盾构穿越（通用8篇）
盾构穿越 篇1
洪开荣师从隧道和地下工程著名专家、中国工程院院士王梦恕, 现任中铁隧道集团有限公司总工程师、盾构及掘进技术国家重点实验室主任, 长期从事我国盾构施工的科研与管理工作, 享受国务院政府特殊津贴
像每个成功人士一样, 洪开荣很忙。中铁隧道集团2010年在建项目296个, 作为技术神经系统的中枢, 他天南海北到处飞。就连我们踏入他办公室的那一刻, 还有很多人围着他汇报工作。他说, 今天在洛阳, 明天就去珠海了。他打趣说自己是“游击队”、“地下工作者”。这么形容也恰如其分, 因为这是隧道及地下工程的性质决定的。
开通运营了一段时间的郑州到西安的高铁, 运行时间不到两个小时, 这在过去是无法想象的。这让洪开荣与他的同事们感到分外高兴和自豪。他们这些地下工作者最大的愿望就是, 运用他们的盾构技术给人们的出行创造便利和舒适, 路走得更平坦。他说, 让遥远的期盼变成转瞬的拥抱, 让坎坷的路程变成平坦的大道, 就是他们的奋斗目标。“遇山开路, 逢水架桥”的理念, 在中铁隧道实现了“遇山逢水一隧穿越”的飞跃, 志在穿越, 这是他们这些盾构技术“地下工作者”的心愿。
实验室引领盾构技术前沿
2010年, 河南省申报国家重点实验室实现了零的突破, 洪开荣带领的盾构及掘进技术国家重点实验室名列其中。国家重点实验室一定要代表一个国家在相应领域的最高技术水平。洪开荣说, 这个荣誉来之不易, 同时也很有压力。为了捍卫这个无尚荣誉, 整合资源, 开放思路, 引领盾构行业的发展是他们现在和未来的努力方向。
盾构, 是一种用于地下隧道暗挖施工, 具有金属外壳, 壳内装有整机及辅助设备, 在盾壳的掩护下进行土体开挖、土渣排运、整机推进和管片安装等作业, 而使隧道一次成形的隧道施工机械。作为目前承载世界最前沿技术的隧道施工机械, 盾构被公认是衡量一个国家装备制造业水平和能力高低最具代表性的重大关键装备。
30年前, 我国的隧道施工技术落后国际30年。如今我国已成为世界隧道大国, 施工水平跻身国际先进行列。他回忆说, 我国的盾构研究最初是一片莽原, 虽然从1950年就开始了研究, 可是并没有取得任何突破性进展。改革开放以后, 加强了对外交流与合作, 才开始有所起色, 但是行业整体还是处于与外商合作制造为主的发展阶段。
由于盾构设备制造工艺复杂、技术附加值高、价格高昂, 我国不得不长期从发达国家大量进口。专家预计2015年以前, 我国将新建轨道交通65条线, 总长度为1 700公里, 投入施工的盾构300台以上, 各类盾构未来潜在市场超过200亿元, 市场前景非常广阔。庞大的市场和巨大的外汇支出, 让实力强大的国外盾构制造商虎视眈眈, 也让中铁隧道集团的工程技术人员感受到肩负的责任。
为振兴民族装备制造业, 打破“洋盾构”一统天下的局面, 十几年来, 洪开荣和中铁隧道的同仁们始终致力于盾构的自主研发, 消化了几乎所有国外先进的盾构技术, 完成了从盾构关键技术的研制到整机的研制过程, 打造出中国装备制造业自己的盾构品牌。经有关部门鉴定, 他们自主研发的盾构已达到国际先进水平, 部分关键技术已达到国际领先水平, 由于地质适应性强, 其功能已超过了德国、法国、日本等国同类产品, 盾构掘进速度比传统机械快4～10倍, 并促使进口盾构不得不每台降价近千万元, 结束了洋盾构垄断我国市场的局面, 同时也实现了我国隧道施工技术的飞跃。
早在2002年, 在国家重点实验室立项之前, 中铁隧道集团就成立了盾构及掘进技术中心。那时, 洪开荣和他的同事们依托重点工程, 联合国内外相关企业、大学和研究机构, 通过应用基础研究与工程实践验证, 形成具有自主知识产权的盾构制造和生产成套技术产业。近年来, 在盾构技术领域获得国家发明专利9项, 实用新型专利16项, 形成了一批具有自主知识产权的科研成果。同时, 实验室负责我国盾构技术领域的国家标准和行业标准的编制工作, 近3年制定盾构技术国家标准1项, 行业标准2项, 企业标准5项;在盾构制造和隧道建设过程中得到了较好的应用。
从实践中发现问题, 从实验中找到答案, 在产业化基地形成产品, 这种产学研用一条龙模式, 让洪开荣和他的团队尝到了甜头。他们于2008年4月研制出了国内首台具有自主知识产权的复合盾构, 并成功应用于天津地铁3号线。据了解, 中国中铁隧道集团在新乡的盾构产业化基地, 其年能为每产20台套;目前, 又在郑州新建成全国最大的盾构产业化基地, 郑州基地形成了年产40台 (套) 的生产能力。郑州地铁建设仅一号线就需要14台盾构, 而且盾构是高投入、高损耗设备, 每台造价在4 000万元左右, 使用寿命为8～10千米。粗略统计, 在郑州地铁1 000亿元的投资中, 盾构设备占30亿元左右。
一台盾构的生产周期一般为8个月, 从组装到进入实质工作则需2个月。新研发的中国中铁盾构, 其控制系统已将国外普遍采用的集中控制方式改进为分布式I/O控制, 使盾构拆装机时间缩短, 故障减少, 成本降低, 达到了国际领先水平。对渣土改良系统也进行了技术创新, 自动化程度进一步增强, 大幅提高了施工效率, 节约了成本并减小了施工风险。
接受采访时, 他并没有过多地谈到自己, 他说这样大型的工程机械不是靠一个人的力量能完成的, 团队合作才能出成果。实验室综合部部长王军说:洪总最大的魅力在于人格和学术两个方面。他为人低调、工作踏实。在盾构学术方面, 他是我国最早一批的研究型人才之一, 研究成果层次高, 参与的国家项目也很多。哪里有盾构技术难题, 哪里需要啃硬骨头时, 哪里就有洪总。
从工程中总结出管理创新模板
地下地层千变万化, 每一个工程, 每一米掘进, 都会遇到不同的地质问题, 可以说, 每个工程就是一个独特的案例, 没有一样是重复的, 工程创新就是在这种环境诞生的, 洪开荣也是在这种特殊的条件下成长成熟的。当我们问到他的一生中经历的最惊心动魄的工程时, 他想了想说:多了!但盾构掘进很多时候就像一个巨大而繁杂的地质手术, 不可预知的危险随时存在, 必须做好风险管理和安全评估, 地下工程才能逢凶化吉。
长期的工程实践, 他养成了从实际问题出发, 解决难题的习惯。无论是现在热门的地铁、高铁还是海底隧道的掘进难题, 还是城市管道建设问题, 洪开荣都会提出一些针对性的意见和建议。
洪开荣说, 数百年来遇水架桥的思维也正逐渐被打破, 穿越大江大河甚至海底都已不再是梦想。特别是沿江沿海地区, 城市空间非常有限, 建设桥梁将一定程度上妨碍水运的畅通, 占地、拆迁、运营、噪声突出, 而隧道出入口占地少、不扰民, 优势很大。因此, 向地下和水下空间开发将是必然趋势。厦门海底隧道、青岛胶州湾隧道和武汉、上海、南京长江隧道相继投入运行, 广州地铁多次穿越珠江。有关专家指出, 江河海洋地下工程具有广阔的发展前景, 已成为建筑业新的发展领域。
洪开荣和他的团队一直都在这些方面不懈的努力, 最出名的当属广深港铁路客运专线。这条线路设计时速350公里, 是连通珠江三角洲核心地区的高等级电气化铁路。其中狮子洋隧道是广深港客运专线的控制性工程, 全长10.8公里, 面临长距离在软硬不均地层掘进难题, 是目前国内最长、标准最高的水下隧道, 也是采用盾构法施工的国内首条特长水下铁路隧道。狮子洋隧道拥有许多“头衔”:目前国内最长、承受水压最大、标准最高的水下隧道, 世界速度目标值最高的水下铁路隧道之一, 国内首次采取“相向施工、地中对接、洞内解体”的方式掘进, 国内大直径盾构第一次在长距离软硬不均地层的施工……这都标志着我国水下隧道修建技术的新进展。洪开荣作为项目经理, 全面领导了项目的运行。
他提到在修海底隧道时的惊心动魄, 特别是带压进仓。这是一项风险大、效率低、成本投入大、技术难度高的工作。而且随着埋深的增加压力还要进一步加大, 这是对人体能和生命的挑战, 随时可能出现漏气造成掌子面坍塌的风险。尤其是在高达5.2bar水压下作业国内外罕见。进仓作业人员面临心理、体力、耐力、毅力等各方面的严峻考验。为了防止高水压下地下水直接涌入, 保持工作面稳定, 洪开荣带领研究人员昼夜监测。2009年11月, 盾构掘进3 350米处遭遇到650米的破碎带, 随着隧道顶部覆土减薄和江水的加深, 掌子面稳定极差, 尤其尾刷漏浆, 盾构被卡, 情况极其危急。洪开荣和相关专家领导及时沟通, 果断采取措施, 成功脱困。
洪开荣深有感触地说, 在狮子洋隧道施工中, 他实现了对项目管理的升华。为了实施信息化管理, 还引入远程视频音频监控系统, 管理人员在办公室里就能对盾构施工全过程进行有效监控和管理;为了创新管理, 他们率先引进“精益项目信息管理系统”, 对施工中各种信息进行有效管理, 解决了大型项目存在的分散管理、信息不畅、管理跨度大等难题, 实现了项目管理集中统一管控、信息共享和发挥整体优势等功能, 真正做到了“进度分析到分钟、成本控制到螺钉、物资采购零库存”, 实现了管理升级。
早在上世纪九十年代中后期, 洪开荣就作为技术骨干参与了我国第一个海底储气工程——汕头LPG工程。中铁隧道集团在国内首次采用国际先进的水幕技术, 战胜几次大涌水, 成功攻克了广澳半岛复杂的地质难题和三条大断层。1999年12月, 汕头海底储气工程正式投入运营。洪开荣主持完成的“大型地下水封式液化石油气储藏洞库修建技术”项目, 其研究成果获2004年华夏建设科学技术一等奖, 在能源储藏和地下洞库的建设方面树立了典范。
目前, 中铁隧道集团公司在狮子洋隧道建设中总结出“一种盾构隧道管片同步注浆方法和装置”、“一种盾构进仓方法”两项国家发明专利, 逐步探索出了一套软硬不均地层特长水下隧道泥水盾构施工技术, 为我国建设类似长大水下与海底隧道建设提供了具体参数和借鉴。该项目率先到达合同分界里程并三次追加任务, 并且问鼎了2009年“国际项目管理大奖”银奖, 创造了国内外隧道施工多项记录, 向世界展示了当代中国铁路项目管理水平。
以高层次人才带动技术进步
这些年来, 洪开荣带领的团队参与了众多国家重点工程的建设, 在施工中及时反馈信息, 不断丰富并完善着盾构的研制开发, 有效地解决了盾构施工中遇到的各种问题。洪开荣骄傲地说, 他们目前已经解决普通盾构只适应软土层掘进的弊端, 攻克了硬岩掘进的瓶颈, 向更高层次的盾构技术迈进。
2009年8月16日, 由中铁隧道生产、具有自主知识产权的首台直径6.3米, 机身长75米的“中国中铁二号”盾构在新乡下线, 用于郑州地铁1号线中原东路站至紫荆山站区间的施工。
该盾构“软硬通吃”, 具有较强的地质适用性, 在适应弯道施工、转向纠偏、滚动纠偏、改善地质条件等方面取得了明显进步。设计还充分考虑了盾构施工在刀盘受困状态下的紧急处置方式和带压进舱作业时的安全保护, 以及应对涌水等突发事件的能力。
洪开荣说, 中铁隧道股份公司郑州地铁项目部承担了郑州地铁1号线最难标段的施工任务。在掘进过程中, 最担心的不是机器的掘进技术和速度, 而是途径繁华商业圈的地铁在盾构吊出井的地面建筑物清除。特别是人民路涉及“二七广场”与紫荆山两大商圈的动脉, 为了将对人民路的交通影响降到最低, 施工技术人员曾经52个小时未合眼, 3周掘进600m。其中技术人员的协调和管理能力都受到了前所未有的考验。
相比起起步之初的艰难, 洪开荣觉得这些都是小困难。由于当时国产盾构研发领域实属空白, 研发经验严重不足, 科研人才极度匮乏, 甚至连一套基本资料在国内都难以完整找到。没有教材, 科研团队就从最原始的简单设计图纸开始, 聚集在盾构施工现场, 展开热烈讨论, 相互启发思路, 尽快熟悉盾构结构和设计原理。也正是这样的全方位锻炼, 培养出一批实战能力强硬的盾构施工和研发人员, 为加快盾构国产化步伐打下了坚实的基础。
如今, 中铁隧道从事这一领域工程设计、前期科研和工程建设的人员达到近3 000人, 再加上盾构及掘进技术重点国家实验室的建立, 中铁隧道的专家和人才队伍还在不断的壮大。其中不仅有具备自主创新能力的盾构研制专家, 更有已经涉足盾构领域10多年之久的土木专家, 还培养出一大批具有相当水平的高级技工人才。这支平均年龄不足30岁的科研队伍不仅有理论基础, 而且在盾构地质适应性方面积累了丰富的施工技术和经验, 这种双重优势在国内行业中是少有的。
目前盾构及掘进技术国家实验室拥有科研及管理人员51人。高层次人才多, 高级职称以上人员占42%。但实验室毕竟和工程现场是有所区别的, 实验室人才是复合型的, 不仅有机械、电器、控制等高端人才, 也有土木、机电等应用型人才。个人能力有限, 怎么集合高层次人才的独特想法, 集思广益, 为我所用, 是作为一个领导者最基本的能力。洪开荣说, 他的工作除了搞研究, 就是启发大家怎么做工作。在实验室里, 必须有一套完整的技术管理体系, 项目策划定好以后, 要统一思想, 确保大家有一个好的精神状态, 有序进行, 甚至连施工过程中的问题对策都要提前设想好, 做好预案才能处事不惊。
说到这里, 洪开荣还给我们说盾构具有“四高”特征, 也就是具有“高科技、高投入、高效率、高风险”的特点, 因此他自己总结出了盾构及盾构工程的“三从管理”与“四得技术”:即管理上“从地质入手、从设备挖潜、从运转抓效”;技术上要做到“掘得进、稳得住、吐得出、耐得久”。
在谈到我国目前的盾构研究与国外相比的差距时, 洪开荣自信地说, 虽有差距, 但距离不大。
这对一直处于弱势的民族装备制造业来说, 无疑是个鼓舞。洪开荣说, 在工程技术处理上, 我国的工程技术人员更敏锐更有优势, 刀盘设计更好, 在操作上更灵活, 在盾构的把握上有独到的见解。只是在盾构关键部件加工和制造上有差距, 这个问题也必须加以重视, 发展好我国自己的装备制造业才是治标治本的办法。
洪开荣说, 在精度和抗疲劳等细节方面, 他们已经相关高院和研究院所开了研究合作。在驱动设备、变频技术等方面, 我们还是弱项, 可能要被“卡脖”, 要想盾构制造工业发展得更长久, 就必须加大技术力量和资金投入, 研制出我们自主知识产权的装备设备。一方面可以降低成本, 一方面应对国外可能随时采取的技术封锁。
在采访过程中, 洪开荣一直是微笑的, 这种心态是一个领导者自信和乐观的表现。听说他们一直在为实验室招募人才, 考虑到地域问题的局限, 我们着实为他们捏了把汗。可是洪开荣心里明白, 虽然在更高层次人才引进方面与一线城市相比确实有差距, 但只要以心换心, 对人真诚, 配合不断改进的配套体制和机制, 实验室有能力把人才留在河南、扎根河南。他坚信, 有国家重点实验室这个金字招牌和“求真无畏、进取不息”的实验室文化, 按照“开放、流动、联合、竞争”的运行原则, 具有真才实学的技术人才必将会这里大有作为!
地下千变万化, 每一个工程, 每一米掘进, 都会遇到不同的问题, 每个工程都是一个独特的案例。
怎么集合高层次人才的独特想法, 集思广益, 为我所用, 是作为一个领导者最基本的能力。
盾构穿越 篇2
摘 要：该文对穿越软弱底层的泥水平衡盾构掘进速度的因素进行了分析，通过对泥浆性能和黏土段掘进参数的调整，泥浆携渣能力改善了，黏土段的掘进速度得到提高，提出了技术措施来改善压力波动和出渣。通过对掘进速度、扭矩及推力等运行参数的调整，顺利通过沙砾层。调整泥水循环和泥浆比重，避免发生堵泵、堵仓、管路堵塞情况，形成了关键成套技术用于泥水平衡盾构穿越软地层施工，实现快速掘进的长距离软岩条件下泥水平衡盾构。
关键词：盾构掘进 泥水平衡 盾构姿态 软弱地层 刀具配置 管片错台
中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）06（c）-0024-02
某市核电站取水隧洞单隧建筑长度4 321.4 m，开挖直径8.93 m。而引水隧洞所穿越的主要底层是砂黏土地层，因此引水隧洞的施工采用泥水平衡盾构技术。
1 影响盾构掘进速度的因素分析
很多因素会影响盾构掘进速度。诸如盾构各生产系统的生产能力、互相配合、协调程度、驾驭生产系统的管理队伍的管理水平等，都是制约掘进速度的因素。高水平的管理不仅追求速度，更要追求速度与系统能力的协调。较慢的盾构掘进速度会使生产能力受到制约，降低生产效率，抬高成本，因此，掘进快慢应该合理。
生产能力应该合理配置，各生产工艺流程应该科学设计，管理方法应科学合理。所以在黏土地层段和砂岩地层通过盾构时，应在遵照原则，协调各个环节，互相促进的基础上，达到快速推进软岩地层段盾构的目的。
2 列车编组及轨道布置
列车编组会影响盾构掘进的速度，所以必须科学合理。列车编组在空间、时间上可以对生产环节合理安排，达到高产高效、有条不紊、系统协调，各环节间可以避免相互干扰，达到安全生产的目的。
列车编组分3个阶段，满足盾构掘进的施工需求。
（1）掘进隧洞。在这个过程里，因为纵坡太长，不宜倒换编组，所以编组为两列：材料车、管片车、电瓶车；砂浆车、管片车、电瓶车。每列车都是一趟一个循环。列车长度20 600 mm。
（2）在隧道掘进到1 500～3 000 m的过程中，列车分成两列，编组均为砂浆车、电瓶车、管片车和管片车。跑1趟为1个循环，1列车长度是26 400 mm。
（3）掘进3 000 m后，3列车编组为：砂浆车、电瓶车、管片车、管片车。列车编组从出来到井口是：管片车、管片车、砂浆车、电瓶车。每列车1个循环是1趟。每列车长度是26 400 mm。
3 刀具的配置
掘进软弱地层段的时候，盾构刀具主要以切削为主要功能，把硬岩段的中心双刃滚刀和单刃滚刀替换成双联齿刀和单联齿刀。其配置见表1。
改进刀具，可使刀具使用寿命延长，刀具对地质条件的适应性增强，使盾构掘进速度加快。
4 掘进参数和泥浆性能调整
4.1 黏土段的掘进参数和泥浆性能团
出渣过程中盾构掘进黏度和比重增加较快，黏土粒径太小，较大比重的泥浆循环出渣效果不好，没有携带细颗黏性土的良好特性，导致堵仓、堵泵和堵管的现象，形成出渣不畅的泥水管路。经过多次实验，控制在比重1.0～1.1 g/cm3左右的泥浆性能、23～27 mm/min的掘进速度、2～3 rpm的刀盘转速、19～21 s的泥浆黏度的泥浆有较好的携渣能力，可以使掘进正常进行。
因为黏度较大、容易结块，进行快速掘进时附着在刀盘和刀箱上结成泥饼，在舱内堆积，刀盘会因泥饼面积增大而变成一个平面，放慢掘进速度，降低开挖切削能力，黏土沉积硬结会导致泥水仓底部出现堵塞仓门的现象，出渣变难，仓内有较大压力波动，使掘进变得不稳定。作者尝试了很多办法在施工过程中改善压力和出渣波动的情况，下面是主要措施。
（1）加大刀盘转速且使刀盘旋转方向在每环掘进改变，减小掘进速度。
（2）气仓和刀盘泥浆循环冲刷方式改变，如进浆流量增大、进排浆流量差增大，气仓次数提高、泥水仓冲洗和管路冲刷都要加强。
（3）为了保证输送能力和送浆压力的增加，需要增加中继泵的负载。中继泵发热量增加的原因往往是高负荷运转，温度很快上升，泵体的密闭性被破坏，可能造成盘根损坏漏浆或跳停，因此不宜在过长时间提高中继泵负荷。
（4）使泥浆的黏度和比重降低，及时对浆池浆液更换或调稀。
调整黏土地层泥浆比重到1.2左右可以提高携渣能力，而且换浆不应该太急，快速改变泥浆参数，应对参数缓慢调整，防止渣土在掘进中拥堵。
4.2 粗砂砾层段掘进技术
在两段掘进里程中，少部分是粉砂混粉质黏土、黏土。在这个区域里进行掘进任务，要逐渐把注浆量加大。反复统计分析和实验了两条隧洞，不停对盾构机运行参数进行调整，稳定盾构机，稳步推进掘进工作。掘进速度，推力2 400～2 600 t，刀盘转速2.3～2.6 rpm，扭矩0.6～1.0 MN.m，这时泥水有相对稳定压力，安全通过沙砾层。
为了让管片姿态和掘金姿态在设计区间内，首先，加大推进油缸下半部分的3组推力到最值，上半部分的3组减小到最值，令刀盘抬头。此外，管片安装从底部开始，安装后再对其余管片进行安装，最终盾构姿态恢复到周线的附近。
5 关键技术控制
（1）监控监测应加强，按需要使泥浆的黏度和比重在水循环系统中有所降低，更换浆池浆液或及时加水调稀，渣土浆液的分离需利用浓缩池进行加强。
（2）控制管片旋转。刀盘转速下降，掘进扭矩加大，依靠改变刀盘旋转方向，顺时针利用摩擦力回转环管片；对管片拼装顺序进行调整，依次逆时针拼装，每装一块就对齐平整、能够连接相邻环螺栓后，管片顺时针微调，之后使用扳手拧紧螺栓；调整盾尾间隙、管片安装质量和盾构姿态，对应盾构姿态和管片状态，开挖底层断面、管片和盾尾间隙均应均匀。
（3）防止上浮的管片。在掘进砂层段和黏土段时，倘若砂浆性能和盾构姿态不能确定参数，管片上浮和管片错台会很容易造成，为了对这种现象进行控制，必须在盾构中做好以下工作。
改变注浆方式，根据要求的姿态，调整注浆量和注浆次数；根据变化的姿态，调整推进压力，使得盾构机开挖走向和姿态调整相吻合；调整盾构姿态应依据监测数据得到的上浮量，以满足隧道轴线要求。增大同步注浆量的同时降低掘进速度，缩短初凝时间。
6 结语
该工程实现了泥水平衡盾构在软岩条件下快速长距离推进，平均每月推进500 m，最高可达到823.4 m，同时穿越软弱地层施工的泥水平衡盾构关键成套技术也实现了。
参考文献
[1]彭正勇，梁奎生.泥水复合盾构过软硬不均地层关键技术研究及应用[J].盾构施工，2012，（S2）：45-50.
[2]杨太华.越江隧道工程大型泥水盾构进出洞施工关键技术[J].现代隧道技术，2005（4）：45-48.
盾构穿越建筑物施工技术 篇3
石辛区间右线里程YDK33+860~YDK33+965段侧穿及下穿四栋民房, 均属中储物流股份西安分公司居民房, 其中YDK33+962.5~YDK33+949段 (第492-501环) 侧穿一7层砖混房屋, 距隧道边3.7m;YDK33+932.5~YDK33+919段 (第512-521环) 侧穿一6层砖混房屋, 距隧道边3.7m;YDK33+902.5~YDK33+890.5段 (第532-540环) 侧穿一6层砖混房屋, 距隧道边2.0m;YDK33+860~YDK33+965段 (第552-559环) 下穿一5层砖混房屋, 侵入隧道边线2.2m。
隧道西侧距离隧道边线5.6m处有一直径2m的污水砼管, 埋深8.7m;距离边线2m处有一直径0.8m的铸铁给水管, 埋深2.5m。隧道与建筑物关系如图1所示。
此段隧道为直线段, 线路坡度为+9.286‰, 顶板覆土21.6m左右。隧道范围内地质主要是4-4粉质黏土, 中间夹杂1m多厚的4-7中砂。此区段正好靠近1号联络通道 (590环位置) , 目前1号联络通道正在降水, 地下水位受降水影响。房屋破旧, 为此区间最大风险源。
2 穿越前的准备工作
2.1 施工参数优化
在穿越建筑物之前, 对建筑物前100环范围类似地层掘进段作为穿越建筑物试验段, 对前期施工的参数设定及地面沉降变化规律进行归纳总结, 分析盾构所穿越土层结构, 掌握这种地质条件下土压平衡盾构机推进的施工方法。根据地面沉降不断对施工参数进行优化, 以达到最佳施工效果, 严格控制地面沉降, 保证盾构安全、平稳通过建筑物。
2.2 机械设备维护保养
盾构距4号建筑物还有20环时, 暂时停止盾构的推进工作, 以便加强对设备的维护保养, 盾构机、龙门吊、电瓶车、拌合站、二次注浆机等有关设备要保证其良好的性能, 最佳的状态, 才能快速通过施工风险段。
2.3 工具材料的准备
工欲善其事必先利其器, 不能因工具材料的短缺而影响推进工作, 对穿越建筑物所需的工具材料提前做好计划, 工具准备齐全, 适当多备些材料, 以应对意外情况发生。
2.4 人员的配备
穿越建筑物属于高风险施工, 人员方面一定要配备精兵强将, 人员安排一定要面面俱到, 尤其是盾构机操作手、维保人员一定要经验丰富, 能应付各种突发状况。
3 穿越阶段施工技术措施
3.1 土仓压力设定
根据土体静压力公式:p=k0vh, (k0:土体侧向静止压力系数, v:土体平均容量, h:隧道埋深) , 覆土深度和建筑物自重, 并参照前期盾构推进过程中设定的土压, 推进过程中土压保持在1.4~1.6bar, 同时应避免土仓压力有较大的波动, 一环推完停机时土压保持在1.7bar。
3.2 推进速度和推力
穿越建筑物期间, 推进速度不宜过快, 根据试验段参数, 推进速度可保持在30~40mm/min, 推力为8000~10000KN, 尽量保持推进速度平稳, 减少对周边土体的扰动, 以免对建筑物产生不利影响。同时应适当降低刀盘转速和刀盘扭矩, 并时刻观察刀盘扭矩和旋转角的变化。
3.3 出土量的控制
盾构出土量多少直接影响到盾构开挖面的稳定, 控制出土量是控制地表变形的重要措施之一, 在掘进过程中保持土压平衡模式, 盾构司机通过调节螺旋转速来控制每环出土量, 杜绝超挖、欠挖现象发生。每环开始时, 要检查土斗内渣土剩余量, 换斗时要注意推进千斤顶行程, 一环结束时要核实渣土方量, 如有异常, 及时采取应对措施。
3.4 盾构姿态控制
在穿越之前, 要把盾构姿态调到最佳, 避免在穿越过程中有较大的纠偏行为。由于穿越建筑物阶段, 隧道是直线段上坡趋势, 实测坡度为+9.286‰, 所以上部铰接行程应适当放长些, 以免盾尾形成折角, 给推进和拼装工作造成一定的困难。
同时要注重管片的选取, 推进行程差不宜过大, 盾尾间隙尽量保持良好。
3.5 注浆量控制
3.5.1 同步注浆
在穿越建筑物过程中, 应严格控制浆液质量, 施工时土建工程师要对拌料人员进行技术交底, 严格按照配合比进行浆液拌制。浆液配合比如表1。
根据前期施工经验, 每环注浆量不少于6.0m3, 注浆压力上部2.0~3.0bar, 下部2.5~3.5bar, 确保注浆压力, 同时也要兼顾注浆方量, 为提高同步注浆的饱满度, 每环推到1650mm时, 浆液方可注完, 否则暂停推进, 让电瓶车出去拉浆。
另外要保证盾尾油脂注入量充足, 使盾尾密封具有良好的效果, 以防泥水, 地下水和衬砌外围注浆材料从盾尾间隙中漏入盾构, 造成地面失稳。
3.5.2 二次补浆
根据先前地面沉降规律可知, 地面沉降主要表现在盾构穿越后期, 因此, 为控制地面沉降量, 要对隧道进行二次补浆, 以控制地面沉降, 保持建筑物稳定。
在穿越建筑物的100环范围内, 每2环或4环补一次, 补浆压力控制在3.0bar左右, 应采用S型补浆方式, 即在管片点位的1点或11点位置, 注浆口应提前在邻接块L1或L2上做好, 管片拼装完成后, 可用带有球阀的注浆头封堵。
4 地面沉降监测
4.1 监测点布置
在盾构隧道穿越的民房建筑物上布设建筑物沉降测点, 建筑物沉降测点采用冲击钻在建筑物上打设钻孔, 并安设L型钢筋或膨胀螺栓作为沉降测点, 采用水准仪及铟钢尺进行水准测量、跟踪测量的方法。
测点间距在5~10米, 布置于建筑物角、柱及基础上, 测点的布设原则是控制建筑物的不均匀沉降的发生。当盾构穿越重要建筑物、地段需要加强的地方可以适当加强测试次数及频率, 并根据实际变形情况进行适当的调整。
4.2 监测频率
在盾构穿越前 (进入影响范围) 为1次/天, 在穿越过程中及穿越后5环期间监测频率4次/天, 当在施工过程中轨面变形较大或出现异常时, 监测频率可根据工程需要随时进行调整, 直至进行实时监测。
盾构通过后的地面监测, 根据变形点的变形量、变形速率进行回归分析, 监测频率也可根据变形速率进行减小, 当变形量小于1mm/天时减为2次/1天, 当变形量小于0.5mm/天时减为2次/周及至稳定。
4.3 监测精度
本工程按二等监测精度要求进行, 测量仪器定期进行检校, 每次工作前检查标尺水泡, 仪器气泡, 测站高差观测中误差不大于0.2mm, 测站的设置视线长度不大于30m, 任意一测站上的视距累计不大于3.0m。
4.4 报警值
根据设计图纸要求, 地面隆起不能超过10mm, 地面沉降不能超过30mm。房屋沉降不能超过8mm。以控制基准的70%作为预警值, 当监测点达到报警值, 相邻两点沉降差值超过2mm时立即报警, 分析出原因立即采相对应措施。
盾构穿越过建筑物5天后的一次监测, 建筑物沉降结果如图2所示。
5 结语
在盾构穿越既有建筑物施工过程中, 首先要对既有建筑物进行调查, 充分了解具体条件, 分析可能产生风险的原因, 并多次召集技术人员对施工方案进行探讨, 最后组织专家对施工方案进行论证, 同时制定出针对性的应急预案。在施工过程中, 做到信息化施工管理, 同时做好施工中的建筑物、地面监测工作, 依据监测数据及时调整推进参数。最后, 经监测发现, 穿越后对周围建筑物影响较小, 地面沉降在允许范围内, 取得了很好的效果, 可为类似工程提供参考。
摘要：以西安市地铁三号线石辛区间土压平衡盾构下穿、侧穿居民楼建筑物为例, 对施工中采取的施工技术措施进行了论述, 着重介绍了盾构机掘进参数控制和地表沉降控制措施, 及房屋监测点布置, 使盾构安全、平稳通过风险源。
关键词：盾构,施工技术,建筑物
参考文献
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[2]陈馈, 洪开荣, 吴学松.盾构施工技术人民交通出版社[M], 2009.
[3]叶耀东, 琚娟, 王如路等.盾构穿越运营地铁隧道施工技术探讨[J].施工技术, 2005.
地铁盾构穿越建筑物沉降控制措施 篇4
目前在我国城市轨道建筑工程中, 盾构的应用较为广泛。地铁盾构的施工往往需要穿越民法建筑物等。但是在盾构掘进施工过程中经常会引起建筑物出现较大的沉降而导致开裂的问题。因此当地铁盾构穿越建筑物时, 如何有效的对盾构掘进施工所引起的建筑物沉降进行控制, 是一个非常重要的研究问题。在我国很多地铁工程中, 已有很多盾构成功穿越民房建筑物的案例, 比如说文献[1,2,3]阐述了地铁盾构穿越软土层时所采取的对民房建筑物沉降的控制措施;文献[4,5]研究了地铁盾构穿越民房建筑物时的风险影响因素, 并提出了相应的控制沉降的措施;文献[6]研究了地铁盾构穿越条形基础框架结构时对结构的影响。以上的文献研究均阐述了地铁盾构穿越建筑物时所采取的施工措施和监测手段。本文将以某一地铁盾构施工实例为背景, 阐述地铁盾构穿越浅埋基础建筑时需要采取的沉降控制措施。
2 工程介绍
2.1 工程概况
本工程为某市一地铁2 号线施工建设项目。该工程某一区间线路的总长度为3.93km。该区间隧道的埋深为13.9~24.4m之间, 隧道的外径为6m。根据工程具体情况采用盾构法进行该区间隧道的施工。盾构型号为小松TM625PMM。刀盘采用半弧拱型复合式刀盘, 开口率为41%。在该区间盾构施工中, 需要穿越大量的民房建筑物, 民房建筑物的段落占到了总长度的75%以上。这些民房建筑物主要是以砌体结构为主。这些民房群的分布较为密集, 基础大部分采用条形基础, 这给该区间地铁盾构的施工带来了很大的风险和难度。
2.2 工程难点分析
⑴该区间分布较为密集的民房, 多为砖混结构, 民房使用年限较长, 大部分已经老化严重, 对基础的沉降非常敏感, 因此在地铁盾构掘进施工中, 对地表沉降的控制要求非常高。因此需要对该区间内民房的影响范围进行区分, 针对不同的影响程度制定相应的沉降控制措施和安全管理措施。
⑵该区间拱顶土层主要为圆砾- 卵石层。这种土层在地铁盾构的影响下容易出现失稳坍塌的问题。因此这是本工程地表沉降控制的最不利地层之一。因此在地铁盾构掘进施工中, 应选择科学合理的施工参数和施工工艺, 确保满足施工的要求。
⑶该区间地铁穿越的土层有填土层、粘性土层、粉土层、砂土层、砾卵石层, 其中主要穿越砾卵石层, 这种土层对盾构刀盘磨损较为严重, 但是考虑到区间上方民房分布较为密集, 盾构掘进施工中应避免停机换刀以防止引起较大的地表沉降。
3 沉降值与强烈影响区的预测
⑴工程类比:
在该区间内, 大部分隧道段落是穿越民房建筑的, 因此需要对地铁盾构掘进施工的影响区进行准确的划定, 其中需要合理确定影响区范围的大小。如果影响区范围划定得过大, 则会增加监控人员的工作量;如果影响区范围划定的过小, 则一部分民房可能无法监控到, 这可能导致事故的发生, 并且在民房区域范围进行监测点的布置存在较大的难度, 因此, 应确定合理的盾构掘进施工的影响范围, 不仅有效地确保监控工作合理的进行, 同时还可以最大程度地减小监控工作量。
选取本工程所在地区地质和工程情况较为相近的已施工1 号线地铁隧道工程, 对其施工沉降监测数据进行分析和研究。根据分析结果可以知道, 沉降曲线的反弯点基本是在距离中心线两侧10m的地方, 沉降值一般是在6~8mm之间。在地铁盾构施工中, 盾构通过时和通过后地板的沉降略有不同, 前者较小, 在总沉降中占到了30%~40%之间, 后者较大, 占到了60%~70%之间。当地铁盾构通过距离达到10~20m之间时, 地表的沉降速率最大, 而随着通过距离的增大, 沉降速度逐渐减小。当盾构的通过距离达到60~70m时, 地表的沉降基本已达到稳定的状态。
如图1 所示为1 号线地铁隧道某几个区间内地表沉降横断面示意图。
⑵Peck法公式理论计算
如图2 所示为Peck法的计算简图。采用Peck法可以对不同埋深地铁盾构掘进施工所引起的地表沉降和影响范围进行分段统计。Peck法的主要计算公式为:
式中, Smax代表地表的最大沉降;V代表地层的损失, 该值在计算时需要考虑充填系数;i代表沉降槽曲线反弯点;Z为隧道中心处的埋深;Φ 代表土层的内摩擦角。
采用Peck法公式即可对各区间的沉降值和影响区范围进行计算。如表1 所示, 列举了三个区间的最大沉降值和强烈影响区范围。
根据Peck法公式的计算结果可以知道, 一般情况下, 地铁盾构掘进施工所引起的地表沉降的主要影响因素为地质条件和施工控制, 沉降值主要分布在7~10mm之间。地铁盾构掘进施工所引起的地表沉降的最大值与隧道埋深有着非常密切的关系:当隧道的埋深在6~30m之间时, 随着隧道埋深的增加, 地表沉降的最大值会随之减小;随着隧道埋深的增加, 沉降差会随之不断减小, 在同一横断面上, 沉降的起伏变化逐渐减小。
4 盾构穿越民房的沉降控制措施
4.1 加强监测工作
⑴在地表沉降强烈影响区范围内, 对于C级民房, 在盾构掘进施工之前, 在其他地方安置居民, 并在施工之后对C级民房进行修复;对于B级民房, 应加强施工测量监控。
⑵在地表沉降强烈影响区范围之外, 需要对A、B、C级民房进行分段测量监控。一般情况下, 段落的长度可以控制在30m。
4.2 制定管理制度, 做好技术交底
在地铁盾构掘进施工穿越民房之前, 本工程的项目经理部根据工程的具体情况制定完善的施工管理制度, 同时做好了充分的施工准备, 并对相关的施工人员进行详细的技术交底。对于施工现场的工作人员严格要求他们密切注意施工的安全, 从而确保地铁盾构顺利、安全的穿越民房。
4.3 确保盾构施工的连续性
为了最大限度地减小盾构对地表沉降的影响, 应确保盾构施工的连续性, 在通过民房区域时避免出现停机的问题, 因此需要做好施工材料和施工机械设备的保障。盾构施工中主要采用的施工材料包括管片、水泥、粉煤灰、膨润土等。这种材料应根据工程的具体情况准备齐全, 并在进入施工现场之前进行质量的检验, 确保满足要求。主要采用的施工机械设备包括龙门吊、电瓶车以及充电机等, 这些机械设备应进行严格的检查, 确保处于良好的使用状态。通过施工财力施工机械设备的准备以确保盾构连续穿越民房。
4.4 严格控制进土压力和出土量
当地铁盾构穿越民房区段时, 隧道的覆土深度在13.9~24.4m之间, 在这一埋深情况下, 盾构掘进施工通常应将土压力控制在100~140k Pa之间。土压力如果升高, 则会引起地表隆起, 降低则会引起地表沉降, 因此在盾构掘进施工中应严格保持土压力的稳定。
根据设计图纸的要求, 本工程盾构每环掘进的长度为1.2m, 因此计算所得的每环施工所能开挖出来的土方量理论值为35m3左右, 根据相关的工程经验可以知道, 实际的土方量需要按照1.25 的系数进行计算, 因此, 可以确定实际每环所开挖的土方量为43.75m3。在具体掘进施工中, 应严格控制好每环土方的开挖量, 不得出现多出土的问题。
4.5 加强注浆施工
⑴严格控制盾尾同步注浆
在本工程中进行地铁盾构的施工, 所采用的同步注浆材料为AB液双液注浆。如表2 所示为本工程的同步注浆浆液配比。注浆管采用钢花管。水泥浆液的水灰比控制在0.8:1, 与水玻璃1:1 注入。浆液的扩散半径为0.7m。
为了有效地减少浆液凝固所引起的沉降, 浆液的凝固时间应控制在15~25s之间。当地铁盾构穿越民房时, 对于注浆施工采用双控的方式, 其中主要是以注浆压力控制为主, 以注浆量控制为辅。在注浆施工过程中, 应将注浆压力控制在0.3~0.5MPa之间, 并将注浆量控制在1400~1800L之间。对于盾尾处所采用的密封油脂应适当的增加2 倍的用量, 这样可以有效地确保盾尾处的密封性, 避免出现漏水和漏浆的问题。
⑵严格控制二次补注浆
为了有效地降低地表的沉降, 当地铁盾构穿越民房时, 应对民房范围进行补浆加强处理。对已经完成的结构外侧进行二次补注浆, 通过这种方式可以有效地降低盾构穿越后的地表沉降。
在本工程中二次注浆的时间安排在盾构通过后的第2 天、第3 天、第7 天、第10 天以及第15 天。二次注浆采用单液浆, 其水灰比控制在0.4~0.6 之间, 单次注浆量控制在0.2~0.5m3之间, 注浆压力控制在0.3~0.4MPa之间。
4.6 严格控制盾构掘进轴线
当地铁盾构穿越民房时, 应严格控制好盾构的掘进轴线。主要可以从以下几个方面做好轴线的控制。
⑴严格控制好掘进的技术参数, 比如说土压和注浆压力。掘进土压如果过低, 则容易导致盾构出现下沉, 从而影响轴线。注浆压力如果过大, 则会造成盾构出现反向移动的问题, 从而影响轴线。
⑵严格控制盾构千斤顶的分区油压。根据轴线位置的要求进行盾构千斤顶分区油压的控制, 从而确保盾构的掘进轨迹符合设计要求。
⑶合理使用盾构的铰接装置。当盾构的实际轴线偏离设计轴线时, 可以通过铰接装置的合理使用以对轴线进行调整。
4.7 严格控制管片的安装质量
管片的安装质量直接关系到地铁盾构施工的质量, 因此在本年工程管片的安装施工过程中, 拼装手基本是选自拼装手中的佼佼者。同时在管片的运输和保存过程中, 本工程特地划分了一块区域进行管片的存放, 这样有效地确保了管片的完整性。
4.8 做好人员准备
当地铁盾构穿越民房时, 本工程选用了技术水平较好的操作手进行盾构的操作。同时对于盾构班组的成员, 要求具有3km以上盾构区间的施工经验。
5 实施效果
如图3 所示为本区段地铁盾构掘进施工中地表沉降的监测情况。从图中我们可以清楚地看到地表沉降的整体趋势, 这与前文所分析的相符。地表沉降基本在控制范围之内, 大部分测点的沉降值分布在6~10mm之间, 但是局部测点仍出现了较大的沉降, 这主要是由于环境以及施工操作等多方面的影响, 但是仍可以确保地面民房的安全, 盾构掘进过程中没有出现任何房屋倒塌的问题。在施工完成之后, 对盾构所穿越过的民房进行评估, 大部分房屋均没有受到较大的影响, 不需要进行修复, 仅部分民房需要进行简单的修复。
6结语
⑴针对地铁盾构掘进施工中, 遇到需要穿越民房建筑物的问题, 采取工程类比和Peck法公式计算的方法对盾构掘进影响区范围进行划定, 从而确保重点加测范围。根据分析结果, 盾构隧道中线两侧15m为强烈影响区。
⑵为了确保地表民房的安全, 本工程采取了相应的沉降控制措施以减小地表的沉降, 这些措施主要包括:加强监测;制定管理制度, 做好技术交底;确保盾构施工的连续性;严格控制进土压力和出土量;加强注浆工作等。
⑶该工程已顺利地完成, 根据施工地表沉降监测结果可知, 本工程采取的沉降控制措施有效地控制了地表沉降, 取得了良好的效果, 确保了工程的顺利完成。
摘要：为了有效解决某地铁盾构长距离穿越建筑物群沉降控制的问题, 通过相关工程经验判断沉降的规律, 并采用Peck法公式对沉降进行理论计算, 在此基础上制定沉降控制措施和安全管理措施以对地表建筑群的沉降进行控制, 从而确保地铁盾构穿越施工的顺利和建筑物的安全。
关键词：地铁,盾构,长距离穿越,沉降控制
参考文献
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盾构穿越铁路段监控量测技术浅析 篇5
21世纪是地下空间开发与利用的世纪,近年来科学技术创新成果不断呈现,盾构应用技术不断完善。盾构施工法作为现代隧道施工先进工法,在各大城市轨道交通建设中得到迅速推广运用。而监控量测系统的实施应用实现了城市轨道交通建设信息化施工的要求,提高施工效率,减少工程成本。监控量测技术的实施难点在于监测对象及监测数据的分析,也是监控量测技术的重要内容。
1 工程概况
长株潭城际铁路[1]是连接长沙、株洲、湘潭城市群的城际快速铁路,是推动长株潭城市群经济一体化的关键之一。盾构施工采用目前国内直径最大、最先进的土压平衡式盾构机,每台盾构机总长126米,总重1400多吨。其中盾构隧道在向树木岭站掘进过程中,左右线盾构机要先后10次下穿京广铁路,隧道埋设约18.4m~32.35m。京广铁路是中国最重要的一条南北铁路干线,具有极其重要的战略地位,因此穿越铁路段必须严格控制地层沉降和盾构开挖面的稳定性。
2 地质分析
盾构隧道地层主要为人工填土、粉质粘土、砾石层及泥质粉砂岩[1]。其中盾构隧道穿越穿越地层主要为泥质粉砂岩,具有透水性强,土体粘聚力小,地层自稳能力较差等特点。在各岩土地层交接处不同程度存在软弱不均匀地层对盾构穿越过程极为不利。且实际施工中会遇到各种复杂地层,地质资料提供的只是部分的钻探资料,不能完全准确反映实际地质情况,使盾构推进控制变得非常复杂。
其中土体较强的渗透性除了容易致使刀具磨损快之外,还容易导致土仓压力消散快,土仓难维持平衡。与此同时土体易附于刀盘表面及靠近中心区域的刀盘开口造成切削效率降低,刀盘扭矩增大,切削土体进入土仓后易附于仓板表面,影响土仓传感器数据准确性。
本隧道松散孔隙水类型主要为湘江二级阶地的第四系中更新统圆砾、卵石含水层组成,上部多为网纹红白土不透水层相隔,地下水具弱承压性,主要大气降水及地表水补给,与湘江河水呈互补关系。本隧道地下水类型按其埋藏分散特征分为上层滞水、孔隙潜水及强~弱风化基岩裂隙水。
3 监控量测实施应用
3.1 监测目的
(1)隧道工程结构为地下隐蔽工程,现有检测手段不可能全面反映其工程质量,而工程结构自身安全直接关系到工程成败,开展隧道工程结构监测有利于及时取得工程结构的变形、受力状态,对异常情况及时采取对策,防止事故发生;
(2)了解盾构穿越铁路过程中地表隆陷情况及其规律性,确保既有线运营安全和施工安全;
(3)根据监测结果用于反馈优化施工参数,为改进施工参数提供依据。对现场监测结果进行分析、研究,验证掘进参数设计的正确性。通过局部的修改、补充和完善,进而优化掘进参数。对关键问题进行分项分析,及时反馈信息,组织信息化施工,更好的预测系统的变化趋势,及时指导施工,从而使施工更加符合工程实际情况,保证盾构穿越铁路的顺利完成。
3.2 监测对象分析
按照《铁路运输安全保护条例》,保护区范围设定为隧道边线各外放30m范围,并将距隧道边线6.5m范围内设置为特别保护区。基于盾构施工工程主体结构及线路周边环境,通过调查分析及认证,确定监控量测的重点实施对象主要分为以下五类:区间隧道主体结构、铁路路基基床、供电接触网、轨道三角坑、铁轨间差异沉降。
3.2.1 区间隧道主体结构
盾构法施工段的主要构件是预制砼盾构环片(简称管片),管片是隧道防水、防火和耐久等综合性能的保证,所以对管片的质量要求极高。本盾构隧道按照设计采用厚度450mm钢筋混凝土管片衬砌,衬砌结构设计使用年限级别为一级,设计使用年限为100年。管片与周围土体之间存在的环形间隙采用衬背注浆工艺进行填充。
3.2.2 铁路路基基床
基床由基床底层和基床表层组成,它是铁路路基的关键部位,具有较大的刚度和强度、较强的水稳性和冰冻稳定性、足够的平整度等特点,主要功能是承受列车产生的长期重复作用的动荷载。基床出现病害,将影响线路质量、行车速度,增加轨道养护工作量、给运输能力带来很大影响,严重的将危及行车安全。
3.2.3 供电接触网
接触网是沿铁路上空架设的一条特殊形式的输电线路,由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。它是电气化铁道中主要供电装置之一,其功用是通过它与受电工的直接接触,而将电能传送给电力机车。接触网是一种露天装置,没有备用的户外供电装置,一旦损坏将中断行车,给铁路运输带来巨大损失。
3.2.4 轨道三角坑
轨道三角坑是指左右两股钢轨顶面相对于轨道平面发生的扭曲状态,表现为先是左股钢轨高于右股钢轨,接着是右股钢轨高于左股钢轨,反之亦然。盾构施工在两平行铁轨的纵向和横向都可能产生不均匀沉降。三角坑将会引起车辆的侧滚和侧摆,极易引起轮载变动。严重的三角坑,将导致车辆转向架呈三轮支撑一轮悬浮的恶劣状态,甚至引起车辆倾覆脱轨,严重危及行车安全。
对监测对象和风险源的分析,是为了掌握监控量测实施要点,以实现监测的动态特性,同时加大监测的覆盖性,使监测工作更细化严谨。针对上所述监测对象及潜在风险源,本工程具体监测项目与监测频率如表1所示。
3.3 监测方法与监测原理
3.3.1 拱顶下沉与净空收敛监测
监测方法:
拱顶下沉所采用的水准监测网以本工程高程系统为基准建立。控制点由基准点和工作基点组成,同沉降监测点一起布设成闭合线路、附合线路等形式。净空收敛采用1条水平测线即可,将成对的布设在初支结构左、右侧边墙上。
监测原理:
净空收敛观测收敛值按下式计算:
式中:C———本次观测收敛值;
R0———初始观测的表读数值;
R———本次观测表读数值。
注意:初始值R0的准确与否,对最终收敛值的大小起关键性作用,因此应多观测几次。
拱顶下沉量测时,工作基点为已知高程,利用测得的各监测点与基准点的高差ΔH,可得到各监测点的高程H,与上次测得的高程的差值Δh即为该监测点的沉降值,亦即:Δh=Hn-Hn-1
3.3.2 基床沉降监测
监测方法:
盾构下穿铁路区域内,为加强铁路监测,沿铁路路基在基床上对沉降监测点进行加密,保证约10m有一沉降监测点。基床沉降监测点埋入基床深度不小于30cm,用砂浆将观测点在基床中固定。
监测原理:
工作基点为已知高程,利用测得的各监测点与基准点的高差ΔH,可得到各监测点的高程H,与上次测得的高程的差值Δh即为该监测点的沉降值,亦即:Δh=Hn-Hn-1
3.3.3 接触网沉降与倾斜监测
监测方法:
基于接触网的风险性极大(接触网高压危险),监测点采用埋设测量专用的反射膜片(规格40mm×40mm)的形式,埋设于立柱底部和靠近顶部附近(视现场具体情况进行调整和优化),以测定接触网顶部观测点相对底部固定点或上层相对下层观测点的倾斜度、倾斜方向及倾斜速率。
埋设监测点过程中,需要铁路方相关技术人员提供配合,并应确保监测点与测站仪器间的通视,测点埋设完毕后,应进行必要的保护,并作明显标记。
监测原理:
已知供电接触网结构上竖向相邻的两点A、B,通过全站仪测量得到点A、B的三维坐标XA、YA、ZA和XB、YB、ZB,进行接触网倾斜计算。
θ角即为所求接触网倾斜产生的倾斜角。
式中:ΔS1———本次观测A、B两点间水平距离值;
ΔS0—初始观测A、B两点间水平距离值。
3.3.4 深层土体水平位移与地下水位监测
监测方法:
首先在土体中钻孔,孔径略大于测斜管外径,一般测斜管是外径Φ76mm,钻孔内径Φ110mm的孔比较合适,孔深一般要求穿出结构体3m~8m比较合适,硬质基底取小值,软质基底取大值,然后将在地面连接好的测斜管放入孔内。地下水位测孔与深层土体位移共用。
监测原理:
深层土体水平位移的监测宜采用在土体内预埋测斜管、通过测斜仪观测各深度处的水平位移的方法。测斜装置包含三部分:测斜仪(如下图)、测斜导管和测读仪。
活动式测斜仪及其导轮是沿测斜导管的导槽沉降或提升,测斜探头内加速度计传感器可以敏感的测出导管在每一深度处的倾斜角度,其结果是输出一个电压信号,在读数仪的面板上显示出来,测斜仪测出的电压信号是以测斜导管导槽为方向基准,在某深度处,测斜仪上下导轮标准间距L上的倾斜角的正弦函数,该函数可换算成水平位移。
如下图所示,加速度计敏感轴在水平面内时,矢量g在敏感轴上的投影为零,加速度计输出为零,当加速度计敏感轴与水平面存在一个倾角时(等同于加速度计敏感轴与垂直基准线的夹角记为θ),加速度计输出一个电压信号。
式中:K0为加速度计偏值;
K为加速度计灵敏度;
g为重力加速度;
Δx为导管某深度处位移偏量;
L为上下导轮间距。
为消除K0的影响,可以将探头调转180°进行第二次测量,则有:
为将偏值K0消去,将A+与A-进行作差,得差数:
当把这些水平位移偏量累积起来,从测孔底部始绘成曲线,结果就是初次观测与后来的任一次观测之间的水平偏移变化曲线,代表此观测期间土体发生的变形,即水平位移,从这个偏移曲线上很容易看出在某个深度正在发生偏移。
地下水位观测孔孔口为已知高程,利用测得的各地下水位面与孔口的高差ΔH,可得到地下水位面的高程H,与上次测得的高程的差值Δh即为该水位孔的变化值,亦即:Δh=Hn-Hn-1
4 监测数据分析及反馈
各项监测数据收集后及时整理、绘制位移-时间曲线,即随施工作业面的推进时间变化规律曲线。见《时态曲线示意图》。
当位移-时间曲线趋于平缓时,对初期时态曲线进行回归分析以预测可能出现的最大变形值,掌握位移变化规律,还应视散点的数据分布状况选择合适的函数,根据我单位盾构施工实践情况,回归分析时在下列函数中选用:
对数函数
指数函数
双曲函数
式中:a、b———回归系数;
t———初读数后的时间(d);
U———位移值。
为确保万无一失,在下穿既有线铁路前50m范围内,施工单位以驻地房屋为试验区段,模拟下穿既有线铁路施工。施工期间及时进行监测数据的整理分析,并及时反馈给业主、施工单位、监理单位,施工部门根据监测分析成果开展沉降控制措施,有效调整盾构掘进速度、土仓压力、刀盘转速、同步注浆量等施工参数,采取三次注浆的施工工艺和通过加水设备向土仓内注水等措施,成功将各项指标控制在铁路要求的控制值以内,实现了信息化指导施工。
5 结论
从本工程实例来看,通过采用监控量测技术对盾构穿越京广铁路段进行实时监测,结合实际工况,可以对盾构施工运转状况进行比较快速、准确的现场判断,避免施工的盲目性。由于准备充分、措施到位,历时208天,最终盾构安全、稳定、成功的通过京广铁路,在大直径盾构施工史上实现了重大突破,为以后的施工积累了宝贵的经验。
摘要：监控量测技术在地铁施工过程中的发挥着重要作用,通过监测对象分析、监测点埋设、监测数据采集、监测数据分析和监测数据反馈等措施信息化指导施工。本文以盾构下穿京广铁路工程为主线,从多方面对监控量测技术的开展进行了详细陈述。
关键词：盾构施工,穿越铁路,监控量测
参考文献
盾构穿越 篇6
用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点, 在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下, 用盾构机施工更为经济合理。但是盾构机遇到微风化岩层时也面临一定的困难。
2 隧道施工方案选择
由于本区间隧道需要下穿街道狭窄且人流车流密集的道路、地铁区间、河流、铁路立交、市政立交及地下通道等, 受以上诸多外界因素的限制, 隧道埋深较大。结合区间地质条件综合分析比选, 隧道上方存在透水砂层, 部分地段穿越微风化花岗岩, 地层软硬不均, 局部地段存在上软下硬的地层, 因此, 盾构掘进至此种地层时, 会造成隧道管片破损、隧道中心线偏移、盾构机损坏等许多难以预料的问题, 给盾构施工带来了十分不利的因素, 也存在一定的施工风险。建议采取盾构法+矿山法施工, 穿过花岗岩微风化带<9-4> (岩石致密、坚硬、饱和单轴极限抗压强度61MPa) 采用矿山法先开挖初衬再盾构拼管片通过的方法解决外, 其余地段施工方法推荐采用盾构法。
3 盾构区间隧道结构设计
3.1 盾构机类型的选择
采用盾构法施工, 根据盾构隧道所处的周边环境、工程及水文地质条件, 设计应重点解决好盾构机类型的选择、特殊地段施工方法及技术措施等。
本区间隧道结构范围内主要经过砾 (砂) 质粘性土 (硬塑) 、全风化花岗岩、强风化花岗岩、微风化花岗岩、全风化砂岩、强风化砂岩、中等风化砂岩、全风化花岗片麻岩、强风化花岗片麻岩、微风化花岗片麻岩, 隧道围岩分级为Ⅱ～Ⅴ级, 土石可挖性等级为Ⅱ～Ⅵ级。结合以上区间隧道的地质情况及国内地铁盾构的施工经验, 推荐复合土压平衡盾构。
3.2 钢筋混凝土管片、特殊管片类型的选择
钢筋混凝土管片选型:
管片构造形式:
管片内径:5.4m;
管片厚度:300mm;
管片外径:6.0m;
管片宽度:1.5m;
分块数:6块。
衬砌环形式及拼装方式:
⑴衬砌环形式。
结合本区间的实际情况, 采用标准环、左转弯环、右转弯环三种衬砌环形式, 其中转弯环用于隧道纠偏。经计算, 采用楔形量为38mm的衬砌环可以满足线路设计的需要, 使拟合误差不大于10mm。
竖曲线通过标准环管片与转弯环管片组合进行拟合。
⑵管片拼装形式。
根据所选用盾构机千斤顶的布置情况, 经过结构计算比选, 本设计采用ABA错缝拼装形式。
⑶允许误差。
为了保证装配式结构良好的受力性能, 衬砌制作和拼装必须达到规范要求的精度。
⑷管片质量控制标准:
(1) 单块检验:
强度等级、抗渗等级符合设计要求:
宽度:±0.3mm;
弧弦长:1mm;
管片外半径:±2.0mm;
管片内半径:±1.0mm。
(2) 整体拼装检验:
螺栓孔孔径与孔位允许误差±1mm;
相邻环环面间隙≤0.6～0.8mm;
纵缝相邻块块间隙≤1.5～2.5mm;
相邻螺栓孔不同轴度≤1.0mm。
3.3 区间隧道结构计算
结构尺寸:盾构隧道内径采用φ5400mm, 管片厚度为300mm厚, 管片宽度1500mm。
结构计算模型:
⑴计算原则
(1) 砂性土中采用水土分算计算水土压力, 粘性土中采用水土合算计算水土压力;
(2) 竖直荷载考虑上覆土重。地层反力与竖向水土压力、衬砌自重和地面超载相平衡;
(3) 侧向荷载根据地层的侧压力系数或c、φ角计算;地面超载采用20KPa;
(4) 地震作用与主要荷载组合进行结构验算, 并提高接头的整体抗震能力;
(5) 衬砌计算中考虑接头刚度的影响以及拼装应力、盾构千斤顶力的影响等施工荷载;
(6) 结构抗浮安全系数:考虑摩阻力时≥1.15, 不考虑摩阻力时≥1.05;
(7) 管片裂缝宽度≤0.2mm;
(8) 相邻环接缝≤1.0～1.5mm、纵缝相邻块接缝≤1.5～2.5mm。
⑵计算模型
盾构管片由于接头的存在, 对衬砌内力分布会造成一定的影响。衬砌环的计算对接头的处理有两种方法:第一种是将接头看做可以承受轴力和一定弯矩的弹性铰;第二种是将衬砌环看做刚度均匀的结构, 但考虑到接头的存在, 将结构的刚度进行折减。
本次设计采用了考虑三个方向不同刚度的不连续弹簧元来模拟接头及错缝拼装的影响。
⑶计算荷载
(1) 工程材料。普通初砌环由钢筋混凝土管片构成, 混凝土强度等级为C50, 钢筋采用Ⅰ级, Ⅱ级。联络通道处的特殊管片采用A3钢板焊接制成。管片连接螺栓采用强度等级为5.8级的钢材。
(2) 荷载及组合。盾构隧道结构设计主要考虑以下荷载:
﹒地面超载 (一般情况下按20kpa计) ;
结构自重G;
垂直和水平土压力Q1、W1-W2;
水压力;
侧向地层抗力;
地层反力;
施工荷载 (盾构千斤顶力) ;
结构内部荷载;
特殊荷载 (地震荷载、人防荷载) 。
⑷计算简图:
4 矿山法区间隧道结构设计
4.1 衬砌类型及主要支护手段
本区间矿山法隧道总长600m, 所通过围岩大部分为<9-4>微风化花岗岩、<21-4>微风化花岗片麻岩, 本区间矿山法隧道断面按考虑盾构拼装管片通过的圆形。
本区段隧道以“新奥法”原理为指导, 采用复合式衬砌结构及喷锚支护法。初期支护主要由锚杆, 钢筋网, 喷射混凝土组成。二衬为盾构拼装管片。初衬、二衬间设全封闭防水层。
隧道衬砌及支护参数主要根据结构断面, 围岩类别, 水文地质条件, 采用理论计算与类比法进行, 支护参数见表1。
4.2 隧道施工方法
本区间隧道采用喷锚构筑法进行施工, 为合理利用围岩的自承能力, 尽量减少开挖过程中对围岩的扰动, 采用控制爆破技术开挖, 以锚杆、钢筋网、喷射砼及钢架作为主要施工支护手段, 并通过现场监控量测指导设计和施工。
根据本区间矿山法隧道断面较小, 大部份围岩较好, 施工可采用短台阶法开挖, 光面爆破开挖。掌子面根据情况必要时喷射混凝土, 在拱脚设锚脚锚管。
4.3 导台施工
导台作为盾构过境的导向基座, 设置在马蹄形矿山法隧道底部, 采用C25钢筋混凝土浇注形成, 导台的厚度150mm。须对导台轴线, 弧面标高进行复核, 必须严格与隧道设计轴线一致。在盾构过境时, 为了便于盾构轴线的控制, 在导台上布设43kg/m规格导轨, 两导轨中心角为50°, 导轨面标高、两导轨中心轴线必须满足盾构推进时盾构中心轴线与设计轴线一致。导轨安装必须牢固, 满足盾构推进时稳定性。导轨安装完成后必须进行复核测量, 必要时调整, 合格后方可盾构推进, 导轨固定牢固, 盾构通过时可在导轨上涂牛油, 减小摩阻力。
5 结语
盾构法+矿山法结合施工工法, 采用矿山法施工隧道初支, 然后盾构空推通过本段区间隧道, 避免了直接盾构法施工造成隧道管片破损、隧道中心线偏移、盾构机损坏等诸多难以预料的问题。
参考文献
[1]GB50157-2003地铁设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2003.
[2]TB10003-200铁路隧道设计规范[S].北京:中国铁道出版社, 2006.
[3]盾构法与矿山法组合隧道施工技术.上海市政公路杂志, 2008年4月第174期:上海市市政公路工程行业协会.
[4]深圳地铁2号线工程初步设计技术要求.深圳, 2006.
盾构穿越 篇7
南京长江隧道工程左汊盾构隧道设计为双向6车道, 隧道长3022m, 采用两台直径Φ1 4.9 3 m的泥水盾构、由江北始发井出发, 同向掘进施工, 隧道管片内径13.3m, 外径14.5m, 厚度60cm。南京长江隧道于R K 3+7 3 3.7处下穿长江北岸防洪堤, 基底至隧道顶的距离在11.5~12.5m之间, 长江防洪堤为重要防洪工程, 保护等级定为二级, 在盾构通过时必须确保防洪堤万无一失。长江防洪堤与盾构隧道的位置关系见图1。
盾构机穿越长江大堤时间选择在2008年3月份, 属于长江枯水期。
2 风险分析
盾构穿越长江大堤时, 主要的风险即由于盾构掘进掌子面失稳造成地层坍塌, 从而引起大堤坍塌, 造成江水涌出危及附近群众的生命和财产安全;其次在盾构穿越大堤时可能因为泥水压力过大击穿覆土层, 造成江水由盾尾密封处或管片防水薄弱位置涌入隧道, 给施工人员和设备造成威胁。
3 施工技术措施
3.1 施工调查
施工前我项目部认真对长江防洪大堤进行了详细的调查, 明确其结构和基础状况。进一步判断接近施工影响程度。已查明长江防洪堤为素土回填, 迎水面为30cm厚干砌块石, 砂浆灌缝, 背水面为黏土回填, 上有植被覆盖 (江堤防护林) 。
3.2 水土压力控制
施工过程中加强泥水管理, 并根据周围地层的渗透性调整泥浆性状, 以保持泥水仓压力与开挖面水土压力平衡。
⑴切口泥水压力值的设定是控制开挖面水土压力平衡的关键:切口水压力波动太大, 会增加正面土体的扰动, 导致影响大堤的稳定, 因此应尽可能减少切口水压波动, 在技术上要求操作人员由自动控制改为人工手动控制, 将切口水压波动值控制在-0.1bar~+0.1bar之间, 保证掌子面稳定。
⑵加强对正面土体的支护, 采用重浆推进。泥水进浆比重控制在1.15~1.20g/cm3之间, 黏度控制在23~25s。泥水采用优质膨润土结合不同级别的大分子材料和原植物纤维、惰性矿物质组装的新型材料进行调制。
⑶在推进过程中, 要加大泥浆测试频率, 及时调整泥浆质量, 保证推进顺利进行。
⑷开挖过程中加强盾构机操作管理, 减少盾构机偏转和横向偏移, 防止蛇行发生, 保持地层的稳定。
3.3 管片壁后注浆管理
同步注浆材料为水泥砂浆, 施工时通过同步注浆及时充填建筑空隙, 减少施工过程中的土体变形, 保证长江大堤的稳固不受破坏。另外根据监测情况, 同当同步注浆无法满足要求时, 则通过管片预留的二次注浆孔灌注双液浆 (水泥浆和水玻璃) , 在较短时间内使土体固结稳定从而对大堤进行补充加固。
3.4 加强盾尾保护
盾构穿越大堤区域属于透水系数大, 自稳性差的地层, 其显著特点就是对盾尾密封止水性能的要求非常高, 在掘进过程中, 要时刻注意盾尾是否有漏浆情况, 并每掘进一段距离要通过二次补浆孔进行检查 (距离可根据实际情况而定) , 如发现漏或油脂仓内油脂含有其他杂质时, 要及时清洗油脂仓。
3.5 跟踪注浆补强
在盾构通过过程中, 根据监测情况采用跟踪注浆对防洪堤地基进行加固, 加固方案为在盾构轴线周围各2 5 m范围内, 在大堤背水面坡角预埋P V C注浆管, 注浆管与铅垂面呈30度夹角, 距隧道顶3m, 间距1 m。
4 监控量测
在盾构机穿越大堤施工过程中, 必须随时了解和掌握盾构掘进前后的变形位移情况和地表沉降、地下水位变化、土体位移对大堤以及周围建筑物的影响等, 将信息反馈给设计、监理、优化设计参数及施工方法, 组织信息化施工, 实行动态管理, 因此需对隧道施工的全过程进行全方位的监测, 以确保大堤及隧道的施工安全。监测点、监测人员及方式见表一。
5 应急预案
盾构穿越长江大堤前召开专项会议, 针对可能出现的各类风险进行讨论分析, 并制定相应的对策, 详见表二。
具体操作控制要点如下:
⑴为防止大堤坍塌, 在掘进过程中需安排专人检查掘进指令是否落实到位, 泥水参数是否符合要求。
⑵地面监测情况需及时反馈至值班领导、技术人员和盾构机、泥水场操作人员处。
⑶如长江大堤出现坍塌现象, 需提高泥水仓压力, 增加泥水比重, 增加大堤的跟踪注浆孔数量, 加大注浆量, 以对大堤底部进行加固, 防止坍塌进一步发展;同时对大堤坍塌区域进行粘土回填, 防止江水涌入。
⑷如发生江面冒浆现象, 说明泥水压力已击穿覆土层, 此时江水与泥水仓已发生水力联系, 可能发生大量的泥浆泄漏和水土流失, 此时需适当调低泥浆压力, 加大泥浆比重, 增加掘进速度, 使盾构迅速穿越冒浆区。盾构穿越冒浆区后, 停机补充注浆, 封闭贯通缝。
⑸如发生江水涌入隧道现象, 说明盾尾密封或管片止水条存在部分失效现象, 此时需先进行强排水, 防止盾构机部件被水浸泡, 同时查明漏水部位, 如管片渗漏水, 可采取注聚氨酯等常规混凝土堵漏工艺;如盾尾漏水可启动盾尾应急密封装置, 加大油脂和同步注浆量, 以起到防水止水的作用。
⑹为确保以上措施工的顺利实施, 在盾构穿越大堤前安排对所有设备、材料、人员到位情况进行全面检查。
6 施工反馈
⑴盾构机穿越长江大堤过程中, 因长江大堤背水面一侧有植被 (防护林) , 迎水面一侧为浆砌片石护坡, 对沉降均不敏感, 所以均未发现沉降。大堤顶部为粘土回填, 对沉降较敏感, 盾构机开挖时有2 0 m m左右的沉降, 盾体穿越过程中有1 0 m m左右的沉降, 管片脱出该位置后有几毫米的隆起。均在允许隆陷值控制-1 0/+3 0 m m设计值以内, 大堤安然无恙。
⑵盾构机穿越长江大堤过程中, 大堤顶部靠背水面一侧发生轻微冒浆现象, 但浆液自冒浆位置1米远处渗入地下, 说明大堤在施工过程中背水面一侧未进行压实, 地层较松散。冒浆发生后, 采取了降低泥水压力, 提高泥浆比重的措施, 使冒浆得到控制。
⑶盾构机穿越长江大堤过程中, 管片未发生破损, 盾尾未发生渗漏水, 施工处于可控状态, 施工过程中对大堤的正常交通未产生影响。
7 施工体会
超大直径泥水盾构机作为城市快速交通穿江越河的利器, 不可避免的要从江河堤防下穿越, 能否顺利的穿越大堤不但影响着施工进度, 还关系着人民群众的生命安全。通过本工程的成功经验, 证明通过详细的施工调查、合理的掘进参数 (泥水压力、泥浆指标、注浆压力、注浆量、砂浆指标等) 、精细的操作管理 (盾尾保护、管片拼装等) 和完备的应急措施下, 超大直径泥水盾构完全可以在无损的情况下完成对长江大堤或同类堤防的穿越。另外选择在枯水期穿越江河, 对规避施工风险也是较为有利的。
参考文献
[1]盾构法隧道施工与验收规范[S].GB50446-200.30-33
盾构穿越 篇8
苏州地铁2号线II-TS-05标是苏州轨道交通2号线的重难点工程。由于盾构穿越洞门处连续墙 (采用玻璃纤维筋施工) , 现有的资料及相关经验显示, 玻璃纤维筋的抗剪强度≥150MPa, 抗拉强度≥600MPa, 弹性模量≥45GPa, 混凝土强度等级C30。因其强度高, 盾构刀盘原有设计无法满足通过连续墙要求, 为确保安全顺利地施工需对刀盘进行改造。
2 刀盘改造方案
刀盘原配置有中心刀1把, 仿形刀2把, 主切刀120把, 小先行刀12把, 保径刀4把。综合了现场地连墙混凝土取芯的强度检测结果和原有刀盘结构资料, 提出的改造方案是在原有刀盘的基础上加装40把切削先行刀、53把贝壳刀、中心刀重新设计更换, 刀盘的动力装置不做改变。刀盘改造前后对比示意见图1。本方案刀盘的刀具设计布局, 考虑了全断面破地下连续、地下连续墙等地段掘进时对切刀和刮刀的保护, 采用的贝壳刀和切削先行刀安装后高出原有主切刀20～35mm而达到保护目的。
3 盾构刀盘改造工艺及要求
3.1 施工工艺流程
盾构刀盘改造施工流程见图2。
3.2 盾构刀盘改造前准备工作
3.2.1 场地要求
为了满足刀盘改造的要求, 整个刀盘改造现场的长不小于20m, 宽不小于15m, 为了保证施工不受影响, 场地周围应设铁丝网隔离, 并按照规范布置灭火设备。
3.2.2 人员、设备、材料要求
整个刀盘改造过程需要的人员、设备、材料见表1。
3.3 刀盘刀具焊接
3.3.1 刀具焊接位置的确定
加装刀具的坐标位置见图3, 取刀盘回转轴中心为坐标系的中心原点;按照设计图的坐标现场测定标记, 标记误差不得超过5mm。刀具焊接时标记坐标点对应刀具焊接面的中心位置。
3.3.2 刀具的焊接
1) 焊接方法采用CO2气体保护焊。其具有热输入低可控制裂纹的产生。
2) 焊接设备采用KR-500CO2/MAG型焊机。
3) 焊接材料选择Ф1.2mm的ER50-6焊丝, CO2气体纯度>99.5%。
4) 焊前准备:严格清扫焊接坡口周围50mm范围内的油污、铁锈和油漆等。并用砂轮机对焊缝两侧50～100mm的范围进行打磨。
5) 工艺措施: (1) 焊前采用氧气乙炔预热, 预热温度100～200℃, 目的是减少温差, 降低焊接应力, 防止产生裂纹; (2) 采用小热输入多层多道焊接工艺时要求焊枪直线运动, 控制每道焊缝的尺寸, 每道焊缝厚度小于5mm; (3) 每道焊接完成后要及时清除焊接面药皮; (4) 焊接前, 焊接中和焊接后都要保持焊接部位温度与焊接件预热温度一致, 焊接后及时使用氧气乙炔对焊缝周围进行加热, 加热温度200～250℃, 并用石棉瓦覆盖缓慢冷却。
3.3.3 刀具焊接质量的检查
焊接完成后对所有焊接刀具的全部焊缝逐一进行着色探伤, 要求达到JBT-6061-1992《焊缝磁粉检验方法和缺陷磁痕的分级》2级标准, 对探伤存在问题的焊接部分要求进行补焊或者重新焊接。
3.3.4 盾构的组装调试和试推进
全部刀具焊接完成并检验合格后, 使用吊车配合将刀盘安装回主机, 刀盘螺栓的紧固必须按照厂家技术手册规定的扭矩值进行。组装完成后, 全面检查刀盘外观, 是否有变形部分, 之后开启刀盘空载正反转观察。以上各项检查完毕后开始试推进, 掘进施工中的刀具管理的是很重要的一个内容, 如果施工中刀具管理不到位会直接增加换刀次数, 影响施工进度, 严重时会对刀盘造成破坏。刀具管理主要包括以下几个方面:
1) 控制油缸推力在一定范围内。如果推力太大则会使刀圈受力过大, 导致刀圈断裂, 如果太小, 作用在刀圈上的摩擦力小, 导致刀具不能转动, 产生偏磨。
2) 控制刀盘的转速。在地下连续中掘进时如果刀盘转速过大, 则会使刀盘在经过破地下连续交界面使刀具受到冲击力过大, 造成刀具损坏。
3) 控制掘进速度。如果速度过快, 则刀具贯入量过大, 会导致刀具过度的磨损。
4) 注入足够的泡沫剂。在施工中泡沫剂除了改良碴土的作用之外, 还能够在掌子面上形成泥膜, 对刀具起到保护作用。
盾构应缓慢推进接触掌子面, 严密监视刀盘扭矩和盾构推力的变化情况, 如有超负载时应立即停止。
4 盾构刀盘改造效果及总结
按照此次方案实施刀盘改造后, 盾构目前已2次顺利通过了1 200mm的地下连续墙, 完成了天筑路站—金民东路站左右线区间的盾构施工, 改造后已累计掘进1.3km, 各项工作参数均在原设计范围内。刀盘改造后刀具的增加并没有对盾构推进时的刀盘扭矩和推进阻力产生较大影响, 同等地质下扭矩的增大量在10%以下, 推力变化只增加了约5%。以上结果证明了此次改造方案是合理的, 基本满足了现场施工对刀盘的要求。本次改造方案实施过程中有以下几点是特别值得重视的。
1) 刀盘焊接时一定要保持均匀的速度进行, 不能盲目求快, 现场工程师必须对焊接过程进行全程监控。
2) 进场的每把刀具都应做过耐压测试并出具检测证明, 保证刀具的质量。
3) 刀具焊接完成后必须对所有刀具逐一进行探伤检测。
4) 专职焊工进场作业前必须进行专项技术指导和交底。
参考文献
[1]邱友胜, 邓明龙, 李莉, 等.成都地铁盾构刀盘刀箱焊接工艺[J].研究与应用, 2011, (04) :51-52.