标准三类管片,对宽管片拟合曲线及纠偏均有利,封顶块也在上部,但要注意左右转环的模具及产量要大于用于曲线拟合的数量,以供纠偏时使用。2.3辅助添加材料2.3.1泡沫剂、膨润土泥浆根本功用是改良土体,在粘性土中对防止泥饼形成等有很好的效果,泡沫剂并非法国的就好。在软、硬不均的岩层中掘进,适当添加泡沫或澎润土泥浆,能起到冷却、光滑的作用,有助于减少刀具磨损。2.3.2 盾尾油脂要到达相当的粘度,以能抗衡地层土水压力、注浆压力,

11、质量不能模糊,国产的盾尾油脂完全能用。要特别注意,在始发前一定要将尾刷内的油脂彻底填满,日常的自动加注也要经常检查,保护尾刷,保证盾尾密封。2.4 盾构掘进的主要施工方案2.4.1 盾构在软岩地段的掘进 该地层的掘进,要在保证注浆量的前提下,控制好土舱压力,尽量做到快速平衡施工。要加强地面沉降监测,监测数据要及时反响到盾构机操作室,以调整掘进参数,确保平安可靠掘进。客-大区间盾构由于施工控制严格,提早做出预测,实行了信息化施工,在建筑群下软土层的掘进中,无坍塌,隆降控制在+5mm-15mm之间,确保了环境平安。在粘性土中掘进特别要注意防止泥饼的形成,采取加泡沫、设定适宜的略低的土舱压力、适当控

12、制推进速度和推力等措施是有效的。2.4.2 盾构在硬岩地段的掘进 在该地层掘进首要的是保护刀具、刀盘,要强迫性地对刀具、刀盘按时进展检查,适时更换、修复。在硬岩富水地层,管片上浮是一种较为普遍的现象。采取改良同步注浆浆液的配合比、缩短浆液初凝时间、足量注浆是防止管片上浮的主要措施,同时加密管片姿态的测量频率,根据测量结果,适当将盾构机姿态压低于设计轴线,补偿因管片上浮对轴线的偏离。2.4.3盾构在软硬不均地层中的掘进在软硬不均地层中掘进,为保护盾构及其刀具,不宜追求太高的施工进度。在此地层中掘进必须控制掘进参数,推力不宜太大,刀盘转速不宜太快(一般为1.0r/min左右),刀具贯入量不宜太深(

13、一般为5mm/转)。同时掘进期间要经常、有方案地检查刀具、刀盘状况。2.4.4 同步注浆的控制同步注浆首先要把握好浆液配合比,否那么容易造成堵管现象(表1)。在软土区应以控制注浆量为准,在硬岩区应以注浆压力为主要控制参数。对制浆、运输过程的管理要到位,注浆手要精心操作,发生堵管要采取措施及时疏通,不能大意。2.4.5管片的选型和拼装盾构机VMT系统能预测5环拟拼装管片的型号和点位,但施工中不要完全照办,还要本着纠偏不能过急的原那么,并考虑现场所存放各类管片的数量,确定管片型号的选择。管片拼装是质量控制的关键环节,不必太快,拼装机操作手是关键,环向螺拴应注意紧固。因推进千斤顶分为四组,在盾构机推

14、进时一定要把握各组推力不要相差过大。2.5辅助施工方案2.5.1盾构井端头加固方案2.5.2 建筑物保护方案 广州市地下铁道设计 研究 院提供了建筑物保护设计方案,根据其检算结果,结合实际情况,我们对原方案做了较大的改良:仅对东风二小学教学楼采用桩基托换,其它房屋的桩基采用筏板托换加固的方法,筏板厚度为0.4m,使原有桩基与筏基形成结合根底,进步房屋根底的承载力,同时利用筏板根底的刚度调整地层不均匀变形的应力。采用改良的方案施工,盾构机通过后地层沉降全部控制在容许范围内,房屋未出现异常现象,到达了加固效果,降低了本钱。2.5.3 始发期间运输方案的优化设计方案是使用临时出土口进展出碴进料,但临

15、时出土口为两盾构单位共同使用,牵扯两个单位的协调和设备的租赁。提出始发运输的改良方案,采用从车站北端左线盾构井口出土,即右线掘进时布置一道岔,把列车转到左线北端头出土口进展出碴进料。这样既保证了进度,还省去租用一个月40t龙门吊及分担轨底梁的费用,也为地铁车站设计中是否设置临时出土口提供 参考 。2.5.4 盾构机通过中间风井的矿山法隧道方案盾构机通过中间风井矿山法隧道采用拼装临时管片的方案。盾构机到达前,在矿山法隧道按盾构机的设计位置浇筑弧形导台,以作为盾构机的支撑平台和滑行轨道。2.5.5 盾构机在地下洞室的调头由于三号线在客村站以南设有与二号线的联络线及折返线,其隧道断面变化大,用暗挖法

16、施工。因此,盾构机不能在客村站内调头或吊出,采用了在暗挖段特设的扩大洞室内进展盾构机调头。为此,对方案进展了深化的研究、优化。按照最终确定的方案,在2004年元月至2月顺利地完成了地下洞室内的调头。其方案如下:(1)盾构机主体在扩大的地下洞室内调头。(2)后拖台车利用暗挖区间竖井及右线的大断面隧道调头并转至左线。(3)经反复 分析 ,屡次与业主、暗挖承包商联络协调,在调头的同时,进一步施行了转场方案,即在盾构机调头后将原设在大塘站的龙门吊等场内设备移至客村暗挖竖井场地,从暗挖区间的竖井出土、进料、通风、供电、给排水。转场后,为左线掘进、后续附属工程施工、保证工期都创造了良好的条件,同时减少资金投入,降低了本钱。3 总 结(1)盾构法施工是一个系统性很强的工程,其施工技术方案确实定,一定要从土建、机械、平安、 经济 各个方面综合权衡,认真比选。唯有统筹安排,才能确保盾构平安、快速、平衡的施工,本钱才能得到有效控制。(2)盾构法施工要充分掌握和判断地质情况,以此作为选择适宜的盾构机型、合理的掘进形式和掘进参数的根据。要标准地、实在地实行信息化施工,对盾构法施工是既有条件又非常必要。(3)盾构法施工管理要以盾构机为中心,作为盾构法施工的关