[天津,地铁]土压平衡盾构在天津地铁2号线的应用探究
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盾构施工引起土体位移的空间计算方法为解决城市日益紧张的交通问题,天津市将对原有地铁进行扩建,由于市区内施工场地及交通因素所限,许多地段无法采用明挖法施工,盾构法成为天津地铁建设中常用的施工方法。
目前,对于盾构法施工引起的土体位移分析主要采用经验方法(Peck公式[1])和有限元数值计算方法,理论研究滞后于工程实践,因此,加强对盾构法施工的理论研究显得十分迫切。
1 引起土体位移的主要因素土压平衡盾构机是目前隧道工程中十分先进的一种施工机械,它具有施工速度快、安全程度高以及对土体扰动小等特点。
盾构施工引起的土体位移主要包括盾构前方土体的隆起和盾构推过后土体的沉降。
通过调节盾构前部密封舱内的压力值可以平衡因土体开挖而出现的侧向土压力,基本保持盾构前方土体的应力状态,所以盾构前方的土体隆起值较小。
盾构推过产生的土体沉降主要是由地层损失引起的,即隧道施工中实际开挖的土体的体积与竣工体积之差,地层损失的横断面(图1)可以通过空隙厚度g来表示:g=U*3D ω 2Δ δ,(1)式中,U*3D为因开挖面荷载释放使开挖面前方土体进入开挖面导致的超挖空隙厚度;ω为施工条件及操作技术影响因素;Δ为盾尾壳体的厚度;δ为安装衬砌所需的孔隙厚度。
对于g的四个组成的计算与确定,因为土压平衡盾构可以很好地控制压力舱的压力值,U*3D基本可以忽略,而对于技术较为熟练的施工工艺,ω的影响相对较小,所以盾构切口环直径与衬砌外径之差(2Δ δ)是空隙厚度的主要组成部分。
2 镜像方法原理镜像方法是由Sagaseta提出[3,4],可以解决线弹性半无限体内由于空隙产生的位移场的求解问题,基本分析步骤如下(图2)。
a。
忽略地面的存在,问题由半无限体转化为在无限体内的空隙问题,在原地面位置将产生正应力σ0和剪应力τ0。
b。
在无限体内与原空隙镜像位置假想一大小相等的体积膨胀,该体积膨胀将在原地面位置产生正应力-σ0和剪应力τ0。
c。
前两步在原地面位置产生的正应力相抵消,剪应力为2τ0,为符合实际自由边界条件,将产生的附加剪应力反号施加于半无限体表面。
天津地铁二号线盾构机故障处理方案里程nbs天津地铁二号线盾构机故障处理方案2010年06月13日天津天大天海新材料有限公司 2009年8月5日天津地铁二号线十四标津博区间右线盾构螺旋机故障处理方案一、工程概述1、概况天津地铁二号线十四标津博区间右线起讫里程为:DK20+132.002~DK21+135.667,右线区间全长1000.672m(短链2.993m),在DK20+650处设一联络通道;线路最大纵坡为25‰,最小纵坡2‰;线间距为11~14.5m,最小曲线半径为1500m,区间隧道覆土厚度11~15米。
区间隧道为外径6.2m,内径5.5m,管片拼装衬砌为单洞圆形隧道,采用错缝拼装,使用M30弯螺栓连接管片,环宽1.2m,管片混凝土为C50,防水等级为S10。
2、地质情况根据目前刀盘位置勘察资料,在刀盘面施工深度范围内的土层主要为粉质粘土:灰黄色,可塑,14米以下软塑,含少量螺壳,锈斑及姜石;粉土:灰黄色,湿,密实,含锈斑,姜石,夹粉质粘土薄层。
粉质粘土、粘土、粉土等规律性较差,具透水性差、高灵敏度、高压缩性、低强度、极易发生蠕变和扰动,工程性质差等特点。
3、盾构机所处位置及地面建筑物管线情况(附厂房盾构机位置图)二、事情经过及前期处理方法和采取的措施2009年7月14日下午1点30分,天津地铁二号线14标段津博区间盾构掘进602环至460mm时,螺旋机液压系统工作压力达到溢流压力,螺旋机无法转动。
切换到逆转状态,螺旋机可逆转但不可正转,正转油压达到20Mpa 时发生溢流,打开螺旋机上下两个观察孔,发现螺旋机上半部分可旋转,下半部分不可旋转。
发现这种情况后,项目立即组织会议研究故障的可能性以及需采取相应措施。
螺旋机内螺旋主轴为一通轴,离螺旋机顶部3654mm处有一联结销,初步判断为螺旋机主轴断裂或联结销断裂,断裂原因为螺旋机下半部分某部位被卡死,导致螺旋机产生大扭矩,将主轴扭断。
2.1处理方案为:2.1.1找到螺旋机确切断裂部位,进行机加工处理或焊接处理,恢复螺旋机整体性,使得上下两部分连成一个整体。
地铁工程土压平衡式盾构施工技术要点探究摘要:在地铁工程建设的过程中,盾构技术发挥着至关重要的作用,随着城市化进程的不断加快,加强对盾构技术的研究十分关键,基于此,本文针对地铁工程中的土压平衡式盾构施工技术要点展开深入探究。
本文从土压平衡式盾构施工技术的应用要点、技术要点、风险解决三个方面展开分析,以此明确盾构施工中需要注意的内容,保证盾构施工可以稳定进行,通过本文分析一起为有关人员提供参考。
关键词:土压平衡式盾构施工技术;适用范围;风险解决;应用要点引言现如今,国家轨道交通工程日益完善,轨道交通工程数量也逐渐增加,虽然轨道交通的发展给国民出行带来了极大的便利,但是国民对轨道交通质量也提出了更高的要求。
土压平衡式盾构施工技术在地铁工程建设中极为常见,尤其是在面对一些复杂、不良的地质条件时,可以取得较好的效果。
想要在实际施工过程中保证土压平衡式盾构施工技术的有效性,就要对施工技术应用策略和应用要点进行整体分析。
一、土压平衡式盾构施工技术的应用要点(一)土压平衡式盾构施工技术的适用范围土压平衡式盾构施工技术是盾构技术中的重要类型,将其在地铁工程中应用可以有效发挥出良好的效果。
这种施工技术可以在一些软弱冲击土层中应用,通过这种技术可以有效改良地层土质,让地层土质达到盾构施工技术条件。
不仅是在软弱冲击土层中应用,也可以在一些不同风化程度的地层或者混合地层的施工中应用。
而且在使用这种施工技术时,还可以通过不同的刀具更换运用,以及对技术参数进行合理的调整,从而达到良好的掘进效果。
(二)土压平衡式盾构施工技术的注意内容在正常施工状态下,土压平衡式盾构施工技术的应用要点包括两个方面,分别为:盾构机械设备的合理选型以及端头加固处理技术的运用。
通过合理的选型可以保证盾构施工的稳定开展。
首先根据开挖尺寸,确定断面尺寸;然后要根据地质条件,确定开挖功能,保证施工作业安全可靠;最后要合理计算盾构施工过程中的各项参数,以此保证盾构机的性能满足施工要求。
探究地铁工程土压平衡式盾构的施工技术发布时间:2022-05-31T07:51:08.143Z 来源:《工程建设标准化》2022年第3期第37卷作者:汪永健[导读] 地铁土压平衡盾构运用,对完成地铁建设具有重要的意义。
土压平衡盾构施工必须保证在开挖中土压力与开挖面压力平衡。
汪永健身份证:21012219950410****摘要:地铁土压平衡盾构运用,对完成地铁建设具有重要的意义。
土压平衡盾构施工必须保证在开挖中土压力与开挖面压力平衡。
地铁土压平衡式盾构在实际施工中具有适应性强的优势,在恶劣的地质下也能安全作业。
对施工技术进行深入分析,提高工程施工水平,促进城市地铁工程更好的发展。
本文对土压平衡盾构应用进行了说明,阐述了在施工中的应用,提出了地压平衡盾构实施的策略,希望能为相关工程提供一定的参考。
关键词:地铁工程;土压平衡式盾构;施工技术中图分类号:U231.3文献标识码:A引言随着社会的快速发展和城市化进程的推进,地铁规模逐渐扩大。
地铁建设对居民的安全出行有着直接的影响,也是衡量城市发展的重要指标。
在地铁工程建设中,地铁土压平衡式盾构技术由于具有智能能力强和施工快捷的优势,因此而得到了广泛应用。
1地铁工程土压平衡式盾构概述盾构法是指从地表下软岩和土体通过暗挖方法。
现阶段,在各地的水工隧道和地铁中得到了广泛的应用。
土压平衡盾构是盾构法技术中的重要类型。
在砂砾石、软土和高度侵蚀岩层中具有良好的使用效果。
地铁工程掘进有土压平衡、气压平衡和开放模式。
掘进可以自动、半自动或手动控制,有效的管理保证了施工的稳定性。
在进行地铁工程施工中,配备导向系统,纠偏能力强,可控制隧道方向,并具有灵活控制的能力,误差可控制在±10Omm以内。
刀头盾形具有适应层数更广,能满足对速度的要求。
此外,在实际施工中,如果配备注入系统,该技术的应用对于控制土壤的沉降具有重要的实际使用价值。
盾构配备膨润土系统,有助于改善渣土。
天津地铁二号线盾构施工测量技术的应用研究金花;张碧;孙立功【摘要】以天津地铁二号线津赤路站-李明庄站区间左线盾构施工测量技术的应用为例,就地面导线、高程控制测量,联系测量,盾构机始发测量,地下控制测量,盾构机ROBOTEC导向系统初始测量及姿态测量,衬砌环片测量等六个方面的施工测量技术进行了阐述.指出在盾构施工中测量、监测技术是关键,采用的测量方法、仪器以及观测者的水平直接关系到隧道贯通的精度,总结了确保地铁隧道准确贯通必须考虑的一些细节问题.【期刊名称】《宁夏工程技术》【年(卷),期】2011(010)001【总页数】5页(P75-79)【关键词】地铁;盾构施工;测量技术【作者】金花;张碧;孙立功【作者单位】陕西铁路工程职业技术学院,陕西,渭南,714000;陕西铁路工程职业技术学院,陕西,渭南,714000;陕西铁路工程职业技术学院,陕西,渭南,714000【正文语种】中文【中图分类】U455.43;U452.11 工程概况天津地铁二号线津赤路站—李明庄站盾构区间起讫里程为CK21+333.967~CK22+190,左线区间全长958.135 m(左线长链102.102 m),共797环.此盾构区间位于天津市东丽区卫国道迎宾道上,卫国道属天津市交通要道,施工难度大,文明施工要求高.新引进的盾构机质量达到300 t,是针对天津土质“量身”定做的,预计每个月可以掘进400 m左右.津赤路站至李明庄站盾构区间隧道已于2008年5月顺利贯通.2 施工测量2.1 地面导线、高程控制测量为满足施工的需要,在津赤路车站旁设置两个加密导线点(CK146,CK147),采用强制对中观测装置,并与车站附近4个高级控制点联测,构成附和导线,如图1所示.导线测设按精密导线测量的主要技术指标执行[1-2].图1 导线观测示意图地面高程控制网点的布设要满足既方便施工测量,又牢固稳定的条件,不受施工过程或其他外界条件的影响而导致沉降变化.在车站附近业主提供了两个精密水准点,并利用附和导线中的两个精密导线点构成附和水准路线,如图2所示.在车站附近选择一个近井水准点,将高程传递到车站附近.水准网的测量均按二等水准测量作业指标执行.图2 水准点布置示意图2.2 联系测量[1-2]2.2.1 竖井定向平面联系测量的目的是统一井上下的平面直角坐标系统.在整个盾构施工中应独立进行三次,时间分别为盾构开始前、大约掘进到区间中点处时以及临近隧道贯通时,其具体任务是确定井下起始点和起始边在地面坐标系统中的平面坐标和方位角.在这两项任务中,确定井下导线起始边方位角是主要的.在隧道里需建立一条支导线,起始点的点位误差对隧道支导线的影响是固定的且很小,而起始边的方位角误差对隧道各导线点的影响是随各点与起始点的距离成正比增大.采用双井定向,通过增大两根钢丝的距离来减小钢丝的投向误差并提高起始边的方位角的精度.双井定向的外业包括投点和连接测量两部分.津赤路车站主体已建好,分别在车站两端头井处各投挂一根钢丝,采用单荷重投影法,在每根钢丝上下两端适当位置上粘贴棱镜片,分别为A,B与A′,B′.在车站附近的加密导线点(CK146,CK147)上架设全站仪,测出两根钢丝到导线点的角度和距离,从而计算出A,B的坐标.双井定向示意如图3所示,投点时注意先在钢丝上挂以较轻的荷重,徐徐将其下入井中,然后在井底换上作业重锤,放入盛有水或机油的桶内,但不能与桶壁接触.桶在放入重锤后须加盖,以防滴水冲击.在车站底板适当位置上设置了两个比较稳固、采用强制对中装置的观测台,分别为1,2.井下连接的任务是测设导线A′12B′,目的是测定井下两个导线点1,2的坐标和所构成边的方位角,此两点即为盾构始发及掘进的平面控制依据.主要测设过程详见下面步骤说明.地面上测角或测距以及地下的导线测量均按精密导线测量的技术要求执行.图3 双井定向示意图两井定向的内业计算步骤如下:(1)由地面连接测量成果计算A,B的坐标(xA,yA),(xB,yB).(2)对A,B两点进行坐标反算,求AB的方位角及其边长,公式为(3)确定井下假定坐标系统.为方便起见,一般假定为A′原点,井下导线第一条边A′1为x轴(即,然后计算井下连接导线各点的假定坐标,得(4)在假定坐标系中,反算A′B′的方位角和边长:其中c与c′之差不应超过规程规定,当超限时应找出原因并更正.(5) 计算井下第一条边A′1 的方位角αA′1,αA′1=αAB-αA′B′.(6)以A点坐标和αA′1为起算数据,重新计算井下连接导线各边的方位角及各点的坐标.分别由地面和井下计算的B和B′点坐标,对闭合差按与边长成正比反符号分配到各边的坐标增值中.2.2.2 高程传递由竖井传递高程,是通过测量井深而将地面水准点的高程传递至井下的水准点,采用钢尺导入法进行高程传递,高程传递应独立进行3次,与竖井定向同步,其互差应满足限差要求.钢尺导入法是传统的竖井传递高程的方法.将钢尺悬挂在支架上,尺的零端垂于井下,并在该端挂一重锤,其重量应为钢尺检定时的拉力.将地面高程按二等水准测量作业标准传递到近井水准点A上.首先用水准仪读取近井水准点A上水准尺的读数,读数为a,在钢尺上读取读数m,需独立观测三测回,每测回变动仪器高度;其次将水准仪移到井下,钢尺上读取读数n,在车站里水准点B的水准尺上读取读数b,也需独立观测三测回,每测回变动仪器高度.三测回测得地上、地下水准点的高差应小于3 mm,观测时应量取地面和井下的温度,三测回测定的高差应进行温度、尺长改正.进而计算出水准点B的高程,即为盾构始发及掘进的高程控制的依据[3].洞内水准点B的高程可按下式计算式中:Δl为钢尺尺长改正数;Δt为钢尺温度改正数.其中Δt=α(t平-t0)/l,α 为钢尺膨胀系数,取为0.000 012 5/℃;t平为井上、井下的平均温度;t0为钢尺检定时的温度;l=m-n.2.3 盾构机始发测量盾构机始发测量包括盾构机导轨定位测量,反力架定位测量.2.3.1 始发托架定位盾构机导轨定位测量主要控制导轨的中线与设计隧道中线偏差不能超限、导轨的前后高程与设计高程不能超限、导轨下面是否坚实平整等.它的位置主要是利用地下导线点分别在导轨的前后两端放样出隧道中线上的中心点,利用这两个中心点来控制导轨的平面位置,如图4所示.利用水准仪通过地下水准点测定始发托架的高程,每条导轨分别测6个点,根据测量结果进行调整,使托架的方向、坡度和高程与设计值较差小于2 mm,经调整后满足此限差要求.图4 始发托架定位示意图2.3.2 反力架定位反力架的安装位置测量分为平面定位及高程定位.平面定位主要是利用地下导线点直接精确定位反力架的轴线,并使此轴线与设计轴线严格重合.高程定位是利用地下高程控制点直接测定底板预埋钢板的顶高程,根据反力架的结构尺寸推算出预埋钢板的设计顶高程,二者较差不能大于3 mm.2.4 地下控制测量2.4.1 地下导线控制测量及处理[4-5] 隧道内平面测量分施工控制导线及施工导线,洞内施工控制导线由洞外联系测量所确定的导线点1,2直接延伸而来.地下导线是一条支导线,这条导线指示盾构推进方向,它必须十分准确.控制导线观测台由钢板焊接而成,采用强制对中装置,利用螺栓固定在管片侧壁上(如图5所示).施工控制导线的平均边长选择在150 m左右,尽量按等边直伸导线布设,整条隧道共布设了6个控制导线点.当控制导线向前延伸布设新的导线点时,因盾构隧道中的管环在一定范围、一定时间内总是处于动态的,其测设过程必须从1,2两导线点开始至新点结束,其精度满足精密导线测量的技术要求.在施工过程中利用隧道内第4个(SDN4)和第5个(SDN5)导线点构成的边指导盾构最后贯通,所以这条边最后的方位确定很重要,为了使方位和坐标更加准确,对整条控制导线采用处理闭合导线的方法进行角度和距离的平差,在距贯通面50 m时共测量了3次,将3次SDN4和SDN5构成的边的方位和坐标与总测结果进行加权平均,确定最后的结果,指导盾构机入洞.施工导线是隧道掘进的依据,施工导线的精度高低,直接影响着盾构推进时的姿态和隧道的贯通.施工导线由控制导线点敷设而成,受施工控制导线控制.测量系统由悬挂固定在隧道顶部的吊篮构成(如图5),保证ROBOTEC系统中的测量机器人与盾构机的目标靶通视.一般施工导线边长在直线段为60~80 m,曲线段为20~50 m.随着盾构机的掘进,施工导线点要不断前移(即换站),每次换站后必须对盾构机的姿态进行人工检测,以检测换站成果.样,每布设一个新的水准点时,都必须从井下水准点开始测出新水准点高程.测量时需满足二等水准测量的技术要求.作为施工导线用的吊篮高程可由隧道内控制水准点用三角高程的方法引测传递,但应随时注意对其校核.地下控制水准测量在隧道贯通前独立进行3次,并与地面向地下传递高程同步.在施工过程中,利用第五个水准点(BM605)指导最后贯通,其最后高程确定取与总测单位成果的平均值.图5 施工控制点与施工导线点示意图2.4.2 地下高程控制测量盾构机掘进至70~80环时,将高程引至隧道内高程控制点上,随着盾构掘进,水准路线也向前延伸,共布设了5个水准点.同2.5 盾构机ROBOTEC导向系统初始测量及姿态测量ROBOTEC导向系统初始测量包括:隧道设计中线坐标计算、盾构机初始姿态测量、全站仪托架和后视托架的三维坐标的测量.隧道设计中线坐标计算:将隧道的所有平面曲线和高程曲线按每间隔0.5 m里程计算出隧道中线的三维坐标.输入ROBOTEC软件,ROBOTEC软件在电脑中将会自动拟合出隧道中线,显示在屏幕上.隧道中线坐标需经过其他办法多次复核无误后方可使用.2.5.1 盾构机初始姿态测量准确地测定盾构机初始姿态的目的是确定目标棱镜与盾构机的盾首、盾尾之间的位置关系,即在同一坐标系下测量出目标棱镜的坐标及盾构机盾首、盾尾的坐标,为以后盾构掘进中盾构机姿态计算提供基础数据.其方法为:盾构机千斤顶处的支撑环面为一近似真圆,选择适当位置,均匀地在上面粘贴13个棱镜贴片,利用全站仪测出13个贴片的坐标,利用程序计算出圆心坐标及圆的法面向量,再根据盾首、盾尾到圆面的距离计算出盾首、盾尾的坐标,进而可准确地测量出盾构机的姿态.在同一坐标系下,测量出3个目标棱镜的坐标.将所有测量结果输入导向系统中,进而确定3个目标棱镜与盾构机的位置关系,为盾构机以后掘进提供基础数据,图6为盾构机初始姿态测量示意图.图6 盾构机初始姿态测量示意图智能全站仪托架和后视托架的三维坐标的测量:全站仪托架和后视托架安置在隧道顶上,然后在全站仪托架上安放激光全站仪,在后视托架上安放后视棱镜.通过人工测量将全站仪托架和后视托架的中心位置的三维坐标测量出来后,作为控制盾构机姿态的起始测量数据.测量示意图如图7所示,使用激光全站仪之前必须要对仪器的轴系进行几何关系的检核.图7 盾构机姿态测量示意图2.5.2 盾构掘进姿态测量盾构机掘进实时姿态测量包括其与线路中线的平面偏差、高程偏差、纵向坡度、横向旋转和切口里程的测量.本区间隧道采用ROBOTEC自动导向系统对盾构机掘进姿态进行测量,系统主要由Trimble5603全站仪和RMT 棱镜组成.Trimble5603全站仪具有伺服驱动系统可以自动搜索RMT棱镜,不需人工照准,其测角精度为3″,测距精度3 mm+2 ppm,具有双轴补偿功能.在盾构机内合适的位置布设3个目标靶(RMT棱镜),其位置在盾尾操作平台上,如图8所示.在盾构机调试阶段,确定了3个RMT前视棱镜与盾构机前后胴体中心的几何关系.在盾构掘进时,自动全站仪会对目标靶进行连续、实时监测,并把采集的数据传回中央控制室,通过软件处理,在控制屏上实时显示盾构机轴线与设计轴线的平面偏差、高程偏差、纵向坡度、横向旋转偏差和切口里程,可以得到盾构姿态的实时状态画面,当盾构机偏离过大时,画面上的报警装置就会显示.整个测量过程不影响施工测量精度,满足盾构机姿态测量的误差要求.图8 RTM棱镜位置示意图为了使隧道能够顺利贯通,必须对盾构机姿态进行人工复测,其方法在盾构机始发定位中已经提及,进而检测盾构机自动导向系统所测结果,若出现差异,以便及时调整.其检测频率初步设定为每换站后检测一次,如若遇到特殊情况,例如盾构机偏离轴线过大,需加大检测频率,以保证盾构顺利进行.2.6 衬砌环片测量2.6.1 环片中心平面位置确定中心点的确定方法是将一根4 m长的精制铝合金尺横在隧道环两侧,并借助以水准器使标杆置于水平位置,这时标杆中央的标志就是环片的中央,如图9所示,再用全站仪瞄准其中心位置,从而测得坐标.2.6.2 环片中心标高确定用一根5 m长的塔尺,置于环片的上下的中央 (最大读数处)位置上,用水准尺的水平丝读取上下尺的读数,将读数相加便得到竖径.通过将各环的底部高程加上竖径一半,算得各环的高程.图9 管片中心位置测量图通过管片姿态的测量,可以为盾构机掘进提供有效的数据参考,对优化盾构掘进参数有很大帮助.同时也可以验证盾构机的姿态,为盾构隧道顺利贯通提供了有效保证.3 结语在对天津地铁二号线津—李区间左线盾构施工测量方法总结的同时,也认识到要确保地铁隧道的准确贯通还必须考虑一些细节问题:一是在地铁隧道区间贯通前,地面控制测量、竖井联系测量必须从头至尾重新进行一次,而地下控制导线要进行多次测量,有时测量结果往往会与前几次差别较大,在分析原因时,一定要注意隧道内环境的影响,隧道内一般情况下雾气较大,对测量影响较大;二要将测量成果有效地和总测单位成果相结合,不能简单地取用几次结果的平均值来指导施工,要注意成果的数据差别,若差别较大,需反复测量,查找原因,这样才能确保隧道的准确贯通;三是常检查激光全站仪的各个连接螺栓,防止松动、变形,做好防水、防尘工作,避免在二次补强注浆时浆液落入电缆接头、黄盒子等配套物件内,否则会影响正常工作;四是为防止传输电缆被烧坏(破损),传输电缆所经过的地方尽量不要进行焊接、切割钢结构等对传输电缆不利的行为,避免不了的要对电缆进行包装、遮挡等保护,减少不必要的经济损失.【相关文献】[1]首都规划建设委员会办公室.GB 50308—1999地下铁道、轻轨交通工程测量规范[S].北京:中国计划出版社,2000:40-43.[2] 首都规划建设委员会办公室.GB 50157—92地下铁道设计规范[S].北京:中国计划出版社,1993:3-13.[3] 钟孝顺,聂让.工程测量学[M].北京:人民交通出版社,1997:30-48.[4] 陈龙飞,金其坤.工程测量[M].上海:同济大学出版社,1990:15-27.[5] 徐顺明.广州地铁盾构施工控制测量措施[J].城市勘测,2007(1):66-69.。
探析土压平衡盾构法地铁施工技术摘要就目前而言,地铁施工成为当前的重要任务与内容,且在地铁施工中盾构法得到了广泛的应用,其施工时间短,安全性高,对环境影响小,备受关注,且在近几年的不断发展下地铁盾构施工技术逐渐发展成为地铁隧道工程的主要方法,其中在众多盾构法之中,最具代表性的便是土压平衡盾构法,因此为进一步实现地铁施工的全面发展,本文选择土压平衡盾构法作为主要内容战争论述。
关键词土压平衡盾构法;地铁施工;原理从整体角度分析,盾构法是地铁施工中的主要方法,对周边交通带来的影响小、自动化程度比较高,是当前的主流方法,在各大城市中得到广泛应用。
但是从另外一个角度分析,盾构法的缺点便是资源能源消耗比较多、费用高,所以需要加以分析与探究,为日后地铁工程带来理论帮助。
1 土压平衡盾构施工技术的基本概述1.1 原理土压平衡盾构法是地铁盾构法施工中的一种,现应用广泛,其主要的原理是利用安装在盾构前面的全断面切削刀盘,将正面土体切削下来之后进入到刀盘后面,并及时存储与封闭到仓内,此外,为从根本上保证舱内压力与开挖面水土压力的平衡,在出土的时候需要由安装在封闭仓下部的螺旋运输机想排土口将渣土及时排出[1]。
1.2 特点土压平衡盾构具有重大现实意义,其中最为主要的特点便是在施工的时候不使用土体加固等辅助施工,如此一来可以节省技术措施费用,也不会对环境造成污染。
除此之外,严格按照土压的实际变化情况对出土与盾构推进速度进行调整,从而稳定工作面,减少地表变形等不良现象,与此同时,对于掘进土量可以形成自动控制管理,其整体的机械自动化程度比较高,施工速度与效率呈正比[2]。
2 土压平衡盾构法中盾构的始发积极研究盾构始发意义重大,这关系到土压平衡盾构法实施的有效性,其中主要包括以下几点:第一是端头进行加固,比较常用的方法包括了围护桩与混凝土连续墙、注浆等技术的整合,这种加固方式可以促使固体更加具备良好的防水性以及稳定性。
第二是做好地面相关配套设施的安装与调试,一般而言,需要多角度进行分析,其中渣土、管片、油脂、泡沫等运输系统是关键,并且搅拌站的注浆系统以及隧道的通风系统、电瓶车的充电系统、通信系统等均需要进行安装,做好调试工作,否则会导致其不良现象的发生。
土压平衡盾构在天津地铁2号线的应用探究1 概述1.1 工程概况天津地铁2号线为西南角站鼓楼站东南角站(两个区间一个车站),鼓楼站为地铁2号线的中间站,车站主体位于南马路与南门外大街以及城厢中路交叉路口沿南马路方向的路面下。
鼓楼站车站采用12m站台双层双跨单柱岛式车站。
车站总长度为281.8m,标准段宽度为20.5m,高度为13.71m。
车站主体基坑围护结构采用地下连续墙,厚度800mm,标准段、盾构井段地连墙深度均为32m。
西南角站鼓楼站区间线路西起位于西马路、南开三马路与南马路交叉口的西南角站,沿南马路东行,至南门外大街、城厢中路与南马路的交叉口。
西南角站鼓楼站左线区间长604.48m,右线区间长604.572m。
区间平面布置于南马路下,左线设两条半径为3000m的曲线,右线设三条半径为3000m的曲线,线间距由出西南角站时的15.6m过渡到鼓楼站的15m。
区间纵断面由西南角站向鼓楼站为V字坡,出西南角站坡度为9,在DK9+300变坡,后变坡度为12.776(左、右线为12.77)进入鼓楼站。
区间顶部覆土约为9~13m。
鼓楼站东南角站区间西起位于南马路与南门外大街、城厢中路交叉口的鼓楼站,沿南马路东行,穿越城厢东路与荣业大街,最终到达位于南马路、通南路与东马路、和平路交叉口的东南角站。
鼓楼站东南角站左线区间长575.624m,右线区间长528.685m。
区间平面布置于南马路下,左线设两条半径为3000m的曲线,右线设一条半径为3000m的曲线,线间距由出鼓楼站的15m过渡到东南角站端的17m。
区间纵断面由鼓楼站向东南角站为一单向坡,出鼓楼站坡度为2,在区间中部先变为24.104(左线24.746),后变坡为5,最后以2进入东南角站。
区间顶部覆土约为10~16m。
1.2 水文、地质条件西鼓区间、鼓东区间地表层地下水类型主要为第四系孔隙潜水,赋存于Ⅱ、Ⅲ陆相层及其以下的粉土、粉细砂层的地下水具微承压性,为微承压水。
西鼓区间所处地段属冲积平原,地形平坦,地面高程 2.92~3.92m。
本区地层为第四系全新统人工填土层(人工堆积Qml)、第Ⅰ陆相层(第四系全新统上组河床~河漫滩相沉积Q43al)、第Ⅰ海相层(第四系全新统中组浅海相沉积Q42m)、第Ⅱ陆相层(第四系全新统下组沼泽相沉积层Q41h、河床~河漫滩相沉积Q41al)、第Ⅲ陆相层(第四系上更新统五组河床~河漫滩相沉积Q3eal)、第Ⅱ海相层(第四系上更新统四组滨海~潮汐带相沉积Q3dmc)、第Ⅳ陆相层(第四系上更新统三组河床~河漫滩相沉积Q3cal)。
鼓东区间所处地段属冲积平原,地形较平坦,地面高程为3.28~3.9m。
工程涉及地层主要为第四系全新统人工填土层(人工堆积Qml)、新近沉积层(故河道、洼淀冲积Q43Nal)、第Ⅰ海相层(第四系全新统中组浅海相沉积Q42m)、第Ⅱ陆相层(第四系全新统下组河床~河漫滩相沉积Q41al)、第Ⅲ陆相层(第四系上更新统五组河床~河漫滩相沉积Q3eal)、第Ⅱ海相层(第四系上更新统四组滨海~潮汐带相沉积Q3dmc)、第Ⅳ陆相层(第四系上更新统三组河床~河漫滩相沉积Q3cal)。
2 土压平衡式盾构施工2.1 机具设备盾构隧道工程的机具设备包括两大部分:一是盾构机械本身及其附属设备,二是隧道施工常用设备。
2.2 工艺原理EPBS是在局部气压式盾构和泥水加压式盾构基础上发展起来的一种适用于饱和含水软弱地层中施工的新型盾构,其施工方法是为了保持开挖面的稳定,在切削刀盘后的密封腔内充填开挖下来的土砂,并保持一定压力的一种方法。
土压平衡式盾构可以分为两类:一类是在粘性土地层中将开挖下来的土体直接充填在切削腔内,用螺旋输送机调整土压,使土舱内土体与开挖面水土压平衡;另一类是在砂性土地层中向开挖下来的土砂中加入适量的水或泥浆、添加剂等,通过搅拌以匀质、具有流动性的土体充填土舱和螺旋机,达到工作面的稳定。
土压平衡盾构是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘,将正面土体切削下来的土进入刀盘后面的贮留密封舱内,并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡,以减少盾构推进对地层土体的扰动,从而控制地表沉降,在出土时由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续的将土渣排出。
2.3 施工工艺流程施工顺序说明:在始发井主体结构回填场地上进行地面硬化并根据施工需要建地面配套设施(如45t龙门吊、16t龙门吊、碴土坑、配电房、循环冷却水池、仓库、电瓶机车充电池等)。
盾构机进场后,经拼装、调试后从始发井出发,西鼓区间、鼓东区间左右线两台盾构机始发时间需相差1个月,且前后错开距离不小于100m,联络通道施工在盾构掘进施工后期,洞门施工在盾构机进洞后进行。
盾构法施工主要包括三个施工环节:盾构机出洞、区间段的施工、盾构机进洞。
西鼓区间原设计掘进方向为鼓楼站右线始发右线掘进西南角站调头左线掘进鼓楼站结束。
鼓东区间原设计掘进方向为鼓楼站右线始发右线掘进东南角站调头左线掘进鼓楼站结束。
其中西南角站为天津地铁1号线和2号线换乘站,东南角站为天津地铁2号线和4号线换乘站。
为满足天津地铁2号线2010年底试通车的总工期要求及第8施工合同段各节点工期目标要求,经地铁集团公司与设计院及施工单位多次研究,将西鼓盾构区间掘进方向调整为西鼓盾构区间左线按原设计方向掘进,右线调整为西南角站右线始发右线掘进鼓楼站结束;鼓东盾构区间掘进方向调整为鼓东区间右线按原设计方向掘进,左线调整为鼓楼站左线始发左线掘进东南角站结束。
2.4 主要项目的施工方法2.4.1 区间隧道盾构法施工。
盾构施工隧道内运输采用电瓶机车牵引出土碴车、管片运输平板车及浆罐车,以有轨运输方式出碴、运送管片、浆液及其他材料。
盾构工作井口设龙门吊,进行竖井垂直运输和衬砌管片的场内运输。
地面设存土坑、管片存放场及20m3/h浆液拌和站,同步注浆浆液通过管道输送到井下的砂浆车中。
盾构隧道通风采用压入式通风,隧道断面风速0.5m/s。
通风机安装在盾构井井口处。
西鼓区间施工受西南角站内场地条件限制,西鼓区间左线前100m施工时,需借助右线盾构井进行出土、管片运输及材料吊运;右线盾构机安装时在主机与后配套台车之间延长100m管线,开始掘进至掘进完成均利用右线盾构井作为出渣进料通道。
在西南角车站内距盾构井70m位置设置10t电动葫芦,配置6个3m3小渣斗出土。
2.4.2 联络通道施工。
盾构隧道联络通道相应位置预设特殊管片,在盾构隧道内采用暗挖法施工。
联络通道施工时先在联络通道开口环不开口的部位设支撑,然后在联络通道位置的管片上开口。
人工开挖,边开挖边施做初期支护,然后铺设防水板并浇筑二次衬砌混凝土,最后施作框架梁。
2.4.3 洞门施工。
盾构隧道左右两线共有4个洞门,待盾构隧道贯通后盾构机解体吊出后进行施工。
拆除洞门处管片,预埋管片螺栓、绑扎钢筋,按设计图立模、浇筑洞门混凝土。
2.5 操作要点施工时,应不断对日常操作等活动进行管理,随时注意开挖面的状态、隧道中心线偏移量、一次衬砌环状况、注浆状况以及对地表变形的影响等。
2.5.1 初始推进段施工。
盾构从竖井出发后一般需有一段距离作为推进试验阶段,在这期间施工人员的任务:(1)热练掌握EPBS的性能和运行状况;(2)确定适合于本工程和盾构的施工管理的要素;(3)摸索出此盾构施工中地表变形的一般规律。
在试验段推进中,结合地表变形量测情况和工程质量、盾构设备的要求,对施工参数反复量测、分析、调整,进一步优化。
对于土压平衡式盾构而言,一般选定以下几个施工参数进行优化:上舱土压力、推进速度(千斤顶行程速度)、总推力、刀盘扭矩、出土量、注浆状况(数量、压力)等。
2.5.2 地表变形控制。
EPBS在初始段推进中摸索出变形一般规律及有效的防治措施后,根据沿途环境情况设置要求不同的量测段,做更深入具体的地表沉降值、土压力、孔隙水压力及添加剂量、注浆状况等方面的量测和管理工作。
2.5.3 土压力管理。
土压力一般通过装置在密封土舱内的土压计检测读出,通常较为合适的土压力P0范围是:(水压力+主动土压力)<P0<(水压力+被动土压力)。
P0以相应的静止土压力为中心在此范围内作波动。
土压力P0设定与管理方法为:(1)理论估算,经验判断,确定一个较理想的P0值;(2)精心操作,认真量测,及时反馈信息,根据出土量与地表沉降数据对P0相应调整;(3)对已定P0进行动态管理,以适应连续推进情况。
(1)对隧道施工所需的主要材料及制品应进行必要的试验和检查,2.5.4 其他操作要点:确认其质量、形状、尺寸、强度等与说明书或质保书相符合之后再使用;(2)盾构推进中千斤顶及其所产生的推力的选择,这样既不会使工作面受到损害,又不会使衬砌等后方结构受到损伤,并使盾构在设计轴线上准确推进;(3)推进测量是为了使隧道误差在容许范围内,在推进时使拼装好的衬砌和盾构在设计位置上,及早掌握其偏差,并及时严格纠正。
原则上每环盾构姿态、衬砌位置各测一次,并将结果在下一环推进之前反馈给施工管理人员和盾构司机;(4)对管片运输、储存要加强管理,在运输过程中防止管片受到损伤,在现场的临时堆放应能适应盾构施工进度且有一定的富余量;(5)本工法采用干式出土,因此隧道运输的合理安排和调度是保证盾构推进进度的重要因素。
3 结语土压平衡盾构施工工法在天津地铁2号线第8合同段得到了较好的应用,能很好地控制地表沉降,施工速度快,易于环境保护,易于质量控制。
采用盾构方法施工,解决了在城市中心施工难度大、风险大、工期长等弊端。
在确保质量的情况下,可以大大地缩短工期,并且可节约投资费用。
适宜在市区和建筑物密集区施工,具有一定的社会经济意义,值得推广应用。
盾构法施工具有较好的应用前景及社会效益。