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1、    結(jié)合廣州地鐵談盾構(gòu)隧道施工摘要:結(jié)合廣州市軌道交通三號(hào)線天華區(qū)間盾構(gòu)工程為實(shí)例,闡述了海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)在地鐵盾構(gòu)隧道施工中的主要內(nèi)容,并針對(duì)施工中遇到的一些具體問題提出了解決辦法。 關(guān)鍵詞:地鐵 盾構(gòu) 隧道 1、工程概況廣州市軌道交通三號(hào)線天華區(qū)間盾構(gòu)工程分為兩個(gè)區(qū)間(天河客運(yùn)站五山站區(qū)間以及五山站華師站區(qū)間),主要由兩條圓形盾構(gòu)隧道為主組成,雙線長(zhǎng)6259.615m。隧道標(biāo)稱內(nèi)徑為5400mm;埋深為1128m;平面最小曲線半徑為350m;最小豎曲線半徑為3000 m;最大坡度為19;最小坡度為3。天五區(qū)間隧道主要是在殘積層和全風(fēng)化層中穿過

2、,頂?shù)装宀町惒淮?,在中部偶見夾有球狀微風(fēng)化巖石。近五山段頂板出現(xiàn)少量砂層。隧道洞身天然單軸抗壓強(qiáng)度最大值為153.40MPa。五華區(qū)間隧道主要是在強(qiáng)風(fēng)化層中穿過,頂?shù)装鍘r土分層有一定差異,存在上軟下硬或有夾層現(xiàn)象。中部為瘦狗嶺斷層破碎帶,以北均為花崗巖、花崗片麻巖帶或風(fēng)化層,以南為白堊系紅層巖系??拷A師站段隧道全斷面在微風(fēng)化層中穿過。地表地形地貌變化也比較大。白堊系紅層隧道上方發(fā)育有較長(zhǎng)段含水砂層。2、盾構(gòu)掘進(jìn)2.1刀具配置    地質(zhì)情況對(duì)刀具配置起決定作用,隧道圍巖為I、II類(按地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范中隧道圍巖分類)時(shí),一般采用刮刀(俗稱羊角刀),而對(duì)于

3、IIIVI類圍巖則使用盤形滾刀效果較好。盤形滾刀又有單刃和雙刃之分,單刃滾刀適合較硬巖或強(qiáng)度不均勻的圍巖,而雙刃滾刀適合一般硬巖及強(qiáng)度均勻的圍巖。針對(duì)本工程的地質(zhì)情況,均配置單刃盤形滾刀。2.2掘進(jìn)參數(shù)控制    (1)、控制刀盤扭矩。根據(jù)保護(hù)刀具、降低刀具磨損的要求,必須將刀盤扭矩控制在某一容許范圍內(nèi),而控制扭矩的主要依靠以下方法:                      減小推力:這是最簡(jiǎn)單、有效的方法,但同時(shí)也會(huì)降低掘進(jìn)速度。&

4、#160;   減小刀具的貫入度:即在保持掘進(jìn)速度基本不變的情況下,提高刀盤轉(zhuǎn)速,一般達(dá)2.53r/m左右。當(dāng)開挖面為全斷面硬巖時(shí),減小刀具貫入度,能顯著降低刀盤扭矩。但刀盤高轉(zhuǎn)速不適用有孤石的圍巖,因?yàn)楣率苋菀自斐傻毒弑懒选?#160;   向開挖面、土倉(cāng)內(nèi)加入土質(zhì)改良劑:常見的土質(zhì)改良劑及適用地層膨潤(rùn)土適用砂砂礫地層發(fā)泡劑適用粘土粗砂地層高吸水性樹脂適用固結(jié)粘土砂礫地層其中發(fā)泡劑較為常用。    另外,在全斷面硬巖或孤石地層,可以向開挖面、土倉(cāng)內(nèi)加入冷卻水,以降低刀盤、刀具的溫度來保護(hù)刀具。    (2)、保持適當(dāng)?shù)耐翂?。若隧?/p>

5、圍巖能夠自立,則可以采取空倉(cāng)掘進(jìn)的模式;若隧道圍巖無法自立,為了保持開挖面的穩(wěn)定,則必須保持適當(dāng)?shù)耐翂阂苑€(wěn)定開挖面,控制地面沉降。土壓過低,則可能出現(xiàn)超挖;土壓過高,則有效推力降低,掘進(jìn)速度降低,且地面可能隆起,造成后期沉降較大。土壓的確定與隧道埋深、地質(zhì)情況、地面建筑物情況有很大關(guān)系,可以采用庫(kù)侖或朗肯等理論估算。在實(shí)際施工中,也可以根據(jù)出土量的情況來確定適當(dāng)?shù)耐翂?。在本工程掘進(jìn)過程中一般保持1.52.0bar的土壓。    (3)、在刀盤扭矩、土壓、出土量滿足要求的情況下,盡可能加大推力,以提高掘進(jìn)速度(80mm/min以上),加快工程進(jìn)度。而在掘進(jìn)速度較快的情況下,則

6、要注意控制好盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)、保持土壓穩(wěn)定、同步注漿量。2.3同步注漿及二次注漿    由于刀盤的直徑為6280mm,而管片外徑6000mm,所以在管片離開盾尾后,理論上管片與圍巖之間將會(huì)有寬度為140mm的空隙,為控制地面沉降,必須用砂漿將空隙填滿。    (1)、盾尾同步注漿。    出現(xiàn)的主要問題:     堵管 出現(xiàn)堵管的情況,其原因主要是以下幾方面: 砂漿配比不好,以致砂漿初凝時(shí)間太短、砂漿易沉淀離析、砂漿流動(dòng)性差        

7、 原材料不好,如砂太粗         盾尾漿管回砂         長(zhǎng)時(shí)間停注前未注射膨潤(rùn)土液洗管    漏漿        主要原因及處理辦法: 盾尾間隙過大??刂坪枚軜?gòu)機(jī)姿態(tài),選擇適當(dāng)?shù)墓芷?,以保持良好的盾尾間隙 尾刷損壞。在管片迎水面墊厚約15cm 左右的海綿或者更換尾刷。 盾尾油脂注入量不夠。加大油脂注入量。    (2)、二次注漿。當(dāng)?shù)孛娉两递^大或隧道下坡且地下水豐

8、富時(shí),可以進(jìn)行管片背后二次注漿來穩(wěn)定地面或堵水。    注漿材料可以用純水泥漿、砂漿或雙液漿。注漿設(shè)備可以采用注漿機(jī)或盾構(gòu)機(jī)臺(tái)車上的同步注漿泵。注漿時(shí)應(yīng)注意監(jiān)控注漿壓力,如果壓力過大可能造成管片錯(cuò)臺(tái)或縱裂。2.4常見問題及處理辦法    (1)、若螺旋輸送機(jī)被卡住(即扭矩超限),無法正常出渣,可反復(fù)伸、縮螺桿并同時(shí)正、反轉(zhuǎn),如低速正轉(zhuǎn)同時(shí)伸、縮螺桿,若超限則反轉(zhuǎn)同時(shí)伸、縮螺桿,如此反復(fù),基本上都可以脫困。    (2)、若啟動(dòng)刀盤時(shí)刀盤被卡住,則將部分推進(jìn)千斤頂收縮,使土壓力、刀具貫入度減小即可以轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤。   

9、(3)、在非粘性地層,如砂層,若鉸接千斤頂拉力較大,說明刀盤的擴(kuò)孔能力較差,則要檢查刀盤的邊緣刀是否磨損過量而應(yīng)該更換。3、管片拼裝3.1管片型號(hào)的選擇    一般主要根據(jù)盾尾間隙、線路特點(diǎn)、推進(jìn)千斤頂行程來確定管片型號(hào)。選擇適當(dāng)?shù)墓芷梢杂行У卣{(diào)節(jié)盾尾間隙,保證盾尾間隙和千斤頂行程比較均勻,有利于管片的受力。若盾尾間隙過小,則可能造成管片難以安裝、管片迎水面被盾尾壓崩、盾尾尾刷損壞、千斤頂撐靴與管片嚴(yán)重錯(cuò)臺(tái)導(dǎo)致管片止水條損壞和管片崩缺等問題。3.2常見質(zhì)量問題    (1)、管片在拼裝前一般要先檢查管片是否完好、型號(hào)是否正確、緩沖墊和止水條是否貼牢。在

10、拼裝過程中一定要注意對(duì)止水條的保護(hù),若止水條損壞嚴(yán)重則很可能出現(xiàn)滲漏水的質(zhì)量問題。    (2)、千斤頂撐靴正常情況下應(yīng)該不會(huì)同時(shí)頂在兩塊管片的角上,但如果隧道管片發(fā)生扭轉(zhuǎn),則可能會(huì)出現(xiàn)這種情況,那么要特別注意拼管片或掘進(jìn)時(shí)會(huì)管片發(fā)生崩裂。    (3)、管片扭轉(zhuǎn):如果拼裝管片時(shí),盾構(gòu)機(jī)的滾動(dòng)角較大而且一直朝同一個(gè)方向,則可能會(huì)發(fā)生隧道管片扭轉(zhuǎn)的情況。因此應(yīng)該通過調(diào)整刀盤的旋轉(zhuǎn)方向來減小盾構(gòu)機(jī)在拼裝時(shí)的滾動(dòng)角。    (4)、管片錯(cuò)臺(tái):在小半徑曲線(本工程最小曲線半徑R=350m)線路施工時(shí),因推進(jìn)千斤頂對(duì)管片有環(huán)向分力而造成管片環(huán)向

11、錯(cuò)臺(tái)。解決辦法是在推進(jìn)后及時(shí)復(fù)緊管片連接螺栓約束管片的環(huán)向位移,或者在拼裝時(shí)人為地將管片拼成與轉(zhuǎn)彎方向一致的錯(cuò)臺(tái)。4、專題4.1壓氣換刀    主要作業(yè)步驟:    (1)、準(zhǔn)備換刀工具、材料并檢查壓氣時(shí)要用的相關(guān)設(shè)備    常用的換刀工具有:刀具磨損量具、手拉葫蘆、液壓千斤頂、螺桿千斤頂、分離式千斤頂、撬棒、扳手(開倉(cāng)門及拆、裝刀具時(shí)用)、氣動(dòng)打磨機(jī)、鐵錘    準(zhǔn)備的材料有:刀具及其配件(拉緊塊、U型塊、螺絲等)、吊耳要檢查的設(shè)備有:空壓機(jī)(包括備用空壓機(jī))、管路(水管、氣管)及接口、照明設(shè)施、人閘及土倉(cāng)的壓力

12、表、人閘與指揮室的通訊(2)、排出土倉(cāng)內(nèi)的渣土,當(dāng)土壓降至較低時(shí)(0.5bar以下),向土倉(cāng)加入壓縮氣體,同時(shí)土倉(cāng)內(nèi)加入膨潤(rùn)土,轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤,繼續(xù)出渣。一段時(shí)間后停止加入膨潤(rùn)土。當(dāng)螺旋機(jī)后閘門有較連續(xù)且較大壓力的氣體噴出即可停止出土,然后等待半個(gè)小時(shí)左右看土倉(cāng)內(nèi)的氣壓是否能夠保持穩(wěn)定,即氣壓上下浮動(dòng)不能超過0.1bar 。如果土倉(cāng)內(nèi)的氣壓,無法上升到預(yù)定值,且空壓機(jī)排壓較低,或者氣壓上下浮動(dòng)過大都說明土倉(cāng)漏氣。檢查地面、鉸接、盾尾是否漏氣。(3)、土倉(cāng)內(nèi)氣壓穩(wěn)定后,換刀人員進(jìn)入人閘,相關(guān)材料工具也要運(yùn)進(jìn)去。準(zhǔn)備好后,向人閘內(nèi)加壓,加壓程序要按照有關(guān)帶壓作業(yè)規(guī)范的要求。(4)、當(dāng)人閘的氣壓與土倉(cāng)的氣

13、壓基本一致時(shí),打開平衡閥,換刀人員打開土倉(cāng)門進(jìn)入土倉(cāng)開始換刀作業(yè)。    常見問題及處理辦法:(1)、若換刀時(shí)刀具不慎掉入土倉(cāng)內(nèi),而土倉(cāng)內(nèi)泥渣較多很難定位刀具及打撈時(shí),則換刀人員進(jìn)倉(cāng)作業(yè)時(shí)帶上鐵鍬和編織袋,將土倉(cāng)內(nèi)的渣土裝袋即可。(2)、若作業(yè)過程中,發(fā)生氣管爆裂、空壓機(jī)故障等問題時(shí),首先要冷靜,想辦法穩(wěn)住氣壓,同時(shí)盡快通知作業(yè)人員進(jìn)入人閘以便及早減壓出來。(3)、要做好各項(xiàng)人員安全措施及災(zāi)害防治措施。對(duì)工作人員要進(jìn)行全面體檢,體檢不合格的人員禁止入內(nèi)。要注意壓氣作業(yè)過程中因焊接、漏電、打磨等作業(yè)可能引起火災(zāi)。各種應(yīng)急設(shè)備如高壓氧艙、單架等應(yīng)處于準(zhǔn)備狀態(tài)。4.2盾構(gòu)始發(fā)與到

14、達(dá)    (1)、到達(dá)前要做好以下工作:    校核盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及位置,盾構(gòu)機(jī)軸線應(yīng)較洞門軸線稍微高13cm    洞門臨時(shí)擋土墻鑿除 盾構(gòu)機(jī)接收平臺(tái)的鋪設(shè) 洞門環(huán)板、壓板的設(shè)置 搶險(xiǎn)物資設(shè)備的準(zhǔn)備    (2)、始發(fā)時(shí)要做好以下工作: 盾構(gòu)機(jī)、始發(fā)架、反力架的安裝、測(cè)量定位 洞門臨時(shí)擋土墻鑿除 洞門環(huán)板、壓板的設(shè)置 搶險(xiǎn)物資設(shè)備的準(zhǔn)備5、施工管理5.1人員配置    以德國(guó)海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)為例:(1)、技術(shù)管理人員    隧道領(lǐng)班工程師兼盾構(gòu)機(jī)操作手 1人    機(jī)電工程師 3人

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