暗挖法的一种
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地铁暗挖工程中注浆的应用及实践经验摘要:随着我国经济的快速发展,隧道穿人口密集、交通繁忙、建筑物集中的地段的情况非常常见,矿山法的采用也日愈增多。
其中,矿山法中的辅助施工措施对周边环境的保护至关重要。
关键词:地铁暗挖工程;注浆应用;实践中图分类号:[u25]文献标识码:a文章编号:1、地铁矿山法隧道的基本概念与盾构法同为暗挖法的一种,主要是用钻研爆破方法开挖断面而修筑隧道及地下工程的施工方法。
用矿山法施工时,将整个断面分布开挖至设计轮廓,并随之修筑衬砌。
当地层松软时,则可采用简单挖掘机具进行,并根据围岩稳定的程度,在需要时边开挖边支护。
开挖工序根据围岩等级、隧道断面尺寸等确定。
正在铺设二衬钢筋的暗挖隧道2、辅助工程措施城市轨道交通中,隧道常处于粉质粘土、砂层或岩石全、强风化的软弱围岩中;一般地下水位较高,地下水丰富,且多位于繁华都市区,地面管线难以改迁,地面沉降控制严格;因此,在矿山法隧道工程里选择合理的辅助施工方法,对加强围岩,保护隧道结构及地面建筑安全有重要意义。
本文主要针对注浆措施的特点、适用条件及应用展开论述,为在矿山法隧道中采用注浆措施提供参考。
3、注浆注浆是通过向含水裂隙、空洞或不稳定的地层注入水泥浆或其他浆液,以堵水或加固地层的施工技术。
在矿山法的施工中,可以有效地保证初衬结构安全,并使二衬结构在干燥无水的环境下施工。
图中为保健路隧道双连拱隧道侧上导洞,可以看到隧道往上方打设的注浆管3.1 注浆方式根据浆液与土体的相互作用方式,一般可分为渗透注浆、压密注浆、劈裂注浆3大类,其特点如下:3.1.1 渗透注浆浆液将土中的自由水和气体排挤出去,通过充填裂隙或空隙,胶结周围土体,形成较密实的固化体,从而提高土层的抗压强度和抗渗性。
渗透注浆不会引起土体体积大的变化。
当地层为砂层、卵石层、碎石土等第四系地层(渗透系数大于10-4cm/s)时,宜采用渗透注浆方式。
3.1.2 劈裂注浆浆液在较高的压力下,注入到孔隙率较小的地层中。
隧道施工方法简述隧道是人类利用地下空间的一种形式,是埋置于地层中的工程构筑物。
近代隧道兴起于运河时代。
法国的兰葵达克运河隧道建于1666~1681年,长157m,它可能是最早用火药开凿的隧道。
从隧道兴起至今,人们已经发明了新奥法、挪威法、浅埋暗挖法、矿山法、盾构法、掘进机法(TBM)等多种隧道施工方法。
根据不同的地质条件并综合多方面因素采取合适的施工方法是一个至关重要的问题。
新奥法是新奥地利隧道施工方法的简称,在我国常把新奥法称为"锚喷构筑法"。
新奥法施工基本原理是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用,采用以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,及时对围岩进行加固,约束围岩的松弛和变形,并通过对围岩和支护结构的监控、测量来指导地下工程的设计与施工。
六十年代新奥法被介绍到我国,七十年代末八十年代初得到迅速发展。
至今,可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开新奥法。
新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修筑隧道的一种基本方法。
新奥法的适用范围有:具有较长自稳时间的中等岩体;弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩;强风化的岩石;刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩;坚硬粘土,也有带坚硬夹层的粘土;微裂隙的,但很少粘土的岩体;在很高的初应力场条件下,坚硬的和可变坚硬的岩石;挪威法就是由围岩评价、合理的支护参数和高性能的支护材料三部分组成的一种经济而安全的隧道施工方法,它适用于公路隧道、铁路隧道、水工隧洞及大型地下工程。
正确的围岩评价体系主要是采用Q系统,即用巴顿法进行围岩分级。
而合理的隧道支护结构参数,是通过隧道施工中的观测和量测记录所求出的Q值来选择的,其中包括各种支护结构体系的数值解析验算。
该方法中最为关键的是计算岩体的Q值,而Q值的计算主要是依靠地质勘探部门所提供的6个地质评价参数。
对应于Q值,可把岩体分为A→G共7类,而相应的支护共分为(1)→(9)9类。
在施工过程中,随着掌子面的推进,6个地质评价参数将不断地修正,同时Q值也相应改变。
人防工程施工方式人防工程,即人民防空工程,是为了保护国家和人民的安全,确保战争期间人民生存和发展的需要而建设的防护工程。
人防工程施工质量的优劣直接关系到战争时期的防护效果,因此,采用合理的施工方式至关重要。
人防工程施工方式主要有明挖法、暗挖法、明暗结合开挖法等。
一、明挖法明挖法是指在地面上开挖基坑,然后进行地下工程主体结构的施工。
这种施工方式适用于地下水位较低、地质条件较好的地区。
明挖法施工优点是施工方便、进度快、成本低,但缺点是对地面交通和环境的影响较大。
明挖法又可分为浅基坑无支护开挖和深基坑支护开挖。
浅基坑无支护开挖适用于开挖深度一般不大于5米的基坑,施工过程中只需对边坡进行加固。
深基坑支护开挖适用于开挖深度大于5米的基坑,施工过程中需采用挡土结构和支撑结构对基坑进行支护。
二、暗挖法暗挖法是指在地面上不进行开挖,而是在地下进行开挖和施工。
这种施工方式适用于地下水位较高、地质条件复杂的地区。
暗挖法施工优点是对地面交通和环境影响较小,但缺点是施工难度大、进度慢、成本高。
暗挖法主要包括钻爆法、盾构法和顶管法。
钻爆法是通过钻孔、装药、爆破开挖岩石的方法,适用于隧道施工。
盾构法是通过盾构机进行开挖和施工,适用于地下管道和地铁等工程。
顶管法是通过顶管机进行开挖和施工,适用于地下管道工程。
三、明暗结合开挖法明暗结合开挖法是将明挖法和暗挖法相结合的一种施工方式。
根据开挖和施工的具体情况,可以采用全逆作法、半逆作法、盖挖逆作法等。
这种施工方式综合了明挖法和暗挖法的优点,既保证了施工安全,又减少了了对地面环境的影响。
人防工程施工中,还应重视以下几个方面:1. 防护可靠:人防工程的特殊性要求其在建筑、结构、通风、给排水、电气等方面都有特殊的防护要求,确保防护可靠。
2. 坚固耐用:人防工程要求在战时和和平时期都具有坚固耐用的特性,满足结构强度要求,工程防水抗渗必须符合设计要求。
3. 平战实用:人防工程要平战结合,满足战时功能要求的同时,降低造价,为平时使用提供方便。
浅埋暗挖施工技术浅埋暗挖法法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法。
具有造价低、拆迁少、灵活多变、无需太多专用设备及不干扰地面交通和周围环境等特点。
经过在许多工程中的成功实施,其应用范围进一步扩大,由只适用于第四纪地层、无水、地面建筑物较少等简单条件,拓展到非第四纪地层、超浅埋(埋深已缩小到0.8m)、大跨度、上软下硬、高水位等复杂地层及环境条件下的地下工程中。
一、工程特点(一)埋深浅所谓隧道深埋或浅埋,并非单纯指洞顶地层厚度,还应结合上覆地层的工程地质条件综合判定,包括围岩结构构造特征,风化、破碎、断层影响的程度,结构强度,松散状况以及地下水等因素。
对于浅埋地下工程而言,其显著特点是埋深浅,在施工过程中,地层承载力差,开挖引起的地层应力波迅速传到地表,从而引起明显的地表沉降,对周边环境的影响较大,超过一定限度,会导致整体失稳,发生塌方。
因此,对地层预加固、开挖方法、支护衬砌等提出了更高的要求。
(二)地质条件差1.工程地质条件基本属于V~VI级围岩,岩性软弱,大多为土质地层。
开挖之前要采取超前支护措施,来改良加固地层,满足开挖的需要。
超前支护的时机和强度视地层的岩体质量好坏而定,同时必须考虑其他因素的影响,如地下水情况、周边环境、地下管线等。
而且,若开挖后稳定性差,需要及时设置具有足够强度的支撑体系,才能满足结构的稳定。
2.水文地质条件采用浅埋暗挖法修建的隧道,特别是城市地下铁路,其地下水非常丰富,地下水位也很高,隧道通常位于地下水位以下,如果对地下水不采取措施,就无法进行开挖施工,而且容易引起地下水突涌,及因此而带来的塌方等重大事故。
因此,开挖时必须采取降水措施,来降低地下水位。
通过降水,达到以下两个目的:一是增加地层自身的稳定性;二是使隧道的施工在无水干燥条件下进行。
(三)周边环境复杂浅埋地下工程,特别是城市地铁施工具有结构埋置浅,地面建筑物密集,交通运输繁忙,地下管线密布,地表沉陷要求严格,周边环境复杂,交通疏解、拆迁改移费用高等特点。
隧道明挖法和暗挖法暗挖法适用于城市中不能采用明挖法施工的地方,亦适用于松散层及含水松散层地层。
一般应按照“新奥法”原理设计和施工,采用较强的初期支护,先注浆后开挖的方法。
施工原则是:“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。
一般用30~50 mm钢管超前棚顶导管,然后注入水泥或化学浆,形成“结石体”,以增强围岩自稳能力。
每次开挖进尺0.75 m左右,先进行环状开挖,留核心土,预喷5~8 cm混凝土,架拱架和钢筋网,再喷25~30 cm混凝土,形成初期支护,做防水层后再做二次衬砌。
暗挖法有单拱单跨和多拱多跨暗挖施工技术。
北京地铁西单车站为多拱多跨。
也有三连拱、四连拱、五连拱地铁车站、公路隧道和地下商场。
北京天外天地下商场为五连拱结构。
还有平直墙暗挖施工技术。
国际上传统的暗挖法其顶部都是拱形结构,我国创造出平顶直墙超浅埋暗挖施工技术,如北京长安街过街道。
在岩石中进行暗挖施工时,一般采用钻爆法。
为了保护围岩的自承能力,普遍采用光面爆破技术。
为了减少对地面的振动影响,还采用微差爆破及合理设计爆破参数等减振技术明挖法明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点,城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。
其缺点是对周围环境的影响较大。
明挖法的关键工序是:降低地下水位,边坡支护,土方开挖,结构施工及防水工程等。
其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。
主要有:(1)放坡开挖技术。
适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。
基坑应自上而下分层、分段依次开挖,随挖随刷边坡,必要时采用水泥粘土护坡。
(2)型钢支护技术。
一般使用单排工字钢或钢板桩,基坑较深时可采用双排桩,由拉杆或连梁连结共同受力,也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同形成支护结构。
(3)连续墙支护技术。
一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽,也可采用多头钻和切削轮式设备成槽。
连续墙不仅能承受较大载荷,同时具有隔水效果,适用于软土和松散含水地层。
市政浅埋暗挖法种类市政工程中的暗挖工程是指在地下进行的挖掘和开挖工作,其中市政浅埋暗挖作为一种常见的施工方法,被广泛应用于城市道路、地下管道等建设工程中。
市政浅埋暗挖法种类繁多,下面将介绍其中的几种常见方法。
1. 挖掘法:挖掘法是市政浅埋暗挖的基本方法之一,其主要通过机械设备进行地面挖掘,开辟出地下空间。
挖掘法适用于土层较为坚硬的场地,可以采用机械挖掘机、挖掘装载机等设备进行作业,效率较高。
在挖掘过程中,需要注意保护地下设施和周围环境,避免对其造成损害。
2. 开挖支护法:开挖支护法是市政浅埋暗挖的常用方法之一,其主要目的是在开挖过程中对周围土体进行支护,保证施工安全和地下设施的稳定。
常见的开挖支护方法包括钢支撑、土工格栅、土钉墙等。
这些支护结构能够有效地分担土体的荷载,保持挖掘面的稳定,确保施工的顺利进行。
3. 冻结法:冻结法是一种特殊的市政浅埋暗挖方法,主要适用于需要控制地下水位或加固土体的场合。
该方法通过在地下埋设冷却管,通过注入低温冷却剂使周围土体冻结,形成冻土层,从而达到控制地下水位或加固土体的目的。
冻结法在地下管道施工、地铁建设等工程中得到了广泛应用。
4. 爆破法:爆破法是一种快速高效的市政浅埋暗挖方法,适用于岩石等坚硬土层的开挖。
该方法通过在岩石内布设炸药,并进行爆破,使岩石破碎,便于挖掘和清理。
爆破法的施工速度快,但需要严格控制爆破参数,以保证施工的安全性和周围环境的不受影响。
5. 地下隧道法:地下隧道法是一种较为复杂的市政浅埋暗挖方法,适用于需要建设地下通道或地下交通设施的场合。
该方法需要在地下开挖出隧道空间,并进行支护和加固,确保施工和使用安全。
地下隧道法在城市地铁、地下通道等工程中得到了广泛应用。
市政浅埋暗挖法种类众多,每种方法都有其适用的场合和特点。
在实际施工中,需要根据具体情况选择合适的方法,并结合地质条件、工程要求等因素进行施工设计和方案制定。
同时,在施工过程中要严格遵守施工规范和安全操作要求,确保施工的质量和安全。
第1篇地下工程是指在地面以下进行施工的建筑、构筑物等工程。
随着城市化进程的加快,地下空间资源得到了广泛开发利用,地下工程的需求也越来越大。
地下工程施工方法主要包括以下几种:一、明挖法明挖法是指先将地面挖开,在露天情况下修筑衬砌,然后再覆盖回填的地下工程施工方法。
适用于浅埋隧道、地下房屋和地下构筑物等。
明挖法施工速度快,成本低,但需占用地面空间,对周边环境影响较大。
二、暗挖法暗挖法是指在地下挖洞的方式施工,主要包括矿山法、盾构法、顶管法等。
1. 矿山法:矿山法是指用开挖地下坑道的作业方式修建隧道的施工方法。
适用于埋置较深的土层或岩石层。
矿山法施工经验成熟,安全可靠,但施工过程复杂,成本较高。
2. 盾构法:盾构法是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法。
将盾构机械在地中推进,通过盾构外壳和管片支承四周围岩,防止发生坍塌。
同时,在开挖面前方用切削装置进行土体开挖,通过出土机械运出洞外,并拼装预制混凝土管片,形成隧道结构。
盾构法施工速度快,对周边环境影响小,但设备投资大,施工成本高。
3. 顶管法:顶管法是指隧道或地下管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。
顶管法施工速度快,对周边环境影响小,但施工过程中需注意导向和纠偏。
三、沉管法沉管法是在水底建筑隧道的一种施工方法。
将预制好的管段沉放到水底,然后拼装成隧道。
适用于水底隧道施工,具有施工速度快、对环境影响小等优点。
四、新奥法新奥法是应用岩体力学理论,以维护和利用围岩的自承能力为基点,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,及时的进行支护,控制围岩的变形和松弛,使围岩成为支护体系的组成部分。
新奥法适用于软弱围岩地层,施工安全,工程质量可靠。
五、浅埋暗挖法浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法。
在城镇软弱围岩地层中,以改造地质条件为前提,以控制地表沉降为重点,以格栅(或其他钢结构)和喷锚作为初期支护手段,按照十八字原则进行施工。
暗挖法简介
当车站通过繁忙交通地段,或因其它原因不允许封闭路面交通、且站位埋深较大,可采用浅埋暗挖法施工。
对通过繁忙交通地段的风道及出入口通道,亦可采用浅埋暗挖法施工。
暗挖法的分类较多,在地铁车站施工一般根据围岩情况、跨度情况选用PBA工法、CRD法、CD法等。
暗挖法的最大优点就是施工时对路面交通没有干扰,对地下管线的改迁少,而且地面拆迁量也少。
但它的缺点也是很明显的,主要有以下几点:
1)施工难度大。
由于地铁车站为埋深浅,结构断面大,顶部土体的成拱能力、自稳能力差,开挖前需进行预加固。
由于施工工序复杂,结构转换次数多,对土体振动大,计算模型难于正确反映实际受力情况,因此施工时必须采取一系列的辅助措施并用量测监控进行信息化设计,以确保施工安全,严格控制地面沉降,以维持地面正常交通和地下管线安全。
2)造价高,投资控制难度大。
由于施工难度较大,土体的预加固、预支护、各种辅助措施的采用使得暗挖法施工工程的造价较其它施工方法高,且施工中需根据现场的量测信息调整设计,因此投资控制的难度大。
3)施工工期较长。
地铁施⼯过程中的暗挖法详解(⼀)暗挖法是在特定的条件下,不挖开地⾯,全在地下进⾏开挖和修筑的施⼯⽅法,在施⼯的时候,⽔准点标志是常⽤的测量标志。
暗挖法的种类较多,主要包括盾构法、新奥法、浅埋暗挖法、钻爆法、掘进机法、顶管法、沉管法等,下⾯我们就具体了解⼀下这⼏种⽅法:
1.盾构法:它适⽤于地铁线路穿越河道的地段,这种地段围岩结构较为松散、饱⽔,地质条件较差,因此要⽤盾构机施⼯,在盾构施⼯之前,应该修建⼀竖井,在竖井⾥⾯安装盾构,使开挖出来的⼟体能够由竖井通道送出地⾯。
盾构法具有稳定可靠、效率⾼,安全环保等优点,在我国地铁建设⼯程中得到了⼴泛的运⽤,⽽且它不影响地⾯交通,降低了噪声对附近居民的影响,⼟⽅量少,施⼯不受⽓候条件的影响,具有较⾼的经济优越性。
2.新奥法:地铁线路在穿越基岩阶段的时候,⼀般会采⽤新奥法施⼯,即采⽤喷射混凝⼟和锚杆作为⽀护⼿段,发挥围岩的承载作⽤,让其和⽀护结构成为⼀个完成的隧道⽀护体系,并根据监测得到的数据对原设计进⾏合理调整。
新奥法⼜被称为新奥地利隧道施⼯⽅法,是软弱破碎围岩地段修筑隧道的基本⽅法,它对地⾯的⼲扰⼩,投资⼩,质量能够得到较好的保证,因⽽被⼴泛运⽤在⼭岭隧道、城市地铁、矿⼭巷道等地下⼯程建设中。
通过上述介绍,相信⼤家对于地铁施⼯中的盾构法和新奥法都有了⼀定的认识,不管采⽤哪种⽅法,⽔准点标志的选择都是不容忽视的。
⾄于剩下的浅埋暗挖法、钻爆法、掘进机法、顶管法和沉管法,湖北谢天祥将会在下⾯的篇章中为⼤家接着讲述。
暗挖法的一种,主要用钻眼爆破方法开挖断面而修筑隧道及地下工程的施工方法。
因借鉴矿山开拓巷道的方法,故名。
用矿山法施工时,将整个断面分部开挖至设计轮廓,并随之修筑衬砌。
当地层松软时,则可采用简便挖掘机具进行,并根据围岩稳定程度,在需要时应边开挖边支护。
分部开挖时,断面上最先开挖导坑,再由导坑向断面设计轮廓进行扩大开挖。
分部开挖主要是为了减少对围岩的扰动,分部的大小和多少视地质条件、隧道断面尺寸、支护类型而定。
在坚实、整体的岩层中,对中、小断面的隧道,可不分部而将全断面一次开挖。
如遇松软、破碎地层,须分部开挖,并配合开挖及时设置临时支撑,以防止土石坍塌。
喷锚支护的出现,使分部数目得以减少,并进而发展成新奥法。
分类按衬砌施工顺序,可分为先拱后墙法及先墙后拱法两大类。
后者又可按分部情况细分为漏斗棚架法、台阶法、全断面法和上下导坑先墙后拱法。
在松软地层中,或在大跨度洞室的情况下,又有一种特殊的先墙后拱施工法──侧壁导坑先墙后拱法。
此外,结合先拱后墙法和漏斗棚架法的特点,还有一种居于两者之间的蘑菇形法。
台阶法又有正台阶法和反台阶法之分。
①正台阶法系在稳定性较差的岩层中施工时,将整个坑道断面分为几层,由上向下分部进行开挖,每层开挖面的前后距离较小而形成几个正台阶(图3a)。
上部台阶的钻眼作业和下部台阶的出碴,可以平行进行而使工效提高。
全断面完全开挖后,再由边墙到顶拱筑衬砌。
在坑道顶部最先开挖的第一层为一弧形导坑,需要钻较多的炮眼,导坑超前距离很短,可使爆破时石碴直接抛落到导坑之外,以减轻扒碴工作量,从而提高掘进速度。
如坑道顶部岩层松动,应即在导坑内用锚杆或钢拱架作临时支护,以防坍塌。
②反台阶法则用于稳定性较好的岩层中施工,也将整个坑道断面分为几层,在坑道底层先开挖宽大的下导坑,再由下向上分部扩大开挖(图3b)。
进行上层的钻眼时,须设立工作平台或采用漏斗棚架,后者可供装碴之用。
盾构法-正文采用盾构为施工机具,在地层中修建隧道和大型管道的一种暗挖式施工方法。
施工时在盾构前端切口环的掩护下开挖土体,在盾尾的掩护下拼装衬砌(管片或砌块)。
在挖去盾构前面土体后,用盾构千斤顶顶住拼装好衬砌,将盾构推进到挖去土体空间内,在盾构推进距离达到一环衬砌宽度后,缩回盾构千斤顶活塞杆,然后进行衬砌拼装,再将开挖面挖至新的进程。
如此循环交替,逐步延伸而建成隧道(图1)。
历史和发展用盾构法修建隧道已有 150余年的历史。
最早进行研究的是法国工程师M.I.布律内尔,他由观察船蛆在船的木头中钻洞,并从体内排出一种粘液加固洞穴的现象得到启发,在1818年开始研究盾构法施工,并于1825年在英国伦敦泰晤士河下,用一个矩形盾构建造世界上第一条水底隧道(宽11.4米、高6.8米)。
在修建过程中遇到很大的困难,两次被河水淹没,直至1835年,使用了改良后的盾构,才于1843年完工。
其后P.W.巴洛于1865年在泰晤士河底,用一个直径2.2米的圆形盾构建造隧道。
1847年在英国伦敦地下铁道城南线施工中,英国人J.H.格雷特黑德第一次在粘土层和含水砂层中采用气压盾构法施工,并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙,创造了比较完整的气压盾构法施工工艺,为现代化盾构法施工奠定了基础,促进了盾构法施工的发展。
20世纪30~40年代,仅美国纽约就采用气压盾构法成功地建造了19条水底的道路隧道、地下铁道隧道、煤气管道和给水排水管道等。
从1897~1980年,在世界范围内用盾构法修建的水底道路隧道已有21条。
德、日、法、苏等国把盾构法广泛使用于地下铁道和各种大型地下管道的施工。
1969年起,在英、日和西欧各国开始发展一种微型盾构施工法,盾构直径最小的只有1米左右,适用于城市给水排水管道、煤气管道、电力和通信电缆等管道的施工。
中国于第一个五年计划期间,首先在辽宁阜新煤矿,用直径 2.6米的手掘式盾构进行了疏水巷道的施工。
中国自行设计、制造的盾构,直径最大为11.26米,最小为3.0米。
正在修建的第二条黄浦江水底道路隧道,水下段和部分岸边深埋段也采用盾构法施工,盾构的千斤顶总推力为108兆牛,采用水力机械开挖掘进。
在上海地区用盾构法修建的隧道,除水底道路隧道外,还有地铁区间隧道、通向河海的排水隧洞和取水管道、街坊的地下通道等。
盾构法的优越性盾构法施工得到广泛使用,因其具有明显的优越性:①在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业,有足够的施工安全性;②地下施工不影响地面交通,在河底下施工不影响河道通航;③施工操作不受气候条件的影响;④产生的振动、噪声等环境危害较小;⑤对地面建筑物及地下管线的影响较小。
盾构法施工准备工作采用盾构法施工时,首先要在隧道的始端和终端开挖基坑或建造竖井,用作盾构及其设备的拼装井(室)和拆卸井(室),特别长的隧道,还应设置中间检修工作井(室)。
拼装和拆卸用的工作井,其建筑尺寸应根据盾构装拆的施工要求来确定。
拼装井的井壁上设有盾构出洞口,井内设有盾构基座和盾构推进的后座。
井的宽度一般应比盾构直径大1.6~2.0米,以满足铆、焊等操作的要求。
当采用整体吊装的小盾构时,则井宽可酌量减小。
井的长度,除了满足盾构内安装设备的要求外,还要考虑盾构推进出洞时,拆除洞门封板和在盾构后面设置后座,以及垂直运输所需的空间。
中、小型盾构的拼装井长度,还要照顾设备车架转换的方便。
盾构在拼装井内拼装就绪,经运转调试后,就可拆除出洞口封板,盾构推出工作井后即开始隧道掘进施工(图2)。
盾构拆卸井设有盾构进口,井的大小要便于盾构的起吊和拆卸。
盾构法施工工序主要有土层开挖、盾构推进操纵与纠偏、衬砌拼装、衬砌背后压注等。
这些工序均应及时而迅速地进行,决不能长时间停顿,以免增加地层的扰动和对地面、地下构筑物的影响。
土层开挖在盾构开挖土层的过程中,为了安全并减少对地层的扰动,一般先将盾构前面的切口贯入土体,然后在切口内进行土层开挖,开挖方式有:①敞开式开挖。
适用于地质条件较好、掘进时能保持开挖面稳定的地层。
由顶部开始逐层向下开挖,可按每环衬砌的宽度分数次完成。
②机械切削式开挖。
用装有全断面切削大刀盘的机械化盾构开挖土层。
大刀盘可分为刀架间无封板的和有封板的两种,分别在土质较好的和较差的条件下使用。
在含水不稳定的地层中,可采用泥水加压盾构和土压平衡式盾构进行开挖。
③挤压式开挖。
使用挤压式盾构的开挖方式,又有全挤压和局部挤压之分。
前者由于掘进时不出土或部分出土,对地层有较大的扰动,使地表隆起变形,因此隧道位置应尽量避开地下管线和地面建筑物。
此种盾构不适用于城市道路和街坊下的施工,仅能用于江河、湖底或郊外空旷地区。
用局部挤压方式施工时,要根据地表变形情况,严格控制出土量,务使地层的扰动和地表的变形减少到最低限度。
④网格式开挖。
使用网格式盾构开挖时,要掌握网格的开孔面积。
格子过大会丧失支撑作用,过小会产生对地层的挤压扰动等不利影响。
在饱和含水的软塑土层中,这种掘进方式具有出土效率高、劳动强度低、安全性好等优点。
推进操纵与纠偏推进过程中,主要采取编组调整千斤顶的推力、调整开挖面压力以及控制盾构推进的纵坡等方法,来操纵盾构位置和顶进方向。
一般按照测量结果提供的偏离设计轴线的高程和平面位置值,确定下一次推进时须有若干千斤顶开动及推力的大小,用以纠正方向。
此外,调整的方法也随盾构开挖方式有所不同:如敞开式盾构,可用超挖或欠挖来调整;机械切削开挖,可用超挖刀进行局部超挖来纠正;挤压式开挖,可用改变进土孔位置和开孔率来调整。
衬砌拼装常用液压传动的拼装机进行衬砌(管片或砌块)拼装。
拼装方法根据结构受力要求,可分为通缝拼装和错缝拼装。
通缝拼装是使管片的纵缝环环对齐,拼装较为方便,容易定位,衬砌圆环的施工应力较小,但其缺点是环面不平整的误差容易积累。
错缝拼装是使相邻衬砌圆环的纵缝错开管片长度的1/2~1/3。
错缝拼装的衬砌整体性好,但当环面不平整时,容易引起较大的施工应力。
衬砌拼装方法按拼装顺序,又可分为先环后纵和先纵后环两种。
先环后纵法是先将管片(或砌块)拼成圆环,然后用盾构千斤顶将衬砌圆环纵向顶紧。
先纵后环法是将管片逐块先与上一环管片拼接好,最后封顶成环。
这种拼装顺序,可轮流缩回和伸出千斤顶活塞杆以防止盾构后退,减少开挖面土体的走动。
而先环后纵的拼装顺序,在拼装时须使千斤顶活塞杆全部缩回,极易产生盾构后退,故不宜采用。
衬砌背后压注为了防止地表沉降,必须将盾尾和衬砌之间的空隙及时压注充填。
压注后还可改善衬砌受力状态,并增进衬砌的防水效果。
压注的方法有二次压注和一次压注。
二次压注是在盾构推进一环后,立即用风动压注机通过衬砌上的预留孔,向衬砌背后的空隙内压入豆粒砂,以防止地层坍塌;在继续推进数环后,再用压浆泵将水泥类浆体压入砂间空隙,使之凝固。
因压注豆粒砂不易密实,压浆也难充满砂间空隙,不能防止地表沉降,已趋于淘汰。
一次压注是随着盾构推进,当盾尾和衬砌之间出现空隙时,立即通过预留孔压注水泥类砂浆,并保持一定的压力,使之充满空隙。
压浆时要对称进行,并尽量避免单点超压注浆,以减少对衬砌的不均匀施工荷载;一旦压浆出现故障,应立即暂停盾构的推进。
盾构法施工时,还须配合进行垂直运输和水平运输,以及配备通风、供电、给水和排水等辅助设施,以保证工程质量和施工进度,同时还须准备安全设施与相应的设备。
盾构机-盾构机全名叫盾构隧道掘进机,是一种隧道掘进的专用工程机械,现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体,具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能,涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术,而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造,可靠性要求极高。
盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。
盾构机-优点用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点,在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下,用盾构机施工更为经济合理。
盾构机-工作原理盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘。
该圆柱体组件的壳体即护盾,它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时文撑的作用,承受周围土层的压力,有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面。
挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。
据了解,采用盾构法施工的掘进量占京城地铁施工总量的45%,目前共有17台盾构机为地铁建设效力。
虽然盾构机成本高昂,但可将地铁暗挖功效提高8到10倍,而且在施工过程中,地面上不用大面积拆迁,不阻断交通,施工无噪音,地面不沉降,不影响居民的正常生活。
不过,大型盾构机技术附加值高、制造工艺复杂,国际上只有欧美和日本的几家企业能够研制生产。