盾构到达接收施工技术（通用5篇）
盾构到达接收施工技术 篇1
1工程概况
1.1盾构区间概况
深圳市地铁洪湖站~田贝站区间采用盾构法施工, 盾构由田贝站始发, 洪湖站接收。在洪田区间盾构加固区场地内, 存在一通信管沟 (通信井内有100多根电信电缆, 其中有2根是国际电缆, 埋深深度为3.1米, 通信井内尺寸为:长4米, 宽3米。通信电缆线路走向为南北走向 (这是已经改迁后的电信井, 横跨加固区) 及一根380V电缆 (埋深约1.5m, 目前正在使用) 。致使可加固区由原来的7.8m×12.3m缩减为3.8m×12.3m, 无法满足设计要求, 为保证盾构正常、安全接收, 在洪田区间 (左、右线) 接收端采用一种新的盾构到达接收工法, 即钢套筒接收工法。隧道平面图见图1。
1.2接收端地质水文情况
洪湖站东端 (接收端) 部位从上至下依次为:素填土 (4.3m) , 砾砂 (4m) , 砂质粘性土 (4m) , 全风化混合岩 (3.7m) , 强风化混合岩 (1.7m) , 中等风化混合岩 (2.4m) 。
本场地地下水按赋存条件主要为孔隙水及基岩裂隙水。地下水位埋深1.38~4.70m, 水位高程7.05~12.90m。具体见图2。
2钢套筒接收施工要点
盾构钢套筒接收施工总体流程见图3。
2.1.1钢套筒制作
钢套筒主体部分总长10900mm, 直径 (内径) 6500mm, 外径6840mm, 总重111.83t。套筒共分成三段标准段、一个后端盖和一个过渡环, 每段3300mm, 每段又分为上下两个半圆。筒体采用钢板卷制而成。每段筒体的外周焊接纵、环向筋板以保证筒体刚度, 如图4, 5所示。每段筒体的端头和上下两半圆接合面均焊接圆法兰, 采用法兰连接, 用高强度螺栓连接紧固。另外, 每节钢套筒分别于顶部设置4个起吊用吊耳, 1个直径600mm的加料口, 底部设置3个3寸的排浆管。
2.1.2钢套筒的安装
(1) 预埋件安装
钢套筒的固定主要通过钢套筒与洞门钢环焊接、钢套筒底座与底板预埋钢板连接、钢套筒与反力架间的千斤顶连接以及底座四周临时增加的锚筋与底板间的连接四种方式, 在主体结构施工阶段, 需要在主体结构底板上预埋钢套筒与底板的连接钢板及反力架钢板, 根据钢套筒结构尺寸, 即钢套筒中心至钢套筒基座底部 (预埋件顶部) 高度为3390mm, 在对应高度的平面上预埋钢板。
预埋钢板采用2cm厚钢板, 尺寸:1080×400mm (2块) , 1580×400mm (2块) , 900×400mm (2块) , 400×400mm (4块) , 锚筋采用HRB335直径32钢筋, 锚筋与钢板的连接采用穿孔焊接, 焊接满足规范要求, 锚筋锚入底板内部30d (960mm) , 锚筋布置在底座开孔位置, 开孔四个角落各布置一根锚筋。
(2) 钢套筒安装
1总体安装顺序
过渡连接环 (下半幅) 吊装下井→过渡连接环 (下半幅) 与洞门钢环焊接, 与底板焊接→第一节钢套筒 (下半幅A1) 吊装下井→第一节钢套筒 (下半幅A1) 与过渡连接环 (下半幅) 螺栓连接, 与底板焊接→第二节钢套筒 (下半幅A2) 吊装下井→第二节钢套筒 (下半幅A2) 与第一节钢套筒 (下半幅A1) 螺栓连接, 与底板焊接→第三节钢套筒 (下半幅A3) 吊装下井→第三节钢套筒 (下半幅A3) 与第二节钢套筒 (下半幅A2) 螺栓连接, 与底板焊接→钢套筒B-1块吊装下井→钢套筒B-1块与下半幅左侧套筒及过渡连接环螺栓连接→钢套筒B-2块吊装下井→钢套筒B-2块与下半幅右侧套筒及过渡连接环螺栓连接→钢套筒C块吊装下井→钢套筒C块与钢套筒B-1块、B-2块及过渡连接环螺栓连接→后端盖吊装下井→后端盖与钢套筒B-1块、B-2块、C块及第三节钢套筒下半幅螺栓连接。
(2) 主要安装要求
a、钢套筒连接螺栓为M24×240mm (8.8级) , “□”型密封圈, 规格均为Φ10mm, 长度实配;
b、根据钢结构工程施工质量验收规范规范要求, 钢套筒安装完成结构尺寸偏差为±3mm, 接头错位±3mm。
c、钢套筒组装
钢套筒组装由厂家派专业技术人员进行现场指导, 直至安装完成并验收合格为止;
在螺栓紧固前, 需要检查, 确保密封胶条的正确安装, 以免影响后期的气密性实验;
2.1.3洞门破除
在盾构机刀盘距离洞门30m时开始进行洞门破除施工, 采用人工风镐从上至下、从中间至两边、分块、分层依次破除洞门外层600mm厚围护结构。
2.1.4后端盖安装及检测
洞门破除完毕后, 清理碎渣及套筒内部杂物, 安装后端盖并进行密封性实验, 见图6。后盖板由椭球盖和平面环板组成, 椭球盖采用厚钢板冲压加工制作, 平面环板采用钢结构组焊而成, 后盖板边缘设置法兰, 与钢套筒端头法兰采用高强度螺栓连接紧固, 内侧与椭圆封板的外侧采用高强度螺栓连接紧固, 后盖平面环板与椭球盖外缘内外焊接成整体, 见图7。
(1) 钢套筒圆度
使用前对整体钢套筒的圆度进行检查, 必要时由制造厂家进行检查, 确保其圆度, 避免盾构机进入钢套筒时与钢套筒间距不均, 导致盾体与钢套筒碰撞使钢套筒发生位移变形等意外。
(2) 钢套筒密封性
钢套筒分多块组成, 各组成块之间均须加橡胶垫, 对橡胶垫必须严格控制质量, 防止损坏, 或有漏洞, 避免出现漏浆泄压。另外, 钢套筒各部件之间连接均采用螺栓连接, 对螺栓连接面也应进行检查, 对连接面出现变形或破坏的部位进行修复, 避免出现漏洞。连接螺栓是保证各部分连接紧密的重要构件, 使用前应确保连接螺栓质量和数量, 保证各部分连接的强度。测试方法如下:
钢套筒组装完成后, 在筒体内加水检查其密封性, 筒体中心位置水压为0.3Mpa, 若在12小时内, 压力保持在0.28Mp上, 则可满足钢套筒接收要求, 如果小于0.28Mpa, 找出泄露部分, 检查并修复其密封质量, 然后再次进行试压, 直至满足试压要求。
(3) 钢套筒焊缝
钢套筒由钢板焊接而成, 使用前必须全面检查钢套筒各个部位的焊缝, 对有损伤的焊缝进行补焊, 确保焊缝质量, 保证整个钢套筒的整体性。
2.1.5钢套筒填料 (碎石)
为防止盾构机载头, 需要在钢套筒底部约60度圆弧范围内回填碎石, 厚度约20cm, 碎石粒径10~20mm。见图8。
2.1.6钢套筒填料 (粗砂)
从地面布置一条输送管路至钢套筒上, 将填料输送至钢套筒内, 地面设置一个漏斗, 将填料直接从漏斗输送至钢套筒内;若出现填料输送阻塞现象, 采用冲水方式, 将填料冲刷下去。
粗砂回填过程中, 边填, 边加入适量水, 让砂处于自然密实状态;
填料完成后, 要对钢套筒的连接进行加压测试, 以检查渗漏情况, 测试压力不小于盾构土仓的切口压力 (土仓1.1~1.2bar, 测压不小于3bar可满足要求) 。
2.1.7盾构接收及吊出
盾构机在掘进过程中必须控制好环流与推进速度的关系, 不仅要防止切掉的混凝土块堵塞, 也要保证钢套筒内的填砂不会被大量带出, 推进过程中与钢套筒外围的托轮组调节要协调到位, 确保盾构机的姿态控制符合要求。
盾构机完全进入钢套筒后, 必须注双液浆封堵盾尾与洞门结构位置, 注浆量按理论注浆量的1.5~2倍, 确保封堵洞门结构位置。
注浆工作完成之后, 打开钢套筒上预留的卸压口, 然后缓慢降低气仓压力, 如果液位无异常, 则将气压降至0后, 打开气仓门, 观察液位, 再打开土仓门, 检查无涌水后, 打开钢套筒上的填料孔, 查看注浆是否到位, 确认后可以拆开钢套筒上半部将盾构机吊出。
2.1.8钢套筒的拆除
钢套筒拆除顺序如下:
反力架拆除→后端盖拆除→C块拆除→B-1块拆除→B-2块拆除→过渡连接块上半部分拆除→盾构机拆卸, 吊出→A3块拆除→A2块拆除→A1块拆除→过渡连接块下半部分拆除→场地清理并移交。
3盾构钢套筒接收安全控制措施
为了防范洞门水土流失、涌水涌砂风险, 应采取以下措施:
(1) 接收端头隧道顶部范围内为富水砂层, 必须对接收端头进行旋喷桩加固处理, 提高土体的强度。
(2) 盾构机中盾进入加固体后, 利用径向注浆孔向盾体外注聚氨酯, 聚氨脂与盾体外的地下水反应形成聚合物填充盾体与加固体之间的空隙, 防止加固体外的地下水进入前方。
(3) 盾尾进入加固体后, 在已成型的隧道内, 利用叠线环特殊管片上预留的注浆孔, 向管片外侧注入双液浆。
(4) 进洞环采用特殊制作的管片, 在管片外侧预埋背负钢板, 待钢套筒拆除后, 背负钢板与洞门钢环之间采用弧形板焊接。
4结束语
盾构到达采用钢套筒接收具有安全、工序简单、可重复利用等优点。同时, 在城市地质复杂、管网较多、场地狭窄, 盾构接收端地层不具备加固条件的情况下, 有效的采用钢套筒接收, 既保证了盾构安全顺利到达, 也合理的缩短了工期, 如果钢套筒能多次重复利用也能产生了一定的经济效益。
摘要：在城市盾构法隧道施工过程中, 因施工区域狭窄, 可能造成盾构到达时接收困难。本文根据工程实例, 通过对盾构到达钢套筒接收工法的钢套筒制作、安装、拆除等施工技术、安全措施管控, 提高了盾构到达接收洞门的密封质量及管片的拼装质量, 希望对相同或接近的盾构施工起到借鉴作用。
关键词：地铁项目,盾构区间,钢套筒接收,技术管控,安全措施
参考文献
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[5]李飞, 凌波.盾构到达接收辅助装置的设计[J].建筑机械化, 2009, 9.
盾构到达接收施工技术 篇2
1 工程概况
南京地铁三号线8标段包括2个区间, 共设2个车站和1个盾构井, 盾构施工共计4次始发、4次接收和3次转场, 其中在市政府站要进行平移调出是工程的一个重大难点。主要的施工难点包括: (1) 该站的盾构所处地层为渗透系数较大的稍密粉砂 ( (2) -3d3) 和粉细砂 ( (2) -4d2) 层, 端头采用的三轴搅拌桩加固+双重管旋喷桩处理施工冷缝+冷冻法施工无法保证在进洞时漏水涌砂; (2) 该工程曾考虑采用水中进洞的方法来解决漏水涌砂问题, 但该处的施工不能影响地面交通, 采用盖板下施工方式, 因此水中进洞的方法难以展开。另外该处盾构进洞后要进行平移吊出转场, 也大大增加了工程的难度; (3) 该站左线接收端头的上面有污水管, 侧面有煤气管和光缆线无法全部迁移, 管线距离隧道洞身边界最近处只有1 m, 端头加固不能全面覆盖。
综合考虑接收条件的风险, 为增加盾构到达接收的安全性, 降低施工风险, 并方便平移转场, 决定采用钢套筒辅助接收盾构机的施工方案。
2 传统钢套筒的结构组成
传统钢套筒由筒体和托架、后端盖、反力架、筒体与洞门的连接、进料口和注排浆管组成 (如图1所示) 。
传统钢套筒的筒体通常分3段制造, 每段又分为上下两半圆, 每段筒体的外周焊接纵、环向筋板形成网状以保证筒体刚度, 每段筒体的端头和上下两半圆接合面均焊接圆法兰, 法兰用螺栓连接, 中间加厚橡胶垫, 以保证密封效果[3,4]。
在筒体底部制作托架, 托架与筒体一样, 也分3段, 之间用螺栓连接。每段托架由承力板、底板和工字钢组成, 三者焊接成为整体。焊接时托架板先与筒体焊接, 再焊接横向筋板、焊接底板和工字钢。托架组装完后, 工字钢底边与车站底板预埋件焊接, 托架须用型钢与车站侧墙顶紧。该结构的优点是具有较好的稳定性, 但是在制作和安装上费工费料, 并且很难满足盾构机整体的大距离水平移动。
传统的后端盖由冠球盖和平面环板组成, 冠球盖由钢板整体冲压焊接成形, 平面环板加焊环向均布排列的钢板筋板, 后盖平面环板与冠球盖外缘内外焊接成整体。后盖边缘法兰与钢套筒端头法兰采用螺栓连接, 制作完工要在球盖内侧加焊型钢或钢管井子架, 防止变形。传统钢套筒的球型后端盖后靠加力方便, 不但可以用作盾构机的进洞, 还可以作为出洞时使用。但是该结构具有加工难度大, 结构复杂, 工序繁多, 施工精度要求高, 安拆装速度较慢的缺陷。如果仅作为出洞使用, 可以采用简化的平面后端盖模式。
传统的反力架上下位由均匀分布的钢管组成, 靠墙体的一侧由钢管与洞口墙体顶紧, 另一侧由于没有墙体承力, 用钢管斜支撑固定。反力架紧贴后盖平面板安装, 冠球部分不与反力架接触。反力架定好位置后, 先用千斤顶顶后盖板平面和反力架, 消除洞门到后盖板的安装间隙, 承力钢管两端用楔形块垫实并焊接。传统反力架在使用中, 需要设置后端反力墙, 将反力千斤顶水平作用在反力墙上, 并可以根据盾构机出洞时的姿态调整千斤顶的压力, 实现精确控制。但是这个过程施工控制精度要求较高。为了简化出洞工艺, 可以不设置反力墙, 而将反力系统斜撑在底板上, 并设置临时脚手架保持反力系统的稳定。
传统钢套筒通常在每段筒体中部右上角设置进料口, 需要将填料放到钢套筒顶部, 然后人工向内填料, 填料速度较慢, 且无法满足复杂条件下盾构接收需求。
3 钢套筒的改进设计
针对南京地铁三号线市政府站渗透性地层易产生渗水涌砂、盾构出洞后要进行平移转场并且在盖板下施工的特点, 在传统钢套筒的基础上在底座、后端盖、反力架和进料口方面做了一些改进, 以简化施工过程, 加快施工进度, 提高施工的灵活性[5,6]。
3.1 加强型底部托架
本工程中钢套筒筒体由4段直径6.7 m的构件组成, 每段又分为上、下两块。托架与下部筒体焊接连成一体, 焊接时托架板先与筒体焊接, 再焊接横向筋板, 焊接底板和工字钢 (如图2所示) 。托架组装完后, 工字钢底边与车站底板预埋件焊接, 托架须用型钢与车站侧墙顶紧, 钢套筒上部采用槽钢与中板梁顶紧。
3.2 平面形后端盖
为降低制造工艺的复杂性并节省成本, 后端盖采用新式的平面盖, 材料用30 mm厚的Q235A钢板, 平面环板加焊4道厚30 mm、高500 mm的钢板筋板, 井字形焊接在后端盖上。后盖边缘法兰与钢套筒端头法兰采用M30×130 8.8级螺栓连接。后端盖形状如图3所示。
3.3 斜撑式反力架
钢套筒反力架紧靠在端头井负一层环框梁和底横梁上。反力架用I20的工字钢做斜撑, 与车站底板顶紧, 反力架上部顶在中板上。反力架定好位置后, 先用400 t千斤顶顶平面盖和反力架, 消除洞门到后盖板的安装间隙后, 反力架上下均布4道I20的工字钢与后端盖平面板顶紧, 承力工字钢管两端用楔形块垫实并焊接。反力架如图4所示。
3.4 进料口
为了满足市政府站的盾构接收需求, 钢套筒上预留2个下料口 (如图5所示) , 两个下料口均位于第2块上, 第1个位于靠近第2块、第3块连接部位的正上方, 第2个下料口在第2块、第3块连接部位12点 (钟表点位) 顺时针旋转34°位置 (面向洞门) 附近。
4 改进设计后的施工方法[7,8,9,10,11,12,13,14]
(1) 主体部分连接:在地面组装好钢套筒的传力架1, 并把过渡连板与传力架1连接好, 整体下放到端头井内, 使钢套筒的中心与事先确定好的线路中心线重合, 向前移动过渡连板与传力架1并于洞门钢环焊接, 依次将钢套筒的传力架下方连接。
(2) 后端盖连接:后盖板与筒体之间加8 mm厚的橡胶板后, 用M30螺栓 (8.8级) 上紧在钢套筒后法兰上。
(3) 钢套筒平移:市政府左线接收时, 在地面组装好钢套筒的下半部分, 下放到市政府右线的接收井内, 然后向市政府站左线接收井方向平移, 利用2个60 t液压千斤顶一边顶在基坑侧墙上, 另一边顶在底部框架上, 平移至市政府左线接收井后再沿线路方向向洞门位置平移, 利用2个60 t液压千斤顶一边顶在基坑底板横梁上, 另一边顶在后端盖板的平面位置, 将已经连接好的钢套筒沿隧道中心线向洞门方向平移, 直至过渡连接板与洞门环板相接, 并保持隧道中心线与钢套筒中心线不偏离。
(4) 反力架安装:反力架用I20的工字钢做斜撑, 与车站底板顶紧。反力架定好位置后, 先用400 t千斤顶顶平面盖和反力架, 消除洞门到后盖板的安装间隙后, 反力架上下均布9道300 mm×300 mm支撑柱与后端盖平面板顶紧, 支撑柱与反力架之间用支撑楔块垫实并焊接。
(5) 钢套筒各部分与洞门环板的连接。
(6) 密封性检查:钢套筒组装完成后, 在筒体内压气检查其密封性, 气压为0.3 MPa, 若在12 h内, 压力保持在0.28 MPa以上, 则可满足钢套筒接收要求, 如果小于0.28 MPa, 找出漏气部分, 检查并修复其密封质量, 然后再次进行试压, 直至满足试压要求。
(7) 填料:钢套筒检查完毕后, 向钢套筒内填料, 主要是填盾构掘进出来的渣土, 必要时对土体进行改良, 增强土体的流动性。市政府站左线接收时, 采用靠近留在第2块、第3块连接部位12点 (钟表点位) 顺时针旋转34°位置 (面向洞门) 的下料口填料。为了将填料输送至钢套筒内, 需要从地面引一条输送管道至钢套筒上, 采用一条609 mm的管路连接, 地面设置一个漏斗, 将填料直接从漏斗输送至钢套筒内。填料过程中如果出现填料输送不够顺畅时, 可以采用冲水方式, 将填料冲下去。
(8) 盾构到达后平移:盾构机安全进入市政府站钢套筒后, 拆除钢套筒的上半部分, 通过地下二层中板预留的孔洞, 吊至地下二层中板上, 平移至右线井口, 吊至地面。清理干净盾构机上半部分的回填料及浆液, 用4个200 t的千斤顶顶推盾构机钢套筒下半部分向市政府右线平移, 千斤顶一端顶在钢套筒底部框架上, 另一端顶在车站侧墙上, 同时在接收井底板上满铺钢板, 减少盾构机平移时的阻力, 待盾构机及钢套筒平移到市政府右线吊出井口解体吊出。如图6所示。
5 结论
(1) 通过对底部进行加强和可升降改造, 实现了盾构机的水平移动, 减少了传统钢套筒的拆解和组装施工, 大大缩短了工期, 减少了工程的风险;
(2) 采用平面形后端盖可以起到球形后端盖相同的效果, 且比较容易加工、安装方便快捷、成本低, 大大加快盾构机的出洞速度;
泥水盾构到达施工风险的控制措施 篇3
1)到达端头地质条件较差或加固效果不理想，凿除钢筋砼洞门和盾构推出时可能出现漏水涌砂现象。
2)在洞门破除完成后至盾构机到达洞门前，容易造成开挖面泥水压力过高引起洞门穿浆。
3)在盾构机的盾体未完全出洞门时，洞门圈上安装的环状止水胶圈破损而漏水、涌砂。
以上风险因素都可能引起重大的安全事故，本文通过广州市地铁二八线延长线工程介绍泥水盾构到达施工时降低风险的一些技术措施。
1 工程概况
广州市地铁二八线延长线盾构3标包括2个盾构区间，即南浦站～南会中间风井和南浦站～洛溪站区间，两区间长均约9 2 0 m，隧道内径5.4m，外径6.0m。工程采用2台海瑞克∅6 250型泥水平衡盾构机施工。
2台盾构机先从南浦站南出发向南掘进至南会中间风井，然后吊出运至南浦站北二次始发，向北掘进至洛溪站吊出。该工程须进行2次始发和2次到达施工。其中南会中间风井到达端头地层从上至下为：<1>杂填土、<2-1 A>淤泥、<2-2>淤泥质粉细砂层、<2-1 B>淤泥质粉质粘土、<3-2>中粗砂层、<5-2>硬塑粉质粘土、<7>强风化泥质粉砂岩、<8>中风化泥质粉砂岩。靠近洞门处隧道范围底部为<8>岩层，中上部为<7>岩层，隧道上方为较厚的<7>岩层。
南会中间风井接收井围护结构采用∅1200@1350的钻孔桩，在基坑外侧的桩间施作双管旋喷桩止水，旋喷桩桩底进入<5-2>层不少于1m。基坑深度29.87m，共有6道支撑。
南会中间风井隧道洞门位置岩层较破碎、裂隙较发育、地下水丰富，因此对到达端头进行了加固处理。加固方法：沿洞门四周360°进行小导管注浆加固，注浆采用长3m∅420mm小导管，环向间距500mm,外插角15°。
2 泥水盾构到达施工流程
由于盾构到达施工存在较大的风险，为了尽可能的规避风险，根据实际情况制定泥水盾构到达施工流程如图1所示。
3 泥水盾构到达风险控制措施
3.1 洞门钻孔试水
钻孔试水的目的在于查明洞门范围内加固土体稳定性和渗水情况，以防止在盾构机到达前端头土体(洞门)塌方而造成灾害。
3.1.1 试水步骤
在洞门凿除前，先在洞门的外边缘12点位置做1个水平试水孔，然后在洞门范围内的钻孔桩桩间施钻9个水平钻孔。所有水平钻孔深度均穿透围护桩进入岩层20cm，具体布置见图2。
1)搭设脚手架和工作平台，固定牢靠后使用44mm钻孔机在洞门外侧12点位置施钻。
2)钻孔达到预定深度后，取出钻孔套管，以塑胶管加阀头沿钻孔植入，随时观察其变化。
3)在洞门范围内继续施钻9个水平钻孔。
3.1.2 结果判断
1)试水后，孔内如干燥或只有少许渗水情况，则判断状况为优良。
2)如有少量流水(约为孔径的1/5)情况，则可通过补充灌注M7.5砂浆封堵渗漏路径。
3)若有大量的涌水或漏砂情况出现，则需重新补充灌浆。补充灌浆的方法、位置和数量可根据实际情况来决定。
3.2 端头降水井施工
由于洞门处岩层比较破碎而且地下水丰富，为了降低洞门破除和盾构机到达推进时坍塌风险，在到达端头处两隧道之间距围护结构3m～5m位置设置1个降水井。降水井采用∅600孔径，内设1台潜水泵，孔深超过隧道底以下4m。
3.3 洞门破除（第一阶段）
洞门破除就是将洞门处的钢筋砼围护结构破除，以便盾构机推出洞门。盾构机推出洞门前须安装洞帘板和接收托架，如在洞门破除前安装，则在洞门破除时易损坏洞门帘板;如在洞门破除后安装，则洞门处围岩曝露时间过长，易发生坍塌，因此将洞门破除分两阶段进行。第一阶段先凿除外侧主筋和砼，待洞帘板和接收托架安装完成之后再进行第二阶段凿除内侧钢筋和砼。
为了缩短洞门破除时间，第一阶段洞门破除可使用凿岩机对钻孔桩进行凿除，并按以下要求进行：(1)洞门破除采用自上而下的顺序;(2)先凿除每根钻孔桩的外侧主筋和砼，保持内侧的6条钢筋和砼，钻孔桩之间的空隙采用钢筋拉结，并用木板和砂袋等填充，以避免桩间土体坍塌掉落。
3.4 洞门泻压管施工
为防止盾构机到达洞门前，由于开挖面泥水压力过高引起洞门穿浆从而造成洞门土体塌方事故，洞门破除(第一阶段)完成后，在拱顶的钻孔桩间位置施钻6个钻孔(如图3所示)，钻孔使用44mm钻孔机在洞门外侧钻孔桩间往下15°施钻，钻孔深度约为3m，然后埋入∅50mmPVC管作为洞门泻压管。PVC管外露100mm，用速凝胶封堵管口，一旦洞门发生穿浆情况即迅速将管口剪开，以降低洞门背后泥水压力。
3.5 洞门帘板安装
盾构推出洞门时，洞门帘板起着封闭洞门内径(6 500mm)与盾体外径(6 250mm)之间间隙的作用，以防止漏水或涌砂。
盾构机进洞前，在预埋好的环板上依次安装螺栓、环形密封橡胶板、固定环板B及折页式压板，最后拧紧螺母，如图4所示。具体安装过程：(1)利用螺栓，在预埋环板A上先后加上环形密封橡胶板、固定环板B和折页式压板;(2)当盾构刀盘进洞后，采用6分的钢丝绳栓紧压板压住橡胶板到盾构机外壳上。
3.6 洞门破除（第二阶段）
当盾构机的刀盘顶住围护结构后停止掘进，割掉围护桩剩余钢筋和砼。凿除前应寻找盾构机中心点，依次由外侧往内侧、自上往下凿除，并切割钢筋。同时注意：(1)检查断面大小，清除所有杂物;(2)为防止洞门凿除后可能产生渗水、漏砂等情况，必须备齐足够的补强、堵漏等材料;(3)在洞门凿除的过程中，必须加强安全监测工作。
3.7 到达掘进控制
1）掘进速度控制
(1)当盾构刀盘距围护桩约10m时，推进应尽量保持匀速、平顺，推进速度控制在10mm/min以下，在盾构机抵达端头围护桩前速度应逐步降低，最后一环的推进速度应控制在3mm/min左右;(2)盾构机碰壁后应缓继续前进，利用切刃慢慢磨耗壁体，直到盾构机完全无法再前进(油压过高或壁体产生破裂)。
2）切口水压控制
刀盘距围护桩约10m时开始，在保证环流系统通畅不堵管的前提下，逐步降低盾构切口水压，以防止洞门冒浆。刀盘距围护桩约5m时，切口水压应控制在≤120kPa，刀盘碰围护桩时应降低至40kPa～60kPa。在盾构到达掘进期间，盾构操控手应密切注意环流系统运行状况，以严禁堵管为原则调节切口水压，并视环流运行情况对最终切口水压设定值进行微调。
3）泥浆性能控制
盾构到达掘进期间，泥浆比重应控制在1.20g/cm3左右。盾构到达围护桩前停机，用清水清洗土仓。洗仓时间不应太长，约30min，否则易造成洞口处围岩缺失坍塌。
4）盾构姿态控制
从距围护桩50m位置开始逐步调整姿态，距围护桩约10m时盾构操控手应注意使盾构机尽量平缓掘进，严禁大幅度的纠偏动作，以保证盾构机能平缓出洞。到达竖井时，盾构机本体及切刃面与壁体尽可能保持垂直，这样盾构机出坑时不易对镜面框造成破坏。
5）注浆控制
倒数第10环开始改用双液浆，必须保证每环注浆量达到理论值的130%。倒数第5环，注浆初凝时间从原来的13s改为20s，对最后3环6个注浆点都要注浆，并尽量多注浆，注浆压力控制在0.8MPa以下。
6）测量控制
在盾构到达掘进期间，盾构姿态和管片姿态必须保证每环1测，并及时将人工测量的结果反馈至中央控制室。
7）洞门和地面监测
盾构到达掘进期间，必须对洞门和地面进行24h连续监测，监测数据要及时传达，如发现洞门穿浆或地面沉陷则要及时采取相对的应急措施。
参考文献
[1]康宝生,陈馈,李荣智.南京地铁盾构始发与到达施工技术[J].建筑机械化,2004,(2):25-29.
[2]严长征,张庆贺,廖少明,等.地铁盾构进出工作井的施工风险[J].城市轨道交通研究,2007,(10):34-36.
盾构到达接收施工技术 篇4
施工测量
施工测量程序及工艺流程
盾构掘进为主要施工环节,盾构掘进测量以SLS-T导向系统为主,辅以人工测量校核。同时严格贯彻二级测量复核制度,即集团公司精测组复核并交桩于工地项目部测量组,工地测量组再行复核并负责施工放样测量,确保隧道精确贯通,其主要测量程序见图8。
地面控制测量
我方接桩后,立即组织集团公司精测队根据业主提供的工程定位资料和测量标志资料,对所给平面控制点、高程控制点进行复测。为保证隧道的正确贯通及与相邻合同段的顺利衔接,所有的测量工作采用二级复核制度,并密切与监理工程师配合,及时将测量复测成果书报请监理工程师及业主审查、批准。
引测近井平面导线点
利用业主及监理工程师批准的测量成果书,由公司精测队以最近的cpⅡ平面控制点为基准点,以符合或闭合导线的形式,引测至少3个导线点至每个端头井附近,布设成三角形。
引测近井高程点
利用业主及监理工程师批准的精密二等水准网,由子公司精测队以最近的水准点为基准点,将水准点引测至端头井附近,测量等级达到国家二等水准。每端头井附近至少布设两个埋设稳定的水准点,以便相互校核。水准点应埋设混凝土普通水准标石。
联系测量
面联系测量平面坐标传递采用导线定向测量,首先利用经复核过的地面控制点将坐标方位传递到地面近井导线点上,然后从地面近井导线点向地下采用导线测量的方法进行定向,其垂直角不得小于30°,见图9。地面坐标方位的传递和联系导线测量均使用了1s级全站仪,按精密导线测量的精度进行。
高程联系测量高程传递测量采用钢尺悬垂法,钢尺应进行检定。首先,将地面高程传递到近井水准点上,然后在竖井内悬吊经过鉴定合格后的钢尺进行高程传递。悬挂重锤用水准仪在井上、井下观测,传递高程时每次独立观测3测回,每测回变动仪器高度,3测回测得地上、地下水准点的高程较差都小于2mm。具体操作如图10。
地下控制测量
地下平面控制测量洞内施工控制导线由联系井测量的井下起始边为支导线的起始边,沿隧道设计方向布设施工导线点。施工控制导线的平均边长选择在150m左右,尽量按等边直伸导线布设,导线点观测台由钢板焊接而成,采用强制对中装置,利用螺栓固定在管片侧壁上,并在旁边标示点位号及挂警示保护牌,方便保护点位,并根据时间间隔及掘进长度及时复测这些导线点,检查是否移位。
地下高程控制测量盾构机进洞掘进后,高程引至洞内控制导线点上作为高程控制点与平面控制点共用，测量时需要满足二等水准测量的技术要求。作为施工导线用的吊篮高程口由洞内控制水准点用水准测量方法进行引测传递。地下控制水准测量应在隧道贯通前独立进行3次,并与地面向地下传递高程同步。
盾构机测量
盾构机始发前的测量准备盾构机导轨测量主要控制导轨的中线与设计隧道中线偏差不超限,导轨的前后高程与设计高程不能超限，导轨下面是否坚实平整等。它的位置主要是利月地下导线点分别在导轨的前后两端放样出隧道中线上的中心点,利用这2个中心点来控制导轨的平面位置。利用水准仪通过地下水准点测定始发托架的高程,根据测量结果进行调整,使托架的三维坐标测设值与设计值较差应小于3 mm。
盾构机组装前测量对盾构机推进线路数据进行核计算,实测出发、始发井预留洞门中心横向和垂直向的偏差
盾构机组装后测量盾构机组装完成后,在盾构机右上方留出位置安装测量标志,并保证测量通视。盾构机始发时高于设计线路2cm。盾构机就位后精确测定相对于盾构机推进时设计轴线的初始位置和姿态。安装在盾构机内的专用测量设备就位后、立即进行测量,测量成果应与盾构机的初始位置和姿态相符,并报监理工程师备查
盾构机掘进中测量盾构机推进测量以SLS-T导向系统为主辅以人工测量校核,SLS-T导向系统是盾构机自备的导向系统,由德国VMT GmhH公司研制。能全天候的动态测量盾构机的里程、掘进趋势、盾构机的旋转角、水平倾角、俯仰角、盾构机偏离隧道设计中心线的位置、管片的位置、管片的选择安装、盾净空等.SLS-T导向系统所显示的盾构机姿态是盾构机日常掘进的基准,主司机可根据显示的偏差及时调整盾构机的掘进姿态。该系统主要组成部分有ELS靶、激光全站仪、后视棱镜、工业计算机等,见图11。
SLS-T导向系统能够全大候的动态显示盾构机当前位置相对于隧道设计轴线的位置偏差,盾构机主司机可根据显示的偏差及时调整盾构机的掘进姿态,使得盾构机能够沿着正确的方向掘进。
辅助测量和复测盾构机推进实时姿态测量包括其线路中线的平面偏离、高程偏离、纵向坡度、横向旋转和切口里程的测量。应用井下导线成果实测并计算出盾构机的前标、后标的坐标(并进行转角改正),再算出切口和盾尾的坐标与设计坐标进行比较后计算出切口和盾尾的平面偏离值。测出前标中心的竖直角及距离计算出前标的高程,再以盾构机的纵坡计算出切口、盾尾的高程,经与设计高程比较后,计算出切口和盾尾的高程偏离值。每推进一环后,以观测报表的形式提供以上数据。视施工需要也可在推进前和推进过程中增加观测报表次数。
托架测量在盾构机的配置中,用于掘进方向控制的主要为导向系统(SLS-T)来控制,在盾构机右上方管片处安装拖架,拖架用钢板制作,其底部加工强制对中螺栓孔,用以安放全站仪。详见图12。
强制对中点的三维坐标必须预先测量通过洞口的导线起始边传递而来,角度测量采用正倒镜观测四测回的方法;距离观测时每条边均往返观测,各测两测回,并进行气象改正和仪器加乘常数改正;高程测量采用单程双置镜法。
托架采用膨胀螺栓在管片上固定,因为是装在管片上的,管片在安装以后可能会随着时间、注浆情况、地质情况以及其他各种因素的影响,管片会发生不同情况的位移、沉降,拖架坐标、高程就会发生变化,超出一定值,导向系统所显示的姿态就会是一个假值,进一步就会影响到工程的质量,因此在搬站次数达2次或2次以上、在SLS-T导向系统VMT显示的姿态在掘进过程中突然发生变化,并在短时间内不能回到初始值、或者在施工中托架受到施工人员或者物体的碰撞。因此在这些情况下需对托架上的强制对中点坐标与隧道内地下控制导线点坐标相互检核。如较值过大,需再次复核后,确认无误后以地下控制导线测得的三维坐标为准。因此盾构机在推进过程中,测量人员要牢牢掌握盾构机推进方向,让盾构机沿着设计中心轴线推进。
对SLS-T导向系统人工测量复核在掘进施工中,为了保证导向系统的准确性、确保盾构机沿着正确的方向掘进,需周期性的对SLS-T导向系统的数据进行人工测量校核,用人工测量的办法测量出盾构机当前的姿态,与SLS-T导向系统显示的盾构机姿态进行比较,来复核导向系统的测量成果,盾构机始发定位便是根据人工测量的盾构机姿态来进行的,盾构机始发定位时还需精确测定ELS靶相对于盾构机主机的相对位置关系。
盾构机姿态的人工测量盾构机在出厂时,海瑞克公司就根据盾构机的设计与加工尺寸,在盾构机中体的隔板上布置了16个测点,所有的测点都在出厂前详细测设了每一个测点与刀盘中心的相对位置。盾构机掘进人工测量就是利用人工直接采用控制导线的测量办法详细测出这些测点中的部分点位的绝对坐标,然后根据测点与刀盘中心的空间关系,反算出刀盘中心坐标,最后根据设计线路参数与刀盘中心的绝对坐标、测点坐标推算出盾构机的三维控制姿态。除以上所讲需要定期的对盾构机姿态的测量来对SLS-T导向系统的复核。
贯通测量在2个区间隧道贯通前200m、100m、50m处及贯通前分别进行四次贯通测量工作。它是确保盾构机正确进入接收井门洞的一项重要的测量工作。贯通测量工作包括地面控制网联测(平面和高程),接收井门洞中心位置测定(平面和高程),竖井联系测量和井下导线测量等等四项测量工作。
盾构机进洞之前,应对地面控制测量、联系测量、地下控制测量、接收井预留洞和接收井内的盾构机基座进行全面的贯通复测。盾构机距贯通面约100m时,做一次定向测量,以3次定向测量成果直到隧道贯通,精确控制盾构机轴线,要求其切口中心的平面偏离值在±20mm以内,高程控制正值,其值一般为盾构机外径与洞圈内径之差的1/2～3/4。同时对接受竖井预留进洞口中心的三维坐标及直径进行实测,并与设计值比较其实际差值。对接收井内的盾构机基座,按设计图纸放样出盾构机基座的平面位置和高程位置,以迎合盾构机进入竖井时的姿态。
竣工后隧道断面测量贯通测量后由公司测量组利用经贯通测量调整后的施工控制导线点。
断面测量的要求
沿掘进方向,盾构法施工的直线段管片每隔4环,曲线段管片每隔3环测量一个断面,测点为管片接缝处的突出点。
曲线起点、终点、缓圆点、圆缓点、联络线通道、等断面突变处须加测断面,管片规定高程位置的坐标测出。然后根据隧道设计线路与这些坐标的几何关系,计算出这些坐标点与隧道设计中轴线的相对位置关系。
断面测量目的
根据测点的坐标、高程,计算出每一个测点到线路中心线的偏移量,根据三角形的几何关系计算出每个点在隧道断面上的半径,隧道断面呈圆形,由测点的半径可以的得出当前断面有没有失圆。
由所测得点可以判断当前断面是否发生沉降、位移,沉降、位移值是否符合设计规范要求。
测量结果上报监理、业主,由业主测量队对隧道断面进行复核,如有不符合设计规范,超过限差要求,根据实际情况调整轨线。
测量质量控制措施
严格执行集团公司或及其子公司、项目部测量组二级测量复核制度。项目部测量组由经验丰富的、有合格资格的技术人员担当,并配备足够数量、符合精度要求的测量仪器。
使用的测量仪器定期到国家计量局授权的测量仪器鉴定单位鉴定,并将相关资料及鉴定报告报监理工程师。施工测量严格执行双检复核制。测量人员要对测量成果认真记录计算。测量仪器必须由专人使用、专人保管、专人保养。对测量仪器定期进行检定和不定期检查、校核,并认真做好记录,确保仪器放样精度。测量放样的有关数据及成果由专人保管,并要记录完整、清晰,及时上报监理工程师核对。应对地面、地下控制点进行不定期的复核,发现变化应及时改正并上报监理工程师确认。
盾构到达接收施工技术 篇5
杭州地铁建华站-红普路站区间 (21号盾构) 隧道总长为双线2 203.8m, 用日本小松公司6340㎜土压平衡盾构机施工。盾构机从红普路西端头左线始发, 到建华站东端头后调头, 进入右线进行第二次始发, 到红普路西端头后调头推红普路到七堡车辆基地出入端线。
21号盾构区间隧道穿越地层主要有: (3) 2粘质粉土、 (3) 3砂质粉土、 (3) 5砂质粉土、 (3) 6粉砂夹砂质粉土、 (4) 3层淤泥质粉质粘土。其中 (3) 层粉土、粉砂振动易液化, 易坍塌变形, 在地下水作用下易产生流砂; (4) 3淤泥质粉质粘土具高压缩性、低强度、弱透水性、高灵敏度、易产生流变和触变现象, 易导致开挖面失稳或形成圆弧滑动, 工程性质较差。洞门段覆土厚度分别约6.63m和7.56m。
2 红普路站西端头始发施工要点
盾构始发的主要内容包括安装盾构机始发台、盾构机组装调试、安装洞门密封、安装反力架、拼装负环管片、拆除洞门围护结构、盾构机贯入作业面始发掘进和管片背后注浆等。下面结合图示来重点说明以下几个方面:
1) 辅助装置的安装
(1) 盾构机防扭装置盾构机刀盘切削加固区土体时产生巨大的扭矩, 为了防止盾构机壳体在始发台上发生偏转, 必须在始发台两侧的盾构机壳体上焊接防扭装置, 见图1。随着盾构机的前行, 当防扭装置靠近洞门密封时将之割除。
1-盾构机;2-管片支撑横梁;3-防扭装置;4-始发台;5-三角支撑
(2) 负环管片支撑在拼装负环管片的同时, 在其底部安装三角支撑。始发时由于油缸推力较小, 为防止管片位移, 负环管片之间可加设槽钢拉紧, 槽钢焊接在管片连接螺栓上。
2) 洞门混凝土的凿除
由于21号盾构两端头井的围护体是咬合桩形式, 所以洞门从上而下一次性全部凿除。洞门凿除前先打设探孔, 若探孔无明显的渗漏水、漏沙情况, 则迅速凿除咬合桩混凝土, 厚度为1m。一次性凿除洞圈内所有混凝土, 再割除所有钢筋, 混凝土凿除顺序为由上而下, 钢筋割断顺序为由下而上。混凝土及钢筋清理掉后, 盾构机方可进洞。洞门探孔孔位示意见图2。
3) 洞门密封的安装
为了防止盾构始发掘进时泥土、地下水从盾壳和洞门的间隙处流失以及盾尾通过洞门后背衬注浆浆液的流失, 在盾构始发时需安装洞门密封。
洞门密封的施工分两步进行:第一步是在结构的施工过程中, 做好洞门预埋件工作, 预埋件必须与结构的钢筋廉价在一起;第二步在盾构正式始发或到达前, 清理完成洞口的碴土, 然后进行洞窟密封装置的安装。
针对粉砂质土层进洞, 为预防进洞时降水措施达不到预计效果时出现涌水涌砂, 21号盾构施工时设计了一套在砂性土层中进洞的装置, 此装置在一定程度上减小了盾构机在砂性土层中进洞的风险。
在盾尾通过之后立即进行壁后注浆并对开挖面加压, 盾构机掘进则从非土压平衡模式进入到土压平衡模式。
4) 红普路站西端头始发及进洞掘进的难点控制
盾构进洞前30环内就穿越两根污水管和一根上水管, 且有三次穿越, 进洞风险大, 针对进出洞, 采取如下技术措施:
(1) 严格控制盾构正面土压力
在盾构穿越污水管过程中严格按照实际情况进行土压力控制。使盾构切口处的地层有微小的隆起量, 同时严格控制与切口平衡土压力有关的施工参数, 防止超挖、欠挖尽量平衡土压力波动。
(2) 推进速度控制
在穿越污水总管过程中, 盾构机推进速度不宜过快, 以1.5cm/min为宜, 推进过程速度保持稳定, 确保盾构均衡、匀速地穿越污水管, 减少盾构推进对前方土体造成的扰动, 而对污水管的影响。
(3) 出土量
盾构的挖掘断面每环理论出土量=π/4×D2×L=π/4×6.342×1.2=37.88m3/环。在盾构穿越污水管过程中, 应将出土量控制在理论值的98%即37.13m3/环左右, 保证盾构切口上方土体微量隆起2~3mm。
(4) 盾构纠偏量
在穿越污水总管过程中, 尽可能地保证盾构匀速通过, 减少盾构纠偏量和纠偏次数。
(5) 同步注浆
严格控制同步注浆量和浆液质量, 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。为了确保浆液质量, 派专人24小时对浆液稠度进行检测, 确保浆液稠度满足盾构推进的需要。
同步注浆过程中, 每环压注过程中进行小样试验, 确定浆液质量。同步注浆尽可能采用同步自动注浆, 保证浆液匀速、均匀、连续的压注, 防止推进尚未结束而注浆停止情况的发生。
(6) 信息化施工
在盾构穿越污水管过程中, 每2小时进行一次地面变形监测, 并将监测数据迅速地传达给值班人员。穿越过程中根据实际需要进行24小时不间断的跟踪监测。跟踪监测时, 现场监测人员和中央控制室值班人员通过对讲机进行及时联系, 值班人员对地面监测数据进行综合分析, 得出结论及时通过电话传达给盾构工作面, 指导盾构施工参数的设定, 然后通过地面变形量的监测进行效果的检验, 从而反复循环、验证、完善, 保证施工过程中污水管的安全。
3 结论
盾构机的始发与到达技术是盾构隧道施工中的关键技术, 土压平衡盾构施工对于端头土体的加固和降水要求较高。只有不断探索发展和完善盾构机施工技术, 特别是始发与到达施工技术, 更好地控制地表沉降, 才能使隧道进出洞的施工安全、质量得到有效控制。
参考文献
[1]竺维彬, 鞠丗键.复合地层中的盾构施工技术[M].北京:中国科学技术出版社, 2006.