特殊地段的盾構(gòu)施工技術(shù)措施摘要:盾構(gòu)在地鐵區(qū)間的特殊地段施工,必須作好充足的施工準(zhǔn)備和施工技術(shù)措施。關(guān)鍵詞:地鐵區(qū)間;盾構(gòu)施工;技術(shù)措施 廣州西場站—西村站地鐵區(qū)間施工標(biāo)段,沿線兩側(cè)為密集民居、酒店、辦公樓、商店等,交通繁忙,上部地面為環(huán)市西路,區(qū)間線路穿越廣茂鐵路,地形平坦,略有起伏,其中有巖溶和溶蝕空洞、內(nèi)環(huán)高架橋樁、基巖球狀風(fēng)化體地段(風(fēng)化深槽)、泥質(zhì)粉砂巖、上軟下硬巖段等特殊地段。其中廣州火車站—草暖公園區(qū)間段下穿過廣州火車站廣場,到達(dá)草暖公園,施工難度大。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,做出相應(yīng)的盾構(gòu)施工技術(shù)措施。1盾構(gòu)通過巖溶和溶蝕空洞 本工程隧道左右線均存在巖溶和溶蝕空洞,左線溶蝕空洞約為0.8ｍ高,右線在ＹＣＫ7+522和ＹＣＫ7+576處存在溶蝕空洞,其中較大的溶蝕空洞為2.7ｍ高,對盾構(gòu)掘進(jìn)造成極為不利的影響,極有可能發(fā)生突泥、突水、地面沉陷、盾構(gòu)機(jī)被卡等嚴(yán)重事故。 為保證盾構(gòu)掘進(jìn)順利通過,必須提前探明隧道穿過的巖溶裂隙的位置、形狀、尺寸大小、充填物性質(zhì)等,并及時處理。施工采取以下措施探測和處理: (1)開工前,進(jìn)行補(bǔ)充地質(zhì)勘探,在左右線溶蝕空洞地段加密勘探,在勘探場地允許的前提下,使部分鉆孔間距達(dá)到10ｍ,進(jìn)一步查明該段條件地層地質(zhì)條件,對可能出現(xiàn)巖溶裂隙的段落、巖溶裂隙的規(guī)模、充填物等情況,提前作出盾構(gòu)掘進(jìn)方案。 (2)對盾構(gòu)機(jī)適當(dāng)改造,針對地質(zhì)情況,盾構(gòu)機(jī)增設(shè)超聲波探測系統(tǒng)。盾構(gòu)掘進(jìn)施工時通過發(fā)射超聲波,可對刀盤前方30ｍ范圍內(nèi)的巖溶裂隙、砂土層中的孤石等分布情況進(jìn)行探測,利用專業(yè)軟件對接收到的反射波分析,即可精確查明巖溶裂隙或孤石的位置、形狀、尺寸大小、充填物性質(zhì)等。 (3)根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報的資料,對分布于盾構(gòu)周邊的巖溶裂隙,通過地面注漿的辦法進(jìn)行超前注漿加固或回填。對巖溶裂隙要提前確定注漿方案,根據(jù)其位置、形狀、充填物性質(zhì),確定實(shí)施超前注漿的里程位置、注漿品種及配合比、注漿壓力、注漿量等參數(shù)。 (4)盾構(gòu)通過巖溶空洞位置時,要制定嚴(yán)格的盾構(gòu)施工計劃和實(shí)際可行的掘進(jìn)參數(shù),調(diào)整合理的泡沫添加參數(shù),使所注入的泡沫能在開挖面形成良好的泥膜,保持其充填物的穩(wěn)定。 (5)掘進(jìn)通過后,在管片背襯及時施作二次補(bǔ)強(qiáng)注漿,控制巖溶裂隙內(nèi)充填物的變形,使圍巖保持穩(wěn)定。2 盾構(gòu)通過環(huán)市內(nèi)環(huán)高架橋樁基 本區(qū)間段在西村站—廣州火車站段下穿內(nèi)環(huán)高架橋樁基礎(chǔ)。其中有3處4根樁基侵入隧道,需要進(jìn)行樁基托換,其余樁基大多在隧道左、右線之間。盾構(gòu)機(jī)通過樁基礎(chǔ)除采取一般措施外并進(jìn)行特殊處理。 (1)合理控制推進(jìn)速度,保證連續(xù)均衡施工,避免較長時間的擱置; (2)嚴(yán)格控制出土量,防止不合理的超挖和欠挖; (3)盾構(gòu)在穿越這些建(構(gòu))筑物的過程中,變化不可過大、過頻,每次縱坡變化不得超過0.2%; (4)同步注漿要及時、適量,以有效控制地層沉降; (5)根據(jù)地面沉降情況,必要時可針對性地進(jìn)行二次補(bǔ)壓注漿; (6)配備必要的機(jī)動設(shè)備,一旦發(fā)生意外情況則迅速投入搶險; (7)通過預(yù)先設(shè)置的觀測點(diǎn)對建(構(gòu))筑物進(jìn)行監(jiān)測,如果發(fā)現(xiàn)異常變形,必須立即停止施工,根據(jù)實(shí)際情況采取調(diào)整施工參數(shù)或?qū)?構(gòu))筑物進(jìn)行適當(dāng)處理。3 盾構(gòu)通過球狀風(fēng)化體地段(風(fēng)化深槽) 地質(zhì)剖面圖顯示本區(qū)間內(nèi)中風(fēng)化巖層中有存在微風(fēng)化的情況,強(qiáng)風(fēng)化地層中存在部分中風(fēng)化地層。詳勘報告認(rèn)為該巖區(qū)全、強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)可能還存在未被揭露的中、微風(fēng)化巖球狀風(fēng)化體。盾構(gòu)施工時要采取的主要技術(shù)措施如下: (1) 盾構(gòu)進(jìn)入砂巖區(qū)段后,要嚴(yán)格監(jiān)測推進(jìn)油缸和盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的突然變化及土倉壓力和出碴量的變化,如發(fā)現(xiàn)異常,應(yīng)進(jìn)入土倉進(jìn)行檢查，以判斷是否存在球狀風(fēng)化體,并確定球狀風(fēng)化體與刀盤的位置關(guān)系。工作步驟如圖1。
(2)利用土倉內(nèi)安裝的超聲波探測系統(tǒng)時刻監(jiān)視掌子面前方的變化,提前發(fā)現(xiàn)前方的孤石,根據(jù)情況采用提前加固孤石旁地層或用沖擊鉆提前破碎的方法處理。 (3) 掘進(jìn)過程中隨時監(jiān)測刀具和刀盤受力狀態(tài),確保其不超載并觀測刀盤是否受力不均,以防刀盤產(chǎn)生變形。 (4) 針對球狀風(fēng)化體巖質(zhì)較硬的特點(diǎn),刀具應(yīng)以盤形滾刀為主,掘進(jìn)時采用高轉(zhuǎn)速將其切削成碎塊。若掘進(jìn)速度相當(dāng)慢或球狀風(fēng)化體隨刀盤一起滾動時,應(yīng)進(jìn)入土倉進(jìn)行人工處理。 (5) 在工作面穩(wěn)定性差的情況下,進(jìn)入土倉時必須建立一定的氣壓,此時應(yīng)按相應(yīng)的規(guī)程進(jìn)行工作。 (6) 在工作面穩(wěn)定性極差的情況下,如條件允許可從地表采用注漿加固的方式進(jìn)行地層加固,然后再進(jìn)行處理;如條件不允許,可以應(yīng)用配備在盾構(gòu)機(jī)上的超前注漿孔對工作面進(jìn)行注漿加固,然后再進(jìn)行處理。4 泥質(zhì)粉砂巖段掘進(jìn) 本標(biāo)段從始發(fā)到吊出,中間多段穿越泥質(zhì)粉砂巖。粉砂巖遇水易軟化崩解。盾構(gòu)掘進(jìn)時可能會在刀盤特別是刀盤的中心部位產(chǎn)生“泥餅”,當(dāng)產(chǎn)生泥餅時,掘進(jìn)速度急劇下降,刀盤扭矩也會上升,大大降低開挖效率,甚至無法掘進(jìn)。 首先,利用ＷＩＲＴＨ-ＮＦＭ盾構(gòu)機(jī)具有防止泥餅產(chǎn)生的特點(diǎn)如圖2所示。 (1)刀盤面板與后部土倉密封隔板共同組成土倉,隔板上的中心圓餅和周圍圓環(huán)都是靜止不轉(zhuǎn)并設(shè)攪拌棒。掘進(jìn)時,刀盤面板與隔板之間存在相對運(yùn)動,攪拌棒可充分?jǐn)嚢璨晖?從而可減少在土倉中產(chǎn)生泥餅的可能。 (2)中心開口率大,且中心刀可及時更換成片式刮刀,使開口率進(jìn)一步增大。中心刀盤面板和中心隔板之間存在相對運(yùn)動,借助于攪拌棒充分?jǐn)嚢璨晖?不易產(chǎn)生泥餅。 (3)通過面板上的泡沫注入口,向刀盤面板和土倉中注入泡沫劑,一方面清刷刀具上糊的粘土,降低刀具溫度,也可以改善土倉內(nèi)的碴土性能,增加碴土的流塑性,防止形成泥餅,堵塞土倉及螺旋輸送機(jī)。 其次,施工中采取以下技術(shù)措施: (1)在到達(dá)這種地層之前把刀盤上的中心滾刀更換為片式刮刀,進(jìn)一步增加刀盤的開口率。 (2)加強(qiáng)盾構(gòu)掘進(jìn)時的地質(zhì)預(yù)測和泥土管理,特別是在粘性土中掘進(jìn)時,要更加密切注意開挖面的地質(zhì)情況和刀盤的工作狀態(tài)。 (3)在這種地層掘進(jìn)時應(yīng)適量增加泡沫的注入量和選擇比較大的泡沫加入比例,減小碴土的粘附性,降低泥餅產(chǎn)生的機(jī)率。 (4)一旦產(chǎn)生泥餅,及時采取對策,必要時采用人工處理的方式清除泥餅。 (5)必要時螺旋輸送機(jī)內(nèi)也要加入泡沫,以增加碴土的流動性,利于碴土的排出。5 盾構(gòu)在上軟下硬段巖層掘進(jìn) 在軟巖和硬巖分界處,部分區(qū)段內(nèi)堅硬巖層僅在隧道開挖面下半部分出露(半軟半硬)。本區(qū)間大部分地層均上軟下硬。盾構(gòu)在穿越上軟下硬區(qū)段時,由于上下巖層強(qiáng)度相差較大,盾構(gòu)容易上拋,此施工段施工重點(diǎn)是盾構(gòu)機(jī)的使用控制。 (1)適當(dāng)放慢掘進(jìn)速度,使盾構(gòu)刀盤能對正面堅硬巖層進(jìn)行充分破碎; (2)合理利用盾構(gòu)鉸接千斤頂,改變刀盤傾角以加強(qiáng)對硬巖部位的切割,提高盾構(gòu)掘進(jìn)過程中的軸線控制能力; (3)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)千斤頂?shù)膮^(qū)域油壓,硬巖區(qū)域推進(jìn)千斤頂油壓較軟巖部位適當(dāng)加大,以控制千斤頂?shù)暮狭ψ饔命c(diǎn)、抵消上拋力,控制好盾構(gòu)軸線位置和隧道坡度。 (4)利用刀盤邊緣的擴(kuò)挖刀,對下部硬巖部分適量擴(kuò)挖以避免盾構(gòu)上拋。 (5)如果上部太軟掘進(jìn)時出現(xiàn)塌陷,則應(yīng)考慮地表注漿加固。一般情況下可以通過保持一定的土壓防止上部掌子面坍塌。6 小 結(jié) 在廣州,地鐵施工正在大面積地推進(jìn),施工中遇到很多特殊地段,地鐵施工者特別情況特別處理,做出相應(yīng)的施工措施,并不斷地在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)提高施工技術(shù)水平,提高工效創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程,創(chuàng)用戶放心工程。參考文獻(xiàn):[1] 城市快速軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[Ｓ].[2] 地下鐵道設(shè)計規(guī)范(ＧＢ50157-2003)[Ｓ].[3] 地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范(ＧＢ50299-1999)[Ｓ].[4] 鐵路隧道施工規(guī)范(ＴＢ10204-2002)[Ｓ].
(2)利用土倉內(nèi)安裝的超聲波探測系統(tǒng)時刻監(jiān)視掌子面前方的變化,提前發(fā)現(xiàn)前方的孤石,根據(jù)情況采用提前加固孤石旁地層或用沖擊鉆提前破碎的方法處理。 (3) 掘進(jìn)過程中隨時監(jiān)測刀具和刀盤受力狀態(tài),確保其不超載并觀測刀盤是否受力不均,以防刀盤產(chǎn)生變形。 (4) 針對球狀風(fēng)化體巖質(zhì)較硬的特點(diǎn),刀具應(yīng)以盤形滾刀為主,掘進(jìn)時采用高轉(zhuǎn)速將其切削成碎塊。若掘進(jìn)速度相當(dāng)慢或球狀風(fēng)化體隨刀盤一起滾動時,應(yīng)進(jìn)入土倉進(jìn)行人工處理。 (5) 在工作面穩(wěn)定性差的情況下,進(jìn)入土倉時必須建立一定的氣壓,此時應(yīng)按相應(yīng)的規(guī)程進(jìn)行工作。 (6) 在工作面穩(wěn)定性極差的情況下,如條件允許可從地表采用注漿加固的方式進(jìn)行地層加固,然后再進(jìn)行處理;如條件不允許,可以應(yīng)用配備在盾構(gòu)機(jī)上的超前注漿孔對工作面進(jìn)行注漿加固,然后再進(jìn)行處理。4 泥質(zhì)粉砂巖段掘進(jìn) 本標(biāo)段從始發(fā)到吊出,中間多段穿越泥質(zhì)粉砂巖。粉砂巖遇水易軟化崩解。盾構(gòu)掘進(jìn)時可能會在刀盤特別是刀盤的中心部位產(chǎn)生“泥餅”,當(dāng)產(chǎn)生泥餅時,掘進(jìn)速度急劇下降,刀盤扭矩也會上升,大大降低開挖效率,甚至無法掘進(jìn)。 首先,利用ＷＩＲＴＨ-ＮＦＭ盾構(gòu)機(jī)具有防止泥餅產(chǎn)生的特點(diǎn)如圖2所示。 (1)刀盤面板與后部土倉密封隔板共同組成土倉,隔板上的中心圓餅和周圍圓環(huán)都是靜止不轉(zhuǎn)并設(shè)攪拌棒。掘進(jìn)時,刀盤面板與隔板之間存在相對運(yùn)動,攪拌棒可充分?jǐn)嚢璨晖?從而可減少在土倉中產(chǎn)生泥餅的可能。 (2)中心開口率大,且中心刀可及時更換成片式刮刀,使開口率進(jìn)一步增大。中心刀盤面板和中心隔板之間存在相對運(yùn)動,借助于攪拌棒充分?jǐn)嚢璨晖?不易產(chǎn)生泥餅。 (3)通過面板上的泡沫注入口,向刀盤面板和土倉中注入泡沫劑,一方面清刷刀具上糊的粘土,降低刀具溫度,也可以改善土倉內(nèi)的碴土性能,增加碴土的流塑性,防止形成泥餅,堵塞土倉及螺旋輸送機(jī)。 其次,施工中采取以下技術(shù)措施: (1)在到達(dá)這種地層之前把刀盤上的中心滾刀更換為片式刮刀,進(jìn)一步增加刀盤的開口率。 (2)加強(qiáng)盾構(gòu)掘進(jìn)時的地質(zhì)預(yù)測和泥土管理,特別是在粘性土中掘進(jìn)時,要更加密切注意開挖面的地質(zhì)情況和刀盤的工作狀態(tài)。 (3)在這種地層掘進(jìn)時應(yīng)適量增加泡沫的注入量和選擇比較大的泡沫加入比例,減小碴土的粘附性,降低泥餅產(chǎn)生的機(jī)率。 (4)一旦產(chǎn)生泥餅,及時采取對策,必要時采用人工處理的方式清除泥餅。 (5)必要時螺旋輸送機(jī)內(nèi)也要加入泡沫,以增加碴土的流動性,利于碴土的排出。5 盾構(gòu)在上軟下硬段巖層掘進(jìn) 在軟巖和硬巖分界處,部分區(qū)段內(nèi)堅硬巖層僅在隧道開挖面下半部分出露(半軟半硬)。本區(qū)間大部分地層均上軟下硬。盾構(gòu)在穿越上軟下硬區(qū)段時,由于上下巖層強(qiáng)度相差較大,盾構(gòu)容易上拋,此施工段施工重點(diǎn)是盾構(gòu)機(jī)的使用控制。 (1)適當(dāng)放慢掘進(jìn)速度,使盾構(gòu)刀盤能對正面堅硬巖層進(jìn)行充分破碎; (2)合理利用盾構(gòu)鉸接千斤頂,改變刀盤傾角以加強(qiáng)對硬巖部位的切割,提高盾構(gòu)掘進(jìn)過程中的軸線控制能力; (3)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)千斤頂?shù)膮^(qū)域油壓,硬巖區(qū)域推進(jìn)千斤頂油壓較軟巖部位適當(dāng)加大,以控制千斤頂?shù)暮狭ψ饔命c(diǎn)、抵消上拋力,控制好盾構(gòu)軸線位置和隧道坡度。 (4)利用刀盤邊緣的擴(kuò)挖刀,對下部硬巖部分適量擴(kuò)挖以避免盾構(gòu)上拋。 (5)如果上部太軟掘進(jìn)時出現(xiàn)塌陷,則應(yīng)考慮地表注漿加固。一般情況下可以通過保持一定的土壓防止上部掌子面坍塌。6 小 結(jié) 在廣州,地鐵施工正在大面積地推進(jìn),施工中遇到很多特殊地段,地鐵施工者特別情況特別處理,做出相應(yīng)的施工措施,并不斷地在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)提高施工技術(shù)水平,提高工效創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程,創(chuàng)用戶放心工程。參考文獻(xiàn):[1] 城市快速軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[Ｓ].[2] 地下鐵道設(shè)計規(guī)范(ＧＢ50157-2003)[Ｓ].[3] 地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范(ＧＢ50299-1999)[Ｓ].[4] 鐵路隧道施工規(guī)范(ＴＢ10204-2002)[Ｓ].