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        盾構(gòu)近距離始發(fā)下穿既有線沉降控制技術(shù)

        2020-01-18 07:57:06練才園
        綠色環(huán)保建材 2020年1期
        關(guān)鍵詞:管棚渣土卵石

        練才園

        中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司

        1 工程概況

        1.1 區(qū)間概況

        梁家巷站~前鋒路站區(qū)間出梁家巷站后沿一環(huán)路北四段下方進(jìn)行敷設(shè),在一環(huán)路北四段東側(cè)進(jìn)入前鋒路站。梁家巷站~前鋒路站區(qū)間里程為YCK30+398.840~YCK31+240.578。隧道頂部埋深10.55m~20.4m,區(qū)間設(shè)置1 個(gè)聯(lián)絡(luò)通道,中心里程為YCK30+817.000。區(qū)間最小轉(zhuǎn)彎半徑為800m,最小坡度2‰,最大坡度25‰。成都地鐵6 號線下穿既有運(yùn)營3 號線:位于梁家巷站~前鋒路站區(qū)間大里程端。

        1.2 地鐵6號線與既有3號線位置關(guān)系

        6號線梁家巷站~前鋒路站盾構(gòu)區(qū)間于大里程端下穿既有3號線,里程范圍為YCK31+202.578~YCK31+240.578。既有3 號線至前鋒路車站主體端墻外側(cè)距離為8m,正穿長度為20m;下穿出盾構(gòu)隧道埋深20.39m,與3 號線既有盾構(gòu)隧道豎向凈距約為4.065m。6號線下穿既有3號線盾構(gòu)隧道平面圖見圖1。

        圖1 6號線下穿既有3號線盾構(gòu)隧道平面圖

        1.3 既有3號線概況

        成都地鐵3號線,是成都市一條西南-東北方向的主干線地鐵,于2016年7月31日開通運(yùn)營。列車運(yùn)營時(shí)間為5:30~23:30,全日運(yùn)營18h,設(shè)計(jì)時(shí)速80km/h,進(jìn)出站時(shí)速50km/h,既有地鐵3號線前鋒路站與新建地鐵6號線前鋒路站通道換乘。

        1.4 水文地質(zhì)情況

        6 號線下穿3 號線地層均位于飽和、中密卵石層,地質(zhì)條件自穩(wěn)性差。

        6號線下穿3號線區(qū)間處于岷江水系沖積平原一級階地,地表水為府河水。地下水主要有三種類型:一是賦存于黏性土層之上填土層中的上層滯水,二是第四系砂、卵石土層的孔隙潛水,三是基巖裂隙水。

        中密卵石層<3-9-3>:褐灰色、淺灰色,中密,局部稍密,飽和,圓礫、中砂充填,卵石粒徑2cm~15cm,含漂石,漂石含量小于10%,最大粒徑達(dá)25cm;卵石原巖為石英砂巖、花崗巖。據(jù)顆粒分析實(shí)驗(yàn):粒徑>20mm 的顆粒含量為62.1%~66.6%,粒徑為2mm~20mm 的含量為12.8%~16.3%。該層厚1.30m~25.60m,在場內(nèi)普遍分布。

        1.5 工程重難點(diǎn)

        (1)富水砂卵石地層,地層自穩(wěn)性差,地面沉降較難控制。

        (2)地層含水量大,富水含砂量較大時(shí),容易發(fā)生噴涌現(xiàn)象。

        (3)始發(fā)下穿既有3號線對既有線、建構(gòu)物、地面沉降控制要求高。

        (4)處于一環(huán)路上端頭管線多、埋深大、管徑大、處理難度高(一根DN1200、埋深6.69m 污水管,一根DN1200、埋深5.45m 雨水管,位于隧道正上方)。

        (5)卵石粒徑大、含量高,渣土改良不好影響盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)。

        2 技術(shù)準(zhǔn)備

        2.1 端頭加固

        地面端頭采用Φ42@1000mm 袖閥管注漿加固[1]。平面加固范圍:由主體圍護(hù)樁外側(cè)沿掘進(jìn)方向縱向長度4m,橫向?qū)挾?6m,即加固平面范圍為4m×16m。豎向垂直加固范圍:由地面至洞身隧道中部整個(gè)豎向高度范圍24m。

        2.2 端頭降水

        始發(fā)端頭共布置5口降水井(車站端頭4口、3號線左側(cè)設(shè)置1口),受管線以及地質(zhì)條件影響,降水井?dāng)?shù)量無法足量打而且降水水位只能降到洞門3、9 點(diǎn)位豎向上方1m 位置(基坑深度為28m)。

        2.3 大管棚超前支護(hù)

        采用Φ194×10mm+ Φ146×10mm(共72 根)管棚進(jìn)行管棚群超前支護(hù):在洞門范圍打設(shè)4 層管棚,上部兩層Φ146×10mm管棚打設(shè)長度為30m,下部兩層194×10mm管棚打設(shè)長度為33m。Φ194管棚豎向偏移均向上偏移,最大施工偏移量為+133cm,水平偏移量最大為+10cm和-19cm;Φ146管棚豎向偏移均向上偏移,最大施工偏移量為+122cm;管棚偏移滿足既有線安全距離及不侵入盾構(gòu)開挖界限。Φ194 管棚注漿量0.8m3~1.3m3(理論填充量0.74m3),Φ146管棚注漿量1.2~1.3方(理論填充量0.37m3)。

        2.4 短鋼套筒

        2.4.1 鋼套筒定位

        鋼套筒定位原則:(1)平面位置:由洞門預(yù)埋鋼套筒向車站大里程延伸2m,按照實(shí)測洞門偏移量,其鋼套筒中心軸線按照設(shè)計(jì)中心軸線沿掘進(jìn)方向水平偏移;(2)高程位置:鋼套筒中心高程按照設(shè)計(jì)高程及相應(yīng)的坡度并抬高2cm定位。

        2.4.2 鋼套筒支撐

        基座支撐:基座底部凹槽部分使用2道20工字鋼馬凳支撐;基座底部兩側(cè)使用鋼板進(jìn)行支墊;基座兩側(cè)使用3 道20 工字鋼支撐于上翻梁和主體側(cè)墻上;鋼套筒支撐:兩側(cè)上、下部分別使用3道20工字鋼支撐于上翻梁、側(cè)墻及中板框邊梁上;底部基座混凝土導(dǎo)臺筑:鋼套筒底部及基座底部采用C30 混凝土澆筑導(dǎo)臺,加強(qiáng)基層座支撐及固定。

        2.4.3 鋼套筒密封

        (1)鋼套筒與預(yù)埋套筒板連接:采用連接板過渡連接方式,連接板與鋼套筒采取滿焊連接,連接板與預(yù)埋鋼套筒滿焊連接;其連接板與預(yù)埋鋼套筒板、鋼套筒分成內(nèi)、外兩部分焊接,下半圓在鋼套筒內(nèi)側(cè)滿焊連接,上半圓在鋼套筒外側(cè)滿焊連接,焊接完成后,在所有焊縫位置涂抹堵漏劑。

        (2)鋼套筒中部設(shè)置兩道鋼絲刷,尾部設(shè)置一道簾布密封,形成三道空腔,沿每道空腔在鋼套筒的外側(cè)設(shè)置7個(gè)直徑2寸的球閥,兩道鋼絲刷涂抹盾尾油脂,在刀盤抵至掌子面,磨樁之前,在鋼絲刷的空腔內(nèi)注滿特殊漿液進(jìn)行密封。

        2.4.4 鋼套筒內(nèi)防栽頭

        (1)導(dǎo)軌安裝:導(dǎo)軌長度40cm,導(dǎo)軌前端與結(jié)構(gòu)側(cè)墻相平齊,導(dǎo)軌后端距離托架前端1.8m,導(dǎo)軌的頂面高度低于托架軌道頂面高度2cm,導(dǎo)軌的后端面(即盾體首次接觸導(dǎo)軌面)施作45°坡腳以讓盾體順利推進(jìn)上導(dǎo)軌。

        (2)洞門范圍填充:洞門無軌道范圍采用細(xì)砂填充,填充高度與軌道相平。

        2.5 設(shè)備改造

        為保證既有線安全,通過對鐵建重工盾構(gòu)機(jī)的改造,在膨潤土系統(tǒng)下面增加了2臺施維英泵,可向盾構(gòu)機(jī)中盾注入惰性漿液及時(shí)填充刀盤開挖面與盾體之間的間隙,減小既有線沉降;在刀盤切口環(huán)位置增加內(nèi)置管路注入膨潤土,起到土倉保壓和減小刀盤扭矩的作用;泡沫采用單管單泵的注入方式,每路泡沫可獨(dú)立工作,提高渣土改良效果。

        2.6 自動(dòng)化監(jiān)測

        對既有線進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測,并將監(jiān)測數(shù)據(jù)連接至監(jiān)控室,根據(jù)沉降數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)變化來調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)與注漿量。加密監(jiān)測頻率,并輔以夜間停運(yùn)期對3號線隧道內(nèi)展開人工巡視、裂縫觀測、軌道測量等手段對隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測和觀察,保證隧道結(jié)構(gòu)和行車安全。

        3 下穿過程控制

        3.1 始發(fā)段控制措施

        始發(fā)掘進(jìn)段:由負(fù)環(huán)拼裝至圍護(hù)樁磨除

        (1)盾體防扭轉(zhuǎn)。在刀盤準(zhǔn)備轉(zhuǎn)動(dòng)磨樁時(shí),在中盾及盾尾設(shè)置防扭塊,防扭塊采用2cm 厚的鋼板做擋塊,中盾每隔40cm 設(shè)置1道,盾尾間隔80cm一道,盾體兩側(cè)全部設(shè)置。

        (2)負(fù)7 環(huán)管片拼裝、固定。-7 環(huán)拼裝點(diǎn)位為1 點(diǎn)位即K 塊在1 點(diǎn)位置,每拼裝3~9 點(diǎn)位以上管片時(shí)用厚度為20mm、390×150mm七字板焊接在盾殼上予以固定。待-7環(huán)管片拼裝完成、螺桿復(fù)緊完畢,割掉七字板,油缸同步頂伸(以下部油缸為主)管片貼合基準(zhǔn)環(huán),然后固定管片,同時(shí)將3~9點(diǎn)以上管片用倒七字板固定在基準(zhǔn)環(huán)上,防止管片下掉。

        (3)掘進(jìn)參數(shù)控制。除嚴(yán)格控制掘進(jìn)參數(shù)外,同時(shí)派專人觀察托架、防扭塊和反力架、短鋼套筒情況,若有異常情況立即匯報(bào)。同時(shí)注意回轉(zhuǎn)角,隨時(shí)切換刀盤轉(zhuǎn)向,滾動(dòng)角控制在5mm/m以內(nèi)。

        3.2 下穿段控制措施

        下穿掘進(jìn)段:由圍護(hù)樁磨除完成到盾尾脫出距離既有3號線外邊緣水平距離為10m處。

        3.2.1 掘進(jìn)控制措施

        (1)掘進(jìn)參數(shù)控制。下穿期間掘進(jìn)是否超方是決定既有線沉降的關(guān)鍵,因此首先必須保證掘進(jìn)參數(shù)正常,根據(jù)以往在成都地層掘進(jìn)的經(jīng)驗(yàn),確定了下穿期間最佳的掘進(jìn)參數(shù)。下穿段掘進(jìn)參數(shù)見表1。

        表1 下穿段掘進(jìn)參數(shù)表

        (2)渣土改良。在富水砂卵石地層中掘進(jìn)采用泡沫劑、膨潤土和水對渣土進(jìn)行改良有明顯效果,可顯著降低刀盤、螺旋輸送機(jī)的油壓及盾構(gòu)推力,減小刀盤扭矩,減輕砂卵石地層對盾構(gòu)設(shè)備的磨損,提高掘進(jìn)速度和設(shè)備的使用壽命,增加渣土的和易性和流塑性。渣土改良是保證掘進(jìn)參數(shù)的前提,在下穿既有線過程中,對于改良材料的注入?yún)?shù)須做到精細(xì)化管控。

        (3)出土量控制。出土量是決定既有線是否沉降的根本因素,下穿期間必須嚴(yán)格控制出土量,采用體積法和稱重法雙控的原則。掘進(jìn)過程中,土木工程師精確計(jì)算每斗出渣量,操作司機(jī)在通過分析每斗渣土的推進(jìn)管理行程,判斷是否過程超方,并及時(shí)對掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,掘進(jìn)完成后對總出渣量與總管理行程進(jìn)行對比,分析當(dāng)環(huán)超方量,對本環(huán)掘進(jìn)情況進(jìn)行總結(jié)。

        3.2.2 注漿控制措施

        注漿是控制既有線沉降的保障措施,在下穿既有線期間采用五步注漿法,大大減小了既有線沉降,主要包括中盾注漿、同步注漿、二次注漿、三次補(bǔ)注砂漿及四次補(bǔ)注雙液漿。五步注漿法示意圖見圖2。

        圖2 五步注漿法示意圖

        (1)中盾注漿。盾體徑向孔注入惰性漿液,施維英注漿泵1#、#2 泵管路接1 點(diǎn)位、11 點(diǎn)位徑向孔球閥,往徑向孔注惰性漿液填充盾構(gòu)機(jī)殼體間隙。從0環(huán)開始推進(jìn)時(shí)向中盾徑向孔注入惰性漿液,每環(huán)注入量約為0.7m3~1.1m3,壓力為2~4bar,直至+28環(huán)推拼完畢時(shí),此時(shí)盾尾脫出至既有線外側(cè)10m,停止中盾注漿。

        (2)同步注漿。同步注漿漿液應(yīng)具有注漿后體積收縮小,初期強(qiáng)度高,凝結(jié)速度快,稠度大的特點(diǎn),才能保證管片在脫出盾尾后,漿液能夠及時(shí),凝固,減少地面沉降。同步注漿漿液的初凝時(shí)間為4h~6h,漿液稠度:11cm~12cm。盾構(gòu)機(jī)同步注漿泵接盾尾1、2、3、4 號同步注漿管,同步注漿量7m3~8m3,注漿壓力1.5bar~3.0bar。同步漿液配合比見表2。

        表2 同步漿液配合比

        (3)二次注漿。二次注漿采用雙液漿,雙液漿采用水玻璃和水泥漿配置而成,體積比為1:1,水泥漿水灰比為1:1,水玻璃的波美度為20~22,雙液漿凝結(jié)時(shí)間為30s。下穿過程中在盾尾第3環(huán)跟隨注漿,壓力不超過4bar。

        (4)三次補(bǔ)砂漿及四次補(bǔ)注雙液漿。從第10環(huán)開始在盾尾倒數(shù)第8 環(huán)進(jìn)行三次補(bǔ)砂漿,采用已備用同步注漿管注入,每5環(huán)進(jìn)行一次補(bǔ)注砂漿,注漿壓力控制在4bar以內(nèi),防止壓力過大造成管片錯(cuò)臺及破損。根據(jù)既有線沉降監(jiān)測情況進(jìn)行四次補(bǔ)雙液漿,注漿壓力控制在5bar以內(nèi)。

        4 沉降監(jiān)測情況

        目前已順利下穿既有三號線,既有線監(jiān)測數(shù)據(jù)如下:

        (1)右線穿越前后既有線累計(jì)沉降最大點(diǎn)位DM11-3沉降值為-0.86mm(控制值±10mm)。

        (2)左線穿越前后既有線累計(jì)沉降最大點(diǎn)位DM30-3沉降值為-0.17mm(控制值±10mm)。

        監(jiān)測結(jié)果表明,此次下穿既有線過程中所采取的上述一系列技術(shù)措施,有效地控制了既有線沉降。

        5 結(jié)論

        (1)采用大管棚對土體進(jìn)行提前加固,對既有線起到支撐作用,可有效減少掘進(jìn)超方。

        (2)掘進(jìn)參數(shù)和出土量正常是控制既有線沉降的決定因素。

        (3)運(yùn)用五步注漿法可有效控制既有線沉降,是既有線安全運(yùn)營的重要保障。

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