急曲线盾构隧道

急曲线盾构隧道（精选3篇）

急曲线盾构隧道 篇1

0 引言

盾构隧道施工技术可在极少干扰城市正常功能的前提下,安全快速的完成隧道施工,已成为城市修建地铁隧道及穿越江河隧道的首选施工方法。然而,由于地铁车站设置、穿越上覆建筑物等条件制约,隧道的设计轴线在空间上不可能全部为直线或缓和曲线。一般的城市地铁线路正线最小曲线半径在300 m～600 m之间,困难条件下可设置为250 m～300 m之间的急曲线,目前已有曲线半径小于250 m的施工工况,如广州地铁5号动物园站—杨箕站的曲线半径已达到200 m。因此,研究盾构在急曲线半径条件下的盾构施工控制技术,对于提高盾构隧道施工质量,降低施工风险具有重要意义。

1 盾构施工控制技术

1.1 盾构设备选型

盾构机作为最重要的隧道开挖设备,其设备选型及构造决定了能否顺利完成隧道开挖使命。由于盾构机自身为直线形刚体,在施工过程中并不能与隧道设计曲线完全拟合。在曲线段盾构掘进只能为一段连续的折线,呈现“蛇形”线路。盾构机体越长,与设计曲线拟合的难度就越大,隧道轴线越难控制。因此,当盾构机体长度不能满足急曲线施工的情况下,选用具有铰接装置的盾构机。铰接装置通过液压油缸行程的不同,可以使盾尾和中前盾中心线之间形成一定夹角,从而让盾构机预先推出弧线姿态,与隧道设计曲线趋于吻合,为管片提供良好的拼装空间。

1.2 井下水平运输设备

井下水平运输设备主要由电瓶车、渣土车、浆液车和管片车组成,并在铺设的轨道上行驶。隧道曲线半径越小,水平运输设备的穿行能力就越小。因此选用的单节车体长度和宽度应较小,必要时可使用转向装置等措施增加其通行能力。

1.3 管片选型及姿态控制

盾构隧道最终是由管片分块成环,继而由环间纵向连接成衬砌。因此在曲线段需选用楔形管片。利用管片楔形量和管片拼装的旋转角度进行隧道转弯和纠偏。隧道曲线半径越小,需要的管片楔形量越大。然而楔形量过大,则衬砌拼装后隧道容易产生渗漏水现象。因此,为保证隧道拼装质量,应合理选择管片的楔形量,应减小管片宽度,使成型隧道轴线与设计线形尽量保持吻合。

盾构在急曲线段掘进过程中,曲线外侧盾尾间隙很小,曲线内侧盾尾间隙很大,造成曲线外侧管片拼装困难和隧道轴线难以控制。在盾构掘进过程中,应采取措施使左右两侧盾尾间隙接近正常值,让管片保持较好的姿态,使管片姿态和盾构机状态保持一致。若通用环形式管片,必要时可采用几环通缝拼装来替代错缝拼装,来弥补错缝拼装后楔形量不足的问题,从而实现管片衬砌顺利转弯。

1.4 施工测量

在盾构施工中,测量是决定盾构姿态控制的重要环节。在盾构进入缓和曲线前、在缓和曲线上、进入急曲线段前必须分别进行隧道贯通联系测量。即通过地面控制网复测、竖井联系测量和隧道内导线测量对盾构的掘进方向进行复核,为盾构在曲线段施工时姿态控制提供依据。同时,在急曲线上要加强测量频率,了解盾构掘进状态,调整掘进参数,使盾构在急曲线段施工完全处于受控状态。由于急曲线段的曲线半径小,隧道内可视距离变短,导致盾构VMT导向系统测量移站频率增加,且测量站安装在尚未稳定的管片上,测量数据极易变动,更应增加测量频率,及时调整VMT系统数据。

1.5 设备检修

盾构在进入曲线段前,尤其是急曲线段前,应对设备进行全面检测及维修,特别是刀具磨损、损坏检修,从而为曲线段一次性通过创造条件。同时在曲线段掘进过程中,密切注意掘进速度、刀盘扭矩等参数变化,确保各种刀具特别是边缘仿形刀的正常使用。

1.6 曲线拟合

由于盾构在曲线段施工时,隧道轴线与管片端面法线会形成一定角度,使推进油缸顶力产生侧向分力。曲线半径越小,侧向分力越大。受侧向分力影响,当管片环脱出盾尾后,会向曲线外侧产生一定的偏移。因此,为使隧道轴线最终偏差处于要求范围内,需在曲线段掘进时向曲线内侧预留一定偏移量,即盾构机应沿设计轴线的割线方向掘进。预偏量的确定需要依据理论计算和施工经验综合分析得出。

1.7 掘进参数控制

在急曲线段施工时,应降低盾构机掘进速度,减小总推力。盾构掘进速度越快,盾构机总推力就会越大,管片所受侧向分力就越大。同时,为减小侧向分力对管片姿态的影响,可分次间隔地完成一环掘进。即每掘进一定距离,停止掘进并分批收回全部千斤顶,再让千斤顶重新顶压管片,然后继续掘进,多次循环完成一环的掘进。从而改变了千斤顶顶靴和管片接触位置,调整千斤顶推力方向,减小千斤顶推力与管片端面法线的夹角,从而减小了千斤顶侧向分力。

1.8壁后注浆控制

在急曲线段进行盾构施工,宜采取不平衡同步注浆与双液注浆相结合的方案,控制成型隧道轴线,减少管片错台和破损现象。即关闭轴线内侧壁后注浆泵,利用外侧注浆孔进行注浆,甚至二次注浆,防止管片环在侧向分力作用下向外偏移。

2结语

盾构在急曲线段施工时,最为重要的是如何处理盾构姿态、管片姿态、隧道轴线之间的关系。因此,在盾构设备和管片选型确定后,盾构施工过程中的控制方案决定了成型隧道的质量。通过系统阐述急曲线段的施工控制措施,以期更好地为指导盾构施工提供借鉴。

参考文献

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特急曲线盾构隧道漏水原因及预防 篇2

广州市轨道交通五号线区庄站～杨箕站盾构区间包括两个区间, 分别为区庄站～动物园站区间, 和动物园站～杨箕站区间。动物园站～杨箕站区间, 线路左线由直线段和2段曲线组成, 曲线半径分别为R206 m和R285 m;区间线路右线包括直线段和2段曲线组成, 曲线半径分别为R200 m和R300 m。动物园站～杨箕站区间的200m小半径圆曲线段平面线路要素表见图1。

2 该区间施工难点

2.1 线路转弯半径小且附带左右线交叉重叠

单一的急曲线隧道施工在地铁施工中并不罕见, 但200 m曲率半径在国内还未出现, 在小半径施工的同时附带左右线交叉重叠广州地铁隧道施工中尚属首次, 在国内甚至国际上都是“新”的掘进技术。该区间隧道施工属盾构隧道施工中的“新工艺、新技术”, 对盾构施工技术与施工工艺提出了严格的要求, 极具挑战性, 施工风险极高。

2.2 线路坡度大

区间线路最大坡度为38‰, 最大坡长为485 m, 线路坡度大, 避免大坡度对施工掘进的影响也是本工程的特点。

2.3 地质条件复杂, 穿越建筑物较多

区间隧道穿越的地层有<6>、<7>、<8>、<9>, 穿越房屋9栋, 穿越桥桩7处其中6处桥桩需做桩基托换, 2处房屋桩基需做地层加固。

区间线路地面特征主要为城市道路和建筑物群, 线路沿线所经道路交通繁忙, 道路及人行道内地下管线杂乱密布。

3 隧道衬砌管片漏水情况

通过对整个成型隧道管片漏水点统计分类, 管片漏水点主要分为以下几种:吊装孔漏水、管片边角及弧面挤碎漏水、管片外弧面挤碎漏水、管片接触面不实漏水及管片贯穿性裂缝漏水。

4 衬砌管片漏水原因分析

(1) 管片的接缝防水采用水膨胀橡胶, 靠其遇水膨胀后的膨胀压力来止水。

实践证实, 密封垫材料性能极大的影响了接缝的防水效果, 尤其是对防水功能的耐久性要使密封垫能长时间保持接触面的压应力不松弛, 另外一点就是止水条的制作安装误差和粘贴密合程度也会影响到防水的效果。由于盾构掘进千斤顶行程不足导致封顶块插入困难时止水条破坏, 由于千斤顶撑靴在顶至管片时管片摆放不正使得止水带损坏而导致漏水。

(2) 管片选型及螺栓为紧导致漏水。

在小半径掘进过程中, 由于盾尾间隙不均匀, 管片选型不当造成间隙过小使得造成管片外壁被损坏导致止水条漏水。连接螺栓没有拧紧在小半径持续纠偏过程中引起接缝的扩张, 使得管片在掘进停止后呈松弛状态, 而导致管片漏水。

(3) 在急曲线段, 由于盾构机本身为直线形刚体, 不能与曲线完全拟和。

曲线半径越小、盾构机身越长, 则拟和困难越大。在急曲线段盾构机掘进形成的线形为一段段连续的折线, 为了使得折线与急曲线接近吻合, 掘进施工时需连续纠偏。曲线半径越小, 则纠偏越大, 纠偏灵敏度越低 (纠偏所需的压力差就越大) , 轴线就比较难于控制, 操作难度较大。急曲线隧道每掘进一环, 管片端面与该处轴线的法线方向在平面上将产生一定的角度, 在千斤顶的推力下产生一个侧向分力。管片出盾尾后, 受到侧向分力的影响, 隧道管片整体向圆弧外侧偏移, 管片出现错台, 两环间膨胀止水条错位, 漏水点增多, 隧道质量受到严重影响。

(4) 壁后注浆实施的好与坏, 直接影响到隧道的施工质量。

壁后注浆是隧道防水的第一道防水防线, 注浆量不足会引起隧道后期产生较大沉降变形而漏水。从盾构机掘进到管片脱出盾尾后的工况分析来看, 隧道管片在一定长度范围内就象两端固定的弹簧梁, 一端受到盾尾的约束不能上浮, 另一端受到已凝固注浆固体的约束也不能上浮。这时, 如果管片脱出盾尾后 (一般情况2环～3环) , 同步注浆的浆液不能达到初凝和一定的早期强度, 隧道管片仍然可视为浸泡在液体之中, 在浮力的作用下必然会产生上浮现象。管片上浮造成错台量增大而导致漏水点增多。

(5) 掘进过程控制不当引起漏水。

在小半径掘进过程中, 由于一味的纠偏导致盾构与管片的姿态不好, 影响到管片的拼装质量, 造成管片间错位, 相邻管片止水带不能正常吻合压紧, 从而引起漏水。在掘进过程中为了持续纠偏, 左右推力严重不均等造成管片左右受力不均匀而产生裂纹、贯穿性断裂等而渗漏水。在纠偏困难的情况下, 外侧掘进推力过大也会造成管片产生裂纹而渗漏水。

5 隧道衬砌管片漏水预防措施

(1) 拼装前对管片进行检查, 发现管片在运输和吊运过程中造成掉角损边及止水条损坏或脱落的要及时更换。拼装过程中管片损坏严重的要拆下来更换后重新拼装。平时管片螺栓为三次打紧, 在特急曲线下由于外力作用管片螺栓反松情况较为严重, 在正常掘进过程中要对一节台车以前的管片进行反复复紧。小半径盾构掘进完成后根据盾尾间隙、千斤顶行程及铰接油缸行程正确的对管片拼装点位进行选择, 拼装过程中拼装手要小心仔细, 避免拼装过程中对管片及止水条的损坏。

(2) 控制掘进参数。盾构机在掘进过程中的运动轨迹实际上是一条蛇形运动轨迹, 始终围绕着隧道轴线作蛇形运动, 要通过不断调整各分区油缸千斤顶的推力来让盾构机运动中不断逐渐靠近隧道设计轴线。施工时要着重加强对推进轴线的控制, 这其中关键是的对盾构姿态的控制, 由于曲线推进盾构环环都在纠偏, 因此必须做到勤纠, 而每次的纠偏量应尽量符合曲线要求值, 确保楔形块的环面始终处于曲率半径的径向面内。在特急曲线中为了保持盾构机持续纠偏, 盾构机纠偏所需压差就持续保持在较大范围内, 在200 m曲线下一般保持在230bar左右。

在小半径掘进过程中应适当控制盾构掘进速度, 一般以缓推为宜, 推进速度不大于30 mm/min.同时在推进过程中通过不间断的收缩千斤顶来释放千斤顶所蕴含的侧向力, 确保管片脱出盾尾时管片受到较小的侧向力而不发生侧向偏移, 避免因隧道管片发生漂移而影响隧道防水质量。

(3) 注浆控制。盾构掘进同步注浆过程中, 注浆量一定要足量饱满, 确保管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡。浆液初凝时间一定要短尽量避免注入的浆液被水稀释而降低浆液性能, 使浆液能及时有效地固结和稳定管片。在小半径掘进过程中注浆方式上每环管片注浆采用不均匀注浆, 即曲线半径外侧注浆量应大于内侧注浆量, 以加固外侧土体便于盾构进行持续纠偏。

(4) 勤量测。在小半径地段施工时加大人工监测频率, 在盾构机过后对隧道管片姿态随时跟踪监测, 把信息及时反映给盾构操作人员, 以便根据变形程度调整掘进参数。因小曲线段管片侧向偏移严重, 使得测量吊篮不得不安装离激光靶较远的位置;再有曲线段隧道严重影响TCA主机的前后视通视距离, 从而导致VMT移站次数的增加。曲线段管片在脱出盾尾20环的位置才能达到基本稳定, 这也给吊篮的复测工作量加大很多。VMT移站频率每8环～10环1次;吊篮的复测每掘进4环～5环1次;定期人工复核管片姿态每10环1次, 每次叠加5环复测, 可实时了解管片的偏移量;隧道内基准点坐标每50环1次。

6 隧道漏水处理及结果

管片环纵缝及螺栓孔渗漏水处采用注高渗透改性环氧材料注浆堵漏。对管片吊装孔采用快凝水泥进行密封堵水。经过堵漏施工区庄站～杨箕站区间隧道现已无渗漏点, 满足设计及使用要求。

摘要：近年来, 随着轨道交通在国内城市不断发展, 盾构施工技术也在不断发展, 特急曲线盾构施工越来越受到各方关注, 特急曲线施工隧道质量主要是对管片错台和漏水的质量控制。本文主要针对广州地铁五号线区杨盾构区间小半径隧道成型管片漏水的原因及相应处理措施进行阐述。

急曲线盾构隧道 篇3

1 工程概况

斗门站~福州火车站站区间为全地下盾构区间, 上行线为1013.393m, 下行线1033.491m。区间共计有三段平面曲线, 上、下行线曲线半径分别为300/300、600/800、300/312m, 线间距从12.0m变化到16.5m;纵断面为V型坡, 最大纵坡16.630‰, 最小纵坡4‰, 区间隧道覆土最大厚度16.1m, 最小厚度9.0m。在SK5+033.407段设一座联络通道, 兼做废水泵站, 位于直线段, 线间距为12.014m, 联络通道上覆土层厚度约16.1m。采用两台土压平衡盾构机, 上行线采用石川岛盾构机, 下行线采用小松盾构机。端头加固长度9m, 采用三轴搅拌桩+1排三管高压旋喷桩加固。本工程采用宽1.2m的通用楔形环, 厚0.35m, 管片混凝土标号C55, 楔形量为37.2mm。

斗门站~福州火车站站区间隧道掘进地层主要为: (3) 1淤泥; (4) 粉质粘土; (5) 1淤泥质粘土; (13) b残积土; (14) 全风化岩。其中: (3) 1淤泥、 (5) 1淤泥质粘土表现为软土、流塑, 易产生蠕动变形; (4) 粉质粘土、 (13) b残积土、 (14) 全风化岩表现为可塑, 为硬土层, 性质较好。地质分布详见图1。

区间自斗门站向福州火车站站掘进, 始发即进入全断面淤泥地层, 后又遇300m小半径曲线, 小半径曲线详见图2。淤泥地层, 后又遇300m小半径边线, 小半径边线见图2。

2 施工难点分析

2.1 盾构始发后进入全断面淤泥地层

由于淤泥地层流塑性强, 抗干扰能力差, 易产生蠕动变形, 且因含水量较大, 盾构机盾尾与管片均易上浮。当盾构机在富水淤泥地层中调整姿态时, 区域压力不均, 盾构机侧面对土体有较明显的作用力, 且直接影响到盾构机姿态和成型管片姿态。所以姿态控制及盾构纠偏难度较大。

2.2 小半径曲线段隧道轴线控制难度大

盾构机在掘进过程中实际的推进轴线无法与理论轴线完全保持一致, 曲线半径越小、纠偏量越大, 拟合困难也就越大。由于拐弯弧度大, 需要左侧油缸和右侧油缸形成一个很大的推力差才能满足盾构机转弯的要求, 致使左右两侧的油缸推力可调范围很小, 从而可用于姿态调整的油缸推力调整量很小, 所以加大了隧道轴线控制和纠偏的难度, 操作难度更大。

2.3 小半径曲线段对土体扰动明显

由于盾构机在曲线段掘进时一直处于纠偏状态, 且纠偏量较大, 盾构壳体与周围土体容易产生单边挤压和剪切, 对土体的扰动增加, 容易发生较大沉降量。盾构机在曲线段掘进时, 仿行刀处于开启状态, 因而其实际掘进面为一椭圆形, 实际开挖量超出理论开挖量, 在软弱地层中急曲线掘进很难控制地层损失。一般情况下, 单纯在软土地区施工时, 地层损失达0.5%~1.0%。故盾构机在全断面淤泥地层中曲线段掘进时, 增大了对土体的扰动。

2.4 管片易发生错台、破损、渗漏水等质量缺陷

在全断面淤泥地层中小半径曲线段的施工中, 随着盾构掘进千斤顶推力会带来一个水平分力, 使得管片在脱出盾尾后向曲线外侧偏移, 形成错台。错台后, 管片之间存在着斜向应力, 使得管片螺栓对前方管片内侧角和后方管片外侧角的混凝土产生了剪切作用而开裂。此外, 在小半径曲线段掘进时, 由于纠偏过大, 导致盾尾间隙减小, 盾构机与管片挤压卡壳而破损。管片错台导致止水胶条衔接不紧密或者止水胶条被破坏, 拼装效果不理想。管片破损使得水绕过止水胶条, 致隧道渗漏水。

3 施工关键技术

3.1 盾构机掘进控制

盾构机在掘进过程中需要不断进行纠偏, 将带来各种不稳定因素。淤泥地层推力普遍偏小, 直线段中推力大小设定为6500~8500k N, 小半径曲线段推力大小设定为5000~6500k N。并可适当降低推进速度, 使得侧向分力减小, 隧道向弧线外侧的偏移量减小。小半径曲线段刀盘转速设定为0.5r/min, 可减少对土体的扰动;正常段刀盘转速设定为0.8r/min, 可保证贯入度。盾构机应坚持匀推缓推, 防止出现轴线偏离过大、盾尾间隙不均匀等情况。

在小半径曲线隧道掘进过程中可根据地层情况及实践经验, 使轴线向曲线内侧偏移25~40mm, 来抵消隧道向曲线外的偏移量。曲线段的半径越小, 预偏量相对越大。为防止脱出盾尾后, 管片在全断面淤泥地层中产生较大上浮, 可将盾构机按设计轴线向下偏移30~50mm, 以保证成型隧道轴线与设计轴线基本一致。

在实际土压设定时, 在主动土压力理论值的基础上加0.02MPa作为土仓压力初始设定值。斗门站~福州火车站站盾构区间土压控制在0.10~0.12MPa之间, 并在施工过程中根据覆土厚度不同及地表监测情况进行调整。

需姿态调整时, 比如往左纠偏, 可通过增大右侧区压, 将上、下、左区压力同时调小的方法来调整。也可采用减少左侧区域千斤顶使用数量, 增大区域间的压力差达到纠偏目的。

3.2 管片拼装技术

在小半径曲线段隧道拼装管片时, 应结合姿态及盾尾间隙现状合理利用管片楔形量, 以减小盾构机和管片轴线之间的夹角, 使管片端面尽量垂直于盾构轴线, 保证盾尾间隙均匀可控, 顺利完成拼装。

此外也可采用贴片纠偏, 即先确定下一环管片拼装点位, 然后在曲线外侧相对应的管片块上, 以过渡方式多贴1~3层传力衬垫, 曲线最外侧部位贴得最多, 来帮助纠偏并减少破损。

管片拼装时利用楔形量, 为下部留适当的超前量, 使盾构机推进油缸与管片之间有向下的分力, 可克服部分浮力。

3.3 注浆控制技术

经过多次配比试验, 再考虑经济性, 得出此段同步注浆浆液配比如表1。

同步注浆浆液胶凝时间一般控制在3~8h, 因全断面淤泥地层中, 含水量较大且管片较难稳定, 可通过现场试验调整配合比, 或适当加入早强剂, 来稳定管环。浆液稠度控制在8~11cm;浆液结石率大于95%, 即固结收缩率小于5%。固结体强度需满足1d强度>0.2MPa, 28d强度>2.5MPa, 倾析率小于5%。调整同步浆液初凝时间, 可缩短管片上浮的时间, 增加上部注浆量, 可减少管片上浮空间, 减小上浮量, 有利于调整姿态。

4 施工注意事项

(1) 小半径曲线段推进时, 选派经验丰富的盾构机操作手, 提前制定应对措施, 合理选取管片拼装点位, 及时进行管片复紧提高管片拼装质量;

(2) 小半径曲线段施工过程中, 安排专人负责巡查, 防止出现台车掉道、皮带跑偏等现象, 电瓶车应缓慢行进, 做好气体检测工作;

(3) 应根据出土量和地层变形监测数据及时调整施工参数, 勤测勤纠, 加强对推进轴线的控制;

(4) 施工时要注重对注浆量及注浆压力控制, 确保浆液饱满、压力适中, 尤其需要适当增加曲线外侧的注浆量, 必要时可采用壁后二次注浆;

(5) 施工过程中重视测量, 对盾构机载测量系统与人工测量数据相互对照, 且在全断面淤泥地层中常会出现前期沉降及盾构通过后沉降长期不收敛的情况, 应及时掌握隧道动态便于分析总结。

5结束语

现斗门站~福州火车站站区间上、下行线全断面淤泥地层段小半径曲线掘进施工已顺利完成。通过采取合理的掘进参数, 有效的拼装方式及针对性的注浆模式, 有效控制了该段成型隧道管片上浮量, 地表及周边建 (构) 筑物沉降均在, 管片破损、错台及渗漏水情况得到改善, 提高了盾构施工质量。同时, 为福州地铁1号线其他标段遇复杂地层的掘进施工和小半径曲线段的施工总结了宝贵经验, 提供了实践性参考, 也为其他类似工程在施工技术准备、制定应对措施等方面具有一定的借鉴意义。

参考文献

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