盾构推进轴线控制及调整
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盾构姿态控制与管片拼装技术盾构姿态控制与管片拼装相互影响,相互制约的两个过程。
盾构姿态控制与管片拼装应以隧道设计轴线控制为目标,同时两者相互协调,保证管片拼装质量,避免管片产生破损。
盾构的姿态控制是盾构施工中的一个重要环节。
盾构姿态控制的基本原则:以隧道设计轴线为目标,偏差控制在设计范围内,同时在掘进过程进行盾构姿态调整确保不破坏管片。
盾构推进过程中,依靠千斤顶不断向前推进,为便于轴线控制,将千斤顶设置分成不同区域。
在切口水压正确设定的前提下,应严格控制各区域油压,同时控制千斤顶的行程,合理纠偏,做到勤纠,减小单次纠偏量,实现盾构沿设计轴线方向推进。
设计轴线控制范围:平面控制: 100mm,高程控制:-100mm。
本工程采用通用楔形管片作为隧道衬砌。
其不同的旋转位置,将产生不同的上、下、左、右超前量,通过不同位置管片的拼装,实现对隧道轴线的拟合。
因此拼装前管片的选型至关重要。
选择正确的管片旋转角度,能保证拼装工作的顺利进行提高拼装质量,保证构筑隧道符合设计轴线。
另外,盾构推进施工中,成环管片作为盾构推进后座,对盾构推进起到一种导向作用。
为此,在盾构推进尤其是曲线推进时,应通过严格的计算和量测来确定管片的超前量。
同时应用盾构本身PPS系统综合系统,合理选取管片旋转位置,以达到管片相应的超前量,使管片环面始终垂直于设计轴线。
1.盾构姿态控制与管片拼装的基本原则1.1直线段施工直线段施工最理想的状态是隧道设计中线与盾构轴线管片中线重合。
但实际施工情况,三条线之间存在偏差。
下面分几种基本情况进行讨论:(1)三条线基本重合:理论上,管片拼装时K块可以交替放在圆心对称的位置。
但是,为了保证拼装精度,应避免K出现隧道下部。
最好 K块交替放°与270°位置。
K块在右侧,左右油缸行程差25mm,K块在左侧,左右油缸行程差-25mm。
(2)盾构轴线与隧道轴线重合假设管片端面与隧道设计轴线的垂直面存在夹角θ,最不利的情况是两平面在水平面上的投影夹角为θ(顺时针为正)。
盾构施工风险控制近年来,国内地铁区间隧道大量采用盾构法施工,盾构技术有了长足进步,但盾构施工事故还是时有发生。
在盾构施工中地质是基础,设备是关键,人是根本。
避免事故的核心是对风险进行辨识,采取有效措施,阻止或降低风险的发生。
一、盾构进出洞风险控制盾构在工作井内始发掘进必须凿出预留洞口的钢筋混凝土后,才能将盾构推入洞口,盾构刀盘转动切削洞口外土体。
由于凿出预留洞口的钢筋混凝土需要较长时间,洞口土体暴漏时间过长会引起土体坍塌进入工作井,影响盾构始发;如遇含水饱和的砂性土,极易引起大量水涌入工作机,造成严重的工程事故,延误工期和造成巨大的经济损失。
尤其是大直径盾构由于埋设大和洞口面积大,盾构始发的风险更大。
需采取以下措施:①从设计上加强端头加固措施,如在端头洞门增加排素混凝土桩,端头加固选用效果较好如三轴搅拌桩的施工方案。
②对于富水地层,必须采用降水措施。
③对端头加固加固效果进行检测,确保端头加固的整体性和抗渗性满足设计要求。
加固体与井壁密封性不能出现缺陷点。
二、小曲线半径地段盾构施工风险控制小半径曲线上推进时,土体对盾构和区间的约束力差,盾构轴线较难控制。
同时由于曲线半径过小,使得掘进时盾构机向曲线外侧的偏移量增大,对管片拼装造成一定影响。
施工中严格控制油缸的分区推力,适时调整盾构姿态,严格控制盾尾间隙。
小半径曲线盾构掘进时,要采取以下措施:①盾构测量盾构在小半径曲线段推进时,增加隧道测量的频率,确保盾构测量数据的准确性。
通过测量数据来反馈盾构机的推进和纠偏。
在施工时实施跟踪测量,确保盾构机良好的姿态。
由于隧道转弯曲率半径小,隧道内的通视条件相对较差,需多次设置新的测量点和后视点。
在设置新的测量点后,严格加以复测,确保测量点的准确性,防止造成误测。
同时,由于盾构机转弯的侧向分力较大,易造成已成环隧道的水平位移,所以必须定期复测后视点,保证成型隧道位置的准确性。
②盾尾间隙控制小曲率半径段内的管片拼装至关重要,合理的盾尾间隙有利于管片拼装和盾构进行纠偏。
地铁盾构施工安全风险管理与控制措施发布时间:2022-05-07T10:05:36.935Z 来源:《新型城镇化》2022年9期作者:雷荡[导读] 地铁盾构法是借助于盾构机完成地下施工作业的施工工法,具有结构安全可靠、速度快及施工效率高等特点。
中铁四局安徽省合肥市 230011摘要:地铁盾构法是借助于盾构机完成地下施工作业的施工工法,具有结构安全可靠、速度快及施工效率高等特点。
目前随着我国发展进程加快,地面土地使用率越来越高,所以地铁建设规模也随之越来越大,盾构机凭借其兼具经济性、安全性等的特点,成为了现今城市轨道交通施工中的关键技术。
但是盾构法也存在安全风险,因此需要做好地铁盾构施工安全风险管理与控制,保证施工安全进行。
关键词:地铁;盾构;施工;安全;风险;管理;控制1地铁盾构施工管理中存在的安全风险1.1开挖面失稳的安全风险在地铁盾构施工中,存在开挖面失稳风险,对地铁盾构安全施工造成很大影响。
在地铁盾构施工中,导致出现开挖面失稳原因主要有以下几个原因。
一是在地铁盾构施工中,会遇到管涌和流沙问题,会造成盾构机发生突沉。
二是在地铁盾构施工中,会遇到地层空间,会造成盾构机轴线的偏移。
三是在地铁盾构施工中,会遇到涌水问题,会导致出现塌方问题,对地铁盾构施工的顺利进行造成影响。
1.2盾构机掘进过程坍塌事故的安全风险在地铁盾构施工中,容易发生塌方问题,对地铁盾构安全施工造成很大影响。
在地铁盾构施工中,如果对塌方不能很好地进行处理,就会造成地表沉降,对地铁工程的顺利进行造成很大影响。
2盾构施工安全控制措施2.1完善地铁盾构施工安全管理体制在地铁盾构施工中安全风险的管理首先要进行管理体制的创新和完善。
管理体制的创新要摒弃旧的发展模式,对以往的管理体制中的弊端进行调整,将整体功能发挥到最大程度。
对地铁盾构施工的管理不能一板一眼,需要灵活多变,面对不同程度、不同大小、不同规模的施工要合理规划管理模式,在管理体制上可以采用不完全相同式管理。
1.1.1.1盾构掘进姿态调整与纠偏
在实际施工中,由于管片选型拼装不当、盾构机司机操作失误等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值;在稳定地层中掘进,因地层提供的滚动阻力小,可能会产生盾体滚动偏差;在线路变坡段或急弯段掘进过程中,有可能产生较大的偏差,这时就要及时调整盾构机姿态、纠正偏差。
(1)参照上述方法分区操作推进油缸来调整盾构机姿态,纠正偏差,将盾构机的方向控制调整到符合要求的范围内。
(2)当滚动超限时,及时采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。
在急弯和变坡段,必要时可利用盾构机的超挖刀进行局部超挖和在轴线允许偏差范围内提前进入曲线段掘进来纠偏。
浅谈盾构轴线偏差原因及其纠偏措施摘要:盾构法施工轴线控制是盾构法施工重点环节,通过对影响盾构轴线偏差的因素研究与控制进而达到娴熟掌握盾构法施工隧道轴线控制技巧,为以后的盾构法施工提供强有力的技术保证。
关键词:盾构;轴线控制引言盾构法施工轴线控制是盾构法隧道施工的重要环节。
文章对产生盾构轴线偏差的因素进行了分析,并有针对性地提出了防范和监控措施,以确保盾构掘进轴线及成型隧道轴线满足设计及规范要求。
一、产生盾构偏差的原因(一)始发基座的安装与线形始发架及反力架安装不稳及安装位置不符合设计要求,将直接导致盾构机在初始推进时发生位置偏移,甚至始发后轴线控制失控,盾构走形严重偏离隧道设计轴线。
(二)管片拼装盾构机在掘进过程中,随着盾构姿态沿轴线的不断调整,盾构千斤顶产生一定的行程差,通过合理的使用转弯环管片来调整盾构千斤顶的行程差,使管片与盾构机盾尾之间保证必要的盾尾间隙量。
此外,管片拼装的真圆度也影响盾尾间隙量。
(三)同步注浆对轴线控制的影响同步注浆可以及时填充盾尾前移后土体与管片之间产生的间隙,防止土层变形和坍塌,而且注浆量的多少及注浆压力的大小和分布都对轴线控制产生一定的影响。
(四)施工参数设定(1)盾构在不同区间线型中向前推进,盾构环环都在纠偏,区域千斤顶的推力及行程差直接影响盾构姿态。
(2)控制土压的设定值:一般在纠偏时,土压力的设定值比较大,使得千斤顶推力增大,千斤顶各区域调节时容易产生较大的压力差,利于增大土体对机头的反作用力将机头托起或横移。
(3)注浆压力及注浆量。
(五)土质因素在推进施工范围内,尤其开挖面土层变化处,由于不同土质的软硬程度及其承载能力有较大差异,会使盾构机产生不均匀位移,对盾构姿态造成一定的不良影响。
(六)地下水含量变化地下水含量丰富时,造成土体松软,盾构往往偏向松软土体或地下水丰富的河道的一边。
(七)施工连续性施工中途停止、施工流程不连贯以及推进速度不均匀,例如一旦遇到比较松软的土质,会造成盾构机下沉,因而影响盾构掘进姿态。
盾构施工中常见的问题及处理措施前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。
风险管理关键在于发现问题,分析问题,采取应对措施和预防措施,总结经验,不断提高工程风险的管理。
现本文以表格的形式对盾构施工过程中的一些质量问题分类概述,并找出问题产生的原因,进而提出处理措施。
见下表:质量问题产生的原因处理措施出洞段拆除封门时出现涌水、流砂封门外侧加固土体强度低1.创造条件使盾构尽快进入洞口,并对洞门圈进行加固封堵,如双液注浆、直接冻结等2.加强监测,观测封门附近、工作井和周围环境的变化。
3.加强工作井的支护结构体系地下水发生变化封门外土体暴露时间太长洞口土体流失洞口土体加固效果不好1.洞口土体加固应提高施工质量,保证加固后土体强度和均匀性;2.洞门密封圈安装要准确,在盾构推进的过程中要注意观察,防止盾构刀盘的周边刀割伤橡胶密封圈;密封圈可涂牛油增加润滑性;洞门的扇形钢板要及时调整,改善密封圈的受力状况;3.在设计、使用洞门密封时要预先考虑到盾壳上的凸出物体,在相应位置设置可调节的构造,保证密封的性能;洞口密封装置失效掘进面土体失稳盾构推进轴线偏离设计轴线盾构基座变形1.盾构基座中心夹角轴线应与隧道设计轴线方向保持一致,当洞口段隧道设计轴线处于曲线状态时,可考虑盾构基座沿隧道设计曲线的切线方向放置,切点必须取洞口内侧面处;2.对基座框架结构的强度和刚度进行验算,以满足出洞时盾构穿越加固土体所产生的推力要求;3.控制盾构姿态,尽量使盾构轴线与盾构基座中心夹角轴线保持一致;4.盾构基座的底面与始发井的底板之间要垫平垫实,保证接触面积满足要求;5.在推进过程中合理控制盾构的总推力,使千斤顶合理编组,避免出现不均匀受力盾构后靠支撑发生位移或变形出洞推进时盾构轴线上浮后盾系统出现失稳反力架失效1.对体系的各构件必须进行强度、刚度校验,对受压构件一定要作稳定性验算。
盾构推进轴线控制技术研究1项目概述1.1工程概况上海地铁杨浦M8线Ⅲ标段我管段区间包括黄兴绿地站~延吉中路站(简称黄延区间)、延吉中路站~黄兴路站(简称延黄区间),其中延黄区间上行线长1112.774m,下行线长1127.929m、有15.155m长链。
上、下行线均有一缓和曲线长70m、半径为500m的曲线;黄延区间上行线长381.456m、下行线长398.334m,上、下行线曲线多、半径小(最小为350m),且下行线进、出洞段均位于缓和曲线上。
洞口的导线测量受现场条件的限制,一般只能短边控制长距离;洞内的导线点及吊篮点经常受管片的沉降、旋转、及电瓶车振动等因素的影响;测量条件差受到天气、洞内光线(主要是大气折光、旁折光、大气密度、光线强弱)的影响,根据以上影响因素通过提高仪器精度,增加测量频率,采用不同测量方法、途径,以确保测量结果的精度及可靠性。
1.2项目目标盾构轴线偏离设计值不得大于±50mm,并且将施工后地表沉降的最大变形量控制在+10~30mm之内,保证隧道顺利贯通,为今后类似工程积累经验。
2研究方法2.1测量控制依据规范和招标文件要求,根据现场实际条件,编制切实可行的测量方案,进行误差分配理论分析,从布置控制、施工导线点,到不同测量方法、途径的比较,采用主、副导线相结合的方法和分两阶段的测量方法,结合隧道轴线偏差情况确定最优控制方法。
2.1工艺控制针对不同土质进行盾构机土压分析、通过100米试推进采集相关原始数据进行分析、设定参数,然后通过施工信息反馈,不断优化参数,最终通过盾构姿态的控制及调整、千斤顶推力的分布、管片纠偏、注浆孔位置、注浆量的调整等各项工艺有效地控制及调整盾构机轴线。
3研究内容3.1测量控制3.1.1测量施工流程3.1.2测量依据严格执行《中华人民共和国国家标准GB50308-1999地下铁道、轻轨交通工程测量规范》。
(参阅其中的第8、11、18章节)严格遵守《中华人民共和国国家标准GB50299-1999地下铁道工程施工及验收规范》。
严格执行《中华人民共和国国家标准GB50026-1993工程测量规范》。
3.1.3测量方法盾构出洞前的准备工作:⑴测量桩位的交接(空导点、水准点)测量桩位是由业主提供的,一定要提供多余桩位,以便校核。
在使用前必须按照规范上相应的精度对其复核,经复核达到精度要求后,方可使用。
⑵实地现场踏勘、选点和布网①地面控制点的选位根据现场条件,我们首先要在地面上布置地面控制网,因施工场地比较狭小,临时设施、设备较多,因此布点要考虑到网形精度、通视、稳定性和受施工的影响程度等因素。
②地下控制点的布设综合光线、通视、旁折光、空气密度等因素的影响,地下主导线控制点的平均间距布设控制在150~200m为宜,而辅助导线控制点(吊篮点)平均间距40~50m为宜,当然可根据设计路线的线形及现场情况作实际调整,地下高程控制点控制在50m 左右,高程控制点可布设膨胀螺丝在管片的左耳或右耳上。
③对所布设的控制点要严加保护,并对其位置作好记录,以便查找。
⑶出洞口三维坐标的测量及进洞方案的确定①在盾构机到位前,应精确测量预留出洞口的三维坐标,并与设计值比较,洞口直径至少测量水平和垂直两个方向,若实测洞圈的偏移量超过规范要求或失圆明显,需报设计院予以确认、回复,以便盾构机出洞时做适当调整。
②在精确测定洞口的三维坐标后,我们要确定盾构出洞的轴线。
若直线出洞,我们可采取按设计方位出洞;若曲线出洞,考虑到出洞口前有加固区,在加固区盾构机不能纠偏,我们采取割线出洞比较安全。
所采取割线的出洞方位我们事先前必须计算好,使盾构机在不能纠偏时的最大偏移量处小于50mm,在盾构机曲线进洞的情况下,我们同样要考虑类似的情况。
⑷盾构姿态检验及参数确定盾构出洞前,要仔细测量盾构机的有关数据及参数,如:盾构机的长度、半径、盾构机的前尺到切口的距离、后尺到盾尾的距离、前、后尺的水平距离、竖尺到盾构机中心的垂直距离,以及每推进一环后拼装环的大里程到盾尾的距离。
为简化计算,根据这些常数我们编写了电算化程序来测量盾构机的姿态。
另外,我们用普通测量的方法来测出盾构的原始姿态,以此来检验我们电算化测量盾构姿态的准确性。
3.1.4控制测量内容控制测量是整条隧道贯通的关键,也是隧道测量的技术难点。
⑴隧道平面控制测量隧道平面控制测量既是对影响隧道横向贯通误差的控制,首先我们要清楚影响隧道横向贯通误差的主要来源:地面控制测量中误差—m q1盾构出洞口处联系测量中误差—m q2地下贯通导线点测量中误差—m q3盾构姿态定位测量中误差—m q4(包括标尺定位误差)盾构姿态施工测量中误差—m q5(包括盾构操作误差)盾构进洞口处中心平面坐标测量中误差—m q6地铁平面贯通横向中误差—m Q因地下平面控制点不可避免是支导线测量,而且洞口联系测量一般只能是短边放长边,这在测量上是尽量避免的,但有时受施工条件的限制,我们只能采用这种方法。
所以出洞口处联系测量是隧道贯通的重点。
另外,设各项误差相互独立,根据已建地铁的实际经验,根据各项误差对横向贯通精度的不同影响,采取不等精度分配原则,再根据横向贯通精度的要求±50mm (即中误差±25mm),计算出影响横向贯通误差的各种测量误差的中误差。
通过控制各项误差的中误差来达到控制隧道的横向贯通精度。
具体取值计算如下:m q1=m, m q2=3m, m q3=2m, m q4=m, m q5=m, m q6=mm Q=√m q12+ m q22 +m q32 +m q42 +m q52 +m q62= 4.1m则m=±25/4.1=±6.1mm, 从而有:m q1=±6.1mm, m q2=±18.3mmm q3=±12.2mm , m q4=±6.1mm , m q5=±6.1mm, m q6=±6.1mm⑵隧道高程控制测量隧道高程控制既控制隧道的纵向贯通误差,相对横向贯通误差来说,隧道的纵向贯通误差容易控制些。
为了满足设计要求±50mm(既中误差±25mm),我们必须清楚影响纵向贯通误差的主要因素。
影响纵向贯通误差的主要因素有:地面高程控制测量中误差—m h1盾构出洞口处高程传递测量中误差—m h2地下高程点测量中误差—m h3盾构姿态高程定位测量中误差—m h4盾构机施工测量中误差—m h5盾构机进洞口洞中心高程测量中误差—m h6地铁区间隧道高程贯通中误差—m H同样设各种误差相互独立,根据各种误差对纵向贯通误差的不同影响,采取误差不等分配原则,计算出各种测量误差的中误差,通过控制各项测量误差的中误差来达到设计要求的纵向贯通误差。
具体取值计算如下:m h1=m, m h2=2m, m h3=2m, m h4=m, m h5=m, m h6=2mm H=√m h12+ m h12 +m h12 +m h12 +m h12 +m h12= 3.9m则m=±25/3.9=±6.4mm, 从而有:m q1=±6.4mm, m q2=±12.8mmm q3=±12.8mm , m q4=±6.4mm , m q5=±6.4mm, m q6=±12.8mm3.1.5两阶段测量法第一阶段测量:隧道推进前100m,导线控制点的井口传递可由井上直接传递到井下,由于传递边较短,且井上、井下高差较大,这对仪器的要求较高,对控制长距离的隧道来说精度很难得到足够的保证,由于隧道刚施工阶段,场地条件受限,无法实施更好的测量方案。
利用此方法控制100m 的隧道精度还是毫无问题的。
第二阶段测量:待隧道推进约100米后,导线控制点可由井上传递到车站的中层板,再由中层板传递到隧道内。
这样不但可以拉长井口传递边的距离,也可使传递倾角大大减小(倾角小于规范要求的30°)。
通过延吉中路站~黄兴路站区间隧道下行线两阶段测量方案的实施,效果良好。
3.1.6盾构姿态测量盾构姿态测量是实时测量盾构机的现有状态,及时指导盾构机纠偏。
盾构姿态测量是利用ET—2电子经纬仪测量前、后横尺和竖尺的偏差来反算盾首、盾尾的偏差,即实测角度与理论设计角度相比较,再根据公式推算至盾首、盾尾。
为避免复杂计算,进行程序化。
这中间容易出现的问题是理论里程和实际里程不一致,导致计算出的理论偏差不是当时盾首、盾尾的偏差,为解决这一问题,需要我们经常复测里程。
里程复测时,实际上我们无法实测出管片的中心里程,通常只能测管片的底部里程,这需要我们根据所测该环的坡度来计算出中心里程,特别在坡度较大的情况下,管片的底部里程和中心里程相差较大。
另外,精确复测出里程后,也要根据实际里程来调整三维坐标。
这样计算出的盾构姿态才能较准确地反映当时的盾构状况。
3.1.7隧道管片的法面测量对于法国FCB土压平衡盾构机来说,盾构机的内径为6260mm,管片外径为6200mm,即盾构机内径与管片外径间有30mm的间隙。
法面测量不准或测量不及时,会出现管片安装困难、管片破碎、管片错缝的现象。
因此管片的法面测量也非常重要。
管片的上下法面(俯仰度)相对好测一些,可利用吊线锤的方法来解决;左右法面的测量可用反射片测出该环管片左右两边对称点坐标并计算出其实际方位角,与理论方位角比较,计算出左右法面的偏差。
另外,隧道平面曲线的特征点和隧道的纵断面的变坡点是我们管片法面测量的重点。
3.1.8盾构施工测量(即“倒九环”测量)“倒九环”测量即是测量当班施工最终环号(包括该环)后九环的上下、左右偏差。
我们通常用带水平气泡的5m长尺来测管片的左右偏差,左右偏差测量的方法是:把5m长尺水平放置在所测环的大里程,把经纬仪对准后视水平度盘置零,然后瞄准长尺把水平度盘拨至根据事先计算好的理论角度直接读出水平尺上的数值,即是该环的左右偏差。
若读数在水平尺中心右侧,则说明隧道偏左,反之则偏右。
上下偏差测量的方法是:放一水准尺于所测环的大里程的底部,根据隧道内的高程控制点测出该环大里程的高程,通过与设计高程比较得出该环管片的上下偏差。
通过测量此偏差,可以反映出管片的错缝情况、管片在盾构机内和出盾尾后的变化情况以及管片最近两天的偏差变化情况。
以便于及时调整注浆、推进速度等施工参数。
3.1.9隧道里程的测量隧道的起始里程、旁通道里程、进洞里程和设计曲线的特征点是我们里程测量的重点。
隧道起始里程的确定可根据设计的旁通道里程减去旁通道前管片的长度是理论上第一环管片的小里程,再减去负环的长度是我们反力架的法面里程。
由于受管片贴片、纠偏等因素的影响,我们从确定的起始里程推进至旁通道的实际里程会与理论里程不一致,这需要我们在旁通道前要精确复测里程,以保证旁通道的里程在设计要求范围内。