大直径盾构

大直径盾构（精选九篇）

大直径盾构 篇1

天津西站至天津站地下直径线工程 (简称天津地下直径线) 为单洞双线隧道, 圆形隧道采用通用管片, 盾构隧道长2 146 m。始发段位于缓和曲线上 (始发推进约12 m后进入直线段) , 以22.7‰下坡坡度始发, 以最小转弯半径600 m的曲线接收, 隧道最大埋深约43 m, 平均约20 m。采用开挖直径为11.97 m的盾构机, 设2个盾构工作井, 自东向西掘进, 即从盾构始发工作井 (中心里程DK3+926) 出发, 至盾构到达工作井 (中心里程DK1+780) 。

隧道内表层地下水类型为第四系孔隙潜水。赋存于第Ⅱ陆相层及其以下粉砂和粉土中的地下水具有微承压性, 为微承压水。始发段地质自上而下依次出现填充土、粉土和粉质黏土, 盾构机始发时完全包裹在粉土和粉质黏土层内。盾构始发段纵断面见图1。

2 始发施工技术

盾构在初始阶段的施工难道较大, 主要包括: (1) 洞门围护结构凿除后土体在一定时间内必须保持自稳, 不能有水土流失; (2) 始发时盾构机主体在始发基座上不能调向和有大的纠偏处理; (3) 始发阶段姿态控制和地面沉降控制比正常推进时更难; (4) 配套设施使用的局限性, 如管片的吊运需设临时副井口。因此, 做好盾构隧道始发是盾构施工成败的标志之一, 必须全力做好。

2.1 始发洞门地层处理

盾构始发前, 一般要根据洞门的地层情况采取有针对性的处理措施。目前一般采取固结灌浆、注浆法、冷冻法、水泥搅拌桩加固、高压旋喷桩加固等措施进行地层加固处理。针对天津地下直径线项目盾构隧道始发地段地质水文及地质勘察情况, 对始发盾构井端头地层采用“高压旋喷桩+搅拌咬合桩”组合加固的方式, 加固范围见图2。

通过实地掘进发现, 采用“高压旋喷桩+搅拌咬合桩”组合加固的方式能够更好地保证始发掌子面 (围护结构全凿处以后的端面) 稳固及止水, 并能达到最佳的止水效果。

2.2 始发洞门围护结构的凿除

始发洞门围护结构的凿除就是将预埋钢环内的地连墙凿除, 裸露出加固端面及始发掌子面。一般地铁隧道端面为6 m多, 凿除工作从搭脚手架到完全凿除只需一周多时间, 但对于一个12 m的铁路隧道, 工作量相应增加很多, 一般至少提前一个月准备, 凿除工作将近20 d。先凿除围护结构内保护层, 裸露出钢筋, 再凿除中间混凝土。由于端面较大, 需分层分段阶梯破除, 并割除内层钢筋, 但不可一次割除到底, 也不可将外层钢筋全剥离混凝土层, 只需露出一半钢筋, 外层钢筋需从下向上割除, 并清除所有渣土, 便于将来的洞门底部封堵。

凿除完最后一层混凝土后, 要及时检查始发洞口的净空尺寸, 确保没有钢筋、混凝土侵入设计轮廓范围以内。

2.3 洞门密封处理

洞口密封是为盾构机在始发时防止开挖仓泥浆和背衬同步注浆浆液外泄, 同时也是为了保证始发推进时开挖面泥水压力的建立和稳定, 避免开挖面失稳和地面出现塌方。密封一般有压板式和折叶式, 常用折叶式。

考虑到泥水加压平衡盾构机的特性及地质情况, 采用2道橡胶帘布折叶式组合结构加箱体和预埋钢环内焊接2道钢丝刷并涂抹盾尾密封油脂进行密封, 并在箱体增加4个密封油脂注浆孔 (也是洞门封堵双液注浆孔) , 如果出现漏浆, 可向4孔对应位置进行密封油脂注入 (见图3) 。

2.4 反力架、始发基座的安装

反力架的安装主要是为了保证始发时能提供足够的始发反推力, 其安装位置主要根据始发基座的安放及零环管片的位置确定。

考虑到预埋钢环在安装和主体侧墙混凝土浇筑时的变形, 始发基座的安放要根据始发要求及洞门钢环的实际中心位置对正摆放, 避免始发时盾体出现卡壳或损坏洞门密封装置, 始发基座要加固稳定牢靠, 推进时要满足所需的强度和刚度。确定始发基座后, 根据设计图纸要求及管片特性确定零环管片的外伸量, 进而确定负环管片数量, 便可以确定反力架的位置及支撑。结合天津地下直径线盾构施工情况, 采用全环始发, 7环负环管片加1环零环管片, 零环管片外伸一半即90 cm, 反力架采用2 cm钢板及型材通过焊接和螺栓连接而成, 并进行支撑加固, 能够保证始发的需要 (见图4) 。

由于反力架和始发基座为盾构始发时提供初始推力及初始空间姿态, 安装反力架和始发基座时, 反力架左右偏差控制在±10 mm, 高程偏差控制在±5 mm, 上下偏差控制在±10 mm;始发基座水平轴线垂直方向与反力架的夹角<±2%。为了能够使盾构机顺利推进到预埋钢环内, 并使刀盘中心刀刚好接触到开挖面, 不出现磕头现象, 必须将基座上的导轨延长至钢环内, 并在钢环内左右两侧及导轨延长方向加焊2道坡度导向轨, 但导向轨不得影响刀盘旋转。

2.5 负环管片的拼装及固定

由于采用全环始发, 管片采用直螺杆预埋螺栓套筒连接, 对盾尾间隙及拼装要求较高, 因此第一环的拼装至关重要, 拼装质量直接影响到下一环。 (1) 拼装前必须在盾尾下半部分焊接25～30 mm的圆钢, 作为盾尾间隙量; (2) 采用错缝拼装, 为了保证下一环推进的间隙量, 对封顶块位置选择也很重要; (3) 油缸行程差不能太大 (不能大于管片楔形量的1.5倍) , 否则会出现间隙量太小进而损坏管片。因此, 负环管片拼装需考虑盾尾间隙、封顶块位置及油缸行程差3个要素, 基本能保证拼装的质量。

随着盾构机的推进, 负环管片脱出盾尾, 需对负环管片进行支撑和固定, 采用型钢斜坡支撑和每环2道钢丝绳捆拉 (见图5) 。

2.6 盾构始发

盾构在推进时要控制好推进油缸行程和每一环的推进量, 同时检查盾构机是否与始发基座、洞门密封装置发生干涉或有异常事件发生, 确保盾构安全向前推进;随时跟进焊接和割除防止侧滚板, 直至盾体全部进入钢环内, 并割除盾尾内的焊接圆钢, 等盾尾端推进土体一环后即可对洞门进行封堵;采用双液浆通过箱体注浆孔注浆, 封完洞口后可以向前一直推进并进行同步注浆, 做好洞口观测及地面沉降观测。

3 结束语

盾构机的始发成功主要由始发条件及始发施工技术中每个环节的处理决定, 前期地质水文的勘察, 始发区域建筑物及管线情况的调查, 始发施工中每个环节全面、细致的控制等, 只要确保各种处理措施达到预期效果, 基本能够保证盾构顺利始发。

参考文献

[1]张凤祥, 付德明, 杨国祥, 等.盾构隧道施工手册[M].北京:人民交通出版社, 2005

[2]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004

大直径盾构 篇2

从盾构开挖面平衡状态及隧道水底抗浮平衡条件着手,利用了泥水平衡盾构开挖工作面水土压力与密封舱内压力动态平衡公式,得到了超大直径盾构穿越江底底冲槽段浅覆土保持开挖面稳定的技术对策.结合南京过江隧道纬七路左线工程,提出超浅覆土情况下过江隧道泥水盾构施工应采取的工程对策.

作 者：刘地阔  作者单位：中铁十四局集团有限公司,山东,济南,250014 刊 名：中国新技术新产品 英文刊名：CHINA NEW TECHNOLOGIES AND PRODUCTS 年，卷(期)：2010 “”(11) 分类号： 关键词：隧道工程   盾构   冲槽段   浅覆土  

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大直径分体结构大齿轮的加工 篇3

【关键词】大直径；分体结构；大齿轮；加工工艺

前言

近年来随着冶金、电力和建材行业规模的日渐壮大，球磨机的生产也日渐向大出力大直径发展。截止目前国内生产最大的自磨机MZS8848，其大齿轮直径已经达到11559mm之大。大齿轮是整个球磨机制造周期最长生产难度最大的部件。大型球磨机大齿轮的直径经常在5-10m之间甚至达到10m以上。此类大齿轮的制造和加工也就成了制造大型球磨机的关键突破点。本文通过对本公司生产的一套直径9139mm四半分体结构大齿轮的加工工艺探究，发表了一些自己的看法，希望可以抛砖引玉，为此类大齿轮的生产制造甚至球磨机的生产贡献微薄的力量。此套大齿轮基本参数如下表所示：

材质模数（mm）齿数齿宽（mm）直径（mm）

ZG40CrNiMom=34z=266b=952d=9139

1、材质较为特别可焊性差相互定位较难

此套大齿轮就选用了ZG40CrNiMo材质。此材质具有较高的强度、韧性及淬透性，但是此材质可焊性差、补焊需要整体升温后方可进行。这就意味着加工过程中一旦出现加工量不足的问题将极难补救。在编制加工工艺时我们的解决方法是细化工艺路线，划分出粗、半精和精加工。并在每次机械加工前和钳工把合后安排划线。一方面指导加工另一方面可以验证上次留量加工的结果是否对下次加工造成影响。

对于分体结构大齿轮，分体加工而后由1/4组合成1/2，再由1/2组合成整圆是我们加工的基本思路。加工过程中我们通常是采用在结合面焊定位焊块的工艺手段来实现轴向的定位。但此齿轮材质特别可焊接性差，不能焊接工艺焊块。为了保证加工过程中各半齿轮间不串动，我们的解决方案是在结合面原有的定位销孔处加钻小于图纸直径的定位销孔，并制作工艺销钉用以把合定位。这样既不伤害齿轮原有结构又起到了定位的作用。同时我们选用号孔的方式来确保各个半齿轮结合面上的定位销孔位置的一致性。即以一半加工好的齿轮销孔为基准，通过钳工把合将另一半齿轮的销孔位置划出，并按此线为基准加工销孔。这样就大大提高了定位销孔位置的一致性。

2、硬度过高不易加工

此齿轮调制硬度280-305HB，硬度极高。高硬度为机床加工增添了较大难度。我们的解决方案是：镗床方面，选用798材质的大三角刀片配合ST550材质的精刀片进行镗削加工，改善切屑效果；立车方面，采用机卡车刀配合进口的SNMM250724-HR刀片替代常用的焊接车刀，并适当减小背吃到量；铣齿方面，选用功率较大的12M滚齿机，滚刀和盘形齿轮铣刀选用耐磨耐热的进口钴合金高速钢滚刀，滚齿硬度可以达到310-350HB可以满足此齿轮的制齿要求。

3、直径太大超过机床工作台极限

大齿轮直径达到9139mm然而我公司现有最大的10米数控立车其工作台直径仅为8000mm，零件无法装卡。为了解决装卡问题，我们制作了一套增加机床加工尺寸的工装卡具，我们将它命名为垫梁。其基本设计思路是在机床原有工作台上固定八个长条状的垫梁，再将原有卡爪移动到垫梁工装上，将工作台的工作面整体外延。考虑到强度问题垫梁整体选用铸造结构，整体外形呈长方形。其上端面开有与原机床相同结构的T形槽和锯齿状固定牙槽，用以安装机床原有的卡爪。下端面铸造有拉筋和多处把合孔，通过螺栓将其与机床工作台上的T形槽连接起到固定作用，并可以根据实际使用需要调整把合位置来灵活变动有效长度。

通过这套工装立车的加工直径可以达到其极限范围，大大提升了立车的加工能力。并且此套工装具有一定的通用性，可以将其应用到不同的机床使用。这不仅解决了此套大齿轮的加工，还为厂内各立车日后加工其他大直径零件创造了条件。

4、直径大、结构特别齿轮变形不易控制

此类大齿轮直径较大，辐板内多为空腔结构并且为四半分体结构，加之加工过程中受到切削振动、切削热和自然时效等因素的影响齿轮变形在所难免。为了保证出厂精度，我们采取了以下几方措施进行控制：

1）细化工艺路线，将整个加工过程划分成粗加工—探伤—调质—半精加工—粗铣齿—热处理—精加工—精铣齿—探伤的工序。此种工艺路线的细化既有利于零件形变的恢复，又方便在加工发生问题时及时补救。

2）在粗车后安排调质，在粗铣齿后安排人工时效，最大限度的消除零件应力，防止变形对精加工的影响，保证整体制造精度。

3）在每一次加工前把合后安排划线，一方面划出加工参照线，最主要的是通过组对后划线宏观的验证上一步的机加工是否达到了要求。

5、大齿轮生产周期过长

在市场竞争日趋激烈的当今社会，时间就是金钱，用户对于工期的要求越来越高。对于生产厂家来说缩短交货时间是占据市场的有力武器。大齿轮是整套磨机中制造周期最长的部件，缩短大齿轮制造周期是缩短整机交货时间的关键所在。大齿轮铸造工序较长，工期较难压缩。机械加工中以铣齿工序耗时长达两个月之久。如果能在铣齿方式上做出改进就可以有力的缩短生产周期。

以往此类大直径大齿轮粗精铣齿均采用滚齿机用展成法进行粗精铣齿，此种方法对比成型法制尺效率高精度好。但是此种四半分体结构的齿轮只有把合成整轮后方能上滚齿机加工，并且粗铣齿时滚齿机作为精密设备无法上太大切屑量，这就导致粗铣齿效率低下。在这种情况下展成法制齿反而没有太大优势。经过技术分析和实践验证，我们采用镗床配合盘型齿轮铣刀代替滚齿机进行粗开齿，即采用成型法制齿。基本原理是制作适合本齿轮的专用盘型齿轮铣刀和刀片。加工时镗床按照齿形样板划出的加工线沿齿的方向逐个齿切削。镗床功率大可以上较大吃刀量，并且可以多台机床同时对各1/4进行开齿，这就大大提高了粗铣齿的效率，最多可以在原有基础上节省2/3的粗铣齿时间。

6、结束语

以上针对此类大直径、分体结构大齿轮加工问题的解决方案，通过生产实践证明是切实可行的，希望对于以此大齿轮上典型问题的分析和解决方案的提出能够对行业内大齿轮的制造起到一定的帮助作用。

参考文献

[1]黄健求.机械制造技术基础[J].机械工业出版社，2005（11）.

大直径盾构 篇4

工程概况

广深港客运专线深圳福田站及相关工程项目线路全长11.419km,起止里程为DK104+500～DK115+919.29。起点为新深圳站(不含),直行下穿深圳市公安局警犬基地、第二劳教所、华达石场及南坪快速路后,右转从101民防工程北侧通过,下穿预管看守所及中康公寓,沿梅林路折向莲花山公园后,再下穿益田路,在市政府位置处下设福田站,至深港分界,终点在深圳河中线。工程范围示意图见图1。

其中皇岗盾构隧道(DK112+089～DK113+607),隧道长1378m,最大坡度为(DK112+750～DK114+400) 10.7‰,单孔双线隧道,隧道埋深28～48m。皇岗隧道位于深圳市中南部-福田区,深圳市会展中心至皇岗公园一带,线路大至南北向,场地内分布较多市政道路,可到达场地各处,交通十分便利。采用直径13.23m的大直径泥水盾构机施工。

工程地质

皇岗隧道范围内上覆人工素填土、冲洪积粉质黏土、细砂、粗砂、砾砂及残积土,下覆基岩为震旦系混合岩、燕山期花岗岩。区间内的特殊岩土为人工填土、淤泥质土、残积土及全风化层、强风化层,其中人工填土分布于地表,对区间隧道影响小,冲洪积粉质黏土,分布于区间隧道洞身之上,对区间隧道影响小。对工程有影响的特殊岩土为残积土及全风化层、强风化层,隧道洞身从残积土及全、强、中、微风化层中穿过,残积土、全、强风化遇水易软化、崩解。隧道大部分地段全断面为中、微风化混合岩或花岗岩,局部地段洞身穿越残积土、全、强、中、微风化岩层,隧道开挖面上软下硬,给施工带来很大的困难。

盾构机始发竖井条件

皇岗隧道1号工作竖井（图2)井口沿隧道纵向长度17.0m,宽度17.6m,始发段纵坡:1.2%上坡,盾构机主体及后配套长度共166m,由于盾构机组装时,1号竖井前方隧道直到始发断面已经120m矿山法开挖完成,盾构机后方已经开始施工,盾构机只能在1号竖井及前部120m矿山法隧道内进行分体组装空推始发,极大地增加的盾构机的始发难度。

盾构机空推段导轨中心间距6.817m,导轨顶面距盾构隧道中心5.65m,空推段导台高1.3m。空推段管片采取底部拼装2块标准块形式,负环管片采用全环管片拼装形式,整环管片沿环向分为9块,采用6+2+1形式,管片设计采用通用楔形管片,楔形量26mm。

大直径泥水盾构分体组装始发流程及关键技术

由于隧道始发断面与工作竖井有120m的矿山法施工隧道,为满足施工要求,需对井底进行开挖并将渣土外运。因此始发附属设施要在盾构机主体下井之前予以运输至始发处并进行初步安装定位。首先是洞门钢环的吊运安装,其次是反力架的暗挖洞内安装。盾构机在隧道的前行必须预制混凝土导台。这样盾构机才能在空推段顺利前行至始发断面,达到始发条件。

盾构分体组装始发工艺流程

盾构始发的主要内容包括:掌子面洞门钢环及密封安装、空推段导台导轨安装、竖井扩挖至设计标高、始发托架底座工艺底板浇筑及始发托架安装、盾体组装及刀盘吊装、反力架下井掩藏、空推(底部拼装两块管片)盾体及1号台车推进至掌子面、安装反力架、台车(2、3号台车)下井组装、拼装中间箱涵(从井口)、调试盾构机、试掘进22m后4号台车下井组装完成后正式掘进、中间箱涵两侧钢结构平台施工、负环管片拼装、始发掘进等。始发流程见图3。

分体组装始发

考虑到本项目盾构机始发条件独特性,盾构机始发总体采用分体始发,新增部分管线及装置,控制系统部分功能调整。

组装盾体及刀盘

如图4所示,盾体机组装顺序为:盾体5→盾体4→盾体6→盾体3→盾体7→盾体2-→盾体8→中心回转体→盾体1下井组装,最后刀盘下井组装。

组装管片拼装机(第一次前移盾体)

结合竖井可利用的空间及拼装机尺寸,组装管片拼装机需将前中盾(含刀盘)整体向小里程平移5.34m。移动形式,采用辅助液压站和钢制传力构件靠后端挡墙提供反力。拼装机下井组装见图5。

组装尾盾(盾体刀盘第二次平移)

组装盾尾需将盾体(含刀盘)整体向小里程第二次平移4.2m。移动形式,采用辅助液压站和增加钢制传力构件靠后端挡墙提供反力,然后尾盾下井组装焊接,如图6所示。

喂片机、1号台车前半部分、连接桥下井组装(盾体刀盘第三次平移)

组装喂片机、1号台车前半部分需将盾体(含刀盘)

整体向小里程第3次平移12.8m。移动形式采用辅助液压站和增加钢制传力构件靠后端挡墙提供反力。然后将喂片机、1号台车前半部分连接桥下井与盾体连接焊接,需要注意的是下1号台车前半部分之前,需将竖井底部设钢支撑搭设后配套台车的行走轨道并延伸至北洞5.7m)。

1号台车后半部分下井组装(盾体刀盘第四次平移)1号台车后组装盾尾需将盾体(含刀盘)整体向小里程第4次平移8.9m。此时盾尾在北洞内距竖井13.78m。在平移之前需将洞口至盾尾的13.78m底部现浇成弧形底板,内弧面与管片内弧一致,为喂片机的运行及后期中间箱涵拼装提供条件,并将该段后配套台车轨道从井口延伸至盾尾。然后平移,再将1号台车后半部分下井组装连接。见图7所示。

将盾构机1号台车顶推至掌子面,完成分体始发从井口13.78m处具备拼装管片条件,此时拼装底部两块管片,采用类似与益田路隧道出洞空推方式将盾构机及1号台车顶推120m盾尾停留在反力架小里程。然后依次下2号台车、3号台车、4号台车。3号台车下井后从井口拼装中间箱涵,空推期间的管片、混凝土运输采用电瓶车有轨运输。完成液压、电器、水管、压缩空气、进排浆管道连接后调试盾构机完成盾构机分体始发。试掘进后,安装4号、1号台车,正式始发掘进。见图8。

盾构分体组装始发关键技术

洞门密封安装

为了防止盾构始发掘进时泥浆、地下水从盾壳和洞门的间隙处流失,以及盾尾通过洞门后,管片外径与刀盘开挖轮廓之间同步注浆浆液的流失,在盾构机始发时需安装洞门临时密封装置。本项目采用双道临时防水密封装置,每道洞门防水密封装置由帘布橡胶、沿圆周均匀布置的144块固定板、144块翻版、96块1型加劲板、48块2型加劲板以及配套的板垫片和螺栓等组成。

预埋钢环加工的技术要求

洞门钢环板内径允许误差Da=±10mm,任意点检测;环板宽度允许误差0～+3mm;整个平面不平整度≤6mm;焊缝需连续焊,不漏焊,焊缝高度为8mm,且不允许出现渗漏;翻板、螺孔要均布,相邻孔间距误差≤2mm。

因始发段处于12‰的纵坡上,为了使洞门钢环的纵轴线和线路纵坡一致(帘布橡胶板、压板到盾体距离相等),保证洞门密封及防水效果,必须使洞门钢环所形成的环面与线路中线垂直(即与铅垂线呈0°41′15")。因洞门钢环外径13.6m,在直径高度顶底部上形成163mm的纵向偏差值。

洞门密封措施及控制要点

当盾构机刀盘全部通过第二道密封后,须在两道密封间利用预留注脂孔向内注油脂。注脂压力低于泥水压力0.1bar。当盾尾通过第一道密封且折叶板下翻后,进一步加注油脂,等盾尾通过一环以后开始采用钢环预埋注浆孔注浆进行封堵洞门。

矿山法洞内盾构机盾体空推倒台设计

盾构机在到达空推段之前需要在矿山法隧道内完成混凝土导台导轨的预埋和导台混凝土浇筑,为盾构机的空推掘进及底部管片的拼装提供导向和支撑作用,混凝土导台高度为1.3m。盾构机空推时拆除边缘滚刀和刮刀,通过刀盘在导轨上滑移前进。

洞口段后配套行走轨道基座的设计

考虑到盾构机分体始发的4次平移、后配套行走、喂片机的行走、后期箱涵拼装需要,要在第4次平移之前对洞口5.7m长后配套行走基座和13.78m工艺弧板进行浇注和安装。其目的是:①作为盾体再次平移之后的反力墙;②作为中间箱涵拼装的平台;③作为后配套台车行走轨道支撑。工艺底板及后配套行走见基座示意图9。

物料运输轨道布设形式根据电瓶车结构,在管片底部(弧形板)上布设单根长2.0m,宽0.2m,高0.2m轨枕,两侧底部设置与管片弧度相等的垫块。在轨枕上部预留4个螺栓孔,通过预留螺栓孔设置垫块用于固定轨道,轨道采用43轨,两条轨道中心间距为1.0m。

反力架设计安装

考虑到洞内安装条件,反力架设计成Q型,分5块组成。由于反力架内径小于盾构机直径,需先对反力架进行洞内组装隐藏,待盾构机盾体通过后复位安装。在盾构机达到之前,先将底部块沉底(扩挖槽),左右两块(中间块)底部支撑在导台上,并通过侧向锚固在二衬上。

盾体通过后将底部块抬升至理论高度后浇筑混凝土;拆除左右中间块支撑,与底部块栓接焊接;顶部2块靠拼装机及搭设导梁滑移至盾尾后,然后与中间块栓接、焊接。

因始发段位于1.2%的上坡,反力架竖直安放,反力架与隧道空推段扩大端洞壁存在2.813m的间隙通过斜撑将反力传递至正常段二衬上。首环负环顶部与反力架基准钢环密贴,有顶部至底部由夹角形成的间隙用钢楔块填塞,钢楔块厚度由0过渡至15.4cm。

施工总结

超大直径泥水盾构机施工过程中经常遇到始发竖井空间有限,长度不足等情况,大部分附属设备无法实现与盾构机主机同时组装始发,即要求在满足基本施工要求的情况下,根据盾构机各个系统的工作特点,进行分体组装始发,做到分体合理,电、液、气系统功能有序,施工转换安全快捷,合理使用辅助工法,做到顺利安全的分体组装始发。

浅析大直径盾构始发洞门施工新技术 篇5

盾构施工技术具有效率高、风险小、劳动强度低、管理信息化等优势，因此在地下工程建设中广泛应用，盾构始发破除洞门盾构法施工风险源之一，采用高效、可靠的洞门破除技术，非常重要。

洞门破除传统方法是在做始发竖井采用地下连续墙、旋喷桩等维护结构，其共同特点：围护结构主筋都是采用普通钢筋，砼的选择可不做特殊要求。盾构始发时采用人工分区分块破除洞门砼的方法，施工时边破除砼边割除钢筋笼，并及时喷射纤维砼，做为临时堵头墙，保持围护桩外侧土体的稳定。洞门砼破除采用人工开凿的方法，对于10m以上大直径盾构始发传统洞门破除工期需要约1个月，不仅作业环境极其艰苦，同时由于墙体的开凿破坏、土体的暴露，易出现土体塌方，引发工程事故。

本文以北京铁路地下直径线ZJX-2标工程为例，打破常规洞门围护方式及破除方法，采用NOMST新方法，直接采用盾构刀盘破除洞门，始发掘进。

2 工程概况

北京铁路地下直径线是北京铁路地下枢纽工程连接北京站与北京西站，盾构区间全长5 227m(埋深在14.7～40.0m，隧道断面主要为卵石土)，采用一台直径∅12.04m泥水平衡盾构独头连续掘进，隧道管片内径∅10.5m，管片外径∅11.6m。盾构始发井深31m,17m×15m的矩形结构，围护结构为1 000mm厚地下连续墙，内衬为1 000mm厚的钢筋砼。在北京市首次采用泥水盾构施工、也是国内首次在大都市闹市区始发，盾构始发井周边环境复杂，南侧近临天宁寺桥，北侧有高压天然气、给水、电力、排水等重要管线，因此对采用超大盾构始发洞门处理方法提出了很高的要求。

3 NOMST工法介绍

NOMST(Novel Material Shield-cuttable Tunnel-Wall System),即采用盾构直接掘削新型材料墙体破除洞门的方法。将盾构始发或者到达穿过的挡土墙上相应部位采用新型材料(多指玻璃纤维等型材采用砼现浇)制作,从而可用盾构的切削刀具直接切削墙体,实现盾构直接进、出洞的施工方法称之为NOMST方法。

本工程盾构始发竖井地下连续墙开洞处的钢筋笼全部采用玻璃纤维筋，砼采用以石灰石为粗骨料的细石砼，抗压强度为C20等级。盾构始发时利用盾构刀盘直接切削连续墙一次性进洞。由于盾构直径较大(直径∅12.04m)，侧土压力很大，而玻璃纤维筋与普通钢筋接头处抗拉强度较低(仅为普通钢筋抗拉强度的10%)，因此在始发端头区施做两排素砼桩以保证始发竖井开挖的安全性。

3.1 砼粗骨料选择

砼的可掘削性、强度完全取决于粗骨料和加强筋的性能(材质和尺寸)。对通常的以天然砂石为粗骨材的砼而言，其强度一般均大于40MPa。对普通盾构刀具而言，直接掘削是很难实现，因此必须寻找新的可掘削性的粗骨材。根据刀具磨损的实践经验，结合相关科研技术的调研，盾构开挖岩层，刀具磨损主要受影响在岩石的化学成分石英含量上。盾构切削砼时的贯入度主要受砼的粗骨料的影响，因此选择同水泥化学成分类似的石灰石材料做骨料，石灰石压碎指标值明显偏底，同时该粗骨料砼结构性能单一，对增大贯入度及减小刀具磨损都很有利。因此从掘削性和价格方面考虑，应该说石灰石较为恰当。

3.2 加强筋选择

通常砼中的加强筋为钢筋，显然盾构的刀具无法掘削钢筋，故必须寻求新的材料制作加强筋。使用新的加强筋时，应保证砼结构的刚性、抗压强度、粘接强度等物理特性。此外，新的加强筋还必须是盾构刀具容易将其掘断的材料。由试验比较发现，碳素纤维筋和玻璃纤维筋的强度和掘削性均较好，是一种两者兼顾的加强筋材。但由于碳素纤维筋的价格远高于玻璃纤维筋，因此本工程选择玻璃纤维筋替代洞口连续墙的普通钢筋。

4 盾构始发洞门处地下连续墙施工技术

4.1 总体施工方案

地下连续墙深41m，厚1m。盾构开洞口范围内有3付(总宽12.6m)的地下连续墙。连续墙开洞处钢筋笼全部采用玻璃纤维筋，即开挖轮廓线左右各0.3m、上下各1.5m范围内，具体如图1所示。每幅槽孔的钢筋笼均分为上中下三节加工，分节下放钢筋笼，接头处采用U型卡连接牢固。用泥浆下直升导管法浇筑砼，砼浇筑在洞口上下各3m范围内全部采用以石灰石为粗骨料的细石砼，且砼强度等级为C20，其余范围采用C30砼。

4.2 槽孔开挖

地下连续墙槽孔开挖采用旋挖钻机配合液压抓斗成槽。

4.3 钢筋笼加工及吊装

地下连续墙钢筋笼长41m，钢筋笼分三节加工吊装。底部一节为普通钢筋笼长11.545m，洞门部分采用玻璃纤维筋笼长16.97m，洞门顶部一节为普通钢筋笼，长16.485m，其钢筋笼主筋接头均搭接1m。玻璃纤维主筋和普通钢筋主筋之间采用U型卡连接，玻璃纤维箍筋之间采用细铁丝绑扎，玻璃纤维筋钢筋笼配筋见图1所示。

由于碳素纤维钢筋的抗剪切强度很低，钢筋笼属于柔性结构，在起吊之前必须对钢筋笼内外两侧安装“井”字型钢管骨架进行加固，防止吊装过程中玻璃纤维筋受剪切断裂。加固使用的钢架在钢筋笼下放过程中逐步拆除。钢筋笼加固如图2所示。

如果在起吊过程中发生吊点脱落或加固钢架变形致使起吊无法继续时，必须将钢筋笼放回平台重新加固完成后再继续起吊。钢筋笼吊装见图3所示。

4.4 砼浇筑

砼采用泥浆下直升导管法浇筑。砼塌落度控制在220mm，并优化配合比，保证砼的扩散度。必须控制好C30和C20两种强度砼界面的高度。

5 始发端头处理措施

由于玻璃纤维筋与普通钢筋接头处抗拉力强度较低，而在始发洞门处的地下连续墙采用C20砼，因此为保证始发井开挖的安全性，在始发洞门前端施做两排素桩。素桩长为34.62m(竖井开挖深度为31.62m)，桩径为1.0m，桩间距为2.0m，成梅花型布置，共计19根素桩。素桩采用M10砂浆灌注。如图4所示。

6 结束语

采用NOMST新技术进行盾构洞门施工后，北京地下铁路直径线盾构顺利始发，节约了盾构始发洞门破除时间，提高了工程施工效率，特别针对该工程环境的复杂情况，避免了盾构始发的工程工风险，为类似新材料、新方法在盾构工程的应用提供了范例。

参考文献

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[3]陈馈,洪开荣,吴学松.盾构施工技术[M].北京:人民交通出版社,2009.

大直径盾构 篇6

虹桥综合交通枢纽仙霞西路隧道从新建机场滑行道下方穿越,盾构由场西工作井出发,向场东工作井推进,全长约1 040 m。隧道采用单层衬砌,管片环宽1.50 m,外径11.36 m,壁厚500 mm。管片环均匀地分为8块,每块管片中心角为45°;环间采用错缝拼装。盾构出洞隧道坡度为-5%,进洞坡度为5%,进出洞口盾构顶覆土厚均为7 m。盾构进入工作井后向东下穿机场西、东侧2处绕滑道,7条机场排水沟,2座导航灯;西侧绕滑道处覆土厚度为9.88 m,东侧绕滑道处覆土厚度为10.99 m(见图1)。

2 地质条件

根据地质资料,拟建场地为深度在77.30 m范围内的地基土,主要由黏性土、粉土和砂土组成,属晚更新世Q3时期以来的沉积层。仙霞西路隧道穿越的地层主要为④层灰色淤泥质黏土与⑤1层灰色黏土,主要的特点为高含水量、高压缩性、低强度、高灵敏度,具有较明显的触变、流变特性,在动力的作用下,极易破坏土体结构,使强度骤然降低。

3 控制机场绕滑道路面沉降的技术指标

1)机场绕滑道路面结构为黏土上铺460mm厚的水泥碎石,上面是380 mm厚的钢筋混凝土板。

2)要求在施工阶段1a保质期内,施工区域与周边产生的差异沉降≤10 mm;工后阶段,施工区域与周边产生的差异沉降≤50 mm;沉降差异≤0.1%。

4 有限元计算滑行道的变形

计算采用PLAXIS2D有限元软件二维平面应变15节点单元模拟。地基土包括4个不同土层,分别采用软土弹塑性本构模型与Mohr-Coulomb理想塑性本构模型;隧道衬砌采用板单位模拟,材料为线弹性;土孔隙水压力分布是静态水压,水位位于地表以下0.5 m。

取断面BK2+400、BK3+340计算,水平向100 m,深度93 m,覆土深度分别为9.88 m、10.99 m,四周边界约束水平位移,底部边界约束水平和竖向位移。

盾构推进对跑道的变形计算结果见表1。

mm

由计算结果可知,当盾构推进的地层损失率为0.5%时,不能满足机场绕滑道工后沉降10 mm(施工阶段)的要求;当地层损失率为0.2%时,可以满足要求。因此,盾构在穿越机场绕滑道时,必须严格控制地层损失率在0.2%以内。

5 控制机场绕滑道路面沉降的技术措施

5.1 设备改制

仙霞西路隧道采用ϕ11.58 m泥水平衡盾构施工,因刀盘上的24把周边刀较盾构理论直径单边各偏大1 cm,为减小地层损失率,采用调整刀头根部尺寸的方式将刀头内缩,使其与盾构机外壳保持平整,控制地层损失率不超过允许范围。刀盘示意图及刀头局部放大图见图2、图3。

5.2 盾构施工参数的控制

1)盾构在穿越机场绕滑道时,采用PMS高分子泥水体系来优化泥水性能,严格控制泥水密度。因PMS泥水体系具有很好的悬浮和携带土体的能力,能确保开挖面的稳定,防止地面沉降。

2)切口水压按照理论上限值设置,且将切口水压波动幅度控制在0.01~0.02 MPa。根据实时的沉降监测数据及时调整切口水压设定值,确保开挖面稳定,进而控制土体沉降。

3)在穿越绕滑道过程中,盾构的掘进速度控制在10 mm/min以内(常规控制在20 mm/min以内)。根据监测资料及时调整推进速度,以保证开挖面的稳定,减小盾构推进对周边土体的扰动。

4)根据盾构直径和推进长度可计算得出每环管片的理论出土量,严格控制每环管片的出土量,误差控制在±0.5%以内,避免超挖或欠挖。

5)同步注浆采用管片壁后注浆。浆液为抗剪型、高比重、缓硬的单液浆,浆液环间充填因数为1.4。每块管片设有4个注浆孔,每环管片共计32个注浆孔,注浆点数为4点注入。隧道内采用驳浆车运输浆液,注浆泵的额定注浆流量为17 m3/h;有独立清洗管道。及时调整注浆量和注浆压力,确保注浆速度和盾构推进速度同步。

6)如同步注浆无法满足地面沉降的要求,则进行二次注浆。二次注浆在离盾尾8~10环的位置进行,采用双液水泥浆,注浆量和注浆位置根据地面沉降情况确定,应多点、多次、少量、均匀进行。

6 施工监测

6.1 测点布置

1)每9环布设1组横断面监测点,距轴线距离分别为1、3、7、12、20 m(见图4)。

2)在绕滑道区域隧道轴线上,每环布置1个沉降监测点,测点埋深为距隧道顶部2 m左右。

6.2 沉降曲线分析

在绕滑道区域,每环布置1个测点,沉降点具体埋设深度为隧道轴线上沉降点与隧道顶部距离控制在2 m左右。以南线绕滑道断面为例,选取5个典型断面,36~57环为绕滑道范围,沉降曲线详见图5。

通过图5可知,南线盾构在西绕滑道区域推进时,绕滑道上测点沉降控制较好,沉降和隆起幅度都能够控制在10 mm之内。绕滑道现场观察,也没有发现明显的裂痕,可以认为南线穿越绕滑道是比较成功的。

7 结语

大直径盾构 篇7

根据国内外盾构施工经验,在大直径盾构隧道设计中通常将盾构始发和到达段的隧道覆土设计为0.6倍~0.8倍隧道直径的浅覆土始发和掘进,并采用增加延长洞门、水下到达等措施以规避盾构始发和到达期间的施工风险。如翟志国的《城市大直径泥水盾构始发技术浅谈》、李振武的《大直径泥水盾构始发技术》等。

但是目前国内外尚未有隧道埋深小于0.5倍隧道直径的、复杂周边环境条件下的大直径泥水盾构成功经验。

1 工程概述

1.1 工程概况

杭州环城北路地下通道工程沿环城北路、艮山西路呈东西向展布,全长约2 480 m,道路等级为城市快速路,双向四车道。地下隧道建设采用法国NFM公司生产的泥水平衡盾构机,其中南线盾构长度1 410 m,北线盾构长度1 275 m。

盾构隧道纵坡采用“V”字形分布,其最大设计纵坡为5.5%(如图1所示),盾构始发段最小覆土3.4 m,到达段最小覆土6.3 m,正常掘进段覆土2.9 m~13 m,其中盾构下穿东河段河床底到隧道顶净距仅2.9 m、盾构下穿闸弄口地道段隧道顶与地道底净距仅0.6 m,施工范围内地下水埋深1 m~2 m。

1.2 工程地质水文条件

盾构隧道主要穿越的地层包括粉砂、砂质粉土、砂质粉土夹粉砂、淤泥质粉质粘土、淤泥质粉质粘土夹砂质粉土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粉质粘土夹粉质粉土层,属上软下硬。

施工区域内地下水位埋深约1.05 m~2.8 m。

1.3 周边环境

盾构始发井位于繁华的主干道艮山西路与凯旋路交叉口,且始发范围管线繁多、密集,主要有承插式Ф 500给水管、承插式Ф 300燃气管线、20世纪80年代修的Ф 1 800污水干管、通信等市政管线以及国防通信管线。

2 端头加固

2.1 以往案例

1)杭州庆春路过江隧道工程。

端头加固范围设计为纵向长12 m、横向加固至隧道外侧3 m、竖向由地面加固至隧道底以下3 m。当盾构机刀盘出加固体后,隧道掌子面土体出现失稳塌陷,在地面形成深约1 m、半径约4 m的塌陷沉降区(如图2所示)。

2)杭州运河隧道。

端头加固范围设计为纵向长度由原设计7 m调整为13 m、横向加固至隧道外侧3 m、竖向由地面加固至隧道底以下3 m。盾构机刀盘出加固体并建立正常泥水压力后洞门密封突然泄露,致使泥水压力突变,掌子面土体失稳坍塌,盾构机刀盘被埋(如图3所示)。

2.2 加固方案确定

由于杭州环城北路地下通道工程盾构始发施工环境复杂,始发段掘进层依次为(2)-3砂质粉土、(2)-4砂质粉土、(3)-1粉砂、(3)-2砂质粉土,以砂性土为主,透水性较强。

为避免再次出现始发期间地面塌陷,根据盾构机的长度和浆液注浆压力、扩散半径等参数,综合考虑研究,将本项目的盾构始发和到达端头加固范围确定为端头加固范围纵向长15 m,竖向由地面加固至隧道底以下5 m、横向加固至隧道两侧各5 m,如图4所示。

同时考虑到南线隧道盾构始发端头覆土仅3.4 m且位于十字路口,增加一个38 m长的次加固区,以确保盾构在超浅覆土工况下安全、顺利始发穿越主干道交叉口,同时使隧道覆土达到6.5 m,满足正常建立泥水压力要求。

2.3 工艺确定

盾构始发端头位于主干道艮山西路与凯旋路交叉口,并横穿整个路口,且路口上方有高架桥横跨施工范围,同时加固范围内华数、电信、移动、联通、国防、长途等各市政通信管线需就地保护,经综合研究考虑各工法的施工设备、成本、工期等因素决定采用Ф800@600三重高压旋喷桩加固。

3 洞门密封系统

为确保本项目盾构机在社会环境、施工条件更加复杂的情况下顺利安全地始发,洞门密封系统采用两道密封方案,具体如下:

1)第二道密封。第二道密封由预埋洞门钢环、帘布橡胶板、折页压板等组成,其中预埋洞门钢环采用16 mm钢板焊接加工制作成“L”形,洞门钢环面板宽70 cm、内径12.1 m、厚度与工作井侧墙厚度相同,通过锚固钢筋预埋在工作井侧墙内,同时为防止钢环在吊装期间变形,在钢环的内弧面设置槽钢加固、外侧间距40 cm焊接一个加强板。

在钢环焊接安装完成及工作井结构侧墙钢筋绑扎完成后,根据事先确定的位置预埋注浆管,共8处(壁厚4 mm),沿圆环均匀布置。

2)第一道密封。第一道密封由延长洞门钢环、帘布橡胶板、折页压板等组成,其中延长洞门钢环采用16 mm钢板焊接加工制作成“L”形,延长洞门钢环面板宽40 cm,内径12.9 m,厚度60 cm,通过焊接固定在预埋洞门钢环的面板上,同时为防止钢环在吊装期间变形,在钢环的内侧、外侧间距40 cm焊接一个加强板。

洞门密封系统总体方案见图5。

4 端头降水

根据地质水文条件,在始发工作井端头周边布置16口疏干降水井降低地下水位,弥补端头加固可能存在的缺陷,降低洞门破除期间及盾构始发期间涌泥涌水的概率,以确保施工安全。

5 始发参数设定

5.1 泥水压力设定

盾构机在加固体内掘进时,泥水压力以满足泥浆循环为主,因此泥水压力设定为0.4 bar。盾构机出加固前并在洞门注浆封堵完成后,根据隧道埋深计算的泥水压力进行设定,并根据监测数据实时调整泥水压力以确保地面沉降稳定。

5.2 泥浆质量

为加强对正面土体的支护,防止地面冒浆,在粉砂层和粉土层中掘进时,由于粉砂层稳定性差含泥量低,故采用重浆推进。泥水比重控制在1.15 g/cm3~1.25 g/cm3之间,粘度控制在25 s~35 s之间。

5.3 掘进与控制

为防止排泥管路吸口堵塞、控制推进轴线、保护刀具、刀盘,始发时推进速度不宜过快,控制在20 mm/min以内。掘进时,随时观察刀盘扭力变化情况,及时调整推进速度。进入正常阶段掘进速度控制在30 mm/min左右,参考泥浆循环能力,使之相协调。

5.4 洞门注浆封堵时机

盾构机主机长11.65 m,加固区长15 m,连续墙厚1 m,结构侧墙厚1.2 m,因此盾构机停机注浆封堵位置定在加固区13.5 m处,即盾构机在加固体内掘进13.5 m时,盾尾已进入加固体1.5 m(盾构机底部距洞门最近)、远离第一道密封3.6 m、第二道密封4.2 m。在该处停机既可降低洞门密封注浆对盾尾的影响,又可在未正常建压情况下确保地面交通安全。

6 信息化施工

6.1 盾构掘进参数的信息化

通过盾构机信息监测平台对盾构机进出浆液比重、流速、盾构机轴线偏差、推进速度、推力等各项施工参数实施在线监测,随时掌控各项参数的变化情况,并实时予以调整。

6.2 施工监测的信息化

监测是施工的眼睛。通过监测及时发现施工过程中因参数设置不当引起的地面沉降、隆起等变化,并将监测数据及时分析反馈给施工现场,针对性调整参数。

7 主要结论及后续进一步提升空间

7.1 主要结论

1)端头加固范围纵向长度以大于盾构机主机长度3 m为宜。

2)创新了盾构始发洞门密封系统。

3)通过降水辅助措施,进一步降低了洞门破除和盾构始发期间突发涌水、涌砂等险情发生的几率。总结出了杭州地区盾构始发降水原则:盾构始发掘进断面内地质为粉砂土,地下水位降至隧道底2 m范围为安全水位;盾构始发掘进断面内地质为粉砂土和淤泥粘土,地下水位降至淤泥粘土为安全水位。

4)提出了针对性的繁华城区超浅覆土(最小埋深3.4 m)大直径泥水盾构始发掘进参数及注浆参数。

5)信息化施工的及时反馈,可促使盾构机司机及时调整参数,进一步增强盾构施工的安全系数。

7.2 后续进一步提升空间

理论上,洞门密封系统隧道管片为同心圆,但由于隧道始发坡度以及盾构机轴线偏差、洞门钢环安装误差等因素影响,使得管片与洞门密封系统形成偏心,造成部分折页压板无法起到应有的作用,甚至在同步注浆压力作用下折页压板翻出从而酿成事故。

在负环管片外弧面预埋钢板,待盾构机盾尾全部进入洞门密封系统后,用钢板将洞门与管片进行焊接连接。在后续施工中将在这方面进一步提升改进。

摘要：以杭州环城北路地下通道工程为依托,从端头加固、洞门密封系统、断头降水、始发参数设定、信息化施工等方面,就大直径泥水盾构覆土厚度小于0.5倍隧道直径工况下的始发技术进行了系统的总结,为后续类似工程施工积累了经验。

关键词：大直径泥水盾构,洞门密封系统,端头加固,施工监测

参考文献

[1]翟志国.城市大直径泥水盾构始发技术浅谈[J].工业技术,2009(4):122-124.

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[3]刘建航,侯学渊.盾构法隧道[M].北京:中国铁道出版社,1991:98-104.

[4]林存刚,张忠苗,吴世明,等.软土地层盾构隧道施工引起的地面隆陷研究[J].岩石力学与工程学报,2011,30(12):2583-2592.

[5]袁细军.粉砂地层盾构到达及始发端头降水技术[J].城市建设理论研究,2013(12):23-24.

大直径盾构 篇8

大直径盾构圆隧道在地下空间开发的广泛利用,其相关设计课题也逐步成为设计和施工的焦点。其中,特别大直径盾构圆隧道泵房的设计和施工,是一个较为复杂的过程,通常设计中有三种方法:(1)在双管隧道间采用加固法,使用浅埋暗挖法进行泵房施工,如图1所示;(2)单管隧道最低点采用特殊管片,待隧道完成后向下开挖形成泵房,起到抽排水功能,如图2所示;(3)单管隧道最低点利用预制构件及其周边空间设计,现浇混凝土形成泵房,如图3所示。

泵房的施工在隧道施工中是不可缺失的一项任务,其实施时间和空间影响巨大,将导致隧道内材料运输无法进行,科学合理安排施工时间和工序是施工中必须考虑的内容。

2 大直径圆隧道泵房施工实践

以迎宾三路隧道工程为例,其所采用的泵房形式如图3所示。施工中,考虑了两个方面:(1)盾构施工期间的泵房一期施工,必须严格制定施工方法保证盾构施工的正常进行;(2)在盾构推进后实施的泵房后期施工,必须考虑时间的因素,以便为后续工序提供足够的运输空间。泵房的位置及断面形式如图4、图5所示。

2.1 盾构推进间的泵房一期施工

考虑到盾构施工的适用性,通常情况下在泵房位置处进行预制构件与钢结构复合,泵房预制件两侧在盾构机推进过程中安装钢结构,满足盾构机车架通过。盾构推进结束后,泵房二次施工中需吊运预制构件,由于中板完成后的下层净空不满足大型机械吊装条件,一般考虑将预制件凿除后进行短途运输,通常情况下,泵房二次施工周期为42天~49天。具体施工流程如图6所示。

在迎宾三路隧道工程中,泵房分为两段(12m+8m)现浇混凝土结构,间距为42m。

施工中,将预制构件替换为两侧现浇结构复合预制混凝土板结构(如图7所示),为后期施工节约了大量预制件两侧混凝土凿除和预制构件吊运的时间。同时,考虑预制混凝土板在隧道内吊装的实际困难以及隧道内运输车辆的载重量,将板的尺寸设置为2000×1000×300,主筋设置为22,单块重约为1.5t,方便小型起重设备吊装和拆除。

2.2 盾构完成后的泵房二期施工

在盾构机拆除完成之后进行泵房二期施工,具体流程如图8所示:(1)吊除预制板;(2)按照设计标高制作泵房的顶板和下层路面结构。

在施工中,拆除预制板消耗4天时间,剩余工作量仅包含:(1)接高侧墙300mm;(2)现浇顶板300mm。12天便完成了隧道内两段泵房,考虑其跨度仅4.2m,增加养护措施7d后混凝土强度达到设计强度的75%,可满足小型运输车辆通过,大大提高了隧道内部空间的利用率。

此次泵房施工与常规方法相比较,节约口字型预制件8个,30mm成品钢板84.6m2,460mm高609钢管支撑22根,30#H型钢115m,总计节约材料及人工费约为45万,更为直接的是为后续施工提前实施提供了较好的基础,实施效果良好。

3 结论与展望

大型盾构圆隧道的泵房施工是制约施工进度的一个重要环节。设计与施工方法相适应的结构形式可以很大程度上减轻施工进度压力,实际过程中单管隧道采用预制件现浇泵房为较好的设计方案。在施工过程中,可以按照上述思路进行调整,可以更为快捷的完成施工任务。此外,对此方法可以进一步改进的设想:(1)盾构设备上增加可以辅助结构施工的吊装设备,在泵房一期施工中,将解决人工搬运材料效率低的矛盾;(2)基于自动控制原理,开发适应性较强的隧道内专用运输和起重设备,将明显缩短隧道内现浇结构的建造周期;(3)提高泵房结构预制构件的使用率,可提高隧道运输空间的利用率。

摘要：大直径盾构圆隧道在地下空间开发的广泛利用,其中泵房的设计和施工的适应性会对工程整体工期造成影响。在简述三种泵房形式的基础上,以迎宾三路隧道为例,将设计图纸与施工措施较为紧密的结合,实现了工期进度控制和成本控制的双赢。最后,对圆隧道泵房施工方法提出若干改进的设想:(1)盾构设备上增加可以辅助结构施工的吊装设备;(2)基于自动控制原理,开发适应性较强的隧道内专用运输和起重设备;(3)提高泵房结构预制构件的使用率。

关键词：大直径盾构圆隧道,泵房,施工技术

参考文献

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[2]吴申.提高建筑施工管理软肋---施工安全的重要性[J].中国科技纵横,2011(6).

[3]曹建军.浅谈建筑施工管理存在的问题及对策[J].城市建设理论研究(电子版),2011(21).

大直径盾构 篇9

盾构法施工具有快速、安全、沉降小等诸多优点, 已被越来越多的人们所认可。随着科学技术进步、综合国力的增强以及我国地铁、公路、铁路等基础建设的飞速发展, 大断面盾构已越来越多地应用于城市地下工程。但在城市繁华地段组织盾构施工不可避免的会受到地面建筑物、桥梁、河流、既有地铁等原有建构筑物的影响, 保证既有建构筑物的安全是施工过程中的重点。为此在盾构穿越之前, 采取科学、合理的加固措施对既有建构筑物进行保护是一种行之有效的方法。

1 工程简介

北京铁路地下直径线工程为连接北京站和北京西站两大铁路枢纽的铁路隧道工程, 位于北京市中心区。隧道全长6282m, 其中5175 m隧道采用盾构法施工。盾构法隧道采用Φ11.97m膨润土-气垫式泥水加压平衡盾构机施工。

2 盾构穿越护城河段周边环境介绍

2.1 护城河段地质情况描述。

盾构隧道开挖面顶部标高为+30.5m, 河床底部标高为+38.3m。隧道覆土7.8m。根据地质报告, 隧道断面范围内主要为卵石层, 覆土主要为粉土及细砂层。本地质段主要是孔隙潜水, 水位标高为+21.3~21.7 (水位埋深为23.13~24.31) 。

根据地质勘察报告, 西护城河河底为衬砌结构, 未发现河水下渗等情况, 对地下水无补给关系。

2.2 护城河段周边环境简介。

盾构隧道下钻护城河段的里程范围为DK6+688.4~DK6+711.4, 长23.0m, 位于天宁寺桥2#匝桥的北侧。

该段隧道位于直线上, 线路纵坡为向北京西客站10‰的上坡, 隧道顶高程为30.214~30.444m, 护城河河底高程在2006年再生水管施工前为38.94~39.75m, 2006年再生水管施工后为38.3 (现场实测) ~39.75m, 河底最低点下挖了至少0.64m, 隧道顶覆土再生水管施工前最小为8.496m, 再生水管施工后最小为7.856m。

同时盾构在穿越护城河底时将近距离通过地下管线, 其中有再生水管Φ900mm, 沿垂直隧道方向, 材质为PE管, 距离盾构顶面4.62m, 覆土2.35m, 两条煤气管线Φ300mm, 沿线路方向, 材质为钢管, 距离盾构顶面6.7m, 覆土0.85m。两条热力管线Φ800mm, 材质为钢管, 沿盾构隧道掘进方向架空通过。护城河区域如图1所示。

3 加固措施

3.1 总体加固方案。

由于盾构隧道下钻护城河段隧道顶覆土最小为7.856m, 小于一倍盾径以上覆土的要求, 故盾构施工期间可能会发生河底冒浆造成掌子面前方泥水压力丧失导致河底土层沉降或坍塌、隧道上浮、隧道磕头等风险, 为确保施工安全, 需要采取加固措施。

将盾构通过护城河范围分两个区域进行围堰, 利用抽水机将围堰内水抽干, 然后进行冲孔灌筑隔离桩施工, 灌筑桩施工参数φ800@1000、C30混凝土;开挖地下天然气管线, 采用管箍的形式对管线进行保护, 并且将管箍延伸至地面, 接着进行回填夯实, 保证回填土的密实。盖板顶高程设计与河底以及桥梁承台高程一致;将河床底部清理后, 施做混凝土盖板, 盖板采用C35混凝土浇筑, 厚度为80cm;盖板的尺寸为23m (河宽度方向) ×36m (水流方向) 。整个施工过程按照围堰分幅区域分两个施工段完成。

3.2 围堰施工措施。

盾构穿越河段与泄洪道相连, 具有调蓄、输水、排洪功能, 且有河湖部门河道清污船过往, 因此施工时不能断流, 围堰分两期施工, 待一期围堰干槽内的孔桩、盖板施工完毕后, 在河道另一侧搭设二期围堰, 进行剩余施工, 工程完毕后围堰即可拆除。

经过现场实地勘察, 采用“U”型钢框架、架子管框架、以及麻袋围堰形成的组合围堰, 围堰架构如图2所示。

围堰每侧再各留出4m (河道内混凝土盖板宽度为36m) , 同时围堰的斜撑和抽水泵坑等位置需8m宽度, 综合以上因素考虑, 纵向围堰按60m计算, 考虑流态, 封端围堰按45度角布置, 单侧封端总长度为37.3m。根据工程需要一期总长195m, 两期共长390m。

3.3 热力管线及桥墩保护——隔离桩施工。

对天宁寺桥及热力管线采用隔离桩保护, 盾构两侧施做两排冲孔灌筑隔离桩, 桩径为Φ800mm, 桩间距为1000mm, 受地下管线的限制, 在管线位置错开, 保证500mm的安全距离。桩长为23.72m, 距盾构开挖轮廓线水平距离1m, 共计38根, 具体布置见图3所示。

3.4 防止河底冒浆措施——盖板施工。

盖板范围考虑河堤宽度、隧道埋深及沉降曲线情况, 盖板范围长度取护城河河底的宽度23米, 宽度为隧道轮廓线外36m, 砼盖板厚度为80cm。盖板与隔离桩桩头浇筑在一起形成一个整体, 具体范围如图4所示。

混凝土强度等级为C35, 采用泵送方式浇筑。盖板主要是防止泥浆冒顶, 因此必须保证混凝土的密实性。

3.5 煤气管线保护——管箍施工。

为了防止天然气管线由于盾构通过而导致地面下沉过大产生破坏, 对天然气管线采用管箍进行保护。管箍共设2个, 设计间距为6m。

管箍采用厚度为6mm的钢板根据天然气管线的管径自制, 在管箍与天然气管道间垫软橡胶垫, 以防护管箍与管子间应力集中而导致管线破裂。并且管箍通过钢丝绳延伸至地面并锚入混凝土盖板中。使管箍对煤气管线的约束为柔性约束, 更加有效的对煤气管线进行保护。

为保证管箍能够牢固的锚入混凝土盖板中, 并使盖板能充分约束煤气管线的变形, 考虑对煤气管线上方一定范围内的盖板进行配筋, 配筋范围南北方向取煤气管线外边缘向两侧延伸1m, 东西方向通长整个盖板区域。钢筋选用φ16钢筋间距20cm, 单层网格布置。

结束语

经过精心准备和科学施工, 北京铁路地下直径线工程护城河加固施工已完成, 目前盾构已顺利穿越护城河。监测数据显示盾构施工周边设施沉降量控制在允许范围之内, 加固效果良好, 保证了护城河及护城河周边建构筑物的安全。通过不断总结和摸索, 使大断面盾构在城市复杂地段施工技术不断成熟, 为类似工程地质的大断面泥水盾构施工总结了可借鉴的经验。

参考文献

[1]Φ11.97m膨润土-气垫式泥水平衡盾构机技术操作规程.

[2]楼如岳.最新泥水盾构施工技术[J].上海隧道股份.

[3]刘建航, 侯学渊.盾构法隧道[M].北京.中国铁道出版社, 1991.