[分享]盾构下穿临海填石区施工工法

发表于2019-03-25     1220人浏览     1人跟帖     总热度:491  

1前言
随着中国经济的快速增长、城市人口数量迅速膨胀,机动车辆的数量呈级数比例增长,原有的市政道路难以满足交通的需要,为缓解城市交通压力、创造良好的生活和投资环境,国内各主要城市均选择修建地铁工程来提升城市形象和投资环境。隧道是地铁工程最主要的组成部分,隧道盾构法施工具有施工速度快、工期短、洞体工程质量易控制、质量比较稳定且良好的防渗水性能、施工安全系数高、对周边建筑物影响极小、基本不影响地面交通、适合地层范围广、地质情况复杂的施工作业环境等优点。随着我国各大城市地铁建设热情的高涨,隧道盾构施工方法必将在地铁建设中被广泛推广应用。盾构施工虽然有对地层的广泛适应性、施工安全系数高等优点,但因地质情况千变万化、施工环境的复杂性,在盾构施工中必然存在盾构机的适应性和施工方法、措施的调整。深圳地铁5号线妈湾站-前湾公园站盾构机穿越临海填石区存在地下水丰富、掌子面不稳定、填石硬度高影响刀具寿命等问题,国内、国际在该种地质条件下全面实施盾构施工隧道尚不多见,无较多经验可以借鉴,在地铁建设史上的应是一次重要技术性突破。截至目前我们采用土压平衡盾构施作的隧道,已经完成成型隧道1000余米,在施工中出现一些有别于其它地质情况下施工的难点,对这些难点的技术处理在富水填石地层中盾构施工积累了经验。

2 工法特点
盾构机下穿临海填石层一般具有施工组织复杂、技术要求高、对机械损伤大、施工风险大等特点。施工过程中一方面需保证隧道如期贯通,另一方面,整个盾构施工过程需控制对地表沉降/隆起变形。
1、针对大粒径块石,以补勘孔为中心在其四周打孔,采取类似蜂窝状处理措施,将块石进行破碎,使其强度降低。
2填石层采用袖阀管注浆一方面具有能将浆液限定在任一段范围内进行灌注、在较大注浆压力下不易发生冒浆、串浆的可能性,另一方面采用双液注浆,一序围绕填石区形成止水帷幕,二序内部压密,从而起到止水、固结填石作用,减小涌水现象发生从而保证掌子面的稳定
3使用土压平衡式盾构机具有根据土压变化调整出土和盾构推进速度,易于达到工作面稳定,对掘进土量和排土量能形成自动化控制管理,机械自动化程度高,施工速度快等优点

3 适用范围
盾构穿越临海填石层施工是一种适用于富含水、填石地层的施工方法,特别袖阀管注浆是对于控制地表沉陷/隆起防止掌子面坍塌有很好的加固效果。随着城市地铁建设的不断发展以及盾构施工将面临的各种复杂地层,为盾构施工过程中应对填石地层起了指导性应用

4 工艺原理
盾构下穿临海填石层是盾构掘进施工中应对填石地层新型施工工法。在盾构掘进施工前首先确定填石层侵入隧道范围以及填石层长度,对填石层进行补勘,以便后期施工详细掌握地质情况大粒径块石再以此补勘孔为中心,在其四周打孔。
首先需对填石层进行袖阀管双液注浆,使地层结构产生充填、渗透、压密、劈裂流动,随着劈裂裂缝不断向外延伸,浆液在土体中形成固结体,从而达到增加地层强度,降低地层渗透性、防止后续的掘进中掌子面易发生坍塌的目的
盾构掘进过程中合理调整盾构机各项掘进参数掘进中灵活掌握遇到较大粒径块石的处理方法,对减小刀具磨损,延长盾构机寿命起到了重要作用。实时地表监测,及时反馈测量数据,使施工安全得到了更好的控制。

5施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
盾构下穿临海填石区施工工法_1
5-1盾构下穿临海填石区施工工艺流程
5.2施工方法
为确定填石层侵入隧道范围以及填石层长度,对填石层进行补勘,补勘孔位布置为延填石层5米一个断面,每个断面三个补勘孔,隧道中线一个,隧道两侧边线各一个(见图5-2-1
盾构下穿临海填石区施工工法_2
5-2-1填石层补勘孔位平面布置图
通过补勘发现,部分块石粒径达到40~50cm,其中最大粒径块石长度达到40cm,且填石范围比详勘报告所提供的长度往小里程方向延伸5m。针对大粒径块石,以补勘孔为中心在其四周打孔,采取类似蜂窝状处理措施,将块石进行破碎,使其强度降低。见图5-2-2
盾构下穿临海填石区施工工法_3
5-2-2大粒径块石及处理布孔图
3采用袖阀管注浆(双液浆)对填石层进行固结处理。加固宽度为隧道边线外扩1.5m,隧道范围内6m,共计9m;加固深度为隧道顶以上3m至填石层底以下0.5米。袖阀管布孔外围按照1m间距,内部按照2m×2m梅花形布置,在靠近铲湾渠位置布置两排1m×1m进行加密
袖阀管注浆工法是在浆液经过注浆泵加压后,通过连通管进入注浆管,聚集到袖阀管注浆管段,然后通过袖阀管上的泄浆孔,在压力的作用下,将包裹在袖阀管外的橡胶圈胀开和套壳料挤碎。当压力逐渐增大到一定程度,被加压的浆液就会沿着地层结构产生充填、渗透、压密、劈裂流动,此时由于供浆量小于进入量,压力会自动回复到平衡状态,续后的浆液在压力作用下,使得劈裂裂缝不断向外延伸,浆液在土体中形成固结体,从而达到增加地层强度,降低地层渗透性的目的。逐次提升或降低注浆内管即可实现分段注浆;施工工艺见图5-2-3
盾构下穿临海填石区施工工法_4
5-2-3袖阀管注浆施工流程图
注浆应先注外围、后注中部,以达到一序外围成墙、二序内部压密的目的。外围适当提高注浆压力。
注浆过程中主要通过压力、注浆量来判断注浆的实施效果。
注浆中应密切注意注浆压力的变化。每段注浆时,压力表应出现两次峰值,在注浆刚开始,出现第一次峰值,持续的时间很短;随后压力逐渐下降在一定范围内相对平稳,持续时间在一分钟左右,压力表出现第二次峰值,当出现第二次峰值后,将注浆内管上提进行下一段注浆。压力表出现第一次峰值是由于套壳料引起的,当套壳料被挤碎,这个峰值很快下降;随着浆液的注入,地层中间的空隙被填充,注浆压力也逐渐增大,达到第二次峰值。
结束标准:保持注浆压力(1.02.0MPa),注入量<12L/min,并稳压20分钟,即可结束注浆。在注浆过程中,应观察相邻注浆孔的返水、排水、冒浆情况,若周围有浆液冒出,说明注浆效果好。做注浆记录,包括注浆压力、注浆量、水泥用量等。(袖阀管注浆加固技术参数见表5-2-1
盾构下穿临海填石区施工工法_5
5-2-1 袖阀注浆加固技术参数表
5、沿线场地人工填土范围较广,成分多样,填石层主要分布在人工填海区及现状道路
地段,部分地段为抛挤淤形成,主要有混合岩及粗粒花岗岩质块石组成,根据详勘和补勘资料发现,填石层侵入隧道范围1.5~2.5m,掘进采用土压平衡模式。(具体掘进参数见表5-2-2
5-2-2 盾构机填石区掘进参数表
盾构下穿临海填石区施工工法_6
6、施工过程中,根据监测数据分析,反馈信息、指导施工,准确制定盾构掘进模式及推力。严格控制地表沉降或隆起。为了保证盾构能够平安顺利通过,重点对填石段进行监测。沉降监测采用精密水准测量方法。按以下方案监测布置沉降监测点:沿线路方向每隔10m设1个监测断面每个断面不少于9个监测点。
7、盾构隧道管片拼装后同步注浆每环壁后理论空隙为4m³,实际每环注浆量控制在6.5m³以上,注入率150%以上,注浆压力在2.5bar左右,确保及时填充壁后空隙,减少地面沉降。盾尾脱出管片5~8环后,及时进行二次补浆,浆液采用双液浆(水泥+水玻璃)。进入填石区后,将二次注浆每间隔1~2环进行补浆改为每环都进行注浆,并调整水泥浆和水玻璃配比,缩短浆液凝固时间。
8、在衬砌环管片拼装完成后,及时测量衬砌环的环中心偏差和管环的上浮和下沉。管片测量不能直接测量出管片的中心点。我们用一根3.76米长的铝合金尺横放在管片中,在铝合金尺的中心固定一个棱镜,再在铝合金尺上面放一个长50cm的水平尺(见管片测量示意图)。测量时,用水平尺使铝合金尺水平放在管片中,用全站仪测量出铝合金尺中心棱镜的三维坐标,根据测出的坐标,推算出管片中心点的相对隧道中心的偏移值。测量出的三维坐标,把它输到Excel 表格里,用编制的固定表格,计算出此点相对隧道中线水平和竖直方向的偏移量。
5.3施工要点
1、填块石无法进入土舱
    在掘进过程中,如果刀盘扭矩发生较大变化、掘进推力较大的情况,说明刀盘可能遇上填块石,此时需降低刀盘转速,加大推力,使刀具能够受力,研磨破碎块石,直至刀盘扭矩和推力减小,说明已碎石块。由于之前根据补勘,已对较大粒径填块石采取了蜂窝状处理措施,当盾构掘进此地层时,并未出现填块石积聚在刀盘前方的情况出现。刀盘扭矩控制在1.5KN .M,转速控制在1.1rpm,总推力控制在8000~10000kn。虽然增大推力可使块石研磨破碎,但部分刀具会出现磨损,严重情况下刀具破碎。
    2、填块石卡住螺旋机
在土压平衡盾构施工中,作为盾构的重要组成部分,螺旋输送机不仅可排除土舱内的渣土,更重要的是具有控制螺旋机底部压力、进而维持盾构开挖面土压平衡的作用,因此螺旋机在盾构中起着不可替代的作用,螺旋机能否正常工作直接影响着盾构能否顺利进行。
      2017年3月8日,0:29,在盾构机掘进至右线152环时,突然出现螺旋机出土异常情况,盾构司机根据经验判断,可能是螺旋机被堵死,有填石卡住螺旋机,遂对螺旋机采取反转。螺旋机反转动作正常,反转5S后,切回正转。再次切换反转,动作正常,再次切换正转,如此反复操作,经过近10分钟正反转,块石被成功从螺旋机输出。螺旋机出土恢复正常。见图5-3-1
盾构下穿临海填石区施工工法_7
5-3-1螺旋机输出填块石
3、螺旋机喷涌措施
 针对盾构掘进过程中可能出现螺旋机喷涌,制定以下措施:
①提前进行注浆加固。采用袖阀管注浆,注入双液浆(水泥+水玻璃)填充地层空隙并固结填块石,并在铲湾渠渠底施做500mm厚钢筋混凝土盖板。
②盾构掘进过程中,在未进入钢筋混凝土盖板时(第95环之前),保持土仓压力略大于实际水土压力的0.1bar;当进入钢筋混凝土盖板后(第96环之后),土仓压力大于实际水土压力的0.2~0.3bar,而且在推进每环最后的20cm时不出渣,使管片在拼装过程中维持较高土压力,防止地下水涌入土仓内。
5.4与其它技术的对比分析
经调研,目前类似工程中加固方法主要有旋喷桩加固、袖阀管注浆加固两种但是通过地质补勘和实际旋喷桩施工情况发现,填石层范围广、厚度深,临近铲湾渠,填石之间空隙水量丰富、流动性较大,注入单液浆后,浆液随之流走,成桩困难,无法起到固结填石的作用,且在旋喷桩施工过程中经常出现卡钻、埋钻杆等现象,施工困难、进展缓慢袖阀管注浆一般用于50m以内的地表注浆,垂直和水平注浆均可上下两个阻塞器,能将浆液限定任何区段内进行注浆,可达到分段注浆的目的;阻塞器可在袖阀管内自由移动,可根据需要在注浆区域内反复注浆;可根据地层特点,在同一袖阀管内采用不同的注浆材料,选用不同的注浆参数进行注浆。根据地层特点我们采用袖阀管注浆加固。
6 材料与设备
6.1施工机械设备
主要机械设备见下表:
6-1主要机械设备配置表
序号
机具名称
单位
数量
1
潜孔钻机(跟管机)
1
2
双液注浆泵
3
3
制浆机
2
4
储浆桶
2
5
海瑞克s-818盾构机
1
6
风镐
4
7
补强注浆机
2
8
风洞扳手
1
9
管片吊装孔封堵塞扳手
4
10
管片吊装螺栓勾头扳手
2
11
污水泵
4
12
砂浆车
3
13
碴车
5
14
风机
1
15
风管
1000
 
6.2材料
主要材料见下表:
6-2主要材料配置表
盾构下穿临海填石区施工工法_8
6.3作业组织
根据工艺试验,盾构作业组人员配置见表6-3-1
6-3-1作业组人员配置表
盾构下穿临海填石区施工工法_9
袖阀管注浆作业班组见表6-3-2
6-3-2作业组人员配置表
序号
作业人员
人数
施工任务安排
1
钻孔人员
6
负责钻孔、袖阀管安装
2
注浆人员
16
负责浆液搅拌、注浆施工
3
杂工
4
负责作业范围内卫生清理
4
安全员
1
负责注浆施工安全监督和管理
7.1管片质量保证措施
管片出厂前逐片进行尺寸、外观的检测,不合格者不允许进场。外观的检测内容有:管片表面光洁平整,无蜂窝、露筋,无裂痕、缺角,无气、水泡,无水泥浆等杂物;灌浆孔螺栓套管完整。安装位置正确。对于轻微的缺陷进行修饰,止水带附近不允许有缺陷。达到龄期并检验合格的管片有计划地由平板车运到施工现场。管片运输时其间用垫木垫实,以免使管片产生有害裂纹,或棱线部分被碰坏。
 管片到达现场后由龙门吊卸到专门的管片堆放区。管片堆放区应选择适当,以免因其自重造成场所不均匀沉降和垫木变形而产生异常的应力而破裂。在卸车之前对管片进行逐一的外观检测,不符合要求(裂缝、破损、无标志等)的管片立即退回。
管片拼装的注意事项:
①每一环推进长度必须达到大于环宽300mm(1800mm)以上方可拼装管片,以防损坏封顶块止水条。
②管片吊装头必须拧紧。为避免管片旋转过程中安装头单独承受管片重量,应将4条压板均匀地接触管片。
③管片拼装过程中,第一块管片的位置尤为重要,它决定了本环其他管片的位置及拼缝的宽窄。管片高于相邻块,将会导致封顶块块的位置不够;低于相邻块,纵缝过大,防水性降低。同时,第一块应平整,防止形成喇叭口。
④安装时注意小心轻放,避免损坏管片和止水条。
⑤对掘进过程中出现的管片裂缝和其他破损,要及时观察记录并提醒盾构机操作手注意,并要选择合适时间对管片进行修补。
7.2技术交底制度
由项目技术负责人和工区主管工程师亲自抓技术交底工作,建立复核制,技术交底必须强调文字交底,经上级主管工程师复核后对施工人员进行交底。对参加施工的全体人员进行详细的技术交底,将工程特点、施工方法、施工顺序、进度安排、操作要求、技术标准、质量要求、安全措施等书面资料详细地交给施工人员,施工人员对交底进行签字领取。施工人员组织关键工序的作业人员进行经常性的技术学习和培训,提高职工的技术素质。考试合格后,持证上岗,挂牌作业,使其理解并能自觉地贯彻执行项目部所制定的控制程序和技术措施。

8 安全措施
为了保障盾构机下穿临海填石层施工安全,项目部建立了安全组织,强化了安全机构,设定了专门安检人员,完善了工作制度。各施工处配置专职的安全员,做到每班作业都有安全员;安全人员每天进行各施工面巡视,检查施工现场的安全情况及是否有违章作业情况,一旦发现及时制止。施工班组坚持班前五分钟安全教育制度,努力把安全事故消灭在萌芽状态中。
1贯彻执行国家有关安全生产的法规、法令,遵守建设单位与地方政府对安全生产发出的有关规定和指令。建立安全岗位责任制,逐级签定安全生产承包责任,明确分工,责任到人,奖惩分明。
2天对施工班组进行班前五分钟安全教育,对新进场的职工与作业人员必须进行安全生产基本常识的培训,并进行安全操作考试和考核,合格者方可上岗的制度。在安全知识的教育中,重点加强四不伤害五防知识的教育,作业人员必须穿工作服和戴安全帽方可进入施工现场,严禁闲杂人员进入施工现场。
3施工中严格执行布置生产任务的同时布置安全工作,检查生产工作的同时检查安全生产情况,总结生产的同时总结安全工作,在生产中执行 三同时制度。
4项目部根据国家颁布的各种安全规程,结合自己的实践编印通俗易懂、适合本工程使用的安全防护规程手册,分发给全体员工以及参建单位的有关人员。
5各施工处要做到每班作业都有安全员,安全员每班都要对施工用电、违章作业、违规操作进行检查并详细记录,项目部专职安全员每天进行现场安全巡视检查,发现问题及时处理。项目经理部每旬进行一次安全检查,每月月底进行一次安全大检查,总结本月安全生产情况。
6安全质量环保部每月进行一次施工现场安全用电、消防、交通及特种作业检查,在重大节假日前后由安全质量环保部组织,安全生产领导小组及各施工处项目经理参加进行安全综合大检查。
7施工中必须严格执行项目经理部安全生产管理制度的各项规定。

9环保措施
在施工期间,认真执行广东省及深圳市的有关法规的规定,依法文明施工,尽可能减少施工期对居民生活的影响。尽量做到:
1创建安全文明标准工地;
2施工用水和生活用水做到达标排放;
3维护施工区域周边环境,无人为破坏环境情况的发生;
4施工噪声符合环保要求;
5无新污染源发生;
6确保施工区域内无重大管线事故;
7加强通风和水雾降尘,将隧道内有害气体和粉尘降到最低程度;
8加强隧道内积水抽排和材料机具管理,保证隧道内施工环境良好;
9严格控制地面变形量,确保建筑物安全;
10加强各种防范工作,减少突发事件损失。

10经济效益和社会效益
10.1经济效益
该工法效益显著,以深圳地铁5号线妈湾站-前湾公园站盾构区间为例,采用袖阀管注浆施工旋喷桩加固相比,采用双液注浆,克服了单液浆易被地下水流动冲走而无法起到固结填石的弊端,且旋喷桩施工过程中经常出现卡钻、埋钻杆等现象,施工困难、进展缓慢,既不能保质量,又不能保工期,因此采用袖阀管注浆对经济效益有直接影响。在盾构掘进过程中,合理调整盾构机掘进参数,控制掘进速度,精密组织,精心安排,对缩短工期,减少施工干扰,减少刀具磨损,延长设备寿命,节约成本起到了重要作用。
10.2社会效益
盾构穿越临海填石区施工工法标志着我国盾构施工技术的进一步提高对推动我国复杂地质环境下地下空间的开发与利用将产生重要作用及影响此工法保证了填石层的固结,掌子面稳定不易坍塌,地表无异动,既保证了施工安全性又保证地表工作、社会活动的正常进行从而有效保证了附近居民的正常生活秩序,保持了良好的社会环境。

11应用实例
11.1应用实例
中国水利水电第十三工程局有限公司在深圳地铁5号线妈湾-前湾公园左、右线区间盾构施工施工过程中,针对填石侵入隧道段采用盾构下穿临海填石区施工工法 截止20177盾构机相继顺利穿越右线、左线填石区段,经研究分析采用了此施工工法,得到了良好的应用,取得了显著的社会效益。
11-1-1妈湾站-前湾公园盾构区间左右线隧道施工情况统计表
序号
完成日期
盾构隧道
填石区长度(m)
备注
1
2017.3.10
右线
36.80m

2
2017.7.27
左线
27.22m

11.2应用实例
中国水利水电第十三工程局有限公司在深圳地铁7号线珠光-龙井站左、右线区间盾构施工施工过程中,针对填石侵入隧道段采用盾构下穿填石区施工工法, 截止201412底盾构机相继顺利穿越右线、左线填石区段,经研究分析采用了此施工工法,得到了良好的应用,取得了显著的社会效益。
11-2-1珠光站-龙井站盾构区间左右线隧道施工情况统计表
盾构下穿临海填石区施工工法_10
- THE END -
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来源:盾构TBM专家交流网
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盾构下穿临海填石区施工工法,学习了!

往事焚

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