地铁施工盾构法（精选十篇）
地铁施工盾构法 篇1
1 城市地铁盾构法的概述
1.1 城市地铁盾构法的历程
城市地铁盾构法施工是近10年才发展起来的新型技术, 在不断地应用中城市地铁盾构法得到了长足的改进和提高, 这使得城市地铁盾构法更加适于城市地铁轨道的建设, 并逐步取代传统的挖掘方式成为城市地铁施工的主要技术。当前城市地铁盾构法在各主要城市的地铁建设中有着广泛应用, 特别是在平原地区的城市地铁轨道的建设中, 城市地铁盾构法具有效率和安全上的集中优势。随着我国城市化的推进, 人口会向中心城市形成聚集效应, 作为城市公共事业建设者应该未雨绸缪, 要对城市地铁交通网络的建设有所预期, 特别是要做好城市地铁盾构法的研究和应用工作, 以便在未来的城市地铁网络的建设中更好地应用此项技术, 实现对城市发展和人们交通需要的快速、高效的满足。
1.2 城市地铁盾构法的原理
盾构机是城市地铁盾构法的主要机械设备, 盾构机主要由挖掘系统、稳定支撑系统和注浆系统组成, 其主要功能是在盾构机不断向前挖掘的过程中通过支撑和稳定来保护挖掘的孔洞, 在盾构机的尾部以注浆施工对隧道围岩进行加强, 进而达到城市地铁隧道的挖掘、支撑和加强作用。
1.3 城市地铁盾构法的特点
一方面, 城市地铁盾构法的环境影响小, 特别是盾构法在施工过程中没有较大的震动和噪音, 这会使城市地铁盾构法可在各种环境和条件下进行, 有利于提高城市地铁建设的速度。另一方面, 城市地铁盾构法的精度高, 盾构的运行以机械工程、测量工程、自动控制工程作为基础, 可以确保盾构法施工的精度。此外, 城市地铁盾构法节约成本, 在盾构法施工过程中可以通过熟练相关技术和操作降低人工和管理成本, 并且会在长期的施工中达到摊薄盾构机成本的作用。
2 城市地铁盾构法的主要技术要点
2.1 盾构机进出施工场地的技术要点
首先, 盾构机在进入施工洞的时候要对相关技术要点和参数进行确定, 要对进洞技术进行严格控制, 这是确保盾构机进洞和施工的重要基础。在施工中要对盾构机轴线进行不断修正和纠偏, 这样有利于确定隧洞的方向和长度。盾构机在出洞前要做好准备工作, 要对出洞的技术和条件进行审查和控制, 以确保对盾构机的防护。
2.2 盾构机掘进施工的技术要点
盾构机掘进是整个城市地铁施工的重点环节, 也是建设城市地铁工程的技术要点, 盾构掘进过程是盾构机进出洞之前的主要工作, 主要施工原则是减小盾构施工对周围环境的影响, 减少对周围土体的扰动, 技术关键是保持盾构开挖面的稳定。盾构掘进阶段对盾构姿态的控制始终是重中之重, 主要由十个参数控制, 包括注浆量与方式、盾构坡度、盾构姿态等。施工中相应的现场实测手段是参数优化与匹配的前提, 可以结合地表沉降观测进行参数优化试验, 实现盾构开挖面的稳定。
2.3 不良地质城市地铁盾构法施工的技术要点
城市地铁建设中可能会出现对不良地质层面的穿越, 比较常见的类型是淤泥质黏土或淤泥质粉质黏土等软土地层, 在应用城市地铁盾构法施工时需要采取特殊的施工技术来应对。一方面可以适当提高土舱压力, 防止正面土体液化;另一方面可以适当向土舱内加泥, 防止喷砂, 进而在确保城市地铁盾构法施工安全的基础上, 提升城市地铁盾构法施工的效率。
3 结语
城市地铁盾构法施工具有综合性优势, 是一种具有安全性和高速度的城市地铁施工方法, 城市地铁施工单位要在机械工程、工程测量、定位和控制技术等方面加强研究, 以便有效提高城市地铁盾构法施工的技术运用, 进而达到城市地铁施工的质量目标。当前, 应该展开盾构的进出、盾构的掘进和不良地质施工等方面的控制, 使城市地铁盾构法能够更好地发挥优势, 为地铁建设和城市交通发展做出必要的技术支撑和基础性贡献。
摘要：为了缓解城市交通方面的压力, 城市地铁轨道交通成为当前重点建设工程, 城市地铁并逐步成为城市交通网络和重要出行方式。城市地铁的建设常用盾构法进行施工, 这是当前城市地铁施工企业必须熟练掌握的技术, 本研究就是根据地铁施工盾构法的实际应用, 展开了地铁施工盾构法的相关研究, 在提出地铁施工盾构法原理和特点的基础上, 对盾构进出、盾构掘进、穿越不良地质等方面进行了思考, 实现了行业应用地铁施工盾构法的基础性研讨。
关键词：地铁施工盾构法,城市地铁,原理,盾构进出,盾构掘进,不良地质
参考文献
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地铁施工盾构法 篇2
关键词：地铁隧道;盾构法;施工质量
一、盾构技术概述
盾构法施工，就是利用有特定形状的盾构掘进机钢制构件，按照设计的隧道轴线通过挖掘土体向前掘进，完成隧道土体开挖和管片拼装，进而完成隧道开挖支护的施工技术。在刀盘开挖土体阶段，钢制构件用来维持土体稳定、保护作业人员安全施工。当使用盾构机修建地下隧道时，盾构法施工基本原理是根据隧道埋深和地质情况，在土仓建立一定的土仓压力，利用土舱压力或者泥水压力来平衡掌子面的水土压力，以此保证掌子面稳定;选取合理的掘进参数，进行隧道开挖，确保刀盘开挖土体和推进施工时掌子面稳固，力求把对岩体的扰动降到最低，尽最大可能降低对地面建构筑物和地下管线等设施的影响。盾构施工过程中，通过同步注浆和二次注浆，填充施工空隙，控制沉降，确保施工安全和质量。
随着盾构施工技术发展，盾构机的种类和开挖直径呈现多样化，如盾构有土压平衡式、泥水平衡式、双护盾、矩形盾构机等。在城市地下隧道施工中，目前主要使用土压平衡和泥水加压平衡盾构，在一些地质情况复杂的地层中，也能够很好地满足施工技术规范要求。
二、地铁隧道盾构法施工质量控制重点及措施
1、管片渗水的原因及处理措施
目前，在建和已投入运营的轨道交通隧道结构均普遍出现管片渗漏水病害。通过调查发现，渗漏水主要集中在管片的环、纵拼接缝处，手孔螺栓处，以及管片贯穿裂纹处。在建设过程中若出现下列问题，则管片会出现不规则裂缝和止水带破坏，地下水通过止水带间隙从管片拼接缝、螺栓手孔及裂纹处渗出。
1.1 管片渗水的原因分析
①管片自身质量缺陷
在管片生产过程中，设置密封垫的沟槽部位混凝土不密实有蜂窝、气泡等缺陷，管片拼装完成后，地下水绕过密封垫，从蜂窝、气泡孔处渗漏进来。
②管片止水条脱落
在拼装过程中，管片发生了碰撞，使止水条脱落或断裂，使密封垫没有形成闭合的防水密封圈。
③ 管片背衬注浆不饱满
盾构掘进中盾尾同步注浆量不足或注浆不及时，会造成管片背衬空隙填充不密实，管片与地层间隙积水，若管片密封条贴合不紧密，水压使密封垫压实较薄弱的位置出现渗漏现象。
④盾构与管片的姿态不好
盾构与管片的姿态不好，与轴线偏差大，会影响管片拼装质量，造成管片错台，止水带错位，相邻管片止水带不能正常吻合压紧，从而引起漏水。
⑤掘进过程中推力控制不当
掘进过程中姿态纠偏过快，推进油缸液压千斤顶推力差过大，易造成管片受力不均匀、局部受压过大，导致管片产生破损、裂纹、贯穿性裂缝等，以致产生渗漏水。
⑥ 管片拼装质量控制不严格
管片拼装时，盾尾积水积渣未清理干净，管片止水条区域存在破损，管片止水带错位、断裂及遇水膨胀止水条失效等，均会导致拼装出现空隙形成漏水;管片螺栓紧固不到位，管片防水圈没有压实，或过早紧固管片螺栓，都会导致管片整体出现空隙，也会造成渗水。
1.2 渗水质量缺陷预防及渗水堵漏措施
1.2.1 掘進和管片拼装过程严格把控
盾构掘进过程中，选取合理的推力等掘进参数，控制姿态与隧道轴线拟合，做好同步注浆压力和注浆量满足要求，严格把关管片生产质量和拼装过程，能够有效的防止管片拼装完成后产生渗漏水。
1.2.2 二次补浆
对存在漏水的管片首先进行二次补浆，二次补浆能够在根本上堵住渗水通道。二次补浆首先采用单液浆，注浆压力控制在一定范围内，观察堵漏效果;效果不明显后注双液浆，注浆压力可以稍微提高。
1.2.3 环纵缝注浆堵漏
当二次补浆后环纵缝仍然存在漏水时，采用注浆进行封堵。注浆措施如下：对环向缝和纵向缝全部采用快干高强度砂浆（含环氧树脂类成分）封闭，为后面灌浆做准备，封闭的时候向内凹进去1-2厘米深的弧形;再在漏水缝上垂直钻孔到止水条处，钻孔间距每米2-3个，同时装上专用注浆嘴，用高压灌浆设备向接缝内灌浆，浆料优先采用环氧树脂，灌浆压力控制在一定范围内，以压满整个接缝为准。
2、管片错台的原因及处理措施
管片错台是拼装好的管片同一环各片，或者是相邻环管片之间的内弧面不平整。人为操作控制不当和管片受力不均匀等都会产生管片错台。
2.1 错台产生的原因
管片错台产生的原因主要有以下几个方面：管片拼装手在拼装过程中未按照标准流程操作，未控制好平整度;管片点位选取不当，选择的管片型号不合理;管片拼装的中心不与盾构机轴心一致;在安装管片时，人为的偏移管片的径向，出现错台;盾尾底部积水积渣清理的不干净，造成此处的管片安装难以就位、不能插入螺栓;在管片完成安装后，未对管片螺栓进行规定的复紧工作;同步注浆时注浆量太大，注浆压力太高，也会造成错台;在掘进施工时，围岩或隧道轴线、转弯半径变化，盾构机的姿态调整不及时或控制不当，造成盾构机姿态大幅度的变化，管片的错台也会造成连锁反应，比如完工后管片的错台，由于管片上浮，也能造成错台现象。
2.2 错台防止措施
选择合理的管片类型和点位以适应设计线路，保证转弯管片的比例和管片螺栓的质量可以满足施工的要求。在工程施工的过程中，选择管片的类型要以设计参数为依据，确保管片中心与盾构机的轴心同心。施工过程中主要依据的是千斤顶形程差，和盾尾间隙等。管片安装的过程必须要以规定的施工规范为标准，严格执行。同时也要管理好注浆过程，根据实际地层的情况，选用最合理的注浆方式，并控制好注浆的压力。
3、管片破损的原因及处理措施
3.1 管片破损产生的原因
①吊运和拼装过程中的碰撞，边缘部分混凝土的脱落。②千斤顶撑靴顶在管片上不正（盾尾间隙不均匀时）会使管片内侧或外侧的混凝土破损。③盾构机姿态调整时，急于纠偏造成受力不均匀、千斤顶行程差过大而导致管片损坏。
3.2 管片破损防治措施
①在吊装、运输、安装过程中应做好防护措施，做好保护工作。②盾构机姿态调整不宜过急，适当调整千斤顶压力差和行程差。③根据隧道曲线走向、盾构姿态和盾尾间隙，选择最恰当的管片类型和拼装点位。
4、盾构法施工精度控制及纠偏
盾构机自身的导向测量系统就可以进行掘进工作中盾构机的定位、管片定位和管片安装顺序的测算工作。但导向系统自身也会出现问题，造成施工误差，所以就需要在盾构机零位测量时设置人工测量标志，便于对系统进行定期或不定期的检查，以确保系统的准确性。一旦出现盾构机操作失误或地质条件突变，造成线路偏移时，要及时纠正。
盾构机纠偏工作中要注意以下几点：在进行刀盘转向变更时，按照一定的间隔进行切换，并且不宜太快;结合掌子面地层情况对掘进参数进行调整，以免再出现偏差;蛇形修正速度不宜太快，要长距离的慢慢修正;测量转站时，确保精度;在进行直线推进时要选择新的基准即当前位置与设计线远方位置上任一点所成的线，以此为据进行线形管理。而对于曲线推进，则要求盾构机的位置点与远点之间的连线与设计曲线相切。
结束语
城市地铁隧道盾构法以其地层适应强、速度快、施工质量有保证等显著的优点被广泛地应用，是一种具备安全性和高速度的城市地铁施工方法，文章对盾构法施工技术及质量控制措施的分析，目的在于提高城市地铁盾构法施工的技术应用质量，促进城市地铁建设的快速发展。
参考文献：
[1]李鸿威.地铁工程中盾构法隧道的质量缺陷和改进办法[J].西部探矿工程，2003（12）：88-86.
盾构法施工在地铁中的应用 篇3
1 盾构技术
所谓“盾构”, 是指配有护罩的一种专门用于隧道开挖的专用设备, 工作原理是在盾构后面带有衬砌, 利用它当做支撑点支撑整套设备前进, 然后利用刀盘来将岩土切割, 并将切割后的岩土碎屑排除, 同时将衬砌拼装。所谓“盾构技术”是指用盾构设备的盾壳来支撑和保护隧洞, 以防出现水侵和坍塌现象, 将隧洞中的岩土切削, 将管片安装后进行灌浆, 保障隧洞洞身的质量。盾构法施工最早出现在欧洲, 随后在美洲和日本发展较快, 迄今为止已在世界各地得到广泛应用。
2 地铁施工技术发展概况
我国的地铁隧道施工中采用的方法主要有矿山法、盖挖法、明挖法、暗挖法、盾构法进行施工。 (1) 矿山法施工的优点是施工场地要求占用小, 但是当地下出现有水的情况是无法正常进行作业, 必须在作业过程中将地下水排除;在开挖和支护施工中必须人工操作, 作业效率低, 安全性差;此方法对于地表沉降问题难以得到有效解决, 因此对于地下管道和地上建筑物会造成一定程度的破坏。 (2) 盖挖法施工过程中优点是施工占用场地也较小, 对地面建筑物影响较小, 施工作业也较安全, 但是施工工序十分复杂, 施工条件较差, 且存在交叉作业现场。 (3) 明挖法施工占用场地较大, 在一些交通比较拥挤的地方难以施工, 环境污染严重。 (4) 暗挖法施工优点是对于地面的情况干扰较小且比较经济, 但是施工作业效率低, 风险大, 劳动强度高。 (5) 盾构法施工基本集合了前几种方法的优点, 地层适应性强, 可以在地下有水情况进行作业, 对环境污染较小, 全机械化施工, 作业效率高, 且对地表沉降能够合理控制因此对地面建筑影响较小。
3 盾构法地铁应用技术参数
针对土压平衡式盾构机来进行分析相关的技术参数, 其主要是靠压力仓的土压力来支撑隧道壁面。
(1) 平衡压力值。根据经验公式有:P=KRH。
其中:P为平衡总压力;R为土体平均重度, k N/m3;H为隧道埋深, m;K取0.6~0.8。
(2) 出土量。每环理论出土量:V1= (πD2) /4。
其中:D为最大直径。实际出土量取理论值98%~100%。
(3) 推进速度。一般取3cm/min~5cm/min, 当有建筑物时, 取1cm/min。
(4) 盾构轴线。与设计偏离不得大于50mm。
(5) 地面变形量。一般控制在+10~30mm内。
(6) 同步注浆。每环空隙V2=π (D2-d2) /4其中:D为盾构外径;d为管片外径。
压浆量为空隙的150%~250%。
(7) 壁后压浆。当需特殊保护时, 根据地层变形监测的信息来进行操作。
4 盾构法地铁应用实例分析
一般情况下对于盾构法施工作业来说包括以下几项内容:一是首先搞清楚盾构隧道的地质条件, 包括岩石指标、地质构、地下水以及地层渗透性等方面;二是搞清楚隧道的几何尺寸, 包括隧洞直径、长度、隧洞端面形状、转弯处的曲率半径以及纵向坡度等方面;三是必须搞清楚隧洞的外界条件, 包括隧洞上面的建筑物分布情况、隧洞埋深、环境保护要求和标准等方面;四是针对以上条件来进行合理选择盾构机械;五是必须要制定出地铁盾构法施工的总体布置、包括出碴系统布置、管片的运输与制作、通风、供水和换气系统等必须的工厂;六是针对特殊情况要多加考虑, 例如是否需要超前加固地层等。
已建成的某市的地铁也是采用盾构法穿越铁路区间隧道, 左线里程为:ZDK21+777.051-ZDKCK23+819.487, 盾构右线长1991.4 3 6 m, 右线历程为:Y D K 2 1+8 2 8.0 5 1-YDK23+966.7。针对已建成的地铁盾构段为例进行详细介绍盾构法在地铁施工作业过程中的施工工艺过程。
4.1 盾构法施工地质情况
在盾构机施工作业过程中, 需要穿越砂层、全风化花岗岩、砾质茹上、砾砂和球风化弧石, 在DK23+330处的地铁隧道的底部且存在含量不是很多的中风化和强风化的花岗岩材料, 按照前面所述, 一方面需要搞清楚地层岩土性质, 另外还需要搞清楚的内容主要有地下水位的埋深为1.2m~8.0m之间, 水位的高程为58.2m~77.0m之间, 地铁隧道的底板的标高大约是57.75m, 地下的水位变化幅度为0.5m~3.0m之间, 而且在施工过程中地下水有可能对对施工带来一些影响。
4.2 总体施工方案
前面搞清楚地铁盾构施工的地质条件, 然后需要制定出一个总体施工方案, 以更加安全高效实现地铁隧洞。在施工过程中, 由两台土压平衡盾构机先后从明治站出发, 并且实行专门负责, 其中1号盾构机主要是用来在本区间内的左线进行施工, 在此期间的盾构的里程DK22+535.0过风井。总体施工目标是实现这2台盾构机能够在相差一个月的时间进行出洞, 且两台盾构机的距离保持在50m以上, 以便能够减小对地层的影响。
4.3 实现盾构端头井加固工艺
首先针对该市铁路进行加固, 在铁路的路基进行加固时采用了预应力锚索对拉的方法, 锚墩作为桩板墙。锚墩桩作为挖孔其中桩长为8m, 用到的是1.0m×1.5m的钢筋混凝土板, 将钢筋混凝土板沿铁路的路基的两侧按照对称分布原则进行布置, 保证纵向的间距约为3m左右。锚墩桩与锚墩桩之间采用0.2m厚的钢筋混凝土板进行连接。采用预应力锚索将铁路两侧的锚墩桩进行对拉, 其中锚索就是1×7的钢绞线, 并且在竖向上已设置3道, 采用预应力锚索桩进行板墙加固, 如图2 (a) (b) 所示。
采用预应力锚索桩进行板墙加固的施工顺序为:一是进行挖孔桩。采用人工操作进行挖孔, 采用厚15cm的混凝土进行护壁, 在护壁时保证高出地面约30cm, 目的是不让其他的杂物落到井内, 保证安全。在人工挖孔后的井口周围需要设置一个护栏, 在护栏上挂安全网, 并且在护栏的上面需要标上安全警示标志, 在不开挖的时候将其盖上保护起来。在地下水位以下的地方每节护壁长约0.5m, 水位以上时每节护壁长约1.0m, 并且在两节护壁之间的位置处需要设置直径16mm、拉筋长40cm的钢筋拉杆, 环向间距约为30cm左右, 采用3mm厚的组合钢材料的模版来作为护壁的模版, 并且用10cm×10cm的方型木块来对撑住。当人工挖孔出现水量较大的情况时, 需用1.5k W的潜水泵抽水使水位降到一定位置然后进行施工。将板桩的钢筋笼进行集中加工, 在下笼时需采用履带吊进行吊装, 当放置到设计的高度时, 然后用槽钢扁担放置到护壁上面来进行控制其标高。采用C2O商品混凝土来作为桩身使用的混凝土。在井口位置处设料斗, 然后在其下面悬挂串筒, 保证串筒底与孔底的距离不大于1.0m, 用汽车泵输送混凝土, 混凝土用汽车泵水平输送, 采用插入式振动棒进行振捣。二是预应力锚索。将3道预应力锚索以竖向方式设置在挖孔桩桩身, 保证预应力锚索的竖向间距为2m, 纵向间距为3m, 每道锚索是通过17根钢绞线而制成, 钢绞线的强度高达1860MPa, 采用张拉油泵、油压千斤顶进行张拉, 在使用张拉机具前须标定。在张拉操作后采用高压注浆泵将浆体进行注入。三是安装桩间钢筋混凝土板。钢筋混凝土板制成桩间板, 并且在板顶处设置吊环, 方便汽车整体吊装。在挖孔桩作业时在桩侧面留槽口, 用方木成槽, 且保证桩间混凝土板与槽口尺寸小5cm, 以便于安装预制板, 桩身与混凝土板之间的间隙用水泥浆填充。
4.4 穿越平南铁路方案
如图3所示, 在DK23+107-DK22+683段, 该市铁路和盾构隧道大致平行, 从DK23+107段隧道左转曲线与铁路交叉, 隧道穿过铁路后向右拐弯下穿铁路, 到DK23+670时穿出铁路。盾构机在下穿铁路时, 存在砾砂层, 由于理深较浅且, 距离较近, 此时盾构掘进需采取加固措施, 采用超前钻进打眼注浆。确定出注浆的范围在隧道外侧的3m内。
4.5 盾构机掘进措施
(1) 调整盾构机, 当地质地段相类似时, 需进行模拟掘进工作, 在盾构机靠近铁路前, 需将盾构机掘进参数和状态调整好。
(2) 在工作时需保证盾构机运转良好, 尽量减少或避免盾构机发生故障的次数, 以免造成时间拖延, 降低工作效率。在施工过程中采用土压平衡施工方法保障沉降量较小。
(3) 选择了加泥土压平衡盾构机, 跟好地保证了施工安全和进度。通过改良地层减小地表沉降。
(4) 采取错缝拼装进行隧道衬砌, 目的是可以发挥管片环间螺栓的纵向加强作用, 从而加强了管片间接头处的薄弱部位, 使得管片环整体刚度有所增加, 从根本上控制了砂层地段管片的结构变形、结构受力和防水方面的问题, 使得地铁施工过程中出现的大变形和渗漏问题得到有效地解决和控制。质量控制中管片拼装关键环节之一。必须严格把关管片的制作, 杜绝投入使用不合格管片;采用高强度螺栓作为连接螺栓;施工管片接头的防水必须严格按设计要求进行, 确保接头防水的效果和管片拼装的质量, 防止地下水的渗入。
(5) 根据施工环境和地层情况, 选用泌水性小、和易性好、具有一定强度的浆液, 及时填充地层和隧道间的空隙, 通过适当加大浆液的注入量来保护周围环境和建筑物。同步注浆不足时采用二次注浆。采用双液注浆 (水泥+水玻璃浆液) 可以减少地面变形和地基不均匀沉降量。注意注浆量和注浆压力, 防止地基隆起现象发生。
(6) 实测反馈盾构施工过程中的地面变形情况, 采取优化调整参数, 检验参数是否合理。平南铁路和砂层地层时, 推进速度不宜过快, 减小超挖量, 缩短注浆时间, 保持稳定。
(7) 咨询铁路主管部门, 信号线及铁路允许变形指标, 保证安全和通信正常, 将施工前的地层沉降预测量与设定的沉降控制指标和预警值对比, 出现问题时, 及时报警。必须加强监控量测工作及信息反馈工作, 及时采取注浆措施来调整沉降曲线。
5 结语
近年来, 掘进机施工工艺已取得较大进步, 采用了技术含量较高的盾构技术, 能够实现全断面掘进, 然后进行放置管道, 盾构技术的出现使得施工效率更高, 月进尺能够达几百甚至千米, 而且盾构技术的适用范围较广, 对于岩石较硬和软土等复杂的地质条件均能使用, 尤其是针对地下水力压力大的工况下, 更能显示出其优点, 弥补了其他方法的不足。随着技术的进步, 盾构技术的出现使得掘进效率更高, 且盾构技术的适用范围较广, 在国内得到了广泛地应用。我国地铁隧道施工所采取的矿山法、盖挖法、明挖法、暗挖法和盾构法五种方法进行对比, 介绍了土压平衡式盾构机施工的主要技术参数, 并以已建成的深圳地铁5号线盾构法穿越铁路区间隧道为例详细介绍了盾构法施工在地铁中的应用为盾构法在地铁中的应用提供一定的参考价值。
摘要：随着技术的进步, 盾构技术的出现使得掘进效率更高, 且盾构技术的适用范围较广, 在国内得到了广泛地应用。本文首先简要介绍了盾构技术, 并对我国地铁隧道施工所采取的矿山法、盖挖法、明挖法、暗挖法和盾构法五种方法进行了对比分析, 针对土压平衡式盾构机介绍了盾构法施工的主要技术参数, 并以已建成的深圳地铁5号线盾构法穿越铁路区间隧道为例详细介绍了盾构法施工在地铁中的应用。本文为盾构法在地铁中的应用具有一定的参考价值。
关键词：盾构法,地铁,土压平衡式,应用
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城市地铁盾构施工技术分析 篇4
关键词：城市地铁；盾构法；施工技术；浅埋暗挖施工技术
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（b）-0000-00
前言：
近年来，很多城市在发展过程中为了缓解交通的压力都加快了地铁工程建设。地铁工程与地面工程在施工上具有较大的差别性，其施工质量受地质环境影响较大，在施工过程中，需要针对所处区域内的地质特点来对施工技术的进行选择。而一一些复杂地质条件下时，为了更好的实现对施工质量的控制，更选择在选择施工技术上具有一定的科学性和合理性。目前在地铁施工中盾构法应用的较为广泛，这是一种暗挖施工工艺，对加快推进地铁工程施工进度，提高工程施工的质量起到了极其重要的作用。
1盾构法概述
在当前对地下工程进行施工过程中，盾构法应用较为广泛，构法属于暗挖施工工艺，在施工过程中具有较好的隐蔽性，对环境影响较小，而且在地下施工过程中不会受到覆土深浅的影响，特别是在建造覆土深的隧道施工中具有较好的适用性。无论是在海底或是河底隧道施工，还是在穿越地面建筑群及地下管线时，都不会对航道、周围环境带来影响，在施工过程中也不会受到气候的影响，施工自动化程度较高，劳动强度低，而且施工速度较快，在隧道掘进及城市地下隧道工程中应用较为广泛。
2复杂地质条件下加强施工技术研究必要性
与其他交通方式相比，地铁不仅安全快速，而且环保节能。因此，目前在我国城市交通中的地位日益上升，越来越多的居民开始选择地铁作为首先交通工具。因此，在地铁施工过程中，必须把握好工程质量。所以在地铁工程施工过程中控制好工程质量至关重要。地铁工程施工时，主要工作都是在地下进行的，这就避免会受到地质条件的影响，再加之地铁施工路线较长，在施工过程中可能会遇到多种地质条件，各种不同的地质条件对施工带来的影响也各不相同，特别是一些复杂的地质条件下，如果不能选择适宜的施工技术，不仅会影响施工的顺利进行，还会对施工的质量带来较大的影响，所以在地铁工程施工过程中，需要针对所处区域的地质特点来选择盾构法进行施工，也可以选择多种施工方法进行综合施工，从而确保地铁工程的质量能够得到较好的保障。
3复杂地质条件施工技术分析
3.1盾构施工技术
这种施工技术通过有效支撑地面土层压力并利用钢筒结构在地层中快速推进。安全系数和环保系统都很高，而且能保持快而稳定的施工进度。特别是在一些流砂、断裂、坚硬岩石及软弱土质并存的地质条件下更具有适用性。在这种复杂地质条件下利用盾构法进行施工时，需要将盾构机安装在事先修建过的竖井中。在地层中运行时，盾构机每前进一环，要在盾尾部支护下，安装一环管片，同时在一环衬砌处围空隙处压注水泥砂浆。一环衬砌承担了盾构机在推进过程中所承受的土压力，最后再通过竖井将施工中挖出的土方运出。
3.2浅埋暗挖施工技术
城市地铁施工过程中，有时会遇到土壤松散的地质环境，当隧道直径和深埋相当或偏大时，要保证施工顺利进行，采用这种施工技术最为适宜。该技术充分利用了短时间内土层的自稳能力，通过一定的支护措施。它实质是一种不开槽施工技术，它的支护结构是一种密贴型薄壁支护结构。
3.3钻爆施工技术
施工时，有时会遇到坚硬岩石地层，此时需要采用钻爆施工技术。该技术主要用于隧道的开挖和喷锚支护施工。为了保证施工的顺利进行，必须灵活选择钻爆技术，因为具体的施工环境对钻爆技术的要求不尽一致，必须根据具体情况适当加以调整。
3.4混合施工技术
在地铁隧道施工过程中，由于线路较长，所以会遇到不同的地质环境，这就需要在实际施工过程中根据所处的具体地质条件来选择适宜的施工技术，这就导致在整个施工过程中可能需要选择几种施工技术共同来完成工程的施工。利用几种施工技术进行综合施工时，可以确保施工具有较好的灵活性，有利于施工质量的提升，确保施工的顺利进行。
3.5辅助施工技术
（1）注浆法。这种施工技术主要适宜于软土层地质条件，在各种地铁施工辅助技术中，它是一种较为常用的技术。地铁开挖过程中，会因为地层不稳固或渗漏水等原因导致坍塌、陷落或沉降，使用该技术能够起到加固地层和增强结构防水性能的效果，因此能有效防止上述情况的发生。
（2）高压旋喷法。该技术的主要作用是加固地层，因此对浅埋暗挖以及盾构施工能起到很好的辅助作用，通常应用在在软弱地层地质条件下。
4浅埋暗挖施工地表沉降控制技术
4.1地层预加固控制技术
（1）地表加固注浆施工技术。该技术主要用来提高工程稳定性，改善隧道成洞条件。主要手段是固结浅埋层土地、加固洞周围岩，因此适宜于围岩地质条件差的情况。其原理是通过加固将施工区域和周围区域连成一个整体，降低或者匀化岩土特性，提高岩土变形模量，使改善土层环境变得更加均匀，从而达到改善地表下沉现象的目的。这种施工技术可将地下水以及偏压对隧道开挖的影响消除掉，从而提高地铁隧道工程的安全性和稳定性。
（2）超前小导管注浆技术。这种施工技术通过注入浆液，使之与原有围岩胶结，达到改善掌子面前方围岩力学性能的目的。硬化后的浆液能阻塞前方围岩的流水通道，从而降低地下水对工程施工带来的负面影响，保证施工的顺利进行。通过该技术既加固了地层，又通过混凝土拱提高了开挖面以及周边围岩的稳定性。
4.2注浆控制技术
这种技术在使用过程中也要注重灵活性，因为地质条件不同，要采用的注浆方式也不同。必须结合具体情况选择注浆方式。注浆方式可分为充填或裂隙注浆、压密注浆、渗透注浆、劈裂注浆等几种。它的两个主要作用是加固地层和防水，通过钻孔向存在汗水裂隙、不稳定地层以及空洞等结构中注入谁泥浆或者其他浆液的施工技术，具有堵水、加固、防渗、防滑以及降低地表沉降等作用。
5结束语
在当前城市地铁建设过程中，盾构施工技术应用较为广泛，避免了施工过程中对周围环境的影响，同时施工过程中也不会影响正常交通运行和管线的正常使用，不会对环境带来污染。再加之几种施工技术的综合应用，更有效的确保了城市地铁施工的安全和质量。随着盾构法的不断应用，其技术也在不断的完善，将更好的推动城市地铁工程的快速发展。
参考文献：
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[2]李誉.浅埋暗挖施工技术在地铁工程中的应用[J].广东科技，2010（06）：12～13.
盾构法地铁隧道施工关键技术研究 篇5
武汉地铁四号线一期工程包含两站及两个相应区间,工程如下:洪周区间～周家大湾站～周青区间～青鱼嘴站。在两个地铁车站青鱼嘴站及周家大湾站均采用明挖法施工,而相应的两个区间则采用盾构的方法施工。本文以周青区间为例,阐述此工程在盾构施工时要解决的主要问题:要注意的关键技术。
1 工程概述
1.1 工程基本情况
周青区间设计范围为:右DK18+459.269～右DK19+543.609(左DK18+459.269～左DK19+543.609),区间左线线路长度为1 087.783 m(含长链3.443 m),右线线路长度为1 084.41(含长链0.070)m。在右DK18+953.441的里程处设置一联络通道兼排水泵站。盾构机从青鱼嘴站南端始发,过周家大湾站后到达洪山广场站,最后从洪山广场站吊出。具体施工如图1所示。
1.2 工程地质、水文地质条件及地震基本烈度
1.2.1 工程地质
拟建场地地形平坦,地势起伏不大,坡降较缓,地面高程一般在27.15～32.15 m之间,拟建场地地貌单元属长江Ⅲ级阶地,拟建场地属Ⅱ类,部分场地(钻孔FJc2—Ⅲ09—006,右线DK17+700附近)为Ⅲ类。根据详勘地质报告,场地地基土一部分为(7—2)层含角砾粉质黏土,一部分为(16—3)层石灰岩、(19—1)层强风化石英砂岩、(19—2)中风化石英砂岩、(7—2)层含角砾粉质黏土、一部分为(7—1)层黏土。
1.2.2 工程的水文地质分析
本标段场区的地下水按赋存条件,可分为上部滞水、潜水、孔隙承压水和基岩裂隙水。上部滞水水位埋深较浅,平均1.0 m,潜水主要分布于临沙湖一带浅部粉土、粉砂层中,平均深埋水位为1.2 m,上部滞水和潜水主要接受地表水及大气降水补给,在圆砾土及卵石粗砂层为弱承压水,上部的老黏性土为含水层,底板为基岩结构。地下水水量较大,整个工程为弱承压性。
1.2.3 工程的地质构造及其地震烈度
结构按6级抗震设防烈度和六级人防抗力验算,并在结构设计时按7级抗震设防烈度采取相应的构造处理措施,以提高结构的抗震能力。
如上所述,拟建的武汉地铁周青区间,工程地质为软土及沙砾这些复杂地基,地下水含量大,且地面建筑物多,地上环境复杂,因此施工的难度大,安全系数要求高[1],在施工中要特别掌握好盾构推力等相关参数[2],做好管背同步注浆管理,同时还要做好隧道通风、循环水、照明和洞内管线的布置,还有要对工程施工进行有效监测,其中正确设置盾构参数确保始发稳定掘进,还有管背同步注浆及二次注浆管理是此次盾构施工中的关键所在。
2 正确设置盾构参数确保始发稳定掘进
盾构机在始发时要保证平稳掘进,要确保在黏土层中的掘进推力、盾构的荷载都在要求的标准之内,同时根据工程具体地质,确定正确的盾构参数,这样才能够使盾构机在始发时保持良好的状态,平稳掘进。计算时除了盾构相关的参数,还要根据埋深和土质按照水土合算方法计算理论土仓压力,再结合我公司在同类地层施工的经验制订土仓压力,同时施工中还要进行地表变形的监测[3],对土仓压力进行微调,来设定土仓内的平衡土压值。
计算时,一定要将上述的压力及阻力情况考虑周全,将全部压力、阻力都计算在内[4]。这样才能够确保盾构参数的正确性,保证盾构机能够在始发时平稳掘进。
2.1 盾构荷载计算
根据图2所画的荷载计算简图来计算松动圈土压。
将具体的覆土厚度按20 m这个标准值来计算,计算结果如下所示:
①Pe1=(γ-10)H0=(23-10)×20=260 kPa,
②Pe2=Pe1-60=200 kPa,
③qe1=pe1λ=162×0.2=32.4 kPa
④qe2=(γ-10)×(20+6.25)λ=13×26.25×0.2=68.25 kPa
⑤pg=G/(D0L)=320×10/(6.25×8.16)=
62.75 kPa
⑥qfe1=qe1,
⑦qfe2=qe2,
⑧qfw1=180 kPa,
⑨qfw2=242 kPa。
其中:计算中应用的土参数如下:
Γ—软土层的土容重;
K—土层的静侧压力系数。
计算中应用的盾构机参数如下;
D—盾构的外径;
L—盾构长度;
Λ—为水平侧压力系数;
G—为盾构机重量;
Pe1—竖直土压;
Pe2—竖直抗力土压;
Pg—自重反压;
qe1—盾构顶部水平土压;
qe2—盾构底部水平土压。
2.2 盾构机总推力计算
2.2.1 盾构机外壳与土的摩擦力(F1)计算
7 693.7 kN。
μ:为土钢间摩擦系数。
2.2.2 盾构推进阻力的计算(正面阻力F2)
8 013.3 kN。
2.2.3 由滚刀挤压产生的阻力(F3)计算
F3=prn=250×35=8 750 kN。
n—滚刀数量按正面有35把计算。
2.2.4 管片与盾尾的密封阻力(F4)
F4=MCWS=0.3×2×3.141 6/4×(6×6-5.4×5.4)×1.5×2.5×9.8=118.5 kN。
MC—管件与钢板刷之间的摩擦阻力,取0.3;
WS—压在盾尾内部2环管片的自重。
2.2.5 后方台车牵引过程中的阻力(F5)计算
F5μ2G1=0.15×2 000=300 kN。
所需最大推力
Fmax=F1+F2+F3+F4+F5=7 693.7+8 013.3+8 750+118.5+300=24 875.5 kN。
安全系数
αF/Fmax=34 210/24 875.5=1.37。
结论:通过上面的分项计算得出推力安全系数为1.37,能够满足安全掘进的需要。
同时在盾构施工中要根据工程的进展情况,进行纠偏工作,在实际盾构施工中,盾构的总推力往往比计算值要大,通常为计算值的1.5倍。由此计算得出此段工程中,掘进阶段盾构的主要技术参数如表1所示。
只有这样考虑各方面的综合因素,按照盾构的推力等主要参数指标,小心控制挖掘的速度,才能够保证初始挖掘地面的稳定性,才能够为盾构挖掘打下坚实的基础。
3 管背同步注浆及二次注浆管理
3.1 同步注浆管理
在盾构施工中,由于盾构机在掘进过程中会使隧道周围的土层受到震动破坏,发生松软,地下水会趁机渗入,这些是导致盾构隧道出现管线沉降的重要原因[5]。一旦沉陷会给人们的生命财产带来不可估量的后果。因此要避免这种沉降及沉陷的发生,就要及时在盾构的过程中,进行管背的同步注浆及二次注浆,用足量的浆液将盾尾的建筑空隙充填好。
盾构的同步注浆在盾构掘进的同时同步进行,由盾构机上的同步注浆系统采用双泵四管的方法,通过盾尾的注浆管完成注浆过程。同步注浆的材料按照表2配比严格执行。
3.2 浆液性能控制
二次注浆是对同步注浆的进一步补充及加强,能够对管片周围的地层起到很好的充填及加固作用,确保隧道的安全。主要用于管片与周围岩壁空隙充填密实性不足,不能满足施工安全的情况下进行,所以在注浆时对浆液的性能要求严格,一般用水泥-水玻璃双液浆来二次的补强注浆,严格按照科学的配比要求操作,这样才能够使管片与岩壁填充得更加密实,保证不会有渗水及沉降等危险发生。双液浆的初步配比见表3所示,要使所配比的浆液性能达到表4的要求。
注:水泥一般用P52.5#普通的硅酸盐水泥。
3.3 注浆压力及注浆量的计算
3.3.1 注浆压力
盾构施工中是通过向管片背部的建筑空隙填充足够浆液来完成同步注浆过程的。在此过程中注浆压力需要克服相应压力才能顺利将浆液填充到空隙中,完成注浆过程,这些压力主要包括有地下水压力、土压力还有管阻的摩擦力等。注浆填充过程中注浆压力一定要严格控制,不能太大,不然会使周围土层发生劈裂,引起塌陷。所以注浆时只有掌握适合的压力,才能将浆液遍及管片外侧。
我们可以用理论分析的方法来预计算注浆中理想的注浆压力。理论上下临界的注浆压力PJx必须能够确保土块BCEF能足够稳定,没有下榻的危险;上临界的PJs必须要能够确保整个土块ABCDEF的稳定性能,保证其不会发生隆起。因此理想的PJn就在上述的范围之内。所以只要将实际土体A,BCD,EF上下两个临界的PJ值,分别乘以及除以一个安全系数(n=1.5～2.5),就是最佳的土体塌落范围,也就是相对最准确的PJn值。
按照静力学分析:
同时还要考虑沿程管路的阻力损失:
所以我们需要的理想注浆压力就是:Pj=P
根据以上公式分析得,对武汉地铁周青区间,在取Cu=16 kPa, H=11. 0 m, φ=0时,得到:n=2.18,P
从上述分析可知,计算的注浆压力与国外研究成果是吻合的,能够确保安全施工。在上述的施工过程中,根据周青区间的具体情况,在盾构施工中,同步注浆的压力还要确保大于该点的静止水压及土压力之和,我们取1.1～1.2倍的静止土压力作为盾构施工时的注浆压力。在此次施工中我们将同步注浆压力控制在0.1～0.4 MPa,二次注浆压力为0.2～0.6 MPa。这样的注浆压力根据计算及安全试验是符合施工要求的。这样的注浆压力不会产生跑浆也不会发生隆起的问题。
3.3.2 注浆量
除了注浆的压力,对注浆量也有严格的标准,要通过科学的计算,掌握适当的注浆量。在计算的时候要根据工程注浆的材料及管片与岩壁的空隙大小还有盾构的管片及刀盘的直径科学计算注浆量。计算的时候还要考虑到施工过程的地质情况及纠偏等因素。一般实际的注浆量为理论注浆量的1.3～1.8倍,在实际施工中还要根据对地面变形的观测情况及时进行调节。注浆量的计算公式如下所示:
Q=Vλ。
式中:
Q—注入量(m3);
λ—注浆率(取1.3～1.8,根据实际工程的地质情况而定,在曲线地段和沙性地层施工时要取较大值);
V—盾尾建筑空隙(m3);
V=π(D2-d2)L/4。
式中:
D—盾构切削土体直径(即为刀盘直径6.28 m);
d—管片外径(6.0 m)。
本标段盾构区间:
L—管片宽度(1.5 m)。
V=π[(6.282-6.02)×1.5]÷4=4.5 m3。
则: Q=5.85～8.1 m3/环(系数考虑1.3～1.8)。
根据上述的计算,同步注浆的拟定压力为0.26～0.3 MPa(2.6～3 bar),初拟方量为6 m3,在施工中,还要根据试验掘进阶段成果及后续实际施工情况及时修正注浆量。
同时在做好上述工作的同时,还要对隧道内通风、循环水、照明和洞内管线做合理的布置,同时做好安全监测工作[6],这样才能够保证周青区间工程按时按质按量完成,让人们放心使用。
4 总结
武汉地铁站周青区间的盾构施工,正是在综合考虑了地面的建筑及交通状况,还有其本身软弱土掺杂沙砾的具体土文情况,在应用盾构法施工时,注意盾构推力等盾构参数的计算,保证初始掘进中地面的稳定性,同时做好管背注浆及二次注浆的控制,注重注浆的压力及注浆量的把握,同时做好隧道通风、循环水、照明和洞内管线布置的处理,在强有力的监测手段的控制下才使工程能够达到安全要求,满足应用需求。在此将这些经验与大家一同分享,以期对类似工程提供一些可以借鉴的经验。
参考文献
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[5]冯宝新,王解先.盾构姿态测量方法.公路隧道,2011;(01):66—68
地铁施工盾构法 篇6
关键词：盾构工法,施工质量,控制重点,措施
0 引言
盾构施工工法在国内近年流行的机械化施工作业, 由于盾构工法较传统的矿山法施工作业安全、自动化程度高、工人劳动强度低, 越来越受施工单位欢迎。盾构工法经过在国内多年的施工实践, 盾构工法逐步被人们所认识和了解, 虽然盾构工法有很多的优点, 但其缺点也不少, 如盾构施工中发生错台、管片破损等质量问题, 没法返工, 留下工程永久性的质量缺陷, 质量问题重点为预控。因此, 施工过程中的风险管理越来越受人们所重视, 不断探索施工风险预控制技术, 不但可以提供施工质量水平和企业的技术管理水平, 同时有利于避免质量、安全事故, 降低施工成本。
1 管片渗水的原因及处理措施
目前, 在建和投入运营的轨道交通隧道结构均普遍出现管片渗漏水病害。通过调查发现, 渗漏水主要集中在管片的环、纵拼接缝及手孔螺栓处。在建设过程中若出现下列施工质量问题, 则管片会出现不规则裂缝, 地下水通过止水带间隙从管片接缝及手孔处流出。
1.1 管片渗水的原因分析
1.1.1 管片自身质量缺陷
在管片生产过程中, 设置密封垫的沟槽部位混凝土不密实有水泡、气泡等缺陷, 管片拼装完成后, 水从绕过密封垫, 从水泡、气泡孔处渗漏进来。
1.1.2 管片止水条脱落
在拼装过程中, 管片发生了碰撞, 使止水条脱落或断裂, 使密封垫没有形成闭合的防水圈。
1.1.3 管片衬背注浆不饱满
管片衬背注浆不饱满, 若管片密封条贴合不密实, 管片顶部积水, 使密封垫压实比较薄弱的地方产生渗漏。
1.1.4 盾构与管片的姿态不好
盾构与管片的姿态不好, 影响到管片的拼装质量, 造成管片间错位, 相邻管片止水带不能正常吻合压紧, 从而引起漏水。
1.1.5 掘进过程中推力不均匀
掘进过程中推力不均匀造成管片受力不均匀而产生裂纹、贯穿性断裂等而渗漏水;在掘进困难时推力过大也会造成管片产生裂纹而渗漏水。
1.1.6 管片拼装质量控制不严格
管片存在泥土等杂物未清理导致拼装出现空隙形成漏水;拼装K块时, K块密封条损坏, 造成渗漏水;管片螺栓紧固不到位, 造成管片防水没有压实造成渗水, 或管片螺栓紧固过早, 导致管片整体未压实。
1.2 渗水堵漏措施
1.2.1 二次补浆
对存在漏水的管片首先进行二次补浆, 二次补浆能够在根本上堵住渗水通道二次补浆首先采用单液浆, 注浆压力控制在一定范围内, 注浆量以能注入为准。观察堵漏效果, 效果不明显后注双液浆, 注浆压力可以稍微提高。
1.2.2 环纵缝注浆堵漏
1) 环纵缝漏水处理
当二次补浆后环纵缝仍然存在漏水时, 采用注浆进行封堵。注浆措施如下:对环向缝和纵向缝全部采用快干高强度砂浆 (含环氧类成分) 封闭, 为后面灌浆做准备, 封闭的时候向内凹进去1-2厘米深的弧形;再在漏水缝上垂直钻孔到止水条处, 钻孔间距每米2-3个, 同时装上专用注浆嘴, 用高压灌浆设备向接缝内灌浆, 浆料优先采用环氧树脂, 灌浆压力控制在一定范围内, 以压满整个接缝为准。
2) 管片紧固螺丝孔渗漏
清理干净螺丝孔表面的污染物, 找出渗漏的位置, 用电钻斜向钻孔, 确保钻孔和螺丝孔相通, 用快干高强砂浆封闭螺丝孔的根部, 钻孔处装上专用注浆嘴, 用高压灌浆设备向钻孔内灌浆, 浆料优先采用环氧树脂, 灌浆压力控制在一定范围内, 以压满整个螺栓孔为准。注浆起到堵漏作用的同时又对螺丝有锚固和防腐作用。
2 管片错台的原因及处理措施
管片错台是拼装好的管片同一环各片, 或者是管片与管片之间的内弧面不平整。管片的错台, 一般是由于受力不均匀造成的, 当某点的集中荷载超过了承载极限后, 必然会导致管片的相对位移。
2.1 错台产生的原因
1) 管片选型不当, 管片拼装的中心与盾构机中心不同心, 管片与盾尾相碰, 为了安装管片, 人为将管片径向偏移, 造成错台。
2) 管片安装时, 在盾尾残留的渣土未清理干净, 尤其是底部, 有时是盾尾漏泥沙, 清理困难, 在此位置的某片管片很难就位, 甚至螺栓难以插入, 造成错台。或由于采用人工操作机械安装, 安装时不按照规范要求, 未调整好管片内环面平整度, 引起错台。管片安装完毕后, 未采用保圆装置, 以及管片螺栓未按照要求复紧造成错台。
3) 注浆压力过大引起的错台。在掘进过程中, 当围岩状况或隧道轴线曲率发生改变时, 如果注浆和压力条件不及时调整, 当注浆量过大, 压力过高时将引起管片错台。
4) 盾构机姿态控制不当, 或者由于其它原因姿态不利控制时候, 引起盾构机姿态大幅度调整。管片脱离管片时, 受到盾构机壳体的挤压力而造成管片错台。有时错台甚至会延续多环。
5) 施工完成后管片的错台管片上浮或隧道围岩条件发生变化也会造成管片错台。
2.2 错台防止措施
1) 优化线路曲线设计, 尽量避免小直径的曲线段。根据设计线路确定管片, 对于曲线半径较小的, 可以采用较小宽度的管片。
2) 合理配置各种类型的管片, 转弯管片的比例必需达到实际施工的需求, 严格控制管片螺栓的质量。
3) 在施工过程中, 依据实际施工情况, 根据不同类型的管片设计参数, 选择合理类型的管片, 保证管片轴心与盾构机轴心一致.施工时主要以千斤顶形程差, 和盾尾间隙等为依据。
4) 安装管片时, 必须严格执行操作规范。
5) 严格注浆管理, 根据不同地层, 调整不同的注浆方式, 控制注浆压力。
6) 不应对盾构机姿态过急的调整。
总之, 因为每个工程都有其自身的特点, 发生错台的原因都不完全相同。当施工中, 发现管片错台时, 应分析相应原因并及时调整施工, 一般可得到有效控制, 从而保证了隧道的质量。
3 管片破损的原因及处理措施
大多数管片的破损, 都伤及钢筋, 即使修复也将容易受到再次的损坏, 管片的损坏对永久结构的使用寿命有一定的影响。
3.1 管片破损产生的原因
1) 吊运和拼装过程中的碰撞, 边缘部分混凝土的脱落。
2) 千斤顶撑靴顶在管片上不正 (盾尾间隙不均匀时) 会使管片内侧或外侧的混凝土破损。
3) 盾构机姿态调整时, 急于纠偏造成受力不均匀、千斤顶行程差过大而导致受力不均出现管片损坏。
3.2 管片破损防治措施
1) 在吊装、运输、安装过程中应做好防护措施, 做好保护工作。
2) 盾构机姿态调整不宜过急, 适当安排千斤顶形成差。
4 结束语
盾构法隧道工程是一项综合性施工技术 (如包括盾构机械技术、隧道测量技术、地下防水技术、盾构施工安全技术等) , 通过多年不断摸索和实践已经形成了一套比较成熟的施工技术, 在地铁建设中得到了广泛的应用。盾构法施工技术也在原有的基础上不断发展 (单元、小直径逐步向多元、大直径) , 国内盾构施工技术也取得了可喜的成绩。这对施工人员素质提出了更高的要求, 更需施工人员通过不断学习和实践, 熟悉这些相关的施工技术, 掌握盾构法隧道施工质量监控重点及相应对策, 才能为今后盾构法隧道施工质量、施工安全提供有力的保证。
参考文献
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[4]敖日汗.地铁隧道盾构施工中的几个问题[D].天津大学, 2011.
地铁施工盾构法 篇7
本文通过对国内某些地铁工程采用不同的施工方法引起的地表沉降进行分析, 总结不同施工方法的沉降特性和沉降原因, 为地铁隧道开挖采用何种适合的施工方法提供一定参考。
1 城市地下工程的主要施工方法
根据地质条件、周边环境条件、机械设备配备等情况, 城市地下铁道工程施工方法一般可分为两大类:明挖法、暗挖法[1], 具体分类见图1。
本文受篇幅所限只对目前城市地铁隧道开挖较常用的暗挖法中的浅埋暗挖法以及盾构法进行分析。
2 地表沉降主要原因
2.1 浅埋暗挖法 (矿山法)
1) 开挖时因土体应力释放产生的位移;2) 支护结构封闭成环前, 上方土体和支护结构的整体下沉;3) 中隔墙拆除引起的支护变形;4) 施工中因地层失水引起的土体固结[2]。
2.2 盾构法
盾构施工时, 地表沉降与施工条件和地质特性密切相关, 且原因很多, 归纳起来主要有以下几方面。根据国内外部分经验, 将沉降原因、机理分类整理见表1[3]。
3 地表沉降的特性
3.1 浅埋暗挖法施工引起地表沉降的特性
地铁工程的浅埋暗挖隧道, 特别是处于松散地层的浅埋隧道, 在施工过程中容易发生地层沉降, 并且沉降量一般均较大, 地层沉降变形具有如下特点:1) 地表沉降值大于拱顶沉降值。2) 开挖引起的地表沉降范围最大。3) 开挖引起地层变形的时间较早。4) 沉降趋于稳定的时间较长。
3.2 盾构法施工引起地表沉降的特性
在软土层中采用盾构施工时, 隧道横向所产生的地表变形范围受隧道的埋深和其所处的地质土层状况影响较大, 基本上接近土的破坏棱体范围, 大致近似于Peck提出的沉陷槽形状, 即概率论中的正态分布曲线, 公式为:
其中, δ (x) 为距中心横向距离为x处的沉降量;Vs为沉降槽体积, 也称地层损失量 (推进每米) ;x为距隧道中心线的距离;i为曲线反弯点的横坐标, 也称沉降槽宽度系数。
同时隧道纵向所产生的地表变形可分为五个阶段, 即初期沉降、开挖面沉降 (或隆起) 、尾部沉降、盾尾空隙沉降、长期延续沉降:
1) 初期沉降。距开挖面还有几十米 (通常为大于2.5D, D为隧道直径) 的地面观测点, 从开挖面到达该点之前所产生的沉降, 是随盾构机掘进造成的地下水流动和水位降低产生的。
2) 开挖面沉降。自开挖面约几米 (0D～2.5D) 时起直至开挖面到达观测点正下方之间所产生的沉降或隆起现象, 多由于土体的应力释放或盾构开挖面的反向土压力、盾构机周围的摩擦力等的作用而产生的地基塑性变形。
3) 尾部沉降。从开挖面到达观测点的正下方之后直到盾尾通过该观测点为止这一期间所产生的沉降, 主要是盾构扰动土体所致。
4) 盾尾空隙沉降。盾构机的尾部通过观测点的正下方之后所产生的沉降, 是盾尾空隙的土体应力释放所引起的弹塑性变形。
5) 长期延续沉降。由于施工过程中对周围土体的扰动, 土中孔隙水压力上升, 随着孔隙压力的消散, 地层会发生主固结沉降;在孔隙水压力趋于稳定后, 土体骨架仍会蠕变, 即次固结沉降。
4浅埋暗挖法与盾构法修建地铁工程时的施工技术比较
广州地铁一号线区间地层为全风化、强风化、中级风化, 地下水位较高, 有5个区间采用浅埋暗挖法施工, 有6个区间采用了盾构法施工, 从总体效果看, 两种工法都是成功的, 浅埋暗挖工法月平均进度指标50 m～80 m之间, 各单线延长米造价一般为4万元左右, 在含水砂层地段则为5万元左右, 施工是安全的, 未出现坍塌事故, 地表沉降量一般情况下可控制在30 mm以内, 但个别地段也出现了30 mm～50 mm的情况。采用盾构法施工的区间月平均进度则达到了150 m, 硬岩地段可达180 m～200 m, 一号线由于是国际招标, 每延米造价相对较高, 为7万元/延米～8万元/延米, 而二号线国内招标造价则为4.5万元/延米。地面沉降量较小, 全部控制在30 mm以内。
两种工法的施工技术比较见表2。从以上比较可以得出结论:盾构法施工较浅埋暗挖法施工其施工速度较快, 施工安全度更高, 防水效果好, 地面沉降更容易控制, 但目前来说一般造价还比较高。
5结语
通过一系列的比较可见, 浅埋暗挖法较盾构法具有对地层较强的适应性和高度灵活性, 但缺点主要是施工引起的地表沉降较大, 甚至危及周边建 (构) 筑物的安全。但盾构法施工成本较高, 对地层条件适应性较差, 特别是软弱地层, 会引起较大地表沉降。
摘要：对地铁隧道开挖通常采用的浅埋暗挖法和盾构法的沉降特性和原因进行了研究, 并结合工程实例对两种方法产生的地表位移进行了分析, 为开挖地铁隧道采用何种方法提供了有益的参考。
关键词：地铁,浅埋暗挖法,盾构法,地表沉降
参考文献
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地铁施工盾构法 篇8
关键词：地铁,隧道,盾构法施工
1 工程与地质概况
工程位于深圳市龙岗区布吉镇,本区间盾构隧道在左DK31+317.569～DK31+392.037、右DK31+320.316～DK31+395.259范围内平面斜交穿越广深铁路,隧道与铁路中心线平面交角为77°,共计10股道,穿越长度约58 m。根据地质钻探资料,土层从上到下分别为:素填土、砾砂、粉质粘土、全风化角岩、强风化角岩、中风化角岩。隧道在DK31+350处覆土最浅,约为13.3 m。下穿范围内有两条广深铁路交通涵和排水渠。交通涵与线路左线平面斜交约38 m,距隧道拱顶约8.2 m;排水渠与线路右线平面斜交约40 m,距隧道拱顶约9.5 m。
2 铁路加固目的
地铁隧道下穿铁路,两者之间相互影响。地铁施工过程中,地表沉降影响铁路运营安全;铁路动荷载影响地铁结构安全。
2.1 盾构施工对铁路的影响
盾构隧道在通过铁路时,对土体扰动大,造成地表不均匀沉降,钢轨接头产生轨缝、错牙、台阶和折角,严重影响列车运行安全。
经有限元计算分析,得到盾构隧道施工过程中,加固和不加固两种工况下地表沉降规律。两盾构隧道下穿广深铁路,引起的地表沉降曲线如图1所示。
由图1可知,不加固时两隧道洞顶对应的地表沉降值最大,有两条明显的沉降槽;加固后隧顶与两隧道中间地表沉降基本相同,未出现较明显的沉降槽,地表沉降最大值为11 mm,注浆加固较不注浆地表沉降减小63%。
2.2 列车运行对地铁隧道的影响
列车在运行中,对路基土体产生的动应力沿深度逐渐衰减,衰减程度与土层的力学性质以及列车动载大小等因素有关,一般认为动应力的影响深度约4 m～7 m。但当基床下部有构筑物时,动应力的传播将发生较大变化。
首先隧道施工引起线路下沉导致线路不平顺加大轮轨间冲击力,使路基内动应力加大,土体动荷载增加,则作用在地铁隧道管片上的荷载增加,影响地铁隧道的安全。其次,广深线列车行驶速度快、行车密度大,该区段铁路1号～2号线动车组92对/d,130 km/h～150 km/h;3号～4号线客车28对/d、货车6对/d,80 km/h;车速的提高同样会加大列车动载作用,势必引起路基面动应力的增大。
因此广深线与地铁的相互影响应从地铁施工期及长期运营两个方面综合考虑。首先,在地铁隧道施工过程中,同时保证广深线上行驶列车的行车安全以及地铁的施工安全;其次,在地铁长期运营期间能保证其结构变形不至引起广深线的轨道不平顺过大,从而保证列车行车安全。
3 设计及施工方案
为保证铁路正常安全运行及盾构顺利推进,采取地表加固和盾构隧道洞内加固的加固方案。
3.1 地表加固措施
盾构推进前,对穿越的铁路线路预加固。
1)旋喷桩加固。距下穿区域铁路线路两侧各4 m处设四排旋喷桩,直径0.8 m,桩间咬合0.2 m,共2.4 m宽,加固至盾构底板下1 m,加固后土体28 d无侧限抗压强度qu≥1.0 MPa,桩间范围内路基分层跟踪注浆加固。
2)袖阀管跟踪注浆。为保证盾构施工时,铁路运营、地铁隧道结构的安全,主加固区进行分层袖阀管跟踪注浆加固,加固范围为道床下5 m至隧道结构顶,在铁路股道两侧4 m处倾斜布设袖阀管注浆孔,注浆材料为水泥—水玻璃双液浆。
3.2 施工方案
1)广深铁路加固。首先进行广深铁路两侧旋喷桩施工。旋喷桩施工期间对广深铁路进行监测,根据监测结果调整施工参数,并通知铁路部门对线路进行及时养护;再根据监测数据适时施工注浆加固区。2)盾构推进。a.洞内措施。广深铁路下方中心线左右两侧各约50 m范围内的钢筋混凝土管片配筋加强。采用加设注浆孔的衬砌环,根据地面监测情况在主加固区进行跟踪注浆,注浆范围为隧道衬砌外2.5 m,采用缓凝型水泥—水玻璃双液浆,注浆压力控制在0.3 MPa～1.0 MPa。衬砌管片脱出盾尾后,配合地面量测及时进行壁后同步注浆。根据地面沉降变化,在管片出盾尾2环后进行二次压浆,并根据地层变形监测信息及时调整压浆位置、压入量、压力值。根据地面的监测情况,不断优化盾构施工的各种技术参数,合理选定推进速度、平衡土压力、出土量等参数,严格控制盾构纠偏量。土仓压力与地面沉降观测结果相对照,建立合理的土仓压力并保持土压平衡[1]。b.洞外措施。盾构推进实行信息化反馈施工,增加监测频率。在铁路两侧埋设沉降观测点,跟踪测量进行信息分析,及时通知井下调整掘进参数,并根据监测反馈信息及时跟踪注浆,及时对碎石道床进行铺垫和轨道校正,保持铁路轨道的平、顺、直。3)盾构轴线控制。a.盾构下坡推进时,要防止盾构“磕头”;盾构上坡时,要防止“上抛”,每次纠偏幅度不得过大,调整切口水压设定值,确保切口土体不下沉、不隆起或少隆起;b.调整盾构推力大小和合力作用点位置,控制盾构轴线,即利用控制盾构纵坡来控制盾构高程位置;利用两个对称千斤顶伸出的差值,控制盾构平面位置;c.选择合理的压浆位置,利用压浆的压力调整管片和盾构的相对位置,改善盾构的纠偏条件。
4 下穿广深铁路段施工监测
监测内容包括结构沉降、走行轨左右高差、变形缝处差异沉降、变形缝开合度、轨距变化等[2]。
4.1 隧道外监测
1)地表沉降。在盾构下穿铁路线两侧范围内,沿隧道中线上方地面每隔10 m建立一个监测横断面,每5 m设一个沉降测点,每个断面上布设13个观测点,共计180个点。2)线路沉降及方向偏移。在加固施工和盾构推进前先在地面上布置好线路变形观测点。在穿越区每股铁路上设置路基及线路观测断面。XL-1～XL-10,10个断面共计70个点。3)隧道两侧地下水位监测。隧道掘进前,在隧道两侧土体内和周边建筑物四周埋设水位管,通过水位管水位监测,掌握地下水位变化情况。
4.2 交通涵的沉降监测
隧道掘进前,在交通涵两端及中部的底板上埋设3个沉降观测点,通过沉降监测,掌握交通涵的沉降及不均匀沉降情况。
4.3 隧道内监测
在管片拱底块的平台上对称布置隧道沉降观测点,及时了解隧道推进后的沉降以便采取二次注浆等措施防止隧道沉降引起地面沉降。
适当减小出渣量,防止土层损失,减少土层损失对地面沉降造成的影响[4]。控制结构物的变形在允许范围之内,并在施工期间加强监控量测和信息反馈工作,根据监测数据信息反馈采取跟踪注浆措施,以调整沉降曲线。
参考文献
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[3]马书红.盾构机的地铁过站施工技术[J].山西建筑,2009,35(5):320-321.
地铁施工盾构法 篇9
摘要：施工监测是地铁施工中必不可少的一项工作内容，尤其是在不良地质条件下的地铁隧道施工中，通过监测手段能够掌握实时施工信息，优化施工方案，确保工程施工质量及安全。基于此，文章结合工程实例，重点探讨了软土地质条件下盾构施工监控量测技术。
关键词：软土地层；地铁盾构；监控量测
0 引言
随着城市发展，城市中的高层建筑日趋增多，密集度越来越大，能够被利用的城市地面空间已经越来越少，城市地下空间的开发利用迫在眉睫，为缓解日益拥挤的交通，充分利用城市地下空间，城市地下轨道交通工程方兴未艾。盾构法隧道施工是地铁隧道施工常见施工方法，监控量测作为盾构施工的眼睛，是施工成败的关键。
1 研究背景
某城区地铁隧道采取盾构法施工，在施工前期勘察中，发现施工场地上方有天然气管道一条，盾构隧道和管道相交的位置位于A站以西238m的位置，管道位于区间隧道上行线第210，211环，下行线第206，207环上方。因盾构下穿段管道埋深无相关资料记载，施工之前采用管线仪对其位置进行大致测定，之后采用钻探勘测得其深度，为确保天然气管道安全，钻探使用钻头为塑料钻头。鉴于该区间软土地质特征，在盾构隧道施工过程中，易发生区域性地面沉降；盾构在软土地层中穿越天然气管道，地面沉降不易控制，直接导致管道变形不易控制，极易造成管道破裂等事故。该区间隧道埋深为12m，管道的埋深为1.0m。
2盾构施工原理及监控量测必要性
盾构法工作原理是：盾构机刀片在前面切削岩体时，盾构外壳在隧道开挖前端进行预先支护，形成外部支撑；盾构机在盾构外壳的支护下继续向前开挖岩体和拼装隧道管片衬砌；盾构外壳由内部结构支承，而盾尾部分则无内部结构进行支承，故盾尾需及时拼装隧道管片衬砌；盾构机掘进或调整方向是通过顶在己经拼装完成的隧道管片衬砌上的液压千斤顶操作的。在地质环境较恶劣时，通常还需要利用其它相应措施对盾构掘进前方工作面进行土体改良。
盾构隧道施工监控量测是盾构施工过程的一部分，是指导施工、发现问题解决问题的唯一途径。隧道设计和施工过程是处理好土力学、岩体力学等各种力学问题的过程，施工现场监控量测直接记录和反映着各种力学作用现象，为施工提供第一手资料。一方面通过对监测信息进行分析、处理直接指导隧道施工；另一方面根据监控量测数据，做到动态设计，随时对不合理的设计方案进行优化，提高施工质量，不断提升隧道工程建设的水平，不断优化盾构隧道施工技术。
3地铁盾构监控量测施工措施
盾构监控量测是盾构施工成败的关键，监测内容及方法在不同施工条件下有所不同。
（一）一般条件下的沉降及水平位移监测
一般条件下的地铁盾构监测施工，应根据地铁施工现场的实际条件，按照一定的施工等级分别对基准点、施工基点及沉降监测点进行控制。当基准点和监测点两者之间形成闭合或者是与水准路线附合后，应取两次监测数值的平均值，并将该平均值当作初始高程值，与此同时，在对水准线路进行观测时应与基准点或者是施工基点保持同步，监测得出的各项数值结果的偏差应控制在相关要求范围内。另外，对于地铁普通部位的水平位移监测，应采取小角度观测法对地铁盾构普通部位的各个基点进行监测，监测达到相关施工要求合格后，应利用高精度电子全站仪对已经监测过的各基点之间的小角度及距离进行准确测量，并精确计算各基点与实际基准线之间存在的偏差，计算得到的偏差就是地铁盾构垂直线路方向的位移量。
（二）地铁盾构关键部位沉降监测
地铁盾构关键部位沉降监测一般采用电水平尺法，电水平尺具有较全面的功能及良好的效果。电水平尺在安装时紧贴被测对象的，不会对行车带来影响，同时能自动读取监测数据，适合于行车封闭路段时进行全方位连续的沉降监测。电水平尺具有较高的精度，利用该工具对地铁盾构关键部位进行监测，能够捕捉小到1”的倾角变化，使用电水平测量出来的数据具有较高可靠性。在地铁盾构关键部位沉降监测过程中将多个电水平尺首尾相连进行测量，能够准确计算出地铁盾构的绝对位移，并且根据这些测量数据可推断出地铁盾构的沉降断面。此外，在盾构监测中运用电水平尺与数据采集器进行相互配合，能够实现盾构实际状况的连续监测，实时掌握盾构施工中的沉降变化，如果遇过大或者影响盾构施工安全的沉降量，即启动自动报警功能。综上，电水平尺在盾构各个部位沉降测量中的应用给盾构施工提供了安全保障。
4监测控制具体研究方法
（一）监测点布置
地面监测点埋设，沿线路方向每5环布设一个监测断面，横断面监测点布置3排，第一排位于200环，断面监测点7个，第二排位于205环，断面监测点3个，第三排位于210环，监测点3个，监测点间距2.4 m，在194环、202环分别埋设深层沉降监测点，埋设深度8m。
（二）深层分层监测技术
盾构机通过天然气管道后，对200环、205环、210环监测结果进行比较分析。掘进过程中地面下沉，通过后变化速率趋于0，并略有回升，最后保持稳定，地面最大变化量下沉5 mm。盾构机掘进推力800t左右、土压0.12、出土量38方、注浆量都是3 m3，在埋深12 m的地层中此为合理掘进参数，地面沉降能控制在规定范围之内。第200环断面监测数据显示，盾构机通过断面过程中，地面隆起单次变化在1mm内，下沉在3mm内，沉降变化速率小。第205环断面监测据显示，盾构机通过断面过程中，地面降起单次变化在2mm内，下沉在4mm内，沉降变化较小。第215环断面监测数据显示，盾构機通过断面过程中，地面隆起单次变化在2mm内，下沉在5mm内，沉降比较稳定。在200环、205环、210环的累计沉降变量中，隆起最大值为4 mm，下沉最大值为5 mm，控制地面沉降在规定范围之内。盾构机刀盘到达194环深层沉降管处，监测数据显示，30号监测点隆起6 mm，通过后下沉6 mm，监测数据变化小，变化在2 mm左右，盾构机下穿时，对隧道上部2 m左右地层的扰动变化在6mm左右。盾构机刀盘到达深层沉降管处，上部2.3 m处上升4 mm，下部上升4mm，穿过管道后，上部变化在3 mm左右，下部变化2mm左右。
上述数据显示，盾构机在穿越管道过程中，地下7 m处，沉降变化小。在盾构机掘进过程中，刀盘对上部两米左右部分土体扰动较小，变化值最大为5 mm左右。盾构通过后注浆对土体的扰动很小，变化在2 mm左右。在盾构机下穿天然气管道的过程中，即196-203环推进过程中，对每一环进行了4次取样，经过检测，取土样品不含油脂，土质无污染。天然气管道没有发生渗漏等现象。通过深层分层监测，最终保证了盾构顺利穿越天然气管道。
5 小结
盾构法是当前城市地铁隧道施工中的常用方法，本工程运用深层监测技术对软土地层中的盾构地铁隧道施工进行了监测，将施工现场地下管线的地层实际变形情况实时反馈至操作面，直接用于调整施工参数和判定管线的安全情况。最终保证了工程的顺利实施，并确保了管线的安全性，为以后类似工程提供参考和借鉴。
参考文献：
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地铁施工盾构法 篇10
目前我国经济发达的城市大多已开始或着手修建地铁, 尤其是东部沿海地区城市地下铁道工程更为兴盛, 在此建设过程中越来越多的地铁车站深基坑工程展现在繁华的都市之间[1]。随之而来的就是越来越多的深基坑、区间隧道需要在城市建筑密集区域施工, 且大多邻近已有建构筑物、地下及地上市政管线设施等。又因软土地区深基坑施工过程中极易引起周围地层及建构筑物沉降或变形, 且不好控制, 稍有不慎就会产生极大的安全隐患。所以对软土地区地铁施工的重视程度和正确的施工思维方法尤为重要, 能在很大程度上降低地铁施工对周围已有建、构筑物与地下市政管线等设施产生的不利影响[2,3], 并对减少地铁工程所产生的安全隐患和财产损失有重要意义。
2 工程概况及特点
2.1 盾构接收、始发洞口地质概况及工程环境
(1) 本工程盾构洞口地质情况如表1所示。
(2) 工程环境。
本次盾构接收井设在某车站端头井内, 车站处于东西向交通要道中间, 两边50米外为商业住宅区, 端头井东侧25m左右有一座桥, 桥下为一南北向宽10m深2m左右河流。如图1所示。
2.2 盾构端头加固范围及加固要求
(1) 进出洞端头地层加固范围:纵向为车站槽壁以外9m, 横向为洞圈以外各2.5m, 深度为隧洞底板以下2.5m。如图2所示。
(2) 加固要求。
1) 加固土体无侧限抗压强度为0.8MPa~1.2MPa。
2) 渗透系数≤1.0×10-8cm/s。
3) 9m宽加固带除紧邻车站围护结构地下连续墙外40cm左右范围采用高压旋喷桩加固之外, 均采用三轴搅拌桩加固。三轴搅拌桩为密排桩, 成桩直径Φ850@600。高压旋喷桩直径Φ800@600, 采用三重管高压旋喷, 压力28~30MPa。
2.3 工程特点
根据地质勘察报告, 施工场地处于典型的富水软土地区, 广泛分布第四纪海相沉积的厚层软土, 具有“天然含水量大于或等于液限, 天然孔隙比大于或等于1.0, 压缩性高, 强度低, 灵敏度高, 透水性低”等特点。盾构掘进多处于 (4) 淤泥质粘土、 (3) 淤泥质粉质粘土、 (3) 1粉砂层范围, 盾构接收施工时及易发生涌水涌砂及塌方、沉降现象。
3 盾构接收前的准备工作
3.1 探孔试验
在左线盾构接收前20天左右, 对盾构接收洞门进行了探孔实验, 探孔方案中探孔分别布设在距洞门边缘25~30cm处1点、3点、5点、7点、9点及中间位置。结果在打完1点钟位置探孔后发现有涌水现象, 之后对1点钟位置探孔进行了封堵。然后又对7点钟位置进行了探孔实验, 结果涌水现象比1点钟位置还要明显, 随即进行封堵, 以免事态扩大。
3.2 洞门后的注浆加固
在1点、7点钟位置的探孔试验之后, 试验终止。为不影响盾构接收, 随后紧急对洞门渗漏水问题进行了原因分析, 并对洞门后进行双液浆注浆加固。加固点分别布设在距离洞门边缘20~25cm处12点、2点、4点、6点、7点、9点、10点及中间位置。注浆顺序为中心点→2点→10点→4点→9点→7点→12点→6点。双液浆凝固速度为60秒, 注浆压力5~6MPa。用同样的方法也对右线盾构接收洞门后进行了预加固。
3.3 再探孔
注浆加固完成后, 采用接收前探孔试验方案对洞门再次进行探孔试验, 无涌水涌砂现象, 只有4点、9点钟孔位有少量渗水现象, 表面上分析不影响盾构接收。
4 盾构接收时涌水涌砂
盾构在掘进最后10m时各种参数一直都在预计范围内, 出土正常, 并无异常现象。但是在盾构刀盘刚刚掘出洞门后, 刀盘周围下半部分开始涌水, 之后10分钟左右伴随涌砂现象发生。
5 补救措施
5.1 塞棉被
在洞门口刀盘周围塞棉被, 使涌水涌砂速度减缓, 阻止涌水涌砂的势头。
5.2 注浆加固
在涌水涌砂势头减缓之后在洞门及洞内同时多台注浆机进行注浆加固。因当时涌水涌砂势头很紧, 单单在洞门进行注浆加固无法完成对洞门涌水涌砂的封堵[4]。只能采取洞内洞外多台注浆机同时进行双液浆、聚氨酯注浆加固才能慢慢减缓涌水涌砂势头, 最后达到止住涌水涌砂的效果。
6 原因分析
6.1 洞门周围水源及渗水通道的存在
首先, 经过接收前的准备工作后, 正常情况下在盾构接收时不会出现涌水涌砂现象。而且在洞门加固完成后再次进行了探孔试验, 只有少量渗水现象发生。由此判断当时只是洞门及洞门周围近距离 (30~50cm) 范围完成了加固, 洞门周围存在大量水源, 及通往水源补给的水流通道。所以在盾构进洞时, 洞门破坏, 在洞门周围大量水源的不平衡压力下, 水源突破洞门封堵喷涌而出。如果仅仅是洞门周围有积水, 那么涌水不会源源不断而且越来越大并随之伴有涌砂。所以由此判断洞门周围水源一定存在通往水源补给地的水流通道 (或者叫做渗水通道) 。从图2可以看到在距离盾构接收井东侧30m左右位置有一条南北向河流, 此河流应为此次涌水的重要水源补给地。
6.2 渗水通道的形成
在基坑开挖后一段时间, 基坑周围就开始有渗漏水现象, 因为当时渗漏水不大, 没有引起足够的重视, 渗漏水问题也是沿海一带深基坑工程的通病。后来到车站主体结构完成之后, 盾构接收井周围还存在渗漏水现象, 而且越来越严重。所以, 从基坑开挖到主体结构完成再到盾构接收的一年多时间里, 此处附近一直存在着越来越大的渗漏水问题, 加之软土地区地层软、层理发育, 地下各种管线、管沟的存在, 都为渗水通道的形成提供了充足的条件, 而且后来的涌水涌砂现象也充分证明渗水通道形成了。
6.3 渗水通道的形成时间
在车站基坑开挖前, 盾构端头三轴搅拌桩加固已经完成, 所以盾构断头加固后一段时间并没有水流形成, 断头加固的水泥浆液也不会被水流带走, 端头加固正常, 这一点可从盾构接收前的最后10m推进一切正常而得到佐证。这一点也可证明渗水通道形成于盾构断头加固体固结成型之后。
由于目前技术原因, 在盾构断头三轴搅拌加固体与车站围护结构之间还有一个40cm左右宽的间隙条带加固不到, 此间隙带设计在盾构接收前2个月采用高压旋喷桩加固完成。但事实表明, 高压旋喷桩对此40cm左右宽的间隙条带并未加固成功。其原因就是在高压旋喷加固时, 此处已经形成渗水通道, 而且渗水通道已相当发育, 在车站内外不平衡水压力作用下, 水由外向内持续渗流, 并在外部形成渗水通道通往水源补给地。这样车站外部一定范围内就存在持续流动的动水, 以渗水通道为主干, 形成流动的水流网。所以在高压旋喷桩加固间隙带之后 (由于旋喷水泥浆液凝固期很长) 还未凝固, 水泥浆液就被车站外部流动的水流网所带走, 导致加固失效, 而且还破坏了原本的地层结构, 使间隙带的土体更容易被水流带走流进站内[5], 而在间隙带体内形成大量的积水空间和积水。
通过以上分析, 可知渗水通道的形成时间应该在盾构断头三轴搅拌桩加固体固结成型之后, 间隙带高压旋喷桩加固之前。
本工程在盾构接收涌水涌砂后, 也正是通过哲学的反演法思维, 快速而准确地分析出了事故的成因, 才能在事故发生后正确而快速的减缓了事态的发展, 并最终成功封堵, 而未对周围环境造成严重的影响。
7 结论
(1) 施工过程中对事故的发生要有敏锐的嗅觉和分析能力, 哲学思维的反演法对分析工程事故、预测工程趋向和结果有很好的实用性, 它能快而准地分析得到事故的原因、工程的趋向和结果, 从而减少工程事故所造成的损失, 也能减少或避免工程事故的发生和发展。
(2) 软土地区地铁施工是一项系统工程, 它不仅要与时间、空间赛跑, 还要清晰地认识和理解工程的来龙去脉, 这样才能在突发状况时对症下药, 得心应手。对工程施工过程的重视、施工过程的严密控制、施工过程的观察分析, 可减少工程的事故发生率。
摘要：本文以哲学反演法思维为工程事故主要推理手段, 结合对施工现场环境、监测数据的分析总结, 对杭州地铁二号线某地铁车站盾构接收时的涌水涌砂现象进行了深入解剖, 并得出结论:哲学思维的反演法对分析工程事故、预测工程趋向和结果有很好的实用性, 它能快而准的分析得到事故的原因、工程的趋向和结果, 从而降低工程事故的发生率并减少其所造成的损失。
关键词：反演法,盾构接收,涌水涌砂,工程事故
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盾构法施工在地铁中的应用01-03
盾构施工地铁工程论文04-18
地铁盾构施工测量技术07-28
盾构施工地铁工程论文提纲11-15
地铁盾构施工技术问题分析09-11
上海地铁车站盾构工作井盖挖逆作施工技术07-14
城市地铁冻结法施工08-05
软土地铁盾构法隧道工程风险识别论文06-20