[分享]砂卵石地层盾构始发段下穿既有线施工技术

发表于2018-08-20     837人浏览     1人跟帖     总热度:229  


1引言
    近年来,我国城市轨道交通获得长足发展,轨道交通行业迎来建设高峰期,施工期引起的安全问题相应也有所增多,盾构法隧道施工事故多集中在盾构进出洞时,成都市地铁6号线一、二期工程施工中面临前期已建的错综复杂的地铁网络,下穿既有地铁4次,给施工安全带来种种困难,其中比较典型的是成都地铁6号线在梁家巷站~前锋路站区间下穿3号线,下穿段刚好位于始发端头,离始发端头只有8m,使得盾构施工下穿安全风险极高。为此,本文主要研究成都地铁6号线盾构始发段下穿既有线施工技术。
2区间概况及风险、难点分析
2.1区间概况
    成都地铁6号线梁家巷至前锋路站区间左线投入中铁装备327盾构机;右线拟投入中铁装备177盾构机,两台盾构机其分别由前锋路站左、右线始发,掘进至梁家巷站接收吊出。
    梁家巷至前锋路站区间下穿既有3号线段地层均位于饱和、中密卵石层,地质自稳性差。处于岷江水系冲积平原一级阶地,地表水主要为府河水。地下水主要有3种类型:一是上层滞水赋存于黏性土层之上填土层中,二是孔隙潜水位于第四系砂、卵石土层,三是基岩裂隙水。
2.2与既有线位置关系
    6号线梁家巷站~前锋路站盾构区间于大里程端下穿既有3号线,里程范围为YCK31+202.578~YCK31+240.578。既有3号线至前锋路车站主体端墙外侧距离为8m,正穿长度为20m;下穿处盾构隧道埋深20.39m,与3号线既有盾构隧道竖向净距约为4.065m。
2.3工程风险和难点分析
    盾构施工工程风险最大的阶段为盾构始发和到达(进出洞),盾构始发和到达(进出洞)是盾构隧道施工的主要难题之一,盾构进出洞常面临掌子面失稳、涌水涌砂、土体坍塌、掘进超方、地表沉陷、反力架失稳等施工风险。
    本项目采用的中铁装备盾构机盾体长度为8.7m,按常规的盾构始发方法,只有盾尾进去3m后封堵洞门才能完全建立压力,但是本项目刀盘开挖面到3号线还未能封堵洞门未建立土压力,掌子面土体失稳而危及3号线运行安全,施工安全风险极高 。
    因此,从保证地铁3号线正常运营要求出发,对本项目施工提出了非常高的要求,要求本项目的施工必须万无一失,绝对不能发生事故和险情。同时,既有线对沉降控制要求非常严格,如何将既有线变形控制在允许范围内,对施工技术提出了很高要求。同时,既有线对沉降控制要求非常严格,在盾构距离既有线净间距只有4.065m的情况下,如何将既有线变形控制在允许范围内,对施工技术也提出了很高要求。
3盾构机的选型及改造
3.1盾构机选型
    下穿既有3号线段地层均位于饱和、中密卵石层,砂卵石地层掘进盾构机需要适应以下2个特点:
    (1)砂卵石地层一旦扰动,地层反应灵敏、范围大,开挖面失稳易产生坍塌;地表沉降不易控制。
    (2)卵石颗粒的流塑性、改良性差;刀具、刀盘、螺旋机磨损严重;大粒径卵石存在卡刀盘与螺旋机风险;刀盘扭矩大;土压平衡不易实现,当渣土改良不好时,建立土仓压力则刀盘扭矩急剧增大,可能导致盾体管片扭转。若不建立土仓压力掌子面容易失稳,地面沉降会过大。
    为此,选用土压平衡中铁装备327、177型盾构机,此两台盾构机先后在成都地层掘进过,且性能优良,能够满足成都地层的要求。
3.2对既有盾构机针对性的改造
    (1)刀盘为面板式,开口率36%左右,开口处设有网格栅,面板上加焊更密、更耐磨的耐磨板。
    (2)滚刀配置:刀盘周边配置10把双刃滚刀;正面采取22把单刃滚刀,其刀具配置形式以刀尖轨迹为依据,保证其刀尖轨迹间距在100mm左右,同时保证对称配置;刀盘中心1~8#配置4把双联滚刀;为了提高正面单刃滚刀的极限磨损,刀圈从以前的432mm加大到448mm,提高使用周期,减少因换刀而导致的停机。
    (3)磨损检测:刀盘设置有4处磨损检测装置,以及时判断刀盘刀具磨损情况,防止刀盘盘体被磨损损坏。
    (4)泡沫剂注入系统:盾构配置4组单管单泵单喷口泡沫注入系统。
    ①泡沫系统采用单管单泵的方式,每路泡沫均可独立工作。
    ②采取预混合方式,增强发泡效果,降低泡沫消耗量。
    ③为便于维修或更换,喷口总成改成从刀盘背面抽出。
    (5)膨润土系统:配置有2台单独膨润土泵;2台泵可通过单独管路向刀盘前注入用于渣土改良,也可一路注入盾体外。
    (6)中盾注浆孔:盾构推进过程中利用盾构机中盾径向孔,在盾构机下穿过程中同步进行中盾注浆,及时填充开挖面与盾体之间的施工间隙。
4土体加固控制技术
4.1管棚群施工
    端头加固采用Ф194×10mm+Ф146×10mm管棚进行管棚群超前支护,分4层打设,上面两层管棚打设长度为30m,下面两层管棚打设长度为33m。
    (1)两排Ф194mm钢管布设在隧道圆心角180°范围拱部,两排Ф146mm钢管水平布设在Ф194钢管上方。
    (2)Ф194mm钢管环向间距350mm,需打设150根,Ф146钢管水平间距100cm,需打设34根。
    (3)最内侧管心与隧道设计外轮廓线间距为74.7cm,环状每排间排距为84.4cm,管棚倾角1.5°~4.5°。
    (4)Ф146mm管棚采用1∶1水泥浆液进行注浆及填充,注浆压力控制在0.5MPa左右。Ф194mm管棚使用C30无收缩免振捣砼灌注填充,填充完成后使用1∶1水泥浆对未填充饱满的缝隙进行压实填充。
4.2端头降水施工
    分阶梯降水,按照梯度降水原理在车站端头布设3口降水井,在3号线左侧远离基坑一侧设1口降水井,井深37m,降点位置至既有线距离为5m。
5盾构始发延长钢环密封辅助工法
5.1始发延长钢环
    前锋路站始发采用的盾构机的盾体长度为8.7m,为确保盾构刀盘在进入既有3号线前土仓能够提前建压,减少刀盘上方土体的坠落,在盾构始发时采用洞门延长钢环,钢环长度为3m,延长钢环与洞门预埋环板满焊连接。
5.2安装3道密封
    (1)钢环尾部采用帘布、折页板密封。
    (2)钢环内中部焊制两道钢丝刷、填充油脂进行密封。
    (3)延长钢环内底部采用细砂填实。
6盾构始发下穿控制技术
6.1中盾注浆洞门封堵
    在-2环开始推进时,由中盾径向孔注入惰性浆液材料;填充延长钢环与盾壳之间的间隙进行洞门封堵,土仓建压推进;在同步注浆未到达之前填充开挖土体与盾壳之间的间隙,防止开挖土体沉降,当+28环推拼完毕时,此时盾尾脱出至既有线外侧10m,停止中盾注浆。
    为保证注入效果,盾构施工推进过程中的施工间隙得到有效填充,为后续管片背后的同步注浆以及土体加固注浆赢得关键时间,其施工参数见表1。
砂卵石地层盾构始发段下穿既有线施工技术_1
6.2二次注浆洞门封堵
    (1)当+2环推、拼完成,+3环开始推进时,此时由0环、-1环管片吊装孔或延长钢环预留注浆孔,注入水泥+水玻璃双液浆,进行洞门封堵。
    (2)水泥浆液的水灰比为1∶1,水玻璃浓度为50%(水玻璃与水体积比1∶1稀释),水泥浆与水玻璃体积比为1∶1,注浆压力控制在1.0bar以内。
    (3)由于此时盾尾至注浆位置距离较近,为防止浆液包裹盾尾及盾体,因此注浆与掘进需同步进行。
    (4)封堵注浆时采取多点位、少量、低压的原则。
6.3渣土改良
    在富水砂卵石地层中掘进采用泡沫剂、膨润土对渣土进行改良对减少盾构推力及扭矩有明显效果,同时可以减少刀盘结饼、刀盘及螺旋和卡顿机率,减轻砂卵石地层对设备的磨损。
    采用渣土改良剂(泡沫和膨润土、水)进行渣土改良,增加渣土的和易性和流塑性,并依据掘进参数的变化及时对改良剂应用参数进行调整。使用分散型泡沫剂并掺入15%的聚合物,防止喷涌的发生。
    泡沫剂改良参数:掘进时泡沫采用半自动模式,稀释比例2.5%~5%,注入35%~60%混合液,流量15~25L/min,空气流量300~400L/min。
    膨润土改良:在刀盘扭矩变化很大或扭矩达到4000kN·m并有持续增大的趋势时,向土仓内注入膨润土。
6.4 出土量控制
    (1)采用体积法和称重法双控。成都地层1.5m管片出碴量约为56方/环,称重依据地层的密实情况约为112t左右。
    (2)掘进过程中分析每斗渣土的推进管理行程,判断是否过程超方,及时对掘进参数进行调整。
    (3)掘进完成后对总出碴量与总管理行程进行对比,分析当环超方量,便于修正当环同步注浆量及确定二次补注浆措施。
7盾构穿越后控制技术
    在盾构穿越后,即盾尾脱出既有线水平距离10m后,对已成型隧道管片每间隔3环开孔进行二次补注浆,需间歇、多点、少量注浆,采用水泥浆液注浆,水灰比为1∶1;采用水泥+水玻璃双液浆封口,水泥浆液的水灰比为1∶1,水玻璃波美度为22(水玻璃与水体积比1∶1稀释),水泥浆与水玻璃体积比为1∶1,注浆压力控制在3bar以内。
8始发段施工监测控制技术
8.1深层土体监测
    通过对盾构隧道上方土体埋设观测点,对土体的沉降进行监测,监测点沿6号线隧道中心线进行布置,深度埋至6号线盾构隧道上方5m处,共设置6个监测点,监测点距离既有线边缘5m。
8.2既有线监测
    监测测点布置在隧道洞身断面上,每隔10m布置一个断面,每个断面布设5个棱镜,相交段每5m布置一个断面;分别为隧道道床2个(在布设道床沉降自动化监测点旁,同时布设人工监测点,并定期对监测数据进行检校)、收敛2个以及拱部位置1个,沿隧道洞身环向布置。为了避开隧道顶部接触网,将拱顶处测点移至隧道靠近基坑侧拱部位置。
9结论
    (1)采用延长钢环密封用于近始发端下穿既有线运营地铁施工,可以提前封堵洞门,提前建立土压,有效地防止始发时土压力降低而产生的提前沉降,对今后类似工程有一定的借鉴意义。
    (2)采用盾构机中盾径向孔在盾构机下穿过程中同步进行中盾注浆,有效地防止盾体通过时产生的沉降。
    (3)设置自动化监测装置监测既有线隧道,是进行指导盾构施工的眼睛,也是既有线行车安全的重要保障。


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 发表于2018-08-20   |  只看该作者      

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延长钢环内底部采用细砂填实

bolanda

中国 滁州 | 给排水

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