郭洋 張永煥
中國建筑第八工程局軌道交通分公司
富水圓礫層盾構(gòu)密閉套筒接收技術(shù)
郭洋 張永煥
中國建筑第八工程局軌道交通分公司
針對圓礫層含水量大,注漿效果差等特點,采用密閉鋼套筒接收技術(shù)保證施工安全。從鋼套筒的設(shè)計加工、鋼套筒的現(xiàn)場安裝、盾構(gòu)接收段的的掘進(jìn)等方面對鋼套筒接收技術(shù)進(jìn)行了設(shè)計研究,同時對鋼套筒接收關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳盡論述,主要包括確定合理的盾構(gòu)接收段掘進(jìn)參數(shù)、鋼套筒各部件安裝技術(shù)分析、質(zhì)量控制等。
隧道工程;盾構(gòu);富水圓礫層;密閉套筒接收;施工技術(shù)
密閉套筒盾構(gòu)接收指的是在洞門外,將洞門預(yù)埋鋼環(huán)與特制的鋼套筒連接,安裝完鋼套筒后在鋼套筒內(nèi)回填砂土壓實,接收鋼套筒內(nèi)預(yù)加一定壓力,與土倉切口壓力相同,盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)至密閉套筒內(nèi),在盾尾處二次注漿,待漿液凝固后,再對盾構(gòu)機(jī)及鋼套筒進(jìn)行拆解,完成盾構(gòu)接收施工。
筒體分三部分與一個后端蓋,每部分又分為上下兩塊,主要材料為Q235B鋼板厚度16mm和25mm厚的筋板鋼板和100*100方鋼組成,為保證密閉套筒的強(qiáng)度及剛度,套筒每部分均焊有環(huán)、縱向筋板形成網(wǎng)狀,另外用4道鋼板作為鋼板筋板成井字形焊接在后端蓋上,每部分的上下兩塊及與后端蓋間均采用螺栓連接,螺栓尺寸為M30強(qiáng)度不小于8.8級,為保證密封性中間連接處墊加厚橡膠墊。
為了滿足盾構(gòu)接收需求,鋼套筒上預(yù)留三個下料口,平均每節(jié)套筒各一個。
后端蓋平面板處預(yù)留一個排漿孔(帶球閥的注漿管)和一個泄料閘門。鋼套筒內(nèi)殘留的回填料及洞門破除的渣土,均從泄料閘運出。
在后端蓋平面板設(shè)置1個壓力表。
(1)密閉套筒安裝之前,在接收井確定線路中心線,密閉套筒定位時,要求線路中心線與筒體中心線兩條控制線重合。
(2)在地面組裝密閉套筒的傳力架1,并把過渡連板與傳力架1連接好,將連接好的整體吊裝到接收井內(nèi),確保線路中心筒體中心重合,向洞門移動傳力架1與連接板,并與預(yù)埋鋼環(huán)焊接。然后依次完成傳力架2~4的下井連接。
(3)密閉套筒安裝完成后,復(fù)測筒體的中心線,查驗與盾構(gòu)接收的線路中心線是否重合。
(4)傳力架連接部位采用8mm橡膠墊密封進(jìn)行密封。
筒體與后端蓋間用8㎜厚的橡膠板密封,后端蓋與筒體采用用法蘭連接,并用M30螺栓(8.8級)緊固。
支撐的安裝采用類似盾構(gòu)始發(fā)反力架支撐的安裝方式,反力架用9根609鋼管做支撐,支撐前端與鋼套筒后端蓋連接,支撐后端上部6根與車站底板連接,下部3根支撐直接頂在車站主體。支撐安裝就位后,為消除筒體、反力架、支撐的安裝空隙,用千斤頂密閉套筒安裝后的整體千斤頂宜采用400t推力。在此過程中注意檢查焊縫是否松動,連接螺栓是否松動。
完成后,檢查各部連接處,對每一處聯(lián)結(jié)安裝的地方進(jìn)行檢驗,確保其連接的完好性,尤其是對于鋼套筒的上下半圓和節(jié)與節(jié)部分之間聯(lián)結(jié)的檢查,還要檢查過渡連接板與洞門環(huán)板之間的焊接,看是否存在著點焊或浮焊,發(fā)現(xiàn)有隱患,要及時處理。
檢查確認(rèn)后,安裝鋼套筒與接收井結(jié)構(gòu)的支撐。根據(jù)實際尺寸及現(xiàn)場情況每邊設(shè)置橫向支撐不少于4到,頂?shù)浇邮站Y(jié)構(gòu)梁上。
支撐安裝完成后,檢查每道支撐的牢固性。并再次查驗筒體中心線與盾構(gòu)接收的線路中心線是否重合。
密閉套筒安裝完成后需檢查其密封性,一般在筒體內(nèi)壓水進(jìn)行密封性試驗,水壓一般為0.2MPa,密封合格條件為12h內(nèi)壓力保持在0.15MPa以上。如果不滿足要求,排查出密封不嚴(yán)部分,進(jìn)行修復(fù),然后再次壓水試驗,反復(fù)試驗直至滿足密封要求。
在密閉套筒底部60°范圍內(nèi)澆筑C20的混凝土或鋪碎石作為接收的砂漿基座,并保證砂漿基座伸入洞門內(nèi)與地連墻相接,以保證刀盤出加固體時不栽頭。
(1)盾構(gòu)接收施工前,復(fù)核現(xiàn)場的控制點,在最后50環(huán)掘進(jìn)前,進(jìn)行定向測量機(jī)聯(lián)系測量,保證盾構(gòu)推進(jìn)軸線,確保盾構(gòu)機(jī)安全進(jìn)入密閉套筒內(nèi)。
(2)盾構(gòu)機(jī)在最后50環(huán)的掘進(jìn)過程中,根據(jù)聯(lián)系測量機(jī)定向測量的數(shù)據(jù),有計劃地糾偏掘進(jìn),糾偏遵循“少糾偏、勤糾偏”的原則,每次糾偏量不得大于4mm。
(3)現(xiàn)場提前準(zhǔn)備好兩環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)管片,用于盾構(gòu)接收過程中及時糾偏。
盾構(gòu)接收段掘進(jìn)分三個階段。
第一階段:到達(dá)圍護(hù)結(jié)構(gòu)前的掘進(jìn)。
(1)嚴(yán)格按照制定的參數(shù)進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn),避免刀盤切入圍護(hù)結(jié)構(gòu)過快,造成同步注漿分部不均,后期無法通過二次補(bǔ)漿形成封閉。
(2)及時加注泡沫及膨潤土等改良渣土,確保出渣順暢。
(3)二次補(bǔ)漿時控制好注漿壓力、注漿量等注漿參數(shù),避免注漿參數(shù)不當(dāng)注漿時間過長,造成盾尾固結(jié)。
(4)根據(jù)實際拼裝情況,均勻采用每環(huán)管片上的吊裝孔,確保二次補(bǔ)漿均勻。
第二階段:破除圍護(hù)結(jié)構(gòu)。
(1)嚴(yán)格按照制定的參數(shù)進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn),及時加注泡沫及膨潤土等改良渣土,避免扭矩過大,影響接收井主體結(jié)構(gòu)。
(2)通過加氣及土倉內(nèi)預(yù)留土保證土倉壓力穩(wěn)定,避免土倉壓力波動造成盾構(gòu)姿態(tài)偏差。
(3)及時檢查盾尾情況,保證盾尾油脂的注入量,避免盾尾漏漿。
(4)及時二次注漿形成環(huán)箍,防止?jié)B漏。第三階段:盾構(gòu)進(jìn)入密閉套筒的掘進(jìn)
(1)時刻監(jiān)控筒體頂部的壓力表的讀數(shù),及時調(diào)整盾構(gòu)推力,避免推力過大,影響套筒密封性,如果壓力持續(xù)過大,可打開排漿孔,進(jìn)行泄壓。
(2)接收過程中盾構(gòu)姿態(tài)控制:盾構(gòu)進(jìn)入密閉套筒內(nèi)嚴(yán)格根據(jù)套筒安裝的中心線來控制姿態(tài),允許偏差為2mm以內(nèi)。
(3)二次注漿從每環(huán)管片上部預(yù)留的注漿孔注入左右交替選擇注漿孔,及時采用雙液漿施做封閉環(huán)。注漿壓力不大于0.3MPa,水泥漿水灰比為1:1,水玻璃與漿液比為1:1.15。
(4)接收過程中需加大測量頻率,保證盾構(gòu)姿態(tài)準(zhǔn)確及接收井結(jié)構(gòu)穩(wěn)固,現(xiàn)場安排人員24小時值班監(jiān)控密閉套筒的的變形及穩(wěn)定情況,如有異常情況及時停機(jī)。
注漿封堵:在盾構(gòu)接收過程中,盾尾通過洞門每環(huán)均需二次注漿,嚴(yán)格控制注漿量及注漿壓力,時刻檢查筒體變形情況及是否漏漿,注漿是否飽滿除打開觀測孔檢查外還可在漿液中添加顏料并轉(zhuǎn)動刀盤出土如果出的渣土中有有色漿液即可判定套筒內(nèi)已注漿飽滿。
在密封性檢測前,需在洞門與套筒的連接板處設(shè)置應(yīng)變片,在筒體表面安裝千分表,在推進(jìn)過程中,當(dāng)發(fā)現(xiàn)位移過大或應(yīng)變超標(biāo)時,需立即停止掘進(jìn),泄掉筒內(nèi)壓力,分析原因采取有效措施后方可恢復(fù)掘進(jìn)。根據(jù)設(shè)計計算,位移量控制要求最嚴(yán)格的為洞門連接板處和后端蓋中心位置,這兩處受推進(jìn)影響最大,接收過程中必須監(jiān)測其變形情況,允許變形量最大值為5mm。
盾構(gòu)接收是盾構(gòu)施工的重大風(fēng)險源,套筒接收作為關(guān)鍵環(huán)節(jié),必須做到以下幾點
(1)密閉套筒安裝完成后需檢查其密封性,一般在筒體內(nèi)壓水進(jìn)行密封性試驗,水壓一般為0.2MPa,密封合格條件為12h內(nèi)壓力保持在0.15MPa以上。
(2)套筒位移及變形監(jiān)測,在套筒過渡連接板、后蓋橢球體的中心圓點位置、反力架位置安裝千分表,當(dāng)千分表讀數(shù)顯示位移過大或應(yīng)變超標(biāo),需立即停止掘進(jìn),泄掉筒內(nèi)壓力,分析原因采取有效措施后方可恢復(fù)掘進(jìn)。
(3)洞門密封措施,在盾構(gòu)接收過程中,盾尾通過洞門每環(huán)均需二次注漿,注漿漿液為雙液漿,停機(jī)后繼續(xù)對盾尾處管片進(jìn)行注漿,注漿過程中檢查密閉套筒是否有形變或者漏漿情況,如有異??蛇m當(dāng)降低推進(jìn)速度,調(diào)整土倉壓力,拆除套筒前需打開觀測孔檢查注漿情況,注漿飽滿無水后方可拆除套筒。
(4)套筒預(yù)加壓力,通過液壓泵站對套筒內(nèi)預(yù)加壓力,壓力與土倉壓力相同。