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        地鐵盾構(gòu)鋼套筒接收工藝及風(fēng)險(xiǎn)源防控

        2022-03-07 09:26:14
        石油化工建設(shè) 2022年11期
        關(guān)鍵詞:洞門筒體套筒

        陳 勇

        安徽省公路橋梁工程有限公司 安徽合肥 230000

        地鐵工程中盾構(gòu)接收常出現(xiàn)洞門涌水、涌砂或地面沉陷等安全風(fēng)險(xiǎn),是盾構(gòu)施工的重要風(fēng)險(xiǎn)階段。現(xiàn)以合肥地鐵3 號線南延線仙霞路站—青年路站區(qū)間工程為例,淺析盾構(gòu)鋼套筒接收工藝,以解決盾構(gòu)在富水和粉土粉砂地層中接收風(fēng)險(xiǎn)大的難題。

        1 工程概況

        合肥地鐵3 號線南延線位于安徽省合肥市肥西縣,全長11.3km。仙霞路站—青年路站區(qū)間為地下雙線隧道,線路出仙霞路站后,沿金寨路向東地下敷設(shè),側(cè)穿規(guī)劃改建金寨路橋、卞小河進(jìn)入青年路站。隧道左線長551.017m,右線長549.919m,隧道平面最小曲線半徑1000m,豎曲線最大縱坡8.712‰。

        本區(qū)間接收端隧道穿越地層以(2)3- 1 粉土和(2)3- 2 粉砂為主且接收端靠近卞小河,隧道邊線與卞小河擋墻墻踵最小水平距離3.3m,地下水豐富。

        2 施工技術(shù)分析

        2.1 鋼套筒施工流程

        鋼套筒的作用是保證盾構(gòu)機(jī)接收破洞門時(shí),立即進(jìn)入鋼套筒,使原本敞開式接收轉(zhuǎn)換成密閉式接收,避免了盾構(gòu)破洞門接收時(shí)水土流失的重大安全隱患。鋼套筒接收流程如圖1 所示。

        圖1 鋼套筒接收流程圖

        2.2 接收端頭地層加固

        仙霞路站—青年路站區(qū)間接收端采用φ850@600攪拌樁+ 三管φ800@600 旋噴樁加固的方式。加固范圍為隧道兩側(cè)各加固3m,豎向隧道頂以上至隧道底以下均為3m,前者向上進(jìn)入粘土層1m,后者向下進(jìn)入中風(fēng)化砂巖1m。加固體周邊設(shè)降水井,左右線共有6 口,盾構(gòu)接收期間保證將地下水降至隧道底以下1m,待洞門弧形板封堵工作完成后,方可停止降水。

        嚴(yán)格對照設(shè)計(jì)要求,對樁體強(qiáng)度進(jìn)行檢查,檢查過程可采用鉆孔取芯方式,完成取樣工作后,將壓力設(shè)置為0.5M~1.0MPa,通過水泥漿對鉆孔進(jìn)行回罐封閉。完成檢測工作后,可以采用水平觀察方式了解孔的情況,在盾構(gòu)接收前需要對加固效果進(jìn)行孔試驗(yàn),觀察加固強(qiáng)度以及土體含水量等。

        2.3 鋼套筒設(shè)計(jì)

        本區(qū)間接收鋼套筒是一端開口的桶狀結(jié)構(gòu),鋼套筒總長為11000mm(含過渡環(huán)、筒體1 至筒體4、后端蓋),洞門鋼圈內(nèi)徑6600mm,鋼套筒內(nèi)徑6900mm,外徑7100mm,由1 個(gè)過渡連接環(huán)、4 個(gè)筒體、1 個(gè)后端蓋等部分組成。

        每段筒體的端頭和上下兩半圓接合面均焊接圓法蘭,法蘭用40mm 厚的板,上下兩半圓以及筒體之間均采用M30、8.8 級螺栓連接,中間加8mm 厚橡膠墊和遇水膨脹止水條。

        2.4 鋼套筒安裝

        鋼套筒安裝之前需要做好前期的準(zhǔn)備工作,為了避免筒體之間出現(xiàn)縫隙,通過環(huán)形橡膠密封墊和遇水膨脹止水條對其進(jìn)行密封。具體的安裝可以分為三個(gè)環(huán)節(jié):

        (1)需要在結(jié)構(gòu)底板做好相應(yīng)的標(biāo)識,方便吊裝工作的開展,安裝過程中需要進(jìn)行中心線的復(fù)測,確保鋼套筒中心線與隧道中心線保持一致。

        (2)需確保鋼套筒的過渡連接板和洞門鋼環(huán)焊接完成,反力架支撐體系焊接安拆,通過超聲波進(jìn)行焊接后的探傷。安裝完成后,采用水密性試驗(yàn)進(jìn)行密封性檢查,尋找鋼套筒漏水部位,做好標(biāo)記并處理,保證其密封質(zhì)量符合要求。

        (3)面盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入鋼套筒期間,為防止鋼套筒產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和左右移動,需在安裝完成后的鋼套筒兩側(cè)等間距加焊橫向水平支撐和斜向防扭支撐。

        2.5 鋼套筒接收

        2.5.1 施工準(zhǔn)備

        施工前期的準(zhǔn)備工作至關(guān)重要,接收前100 環(huán)時(shí)需要復(fù)測控制點(diǎn),確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn),然后在此基礎(chǔ)之上,對盾構(gòu)機(jī)自動測量系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整,最后50 環(huán)需要完成隧道軸線的復(fù)核,保證鋼套筒能夠安全接收。

        2.5.2 盾構(gòu)接收段推進(jìn)施工

        第一階段:盾構(gòu)接收地連墻前正常段掘進(jìn)施工。盾構(gòu)接收,正常段掘進(jìn)施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制盾構(gòu)姿態(tài),確保盾構(gòu)平面、高程偏差控制在允許范圍內(nèi),確保在進(jìn)入鋼套筒內(nèi),使得盾構(gòu)沿設(shè)計(jì)軸線進(jìn)行掘進(jìn)施工。根據(jù)盾構(gòu)各項(xiàng)施工參數(shù),調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)速度,準(zhǔn)備進(jìn)入第二階段的推進(jìn)。接收最后12 環(huán)管片,在脫出盾尾后及時(shí)用槽鋼進(jìn)行連接拉緊,避免管片出現(xiàn)較大沉降。

        第二階段:進(jìn)鋼套筒掘進(jìn)。參數(shù)設(shè)置:推速<5mm/ min,推力<8000kN,土壓<1bar,視實(shí)際推力大小,以不超過此值為原則。鋼套筒內(nèi)掘進(jìn)以管片拼裝模式掘進(jìn),盾構(gòu)機(jī)在鋼套筒內(nèi)掘進(jìn)前土倉需建立適當(dāng)壓力,提高拼裝模式的推力,如果推力不具備將盾體向前頂推的能力,則采用掘進(jìn)模式,刀盤轉(zhuǎn)速控制在0.8r/ min 以下,刀盤轉(zhuǎn)動前,要與鋼套筒外部進(jìn)行聯(lián)系,確認(rèn)人員及設(shè)備安全后,才能進(jìn)行掘進(jìn)模式。盾構(gòu)機(jī)在鋼套筒內(nèi)掘進(jìn)過程中,要確保與外界聯(lián)系,密切觀察鋼套筒的情況,一旦發(fā)現(xiàn)變形或有滲漏時(shí),必須立即停止掘進(jìn),及時(shí)采取補(bǔ)救措施。

        盾構(gòu)姿態(tài)以洞門和鋼套筒后端蓋軸線作為姿態(tài)控制軸線,盾構(gòu)機(jī)頭高于軸線2~3cm,呈略抬頭向上姿勢,確保盾構(gòu)能夠順利推入鋼套筒內(nèi)。

        2.5.3 盾構(gòu)機(jī)停機(jī)位置

        以本區(qū)間盾構(gòu)機(jī)為例,主機(jī)全長9.47m,鋼套筒凈長11m,盾構(gòu)機(jī)最終停機(jī)位置的選擇需保證最后1 道盾尾刷脫出洞門鋼圈距離50cm 左右,方便后期弧形板的焊接。

        2.5.4 洞門密封及其質(zhì)量檢查

        盾構(gòu)機(jī)接收完成后,即可在隧道內(nèi)施做封閉環(huán)箍封堵洞門,采用雙液漿和單液漿配合的方式封堵,封堵環(huán)號為接收環(huán)和接收環(huán)后5 環(huán),共計(jì)6 環(huán)。雙液漿配比:水泥漿水灰比1∶1,水玻璃與水泥漿體積比1∶1,水玻璃采用35Be’,注漿壓力3~4bar,同時(shí)對壓力表和盾構(gòu)機(jī)土倉壓力進(jìn)行觀測,了解其變化情況。注漿完成后在注漿管片的注漿孔上開孔檢查注漿效果,如開孔存在滲漏水現(xiàn)象,表明封堵效果較差,需繼續(xù)注漿封堵,如開孔無滲漏水現(xiàn)象,表明封堵效果良好,可以準(zhǔn)備拆蓋。

        2.6 鋼套筒拆解

        (1)鋼套筒拆除之前需要讓其處于無壓狀態(tài),拆除前做好壓力檢測,保證無壓力后,再組織拆除工作。

        (2)鋼套筒拆除過程中,及時(shí)對洞門鋼環(huán)和管片之間的間隙采用弧形板進(jìn)行焊接封堵,避免土體暴露時(shí)間過長發(fā)生涌水涌砂。

        (3)鋼套筒拆除順序:后端蓋拆除→筒體4 的上塊拆除→筒體3 的上塊拆除→筒體2 的上塊拆除→筒體1的上塊拆除→過渡連接塊上半部分拆除→盾構(gòu)機(jī)拆卸、吊出→筒體4 的下塊拆除→筒體3 的下塊拆除→筒體2的下塊拆除→筒體1 的下塊拆除→過渡連接塊下半部分拆除→場地清理并移交。

        3 風(fēng)險(xiǎn)源防控措施

        3.1 盾構(gòu)接收時(shí)洞口土體大量流失風(fēng)險(xiǎn)

        土體流失風(fēng)險(xiǎn)是客觀存在的,如果洞口土體質(zhì)量強(qiáng)度不符合要求,鋼套筒縱向螺栓連接處出現(xiàn)漏漿漏水問題,都會導(dǎo)致土體流失風(fēng)險(xiǎn)。施工過程中,應(yīng)該重視土體加固的質(zhì)量,保證強(qiáng)度和均勻性符合要求。盾構(gòu)機(jī)接收前需要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作,接收前50 環(huán)在隧道內(nèi)每隔10環(huán)施做1 次止水環(huán)箍,組段后方來水。同時(shí)為了減少水土的流失,同樣也可以對洞口進(jìn)行注漿封堵,若土地流失嚴(yán)重,需要進(jìn)行緊急撤離并停止施工,保證人員和設(shè)備安全。

        3.2 地面沉降風(fēng)險(xiǎn)

        地面沉降問題的出現(xiàn),與接收端頭的地質(zhì)條件、環(huán)境復(fù)雜性有著很大的關(guān)系,在接收過程中,難以對地面沉降問題進(jìn)行有效控制。所以施工前需要做好如下準(zhǔn)備:

        (1)對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間計(jì)算,嚴(yán)格遵守施工過程要求,需要做好相應(yīng)的壓力監(jiān)視以及進(jìn)入工作;

        (2)嚴(yán)格控制注漿量,加強(qiáng)注漿管理,保證注漿操作符合流程;

        (3)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí),盡少降低方向的改變,嚴(yán)禁大幅糾偏,嚴(yán)格控制超挖方向,保持土體合理;

        (4)施工過程減少地層擾動情況,需要對盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行有效的維修保養(yǎng),確保盾構(gòu)機(jī)性能得以發(fā)揮,及時(shí)檢查盾構(gòu)機(jī)性能情況以及使用情況,使設(shè)備達(dá)到最佳的使用狀態(tài),降低對地層的擾動;

        (5)保證管片拼接的質(zhì)量,做好拼接施工管理工作;

        (6)引進(jìn)各項(xiàng)信息化技術(shù),對地面監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測,及時(shí)反饋各項(xiàng)數(shù)據(jù),不斷地對掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,使及施工參數(shù)達(dá)到最佳狀態(tài)。

        如果發(fā)生沉降,首先應(yīng)該避免沉降區(qū)域做好交通疏散工作,以避免行人,車輛通過,并且做好匯報(bào)狀況,將相關(guān)信息傳遞至主管部門。如果出現(xiàn)即使坍塌,必須緊急撤離,停止施工。

        3.3 鋼套筒變形、泄露以及盾構(gòu)機(jī)碰到鋼套筒風(fēng)險(xiǎn)

        盾構(gòu)接收過程中,對鋼套筒作用力過大就會造成變形、泄露等問題,造成鋼套筒變形及扭轉(zhuǎn)從而導(dǎo)致鋼套筒泄露、刀盤刮蹭鋼套筒等現(xiàn)象。盾構(gòu)接收前,根據(jù)測量實(shí)測數(shù)據(jù)調(diào)整好盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)姿態(tài),盾構(gòu)進(jìn)入鋼套筒過程中通過壓力表做好筒體內(nèi)壓力的監(jiān)測,同時(shí)安排監(jiān)測人員做好對鋼套筒的水平傾斜監(jiān)測,盡早發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場施工當(dāng)中的異常情況。鋼套筒如果變形較大,必須立即采取措施,如發(fā)生泄漏,需要進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù),同時(shí)對鋼套筒頂部進(jìn)行密切觀察,一旦出現(xiàn)滲漏,必須停止掘進(jìn)進(jìn)行補(bǔ)救。

        4 結(jié)論

        綜上所述,盾構(gòu)鋼套筒接收技術(shù)在運(yùn)用過程當(dāng)中,如果不重視風(fēng)險(xiǎn)管控,會使得該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用效果不佳。鋼套筒輔助裝置適用于泥水平衡盾構(gòu)以及土壓平衡盾構(gòu),該裝置能夠適用于環(huán)境、水文地質(zhì)等復(fù)雜的條件,保證盾構(gòu)的安全接收,同時(shí)也可對鋼套筒進(jìn)行循環(huán)使用,不僅能夠節(jié)省成本,同時(shí)也能夠有效降低工程風(fēng)險(xiǎn),具有實(shí)踐推廣價(jià)值。

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