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关键词:地铁管片;质量;控制措施
引 言:
城市化的不断加快促使我国各城市的轨道交通建设得到了迅猛的发展,地铁隧道由于在地下施工,所以安全问题必须要得到有效的保证,盾构法由于其安全、快捷从而得到广泛的使用。在盾构法施工中会使用到管片,盾构法主要是利用盾构机的推进后在拼装管片,然后盾构机在推进,按照这种循环的方式完成地铁隧道的掘进。所以说,控制好地铁管片的质量好坏,是保证地铁隧道工程施工能否顺利完成的一个重要环节。
一、管片生产技术现状
现如今,我国各城市的地铁建设规模在不断的拓宽,建设的速度也是不断加快,施工方法由单一的明挖法向影响程度小、施工效率高的盾构法、矿山法等多种方法并存的建设局面发展。而在隧道结构施工中使用盾构法,必须应用到管片生产技术发展前景十分开阔,现状并不乐观,存在明显的问题。
二、地铁管片的质量要求
目前我国轨道交通盾构法施工对于管片的质量要求非常高,主要表现在一下几个方面:
1.成品的地铁管片精度要求非常高
为了能够确保地铁管片在隧道中顺利的完成拼装,所以对其精度要求非常之高,《盾构法隧道施工及验收规范》(GB 50446-2008)、《地下铁道施工及验收规范》(GB 50299-1999)中对管片生产制作都提出了明确的规定,地铁管片生产企业要严格按照国家颁发的相关规范并结合自身质量控制要求制定企业地铁管片生产质量控制标准,并落实到生产过程中去,从而确保管片的生产质量。
2.地铁管片的外观质量
地铁管片的外观要求要达到外光内实,整体的线条要顺滑,没有色差。一般来说,要求内弧面。端、侧面平整度为±0.3mm,止水槽处只能允许出现少量的气泡,以此来确保管片的接口范围有高的阻水性能。
3.地铁管片的防水要求很高
我们从上述内容中就可以看出,管片在地下隧道施工中作用是非常特殊的,这就决定了地铁管片在除了本身要具有较高的强度之外,还必须要具备良好的防水盒防腐性。
三、地铁管片生产的质量控制措施
1.完善质量管理制度和管理体系
管片生产企业应根据国家质量管理制度和质量管理要求,结合企业自身实际建立健全企业的质量管理制度和管理体系,以便对管片生产质量进行控制和改进。对企业管理人员和工人进行质量控制教育,实现全员全过程质量控制,提高全体员工的操作技能和质量意识,严把质量关;严格遵守材料进厂检验制度,工序自检、互检、交接检制度,实行规范化质量管理,确保管片生产质量;实行 PDCA(计划、执行、检查、改进)质量控制过程,持续改进,提高企业的技术经济竞争能力,为企业创造经济效益。
2.管片生产过程中的质量控制
(1)原材料的质量。生产过程中使用的原材料(钢筋、水泥、砂 、石子)和外加剂等应选用信誉良好的厂商保证其质量达标。而且在选用各种材料时,每种材料的品种、规格等要符合设计图纸和相关的规范要求才行。原材料在送进现场后,按照规范规定取样、送检,试验合格后方可加工使用,不合格的坚决退场,严禁不合格材料用到生产中。
(2)成型的钢筋骨架质量。钢筋骨架加工时的模板尺寸必须要准确,并定期检查,防止其变形而影响骨架的质量。钢筋在下料时要控制好准确度和加工的精确度,并定期检查、调试好弯弧机,确保钢筋加工弧度符合要求。钢筋骨架在堆放时,严禁拖拉和抛掷,底部一定要用支架支撑,不得直接堆放在地面上,堆放层数不宜超过4层,以防骨架变形。
(3)管片模具质量。组模前,工作人员要认真仔细的清理模具,尤其是特别注意的是模具的结合处以及边角凹槽处的清理,清理干净后的模具内表面不得有任何污物。模具在清理干净后,由专人负责喷涂脱模剂,脱模剂的使用要按照脱模剂的使用要求进行涂抹均匀,不得有积聚现象。脱模剂喷涂好后组装模板,而模板组装时要检查侧模板、端板以及底板之间的密封效果是否完好,如发现有移位和脱落要及时修正,并按各种模具的组装顺序进行组装,严禁反顺序组装,以免模具变形。螺栓拧紧时要按顺序紧固,保证模具尺寸精度。
(4)混凝土浇筑质量。混凝土的配合比必须要满足管片生产工艺要求,比如,混凝土搅拌的方式、输送和振捣密实的方式来选定合适的参数,在经过试配确定。搅拌系统应配备砂 、石含水率自动快速测定仪,由拌和机的电子控制系统自动调整混凝土配比的用水量。定期校验拌和机的电子称量系统的精确度,保证混凝土原材料称量准确,严格按照配合比拌制混凝土,确保混凝土质量。管片混凝土浇筑时要分层、连续、均匀 、对称的从模具两端向中间布料,采用振捣棒振动成型时,每盖一块盖板布一层料,振捣密实后才能布下一层料,振捣时不能碰撞模具、预埋件和钢筋骨架。振捣时间一定要控制好,一般为 2~3 min,振动至混凝土与侧板接触处不再有喷射状气泡为止。
四、管片的养护
(1)地铁管片的养护一般都是采取蒸养,在浇筑混凝土后要静停1-2H,具体的静停时间可根据气温的变化进行适当的调整。
(2)蒸养时的升降温速度应控制在10-20℃/H,蒸养完后管片的表面温度和和环境温度差应不大于20℃,只有这样才能有效的避免在蒸养过程中由于没有控制好温度的变化而产生裂缝。
(3)管片脱模的强度要控制在 20 MPa 以上 ,在达到要求后工作人员才可以进行脱模,严禁在强度不够的情况下强行脱模。
(4)管片脱模后的保养时管片生产中的一个重要环节,所以管片在脱模后要做好降温保湿的措施,以防管片由于失水而产生裂纹;降温后要水养 14 d 以上,以促进管片混凝土强度平稳增长,保证管片混凝土质量。
五、结语
综合以上笔者所述的内容,我们可以看出,地铁管片是轨道施工中使用盾构法施工的一个非常重要预制构件,其生产工艺控制的好坏将直接影响到管片的质量,从而影响整个地铁盾构施工的质量和盾构隧道的质量。所以我们要不断的强化自身技术,在保证质量的前提下选择合适的生产工艺,努力做好地铁管片的生产。
参考文献:
[1]谈永泉,杨鼎宜.我国混凝土衬砌管片生产技术现状及发展趋势[J].混凝土与水泥制品,2008(4):25-29.
[2]贺朝荣.浅谈地铁管片生产质量控制[J].城市道桥与防洪,2011(1):95-98.
【关键词】参数;过程;预防;分析
1 前言
1.1国际盾构的发展简史
盾构法施工是目前世界上最先进并被引用最广泛、被称为地铁建设的领头军的隧道施工工法,它始于英国1806年,马克・布鲁诺尔最早提出了盾构掘进隧道的原理并注册了专利。1825年~1843年,历时18年,马克・布鲁诺尔在伦敦泰晤士河下完成了人类第一条全长458米由盾构法施工的隧道。
1.2我国看构的发展简史
我国的盾构掘进机制造和应用始于1936年,原上海隧道工程公司(现为上海隧道工程股份有限公司)结合上海软土地层对盾构掘进施工参数、隧道接缝防水进行了系统的试验研究。1970年上海穿越黄浦江的第一条水下隧道建成之后,国内盾构的制造和研发工作日趋成熟,并广泛应用到全国各城市。地铁建设对我国缓解交通压力发挥巨大的作用。
2、工程概况
(一)建设单位名称:东莞市轨道交通有限公司
(二)监理项目名称:东莞市城市快速轨道交通R2线寮厦站~~珊美站盾构区间
(三)建设地点:东莞市厚街镇莞太路
(四)寮厦站~~珊美站区间东北起于寮厦站,西南至珊美站,区间线路大体呈东北~~西南走向,区间出寮厦站后大体沿莞太路下穿,途经厚街大道、岳范山大道、河田大道、阳河路、珊瑚路、珊美大道等路口,到达珊美站。莞太路现状为双向8车道,交通繁忙;区间沿线重要的建构筑物主要有S256拟建厚街大道隧道、厚街大道下穿隧道(拟拆除)、S256拟建人行天桥等。
(五)区间设计里程为:ZDK27+663.204~ZDK29+351.625(短链3.676m),YDK27+663.204~YDK29+351.623,左线长1684.745m,右线长1688.419m。
3、盾构掘进阶段管理工作
掘进阶段,通过观察盾构机控制室内电脑显示的数据了解盾构掘进过程中参数的变化和施工单位监测日报数据分析隧道及地面沉降情况等手段进行动态监控,并及时记录参数于监理日志中。在该项目施工过程中,采取巡视、旁站、平行检查等方法,发现问题及时给施工单位指出并督促落实整改,必要时下发监理工程师通知单,确保该项目施工过程中的质量和安全。
3.1、盾构机施工过程管理
土压平衡式盾构机掘进时的这些施工参数的确定是根据地质条件、环境监测等条件决定的。因此,对盾构施工参数的管理应贯穿于盾构掘进过程的始终。通过检查施工单位每天上报掘进的原始记录,和自身及时收集的有关施工信息,动态掌握施工参数的变化。盾构机监控系统能反映的施工参数很多(如土仓压力、推力、扭矩、掘进速度、刀盘转速、油缸行程、液压油箱温度和姿态等),对于这些参数,需要注意并重点关注的是以下几个:
(1)推力、扭矩、掘进速度、
施工中需要不断通过不同的地层、覆土厚度,有硬塑化沙质粘性土、全风化花岗闪长岩、强风化花岗闪长岩、中风化花岗闪长岩等主要地层,需要结合监测的数据进行预防和调整各参数,上部软塑状下部风化状(上软下硬)地层,要重点防止盾构机"抬头前进",全断面硬岩地层要防止盾构机体被卡死。
(2)出土量
土压平衡式盾构推进中切削后土体通过幅条缝进入土仓,通过螺旋输送机完成排土,再通过传动带输送到土斗中外运。出土量的多少与地面沉降、是否空洞等问题密切相关;如有异常将督促施工单位加强地面监控量测和检查地面是否变形、空洞等异常,如有及时进行灌注混凝土进行填充。
(3)盾构掘进姿态控制
盾构姿态控制就是将盾构轴线控制在设计允许范围值内(±100mm)。盾构姿态控制的好坏,不仅关系到盾构机是否在设计轴线允许偏差内推进,而且还影响到后续管片拼装的质量,"要求不能硬纠猛调"。同时,每次施工单位进行测量转站,都必需通知测量监理进行同步跟进,以能及时掌握最新姿态。
(4)寻找合适位置检查并更换刀具
为确保盾构顺利、快速通过剩余地段,需根据掘进过程中的参数变化情况进行开仓更换磨损严重刀具,在换刀前做好安全教育和交底,通过地勘报告和出土情况估计地层的稳定性、地下水情况,先进行注浆止水,直到注满土仓内部,经预留孔开孔检查后无水或少量水流出方可打开仓门挖仓,人员入仓前,必须认真检查所需的工具是否带齐;换刀过程中,禁止进行机械设备任何运转操作,并且对刀盘周围情况做密切监视,更换刀盘是保证盾构推进顺利前行的必经过程。
3.2管片进场检查
(1)检查管片上生产日期至运至现场时间是否满足保养期限(一般为28天)。
(2)审查管片出厂质量合格证明文件、签署资料和不定期进行强度测试(C50)。
3.3盾构接收阶段监理工作
盾构接收阶段掘进是盾构法隧道施工最后一个关键环节,该关键环节进行全旁站监督,并重点做好观察出洞洞口有无渗漏的状况,发现洞口渗漏督促施工单位及时封堵。
(1)盾构出洞装置安装
由于隧道洞口与盾构之间存在建筑间隙,易造成泥水流失,从而引起地面沉降及周围建筑物、管线位移,因此需安装出洞装置;一般包括帘布橡胶板、圆环板、扇形板及相应的连接螺栓和垫圈等;检查帘布橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核,对出洞装置安装的牢固情况进行检查,确保帘布橡胶板能紧贴洞门,防止盾构出洞后同步注浆浆液泄漏。
(2)盾构出口部位土体加固
盾构出洞区域土体加固方法需根据地层情况进行不同的加固措施,像寮珊盾构左线出洞口段是采用的旋喷桩加固方式;严格控制加固的埋入深度及注浆环节,确保土体加固的稳定性。
(3)盾构接收基座设置
盾构接收基座用于接收进洞后的盾构机,由于盾构进洞姿态是未知的。在盾构接收前测量监理工程师复核接收井洞门中心位置和接收基座平面、高程位置,确保盾构机出洞后能平稳、安全推上基座。
(4)盾构接收出洞
盾构接收出洞准备工作就续后,盾构机向前推进,在前端刀盘露出土体直至盾构壳体顺利推上接收基座,该关键环节应进行全旁站监督,并重点做好观察出洞洞口有无渗漏的状况,发现洞口渗漏督促施工单位及时封堵,检查千斤顶使用状况,防止盾构出洞后出现姿态"上飘"现象。
4结束语
盾构技术在隧道建设中越来越突显了它的重要性,它逐渐完善并有效使用不仅节约了投资和减少了工期,而且还大大提高了安全性,对于未来地铁、隧道施工的发展起到了举足轻重的作用,具有极为广阔的应用前景,而盾构掘进过程管理是一项综合性强的工程,也是一个动态控制的过程,只有做好掘进过程的管理,才能更好的发挥盾构技术对隧道工程施工的强大作用。
参考文献:
[1] 朱合华,傅德明.盾构隧道[M].北京:人民交通出版社,2004.
【关键词】 盾构;隧道;管片;目标;要点;监控
【中图分类号】 TU716【文献标识码】 B 【文章编号】 1727-5123(2013)02-079-02
南京地铁某标段隧道采用盾构法施工,该标段明挖岔线段—车站盾构区间右线全长868.81m(右K43+371.723~右K44+240.533),需求管片724环,区间左线全长865.55m(左K43+371.723~左K44+240.245),需求管片721环;入段线下穿河流区段全长346.28m(入K0+103.723~入K0+450.00),需求管片289环。需求总量为1734环。根据总体施工施工计划安排,先施工盾构区间右线,再施工盾构区间左线,最后施工入段线盾构段,计划工期为9个月。
1技术标准
隧道衬砌采用预制钢筋混凝土管片,强度等级C50,抗渗等级P10,管片内径为5500mm,宽度为1.2m,厚度为350mm。每环管片由3个标准块、2个邻接块及1个封顶块组成。管片接触面纵缝设凸凹榫,环缝不设凸凹榫。管片采用错缝拼装,管片连接采用弯螺栓连接,连接螺栓强度等级为5.8级。管片类型分标准直线环、左转弯环及右转弯环3种。左、右转弯环为双面楔形环,楔形量为37.2mm。
管片的质量好坏直接影响到隧道结构的安全和使用功能。为确保预制管片的质量符合设计和规范的要求,熟悉和掌握管片制作的监理控制要点,有效地对管片质量进行监控,确保管片质量,达到施工现场盾构掘进拼装使用条件。
2控制要点
2.1一般控制要点。①管片应由具备相应资质等级的厂家制造;②管片生产厂家应具有健全的质量管理体系及质量控制和质量检验制度;③管片生产应编制施工组织设计或技术方案,并经审查批准。
2.2准备工作控制要点。①生产线布置应符合工艺要求;②模具安装完毕后应进行质量验收;③混凝土搅拌、运输、振捣、养护等设备完成安装调式和安全检查后,应进行验收;各种计量器具、设备应通过检定;④原材料应经检验合格,混凝土应经试配确定配合比,其性能应符合设计及规范要求;⑤对操作人员应进行技术培训,经培训合格后,方可进行操作,特殊工作应持证上岗。
2.3原材料控制要点。①具备产品质量证明文件,并应复检合格;②宜采用非碱活性骨料;当采用碱活性骨料时,混凝土中碱含量的限值应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定;③预埋件规格和性能应符合设计要求。
2.4管片钢模具质量控制要点。
2.4.1模具必须具有足够的承载力、刚度、稳定性和良好的密封性能,并应满足管片的尺寸和形状要求。
2.4.2模具应便于安装和拆卸。
2.4.3模具验收应符合下列规定:①模具制造应编制完善的技术文件;②模具材料应符合质量要求,选用焊条的材质应与被焊物得材质相适应;③模具各组成部件加工精度应符合设计要求;④模具安装后应进行初验,符合设计要求后可试生产;在试生产的管片中,应随机抽取3环进行水平拼装检验,合格后方可正式验收。
2.4.4合模、开模与出模应符合下列规定:①合模前应清理模具各部位,脱模剂涂刷应薄而均匀,无积聚、流淌现象;②应按模具使用说明出规定的顺序合模和开模,并应对模具进行检查;③螺栓孔预埋件、中心吊装孔预埋件以及其他预埋件和模具接触面应密封良好,钢筋骨架和预埋件严禁接触脱模剂;④管片出模强度应符合设计要求;当设计无要求时,强度应根据管片尺寸、混凝土强度设计等级、起吊方式和存放形式等因素综合确定;⑤开模和出模时应注意保护模具。
2.4.5每片模具每生产100片管片,必须进行系统检验,每生产200环后应进行三环管片水平拼装,落实一次模具检验要求。
2.4.6在预制混凝土管片正式生产之前,应制作三环完整的预制混凝土管片,包括螺栓、螺母和其他附件,审查合格后才可以进行正式生产。
2.4.7在示范衬砌中,应包含一环楔形管片和一环带有密封件的管片。
2.4.8如果示范衬砌没有得到批准,则须修整钢模板,并重新浇筑混凝土管片,拼装新示范衬砌,直到合格为止。
2.5钢筋笼质量控制要点。
2.5.1钢筋进场时,应按批(≤60t)抽取试件作力学性能(屈服强度、抗拉强度和伸长率)和工艺性能(冷弯)试验,其质量必须符合现行国家标准的规定和设计要求。
2.5.2钢筋和骨架制作应符合下列基本规定:①钢筋的品种、级别和规格应符合设计要求。当钢筋的品种、级别或规格需作变更时,应办理设计变更;②钢筋骨架连接应符合设计要求,并应在符合要求的胎具上制作;③钢筋骨架应进行试生产,检验合格后方可批量制作。
2.5.3钢筋加工应符合下列规定:①应按钢筋料表进行切断或弯曲;②弧形钢筋加工时应防止平面翘曲,成型后表面不得有裂纹,并应验证成型尺寸;③钢筋调直和主筋的弯钩、弯折应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204的规定;④箍筋除焊接封闭外,末端应作弯钩,弯钩构造应符合设计要求;当设计无要求时,应符合下列规定:首先,箍筋弯钩的弯弧内直径应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204的规定;其次,箍筋弯钩的弯折角度应为135°,且弯后平直部分长度不应小于10倍箍筋直径。
2.5.4钢筋骨架成型应符合下列规定:①骨架连接时,应按料表核对钢筋级别、规格、长度、根数及胎具型号;②采用焊接连接时,应根据钢筋级别、直径及焊机性能进行试焊,并确定焊接参数后,方可批量施焊;焊接骨架的焊点设置应符合设计要求;当设计无规定时,应采用对称跳点焊接;③焊接前应对焊接处进行检查,不应有水锈、油渍,焊接后不应有焊接缺陷;④骨架入模后,各部位保护层应符合设计要求。
2.5.5钢筋及骨架制作与安装质量应符合下列规定:①浇筑混凝土前,应进行钢筋隐蔽工程验收。验收项目主要包括下列内容:首先,纵向主筋的品种、规格、数量、位置等;其次,箍筋、横向钢筋的品种、规格、数量、间距等;最后,预埋件的规格、数量、位置等;②钢筋加工、骨架制作、安装偏差和检验方法应符合规范要求。
2.6混凝土质量、浇筑、振捣和养护控制要点。
2.6.1混凝土原材料水泥、掺用矿物掺合料、粗细骨料、外加剂、水等质量应符合国家现行标准的规定;
2.6.2混凝土强度等级、耐久性和工作性等应符合设计要求和国家标准的有关规定;
2.6.3混凝土塌落度不宜大于70mm,运输、浇筑及间歇的全部时间不应超过混凝土的初凝时间;
2.6.4混凝土应连续浇筑,并应根据生产条件选择适当的振捣方式,振捣应密实,不得漏振或过振;浇筑混凝土时不得扰动预埋件;管片浇筑成型后,在初凝前应再次进行压面;
2.6.5在管片混凝土浇筑之前,应对施工图进行审查:每种类型的管片的所有尺寸;钢筋、预埋螺栓大样图;混凝土浇筑、养护和管片运输及堆存的详细施工进度计划;
2.6.6浇筑混凝土之前应检查模具的连接和紧密性,以保证管片精度和防止漏浆;
2.6.7模具表面应在浇筑混凝土前彻底清洁;
2.6.8若使用振动棒,则不得直接接触模具;
2.6.9混凝土浇筑完毕应按施工方案及时采取有效的蒸养措施,脱模时管片温度与环境温度差不得超过20℃;
2.6.10降温后的管片应按技术方案及时采取有效的养护措施,水养不得少于7d;
2.6.11混凝土冬期施工宜采用低温蒸养,管片脱模后可涂刷养护剂;
2.6.12养护方法符合规范。养护的效果应用从浇筑的混凝土中取得的试块进行检验,并用同样的方法掩护。具体办法是:在养护期间,每隔24h取出一对试件,并立即进行试验以获得正确的养护时间和抗压强度关系。无论采用何种方法养护,在管片脱模之后应首先进行至少7d的水浸养护;
2.6.13应通过计算确定拆模时间,原则上应使混凝土的拆模强度达到搬运和堆放所需要的应力;
2.6.14混凝土管片达到设计要求且至少28d龄期后才能运输到工地投入使用;
2.6.15管片在场内应小心搬运及堆放,使因此引发的内应力不超过混凝土抗压强度的1/3,为此承包商应提交必要的计算结果和相应龄期混凝土试块的抗压试验结果;
2.6.16承包商应有管片运输和现场堆放的质量保证措施,内容包括:管片的吊装方式;管片在平板车上的堆放方式;管片吊卸方式;管片在施工现场的堆放形式;管片吊入隧道的方式;管片在隧道内的运输方式。
2.7管片成品控制要点。
2.7.1应在内弧面角部进行标识,标示内容应包括:管片型号、管片编号、模具编号、生产日期、生产厂家;
2.7.2管片的质量要求应符合下列规定:应按设计要求进行结构性能检验,检验结构应符合设计要求;管片强度和抗渗等级应符合设计要求;吊装预埋件首次使用前必须进行抗拉拔试验,试验结果应符合设计要求;管片不应存在露筋、孔洞、疏松、夹渣、有害裂缝、缺棱掉角、飞边等缺陷,麻面面积不得大于管片面积的5%;
2.7.3每生产200环管片后应进行水平拼装检验1次,其允许偏差和检验方法应符合规范要求;
2.7.4对于管片的质量缺陷,承包商应提交修补方案给监理工程师审批,未经监理工程师批准不允许修补管片缺陷;
2.7.5对检查中出现的不合格之处,承包商应提交相应的不合格表报监理工程师批准和签字;
2.7.6管片生产过程中,每套钢模每生产100环须作一次三环拼装试验,以检验管片的生产精度,经监理工程师审核批准后才能继续下一批的生产;
2.7.7对管片应进行定期的抗渗试验。承包商应根据有关规范提交试验方案给监理工程师批准。
2.8管片贮存与运输控制要点。①管片贮存场地必须坚实平整;②管片可采用内弧面向上或单片侧立的方式码放,每层管片之间应正确设置垫木,码放高度经计算确定;③管片运输应采取适当的防护措施。
2.9管片进场拼装的质量控制要点。
2.9.1主控项目:①管片质量必须符合设计要求;②管片混凝土外观质量不应有严重缺陷;③管片成品应定期进行检漏试验。
2.9.2一般项目:①管片混凝土的外观质量不应有一般缺陷,对已经出现的一般缺陷,应由管片生产单位按技术处理方案进行处理,并重新检查验收;②钢筋混凝土管片的尺寸偏差应符合相关规定。
3质量监控
3.1施工前期的质量控制。
3.1.1资质审查。审查厂家的承建资格及现场质量保证体系是否完善,施工人员配置是否到位,检查特殊工种持证上岗证书等。
3.1.2参加设计交底及图纸会审,监督对班组进行技术交底
3.1.3严格审批施工方案。应认真仔细审查施工单位提交的施工组织设计(施工方案),在确认满足施工要求后由总监批准实施,审查要点:①钢模质量控制;②钢筋笼质量控制;③混凝土质量控制;④混凝土的拌合和振捣质量控制;⑤混凝土养护质量控制;⑥管片的堆存和运输中的质量控制;⑦材料的来源和质量控制;⑧质保机构的构成和工作程序;⑨设备和人力安排。
3.1.4严格控制原材料质量。对用于本工程的材料,必须做好报验工作,要对进场材料按规范要求取样做好材料的检验、试验工作,试验报告未给出试验结果前材料不得用于本工程。
3.2进行巡视检查和工序、部位等的验收。在管片生产过程中的钢筋工序、钢模工序、混凝土养护工序施工过程中应巡视检查,发现问题,及时指出并通知施工单位整改。①对管片生产过程中各隐蔽工程,如钢筋工程进行检查验收,合格后在相关资料上签字认可;②在施工单位自检合格的基础上,监理人员应对各个检验批进行检查验收,合格并签认后方可进入下道工序;③主控项目和一般项目的质量经抽样检验合格;④具有完整的施工操作依据和质量检查记录;⑤管片生产过程中的钢筋工序、钢模工序、混凝土养护工序等施工完毕后,专业监理工程师组织施工单位项目专业质量负责人等进行验收,合格后签字认可。
3.3采取指令性文件、测量、见证试验、巡视与旁站、平行检验。
3.3.1指令性文件:针对施工中存在的问题,下发监理工程师通知单,限期整改,对整改的问题必须经监理工程师复核签认后,方可继续施工。
3.3.2见证与试验:本工程以下材料必须在现场由监理人员见证取样,经试验合格后方可使用或进行质量评定:①钢材;②混凝土试块;③钢筋等试件。
3.3.3巡视及旁站监理:根据施工情况进行现场巡视检查,发现问题及时指出并通知改正,在混凝土浇注时监理人员必须在生产现场进行旁站监理,具体的旁站实施要求另详旁站监理实施方案。
3.3.4平行检验:利用一定的检查或检测手段,在承包单位自检的基础上,按照一定比例独立进行检查或检测。
4结语
通过熟悉和掌握管片制作的监理控制要点,有效地对管片质量进行监控,确保了管片质量,并达到施工现场盾构掘进拼装使用条件,隧道按节点工期完工。
参考文献
关键词:大直径土压盾构;中间竖井;管片拆除;
随着城市化的发展,目前我国各大城市都在大力发展城际轨道交通,隧道盾构施工项目随之增加,受使用功能的要求,大直径土压平衡盾构施工也有增多的趋势。且各项施工要求均提出了更高的要求。
工程概况
莞惠城际轨道交通项目工程GZH-12标盾构区间采用直径8.8米的海瑞克土压平衡盾构机进行施工,区间在GDK100+100处设防淹门兼电力井,该竖井位于惠州市云山西路与文昌一路交汇路口西南侧,场地处属冲积平原,地势平坦,地面高程15.91-16.14m,基坑长32.53m,宽12.6m,采用明挖法施工,开挖深度35.7m。电力井基坑在盾构通过后由回填砂土、细石混凝土与洞门分层进行了回填如下图所示。
电力井管片拆除施工前具备开挖条件,需要对每个洞门的洞门处及洞门外各6环管片进行补充注浆,共计24环。电力井开挖施工时,要对电力井内的管片进行拆除,左右线共16环管片需要拆除。
二、总体施工方案
1、洞内注浆施工方案
根据开挖及洞门凿除期间情况分析,电力井漏水点主要集中在管片与连续墙之间的空隙局部存在注浆不密实形成的通道,因此注浆主要对通道进行封堵,并对连续墙外一定范围管片外进行加强注浆。
(1)连续墙内的管片注浆
在连续墙内的管片,主要采用双液浆进行补浆。该处管片在预制时已增加注浆孔,要求依次打穿所有孔进行注浆,注浆压力控制在0.5~1MPa。注浆顺序为先上后下,打注浆孔时要求打穿至注浆孔外150mm,即总共打入550mm(含管片厚度)。每个洞门有2环,合计8环。
(2)连续墙外管片注浆
连续墙外的管片,隧道上半部分处于砂层中,地下水丰富、渗透性高,需要扩大注浆范围。注浆前,先打入带球阀的钢花管,并封堵花管与注浆孔之间的空隙后进行注浆。钢花管总长度1m,注浆先采用单液浆,注浆压力控制在0.5~1.0MPa,当每个孔注浆量超过4m3时改注双液浆,直至压力满足要求。隧道下半部分处于岩层中,只需打开注浆孔直接注浆,每个洞门处有4环管片,共计16环。
2、洞内加固施工方案
由于在拆除管片时,管片刚体在卸载后产生移位变形,影响隧道成型管片质量。为避免此类事情发生,必须在管片拆除前在洞内一定范围内(在电力井洞门往内各5环,总计20环)进行管片加固,使得该处管片形成整体,避免管片移位变形。洞内加固方法分两种:第一种,纵向加固,第二种环向加固。
(1)纵向加固
3、管片拆除施工方案
(1)凿除中间环管片
由于盾构掘进时掘进力较大(20000KN),管片间嵌固的比较牢靠,拆除第一环管片比较困难。
第一步:开挖至露出上半部分管片时,然后对中间环(第一环)封顶块进行凿除。先对中间环封顶块选择合适吊点位置(每块为2个)处混凝土钻孔机在管片上方进行人工钻孔,洞内架设预制三角架,孔洞大小为能穿过钢丝绳即可;对20T龙门吊、钢丝绳穿过吊装孔进行悬吊保护,保证不发生脱落,然后解除封顶块螺栓,在管片上方对封顶块沿着管片环缝、纵缝周围进行钻孔切割,直至脱落。
第二步:拆除中间环上半部分管片。
采用相同方法进行剩余上半部分管片的拆除。
第三步:待开挖到底,设置临时支撑见本节4)和图2-7
第四步:利用炮机进行凿除中间环下半部分管片。
开挖到底,对需要进行凿除的管片,解除相连螺栓,200挖机更换炮头进行凿除。
(2)凿除剩余环管片
拆除顺序为依次从中间环向两边洞口方向进行由于此处拆除方法相同,以拆除第二环为例进行说明。
(1)拆除管片,必须从上到下顺序进行逐块拆除。
(2)对20T龙门吊、钢丝绳穿过吊装孔进行悬吊保护,保证不发生脱落,并解除该块管片周边的连接螺栓。洞内架设预制三角架,松开螺栓后即可进行管片吊出。
(3)采用相同方法进行剩余上半部分管片的拆除。
(4)待开挖到底,设置临时支撑见本节4)和图2-4
(5)拆除剩余下半部分管片。
(3)拆除洞口环管片
1、拆除施工方法
拆除洞口环管片根据管片嵌入洞内深度不同分为两种情况:
第一种情况:洞口环管片嵌入洞内深度小于20cm。
由于洞口环管片部分嵌入电力井端墙内,首先用20T龙门吊将最上方管片块垂直吊住,然后解除此块周边的连接螺栓,在该块管片与第1环管片衔接处用风镐、大锤打入3个钢楔块,利用钢楔块将该块管片顶松动,即可顺利将该块管片拆除,再依次从上向下将剩余管片拆除。
第二种情况:洞口环管片嵌入洞内深度大于20cm。
由于洞口环管片嵌入电力井端墙内深度过大,拆除困难,而且存在渗漏危险。需要对洞口环管片进行沿着端墙面环向切除。
2、防渗漏措施:
由于洞门口管片环拆除时,洞门仍然存在渗漏风险,连续墙与管片之间采用钢板封堵。挖出一块封一块。钢板要固定在连续墙面上,贴在管片,并在管片上打入膨胀螺栓卡住。在钢板上留注浆管,一旦出现漏水,可注浆。
①材料准备:钢板采用(400mm+450mm)×500mm梯形;10mm厚钢板,并进行开孔处理。(每块钢板开4个?22mm的膨胀螺栓割孔),并每个洞门内预留六块钢板为有预留?60mm注浆管孔的钢板。如图2-4。
②测量放线:盾构隧道采用管片外径为8500mm,400mm厚钢筋混凝土衬砌。在电力井凿除洞门时,为了盾构能顺利通过,凿除洞门直径为9100mm。则连续墙与管片外径缝隙径向长300mm。如图2-5所示测放出钢板螺栓孔的轨迹线并标识。第一排膨胀螺栓孔轨迹线直径为8400mm,第二排膨胀螺栓孔轨迹线直径为9200mm。
③固定钢板:拆除洞口管片时每拆除一块管片,则立即固定该范围内的钢板。采用冲击钻在测量出的轨迹线上钻孔,使用龙门吊机进行钢板吊装,吊装至位置时,使用M22膨胀螺栓固定。重复上述工序,直至完成所有钢板贴墙固定工作。
④注浆孔预留:在12点,2点,4点,6点,8点,10点方向各留一块钢板并预留?60mm带球阀的注浆管孔的钢板。一旦出现漏水,可采取及时注浆方法进行堵漏。
(4)设置临时钢管支撑
在拆除电力井内所有上半部分管片后,及时在管片上安装临时钢管支撑安装。具体做法如下:待完成所有管片的上半部分拆除工作并土方开挖至底后,及时进行临时钢管支撑安装,临时钢管支撑共有4根,采用直径600mm(壁厚16mm)的无缝钢管,单根长度为12.4m,为了减少支撑的跨度,在每根支撑的中部设置一根竖向支撑,立柱采用直径600mm,(壁厚9mm的螺旋焊钢管)。为减少应力集中,保证管片受力均匀,在洞口环管片上部220°范围内安装一层用型钢加工的箱型结构,然后将支撑顶在箱型结构上。
三、结语
经过周密的施工准备和科学合理的现场组织,该项目的16环管片顺利进行了拆除,且洞门处理也顺利完成,此次大直径土压盾构中间竖井管片拆除施工,不仅节约了工期,为后期电力井主体结构施工提供了有利条件,也为以后类似工程的大直径、大重量的中间竖井管片拆除积累了丰富的经验。
参考文献
[1] 刘建航 候学渊 . 盾构法隧道 [M]. 北京:中国铁道出版社,1991.
[2] 周文波 盾构法隧道施工技术及应用 [M]. 北京:中国建筑工业出版社,2004
关键词:盾构;土压平衡盾构机;盾构施工参数;地面沉降
1.工程概况
南京地铁十号线D10-TA06标位于南京市浦口区江浦街道,标段全长近3.8km,包括“两站三区间”,其中城西路站~凤凰大街站区间,凤凰大街站~龙华路站区间采用盾构法施工,盾构机从城西路站始发,到达凤凰大街站后过站,二次始发,最终到达龙华路站解体,吊出。
本标段选择了两台海瑞克生产的土压平衡式复合盾构机,盾构机主要由刀盘、前盾、中盾、盾尾、螺旋输送机、管片拼装机、设备桥、1-5号拖车组成。
2.工程地质条件
2.1 工程地质及水文地质
城-凤区间属于为长江漫滩、堆积平原。场地内地势较平坦。主要地层从上到下依次为:①-1杂填土、①-2-2素填土、①-3淤泥、②-1b2-3粉质黏土、②-2b4淤泥质粉质黏土~粉质黏土、②-2e2粉质粘土混卵砾石、②-3b3-4粉质粘土、④-2b2粉质粘土、④-3b1-2粉质粘土、④-4e-2卵砾石、K2P -2强风化粉砂质泥岩~泥质粉砂岩、K2P -3中风化粉砂质泥岩-泥质粉砂岩。
为确定施工参数,以右线前100环隧道掘进进行分析,该段地质条件复杂,上部主要为淤泥,中部为卵砾石,下部为风化岩,属上软下硬复合地层,地质剖面如图1所示。
根据钻探揭示的地层结构特征,本标段的地下水类型主要为松散岩类孔隙水(孔隙潜水、微承压水)和基岩裂隙水,本段卵砾石层中含承压水。
2.2工程地质评价及对盾构掘进影响
该段隧道埋深较浅,隧道掘进地层属上软下硬复合地层,夹杂的卵砾石层为富水地层,且卵砾石强度较高,地质条件极差,对盾构掘进主要影响为:
(1)盾构掘进缓慢,掘进方向易发生偏差
该段开挖面底部岩层多为中风化、强风化粉砂质泥岩,开挖面混杂大量卵砾石。在软硬不均的地层中掘进时,推力和扭矩变化较大,盾构主机有着向地层较软一侧偏移的惯性, 特别是当盾构机需要向硬岩一侧调线时,姿态将更难控制,甚至造成盾构机“卡壳”。
(2)刀具磨损严重,但开舱换刀风险高
开挖面上部的粘性土层粘粒含量高, 掘进参数控制不当极易造成刀盘结泥饼,造成滚刀偏磨,加之在中、微风化岩层中掘进滚刀磨损严重,加剧了刀具的损耗,甚至崩裂刮刀,开舱换刀的几率大大高于在均质土层中换刀的几率。
(3)喷涌严重,清碴量大
在开挖面④-4e-2卵砾石层中卵砾石含量超过50%,砾石层中混含粉质粘土,黏土中小颗粒的组分含量较多, 而介于其中的颗粒成分则较少。 这种独特的组分特征, 使其既具有砂土的特征,亦具粘性土特征,同时也为小颗粒从大颗粒的孔隙中涌出提供可能性。加之卵砾石层裂隙水发育,富含微承压水,岩层中补勘经常出现浆液流失现象因此,当盾构掘进参数控制不当时,螺旋出土器会出现涌水、涌碴情况,每环掘进都要花费大量的人力、 物力及宝贵的时间来清理碴土。
3.选用施工参数及效果分析
3.1 土压力
土压平衡控制的要点就是维持开挖面稳定,确保土仓内的土压力平衡开挖面的地层土压力和水压力。根据《铁路隧道设计规范》,综合考虑围岩分级,埋深及周边环境,右线前100环隧道土压力设定值P0按浅埋隧道计算。
设定土压力值P0应控制在以下范围内:(水压力+主动土压力)
3.1.1 静止土压力计算
在浅埋隧道中,静止土压为原状的天然土体中,土处于静止的弹性平衡状态,这时的土压力为静止土压力。在任一深度 处,土的铅垂方向的自重应力 为最大主应力,而水平应力 为最小主应力。
(公式1)
(公式2)
式中 ――侧向土压力系数, ;
――岩体的泊松比。
3.1.2 主动土压力与被动土压力计算
在浅埋隧道的施工过程中,由于施工的扰动,改变了原状的天然土体的静止的弹性平衡状态,从而使刀盘前方土体产生主动或被动土压力。
根据盾构机的特点及盾构机施工的原理,结合我国铁路隧道设计施工的具体经验,施工采用朗金理论计算主动土压力与被动土压力。
当盾构机推力偏小,土体处于向下滑动的极限平衡状态,具体如下图所示:
此时土体内的竖直应力相当于大主应力,水平应力相当于小主应力。水平应力为维持刀盘前方的土体不向下滑移需要的最小土压力,即土体的主动土压力。画出土体的应力圆,此时水平轴上处的E点与应力圆在抗剪强度线切点M的连线和竖直线间的夹角为破裂角。由图3可知:
式中 ――深度为z处的地层自重应力;
――土的粘着力;
――地层深度;
――地层内部摩擦角。
当盾构机的推力偏大,土体处于向上滑动的极限平衡状态,具体如下图4所示:
此时刀盘前方的土压力 相当于大主应力 ,而竖向应力 相当于小主应力 。画出土体的应力圆,当应力圆与抗剪强度线相切时,刀盘前方的土体被破坏,向前滑移。此时作用在刀盘上的土压力 即土体的被动土压力。
破裂角 由图可知:
式中 ――深度为z处的地层自重应力,
――土的粘着力;
――地层深度;
――地层内部摩擦角。
3.1.3 地下水压力计算
当地下水位高于隧道顶部,由于地层中孔隙的存在,从而形成侧向地下水压。地下水压力的大小与水力梯度、渗透系数、渗透速度以及渗透时间有关。
在掘进过程中,由于刀盘并非完全开口,而是中间有70%~80%的支挡结构,随着刀盘的不断往前推进,土仓内的压力介于原始的土压力值附近。加上水在土中的微细孔中流动时的阻力。故在掘进时地层中的水压力可以根据地层的渗透系数进行酌情考虑。
3.1.4 预备压力
由于施工存在许多不可遇见的因素,致使施工土压力小于原状土体中的静止土压力。按照施工经验,在对沉降要求比较严格的地段计算土压力时,通常在理论计算的基础之上再考虑10~20kPa的压力作为预备压力。
3.1.5 土压力与地面沉隆关系分析
依据统计图可以看出,前期土仓压力设置较小,地面累计沉降值较大,最大为-85.1mm,后期土仓压力设置在0.9~1.2bar,地面累计沉降得到了控制,尤其是55环以后,地面累计沉降控制在23mm以内,满足了规范要求。
3.2 掘进速度、刀盘转速与地表沉降关系
依据统计图,地面累计沉降量从最大的-85.1mm,变化至最小-5.2mm,而掘进速度一直控制在20~30mm/min,刀盘转速控制在1.2~1.5rpm,可见地面累计沉降量与掘进速度、刀盘转速之间的关系不明显。
3.3 盾构机总推力、刀盘扭矩与地表沉降关系
依据统计图,地面累计沉降量从最大的-85.1mm,变化至最小-5.2mm,而盾构总推力绝大部分在1500t上下浮动,刀盘扭矩在3000kN・m上下浮动,可见地面累计沉降量与盾构总推力、刀盘扭矩之间的变化关系也不是很明显。
3.4 同步注浆压力、注浆量与地表沉降关系
盾构机1-10环掘进施工时,因注浆设备故障,同步注浆不及时,加上地面有100t的水泥罐和粉煤灰罐各一个,地面荷载较大,导致前15环隧道轴线正上方地面累计沉降过大,DK21+685处累计沉降量达85.1mm,通过对注浆量及注浆压力的反复调整, 55环以后,地面累计沉降量均控制在23mm以内,达到设计及规范要求。
4 最终参数确定
通过对城凤区间右线盾构前100环的掘进数据的统计及成型管片的检查,对前100环的总结如下:
(1)盾构机在上部为粉质粘土(淤泥质粉质粘土)、下部为中风化粉砂质泥岩中掘进时,其参数设置如下:
(2)穿越C20混凝土素墙的参数设置如下:
(3)同步注浆配合比
根据施工前所做的几组配合比,在盾构掘进中进行了比试,优化出满足使用要求的配比,最终的使用配比。
(4)针对管片出现的渗漏、破损等现象,编制专项方案,及时安排人员进行修补和堵漏。
5 施工成果检查
(1)推进速度
在2月10日-3月5日摸索期间,盾构机推进速度极不均匀,约为10-40mm/min,经过不断调整施工参数,约第55环后,盾构推进速度均匀,达到35mm/min左右,推力,扭矩均与速度匹配,并未出现严重的喷涌和结泥饼现象。
(2)管片渗漏水情况
部分管片出现环缝渗水、纵缝渗水、螺栓连接孔处渗水等现象。具体统计见表5如下:
对管片渗漏水情况主要采取二次注浆,通过管片中部的注浆孔进行二次补注浆,补充一次注浆未填充部分和体积减少部分,从而减少盾构机通过后土体的后期沉降,提高止水效果。
二次注浆使用专用的注浆泵,注浆前凿穿外侧保护层,安装专用的注浆接头。二次注浆采用水泥浆,注浆压力为0.5MPa。
(3)管片错台
对管片错台进行了统计,最大错台达到1.7cm。通过错台分析,得出管片错台出现的部位是由于盾构掘进姿态、推力不均及管片选型不理想造成,因此,我们对盾构施工人员进行专门的知识培训,并提供了施工人员的质量意识,尽量避免由于人为原因引起的问题。
(4)盾构姿态
对前100环的盾构姿态统计见图10,图11。
通过统计表可以看出,切口位置与铰接位置的偏差值均控制在经验值±50mm范围内,保证了成型管片的质量。
(5)成型隧道中线偏差
对成型的管片进行了人工复测,管片每拼装5环复核一次,其结果见图12如下:
通过对人工复测管片的数据检查分析,发现成型的管片隧道中心线高程最大偏差为38mm,隧道中心线平面最大偏差为66mm,均满足《盾构法隧道施工与验收规范》成型隧道±100m的要求,说明盾构姿态控制良好。
(6)沉降观测
在右线100环试推进施工期间,对周边地表沉降、周边建筑物沉降、地下管线沉降、隧道净空收敛等项目进行了监测。通过对施工监测数据进行统计,周边建筑物沉降、地下管线沉降、隧道净空收敛均未超过报警值,周边地表沉降监测点中累计沉降最大的点为DB01-02,累计最大沉降值为-85.1mm,日沉降最大变化值-22.3mm,目前该点地表沉降已趋于稳定。2月15日开始试掘进,推进到3月4号时,根据前期的施工参数,优化了设置掘进参数,地表沉降得到了很好控制,55环以后的掘进,日沉降量和累计沉降量均控制在规范允许范围内。
5 结束语
城西路站-凤凰大街站区间地质条件复杂,可借鉴的施工案例较少,且不同的盾构机施工参数确定方法不尽相同。在复合地层中,根据地层及盾构机的特点,首先通过理论计算,然后结合实际推进情况及时调整施工参数,最后根据一系列的统计图表得出最终的施工参数的方法,在实际施工中证实科学可靠,在复合地层盾构施工项目中,具有一定的借鉴作用。
参考文献
[1]陈馈、洪开荣、吴学松.盾构施工技术[M],北京:人民交通出版社,2009:153-158.
关键词:地铁 盾构 掘进施工 保证措施
1、某工程施工主要难点及掘进措施
1.1江中浅覆土段掘进
根据地质勘查资料,洞顶覆盖层强度低(详勘为部分洞身及洞顶淤泥质粉砂,补勘时为软塑地层),江底为4~9m深海陆交互相淤泥质沙、粉沙质泥岩,江底至隧道顶平均在6m左右,最小覆土4.8m。为浅覆土段。掘进时可能会发生喷涌现象,甚至会进一步导致江底塌陷等不良后果。为避免喷涌及坍塌现象发生,主要采取以下措施:
(1)严格按土压平衡模式进行掘进控制,确保土仓压力与地层的水土压力基本平衡。
(2)控制同步注浆压力及注入量,抑制地层变形,并防止浆液穿透上覆土。
(3)保证同步注浆的质量并缩短的浆液凝结时间,及时进行二次双液注浆,使管片外土体及浆液尽快凝结。
(4)尽量减小螺旋机的转速,使出口土压降低,减少喷涌的程度。
(5)在盾体内安装泥浆泵,加速盾体内泥水的清理,提高盾构掘进效率。
(6)加强机械设备的保养力度,合理进行施工组织安排,尽量保持施工的连续与快速。
(7)降低盾构掘进轴线,并保持盾体轴线坡度角略低于隧道轴线坡度角,以克服因覆土荷载小发生盾构抬头现象。
1.2小曲线半径区段的掘进措施
本区间隧道的最小转弯半径是400m,与盾构机的最小转弯半径250m相差很小。在此区间掘进主要采取以下几个方面的措施:
(1)及时纠偏,纠偏时宜缓慢调整,将超挖量控制在施工需要的最小范围之内。
(2)在掘进时充分利用铰接油缸,配合推进油缸调整盾构机的姿态。
(3)转弯时,盾构机平面位置以偏向圆心方向为宜,即左转时,水平姿态参数取-20mm,右转时取+20mm。
(4)及时注浆充填盾尾空隙,选择收缩率小、早强、速凝的注浆材料,对曲线超挖部分,加大同步注浆量,一般为超挖量的1.1~1.2倍。
(5)掘进过程中管片局部应力集中,适当停机收放推进及铰接油缸,以释放应力,防止应力释放后,管片轴线偏差及错台。
(6)增加测量的频率,并定期检测洞内控制点。
(7)控制盾尾间隙的变化在允许的范围内。
1.3小净距隧道施工
(1)施工前,调查了解已建隧道所处的地层条件、盾构型式、隧道断面大小、两条隧道之间的距离,研究施工对已成隧道影响。
(2)施工过程中,控制土仓压力及正面土压、注浆压力,保持开挖面压力基本平衡,减少对临近隧道的影响。
(3)控制出土量,减少超挖,及时同步注浆回填及二次注浆补充。
(4)施工过程中,对已建隧道进行监测。监测出现异常时,立即停止施工,查明原因,并根据情况采取相应的施工措施再进行施工。
1.4上软下硬地层中施工
根据地质详勘资料,针对该地层施工采取以下措施:
(1)合理配置刀盘刀具,采用刮刀和双刃型滚刀搭配使用。
(2)在坡度起始点,特别注意盾构机的姿态调整,并适当放慢掘进速度,防止上仰或下俯等情况出现,并及时纠偏,保证施工质量。
(3)采用土压平衡模式掘进,加入泡沫对碴良,以减小刀具及刀盘的磨损,保证土仓内的压力平衡。
(4)加强对盾构机的轴线控制和姿态控制,及时合理利用铰接千斤顶调整盾构姿态。
(5)适当降低盾构掘进轴线30~50mm,防止管片上浮,轴线姿态超限。
2、过砂层段掘进措施
从地质详勘资料看,洞身及洞顶为淤泥质粉砂,与地表水有水力联系,容易造成地表坍塌。在上述地段掘进时,采取以下措施:
(1)在盾构掘进到达之前,制定专项掘进方案,提前检修设备,确保盾构机快速通过。
(2)严格采用土压平衡模式掘进,禁止用气压平衡模式,确保土仓压力稳定以减少地层扰动及失水,控制地表沉降。
(3)使用保压泵碴装置,在土仓中添加高浓度泥浆,减少围岩内水土的流失。
(4)增大注浆量,保证注浆压力及质量。或调整同步注浆浆液,加快管片周围土体的固结,减小管片的沉降量。
(5)注意对盾构机姿态的控制,降低盾构掘进轴线50mm,防止盾构机上漂。
(6)对螺旋输送机仓门开口程度加以控制,严格控制出土量。
(7)做好物资材料及设备准备,增加洞内排渣泵,将洞内的废水渣及时排出。
2.1刀盘泥饼预防及处理措施
区间隧道通过的地层大部分为泥质粉砂岩,盾构施工时,极易在刀盘开口处和切削仓聚积泥饼,处理措施如下:
(1)掘进前要疏通泡沫管;
(2)掘进时注泡沫剂及膨润土浆液,改善土体的和易性,预防粘土结块;当掘进速度较快时,泡沫不能满足要求时,须加水及膨润土泥浆稀释碴土或放慢掘进速度;
(3)刀盘背面和土仓胸板上增设空心搅动棒,增加搅拌强度和范围。
(4)一旦泥饼形成,则在土仓内加入水、膨润土泥浆及泡沫,高速空转刀盘,剥离泥饼;
(5)在掘进过程中随时观察出土情况,保持渣土在流塑状态,减少结泥饼的几率;
(6)在开挖面稳定的前提下,人工进仓清除泥饼。
2.2防管片上浮措施
(1)同步注浆控制
在监测发现上浮后,调整同步注浆方式,增加盾构上部两注浆孔的注浆量,减少下部两孔位的浆量,必要时下部不注浆。
(2)控制盾构机姿态
掘进过程中控制好盾构机的姿态,减少蛇形运动。合理调整各区域千斤顶油压,与盾构中心线相对称区域的千斤顶油压差应小于5MPa,其伸出长度差应小于10cm。
(3)控制掘进速度与注浆速度平衡
适当控制盾构掘进速度与注浆速度,确保管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡,尽量避免注入的浆液被水稀释而降低浆液性能。
(4)合理控制盾构机推进高程
根据统计的管片拼装后上浮经验值,将盾构机推进轴线高程降至设计轴线下50mm,以此来抵消管片衬砌后期的上浮量,使隧道中心轴线尽可能地接近设计轴线。
(5)管片上浮后的处理
发现管片上浮超限,立即停止盾构掘进,对已上浮的管片通过注浆孔进行二次注浆。同时在隧道底部打开注浆孔泄压,释放管片底部的注浆浆液。注浆压注顺序沿隧道坡度方向,从隧道拱顶至两腰,最后压注拱底。终止注浆以打开拱底注浆孔无渗水为条件。
2.3大坡度段掘进措施
过江段线路右线最大纵坡54.146‰,左线最大纵坡55‰,我们主要采取以下措施:
(1)加强铰接油缸控制,尽可能处于平衡位置,降低盾构机抬头及磕头的可能。
(2)控制盾体中线与掘进中线有一定的夹角,上坡时下偏,下坡时上偏。
(3)控制推进油缸编组的行程及压力。
(4)根据电瓶车牵引力计算,减少牵引的渣土车数量,防止溜车。
(5)对电瓶车进行专项的检查和保养。
(6)对隧道内轨道进行专项专人的检查和维护。
3、施工监测措施
3.1监测方法
(1)监测控制网的建立
观测控制点远离隧道施工影响区域并设置强制归心装置,同一水道两岸点能互相通视。测量各控制点的距离和角度,并与区间控制网联测平差,建立各观测区间的平面控制网。平面控制网的精度与精密导线网的精度一致,控制网的坐标系统与区间坐标系统一致。高程控制观测控制点标高与区间精密水准点引测,观测精度与精密水准测量精度一致。
(2)地形测量
地形初测采取监测船配测绳测深,平面坐标由岸上全站仪测定。在监测区域沿10×10m的方格网,测量监测区地形图及淤泥深度,用于沉标的设计和投放。
(3)近岸及浅水区域河底变形监测
在近岸及浅水区域江底变形监测采用传统的观测方法,与地表监测方法一样,采用水准仪和塔尺监测,获取该区域江底的变形信息。
(4)深水区域及主航道区域江底的变形观测
建立一个由测深仪,RBN/DGPS信标机和计算机组成的测量自动采集系统。
本次监测项目采用测深仪和全站仪或RTK进行定点观测。全航海家站仪或RTK定位精度能达到小于0.005m要求。
本次监测丹麦产数字化测深仪进行观测,其工作频率为200/33kHz,工作水深1~100m,分辨率为0.025%,系统精度为±0.3%。测深时采用双频测深,测深的读数精度为0.1m,测深前后均用测试板对测深仪进行检测。
监测点的布置:沿隧道顶部每隔5~8m设置一个监测点,另外设置9条横向观测断面,每个段面设置7个观测点,共设置沉降观测点184点。
3.2各种风险的应急措施
江底掘进因地下水可能与江水连通,造成螺旋输送机出土困难,在此情况下,我们拟采取先暂时关闭出土装置,继续向前推进,密切注视土仓内的压力。在洞顶为岩层条件下,岩体自稳性较好,只需考虑地下水的压力,洞顶到江水面深14m左右,土仓压力初步定在1.5bar,实际压力需根据按盾构机所处的具体里程、实际地质情况及水位来作微调。
设置盾构机上的抽排设备,提高了盾构机防喷涌的能力。
当喷涌处理不理想或其它因素导致江底塌陷时,应马上暂停出土并进行土仓保压,同时与相关部门联系以便临时封锁附近航道,通知预先订有合约的抢险船只立即运送大量装有粘土的编织袋到塌陷现场,在塌陷位置对应的河床底堆填土袋,填满塌陷区。等江底塌陷位置回填完成后,采用土压平衡模式向前掘进,通过此地段。
4、质量及安全保证措施
4.1掘进质量
(1)掘进前进行技术交底,明确设计线路的各项参数;根据掘进前的各项监测成果,确定下次掘进的各项参数;
(2)严格按主管工程师的指令进行参数选择和操作,遇有突发事故,立即停止掘进采取措施处理并迅速向值班工程师报告,没有新指令前,不得擅自开始掘进;
(3)掘进过程中,设值班工程师全程监视盾构机的掘进(在现场或通过办公室的计算机);主要技术人员在现场值班,以保证随时解决问题;
(4)保证同步注浆质量,每环注浆量不能少于5.5m3,必要时补注双液浆。
4.2监测质量控制
主要的控制措施包括:
(1)对盾构机前20m后20m的范围每天进行观测,盾构机过去20m后将逐渐减少观测次数直至稳定。
(2)每天的监测成果及时送报主管工程师(并报送监理工程师)。
(3)监测组内要建立二级检查制度,仪器按规定时间进行核准,以确保测量数据的准确性。
(4)监测值出现异常时,迅速报告相关工程师并加密观测次数(甚至24h值班)直至稳定为止。
4.3安全保证措施
隧道过江段坡度较大,在安全方面需特殊注意。首先:人员保证措施,新招工人做到先培训、后上岗,对人员进行相关的培训和书面考核,并确认其已具有必要的安全知识。
参考文献:
[1]周文波.盾构法隧道施工技术及应用.北京:中国建筑出版社,2004.
[2]地下铁道工程施工及验收规范,GB50299-1999.
关键词:高速铁路大断面变线间距隧道施工技术
中图分类号: F530.34 文献标识码:A
1.工程概况
广深港客运专线ZH-4标深港隧道(深圳段)位于深圳市福田区,沿益田路下方通过,北起福田站,南至深圳河深港分界处,与深港隧道(香港段)对接。国内段采用单洞双线盾构隧道,香港段采用双洞单线盾构隧道,因衔接问题,在皇岗公园西侧设置工作井,工作井以南设置过渡段(变线间距隧道),采用矿山法施工。
变线间距隧道起讫里程DK113+643~DK114+017,长374m,开挖跨度17.622~25.323m,开挖断面197.9m2~366.8m2,共划分五个断面,具体里程、围岩类别和断面见图1。
图1 隧道断面及围岩类别示意图
2.施工方法
隧道按新奥法原理组织施工,采用三台阶法开挖,锚、网、钢架、喷砼初期支护,拱墙全断面衬砌。
施工工艺流程见图2 隧道施工工艺流程图。
2.1开挖支护
三台阶法开挖,采用钻孔作业平台配多台YT28风动凿岩机钻孔,光面爆破,挖掘机装车。
三台阶法详见图3三台阶法开挖施工工序图。
图3三台阶法开挖施工工序图
说明:
1.做好超前支护①后,首先开挖上台阶②部,开挖后应立即组织喷砼以封闭岩面,再进行钢或格栅拱架支撑、挂钢筋网、喷射砼工序。台阶长度可根据施工机械作业需要,适当调整,但不宜过长,且二衬距掌子面的安全距离必须满足要求(即:Ⅱ级围岩200m,Ⅲ级120m,Ⅳ级90m,Ⅴ级70m)。
2、阶分部开挖③、④,宜左右错开、短进尺,以单边每次开挖1-2米为宜。
3、初期支护,应紧跟隧道开挖进程及时施做。
2.2二次衬砌
隧道衬砌采用台车法为主,支架法辅助施工。DK113+643~+994.814,长351.814m,共分4个断面,采用台车法浇筑,钢模衬砌台车长度为9m,每模衬砌长度8.9m。每完成一种衬砌断面,在洞内改装台车,再进行下一断面衬砌。DK113+994.814~DK114+017,长22.186,为W5断面,因长度较短,改装台车时间长,为缩短工期,采用支架法现浇施工。
台车法浇筑与普通隧道施工大同小异,在此不再熬述,本文主要介绍支架法施工。
3.支架布置方案
3.1主要材料
1) 钢管选用外径φ48mm,壁厚3.5mm的焊接钢管,其质量应符合《碳素结构钢》(GB/T700)中Q235-A级钢的规定。
2) 二衬模板主要采用0.3×1.5m和0.6×1.5m标准组合钢模,拱顶环向封闭处不足0.3m时,采用0.1m的小钢模和方木条封闭。
3) 钢架采用16#工字钢。
3.2布置方案
除端头墙外二衬长20.986,按21m布置1.5m长模板共14环,每环模板背后布置两环工字钢架,钢架共28环,每环钢架背后布置一排脚手架。脚手架主要受力方向为横向,布置密度取1.2m(横)×0.75m(纵)×0.75m(竖),拱顶预留两处(宽2.4m、高约2.3m)作业平台,详见图4脚手架布置立面图。
在仰拱填充顶面范围的脚手架四角设水平剪刀撑,在水平剪刀撑四周设由下至上的竖向连续式剪刀撑,并在纵横向相邻的两竖向连续式剪刀撑之间增加之字斜撑,在有水平剪刀撑的部位,在每个剪刀撑中间处增加一道水平剪刀撑。
因钢架为圆弧形,杆件与钢架间距离不一致,故沿钢架环向设置斜杆,确保每根杆自由长度不大于200mm。
立杆直接立在仰拱填充顶面,不设垫板,顶部、前端和横向杆两端设置活动顶托,除剪刀撑外所有杆(含封闭墙斜撑)接长时必须采用对接扣件连接,相邻两对接接头不得在同步内,且对接接头错开的距离不小于500mm。剪刀撑采用搭接,搭接长度不得小于500mm,并采用2个旋转扣件分别在离杆端不小于100mm处进行固定。
仰拱填充内按图预埋拉杆,拉筋采用φ16圆钢,埋入混凝土部分带弯钩,防止支架上浮,拉杆与钢架底端通过纵梁([25槽钢])连接。
图4脚手架布置立面图
4.结构受力验算
4.1验算荷载
(1)计算荷载
G1K支架、模板自重
组合钢模板重量,0.7KN/m2;
钢架自重,0.205KN/m。
G2K二衬砼重量
二衬砼厚0.6m,不考虑钢筋重量,均布荷载为0.6×24=14.4KN/m2;
G3K新浇混凝土对侧模的压力
F=0.22γC×200×β1×β2×V1/2/(T+15)=0.22×24×200×1.2×1.15×1.01/2/40=36.43KN/m2①
γc――砼容重24KN/m3 T――砼入模温度25℃
β1――外加剂影响修正系数,当使用具有缓凝作用的外加剂时为1.2
β2――坍落度影响修正系数,取1.15
V――浇灌升高速度,浇筑速度控制在1m/h以内。
F=γC×H=24×14=336KN/m2 ②
G4K取①②中较小值F=36.43KN/m2
Q2K振捣混凝土产生的荷载标准值
水平模板2 KN/m2
Q3K倾倒混凝土产生的荷载标准值
导管法浇筑2 KN/m2
(2)荷载组合
拱部:计算强度时q1=1.2(G1K+G2K)+1.4Q2K
计算刚度时q1=1.2(G1K+G2K)
侧墙:计算强度时q2=1.2G4K+1.4Q3K=1.2*36.43+1.4*2=46.516KN/m2
计算刚度时q2=1.2G4K=1.2*36.43=43.716KN/m2
4.2水平杆稳定验算
根据脚手架布置图可知,主要受力杆为横向水平杆,支撑侧墙模板,单根横向水平杆代表面积为0.75*0.75=0.56m2,荷载为46.516*0.56=26.2KN。
考虑浮力的水平分力,F=0.75*0.75*46.516*cos25°=23.7KN
由于λ=l0/i=(h+2a)/i=(120+2×30)/1.58=114
查得φ=0.489
N/(φ×A)=(26200+23700)/(0.489×489)=208.7Mpa
4.3抗浮计算
按近似估算,单侧上浮力约为:
F=5.406*46.516*sin25°=106.27KN/m
脚手架两侧最边缘处,纵向每跨内均匀布置2个φ16拉杆,单根拉杆承载力验算如下:
0.375*106270/201.1=198.2Mpa
5.结束语
(1)隧道开挖前应先进行地质超前预报。依据预报距离分长期和短期地质超前预报。长期超前地质预报(距掌子面前方100~150m)分TSP仪器探测法、断层参数预测法和地面地质体投射法;短期超前地质预报(距掌子面前方15~30m)分地质雷达探测法、红外探水技术和地质素描预测法等。本隧道长期超前地质预报采用TSP仪器法、短期采用地质雷达探测法,结合超前钻探对地质进行了准确的预报。
(2)洞内施工场地狭小,无法使用大型起重机械,洞内台车改装时,制定书面技术交底,严格按交底组织施工,并做好岗前培训,注意与洞内隧道施工人员的沟通和协调。
(3)隧道开挖断面大,围岩自稳能力降低,开挖时必须采用光面爆破或弱爆破,尽量减少对围岩的扰动;初期支护应紧随开挖面及时施作,尽快封闭;仰拱应紧跟开挖面,距开挖面距离宜控制在20m以内,且应分段采用栈桥一次浇筑,严禁半幅施工,严禁砼未达到设计强度前通行重载车辆。
(4)支架法施工衬砌时,应注意第一次浇筑砼时的上浮。抗浮钢筋的锚固深度应严格按计算长度施工。
参考文献
[1]《广深港客运专线深港隧道施工图》,中铁第四勘察设计院,2009年。
[2]《地下铁道工程施工及验收规范》,GB50299-1999,中国计划出版社,2003年。
关键词:软土地层 冷冻法 联络通道 地表沉降
中图分类号: TU74 文献标识码: A 文章编号:
1.工程概况
宁波市轨道交通1号线福明路站~世纪大道站区间隧道联络通道及泵站工程,联络通道位置里程为左线:K15+591.259,右线:K15+590.813,通道处线间距约13.4m。中心标高左线约为-15.009m,右线约为-15.191m,地面标高约为+3.21m。
联络通道由与隧道钢管片相连的水平通道和泵站构成。水平通道为直墙圆弧拱结构,通道采用两次衬砌(钢支架喷射混凝土)厚度为200mm。联络通道及泵站结构图见图1.1。
图1.1 联络通道及泵站结构图
2.工程地质
2.1地质条件情况
根据福明路站~世纪大道站区间联络通道部位的勘察资料,在联络通道及泵站施工深度范围内的土层主要为②2-2灰色淤泥质粘土和③2灰色粉质粘土夹粉砂层。其中②2-2灰色淤泥质粘土,流塑,土质不均,局部为淤泥,切面光滑,呈油脂光泽,干强度中,韧性中,无摇振反应;③2灰色粉质粘土夹粉砂层,软塑,土质不均,局部粉性较重为粉土,切面稍光滑,无光泽,干强度中,韧性中,无摇振反应。
2.2水文条件情况
场区地下水由浅部土层中的潜水及深部粉(砂)性土层中的承压水组成,其补给来源主要为大气降水与地表泾流,其排泄方式主要以蒸发形式排泄。
潜水主要赋存于浅部粘性土、粉性土中,地下水位随降雨、潮汛影响而略有变化,根据区域地质资料,地下水位变化幅度不大,一般在0.5~1.0m之间。
承压水主要赋存于中、深部粉(砂)性土中,⑤3层灰黄色砂质粉土和⑧1层灰色粉细砂地下水具承压性。承压水水位相对较稳定,⑤3层灰黄色砂质粉土和⑧1层灰色粉细砂中承压水水位埋深3.0~5.5m。
3.监测点布设及监测分析
3.1监测项目
根据设计要求,结合施工环境和工况情况,本工程的监测由通道施工安全监测、周围环境监测、主线隧道监测四部分组成,其主要目的是掌握通道、主线及周围环境、通道冷冻温度在通道施工期间的变形、变化,及时反馈给设计和施工,确保本工程及邻近建、构筑物的安全。
本工程监测项目见下表1。最主要的项目是地表沉降、地面建(构)筑物、管线沉降;隧道拱顶/拱底监测,水平位移、收敛监测。监测点的具体布设可根据实际情况作相应调整。测点布置见表3.1和图3.1。
表3.1联络通道监测项目表
3.2监测频率及周期
根据设计文件及相关规范要求,监测项目具体监测频率见表3.2,监测周期自通道钻孔施工开始至融沉注浆完成。
表3.2联络通道监测频率表
图3.2联络通道地面监测点布置图
监测频率可根据监测数据变化情况作相应调整,在融沉注浆时应根据注浆时间确定监测频率。遇超过报警值或异常情况时,根据具体情况及时调整监测时间间隔,加密监测频率,直至跟踪监测,以保证及时反馈信息。监测过程中可区分重点监测部位和非重点监测部位,对重点部位加密监测,对非重点部位适当调整监测频率。
3.3监测报警控制指标
表3.3监测控制标准表
4.监测点变形分析
4.1联络通道施工阶段及时间
联络通道冷冻孔施工:2011年5月10日~2011年5月25日;联络通道冻结施工:2011年6月3日~2011年8月23日;联络通道开挖施工:2011年7月20日~2011年8月2日;联络通道构筑施工:2011年8月3日~2011年8月23日。
4.2地表沉隆监测分析
4.2.1福世区间联络通道2011年5月10日开始冷冻孔施工,2011年8月23日结构施工完成,四个施工阶段的地表沉降监测数据详见下图:
图4.1D1-D3地面沉降监测断面沉降量―时间变化曲线图
图4.2D3-D5地面沉降监测断面沉降量―时间变化曲线图
4.2.2福世区间联络通道施工完成后,进入土层融沉阶段,施工过程中通过融沉注浆控制地面的大幅度下沉,融沉及工后长期沉降监测数据详见下图:
图4.3地面累计沉降量~时间曲线图
4.2.3监测数据分析结论
从图4.1、4.2、4.3可以看出,地面变形可根据施工过程区分为四个阶段:
第一阶段:冻结孔施工阶段。主要表现为地面沉降,沉降量不大,最大值为-5.7mm。主要是因为在冻结孔施工过程中,有部分水土流出冻结孔,地层发生了一定的损失,后期为了减少地面沉降,在每个冻结孔施工完成后进行了注浆。这样就有效地控制了地面沉降。
第二阶段:冻结阶段。冻结前期(约13天)土体温度下降较大;未冻区土体中的水分急速向冻结区迁移、集聚,使冰晶体逐渐增大,土体的体积发生膨胀快,地表隆起较快,见图1、2:2011-6-7至2011-6-20;冻结后期随着土体温度进一步下降至0℃以下,拟建区域内没有更多的自由水供给,土体膨胀速度减缓。土体温度下降到一个比较低的温度后,冻胀基本停止,地面隆起量减小,从图中可以看出,在2011年6月20日至2011年7月18日变化曲线图比较平稳。
第三阶段:开挖及结构构筑阶段。这一阶段的主要特征是地面隆起速率减小至几乎为0;沉降变化明显,未发生大的沉降,累计变化量最大值远小于设计允许值,亦沉降速率较小。主要是因为冻结帷幕交圈达到了设计效果,再之在开挖过程中采取了及时支护和继续进行土体冻结。
第四阶段:融沉注浆。这一阶段分为壁后注浆和隔沉注浆。从图4.1、4.2中可以得出,在结构施工完成后,地面沉降最大为-12.8mm(-2.13mm/d),沉降速率相对较小。从图4.3可以看出,自2011年8月23日以后地表沉降速率加快。由于联络通道的特殊性,通道顶板内的砼浇筑较为困难,壁后存在较大的空隙,冷冻设备拆除后,壁后注浆的不及时以及注浆量、注浆次数较少,在一定程度上加快了土体的中水的溶解,同时增加了土体的自重压力,从而进一步加快了地表沉降。
因周围地表环境要求不高,采取自然解冻方法。当土层解冻时,冰晶体开始慢慢融化,地面开始下陷,出现融沉现象。为了防止解冻造成地面较大沉降,利用预埋注浆管进行了注浆处理。
从表1可以看出在融沉注浆后,平均变化速率为-0.13mm/d,而根据现有可参照规范《旁通道冻结法技术规范》上海DG/TJ-902-2006中“9.6.8-冻结壁已全部融化后,地层沉降持续一个月每半个月不大于0.5mm,可停止融沉补偿注浆。”可以得出,宁波地层并未达到上述规范中所要求的变化速率。
5.地表融沉变化规律探讨
取联络通道的一个横向和一个纵向断面监测点的监测数据进行分析,具体分析结果如下:
5.1横向断面沉降分布图
图5.1 横向断面沉降分布图
5.2纵向断面沉降分布图
图5.2纵向断面沉降分布图
5.3纵横段分析结论
5.3.1垂直于联络通道距开挖面影响范围约13.5~15m,平行于联络通道距开挖面影响范围约7.0~11.8m。
5.3.2地表隆起主要发生在积极冷冻时期,持续时间约13天,冷冻影响影响范围分布在0~9.2m,隆起最大区域在6.5~9.2m。
5.3.3土体自然解冻后(约3个月),后续沉降速率在某一区间内,此旁通道在「-0.6,-0.4mm。
5.3.4监测点同一断面联络通道拱顶上方产生的变形最大,两边依次减小。
6.结束语
通过对各阶段监测数据分析,可以看出福~世区间联络通道施工控制措施有效,整个通道在融沉注浆前并未对周边环境产生较大的影响,为以后联络通道在施工过程积累了宝贵的经验。本联络通道处于软土地区主要以②2-2灰色淤泥质粘土和③2灰色粉质粘土夹粉砂层,土质较差,地质条件决定了沉降速率要达到稳定需要一个较长时间。
[1]周文波 《盾构法隧道施工技术及应用》 中国建筑工业出版社 2004.11
关键词:联络通道;冻结技术;施工情况
中图分类号:U231 文献标识码:A
1. 工程概况
昆明市轨道交通3号线延长线普石区间联络通道处左、右线盾构隧道里程为ZDK4+156.6653(YDK4+158.0000)。两隧道中心间距19.180m,左线隧道中心标高为1874.680m,右线隧道中心标高1873.991m,联络通道所处位置地面标高约为1891.510m,联络通道位于春雨路下方,联络通道上方管线较多,主要有自来水管、雨水管、污水管、通信信号等相关管线。联络通道处已使用地面旋喷+超前小导管加固地层,现使用水平冻结法,矿山暗挖法施工。
依据联络通道的特征和所处地层的特点,使用冷冻法加固土体,之后用矿山暗挖法实施开挖构筑施工,联合以前地铁联络通道施工的经验,使用“隧道内水平冻结加固土体、隧道内矿山法开挖构筑”的全隧道内施工方案。就是:在隧道内运用水平孔与局部倾斜孔冻结加固地层,冻结联络通道土体,产生强度高、封闭性好的冻结帷幕。在冻土中使用矿山法开挖、喷锚支护,初期支护与二次衬砌之间设全封闭防水隔离层,二次衬砌采用型钢拱架+满堂支架联合支撑、组合钢模立模,泵送商品混凝土整体衬砌。
2. 冻结法概述
2.1 冻结法意义
冻结技术是使用人工工艺冷却的,从地层中把冰冷的水结冰,产生的冻土是天然岩土,使其强度和稳定性增加,隔离地下水和地下工程关系,地下工程掘砌施工的特殊施工技术方便在冻结壁的保护下实施。其实质是运用人工制冷临时改变以岩土特性的地层固结。冻结壁是临时的支护结构,产生永久支护后,停止冻结,解冻冻结壁。将含水地层在结冰温度下冷却,岩石裂隙或土孔隙中的水变成冰,岩土的性质发生决定性的变化。将这一性质改良后的冻结岩土用于地下工程施工期内的承载和密封。
2.2 冻土形成
冻土形成的5阶段:
(1)冷却段:温度从初态减低到水的冰点,此时尚无冰;
(2)过冷段:温度续降至冰点下,自由水仍不结冰,呈过冷现象。主要与热平衡有关;但若在水达到冰点且全部水未结冰前,有结冰冰晶生长或有振动的影响,土中水将立即进入稳定冻结阶段,而无明显过冷现象产生;
(3)温度突升段:部分孔隙水冻结,释放潜热,温度突升;
(4)稳定冻结段:温度升至冰点并稳定,孔隙水开始冻结成冰,冻土逐渐形成;
(5)冻土降温段:温度继续降低,冻结范围扩大、冻土强度增加,吸收冷量,温度进一步降低。
2.3 冻结法优点
冻结法对各种地层适用,特别适合在城市地下管线密布施工条件困难地段的施工,通过几年来国内外施工的实践经验证明冻结法施工有下面优点:
(1)地下水能有效隔绝,其抗渗透性能是别的所有方法不可以比较的,对于大于10%含水量的任何含水、松散,不稳定地层都能使用冻结法施工技术;
(2)冻土帷幕的形状与强度能视施工现场条件,灵活布置与调整地质条件,能达5MPa~10MPa的冻土强度,工效可以有效提高;
(3)冻结法是一种环保型工法,不会污染四周环境,土壤没有异物进入,噪音小,完成冻结后,融化冻土墙,不影响建筑物四周地下构造;
(4)冻结施工用于桩基施工或别的工艺平行作业,施工工期可以有效地缩短。
3. 工程施工情况
3.1 钻孔施工(图1)
隧道内为双侧钻孔,共施工冻结孔80个(左线冻结孔56个,右线24个),共计846.286米;测温孔8个(右线布置2个、左线布置6个),深度2m~8.5m不等,共40.45m;4个卸压孔(左右线各2个)。
钻孔时,先施工透孔,依据穿透孔的偏差,相关的钻进参数进一步调整。之后依据联络通道施工的孔位,使用从上到下的程序实施施工,这样能避免由于下层冻结孔的施工引发上部地层扰动,使钻孔施工时产生的事故减少。
每个钻孔施工前必须完成安装密封装置。用螺丝把孔口装置装在闸阀上,注意把密封垫片加好。当第一个孔开通后,没有涌水涌砂可继续钻进,但以后钻孔仍要装孔口装置,以防突发涌水涌砂现象出现;若涌水、涌砂现象较厉害,还应注水泥浆(或双液浆)止水。
3.2 冻结施工
冷冻站内设备关键包含冷冻机组、配电柜、盐水箱、清水箱、盐水泵、清水泵等。安装冻结站包含氟系统、盐水体系和冷却水体系安装,需要依据冻结站的总体设计,依照先设备后管路的安装程序与施工图的技术需求,分别实施安装三大循环体系,并依照《井巷工程施工及验收规范》需求试压、检验验收。
完成设备安装后实施调试与试运转。在试运转时,压力、温度等各状态参数要随时调节,让机组在相关工艺规程与设备需求的技术参数条件下运行。冻结体系运转正常后进入积极冻结。这阶段为冻结帷幕的产生阶段,需要冻结孔单孔不小于5m3/h的流量;积极冻结7天盐水温度降到-18℃以下,积极冻结15天盐水温度降到-24℃以下,不大于2℃的去回路温差;开挖前降到-28℃以下盐水温度。每天检验测温孔温度,并依据测温数据,分析冻结壁的扩展速度与厚度,预计冻结壁达到设计厚度时间。
4. 关键施工技术措施
4.1 冻结水平孔施工技术措施
因为隧道管片为300mm的厚度,为避免开孔后出现涌砂涌水情况,第一次开孔为250mm厚度,开孔选用J-200型金刚石钻机,配φ130mm金刚石取芯钻头实施钻孔,用钢楔楔断混凝土芯,管片不开透,让管片留有50mm的混凝土厚度,之后把孔口管和大球阀安装好,完成安装后,J-200型金刚石钻机是第二次开孔选用的,配φ108mm金刚石取芯钻头对剩余50mm厚管片实施钻透。完成开孔后球阀要及时关闭,避免涌砂涌水。
钻孔施工时先施工透孔,用来进一步校核联络通道中心线与腰线,依据透孔的施工经验和对地层的判断,对后续施工的冻结孔实施微量调整,保证冻结孔的终孔偏斜满足设计需求。
完成钻孔施工后,对全部冻结孔实施耐压试验、测斜与测深,在所有达到设计需求后才能实施冻结施工,如果达不到要求,则需要实施下套管、补孔等形式解决,以避免后期冻结时泄漏盐水而导致冻结失败。
4.2 冻结施工关键技术方法
(1)由于联络通道的施工很多危险点,出现严重的事故损失,事故影响大,本项目施工用电负荷依照二级负荷思考。现场变电所上源供电使用双电源供电模式。
(2)冷却水蓄水箱在冻结站安装两个,达16m3的总蓄水。在供水中断的状况下,能运用蓄水箱清水确保冷却用水需求。同时主动联络各方,及时复原供水。
(3)冻结站安装有两套冷冻机组,正常状况下要一台正常运转。机械一旦出现故障,能暂时运用其中一台持续维持冻结,同时把故障机组修复,及时复原冻结。平时增强设备的管理和维修,冷冻机运转前安排有了解机器功能的设备员对机组实施全面细致的检修,保证其安全性。
结语
自中国使用冻结法施工技术以来,作为一种特别的施工办法,其抗渗透功能是别的任何办法都不可以比较的。这些年来,城市地下项目施工进入了高峰,繁杂的施工环境让一些大型的设备常常无能为力,而冻结法这种只在施工区域内钻孔就能处理问题简单容易方法正好有了用武之地,具备优良的社会、经济效益,具备优良的发展前景。随着联络通道冷冻法施工技术的运用发展,风险防范的技术方法会更加完善,从而更有利于联络通道冷冻法施工的宣传普及,更加可控施工风险。
参考文献
[1]马玉峰,苏立凡,徐兵壮,等.地铁隧道联络通道和泵站的水平冻结施工[J].建井技术,2000,21(3):39-41.