張 浩
中建八局軌道交通建設(shè)有限公司
盾構(gòu)上跨既有線路砂層掘進(jìn)技術(shù)研究
張 浩
中建八局軌道交通建設(shè)有限公司
隨著地鐵建設(shè)的發(fā)展,盾構(gòu)穿越既有運(yùn)營(yíng)地鐵技術(shù)廣泛應(yīng)用,而不良地質(zhì)穿越既有線路的情況也越來越多,確保既有線路正常運(yùn)營(yíng)以及盾構(gòu)安全順利穿越變得尤為重要。本文結(jié)合實(shí)際工程的成功經(jīng)驗(yàn),對(duì)盾構(gòu)施工過程中的控制措施進(jìn)行探討分析。
盾構(gòu);既有線路;砂層;施工措施
深圳地鐵9號(hào)線西延線科技城站~紅樹灣站區(qū)間,隧道采用Ф6280mm盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工,成環(huán)隧道外徑Φ6.0m,內(nèi)徑Φ5.4m。
線路臨近11號(hào)線既有線,始發(fā)端頭井左側(cè)離11號(hào)線最小水平間距為2.31m,右側(cè)為1.57m。11號(hào)線運(yùn)營(yíng)隧道所在的地層為礫質(zhì)粘性土層,施工的線路地層為〈3-5〉礫砂層。同時(shí),附近地層所多次擾動(dòng),地層的自穩(wěn)能力降低、軟化。
圖1 穿越地段地質(zhì)縱剖面圖
(1)采用土壓平衡模式掘進(jìn),進(jìn)行開挖面穩(wěn)定計(jì)算,設(shè)定合理的掘進(jìn)參數(shù),控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài),控制土壓力以穩(wěn)定開作面,控制地表沉降,將施工對(duì)地層的影響減到最小。
1)掘進(jìn)過程土倉頂部壓力控制在1.5-1.7bar,掘進(jìn)速度控制在20-40mm/min以上,出土量不得大于47m3(考慮1.3-1.5倍的松散系數(shù)為61-71m3),施工過程中以每掘進(jìn)30cm出一斗渣計(jì)量;
2)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)保持向上,趨勢(shì)控制在范圍±4。
3)掘進(jìn)的過程必須盡可能的快,中間盡量減少停滯時(shí)間。
4)在掘進(jìn)接近1600mm時(shí)根據(jù)土倉頂部壓力減少或不出土,以使掘進(jìn)至1800mm時(shí)土倉頂部壓力達(dá)到1.5bar~1.7bar范圍。
(2)注入泡沫劑
富水砂層中掘進(jìn)可適量往土倉加入發(fā)泡劑,但必須根據(jù)實(shí)際情況嚴(yán)格控制發(fā)泡劑配比及加入量。泡沫溶液的組成:泡沫添加劑2%,水97%。泡沫組成:90~95%壓縮空氣和5~10%泡沫溶液混合而成。泡沫的注入量按開挖方量計(jì)算。
(3)保持連續(xù)掘進(jìn),減少盾構(gòu)機(jī)停頓時(shí)間。
(4)適當(dāng)縮短漿液膠凝時(shí)間,保證注漿質(zhì)量。
富水砂層注砂漿極易往外擴(kuò)散,在掘進(jìn)過程需根據(jù)注漿壓力(0.2~0.3MPa,一般而言,注漿壓力取1.1~1.2倍的靜止水、土壓力,)和地面情況及時(shí)調(diào)整注漿量(一般為建筑間隙的150%~200%,根據(jù)監(jiān)測(cè)情況,如地面變形較大,注漿量調(diào)整為250%),對(duì)管片背后對(duì)稱均勻壓注。注漿的標(biāo)準(zhǔn)是確保脫出盾尾的管片背后的空隙能填滿,這不僅可降低后期地面的沉降,也對(duì)管片防水起到一定有利作用。
(5)運(yùn)用導(dǎo)向系統(tǒng)和分區(qū)操控推進(jìn)油缸,控制盾構(gòu)姿態(tài),防止盾構(gòu)抬升。
富水砂層的承重能力較低,加上盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中的震動(dòng),姿態(tài)較易往下沉。因此在地層中盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)易保持向上,但趨勢(shì)易控制在±4。若出現(xiàn)機(jī)頭往下掉的情況,需及時(shí)通過千斤頂行程調(diào)節(jié)姿態(tài)。調(diào)節(jié)不可過急,可通過千斤頂行程及調(diào)整K塊管片拼裝位置兩者結(jié)合來調(diào)節(jié);不然會(huì)使得盾尾間隙過小,造成管片錯(cuò)臺(tái)。
為保證推進(jìn)方向的準(zhǔn)確可靠,每周至少進(jìn)行兩次人工測(cè)量,以校核自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)并復(fù)核盾構(gòu)機(jī)的位置、姿態(tài),確保盾構(gòu)掘進(jìn)方向的正確。
(6)渣土改良:在砂土和沙礫等砂質(zhì)土地層中,由于砂土的摩擦阻力很大,地下水豐富,土的透水系數(shù)也較高,依靠、削土的土壓力保持開挖面上的壓力(地下水壓力和開挖面土壓力)是很困難的。另外,通過開挖土體來很難保證出土的流動(dòng)性,在這種砂性土的地層中,單純依靠出土閘門等機(jī)械控制很難保證開挖面的穩(wěn)定,所以在開挖面上加壓或注入化學(xué)聚合物、泡沫劑、膨潤(rùn)土等材料,進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁牧记邢飨聛淼脑列再|(zhì),保證砂土的流動(dòng)性和止水性,以求開挖面的穩(wěn)定,防止噴涌、冒頂?shù)取?/p>
(7)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)工作,加強(qiáng)測(cè)量和監(jiān)測(cè)的頻率,并及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài),在進(jìn)入砂層100環(huán)范圍采集數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)采集情況適當(dāng)將軸線降低掘進(jìn)。,及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息加強(qiáng)地面的沉降、洞內(nèi)的管片上浮、收斂等監(jiān)測(cè),及時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整相應(yīng)掘進(jìn)參數(shù),以保證盾構(gòu)掘進(jìn)施工安全及成型隧道質(zhì)量。
(1)盾尾密封的維護(hù)
由于砂層段富含地下水,隧道斷面上部巖層軟弱,為了確保盾尾密封的有效性,在通過砂層段使用質(zhì)量較好的盾尾密封脂,并且增大密封脂的使用數(shù)量,盾尾密封脂必須在掘進(jìn)過程中不間斷注入。
(2)其它部位的維修與保養(yǎng)
在通過砂層前要立即對(duì)盾構(gòu)機(jī)的液壓、電氣、水循環(huán)、潤(rùn)滑、注脂、注漿、泡沫等系統(tǒng)進(jìn)行檢修,重點(diǎn)內(nèi)容包括:空壓機(jī)的檢測(cè)與維修、螺旋輸送機(jī)閘門檢測(cè)與維修、注脂系統(tǒng)的檢測(cè)與維修、管片拼裝機(jī)的檢測(cè)與維修、泡沫系統(tǒng)的檢測(cè)與維修、對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。檢查泵、閥、馬達(dá)、油缸、油管路的工作狀態(tài),對(duì)異常元件提前進(jìn)行更換。盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)際上是液壓系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)測(cè),盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)的參數(shù)是系統(tǒng)的工作壓力、溫度、流量以及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的聲音等。液壓系統(tǒng)正常工作時(shí),系統(tǒng)參數(shù)都工作在設(shè)計(jì)和設(shè)定值附近。每天都要對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行檢查,當(dāng)這些參數(shù)的范圍突破后,可以認(rèn)為故障已經(jīng)發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生,必須采取有效防范措施。
科紅區(qū)間盾構(gòu)順利上跨11號(hào)線。11號(hào)線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)及地面沉降監(jiān)測(cè),無異常測(cè)值,巡視未發(fā)現(xiàn)異常信息。三維激光掃描顯示,11號(hào)線隧道凈空未出現(xiàn)異常變化。通過精心施工,合理設(shè)定目標(biāo)土壓力值,嚴(yán)格控制出土量,做好注漿措施,加強(qiáng)變形監(jiān)測(cè)等措施,造就了本次盾構(gòu)成功側(cè)穿、上跨既有運(yùn)營(yíng)線路。