盾構(gòu)全斷面穿越地下連續(xù)墻施工技術(shù)可行性論證報告

1、上海市基礎(chǔ)工程公司質(zhì)量、環(huán)境和職業(yè)健康安全管理體系課題建議書SF/QESr3527課題名稱盾構(gòu)全斷面穿越地下連續(xù)墻施工技術(shù)起止年 月課題建議人 建議書編制人2014 年7 月1 日編寫填 寫 說 明一、建議書編制應(yīng)根據(jù)本提綱要求，逐項認(rèn)真編寫，表達(dá)要明確嚴(yán)謹(jǐn)，字跡要清楚易辨。外來語同時用原文和中文表達(dá)。二、課題建議書編寫請使用 A4 紙。四、報送公司書面材料一份（特殊情況，另定）和電子文本一份。電子文本通過網(wǎng)絡(luò)遞交。課題建議人必須確保書面材料和電子文本的一致性。課題建議書一、趨勢判斷和需求分析國內(nèi)外現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢（含知識產(chǎn)權(quán)狀況和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀況）；經(jīng)濟(jì)建 設(shè)和社會發(fā)展需求；科學(xué)技術(shù)價值、特

2、色和創(chuàng)新點。1. 國內(nèi)外現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢隨著城市地鐵網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，合理充分地利用地下空間變得越來越重要。特別是隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)的逐步形成，各線之間的換乘節(jié)點施工將使一些后 建的地鐵隧道不得不全斷面穿越已建地鐵隧道或其它地下結(jié)構(gòu)設(shè)施的圍護(hù)結(jié) 構(gòu)，給工程的順利施工帶來較大的難度，如何保證盾構(gòu)順利穿越圍護(hù)結(jié)構(gòu)并 保證已有地下結(jié)構(gòu)的安全正常使用，是施工中非常重要的問題。在國內(nèi)軌道交通較發(fā)達(dá)的城市已先后進(jìn)行了盾構(gòu)穿越橋梁樁基的技術(shù)研究，比如上海軌道交通10號線盾構(gòu)穿越沙涇港橋工程、蘇州軌道交通2號線 盾構(gòu)穿越廣濟(jì)橋工程以及沈陽地鐵 1號線盾構(gòu)切削橋梁樁基工程，均取得了 一定的成果，施工技術(shù)已較為成熟，

3、但盾構(gòu)全斷面穿越玻璃纖維筋地下連續(xù) 墻的施工先例較少，且需在短距離內(nèi)連續(xù)穿越2堵玻璃纖維筋地下連續(xù)墻，如何順利穿越且不影響周邊環(huán)境以及運營中的上部結(jié)構(gòu)安全是施工中需要解 決的難題。我第五工程公司中標(biāo)的天津地鐵 5號線工程土建施工第16合同段區(qū)間盾 構(gòu)工程，盾構(gòu)隧道右線全長1095.653m左線全長1096.587m,為天津市的重 大工程項目。該區(qū)間隧道盾構(gòu)從下瓦房站始發(fā)向大直沽西路站推進(jìn)，區(qū)間隧 道在軟土中連續(xù)推進(jìn)約1050m后需先后兩次穿越9號線大直沽西路車站主體 圍護(hù)結(jié)構(gòu)玻璃纖維筋地下連續(xù)墻，地墻混凝土為C30水下混凝土，穿越區(qū)含有部分普通桁架鋼筋，兩堵地墻間距為18.5m。在先軟后硬的工

4、況下，盾構(gòu)機的配置既要滿足在軟土中推進(jìn)的要求又要具備穿越地連墻的能力，刀盤扭矩、推進(jìn)力等都是需要考慮的問題，特別是 刀具配置方面，如果采用成功切削樁基的配置并進(jìn)行適當(dāng)加強，可能存在在 軟土中磨損過大導(dǎo)致無法順利切削地墻的風(fēng)險，而如果采用目前切削硬巖及 混凝土的主流配置-滾刀，可能在軟土中推進(jìn)時已經(jīng)造成了滾刀偏磨從而失去 作用，反而影響了正常的推進(jìn)施工，所以如何選擇施工設(shè)備是確保工程順利 實施的前提，也是前期研究中需要重點解決的難題。盾構(gòu)在切削地墻的過程中刀盤扭矩會不斷增大，刀盤驅(qū)動溫度會不斷升 高，如果盲目向前頂進(jìn)可能造成刀盤磨損嚴(yán)重、刀盤卡死等不利情況，而采 用加水、加泡沫劑等減磨、降溫材料

5、后，土艙壓力會不斷升高，在土艙減壓 的過程中必將帶走部分土體，從而造成水土流失、影響上部結(jié)構(gòu)的安全，所 以采取何種措施確保盾構(gòu)在一個較低的土體損失率下連續(xù)、快速的完成切削 地墻施工，是一個需要關(guān)注的問題。盾構(gòu)機切削軟硬不均的土體時，由于周邊土體無法提供糾偏反力，容易 發(fā)生盾構(gòu)姿態(tài)惡化，致使盾構(gòu)機發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏離設(shè)計軸線。由于地墻為剛性 結(jié)構(gòu)，一旦盾構(gòu)軸線偏離設(shè)計軸線，穿越過程中無法糾偏。而且兩次穿越之 間距離僅為18.5m,短距離內(nèi)盾構(gòu)軸線無法重新擬合設(shè)計軸線， 造成第二次穿 越過程中軸線繼續(xù)偏離，穿越第二道地墻后距離進(jìn)洞口僅28m且上部為9號線B號出入口結(jié)構(gòu)，糾偏幅度、方式受限，影響進(jìn)洞安全，

6、如何形成一套 特殊工況下盾構(gòu)軸線控制措施，是本課題的研究目標(biāo)之一。穿越圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及在車站主體結(jié)構(gòu)下方推進(jìn)時勢必會對車站結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一 定的影響，如何采用先進(jìn)的監(jiān)測措施，及時、準(zhǔn)確的反應(yīng)變形情況，以便能 夠及時的調(diào)整施工參數(shù)，是確保上部結(jié)構(gòu)安全的重要手段，也是本課題需要 重點研究的內(nèi)容。另外我第五工程公司中標(biāo)天津地鐵 Z1線尖山路站Z1線文化中心站盾構(gòu) 工程，盾構(gòu)隧道右線全長1258.753m左線全長1259.233m,該區(qū)間隧道盾構(gòu) 從Z1線尖山路站始發(fā)，區(qū)間隧道在軟土中連續(xù)推進(jìn)約 400m后需先后兩次穿 越第三工程公司中標(biāo)的6號線陽光樂園站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)東西兩側(cè)的玻璃纖維筋地下連續(xù)墻，地墻混凝土強

7、度等級 C30目前的盾構(gòu)法施工不能有效地切割鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)穿越鋼筋混凝 土墻，通常的施工方法是在穿越前通過人工鑿除鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體或鉆孔、 預(yù)埋管爆破鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，增加了工人的勞動強度、降低了工效低、增加 了成本和工期，并存在施工安全隱患。這個問題困擾地鐵工程中盾構(gòu)穿越的 圍護(hù)結(jié)構(gòu)區(qū)域的設(shè)計及施工多年。正是在這種背景之下，玻璃纖維筋被應(yīng)用 于這個區(qū)域中，解決了此問題。但玻璃纖維筋是一種新型材料，在工程實踐 中的應(yīng)用并不廣泛，對其的介紹也不多。以 6號線陽光樂園站玻璃纖維筋地 連墻施工為例介紹其材料特性、施工工藝。2. 經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展需求隨著城市地鐵的持續(xù)建設(shè)，經(jīng)過短短幾年的時間，天

8、津也相繼同時進(jìn)行 了多條地鐵線路的建設(shè)。加上本已十分豐富的地下公用設(shè)施，且新建建筑也 多為樁基基礎(chǔ)，留給后期地鐵線路建設(shè)的空間已不是很多，給后期線路設(shè)計 帶來較大難度。如果不開發(fā)出一套完整的、能夠有效穿越障礙物的施工工法 將給后續(xù)地鐵線路的設(shè)計帶來巨大的困難。同時，盾構(gòu)法隧道施工必然造成周圍土層的移動，對周圍環(huán)境的影響不 容忽視，而且從目前的研究現(xiàn)狀來看，針對盾構(gòu)隧道掘進(jìn)對周圍環(huán)境影響的 研究，重點在于對土體移動機理的分析，研究主要采用了解析方法、數(shù)值模 擬和現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的方法。然而，很少有研究者將目光投向如何將地層變 形控制與盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行緊密聯(lián)系。因此，考慮到盾構(gòu)隧道施工的特點， 針對

9、盾構(gòu)隧道引起土體損失的控制，通過新型裝置的開發(fā)、利用，利用監(jiān)測 信息的動態(tài)反饋等措施來建立一整套嚴(yán)格控制盾構(gòu)施工土體損失的方法十分 必要和緊迫。如能形成一套新型的、先進(jìn)的、全面的盾構(gòu)全斷面穿越障礙物的施工工 藝，可為地鐵線路設(shè)計提供一個新思路、新想法，在前期規(guī)劃中只需將后期 需穿越部分通盤考慮，即可直接穿越，給地鐵規(guī)劃帶來便利，從而加速城市地鐵的發(fā)展，提高建設(shè)速度，帶動經(jīng)濟(jì)發(fā)展，滿足城市人口日益增長的需要。 在城市地鐵地下連續(xù)墻的盾構(gòu)機穿越位置采用玻璃纖維筋代替鋼筋，在 盾構(gòu)機進(jìn)洞時可以直接切削圍護(hù)墻掘進(jìn)，從而避免了事前鑿除鋼筋混凝土或 爆破鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工作。這樣不僅簡化了施工工藝、加快了

10、施工進(jìn)度、 減少施工風(fēng)險，還節(jié)約了成本，取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。3. 科學(xué)技術(shù)價值、特色在地下結(jié)構(gòu)、公用設(shè)施日趨飽和的今天，留給城市地鐵建設(shè)的空間越來 越少。盾構(gòu)全斷面穿越障礙物施工技術(shù)是解決這一瓶頸問題的有效辦法之一。施工設(shè)備不適應(yīng)工程可能造成無法穿越、施工措施控制不到位可能造成盾構(gòu)軸線的偏差、監(jiān)測措施不全面可能造成穿越后造成土體損失過大從而影 響環(huán)境安全。因此有必要在盾構(gòu)全斷面穿越障礙物施工技術(shù)上做深入研究， 通過設(shè)備、工藝以及監(jiān)測技術(shù)的有效整合，以期形成一套完整的施工研究成 果，為我公司在類似條件下的施工技術(shù)提供借鑒，提高企業(yè)應(yīng)對相似環(huán)境的 競爭力，為我司實行“走出去”戰(zhàn)略提供技術(shù)后盾。玻璃

11、纖維筋在天津地鐵6號線陽光樂園站地下連續(xù)墻的施工中的應(yīng)用，使盾構(gòu)穿越圍護(hù)結(jié)構(gòu)時施工時更安全，大大降低了施工風(fēng)險，提高了施工效 率，而且取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。玻璃纖維筋作為普通鋼筋的替代品，在地 鐵車站、盾構(gòu)井的圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程施工中具有較高的推廣應(yīng)用價值。二、研究內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵課題研究的總體目標(biāo)和創(chuàng)新點，主要內(nèi)容及所需要解決的技術(shù)關(guān)鍵（專利 技術(shù)二次開發(fā)專項申請課題要求著重描述如何通過創(chuàng)新形成新的專利技術(shù)）。1. 課題研究目標(biāo)本課題將以我第五工程公司中標(biāo)的天津市軌道交通 5號線土建施工第16 合同段下瓦房站大直沽西路站區(qū)間隧道工程作為依托工程， 通過盾構(gòu)隧道全 斷面穿越地下連續(xù)墻的設(shè)備選擇、線形控

12、制措施、微擾動穿越施工工藝，實時監(jiān)控措施的應(yīng)用等研究成果應(yīng)用于實際的穿越施工中， 以理論研究為指導(dǎo)， 重點解決工程中可能出現(xiàn)的各種施工技術(shù)問題，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)和微擾動 施工的目的，并最終形成完整的盾構(gòu)穿越地下連續(xù)墻施工技術(shù)。本課題以6號線陽光樂園站玻璃纖維筋地連墻施工為依托，探討了玻璃 纖維筋代替鋼筋的地下連續(xù)墻鋼筋籠的施工特點，對施工技術(shù)措施和注意事 項進(jìn)行了介紹，最終形成玻璃纖維筋地下連續(xù)墻施工技術(shù)。2. 課題研究內(nèi)容結(jié)合天津市軌道交通5號線土建施工第16合同段下瓦房站大直沽西路 站區(qū)間隧道盾構(gòu)推進(jìn)工程，對以下關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究：1) 盾構(gòu)機設(shè)備各項性能參數(shù)的適應(yīng)性研究；2) 刀具適應(yīng)性研

13、究(包括刀具的形式以及刀具的布置)；3) 盾構(gòu)穿越運營中地鐵圍護(hù)結(jié)構(gòu)的實時監(jiān)控技術(shù)；4) 穿越施工防塌方預(yù)處理技術(shù)；5) 盾構(gòu)穿越地下連續(xù)墻的施工控制技術(shù)；6) 盾構(gòu)穿越地下連續(xù)墻對周邊環(huán)境影響分析；7) 盾構(gòu)穿越地下連續(xù)墻的土體損失分析；8) 盾構(gòu)穿越運營中的地鐵車站施工技術(shù)；9) 盾構(gòu)穿越地下連續(xù)墻時盾構(gòu)姿態(tài)、軸線的控制技術(shù)；10) 大埋深軟弱土承壓水層中氣壓法施工技術(shù)研究；11) 大埋深軟弱土承壓水層中氣壓法刀具檢查及更換工法研究。結(jié)合天津市6號線陽光樂園站地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程，對以下關(guān)鍵技術(shù)進(jìn) 行研究：1) 玻璃纖維筋籠與普通鋼筋籠加工制作安裝；2) 玻璃纖維筋籠與普通鋼筋籠吊裝；3課題

14、研究需要解決的技術(shù)難點1) 盾構(gòu)設(shè)備的選型以及各參數(shù)的制定，特別是刀盤刀具的配置研究。2) 盾構(gòu)切削地墻時的參數(shù)設(shè)定以及盾構(gòu)姿態(tài)的控制。3）切削地墻時周邊土體的變形規(guī)律以及對量化指標(biāo)的測定。4）穿越車站下方盾構(gòu)軸線及姿態(tài)的控制。5）對運營中的車站結(jié)構(gòu)影響的監(jiān)測，包括沉降量、水平位移等指標(biāo)。6）大埋深承壓水地層中氣壓法施工。7）玻璃纖維筋籠與普通鋼筋籠整體吊裝前加固措施；4課題研究創(chuàng)新點1） 本課題依托工程施工環(huán)境復(fù)雜，需在軟土地層中掘進(jìn)1050m后短距離 內(nèi)連續(xù)穿越2堵玻璃纖維筋地下連續(xù)墻，施工技術(shù)難度和技術(shù)風(fēng)險較大。2）通過本課題的研究，開發(fā)出一種能夠適應(yīng)復(fù)合工況下推進(jìn)的刀盤刀具 布置，以及

15、與之相配套的盾構(gòu)機參數(shù)。3）通過本課題研究，形成一套系統(tǒng)的復(fù)雜地質(zhì)條件下盾構(gòu)全斷面穿越地 下連續(xù)墻的施工技術(shù)。4）通過本課題研究，形成一套系統(tǒng)的盾構(gòu)在運營中地鐵車站底板下方推 進(jìn)的施工技術(shù)。5）本課題形成一套完備的監(jiān)測技術(shù)理論來指導(dǎo)施工。6）大埋深承壓水層中氣壓換刀技術(shù)研究。三、預(yù)期效果和風(fēng)險分析課題成果對社會發(fā)展所起的作用；經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)業(yè)化前景（預(yù)計年產(chǎn)值、 年利潤、年節(jié)匯、年創(chuàng)匯、年節(jié)能等）；對環(huán)境影響程度及資源綜合利用情況； 可能的技術(shù)風(fēng)險；可能的市場風(fēng)險。1. 課題成果對社會發(fā)展所起的作用本課題圍繞盾構(gòu)穿越玻璃纖維筋地下連續(xù)墻施工的特點，針對盾構(gòu)設(shè)備 選型、土體損失控制以及穿越施工工藝研究，形成一整套完備的施工工法， 能夠保障盾構(gòu)隧道的順利施工和周圍環(huán)境的安全