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        200 m曲線半徑盾構(gòu)施工技術(shù)

        2023-03-09 09:38:44王輝
        關(guān)鍵詞:簾布聯(lián)絡(luò)線管片

        王輝

        (中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司,濟(jì)南 250000)

        1 引言

        20世紀(jì)90年代后,隨著我國(guó)地鐵建設(shè)的發(fā)展,尤其是上海、北京、廣州等地相繼大規(guī)模地鐵建設(shè)的展開(kāi),盾構(gòu)施工技術(shù)在我國(guó)得到了迅速發(fā)展。受外部環(huán)境限制,盾構(gòu)曲線半徑也越來(lái)越小,但與日本等國(guó)家相比,我國(guó)小曲線半徑盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)較少,加之我國(guó)地域廣闊,工程地質(zhì)條件差異大,在地鐵小曲線半徑盾構(gòu)工程設(shè)計(jì)與施工過(guò)程還存在許多問(wèn)題需要研究解決。目前國(guó)內(nèi)已建成地鐵盾構(gòu)最小曲線半徑為250 m,且實(shí)例極少,本工程最小曲線半徑為200 m,為國(guó)內(nèi)首例[1]。

        2 工程背景

        2.1 工程概況

        太原地鐵2-1號(hào)線聯(lián)絡(luò)線區(qū)間由2號(hào)線大南門(mén)站南端引出后,以半徑200 m的平面圓曲線下穿迎澤公園后接入1號(hào)線大南門(mén)站東端。盾構(gòu)段長(zhǎng)148.29 m,全線呈上坡,坡度為33‰,區(qū)間埋深13.5~17.2 m。

        2.2 外部環(huán)境

        太原地鐵2-1號(hào)線聯(lián)絡(luò)線區(qū)間位于迎澤公園范圍內(nèi)。周?chē)饕ㄖ餅橄麓?017年新建仿古建筑群(木結(jié)構(gòu))。聯(lián)絡(luò)線區(qū)間出2號(hào)線端頭后,先后下穿桂聚軒(單層建筑)和回廊→側(cè)穿迎澤閣(3+2層建筑)→下穿回廊,迎澤閣與聯(lián)絡(luò)線區(qū)間最小水平凈距約6 m。

        回廊基礎(chǔ)采用0.4 m厚筏板+0.3 m厚砂卵石墊層;桂聚軒基礎(chǔ)采用0.4 m厚筏板+0.3 m厚砂卵石墊層;迎澤閣基礎(chǔ)采用0.4 m厚筏板+0.3 m厚砂卵石墊層+長(zhǎng)度8.8~9.7 m直徑0.5 m攪拌樁(井字形1.2 m×1.2 m)基底土改良。

        2.3 水文、地質(zhì)情況

        本工程所揭露巖土地層分布較為穩(wěn)定,均為第四系地層。地表多為第四系人工填土,其下由第四系全新統(tǒng)沖洪積黏質(zhì)粉土、砂(粉)類(lèi)土、圓礫土及上更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、砂類(lèi)土等組成。聯(lián)絡(luò)線區(qū)間主要穿越地層:拱部為粉質(zhì)黏土層,下半斷面主要穿越粉細(xì)砂層。水位位于地面以下2.2~3.7 m,標(biāo)高約為780.06~781.64 m。

        3 分部分項(xiàng)工程施工技術(shù)分析

        盾構(gòu)施工主要包括盾構(gòu)機(jī)設(shè)備改造、管片設(shè)計(jì)、盾構(gòu)始發(fā)、盾構(gòu)掘進(jìn)、盾構(gòu)接收等施工內(nèi)容。從每個(gè)分項(xiàng)工程著手進(jìn)行技術(shù)分析,分別介紹在太原地鐵2-1號(hào)線聯(lián)絡(luò)線區(qū)間盾構(gòu)施工中在各個(gè)分項(xiàng)工程中遇到的問(wèn)題及處理措施[2]。

        3.1 盾構(gòu)機(jī)改造及管片選型

        3.1.1 縮短盾尾、增大鉸接度數(shù)設(shè)計(jì)

        為適應(yīng)200 m轉(zhuǎn)彎半徑的盾構(gòu)施工,需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。盾構(gòu)機(jī)改造后盾尾長(zhǎng)度為3.3 m,比原機(jī)盾尾縮短0.5 m,通過(guò)縮短盾尾長(zhǎng)度使拼裝成型管片更好地適應(yīng)200 m轉(zhuǎn)彎曲線;對(duì)鉸接密封進(jìn)行加強(qiáng),采用MY+VD密封形式,能夠承受地層較高的水土壓力,主機(jī)180 m轉(zhuǎn)彎半徑下模擬示意圖如圖1所示。

        圖1 主機(jī)180 m轉(zhuǎn)彎半徑下模擬示意圖

        通過(guò)模擬盾構(gòu)機(jī)打開(kāi)主動(dòng)鉸接情況下能達(dá)到180 m的轉(zhuǎn)彎半徑,對(duì)于聯(lián)絡(luò)線200 m的轉(zhuǎn)彎半徑是滿足的。

        3.1.2 臺(tái)車(chē)雙梁改造

        為防止臺(tái)車(chē)在跟隨主機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)生臺(tái)車(chē)掉道等一系列問(wèn)題的出現(xiàn),對(duì)雙梁與1號(hào)臺(tái)車(chē)的連接方式做了改造,其連接部位增加了拖拉連接油缸,通過(guò)油缸的伸縮調(diào)節(jié)雙梁與1號(hào)臺(tái)車(chē)的水平角度,實(shí)現(xiàn)后配套臺(tái)車(chē)更好地適應(yīng)200 m轉(zhuǎn)彎。

        3.1.3 減小管片環(huán)寬設(shè)計(jì)

        管片轉(zhuǎn)彎時(shí),為了與盾構(gòu)機(jī)盾尾間隙更好相匹配,減小施工時(shí)管片拼裝難度,保證成型管片的質(zhì)量,本區(qū)間采用通用環(huán)、小環(huán)寬、大楔形量的管片。通過(guò)對(duì)區(qū)間線路的管片排版,楔形量40 mm滿足區(qū)間水平曲線施工。

        3.2 盾構(gòu)始發(fā)方式及輔助措施

        聯(lián)絡(luò)線盾構(gòu)始發(fā)場(chǎng)地狹小,從始發(fā)至接收全線處于200 m水平曲線。始發(fā)井內(nèi)長(zhǎng)度不滿足整機(jī)始發(fā)條件,需采用分體始發(fā),且需采用割線始發(fā)的方式進(jìn)洞,如圖2所示。

        圖2 盾構(gòu)機(jī)沿割線始發(fā)示意圖

        盾構(gòu)機(jī)在小半徑曲線半徑采用切線始發(fā),盾體完全進(jìn)洞前無(wú)法及時(shí)糾偏。極易造成拼裝完成后的管片軸線偏離設(shè)計(jì)軸線,只有采用割線始發(fā),才能滿足盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞后前后軸線偏差均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

        為確保盾構(gòu)始發(fā)安全性,采用外沿鋼環(huán)輔助始發(fā)。密封鋼環(huán)由兩道密封鋼絲刷及一道密封簾布組成。外沿密封環(huán)整環(huán)環(huán)面與盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)割線垂直。兩道鋼刷之間均勻設(shè)置8根注油脂管用于盾尾刷間注油脂,兩道鋼刷前方均勻設(shè)置8根注漿管,用于注雙液漿堵漏。

        此項(xiàng)盾構(gòu)始發(fā)結(jié)合端頭冷凍、增加延伸鋼環(huán)、分體、割線始發(fā)、全段超小曲線大坡度掘進(jìn)等工序于一身,綜合難度系數(shù)較高[3]。

        3.3 盾構(gòu)掘進(jìn)

        盾構(gòu)機(jī)在曲線段的施工,主要是控制好機(jī)器的掘進(jìn)姿態(tài)、掘進(jìn)參數(shù)、管片預(yù)選安裝、管片背后的同步注漿的漿液凝結(jié)時(shí)間和注漿效果等,其技術(shù)要求如下[4]:(1)盾構(gòu)機(jī)的鉸接油缸增加機(jī)器的轉(zhuǎn)彎靈敏度,當(dāng)?shù)侗P(pán)在曲線段掘進(jìn)時(shí),首先利用中間鉸接油缸小推力掘進(jìn),改變刀盤(pán)方向,使盾構(gòu)機(jī)成為兩段折線掘進(jìn),增加轉(zhuǎn)彎靈敏度。(2)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)由低速慢慢調(diào)整到設(shè)定速度,防止急轉(zhuǎn)。(3)充分利用激光導(dǎo)向系統(tǒng)的管片預(yù)選拼裝功能,正確選用管片拼裝環(huán)楔形量位置,減小管片環(huán)在盾尾中轉(zhuǎn)彎的阻力,而且保證推力油缸的推力支撐環(huán)面與隧道軸線基本垂直,有利于使用推力油缸調(diào)向和減小曲線段上調(diào)向推力并保持管片在曲線段上的穩(wěn)定。(4)曲線段掘進(jìn)時(shí),強(qiáng)大推力使管片承受向外弧方向運(yùn)動(dòng)的分力,在管片背后漿液還未凝固受力前,這個(gè)分力由聯(lián)結(jié)螺栓承受,曲線半徑越小,分力越大;強(qiáng)力糾偏,分力越大,甚至?xí)斐陕菟〒p壞,環(huán)間錯(cuò)臺(tái)超差等。因此,在曲線段掘進(jìn)時(shí)適當(dāng)縮短管片背后同步漿液的凝結(jié)時(shí)間,減小掘進(jìn)推力和不使用急彎轉(zhuǎn)等掘進(jìn)措施是非常重要的技術(shù)措施。(5)盾尾同步注漿一定要及時(shí)、飽滿,杜絕空隙存在,以提高管片承受剪切力的能力。(6)在豎曲線的坡道施工時(shí),除了利用好上述平面曲線施工技術(shù)要點(diǎn)外,在大坡道下坡掘進(jìn)時(shí)應(yīng)采用防止盾構(gòu)上拋抬頭的掘進(jìn)技術(shù)措施。上坡時(shí)則相反。由于豎曲線半徑很大,在管片拼裝時(shí),可以在底部管片的外弧側(cè)粘墊約3 mm的膠墊,以增加下部管片的外弧間隙,適應(yīng)豎向曲線要求。膠墊不宜厚,確保環(huán)縫誤差在允許范圍內(nèi)。坡度大時(shí),可在每環(huán)下部管片上都貼墊,坡度小時(shí),間隔貼墊即可。(7)嚴(yán)格控制出土量,對(duì)每環(huán)掘進(jìn)的渣土稱(chēng)重,嚴(yán)禁超出。在整體技術(shù)措施控制下,掘進(jìn)中成型隧道滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

        3.4 盾構(gòu)接收

        盾構(gòu)接收常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)外,因本區(qū)間曲線半徑小,存在管片接縫不嚴(yán)造成滲漏水的風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)在掘進(jìn)過(guò)程中由于地下水豐富,盾體鉸接、盾尾處存在漏水風(fēng)險(xiǎn),需加強(qiáng)密封措施。本區(qū)間采用三軸攪拌+高壓旋噴+水下接收方式+降水井輔助。具體接收流程如下:(1)接收線路制定:盾構(gòu)機(jī)出洞按正線200 m曲線半徑、縱坡33‰出洞。在接收洞門(mén)鋼環(huán)外側(cè)設(shè)置與洞門(mén)相適應(yīng)的密封簾布、圓弧板、翻板(翻板上設(shè)置鋼絲繩引孔)、牽引鋼絲繩(φ16 mm)及3 t手拉葫蘆牽引。(2)接收端底板布置:接收端北側(cè)負(fù)2層側(cè)墻澆筑封堵(40 mm厚鋼筋混凝土墻)與主體四面形成封閉框架結(jié)構(gòu),接收端底板與正線一致,縱坡為33‰,底板回填0.6 m厚碎石,攤鋪平整、碾壓密實(shí)作為接收臨時(shí)支座,然后回灌清水,根據(jù)水位觀測(cè)井水位,確定回灌水位,接收時(shí)達(dá)到水土平衡。(3)洞內(nèi)布置:隧道內(nèi)從管片接觸加固區(qū)135環(huán)開(kāi)始,在盾尾后部進(jìn)行止水環(huán)箍二次注漿作業(yè)切斷管片壁后前后水流通道,盾構(gòu)接收時(shí)后10環(huán)布設(shè)管片拉緊裝置。(4)盾構(gòu)機(jī)接收:盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入加固區(qū)至刀盤(pán)出洞,開(kāi)挖倉(cāng)頂部土壓力逐步降低。刀盤(pán)到達(dá)出洞里程停止旋轉(zhuǎn)。盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)空推及管片拼裝,刀盤(pán)脫離簾布后,前盾盾殼位置拉緊簾布;盾構(gòu)中盾位置到達(dá)簾布時(shí),再次收緊簾布。盾構(gòu)盾尾位置到達(dá)簾布時(shí),第三次收緊簾布,盾構(gòu)盾尾脫離管片時(shí),第四次收緊簾布保證洞門(mén)封堵效果。

        盾構(gòu)機(jī)空推過(guò)程中抽排坑內(nèi)回灌水,同時(shí)加強(qiáng)接收端范圍地表監(jiān)測(cè)。后10環(huán)管片拉緊條及二次注漿隨主機(jī)空推及時(shí)跟進(jìn)。接收洞門(mén)封堵完成后,盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)空推拼裝底部管片直至推出蓋板結(jié)構(gòu)到達(dá)拆機(jī)位置。主機(jī)空推到達(dá)拆機(jī)位置,刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)到零位,切斷電源,按拆機(jī)方案準(zhǔn)備拆機(jī)工作。

        4 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)太原地區(qū)2-1號(hào)線聯(lián)絡(luò)區(qū)間整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行總結(jié),明確各施工過(guò)程中需要注意的技術(shù)要點(diǎn),順利地完成了國(guó)內(nèi)首例200 m曲線半徑的盾構(gòu)施工,希望對(duì)類(lèi)似工程有一定的借鑒意義。

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