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施工技术:浅谈地铁隧道盾构始发施工技术

来源:未知 2020-10-15 10:04

摘要:

  当前,中国的经济高速发展,原有的城市交通系统已无法满足人们的出行需求。同时,越来越拥挤的道路也制约着城市的发展。鉴于以上问题,我国许多一、二线城市开始修建地铁隧道

  施工技术:浅谈地铁隧道盾构始发施工技术

  1 引言

  当前,中国的经济高速发展,原有的城市交通系统已无法满足人们的出行需求。同时,越来越拥挤的道路也制约着城市的发展。鉴于以上问题,我国许多一、二线城市开始修建地铁隧道解决日益突出的城市交通问题。城市地铁轨道交通的发展离不开盾构施工法的运用,从目前的施工经验来看,盾构法在施工的始发阶段很容易出现问题。本文就是通过对始发技术的探讨,以期找到好的方法保证盾构始发施工顺利、快速和安全的进行。

  2 始发施工工艺技术

  2.1 端头加固施工

  在盾构始发之前需要进行端头加固施工,目的是保证洞门破除和始发掘进的安全性。始发端头加固一般采用深层搅拌桩加固法、旋喷桩加固法、旋挖素砼桩法、地面水平和垂直注浆加固法、冻结法等。实际需要根据不同的地层环境和施工环境选择合适的加固方法,目的是保证加固效果,也能控制施工成本。

  图1 端头加固示意图(三轴搅拌桩加固)

  2.2 洞门破除

  目前各城市地铁隧道施工中,洞门围护结构主要采用钢筋混凝土地下连续墙或玻璃纤维筋(GFRP)结构。其中,一般玻璃纤维筋结构(GFRP)不需要人工破除,刀盘可以直接开挖,而钢筋混凝土地下连续墙结构则需要经过人工破除。洞门破除施工工期长,所以洞门破除时间选择在盾构机调试和盾尾内负环管片拼装完成之后,目的是保证洞门破除后,刀盘能及时进入掌子面,减少土层暴露时间。在破除过程中,要随时测量始发洞口的尺寸,避免钢筋或混凝土因为破除不彻底造成卡刀盘事故。

  2.3 安装洞门密封装置

  洞门密封装置的安装是盾构始发之前一道很重要的工序,作用是防止始发时出现涌水涌沙事故。洞门密封装置主要由以下组成:翻板、帘布橡胶板、双头螺栓、圆环板和钢护筒等。洞口密封装置的安装主要分两步:第一步是在车站端墙结构中安装洞门钢环,第二步是在盾构机下井组装之前,将密封装置安装在预埋洞门钢环上。同时,根据端墙和地下连续墙厚度情况,可以增加一节延伸钢护筒,确保刀盘进入洞门切削土体前,帘布橡胶板能及时紧裹盾体。在始发端头地质条件或加固效果不好的情况下,可以在预埋钢环内焊接一道洞门刷并且涂满油脂,待盾尾进入洞门后,再次沿管片外表面焊接一道圆弧板。

  图2 洞门密封装置安装图

  2.4反力架、始发架的安装

  2.4.1反力架、始发架安装位置的确定

  反力架的安装位置由负环管片数量决定,位置确定好了之后,需要在始发井口下沉段和车站负一层结构施工过程中预先安装好钢板,为后续反力架底座和斜支撑安装提供基础。

  始发架的安装位置由盾体长度及始发井口尺寸确定,一般始发架的末端离反力架前端面(沿掘进方向)的距离在15公分左右,此距离能满足盾尾刷和止浆板下压的空间需求。

  2.4.2反力架、始发架的定位

  反力架、始发架安装之前,由测量人员根据洞门中心实际位置,确定反力架、始发架的中线安装位置。安装原则为保证始发架、反力架、盾体、洞门三者圆心重合,遇到曲线始发或抬头始发掘进时,安装关系可以根据实际情况变动。

  2.4.3 始发架、反力架的安装加固

  始发架为盾构主机提供前期支撑力,推进中主要受纵向摩擦力和径向扭力。所以在盾构始发之前,必须对始发架两侧及前方进行加固,一般采用工字钢加固支撑。

  反力架主要为推进提供反作用力,始发时盾构推力为800~1200T,故反力架承受的纵向力比较大,所以对加固要求比较高。一般采用后背直支撑和斜支撑结合的加固方法。直支撑主要支撑在车站负二层及结构侧墙上,斜支撑上部焊接在反力架上,底部焊接在负一层预埋钢板上。斜支撑通常有2~3道,通过焊接剪刀撑连接在一起。特别需要注意的,在遇到上坡始发掘进时,反力架在安装时需要有一定的倾斜量。

  图3 反力架安装示意图

  2.5负环管片安装

  2.5.1 负环管片环数的确定

  负环管片是指隧道成型后,拼装在始发井口的管片,一般在隧道掘进100环后拆除。负环管片的数量主要由设计图纸上0环伸出洞门的长度,始发井口长度,盾构主机长度等因素决定。假设井口长度为L,0环伸出洞门距离为L1,反力架宽度为d、后背支撑长度为L2,负环宽度为D,则需要环数A=(L-L1-d-L2)/D,后背支撑长度L2由盾构主机长度和计算结果决定,以使负环环数为整数。

  图4 负环管片环数计算示意图

  2.5.2首环管片的拼装

  由于拼装首环管片时没有后支撑力,同时管片外径小于盾尾内径,管片拼装容易不成圆形或下沉,所以在拼装前根据盾尾间隙情况,提前在盾尾里面中下部位置焊接相应尺寸的钢管或钢筋类材料。只有保证盾尾间隙均匀的情况下,推进千斤顶才能顺利将管片后移。

  在首环拼装过程中,上部管片块比较危险,易掉落,所以在拼装中一般在盾尾内焊接7字型钢板固定管片,以保证安全。管片拼装点位主要采取顶部拼装,目的是方面后期拆除负环管片。

  2.5.3首环管片后移

  首环管片拼装完成后,首先用下部油缸后移管片,观察管片上部情况,再采用相应上部油缸做调整。后移过程中速度不能太快,各个方向要有人员盯控,以防管片偏离卡住盾尾。根据管片参数,将管片移到合适位置后,就可以开始下一环负环的拼装。一般拼装2环后,再整体后移至反力架。

  2.6盾构的始发

  2.6.1空载推进

  盾构机在开始推进的过程中,因为没有土压等原因,所以一般选择用拼装模式推进。推进过程中,需要注意观察刀盘和防水装置的接触情况以及盾体上的防扭块是否需要割除。推进之前可以在盾体上做好标记,根据刀盘前端和掌子面的距离情况,结合盾体前进距离,判断推进中刀盘前端和掌子面的情况,为能否转动刀盘提供参考依据。

  2.6.2始发时盾构姿态的控制

  始发时盾构姿态是很难做调整的(包括完全进入加固区内),所以在盾构机组装时,就要保证盾构机有一个很好的始发姿态。为了防止盾构机进洞后出现“栽头”现象,始发架安装时可以将前部抬高2公分,或者在洞门底部内采取安装引轨、灌混凝土等措施。

  2.6.3始发参数控制

  始发阶段,刀盘进入加固区域后,正面土体强度大,往往造成推力大。为了保护反力架,要求推力需要尽量小,从而一般采取较低土压掘进。实际情况中,加固区内也不容易建立土仓压力,所以推进中需要严格控制出土量。同时,掘进过程中要严格控制掘进速度,减少刀盘贯入度,减小刀盘扭矩。若遇到出加固区后即开始下穿建(构)筑物时,可向土仓内注入膨润土,提前建立土压。

  2.6.4 洞门封堵

  在盾尾完全进入洞门后,根据始发端头加固区域长度确定停机封洞门位置。注浆之间先浆盾尾部分注满膨润土,防止双液浆流入盾尾刷对其造成损害。注浆过程中,隔一段时间,盾构机往前推进10~15公分,以防盾体外部被土体包裹。

  3 结束语

  盾构始发是一项比较复杂繁琐的施工作业,除本文讲述的几点外,期间还会涉及大型设备吊装、高压电传送、大型设备的组装等各种高风险作业。所以盾构始发前需要精心做好各种准备工作,机具、材料和人员要全部到位,各工序作业才能连续不断的进行下去。

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