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        地鐵盾構始發(fā)用簾布橡膠板安裝應用與研究

        2018-04-03 01:37:44上海市機械施工集團有限公司上海200072
        建筑科技 2018年4期
        關鍵詞:施工

        曹 暘(上海市機械施工集團有限公司, 上海 200072)

        隨著城市地下鐵路的不斷發(fā)展、壯大,盾構法施工已經成為目前城市地鐵施工的主流技術。與此同時,盾構法施工的高風險性、高難度成為行業(yè)焦點,也是眾多業(yè)內精英始終在研究的課題。在盾構法隧道施工過程中,盾構始發(fā)風險極高,洞門防水施工對控制洞門處地面沉降、洞門塌陷、洞門漏水漏沙起著關鍵性的作用。因此,洞門防水施工控制就成為重中之重。

        盾構機在始發(fā)過程中,在洞門處安裝簾布橡膠板+折葉壓板組合而成防水密閉裝置,可以有效規(guī)避洞門涌沙、涌水的風險,且防水性能好、易安裝、連接可靠、穩(wěn)定牢固,見圖1。這種組合防水密閉裝置,將簾布橡膠板穿在洞門鋼環(huán)螺栓上,通過折葉壓板壓緊,最終將盾構機嚴密包裹,從而達到止水效果,目前已在各大城市地鐵施工中廣泛應用。

        圖1 簾布橡膠板+折葉壓板組合防水密閉裝置

        1 簾布橡膠板正反安裝的區(qū)別

        對于常規(guī)盾構始發(fā)而言,洞門防水是整個盾構始發(fā)的控制重心,除了處理好洞門加固、端頭降水、周邊河流明水等風險源之外,控制好洞門自身防水措施顯得尤為重要,洞門通常在車站施工過程中同步預留,采用預埋鋼環(huán)形式,與鋼環(huán)配套防水措施即折葉式壓板+簾布橡膠板。

        簾布橡膠板 + 折葉壓板是利用M 20 mm螺栓將其固定在洞門預留鋼環(huán)上,簾布橡膠板為該裝置主要防水構件,而折葉壓板主要作用為壓緊簾布橡膠板,防止在盾構機推進過程中翻邊。沿簾布橡膠板圓環(huán)方向共布置72個螺栓,橡膠簾布板圓環(huán)寬度68 cm,厚度2 cm,在盾構機開始掘進后,簾布橡膠板及折葉壓板內翻,經過折葉壓板擠壓,使得整個簾布橡膠板箍在盾構機殼體上,防止刀盤側面泥水沿洞門進入工作井,達到洞門防水的效果。

        無錫地鐵1號線南延線01標工程包括了一站兩區(qū)間,主體結構車站為雪浪坪站車站,區(qū)間為長廣溪站—雪浪坪站區(qū)間、雪浪坪站—萬達城站區(qū)間,兩個區(qū)間盾構始發(fā)均在雪浪坪站完成。雪浪坪站端頭井始發(fā)地層為⑤1粉質黏土、⑤2黏質粉土、⑤3粉質黏土層,其中⑤1、⑤3為軟土,易產生土體流動,⑤2為微承壓含水層,易產生涌水、涌沙。所以,盾構始發(fā)風險較大,做好降水、監(jiān)測量控是確保順利始發(fā)的前提,洞門防水質量顯得尤為重要。

        洞門第二次鑿除后需要立即安裝橡膠簾布板,沿洞門自上而下安裝橡膠簾布板,先將螺栓穿過橡膠簾布,再依次安裝折葉壓板。折葉壓板安裝較為困難,先將插入橡膠簾布的螺栓拔出,將折葉壓板逐塊安上后再將螺栓擰上;將折葉壓板與加勁板焊接為一體,銷套和翻板焊接成一體,用銷軸將其和折葉壓板插在一起,最后將洞門范圍內的螺帽擰緊。

        由于簾布橡膠板下邊緣一面為凸起狀,另一面光滑狀,而施工圖紙卻未明確在安裝過程中該凸起狀應該為正面還是方面,因此為確保簾布橡膠板安裝質量,對長廣溪站—雪浪坪站區(qū)間左右線采用不同的安裝方法進行對比分析,確定簾布橡膠板正反安裝的防水效果。人為定義在盾構始發(fā)過程中,凸起狀對著工作井為反裝,凸起狀對著隧道為正裝。

        2 簾布橡膠板正、反安裝對比

        盾構始發(fā)過程中,盾構機與洞門以及管片與洞門均存在一定的間隙,為防止該泥水及漿液隨著間隙滲入工作井,采用了具有伸縮性的簾布橡膠板包裹盾構機。從原理上來講,簾布橡膠板與簾布橡膠板拉伸率、折葉壓板可靠性以及簾布橡膠板與盾構機密貼程度有著密切關系。

        由于簾布橡膠板尺寸比盾構機小,所以在盾構機始發(fā)掘進過程中,必然存在著簾布橡膠板的拉伸變形。經過拉伸的簾幕板可以更為有效地貼合盾構機,橡膠簾布板與盾構機之間密貼情況直接影響洞門防水質量。

        盾構機始發(fā)過程中,折葉壓板作為簾布橡膠板的支撐結構,它的節(jié)點、角度直接影響了整個防水裝置的受力。為確保在水土壓力的作用下橡膠簾布板不出現(xiàn)翻邊、漏水現(xiàn)象,折葉壓板的折角、靈敏度顯得尤為重要。

        簾布橡膠板有一定的拉伸率,圖紙材料設計中明確簾布橡膠板拉伸率不差過 28.8%。超過設計拉伸率,簾布橡膠板會發(fā)生不可逆拉伸變形。

        根據(jù)現(xiàn)場實際操作過程,對簾布橡膠板的安裝從上述 3個方面逐步對比分析。

        2.1 簾布橡膠板拉伸率

        在盾構機始發(fā)過程中,隨著盾構機向洞門內推進,簾布橡膠板內環(huán)圈會緊緊箍在盾構機上。以小松盾構機(φ6.34 m)為例,盾構機半徑 3.17 m,而簾布橡膠板內徑 2.73 m,簾布橡膠板會隨著盾構機進洞,整個簾布橡膠板全部箍緊盾構機。以此為理論計算模型,計算簾布橡膠板拉伸率。

        (1)簾布橡膠板正裝拉伸率。伸長率=(扯伸后長度-扯伸前長度)/扯伸前長度×100% =(3.14×2×3.17-3.14×2×2.73)/(3.14×2×2.73×100%)= 16.1%

        (2)簾布橡膠板反裝拉伸率。伸長率=(扯伸后長度-扯伸前長度)/扯伸前長度×100% =(3.14×2×3.19-3.14×2×2.73)/(3.14×2×2.73×100%)=16.8 %

        從計算結果可以發(fā)現(xiàn),簾布橡膠板正裝伸長率達到16.1%、反裝 16.8%。設計簾布橡膠板理論拉伸率可以達到28.8%。通過對比分析可以看出,簾布橡膠板反裝拉伸率大于正裝,且均滿足簾布橡膠板材料性能要求。理論上講簾布橡膠板反裝可以更加牢固地箍住盾構機,但由于兩種安裝方案伸長率差值不大,因此認定基本一致。

        2.2 折葉翻版可靠性

        盾構機在進入隧道過程中,簾布橡膠板能夠有效抵擋洞門內泥水,簾布橡膠板可以起到有效的止水作用。

        本工程采用的為φ6.34 m 小松盾構機,現(xiàn)場預留洞門環(huán)φ6.7 m,最終成型的隧道管片外徑 6.2 m,所以在盾構機與洞門之間存在著 18 cm 間隙,管片與洞門之間存在 25 cm 間距,根據(jù)折葉板壓折葉長度計算折葉壓板折角,確保穩(wěn)定牢固。

        (1)折葉板與盾構機折角。折葉壓板示意圖見圖2,折葉壓板簡化圖見圖3。

        圖2 折葉壓板示意圖

        圖3 折葉壓板簡化圖

        折葉與盾構機夾角 β,根據(jù)盾構機與洞門圈直徑確定。

        所以β=arcsin(洞門圈半徑-盾構機半徑)/折葉壓板長度=30°

        (2)折葉壓板與管片折角。折葉壓板示意圖見圖4,折葉壓板簡化見圖5。

        圖4 折葉壓板示意圖

        圖5 折葉壓板簡化圖

        折葉與管片夾角β,根據(jù)盾構機與管片直徑確定。

        所以β=arcsin(洞門圈半徑-管片半徑)/折葉壓板長度=44°。

        通過在盾構機在始發(fā)過程中,簾布橡膠板與盾構機以及簾布橡膠板與管片之間的作用形式,兩種安裝方法折葉壓板與盾構機、管片都可以連接牢固,折葉折角均< 45°。受力穩(wěn)定,均能滿足要求。

        3.3 簾布橡膠板可靠性分析

        通過模擬盾構機始發(fā)過程,發(fā)現(xiàn)盾構機在慢慢進入隧道的過程中,簾布橡膠板能夠有效地箍住盾構機,與折葉壓板結合使用可以有效起到防水作用。簾布橡膠板反裝見圖6,簾布橡膠板正裝見圖7。

        圖6 簾布橡膠板反裝

        圖7 簾布橡膠板正裝

        在模擬盾構始發(fā)狀態(tài)情況,可以明顯發(fā)現(xiàn),隨著盾構機緩緩進入隧道,簾布橡膠板正裝狀態(tài)下盾構機與簾布橡膠板貼合緊密,凸起物與盾構機無縫密貼,在后期推進、注漿的過程中,盾構機與洞門圈間隙內泥水可以填充滿,并且壓緊簾布橡膠板,可以有效避免泥水及漿液進入工作井,止水效果好。

        簾布橡膠板反裝,雖然使得簾布橡膠板拉伸率增加,但是與盾構機貼合有間隙,止水效果不及簾布橡膠板正裝。

        4 結 語

        通過對簾布橡膠板正反安裝的拉伸率、折葉壓板可靠性以及簾布橡膠板與盾構機貼合程度分析,可以發(fā)現(xiàn)在盾構整個始發(fā)過程中,盾構機與簾布橡膠板緊密貼合,簾布橡膠板在 36 cm 折葉壓板的緊壓下,簾布板能夠很好地起到防水作用。在研究過程中也可以清楚地看到,簾布橡膠板正裝可以與盾構機緊密貼合,水土及漿液在簾布橡膠板凸起物作用下,能夠更為有效地緊壓在盾構機上,使得盾構機在始發(fā)過程中更有效地起到止水作用。

        無錫地鐵 1號線南延線 01 標在盾構始發(fā)過程中,通過采用橡膠簾布板正裝方式(凸起物正對隧道),使洞門止水效果在盾構始發(fā)中得到了驗證,可以為更多的隧道工程建設提供參考依據(jù)。

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