大截面矩形地下通道施工技术的和应用

大截面矩形地下通道施工技术的研究和应用——轨道交通6号线浦电路车站3号出入口通道工程概述工程概况和特点工程实施的关键技术工程实施的效果经济与社会效益一、工程概况和特点工程名称：上海轨道交通6号线浦电路车站3号出入口工程地点：上海浦东新区东方路与浦电路交叉的十字路口南侧工程内容：包括一个始发井、接收井、地下通道和出入坡道。☆通道坡度3%☆最大埋深11.624m☆最大覆土厚度为7.264m☆掘进距离为42.7m☆由28节预制钢筋混凝土管节组成。

二、工程概况和特点土层自上而下依次为：填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粘质粉土、淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、粉质粘土、粉质粘土、砂质粉土夹粉质粘土、粉砂、粉细砂。通道洞身埋置于③淤泥质粘质粉土、③（夹）粉质粘土、④淤泥质粘土这3层土之间。该土层渗透系数一般为6～10cm/sec左右，属高含水量、高灵敏度、高压缩性、低强度、弱渗透性的饱和软粘性土，蠕变量大。土层名称含水量重度粘聚力内摩擦角压缩模量塑性指数液性指数空隙比%kN·m-3Pa°Mpa%%①填土18②粉质粘土34.91815225.0614.70.991.01③淤泥质粉质粘土40.917.41220.53.5814.11.411.16③（夹）粘质粉土34.518.15317.2911.71.380.98④淤泥质粘土49.816.614122.421.21.241.43⑤1-1粘土38.717.616153.7418.10.951.12⑤1-2粉质粘土35.517.815184.6115.50.931.04⑥1粉质粘土24.119.34417.57.68150.370.72⑥2粉质粘土24.519.34022.58.93140.360.72⑦1-1砂质粉土夹粉质粘土30.418.5431.513.520.86⑦1-2粉砂29.218.7231.513.30.83⑦2粉细砂29.718.9232.511.820.82土层物理力学指标地质情况：二、工程概况和特点通道沿线地下管线情况二、工程概况及特点

TH625PMX-1土压平衡式矩形隧道掘进机主要性能：

★掘进机截面尺寸为4390mm×6270mm，机头长度为5480mm

★主顶千斤顶总推力为3200T；

★具有可靠的防水性能，适合于地表下15米内的地层施工；

★前置刀盘采用独立模块单元设计，可按模块分解组合；

★具有防背土功能；

★机身两侧配有平衡翼，可防侧转；

★机身上的铰接装置，除具有纠偏功能外，兼具中继间的功能；

★双螺旋输送出土，泵送渣土；

刀盘取土口土压传感器平衡翼铰接伸缩缝二、工程概况和特点●

双螺旋输送出土，泵送渣土两个螺旋输送机取土，通过取土量和掘进速度来平衡正面土压力。

●推进系统主顶装置采用16个千斤顶，单个千斤顶最大推力2000KN，行程2500mm，总推力32000KN。16个千斤顶两侧对称布置，每个千斤顶具有独立油路控制，掘进初始阶段，可根据施工需要通过调整主顶装置的合力中心来进行纠偏。铰接系统配有16个千斤顶，最大行程250mm，顶力为1500KN/只，工作油压31.5Mpa，具有纠偏及中继间双用功能。二、工程概况和特点预制钢筋混凝土管节：△外包尺寸：6240mm×4360mm△厚500mm△长1500mm△

单节管重约36吨△每节管节安有10个减摩浆注入孔

课题组在施工前期做了大量的技术准备工作，反复讨论、研究方案的科学性、合理性、可行性。在此基础上，还咨询了各路专家，对施工方案进行论证、审查，保证了工程得以顺利实施。二、工程概况和特点三、工程实施的关键技术1、出洞技术

1)洞口加固及掘进穿墙措施根据现场环境，出洞口外土体采用SMW工法加固，三轴搅拌后插入H700型钢，密插。工法桩加固宽度为两个洞门宽，深度为洞门下3米。加固体与围护体之间采用高压旋喷加固，以起到洞门凿除后挡土和止水的效果。洞门止水装置采用帘布橡胶板+可调节截面尺寸的钢插板。三、工工程实实施的的关键键技术术2)出洞防防磕头头措施施为克服服掘进进机出出洞阶阶段的的磕头头趋势势，采采用高高出洞洞技术术。3）掘进进机刀刀盘为为前置置式设设计，，无常常规的的密封封土仓仓，且且由于于出洞洞加固固采用用SMW工法，，出洞洞时，，当前前置刀刀盘进进入帘帘布板板后，，需进进行工工法桩桩型钢钢拔除除，此此时，，极易易发生生刀盘盘前的的土体体坍塌塌，酿酿成后后果。。应对的的措施施为：：①刀盘盘进入入帘布布板前前，先先在6个刀盘盘的间间隙内内绑扎扎聚乙乙烯泡泡沫板板，尽尽可能能将刀刀盘间间的空空隙填填满。。②刀盘盘进入入帘布布板，，控制制好推推进距距离，，使刀刀盘与与工法法桩的的型钢钢保持持最小小的距距离。。③通过过穿墙墙管向向帘布布板内内压注注高稠稠度的的惰性性浆液液，尽尽可能能充填填聚乙乙烯泡泡沫板板间的的空隙隙，此此时，，已建建立起起切口口前的的压力力。④拔除除工法法桩型型钢。。三、工工程实实施的的关键键技术术

由于掘掘进机机的主主推系系统设设置在在井内内，随随着掘掘进距距离的的延伸伸，主主推力力也逐逐渐增增大，，此时时，须须在机机头和和管节节与土土层接接触面面间压压注适适量的的减摩摩浆液液。这这样做做可有有效地地减小小掘进进推力力和防防止设设备及及管节节背土土造成成的地地表沉沉降，，危及及地下下管线线的安安全。。

减摩浆浆液的的注入入口分分别为为：掘掘进机机尾部部外均均布18个；每每节管管节外外周均均布10个，实实际使使用9个（管管节下下部中中间因因需布布置泵泵土管管，该该处注注入口口弃用用）。。

减摩浆浆液应应控制制好注注入量量和注注入压压力。。注入入量的的控制制以能能形成成浆液液套为为准；；注入入压力力的控控制以以不劈劈裂土土体为为前提提。

压浆量量一般般控制制在0.5m3~1.0m3/每节，，可根根据总总推力力的变变化情情况，，在此此范围围内调调整。。掘进进时要要根据据具体体情况况，适适时适适量地地全程程补压压浆；；压力力以不不超过过0.5Mpa为准，，工程程证明明该参参数是是合理理、有有效的的。膨润土水纯碱CMC400KG850KG6KG2.5KG项次项目性能指标检验方法1比重1.1~1.15g/cm3浆液比重剂2粘度1～2s500ml漏斗法3PH值7PH剂4失水率<25cm3/30mim失水仪5稳定性d0.02g/cm2稳定性筒浆液配配比表表浆液指指标表表2、减摩摩技术术三、工工程实实施的的关键键技术术为了保保证注注浆效效果，，在注注浆施施工中中还采采取了了以下下技术术措施施：1)对浆液液原材材料进进行质质量验验收；；严格格按配配比拌拌制；；要经经常对对拌好好（特特别是是隔夜夜）的的浆液液进行行测试试，以以确保保减摩摩浆液液的质质量。。2)制定合合理的的注浆浆工艺艺，严严格按按注浆浆操作作规程程进行行，坚坚持““随掘掘随注注、逐逐孔压压浆、、全线线补浆浆、浆浆量合合理、、压力力适度度”的的原则则。三、工工程实实施的的关键键技术术◆当掘进进至规规定行行程、、安装装管节节前，，需缩缩回主主推千千斤顶顶油缸缸。此此时，，由于于正面面土压压力的的作用用，掘掘进机机及已已安装装完的的管节节会产产生一一定量量的后后退。。此情情况，，在初初始掘掘进时时表现现尤为为明显显。这这样会会使管管节间间松弛弛，严严重的的会造造成切切口前前地表表沉降降，导导致影影响地地面交交通和和危及及管线线安全全，需需采取取合理理有效效的止止退措措施加加以克克服。。◆以切切口土土压力力0.14Mpa为例，，切口口前的的正面面反推推力达达到400T左右：：P=pa××（a×b）=140KN/m2××（4.39m××6.27m）=3989.5KN式中pa————切口压压力（（KN/m2）a———掘进机机截面面高度度（m）b———掘进机机截面面宽度度（m）◆因此此，为为防止止掘进进机在在巨大大的反反推力力作用用下后后退，，施工工时需需采取取止退退措施施。◆抵抗抗掘进进时正正面反反推力力措施施随着着施工工深入入、通通道延延伸可可逐渐渐弱化化。现现场控控制以以机头头后退退小于于5mm为临界界，即即机头头后退退小于于5mm可撤消消（或或简化化）止止退装装置。。3、止退退技术术三、工工程实实施的的关键键技术术(1)土压力力土压力力的设设定以以理论论值×系数来来确定定，并并根据据监测测数据据反馈馈值来来调整整。上述系系数应应取1.6~1.8，比盾盾构施施工取取值要要大。。它和和不填填充建建筑空空隙有有关（（理论论上管管节外外有15mm的建筑筑空隙隙，减减摩浆浆液没没有强强度））。掘掘进时时，切切口前前应略略有隆隆起，，机头头过后后略有有回落落。(2)掘进速速度掘进速速度是是控制制切口口土压压力稳稳定、、正面面出土土量均均匀的的主要要手段段。在在掘进进时，，不断断调整整掘进进速度度，找找出速速度、、正面面土压压力与与出土土量三三者的的最佳佳匹配配值，，以保保证掘掘进质质量，，确保保设备备以最最佳状状态工工作。。(3)出土量量施工过过程中中，出出土量量要与与开挖挖量相相一致致，以以保持持正面面土压压力稳稳定。。出土土量大大于开开挖量量，地地面会会沉降降，出出土量量小于于开挖挖量，，地面面会隆隆起，，这都都会造造成管管节周周围土土体的的扰动动，只只有保保证出出土量量与开开挖量量相一一致，，才不不至于于造成成周边边土层层的过过多扰扰动。。单个管管节的的理论论出土土量约约41m³，正常常情况况下出出土量量控制制在理理论出出土量量的98%左右。(4)顶管允许最最大顶力掘进时，千千斤顶油压压会有波动动，主推合合力瞬间会会达到2500T左右，为了了防止损坏坏管节混凝凝土，在主主顶泵站设设备调试时时，调整压压力阀以使使系统的总总推力控制制在2000T以下，并锁锁定压力阀阀，避免施施工中发生生超出顶力力的事件。。4、施工参数三、工程实实施的关键键技术▲轴线控制是是矩形隧道道掘进的一一大难题。。在施工时时，轴线一一旦形成较较大的偏差差，纠偏难难度将增大大，因此，，施工中必必须严格控控制好施工工轴线。掘掘进时，应应控制好掘掘进机姿态态，随偏随随纠，做到到勤纠、少少（量）纠纠，一次纠纠偏量不宜宜过大，防防止滥纠，，避免掘进进机走“蛇蛇”形。▲一次纠偏量量过大，会会发生管节节张角，造造成管节渗渗漏，还会会造成管节节端面的混混凝土破损损。严重的的会加剧地地面沉降。。▲初始阶段纠纠偏主要靠靠选择后顶顶千斤顶位位置和数量量，改变主主顶合力位位置来实施施。当管节节拼装有一一定长度后后，靠铰接接油缸实施施。5、轴线控制制技术三、工程实实施的关键键技术主要技术措措施：1、信息化施施工2、改变刀盘盘转动方向向3、合理使用用平衡翼4、调整浆液液注入位置置当克服（或或校正）侧侧转采用上上述第2、第3措施无效时时，采用第第4措施，效果果十分明显显。工程中，掘掘进近第10环时，逆时时针侧转一一直无法及及时纠正，，虽然采取取了改变刀刀盘切削方方向和使用用了平衡翼翼，侧转仍仍有增大趋趋势，此情情况下，就就是采用改改变注浆总总管位置，，从而解决决问题的。。6、防侧转技技术三、工程实实施的关键键技术掘进时，周周围土体的的扰动和地地层损失，，会造成一一定量的地地面沉降，，主要原因因有：1)在掘进过程程中，如果果切口水土土压力不平平衡，会造造成超（欠欠）挖，导导致地面沉沉降，从而而损坏地下下管线；2)掘进时，纠纠偏造成的的对地层过过量扰动，，也会加剧剧地面沉降降，从而损损坏地下管管线；3)地面附加荷荷载也会导导致地面沉沉降。当掘掘进沿线两两侧地面附附加荷载（（例建筑物物等）不一一致时，会会影响掘进进土压力取取定，造成成局部范围围的超（欠欠）挖，从从而造成地地面沉降，，并损坏地地下管线。。因此，加强强掘进施工工时正面土土压力的管管理、适时时适度地纠纠偏和信息息化施工，，及时调整整、优化施施工参数，，精心组织织、精心施施工是控制制地面沉降降的关键。。施工中地面面沉降的主主要控制手手段为刀盘盘正面土压压力管理，，即利用切切口正面土土压力，达达到对掘进进机正前方方开挖面土土体支护的的目的，从从而控制好好地面沉降降。土压力力的设定是是掘进施工工的关键。。控制地面不不均匀沉降降的预防措措施有：1)根据地质资资料，预先先对穿越的的地层进行行充分分析析，了解地地层的物理理及力学特特性；2)控制掘进速速度，均衡衡、不间断断施工；3)加强对周边边环境的事事先、事中中的了解和和监测。7、地面沉降降控制技术术三、工程实实施的关键键技术为防止通道道成型后管管节接头松松弛，避免免接缝间渗渗漏水，现现场采用L120××120××14的型钢连接接相邻管节节。其中，，首五节全全断面连接接，后续管管节连接点点相应减少少。管节连连接后，对对掘进机机机的轴线控控制也有益益处。8、管节连接接技术三、工程实实施的关键键技术★掘进机施工工客观上存存在建筑空空隙，施工工阶段该间间隙是由减减摩浆液来来充填的，，对控制地地面的后期期沉降极其其不利。为为了消除该该弊端，应应在掘进结结束后，对对管节外建