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        盾構(gòu)極限坡度極限半徑連續(xù)穿越建筑物施工技術(shù)

        2016-06-06 02:25:46李彥輝中鐵十八局集團(tuán)有限公司天津300222

        李彥輝(中鐵十八局集團(tuán)有限公司,天津300222)

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        盾構(gòu)極限坡度極限半徑連續(xù)穿越建筑物施工技術(shù)

        李彥輝
        (中鐵十八局集團(tuán)有限公司,天津300222)

        [摘要]伴隨著盾構(gòu)法施工在城市地鐵隧道中的廣泛運(yùn)用,盾構(gòu)法施工面臨的環(huán)境也越來越復(fù)雜,對其施工技術(shù)的要求也越來越高。本文以天津地鐵三號線水上北路站——吳家窯站盾構(gòu)區(qū)間的施工為例,對這一工程進(jìn)行了概括并對工程的具體施工過程進(jìn)行了詳細(xì)分析。就極限坡度極限半徑連續(xù)穿越建筑物的施工技術(shù)開展了探討,以期形成進(jìn)一步的深化認(rèn)知。

        [關(guān)鍵詞]盾構(gòu)法;極限坡度;極限半徑;連續(xù)穿越建筑物

        伴隨著城市化進(jìn)程的加快以及社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,僅僅依賴地面交通已經(jīng)無法滿足廣大人民對交通量的需求。在這一需求的推動下,大多數(shù)城市逐步將目光轉(zhuǎn)向地下,開始加大地下交通的發(fā)展力度與深度。盾構(gòu)法正是在這一背景下迅速發(fā)展起來的一項施工技術(shù)。在進(jìn)行軌道交通線路的選擇時,由于受到城市規(guī)劃與建筑物自身的限制,軌道交通的線形呈現(xiàn)越來越復(fù)雜的趨勢,在30‰的極限坡度、300米的極限半徑條件下,盾構(gòu)連續(xù)穿越建筑物的技術(shù)性、安全性、科學(xué)性、可靠性成為值得關(guān)注的研究議題。

        圖1 施工方案流程圖

        一、工程簡介

        天津地鐵三號線六標(biāo)段水上北路站——吳家窯站區(qū)間基本情況如附表1所示。

        另外需注意的是:這一區(qū)間左線盾構(gòu)施工時,需要穿越的河流、建筑物包括衛(wèi)津河、天塔湖、平山里、建國樓、德才里、氣象里,并且需要連續(xù)穿越15座居民樓(居民樓間距最大34.62米,最小13.64米,建筑物于20世紀(jì)70年代修蓋,多數(shù)是連體樓。)

        在工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件方面,呈現(xiàn)的主要特征如附表2所示。

        二、施工方案及其具體實(shí)施過程

        (一)盾構(gòu)穿越建筑物時施工方案的制定

        綜合考察及分析發(fā)現(xiàn),天津地鐵三號線六標(biāo)段水上北路站——吳家窯站區(qū)間左線施工的重點(diǎn)與難點(diǎn)體現(xiàn)在:第一,要求盾構(gòu)在極限半徑極限坡度下連續(xù)穿越建筑物群;第二,所需穿越的建筑物群基礎(chǔ)差、結(jié)構(gòu)差;第三,地質(zhì)條件相對惡劣,對施工極為不利。

        圍繞施工的重點(diǎn)與難點(diǎn),從施工的具體實(shí)際出發(fā)制定了如下施工方案流程圖:

        (二)盾構(gòu)穿越建筑物具體施工過程

        具體施工時,施工質(zhì)量與盾構(gòu)推進(jìn)、管片破損及滲漏水情況、盾構(gòu)上方不同深度處土層的垂直位移量等直接相關(guān)。影響這些質(zhì)量的主要指標(biāo)包括:(1)盾構(gòu)推進(jìn)土壓力;(2)推進(jìn)油缸行程;(3)同步注漿壓力及注漿配合比;(4)鉸接油缸行程;(5)轉(zhuǎn)彎及變坡過程中油缸行程差的設(shè)定等。因此,施工過程中主要指標(biāo)的相關(guān)操作與控制要點(diǎn)具體如下:

        1.盾構(gòu)推進(jìn)速度

        就土體而言,在實(shí)際施工中推進(jìn)速度過快/過慢均會產(chǎn)生很大程度的擾動,因此,為降低這一因素的不利干擾,要以盾構(gòu)機(jī)整體性能為依據(jù),確保掘進(jìn)速度的提升是建立在推進(jìn)盾構(gòu)速度,同時滿足了掘進(jìn)土壓力、同步注漿速度需求基礎(chǔ)上的,進(jìn)而將對橋樁基的影響降到最低。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,盾構(gòu)推進(jìn)過程中為最大程度地減小其在小半徑環(huán)境中的推進(jìn)壓力,避免造成管片錯臺及破損,因此盾構(gòu)推進(jìn)時速度不能過大,適宜的推進(jìn)速度應(yīng)以勻速20~30mm/min為宜。

        2.盾構(gòu)穿越建筑物時同步注漿及二次注漿壓力和注漿量的確定

        (1)同步注漿

        鑒于水泥砂漿具有極佳抗地下水侵蝕能力、高結(jié)石率、良好耐久性等優(yōu)點(diǎn),因此,注漿材料選用水泥砂漿。針對地下水會造成襯砌結(jié)構(gòu)腐蝕的地段,為提升注漿結(jié)石體的耐腐蝕性能,應(yīng)選用抗硫酸鹽水泥。同步注漿漿液的主要物理性能應(yīng)滿足的指標(biāo)具體有以下幾個方面:

        ①膠凝時間:膠凝時間通常維持在3~10h,根據(jù)本標(biāo)段過建筑物時的需要,其實(shí)際膠凝時間在不超過4h,通過凝膠時間的縮短,進(jìn)而促進(jìn)建(構(gòu))筑物的沉降。②固結(jié)體強(qiáng)度:固結(jié)體強(qiáng)度的強(qiáng)度通常在0.1MPa及以上,其平均強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到0.45MPa。28天的強(qiáng)度應(yīng)在5MPa及以上,平均強(qiáng)度達(dá)到6.5MPa。③漿液結(jié)石率:漿液結(jié)石率應(yīng)超過95%。④漿液稠度:漿液稠度應(yīng)保持在8~10cm/m為宜。

        在同步注漿過程中,根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況對注漿壓力、注漿量與注漿速度予以確定。本區(qū)段根據(jù)深度、土層性質(zhì)與地下水位,確定注漿壓力在0.3MPa,綜合考慮上方建筑物的重力影響,在盾構(gòu)穿過建筑物時其注漿壓力維持在0.35~0.5MPa。本區(qū)間盾構(gòu)機(jī)每掘進(jìn)一環(huán),其盾尾的脫空量為(參考盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范):。根據(jù)盾構(gòu)在極限坡度與極限半徑中的糾偏過程,本區(qū)間隧道每環(huán)注漿量在3.08m3- 5.92m3,但實(shí)際產(chǎn)生的空腔比理論要大,因此確定適宜的盾構(gòu)同步注漿量為8- 10m3。

        (2)二次注漿

        二次注漿的運(yùn)用多在穿越筑物或地下管時段。一般而言,二次注漿在盾尾脫出5- 10環(huán)后進(jìn)行,具體注漿量的多少要依照沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)來進(jìn)一步確定。選取雙液漿實(shí)施二次注漿,并根據(jù)地層變形觀測等實(shí)際情況確定二次注漿的位置、壓力與壓入量。通常二次注漿壓力維持在0.5MPa,而漿液材料、配比與注漿壓力應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計文件執(zhí)行。

        3.盾構(gòu)穿越建筑物時土壓力的判定

        P1(土壓力)的計算分兩種情形:淺埋隧道、深埋隧道。詳細(xì)計算如下:

        (1)H<2D時,定性為:淺埋隧道。這種情況下,上覆水土產(chǎn)生的壓力全部作用在開挖面上。計算公式為:。公式中各字母的含義為P1:土壓力,φ:摩擦角,γ:土的容重,h:刀盤中心至土體面的高度。(注:H:隧道埋深,D:盾構(gòu)外徑。)

        (2)H>2D時,定性為:深埋隧道。這種情況下,土體會在隧道上方形成拱效應(yīng),以致于上部土體產(chǎn)生的土壓力不會像淺埋隧道一樣完全作用于開挖面。土壓力計算按太沙基理論公式計算;當(dāng)盾構(gòu)穿越建筑物時,土壓力的計算均按淺埋隧道來算。按公式計算土壓力,可得:P1=(1- sin200)×0.019×16=0.20MPa由此計算結(jié)果,預(yù)先判定土壓力在0.20- 0.24MPa范圍。(注:H:隧道埋深,D:盾構(gòu)外徑。)

        需要注意的是:在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中,由上述一系列計算得到平衡壓力設(shè)定值,在實(shí)際施工中還應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)機(jī)所處方位、地表監(jiān)測情況、土層狀況等予以適當(dāng)調(diào)整。綜合考慮到過建筑物時建筑物本身重力造成的影響,進(jìn)而確定本標(biāo)段過建筑物實(shí)際土壓力設(shè)定為0.25- 0.35MPa。

        4.大坡度小半徑環(huán)境時盾構(gòu)控制與姿態(tài)調(diào)整

        當(dāng)盾構(gòu)進(jìn)入到大坡度小半徑的環(huán)境中時,應(yīng)對盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格控制,對推進(jìn)偏差做出及時的糾正。在此過程中,需要重點(diǎn)做到以下幾個方面的問題:(1)及時根據(jù)掌子面地層情況對推進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,在推進(jìn)方向調(diào)整過程中要設(shè)置限制值與警戒值。(2)為防止管片局部發(fā)生開裂或者破損,應(yīng)在推進(jìn)油缸油壓時做到慢調(diào)、少量。(3)在盾構(gòu)機(jī)激光導(dǎo)向系統(tǒng)的指引下開展推進(jìn)、糾偏等工作。(4)盾構(gòu)機(jī)每推進(jìn)一環(huán)的糾偏量≤5mm。(5)蛇形修正及糾偏時應(yīng)緩慢進(jìn)行,勤糾、緩糾。(6)有效運(yùn)用超挖刀調(diào)整開挖面阻力,實(shí)現(xiàn)糾偏(這一方法在調(diào)整盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸編組的方式不能實(shí)現(xiàn)糾偏目標(biāo)時采用)。(7)在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)過程中,通過調(diào)整推進(jìn)油缸使盾構(gòu)機(jī)縱坡盡量接近隧道縱坡,在下坡的過程中盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)為稍仰頭姿態(tài)。

        5.監(jiān)控量測

        盾構(gòu)推進(jìn)過程中,有可能由于施工需要,會造成隧道附近原有構(gòu)筑物、管線等變形,甚至毀壞現(xiàn)象?;诖?,在盾構(gòu)推進(jìn)施工時對距隧道30米以內(nèi)的原有構(gòu)筑物要進(jìn)行沉降監(jiān)測。監(jiān)控點(diǎn)直接在構(gòu)筑物外墻(樁)正負(fù)零以上10~15厘米處布設(shè),測點(diǎn)間距8~12米左右。隧道沿線需要監(jiān)測的建筑物較多,在穿越樓群過程中,隧道埋深在15米~- 21米。每棟樓房平均布點(diǎn)8~10個,共布點(diǎn)147個左右。同時,除了對構(gòu)筑物開展沉降監(jiān)測工作之外,還應(yīng)注意對處于隧道30m范圍之內(nèi)的原有建筑物開展裂縫觀測、記錄及量度操作。

        城市化進(jìn)程帶動了地鐵建設(shè)的飛速發(fā)展,而城市施工由于多方限制還不能完全跟上這一發(fā)展節(jié)奏,這就為本施工技術(shù)的應(yīng)用與推廣提供了廣闊空間。通過以上研究與分析,可以發(fā)現(xiàn):第一,土體擾動的影響程度主要由盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)速度、注漿控制等因素決定;第二,盾構(gòu)通過該工程施工區(qū)域后,盾構(gòu)穿越對建筑物的影響十分小。研究中存在的不足主要體現(xiàn)為:僅對特定工程(天津地鐵三號線六標(biāo)段水上北路站——吳家窯站區(qū)間)進(jìn)行了研究,具有一定局限性。同時可以展望:盾構(gòu)施工研究重點(diǎn)將向如何最大限度減少盾構(gòu)施工對附近建筑物的影響方向偏移。

        參考文獻(xiàn):

        [1]吳濤.大坡度并小半徑曲線盾構(gòu)連續(xù)穿越建筑群沉降施工控制[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2013,11(40):76- 80.

        [2]住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心.GB50446- 2008盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

        附表1 天津地鐵三號線六標(biāo)段水上北路站——吳家窯站區(qū)間基本情況表

        附表2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件特點(diǎn)表

        [中圖分類號]TU

        [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

        [文章編號]1673- 0046(2016)1- 0153- 03

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